JP2012205321A - ステップモータ駆動装置及びステップモータ駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステップモータを安定して駆動する。
【解決手段】ステップモータ駆動装置の制御回路は、ステップモータのコイルに、一方極性の第１駆動パルスＰ１と反対極性の第２駆動パルスＰ２とを所定のタイミングで交互に供給することにより、該ステップモータのロータを回転させる。また、制御回路は、第１駆動パルスＰ１と第２駆動パルスＰ２との間に、第１駆動パルスＰ１と第２駆動パルスＰ２のエネルギーより小さく、且つ、前記ロータがそのコギングトルクが０になる位置で停止した場合に前記ロータを前記位置から抜け出させることのできるエネルギーの第１補助パルスＡ１，第２補助パルスＡ２を前記コイルに印加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステップモータ駆動装置及びステップモータ駆動方法に関する。

ステップモータのコイルに極性の異なる駆動パルスを交互に供給して、非励磁状態・励磁状態を繰り返させることにより、ロータを、非励磁状態における停止位置（静的安定位置）を基準として間欠的に回転させ、ステップモータを駆動させる技術が知られている。

この技術では、駆動パルスの駆動エネルギーが小さかったり、例えば時計用のステップモータで、指針の重量が重かったり、指針を駆動する駆動装置の機械的な負荷が大きかったりすると、ロータが正常に回転できない場合がある。
特許文献１に開示されたステップモータ駆動装置は、駆動パルス印加後のロータの回転挙動により発生する誘導電流に基づいてロータの回転・非回転を判別し、非回転と判別した場合、通常の駆動パルス以外の駆動パルス（補正駆動パルス）をコイルに供給する。これにより、ロータの回転を正常な状態に復帰させる。

特許第４２３６９５６号公報

ところで、非励磁状態においては、ステップモータが正常に駆動している場合にロータが停止する上記静的安定位置以外に、ロータのコギングトルクが０（ゼロ）になりロータが停止する位置が存在する。

このコギングトルクが０になる位置でロータが停止し、駆動パルスが供給されると、ロータが、前回の駆動パルスが供給される前の位置に戻ってしまったり、逆回転してしまったりしてステップモータの動作が不安定になってしまう場合があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ステップモータを安定して駆動できるステップモータ駆動装置及びステップモータ駆動方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るステップモータ駆動装置は、
ステップモータのコイルに、一方極性の駆動パルスと前記一方極性と反対極性の駆動パルスとを所定のタイミングで交互に供給することにより、該ステップモータのロータを回転させる駆動制御手段を備え、
前記駆動制御手段は、
前記一方極性の駆動パルスと前記反対極性の駆動パルスとの間に、前記駆動パルスのエネルギーより小さく、且つ、前記ロータがそのコギングトルクが０になる位置で停止した場合に前記ロータを前記位置から抜け出させることのできるエネルギーの補助パルスを前記コイルに印加する、
ことを特徴とする。

前記駆動制御手段は、
前記一方極性の駆動パルスを前記コイルに印加した後に、前記一方極性の駆動パルスと同一極性の前記補助パルスを前記コイルに印加してもよい。

前記駆動制御手段は、
前記一方極性の駆動パルスを前記コイルに印加した後に、前記一方極性の駆動パルスと反対極性の前記補助パルスを前記コイルに印加してもよい。

前記ステップモータ駆動装置は、
前記ロータの回転状態を検出し、検出結果を示す検出信号を生成する回転検出手段と、
前記回転検出手段が生成した検出信号を取得し、取得した検出信号に基づいて前記ロータが回転したか否かを判別する判別手段と、をさらに備え、
前記駆動制御手段は、
前記判別手段が判別した結果に応じて、前回印加した駆動パルスよりもエネルギーを増減させた前記駆動パルスを前記コイルに印加してもよい。

前記駆動制御手段は、
前記判別手段が、前記ロータが回転していないと判別した場合に、前記駆動パルスのエネルギーよりも大きく、前記ロータを回転させることができるエネルギーの補正駆動パルスを前記コイルに印加してもよい。

また、上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係るステップモータ駆動方法は、
ステップモータのコイルに、一方極性の駆動パルスと前記一方極性と反対極性の駆動パルスとを所定のタイミングで交互に供給することにより、該ステップモータのロータを回転させるステップモータ駆動方法であって、
前記一方極性の駆動パルスと前記反対極性の駆動パルスとの間に、前記駆動パルスのエネルギーより小さく、且つ、前記ロータがそのコギングトルクが０になる位置で停止した場合に前記ロータを前記位置から抜け出させることのできるエネルギーの補助パルスを前記コイルに印加する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、ステップモータを安定して駆動できる。

本発明の第１実施形態に係る補助パルスの構成例を示すタイミングチャートである。 本発明の第１実施形態に係るステップモータの正面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、図２に示すステップモータの回転動作を説明するための図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図２に示すステップモータのロータがコギングトルク中立位置で停止した状態を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るステップモータ駆動装置の回路図である。 （ａ）〜（ｄ）は、第１実施形態に係る、図５の駆動回路を構成する各ＭＯＳトランジスタのオン／オフタイミングを示し、（ｅ）と（ｆ）は、第１実施形態に係る、第１極性と第２極性の印加パルスを示すタイミングチャートである。 第１実施形態に係るステップモータ駆動制御処理のフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る補助パルスの構成例を示すタイミングチャートである。 第２実施形態に係るステップモータ駆動装置のブロック図である。 第２実施形態に係る駆動パルスを構成する櫛歯パルスと補助パルスと補正駆動パルスの具体例を説明するための図である。 （ａ）〜（ｄ）は、第２実施形態に係る、図５の駆動回路を構成する各ＭＯＳトランジスタのオン／オフタイミングを示し、（ｅ）と（ｆ）は、第２実施形態に係る、第１極性と第２極性の印加パルスを示すタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態に係るステップモータ駆動装置が供給するパルスの構成例を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態に係るステップモータ駆動装置と駆動方法を説明する。
１．第１実施形態
本実施の形態に係るステップモータ駆動装置は、ステップモータを駆動するために、図１に示すように、一方極性（第１極性）の第１駆動パルスＰ１と、反対極性（第２極性）の第２駆動パルスＰ２を交互に供給するとともに、補助パルスＡ１，Ａ２を供給する。ここで、「補助パルス」とは、駆動パルスと比べて十分にエネルギーの小さい所定極性のパルスであり、駆動パルスのようにロータを一方の極から他方の極に移動させることはできないが、ロータをコギングトルクが０になる位置（以下、「コギングトルク中立位置」という）から抜け出させることのできるエネルギーをもつパルスをいう。

本実施形態に係るステップモータ駆動装置は、ロータがコギングトルク中立位置で停止してしまったとしても、次に反対極性の駆動パルスを供給する前に前回出力した駆動パルスと同極性の補助パルスを供給することで、ロータをコギングトルク中立位置から抜け出させることができるため、ステップモータを安定して駆動できる。以下、このようなステップモータ駆動装置について詳細に説明する。

（ステップモータの構成）
本実施形態に係るステップモータ駆動装置が駆動するステップモータの構成について説明する。
図２に示すように、ステップモータ１１は、電子時計の時針や分針等の時刻針を回転駆動する単層２極ステップモータであり、ロータ１１１と、ステータ１１２と、コイル芯１１３と、励磁コイル１１４と、を備える。

ロータ１１１は、円板状の永久磁石から構成され、径方向にＮ極、Ｓ極の２極に着磁されている。

ステータ１１２は、磁性材料から形成され、中央部にはロータ１１１を挿入するための円形孔１１２ａが形成されている。

ステータ１１２の上辺と下辺には、一対の半円状のノッチ１１２ｂと１１２ｃが形成されている。ノッチ１１２ｂと１１２ｃとは、磁路の中心軸Ｌ２に直交し且つ円形孔１１２ａの中心を通る直線Ｙ上に形成されている。ノッチ１１２ｂと１１２ｃにより、ステータ１１２の円形孔１１２ａを挟んだ上辺部と下辺部に狭幅部が形成される。ステータ１１２の磁路の断面積は、この狭幅部の部分で小さくなり、磁気抵抗が大きくなる。これにより、ステータ１１２を通過する磁束が円形孔１１２ａを通過しやすくなる。

円形孔１１２ａには、ロータ１１１の停止位置を定めるための一対の円弧状のノッチ１１２ｄと１１２ｅが形成されている。ノッチ１１２ｄ、１１２ｅは、磁路中心軸Ｌ２にほぼ４５°で交差し且つ円形孔１１２ａの中心を通るノッチ中心線Ｌ３上に形成されている。ロータ１１１は、非励磁状態では、Ｎ極とＳ極の境界がノッチ中心線Ｌ３上に位置したときに安定する。以下、このような安定した位置にロータ１１１が位置するときは、「ロータ１１１が静的安定位置Ｌ１にある」と表現する。つまり、ロータ１１１が静的安定位置Ｌ１にある状態は、両極の境界がノッチ中心線Ｌ３上に位置する場合であって、一方の極がＮ極であり他方の極がＳ極であるときと、一方の極がＳ極であり他方の極がＮ極であるときの、２通りある（図３（ｂ）、（ｄ）参照）。

コイル芯１１３は、ステータ１１２の下端部に設けられ、磁路の一部を構成している。コイル芯１１３には、励磁コイル１１４が巻回されている。励磁コイル１１４の両端には、第１端子ＴＭ１と第２端子ＴＭ２とが設けられている。

図２に示すように、ロータ１１１が静的安定位置Ｌ１で停止している状態で、所定極性の第１駆動パルスＰ１を励磁コイル１１４の端子ＴＭ１とＴＭ２との間に印加して、図１の矢印方向に励磁電流Ｉを流すと、ステータ１１２には、図３（ａ）に示すように、破線矢印Ｍ１の方向に磁束が発生する。発生した磁束は、狭幅部１１２ｂ、１１２ｃの磁気抵抗により一部が円形孔１１２ａを通過し、ステータ１１２には、図示する磁路中心線Ｌ２方向に、ＮとＳの磁極が形成される。ロータ１１１は、各磁極ＮとＳがステータ１１２に生成された磁極と吸引しあうように、ロータ１１１が回転する。

続いて、励磁電流Ｉを停止すると、ステータ１１２を流れる磁束が消失し、図３（ｂ）に示すように、ロータ１１１は静的安定位置Ｌ１まで回転して停止する。

次に、第１駆動パルスＰ１とは逆極性の第２駆動パルスＰ２を、励磁コイル１１４の端子ＴＭ１とＴＭ２との間に印加して、励磁電流−Ｉを流すと、ステータ１１２には、図３（ｃ）の破線矢印Ｍ２の方向に磁束が発生する。この磁束により、ステータ１１２にＳとＮの磁極が形成され、ロータ１１１の各磁極ＮとＳがステータ１１２に形成された磁極と吸引し合うように、ロータ１１１が回転する。

続いて、励磁電流−Ｉを停止すると、ステータ１１２を流れる磁束が消失し、図３（ｄ）に示すように、ロータ１１１は静的安定位置Ｌ１まで回転して停止する。

以後、励磁コイル１１４に第１駆動パルスＰ１と第２駆動パルスＰ２を所定のタイミングで交互に供給することによって、前述の動作が繰り返し行われ、ロータ１１１は、図面における反時計回り方向に回転する。第１駆動パルスＰ１と第２駆動パルスＰ２を印加する時間間隔は、ステップモータ１１の負荷が例えば時計の秒針の場合には、１秒間隔である。

上記のように、ステップモータ１１が正常に動作する場合、非励磁状態においては、前述のように、ロータ１１１は、静的安定位置Ｌ１（図３（ｂ）、（ｄ）参照）で停止する。しかし、非励磁状態において、ロータ１１１は、この静的安定位置Ｌ１以外に、コギングトルク中立位置で停止してしまう場合がある。
具体的には、以下のｉ）、ｉｉ）の場合である。
ｉ）図２に示すように、ロータ１１１が静的安定位置Ｌ１で停止している状態で、第１駆動パルスＰ１を励磁コイル１１４に印加して励磁電流Ｉを流すと、前述のように正常な駆動状態では、ロータ１１１は、図３（ｂ）に示す静的安定位置Ｌ１で停止する。しかし、予期せず、ロータ１１１が、図４（ａ）に示すコギングトルク中立位置、つまり、図面においてＮ極がＳ極より上側にあり、かつ、両極の境界が静的安定位置Ｌ１が示す線上に位置するときに停止してしまう場合がある。
ｉｉ）図３（ｂ）に示すように、ロータ１１１が静的安定位置Ｌ１で停止している状態で、第２駆動パルスＰ２を励磁コイル１１４に印加して励磁電流−Ｉを流すと、前述のように正常な駆動状態では、ロータ１１１は、図３（ｄ）に示す静的安定位置Ｌ１で停止する。しかし、予期せず、ロータ１１１が、図４（ｂ）に示すコギングトルク中立位置、つまり、図面においてＳ極がＮ極より上側にあり、かつ、両極の境界が静的安定位置Ｌ１が示す線上に位置するときに停止してしまう場合がある。

つまり、コギングトルクの中立位置は、図４（ａ）、（ｂ）に示す状態の２通りあり、静的安定位置Ｌ１からほぼ±９０度ずれた位置である。
コギングトルクの中立位置は、ノッチ中心線Ｌ３を中心として、ロータ１１１の磁極（Ｎ極、Ｓ極）、ノッチ１１２ｄ及び１１２ｅ、が共に左右対象になる位置である。この位置では、ロータ１１１が右回転しようとする力と左回転しようとする力とが均等になるため、ロータ１１１は、どちらの方向にも回転することができずに安定してしまう。そのため、上記ｉ）、ｉｉ）の場合に、ロータ１１１が停止してしまうような事態が発生する。

（ステップモータ駆動装置）
次に、上記構成を有するステップモータ１１を駆動するステップモータ駆動装置２１について説明する。
ステップモータ駆動装置２１は、図５に示すように、ステップモータ１１の励磁コイル１１４に駆動パルスを印加するための駆動回路３１と、制御回路４１と、から構成される。

駆動回路３１は、ブリッジ接続されたＰＭＯＳトランジスタ３１１、３１３とＮＭＯＳトランジスタ３１２、３１４とから構成されている。ＰＭＯＳトランジスタ３１１とＮＭＯＳトランジスタ３１２の接続点に励磁コイル１１４の第１端子ＴＭ１が接続され、ＰＭＯＳトランジスタ３１３とＮＭＯＳトランジスタ３１４の接続点とに励磁コイル１１４の第２端子ＴＭ２が接続されている。

制御回路４１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、不揮発性メモリ等からなる記憶部、タイマ回路、出力回路等とから構成される。

制御回路４１は、水晶発振器等を備え、所定の周期でゲート信号をＭＯＳトランジスタ３１１〜３１４のゲートに印加する。
具体的には、制御回路４１はＰＭＯＳトランジスタ３１１のゲートにゲート信号０１Ｈ、ＮＭＯＳトランジスタ３１２のゲートにゲート信号０１Ｌ、ＰＭＯＳトランジスタ３１３のゲートにゲート信号０２Ｈ、ＮＭＯＳトランジスタ３１４のゲートにゲート信号０２Ｌを印加することにより、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、ＰＭＯＳトランジスタ３１１，ＮＭＯＳトランジスタ３１２，ＰＭＯＳトランジスタ３１３，ＮＭＯＳトランジスタ３１４をそれぞれオン・オフする。
これにより、励磁コイル１１４に、図６（ｅ）に示す一方極性（第１極性）の第１駆動パルスＰ１と第１補助パルスＡ１を印加し、図６（ｆ）に示す反対極性（第２極性）の第２駆動パルスＰ２と第２補助パルスＡ２を印加する。
駆動パルスＰ１，Ｐ２、補助パルスＡ１，Ａ２のそれぞれを印加した後は、ＮＭＯＳトランジスタ３１２と３１４をオンし、励磁コイル１１４に蓄積したエネルギーを開放させる。

本実施形態では、図６（ｅ）、（ｆ）に示すように、駆動パルスを印加してから、所定のタイミング（図６では、５００ｍｓ）で、その駆動パルスと同一極性の補助パルスを印加する。
このように、補助パルスの極性を直前に供給した駆動パルスを同じ極性にする理由は、ロータ１１１がコギングトルク中立位置で停止していた場合に、直前に供給した駆動パルスと同じ極性の補助パルスを供給すれば、コギングトルク中立位置を抜けた後に停止する位置を、ロータ１１１が正常な回転をしていた場合と同じ位置にすることができるためである。

（動作）
次に、上記構成を有するステップモータ駆動装置２１がステップモータ１１を駆動する動作を説明する。

ステップモータ駆動装置２１の制御回路４１は、図７に示すフローチャートに従って駆動制御処理を実行し、まず、運針のタイミングに達したか否かを判別する（ステップＳ１０１）。運針のタイミングに達していないと判別した場合（ステップＳ１０１；ＮＯ）には、ステップＳ１０１を繰り返す。

一方、運針のタイミングに達したと判別すると（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）、制御回路４１は、第１駆動パルスＰ１を励磁コイル１１４に印加する（ステップＳ１０２）。
具体的には、制御回路４１は、ローレベルのゲート信号Ｏ１ＨとＯ１ＬをＰＭＯＳトランジスタ３１１とＮＭＯＳトランジスタ３１２に一定期間印加し、ハイレベルのゲート信号Ｏ２ＨとＯ２ＬをＰＭＯＳトランジスタ３１３とＮＭＯＳトランジスタ３１４に一定期間印加し、ＰＭＯＳトランジスタ３１１とＮＭＯＳトランジスタ３１４をオンし、ＮＭＯＳトランジスタ３１２とＰＭＯＳトランジスタ３１３をオフする。これにより、図５に示す電流Ｉ１が励磁コイル１１４に流れる。

制御回路４１は、第１駆動パルスＰ１を励磁コイル１１４に一定期間印加すると、ＭＯＳトランジスタ３１１〜３１４のゲート信号Ｏ１Ｈ〜Ｏ２Ｌを所定期間全てハイレベルとすることにより、ＰＭＯＳトランジスタ３１１と３１３をオフし、ＮＭＯＳトランジスタ３１２と３１４をオンし、励磁コイル１１４への第１駆動パルスＰ１の印加を停止すると共に励磁コイル１１４に蓄積されているエネルギーを開放させる。これにより、図５に示す還流電流Ｉ３が流れる。

次に、制御回路４１は、補助パルスを供給するタイミングに達したか否かを判別する（ステップＳ１０３）。この補助パルスの供給タイミングは、一例として、図６に示すように、駆動パルスを印加してから５００ｍｓ経過した時点である。供給タイミングに達していないと判別した場合は（ステップＳ１０３；ＮＯ）には、ステップＳ１０３を繰り返す。

一方、供給タイミングに達したと判別すると（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）、制御回路４１は、第１駆動パルスＰ１と同じ極性の第１補助パルスＡ１を励磁コイル１１４に印加する（ステップＳ１０４）。
第１補助パルスＡ１を印加する制御方法は、ステップＳ１０２と同様であるが、ゲート信号の供給期間とパルスの印加期間がステップＳ１０２に比べて短い。これにより、第１補助パルスＡ１のパルス幅は、第１駆動パルスＰ１に比べて、短くなる。

続いて、制御回路４１は、次の運針のタイミングに達したか否かを判別する（ステップＳ１０５）。運針のタイミングに達していないと判別した場合（ステップＳ１０５；ＮＯ）には、ステップＳ１０５を繰り返す。

一方、運針のタイミング達したと判別すると（ステップＳ１０５；ＹＥＳ）、制御回路４１は、第２駆動パルスＰ２を励磁コイル１１４に印加する（ステップＳ１０６）。
具体的には、制御回路４１は、ハイレベルのゲート信号Ｏ１ＨとＯ１ＬをＰＭＯＳトランジスタ３１１とＮＭＯＳトランジスタ３１２に一定期間印加し、ハイレベルのゲート信号Ｏ２ＨとＯ２ＬをＰＭＯＳトランジスタ３１３とＮＭＯＳトランジスタ３１４に一定期間印加し、ＰＭＯＳトランジスタ３１１とＮＭＯＳトランジスタ３１４をオフし、ＮＭＯＳトランジスタ３１２とＰＭＯＳトランジスタ３１３をオンする。これにより、図５に示す電流Ｉ２が励磁コイル１１４に流れる。

制御回路４１は、第２駆動パルスＰ２を励磁コイル１１４に一定期間印加すると、ＭＯＳトランジスタ３１１〜３１４のゲート信号Ｏ１Ｈ〜０２Ｌを所定期間全てハイレベルとすることにより、ＰＭＯＳトランジスタ３１１と３１３をオフし、ＮＭＯＳトランジスタ３１２と３１４をオンし、励磁コイル１１４への第２駆動パルスＰ２の印加を停止すると共に励磁コイル１１４に蓄積されているエネルギーを開放させる。これにより、図５に示す還流電流Ｉ４が流れる。

次に、制御回路４１は、補助パルスを供給するタイミングに達したか否かを判別する（ステップＳ１０７）。供給タイミングに達していないと判別した場合は（ステップＳ１０７；ＮＯ）には、ステップＳ１０７を繰り返す。

一方、供給タイミングに達したと判別すると（ステップＳ１０７；ＹＥＳ）、制御回路４１は、第２駆動パルスＰ２と同じ極性の第２補助パルスＡ２を励磁コイル１１４に印加する（ステップＳ１０８）。
第２補助パルスＡ２を印加する制御方法は、ステップＳ１０６と同様であるが、ロータ１１１をコギングトルク中立位置から抜け出させるために必要なエネルギーは、ロータ１１１を静的安定位置Ｌ１から抜け出させるために必要なエネルギーよりも小さなエネルギーでよいので、ゲート信号の供給期間とパルスの印加期間がステップＳ１０６に比べて短い。これにより、第２補助パルスＡ２のパルス幅は、第２駆動パルスＰ２に比べて、短くなる。なお、本実施形態に係る補助パルスＡ１とＡ２のパルス幅は、例えば、駆動パルスのパルス幅の１０％以下である。

以後、同様の動作を繰り返して、ステップモータ１１の駆動を制御する。

本実施形態に係るステップモータ駆動装置２１によれば、ロータ１１１が、万が一、図４（ａ）、（ｂ）に示す、コギングトルク中立位置で停止してしまったとしても、所定のタイミングで補助パルスＡ１，Ａ２を交互に供給しつづけるため、ロータ１１１をコギングトルク中立位置から抜け出させることができる。このようにして、ステップモータ１１を安定して駆動できる。

また、上述のように本実施形態に係る補助パルスＡ１，Ａ２は、駆動パルスＰ１，Ｐ２に比べ、エネルギーが十分に小さいため、ロータ１１１が静的安定位置Ｌ１に停止した状態で補助パルスＡ１，Ａ２を励磁コイル１１４に供給しても、ロータ１１１が静的安定位置Ｌ１を抜け出すようなことはなく、ステップモータ１１の動きに問題は生じない。

また、本実施形態に係るステップモータ駆動装置２１は、直前に供給した駆動パルスと同じ極性の補助パルスを供給する。これにより、ロータ１１１がコギングトルク中立位置で停止していた場合、そこから抜け出させてロータ１１１が停止する位置を、ロータ１１１が正常な回転をしていた場合と同じ位置にすることができ、すぐさま、ステップモータ１１の駆動状態を正常な状態に復帰させることができる。

２．第２実施形態
本実施形態に係るステップモータ駆動装置は、ロータ１１１の回転状態を検知することにより、その状態に応じて、次回からは、ロータ１１１を回転させるに適したエネルギーの駆動パルスを供給する。このようにして、ステップモータ１１を安定して駆動させる適応制御を行う。
具体的には、上記第１実施形態のように１つのパルスから構成される駆動パルスを供給するのでなく、ステップモータ１１をより確実に回転させるため、複数のパルス（間欠的に構成された複数の櫛歯パルスの列）で構成される駆動パルスを供給するとともに、ロータ１１１の回転状態に応じて、駆動パルスを構成する櫛歯パルスの本数を適宜制御する（つまり、適宜、エネルギーを増減させた駆動パルスを励磁コイル１１４に印加する）。

このように、適応制御を行うステップモータ駆動装置においては、ロータ１１１を回転させるために必要最小限のエネルギーでステップモータ１１を駆動させるので、ロータ１１１がコギングトルク中立位置で停止する可能性がある。そのため、特に、補助パルスを常時、所定のタイミングで供給するメリットがある。

また、上記第１実施形態においては、直前の駆動パルスと同一極性の補助パルスを供給したが、本実施形態においては、直前の駆動パルスと反対極性の補助パルスを供給する。
具体的には、図８に示すように、第１極性の櫛歯パルスの列からなる第１駆動パルスＰ２１を供給しはじめてから、所定の間隔（図８では、５００ｍｓ）を経て、第１駆動パルスＰ２１と反対極性の第２補助パルスＡ２を供給する。続いて、第２極性の櫛歯パルスの列からなる第２駆動パルスＰ２２を供給しはじめてから、所定の間隔（図８では、５００ｍｓ）を経て、第２駆動パルスＰ２２と反対極性の第１補助パルスＡ１を供給する。

また、ステップモータ駆動装置２２１（図９参照）の制御回路４１は、詳細は後述するが、ロータ１１１が回転したか否かを判別し、回転しなかったと判別した場合には、判別対象の駆動パルスの直後に、通常のステップモータ１１の駆動のために供給される駆動パルスとは別の駆動パルス（以下、「補正駆動パルス」という）を励磁コイル１１４に印加し、ロータ１１１を正常な回転状態に復帰させる。

以下、詳細に説明する。
図９に示すように、第２実施形態に係るステップモータ２２１は、第１実施形態と同様の構成の駆動回路３１及び制御回路４１と、本実施形態に特有の回転検出部５１と、を備える。これらの各部のそれぞれは、電気的に接続され、制御回路４１の制御の下、第１実施形態と同様の構成のステップモータ１１を駆動する。なお、本実施形態では、制御回路４１が各部を制御する方法が、第１実施形態と異なる点がある。この点は、適宜、説明する。

回転検出部５１は、ロータ１１１の回転状態を検出し、検出結果を示す検出信号を制御回路４１に供給する。
回転検出部５１は、例えば、ｉ）ステップモータ１１のロータ１１１の近傍に備えられ、半導体磁気抵抗素子、ホール素子、強磁性薄膜素子、コイルピックアップ等から構成される磁気センサ（図示せず）、ｉｉ）上記した特許文献１のように、駆動パルスを励磁コイル１１４に印加した後のロータ１１１の回転挙動により発生する誘導電流を検出する公知の検出部、ｉｉｉ）ロータ１１１の回転によって発生する誘導電流に起因して励磁コイル１１４の両端間電圧に現れる凹みに基づいて回転の有無を検出する検出部、等が考えられる。ロータ１１１の回転状態を検出できるものであれば、回転検出部５１の構成は限定されるものではない。

制御回路４１は、ゲート信号０１Ｈ〜０２Ｌを制御して、駆動パルスＰ２１，Ｐ２２と補助パルスＡ１，Ａ２を適宜のタイミングで励磁コイル１１４に供給するとともに、回転検出部５１からロータ１１１の回転状態を示す検出信号を取得し、適応制御を行う。

具体的には、制御回路４１は、所定本数の櫛歯パルスから構成される駆動パルスを、励磁コイル１１４に供給する。そして、回転検出部５１から検出信号を取得し、その検出信号に基づいてロータ１１１が回転したか否かを判別する。

ロータ１１１が回転しなかった（ステップモータ１１が運針のミスをした）と判別した場合、制御回路４１は、次の駆動パルスを、ランクを１つ上げた駆動パルスにして（駆動パルスを構成する櫛歯パルスの本数を原則１本増やして）励磁コイル１１４に供給する。
一方、ロータ１１１が回転した（ステップモータ１１が正常に運針をした）と判別した場合、制御回路４１は、駆動パルスのランクを変えずに、駆動パルスを供給し続ける。また、所定の期間内（例えば、３００秒間）、このように回転と判別し続けた場合は次回から、ランクを１つ下げた（櫛歯パルスの本数を原則１本減らした）駆動パルスを供給する。なお、駆動パルスのランクが既に最低ランクに達した場合は、上記所定期間（例えば、３００秒間）ロータ１１１の回転が正常であると判別した場合であっても、ランクは変えない。

例えば、駆動パルスのランクとして制御回路４１の記憶部に予め用意されているのは、図１０に示すように、最低ランクとしての櫛歯パルスが１０本の「ランク１」〜最高ランクとしての櫛歯パルスが２８本の「ランク１５」である。なお、「ランク１１」〜「ランク１５」のように高いエネルギーレベルの駆動パルスにおいては、次回の駆動パルスで確実にロータ１１１を回転させるため、例外的に、ランクが１つ上がる毎に櫛歯パルスの本数を２本増やしている。

第２実施形態に係る制御回路４１は、上記処理を繰り返し実行することで、ステップモータ１１の適応制御を行う。

以下では、ステップモータ駆動装置２２１が、上記で説明した適応制御を、適宜、行うことを前提として、図１１（ａ）〜（ｆ）のタイミングチャートを参照し、制御回路４１が、ゲート信号０１Ｈ〜０２Ｌを制御して、ステップモータ１１を駆動するための駆動パルスＰ２１，Ｐ２２と、補助パルスＡ１，Ａ２とを励磁コイル１１２に供給する動作を詳細に説明する。

制御回路４１は、第１駆動パルスＰ２１を印加するタイミングになると、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように、ＰＭＯＳトランジスタ３１１をオン、ＮＭＯＳトランジスタ３１２をオフ、ＰＭＯＳトランジスタ３１３をオフ、ＮＭＯＳトランジスタ３１４をオンすることにより、図１１（ｅ）に示すように、Ｔ１の期間だけ、第１極性の櫛歯パルスを励磁コイル１１４に印加する。

続いて、ＰＭＯＳトランジスタ３１１をオフ、ＮＭＯＳトランジスタ３１２をオン、ＰＭＯＳトランジスタ３１３をオフ、ＮＭＯＳトランジスタ３１４をオンすることにより、Ｔ２の期間だけ、励磁コイル１１４の励磁を停止し、励磁コイル１１４に蓄積された電磁エネルギーを放出させる。
続いて、Ｔ３の期間だけ、ＭＯＳトランジスタ３１１〜３１４を全てオフする。

以後、制御回路４１は、櫛歯パルスをｎ回（このｎは、櫛歯パルスの本数に相当するため、図１０を参照して前に述べたように、例えば、ｎ＝１０〜２８である。）、間欠的に励磁コイル１１４に印加するまで、同様の動作を繰り返すことで、第１駆動パルスＰ２１を励磁コイル１１４に供給することになる。
このときの第１駆動パルスＰ２１を構成する櫛歯パルスは、図１０に示すように、櫛歯パルス幅Ｔ１は１．７５７８ｍｓ、櫛歯パルス周期（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）は１．９５３１ｍｓである。
また、櫛歯パルスの本数は、初動時では、最低ランクの「ランク１」（例えば、櫛歯パルス１０本）であり、制御回路４１は、回転検出部５１から取得した検出信号に基づいて、前述の通り、ロータ１１１の回転・非回転を判別し、適宜、供給する櫛歯パルスの本数を増減して供給して、適応制御を行う。

このような第１駆動パルスＰ２１を供給した後、補助パルスを供給するタイミングになると、制御回路４１は、直前に供給した第１駆動パルスＰ２１と反対極性の第２補助パルスＡ２を励磁コイル１１４に印加する。
第２補助パルスＡ２を印加する制御自体は、第１実施形態のステップＳ１０８と同様である。

第２実施形態においても、前述の第１実施形態と同様に、「補助パルス」とは、駆動パルスと比べて十分にエネルギーの小さい所定極性のパルスであり、駆動パルスのようにロータを一方の極から他方の極に移動させることはできないが、ロータをコギングトルク中立位置から抜け出させることのできるエネルギーをもつパルスのことである。

ロータ１１１が正常に回転した場合には、図２に示す状態から、図３（ｂ）に示す状態になる。このときの第２補助パルスＡ２のパルス幅は、図１０に示すように、例えば、０．９７６６ｍｓである。
補助パルスのエネルギーは、駆動パルスのエネルギーよりも十分小さいが、ロータ１１１がコギングトルク中立位置で停止した場合に、再び元の位置に戻るのに十分なエネルギーをもつように予め設定されている。

次に、制御回路４１は、第２駆動パルスＰ２２を印加するタイミングになると、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように、ＰＭＯＳトランジスタ３１１をオフ、ＮＭＯＳトランジスタ３１２をオン、ＰＭＯＳトランジスタ３１３をオン、ＮＭＯＳトランジスタ３１４をオフすることにより、図１１（ｅ）に示すように、Ｔ１の期間だけ、第２極性の櫛歯パルスを励磁コイル１１４に印加する。

続いて、ＰＭＯＳトランジスタ３１１をオフ、ＮＭＯＳトランジスタ３１２をオン、ＰＭＯＳトランジスタ３１３をオフ、ＮＭＯＳトランジスタ３１４をオンすることにより、Ｔ２の期間だけ、励磁コイル１１４の励磁を停止し、励磁コイル１１４に蓄積された電磁エネルギーを放出させる。
続いて、Ｔ３の期間だけ、ＭＯＳトランジスタ３１１〜３１４を全てオフする。

以後、制御回路４１は、櫛歯パルスをｎ回（一例として、ｎ＝１０〜２８）、間欠的に励磁コイル１１４に印加するまで、同様の動作を繰り返すことで、第１駆動パルスＰ２２を励磁コイル１１４に供給することになる。
このときの第２駆動パルスＰ２２を構成する櫛歯パルスのパルス幅Ｔ１等の具体値の一例は、図１０を参照して上で説明した具体値と同様である。第２駆動パルスＰ２２は、第１駆動パルスＰ２１と極性が反対である点が異なる。

このような第２駆動パルスＰ２２を供給した後、補助パルスを供給するタイミングになると、制御回路４１は、直前に供給した第２駆動パルスＰ２２と反対極性の第１補助パルスＡ１を励磁コイル１１４に印加する。
第１補助パルスＡ１を印加する制御方法は、第１実施形態のステップＳ１０４と同様である。
このときの第１補助パルスＡ１のパルス幅の具体値の一例は、図１０を参照して上で説明した具体値と同様である。第１補助パルスＡ１は、第２補助パルスＡ２と極性が反対である点が異なる。

以上のように、本発明は、直前の駆動パルスと反対極性の補助パルスを供給するとともに、複数の櫛歯パルスから構成される駆動パルスを供給するステップモータ駆動装置２２１にも適用することができる。

ロータ１１１の回転状態に応じて、適宜、駆動パルスのランクを増減する適応制御を行うステップモータ駆動装置２２１においては、ロータ１１１がコギングトルク中立位置で停止する蓋然性が高まる。例えば、時計にステップモータ駆動装置２２１を適用した場合、ロータ１１１の回転と逆の回転方向における負荷がかかった状態では、必要最小限のエネルギーの駆動パルスに設定されることでロータ１１１がコギングトルク中立位置で停止してしまう場合が多い。そのため、ステップモータ駆動装置２２１が、適宜、補助パルスを供給することは好適である。

また、第２実施形態に係るステップモータ駆動装置２２１の制御回路４１は、回転検出部５１からの検出信号に基づいてロータ１１１が回転したか否かを判別し、回転しなかったと判別した場合には、判別対象の駆動パルスの直後に、前述したように、通常のステップモータ１１の駆動のために供給される駆動パルスとは別の駆動パルスである「補正駆動パルス」を励磁コイル１１４に印加し、ロータ１１１を正常な回転状態に復帰させる。
なお、前述の図１１では、駆動パルスＰ２１，Ｐ２２と補助パルスＡ１，Ａ２の供給タイミングについての理解を容易にするため、補正駆動パルスは示していない。補正駆動パルスについては、図１２等を参照し、以下に説明する。

（補正駆動パルス）
図１２は、第２駆動パルスＰ２２においてロータ１１１が回転しなかったと判別し、まず、第２駆動パルスＰ２２と反対極性の第１補正駆動パルスＣ１を供給し、その次に第２駆動パルスＰ２２と同じ極性の第２補正駆動パルスＣ２を供給している例を示している。
この例では、第１補正駆動パルスＣ１を励磁コイル１１４に印加するための、ゲート信号０１Ｈ〜０２Ｌの制御自体は、第１実施形態で説明したステップＳ１０２と同様である。また、第２補正駆動パルスＣ２を励磁コイル１１４に印加するための、ゲート信号０１Ｈ〜０２Ｌの制御自体は、第１実施形態で説明したステップＳ１０６と同様である。

補正駆動パルスの具体例としては、例えば、図１０に示すようにパルス幅５４．６８７５ｍｓの１つのパルスから構成され、相互に極性が異なる補正駆動パルスが考えられる。補正駆動パルスは、図１０に示す最大の駆動パルスよりも、さらに大きな駆動エネルギーを持っており、確実にロータ１１１を回転させる値として制御回路４１の記憶部に予め設定（記憶）されている。

このように、補正駆動パルスを適宜供給するとともに駆動パルスのランクを増減する適応制御を行うステップモータ駆動装置２２１が、補助パルスを常時供給すると、ロータ１１１が万が一コギングトルク中立位置で停止してしまったとしても、次回からはロータ１１１がコギングトルク中立位置で停止してしまうことを防止できる。
以下、図１２で示す構成のパルスを励磁コイル１１４に印加した場合として、前述の図２及び図３（ａ）〜（ｄ）を参照しながら、理由を説明する。

図２に示すように、ロータ１１１が静的安定位置Ｌ１で停止している状態で、第１駆動パルスＰ１を励磁コイル１１４に印加して励磁電流Ｉを流した場合に、第１駆動パルスＰ１のエネルギーが十分でなかったり、ロータ１１１への負荷が局所的に増えてしまったりして、ロータ１１１が、図４（ａ）に示すコギングトルク中立位置で停止してしまったとする。この状態で、第２補助パルスＡ２が供給されると、ロータ１１１はコギングトルク中立位置を抜け出し、再び第１駆動パルスＰ２１が供給される前に停止していた位置、即ち、図２に示す静的安定位置Ｌ１で停止する。

そして、次の運針タイミングで第２駆動パルスＰ２２が供給されると、ステータ１１２には図３（ｃ）に示すようにＮ極とＳ極が形成され、ロータ１１１は磁極に引き付けられて図３（ｃ）に示すように回転する。そして第２駆動パルスＰ２２の供給が完了して磁極が消滅すると、ロータ１１１は図３（ｄ）に示す状態となるが、これは図２の状態と同じである。すなわちロータ１１１は第２駆動パルスＰ２２が供給されても正常に回転しない。

ロータ１１１が正常に回転しない場合に発生する誘導電流は、ロータ１１１が正常に回転した場合、又はロータ１１１がコギングトルク中立位置で停止した場合に発生する誘導電流よりも、小さくなる。

このため、制御回路４１は、ロータ１１１が回転していないことを確実に検出することができる。制御回路４１は、ロータ１１１が回転していないことを検出した場合は、ロータ１１１が非回転と判別する。このように、直前の駆動パルスと反対極性の補助パルスを出力することで、ステップモータ駆動装置２２１は、ロータ１１１の回転／非回転を確実に検出することができる。

制御回路４１は、回転検出部５１からの検出信号に基づき、ロータ１１１が非回転と判別した場合には、第１補正駆動パルスＣ１、続けて、第２補正駆動パルスＣ２を励磁コイル１１４に供給する。すると、補正駆動パルスＣ１，Ｃ２により、ロータ１１１は強制的に回転させられ、さらに次の運針タイミングで第１駆動パルスＰ２１が供給されるまでに、ロータ１１１がコギングトルク中立位置で停止せずに正常に駆動していた場合に停止していたはずの、図３（ｄ）の位置にロータ１１１は停止する。つまり、正常な駆動状態に復帰する。

また、制御回路４１は、ロータ１１１は非回転であったと判別したため、次に供給する第１駆動パルスＰ１１のランクを１つ上げて励磁コイル１１４に印加する。これにより、今後、ロータ１１１がコギングトルク中立位置で停止することを防止できる。

なお、上述のように本実施形態に係る補助パルスＡ１，Ａ２は、駆動パルスＰ２１，Ｐ２２に比べ、駆動エネルギーが十分に小さいため、ロータ１１１が静的安定位置Ｌ１に停止した状態で補助パルスＡ１，Ａ２を励磁コイル１１４に供給しても、ロータ１１１が静的安定位置Ｌ１を抜け出すようなことはなく、ステップモータ１１の動きに問題は生じない。

３．変形例
以上、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。

以上の実施形態では、相互に極性の異なる駆動パルス間に、常に補助パルスを供給したが、これに限られない。例えば、第１駆動パルス供給直後には、補助パルスを供給するが、続く第２駆動パルス供給直後には、補助パルスを供給しない、という構成も可である。

また、第２実施形態では、複数の櫛歯パルスからなる駆動パルスの供給直後に、その駆動パルスと反対極性の補助パルスを励磁コイル１１４に印加したが、これに限られず、駆動パルスの供給直後に、その駆動パルスと同じ極性の補助パルスを励磁コイル１１４に印加してもよい。

また、補助パルスを単発のパルスとして説明したが、補助パルスが複数の櫛歯パルスで構成されていてもよい。この場合における補助パルスも、駆動パルスと比べて十分にエネルギーの小さい所定極性のパルスであり、駆動パルスのようにロータを一方の極から他方の極に移動させることはできないが、ロータをコギングトルクが０になる位置（以下、コギングトルク中立位置）から抜け出させることのできるエネルギーをもつパルスである。

また、補正駆動パルスを単発のパルスとして説明したが、補正駆動パルスが複数の櫛歯パルスで構成されていてもよい。この場合における補正駆動パルスも、通常、ロータ１１１を駆動させるために出力する駆動パルスよりも大きな駆動エネルギーを持っており、確実にロータ１１１を回転させる値として予め設定されている。

以上の実施形態では２極モータを例示したが、これに限られない。ロータの静的安定位置と動的安定位置（コイル励磁状態におけるロータの安定位置）とコギングトルク中立位置とが互いにずれて存在するステップモータであれば、３極以上のモータにも同様に、上述の制御方法を適用することができる。さらに、時計の運針用のモータに限らず、任意のステップモータに適用可能である。また、インナーロータ型に限定されず、アウターロータ型でもよい。さらに、ステータを励磁する構成に限らず、ロータを励磁する構成にも適用可能である。

１１…ステップモータ
１１１…ロータ
１１２…ステータ
１１２ａ…円形孔
１１２ｂ、１１２ｃ…ノッチ
１１２ｄ、１１２ｅ…ノッチ
１１３…コイル芯
１１４…励磁コイル
ＴＭ１…第１端子、ＴＭ２…第２端子
２１，２２１…ステップモータ駆動装置
３１…駆動回路
３１１、３１３…ＰＭＯＳトランジスタ
３１２、３１４…ＮＭＯＳトランジスタ
４１…制御回路
５１…回転検出部
Ｐ１，Ｐ２１…第１駆動パルス、Ｐ２，Ｐ２２…第２駆動パルス
Ａ１…第１補助パルス、Ａ２…第２補助パルス
Ｃ１…第１補正駆動パルス、Ｃ２…第２補正駆動パルス
Ｌ１…静的安定位置、Ｌ２…磁路中心線、Ｌ３…ノッチ中心線
ＴＭ１…第１端子、ＴＭ２…第２端子

Claims (6)

1. ステップモータのコイルに、一方極性の駆動パルスと前記一方極性と反対極性の駆動パルスとを所定のタイミングで交互に供給することにより、該ステップモータのロータを回転させる駆動制御手段を備え、
   前記駆動制御手段は、
   前記一方極性の駆動パルスと前記反対極性の駆動パルスとの間に、前記駆動パルスのエネルギーより小さく、且つ、前記ロータがそのコギングトルクが０になる位置で停止した場合に前記ロータを前記位置から抜け出させることのできるエネルギーの補助パルスを前記コイルに印加する、
   ことを特徴とするステップモータ駆動装置。
2. 前記駆動制御手段は、
   前記一方極性の駆動パルスを前記コイルに印加した後に、前記一方極性の駆動パルスと同一極性の前記補助パルスを前記コイルに印加する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のステップモータ駆動装置。
3. 前記駆動制御手段は、
   前記一方極性の駆動パルスを前記コイルに印加した後に、前記一方極性の駆動パルスと反対極性の前記補助パルスを前記コイルに印加する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のステップモータ駆動装置。
4. 前記ステップモータ駆動装置は、
   前記ロータの回転状態を検出し、検出結果を示す検出信号を生成する回転検出手段と、
   前記回転検出手段が生成した検出信号を取得し、取得した検出信号に基づいて前記ロータが回転したか否かを判別する判別手段と、をさらに備え、
   前記駆動制御手段は、
   前記判別手段が判別した結果に応じて、前回印加した駆動パルスよりもエネルギーを増減させた前記駆動パルスを前記コイルに印加する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のステップモータ駆動装置。
5. 前記駆動制御手段は、
   前記判別手段が、前記ロータが回転していないと判別した場合に、前記駆動パルスのエネルギーよりも大きく、前記ロータを回転させることができるエネルギーの補正駆動パルスを前記コイルに印加する、
   ことを特徴とする請求項４に記載のステップモータ駆動装置。
6. ステップモータのコイルに、一方極性の駆動パルスと前記一方極性と反対極性の駆動パルスとを所定のタイミングで交互に供給することにより、該ステップモータのロータを回転させるステップモータ駆動方法であって、
   前記一方極性の駆動パルスと前記反対極性の駆動パルスとの間に、前記駆動パルスのエネルギーより小さく、且つ、前記ロータがそのコギングトルクが０になる位置で停止した場合に前記ロータを前記位置から抜け出させることのできるエネルギーの補助パルスを前記コイルに印加する、
   ことを特徴とするステップモータ駆動方法。

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