JP2012233858A - ステッピングモータ制御回路及びアナログ電子時計 - Google Patents

Abstract

【課題】高速な逆転駆動を可能にする。
【解決手段】逆転駆動パルスＰｇは第１パルスＰ１と、第１パルスＰ１に連続すると共に第１パルスＰ１とは逆極性の第２パルスＰ２とによって構成されており、ロータ２０２の磁極軸Ａが正転方向最寄りの切り欠き部２０５を超える位置まで正転するように第１パルスＰ１で正転駆動した後、磁極軸Ａが安定静止位置θ0を越える位置まで第２パルスＰ２で逆転駆動し、第１区間Ｔ１、第２区間Ｔ２において、コイル２０９と直列に検出抵抗を接続することによってロータ２０２に対する制動力を抑制すると共に回転検出を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ステッピングモータ制御回路及び前記ステッピングモータ制御回路を用いたアナログ電子時計に関する。

従来から、ロータ収容孔及びロータの安定静止位置を決める複数の位置決め部を有するステータと、前記ロータ収容孔内に配設されたロータと、前記ステータに巻回されたコイルとを有するステッピングモータがアナログ電子時計等に使用されている。
前記ステッピングモータを回転駆動する場合、極性の異なる駆動パルスで交互に前記コイルを駆動して前記ステータに磁束を発生させることによって前記ロータを回転させると共に、前記ロータの磁極軸が前記位置決め部から最も離れた前記安定静止位置で静止するように１８０度ずつ回転する。

前記ロータを正転させる場合には、各極性毎に、実質的に１つの駆動パルス（単一の矩形波パルス又は、同極性の複数の櫛歯状パルスによって構成された一組の駆動パルス）で駆動する。
一方、前記ロータを逆転させる場合には、極性の異なる３つのパルスによって構成された１つの逆転駆動パルスを用いてロータを逆転させている（例えば、特許文献１参照）。

図６（ｂ）は、特許文献１に記載された従来のステッピングモータを逆転させる場合の駆動タイミングを示す図である。
図６（ｂ）において、逆転駆動パルスＰｇｊは、第１パルスＰ１ｊ、第１パルスとは逆極性の第２パルスＰ２ｊ、第２パルスとは逆極性（第１パルスＰ１ｊと同極性）の第３パルスＰ３ｊから構成されている。第１パルスＰ１ｊ〜第３パルスＰ３ｊは時間的に連続したパルスである。第３パルスＰ３ｊ終了直後に、ステッピングモータの回転を検出する区間である検出区間Ｔｊが設けられている。

以下、前記逆転駆動パルスＰｇｊによってステッピングモータを逆転する動作を説明するが、ステッピングモータの構成は、本願発明で使用するステッピングモータと同一構成であるため、本願発明の説明図である図２〜４のステッピングモータ１０５を用いて説明する。
図２において、初期状態として、ロータ２０２の磁極軸Ａはロータ２０２の安定静止位置を決めるための内ノッチ２０４、２０５から最も離れた静止安定位置（角度θ0位置）に位置して静止している。

この状態から、ロータ２０２を逆方向（時計回り方向）に回転（逆転）駆動する場合、先ず、図６（ｂ）のパルスＰ１ｊを第１端子ＯＵＴ１、第２端子ＯＵＴ２に供給してコイル２０９を駆動することにより、コイル２０９に励磁電流を流してステータ２０１に矢印方向の磁束を発生させる。これにより、ステータ２０１の磁束とロータ２０２の磁極との反発力により、磁極軸Ａが内ノッチ２０５直前まで来るようにロータ２０２を正方向（反時計回り方向）に回転（正転）させる。

次に、端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２にパルスＰ２ｊを印加し、ステータ２０１の磁束とロータ２０２の磁極との吸引力によって、磁極軸Ａがステータ２０１に磁束が生じる方向（水平磁極方向：Ｘ軸）を越えた位置まで来るようにロータ２０２を逆転させる。
次に、端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２にパルスＰ３ｊを印加し、ステータ２０１の磁束とロータ２０２の磁極との反発力によって、磁極軸Ａを更に内ノッチ２０４を越えて逆転させる。磁極軸Ａが鉛直方向（Ｘ軸と直交する方向）に到達後、ステータ２０１とロータ２０２の磁極の吸引によって制動をかけ、磁極軸Ａが角度θ1位置となる位置でロータ２０２は安定的に静止する。これにより、１８０度の逆転動作が完了する。

尚、パルスＰ３ｊによる駆動終了直後にロータ２０２の回転状況を検出する検出区間Ｔｊが設けられており、検出区間Ｔｊにおいてロータ２０２の回転によって発生する誘起信号ＶＲｓを検出し、前記誘起信号ＶＲｓが所定の基準電圧を超えるか否かによってロータ２０２が回転したか否かを判定する。回転したか否かの判定結果に基づいて、エネルギの大きいパルスに変更して駆動する等のパルス制御が行われる。
次の逆転動作時は、前記逆転駆動パルスＰｇｊとは逆極性の逆転駆動パルスＰｇｊによる駆動が行われる。これにより、磁極軸Ａが図２〜４の角度θ0位置まで逆転して静止することになる。このように異なる極性の逆転駆動パルスによって交互に逆転駆動することにより、１８０度ずつの逆転動作が継続して行なわれる。

以上のようにして逆転動作が可能であるが、逆転駆動パルスＰｇｊが３つのパルスＰ１ｊ、Ｐ２ｊ、Ｐ３ｊによって構成されているため、逆転駆動パルスＰｇｊの総パルス長が長くなり、短い周期での駆動（高速駆動）ができない。したがって、アナログ電子時計の場合には高速運針ができないという問題がある。また、駆動期間が長くなるため、消費電力が大きくなるという問題がある。また、パルスＰ３ｊによって制動がかかるため、逆転し難いという問題がある。

特開昭５５−３３６４２号公報

本発明は、前記問題点に鑑み成されたもので、高速な逆転駆動を可能にすることを課題としている。
また、本発明は、不要な制動がかからないようにして、逆転し易くすることを課題としている。

本発明によれば、ロータ収容孔及びロータの安定静止位置を決める複数の位置決め部を有するステータと、前記ロータ収容孔内に配設されたロータと、前記ステータに巻回されたコイルとを有するステッピングモータを制御するために、前記ロータの回転状況に応じた駆動パルスで前記コイルを駆動することにより前記ロータを回転させると共に、前記ロータの磁極軸が前記複数の位置決め部から最も離れた前記安定静止位置に静止するように回転駆動する制御手段と、前記駆動パルスによる駆動直後に設けられた検出区間において前記ロータの回転によって発生する誘起信号に基づいて前記ロータの回転状況を検出する回転検出手段とを備えたステッピングモータ制御回路において、前記駆動パルスは、前記ロータを所定の逆転方向に回転させる逆転駆動パルスの場合、第１パルスと、前記第１パルスに連続すると共に前記第１パルスとは逆極性の第２パルスによって構成されて成り、前記制御手段は、前記ロータの磁極軸が正転方向最寄りの位置決め部を超える位置まで正転するように前記第１パルスで正転駆動した後、前記磁極軸が前記安定静止位置を越える位置まで前記第２パルスで逆転駆動し、前記回転検出手段は、前記第２パルスによる駆動直後に設けられた前記検出区間において、前記コイルと直列に検出抵抗を接続することによって前記ロータに対する制動力を抑制すると共に前記ロータの回転によって前記検出抵抗に生じる誘起信号に基づいて前記ロータの回転状況を検出することを特徴とするステッピングモータ制御回路が提供される。

また、本発明によれば、時刻針を回転駆動するステッピングモータと、前記ステッピングモータを制御するステッピングモータ制御回路とを有するアナログ電子時計において、前記ステッピングモータ制御回路として前記ステッピングモータ制御回路を用いたことを特徴とするアナログ電子時計が提供される。

本発明に係るステッピングモータ制御回路によれば、ステッピングモータを高速に逆転駆動することができる。また、不要な制動がかからないため、逆転し易くなるという効果を奏する。
また、本発明に係るアナログ電子時計によれば、高速な逆転運針駆動が可能になる。また、不要な制動がかからないため、逆転運針が容易になるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計のブロック図である。 本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計に使用するステッピングモータの動作説明図である。 本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計に使用するステッピングモータの動作説明図である。 本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計に使用するステッピングモータの動作説明図である。 本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路及びアナログ電子時計の部分詳細回路図である。 本発明の実施の形態及び従来のステッピングモータ制御回路及びアナログ電子時計の駆動波形図である。 本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路及びアナログ電子時計のタイミング図である。 本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路及びアナログ電子時計の前提となる動作を説明する判定チャートである。

図１は、本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路を用いたアナログ電子時計のブロック図であり、アナログ電子腕時計の例を示している。各図において、同一部分には同一符号を付している。
図１において、アナログ電子時計は、所定周波数の信号を発生する発振回路１０１、発振回路１０１で発生した信号を分周して計時の基準となる時計信号を発生する分周回路１０２、電子時計を構成する各電子回路要素の制御や駆動パルス変更等のパルス制御をはじめとする各種制御を行う制御回路１０３、制御回路１０３からの制御信号に基づいてモータ回転駆動用の駆動パルスを選択し出力する駆動パルス選択回路１０４、駆動パルス選択回路１０４からの駆動パルスによって回転駆動されるステッピングモータ１０５、ステッピングモータ１０５によって回転駆動され時刻を表示するための時刻針（図１の例では時針１０７、分針１０８、秒針１０９の３種類）を有するアナログ表示部１０６を備えている。

また、アナログ電子時計は、ステッピングモータ１０５の回転自由振動によって発生する誘起信号ＶＲｓのうち所定の基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える検出信号ＶＲｓを所定の検出区間において検出する回転検出回路１１０、回転検出回路１１０が検出した基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓの検出時刻と検出した区間とを比較して、誘起信号ＶＲｓがどの区間において検出されたのかを判別する検出判別回路１１１を有している。

分周回路１０２は発振回路１０１からの所定周波数の信号を分周して計時の基準となる時計信号を出力する。制御回路１０３は、前記時計信号に基づいて現在時刻を計時し、所定周期で駆動パルス選択回路１０４に制御信号を出力する。駆動パルス選択回路１０４は制御回路１０３からの制御信号に応答して、前記制御信号に対応する駆動パルスでステッピングモータ１０５を回転駆動する。

図２〜４は、本実施の形態におけるステッピングモータ１０５の動作説明図である。ステッピングモータ１０５自体は時計用に用いられる周知の構成のものである。
図２〜４において、ステッピングモータ１０５は、ロータ収容孔であるロータ収容用貫通孔２０３を有するステータ２０１、ロータ収容用貫通孔２０３に回転可能に配設されたロータ２０２、ステータ２０１と接合された磁心２０８、磁心２０８に巻回されたコイル２０９を備えている。ステッピングモータ１０５をアナログ電子時計に用いる場合には、ステータ２０１及び磁心２０８はネジ（図示せず）によって地板（図示せず）に固定され、互いに接合される。コイル２０１は、第１端子ＯＵＴ１、第２端子ＯＵＴ２を有している。

ロータ２０２は、２極（Ｓ極及びＮ極）に着磁されている。磁性材料によって形成されたステータ２０１の外端部には、ロータ収容用貫通孔２０３を挟んで対向する位置に複数（本実施の形態では２個）の切り欠き部（外ノッチ）２０６、２０７が設けられている。各外ノッチ２０６、２０７とロータ収容用貫通孔２０３間には可飽和部２１０、２１１が設けられている。

可飽和部２１０、２１１は、ロータ２０２の磁束によっては磁気飽和せず、コイル２０９が励磁されたときに磁気飽和して磁気抵抗が大きくなるように構成されている。ロータ収容用貫通孔２０３は、輪郭が円形の貫通孔の対向部分に複数（本実施の形態では２つ）の半月状の切り欠き部（内ノッチ）２０４、２０５を一体形成した円孔形状に構成されている。

切り欠き部２０４、２０５は、ロータ２０２が安定して停止する位置（安定静止位置）を決めるための位置決め部を構成している。コイル２０９が励磁されていない状態では、ロータ２０２は、図２〜４に示すように前記位置決め部に対応する位置、即ち、ロータ２０２の磁極軸Ａが切り欠き部２０４、２０５から最も離れた安定静止位置、換言すれば、ロータ２０２の磁極軸Ａが切り欠き部２０４、２０５を結ぶ線分と直交するような位置（角度θ0位置）に安定して静止している。尚、ロータ２０２の回転軸（回転中心）を中心とするＸＹ座標空間を４つの象限（第１象限Ｉ〜第４象限ＩＶ）に区分している。

いま、駆動パルス選択回路１０４から一方の極性の矩形波の正転駆動パルスをコイル２０９の端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間に供給して（例えば、第１端子ＯＵＴ１側を正極、第２端子ＯＵＴ２側を負極）、図２〜４の矢印方向に電流ｉを流すと、ステータ２０１には破線矢印方向に磁束が発生する。
これにより、可飽和部２１０、２１１が飽和して磁気抵抗が大きくなり、その後、ステータ２０１に生じた磁極とロータ２０２の磁極との相互作用によって、ロータ２０２は図２の矢印方向に１８０度回転し、磁極軸Ａが角度θ1の安定静止位置で安定して静止する。尚、ステッピングモータ１０５を回転駆動することによって通常動作（本実施の形態ではアナログ電子時計であるため運針動作）を行わせるための回転方向（図２〜４では反時計回り方向）を正方向とし、その逆（時計回り方向）を逆方向としている。

次に、駆動パルス選択回路１０４から、逆極性の矩形波の正転駆動パルスをコイル２０９の端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に供給して（前記駆動とは逆極性となるように、第１端子ＯＵＴ１側を負極、第２端子ＯＵＴ２側を正極）、図２〜４の反矢印方向に電流を流すと、ステータ２０１には反破線矢印方向に磁束が発生する。これにより、可飽和部２１０、２１１が先ず飽和し、その後、ステータ２０１に生じた磁極とロータ２０２の磁極との相互作用によって、ロータ２０２は前記と同一方向に１８０度回転し、磁極軸Ａが角度θ0の安定静止位置で安定して静止する。

以後、このように、コイル２０９に対して極性の異なる信号（交番信号）を供給することによって、前記動作が繰り返し行われて、ロータ２０２を１８０度ずつ矢印方向に連続的に正転させることができるように構成されている。ステッピングモータ１０５を正転駆動することにより、アナログ表示部１０６の時刻針１０７〜１０９を正転駆動して現在時刻を随時表示する。

一方、ロータ２０２を逆転させる（時計回り方向に回転させる）場合は、詳細は後述するが、逆転駆動パルスＰｇを端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に供給することによって駆動する。続けて、ロータ２０２を逆転させる場合は、直前に供給した逆転駆動パルスＰｇとは逆極性の逆転駆動パルスＰｇを端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に供給することによって駆動する。以後、これを繰り返すことによって継続して逆転駆動が行われる。
また、ステッピングモータ１０５を逆転駆動することにより、アナログ表示部１０６の時刻針１０７〜１０９を逆転駆動して正時位置に帰零させる等の動作を行わせることができる。

ステッピングモータ１０５が回転駆動によって回転したか否かを、駆動パルスによる駆動直後に設けられた検出区間Ｔにおいて検出する。検出区間Ｔは、正転駆動時には１つの区間に設定され又、逆転区同時には後述するように２つの区間に区分されている。尚、正転駆動時の検出区間Ｔを複数区間に区分して検出するように構成してもよい。
回転検出回路１１０はステッピングモータ１０５駆動直後に、ステッピングモータ１０５の自由振動によって発生する基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓを検出し、検出判別回路１１１は逆転時に前記誘起信号ＶＲｓが検出区間のどの区間に属するかを判定する。

検出判別回路１１１は、正転駆動時には、回転検出回路１１０が検出区間Ｔ内で基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓを検出したか否かを判定し、判定結果（検出区間Ｔ内で基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓが検出されていれば「１」、検出されていない場合は「０」）を表す信号を制御回路１０３に出力する。検出判別回路１１１は、正転時には、どの区間で発生したかの判別を行わない。
また、検出判別回路１１１は、逆転駆動時には、回転検出回路１１０が区間Ｔ１、Ｔ２のいずれの区間内で基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓを検出したか否かを判定し、判定結果（区間Ｔ１、Ｔ２内で基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓが検出されていれば「１」、検出されていない場合は「０」）を表す信号を制御回路１０３に出力する。

制御回路１０３は、回転検出回路１１０及び検出判別回路１１１による検出結果に基づいて、ステッピングモータ１０５が回転したか否か等の回転状況を判定し、判定結果に応じて駆動パルス選択回路１０４に制御信号を出力し、より大きなエネルギの駆動パルスによって駆動するように駆動パルス選択回路１０４を制御する等のパルス制御を行う。駆動パルス選択回路１０４は前記制御信号に応じた駆動パルスによってステッピングモータ１０５を回転駆動する。

図６（ａ）は、本実施の形態における逆転駆動時の駆動波形図である。図６（ａ）において、ロータ２０２を逆転駆動するための逆転駆動パルスＰｇは、第１パルスＰ１と、第１パルスＰ１に連続すると共に第１パルスＰ１とは逆極性の第２パルスＰ２とによって構成されている。第２パルスＰ２終了直後に、ロータ２０２が逆転したか否かを検出するための検出区間Ｔが設けられている。検出区間Ｔは、２つの区間（所定時間幅の第１区間Ｔ１と、第１区間Ｔ１終了後に連続して設けられた第２区間Ｔ２）に区分されている。
パルスＰ１、Ｐ２の幅は、図６（ａ）、（ｂ）では異なっているが、図６（ａ）、（ｂ）における検出区間Ｔの長さは同じに構成されている。したがって、本実施の形態で使用する逆転駆動パルスＰｇは従来の逆転駆動パルスＰｇｊよりも時間幅が短い駆動パルスとなっている。

ステッピングモータ１０５を逆転駆動する場合、制御回路１０３が、図６（ａ）に示す２つのパルス（第１パルスＰ１、第２パルスＰ２）によって構成された逆転駆動パルスＰｇでステッピングモータ１０５を駆動するように制御信号を出力する。この場合、パルス選択回路１０４は、先ず第１パルスＰ１でステッピングモータ１０５を駆動し、次に第２パルスＰ２でステッピングモータ１０５を駆動する。第１パルスＰ１と第２パルスＰ２の時間幅の合計は、図６（ｂ）の逆転駆動パルスＰｇｊを構成するパルスＰ１ｊ〜Ｐ３ｊの時間幅の和よりも小さくなるように構成されている。これにより、高速駆動や低消費電力化を可能にしている。

駆動パルス選択回路１０４が前記制御信号に応答して図６（ａ）の逆転駆動パルスＰｇを用いてステッピングモータ１０５を逆転駆動した後、回転検出回路１１０が逆転駆動終了直後に設けられた検出区間Ｔにおいて回転検出動作を行い、検出判別回路１１１が２つの区間Ｔ１、Ｔ２において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを越える誘起信号が検出されたか否かの判定を行う。
制御回路１０３は、各区間Ｔ１、Ｔ２において検出された誘起信号ＶＲｓのパターン（第１区間Ｔ１の判定値、第２区間Ｔ２の判定値）に基づいてステッピングモータ１０５の回転状況を判定する。

制御回路１０３は、検出判別回路１１１の判定結果に基づいて、ステッピングモータ１０５が回転しなかったと判定した場合には、第１パルスＰ１や第２パルスＰ２を幅広（エネルギの大きい）にした逆転駆動パルスＰｇで強制的に回転駆動する。
尚、発振回路１０１及び分周回路１０２は信号発生手段を構成し、アナログ表示部１０６は時刻表示手段を構成し、回転検出回路１１０は回転検出手段を構成している。制御回路１０３、駆動パルス選択回路１０４及び検出判別回路１１１は制御手段を構成している。

図５は、本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路及びアナログ電子時計の部分詳細回路図で、駆動パルス選択回路１０４及び回転検出回路１１０の部分詳細回路図である。
スイッチ制御回路３０３は、正転駆動時又は逆転駆動時、制御回路１０３から供給される制御信号Ｖｉに応答して、トランジスタＱ２、Ｑ３を同時にオン状態とする、あるいは、トランジスタＱ１、Ｑ４を同時にオン状態とすることによってコイル２０９に対して正方向あるいは逆方向に電流を供給し、これによってステッピングモータ１０５を回転駆動する。また、回転検出時は、トランジスタＱ３〜Ｑ３をオン状態、オフ状態、スイッチング状態のいずれかに制御して、検出抵抗３０１又は３０２に誘起信号ＶＲｓが発生するように制御する。

トランジスタＱ１、Ｑ２は駆動パルス選択回路１０４の構成要素であり又、トランジスタＱ５、Ｑ６及び検出抵抗３０１、３０２は回転検出回路１１０の構成要素である。また、トランジスタＱ３、Ｑ４は駆動パルス選択回路１０４及び回転検出回路１１０の双方に兼用される構成要素である。尚、検出抵抗３０１、３０２は抵抗値が同一の素子であり、検出素子を構成している。
ステッピングモータ１０５を正転駆動する場合、正転主駆動パルスによってトランジスタＱ２、Ｑ３をオン状態に駆動することにより、ステッピングモータ１０５のコイル２０９に矢印方向の駆動電流ｉを供給する。これにより、ステッピングモータ１０５が回転する場合は、ロータ２０２が正方向に１８０度回転する。

回転検出回路１１０は、正転主駆動パルスによって駆動した直後の検出区間Ｔにおいて、スイッチング制御回路３０３がトランジスタＱ３及びＱ６をオンにした状態でトランジスタＱ４をスイッチングすることにより、検出抵抗３０２に発生する誘起信号ＶＲｓを検出する。コンパレータ３０４は、誘起信号ＶＲｓと所定の基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを比較し、誘起信号ＶＲｓが基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えるか否か表す検出信号Ｖｓを検出判別回路１１１に出力する。
ステッピングモータ１１０が正転したときは基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓが発生し、ステッピングモータ１１０が正転できなかったときは基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓが発生しないように基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐは設定されている。

検出判別回路１１１は、正転駆動時、回転検出回路１１０が検出区間Ｔ内で基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓを検出したか否かを判定し、判定結果（検出区間Ｔ内で基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓが検出されていれば「１」、検出されていない場合は「０」）を表す信号を制御回路１０３に出力する。
制御回路１０３は、検出判別回路１１１の判定結果に基づいて、ステッピングモータ１０５が回転しなかったと判定した場合には正転主駆動パルスよりもエネルギの大きい補正駆動パルスで駆動して強制的に回転させる。

ステッピングモータを逆転駆動する場合、詳細は後述するが、パルスＰ１、Ｐ２によって構成された逆転駆動パルスＰｇでステッピングモータ１０５を駆動し、その直後に、回転検出動作を行う。制御回路１０３は、２つの区間Ｔ１、Ｔ２において検出された誘起信号ＶＲｓのパターン（第１区間の判定値，第２区間の判定値）に基づいてステッピングモータ１０５の回転状況を判定する。
図７は、本実施の形態における逆転駆動時のタイミング図である。
また、図８は、本実施の形態において、逆転駆動時の回転状況を判定するための判定チャートである。

以上のように構成された本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路及びアナログ電子時計の動作を詳細に説明する。
尚、ステッピングモータ１０５の正転駆動動作は従来と同じであり、その動作概要は上述したとおりであるため、以下、本実施の形態の特徴である逆転駆動動作について詳細に説明する。

制御回路１０３からステッピングモータ１０５を逆転駆動するための制御信号Ｖｉが駆動パルス選択回路１０４に入力されると、駆動パルス選択回路１０４は前記制御信号Ｖｉに応答して、逆転駆動パルスＰｇによってステッピングモータ１０５を回転駆動する。
このとき、初期状態としてロータ２０２が図２の状態に示す静止安定位置（磁極軸Ａが複数の最寄りの切り欠き部２０５から最も離れた位置）θ0にあるものとして以下説明する。

スイッチ制御回路３０３は先ず、ロータ２０２を中心として、第１パルスＰ１によって磁極軸Ａを、正転方向最寄りの切り欠き部２０５（図２では水平磁極方向（Ｘ軸方向）との角度がａ（図２の例ではａはπ／２に等しい。））と、前記正転方向最寄りの切り欠き部２０５とステータ２０１に生じる水平磁極方向の１／２の位置Ｂとの間の位置まで駆動する。この場合、ロータ２０２は、ステータ２０１に生じる磁束とロータ２０２の磁極との反発力によって前記位置まで正転する。

次にスイッチ制御回路３０３は、第２パルスＰ２によって磁極軸Ａを、磁極軸Ａが前記安定静止位置θ0と、前記安定静止位置θ0と前記水平磁極方向の１／２の位置Ｃとの間の位置まで逆転駆動する（図３）。この場合、ロータ２０２は、ステータ２０１に生じる磁束とロータ２０２の磁極との反発力によって前記位置まで逆転する。
このように、第１パルスＰ１による反発力で、磁気ポテンシャル最大点である切り欠き部２０５を越える位置まで正転させることによってロータ２０２を大きな速度で正転させた後、第１パルスＰ１に連続する逆極性の第２パルスＰ２による反発力で、安定静止位置θ0を越える位置まで逆転させることにより、安定静止位置θ0を越える位置まで大きな速度で逆転させることができる。

次にスイッチ制御回路３０３は、第２パルスＰ２の駆動終了に続けて設けられた回転検出区間Ｔの第１区間Ｔ１において、図７に示すように、トランジスタＱ３、Ｑ６をオン状態にした状態でトランジスタＱ４をスイッチング駆動する。第１区間Ｔ１は、図４に示すように、位置Ｃから水平磁極方向（Ｘ軸）までの範囲に設定されている。第１区間Ｔ１は、ロータ２０２の回転を、ロータ２０２を中心とする第１象限で検出する領域である。

この状態では、検出抵抗３０２がコイル２０９に直列接続されることになるため、ロータ２０２に制動がかからずフリーな状態となる。ロータ２０２に対する制動力を抑制することが可能になるため、ロータ２０２は制動によって減速されることなく容易に逆転することができる。ロータ２０２の自由回転振動によって発生する誘起信号ＶＲｓが検出抵抗３０２に生じる。

第１区間Ｔ１に続く第２区間Ｔ２においては、スイッチ制御回路３０３は、図７に示すように、トランジスタＱ４、Ｑ５をオン状態にした状態でトランジスタＱ３をスイッチング駆動する。第２区間Ｔ２は、図４に示すように、水平磁極方向（Ｘ軸）から磁気ポテンシャル最大点である切り欠き部２０４までの範囲に設定されている。第２区間Ｔ２は、ロータ２０２の回転を、ロータ２０２を中心とする第４象限で検出する領域である。
この状態では、検出抵抗３０１がコイル２０９に直列接続されることになるため、ロータ２０２に制動がかからずフリーな状態となる。したがって、ロータ２０２は制動を受けないため、制動によって減速されることなく容易に逆転することができる。ロータ２０２の自由回転振動によって発生する誘起信号ＶＲｓが検出抵抗３０１に生じる。

このように、逆転駆動パルスＰｇで駆動した直後に検出区間Ｔを設けており、この検出区間ＴにおいてトランジスタＱ５、Ｑ６がオン状態の時は、検出抵抗３０１又は３０２がコイル２０９と直列接続されるため、ロータ２０２にかかる制動力を抑制することができる。したがって、ロータ２０２は減速されることなく逆転することができる。また、第１区間Ｔ１と第２区間Ｔ２はコイル２０９に接続する検出抵抗３０１、３０２の接続位置を切り換えることによって検出する誘起信号ＶＲｓの極性を切り換えるようにして、検出時間を短くすることができる。

前記誘起信号ＶＲｓはコンパレータ３０４によって基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐと比較され、検出判別回路１１１によって、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓが生じた区間Ｔ１、Ｔ２が判定される。
図７の例では、誘起信号ＶＲｓのパターンは、（１，１）であり、正常に逆転したときに得られるパターンである。制御回路１０３は、パターン（１，１）が得られたときは正常に逆転したと判定する。

図８は、誘起信号ＶＲｓのパターンの内容を判定するための判定チャートである。
図８において、パターン（１，１）は前述したとおりロータ２０２が正常に逆転したことを表すパターンである。この場合、第１区間Ｔ１内では、正常に逆回転方向に回転し、第２区間Ｔ２内では、ロータ２０２の磁極軸Ａは水平磁極方向（Ｘ軸方向）を越え、正常な逆転動作が行われる。このように、正常逆回転は、第２パルスＰ２遮断後、第１、第２区間Ｔ１、Ｔ２を一定以上の速度でロータ２０２が回転し、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓを得ることができる。

パターン（１，１）以外の場合はロータ２０２が正常に逆転しなかったことを示しており、ロータ２０２は、逆転駆動パルスＰｇでの駆動後に元の安定静止位置に戻ってしまう。非回転状態は、第１パルスＰ１の駆動力が不足、第２パルスＰ２遮断後に吸引状態となり第１区間Ｔ１の速度低下が発生し、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを越える誘起信号ＶＲｓが得られない。

例えば、パターン（１，０）の場合、第１区間Ｔ１内では、正常に逆回転方向に回転したが、第２区間Ｔ２内では、磁極軸Ａは水平磁極付近で殆ど停止または基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐ以下の低い誘起信号ＶＲｓが発生しながら位置Ｃから水平磁極方向にゆっくり回転する異常な回転である。

パターン（０，１）の場合、第１区間Ｔ１内では、第１パルスＰ１の駆動力が小さく、第１パルスＰ１での駆動では磁極軸Ａが切り欠き部２０５まで到達せず、この状態で第２パルスＰ２による駆動が行われる。この場合、第２パルスＰ２での駆動によってロータ２０２に吸引力が働き、安定静止位置θ0方向への異常な回転が行われる。第２区間Ｔ２内では、第１パルスＰ１による切り欠き部２０５付近の回転と第２パルスＰ２の吸引回転とのバランスにより、安定静止位置θ0での回転速度が上昇し、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える高い誘起信号ＶＲｓが発する。しかしながら、ロータ２０２が逆転できるものではなく、異常な回転となる。

また、パターン（０，０）の場合、第１区間Ｔ１内では、第１パルスＰ１の駆動力が小さく、第１パルスＰ１での駆動では磁極軸Ａが切り欠き部２０５まで到達せずに、第２パルスＰ２による駆動が行われる。この場合、第２パルスＰ２での駆動によってロータ２０２に吸引力が働き、安定静止位置θ0方向への異常な回転が行われるが、ロータ２０２の回転速度が遅いため、誘起信号ＶＲｓは基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えない。第２区間Ｔ２内では、ロータ２０２の振動が減衰してしまい、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓは発生しない。

以上述べたように、本実施の形態に係るステッピングモータ制御回路は、ロータ収容孔２０３及びロータ２０２の安定静止位置θ0、θ1を決める複数の切り欠き部２０４、２０５を有するステータ２０１と、ロータ収容孔２０３内に配設されたロータ２０２と、ステータ２０１に巻回されたコイル２０９とを有するステッピングモータ１０５を制御するために、ロータ２０２の回転状況に応じた駆動パルスでコイル２０９を駆動することによりロータ２０２を回転させると共に、ロータ２０２の磁極軸Ａが複数の位置決め部２０４、２０５から最も離れた安定静止位置θ0、θ1に静止するように回転駆動を行う制御手段と、前記駆動パルスによる駆動直後に設けられた検出区間Ｔにおいてロータ２０２の回転によって発生する誘起信号ＶＲｓに基づいてロータ２０２の回転状況を検出する前記回転検出手段とを備えたステッピングモータ制御回路において、前記駆動パルスは、ロータ２０２を所定の逆転方向に回転させる逆転駆動パルスＰｇの場合、第１パルスＰ１と、第１パルスＰ１に連続すると共に第１パルスＰ１とは逆極性の第２パルスＰ２によって構成されて成り、前記制御手段は、ロータ２０２の磁極軸Ａが正転方向最寄りの切り欠き部２０４、２０５を超える位置まで正転するように第１パルスＰ１で正転駆動した後、磁極軸Ａが安定静止位置θ0、θ1を越える位置まで第２パルスＰ２で逆転駆動し、前記回転検出手段は、第２パルスＰ２による駆動直後に設けられた検出区間Ｔにおいて、コイル２０９と直列に検出抵抗３０１、３０２を接続することによってロータ２０２に対する制動力を抑制すると共にロータ２０２の回転によって検出抵抗３０１、３０２に生じる誘起信号ＶＲｓに基づいてロータ２０２の回転状況を検出することを特徴としている。

このように、逆転駆動パルスＰｇは第１パルスＰ１と、第１パルスＰ１に連続すると共に第１パルスＰ１とは逆極性の第２パルスＰ２とによって構成され、ロータ２０２の磁極軸Ａが正転方向最寄りの切り欠き部２０４、２０５を超える位置まで正転するように第１パルスＰ１で正転駆動した後、磁極軸Ａが安定静止位置θ0を越える位置まで第２パルスＰ２で逆転駆動し、第１区間Ｔ１、第２区間Ｔ２において、コイル２０９と直列に検出抵抗を接続することによってロータ２０２に対する制動力を抑制すると共に回転を検出するようにしている。

ここで、前記制御手段は、ロータ２０２を中心として、第１パルスＰ１によって磁極軸Ａを、正転方向最寄りの切り欠き部２０４、２０５と、正転方向最寄りの切り欠き部２０４、２０５とステータ２０１に生じる水平磁極方向の１／２との間の位置まで駆動した後、第２パルスＰ２によって磁極軸Ａを、安定静止位置θ0、θ1と、安定静止位置θ0、θ1と前記水平磁極方向の１／２との間の位置まで駆動するように構成することができる。

また、検出区間Ｔは第１区間Ｔ１と第２区間Ｔ２を有し、第１区間Ｔ１と第２区間Ｔ２はコイル２０９に接続する検出抵抗３０１、３０２の接続位置を切り換えることによって検出する誘起信号ＶＲｓの極性を切り換えるように構成することができる。
また、ロータ２０２中心を原点すると共にステータ２０１に生じる水平磁極方向をＸ軸として、第１区間Ｔ１は第１象限におけるロータ２０２の回転を検出する区間であり、第２区間Ｔ２は第４象限におけるロータ２０２の回転を検出する区間であるように構成することができる。

また、第１区間Ｔ１は第２パルスＰ２駆動終了位置から水平磁極方向までの区間であり、第２区間Ｔ２は前記水平磁極方向から、逆転方向最寄りの位置決め部２０４、２０５までの区間であるように構成することができる。
また、前記回転検出手段は、第１区間Ｔ１、第２区間Ｔ２における誘起信号ＶＲｓのパターンが（１，１）のときロータ２０２が逆転したと判定するように構成することができる。

したがって、ステッピングモータ１０５を高速に逆転駆動することができる。また、ロータ２０２に不要な制動がかからないため、逆転し易くなるという効果を奏する。また、従来のパルスＰ３を必要とせず、駆動期間を短く設定でき、高速運針、低消費電力に対応できる等の効果を奏する。
また、本発明に係るアナログ電子時計によれば、高速な逆転運針駆動が可能になる。また、不要な制動がかからないため、逆転運針が容易になる等の効果を奏する。

尚、時刻針以外にも、カレンダ等を駆動するためのステッピングモータに適用可能である。
また、ステッピングモータの応用例として電子時計の例で説明したが、モータを使用する電子機器に適用可能である。

本発明に係るステッピングモータ制御回路は、ステッピングモータを使用する各種電子機器に適用可能である。
また、本発明に係る電子時計は、カレンダ機能付きアナログ電子腕時計、カレンダ機能付きアナログ電子置時計等の各種カレンダ機能付きアナログ電子時計をはじめ、各種のアナログ電子時計に適用可能である。

１０１・・・発振回路
１０２・・・分周回路
１０３・・・制御回路
１０４・・・駆動パルス選択回路
１０５・・・ステッピングモータ
１０６・・・アナログ表示部
１０７・・・時針
１０８・・・分針
１０９・・・秒針
１１０・・・回転検出回路
１１１・・・検出判別回路
２０１・・・ステータ
２０２・・・ロータ
２０３・・・ロータ収容用貫通孔
２０４、２０５・・・切り欠き部（内ノッチ）
２０６、２０７・・・切り欠き部（外ノッチ）
２０８・・・磁心
２０９・・・コイル
２１０、２１１・・・可飽和部
３０１、３０２・・・検出抵抗
３０３・・・スイッチ制御回路
３０４・・・コンパレータ
Ａ・・・磁極軸
ＯＵＴ１・・・第１端子
ＯＵＴ２・・・第２端子
Ｑ１〜Ｑ６・・・トランジスタ

Claims (7)

1. ロータ収容孔及びロータの安定静止位置を決める複数の位置決め部を有するステータと、前記ロータ収容孔内に配設されたロータと、前記ステータに巻回されたコイルとを有するステッピングモータを制御するために、前記ロータの回転状況に応じた駆動パルスで前記コイルを駆動することにより前記ロータを回転させると共に、前記ロータの磁極軸が前記複数の位置決め部から最も離れた前記安定静止位置に静止するように回転駆動する制御手段と、前記駆動パルスによる駆動直後に設けられた検出区間において前記ロータの回転によって発生する誘起信号に基づいて前記ロータの回転状況を検出する回転検出手段とを備えたステッピングモータ制御回路において、
   前記駆動パルスは、前記ロータを所定の逆転方向に回転させる逆転駆動パルスの場合、第１パルスと、前記第１パルスに連続すると共に前記第１パルスとは逆極性の第２パルスによって構成されて成り、
   前記制御手段は、前記ロータの磁極軸が正転方向最寄りの位置決め部を超える位置まで正転するように前記第１パルスで正転駆動した後、前記磁極軸が前記安定静止位置を越える位置まで前記第２パルスで逆転駆動し、
   前記回転検出手段は、前記第２パルスによる駆動直後に設けられた前記検出区間において、前記コイルと直列に検出抵抗を接続することによって前記ロータに対する制動力を抑制すると共に前記ロータの回転によって前記検出抵抗に生じる誘起信号に基づいて前記ロータの回転状況を検出することを特徴とするステッピングモータ制御回路。
2. 前記制御手段は、
   前記ロータを中心として、前記第１パルスによって前記磁極軸を、前記正転方向最寄りの位置決め部と、前記正転方向最寄りの位置決め部と前記ステータに生じる水平磁極方向の１／２との間の位置まで駆動した後、前記第２パルスによって前記磁極軸を、前記安定静止位置と、前記安定静止位置と前記水平磁極方向の１／２との間の位置まで駆動することを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ制御回路。
3. 前記検出区間は第１区間と第２区間を有し、前記第１区間と第２区間は前記コイルに接続する検出抵抗の接続位置を切り換えることによって検出する誘起信号の極性を切り換えるようにして成ることを特徴とする請求項２記載のステッピングモータ制御回路。
4. 前記ロータ中心を原点すると共に前記ステータに生じる水平磁極方向をＸ軸として、前記第１区間は第１象限における前記ロータの回転を検出する区間であり、前記第２区間は第４象限における前記ロータの回転を検出する区間であることを特徴とする請求項３記載のステッピングモータ制御回路。
5. 前記第１区間は前記第２パルス駆動終了位置から水平磁極方向までの区間であり、前記第２区間は前記水平磁極方向から、逆転方向最寄りの位置決め部までの区間であることを特徴とする請求項４記載のステッピングモータ制御回路。
6. 前記回転検出手段は、前記第１区間、第２区間における誘起信号のパターンが（１，１）のとき前記ロータが逆回転したと判定することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一に記載のステッピングモータ制御回路。
7. 時刻針を回転駆動するステッピングモータと、前記ステッピングモータを制御するステッピングモータ制御回路とを有するアナログ電子時計において、
   前記ステッピングモータ制御回路として、請求項１乃至６のいずれか一に記載のステッピングモータ制御回路を用いたことを特徴とするアナログ電子時計。

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