JP3258125B2 - 振動アラーム付電子機器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステップモータの振動
を腕に伝えることによってアラームを知らせる振動アラ
ーム付電子機器に内蔵したステップモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の振動アラーム付腕時計は、振動の
発生源として超音波モータを内蔵し、前記超音波モータ
の偏心ロータの振動を時計ケースを介して腕に伝え振動
アラームとして知らせるものであり、実開平２−６２９
１号公報に開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記超
音波モータには以下で説明するように、超音波モータの
原理的構造からくる問題がある。まず、耐摩耗性の問題
がある。ステータは、圧電素子、該圧電素子の振動を伝
達する、該圧電素子に貼り合わせられた振動体、さらに
該振動体の振動の振幅を増大するために、該振動体に貼
り付けられたくし歯部から構成され、前記偏心ロータは
バネで該くし歯部に圧接され、前記圧電素子が振動する
と回転するようになっている。該偏心ロータはバネでく
し歯部に圧接されるので、偏心ロータとくし歯部の接触
部の耐摩耗性の問題が生じる。また、前記圧電素子の振
動の振幅は小さいので、圧電素子、振動体、くし歯部、
偏心ロータの部品精度、組立精度を厳しくしなければな
らないという問題がある。さらに、効率が悪いので、消
費電力が大きくなる。１９９１年日本時計学会秋季講演
会での超音波モーターを用いた振動アラーム付ＡＱ（ア
ナログクオーツ）の開発という演題での研究発表にて、
偏心ロータの６０００ｒｐｍの回転時に駆動電流は６０
ｍＡになると報告されている。

【０００４】本発明は、ロータの回転耐久性があり、組
立が容易で、消費電力が小さく、腕を振るなどによって
加速度が加わっても、安定に起動、高速回転できるステ
ップモータを振動源とした、振動アラームの信頼性のあ
る小型振動アラーム付電子機器（例えば腕時計）を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下の構成を有している。アラーム時刻
になるとモータを駆動して偏心重りを回転させ、ケース
体を介して偏心重りの振動を腕に伝える振動アラーム付
電子機器において、２極の扁平ステータと２極の永久磁
石を有するロータと前記扁平ステータと磁気的に結合し
た駆動コイルとから構成されたステップモータと、アラ
ーム信号に基づいて前記ステップモータを駆動するため
のパルス信号を出力する駆動パルス発生手段と、該駆動
パルス発生手段からのパルス信号に基づき、前記駆動コ
イルに駆動電流を供給するための駆動回路と、前記駆動
コイルに生じた起磁力を前記ロータに伝える前記扁平ス
テータと、前記ロータの回転によって生じる逆起電圧を
検出する逆起電圧検出コイルと、前記逆起電圧検出コイ
ルに生じる逆起電圧に基づいて前記扁平ステータに対す
る回転中のロータの磁極位置を検出する磁極位置検出手
段とを備えており、前記駆動パルス発生手段は、前記磁
極位置検出手段からの検出信号に基づいて前記パルス信
号の出力タイミングを制御することを特徴としている。

【０００６】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて詳述す
る。

【０００７】本発明のステップモータ内蔵の振動アラー
ム付腕時計の平面図を図７に示す。７０１は時計ケー
ス、７０４はロータ３０３の回転軸に取り付けた偏心重
り３０２と駆動コイル７０５等で構成された振動アラー
ム用ステップモータ、７０２は前記ステップモータの駆
動回路を持つ腕時計モジュール、７０３はステップモー
タ駆動用電池である。前記ステップモータ７０４は図３
（ｃ）のステータ、ロータ平面図に示すように、扁平２
極型ステータ３０４と２極のロータ永久磁石３０８を持
つステップモータである。ここで、以下に説明する機能
を実現できるものであれば、ステータ孔３１０は、図３
（ｃ）に示す、２つのスリット３０９を有し、該２つの
スリット３０９を結ぶ方向（縦方向と呼ぶ）で該ステー
タ３０４を切断してできた半円を縦方向にずらせてでき
た構造に限定されるものではない。前記ステップモータ
７０４は前記時計ケース７０１と前記腕時計モジュール
７０２との間に未使用スペースを発生させることなく配
置できる。また、さらに、前記ステップモータ７０４は
ステップモータ駆動用電池７０３に積み重ねずに配置で
きる特徴を有する。そして、図８に示す一定周期の駆動
パルスで前記ステップモータ７０４を駆動すると、毎分
あたりの回転数は１０００ｒｐｍ程度でるので、ステッ
プモータの振動を腕に伝えて振動アラームとして知らせ
ることができる。しかし更に確実に振動を腕に伝えるに
必要な偏心重りに作用する遠心力０．０９８Ｎ程度をだ
すために、ロータの毎分当たりの回転数を３０００ｒｐ
ｍ以上にし、また腕を振るなどにより、前記ステップモ
ータ７０４に加速度が加わった場合でも、回転を安定に
保ち、振動アラームとしての信頼性を高める改良を行っ
た。

【０００８】まず、分離型コイルにおける、ロータの毎
分当たりの回転数を３０００ｒｐｍ程度以上にするため
の本発明のロータの高速回転駆動方法を説明する。図３
（ａ）は、分離型コイルにおける、振動アラーム駆動用
ステップモータの平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ
−Ｃ’断面図であり、ステータ、ロータ平面図は図３
（ｃ）であり、ステップモータ３０１は偏心重り３０２
が設けられたロータ３０３、ステータ３０４、駆動コイ
ル３０５、逆起電圧検出コイル３０６から構成されてい
る。１個の逆起電圧検出コイル３０６は、該駆動コイル
３０５と分離しており、図３（ｂ）に示すように、コイ
ル巻芯３０７に対し、該駆動コイル３０５の内周に巻回
されている。

【０００９】前記逆起電圧検出コイルに発生する逆起電
圧について説明する。

【００１０】逆起電圧検出コイルに発生する逆起電圧Ｖ
ａは、逆起電圧検出コイルに流れる電流ｉａをゼロにで
きるので、逆起電圧検出コイルの直流抵抗Ｒａによる、
電圧降下Ｒａ・ｉａと電流ｉａの時間変化による逆起電
圧−Ｌａ・（ｄｉａ／ｄｔ）を無視すると（Ｌａは、逆
起電圧検出コイル３０６の自己インダクタンス）、次の
数１によって求められる。

【数１】

【００１１】数３において、−Ｍ・（ｄｉ／ｄｔ）は該
逆起電圧検出コイル３０６と駆動コイル３０５の相互イ
ンダクタンスＭ（相互インダクタンスＭは、駆動コイル
３０５と逆起電圧検出コイル３０６のそれぞれの巻数を
ｎａ０、ｎａとして、Ｍ＝ｋ・ｎａ０・ｎａ／Ｒｍと表
される。ここでｋは比例定数、Ｒｍはステップモータの
磁気回路の磁気抵抗）と駆動電流ｉ（以下、駆動パルス
オフ時の電流も意味する）の時間変化の積の符号を逆に
したもので、駆動電流ｉが時間変化することによって発
生し、−Ｋａ・ｓｉｎ（θ＋θ₀ ）・（ｄθ／ｄｔ）は
ステップモータ３０１との機械結合係数Ｋａ、ｓｉｎ
（θ＋θ₀ ）とロータ３０３の回転角θの時間変化つま
り角速度の積の符号を逆にしたもので、ロータ３０３が
回転することによって発生する。θ₀ はロータ３０３の
初期角度で、図３（ｃ）に示すステータ、ロータ平面図
において、ディテントトルクによって静止したロータ３
０３のロータ永久磁石３０８の磁極Ｎ（Ｓ）位置から、
ステータ３０４のスリット３０９からほぼ９０度の位置
までの角度である。

【００１２】さらに、後述する差動増幅器の出力Ｖｇａ
は次の数２によって求められる。

【数２】

【００１３】数４のＶｇａは後述する図１に示すステッ
プモータのロータの高速回転駆動回路のブロック図にお
ける差動増幅器１０８の差動増幅出力Ｆで、該−Ｇａ・
Ｋａ・ｓｉｎ（θ＋θ₀ ）・（ｄθ／ｄｔ）が零になる
ときを検出することによって、図３（ｃ）に示す、ディ
テントトルクによって静止したロータ３０３のロータ永
久磁石３０８の磁極Ｎ（Ｓ）位置からの前記ロータ３０
３の回転角θ（−θ₀、−θ₀ ＋π）を検出できること
になる。ここで、Ｇａは差動増幅器１０８のゲイン（以
下、符号も含む）である。なお、数２中の−Ｇａ・Ｍ・
（ｄｉ／ｄｔ）は無視できるので、検出には影響しない
ものである。

【００１４】図１に示す分離型コイルを有するステップ
モータのロータの高速回転駆動回路の実施例のブロック
図の構成を説明する。まず、図１の駆動コイル３０５
は、逆起電圧検出コイル３０６と分離し、該駆動コイル
３０５は駆動回路１１０と結線し、該逆起電圧検出コイ
ル３０６は差動増幅器１０８と結線している。図１は振
動アラーム発生パルスＡを振動アラーム時刻に出力する
振動アラームセット／リセット回路１０５、該振動アラ
ーム発生パルスＡを入力すると駆動オン／オフ信号Ｂを
出力する駆動オン／オフ発生回路１０６、電池電圧検出
指示信号Ｄを入力すると電池電圧を検出して電池電圧ラ
ンク信号Ｉを出力する電池電圧検出回路１１１、相合わ
せパルスＣと前記電池電圧検出指示信号Ｄを出力する相
合わせパルス発生手段１１２、始動パルスＥと後続駆動
パルス発生信号Ｊを出力する始動パルス発生手段１１
３、後続駆動パルスＨを出力する後続駆動パルス発生手
段１１４、前記電池電圧ランク信号Ｉの入力により、各
々の電池電圧に対して、腕を振るなどによって発生する
程度の加速度がステップモータ３０１に加わった場合で
も、該ステップモータ３０１を安定に起動し、安定に高
速回転させることができるように設定された、相合わせ
パルス幅、始動パルス幅、後続駆動パルス幅、該相合わ
せパルスと始動パルス間のパルス間隔に対応して、相合
わせパルス幅信号Ｋ、始動パルス幅信号Ｌ、後続駆動パ
ルス幅信号Ｍ、パルス間隔信号Ｎを出力するパルス幅設
定手段１１５、始動パルス発生信号Ｏを出力するパルス
間隔設定回路１１６を有する駆動パルス発生マイコン１
０９、前記相合わせパルスＣ、始動パルスＥ、後続駆動
パルスＨから成る駆動パルスが入力すると駆動コイル３
０５に駆動電流を供給する駆動回路１１０、ステップモ
ータ３０１を駆動する駆動コイル３０５と分離し、ロー
タ３０３が回転することによって発生するロータ発生逆
起電圧を検出するための逆起電圧検出コイル３０６、該
逆起電圧検出コイル３０６に発生する逆起電圧Ｖａを差
動増幅して差動増幅出力Ｆを出力する差動増幅器１０
８、該差動増幅器１０８の出力である差動増幅器出力Ｆ
の入力によりゼロクロスコンパレータ出力Ｇを前記後続
駆動パルス発生手段１１４へ出力するゼロクロスコンパ
レータ１０７から構成されている。

【００１５】図２に示す分離型コイルを有するステップ
モータのロータを高速回転駆動するための説明図を、図
１に示す分離型コイルを有するステップモータのロータ
の高速回転駆動回路の実施例のブロック図にそって説明
する。まずセットした振動アラーム時刻になると振動ア
ラームセット／リセット回路１０５から図２（ａ）に示
す振動アラーム発生パルスＡが出力され、駆動オン／オ
フ発生回路１０６は図２（ｂ）に示す駆動オン／オフ信
号Ｂを出力する。前記相合わせパルス発生手段１１２は
前記ロータ３０３を起動するために図２（ｃ）に示す相
合わせパルスＣを出力し、駆動回路１１０によって起動
電流が駆動コイル１０１供給されロータ３０３を回転さ
せようとするが、この時に、ロータ３０３のロータ永久
磁石３０８は前記相合わせパルスＣによって起動できる
位置に静止しているかどうか分からない。つまり、該相
合わせパルスＣによって励磁されたステータ３０４に生
じる磁極の極性が、該ステータ３０４の磁極に対向す
る、ロータ３０３の有するロータ永久磁石３０８の磁極
の極性と同極性であれば、前記ロータ３０３は回転する
が、異極性であれば、前記ロータ３０３は回転しない。
しかし、前記相合わせパルスＣによって、後続する駆動
パルス、つまり、始動パルスＥと後続駆動パルスＨによ
って励磁されるステータ３０４に生じた磁極の極性は該
ステータ３０４の磁極に対向する、ロータ３０３の有す
るロータ永久磁石３０８の磁極の極性と同極性になるの
で、前記後続する駆動パルスは、前記ロータ３０３を回
転させることができるようになる。

【００１６】前記相合わせパルス発生手段１１２は前記
相合わせパルスＣの立ち上がりからｔ₀ 後に図２（ｄ）
に示す電池電圧検出指示信号Ｄを前記電池電圧検出回路
１１１へ出力し、該電池電圧検出回路１１１は、電池電
圧を検出して電池電圧ランク信号Ｉを前記パルス幅設定
手段１１５へ出力し、該パルス幅設定手段１１５は、電
池電圧に対して、腕を振るなどによって発生する程度の
加速度がステップモータ３０１に加わった場合でも、該
ステップモータ３０１を安定に起動し、安定に高速回転
させることができるように設定された、相合わせパルス
幅、始動パルス幅、後続駆動パルス幅、該相合わせパル
スと該始動パルス間隔に対応して相合わせパルス幅信号
Ｋ、始動パルス幅信号Ｌ、後続駆動パルス幅信号Ｍ、パ
ルス間隔信号Ｎをそれぞれ相合わせパルス発生手段１１
２、始動パルス発生手段１１３、後続駆動パルス発生手
段１１４、パルス間隔設定手段１１６へ出力する。前記
相合わせパルス発生手段１１２は前記相合わせパルス幅
信号Ｋにより前記電池電圧検出回路１１１が検出した電
池電圧に対応したパルス幅（ｔｃ）の相合わせパルスＣ
を前記駆動回路１１０へ出力する。前記パルス間隔設定
手段１１６は、前記相合わせパルスＣと前記パルス間隔
信号Ｎから形成された始動パルス発生信号Ｏを始動パル
ス発生手段１１３へ出力する。

【００１７】前記始動パルス発生手段１１３は、前記始
動パルス幅信号Ｌにより、前記電池電圧検出回路１１１
が検出した電池電圧に対応したパルス幅（ｔｅ）の始動
パルスＥと該始動パルスＥのたち下がりのｔｆで、パル
ス幅ｔｇの、該始動パルスＥによるステップモータの駆
動を補助する補助始動パルス２０１（以下、特に断わら
ない限り、始動パルスＥは、補助始動パルスを含む）
を、前記始動パルス発生信号Ｏにより、前記相合わせパ
ルスＣの立ち下がりからｔｄ後に駆動回路１１０へ出力
する。前記逆起電圧検出コイル３０６に接続する前記差
動増幅器１０８の差動増幅器出力Ｆを図２（ｆ）に示
す。該差動増幅器出力Ｆにはスパイクノイズ２０２（以
下、特に断わらない限り、後続駆動パルスＨの立ち下が
りに対応するノイズを言う）が重畳している。前記差動
増幅器出力Ｆの入力により前記ゼロクロスコンパレータ
１０７は図２（ｇ）に示すようにゼロクロスコンパレー
タ出力Ｇを前記後続駆動パルス発生手段１１４に出力す
る。前記ゼロクロスコンパレータ出力Ｇには前記スパイ
クノイズ２０２に対応するスパイクパルス２０４が重畳
している。しかし、後続駆動パルス発生手段１１４は、
図５に示す、前記スパイクノイズ２０２に対応するスパ
イクパルス２０４をディジタル的にマスクする機能を有
するので、前記後続駆動パルス発生手段１１４は前記始
動パルス発生手段１１３からの後続駆動パルス発生信号
の入力以後に、図２（ｆ）に示すゼロクロス２０３に対
応する、図２（ｇ）に示す前記ゼロクロスコンパレータ
出力Ｇの立ち上がり、立ち下がり時刻の中で、前記スパ
イクパルス２０４の立ち上がり、立ち下がり時刻を除い
た時刻に同期して図２（ｈ）に示すように、前記電池電
圧検出回路１１１が検出した電池電圧に対応した、前記
相合わせパルス幅（ｔｃ）と始動パルス幅（ｔｅ）より
狭いパルス幅（ｔａｈ）の後続駆動パルスＨを出力す
る。前記ステップモータ３０１は前記後続駆動パルスＨ
により常時加速駆動されロータ３０３に作用する摩擦抵
抗とつり合った回転数でロータ３０３を高速回転させる
ことができる。

【００１８】ここで、前記後続駆動パルス発生手段１１
４は、前記後続駆動パルスＨのパルス幅（ｔａｈ）をス
テップモータの回転数の上昇とともに狭くし、ステップ
モータの回転数に最適なパルス幅（ｔａｈ）にする。本
実施例は、図４（ａ）に示す、差動増幅器１０８がロー
パスフィルターを有しないことによって、図４（ｂ）に
示す抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１から構成されるローパス
フィルター（以下、Ｒ１Ｃ１ローパスフィルターと呼
ぶ）による前記差動増幅器１０８の出力Ｆの時間的おく
れを生じないので、前記スパイクパルス２０４を除いた
前記ゼロクロスコンパレータ出力Ｇの立ち上がり、立ち
下がりに対応する回転角θは、ほぼ−θ０またはπ−θ
０になる。Ｒ１Ｃ１からなるローパスフィルターがある
ときにくらべ、ディテントトルクによるステップモータ
のロータの回転に対するブレーキ（θ＝０〜π／２ある
いはπ〜３π／２のときブレーキがかかる）がかかるま
えに十分加速でき、ロータの回転数をあげることができ
る。

【００１９】図５に示す、ディジタル的にスパイクパル
スをマスクする回路の構成図を、図６に示す、ディジタ
ル的にスパイクパルスをマスクする回路の機能フローチ
ャートにそって説明する。相合わせパルスと始動パルス
から構成される起動パルスは、ゼロクロスコンパレータ
出力Ｇに独立してそれぞれ相合わせパルス発生手段、始
動パルス発生手段から出力されるので、図６（ａ）に
は、起動パルス以後の後続駆動パルスを示す。また、ス
パイクパルス２０４は、ステップモータの回転数が大き
くなると、発生しなくなることがあるので、図６（ｂ）
には、スパイクパルス２０４が発生しているゼロクロス
コンパレータ出力Ｇとスパイクパルス２０４が発生して
いないゼロクロスコンパレータ出力Ｇを示した。図５
は、ゼロクロスコンパレータ出力Ｇに対して、始動パル
スＥによって発生するゼロクロスコンパレータ出力Ｇの
反転をマスクする（ここでは、始動パルスＥは補助始動
パルスを除いた始動パルスＥである）ブロック１、スパ
イクパルス２０４のバックエッジ６０２をマスクするた
めのブロック２、スパイクパルス２０４のフロントエッ
ジ６０１をマスクし、さらに、スパイクパルス２０４が
発生していないゼロクロスコンパレータ出力Ｇにも対応
するためのブロック３から構成されている。まずブロッ
ク１で、ゼロクロスコンパレータ出力Ｇは該ゼロクロス
コンパレータ出力Ｇのパルスの立ち上がり、立ち下がり
における、多重立ち上がり、立ち下がりを単一の立ち上
がり、立ち下がりにする波形整形回路に入力し、波形整
形され、始動パルスＥとＯＲをとることによって、該始
動パルスＥが終了する前に発生するゼロクロスコンパレ
ータ出力Ｇの反転を回避する。

【００２０】ブロック２では、スパイクパルス２０４の
バックエッジ６０２をマスクするために、まずゼロクロ
スコンパレータ出力Ｇをディレー回路５０１に通して、
該ディレー回路５０１の出力の反転、非反転の入力によ
るフリップフロップＦ３、Ｆ４の出力Ｆ３Ｑ（ｄ）、Ｆ
４Ｑ（ｅ）を生成し、次にＡＮＤ、Ａ１により該Ｆ３Ｑ
（ｄ）とＦ４Ｑ（ｅ）のＡＮＤ出力、Ａ１（ｆ）を発生
する。ここで、後続駆動パルスＨ（ａ）の立ち上がりに
よる、パルス発生器Ｍ２のひげパルス出力Ｍ２Ｑ（ｇ）
により、フリップフロップＦ３、Ｆ４はリセットされ
る。ブロック３では、ゼロクロスコンパレータ出力Ｇの
反転（ｃ）、非反転（ｂ）の入力によるフリップフロッ
プＦ１、Ｆ２の出力Ｆ１Ｑ（ｊ）、Ｆ２Ｑ（ｋ）を生成
し、該Ｆ１Ｑ（ｊ）とＦ２Ｑ（ｋ）のＯＲ出力Ｑ２
（ｌ）は、後続駆動パルスＨを発生するために出力され
る。ここで、前記スパイクパルス２０４をマスクするた
めに、フロントエッジ６０１をマスクするための後続駆
動パルスＨ（ａ）の立ち下がりによるパルス発生器、Ｍ
１の出力パルスＭ１Ｑ（ｈ）と前記バックエッジ６０２
をマスクするためのＡ１（ｆ）のＯＲ出力Ｑ１（ｉ）に
よってフリップフロップＦ１、Ｆ２はリセットされる。

【００２１】以下、タップ付コイルを用いた実施例を説
明する。図１１（ａ）は、タップ付コイルにおける、振
動アラーム駆動用ステップモータの平面図、図１１
（ｂ）は図１１（ａ）のＣ−Ｃ’断面図であり、ステー
タ、ロータ平面図は図３（ｃ）と同様であり、ステップ
モータ１１０１は偏心重り３０２が設けられたロータ３
０３、ステータ３０４、駆動コイル１１０２から構成さ
れている。図９に示すように、逆起電圧検出コイル１１
０３は、該駆動コイル１１０２全体からなる、あるいは
一部からタップをとり出してなるコイルである。

【００２２】前記逆起電圧検出コイル１１０３に発生す
る逆起電圧について説明する。逆起電圧検出コイルに発
生する逆起電圧Ｖｂは、逆起電圧検出コイルに流れる電
流をｉｂとして、逆起電圧検出コイルの直流抵抗Ｒｂに
よる電圧降下Ｒｂ・ｉｂを含めて次の数３よって求めら
れる。

【数３】

【００２３】数３において、−Ｌｂ・（ｄｉ_b ／ｄｔ）
は該逆起電圧検出コイル１１０３の等価自己インダクタ
ンスＬｂ（逆起電圧検出コイル１１０３の巻数をｎｂ、
駆動コイルの逆起電圧検出コイル１１０３に使用しない
コイル部の巻数をｎｂ₀ として、等価自己インダクタン
スＬｂは（ｎｂ² ＋ｎｂ・ｎｂ₀ ）／Ｒｍとなる。ここ
でＲｍはステップモータの磁気回路の磁気抵抗）と駆動
電流ｉ_b の時間変化の積の符号を逆にしたもので、駆動
電流ｉ_b が時間変化することによって発生し、−Ｋｂ・
ｓｉｎ（θ＋θ₀ ）・（ｄθ／ｄｔ）はステップモータ
１１０１との機械結合係数Ｋｂ、ｓｉｎ（θ＋θ₀ ）と
ロータ３０３の回転角θの時間変化つまり角速度の積の
符号を逆にしたもので、ロータ３０３が回転することに
よって発生する。θ₀ はロータ３０３の初期角度で、図
３（ｃ）に示すステータ、ロータ平面図において、ディ
テントトルクによって静止したロータ３０３のロータ永
久磁石３０８の磁極Ｎ（Ｓ）位置から、ステータ３０４
のスリット３０９からほぼ９０度の位置までの角度であ
る。

【００２４】さらに、後述する差動増幅器の出力Ｖｇｂ
は次の数４によって求められる。

【数４】

【００２５】数４のＶｇｂは後述する図９に示すステッ
プモータのロータの高速回転駆動回路のブロック図にお
ける差動増幅器９０８の差動増幅力Ｆで、該−Ｇｂ・Ｋ
ｂ・ｓｉｎ（θ＋θ₀ ）・（ｄθ／ｄｔ）が零になると
きを検出することによって、図３（ｃ）に示す、ディテ
ントトルクによって静止したロータ３０３のロータ永久
磁石３０８の磁極Ｎ（Ｓ）位置からの前記ロータ３０３
の回転角θ（−θ０、−θ₀ ＋π）を検出できることに
なる。ここで、Ｇｂは差動増幅９０８のゲインである。
タップ付コイルにおける差動増幅器の出力Ｖｇｂには、
後述するキャンセル型コイルにおける加算器の出力Ｖに
くらべ、駆動コイルの駆動電流ｉｂの時間変化による−
Ｇｂ・Ｌｂ・（ｄｉ_b ／ｄｔ）−Ｒｂ・ｉ_b が入るが、
無視できる程度のものである。

【００２６】図９に示すタップ付コイルを有するステッ
プモータのロータの高速回転駆動回路の実施例のブロッ
ク図の構成を説明する。図９は、図１に示すステップモ
ータのロータの高速回転駆動回路の実施例のブロック図
と、駆動コイル３０５、該駆動コイル３０５と駆動回路
１１０の結線方法、該駆動コイル３０５と差動増幅器１
０８の結線方法、さらに差動増幅器１０８において、異
なり、図９の駆動コイル１１０２は、駆動回路１１０と
結線し、該逆起電圧検出コイル１１０３は差動増幅器９
０８と結線している。以下、図１と同様なので、説明を
省略する。

【００２７】図１０に示すタップ付コイルを有するステ
ップモータのロータを高速回転駆動するための説明図
を、図９に示すタップ付コイルを有するステップモータ
のロータの高速回転駆動回路の実施例のブロック図にそ
って説明する。図１０において、（ａ）〜（ｅ）まで
は、図２（ｅ）と同様なので説明を省略する。前記逆起
電圧検出コイル１１０３に接続する前記差動増幅器９０
８の差動増幅器出力Ｆを図１０（ｆ）に示す。該差動増
幅器出力Ｆにはスパイクノイズ１００２が重畳してい
る。前記差動増幅器出力Ｆの入力により前記ゼロクロス
コンパレータ１０７は図１０（ｇ）に示すようにゼロク
ロスコンパレータ出力Ｇを前記後続駆動パルス発生手段
１１４に出力する。前記ゼロクロスコンパレータ出力Ｇ
には前記スパイクノイズ１００２に対応するスパイクパ
ルス１００４が重畳している。しかし、後続駆動パルス
発生手段１１４は、図５に示す前記スパイクノイズ１０
０２に対応するスパイクパルス１００４をディジタル的
にマスクする機能を有するので、前記後続駆動パルス発
生手段１１４は前記始動パルス発生手段１１３からの後
続駆動パルス発生信号Ｊの入力以後に、図１０（ｆ）に
示すゼロクロス１００３に対応して、図１０（ｇ）に示
す前記ゼロクロスコンパレータ出力Ｇの立ち上がり、立
ち下がり時刻の中で、前記スパイクパルス１００４の立
ち上がり、立ち下がり時刻を除いた時刻に同期して図１
０（ｈ）に示すように、前記電池電圧検出回路１１１が
検出した電池電圧に対応した、前記相合わせパルス幅
（ｔｃ）と始動パルス幅（ｔｅ）より狭いパルス幅（ｔ
ｂｈ）の後続駆動パルスＨを出力する。前記ステップモ
ータ３０１は前記後続駆動パルスＨにより常時加速駆動
されロータ３０３に作用する摩擦抵抗とつり合った回転
数でロータ３０３を高速回転させることができる。ここ
で、前記後続駆動パルス発生手段１１４は、前記後続駆
動パルスＨのパルス幅（ｔｂｈ）をステップモータの回
転数の上昇とともに狭くし、ステップモータの回転数に
最適なパルス幅（ｔｂｈ）にする。本実施例は、図１２
（ａ）に示す差動増幅器９０８が図１２（ｂ）に示すＲ
２Ｃ２、Ｒ３Ｃ３ローパスフィルターを有しないことに
よって、該ローパスフィルターによる前記差動増幅器９
０８の出力Ｆの時間的おくれを生じないので、前記スパ
イクパルス１００４を除いた前記ゼロクロスコンパレー
タ出力の立ち上がり、立ち下がりに対応する回転角θ
は、ほぼ−θ₀ またはπ−θ₀ になる。ローパスフィル
ターがあるときにくらべ、ディテントトルクによるステ
ップモータのロータの回転に対するブレーキ（θ＝０〜
π／２あるいはπ〜３π／２のときブレーキがかかる）
がかかるまえに、十分加速でき、ロータの回転数をあげ
ることができる。

【００２８】次にキャンセル型コイルを用いた実施例を
説明する。図１５（ａ）は、キャンセル型コイルにおけ
る、振動アラーム駆動用ステップモータの平面図、図１
５（ｂ）は図１５（ａ）のＣ−Ｃ’断面図、図３（ｃ）
はステータ、ロータ平面図であり、ステップモータ３０
１は偏心重り３０２が設けられたロータ３０３、ステー
タ３０４、駆動コイル１５０２から構成されている。該
駆動コイル１５０２は実働駆動コイル１５０３と前記ロ
ータ３０３の磁極位置を検出するために該実働駆動コイ
ルに直列接続し、直流抵抗と自己インダクタンスが同一
で巻方向を異にする２個のロータ発生逆起電圧検出コイ
ルＣ１５０４、ロータ発生逆起電圧検出コイルＤ１５０
５から構成されている。

【００２９】前記ロータ発生逆起電圧検出コイルＣ、Ｄ
に発生する逆起電圧について説明する。ロータ発生逆起
電圧検出コイルＣに発生する逆起電圧Ｖｃは、ロータ発
生逆起電圧検出コイルＣの直流抵抗Ｒｃによる電圧降下
Ｒｃ・ｉ_C を含めて、次の数５によって求められる。

【数５】

【００３０】数５において、−Ｌｃ・（ｄｉ_C ／ｄｔ）
は該ロータ発生逆起電圧検出コイルＣ１５０４の等価自
己インダクタンスＬｃ（実働駆動コイル、ロータ発生逆
起電圧検出コイルＣの巻数をｎ_0c、ｎ_c として等価自己
インダクタンスＬｃはＬｃ＝ｎ_0c・ｎ_c ／Ｒｍ；ここで
Ｒｍはステップモータの磁気回路の磁気抵抗）と駆動電
流ｉ_C の時間変化の積の符号を逆にしたもので、駆動電
流ｉ_C が時間変化することによって発生し、−Ｋｃ・ｓ
ｉｎ（θ＋θ₀ ）・（ｄθ／ｄｔ）はステップモータ３
０１との機械結合係数Ｋ、ｓｉｎ（θ＋θ₀ ）とロータ
３０３の回転角θの時間変化つまり角速度の積の符号を
逆にしたもので、ロータ３０３が回転することによって
発生する。θ₀ はロータ３０３の初期角度で、図３
（ｃ）に示すステータ、ロータ平面図において、ディテ
ントトルクによって静止したロータ３０３のロータ永久
磁石３０８の磁極Ｎ（Ｓ）位置から、ステータ３０４の
スリット３０９からほぼ９０度の位置までの角度であ
る。

【００３１】また、ロータ発生逆起電圧検出コイルＤ１
５０５に発生する逆起電圧Ｖｄは、ロータ発生逆起電圧
検出コイルＤの直流抵抗Ｒｄによる電圧降下Ｒｄ・ｉｄ
を含めて、次の数６によって求められる。

【数６】

【００３２】同様に数６のＶｄは−Ｌｄ・（ｄｉ_d ／ｄ
ｔ）、−Ｋｄ・ｓｉｎ（θ＋θ₀ ）・（ｄθ／ｄｔ）と
Ｒｄ・ｉ_d の和になり、駆動電流ｉｃと−ｉｄ、直流抵
抗ＲｃとＲｄ、等価自己インダクタンスＬｃと−Ｌｄ、
機械結合係数ＫｃとＫｄはそれぞれｉ（−ｉ）、Ｒ、Ｌ
（−Ｌ） 、Ｋと等しいので、前記Ｖａと異なるところ
は、駆動電流ｉの方向が異なることによってＲ・ｉの符
号のみが異なることである。

【００３３】さらに、後述する加算器の出力Ｖは次の数
７によって求められる。

【数７】

【００３４】数７のＶは後述する図１３に示すステップ
モータのロータの高速回転駆動回路のブロック図におけ
る加算器１３０８の加算出力Ｆ’で、前記ＶｃとＶｄを
加算した結果、直流抵抗による電圧降下がキャンセルさ
れて、駆動電流ｉの時間変化により−２・Ｇ・Ｌ・（ｄ
ｉ／ｄｔ）とロータ３０３が回転することによって発生
する逆起電圧、−２・Ｇ・Ｋ・ｓｉｎ（θ＋θ₀ ）・
（ｄθ／ｄｔ）の和になる。該−２・Ｇ・Ｋ・ｓｉｎ
（θ＋θ₀ ）・（ｄθ／ｄｔ）が零になる時を検出する
ことによって、図３（ｃ）に示す、ディテントトルクに
よって静止したロータ３０３のロータ永久磁石３０５の
磁極Ｎ（Ｓ）位置からの前記ロータ３０３の回転角θ
（−θ₀ 、−θ₀ ＋π）を検出できることになる。ここ
で、Ｇは加算器１３０８のゲインである。なお、数７中
の−２・Ｇ・Ｌ・（ｄｉ／ｄｔ）は無視できる値なの
で、検出には影響しないものである。前記ロータ発生逆
起電圧検出コイルＣ、Ｄは互いに駆動電流ｉの方向が異
なるため、ロータ３０３の回転駆動には寄与せず、直流
抵抗ＲｃとＲｄのジュール損により電力を無効に消費す
るが、前記ロータ発生逆起電圧検出コイルＣ、Ｄのそれ
ぞれの巻数は駆動コイル１０１の１／４０程度でも前記
加算器１３０８からの出力は後述する図１３に示すゼロ
クロスコンパレータ１０７が充分ゼロクロス検出できる
レベルになるので、前記ロータ発生逆起電圧検出用コイ
ルＣ１５０４、Ｄ１５０５の無効消費電力は前記駆動コ
イル１５０２の消費電力に較べ無視できる。

【００３５】図１４に示すキャンセル型コイルを有する
ステップモータのロータを高速回転駆動するための実施
例の説明図を、図１３に示すキャンセルコイルを有する
ステップモータのロータの高速回転駆動回路の実施例の
ブロック図にそって説明する。本実施例においては、始
動パルス発生手段１１３は、始動パルスＥと補助始動パ
ルス２０１から構成されるパルスを発生し、図１６に示
めす加算器１３０８は、後述する図１９に示すＲ３Ｃ
３、Ｒ４Ｃ４、Ｒ５Ｃ５ローパスフィルターを有さず、
一方後続駆動パルス発生手段１１４は、図５のディジタ
ル的にスパイクパルスをマスクする回路の構成図で詳細
に説明したように、前記加算器によって加算される逆起
電圧に重畳するスパイクノイズによって発生するスパイ
クパルスをディジタル的にマスクする機能を有し、後続
駆動パルスＨのパルス間隔からステップモータの回転数
を算出し、ステップモータの回転数の上昇とともに後続
駆動パルス幅（ｔｈ）を狭くする機能も有する。

【００３６】始動パルスＥの発生までは、図２と同一な
ので説明を省略する。前記ロータ発生逆起電圧検出用コ
イルＣ１５０４、Ｄ１５０５に接続する前記加算器１３
０８の加算器出力Ｆ’を図１４（ｆ）に示す。該加算器
出力Ｆ’にはスパイクノイズ１４０２が重畳している。
前記加算器出力Ｆ’の入力により前記ゼロクロスコンパ
レータ１０７は図１４（ｇ）に示すようなゼロクロスコ
ンパレータ出力Ｇを前記後続駆動パルス発生手段１１４
に出力する。前記ゼロクロスコンパレータ出力Ｇには前
記スパイクノイズ１４０２に対応するスパイクパルス１
４０４が重畳している。しかし、後続駆動パルス発生手
段１１４は前記スパイクノイズ１４０２に対応するパル
ス１４０４をディジタル的にマスクする機能を有するの
で、前記後続駆動パルス発生手段１１４は前記始動パル
ス発生手段１１３からの後続駆動パルス発生信号Ｊの入
力以後に、図１４（ｆ）に示すゼロクロス１１３に対応
する、図１４（ｇ）に示す前記ゼロクロスコンパレータ
出力Ｇの立ち上がり、立ち下がり時刻の中で、前記スパ
イクパルス１４０４の立ち上がり、立ち下がり時刻を除
いた時刻に同期して図１４（ｈ）に示すように、前記電
池電圧検出回路１１１が検出した電池電圧に対応した、
前記相合わせパルス幅（ｔｃ）と始動パルス幅（ｔｅ）
より狭いパルス幅（ｔｈ）の後続駆動パルスＨを出力す
る。

【００３７】前記ステップモータ３０１は前記後続駆動
パルスＨにより常時加速駆動されロータ３０３に作用す
る摩擦抵抗とつり合った回転数でロータ３０３を高速回
転させることができる。ここで、前記後続駆動パルス発
生手段１１４は、前記後続駆動パルスＨのパルス幅（ｔ
ｈ）をステップモータの回転数の上昇とともに狭くし、
ステップモータの回転数に最適なパルス幅（ｔｈ）にす
る。本実施例は、加算器１３０８が後述する図１９に示
すＲ３Ｃ３、Ｒ４Ｃ４、Ｒ５Ｃ５ローパスフィルターを
有しないことによって、該ローパスフィルターによる前
記加算器１３０８の出力Ｆの時間的おくれを生じないの
で、前記ゼロクロスコンパレータ出力の立ち上がり、立
ち下がりに対応する回転角θは、ほぼ−θ０またはπ−
θ０になる。前記ローパスフィルターがあるときにくら
べ、ディテントトルクによるステップモータのロータの
回転に対するブレーキ（θ＝０〜π／２あるいはπ〜３
π／２のときブレーキがかかる）がかかるまえに、十分
加速でき、ロータの回転数をあげることができる。本実
施例において、ステップモータのドライバへの印加電圧
が３Ｖ、後続駆動パルスのパルス幅が約３ｍｓの条件
で、毎分当りのロータ３０３の回転数は約６０００ｒｐ
ｍとなり、駆動電流（ピーク値）は約２ｍＡと小さいも
のであった。

【００３８】次に、後続駆動パルス発生手段１１４から
ディジタル的にスパイクパルスをマスクする回路を取外
し、加算器１３０８にローパスフィルターを取りつけた
実施例について説明する。また、図１７に示すステップ
モータのロータを高速回転駆動するための実施例の説明
図の図１７（ｅ）までは、図１４と同一であり説明を省
略する。図１８に、加算器１７０８の回路構成図を示
す。該加算器１７０８は前記ロータ発生逆起電圧検出用
コイルＣ１５０４、ロータ発生逆起電圧検出用コイルＤ
１５０５に接続する差動増幅器１６０１、差動増幅器１
６０２と該差動増幅器１６０１、１６０２のそれぞれの
出力端子に接続するＲ４Ｃ４、Ｒ５Ｃ５ローパスフィル
ターと該Ｒ４Ｃ４、Ｒ５Ｃ５ローパスフィルターに接続
するＲ３／Ｒ６あるいはＲ３／Ｒ７の増幅度の、Ｒ３、
Ｃ３で形成するローパスフィルターを有する加算増幅器
１９０３によって構成されている。前記加算器１７０８
の出力も数９（ゲインＧにローパスフィルターによる周
波数特性がはいる）で表されるが、実際は、前記差動増
幅器１６０１、１６０２の前記後続駆動パルスＨの発生
時間に対応した出力は、それぞれ同符号となり、前記加
算増幅器１９０３で除去できないので、いわゆるスパイ
クノイズとして、加算出力Ｆ’に重なって現われる。こ
こでは、スパイクノイズは、後続駆動パルスＨの立ち下
がりに対応したノイズだけでなく、後続駆動パルスＨの
立ち上がりから立ち下がりにまでに対応したノイズを言
う。もし該スパイクノイズによって任意の時刻に前記加
算出力Ｆ’がゼロクロスすると、不必要な後続駆動パル
スＨが前記駆動パルス発生マイコン１７０９から出力さ
れ、前記ロータ３０３は正常に回転できなくなる。そこ
で、該スパイクノイズを除去するために、Ｒ４Ｃ４、Ｒ
５Ｃ５ローパスフィルターとＲ３、Ｃ３で形成するロー
パスフィルターが必要となる。

【００３９】Ｒ３Ｃ３ローパスフィルターのカットオフ
周波数は、数８によって求められる。

【数８】

【００４０】Ｒ４Ｃ４ローパスフィルターのカットオフ
周波数は、数９によって求められる。

【数９】

【００４１】Ｒ５、Ｃ５で形成するローパスフィルター
のカットオフ周波数は、数１０によって求められる。

【数１０】 前記スパイクノイズを除去するために、前記ｆ１、ｆ
２、ｆ３はステップモータの最大回転周波数をｆｒとし
て、ｆｒから４ｆｒの範囲に設定する必要がある。前記
ローパスフィルターによって前記スパイクノイズのなか
で、後続駆動パルスＨの立ち上がりと立ち下がりに対応
した高周波数のスパイクノイズは除去できても、カット
オフ周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３より低い周波数のスパイク
ノイズは除去できないので、相合わせパルスＣ、始動パ
ルスＥ、後続駆動パルスＨの発生時間内に、図１７
（ｆ）に示す加算器出力Ｆにクランプ１８０２が発生す
る。しかし、前記後続駆動パルスＨの立ち下がりに対応
したスパイクパルスによるゼロクロスコンパレータ１０
７のゼロクロス出力はなくなり、後続駆動パルスＨをロ
ータ発生逆起電圧のゼロクロスのみで発生できるので、
ステップモータの高速回転の安定性に問題は生じない。

【００４２】前記ローパスフィルターによって、前記加
算出力Ｆ’には時間的遅れが生じ、前記ゼロクロスコン
パレータ出力Ｇの立ち上がり、立ち下がりに対応する回
転角θは−θ₀ またはπ−θ₀ からずれる。該回転角θ
は、ディテントトルク、駆動コイル１５０２に流れる駆
動電流によって発生する励磁トルクをロータ３０３の回
転駆動に有効に利用し、ロータ３０３の起動特性と回転
数を最適化するためには、ディテントトルクに対応する
磁気平衡点と励磁トルクに対応する励磁平衡点の間にあ
ることが望ましく、図３（ｃ）に示すように、 ０から−
θ₀ 、あるいはπ−θ₀ からπにあることが望ましい。
前記回転角θの遅れがθ₀ より大きくなるときは、図１
９（ｆ）に示すように（図１９（ａ）から１９（ｅ）は
図１８と同一なので説明を省略する。）、図１７に示す
ゼロクロスコンパレータ１０７のゼロクロスレベルをゼ
ロレベルからプラス側にシフト（ゼロクロスレベル２０
０１）、マイナス側にシフト（ゼロクロスレベル２００
２）させて設定することによって、ゼロクロスコンパレ
ータ１０７を時間的に進み方向に動作させ、図１９
（ｇ）に示すように、ゼロクロスコンパレタ出力Ｇの立
ち上がり、立ち下がりを時間的に進ませ、図１９（ｈ）
に示すように、後続駆動パルスＨの発生を時間的に進ま
せて、前記ロータ３０３の回転角θの遅れを取り戻す必
要がある。

【００４３】次に、キャンセル型コイルを有するステッ
プモータのロータの高速回転駆動回路の他の実施例を図
２０のブロック図の構成に基づいて説明する。図２０に
おいて、図１３と異なる構成は、図１３に追加した、前
記相合わせパルスＣの駆動による前記ロータ３０３の回
転、非回転を検出して、回転非回転信号をパルス間隔設
定手段２１１６、始動パルス発生手段２１１３へ出力す
る回転非回転検出回路２１１７である。以下、図１３と
同一構成なので説明を省略する。

【００４４】図２１にキャンセル型コイルを有する示す
ステップモータのロータを高速回転駆動するための他の
実施例の説明図を、図２０に示すキャンセル型コイルを
有するステップモータのロータの高速回転駆動回路の他
の実施例のブロック図にそって説明すると、異なるの
は、前記始動パルス発生手段２１１３は、前記始動パル
ス幅信号Ｌにより、前記電池電圧検出回路１１１が検出
した電池電圧に対応し、さらに前記回転非回転検出回路
２１１７の回転非回転信号Ｐに対応して、始動パルス
（パルス幅が、ロータ３０３が回転した時ｔｅｒ、回転
しない時ｔｅｎ）と補助始動パルス（パルス幅が、ロー
タ３０３が回転した時ｔｇｒ、回転しない時ｔｇｎ）
を、図２１（ｅ）に示すように（以下に示す（ｆ）、
（ｇ）、（ｈ）についても、ロータ３０３が回転した時
実線、回転しない時破線で示す）前記始動パルス発生信
号Ｏにより、前記相合わせパルスＣの立ち下がりからｔ
ｄｒ（ロータ３０３が回転した時）あるいはｔｄｎ（ロ
ータ３０３が回転しない時）後に駆動回路１１０へ出力
する。ステップモータのロータの高速回転駆動回路の本
実施例では、図１３に示すロータの高速回転駆動回路の
実施例に前記回転非回転検出回路２１１７が追加された
ことにより、前記電池電圧検出回路１１１によって検出
された電池電圧だけでなく、前記相合わせパルスＣの駆
動による前記ロータ３０３の回転、非回転に対応して、
前記始動パルス発生手段２１１３の出力する前記始動パ
ルスＥの出力時刻とパルス幅を設定できるが、前記回転
非回転検出回路２１１７が前記ロータ３０３の回転、非
回転を検出するには、前記相合わせパルスＣの立ち下が
りから所定の時間を要するので、該相合わせパルスＣで
ロータ３０３が回転したとしても、前記後続駆動パルス
Ｈよりパルス幅の広い始動パルスＥは必要となる。

【００４５】前記ロータ発生逆起電圧検出コイルＣ、Ｄ
に接続する前記加算器１０８の加算出力Ｆ’を図２１
（ｆ）に示す。前記加算出力Ｆ’の入力により前記ゼロ
クロスコンパレータ１０７は図２１（ｇ）に示すように
ゼロクロスコンパレータ出力Ｇを前記後続駆動パルス発
生手段１１４に出力する。前記後続駆動パルス発生手段
１１４は前記始動パルス発生手段２１１３からの後続駆
動パルス発生信号Ｊの入力以後に、図２１（ｆ）に示す
ゼロクロス２２０３に対応する前記ゼロクロスコンパレ
ータ出力Ｇの立ち上がり、立ち下がり時刻に同期し、図
２１（ｈ）に示すように、前記後続パルス幅信号Ｍによ
り前記電池電圧検出回路１１１が検出した電池電圧に対
応してた、前記相合わせパルス幅（ｔｃ）と始動パルス
幅（ｔｅｒ、ｔｅｎ）より狭いパルス幅（ｔｈ）の後続
駆動パルスを出力する。前記ステップモータ３０１は前
記後続駆動パルスＨにより常時加速駆動されロータ３０
３に作用する摩擦抵抗とつり合った回転数でロータ３０
３を高速回転させることができる。

【００４６】次に図２２に示すキャンセル型コイルにお
ける駆動コイルの巻回方法について説明する。実働駆動
コイル１５０３、ロータ発生逆起電圧検出コイルＣ１５
０４、Ｄ１５０５から構成される駆動コイル１５０２
を、図２２に示すワイヤ２３０６をによって、ワイヤ
ガイド２３０７から引きだし、該ワイヤ２３０６をコイ
ル巻枠２３０５に引っかけ、まず、コイル巻芯３０７に
ロータ発生逆起電圧検出コイルＤ１５０５を巻回し、次
に、によってワイヤ２３０６をワイヤ引っかけピン２
３０８に引っかけ、によってワイヤ２３０６をコイル
巻枠２３０５に引っかけ、コイル巻芯３０７にロータ発
生逆起電圧検出コイルＣ１５０４をロータ発生逆起電圧
検出コイルＤ１５０５と逆に巻回し、によってワイヤ
２３０６をワイヤ引っかけピン２３０８に引っかけ、
によってワイヤ２３０６をコイル巻枠２３０５に引っか
け、コイル巻芯３０７に実働駆動コイル１５０３をロー
タ発生逆起電圧検出コイルＤ１５０５と逆に巻回し、
よってワイヤ２３０６をワイヤガイド２３０７に引っか
ける。ロータ発生逆起電圧検出コイルＣ１５０５の２個
のコイル端子をそれぞれコイル端子１、２３０１、コイ
ル端子４、２３０４に、ロータ発生逆起電圧検出コイル
Ｃ１５０４の２個のコイル端子をそれぞれコイル端子
２、２３０２、コイル端子４、２３０４に、該実働駆動
コイル１５０３の２個のコイル端をそれぞれコイル端子
２、２３０２、コイル端子３、２３０３に圧接し、駆動
コイル１５０２に不要なワイヤ２３０６をカットし、該
駆動コイル１５０２のコイル巻芯３０７への自動巻きが
完成する。

【００４７】次に図２３に示す振動アラームの振動変調
の実施例を説明する。図１、図９、図１３、図１７、図
２０における駆動オン／オフ発生回路１０６は、振動ア
ラームセット／リセット回路１０５からの図２３（ａ）
に示す振動アラーム発生パルスＡの入力によって、ステ
ップモータの駆動オンに対応する駆動オン時間ｔｏｎと
駆動オフに対応する駆動オフ時間ｔｏｆｆのパルスの列
からなる駆動オン／オフ信号Ｂを出力する。該駆動オン
／オフ信号Ｂによって、ステップモータは、駆動オン時
間ｔｏｎ内に回転駆動され、駆動オフ時間ｔｏｆｆに停
止する。これによって、振動アラームの振動が変調され
ることになり、変調のない、一定の振動にくらべ、時計
ケースを介してステップモータの偏心重りの振動を、腕
の触覚器官に、より強く伝えることができる。

【００４８】次に図２４に示す振動アラームの振動変調
の第２の実施例を説明する。図１、図９、図１３、図１
７、図２０における駆動オン／オフ発生回路１０６は、
振動アラームセット／リセット回路１０５からの図２４
（ａ）に示す振動アラーム発生パルスＡの入力によっ
て、ステップモータの駆動オンに対応する駆動オン時間
ｔｏｎのパルスからなる駆動オン／オフ信号Ｂを出力す
る。図２４（ｃ）に示すように、後続駆動パルス発生手
段は、ｔｃｏｎの時間の間、一定パルス幅（ｔｈ）の後
続駆動パルスを発生し、その後、徐々に後続駆動パルス
幅を小さくしていき、後続駆動パルス間隔を測定し、後
続駆動パルス間隔がｔｓになったならば、徐々に後続駆
動パルス幅を大きくしていく。そして、後続駆動パルス
間隔がｔｆになってから、ｔｃｏｎの時間の間、一定の
パルス幅（ｔｈ）を発生する。以後、前記を繰り返す。
これによって、ステップモータのロータの回転数は大き
くなったり、小さくなったりするので、振動アラームの
振動が変調されることになり、変調のない、一定の振動
にくらべ、時計ケースを介してステップモータの偏心重
りの振動を、腕の触覚器官に、より強く伝えることがで
きる。

【００４９】次に、ロータの毎分当たりの回転数の理論
的にシミュレーションした計算結果を説明する。ロータ
の駆動方法は、回転するロータが発生する磁束によっ
て、駆動コイルに誘起される逆起電圧（以下、ロータ発
生逆起電圧と呼ぶ）からロータの位置を検出して、ロー
タの位置を検出した時刻と同期して、駆動コイルに駆動
電流を流し、ロータを加速駆動する最適駆動方法であ
る。

【００５０】まず、ロータの回転角θは、数１１によっ
て求められる。ここで、ロータの回転角θは、図３
（ｃ）のステータ、ロータ平面図に示すように、図３
（ｃ）の磁気平衡点をθ＝０として、右回りがプラスと
なる角度である。

【数１１】

【００５１】次に、駆動電流ｉは、数１２によって求め
られる。

【数１２】 ここで、Ｊはロータの慣性モーメント、ｒはロータの流
体抵抗係数、Ｋは電気機械結合係数、θ₀ はロータの初
期角度、Ｔｓはディテントトルクの最大値、Ｔ_L は負荷
トルク、Ｍｇは偏心重りの最大重力モーメント、Ｌは駆
動コイルの自己インダクタンス、Ｒは駆動コイルの直流
抵抗、ｕ（ｔ）は時刻ｔの単位関数、τは駆動パルス
幅、Ｖはモータドライバへの印加電圧、Ｒ₀ （ｉ，Ｖ）
はモータドライバのＯＮ抵抗である。

【００５２】ロータの初期角度は、θ₀ （π／４＝０．
７８５ｒａｄ）として、ロータ発生逆起電圧、−Ｋ・ｓ
ｉｎ（θ＋θ₀ ）・（ｄθ／ｄｔ）がゼロとなるロータ
の回転角θ（−θ₀ 、−θ₀ ＋π）あるいは時刻に後続
駆動パルス（パルス幅τ）で、ロータを加速駆動したシ
ミュレーションの計算結果（毎分当たりのロータの回転
数の時間変化）を図２５に示す。ちなみに、各パラメー
タ値については、図２５に示すように印加電圧は３．０
（Ｖ）、モータドライバのＯＮ抵抗を含んだ駆動コイル
直流抵抗（Ｒ＋Ｒ₀ ）は２００（Ω）、自己インダクタ
ンスＬは２００ｍＨ、慣性モーメントＪは２．８×１０
^-9（ｋｇｍ² ）、流体抵抗係数ｒは１６．０×１０^-11
（Ｎｍｓ／ｒａｄ）、電気機械結合係数Ｋは５．３×１
０^-3（Ｎｍ／Ａ）、ディテントトルクＴｓは５．３×１
０^-5（Ｎｍ）、負荷トルクＴ_L は０．０（Ｎｍ）、偏心
重りの重力によるモーメントＭｇは６．０×１０^-6（Ｎ
ｍ）である。ロータの初期停止角度位置θ、−ｓｉｎ^-1
（Ｍｇ／２Ｔｓ）は約−０．０６ｒａｄ、ロータの初期
角速度（ｄθ／ｄｔ）は、０ｒａｄ：初期駆動電流ｉは
０ｍＡとして、始動パルス幅が２０ｍｓ、パルス幅τ４
ｍｓの後続駆動パルスが１１４個の場合の毎分当たりの
ロータの回転数の時間変化において、最大回転数は７０
００ｒｐｍ、後続駆動パルス終了（約０．５５ｓ）後の
ロータの停止時間は約０．１５ｓとなった。また、駆動
電流は、起動時、１５ｍＡで、約０．５ｓ後の定高速回
転時で、約３ｍＡであった。ロータの回転数の本シミュ
レーション計算によって、ロータの回転数は、ロータ発
生逆起電圧からロータの位置を検出して、ロータの位置
を検出した時刻と同期して、駆動コイルに駆動電流を流
し、ロータを加速駆動する方法によって、３０００ｒｐ
ｍ以上になることがわかった。また、定高速回転時の駆
動電流（ピーク値）は、約３ｍＡと小さくできることが
わかった。

【００５３】次に本発明で使用できるステータについて
説明する。上記の実施例においては図２６（ａ）に示す
スリット２６１と段差２６２を有する扁平２極ステータ
を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、図２６（ｂ）に示す様な段差無しで、ノッチ２
６３を備えた扁平２極ステータ、図２６（ｃ）に示す様
なスリットのみを有し、段差はない扁平２極ステータ、
図２６（ｄ）に示す様なスリットも段差もない扁平２極
ステータを用いても実現できる。図２６（ｄ）の扁平２
極ステータの場合は、パルス幅の異なる始動パルスを複
数用意して、最適始動パルスを選択出力することにより
駆動できる。

【００５４】

【発明の効果】以上の詳細な説明によって示されたよう
に、本発明は、低消費電力で耐久性があり、組立の容易
な、安定に起動、高速回転するステップモータを搭載し
た、信頼性のある小型振動アラーム付電子機器を提供で
きる効果がある。特に逆起電圧検出コイルに生じる逆起
電圧に基づいて、扁平ステータに対する回転中のロータ
の磁極位置を検出する磁極位置検出手段とを備えてお
り、駆動パルス発生手段は、磁極位置検出手段からの検
出信号に基づいて前記パルス信号の出力タイミングを制
御するので、振動アラームに必要な高速回転するステッ
プモータを実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】分離型コイルを有するステップモータのロータ
の高速回転駆動回路の実施例のブロック図である。

【図２】分離型コイルを有するステップモータのロータ
を高速回転駆動するための説明図である。

【図３】分離型コイルを有する振動アラーム駆動用ステ
ップモータの平面図である。

【図４】分離型コイルを有するステップモータの高速回
転駆動回路の差動増幅器の回路構成図である。

【図５】ディジタル的にスパイクパルスをマスクする回
路の構成図である。

【図６】ディジタル的にスパイクパルスをマスクする回
路のタイムチャートである。

【図７】本発明のステップモータ内蔵の振動アラーム付
腕時計の平面図である。

【図８】本発明のステップモータの駆動パルスの時間変
化である。

【図９】タップ付きコイルを有するステップモータのロ
ータの高速回転駆動回路の実施例のブロック図である。

【図１０】タップ付きコイルを有するステップモータの
ロータを高速回転駆動するための説明図である。

【図１１】タップ付きコイルを有する振動アラーム駆動
用ステップモータの平面図である。

【図１２】タップ付きコイルを有するステップモータの
高速回転駆動回路の差動増幅器の回路構成図である。

【図１３】キャンセルコイルを有するステップモータの
ロータの高速回転駆動回路の実施例のブロック図であ
る。

【図１４】キャンセルコイルを有するステップモータの
ロータを高速回転駆動するためのさらに他の実施例の説
明図である。

【図１５】キャンセルコイルを有する振動アラーム駆動
用ステップモータの平面図である。

【図１６】ローパスフィルターを有しない加算器の回路
構成図である。

【図１７】キャンセルコイルを有するステップモータの
ロータを高速回転駆動するための説明図である。

【図１８】ローパスフィルターを有する加算器の回路構
成図である。

【図１９】加算器出力の時間的遅れを取り戻すための説
明図である。

【図２０】キャンセルコイルを有するステップモータの
ロータの高速回転駆動回路の他の実施例のブロック図で
ある。

【図２１】キャンセルコイルを有するステップモータの
ロータを高速回転駆動するための他の実施例の説明図で
ある。

【図２２】キャンセルコイルを有する駆動コイルの巻回
方法の説明図である。

【図２３】振動アラームの振動変調の実施例である。

【図２４】振動アラームの振動変調の第２の実施例であ
る。

【図２５】ステップモータの回転数の時間変化のシミュ
レーション計算結果である。

【図２６】本発明で使用できる扁平２極ステータを示す
平面図である。

【符号の簡単な説明】

Ａ 振動アラーム発生パルス Ｂ 駆動オン／オフ信号 Ｃ 相合わせパルス Ｄ 電池電圧検出指示信号 Ｅ 始動パルス Ｆ 差動増幅出力 Ｆ’加算出力 Ｇ ゼロクロスコンパレータ出力 Ｈ 後続駆動パルス ３０１ ７０４ １１０１ １５０１ ステップモータ ３０２ 偏心重り ３０３ ロータ ３０５ ７０５ １１０２ １５０２ 駆動コイル １５０３ 実働駆動コイル ３０６ １１０３ 逆起電圧検出コイル １５０４ ロータ発生逆起電圧検出コイルＣ １５０５ ロータ発生逆起電圧検出コイルＤ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−120866（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−12990（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−47693（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−29259（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−107089（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−10087（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭62−61910（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G04C 21/02 G04B 25/02 G04C 3/14 G04G 1/00 312

Claims (19)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アラーム時刻になるとモータを駆動して
   偏心重りを回転させ、ケース体を介して偏心重りの振動
   を腕に伝える振動アラーム付電子機器において、２極の
   扁平ステータと２極の永久磁石を有するロータと前記扁
   平ステータと磁気的に結合した駆動コイルとから構成さ
   れたステップモータと、アラーム信号に基づいて前記ス
   テップモータを駆動するためのパルス信号を出力する駆
   動パルス発生手段と、該駆動パルス発生手段からのパル
   ス信号に基づき、前記駆動コイルに駆動電流を供給する
   ための駆動回路と、前記駆動コイルに生じた起磁力を前
   記ロータに伝える前記扁平ステータと、前記ロータの回
   転によって生じる逆起電圧を検出する逆起電圧検出コイ
   ルと、前記逆起電圧検出コイルに生じる逆起電圧に基づ
   いて前記扁平ステータに対する回転中のロータの磁極位
   置を検出する磁極位置検出手段とを備えており、前記駆
   動パルス発生手段は、前記磁極位置検出手段からの検出
   信号に基づいて前記パルス信号の出力タイミングを制御
   することを特徴とする振動アラーム付電子機器。
2. 【請求項２】 磁極位置検出手段は、逆起電圧検出コイ
   ルに発生する逆起電圧がゼロレベルに達したことを検出
   して検出信号を出力するゼロクロスコンパレータを有す
   ることを特徴とする請求項１記載の振動アラーム付電子
   機器。
3. 【請求項３】 駆動パルス発生手段からのパルス信号
   は、停止状態のロータを回転起動させるための起動パル
   スと、起動後のロータを継続して駆動するための後続駆
   動パルスとを有することを特徴とする請求項１記載の振
   動アラーム付電子機器。
4. 【請求項４】 停止状態のロータを回転起動させるため
   の起動パルスは、扁平ステータに生じる磁極に対向する
   前記ロータの磁極を同一極性に合わせるための相合わせ
   パルスと、該相合わせパルスの後に出力し、ロータの磁
   極に対向する扁平ステータに該ロータ磁石の磁極と同一
   極性の磁極を発生させるための始動パルスとから構成さ
   れていることを特徴とする請求項３記載の振動アラーム
   付電子機器。
5. 【請求項５】 始動パルスは後続駆動パルスよりも広い
   パルス幅を有することを特徴とする請求項４記載の振動
   アラーム付電子機器。
6. 【請求項６】 始動パルスは後続駆動パルスよりも広い
   パルス幅を有する複数のパルス列であることを特徴とす
   る請求項５記載の振動アラーム付電子機器。
7. 【請求項７】 複数のパルス列は後続駆動パルスよりも
   広いパルス幅を有する第１の始動パルスと、後続駆動パ
   ルスよりも広いパルス幅を有し、且つ第１の始動パルス
   よりも狭いパルス幅を有する第２の始動パルスとから構
   成されていることを特徴とする請求項６記載の振動アラ
   ーム付電子機器。
8. 【請求項８】 後続駆動パルスのパルス幅は、ロータの
   回転数の上昇にともなって狭くすることを特徴とする請
   求項３記載の振動アラーム付電子機器。
9. 【請求項９】 逆起電圧検出コイルは、駆動コイルの内
   周側に独立して巻き回して構成したことを特徴とする請
   求項１記載の振動アラーム付電子機器。
10. 【請求項１０】 駆動コイルは逆起電圧検出コイルを兼
    用することを特徴とする請求項１記載の振動アラーム付
    電子機器。
11. 【請求項１１】 駆動コイルの一部からタップを取り出
    すことにより、前記駆動コイルの一部を逆起電圧検出コ
    イルを兼用することを特徴とする請求項１０記載の振動
    アラーム付電子機器。
12. 【請求項１２】 磁極位置検出手段は、逆起電圧検出コ
    イルに発生する逆起電圧を差動・増幅する差動増幅器
    と、該差動増幅器によって差動増幅した前記逆起電圧が
    ゼロレベルに達したことを検出して検出信号を出力する
    ゼロクロスコンパレータを有することを特徴とする請求
    項９または請求項１０記載の振動アラーム付電子機器。
13. 【請求項１３】 逆起電圧検出コイルは、直流抵抗と自
    己インダクタンスが略同一で、巻き方向を異にする２個
    の逆起電圧検出コイルとから構成され、駆動コイルに直
    列接続して構成したことを特徴とする請求項１記載の振
    動アラーム付電子機器。
14. 【請求項１４】 磁極位置検出手段は、２個の逆起電圧
    検出コイルにそれぞれ発生する逆起電圧を加算する加算
    器と、該加算器によって加算された逆起電圧がゼロレベ
    ルに達したことを検出して前記検出信号を出力するゼロ
    クロスコンパレータとから構成されていることを特徴と
    する請求項１３記載の振動アラーム付電子機器。
15. 【請求項１５】 逆起電圧検出コイルは、駆動コイルの
    内周側に多層に巻き回して構成したことを特徴とする請
    求項１３または請求項１４記載の振動アラーム付電子機
    器。
16. 【請求項１６】 加算器は逆起電圧に重畳するスパイク
    ノイズをカットするためのローパスフィルタを有するこ
    とを特徴とする請求項１４記載の振動アラーム付電子機
    器。
17. 【請求項１７】 駆動パルス発生手段は、前記加算器に
    よって加算される逆起電圧に重畳するスパイクノイズに
    対応し、ゼロクロスコンパレータからの検出信号をディ
    ジタル的にマスクするマスク手段を有することを特徴と
    する請求項１４記載の振動アラーム付電子機器。
18. 【請求項１８】 差動増幅器は、差動・増幅した逆起電
    圧に重畳するスパイクノイズをカットするローパスフィ
    ルタを有することを特徴とする請求項１２記載の振動ア
    ラーム付電子機器。
19. 【請求項１９】 駆動パルス発生手段は、前記差動増幅
    器によって差動・増幅される逆起電圧に重畳するスパイ
    クノイズに対応し、前記ゼロクロスコンパレータからの
    検出信号をディジタル的にマスクするマスク手段を有す
    ることを特徴とする請求項１２記載の振動アラーム付電
    子機器。