JP3432470B2

JP3432470B2 - 電子機器

Info

Publication number: JP3432470B2
Application number: JP34200999A
Authority: JP
Inventors: 則雄宮内; 知巳村上; 達夫新田
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1992-03-18
Filing date: 1999-12-01
Publication date: 2003-08-04
Anticipated expiration: 2018-08-04
Also published as: JP2000139098A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子機器に内蔵したモ
ータに関し、詳しくは２極のステータ、ロータ、コイル
より成るモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器に内蔵したモータを高速に回転
させる技術は一般的であるが、特に扁平型のステータを
用いたモータは、時計などに使用されているが、低速回
転が一般的である。このようなモータを高速に回転させ
るにはそれなりの工夫が必要となる。本願は、実施例と
して腕時計に組み込まれる振動アラームに用いるモータ
を例にとって説明する。

【０００３】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２−６２９１
号公報に開示されている。一方扁平型のステータを使用
したモータは、前述のように低速回転が主で、高速回転
に使用する例は無かった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記の超音
波モータでは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。

【０００５】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６０
００ｒｐｍの回転時に駆動電流は６０ｍＡになると報告
されている。

【０００６】本発明は、上記のような超音波モータを用
いること無く、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、且つ安定に起動し、高速回転の
できるモータ、特にステップモータを内蔵した電子機器
を提供することを目的とする。

【０００７】

【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。２極の扁平ス
テータとディテントトルクによって静止する２極の永久
磁石を有するロータと前記２極の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モータと、前記
モータを駆動するための駆動パルス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駆動パルス
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
し、該逆起電圧に基づいて前記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き、前記ディテントトルクの
磁気平衡点とは異なる、前記逆起電圧がゼロとなるロー
タの磁極位置を検出した時刻に前記駆動パルスを出力す
ることによって、前記ロータを加速駆動することを特徴
とする。

【０００８】

【実施の形態】以下、特にステップモータを内臓した電
子機器の中で、ステップモータ内臓の振動アラーム付腕
時計を例にとり、本発明の実施の形態を図面に基づいて
詳述する。

【０００９】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。

【００１０】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３
０９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。

【００１１】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１０
００ｒｐｍ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。

【００１２】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３０００ｒｐｍ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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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ｉ_a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・ｉ_aと電流ｉ_aの時間変化による逆起電圧
−Ｌａ・（ｄｉ_a／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。

【００１６】

【数１】

【００１７】数１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
ｎ_a0、ｎ_aとして、Ｍ＝ｋ・ｎ_a0・ｎ_a／Ｒｍと表され
る。

【００１８】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＋θo ）・（ｄθ／ｄ
ｔ）はステップモータ３０１との機械結合係数Ｋａ・ｓ
ｉｎ（θ＋θo ）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３０
３が回転することによって発生する。

【００１９】θo 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（すなわち図３（ｃ）に
示す磁気平衡点）から、ステータ３０４のスリット３０
９からほぼ９０度の位置までの角度である。

【００２０】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。

【００２１】

【数２】

【００２２】数２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＋θo ）・（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（−θo、−θo＋π；すなわち図３（ｃ）
に示す励磁平衡点）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。

【００２３】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の形態のブロ
ック図の構成を説明する。まず、図１の駆動コイル３０
５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。

【００２４】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１１３を有する。

【００２５】また図１は、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３
０１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
最適なパルス幅に設定された、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よ
り成る。

【００２６】更に、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１０９、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３０５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
を有する。

【００２７】そして、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１０８、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から図１は構成され
ている。なお、高速回転駆動回路と電池電圧検出回路１
１１は電力を供給する電池（図省略）に接続されている
ことはもちろんである。

【００２８】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の形態のブロック図に沿って
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。

【００２９】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３０５に供給されロータ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は分からない。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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ｔ_o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へ出力する。

【００３３】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１１２、始動
パルス発生手段１１３、後続駆動パルス発生手段１１
４、パルス間隔設定手段１１６へ出力する。

【００３４】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１
１１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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。なお、前記逆起電圧検出コイル
３０６に接続する差動増幅器１０８とゼロクロスコンパ
レータ１０７を有する磁極位置検出手段は、図２（ｆ）
に示す差動増幅器出力Ｆとそのゼロクロスに対応する図
２（ｇ）に示すコンパレータ出力Ｇの立ち上がりあるい
は立ち下がりから、ロータ３０３が停止状態から高速に
回転する間（時間ゼロからパルス幅ｔｇの補助始動パル
ス２０１付近までの時間）の回転中のロータ３０３の磁
極位置も前記逆起電圧検出コイル３０６に生じる逆起電
圧に基づいて検出可能であることがわかる。

【００３９】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−θoまたはπ−θ
o、すなわちほぼ励磁平衡点になる。

【００４０】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）がかかる前に十分
加速でき、ロータの回転数をあげることができる。

【００４１】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タイムチャー
トに沿って説明する。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。

【００４２】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。

【００４３】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６０
２をマスクするためのブロック２、スパイクパルス２０
４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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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、Ｍ１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。

【００４７】以下、タップ付コイルを用いた実施の形態
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１
１（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
３０３、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１
１０３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。

【００４８】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ｉ_b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・ｉ_bを含めて次の数３よって求めら
れる。

【００４９】

【数３】

【００５０】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する。

【００５１】−Ｋｂ・ｓｉｎ（θ＋θ_o）・（ｄθ／ｄ
ｔ）はステップモータ１１０１との機械結合係数Ｋｂ、
ｓｉｎ（θ＋θ_o）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３
０３が回転することによって発生する。θ_oはロータ３
０３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。

【００５２】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。

【００５３】

【数４】

【００５４】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＋θo）・（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（−θo、−θo＋π；すなわち図３（ｃ）に
示す励磁平衡点）を検出できることになる。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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の形態のブロック図
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９
０８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。

【００５８】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。

【００５９】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１００２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１０（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（ｔｂｈ）の後続駆動
パルスＨを出力する。

【００６０】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
ｂｈ）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（ｔｂ
ｈ）にする。

【００６１】本実施例は、図１２（ａ）に示す差動増幅
器９０８が図１２（ｂ）に示すＲ２Ｃ２、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９０８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−θo またはπ
−θo、すなわちほぼ励磁平衡点になる。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のときのブレーキ）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。

【００６２】次にキャンセル型コイルを用いた実施の形
態を説明する。図１５（ａ）は、キャンセル型コイルを
用いた振動アラーム駆動用ステップモータの平面図、図
１５（ｂ）は図１５（ａ）のＣ−Ｃ’断面図、またステ
ータ、ロータ平面図は図３（ｃ）を用いる。ステップモ
ータ３０１は偏心重り３０２が設けられたロータ３０
３、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１５０
３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Ｄ１５０５から構成されている。

【００６３】前記ロータ発生逆起電圧検出コイルＣ１５
０４、Ｄ１５０５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。

【００６４】

【数５】

【００６５】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する。

【００６６】また、−Ｋｃ・ｓｉｎ（θ＋θ_o）・（ｄ
θ／ｄｔ）はステップモータ３０１との機械結合係数
Ｋ、ｓｉｎ（θ＋θ_o）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。θ_o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９
０度の位置までの角度である。

【００６７】次に、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・ｉ_d
を含めて、次の数６によって求められる。

【００６８】

【数６】

【００６９】同様に数６のＶｄは−Ｌｄ・（ｄｉ_d／ｄ
ｔ）、−Ｋｄ・ｓｉｎ（θ＋θ_o）・（ｄθ／ｄｔ）と
Ｒｄ・ｉ_dの和となり、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。

【００７０】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。

【００７１】

【数７】

【００７２】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＋θ_o）・
（ｄθ／ｄｔ）の和になる。

【００７３】この−２・Ｇ・Ｋ・ｓｉｎ（θ＋θo ）・
（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（−θo、−θo＋
π；すなわち図３（ｃ）に示す励磁平衡点）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。

【００７４】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１０
７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、Ｄ１５０
５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。

【００７５】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の形
態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、図１４の（ｅ）に示
すように、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する。

【００７６】図１６に示す加算器１３０８は、後述する
図１８に示すＲ３Ｃ３、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。

【００７７】始動パルスＥの発生までは、図２と同様な
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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】本実施例は、加算器１３０８が後述する図
１８のＲ３Ｃ３、Ｒ４Ｃ４、Ｒ５Ｃ５で示すローパスフ
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。

【００８１】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のときのブレーキ）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３
Ｖ、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６０００ｒｐｍとな
り、駆動電流（ピーク値）は約２ｍＡと小さいものであ
った。

【００８２】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の形態の
説明図で、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。

【００８３】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Ｄ１５０５に接続する差動増幅器１６０１、差動
増幅器１６０２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。

【００８４】前記加算器１７０８の出力も数７（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、１６０
２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。

【００８５】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、Ｒ
４Ｃ４、Ｒ５Ｃ５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。

【００８６】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。

【００８７】

【数８】

【００８８】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。

【００８９】

【数９】

【００９０】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。

【００９１】

【数１０】

【００９２】前記スパイクノイズを除去するために、前
記ｆ１、ｆ２、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。

【００９３】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１０７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。

【００９４】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−θ_oまたはπ−θ_o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−
θ_o、あるいはπ−θ_oからπにあることが望ましい。

【００９５】前記回転角θの遅れがθ_oより大きくなる
ときは、図１９（ｆ）に示すように（図１９（ａ）から
（ｅ）は図１７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２００１）、マイナス側にシフト（ゼロクロスレベル
２００２）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る。

【００９６】そして、図１９（ｇ）に示すように、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。なお、ゼロク
ロスコンパレータ１０７を有する磁極位置検出手段は、
ゼロクロスコンパレータ１０７のゼロクロスレベルをゼ
ロレベルから所定のレベルにシフトさせて設定すること
によって、逆起電圧のゼロレベル前後の逆起電圧を検出
可能であるので、前記ゼロクロスコンパレータ出力Ｇの
立ち上がり、立ち下がりを進ませるだけでなく遅らせる
こともできる。

【００９７】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の形態
を図２０のブロック図の構成に基づいて説明する。図２
０において、図１３と異なる構成は、図２０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３０
３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２１１である。以下、図１
３と同一構成なので説明を省略する。

【００９８】図２１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を高速回転駆動するための他の実施
の形態の説明図を、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
の実施の形態のブロック図にそって説明する。

【００９９】図２１が図１４と異なるところは、前記始
動パルス発生手段２１１３が、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２１１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ｔｅ
ｎ）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ｔｄｒ（ロ
ータ３０３が回転した時）あるいはｔｄｎ（ロータ３０
３が回転しない時）後に駆動回路１１０へ出力する。

【０１００】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２１１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。

【０１０１】しかし、前記回転非回転検出回路２１１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。

【０１０２】前記ロータ発生逆起電圧検出コイルＣ１５
０４、Ｄ１５０５に接続する前記加算器１３０８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２
１１３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た、前記相合わせパルス幅（ｔ
ｃ）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。

【０１０３】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。

【０１０４】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に引っかける。

【０１０５】によってワイヤ２３０６をコイル巻枠２
３０５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２３０
６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と逆に巻回する。

【０１０６】によってワイヤ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、２３０
４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、２３０
３に圧接し、駆動コイル１５０２に不要なワイヤ２３０
６をカットし、該駆動コイル１５０２のコイル巻芯３０
７への自動巻きが完成する。

【０１０７】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。

【０１０８】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。

【０１０９】次に図２４に示す振動アラームの振動変調
の、第２の実施の形態を説明する。図１、図９、図１
３、図１７、図２０における駆動オン／オフ発生回路１
０６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。

【０１１０】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（ｔ
ｈ）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。

【０１１１】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。

【０１１２】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。

【０１１３】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。

【０１１４】

【数１１】

【０１１５】次に、駆動電流ｉは、数１２によって求め
られる。

【０１１６】

【数１２】

【０１１７】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、θ_o
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、Ｒ
_o（ｉ，Ｖ）はモータドライバのＯＮ抵抗である。

【０１１８】ロータの初期角度は、θo（π／４＝０．
７８５ｒａｄ）として、ロータ発生逆起電圧、−Ｋ・ｓ
ｉｎ（θ＋θo）・（ｄθ／ｄｔ）がゼロとなるロータ
の回転角θ（−θo、−θo＋π；すなわち図３（ｃ）に
示す励磁平衡点）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。

【０１１９】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＋
Ｒ_o）は２００（Ω）、自己インダクタンスＬは２００
ｍＨ、慣性モーメントＪは２．８×１０^-9（ｋｇ
ｍ²）、流体抵抗係数ｒは１６．０×１０^-11（Ｎｍｓ
／ｒａｄ）、電気機械結合係数Ｋは５．３×１０^-3（Ｎ
ｍ／Ａ）、ディテントトルクＴｓは５．３×１０^-6（Ｎ
ｍ）、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（Ｎｍ）であ
る。

【０１２０】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。

【０１２１】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、３０００ｒｐｍ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３ｍ
Ａと小さくできることがわかった。

【０１２２】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極分離型ス
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２６３を備えた扁平２極一体型ステータにおいても
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。

【０１２３】本発明のステップモータ内臓の電子機器の
中で、振動アラーム用ステップモータ内臓の振動アラー
ム付腕時計の実施例について説明したが、本発明は、輪
列を介して時針を運針するステップモータを内臓した腕
時計において、該ステップモータの高速回転技術にも適
用できることはもちろんである。

【０１２４】

【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２極の扁平ステータ
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
プモータを搭載した、信頼性のある小型電子機器を提供
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し、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き、前記ディテントト
ルクの磁気平衡点とは異なる、前記逆起電圧がゼロとな
るロータの磁極位置を検出した時刻に駆動パルスを出力
することによって、ロータを加速駆動するので、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３０１７０４１１０１１５０１ステップモータ３０２偏心重り３０３ロータ３０５７０５１１０２１５０２駆動コイル１５０３実働駆動コイル３０６１１０３逆起電圧検出コイル１５０４ロータ発生逆起電圧検出コイルＣ１５０５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63−11085（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−110874（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−167398（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−143268（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−136060（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−251691（ＪＰ，Ａ) 特公昭60−56080（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭56−9669（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭62−61910（ＪＰ，Ｂ２) 特許3258125（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 8/00 G04C 3/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】２極の扁平ステータとディテントトルク
によって静止する２極の永久磁石を有するロータと前記
２極の扁平ステータと磁気的に結合した駆動コイルとか
ら構成されたモータと、前記モータを駆動するための駆
動パルスを出力する駆動パルス発生手段と、該駆動パル
ス発生手段からの駆動パルスに基づき、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し、該逆起電圧に基づいて
前記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
き、前記ディテントトルクの磁気平衡点とは異なる、前
記逆起電圧がゼロとなるロータの磁極位置を検出した時
刻に前記駆動パルスを出力することによって、前記ロー
タを加速駆動することを特徴とする電子機器。
【請求項２】前記駆動パルスは、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記載の電子機器。
【請求項３】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、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２記載の電子機器。
【請求項４】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３記載の電子
機器。
【請求項５】始動パルスは後続駆動パルスよりも広い
パルス幅を有する複数のパルス列であることを特徴とす
る請求項４記載の電子機器。
【請求項６】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、該第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５記載の
電子機器。
【請求項７】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２記載の電子機器。
【請求項８】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記載の電子機器。
【請求項９】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記載の電子機器。
【請求項１０】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９記載の電子機
器。
【請求項１１】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８又は請求項９記載の電子機器。
【請求項１２】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記載の電
子機器。
【請求項１３】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１２記載の電子機器。
【請求項１４】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１２または請求項１３記載の電子機器。
【請求項１５】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ーを有する
ことを特徴とする請求項１３記載の電子機器。
【請求項１６】駆動信号発生手段は、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１３記載の電子機器。
【請求項１７】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
ルターを有することを特徴とする請求項１１記載の電子
機器。
【請求項１８】駆動信号発生手段は、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１１記載の電子機器。
【請求項１９】前記磁極位置検出手段は、ロータが停
止状態から高速に回転する間の回転中のロータの磁極位
置を前記逆起電圧検出コイルに生じる逆起電圧に基づい
て検出可能であることを特徴とする請求項１記載の電子
機器。
【請求項２０】前記ステップモータの前記偏平ステー
タは分離型あるいは一体型ステータであることを特徴と
する請求項１に記載の電子機器。
【請求項２１】前記駆動回路へ電力を供給する電池、
該電池の電圧を検出する電池電圧検出回路と該電池電圧
検出回路からの出力信号によって駆動パルスの最適なパ
ルス幅を設定するパルス幅設定手段を有することを特徴
とする請求項１記載の電子機器。