JP3653881B2

JP3653881B2 - ステッピングモータの制御方法

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Publication number: JP3653881B2
Application number: JP23232696A
Authority: JP
Inventors: 好隆飯島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-09-02
Filing date: 1996-09-02
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2016-09-02
Also published as: JPH1080195A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッピングモータの制御方法に関し、特に、電池などの電源電圧を降圧して電子時計のステッピングモータなどを駆動させるのに好適な省電力型の制御装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステッピングモータは、パルスモータ、ステッピングモータ、階動モータあるいはデジタルモータなども称され、デジタル制御装置のアクチュエータとして多用されているパルス信号によって駆動されるモータである。近年、携帯に適した小型の電子装置あるいは情報機器が開発されており、これらのアクチュエータとして小型、軽量化されたステッピングモータが多く採用されている。このような電子装置の代表的なものが電子時計、時間スイッチといった計時装置である。この計時装置においては、水晶発振子などを用いた発振回路から基準パルスを供給し、この基準パルスを１Ｈｚなどの計時に適した周波数の時間信号に分周する。そして、その時間信号に合わせて駆動パルスをステッピングモータに供給し、計時装置の秒針などを運針するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの携帯用に適した小型の電子装置においては、搭載可能な電源が限られているので、長時間、安定した動作を行うためにはステッピングモータなどによって消費される電力をできるだけ低減することが重要である。このため、ステッピングモータを用いた電子時計においては、ステッピングモータに供給する駆動パルスのパルス幅を徐々に低減し電力消費の少ない状態でステッピングモータを駆動するようにしている。一方、供給した駆動パルスによってはステッピングモータが正常に回転しない場合は、十分に大きなパルス幅の補助駆動パルスによって回転させると共に駆動パルスのパルス幅を増加し、ステッピングモータをできるだけ低い電力で確実に駆動できるようにしている。
【０００４】
ステッピングモータの駆動回路に用いられているＣＭＯＳなどの回路素子において消費される電力は、駆動電圧の２乗に比例して増加する。そこで、駆動電圧を低電圧化して消費電力を抑制することも考えられている。特に、近年の小型で携帯に適した電子装置は、集積化が進み、例えば、腕装着型の電子時計については、ユーザーの様々なニーズに対応して多機能化が進んでいる。従って、計時機能に加えて電力を消費する種々の機能が搭載されており、全体の電力消費は増加傾向にある。従って、これらの機能を実現する回路を低電圧化できれば消費電力の低減効果は非常に大きい。しかしながら、低電圧化すると、遅延時間が長くなったり、さらに、モータの駆動回路においては、モータを回転させるために最低限必要な作動電圧以下に電圧が低下してしまうケースが考えられる。電圧が作動電圧以下に低下してしまうとパルス幅を大きくしてもモータを駆動できなくなる。従って、計時装置のように確実にモータを駆動する必要がある装置では、信頼性の確保などの面から消費電力を低減するために低電圧化することは困難であった。
【０００５】
そこで、本発明においては、低電圧の駆動パルスを用いても確実にステッピングモータを駆動できる制御方法および制御装置を提供することにより、計時装置などにおいてステッピングモータを駆動するために消費される電力をさらに低減可能とすることを目的としている。また、複数の電圧レベルの駆動パルスが設定できる環境化で、ステッピングモータを駆動するために消費される電力をさらに低減できる制御方法および制御装置を提供することを目的としている。そして、多機能化された消費電力が増加傾向にある携帯型の電子機器や、あるいは電池の廃棄や交換の不要な太陽電池などの発電システムを採用した携帯装置に適用可能な省電力タイプのステッピングモータの制御装置および制御方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、低電圧化された駆動パルスによって確実にステッピングモータを駆動するために、低電圧化された駆動パルスがステッピングモータの作動電圧を下回ってステッピングモータが回転しなかったときは高電圧の補助駆動パルスを供給して強制的にステッピングモータを回転させる工程を設けてステッピングモータが確実に回転できるようにしている。すなわち、本発明のステッピングモータの制御方法は、以下のようなステップを備えており、論理回路や、マイクロプロセッサーの制御用プログラムなどとして提供することができる。
【０００７】
１．ステッピングモータを回転させるために第１の実効電力を備えた第１の電圧の駆動パルスを供給する。
【０００８】
２．ステッピングモータの回転・非回転を検出する。
【０００９】
３．ステッピングモータが非回転のときにステッピングモータに第１の実効電力に対し大きな実効電力を備え、第１の電圧より大きな第２の電圧の補助駆動パルスを供給しステッピングモータを回転させる。
【００１０】
本発明の制御方法においては、ステッピングモータの１ステップアングルを駆動するために、低電圧化された駆動パルスと、強制回転するための高電圧の補助駆動パルスという電圧の異なる２種類のパルスをステッピングモータに供給する用意があるので、駆動パルスを低電圧化しても確実にステッピングモータを駆動することができる。すなわち、本発明の制御方法を採用することにより、省電力化するために駆動パルスを低電圧にして、ステッピングモータが回転しない事態が発生しても、十分に高い電圧の補助駆動パルスによりステッピングモータは確実に駆動することができる。従って、ステッピングモータの制御の信頼性を低下させずに駆動パルスの低電圧化して、消費される電力を大幅に低減することができる。
【００１１】
本発明の制御方法は、ステッピングモータに駆動パルスを供給する駆動手段と、第１の実効電力を備えた駆動パルスを所定のタイミングで駆動手段からステッピングモータに供給する制御手段と、駆動手段に複数の電圧の電力を供給可能な電源部と、ステッピングモータの回転・非回転を検出する検出手段と、第１の実効電力を備えた第１の電圧の駆動パルスによりステッピングモータが非回転のときに、電源部から第１の電圧より高い第２の電圧を補助駆動パルスを駆動手段からステッピングモータに供給する補助制御手段とを有すること特徴とするステッピングモータの制御装置を用いて適用することができる。
【００１２】
電源部には、昇圧あるいは降圧する手段を設けて電圧レベルの異なる電力を駆動手段に供給することができる。特に、電源部が、蓄電手段と、この蓄電手段の出力電圧を降圧して複数の電圧の電力を供給可能な降圧手段とを有している場合は、蓄電手段に蓄えられた電力を降圧して駆動手段に提供できるので、ステッピングモータを駆動するために消費される電力を大幅に低減できる。このため、蓄電手段が電池であればその寿命を大幅に延ばすことが可能になり、また、太陽電池などの充電能力がそれほど高くできない発電装置によって蓄電手段が充電される装置であっても長期間継続して確実にステッピングモータを駆動することができる。また、電池寿命が近づいたときや、充電ができずに蓄電手段の電圧が低下して駆動パルスの電圧が低下してしまったときは、回転が検出されないときだけ蓄電手段の電圧を昇圧した高電圧の補助駆動手段をステッピングモータに供給し、運針ミスなどをなくすといった制御を行うことも可能である。
【００１３】
個々のステッピングモータ、あるいはステッピングモータの個々のステッピングアングル、さらには、ステッピングモータが設置されている環境によって１ステッピングアングル回転するために最低必要なトルクは差があり、また、環境などによって変化する。従って、駆動パルスの第１の実効電力もステッピングモータの回転・非回転によって、減少・増加することが望ましい。そして、実効電力の増減するために当初の電圧と異なる電圧を設定することにより、高い省電力効果を得ることができる。このような制御方法を採用するために、第１の実効電力を備えた駆動パルスを供給したときのステッピングモータの回転・非回転によって、駆動パルスを生成する際に電源部から駆動手段に供給される電圧を変更可能な電圧選択手段を設けることが望ましい。例えば、電源部の降圧手段の設定を補助制御手段によって変えて電圧の異なる電力を駆動手段に供給することができる。
【００１４】
また、駆動パルスをパルス幅の狭い複数のサブパルスで構成し、これら複数のサブパルスの内の一部のサブパルスの電圧の設定を電圧選択手段を用いて変えることにより、ステッピングモータのトルクカーブに則した電力分布の駆動パルスでステッピングモータを駆動し、さらに、消費電力を低減することができる。
【００１５】
さらに、実効電力を低減するときは、消費電力を低減するために効果的な低電圧化を優先して行うことが望ましく、一方、実効電力を増加するときは、電圧を増加するのに先立ってパルス幅を増加してできるかぎり消費電力が増加するのを抑制することが望ましい。
【００１６】
一定の時間間隔で時間信号を出力する基準信号発生手段を設け、この時間信号によって制御手段が駆動手段を制御して駆動パルスをステッピングモータに供給し、時計針を運針することにより、消費電力が低く、信頼性の高い計時装置を提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しながら本発明をさらに詳細に説明する。図１に、本発明に係る計時装置１の概略構成を示してある。本例の計時装置１は、ステッピングモータ１０と、このステッピングモータ１０を駆動する制御装置２０と、ステッピングモータ１０の動きを伝達する輪列５０、および輪列５０によって運針される秒針６１、分針６２および時針６３を備えている。本例のステッピングモータ１０は、制御装置２０から供給される駆動パルスによって磁力を発生する駆動コイル１１と、この駆動コイル１１によって励磁されるステータ１２と、さらに、ステータ１２の内部で回転するロータ１３を備えている。このロータ１３はディスク状の２極の永久磁石によって構成されており、ＰＭ型（永久磁石回転型）のステッピングモータ１０となっている。ステータ１２には、駆動コイル１１で発生した磁力によって異なった磁極がロータ１３の回りのそれぞれの相１５および１６に発生するように磁気飽和部１７が設けられている。また、ロータ１３の回転方向を規定するために、ステータ１２の内周の適当な位置には内ノッチ１８が設けられており、これによってコギングトルクを発生させてロータ１３が適当な位置に停止するようにしている。
【００１８】
ステッピングモータ１０のロータ１３の回転は、かなを介してロータ１３に噛合された五番車５１、四番車５２、三番車５３、二番車５４、日の裏車５５および筒車５６からなる輪列５０によって各針に伝達される。四番車５２の軸には秒針６１が接続され、二番車５４には分針６２が接続され、さらに、筒車５６には時針６３が接続されており、ロータ１３の回転に連動してこれらの各針によって時刻が表示される。輪列５０には、さらに、年月日などの表示を行うための伝達系など（不図示）を接続することももちろん可能である。
【００１９】
本例の計時装置１は、ステッピングモータ１０の回転によって時刻が表示されるようになっており、このために、ステッピングモータ１０には所定の時間信号に従って出力された駆動パルスが供給される。ステッピングモータ１０を制御する本例の制御装置２０は、水晶振動子などの基準発振源２１を用いて基準周波数の基準パルスなどを出力する発振分周回路２２と、基準パルスなどからさまざまなタイミングでパルス幅の異なるパルスを合成するパルス合成回路２３と、パルス合成回路２３から供給された種々のパルスを選択してステッピングモータ１０を制御する制御回路２４を備えている。パルス合成回路２３では、通常の運針を行う駆動パルスＰ１を駆動回路３１からステッピングモータ１０に供給するための制御パルスや、ロータ１３が回転しなかったときに駆動回路３１を制御して実効電力の大きな補助駆動パルスＰ２をステッピングモータ１０に供給するための補助パルス、あるいは、消磁用のパルスＰＥを駆動回路３１を介してステッピングモータ１０に供給するためのパルスなどが合成されており、これらの中から適当なパルスが制御回路２４によって選択されて駆動回路３１に供給される。また、本例の制御装置２０は、ロータ１３が回転したときに駆動コイル１１に誘起される電圧などを用いてロータ１３の回転・非回転を検出する検出回路２７を備えており、この検出回路２７の検出結果が制御回路２４にフィードバックされて補助駆動パルスＰ２の出力指示や駆動パルスＰ１の電圧あるいはパルス幅などの制御が行われる。従って、本例においては、制御回路２４が制御手段と補助制御手段の機能を兼ねており、さらに、後述する降圧回路４２の設定も制御して電圧の異なる電力を駆動回路３１に供給できるようにしている。
【００２０】
本例の駆動回路３１は、２列の直列に接続されたｎチャンネルＭＯＳ３３とｐチャンネルＭＯＳ３２によって構成されたブリッジ回路によって構成されている。従って、これらのＭＯＳ３２および３３のゲートに印加される制御パルスの極性をステッピングモータ１０のステップアングルに合わせて反転させることにより、駆動コイル１１に極性の異なる駆動パルスＰ１あるいは補助駆動パルスＰ２を供給でき、ステータ１２に異なる極性の磁場を交互に発生させてロータ１３を一方向に回転させることができる。さらに、本例の制御装置２０は、駆動回路３１に電力を供給する電源部４０を備えており、この電源部４０は、電池４１と、この電池４１の電圧を降圧して駆動回路３１に供給できる降圧回路４２を備えている。本例の降圧回路４２は、複数のコンデンサ４３を用いて電源電圧を降圧できるようになっており、例えば、３つの降圧用のコンデンサと１つの平滑用のコンデンサを用いて電池電圧Ｖ０からＶ０、２／３Ｖ０（以降においてＶ１）および１／３Ｖ０（以降においてＶ２）の３つの電圧レベルを設定でき、制御回路２４からの指示に基づいて駆動回路３１に供給できるようになっている。このため、本例の制御装置２０においては、駆動回路３１から、これら３つの電圧レベルＶ０、Ｖ１およびＶ２の駆動パルスＰ１などをステッピングモータ１０に供給することができる。
【００２１】
図２に本例の制御装置２０によってステッピングモータ１０を駆動する制御の流れを示してあり、これに基づき本例の制御装置２０の動作を説明する。まず、ステップ７１において、時間の経過を示す時間信号が出力されているか否かを検出される。上記の制御装置２０においては、発振分周回路２２から、例えば１Ｈｚの信号がパルス合成回路２３および制御回路２４に供給されており、これに基づき制御パルスが制御回路２４によって選択され駆動回路３１に供給される。そして、ステップ７２において、駆動回路３１から１秒毎にステッピングモータ１０に駆動パルスＰ１が供給され計時装置１が運針される。
【００２２】
次に、ステップ７３においてロータ１３が駆動パルスＰ１によって回転したか否かが検出される。本例では、検出回路２７を用いてロータ１３の回転によって発生する誘導電圧を検出してロータ１３の回転・非回転が判別されるようになっているが、回転を検出する手段はこれに限定されず、特公昭６１−１５３８４などに開示されているステータ１２に磁束を発生させる時定数の差を検出したり、ロータ１３の回転角をセンサーなどを用いて検出するなどの手段を採用してももちろん良い。本例の誘導電圧によってロータの回転・非回転を検出する方法は、計時装置などに用いられる非常に小型のステッピングモータに適したものであり、さらに、回転・非回転の判別を駆動パルスＰ１を供給したすぐ後に行うことができるので、非回転のときに実効電力の大きな補正駆動パルスＰ２を供給するなどの処理をスムーズに行うことができる。
【００２３】
ステップ７４において、ロータ１３が非回転のときは、検出回路２７の判定に基づいて制御回路２４から次に補助パルスが駆動回路３１に供給され、駆動回路３１から実効電力の大きな補助駆動パルスＰ２がステッピングモータ１０に供給される。さらに、補助パルスが駆動回路３１に供給されるタイミングと同期して、制御回路２４から降圧回路４２が制御され、最大電圧レベルＶ０が駆動回路３１に供給される。従って、駆動回路３１からは駆動パルスＰ１より電圧の大きな補助駆動パルスＰ２がステッピングモータ１０に供給され、必ずステッピングモータ１０が回転するようになっている。
【００２４】
図３（ａ）に、駆動パルスＰ１およびＰ２などがステッピングモータ１０に供給される様子を示してある。まず、時刻ｔ１に１Ｈｚの時間信号がトリガとなって、制御回路２４から駆動パルスＰ１を出力する制御信号が駆動回路３１に供給される。同時に、このケースにおいては、制御回路２４によって降圧回路４２からの供給電圧が最小レベルの電圧Ｖ２にセットされる。これによって、時刻ｔ１に電圧Ｖ２でパルス幅Ｔ１の駆動パルスＰ１がステッピングモータ１０に供給される。駆動パルスＰ１に続いて時刻ｔ２に制御回路２４からパルス合成回路２３で合成された高周波のチョッパパルスが供給され、検出回路２４によって誘起電圧が検出される。所定の値以上の誘起電圧が検出されない場合は、ロータ１３が回転していないので、時刻ｔ３に制御回路２４から補助パルスが駆動回路３１に供給され、実効電力の大きな補助駆動パルスＰ２がステッピングモータ１０に供給される。この際、上述したように、制御回路２４によって降圧回路４２の設定が変えられ駆動回路３１に供給されている電圧が最大レベルＶ０に上昇されているので、電圧Ｖ０でパルス幅Ｔｓの補助駆動パルスＰ２がステッピングモータ１０に供給される。
【００２５】
本例の制御装置２０は、降圧回路４２を用いて電池電圧Ｖ０を降圧し、できるかぎり低い電圧でステッピングモータ１０を駆動できるようにしている。駆動回路３１やステッピングモータ１０における消費電力は、電圧の２乗に比例するので、できるかぎり電圧が低い方が消費電力が少なくて済む。さらに、同じ実効電力の駆動パルスを供給することを考えると、電圧を下げて電流を上げた方が駆動コイルの巻き数を減らすことができるのでステッピングモータ自身および計時装置などが小型化でき、また、組立コストを低減できるといったメリットもある。しかしながら、駆動パルスＰ１の電圧がステッピングモータ１０の作動電圧以下であると電流を増加して実効電力を上げてもモータ１０を回転できないという事態が発生する。この作動電圧は、ステッピングモータの組立条件や計時装置１が置かれている温度や設置角度などの環境によっても変化し、一義的には決定できず、また、環境が変化すればそれによって変動する。従って、作動電圧以上の最も低い電圧で、最も実効電力の少ない駆動パルスによりステッピングモータ１０を駆動することが消費電力を下げるためには重要になる。
【００２６】
このため、本例の制御装置２０においては、駆動パルスＰ１の電圧をできる限り低減し、その一方で、ステッピングモータ１０が回転しなかった時は、確実にステッピングモータ１０を回転駆動できるように最も高い電圧の補助駆動パルスＰ２を供給するようにしている。そして、後述するように、徐々に駆動パルスＰ１の実効電力をステッピングモータ１０が回転できるまでに上げて、最小限の電圧と実効電力の駆動パルスＰ１によってステッピングモータ１０を駆動できるようにしている。従って、本例の制御回路２０においては、消費電力を低減するために駆動パルスＰ１を低電圧化しても、補助駆動パルスＰ２によってステッピングモータの動作は保証されている。このように、ステッピングモータ１０に電圧の異なる２つの駆動パルスおよび補助駆動パルスを供給できるようにすることにより、信頼性を低下させずに駆動パルスの低電圧化が可能であり、低い消費電力で確実にステッピングモータを駆動することができる。
【００２７】
制御回路２４から供給された補助パルスにより実効電力の大きな補助駆動パルスＰ２がステッピングモータ１０に供給されると、続いて時刻ｔ４にステッピングモータ１０のロータ１３がオーバーシュートした際のエネルギーを回生できるようにチョッパパルスが制御回路２４から駆動回路３１に供給され、回生されたエネルギーが降圧回路４２の平滑用のコンデンサに回収される。これに続いて、さらに時刻ｔ５に補助駆動パルスＰ２と逆極性の消磁用のパルスＰＥが駆動回路３１を介してステッピングモータ１０に供給されステータ１２の磁化が低減される。駆動パルスＰ１によってステッピングモータ１０が回転しない場合は、これらの一連の制御が１秒間のサイクルの中で行われる。
【００２８】
次に、時刻ｔ１から１秒後の時刻ｔ１１にステッピングモータ１０の次のステッピングアングルを回転させるための制御パルスが制御回路２４から駆動回路３１に供給され、駆動パルスＰ１がステッピングモータ１０に供給される。時刻ｔ１に供給された駆動パルスＰ１ではステッピングモータ１０が回転しなかったため、時刻ｔ１１においては時刻ｔ１よりも実効電力の大きな駆動パルスＰ１が供給される。実効電力を増加するための制御は、図２に示したように以下のように行われる。まず、ステップ７５において、駆動パルスＰ１のパルス幅をさらに広げられるか否かを判定する。本例においては、例えば、パルス合成回路２３でパルス幅がＴ０、Ｔ１およびＴ２と徐々に幅の広くなった制御パルスが合成されており、時刻ｔ１のパルス幅Ｔ１の駆動パルスに対し、さらに広いパルス幅Ｔ２を供給することができる。従って、時刻ｔ１１では、ステップ７５において、パルス幅アップのステップ７６が選択され、時刻ｔ１１に駆動回路３１には、時刻ｔ１と同様の電圧Ｖ２が供給され、パルス幅Ｔ２で電圧Ｖ２の駆動パルスＰ１がステッピングモータ１０に供給される。上述したように、駆動パルスの電圧は低い方が省電力上は望ましいので、本制御方法においては、駆動パルスの実効電力を増加する際にパルス幅を広げる余地があれば駆動パルスの電圧増加に対しパルス幅を広げる制御が優先して行われる。
【００２９】
時刻ｔ１２に駆動パルスＰ１に続いて、検出用のチョッパパルスが供給され、さらに、上記と同様に回転が検出されないので、時刻ｔ１３から電圧Ｖ０でパルス幅Ｔｓの補助駆動パルスＰ２が補助パルスによって発生され、ステッピングモータ１０に供給される。また、補助駆動パルスＰ２に続いて、時刻ｔ１４に回生用のパルスが供給され、時刻ｔ１５に消磁用のパルスＰＥも供給される。
【００３０】
次に、時刻ｔ１１から１秒後の時刻ｔ２１に、次の駆動パルスＰ１がステッピングモータ１０に供給される。時刻ｔ２１のケースでは、図２に示したフローチャートのステップ７５において、パルス幅を広げる余地がないと判断されるので、ステップ７７において駆動パルスの電圧レベルが１ランクアップして電圧Ｖ１になる。このため、制御回路２４からパルス幅Ｔ０の制御パルスが駆動回路３１に供給されるのに同期して、降圧回路４２が制御回路２４によって切り替えられ駆動回路３１に電圧Ｖ１の電力が供給される。この結果、図３（ａ）に示すように、時刻ｔ２１に電圧Ｖ１でパルス幅Ｔ０の駆動パルスＰ１がステッピングモータ１０に供給される。この駆動パルスＰ１に続いて、時刻ｔ２２に回転検出が行われ、電圧Ｖ１の駆動パルスＰ１によってステッピングモータ１０が回転したことが誘起電圧によって検出回路２７で検出される。
【００３１】
検出回路２７によってステッピングモータ１０が回転したことが確認されると、図２に示したフローチャートのステップ７２からステップ７８に移行し、カウンタＣがカウントアップされる。このカウンタＣは、駆動パルスＰ１によって連続して回転できた数を計数するカウンタであり、次に、ステップ７９においてカウンタＣの数が規定の回数に達したか否かを判断する。カウンタＣの値が規定の回数に達していない場合は、ステップ７１に戻って時間信号が出力されるのを待って、上記と同様の工程を繰り返す。
【００３２】
ステップ７９において、カウンタＣの値が規定の回数に達している場合は、同じ実効電力の駆動パルス、すなわち、同じ電圧で同じパルス幅の駆動パルスＰ１によって連続して規定回数ステッピングモータ１０を駆動できたことを示している。従って、駆動パルスＰ１の実効電力を削減しても継続してステッピングモータを駆動できる可能性がある。このため、本例の制御装置２０においては、消費電力を低減するために駆動パルスＰ１の実効電力を下げる処理を行う。まず、ステップ８０において駆動パルスＰ１の電圧を下げられるか否かを判断する。上述したように消費電力を低減するためには駆動電圧を低下することが効果的であるので、本例の制御方法においては、駆動パルスＰ１のパルス幅を下げる処理よりも駆動パルスＰ１の電圧を低減する処理を優先して行うようにしている。従って、ステップ８０で駆動パルスＰ１の電圧を下げる余地があると判断されると、ステップ８１において、駆動パルスＰ１を出力する際に降圧回路４２から駆動回路３１に供給される電力の電圧を下げてさらに低い電圧の駆動パルスがステッピングモータ１０に供給されるようにしている。一方、ステップ８０において、駆動パルスＰ１の電圧を下げる余地がないと判断されると、ステップ８２において、パルス幅を削減して駆動パルスＰ１の実効電力を低減し、より低い消費電力でステッピングモータ１０を駆動できるようにしている。このように駆動パルスＰ１の実効電力を下げる設定を行った後、ステップ８３においてカウンタＣをゼロクリアし、同一の条件の駆動パルスによってステッピングモータ１０を連続駆動できた回数の計測を再開する。
【００３３】
例えば、図３（ｂ）に示したように、時刻ｔ３１に電圧Ｖ１でパルス幅Ｔ１の駆動パルスＰ１によってステッピングモータ１０が回転し、その結果が時刻ｔ３２に検出回路２７によって確認されると、時刻ｔ３１から１秒後の時刻ｔ３５に同じ電圧で同じパルス幅の駆動パルスＰ１が出力される。そして、この時刻ｔ３５の駆動パルスＰ１によってステッピングモータ１０が再び回転したことが時刻ｔ３６に確認される。この結果、連続して規定回数だけステッピングモータ１０が回転したことが確認されたとすると、駆動パルスＰ１の実効電力を下げられる可能性がある。このため、次の時間信号によって時刻ｔ４１にステッピングモータ１０に供給される駆動パルスＰ１の電圧が電圧Ｖ１から電圧Ｖ２に低下される。さらに、この電圧Ｖ２に低下させた実効電力の低い駆動パルスＰ１によってステッピングモータ１０が回転したことが時刻ｔ４２に検出されると、その実効電力の駆動パルスＰ１により連続して回転できた回数の計測が再開される。このようなステップにより、駆動パルスＰ１の実効電力を低減でき、制御装置２０で消費される電力を削減することができる。
【００３４】
実効電力を低減するために駆動パルスＰ１の電圧を低下して、ステッピングモータ１０の作動可能な電圧を下回ると検出回路２７によって回転したことが検出されない。この際は、先に説明したように、制御回路２４から補助パルスが駆動回路３１に供給され、高電圧で実効電力の大きな補助駆動パルスＰ２がステッピングモータ１０に供給され、ステッピングモータ１０は強制的に回転される。そして、駆動パルスＰ１は、パルス幅を広げることを優先させながら実効電力の大きなものが次々に選択され、ステッピングモータ１０が駆動パルスＰ１によって回転するまで実効電力が増加される。本例の制御装置２０は、このように、連続してモータを駆動できた回数を確認してから実効電力を低下する処理においては駆動パルスの電圧を下げることを優先しており、一方、モータを駆動できないとすぐに実効電力を上げる処理においては駆動パルスのパルス幅を広げることを優先している。このような制御方法を採用することにより、ステッピングモータ１０を駆動できると共に、消費電力の最も小さな電圧およびパルス幅の駆動パルスを素早く見つけ出すことができる。そして、その駆動パルスによってステッピングモータ１０を駆動することにより、制御回路２０で消費される電力を大幅に低減することができる。さらに、低消費電力運転を目指すために駆動パルスＰ１の電圧が不足するような事態になっても、駆動パルスＰ１より高圧で実効電力の大きな補助駆動パルスＰ２が補助パルスによりステッピングモータ１０に供給されるようになっているので、次の時間信号が出力されるまでに確実に針を進めることができ、運針ミスのない計時装置１を提供することができる。
【００３５】
駆動パルスＰ１は、１つの矩形パルスの代わりに、図４に示すようなパルス幅の狭い複数のサブパルス９１、９２および９３によって形成することも可能である。図４に示した駆動パルスＰ１は、時刻ｔ５１〜時刻ｔ５２のロータが動きはじめる部分を構成する複数のサブパルス９１と、時刻ｔ５２〜時刻ｔ５３の中間領域を構成する複数のサブパルス９２と、さらに、時刻ｔ５３以降のロータが動き終わった部分を構成する複数のサブパルス９３の集合で構成されている。このような複数のサブパルス９１、９２および９３から構成されたチョッパ波形の駆動パルスＰ１においては、サブパルス９１、９２および９３全体の電圧を上下する代わりに、駆動パルスＰ１の中間領域を構成するサブパルス９２の電圧のみを上下することでもステッピングモータ１０を駆動する能力を制御することができる。例えば、図４（ａ）に示すように、最も低い電圧Ｖ２の駆動パルスＰ１においては、サブパルス９１、９２および９３を電圧Ｖ２に設定し、次の電圧Ｖ１の駆動パルスＰ１は図４（ｂ）に示すように、中間領域のサブパルス９２のみを電圧Ｖ１に設定することができる。
【００３６】
図５に示すように、ステッピングモータ１０のコギングトルク（無励磁保持トルク、ディテントトルク）曲線は、０〜９０度の１ステップアングルを回転する際にその中間で最大となり、これに対し回転開始時や回転終了時のコギングトルクは非常に小さい。従って、ステッピングモータ１０を回転させるには、駆動パルスＰ１によって中間領域を乗り越えることが重要であり、そのためには、駆動パルスＰ１の中間領域のサブパルス９２に作動電圧よりも高い高電圧のパルスを選択し、中間領域の実効電力を向上しておくことが望ましい。さらに、このようなサブパルスの制御を行うことにより、図４（ｂ）に示した駆動パルスＰ１においては、駆動パルスＰ１全体の電圧を上昇する代わりに、中間領域のサブパルス９２の電圧のみを上昇すれば良いので、駆動パルスＰ１の実効電力の増加を最小限に止めることが可能となる。従って、ステッピングモータ１０を駆動するために制御装置２０で消費される電力をさらに低減することができる。
【００３７】
また、サブパルス９１、９２および９３を用いた駆動パルスＰ１を形成する場合は、電圧を変えずに駆動パルスＰ１の実効電力を制御する際は、駆動パルスＰ１全体のパルス幅を増減する代わりに、それぞれのサブパルスのデューティーを制御するパルス幅制御（ＰＷＭ制御）を行うことも可能である。前、中および後ろのそれぞれのサブパルス９１、９２および９３毎にＰＷＭ制御を行うことも可能である。
【００３８】
このように、本例の制御装置２０においては、電池の電圧を降圧回路４２によって下げて駆動パルスＰ１の電圧としてステッピングモータ１０を駆動することができるようになっている。そして、電圧を下げすぎてステッピングモータ１０を駆動できない場合であっても、本例の制御方法においては、駆動パルスＰ１よりも電圧が高い補助駆動パルスＰ２によって確実に表示用の針を所定のタイミングで動かせるようにしている。従って、駆動パルスＰ１の電圧が低くなってもステッピングモータ１０の制御は確実に行うことができるので、駆動パルスＰ１の電圧を素早く下げて、ステッピングモータ１０を駆動できる最低の電圧に設定でき、ステッピングモータ１０で消費される電力を非常に低く抑えることができる。
【００３９】
なお、上記の例では、計時装置に好適な２相のステッピングモータを例に本発明を説明しているが、３相以上のステッピングモータに対しても本発明を同様に適用できることはもちろんである。また、各相に共通した制御を行う代わりに、各相毎の駆動パルスを個別に調整することも可能である。また、ステッピングモータの駆動方式は、１相励磁に限らず、２相励磁あるいは１−２相励磁であっても、所定の位置から次の位置に回転する駆動パルスに対し本発明を適用することによってモータを駆動するための消費電力を低減できる。さらに、本発明の制御方法および制御装置によって制御されるステッピングモータはＰＭタイプに限定されないことはもちろんであり、ＶＲ型あるいはハイブリッド型などのステッピングモータに対しても本発明を適用できる。
【００４０】
また、電源電圧を降圧する降圧回路と共に電源電圧を昇圧する昇圧回路も設け、電源の出力が低下して駆動パルスの電圧が低下してステッピングモータが回転しなかったときに、電源電圧を昇圧した補助駆動パルスを供給して確実に長期間ステッピングモータを駆動できるようにすることも可能である。また、電源部によって用意される電圧レベルは３段階に限定されるものではなく、４段階以上の電圧レベルを供給できるようにしてももちろん良い。また、２段階の電圧レベルを供給できる電源部は回路構成が簡単になるというメリットもある。この場合は、補助駆動パルス用の高い電圧と、駆動パルス用の低い電圧といった簡易な設定を採用することも可能である。さらに、電源は、本例のように電池に限らず、太陽電池などの発電装置によって充電される大容量のコンデンサなどを電源として用いることももちろん可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、ステッピングモータに供給される駆動用のパルスとして電圧の異なる２つのパルス、すなわち、駆動パルスと補助駆動パルスを供給できるようにしている。このため、駆動パルスの電圧を下げてもステッピングモータが回転しないときは、高い電圧の補助駆動パルスによってステッピングモータの回転を保証できるので、消費電力を低減するために限界まで駆動パルスの電圧を下げることが可能になる。特に、計時装置などのように近年の携帯型機器などにおいては、多機能化によって消費電力が増加し、その一方で、小型化および太陽電池などの発電装置を内蔵することによって電池の交換をなくせるようにしている。従って、本発明の制御方法を採用することにより、降圧手段を採用して電源電圧を降圧してステッピングモータの駆動用電源としても使用することが可能となり、携帯型機器全体の消費電力を低減することができ、電子腕時計などに搭載された多様な機能を有効に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御装置を格納した計時装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示した制御装置の制御フローを示すフローチャートである。
【図３】図１に示した制御装置からステッピングモータに供給される駆動パルスが変化する様子を示すタイミングチャートである。
【図４】駆動パルスをサブパルスによって構成した例を示すタイミングチャートである。
【図５】ステッピイングモータのコギングトルクカーブの一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・計時装置
１０・・ステッピングモータ
１１・・駆動コイル
１２・・ステータ
１３・・ロータ
２０・・制御装置
２１・・水晶振動子
２２・・発振分周回路
２３・・パルス合成回路
２４・・制御回路
２７・・検出回路
３１・・駆動回路
４０・・電源部
４１・・電池
４２・・降圧回路
４３・・降圧用コンデンサ
５０・・輪列
６１・・秒針
６２・・分針
６３・・時針

Claims

ステッピングモータを回転させるために第１の実効電力を備えた第１の電圧の駆動パルスを供給する第１のステップと、
前記ステッピングモータの回転・非回転を検出する第２のステップと、
前記ステッピングモータが非回転のときに前記ステッピングモータに前記第１の実効電力に対し大きな実効電力を備え、前記第１の電圧より大きな第２の電圧の補助駆動パルスを供給し前記ステッピングモータを回転させる第３のステップと、
前記第１の実効電力を備えた前記駆動パルスを供給したときの前記ステッピングモータの回転・非回転によって、前記第１の実効電力を減少・増加する第４のステップとを有し、
前記第４のステップでは、前記第１の実効電力を減少するときは前記第１の電圧より低い電圧を設定することが優先され、前記第１の実効電力を増加するときは前記第１の電圧より高い電圧を設定する前に前記駆動パルスのパルス幅を増加することを特徴とするステッピングモータの制御方法。
請求項１において、前記駆動パルスは、パルス幅の狭い複数のサブパルスから構成されており、前記第４のステップでは、前記複数のサブパルスの内の一部のサブパルスの電圧の設定を変えることを特徴とするステッピングモータの制御方法。