JP3653883B2 - ステッピングモータの制御装置および計時装置 - Google Patents
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Description
【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装置に関し、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正転および逆転駆動するのに好適な省電力型の制御装置および計時装置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パルス信号に分周する。そして、そのパルス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】
電子腕時計を代表とした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。また、太陽電池などの発電装置を内蔵した電子腕時計も開発されており、これらについては、使用されないときはステッピングモータを停止して電力消費を低減することも考えられている。
【0004】
停止状態の電子腕時計の運針を再開するとき、あるいは、電子時計の時刻合わせを行うときに、時針、分針あるいは秒針といった時計針を早送りして時刻を再設定することが多く行われている。これに対し、時計針を逆方向(反時計方向)に回転した方が時刻合わせのための時間を短縮できるケースは多い。しかしながら、計時装置などに採用されているステッピングモータ、およびモータの駆動力を時計針に伝達する輪列などは、正転方向(時計方向)に時計針を回転するのに適した構成となっており、逆転方向(反時計方向)に時計針を回転できるようになっていても、逆転するためには正転より大きなトルクが必要となる。このため、ステッピングモータを逆転するために必要な作動電圧は、正転時の作動電圧よりも高くなり、正転および逆転が可能にするためには高電圧の駆動パルスを出力する駆動回路を設ける必要がある。従って、逆転を可能にしようとすると駆動パルスを高電圧にする必要があるので通常駆動する際に消費される電力が増加してしまう。
【0005】
さらに、ロータを1ステップアングル正転する際は、1つの駆動パルスで駆動できるのに対し、逆転時には反動などを利用して大きなトルクを得るために複数の駆動パルスを組み合わせてステッピングモータに供給する必要がある。さらに、逆転時に供給される駆動パルスは十分な実効電力を備えている必要があるので、パルス幅を短くできない。従って、1ステップアングル逆転するために最小限必要なトータルのパルス幅が長くなってしまい逆転用の駆動パルスの周波数を高くすることができない。このため、逆転できたとしても消費電力が上がり時計針を早送りするスピードが上げられないので、時刻合わせの時間を短縮するメリットはそれほど大きくならない。また、適当なパルス幅の複数の駆動パルスを供給する必要があるため、駆動パルスを供給する制御回路が複雑となり、さらに、ステッピングモータの固体差などに合わせてそれぞれのパルス幅を設定することは非常に難しい作業となる。
【0006】
これらの理由により、逆転方向の駆動が時刻合わせの時間や電力を削減するために有効であっても、時刻合わせの頻度が少ないことを考慮すると通常時の消費電力を増加したり、制御回路やパルス幅の設定が複雑になることを見込んでまで逆転駆動するメリットは少ない。従って、計時装置において逆転駆動が採用される機会は非常にすくなかった。
【0007】
そこで、本発明においては、正転するときの消費電力を上げずに逆転駆動可能なステッピングモータの制御装置を提供することを目的としており、これにより、時刻合わせなどに際し逆転駆動を採用可能な計時装置を提供することを目的としている。さらに、数少ない駆動パルスの組み合わせによって逆転駆動可能とし、逆転方向の早送りの速度を向上できるステッピングモータの制御装置を提供することを目的としている。また、制御系統を簡易化すると共にパルス幅の設定も容易なステッピングモータの制御装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明のステッピングモータの制御装置は、ロータと、このロータを回転駆動する磁界が駆動コイルによって励磁されるステータとを有するステッピングモータの制御装置において、前記駆動コイルに駆動パルスを供給する駆動手段と、前記駆動手段に複数の電圧の電力を供給可能な電源部と、前記ロータを第1の方向に微小回転させるために前記電源部から第1の電圧を前記駆動手段に供給して前記駆動パルスを発する第1の制御手段と、前記ロータを前記第1の方向と反対の第2の方向に回転するように前記電源部から前記第1の電圧より高く前記第1の電圧の出力極性を反転させた第2の電圧を前記駆動手段に供給して前記駆動パルスを発し、前記微小回転での反動を利用して前記ロータを前記第2の方向に回転させる第2の制御手段とを有するステッピングモータの制御装置であって、前記電源部は、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することを特徴とする。
さらに、前記第2の制御手段は、前記駆動パルスに先立って前記電源部から前記第2の電圧より低い第3の電圧を前記駆動手段に供給して前記ロータを前記第1の方向に微小回転する補助パルスを発する補助パルス制御手段を備えていることを特徴とする。
さらに、前記第2の制御手段は、前記ロータを前記第2の方向に吸引する第1の前記駆動パルスおよび前記ロータを前記第2の方向に反発するための第2の前記駆動パルスを発生させ、少なくとも前記第2の駆動パルスを発生するときに前記駆動手段に前記電源部から前記第2の電圧を供給することを特徴とする。
さらに、前記第2の制御手段は、さらに、前記第1の駆動パルスと前記第2の駆動パルスの間に所定の時間だけ前記駆動コイルの両端をオープンにすることを特徴とする。
さらに、本願発明の計時装置は、前記のいずれかのステッピングモータの制御装置と、 前記駆動パルスにより時計針を運針するステッピングモータと、複数の周波数のパルス信号を出力するパルス合成手段とを有し、前記パルス信号のいずれかにより前記第1の制御手段が前記ステッピングモータを正転して前記時計針を時計方向に回転し、前記パルス信号のいずれかにより前記第2の制御手段が前記ステッピングモータを逆転して前記時計針を反時計方向に回転することを特徴とする。
【0027】
【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の内部において励磁される磁界により回転するロータ13を備えている。本例のロータ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。
【0028】
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。
【0029】
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には所定の周波数のパルス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信号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信号に基づき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。
【0030】
本例の制御回路24は、パルス合成回路23から供給された、例えば1Hzのパルス信号に基づき駆動回路31を制御し、正転用の駆動パルスP1を供給する正転制御部25と、正転とは反対の逆方向に回転させる逆転用の駆動パルスP2を駆動回路31からステッピングモータ10に供給する逆転制御部26とを備えている。正転制御部25は、パルス合成回路23から供給される適当な周波数のパルス信号に基づき正転方向に早送りする駆動パルスを駆動回路31からモータ10に供給する機能も備えており、逆転制御部26も同様にパルス合成回路23から供給される適当な周波数のパルス信号を選択して逆転方向に早送りする駆動パルスを駆動回路31からモータ10に供給できるようになっている。
【0031】
本例の逆転制御部26は、詳しくは後述するように、逆転用の駆動パルスP2をロータ13を吸引する第1の駆動パルスP21およびロータ13を反発する第2の駆動パルスP22とで合成できるようになっている。さらに、モータ10のロータ13に反動を与えて始動するための補助駆動パルスPaを駆動回路31から供給する機能も備えている。そのため、補助駆動パルスPaを駆動回路31から供給する補助パルス制御部27と、駆動回路31から第1の駆動パルスP21および第2の駆動パルスP22を供給する駆動パルス制御部28とを備えている。駆動パルス制御部28は、さらに、第1の駆動パルスP21および第2の駆動パルスP22の間に適当な待機時間Twを設定できるようになっており、この待機時間Twの間は駆動回路31を駆動コイル11から回路的に分離できるようになっている。
【0032】
制御回路20によって制御され、ステッピングモータ10に様々な駆動パルスを供給する機能を備えた本例の駆動回路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34を備えている。従って、これらのMOS32および33のゲートに制御回路24から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を所定の方向に回転することができる。また、本例の駆動回路31は、逆転制御部26の制御によってブリッジ回路34を駆動コイル11から切り離せるスイッチ35aおよび35bを備えており、駆動コイル11を必要に応じてオープンにできるようになっている。
【0033】
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を備えている。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の正転制御部25および逆転制御部26からの指示に基づいてそれぞれの電圧を駆動回路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を備えた駆動パルスをステッピングモータ10に供給することができる。
【0034】
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を駆動する制御方法の第1の例を示してある。本例の制御方法においては、ロータを逆転する際に、補助駆動パルスPaを供給して、反動をつけてロータを回転するようにしている。まず、ステップ71において、ステッピングモータ10の回転方向が判定され、ステップ72において、正転であれば正転制御部25の制御の下にステッピングモータ10が駆動される。本例においては、図3に示すように、ステッピングモータ10を正転するときは、電圧V1が電源部40から駆動回路31に印加され、1ステップアングルを回転する1駆動周期T0の間に、電圧V1の駆動パルスP1が1つ駆動回路31からスッテピングモータ10に供給される。この駆動パルスP1に続いて回転の良否を確認する回転検出用のパルスを供給したり、回転不良のときに強制的にロータを回転するための実効電力の非常に大きなパルスを供給することももちろん可能である。
【0035】
ステップ71において、ステッピングモータ10を逆転すると判断された場合は、逆転制御部26の制御の下にステッピングモータ10が駆動される。本例の制御方法においては、まず、ステップ73において、電圧V1の補助駆動パルスPaが供給され、ステップ74において電圧V1の第1の駆動パルスP21が供給される。さらに、ステップ75において、電圧V0の第2の駆動パルスP22が供給される。すなわち、図3に示してあるように、時刻t0から開始される1駆動周期T0の間に、先ず時刻t0に補助駆動パルスPaが供給され、次に時刻t1に第1の駆動パルスP21が供給され、さらに、時刻t2に第2の駆動パルスP22が駆動回路31からステッピングモータ10に供給されるようになっている。時刻t10、時刻t20および時刻t30から開始されるそれぞれの駆動周期T0においても同様である。
【0036】
補助駆動パルスPaは、図4(a)に示すように、静的に安定した位置r1にあるロータ13を正転方向d1に微小回転するためのパルスである。本例のステッピングモータ10は、2極磁化されたロータ13が2極のステータ12の内部で回転するようになっており、内ノッチ18によってロータ13が正転方向d1に回転し易い位置に静的安定位置r1が設定されている。従って、ロータ13は正転方向d1には非常に回転し易くなっているので、本例においては、電圧V1でパルス幅の狭い実効電力の小さな補助駆動パルスPaを供給してロータ13をステータ12から反発させ、ロータ13が反対側に吸引されない位置r2まで正転方向d1に微小回転し、その反動で逆転方向d2にロータ13を始動させている。ステッピングモータ10の構成によっては、さらに低電圧の電圧V2のパルスによってロータ13に反動を与えることも可能である
ステップ74においてステッピングモータ10に駆動回路31から供給される第1の駆動パルスP21は、電圧V1で補助駆動パルスPaに対し極性が反転したパルスである。従って、図4(b)に示すように、この第1の駆動パルスP21によってロータ13はステータ12に吸引され、補助駆動パルスPaによって微小回転した位置r2から逆転方向d2に旋回し、静的な安定位置から90度程度回転した位置r3に達する。
【0037】
ステップ75においては、制御回路20の駆動パルス制御部28によって電源部40から電圧V0の電力が駆動回路31に供給される。このため、ステッピングモータ10には、駆動回路31から高電圧V0の第2の駆動パルスP22が供給される。この駆動パルスP22は、図3に示すように、第1の駆動パルスP21に対し極性が反対のパルスである。従って、この第2の駆動パルスP22によって、図4(c)に示すように、ロータ13は駆動パルスP21によって到達した位置r3からステータ12の反発力を受け、次のステップアングルの静的な安定位置r4まで回転する。
【0038】
このように、本例の制御方法においては、ロータを正転するときは電圧V1の駆動パルスP1を用いており、逆転するときは電圧V1の補助駆動パルスPa、電圧V1の第1の駆動パルスP21および電圧V0の第2の駆動パルスP22を用いている。例えば、腕時計装置などの携帯型の計時装置1に用いられるステッピングモータ10は、正転の最小作動電圧が0.9V程度であるのに対し、大きなトルクが必要とされる逆転の最小作動電圧は1.1V程度と高くなる。これに対し、本例の制御装置20は、降圧回路42を備えた電源部40を有しているので、電圧V0、V1およびV2といった複数の電圧を駆動回路31に印加できるようになっている。従って、大きな最小作動電圧が必要とされる逆転時には高電圧V0の駆動パルスを供給することによって逆転を可能とし、一方、逆転に比べて低電圧で駆動できる正転時には低電圧V1の駆動パルスを供給することに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。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。従って、本例の制御装置20においては、降圧回路42を用いて電池電圧V0を降圧することにより、通常の運針を行う正転方向はステッピングモータ10をできるかぎり低い電圧で駆動し、一方、逆転方向にステッピングモータ10を駆動する高電圧が必要となるときは、電池電圧V0を有効に活かして逆転できるようにしている。
【0039】
また、逆転駆動する際も、最もトルクが必要とされる図4(c)に示した次のステップアングルの安定位置r4にロータ13を移動するときに高電圧V0の駆動パルスP22を供給することによりロータ13に十分なエネルギーを与えられるようにしている。従って、駆動パルスP22に加え、反動用の補助駆動パルスPaと吸引用の駆動パルスP21とを組み合わせた3つの駆動パルスでロータ13を逆転することができる。高電圧で実効電力の大きな駆動パルスP22を採用することにより数少ない駆動パルスでロータを逆転できるので、逆転のための1駆動周期T0を短くすることが可能であり、逆転方向の早送りの周波数を高くすることができる。さらに、逆転制御部26においては、3つの駆動パルスのパルス幅やタイミングを調整すれば良いので、逆転方向の駆動パルスの設定も容易であり、逆転制御部26の構成も簡易化できる。
【0040】
さらに、本例の制御方法においては、駆動パルスP22に先攻する補助駆動パルスPaおよび駆動パルスP21は低電圧V1とし、駆動パルスP22にのみ高電圧V0としてあるので、逆転時の消費電力も必要最小限に止めることができる。
【0041】
図5に本例の制御装置20によってステッピングモータ10を駆動する制御方法の第2の例を示してある。本例の制御方法においては、ロータ13を逆転する際に、高電圧V0の第1の駆動パルスP21および第2の駆動パルスP22を供給するようにしている。まず、ステップ71において、ステッピングモータ10の回転方向が判定され、ステップ72において、正転であれば正転制御部25の制御の下にステッピングモータ10が駆動される。これらのステップ71および72の動作は上述した第1の例と同様であり、正転するために電圧V1の電力が電源部40から駆動回路31に供給され、電圧V1の駆動パルスP1がスッテピングモータ10に供給される。
【0042】
ステップ71において、ステッピングモータ10を逆転すると判断された場合は、逆転制御部26の制御の下にステッピングモータ10が駆動される。本例の制御方法においては、ステップ74において、逆転制御部26により高電圧V0の第1の駆動パルスP21が供給され、さらに、ステップ75において、電圧V0の第2の駆動パルスP22が供給される。また、本例の制御方法においては、ステップ74と75の間に待機時間Twを設定するステップ76が設けられている。ステップ76においては、制御回路24の逆転制御部26により駆動回路31のスイッチ35aおよび35bがオフになり、駆動回路31と駆動コイル11の接続が遮断されるようになっている。駆動コイル11が駆動回路31から切断されることにより、駆動コイル11はオープンになるのでステップ76においてはステータ12からロータ13には力が働かない。
【0043】
図6に、本例の制御方法により逆転時に駆動回路31からステッピングモータ10に供給される駆動パルスを示してある。時刻t0から始まる1駆動周期T0において、図7(a)に示すように、正転するのに都合の良い安定位置r1から逆転方向d2にロータ13を駆動するためにロータ13をステータ12に吸引する第1の駆動パルスP21が供給される。本例においては、反動を用いないでロータ13を逆転方向に始動するために高電圧V0の駆動パルスP21を用いている。駆動パルスP21のパルス幅が長くなりすぎると、駆動パルスP21によってロータ13がステータ12に吸引されるためロータ13を正転方向d1に戻す力が発生する。このため、本例においては、駆動パルスP21のパルス幅を短くし、駆動パルスP21を供給するステップ74に続いて待機時間Twをセットできるステップ76を実効することにより、図6に示すように時刻t5〜時刻t6(Tw)の間は駆動コイル11に電圧を印加しないようにしている。さらに、本例では、ステップ76において駆動コイル11をオープンするようにしているので誘導電流も駆動コイル11には流れず、駆動コイル11からロータ13の動きを阻害する力が発生しないようにしている。従って、図7(b)に示すように、ロータ13は、第1の駆動パルスP21および駆動パルスP21による慣性によって安定位置r1からほぼ90度回転した位置r3にスムーズに到達できる。この位置r3で上述した制御方法と同様に高電圧V0の第2の駆動パルスP22を供給することにより、反発力によって次のステップアングルの安定位置までロータ13を回転することができる。時刻t10からの次の駆動サイクルT0では、パルスの向きが反転することを除き上記と同様の駆動パルスP21およびP22が再び駆動回路31からステッピングモータ10に供給される。
【0044】
本例の制御方法においても、大きなトルクが必要とされる逆転時には高電圧V0の駆動パルスがステッピングモータ10に供給され、回転に必要なトルクの小さな正転時には低電圧V1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なっている。従って、正転時の消費電力を増大することなくロータを逆転することが可能である。また、高電圧の第1の駆動パルスP21と第2の駆動パルスP22の2つのパルスの組み合わせによりステッピングモータ10を逆転できるので、パルス幅が短く、実効電力の大きな駆動パルスにより逆転することができる。従って、1ステップアングル回すために必要なトータルのパルス幅を狭くすることができるので、逆転速度を向上することが可能となる。また、2つの駆動パルスの組み合わせで逆転できるので、制御回路も簡易化でき、駆動パルスの設定も容易になる。従って、本発明により、時刻合わせなどに実際に使用できる逆転用の制御方法、制御装置を提供することができる。
【0045】
以上のような電圧の異なる駆動パルスをステッピングモータに供給可能な制御方法および制御装置を採用することにより、ステッピングモータ10を正転および逆転駆動できると共に、駆動時に消費される電力を小さくすることができる。また、逆転する際には2つあるいは3つの数少ないパルスの組み合わせて1ステップアングルを駆動することができるので、簡単な制御回路あるいはソフトウェアで逆転制御することが可能である。また、駆動パルスの幅やタイミングの調整も容易となる。従って、本例の制御装置および制御方法を採用することにより、運針停止から復帰する際に時計針を早送りしたり、あるいは、現地時刻に合わせて時計を時刻合わせする際に、ステッピングモータを逆転して反時計方向に時計針を進められる計時装置を提供することができる。
【0046】
なお、上記において説明した駆動パルスP1、補助駆動パルスPa、第1および第2の駆動パルスP21およびP22は、1つの矩形パルスの代わりに、パルス幅の狭い複数のサブパルスによって形成することも可能である。さらに、1つの駆動パルス、例えば、第1の駆動パルスP21あるいは第2の駆動パルスP22を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)曲線を反映した複数の電圧のサブパルスによって構成することにより、さらに電力の使用効率の良い制御装置を提供することができる。また、上述した第1の制御方法と第2の制御方法における駆動パルスの組み合わせは自由であり、第2の制御方法に補助駆動パルスPaを追加したり、第1の制御方法に待機時間Twを設定することはもちろん可能である。
【0047】
また、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、各相毎の適したパルス幅およびタイミングで駆動パルスを供給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相励磁であっても良く、逆転可能なステッピングモータの制御に対し本発明を適用することによって制御系統を簡略化でき、消費電力を低減することができる。
【0048】
また、電源電圧を降圧する降圧回路の代わりに逆転駆動する際に電源電圧を昇圧する昇圧回路も設けて逆転用の高電圧の駆動パルスを供給できるようにすることももちろん可能である。さらに、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。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。
【0049】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の制御装置においては、ステッピングモータに対し、正転用に低電圧の駆動パルスを供給し、逆転用に高電圧の駆動パルスを供給できるようにしている。従って、逆転するときは高電圧の駆動パルスにより十分なトルクを確保することが可能であり、確実にロータを逆転することができる。また、正転するときは低電圧の駆動パルスにより低消費電力で駆動できる。従って、計時装置に対し本発明の制御装置を用いることにより、通常の正転で運針されるときは、消費される電力は低く保つことが可能であり、時刻合わせなどの場合のように時計針を反時計方向に運針した方が時間および消費電力の浪費を防止できる場合は逆転を行える計時装置を提供することができる。さらに、逆転する際に高電圧の駆動パルスを採用することにより、駆動パルスの実効電力を大きくできるので、数少ないパルスの組み合わせで逆転することができ、また、トータルの駆動パルスのパルス幅も短くすることができる。従って、逆転速度の向上を図ることが可能となる。さらに、逆転用の制御回路やソフトウェアを簡略化できるので、逆転機能を持った計時装置を安価に提供できる。また、逆転に必要な駆動パルスの数も減らせるのでパルスの幅やタイミングの調整も容易となる。
【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に示す制御装置を用いた第1の制御方法を示すフローチャートである。
【図3】図2に示す第1の制御方法においてステッピングモータに供給される駆動パルスの様子を示すタイミングチャートである。
【図4】図3に示す各パルスによりロータが逆転駆動される様子を説明する図であり、図4(a)は、補助駆動パルスPaによりロータが回転する様子を示し、図4(b)は、第1の駆動パルスP21によりロータが回転する様子を示し、さらに、図4(c)は、第2の駆動パルス22によりロータが1ステップアングル回転する様子を示す図である。
【図5】図1に示す制御装置を用いた第2の制御方法を示すフローチャートである。
【図6】図5に示す第2の制御方法においてステッピングモータに供給される駆動パルスの様子を示すタイミングチャートである。
【図7】図6に示す各パルスによりロータが逆転駆動される様子を説明する図であり、図7(a)は、第1の駆動パルスP21のパルス幅が広すぎる場合を示し、図7(d)は、第1の駆動パルスP21の後に待機時間を設定した場合を示す図である。
【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
25・・正転制御部
26・・逆転制御部
27・・補助パルス制御部
28・・駆動パルス制御部
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 (5)
- ロータと、このロータを回転駆動する磁界が駆動コイルによって励磁されるステータとを有するステッピングモータの制御装置において、
前記駆動コイルに駆動パルスを供給する駆動手段と、
前記駆動手段に複数の電圧の電力を供給可能な電源部と、
前記ロータを第1の方向に微小回転させるために前記電源部から第1の電圧を前記駆動手段に供給して前記駆動パルスを発する第1の制御手段と、
前記ロータを前記第1の方向と反対の第2の方向に回転するように前記電源部から前記第1の電圧より高く前記第1の電圧の出力極性を反転させた第2の電圧を前記駆動手段に供給して前記駆動パルスを発し、前記微小回転での反動を利用して前記ロータを前記第2の方向に回転させる第2の制御手段とを有するステッピングモータの制御装置であって、
前記電源部は、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することを特徴とするステッピングモータの制御装置。 - 請求項1において、前記第2の制御手段は、前記駆動パルスに先立って前記電源部から前記第2の電圧より低い第3の電圧を前記駆動手段に供給して前記ロータを前記第1の方向に微小回転する補助パルスを発する補助パルス制御手段を備えていることを特徴とするステッピングモータの制御装置。
- 請求項1において、前記第2の制御手段は、前記ロータを前記第2の方向に吸引する第1の前記駆動パルスおよび前記ロータを前記第2の方向に反発するための第2の前記駆動パルスを発生させ、少なくとも前記第2の駆動パルスを発生するときに前記駆動手段に前記電源部から前記第2の電圧を供給することを特徴とするステッピングモータの制御装置。
- 請求項3において、前記第2の制御手段は、さらに、前記第1の駆動パルスと前記第2の駆動パルスの間に所定の時間だけ前記駆動コイルの両端をオープンにすることを特徴とするステッピングモータの制御装置。
- 請求項1から3のいずれかに記載のステッピングモータの制御装置と、
前記駆動パルスにより時計針を運針するステッピングモータと、
複数の周波数のパルス信号を出力するパルス合成手段とを有し、
前記パルス信号のいずれかにより前記第1の制御手段が前記ステッピングモータを正転して前記時計針を時計方向に回転し、前記パルス信号のいずれかにより前記第2の制御手段が前記ステッピングモータを逆転して前記時計針を反時計方向に回転することを特徴とする計時装置。
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-
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