JP4137539B2

JP4137539B2 - ステッピングモータ駆動装置及び電子時計

Info

Publication number: JP4137539B2
Application number: JP2002200062A
Authority: JP
Inventors: 貴則長谷川
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2022-07-09
Also published as: JP2004045082A

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駆動装置及び前記ステッピングモータ駆動装置によって表示針を回転駆動する電子時計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ステッピングモータ駆動装置により時針や分針等の表示針を回転駆動する電子時計が利用されている。ステッピングモータ駆動装置は、ステッピングモータ及び該ステッピングモータを回転駆動するための駆動回路を有している。
前記ステッピングモータは、ロータ収容用貫通孔及びロータの停止位置を決める位置決め部を有するステータと、前記ロータ収容用貫通孔内に配設されたロータと、コイルとを有している。前記駆動回路から、前記コイルに駆動パルス（交番信号）を供給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、前記位置決め部に対応する位置に前記ロータを停止するように構成されている。
【０００３】
ステッピングモータの回転駆動には確実性が要求される。前記ロータを回転駆動しても前記ロータが回転しない場合には、通常の所定幅の駆動パルス（通常駆動パルス）よりも高エネルギの（例えばパルス幅の広い）駆動パルス（補正駆動パルス）を供給するようにしている。これにより、前記ロータを確実に回転するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の補正駆動方式では、前記ロータの誘起電圧を検出して、非回転と判定された場合、誘起電圧の検出後、前記ロータが完全に静止するまで十分時間が経ってから、補正駆動パルスを印加して前記ロータを回転させている。
【０００５】
したがって、前記補正駆動パルスは、前記ロータを静止状態から回転させるのに必要な大きさのエネルギをもった駆動パルスでなければならず、大きなエネルギの補正駆動パルスを供給する必要がある。よって、消費電力が大きくなり、電池寿命が短くなるという問題がある。
また、クロノグラフ等では、表示針を高速運針することによって高速で帰零する機能を要求される場合があるが、前記ロータが完全に静止するまで十分時間が経ってから、補正駆動パルスを印加しているため、駆動パルスを印加する周期が長くなり、したがって、表示針を高速運針できないという問題がある。
【０００６】
本発明は、エネルギの小さい補正駆動パルスを用いてロータを回転駆動可能にすることにより、低消費電力化することを課題としている。
また、本発明は、エネルギの小さい補正駆動パルスを用いてロータを回転駆動可能にすることにより低消費電力化すると共に、高速運針を可能にすることを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ステータ、前記ステータに巻回されたコイルおよび回転可能に保持されたロータとを有するステッピングモータと、前記コイルに交番信号の駆動パルスを供給する駆動回路とを有し、前記駆動回路から前記コイルに交番信号の駆動パルスを供給することによって前記ステータに磁束を発生させ、前記磁束によって前記ロータを正方向に回転駆動するステッピングモータ駆動装置において、前記ロータが通常駆動パルスによっては回転しなかったことを検出すると共に、前記ロータの振動方向が正方向であることを検出したとき、前記コイルに補正駆動パルスを供給して前記ロータを回転駆動する制御手段を備えて成ることを特徴とするステッピングモータ駆動装置が提供される。制御手段は、ロータが通常駆動パルスによっては回転しなかったことを検出すると共に、前記ロータの振動方向が正方向であることを検出したとき、コイルに補正駆動パルスを供給して前記ロータを回転駆動する。
【０００８】
ここで、前記制御手段は、前記ロータが回転したか否かを検出する回転検出手段と、前記ロータの振動方向を検出する方向検出手段と、前記回転検出手段が前記ロータが非回転であることを検出すると共に、前記方向検出手段が前記ロータが正方向に回転していることを検出したとき、前記コイルに補正駆動パルスを供給する補正駆動パルス供給手段とを備えて成るように構成してもよい。
また、前記方向検出手段は更に前記ロータの振動の量を検出すると共に、前記補正駆動パルス供給手段は前記方向検出手段が検出した前記ロータの振動量に応じた大きさの補正駆動パルスを供給するように構成してもよい。
【０００９】
また、前記方向検出手段は、複数の閾値を有するレベル比較手段を有し、前記ロータの振動によって生じる誘起電圧と前記各閾値とを比較することによって、前記ロータの振動の量を検出し、前記補正駆動パルス供給手段は前記方向検出手段が検出した前記ロータの振動量に応じた大きさの補正駆動パルスを供給するように構成してもよい。
また、本発明によれば、前記いずれかのステッピングモータ駆動装置を有し、該ステッピングモータ駆動装置によって表示針を回転駆動することを特徴とする電子時計が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係るステッピングモータ駆動装置及び前記ステッピングモータ駆動装置を用いた電子時計のブロック図である。電子時計として、電池を電源として動作するアナログ型電子腕時計の例を示している。
図１において、電子時計は、時間を計時して時間信号を出力する計時回路１０１、電子時計全体の制御やステッピングモータ１０４の回転制御を行う制御手段としての制御回路１０２、制御回路１０２からの制御信号に応答してステッピングモータ１０４を回転駆動するモータドライバ１０３、ステッピングモータ１０４、ステッピングモータ１０４の回転を伝達する輪列１０５、輪列１０５によって回転駆動される時分秒針等の表示針１０６を備えている。制御回路１０２、モータドライバ１０３及びステッピングモータ１０４はステッピングモータ駆動装置を構成している。
【００１１】
制御回路１０２は、中央処理装置（ＣＰＵ）及びメモリ（いずれも図示せず）によって構成されており、前記メモリに予め記憶したプログラムを前記ＣＰＵで実行することにより各種制御を行うように構成されている。図１の制御回路１０２内には、制御回路１０２の処理を示すためのフローチャート（処理ステップＳ１１〜Ｓ１５）を併記している。尚、制御回路１０２は、後述するように、回転検出手段、方向検出手段、補正駆動パルス供給手段を構成している。
【００１２】
図２は、本実施の形態に使用するステッピングモータ１０４の構造図で、周知構成のステッピングモータである。図２において、ステッピングモータ１０４は、ステータ２０１、ステータ２０１に一体的に巻回されたコイル２０２および回転可能に保持されたロータ２０３とを有している。ステータ２０１は、ロータ収容用通孔２０４、ロータ収容用貫通孔２０４の内側に形成されたロータ位置決め用の１対の内ノッチ２０５、２０５、ロータ収容用貫通孔２０４近傍に形成された可飽和部形成用の１対の外ノッチ２０６、２０６を有している。コイル２０２に交番信号を印加することにより、ロータ２０３は矢印方向（正方向）に１８０度ずつ回転するように構成されている。
【００１３】
図３、図４は、本実施の形態の動作を説明するための信号波形図で、図３はステッピングモータ１０４のロータ２０３が回転したときの信号波形図、図４はステッピングモータ１０４のロータ２０３が回転しなかったときの信号波形図である。
以下、図１乃至図４を用いて、本実施の形態に係るステッピングモータ駆動装置及び前記ステッピングモータ駆動装置を用いた電子時計の動作を詳細に説明する。
【００１４】
計時回路１０１は、その内部で発生する基準クロック信号を計数することによって計時動作を行い、時間信号を出力する。
制御回路１０２は、計時回路１０１からの時間信号を受信して、図３（ａ）に示す駆動パルスをモータドライバ１０３に出力する。前記駆動パルスは通常の所定のパルス幅の駆動パルス（通常駆動パルス）Ｐ１である。モータドライバ１０３は、前記通常駆動パルスに対応するパルス幅の駆動信号でモータ１０４を回転駆動する。モータ１０４のロータ２０３は前記駆動信号に応答して１８０度だけ正方向に回転する。以後、モータドライバ１０３からモータ１０４に駆動信号が印加される毎に、ロータ２０３が１８０ずつ正方向に回転し、これにより、時間信号に応じて表示針１０６が回転駆動される。
【００１５】
ロータ２０３が回転する場合には、図３（ｂ）に示すように、絶対値の大きな誘起電圧がコイル２０２から得られる。また、ロータ２０３が回転した後、ロータ２０３が静止するまでに正方向に振動して動くときにはマイナス符号の信号が得られ又、ロータ２０３が正方向とは逆方向に振動して動くときにはプラス符号の信号が得られる。コイル２０２の誘起電圧を所定の増幅率で増幅した検出信号（Ｖrs）３０１は、所定の第１の基準電圧Ｖcomp1を超えるようになる。
【００１６】
一方、通常駆動パルスＰ１の駆動によってはロータ２０３が回転しない場合には、図４に示すように、絶対値の小さな誘起電圧がコイル２０２から得られる。即ち、ロータ２０３が非回転のときも回転時と同様に、ロータ２０３が正方向に振動して動くときにはマイナス符号の信号が得られ又、ロータ２０３が逆方向に振動して動くときにはプラス符号の信号が得られるが、コイル２０２の誘起電圧を所定の増幅率で増幅した検出信号（Ｖrs）３０１は、前記第１の基準電圧Ｖcomp以下になる。
【００１７】
このとき、検出信号３０１のレベルは、ロータ２０３の振動の大きさに対応するレベルになる。本実施の形態では、後述するように、検出信号３０１の大きさを検出することにより、適切な補正駆動パルスＰ２でロータ２０３を回転するようにしている。
また、検出信号３０１がプラスからマイナスに切り替わる点が、ロータ２０３が逆方向から正方向に振動開始する点である。
【００１８】
したがって、検出信号３０１のレベルに対応するパルス幅の補正駆動パルスＰ２を選定すると共に、検出信号３０１の符号がプラスからマイナスに切り替わる点で、選定した補正駆動パルスＰ２によってモータ１０４を回転駆動すれば、少ない電力でモータ１０４を回転駆動することが可能になる。
制御回路１０２は、これを実現するために機能を有している。即ち、図１において、制御回路１０２は、モータ１０４の誘起電圧を検出して、検出信号（Ｖrs）３０１が所定の基準電圧Ｖcomp1を超える以下か否かを判断する（図１のステップＳ１１）。制御回路１０２におけるステップＳ１１は回転検出手段を構成している。
【００１９】
制御回路１０２は、ステップＳ１１において、検出信号Ｖrsが基準電圧Ｖcomp1を超えると判断した場合には、次の駆動パルスとして通常駆動パルスＰ１をモータドライバ１０３に供給する。
制御回路１０２はステップＳ１１において、検出信号Ｖrsが基準電圧Ｖcomp1以下と判断した場合には、メモリに記憶した複数の第２の基準電圧Ｖcomp21〜Ｖcomp2nと検出信号Ｖrsのレベルを比較することによって、検出信号Ｖrsのレベルを判定し（ステップＳ１２）、検出信号Ｖrsのレベルに対応するパルス幅の補正駆動パルスＰ２を選択する（ステップＳ１３）。
【００２０】
次に、制御回路１０２は、検出信号Ｖrsの符号を判定することによって（ステップＳ１４）、検出信号Ｖrsの符号がプラスからマイナスに切り替わった時点を検出し、補正駆動パルスＰ２による駆動タイミングを決定する（ステップＳ１５）。即ち、検出信号Ｖrsの符号がプラスからマイナスに切り替わった時点で、前記選択したパルス幅の補正駆動パルスＰ２をモータドライバ１０３に供給する。制御回路１０２におけるステップＳ１４は方向検出手段を構成している。また、ステップＳ１３〜Ｓ１５は補正駆動パルス供給手段を構成している。
【００２１】
モータドライバ回路１０３は、補正駆動パルスＰ２に応答してモータ１０４を回転駆動する。
これにより、通常駆動パルスＰ１では駆動力不足でモータ１０４が回転しない場合でも、通常駆動パルスＰ１よりも幅広の補正駆動パルスＰ２で駆動することにより、モータ１０４を確実に回転駆動することができる。
また、補正駆動パルスＰ２による駆動タイミングは、検出信号Ｖrsの符号がプラスからマイナスに切り替わる時点、即ち、ロータ２０３が振動によって逆方向から正方向への回転を開始する時点であるため、狭いパルス幅の補正駆動パルスＰ２を供給することによってロータ２０３を回転させることができる。
【００２２】
また、検出信号Ｖrsのレベルに対応するパルス幅の補正駆動パルスＰ２によって駆動、即ち、ロータ２０３の振動の大きさに対応するパルス幅の補正駆動パルスＰ２によって駆動するため、ロータ２０３を回転させることが可能な最小限のパルス幅の補正駆動パルスＰ２でモータ１０４を駆動でき、低消費電力化が可能になる。
また、補正駆動パルスＰ２による駆動は、ロータ２０３が静止するまで待たずに、振動している間に行うようにしているため、早期に駆動することが可能であり、したがって、高速運針が可能になる。
【００２３】
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駆動装置は、ステータ２０１、ステータ２０１に巻回されたコイル２０２および回転可能に保持されたロータ２０３とを有するステッピングモータ１０４と、コイル２０２に交番信号の駆動パルスを供給する駆動回路とを有し、前記駆動回路からコイル２０２に交番信号の駆動パルスを供給することによってステータ２０１に磁束を発生させ、前記磁束によってロータ２０３を正方向に回転駆動するステッピングモータ装置において、
ロータ２０３が通常駆動パルスによっては回転しなかったことを検出すると共に、ロータ２０３の振動方向が正方向であることを検出したとき、コイル２０２に補正駆動パルスを供給してロータ２０３を回転駆動する制御回路１０２を備えて成ることを特徴としている。
【００２４】
したがって、エネルギの小さい補正駆動パルスＰ２によってステッピングモータ１０４を回転駆動することが可能になり、低消費電力化が可能になる。また、ステッピングモータ１０４を高速で回転駆動することが可能になる。
また、本実施の形態に係る電子時計は、前記ステッピングモータ駆動装置によって表示針を回転駆動するため、低消費電力化が可能になり又、高速運針が可能になる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明に係るステッピングモータ駆動装置によれば、エネルギの小さい補正駆動パルスによってステッピングモータを回転駆動することが可能になり、低消費電力化が可能になる。また、ステッピングモータを高速で回転駆動することが可能になる。
また、本発明に係る電子時計によれば、エネルギの小さい補正駆動パルスを用いてステッピングモータを回転駆動できる、低消費電力化が可能になる。また、高速運針が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電子時計のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に使用するステッピングモータの構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る電子時計の動作を示す信号波形図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る電子時計の動作を示す信号波形図である。
【符号の説明】
１０１・・・計時回路
１０２・・・制御手段としての制御回路
１０３・・・モータドライバ
１０４・・・ステッピングモータ
１０５・・・輪列
１０６・・・表示針
２０１・・・ステータ
２０２・・・コイル
２０３・・・ロータ
２０４・・・モータ収容用貫通孔
２０５・・・内ノッチ
２０６・・・外ノッチ

Claims

ステータ、前記ステータに巻回されたコイルおよび回転可能に保持されたロータとを有するステッピングモータと、前記コイルに交番信号の駆動パルスを供給する駆動回路とを有し、前記駆動回路から前記コイルに交番信号の駆動パルスを供給することによって前記ステータに磁束を発生させ、前記磁束によって前記ロータを正方向に回転駆動するステッピングモータ駆動装置において、
前記ロータが通常駆動パルスによっては回転しなかったことを検出すると共に、前記ロータの振動方向が正方向であることを検出したとき、前記コイルに補正駆動パルスを供給して前記ロータを回転駆動する制御手段を備えて成り、
前記制御手段は、前記ロータが回転したか否かを検出する回転検出手段と、前記ロータの振動方向を検出する方向検出手段と、前記回転検出手段が前記ロータが非回転であることを検出すると共に、前記方向検出手段が前記ロータが正方向に回転していることを検出したとき、前記コイルに補正駆動パルスを供給する補正駆動パルス供給手段とを備えて成り、
前記方向検出手段は更に前記ロータの振動の量を検出すると共に、前記補正駆動パルス供給手段は前記方向検出手段が検出した前記ロータの振動量に応じた大きさの補正駆動パルスを供給することを特徴とするステッピングモータ駆動装置。
前記方向検出手段は、複数の閾値を有するレベル比較手段を有し、前記ロータの振動によって生じる誘起電圧と前記各閾値とを比較することによって、前記ロータの振動の量を検出し、前記補正駆動パルス供給手段は前記方向検出手段が検出した前記ロータの振動量に応じた大きさの補正駆動パルスを供給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駆動装置。
請求項１または２に記載のステッピングモータ駆動装置を有し、該ステッピングモータ駆動装置によって表示針を回転駆動することを特徴とする電子時計。