JP6423745B2 - ステッピングモータ駆動装置および時計 - Google Patents
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Description
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、消費電流のピークを抑制できるステッピングモータ駆動装置および時計を提供することを目的とする。
径方向に2極着磁された回転子と、前記回転子の周囲に略90°間隔で配置される3つの磁極が、第1の磁極と、前記第1の磁極に対して前記回転子の一の周方向に略90°離隔した第2の磁極と、前記第1の磁極に対して回転子の前記一の周方向とは逆の他の周方向に略90°離隔した第3の磁極と、からなり、前記第1ないし第3の磁極は、前記回転子に対向する側とは逆側において互いに連結され、前記第2の磁極に巻回された第1のコイルと、前記第3の磁極に巻回された第2のコイルとを有するステッピングモータを駆動し、前記回転子を回転させるステッピングモータ駆動装置において、
第1のフェーズにおいて、前記第2の磁極がN極又はS極の一方となり、前記第1及び第3の磁極がN極又はS極の他方となるように、前記第1のコイルのみに所定電流を供給する第1の波形制御部と、
前記第1のフェーズの後の第2のフェーズにおいて、前記第1及び第2の磁極がN極又はS極の前記一方となり、前記第3の磁極がN極又はS極の前記他方となるように、前記第2のコイルのみに前記所定電流を供給する第2の波形制御部と、
前記第2のフェーズの後の第3のフェーズにおいて、前記第1の磁極がN極又はS極の前記一方となり、前記第2及び第3の磁極がN極又はS極の前記他方となるように、前記第1および第2のコイルの双方に前記所定電流を交互に供給し、かつ、前記第1および第2のコイルに前記所定電流を交互に供給した場合に前記第1および第2のコイルに流れる電流の合計であるピーク電流が、前記第1および第2のコイルに同極性の前記所定電流を供給した場合に前記第1および第2のコイルに流れる電流の合計であるピーク電流よりも低いピーク電流になるように前記第1および第2のコイルに供給する前記所定電流の供給パターンを制御する第3の波形制御部と
を有し、
前記第1のフェーズ、前記第2のフェーズ、及び前記第3のフェーズを経ることにより、前記回転子は180°回動し、次いで、前記第1ないし第3のフェーズとはそれぞれ磁束の向きが逆方向となるように電流を供給して前記第1ないし第3のフェーズを順次実行することにより、前記回転子をさらに180°回動し、
前記第3の波形制御部は、前記第1および第2のコイルに前記所定電流を供給する周期を、前記第1のフェーズとも前記第2のフェーズとも異なる周期、且つ前記第1のフェーズと前記第2のフェーズによる周期よりも短い周期に設定する
ことを特徴とする。
(全体構成)
次に、図1に示すブロック図を参照し、本発明の第1実施形態によるステッピングモータ駆動装置の詳細を説明する。
図1においてCPU(Central Processing Unit)2は、ROM(Read Only Memory)4に記憶された制御プログラムに基づいて、モータ制御部10に対して各種コマンドを出力する。RAM(Random Access Memory)6は、CPU2のワークメモリとして用いられる。発振器(図1では「OSC」と記載)8は、CPU2に対して動作クロックを出力する。
次に、図2を参照し、ステッピングモータ30の詳細構成を説明する。なお、図2は、ステッピングモータ30の平面図である。
ステッピングモータ30は、固定子37と回転子38とを有している。回転子38は円盤状に形成され周回方向に回動自在に支持されるとともに、径方向に2極着磁された永久磁石を有している。回転子38において、ハッチングを施していない部分はN極38Nを構成し、ハッチングを施した部分はS極38Sを構成する。ステッピングモータ30を時計等に適用する場合には、回転子38には、例えば時計の指針を運針させるための運針機構を構成する歯車を連結し、回転子38が回転することにより、この歯車等を回転させるようにするとよい。
図3(a)に示すように、回転子38のS極38Sが右方向を向いていたとする。フェーズP1はこの状態で開始される。フェーズP1においては、P1波形制御部12の制御の下、コイル32内の矢印に示すように、左から右に向かう磁束が発生するように、コイル32に電流が供給される。一方、コイル31には電流は供給されない。すると、回転子38の周囲においてサイドヨーク36はS極になり、サイドヨーク34およびセンターヨーク35はN極になる。すると、図3(b)に示すように、回転子38のS極38Sが右下方向を向くように回転子38が回動される。図3(b)に示す回転子38は、図3(a)に対して約60°だけ右方向に回動した状態になる。
次に、図4に示す回路図を参照し、ブリッジ回路20の構成を説明する。
図4において、電圧入力端27と接地端28との間には、図示せぬ電池等によって電源電圧Vccが印加される。そして、電圧入力端27と接地端28との間には、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)21,24が接続点S1を介して直列に接続され、MOSFET22,25が接続点S3を介して直列に接続され、MOSFET23,26が接続点S2を介して直列に接続されている。また、接続点S1,S3の間にはステッピングモータ30のコイル31が接続され、接続点S2,S3の間にはコイル32が接続されている。
次に、第1実施形態の効果を明らかにするため、2つの比較例の内容を説明するが、最初に比較例1の内容を説明する。
まず、比較例1のハードウエア構成は第1実施形態のものと同様であり、フェーズP1,P2の動作も第1実施形態のものと同様である。但し、比較例1のフェーズP3においては、MOSFET24,26(図4参照)の双方が連続的にオン状態にされる点が異なっている。
図5(a)〜(d)と同様に、図6(a)〜(c)は、接続点S1,S2,S3における電圧の波形図であり、図6(d)は、ブリッジ回路20に流れる電流iの波形図である。図6(d)において、電流iの絶対値のピーク値i2は、第1実施形態におけるピーク値i1よりも大きくなっていることが解る。
図5(a)〜(d)と同様に、図7(a)〜(c)は、接続点S1,S2,S3における電圧の波形図であり、図7(d)は、ブリッジ回路20に流れる電流iの波形図である。図7(d)において、電流iの絶対値のピーク値i3は、比較例1のピーク値i2よりは小さいものの、第1実施形態におけるピーク値i1よりも大きくなっている。
次に、図8に示す平面図を参照し、本発明の第2実施形態のアナログ時計について説明する。
図8においてアナログ時計500は、文字盤501と、指針軸504を中心に文字盤501上を回動する2本の指針(時針、分針)502とを有している。また、これら2本の指針502に対応して、文字盤501の裏側には2個のステッピングモータ30が装着され、それぞれの運針機構503を介して対応する指針502を回転駆動する。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、若しくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。
(4)第1実施形態に適用されていたMOSFET21〜26に代えて、他のスイッチング素子を適用してもよい。
以上のように、上記各実施形態におけるステッピングモータ駆動装置にあっては、第1および第2のコイル(32,31)を有するステッピングモータ(30)を駆動するステッピングモータ駆動装置において、第1のフェーズ(P1)において前記第1のコイル(32)に所定電圧(Vcc)を印加する第1の波形制御部(12)と、前記第1のフェーズ(P1)の後の第2のフェーズ(P2)において前記第2のコイル(31)に前記所定電圧(Vcc)を印加する第2の波形制御部(14)と、前記第2のフェーズ(P2)の後の第3のフェーズ(P3)において、前記第1および第2のコイル(32,31)に前記所定電圧(Vcc)を交互に印加する第3の波形制御部(16)とを有することを特徴とする。
これにより、上記各実施形態においては、第1および第2のコイル(32,31)に流れる電流のピークを抑制することができる。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
<請求項1>
第1および第2のコイルを有するステッピングモータを駆動するステッピングモータ駆動装置において、
第1のフェーズにおいて前記第1のコイルに所定電圧を印加する第1の波形制御部と、
前記第1のフェーズの後の第2のフェーズにおいて前記第2のコイルに前記所定電圧を印加する第2の波形制御部と、
前記第2のフェーズの後の第3のフェーズにおいて、前記第1および第2のコイルに前記所定電圧を交互に印加する第3の波形制御部と
を有することを特徴とするステッピングモータ駆動装置。
<請求項2>
前記第3の波形制御部は、前記第1および第2のコイルに同一のデューティ比で前記所定電圧を交互に印加する
ことを特徴とする請求項1に記載のステッピングモータ駆動装置。
<請求項3>
前記第3の波形制御部は、前記第1および第2のコイルに前記所定電圧を印加する周期を、前記第3のフェーズの期間の1/n(但し、nは2以上の自然数)に設定する
ことを特徴とする請求項1に記載のステッピングモータ駆動装置。
<請求項4>
前記第3の波形制御部は、前記第1および第2のコイルに前記所定電圧を印加する周期を、前記第1のフェーズとも前記第2のフェーズとも異なる周期に設定する
ことを特徴とする請求項1に記載のステッピングモータ駆動装置。
<請求項5>
請求項1ないし4の何れか一項に記載のステッピングモータ駆動装置を備えたことを特徴とする時計。
ステッピングモータ駆動装置
2 CPU
4 ROM
6 RAM
8 発振器
10 モータ制御部
12 P1波形制御部(第1の波形制御部)
14 P2波形制御部(第2の波形制御部)
16 P3波形制御・PWM位相制御部(第3の波形制御部)
20 ブリッジ回路
21〜26 MOSFET
27 電圧入力端
28 接地端
30 ステッピングモータ
31 コイル(第2のコイル)
32 コイル(第1のコイル)
500 アナログ時計
501 文字盤
502 指針
503 運針機構
P1,P2,P3 フェーズ
S1,S2,S3 接続点
Claims (4)
- 径方向に2極着磁された回転子と、前記回転子の周囲に略90°間隔で配置される3つの磁極が、第1の磁極と、前記第1の磁極に対して前記回転子の一の周方向に略90°離隔した第2の磁極と、前記第1の磁極に対して回転子の前記一の周方向とは逆の他の周方向に略90°離隔した第3の磁極と、からなり、前記第1ないし第3の磁極は、前記回転子に対向する側とは逆側において互いに連結され、前記第2の磁極に巻回された第1のコイルと、前記第3の磁極に巻回された第2のコイルとを有するステッピングモータを駆動し、前記回転子を回転させるステッピングモータ駆動装置において、
第1のフェーズにおいて、前記第2の磁極がN極又はS極の一方となり、前記第1及び第3の磁極がN極又はS極の他方となるように、前記第1のコイルのみに所定電流を供給する第1の波形制御部と、
前記第1のフェーズの後の第2のフェーズにおいて、前記第1及び第2の磁極がN極又はS極の前記一方となり、前記第3の磁極がN極又はS極の前記他方となるように、前記第2のコイルのみに前記所定電流を供給する第2の波形制御部と、
前記第2のフェーズの後の第3のフェーズにおいて、前記第1の磁極がN極又はS極の前記一方となり、前記第2及び第3の磁極がN極又はS極の前記他方となるように、前記第1および第2のコイルの双方に前記所定電流を交互に供給し、かつ、前記第1および第2のコイルに前記所定電流を交互に供給した場合に前記第1および第2のコイルに流れる電流の合計であるピーク電流が、前記第1および第2のコイルに同極性の前記所定電流を供給した場合に前記第1および第2のコイルに流れる電流の合計であるピーク電流よりも低いピーク電流になるように前記第1および第2のコイルに供給する前記所定電流の供給パターンを制御する第3の波形制御部と
を有し、
前記第1のフェーズ、前記第2のフェーズ、及び前記第3のフェーズを経ることにより、前記回転子は180°回動し、次いで、前記第1ないし第3のフェーズとはそれぞれ磁束の向きが逆方向となるように電流を供給して前記第1ないし第3のフェーズを順次実行することにより、前記回転子をさらに180°回動し、
前記第3の波形制御部は、前記第1および第2のコイルに前記所定電流を供給する周期を、前記第1のフェーズとも前記第2のフェーズとも異なる周期、且つ前記第1のフェーズと前記第2のフェーズによる周期よりも短い周期に設定する
ことを特徴とするステッピングモータ駆動装置。 - 前記第3の波形制御部は、前記第1および第2のコイルに同一のデューティ比で前記所定電流を交互に供給する
ことを特徴とする請求項1に記載のステッピングモータ駆動装置。 - 前記第3の波形制御部は、前記第1および第2のコイルに前記所定電流を供給する周期を、前記第3のフェーズにかかる期間の1/n(但し、nは2以上の自然数)に設定する
ことを特徴とする請求項1に記載のステッピングモータ駆動装置。 - 請求項1ないし3の何れか一項に記載のステッピングモータ駆動装置を備えたことを特徴とする時計。
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