JP7460511B2 - step motor drive device - Google Patents
step motor drive device Download PDFInfo
- Publication number
- JP7460511B2 JP7460511B2 JP2020206047A JP2020206047A JP7460511B2 JP 7460511 B2 JP7460511 B2 JP 7460511B2 JP 2020206047 A JP2020206047 A JP 2020206047A JP 2020206047 A JP2020206047 A JP 2020206047A JP 7460511 B2 JP7460511 B2 JP 7460511B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pulse
- drive
- rotor
- step motor
- coil
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 160
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 42
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 52
- 102100022907 Acrosin-binding protein Human genes 0.000 description 37
- 101000756551 Homo sapiens Acrosin-binding protein Proteins 0.000 description 37
- 101000642536 Apis mellifera Venom serine protease 34 Proteins 0.000 description 35
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 31
- 101100365087 Arabidopsis thaliana SCRA gene Proteins 0.000 description 23
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 13
- 101100438139 Vulpes vulpes CABYR gene Proteins 0.000 description 11
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 10
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 10
- 101100310674 Tenebrio molitor SP23 gene Proteins 0.000 description 9
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 9
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 8
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 2
- 101000710013 Homo sapiens Reversion-inducing cysteine-rich protein with Kazal motifs Proteins 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
Images
Description
本発明は、2コイルステップモータを駆動するためのステップモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a step motor drive device for driving a two-coil step motor.
アナログ表示式の電子時計で利用される2コイルステップモータにおいて、2つのコイルを同時に励磁させる駆動パルスと、いずれか1つのコイルのみを励磁させる駆動パルスを切り替えながら駆動させる技術が知られている。 In two-coil step motors used in analog display electronic watches, a technique is known that switches between a drive pulse that excites both coils simultaneously and a drive pulse that excites only one of the coils.
たとえば、特許文献1に記載された発明では高速駆動可能な2コイルステップモータを備えた電子時計が提案されている。ロータを360度回転させるために、1つのコイルのみを励磁させる駆動パルスにより135度回転させ、2つのコイルを同時に励磁させる駆動パルスにより225度回転させる方式を採用している。これにより、ロータを停止させることなく、短時間で一回転させることができるため、高速駆動が実現できると共に、運針が滑らかになり、見栄えの良い電子時計が提供できることが示されている。
For example, the invention described in
多機能な電子時計においては、現在時刻の表示モードの他に、ワールドタイム表示モードなどを持っており、モードの切り替え時においては、指針をよりスピーディに駆動させることが求められていた。 Multi-functional electronic watches have a world time display mode in addition to the current time display mode, and when switching between modes, there is a need for the hands to move more quickly.
本発明は、2コイルステップモータをよりスピーディに駆動させることを可能とするステップモータ駆動装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a step motor drive device that allows a two-coil step motor to be driven more quickly.
上記の課題を解決するために、径方向に2極以上着磁されたロータ、ロータに対向して設けられた第1のステータ磁極部及び第2のステータ磁極部、及び、当該第1及び第2のステータ磁極部の間にあってロータに向き合って設けられた第3のステータ磁極部を有するステータ、第1のステータ磁極部及び第3のステータ磁極部に磁気的に結合する第1のコイル、及び、第2のステータ磁極部及び第3のステータ磁極部に磁気的に結合する第2のコイル、を有するステップモータを駆動するためのステップモータ駆動装置であって、
第1のコイルと第2のコイルに印加され、第1のステータ磁極部と第2のステータ磁極部を互いに異なる極性に励磁する第1の駆動電圧と、第1のコイルまたは第2のコイルのいずれか1つのコイルに印加され、第1のステータ磁極部と第2のステータ磁極部を互いに異なる極性に励磁させ、且つ、第3のステータ磁極部を第1のステータ磁極部または第2のステータ磁極部と同じ極性に励磁する第2の駆動電圧と、を発生可能な駆動電圧発生手段を備え、
駆動電圧発生手段は、第1の駆動電圧により前記ロータを90度以上回転させ、第1の駆動電圧及び第2の駆動電圧によりロータは180度回転させ、第1の駆動電圧及び第2の駆動電圧を交互に繰り返して印加することによってロータを回転駆動させる、ステップモータ駆動装置を提供する。
In order to achieve the above object, there is provided a step motor drive device for driving a step motor having a rotor magnetized with two or more poles in the radial direction, a stator having a first stator magnetic pole portion and a second stator magnetic pole portion provided opposite the rotor, and a third stator magnetic pole portion provided between the first and second stator magnetic pole portions facing the rotor, a first coil magnetically coupled to the first stator magnetic pole portion and the third stator magnetic pole portion, and a second coil magnetically coupled to the second stator magnetic pole portion and the third stator magnetic pole portion,
a drive voltage generating means capable of generating a first drive voltage which is applied to the first coil and the second coil and excites the first stator magnetic pole portion and the second stator magnetic pole portion with polarities different from each other, and a second drive voltage which is applied to either the first coil or the second coil and excites the first stator magnetic pole portion and the second stator magnetic pole portion with polarities different from each other and excites the third stator magnetic pole portion with the same polarity as the first stator magnetic pole portion or the second stator magnetic pole portion;
A step motor drive device is provided in which a drive voltage generating means rotates the rotor by 90 degrees or more with a first drive voltage, rotates the rotor by 180 degrees with the first drive voltage and the second drive voltage, and drives the rotor to rotate by alternately and repeatedly applying the first drive voltage and the second drive voltage.
上記のステップモータ駆動装置は、第1の駆動電圧により、ロータを115度以上且つ150度以下回転させることが好ましい。 The step motor drive device preferably rotates the rotor by more than 115 degrees and less than 150 degrees using the first drive voltage.
上記のステップモータ駆動装置は、ロータの極性値を記憶するステアリング記憶手段を更に備え、ステアリング記憶手段は第2駆動電圧出力終了後に極性値を反転し、駆動電圧発生手段は、極性値に基づいて、第1の駆動電圧、及び、第2の駆動電圧の印加方向を反転することが好ましい。 The above-mentioned step motor drive device further includes a steering storage means for storing the polarity value of the rotor, the steering storage means inverts the polarity value after outputting the second drive voltage, and the drive voltage generation means stores the polarity value based on the polarity value. , the first drive voltage, and the second drive voltage are preferably applied in opposite directions.
上記のステップモータ駆動装置は、ロータの回転を検出するための検出パルスを発生可能な検出パルス発生手段と、検出パルスに基づく電圧を第1のコイル又は第2のコイルに印加することにより、検出される検出信号に基づいて、ロータの回転/非回転を判定する回転検出手段と、を更に備えることが好ましい。 The above-mentioned step motor drive device includes a detection pulse generating means capable of generating a detection pulse for detecting rotation of the rotor, and a detection pulse generator that applies a voltage based on the detection pulse to the first coil or the second coil. It is preferable that the rotor further includes rotation detection means for determining rotation/non-rotation of the rotor based on a detection signal generated by the rotor.
上記のステップモータ駆動装置は、第2の駆動電圧をステップモータに印加する時間は可変であって、回転検出手段は第2の駆動電圧の印加中に前記ロータの回転を検出し、回転検出手段の検出結果により印加中の前記第2の駆動電圧の印加時間幅可変されることが好ましい。 It is preferable that the step motor drive device described above has a variable time for applying the second drive voltage to the step motor, the rotation detection means detects the rotation of the rotor while the second drive voltage is being applied, and the application time width of the second drive voltage being applied is variable based on the detection result of the rotation detection means.
上記のステップモータ駆動装置は、第1の駆動電圧を前記ステップモータに印加する時間は可変であって、回転検出手段の検出結果により、次回印加される第1の駆動電圧の印加時間が可変されることが好ましい。 It is preferable that the step motor drive device described above is variable in the time for which the first drive voltage is applied to the step motor, and that the application time of the next application of the first drive voltage is variable based on the detection result of the rotation detection means.
上記のステップモータ駆動装置は、ロータの回転を補助する補正パルスを発生可能な補正パルス発生手段を更に備え、補正パルス発生手段は回転検出手段がロータを非回転と判断した場合に、補正パルスに応じた電圧を第2の駆動電圧に続いて前記ステップモータへ出力することが好ましい。 The step motor drive device described above further includes a correction pulse generating means capable of generating a correction pulse to assist rotation of the rotor, and the correction pulse generating means generates a correction pulse when the rotation detecting means determines that the rotor is not rotating. Preferably, a corresponding voltage is output to the step motor following the second drive voltage.
上記のステップモータ駆動装置は、ロータの回転を停止させる終端パルスを発生可能な終端パルス発生手段を更に備え、終端パルス発生手段は、駆動停止時に、終端パルスに応じた電圧を第1の駆動電圧又は第2の駆動電圧の出力後に前記ステップモータへ出力することが好ましい。 The step motor drive device further includes a terminal pulse generating means capable of generating a terminal pulse that stops the rotation of the rotor, and it is preferable that the terminal pulse generating means outputs a voltage corresponding to the terminal pulse to the step motor after outputting the first drive voltage or the second drive voltage when driving is stopped.
上記のステップモータ駆動装置は、停止状態のロータの動き出しを補助する初動パルスを発生可能な初動パルス発生手段を更に備え、初動パルス発生手段は、駆動開始時に、初動パルスに応じた電圧を第1の駆動電圧の出力前にステップモータへ出力することが好ましい。 The step motor drive device further includes an initial pulse generating means capable of generating an initial pulse that assists the rotor in starting to move from a stopped state, and the initial pulse generating means preferably outputs a voltage corresponding to the initial pulse to the step motor before outputting the first drive voltage when driving starts.
上記のステップモータ駆動装置は、初動パルスに応じた電圧をステップモータへ印加する時間は可変であり、回転検出手段は初動パルスの印加中にロータの回転を検出し、回転検出手段の検出結果により、初動パルスに応じた電圧を前記ステップモータへ印加する時間が可変されることが好ましい。 The step motor drive device preferably has a variable time for applying a voltage corresponding to the initial pulse to the step motor, a rotation detection means detects the rotation of the rotor while the initial pulse is being applied, and the time for applying a voltage corresponding to the initial pulse to the step motor is variable based on the detection result of the rotation detection means.
1つのコイルのみを励磁させる駆動パルスの出力期間と比較して、2つのコイルを同時に励磁させる駆動パルスの出力期間の割合を大きくしたことで、従来よりも2コイルステップモータを高速駆動可能なステップモータ駆動装置を提供することが可能となった。 By increasing the ratio of the output period of the drive pulse that simultaneously excites two coils compared to the output period of the drive pulse that excites only one coil, it has become possible to provide a step motor drive device that can drive a two-coil step motor at higher speeds than before.
以下、図面を参照しつつ、本発明の様々な実施形態について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。 Various embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, please note that the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the inventions described in the claims and their equivalents.
[第1の実施形態]
図1は本発明に係るステップモータ駆動装置20を適用可能な電子時計10の一例を示す平面図であり、図2は本発明の第1の実施形態に係るステップモータ駆動装置20の概略構成図である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a plan view showing an example of an
図1に示す電子時計10は、アナログ表示方式の電子時計であり、文字板11、時針12a、分針12b、秒針12c、図2に示すステップモータ駆動装置20、及び、図2に示す2コイルステップモータ40等を有している。図示してはいないが、電子時計10は、更に、輪列、回転駆動させて振動を得るための回転錘、及び、電源等を含む。ステップモータ40は、指針、及び、回転錘を駆動させるための輪列に機械的に接続されている。輪列は、時針12a、分針12b、秒針12cの3つの指針が連動するように構成されている。また、輪列は、指針を駆動させるか、回転錘を駆動させるか、を機械的に選択可能に構成され、1つのステップモータ40で指針および回転錘の両方を駆動できる。電源は、例えば二次電池を含む。
The
ステップモータ駆動装置20は、発振回路21と、制御回路22と、駆動パルス発生回路23と、ドライバ回路30を含む。ステップモータ駆動装置20は、例えば、マイクプロセッサを含む集積回路として実装されている。発振回路21は、水晶振動子(図示せず)によって、所定のクロック信号P1を生成し、制御回路22に出力する。制御回路22は、クロック信号P1に基づいて制御信号CN1を生成し、駆動パルス発生回路23に出力する。駆動パルス発生回路23は、制御信号CN1に基づいて、駆動パルス列SP10を生成し、ドライバ回路30に出力する。ドライバ回路30は、駆動パルス列SP10に基づいて、駆動波形O1~04を生成し、ステップモータ40に供給する。
The step motor drive device 20 includes an oscillation circuit 21, a control circuit 22, a drive pulse generation circuit 23, and a
図3は、本発明に係る2コイルステップモータ駆動装置によって駆動可能な2コイルステップモータの概略構成図である。図3に示す様に、ステップモータ40は、ロータ41、ステータ42、及び、2つのコイル(コイルA及びコイルB)等を含んで構成される。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a two-coil step motor that can be driven by the two-coil step motor drive device according to the present invention. As shown in FIG. 3, the
ロータ41は、2極磁化された円盤状の回転体であり、径方向にN極、S極が着磁されている。ロータ軸43は、ロータ41の中心に設けられ、図面の垂直方向の上下に設けられた軸受け(図示せず)によりロータ41を回転可能に支持している。
The
ステータ42は、軟磁性体によって製造され、ロータ41が挿入されるロータ穴44が設けられ、ロータ穴44にロータ41が配置されている。ステータ42には、ロータ41に略対向して第1のステータ磁極部45a(以下、「第1磁極部45a」と略す)と、第2のステータ磁極部45b(以下、「第2磁極部45b」と略す)が設けられている。また、第1磁極部45aと第2磁極部45bの間にあって、ロータ41と向き合う位置に第3のステータ磁極部45c(以下、「第3磁極部45c」と略す)が設けられている。
The
ロータ41をはさんで第3磁極部45cの反対側となる、第1磁極部45aと第2磁極部45bの間には、ステータの幅が狭くなる狭窄部46が設けられる。また、ロータ41の中心から見て、第3磁極部45cの方向を0度とした場合、左右おおむね75度の位置にスリット47が設けられている。すなわち、第1磁極部45aと第3磁極部45c、第2磁極部45bと第3磁極部45c、第1磁極部45aと第2磁極部45bが磁気的に接続されにくくなっている。なお、狭窄部46とスリット47は、ここで示したような狭窄や間隙であってもよいし、細幅の非磁性材料をスリット47の位置に挿入し、ステータと結合させたものであってもよい。
Between the first
ステップモータ40には、第1磁極部45aと第3磁極部45cに磁気的に結合する第1のコイルとしてのコイルAと、第2磁極部45bと第3磁極部45cに磁気的に結合する第2のコイルとしてのコイルBが設けられている。
The
コイルAのコイル巻き線の両端は、絶縁基板48a上に配置されたコイル端子O1、O2とそれぞれ接続している。また、コイルBは絶縁基板48b上にコイル端子O3、O4を有しており、コイルBの巻線の両端が接続されている。この各コイル端子O1~O4に、前述したドライバ回路30から出力される駆動波形O1~O4がそれぞれ供給される。説明をわかりやすくするために、各コイル端子と、供給される各駆動波形の符号を共通にしている。また、一例としてコイル端子O1がコイルAの巻始めであり、コイル端子O4がコイルBの巻始めである。図3に示す様に、絶縁基板48aにコイルAが回線され、絶縁基板48bにコイルBが回線され、絶縁基板48a及び48bは3本のネジ49でステータ48に固定されている。
Both ends of the coil winding of the coil A are connected to coil terminals O1 and O2 arranged on the insulating
図3で示すロータ41は静止状態であり、図面の上方を0度と規定し(始点)、その位置から反時計回りに90度、180度、270度と規定する。ロータ41は、N極が0度に位置するときと、180度に位置するときが静的安定点である。ステータ42が磁化されていない場合は、保持トルクによりロータ41に対して静的安定点に留まる力が働く。なお、図3で示すロータ41は、N極が0度の静的安定点に留まっている。そして、後述するステップモータ40の回転駆動の説明をわかりやすくするために、ロータ41のN極が135度に位置するときを定常回転の開始位置と規定する。ところで、ステータ42が磁化されていない状態で、ロータ41のN極を定常回転の開始位置に位置せることはできないが、後述する実施形態3にてロータ41のN極を定常回転の開始位置に合わせてから定常駆動させる方法を説明する。なお、定常回転の開始位置はロータ41のN極が90度から180度の間であれば任意であり、通常はステータ42の設計により任意に調節が可能である。
The
図4は、ドライバ回路30の一例を示す回路図である。
Figure 4 is a circuit diagram showing an example of a
図4に示す様に、ドライバ回路30は、駆動パルス列SP10に基づいて、ステップモータ40のコイルA、コイルBに駆動波形O1~O4を供給する4つのバッファ回路によって構成される。
As shown in FIG. 4, the
第1のバッファ回路では、低ON抵抗のPチャンネルMOSトランジスタであるトランジスタP1と、低ON抵抗のNチャンネルMOSトランジスタであるトランジスタN1とがコンプリメンタリ接続されており、駆動波形O1を生成して、コイルAのコイル端子O1に供給する。第2のバッファ回路では、低ON抵抗のPチャンネルMOSトランジスタであるトランジスタP2と、低ON抵抗のNチャンネルMOSトランジスタであるトランジスタN2とがコンプリメンタリ接続されており、駆動波形O2を生成して、コイルAのコイル端子O2に供給する。 In the first buffer circuit, transistor P1, a P-channel MOS transistor with low on-resistance, and transistor N1, an N-channel MOS transistor with low on-resistance, are complementary connected to generate a drive waveform O1 and supply it to coil terminal O1 of coil A. In the second buffer circuit, transistor P2, a P-channel MOS transistor with low on-resistance, and transistor N2, an N-channel MOS transistor with low on-resistance, are complementary connected to generate a drive waveform O2 and supply it to coil terminal O2 of coil A.
第3のバッファ回路では、低ON抵抗のPチャンネルMOSトランジスタであるトランジスタP3と、低ON抵抗のNチャンネルMOSトランジスタであるトランジスタN3とがコンプリメンタリ接続されており、駆動波形O3を生成して、コイルBのコイル端子O3に供給する。第4のバッファ回路では、低ON抵抗のPチャンネルMOSトランジスタであるトランジスタP4と、低ON抵抗のNチャンネルMOSトランジスタであるトランジスタN4とがコンプリメンタリ接続されており、駆動波形O4を生成して、コイルBのコイル端子O4に供給する。 In the third buffer circuit, transistor P3, a P-channel MOS transistor with low on-resistance, and transistor N3, an N-channel MOS transistor with low on-resistance, are complementary connected to generate a drive waveform O3 and supply it to coil terminal O3 of coil B. In the fourth buffer circuit, transistor P4, a P-channel MOS transistor with low on-resistance, and transistor N4, an N-channel MOS transistor with low on-resistance, are complementary connected to generate a drive waveform O4 and supply it to coil terminal O4 of coil B.
各トランジスタP1~P4、N1~N4のそれぞれのゲート端子Gには、駆動パルス発生回路23から駆動パルスが入力され、各トランジスタは駆動パルスに基づいてON/OFF制御され、駆動波形O1~O4を出力する。 A drive pulse is input from the drive pulse generation circuit 23 to the gate terminal G of each transistor P1 to P4 and N1 to N4, and each transistor is ON/OFF controlled based on the drive pulse to generate drive waveforms O1 to O4. Output.
図5(a)は駆動パルス列SP10による駆動波形及O1~O4の一例を示し、図5(b)は駆動パルス列SP10による各トランジスタの動作を示す表である。 FIG. 5(a) shows an example of the drive waveform and O1 to O4 by the drive pulse train SP10, and FIG. 5(b) is a table showing the operation of each transistor by the drive pulse train SP10.
図5(a)は、ロータ41を、N極が定常回転の開始位置135度にある状態から、正転方向(反時計回り)に回転駆動させるために、ドライバ回路30からコイル端子O1~コイル端子О4に出力される4つの駆動波形O1~O4を示している。
Figure 5 (a) shows four drive waveforms O1 to O4 output from the
図5(b)は、駆動波形O1~O4を生成するために、ドライバ回路30の8つのトランジスタP1~P4及びN1~N4のON/OFF状態を示した表である。後述する様に、ステップモータ40の4つの駆動状態に応じて、駆動波形O1~O4も4つの状態に区別されるが、最初の状態となるようにドライバ回路30の8つのトランジスタのON/OFF状態を規定するのが、第1の駆動パルスSP11である。同様に、第2の状態となるようにドライバ回路30の8つのトランジスタのON/OFF状態を規定するのが第2の駆動パルスSP12であり、第3の状態となるようにドライバ回路30の8つのトランジスタのON/OFF状態を規定するのが第3の駆動パルスSP13であり、第4の状態となるようにドライバ回路30の8つのトランジスタのON/OFF状態を規定するのが第4の駆動パルスSP14である。また、第1の駆動パルスSP11~第4の駆動パルスSP14をまとめて、駆動パルス列SP10と称する。
Figure 5 (b) is a table showing the ON/OFF states of the eight transistors P1-P4 and N1-N4 of the
図5(a)に示す様に、駆動パルス列SP10は、第1の駆動パルスSP11、第2の駆動パルスSP12、第1の駆動パルスSP11のコイルへの印加方向を反転させた反転第1の駆動パルスSP13と第2の駆動パルスSP12のコイルへの印加方向を反転させた反転第2の駆動パルスSP14の4個の駆動パルスを含む。ステップモータ40が、回転を継続している場合には、図5(a)に示す4つの駆動波形O1~O4が、繰り返し順次ステップモータ40へ供給され、その為にドライバ回路30に駆動パルス列SP10が繰り返し順次出力されることとなる。
As shown in FIG. 5(a), the drive pulse train SP10 includes four drive pulses: a first drive pulse SP11, a second drive pulse SP12, an inverted first drive pulse SP13 obtained by inverting the direction of application of the first drive pulse SP11 to the coil, and an inverted second drive pulse SP14 obtained by inverting the direction of application of the second drive pulse SP12 to the coil. When the
制御回路22は、ロータ41の極性を記憶するステアリング記憶手段(不図示)を備えており、ステアリング記憶手段は、コイルへのパルス印加方向を記憶する変数を記憶している。また、変数は、第2の駆動パルスSP12及び、反転第2の駆動パルスSP14を出力する毎にその値が反転される。制御回路22は、変数の値に基づいて、駆動パルス発生回路23から、第1の駆動パルスSP11と第2の駆動パルスSP12と、反転第3の駆動パルスSP13及び反転第4の駆動パルスSP14を選択的に出力可能に制御する。これにより、各コイルへの電流印加方向が反転される。
The control circuit 22 includes a steering storage means (not shown) that stores the polarity of the
第1の駆動パルスSP11による駆動波形O1、О3の電圧は、0(v)であり、駆動波形O2、О4の電圧は、-V(v)である。これにより、ステップモータ40のコイルA、コイルBの両方に駆動電流が流れて、両方のコイルA、コイルBが励磁される。
The voltage of the drive waveforms O1 and O3 by the first drive pulse SP11 is 0 (v), and the voltage of the drive waveforms O2 and O4 is -V (v). This causes a drive current to flow through both coils A and B of the
第2の駆動パルスSP12による駆動波形O4の電圧は、-V(v)であり、他の駆動波形O1、O2、O3の電圧は、0(v)である。これにより、ステップモータ40のコイルBにのみ駆動電流が流れて、コイルBのみが励磁される。この場合、コイルAには、駆動電流は流れない。
The voltage of the drive waveform O4 by the second drive pulse SP12 is -V (v), and the voltages of the other drive waveforms O1, O2, and O3 are 0 (v). As a result, a drive current flows only through coil B of the
第3の駆動パルスSP13による4つの駆動波形O1~O4は、第1の駆動パルスSP11による4つの駆動波形O1~O4の電圧状態が反転した状態となっている。すなわち、第3の駆動パルスSP13による駆動波形O2、O4の電圧は、0(v)であり、駆動波形O1、O3の電圧は、-V(v)である。これにより、ステップモータ40のコイルA、コイルBの両方に、第1の駆動パルスSP11による駆動波形O1~O4の時とは逆方向の駆動電流が流れて、両方のコイルA、コイルBが逆方向に励磁される。
The four drive waveforms O1 to O4 generated by the third drive pulse SP13 are inverted voltage states of the four drive waveforms O1 to O4 generated by the first drive pulse SP11. That is, the voltage of the drive waveforms O2 and O4 by the third drive pulse SP13 is 0 (v), and the voltage of the drive waveforms O1 and O3 is -V (v). As a result, a drive current flows in both coil A and coil B of the
第4の駆動パルスSP14による駆動波形O1、О2、О4の電圧は、0(v)であり、駆動波形O3の電圧は、-V(v)。これにより、ステップモータ40のコイルBに、第2の駆動パルスSP12による駆動波形O1~О4の時とは逆方向の駆動電流が流れて、コイルBのみが逆方向に励磁される。
The voltages of the drive waveforms O1, O2, and O4 by the fourth drive pulse SP14 are 0 (v), and the voltage of the drive waveform O3 is -V (v). As a result, a drive current flows through the coil B of the
なお、駆動パルス列SP10の周期、すなわち、合計のパルス幅は任意である。また、駆動波形O1~O4は、連続するフルパルスとして図示しているが、複数の細かいパルス群によるチョッパ形の駆動パルスとしても良い。 Note that the period of the drive pulse train SP10, that is, the total pulse width is arbitrary. Furthermore, although the drive waveforms O1 to O4 are illustrated as continuous full pulses, they may also be chopper-type drive pulses made up of a plurality of fine pulse groups.
図6は、図5に示す駆動波形及O1~O4によるステップモータ40の動作図である。ステップモータ40の正転方向(反時計回り)への回転駆動について図6(a)~(e)を用いて説明する。
Figure 6 is a diagram showing the operation of the
図6(a)に示す様に、ロータ41のN極の開始位置は、図3に示す0度の位置から反時計回りに135度の位置にあるものとする。なお、図6において、各パルスによるロータ41の移動量は一例を示しており、通常はステータ42の設計により任意に調節が可能である。
As shown in FIG. 6A, the starting position of the north pole of the
図6(b)は、第1の駆動パルスSP11による駆動波形O1~О4に示した電圧が、ステップモータ40のコイル端子O1~О4に供給された状態を示しており、コイルA、コイルBの両方に駆動電流が流れて、両方のコイルA、コイルBがそれぞれ矢印の方向に励磁される。これにより、第1磁極部45aがN極に磁化され、第2磁極部45bがS極に磁化され、第3磁極部45cは磁化が打ち消しあって磁化されない。その結果、ロータ41のN極と第2磁極部45bのS極が引き合い、且つ、ロータ41のS極と第1磁極部45aのN極が引き合い、ロータ41のN極は、反時計周りに回転し、定常回転の開始位置135度から270度の位置まで、約135度回転する。
FIG. 6(b) shows a state in which voltages shown in drive waveforms O1 to O4 by the first drive pulse SP11 are supplied to coil terminals O1 to O4 of the
次に、図6(c)は、第2の駆動パルスSP12による駆動波形O1~O4に示した電圧がステップモータ40のコイル端子O1~О4に供給された状態を示しており、コイルBにのみ駆動電流が流れて、コイルBのみが矢印の方向に励磁される。これにより、第2磁極部45bがS極、第3磁極部45cがN極に磁化され、コイルAは励磁されないので第1磁極部45aは第3磁極部45cと同じN極となる。その結果、ロー41のS極と第1の磁極部45a及び第3の磁極部45cのN極が引き合い、ロータ41のN極は、停止することなく更に反時計周りに回転し、270度の位置から315度の位置まで、約45度回転する。
Next, FIG. 6(c) shows the state in which the voltages shown in the drive waveforms O1 to O4 by the second drive pulse SP12 are supplied to the coil terminals O1 to O4 of the
この時点で、ロータ41は第1の駆動パルスSP11と第2の駆動パルスSP12による駆動波形O1~O4に示した電圧によって、定常回転の開始位置を基準として反時計周りに180度回転されたことになる。
At this point, the
次に、図6(d)は、第3の駆動パルスSP13による4つの駆動波形O1~O4に示した電圧(第1の駆動パルスSP11による4つの駆動波形O1~O4の電圧状態が反転した電圧)が、コイル端子O1~О4に供給された状態を示している。この結果、コイルA、コイルBの両方に、第1の駆動パルスSP11による駆動波形O1~O4の時とは逆方向の駆動電流が流れて、両方のコイルA、コイルBが矢印の方向(図6(b)とは逆方向)に励磁される。これにより、第1磁極部45aがS極に磁化され、第2磁極部45bがN極に磁化され、第3磁極部45cは磁化が打ち消しあって磁化されない。その結果、ロータ41のN極と第1磁極部45aのS極が引き合い、且つ、ロータ41のS極と第2磁極部45bのN極が引き合い、ロータ41のN極は、反時計周りに回転し、315度の位置から0度の位置を通過して90度の位置まで、約45度回転する。
Next, Figure 6(d) shows the state in which the voltages shown in the four drive waveforms O1 to O4 by the third drive pulse SP13 (voltages in which the voltage states of the four drive waveforms O1 to O4 by the first drive pulse SP11 are inverted) are supplied to coil terminals O1 to O4. As a result, a drive current flows in both coils A and B in the opposite direction to that in the drive waveforms O1 to O4 by the first drive pulse SP11, and both coils A and B are excited in the direction of the arrow (the opposite direction to that in Figure 6(b)). As a result, the first
次に、図6(e)は、第4の駆動パルスSP14による駆動波形O1~O4に示した電圧が、ステップモータ40のコイル端子O1~О4に供給された状態を示している。この結果、コイルBに、第2の駆動パルスSP12による駆動波形O1~О4の時とは逆方向の駆動電流が流れて、コイルBのみが矢印の方向(図6(c)とは逆方向)に励磁される。これにより、第2磁極部45bがN極に磁化され、第3磁極部45cがS極に磁化され、コイルAは励磁されないので第1磁極部45aは第3磁極部45cと同じS極となる。その結果、ロータ41のN極と第1の磁極部45a及び第3の磁極部45cのS極が引き合い、ロータ41のN極は、停止することなく更に反時計周りに回転し、90度の位置から定常回転の開始位置である135度の位置まで、約45度回転する。
Next, FIG. 6(e) shows the state in which the voltages shown in the drive waveforms O1 to O4 by the fourth drive pulse SP14 are supplied to the coil terminals O1 to O4 of the
この時点で、ロータ41は、第1の駆動パルスSP11~第4の駆動パルスSP14による駆動波形O1~O4に示した電圧によって、正転方向(反時計回り)に360度回転駆動される。以上のように第1の実施形態に係るステップモータ駆動装置20は、ステップモータ40に駆動パルス列SP10による駆動波形O1~O4に示した電圧を供給することで、正転方向(反時計回り)の回転駆動を可能としている。
At this point, the
図5において、コイルA及びコイルBを両方とも励磁する駆動パルスSP11又は駆動パルスSP13による駆動波形O1~O4を、第1の駆動電圧と称し、コイルA又はコイルBの一方のみを励磁する駆動パルスSP12又は駆動パルスSP14による駆動波形O1~O4を、第2の駆動電圧と称する。すると、ドライバ回路30は、第1の駆動電圧により、ロータ41を90度以上(図5の例では135度)回転させ、第1の駆動電圧と第2の駆動電圧でロータ41を180度回転させている。更に、第1の駆動電圧と第2の駆動電圧とを交互に連続してコイルA及び/又はコイルBに印加することによって、ロータ41を回転駆動している。第1の駆動電圧により、ロータ41を回転させる角度は、135度に限定されず、115度以上且つ150度以下であれば、ステップモータ40の特性等に応じて、適宜決定することができる。
In FIG. 5, the drive waveforms O1 to O4 by the drive pulse SP11 or drive pulse SP13 that excite both coil A and coil B are referred to as the first drive voltage, and the drive waveforms O1 to O4 by the drive pulse SP12 or drive pulse SP14 that excite only one of coil A or coil B are referred to as the second drive voltage. Then, the
図7(a)は逆転駆動パルス列SP10´による駆動波形O1´~O4´の一例を示し、図7(b)~(f)は逆転駆動パルス列SP10´によるステップモータ40の動作図である。図7を用いて、ステップモータ40のロータ41を逆転方向(時計回り)に駆動させる場合について説明する。
Figure 7 (a) shows an example of drive waveforms O1' to O4' produced by the reverse drive pulse train SP10', and Figures 7 (b) to (f) are operation diagrams of the
図7(a)は、ステップモータ40のロータ41を逆転方向(時計回り)に駆動させるための逆転駆動パルス列SP10´による逆転駆動波形O1´~O4´示している。後述する様に、ステップモータ40の4つの駆動状態に応じて、逆転駆動波形O1´~O4´も4つの状態に区別されるが、最初の状態となるようにドライバ回路30の8つのトランジスタのON/OFF状態を規定するのが、第1の逆転駆動パルスSP11´である。同様に、第2の状態となるようにドライバ回路30の8つのトランジスタのON/OFF状態を規定するのが第2の逆転駆動パルスSP12´であり、第3の状態となるようにドライバ回路30の8つのトランジスタのON/OFF状態を規定するのが第3の逆転駆動パルスSP13´であり、第4の状態となるようにドライバ回路30の8つのトランジスタのON/OFF状態を規定するのが第4の逆転駆動パルスSP14´である。また、第1の逆転駆動パルスSP11´~第4の逆転駆動パルスSP14´をまとめて、逆転駆動パルス列SP10´と称する。
FIG. 7A shows reverse drive waveforms O1' to O4' by a reverse drive pulse train SP10' for driving the
図7(b)に示す様に、ロータ41のN極の開始位置は、図3に示す0度の位置から反時計回りに225度の位置にあるものとする。なお、各パルスでの駆動による移動量は一例を示しており、通常はステータ42の設計により任意に調節が可能である。
As shown in FIG. 7(b), the starting position of the north pole of the
図7(c)は、第1の逆転駆動パルスSP11´による逆転動波形O1´~О4´に示した電圧が、ステップモータ40のコイル端子O1~О4に供給された状態を示しており、コイルA、コイルBの両方に駆動電流が流れて、両方のコイルA、コイルBがそれぞれ矢印の方向(図6(b)とは逆の方向)に励磁される。これにより、第1磁極部45aがS極に磁化され、第2磁極部45bがN極に磁化され、第3磁極部45cは磁化が打ち消しあって磁化されない。その結果、ロータ41のS極と第2磁極部45bのN極が引き合い、ロータ41のN極と第1磁極部45aのS極が引き合い、ロータ41のN極は、時計周りに回転し、開始位置の225度から90度の位置まで、約135度回転する。
FIG. 7(c) shows a state in which the voltages shown in the reverse motion waveforms O1' to O4' due to the first reverse drive pulse SP11' are supplied to the coil terminals O1 to O4 of the
次に、図7(d)は、第2の逆転駆動パルスSP12´による逆転動波形O1´~О4´に示した電圧が、ステップモータ40のコイル端子O1~О4に供給された状態を示しており、コイルAにのみ駆動電流が流れて、コイルAが矢印の方向に励磁される。これにより、第1磁極部45aがS極に磁化され、第3磁極部45cがN極に磁化され、コイルBは励磁されないので第2磁極部45bは第3磁極部45cと同じN極となる。その結果、ロータ41のS極と第2の磁極部45b及び第3の磁極部45cが引き合い、ロータ41のN極は停止することなく更に時計周りに回転し、90度の位置から45度の位置まで、約45度回転する。
Next, FIG. 7(d) shows the state in which the voltages shown in the reverse drive waveforms O1'-O4' by the second reverse drive pulse SP12' are supplied to the coil terminals O1-O4 of the
この時点で、ロータ41は第1の逆転駆動パルスSP11´と第2の逆転駆動パルスSP12´によって、逆転定常回転の開始位置を基準として逆転方向(時計回り)に180度回転されたことになる。
At this point, the
次に、図7(e)は、第3の逆転駆動パルスSP13´による逆転動波形O1´~О4´に示した電圧が、ステップモータ40のコイル端子O1~О4に供給された状態を示しており、コイルA、コイルBの両方に駆動電流が流れて、両方のコイルA、コイルBがそれぞれ矢印の方向(図7(c)とは逆の方向)に励磁される。これにより、第1磁極部45aがN極に磁化され、第2磁極部45bがS極に磁化され、第3磁極部45cは磁化が打ち消しあって磁化されない。その結果、ロータ41のS極と第1磁極部45aのN極が引き合い、ロータ41のN極と第2磁極部45bのS極が引き合い、ロータ41のN極は、時計周りに回転し、45度の位置から270度の位置まで、約135度回転する。
Next, FIG. 7(e) shows a state in which the voltages shown in the reverse motion waveforms O1' to O4' due to the third reverse drive pulse SP13' are supplied to the coil terminals O1 to O4 of the
次に、図7(f)は、第4の逆転駆動パルスSP14´による逆転動波形O1´~О4´に示した電圧が、ステップモータ40のコイル端子O1~О4に供給された状態を示しており、コイルAのみに駆動電流が流れて、コイルAが矢印の方向(図7(d)とは逆の方向)に励磁される。これにより、第1磁極部45aがN極に励磁され、第3磁極部45cがS極に磁化され、コイルBは励磁されないので第2磁極部45bは第3磁極部45cと同じS極となる。その結果、ロータ41のN極と第2の磁極部45b及び第3の磁極部45cのS極が引き合い、ロータ41のN極は停止することなく更に時計周りに回転し、270度の位置から逆転定常回転の開始位置である225度の位置まで、約45度回転する。
Next, FIG. 7(f) shows the state in which the voltages shown in the reverse drive waveforms O1'-O4' by the fourth reverse drive pulse SP14' are supplied to the coil terminals O1-O4 of the
この時点で、ロータ41は、第1の逆転駆動パルスSP11´~第4の逆転駆動パルスSP14´による逆転動波形O1´~О4´に示した電圧によって、逆転方向(時計回り)に360度回転駆動される。以上のように第1の実施形態に係るステップモータ駆動装置20は、ステップモータ40に逆転駆動パルス列SP10´による逆転駆動波形O1´~O4´に示した電圧を供給することで、逆転方向(時計回り)の回転駆動を可能としている。なお、図7を参照して説明された逆転駆動は、後述する第2及び第3の実施形態に係るステップモータ駆動装置においても同様に実行可能である。
At this point, the
[比較例]
図8は、比較例として示す駆動波形O1~O4、及び、比較例として示す駆動波形O1~O4によるステップモータ40の動作図である。図8を用いて、前述したステップモータ40のロータ41を正転方向(反時計回り)に駆動させる比較例について説明する。
[Comparative Example]
8 is a diagram showing drive waveforms O1 to O4 shown as comparative examples, and an operation diagram of the
図8(a)は、ロータ41を、N極が定常回転の開始位置135度にある状態から、正転方向(反時計回り)に回転駆動させるために、コイル端子O1~コイル端子О4に出力される、比較例における4つの駆動波形O1~O4を示している。
FIG. 8(a) shows outputs to coil terminals O1 to O4 in order to rotate the
比較例では、ステップモータ40の3つの駆動状態に応じて、駆動波形O1~O4も3つの状態に区別されるが、最初の状態を規定するのが、第1の駆動パルスSP21である。同様に、第2の状態を規定するのが第2の駆動パルスSP22であり、第3の状態を規定するのが第3の駆動パルスSP23である。また、第1の駆動パルスSP21~第3の駆動パルスSP23をまとめて、駆動パルス列SP20と称する。
In the comparative example, the drive waveforms O1 to O4 are also divided into three states according to the three drive states of the
図8(b)に示す様に、ロータ41のN極の開始位置は、図3に示す0度の位置から反時計回りに135度にあるものとする。
As shown in FIG. 8(b), the starting position of the north pole of the
次に、図8(c)は、第1の駆動パルスSP21による動波形O1~О4に示した電圧が、ステップモータ40のコイル端子O1~О4に供給された状態を示しており、コイルA、コイルBの両方に駆動電流が流れて、両方のコイルA、コイルBがそれぞれ矢印の方向に励磁される。これにより、第1磁極部45aがN極に磁化され、第2磁極部45bがS極に磁化され、第3磁極部45cは磁化が打ち消しあって磁化されない。その結果、ロータ41のN極と第2磁極部45bのS極が引き合い、ロータ41のS極と第1磁極部45aのN極が引き合い、ロータ41のN極は、反時計周りに回転し、定常回転の開始位置135度から270度の位置まで、約135度回転する。
Next, FIG. 8(c) shows a state in which voltages shown in dynamic waveforms O1 to O4 due to the first drive pulse SP21 are supplied to the coil terminals O1 to O4 of the
次に、図8(d)は、第2の駆動パルスSP22による動波形O1~О4に示した電圧が、ステップモータ40のコイル端子O1~О4に供給された状態を示しており、コイルA、コイルBの両方に駆動電流が流れて、両方のコイルA、コイルBがそれぞれ矢印の方向に励磁される。これにより、第1磁極部45aと第2磁極部45bがS極に磁化され、第3磁極部45cはN極に磁化される。その結果、ロータ41のS極と第3磁極部45cのN極が引き合い、ロータ41のN極は第1磁極部45aと第2磁極部45bの両方のS極と引き合うので、ロータ41のN極は、更に反時計回りに回転し、270度の位置から0度の位置まで、約90度回転する。
Next, FIG. 8(d) shows a state in which the voltages shown in the waveforms O1 to O4 by the second drive pulse SP22 are supplied to the coil terminals O1 to O4 of the
次に、図8(e)は、第3の駆動パルスSP23による駆動波形O1~О4に示した電圧が、ステップモータ40のコイル端子O1~О4に供給された状態を示しており、コイルBのみに駆動電流が流れて、コイルAが矢印の方向に励磁される。これにより、第2磁極部45bがN極に励磁され、第3磁極部45cがS極に磁化され、コイルAは励磁されないので第1磁極部45aは第3磁極部45cと同じS極となる。その結果、ロータ41のN極と第1の磁極部45a及び第3の磁極部45cのN極が引き合い、ロータ41のN極は停止することなく更に反時計周りに回転し、0度の位置から定常回転の開始位置である135度の位置まで、約135度回転する。
Next, FIG. 8(e) shows a state in which the voltages shown in the drive waveforms O1 to O4 by the third drive pulse SP23 are supplied to the coil terminals O1 to O4 of the
この時点で、ロータ41は駆動パルス列SP20による駆動波形O1~О4に示した電圧によって、定常回転の開始位置である135度から360度回転されたことになる。以上のように比較例の回転駆動によれば、ステップモータ40に駆動パルス列SP20を供給することで回転駆動を可能にしている。
At this point, the
図9は、図5に示した駆動パルス列SP10による駆動波形と図8に示した比較例として示す駆動パルス列SP20による駆動波形とを比較して説明するための図である。 Figure 9 is a diagram for explaining the comparison between the drive waveform produced by the drive pulse train SP10 shown in Figure 5 and the drive waveform produced by the drive pulse train SP20 shown as a comparative example in Figure 8.
図9の下部に示す駆動パルス列SP20による駆動波形О1~О4は、図8に比較例として示したものであって、ロータ41が脱調することなく安定駆動できる理想的な時間間隔で、切替わる様にして示している。一方、図9の上部に示す駆動パルス列SP10による駆動波形О1~О4は、図5に第1の実施形態に係るステップモータ駆動装置20がステップモータ40に出力するものとして示したものである。また、駆動パルス列SP10による駆動波形О1~О4は、駆動パルス列SP20による駆動波形О1~О4の印加時間間隔を基準として、ロータ41が脱調することなく安定駆動できる理想的な時間間隔で、切替わる様にして示している。なお、図9の上部には、駆動パルス列SP10に対応したロータ41の位置91~95を示し、図8の下部には、駆動パルス列20に対応したロータ41の位置96~99を示している。
The drive waveforms O1 to O4 by the drive pulse train SP20 shown in the lower part of FIG. 9 are shown in FIG. 8 as a comparative example, and are shown to switch at ideal time intervals that allow the
時刻T0においては、まだパルスは印加されていないので、ロータ41は駆動パルス列SP10の場合、及び、駆動パルス列SP20の場合共に、定常回転の開始位置である始点から135度の位置91及び96となる。
At time T0, no pulses have been applied yet, so the
次に、T1区間では、駆動パルスSP11及び駆動パルスSP21では、同じ駆動波形に基づく電圧をステップモータ40に印加してロータ41を135度回転駆動させている。したがって、駆動パルス列SP11とSP21のパルスの印加時間は同じで、ロータ41は共に、位置92及び97となる。
Next, in the T1 interval, the drive pulse SP11 and the drive pulse SP21 apply voltages based on the same drive waveform to the
次に、T2区間では、駆動パルスSP12はコイルBのみに通電させてロータ41を45度回転駆動させ、駆動パルスSP22はコイルA、コイルBを同時に通電させてロータ41を、同じパルスの印加時間で90度回転駆動させる。2つのコイルを用いた時の駆動力は1つのコイルを用いた時の駆動力の2倍となるため、目標の移動角は、駆動パルスSP12と駆動パルスSP22で異なるが、駆動パルスSP12及び駆動パルスSP22の双方は、同じ印可時間T2で駆動を完了できる。
Next, in the T2 section, drive pulse SP12 energizes only coil B to drive
次に、T3区間では、駆動パルスSP13はコイルA、コイルBを同時に通電されて、ロータ41を135度回転駆動させるため、T1区間のSP11と同じパルス印加時間になり、ロータ41は位置94となる。更に、T4区間では、駆動パルスSP14はコイルBのみを通電させて45度回転駆動させるため、T2区間のSP12と同じ印加時間になる。T4区間の終了時点で駆動パルス列SP10により、ロータ41は始点から360度回転した位置95となる。
Next, in the T3 section, the drive pulse SP13 simultaneously energizes coils A and B to rotate the
一方、T3区間、T4区間及びT5区間では、駆動パルスSP23はコイルBのみに通電されて、ロータ41を135度回転駆動させる。なお、駆動パルスSP23は、1つのコイルを用いて大きな回転角度を得ようとしているため、パルスの印加時間が長くなっている。T5区間の終了時点において、駆動パルス列SP20によって、ロータ41は始点から360度回転した位置99となる。
On the other hand, in the T3 interval, T4 interval, and T5 interval, the drive pulse SP23 is energized only to the coil B, and drives the
この様に、駆動パルス列SP10と駆動パルス列SP20とを比較すると、駆動パルス列SP10を利用した場合、T5区間分だけ(約9%)、ロータ41が360度回転する時間が早くなる。駆動パルス列SP10では、一回転中で、コイルAとコイルBの両方を励磁させて駆動させる回転角度の合計は270度であり、コイルBのみを励磁させて駆動させる回転角度の合計は90度である。一方で、比較例として示した駆動パルス列SP20では、一回転中で、コイルAとコイルBの両方を励磁させて駆動させる回転角度の合計は225度であり、コイルBのみを励磁させて駆動させる回転角度の合計は135度である。よって、駆動パルス列SP10の方が2つのコイルを励磁させて駆動させる回転角度が45度だけ多い。コイルAとコイルBの両方を励磁させて得られる駆動力は、コイルA又はコイルBのいずれか一方を励磁させて得られる駆動力の2倍であるため、駆動パルス列SP10は従来駆動パルス列SP20と比較して図8のT5区間だけ次のパルスが早く送ることができ、従来よりも約9%早く高速駆動させることができる。
In this way, when comparing the drive pulse train SP10 and the drive pulse train SP20, when the drive pulse train SP10 is used, the time for the
なお、仮に、従来駆動パルス列SP20において、駆動パルスSP23をT4区間で打ち切り、T5区間で駆動パルスSP23を出力せずに、次の駆動パルスSP21を出力させると、ロータ41の回転動作がパルスの切り替えに追従できず、脱調を発生させるリスクが極めて高くなる。一方、駆動パルス列SP10においては、T5区間を設けずとも脱調を発生させることがないので、安定性を担保しながら高速駆動させることを可能にしている。
Furthermore, in the conventional drive pulse train SP20, if the drive pulse SP23 is aborted in the T4 interval and the next drive pulse SP21 is output without outputting the drive pulse SP23 in the T5 interval, the rotational operation of the
図10は、第1の駆動電圧によりロータ41を回転させる角度を変更したときの駆動パルス列SP10と駆動パルス列SP20との間の時間差を示す図である。図10(a)はロータ41を回転させる角度が115度である場合を示し、図10(b)はロータ41を回転させる角度が135度である場合を示し、図10(c)はロータ41を回転させる角度が150度である場合を示す。
FIG. 10 is a diagram showing the time difference between the drive pulse train SP10 and the drive pulse train SP20 when the angle at which the
図10(a)~(c)において、横軸は駆動パルス列SP10及び駆動パルス列SP20のT1区間の長さを基準単位とした駆動パルスの印加時間を示し、縦軸は回転角度を示す。図10(a)~(c)において、波形W11は駆動パルス列SP10によりロータ41を回転させたときの角度を示し、波形W12は駆動パルス列SP20によりロータ41を回転させたときの角度を示す。
In FIGS. 10(a) to (c), the horizontal axis indicates the application time of the drive pulse using the length of the T1 section of the drive pulse train SP10 and the drive pulse train SP20 as a reference unit, and the vertical axis indicates the rotation angle. In FIGS. 10A to 10C, waveform W11 indicates the angle when the
第1の駆動電圧によりロータ41を回転させる角度が115度であるとき、駆動パルス列SP10によりステップモータ40を360度回転する時間は、駆動パルス列SP10によりステップモータ40を360度回転する時間よりも1%程度速くなる。第1の駆動電圧によりロータ41を回転させる角度が113度以上であるとき、駆動パルス列SP10によりステップモータ40を360度回転する時間は、駆動パルス列SP10によりステップモータ40を360度回転する時間よりも速くなる。本発明では、第1の駆動電圧によりロータ41を回転させる角度の最小値は、113度にマージンを付加して115度とされる。
When the angle at which the
第1の駆動電圧によりロータ41を回転させる角度が135度であるとき、駆動パルス列SP10によりステップモータ40を360度回転する時間は、駆動パルス列SP10によりステップモータ40を360度回転する時間よりも9%程度速くなる。
When the angle at which the
第1の駆動電圧によりロータ41を回転させる角度が150度であるとき、駆動パルス列SP10によりステップモータ40を360度回転する時間は、駆動パルス列SP10によりステップモータ40を360度回転する時間よりも15%程度速くなる。第1の駆動電圧によりロータ41を回転させるとき、2つのコイルに電流がながされるため、第1の駆動電圧によりロータ41を回転させる角度を大きくするに従って、ステップモータ40を駆動するときに消費される消費電力が増加する。本発明では、ステップモータ40を駆動するときに消費される消費電力を抑制する観点から、第1の駆動電圧によりロータ41を回転させる角度の最大値は、150度とされる。
When the angle at which the
[第2の実施形態]
図11は、本発明の第2の実施形態に係るステップモータ駆動装置50の概略構成図である。ステップモータ駆動装置50は、前述した電子時計10に適用可能であり、ロータ41の回転を検出する機構を設けることで、駆動安定性の向上と、消費電力の削減、及び更なる高速駆動化を実現させた例である。
Second Embodiment
11 is a schematic diagram of a step motor drive device 50 according to a second embodiment of the present invention. The step motor drive device 50 can be applied to the
図11に示す様に、ステップモータ駆動装置50は、発振回路21と、制御回路52と、駆動パルス発生回路53と、検出パルス発生回路54、補正パルス発生回路55、パルス選択回路56、ドライバ回路60を含む。ステップモータ駆動装置50は例えば、マイクロコントローラを含む集積回路として実装されている。発振回路21及びステップモータ40は、図2に示したものと同じであるので、説明を省略する。
As shown in FIG. 11, the step motor drive device 50 includes an oscillation circuit 21, a control circuit 52, a drive pulse generation circuit 53, a detection pulse generation circuit 54, a correction pulse generation circuit 55, a pulse selection circuit 56, and a driver circuit. Including 60. The step motor drive device 50 is implemented, for example, as an integrated circuit including a microcontroller. The oscillation circuit 21 and the
制御回路52は、制御信号CN2、CN3、CN4を生成し、それぞれ駆動パルス発生回路53、検出パルス発生回路54、補正パルス発生回路55に入力する。駆動パルス発生回路53は、制御信号CN2に基づいてステップモータ40を駆動するための駆動パルス列SP30を生成し、パルス選択回路56に出力する。検出パルス発生回路54は、制御信号CN3に基づいて、ステップモータ40のロータ41が正常に回転したことを検出するための検出パルスCPを生成し、パルス選択回路56に出力する。補正パルス発生回路55は、制御信号CN4に基づいて、ステップモータ40の駆動を補助するための補正パルスFPを生成し、パルス選択回路56に出力する。なお、制御回路52は、メモリを含み、後述するパルス印加方向に対応した変数を記憶する。
The control circuit 52 generates control signals CN2, CN3, and CN4, and inputs them to the drive pulse generation circuit 53, detection pulse generation circuit 54, and correction pulse generation circuit 55, respectively. The drive pulse generation circuit 53 generates a drive pulse train SP30 for driving the
パルス選択回路56は、入力された駆動パルス列SP30、検出パルスCP、及び補正パルスFPを選択し、適切なタイミングでドライバ回路60へと出力する。ドライバ回路60は、パルス選択回路56から選択入力されたパルスに基づいて、駆動波形O1~O4を生成し、ステップモータ40に供給する。
The pulse selection circuit 56 selects the input drive pulse train SP30, detection pulse CP, and correction pulse FP, and outputs them to the
回転検出判定回路57は、ステップモータ40のコイルA、コイルBに検出パルスCPが供給されることにより検出される検出信号CSにより、ステップモータ40のロータ41の誘起電流を検出して回転の有無を判定し、判定結果CKを出力する。出力された判定結果CKは、パルス選択回路56に入力され、パルスの切り替え制御に使用される。
The rotation
図12は、ドライバ回路60の一例を示す回路図である。
Figure 12 is a circuit diagram showing an example of a
図12に示すドライバ回路60において、コイルA及びコイルBへ供給される駆動波形O1~O4を出力するための構成(PチャンネルMOSトランジスタであるトランジスタP1~4と、NチャンネルMOSトランジスタであるトランジスタN1~4とがコンプリメンタリ接続されている4つのバッファ回路)については、図4に示すドライバ回路30と同じである。
The
ドライバ回路60は、さらに、PチャンネルMOSトランジスタであるトランジスタTP1及びTP2と、PチャンネルMOSトランジスタであるトランジスタTP3及びTP4とを有する点が、ドライバ回路30と異なっている。トランジスタTP1及びTP2は、検出抵抗を介して、それぞれコイルAのコイル端子O1、O2に接続され、トランジスタTP3及びTP4は、検出抵抗を介して、それぞれコイルBのコイル端子O3、O4に接続されている。
ステップモータの回転検出自体は周知の技術ではあるが、後述の説明をわかりやすくするために、検出パルスCP及び回転検出判定回路57によるステップモータ40の回転検出について以下に説明する。
Although the detection of the rotation of the step motor itself is a well-known technique, in order to make the following explanation easier to understand, the detection of the rotation of the
図3に示した様に、ステップモータ40のステータ42には狭窄部46及びスリット47が設けられている。ロータ41が回転している間、及び、ロータ41が慣性により自由回転している間では、電磁誘導によりステータに発生する磁気は、磁気抵抗の大きい狭窄部46及びスリット47を通過しにくくなるため、その大部分がコイルA又はコイルBを通過する経路をとる。よって、ロータ41の回転により誘起される誘起電流を、コイルA、Bを用いて検出することができる。
As shown in FIG. 3, the
図12に示すドライバ回路60において、所定のタイミングで検出パルスCPをトランジスタTP1~TP4のゲートに印加して、各トランジスタをONとすることで、コイル端子O1~O4に発生する誘起電流の大きさを、電圧信号である検出信号CSとして取り出すことができる。検出判定回路57は、検出信号CSに基づいて、ロータ41の回転及び非回転の判定を行い、判定結果CKを出力する。
In the
なお、コイルAまたはコイルBに流れる誘起電流を検出する際は、コイルに駆動電流を流すことはできない。すなわち、コイルAとコイルBの両方に駆動電流が流れる駆動パルスを出力している際は回転検出をすることができない。したがって、コイルA又はコイルBのいずれか一方に駆動電流が流れている際に、駆動電流が流れていない側のコイルを回転検出に用いる。 Note that when detecting the induced current flowing in the coil A or the coil B, a driving current cannot be caused to flow in the coil. In other words, rotation cannot be detected when a drive pulse in which drive current flows through both coil A and coil B is output. Therefore, when a drive current is flowing through either the coil A or the coil B, the coil on the side where the drive current is not flowing is used for rotation detection.
図13は、ステップモータ40のロータ41の回転と非回転を説明するための図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining rotation and non-rotation of the
図13(a)は、ロータ41が非回転、すなわち、駆動波形がコイルに印加されたにもかかわらず、ロータ41が所望の角度まで回転せず、回転に失敗した場合を示している。すなわち、駆動波形がコイルに印加されることによって、ロータ41が反時計回りにいったん回転するが、駆動力が不足しているためロータ41が保持トルクにより時計回りに逆回転して静的安定点である0度に戻された状態である。この場合、最終的にロータ41はなんら回転しなかったこととなるので、これを非回転と称する。図13(a)において、駆動波形がコイルに印加されている期間におけるロータ41の回転は破線で示している。
Figure 13(a) shows a case where the
図13(b)は、ロータ41が回転、すなわち、駆動波形がコイルに印加されて、ロータ41が所望の角度まで回転し、回転に成功した場合を示している。すなわち、駆動波形がコイルに印加されることによって、ロータ41が反時計回りにある一定角度以上回転し、駆動波形の印加停止後も、さらに保持トルクにより反時計回りに回転し、回転目標位置である180度まで回転した状態である。この場合は、最終的にロータ41は目標回転位置まで回転したこととなるので、これを回転と称する。
FIG. 13(b) shows a case where the
このように、ロータ41が回転の場合と非回転の場合とでは、駆動パルス出力後のロータ41の挙動が異なり、そのため、コイルA、コイルBに発生する誘起電流の波形も異なる。回転検出判定回路57は、この波形の違いを検出信号CSとして取り出し、ロータの回転/非回転を判定している。
In this way, the behavior of the
図14(a)は駆動波形O1~O4の一例を示し、図14(b)は駆動パルス列SP30及び検出パルスCPによる各トランジスタの動作を示す表である。 FIG. 14(a) shows an example of drive waveforms O1 to O4, and FIG. 14(b) is a table showing the operation of each transistor according to the drive pulse train SP30 and the detection pulse CP.
図14(a)は、ドライバ回路60からコイル端子O1~コイル端子O4に出力される駆動波形O1~O4、及び、駆動波形O1~O4を生成するための駆動パルス列SP30を示している。図14(a)の駆動波形O1~O4及び駆動パルス列SP30は、図5(a)の駆動波形O1~O4及び駆動パルス列10と同じである。
Figure 14(a) shows the drive waveforms O1 to O4 output from the
以下では、駆動パルス列SP30を、第1の固定駆動パルスSP31、第2の可変駆動パルスSP32、反転第1の固定駆動パルスSP33、及び、反転第2の可変駆動パルスSP34の4つに分けて取り扱う。後述するように、第2の可変駆動パルスSP32と反転第2の可変駆動パルスSP34の長さ(期間)は、条件によって変更される。これに対し、第1の固定駆動パルスSP31と反転第1の固定駆動パルスSP33の長さは、固定であり、あらかじめ定められている。 In the following, the drive pulse train SP30 is divided into four parts: a first fixed drive pulse SP31, a second variable drive pulse SP32, an inverted first fixed drive pulse SP33, and an inverted second variable drive pulse SP34. As described below, the lengths (periods) of the second variable drive pulse SP32 and the inverted second variable drive pulse SP34 change depending on the conditions. In contrast, the lengths of the first fixed drive pulse SP31 and the inverted first fixed drive pulse SP33 are fixed and predetermined.
図14(b)は、駆動波形O1~O4を生成するためのドライバ回路60の8つのトランジスタのON/OFF状態、及び、トランジスタTP1~TP4のON/OFF状態を示した表である。なお、駆動波形O1~O4を生成するためのドライバ回路60の8つのトランジスタP1~P4、及びN1~N4のON/OFF状態は、図5(b)と同様であるので、その説明を省略する。
FIG. 14(b) is a table showing the ON/OFF states of eight transistors of the
以下、図14(b)のトランジスタTP1~TP4のON/OFF状態を示した表を用いて、回転検出について説明する。 Rotation detection will be described below using a table showing the ON/OFF states of the transistors TP1 to TP4 in FIG. 14(b).
第1の固定駆動パルスSP31が出力される期間では回転検出は行わない。したがって、検出パルスCPによりトランジスタTP1~TP4は全てOFF状態とされる。 No rotation detection is performed during the period in which the first fixed drive pulse SP31 is output. Therefore, all transistors TP1 to TP4 are turned off by the detection pulse CP.
次に、第2の可変駆動パルスSP32が出力される期間では、コイルBのみが励磁されているので、コイルAを回転検出に用いる。したがって、検出パルスCPによりトランジスタTP1のみON状態とし、トランジスタTP2~TP4は全てOFF状態とされる。 Next, during the period in which the second variable drive pulse SP32 is output, only the coil B is excited, so the coil A is used for rotation detection. Therefore, only the transistor TP1 is turned on by the detection pulse CP, and all the transistors TP2 to TP4 are turned off.
次に、反転第1の固定駆動パルスSP33が出力される期間では回転検出は行わない。したがって、検出パルスCPによりトランジスタTP1~TP4は全てOFF状態とされる。 Next, rotation detection is not performed during the period when the inverted first fixed drive pulse SP33 is output. Therefore, the detection pulse CP turns off all of the transistors TP1 to TP4.
最後に、反転第2の可変駆動パルスSP34が出力される期間では、コイルBのみが励磁されているので、コイルAを回転検出に用いる。したがって、検出パルスCPによりトランジスタTP1のみON状態とし、トランジスタTP2~TP4は全てOFF状態とされる。 Finally, during the period in which the inverted second variable drive pulse SP34 is output, only the coil B is excited, so the coil A is used for rotation detection. Therefore, only the transistor TP1 is turned on by the detection pulse CP, and all the transistors TP2 to TP4 are turned off.
図15は、駆動パルス発生回路53から出力されるパルス波形の一例を示す図である。 Figure 15 shows an example of a pulse waveform output from the drive pulse generating circuit 53.
図15(a)~図15(c)に示したパルス波形は、ロータ41が回転と判定された時に、ドライバ回路60に出力される駆動パルス列、すなわち、第1の固定駆動パルスSP31と第2の可変駆動パルスSP32、または、反転第1の固定駆動パルスSP33と反転第2の可変駆動パルスSP34の例を示している。(以下、「第1の固定駆動パルスSP31または反転第1の固定駆動パルスSP33」を「第1の固定駆動パルスSP31/SP33」と略し、「第2の可変駆動パルスSP32または反転第2の可変駆動パルスSP34」を「第2の可変駆動パルスSP32/SP34」と略す。)図15(a)~図15(c)に示したものの他、どのような駆動パルス波形が選択されるかは、回転検出の結果に依存して変化する。図15(d)は、ロータ41が非回転と判定されたときに、ドライバ回路60に出力される補正パルスFPを示している。また、図15(e)は、回転検出を行うための検出パルスCPを、ドライバ回路60に出力するタイミングを示している。
The pulse waveforms shown in Figures 15(a) to 15(c) show examples of the drive pulse train output to the
本実施形態では、第1の固定駆動パルスSP31/SP33は、5msの間出力されるようになっている。また、第2の可変駆動パルスSP32/SP34は、第1の固定駆動パルスSP31/SP33の出力後に出力され、長さを1ms刻みで1ms~5msの5つより選択可能になっている。可変駆動パルスSP32/SP34は、回転検出の結果に基づき、どの長さが選択されるかが決定される。より詳しくはこの後説明するが、基本的な考え方は、回転と判断されるまで可変駆動パルスSP32/SP34を出力し続けるというものである。 In this embodiment, the first fixed drive pulses SP31/SP33 are output for 5 ms. The second variable drive pulses SP32/SP34 are output after the first fixed drive pulses SP31/SP33 are output, and the length can be selected from five lengths in 1 ms increments, from 1 ms to 5 ms. The length of the variable drive pulses SP32/SP34 is determined based on the results of rotation detection. This will be explained in more detail later, but the basic idea is to continue outputting the variable drive pulses SP32/SP34 until rotation is determined.
最長の長さ(5ms)の可変駆動パルスSP32/SP34を出力しても回転との判断が得られない場合、図15(d)に示す補正パルスFPを出力し、ロータ41の回転を補助する。なお、補正パルスFPは、ロータ41が非回転と判断された場合に、ロータ41の脱調を防ぐために出力されるものであり、より強い駆動力を持つようにその波形が設定される。ここでは、5msのパルスとなっている。
If rotation is not determined even after outputting the variable drive pulses SP32/SP34 with the longest length (5 ms), the correction pulse FP shown in FIG. 15(d) is output to assist the rotation of the
検出パルスCPは、可変駆動パルスSP32/SP34の出力開始後、0.25ms経過後から4.75ms経過するまで0.5ms毎に出力される、16μs幅のパルスとしている。 The detection pulse CP is a 16 μs wide pulse that is output every 0.5 ms from 0.25 ms until 4.75 ms after the start of output of the variable drive pulses SP32/SP34.
以上の説明での第1の固定駆動パルスSP31/SP33、第2の可変駆動パルスSP32/SP34、補正パルスFPの長さや形状、検出パルスCPの出力タイミングなどは一例であり、ステップモータ40の形状や大きさ、駆動させる対象物の負荷など種々の構成に応じて変更されてよい。
The lengths and shapes of the first fixed drive pulses SP31/SP33, the second variable drive pulses SP32/SP34, the correction pulses FP, the output timing of the detection pulses CP, etc. in the above description are merely examples, and the shape of the
図16は、補正パルスFPを説明するための図である。図16(a)は、駆動パルス列SP30において第2の可変駆動パルスSP32の後に補正パルスFPが出力される場合に、ステップモータ40に印加される駆動波形О1~О4の一例を示している。
Figure 16 is a diagram for explaining the correction pulse FP. Figure 16 (a) shows an example of the drive waveforms O1 to O4 applied to the
図16(a)において、補正パルスFPの前後に出力される駆動パルス列SP30によって生成される駆動波形О1~О4については、図14において説明したものと同様であるので、その説明を省略する。補正パルスFPによる駆動波形O1、O4は電圧が―V(v)であり、駆動波形O3、O2は電圧が0(v)である。これにより、ステップモータ40のコイルA、コイルBの両方に駆動電流が流れて両方のコイルA、コイルBが励磁される。
In FIG. 16(a), the drive waveforms O1 to O4 generated by the drive pulse train SP30 output before and after the correction pulse FP are the same as those described in FIG. 14, so their description will be omitted. The drive waveforms O1 and O4 generated by the correction pulse FP have a voltage of -V (v), and the drive waveforms O3 and O2 have a voltage of 0 (v). As a result, a drive current flows through both coils A and B of the
図16(b)は、補正パルスFPによるドライバ回路60の8つのトランジスタP1~P4及びN1~N4のON/OFF状態を示した表である。ドライバ回路60において、トランジスタN1とトランジスタP2がON、トランジスタP1とトランジスタN2がOFFし、駆動電流がコイル端子O2からコイル端子O1に流れ、コイルAが励磁される。同様に、トランジスタP3とトランジスタN4がON、トランジスタN3とトランジスタP4がOFFし、駆動電流がコイル端子O4からコイル端子O3に流れ、コイルBが励磁される。
Figure 16 (b) is a table showing the ON/OFF states of the eight transistors P1 to P4 and N1 to N4 of the
図17(a)~(f)は、図16に示す補正パルスFPによるステップモータ40の動作を説明するための図である。
Figures 17(a) to (f) are diagrams for explaining the operation of the
図17(a)は、ステップモータ40の最初の状態を示しており、ロータ41のN極の開始位置は、図3に示す0度の位置から反時計周りに135度の位置にあるものとする。なお、各パルスでの駆動による移動量は一例を示しており、通常はステータ22の設計により任意に調節が可能である。
Figure 17 (a) shows the initial state of the
図17(b)は、第1の固定駆動パルスSP31による駆動波形О1~О4に示した電圧がステップモータ40に供給された状態を示している。この場合、第1磁極部22aがN極に磁化され、第2磁極部22bがS極に磁化され、第3磁極部22cは磁化が打ち消しあって磁化されない。その結果、ロータ41のN極と、第2磁極部22bのS極が引き合い、またロータ41のS極と第1磁極部22aのN極が引き合い、ロータ41は反時計周りに回転し、定常回転の開始位置(図3に示す0度の位置から反時計周りに135度の位置)から270度の位置まで、約135度回転する。
Figure 17 (b) shows the state in which the voltages shown in the drive waveforms O1 to O4 by the first fixed drive pulse SP31 are supplied to the
次に、図17(c)は、第2の可変駆動パルスSP32による駆動波形О1~О4に示した電圧がステップモータ40に供給された状態を示している。この場合、第2磁極部22bがS極、第3磁極部22cがN極に磁化され、コイルAは励磁されないので第1磁極部22aは第3磁極部22cと同じN極となる。通常はロータ41のS極と、第1の磁極部22a及び第3の磁極部22cのN極が引き合い、ロータ41のN極は停止することなく更に反時計周りに270度の位置から、315度の位置まで約45度回転駆動しようとする。しかしながら、駆動させる対象物の負荷の大きさや、電源電圧や、外乱などの影響によって、315度の位置まで達することができなかった場合、図17(c)で示すように所望の位置までロータ41が回転せず、回転検出判定回路57により非回転と判定される。
Next, FIG. 17(c) shows a state in which voltages shown in drive waveforms O1 to O4 by the second variable drive pulse SP32 are supplied to the
次に、図17(d)は、ロータ41の非回転判定を受けて補助パルスFPによる駆動波形О1~О4に示した電圧がステップモータ40に供給された状態を示している。この場合、コイルAには駆動電流(図示せず)がコイル端子O2からO1に流れ、矢印の方向に励磁される。同様に、コイルBには駆動電流(図示せず)がコイルO3からO4に流れ、矢印の方向に励磁される。これにより、第1磁極部22aと第2磁極部22bがS極に磁化され、第3磁極部22cがN極に磁化される。その結果、ロータ41のS極と、第3磁極部22cのN極が引き合い、ロータ41のN極を強制的に0度の位置まで回転させる。
Next, FIG. 17(d) shows a state in which voltages shown in drive waveforms O1 to O4 by the auxiliary pulse FP are supplied to the
次に、図17(e)は、反転第1の固定駆動パルスSP33による駆動波形О1~О4に示した電圧がステップモータ40に供給された状態を示している。この場合、第1磁極部22aがS極に磁化され、第2磁極部22bがN極に磁化され、第3磁極部22cは磁化が打ち消しあって磁化されない。その結果、ロータ41のN極と、第1磁極部22aのS極が引き合い、またロータ41のS極と第2磁極部22bのN極が引き合い、ロータ41のN極は反時計周りに回転し、0度の位置から90度の位置まで約90度回転する。
Next, FIG. 17(e) shows the state in which the voltages shown in the drive waveforms O1 to O4 by the inverted first fixed drive pulse SP33 are supplied to the
次に、図17(f)は、反転第2の可変駆動パルスSP34による駆動波形О1~О4に示した電圧がステップモータ40に供給された状態を示している。この場合、第2磁極部22bがN極、第3磁極部22cがS極に磁化され、コイルAは励磁されないので第1磁極部22aは第3磁極部22cと同じS極となる。その結果、ロータ41のN極と、第1の磁極部22a及び第3の磁極部22cのS極が引き合い、ロータ41のN極は停止することなく更に反時計周りに回転し、90度の位置から定常回転の開始位置である135度の位置まで約45度回転する。
Next, FIG. 17(f) shows a state in which voltages shown in drive waveforms O1 to O4 by the inverted second variable drive pulse SP34 are supplied to the
以上のように、回転検出の結果が非回転と判定された際は、回転を補助する補助パルスFPが出力され、ステップモータ40のロータ41の回転を補助し、脱調を防止する。なお、図示はしないが、反転第2の駆動パルスSP34の出力後に補助パルスFPを出力する場合は、図16(a)に示した補助パルスFPに対応した駆動波形において駆動波形O1とO2を入れ替え、且つ、駆動波形O3とO4を入れ替えたものをステップモータ40へ出力する。
As described above, when the rotation detection result is determined to be non-rotation, an auxiliary pulse FP that assists rotation is output, assisting the rotation of the
図18は、第2の実施形態に係るステップモータ駆動装置50の動作フロー図である。以下、このフロー図に従って、図11に示すステップモータ駆動装置50の動作を説明する。 FIG. 18 is an operation flow diagram of the step motor drive device 50 according to the second embodiment. Hereinafter, the operation of the step motor drive device 50 shown in FIG. 11 will be explained according to this flowchart.
最初に、ステップモータ駆動装置50は、駆動パルス発生回路53より発生される第1の固定駆動パルスSP31/SP33をパルス選択回56により選択し、ドライバ回路60に出力する(ST1)。第1の固定駆動パルスSP31と反転第2の固定パルスSP33のどちらが出力されるかは、制御回路52が有するステアリング記憶手段(不図示)に記憶されたパルス印加方向を示す変数に基づき決定される。 First, the step motor drive device 50 selects the first fixed drive pulse SP31/SP33 generated by the drive pulse generation circuit 53 using the pulse selection circuit 56 and outputs it to the driver circuit 60 (ST1). Which of the first fixed drive pulse SP31 and the inverted second fixed pulse SP33 is output is determined based on a variable indicating the pulse application direction stored in a steering storage means (not shown) included in the control circuit 52. .
次に、ステップモータ駆動装置50は、駆動パルス発生回路53より発生される第2の可変駆動パルスSP32/SP34をパルス選択回56により選択し、ドライバ回路60に出力する(ST2)。第1の可変駆動パルスSP32と反転第2の可変駆動パルスSP34のどちらが出力されるかは、制御回路52が有するステアリング記憶手段(不図示)に記憶されたパルス印加方向を示す変数に基づき決定される。 Next, the step motor drive device 50 selects the second variable drive pulse SP32/SP34 generated by the drive pulse generation circuit 53 using the pulse selection circuit 56 and outputs it to the driver circuit 60 (ST2). Which of the first variable drive pulse SP32 and the inverted second variable drive pulse SP34 is output is determined based on a variable indicating the pulse application direction stored in a steering storage means (not shown) included in the control circuit 52. Ru.
次に、ステップモータ駆動装置50は、第2の可変駆動パルスSP32/SP34の出力後から0.25ms経過後より5ms毎に、検出パルス発生回路54から出力される検出パルスCPをパルス選択回路56により選択してドライバ回路60に出力し、回転検出を開始する(ST3)。この結果得られる検出信号CSに基づいて、回転検出判定回路57は、判定結果CKを出力する。
Next, the step motor drive device 50 transfers the detection pulse CP output from the detection pulse generation circuit 54 to the pulse selection circuit 56 every 5 ms after 0.25 ms has elapsed since the output of the second variable drive pulse SP32/SP34. is selected and output to the
図19は、回転検出判定回路57による回転/非回転の判定について説明するための図である。図19(c)は、コイル端子O1~O4に印加される駆動波形О1~О4の一例を示す図であり、図19(a)はコイルAに発生する誘起電流の波形を示す図であり、図19(b)はコイルBに発生する誘起電流の波形を示す図である。
Figure 19 is a diagram for explaining the determination of rotation/non-rotation by the rotation
時刻0msより、反転第2の可変駆動パルスSP34に対応した駆動波形О1~О4により、コイルBのコイル端子O3とO4間に電流が流れコイルBが励磁される。これにより、ロータ41が回転を始め、コイルA及びBには、正の向きの誘導電流が発生する。検出パルスCPに対応した電圧は、反転第2の可変駆動パルスSP34が印加されたコイルとは異なるコイルである、コイルAに印加される。具体的には、コイル端子O1に開始後0.25ms後から0.5ms毎に印加され、これにより各検出パルスCPに応じた検出信号CSが得られる。
From
図19(a)に示すコイルAに生じる誘導電流の波形より明らかなように、ロータ41の回転当初は、コイルAに生じる誘導電流は正の符号をもつあまり大きくない値となる。条件にもよるが、ここで示した例では、回転開始からおおよそ2.5ms経過した時点で誘導電流の符号が反転し(負の符号となり)、ある一定以上の値を示す波形の山が生じる。なお、ロータ41が非回転の場合には、誘導電流が負の符号を持つことはない。この負の値を持つ波形の山は、ロータ41がポテンシャルの山を乗り越え、目標となる静的安定点に向かって回転していることを示している。図19(a)においてハッチングで示した負の符号を持つ波形の山を検出することにより、回転の検出ができる。
As is clear from the waveform of the induced current generated in the coil A shown in FIG. 19(a), at the beginning of rotation of the
コイル端子O1から検出される検出信号CSは、負の所定の閾値thと比較される。図19(c)に示すように、この例では回転開始から2.75ms経過後の検出パルスCP2.75までは、閾値thを下回ることがなく、回転開始から3.25ms経過後の検出パルスCP3.25で、始めて閾値thを下回っている。 The detection signal CS detected from the coil terminal O1 is compared with a predetermined negative threshold th. As shown in FIG. 19(c), in this example, the detection pulse CP2.75 after 2.75 ms from the start of rotation does not fall below the threshold th, and the detection pulse CP3 after 3.25 ms from the start of rotation At .25, it falls below the threshold th for the first time.
回転検出判定回路57では、連続して2回、閾値thを下回っている検出信号CSが得られることにより、回転と判断している。したがって、回転開始から3.75ms経過後の検出パルスCP3.75による検出信号CSが検出された時点で、回転検出判定回路57は回転と判定し、判定結果CKを出力する。また、回転開始から4.75ms経過しても連続する2回の検出信号CSが得られなかった場合は、非回転と判定し、判定結果CKを出力する。
The rotation
連続して2回、閾値thを下回っている検出信号CSが得られるタイミングは、駆動対象の負荷の大きさや、電源電圧など種々の条件により異なる。また、判定の条件は2回の連続する信号には限定されず、1回でも良いし、連続して3回以上でも良いし、所定期間内で得られた信号の数を加算して所定回数以上とするなどとしても良い。 The timing at which a detection signal CS that falls below the threshold value th twice in a row is obtained varies depending on various conditions, such as the size of the load to be driven and the power supply voltage. In addition, the conditions for judgment are not limited to two consecutive signals, but may be one, three or more consecutive signals, or the number of signals obtained within a specified period may be added up to a specified number or more.
図18に戻り、回転検出開始後、回転判定が得られたタイミングを監視する。まず、回転開始より0.75ms経過までに検出信号CSが連続して2回得られたかを判定する(ST41)。検出信号CSが2回得られた場合(ST41:Y)、回転検出を終了し(ST51)検出パルスCPの出力を停止し、第2の可変駆動パルスSP32/SP34の幅を1msに設定する(ST61)。これにより、第2の可変駆動パルスSP32/SP34の出力は1msで終了する。 Returning to FIG. 18, after the start of rotation detection, the timing at which rotation determination is obtained is monitored. First, it is determined whether the detection signal CS has been obtained twice in succession within 0.75 ms from the start of rotation (ST41). When the detection signal CS is obtained twice (ST41: Y), the rotation detection is finished (ST51), the output of the detection pulse CP is stopped, and the width of the second variable drive pulse SP32/SP34 is set to 1 ms ( ST61). As a result, the output of the second variable drive pulses SP32/SP34 ends in 1 ms.
回転開始より0.75ms経過までに検出信号CSが連続して2回得らなかった場合(ST41:N)、次は1.75ms経過までに検出信号CSが連続して2回得られたかを判定する(ST42)。得られた場合(ST42:Y)、回転検出を終了し(ST52)、第2の可変駆動パルスSP32/SP34の幅を2msに設定し(ST62)、第2の可変駆動パルスSP32/SP34の出力を2msで終了する。 If the detection signal CS is not obtained twice in succession within 0.75 ms from the start of rotation (ST41: N), then it is determined whether the detection signal CS is obtained twice in succession within 1.75 ms (ST42). If it is obtained (ST42: Y), the rotation detection is terminated (ST52), the width of the second variable drive pulse SP32/SP34 is set to 2 ms (ST62), and the output of the second variable drive pulse SP32/SP34 is terminated at 2 ms.
回転開始より1.75ms経過までに検出信号CSが連続して2回得らなかった場合(ST42:N)、次は2.75ms経過までに検出信号CSが連続して2回得られたかを判定する(ST43)。得られた場合(ST43:Y)、回転検出を終了し(ST53)、第2の可変駆動パルスSP32/SP34の幅を3msに設定し(ST63)、第2の可変駆動パルスSP32/SP34の出力を3msで終了する。 If the detection signal CS is not obtained twice in succession within 1.75 ms from the start of rotation (ST42: N), then it is determined whether the detection signal CS is obtained twice in succession within 2.75 ms (ST43). If it is obtained (ST43: Y), the rotation detection is terminated (ST53), the width of the second variable drive pulse SP32/SP34 is set to 3 ms (ST63), and the output of the second variable drive pulse SP32/SP34 is terminated after 3 ms.
回転開始より2.75ms経過までに検出信号CSが連続して2回得らなかった場合(ST43:N)、次は3.75ms経過までに検出信号CSが連続して2回得られたかを判定する(ST44)。得られた場合(ST44:Y)、回転検出を終了し(ST54)、第2の可変駆動パルスSP32/SP34の幅を4msに設定し(ST64)、第2の可変駆動パルスSP32/SP34の出力を4msで終了する。 If the detection signal CS is not obtained twice in succession within 2.75 ms from the start of rotation (ST43: N), then it is determined whether the detection signal CS is obtained twice in succession within 3.75 ms (ST44). If it is obtained (ST44: Y), the rotation detection is terminated (ST54), the width of the second variable drive pulse SP32/SP34 is set to 4 ms (ST64), and the output of the second variable drive pulse SP32/SP34 is terminated at 4 ms.
回転開始より3.75ms経過までに検出信号CSが連続して2回得らなかった場合(ST44:N)、次は4.75ms経過までに検出信号CSが連続して2回得られたかを判定する(ST45)。得られた場合(ST45:Y)、回転検出を終了し(ST55)、第2の可変駆動パルスSP32/SP34の幅を5msに設定し(ST65)、第2の可変駆動パルスSP32/SP34の出力を5msで終了する。 If the detection signal CS is not obtained twice in a row within 3.75ms from the start of rotation (ST44: N), next check whether the detection signal CS is obtained twice in a row within 4.75ms. Determine (ST45). If obtained (ST45: Y), end the rotation detection (ST55), set the width of the second variable drive pulse SP32/SP34 to 5 ms (ST65), and output the second variable drive pulse SP32/SP34. ends in 5ms.
回転開始より4.75ms経過までに検出信号CSが連続して2回得らなかった場合(ST45:N)は、非回転と判定されたことになるため、回転検出を終了し(ST56)、第2の可変駆動パルスSP32/SP34の出力を5msで終了した後に(ST66)、補正パルス発生回路55より出力される補正パルスFPをパルス選択回路47により選択し、補正パルスFPに応じた駆動波形をドライバ回路60に出力する(ST7)。
If the detection signal CS is not obtained twice in succession within 4.75 ms from the start of rotation (ST45: N), it is determined that there is no rotation, so rotation detection is terminated (ST56), and after the output of the second variable drive pulse SP32/SP34 is terminated after 5 ms (ST66), the correction pulse FP output by the correction pulse generation circuit 55 is selected by the
次に、第2の可変パルスSP32/SP34、又は、補助パルスFPの出力後、ステップモータ駆動装置50より停止信号が出ていれば、動作を終了する(ST8:Y)。停止信号が出ていない場合はST1に戻り、制御回路52が記憶するパルス印加方向を記憶する変数を反転させてから駆動を継続する(ST8:N)。 Next, after outputting the second variable pulse SP32/SP34 or the auxiliary pulse FP, if a stop signal is output from the step motor drive device 50, the operation is ended (ST8: Y). If the stop signal has not been issued, the process returns to ST1, inverts the variable that stores the pulse application direction stored in the control circuit 52, and then continues driving (ST8: N).
このように、第2の実施形態によれば、180度の駆動ごとに、ロータ41の回転/非回転の検出ができ、非回転の場合に補正パルスFPを出力することで、ロータ41を確実に回転させることができる。また、出力される駆動パルス列の長さは、ロータ41の回転に必要な分のみで済むため、消費電力が削減されるとともに、無駄な通電時間が排除されて高速駆動が可能である。
As described above, according to the second embodiment, it is possible to detect rotation/non-rotation of the
電子時計10における輪列の機械的な切り替えによって、ステップモータ40の駆動対象が指針の場合と、回転錘の場合と切り替わるが、それぞれの慣性量に応じた適切なパルス幅を選択出力させることができる。また、指針や回転錘が慣性量の大きいもの、又は小さいものに変更された場合でも同様に、変更後の慣性量に応じた適切なパルス幅を選択させることができる。すなわち、ステップモータ40の駆動対象の慣性量によらず、共通のモータ駆動装置を使って常に適切なパルス幅を選択して出力することができる。
By mechanically switching the wheel train in the
[第2の実施形態の変形例]
図20は、第2の実施形態における変形例を説明するための図である。
[Modified example of second embodiment]
FIG. 20 is a diagram for explaining a modification of the second embodiment.
第2の実施形態では、第1の固定駆動パルスSP31/SP33のパルス幅は5msに固定されていたが、第2の可変駆動パルスSP32/SP34の出力期間に行う回転検出の結果に応じて可変するようにしても良い。図20(a)は5msのパルス幅の場合を示しており、図20(b)は4msのパルス幅の場合を示しており、図20(c)は3msのパルス幅の場合を示している。 In the second embodiment, the pulse width of the first fixed drive pulses SP31/SP33 was fixed at 5 ms, but it can be changed according to the result of rotation detection performed during the output period of the second variable drive pulses SP32/SP34. You may also do this. Figure 20(a) shows the case of a pulse width of 5ms, Figure 20(b) shows the case of a pulse width of 4ms, and Figure 20(c) shows the case of a pulse width of 3ms. .
ステップモータ40の定常駆動が始まった直後は、ロータ41の回転速度が十分に上がっておらず、回転検出に時間がかかるか、又は、回転が検出できないため、図18のフローチャートにおけるST64、ST65、ST66のような4ms以上の第2の可変駆動パルスSP32/34を出力する。このような場合、第1の固定駆動パルスSP31/33も図20(1)のような5msの長いパルス幅とする。
Immediately after the steady-state drive of the
ステップモータ40は徐々にロータ41の回転速度を上げていき、回転検出の結果、図18のフローチャートにおけるST62、ST63のような2ms以上の第2の可変駆動パルスSP32/34が出力されるようになる。このような場合、第1の固定駆動パルスSP31/SP33も、図20(2)のような4msのパルス幅とする。
The
最後に、ステップモータ40のロータ41の回転速度が最大値まで達したとき、図18のフローチャートにおけるST61のような1msの第2の可変駆動パルスSP32/SP34が出力される状態になる。このような場合、第1の固定駆動パルスSP31/33も(3)のような3msの短いパルス幅とする。
Finally, when the rotation speed of the
以上のように、第1の固定駆動パルスSP31/SP33のパルス幅を可変することによって、動作開始直後のロータ41の回転速度が小さいときは、より確実に駆動させることができ、ロータ41の回転速度が上がるにしたがって、更に回転速度を上げることが可能である。なお、用意する第1の固定駆動パルスSP31/SP33のパルス幅は3種類に限定されず、3種類より少なくともよく、また3種類より多くてもよい。また、第1の固定駆動パルスSP31/SP33のパルス幅を選択するための条件は任意である。
As described above, by varying the pulse width of the first fixed drive pulses SP31/SP33, when the rotation speed of the
[第3の実施形態]
図21は、本発明の第3の実施形態に係るステップモータ駆動装置70の概略構成図である。ステップモータ駆動装置70は、前述した電子時計10に適用可能であり、ロータ41の動き出しを補助するパルスを出力可能な機構と、ロータ41の動作停止を補助するパルスを出力可能な機構を設けることで、駆動信頼性を向上させた例である。
[Third embodiment]
21 is a schematic diagram of a step motor drive device 70 according to a third embodiment of the present invention. The step motor drive device 70 can be applied to the
図21に示す様に、ステップモータ駆動装置70は、発振回路21と、制御回路52と、駆動パルス発生回路53と、検出パルス発生回路54、補正パルス発生回路55、パルス選択回路56、回転検出判定回路57、ドライバ回路60に加え、初動パルス発生回路58、終端パルス発生回路59を含む。ステップモータ駆動装置70は例えば、マイクロコントローラを含む集積回路として実装されている。発振回路21及びステップモータ40は、図2に示したものと同じであるので、説明を省略する。
As shown in FIG. 21, the step motor drive device 70 includes an oscillation circuit 21, a control circuit 52, a drive pulse generation circuit 53, a detection pulse generation circuit 54, a correction pulse generation circuit 55, a pulse selection circuit 56, and a rotation detection circuit 52. In addition to the
制御回路52は、制御信号CN2、CN3、CN4、CN5、CN6を生成し、それぞれ駆動パルス発生回路53、検出パルス発生回路54、補正パルス発生回路55、初動パルス発生回路58、終端パルス発生回路59に入力する。駆動パルス発生回路53は、制御信号CN2に基づいてステップモータ40を駆動するための駆動パルス列SP30を生成し、パルス選択回路56に出力する。検出パルス発生回路54は、制御信号CN3に基づいてステップモータ40のロータ41が正常に回転したことを検出するための検出パルスCPを生成し、パルス選択回路56に出力する。補正パルス発生回路55は、制御信号CN4に基づいてステップモータ40の駆動を補助するための補正パルスFPを生成し、パルス選択回路56に出力する。初動パルス発生回路58は、制御信号CN5に基づいてステップモータ40のロータ41を定常回転の開始位置に位相を合わせ、動き出しを補助するための初動パルスIPを生成し、パルス選択回路56に出力する。終端パルス発生回路59は、制御信号CN6に基づいてステップモータ40のロータ41を静的安定点である0度位置、又は180度の位置に停止させるための終端パルスEPを生成し、パルス選択回路56に出力する。なお、制御回路52は、メモリを含み、後述するパルス印加方向に対応した変数を記憶する。
The control circuit 52 generates control signals CN2, CN3, CN4, CN5, and CN6, and includes a drive pulse generation circuit 53, a detection pulse generation circuit 54, a correction pulse generation circuit 55, an initial pulse generation circuit 58, and a termination pulse generation circuit 59, respectively. Enter. The drive pulse generation circuit 53 generates a drive pulse train SP30 for driving the
パルス選択回路56は、入力された駆動パルス列SP30、検出パルスCP、補正パルスFP、初動パルスIP、及び、終端パルスEPを選択し、適切なタイミングでドライバ回路60へと出力する。ドライバ回路60は、パルス選択回路56から選択入力されたパルスに基づいて、駆動波形О1~О4を生成し、ステップモータ40に供給する。
The pulse selection circuit 56 selects the inputted drive pulse train SP30, detection pulse CP, correction pulse FP, initial pulse IP, and end pulse EP, and outputs them to the
回転検出判定回路57は、ステップモータ40のコイルA、コイルBに検出パルスCPが供給されることにより検出される検出信号CSにより、ステップモータ40のロータ41の誘起電流を検出して回転の有無を判定し、判定結果CKを出力する。出力された判定結果CKは、パルス選択回路56に入力され、パルスの切り替え制御に使用される。
The rotation detection and
図22は、初動パルス列IP10を説明するための図である。図22(a)は初動パルス列IP10に対応した駆動波形О1~О4の一例を示している。 Figure 22 is a diagram for explaining the initial pulse train IP10. Figure 22 (a) shows an example of drive waveforms O1 to O4 corresponding to the initial pulse train IP10.
初動パルスIP10は、ステップモータ40を定常駆動させるために、ロータ41のN極を静的安定点である0度の位置から定常回転の開始位置である135度の位置まで移動させるためのものである。図22(a)に示す様に、初動パルス列IP10は第1の初動パルスIP11と、第2の初動パルスIP12と、第3の初動パルスIP13の3個の駆動パルスから構成される。
The initial pulse IP10 is used to move the N pole of the
第1の初動パルスIP11は、駆動波形O1の電圧が-V(v)であり、駆動波形O2、O3、O4の電圧が0(v)である。これにより、駆動波形O1とO2に接続されるステップモータ40のコイルAに駆動電流が流れて励磁される。
The first initial pulse IP11 has a drive waveform O1 with a voltage of -V (v) and drive waveforms O2, O3, and O4 with a voltage of 0 (v). This causes a drive current to flow through coil A of the
第2の駆動パルスIP12は、駆動波形O1、O3の電圧が-V(v)であり、駆動波形O2、O4の電圧が0(v)である。これにより、ステップモータ40のコイルA、コイルBの両方に駆動電流が流れて、両方のコイルA、コイルBが励磁される。
The second drive pulse IP12 has drive waveforms O1 and O3 with a voltage of -V (v) and drive waveforms O2 and O4 with a voltage of 0 (v). This causes a drive current to flow through both coils A and B of the
第3の初動パルスIP13は、駆動波形O3の電圧が-V(v)であり、駆動波形O1.O2、O4の電圧が0(v)である。これにより、駆動波形O3とO4に接続されるステップモータ40のコイルBに駆動電流が流れて励磁される。
In the third initial pulse IP13, the voltage of the drive waveform O3 is -V (v), and the voltage of the drive waveform O1. The voltage of O2 and O4 is 0 (v). As a result, a drive current flows through the coil B of the
なお、初動パルス列IP10の合計のパルス幅は任意である。また、駆動波形O1~O4は連続するフルパルスとして図示しているが、複数の細かいパルス群によるチョッパ形の駆動パルスでもよい。 The total pulse width of the initial pulse train IP10 can be any width. Also, while the drive waveforms O1 to O4 are illustrated as continuous full pulses, they may be chopper-type drive pulses consisting of multiple small pulse groups.
図22(b)は、初動パルス列IPによるドライバ回路60の8個のトランジスタP1~P4及びN1~N4のON/OFF状態と、検出パルスCPによるドライバ回路60の4個のトランジスタTP1~4及びのON/OFF状態を示した表である。
FIG. 22(b) shows the ON/OFF states of the eight transistors P1 to P4 and N1 to N4 of the
第1の初動パルスIP11による駆動波形O1の電圧が-V(v)、駆動波形O2の電圧が0(v)となるので、トランジスタN1とトランジスタP2がON、トランジスタP1とトランジスタN2がOFFし、駆動電流がコイルAのコイル端子O2からコイル端子O1に流れ、コイルAが励磁される。駆動波形O3、O4の電圧は共に0(v)となるので、トランジスタP3、P4がON、トランジスタN3、N4がOFFし、コイルBには駆動電流が流れず、コイルBは励磁されない。 The voltage of the drive waveform O1 due to the first initial pulse IP11 becomes -V (v) and the voltage of the drive waveform O2 becomes 0 (v), so transistors N1 and P2 are ON and transistors P1 and N2 are OFF, drive current flows from coil terminal O2 of coil A to coil terminal O1, and coil A is excited. The voltages of the drive waveforms O3 and O4 are both 0 (v), so transistors P3 and P4 are ON and transistors N3 and N4 are OFF, no drive current flows through coil B, and coil B is not excited.
次に、第2の初動パルスIP12による駆動波形O2の電圧が0(v)、駆動波形O1の電圧が-V(v)となるので、トランジスタN1とトランジスタP2がON、トランジスタP1とトランジスタN2がOFFし、駆動電流がコイル端子O2からコイル端子O1に流れ、コイルAが励磁される。駆動波形O4の電圧が0(v)、駆動波形O3の電圧が-V(v)となるので、トランジスタN3とトランジスタP4がON、トランジスタP3とトランジスタN4がOFFし、駆動電流がコイル端子O4からコイル端子O3に流れ、コイルBが励磁される。 Next, since the voltage of the drive waveform O2 by the second initial pulse IP12 becomes 0 (v) and the voltage of the drive waveform O1 becomes -V (v), the transistor N1 and the transistor P2 are turned on, and the transistor P1 and the transistor N2 are turned on. OFF, the drive current flows from the coil terminal O2 to the coil terminal O1, and the coil A is excited. Since the voltage of drive waveform O4 is 0 (v) and the voltage of drive waveform O3 is -V (v), transistor N3 and transistor P4 are turned on, transistor P3 and transistor N4 are turned off, and the drive current is transferred from coil terminal O4. The current flows to the coil terminal O3, and the coil B is excited.
次に初動パルスIP13による駆動波形O3の電圧が-V(v)、駆動波形O4の電圧0(v)となるので、トランジスタN3とトランジスタP4がON、トランジスタP3とトランジスタN4がOFFし、駆動電流がコイルBのコイル端子O4からコイル端子O3に流れ、コイルBが励磁される。駆動波形O1、O2の電圧は共に0(v)となるので、トランジスタP1及びP2がON、トランジスタN1及びN2がOFFし、コイルAには駆動電流が流れず、コイルAは励磁されない。 Next, the voltage of the drive waveform O3 due to the initial pulse IP13 becomes -V (v) and the voltage of the drive waveform O4 becomes 0 (v), so the transistor N3 and the transistor P4 are turned on, the transistor P3 and the transistor N4 are turned off, and the drive current flows from coil terminal O4 of coil B to coil terminal O3, and coil B is excited. Since the voltages of drive waveforms O1 and O2 are both 0 (v), transistors P1 and P2 are turned on, transistors N1 and N2 are turned off, and no drive current flows through coil A, so that coil A is not excited.
このように、初動パルス列IP10の3個の駆動パルスIP11~IP13によって、ドライバ回路60の各トランジスタがON/OFF制御され、ステップモータ40のコイルA、コイルBを励磁する。なお、初動パルス列IP10が出力される際には、回転検出を行わないので、TP1~TP4は全てOFFである。
In this way, each transistor of the
図23(a)~(d)は、図22に示す初動パルス列IP10によるステップモータ40の動作を説明するための図である。
Figures 23(a) to (d) are diagrams for explaining the operation of the
図23(a)は、ステップモータ40の最初の状態を示し、ロータ41のN極が静的安定点の0度にある。なお、各パルスでの駆動による移動量は一例を示しており、通常はステータ42の設計により任意に調節が可能である。
Figure 23 (a) shows the initial state of the
次に、図23(b)は、第1の初動パルスIP11に対応した駆動波形О1~О4がステップモータ40に供給された状態であり、駆動電流(図示せず)がコイル端O2からO1に流れ、コイルAは矢印の方向に励磁される。これにより、第1磁極部22aがS極、第3磁極部22cがN極に磁化され、コイルBは励磁されないので、第2磁極部22bは第3磁極部22cと同じN極になる。その結果、ロータ41のS極と、第2の磁極部22b及び第3の磁極部22cのN極が引き合い、ロータ41のN極は反時計周りに回転し、45度の位置まで約45度回転する。
Next, FIG. 23(b) shows a state in which drive waveforms O1 to O4 corresponding to the first initial pulse IP11 are supplied to the
次に、図23(c)は、第2の駆動パルスIP12に対応した駆動波形О1~О4がステップモータ40に供給された状態であり、駆動電流(図示せず)がコイル端子O2からO1に流れ、コイルAは矢印の方向に励磁される。また、駆動電流(図示せず)がコイルO4からO3に流れ、コイルBは矢印の方向に励磁される。これにより、第1磁極部22aがS極に磁化され、第2磁極部22bがN極に磁化され、第3磁極部22cは磁化が打ち消しあって磁化されない。その結果、ロータ41のN極と、第1磁極部22aのS極が引き合い、またロータ41のS極と第2磁極部22aのN極が引き合い、ロータ41のN極は反時計周りに回転し、45度の位置から90度の位置まで約45度回転する。
Next, FIG. 23(c) shows a state in which drive waveforms O1 to O4 corresponding to the second drive pulse IP12 are supplied to the
次に、図23(d)は、第3の初動パルスIP13に対応した駆動波形О1~О4がステップモータ40に供給された状態であり、駆動電流(図示せず)がコイル端子O4からO3に流れ、コイルBは矢印の方向に励磁される。これにより、第2磁極部22bがN極、第3磁極部22cがS極に磁化され、またコイルAは励磁されないので第1磁極部22aは第3磁極部22cと同じS極となる。その結果、ロータ41のN極と、第1の磁極部22a及び第3の磁極部22cのS極が引き合い、ロータのN極は反時計周りに回転し、90度の位置から定常回転の開始位置である135度の位置まで約45度回転する。
Next, FIG. 23(d) shows a state in which the drive waveforms O1 to O4 corresponding to the third initial motion pulse IP13 are supplied to the
以上のように、ステップモータ40に3個の初動パルスIP11~IP13から構成される初動パルス列IP10対応した駆動波形О1~О4を供給することで、定常回転の開始位置である、135度位置まで回転駆動する。初動パルス列に含まれる3個の初動パルスのそれぞれで約45度ずつ回転させることで、停止状態のロータ41を定常回転の開始位置135度まで確実に回転でき、定常回転が開始できる確率を向上させている。
As described above, by supplying the
なお、初動パルス列IPの出力後に定常回転の開始位置135度位置にロータ41のN極が位置していれば、初動パルス列IPのパルス波形は任意である。例えば、初動パルス列IP10が第3の初動パルスIP13の1個だけの構成または、第1の初動パルスIP11もしくは第2の初動パルスIP12のいずれか1つと、第3の初動パルスIP13の2個で構成されていてもよく、駆動させる対象物の負荷などに応じて任意で選択可能である。
Note that the pulse waveform of the initial pulse train IP is arbitrary as long as the N pole of the
図24は、終端パルス列EPを説明するための図である。終端パルス列EPは、ステップモータ40のロータ41を静的安定点である0度または180度の位置に維持させるための駆動波形を生成する。
Figure 24 is a diagram for explaining the terminal pulse train EP. The terminal pulse train EP generates a drive waveform for maintaining the
図24(a)は駆動パルス列SP30及び終端パルス列EPに対応した駆動波形О1~О4の一例を示している。駆動パルス列SP30に含まれる第1の固定駆動パルスSP31及び第2の可変駆動パルスSP32は、図14を参照して説明したものと同じであるので、説明を省略する。また、終端パルスEPは第2の実施形態における図16(a)を参照して説明した補助パルスFPと同様に、強制的にロータ41のN極を0度の位置もしくは180度の静的安定点に駆動させる役割があるため、補助パルスFPと同じパルスを用いる。本実施形態では、終端パルスEPを補助パルスFPと分けて取り扱う。ただし、駆動波形自体は補助パルスFPで示したものと同じなので、説明を省略する。なお、図24(a)に示した終端パルスEPのパルス幅は任意である。駆動波形O1~O4は、連続するフルパルスとして図示しているが、複数の細かいパルス群によるチョッパ形の駆動パルスでもよく、駆動させる対象物の負荷などに応じて任意に選択可能である。
Figure 24 (a) shows an example of drive waveforms O1 to O4 corresponding to the drive pulse train SP30 and the terminal pulse train EP. The first fixed drive pulse SP31 and the second variable drive pulse SP32 included in the drive pulse train SP30 are the same as those described with reference to Figure 14, so their description will be omitted. Also, like the auxiliary pulse FP described with reference to Figure 16 (a) in the second embodiment, the terminal pulse EP has the role of forcibly driving the N pole of the
図24(b)は、終端パルス列EPによるドライバ回路60の8つのトランジスタP1~P4及びN1~N4のON/OFF状態を示した表である。図24(b)は、図16(b)に示した補助パルスFPによるトランジスタP1~P4及びN1~N4のON/OFF状態と同じであるので、説明を省略する。
Figure 24(b) is a table showing the ON/OFF states of the eight transistors P1 to P4 and N1 to N4 of the
図25(a)~(d)は、図24に示す終端パルスEPによるステップモータ40の動作を説明するための図である。
Figures 25(a) to (d) are diagrams for explaining the operation of the
図25(a)は、第1の固定駆動パルスSP31に対応した駆動波形О1~О4がステップモータ40に供給された状態を示している。この場合、ロータ41のN極と、第2磁極部22bのS極が引き合い、またロータ41のS極と第1磁極部22aのN極が引き合い、ロータ41のN極は反時計周りに回転し、定常回転の開始位置135度から270度の位置まで約135度回転する。
Figure 25 (a) shows the state in which drive waveforms O1 to O4 corresponding to the first fixed drive pulse SP31 are supplied to the
次に、図25(b)は、第2の可変駆動パルスSP32に対応した駆動波形О1~О4がステップモータ40に供給された状態を示している。この場合、第1磁極部22aと第3磁極部22cがN極に磁化され、第2磁極部22bはS極に磁化される。その結果、ロータ41のN極と第2磁極部22bのS極が引き合い、また、ロータ41のS極は、第1磁極部22aと第3磁極部22cの両方のN極と引き合うので、ロータ41のN極は更に反時計回りに回転し、270度の位置から315度の位置まで45度回転する。
Next, FIG. 25(b) shows a state in which drive waveforms O1 to O4 corresponding to the second variable drive pulse SP32 are supplied to the
次に、図25(c)は、駆動停止命令を受けて終端パルスEPに対応した駆動波形О1~О4がステップモータ40に供給された状態を示している。この場合、第1磁極部22aと第2磁極部22bがS極に磁化され、第3磁極部22cがN極に磁化される。その結果、ロータ41のS極と、第3磁極部22cのN極が引き合い、ロータ41のN極を0度の位置まで回転させる。
Next, Figure 25 (c) shows the state in which the drive waveforms O1 to O4 corresponding to the terminal pulse EP are supplied to the
次に、図25(d)は、終端パルスEP出力後にステップモータへの電圧の供給が打ち切られた状態を示している。この場合、コイルA、コイルB共に励磁されていないため、保持トルクのみが働き、ロータ41のN極は静的安定点である0度の位置で停止を続ける。
Next, Figure 25 (d) shows the state in which the voltage supply to the step motor is cut off after the terminal pulse EP is output. In this case, since neither coil A nor coil B is excited, only the holding torque acts, and the N pole of
なお、図16に示す反転第2の可変駆動パルスSP34の出力後に終端パルスEPを出力する場合は、図24(a)に示した終端パルスEPのコイル端子O1とO2、及び、O3とO4を入れ替えた駆動波形を出力すればよい。 Note that when outputting the termination pulse EP after outputting the inverted second variable drive pulse SP34 shown in FIG. 16, the coil terminals O1 and O2 and O3 and O4 of the termination pulse EP shown in FIG. It is sufficient to output the replaced drive waveform.
以下、第3の実施形態における動作フローを第2の実施形態で示した図18を参照しながら説明する。 The operation flow in the third embodiment will be described below with reference to FIG. 18, which is shown in the second embodiment.
動作を開始すると、初動パルス発生回路58より出力される初動パルス列IPをパルス選択回路56より選択し、ドライバ回路60に出力する。この時点で、初動パルス列IPの出力により、ロータ41のN極が定常回転の開始位置である135度に位置しているため、定常駆動可能になっている。
When the operation starts, the initial pulse train IP output from the initial pulse generation circuit 58 is selected by the pulse selection circuit 56 and output to the
次に、図18で示したST1~ST8に基づいて、駆動パルス列SP30を停止信号が出るまで出力し、定常駆動させる。 Next, based on ST1 to ST8 shown in Figure 18, the drive pulse train SP30 is output until a stop signal is issued, resulting in steady-state operation.
次に、停止信号が出た場合(ST8:Y)、終端パルス発生回路59より出力される終端パルスEPをパルス選択回路56より選択し、ドライバ回路60に出力する。これにより、ロータ41のN極は静的安定点である0度、又は180度に停止させることができ。終端パルスEPの出力を停止しても、保持トルクにより0度、又は180度の位置に停止し続ける。
Next, when a stop signal is issued (ST8: Y), the terminal pulse EP output from the terminal pulse generating circuit 59 is selected by the pulse selection circuit 56 and output to the
以上のように、第3の実施形態のステップモータ駆動装置70によれば、停止状態からの動き出しと、定常駆動の静止時にステップモータ40のロータ41の脱調を防止することができ、高速駆動かつ、駆動信頼性の高い動作が可能である。
As described above, according to the step motor drive device 70 of the third embodiment, it is possible to prevent the
[第3の実施形態の変形例1]
図26は、終端パルスEPを終端パルスEPは第1の固定駆動パルスSP31または反転第1の固定駆動パルスSP33の出力後に出力した場合について説明するための図である。
[
FIG. 26 is a diagram for explaining a case where the terminal pulse EP is output after the first fixed drive pulse SP31 or the inverted first fixed drive pulse SP33 is output.
図26(a)は、第1固定駆動パルスSP31の後に終端パルスEPを出力する場合の駆動波形О1~О4の一例を示している。図26(a)は、図24(a)から、第2の可変駆動パルスSP32に対応した駆動波形О1~О4を除いた波形になっているので、説明を省略する。 Figure 26(a) shows an example of drive waveforms O1 to O4 when a terminal pulse EP is output after a first fixed drive pulse SP31. Figure 26(a) shows the waveforms from Figure 24(a) excluding the drive waveforms O1 to O4 corresponding to the second variable drive pulse SP32, so their explanation is omitted.
図26(b)~(d)は、図26(a)に示す終端パルスEPによるステップモータ40の動作を説明するための図である。
FIGS. 26(b) to 26(d) are diagrams for explaining the operation of the
図26(b)は、第1の固定駆動パルスSP31に対応した駆動波形О1~О4がステップモータ40に供給された状態を示している。この場合、ロータ41のN極と、第2磁極部22bのS極が引き合い、またロータ41のS極と第1磁極部22aのN極が引き合い、ロータ41のN極は反時計周りに回転し、定常回転の開始位置135度から270度の位置まで約135度回転する。
FIG. 26(b) shows a state in which drive waveforms O1 to O4 corresponding to the first fixed drive pulse SP31 are supplied to the
次に、図26(c)は、駆動停止命令を受けて終端パルスEPに対応した駆動波形О1~О4がステップモータ40に供給された状態を示している。この場合、第1磁極部22aと第2磁極部22bがS極に磁化され、第3磁極部22cがN極に磁化される。その結果、ロータ41のS極と、第3磁極部22cのN極が引き合い、ロータ41のN極を0度の位置まで回転させる。
Next, Figure 26 (c) shows the state in which the drive waveforms O1 to O4 corresponding to the terminal pulse EP are supplied to the
次に、図26(d)は、終端パルスEP出力後にステップモータへ電圧の供給を打ち切られた状態を示している。この場合、コイルA、コイルB共に励磁されていないため、保持トルクのみが働き、ロータ41のN極は静的安定点である0度の位置で停止を続ける
Next, Figure 26(d) shows the state in which the voltage supply to the step motor is cut off after the terminal pulse EP is output. In this case, since neither coil A nor coil B is excited, only the holding torque acts, and the N pole of the
なお、図16に示す反転第1の固定駆動パルスSP33の出力後に終端パルスを出力させることも可能であり、その場合は、図26(a)に示した終端パルスEPのコイル端子O1とO2、及び、O3とO4を入れ替えた駆動波形を出力すればよい。 It is also possible to output a terminal pulse after outputting the inverted first fixed drive pulse SP33 shown in FIG. 16. In that case, it is sufficient to output a drive waveform in which the coil terminals O1 and O2, and O3 and O4 of the terminal pulse EP shown in FIG. 26(a) are swapped.
第3の実施形態の変形例1においては、ステップモータ40が高速駆動していてロータ41に大きな慣性が働いていても、第1の固定駆動パルスSP11または反転第1の固定駆動パルスの出力後に終端パルスEPを出力することによって、ロータ41のN極が90度、または270度の位置から終端パルスEPによる制動を働かせることできるため、0度、または180度の位置での停止を容易にすることが可能である。
In the first modification of the third embodiment, even if the
[第3の実施形態の変形例2]
図27は、第3の実施形態の変形例2における初動パルス列IP20について説明するための図である。図27(a)は初動パルス列IP20に対応した駆動波形О1~О4の一例を示している。第3の実施形態の変形例2では、初動パルス列IP20の出力中に回転検出を行い、回転検出結果に応じて補正パルスを出力することができる。
[
Fig. 27 is a diagram for explaining the initial pulse train IP20 in the modified example 2 of the third embodiment. Fig. 27(a) shows an example of drive waveforms O1 to O4 corresponding to the initial pulse train IP20. In the modified example 2 of the third embodiment, rotation detection is performed while the initial pulse train IP20 is being output, and a correction pulse can be output according to the rotation detection result.
図27(a)に示した初動パルス列IP20に対応した駆動波形О1~О4は、図22に示した初動パルス列IP10に対応した駆動波形О1~О4と同じである。ここでは、初動パルス列IP20を、第1の初動パルスIP21と、第2の初動パルスIP22と、第3の初動パルスIP23との3つのパルスに分けて取り扱う。第1の初動パルスIP21と、第2の初動パルスIP22長さは固定であり、あらかじめ定められている。これに対し、第3の初動パルスIP23の長さは可変であり、どの長さが選択されるかは回転検出の結果に基づいて選択される。回転と判定されるまで、パルスを出力し続けるというものである。一例として第2の実施形態における第2の可変駆動パルスSP32/SP34と同様に、長さを1ms刻みで1ms~5msの5つより選択可能とする。 The drive waveforms O1 to O4 corresponding to the initial pulse train IP20 shown in FIG. 27(a) are the same as the drive waveforms O1 to O4 corresponding to the initial pulse train IP10 shown in FIG. 22. Here, the initial pulse train IP20 is divided into three pulses, the first initial pulse IP21, the second initial pulse IP22, and the third initial pulse IP23. The lengths of the first initial pulse IP21 and the second initial pulse IP22 are fixed and predetermined. In contrast, the length of the third initial pulse IP23 is variable, and which length is selected based on the result of rotation detection. The pulses are output continuously until it is determined that rotation has occurred. As an example, the length can be selected from five lengths from 1 ms to 5 ms in 1 ms increments, similar to the second variable drive pulse SP32/SP34 in the second embodiment.
図27(b)は、初動パルス列IP20によるドライバ回路60の12個のトランジスタP1~P4、N1~N4、及び、TP1~4のON/OFF状態を示した表である。
FIG. 27(b) is a table showing the ON/OFF states of the 12 transistors P1 to P4, N1 to N4, and TP1 to TP4 of the
初動パルス列IP20を構成する初動パルスIP21~23を出力するためのドライバ回路60のトランジスタP1~P4、及びN1~N4の動作は、図22(b)を参照して説明したものと同様であるから、説明を省略する。
The operations of the transistors P1 to P4 and N1 to N4 of the
検出パルスCPが出力されるドライバ回路60のトランジスタTP1~TP4の動作を説明する。第1の初動パルスIP21及び、第2の初動パルスIP22においては回転検出を行わないので、トランジスタTP1~TP4はOFFとなる。次に第3の初動パルスIP23においては、コイルBのみが励磁されておりコイルAを回転検出に用いるため、トランジスタTP1のみON、トランジスタTP2、TP3、TP4はOFFとなる。
The operation of transistors TP1 to TP4 of
図28は、第3の実施形態における変形例2における動作フローを示す図である。以下、図28を用いて、第3の実施形態における変形例2における動作フローについて説明する。
FIG. 28 is a diagram showing an operation flow in
動作を開始すると、初動パルス発生回路58より出力される第1の初動パルスIP21及び第2の初動パルスIP22をパルス選択回路48より選択し、ドライバ回路60に出力する(ST9)。 When operation starts, the first initial pulse IP21 and the second initial pulse IP22 output from the initial pulse generating circuit 58 are selected by the pulse selection circuit 48 and output to the driver circuit 60 (ST9).
次に、初動パルス発生回路58より出力される第3の初動パルスIP23をパルス選択回路56より選択し、ドライバ回路60に出力する(ST10)。 Next, the third initial pulse IP23 output from the initial pulse generating circuit 58 is selected by the pulse selection circuit 56 and output to the driver circuit 60 (ST10).
次に、第3の初動パルスIP23の出力後から0.25ms経過後より5ms毎に、検出パルス発生回路54から出力される検出パルスCPがパルス選択回路56により選択し、ドライバ回路60に出力され、回転検出を開始する(ST11)。回転検出については、第2の実施形態において説明したものと同じであるので、説明を省略する。
Next, the detection pulse CP output from the detection pulse generation circuit 54 is selected by the pulse selection circuit 56 and output to the
回転検出開始後、回転判定が得られたタイミングを監視する。まず、回転開始より0.75ms経過までに検出信号CSが2回得られたかを判定する(ST121)。検出信号CSが2回得られた場合(ST121:Y)、回転検出を終了して検出パルスCPの出力を停止し(ST131)、初動パルスIP23の幅を1msに設定する(ST141)。これにより、第3の初動パルスIP23の出力は1msとして、一連の動作を終了する。 After starting rotation detection, the timing at which rotation determination is obtained is monitored. First, it is determined whether the detection signal CS has been obtained twice within 0.75 ms from the start of rotation (ST121). If the detection signal CS is obtained twice (ST121: Y), the rotation detection is finished, the output of the detection pulse CP is stopped (ST131), and the width of the initial pulse IP23 is set to 1 ms (ST141). As a result, the output of the third initial pulse IP23 is set to 1 ms, and the series of operations ends.
回転開始より0.75ms経過までに検出信号CSが2回得らなかった場合(ST121:N)、次に、回転開始より1.75ms経過までに検出信号CSが2回得られたかを判定する(ST122)。検出信号CSが2回得られた場合(ST122:Y)、回転検出を終了し(ST132)検出パルスCPの出力を停止し、初動パルスSP23の幅を2msに設定する(ST142)。これにより、第3の初動パルスIP23の出力は2msとして、一連の動作を終了する。 If the detection signal CS is not obtained twice within 0.75ms from the start of rotation (ST121: N), then it is determined whether the detection signal CS has been obtained twice within 1.75ms after the start of rotation. (ST122). If the detection signal CS is obtained twice (ST122: Y), the rotation detection is finished (ST132), the output of the detection pulse CP is stopped, and the width of the initial pulse SP23 is set to 2 ms (ST142). As a result, the output of the third initial pulse IP23 is set to 2 ms, and the series of operations ends.
回転開始より1.75ms経過までに検出信号CSが2回得らなかった場合(ST122:N)、次に、回転開始より2.75ms経過までに検出信号CSが2回得られたかを判定する(ST123)。検出信号CSが2回得られた場合(ST123:Y)、回転検出を終了し(ST133)検出パルスCPの出力を停止し、初動パルスSP23の幅を3msに設定する(ST143)。これにより、第3の初動パルスIP23の出力は3msとして、一連の動作を終了する。 If the detection signal CS is not obtained twice within 1.75ms from the start of rotation (ST122: N), then it is determined whether the detection signal CS has been obtained twice within 2.75ms after the start of rotation. (ST123). If the detection signal CS is obtained twice (ST123: Y), the rotation detection is finished (ST133), the output of the detection pulse CP is stopped, and the width of the initial pulse SP23 is set to 3 ms (ST143). As a result, the output of the third initial pulse IP23 is set to 3 ms, and the series of operations ends.
回転開始より2.75ms経過までに検出信号CSが2回得らなかった場合(ST123:N)、次に、回転開始より3.75ms経過までに検出信号CSが2回得られたかを判定する(ST124)。検出信号CSが2回得られた場合(ST124:Y)、回転検出を終了し(ST134)検出パルスCPの出力を停止し、第3の初動パルスIP23の幅を4msに設定する(ST144)。これにより、第3の初動パルスIP23の出力は4msとして、一連の動作を終了する。 If the detection signal CS is not obtained twice within 2.75 ms from the start of rotation (ST123: N), then it is determined whether the detection signal CS is obtained twice within 3.75 ms from the start of rotation (ST124). If the detection signal CS is obtained twice (ST124: Y), the rotation detection is terminated (ST134), the output of the detection pulse CP is stopped, and the width of the third initial pulse IP23 is set to 4 ms (ST144). As a result, the output of the third initial pulse IP23 is set to 4 ms, and the series of operations is terminated.
回転開始より3.75ms経過までに検出信号CSが2回得らなかった場合(ST124:N)、次に、回転開始より4.75ms経過までに検出信号CSが2回得られたかを判定する(ST125)。検出信号CSが2回得られた場合(ST125:Y)、回転検出を終了し(ST135)検出パルスCPの出力を停止し、初動パルスIP23の幅を5msに設定する(ST145)。これにより、第3の初動パルスIP23の出力は5msとして、一連の動作を終了する。 If the detection signal CS is not obtained twice within 3.75ms from the start of rotation (ST124: N), then it is determined whether the detection signal CS has been obtained twice within 4.75ms after the start of rotation. (ST125). If the detection signal CS is obtained twice (ST125: Y), the rotation detection is finished (ST135), the output of the detection pulse CP is stopped, and the width of the initial pulse IP23 is set to 5 ms (ST145). As a result, the output of the third initial pulse IP23 is set to 5 ms, and the series of operations ends.
回転開始より4.75ms経過までに検出信号CSが2回得らなかった場合(ST125:N)は、非回転と判定されたことになるため、回転検出を終了し(ST136)、第1の初動パルスIP23の出力を5msに設定して(ST146)、補正パルス発生回路55より出力される補正パルスFPをパルス選択回路47により選択し、ドライバ回路60に出力する(ST15)。なお、補正パルスFPの出力に関しては、第2の実施形態において、図16を用いて示した通りで、ロータ41のN極を0度または180度の位置に強制的に駆動させるパルスである。
If the detection signal CS is not obtained twice within 4.75 ms from the start of rotation (ST125: N), it is determined that there is no rotation, so rotation detection is terminated (ST136), the output of the first initial pulse IP23 is set to 5 ms (ST146), and the correction pulse FP output from the correction pulse generating circuit 55 is selected by the
図28で示した動作フローが終了した時点で、ロータ41のN極は定常駆動の開始位置又は補正パルス出力後の静的安定点にあるため、モータを定常駆動させることが可能となる。以降はモータを定常駆動させるための動作を開始すればよく、例えば、第2の実施形態における図18で示したフローに従って動作させることが望ましい。
When the operation flow shown in FIG. 28 is completed, the N pole of the
電子時計10における輪列の機械的な切り替えによって、ステップモータ40の駆動対象が、指針の場合と回転錘の場合とで切り替わるが、それぞれの慣性量に応じた適切な条件で動き出すことができる。また、指針や回転錘が慣性量の大きいもの、又は、小さいものに変更された場合でも同様に、変更後の慣性量に応じた適切な条件で動き出すことができる。すなわち、ステップモータ40の駆動対象の慣性量によらず、共通のモータ駆動装置を使って常に適切な条件電で動き出すことができる。また、以降の動作においても継続して最適な駆動条件で駆動させることができる。
By mechanically switching the wheel train in the
以上のように、第3の実施形態の変形例2によれば、停止状態からの動き出しを補助する初動パルスIPを出力している間に回転検出を行うことにより、駆動対象の負荷や電源状態に応じた適切な初動パルスを出力することによって、動き出し信頼性の高い動作が可能である。 As described above, according to the second variant of the third embodiment, by performing rotation detection while outputting the initial movement pulse IP that assists in starting to move from a stopped state, an appropriate initial movement pulse is output according to the load to be driven and the power supply state, enabling highly reliable operation when starting to move.
10 電子時計
20、50、70 スッテプモータ駆動装置
21 発振回路
22、52 制御回路
23、53 駆動パルス発生回路
30、60 ドライバ回路
40 ステップモータ
41 ロータ
54 検出パルス発生回路
55 補正パルス発生回路
56 パルス選択回路
57 回転検出判定回路
58 初動パルス発生回路
59 終端パルス発生回路
SP10、SP30 駆動パルス列
CP 検出パルス
FP 補正パルス
IP 初動パルス
EP 終端パルス
10 Electronic watch 20, 50, 70 Step motor drive device 21 Oscillator circuit 22, 52 Control circuit 23, 53 Drive
Claims (11)
前記ロータに対向して設けられた第1のステータ磁極部及び第2のステータ磁極部、及び、当該第1及び前記第2のステータ磁極部の間にあって前記ロータに向き合って設けられた第3のステータ磁極部を有するステータと、
前記第1のステータ磁極部及び前記第3のステータ磁極部に磁気的に結合する第1のコイルと、
前記第2のステータ磁極部及び前記第3のステータ磁極部に磁気的に結合する第2のコイルと、
を有するステップモータを駆動する駆動電圧を発生可能な駆動電圧発生手段を備え、
前記駆動電圧は、前記第1のコイルと前記第2のコイルに印加され、前記第1のステータ磁極部と前記第2のステータ磁極部を互いに異なる極性に励磁する第1の駆動電圧と、前記第1のコイルまたは前記第2のコイルのいずれか1つのコイルに印加され、前記第1のステータ磁極部と前記第2のステータ磁極部を互いに異なる極性に励磁させ、且つ、前記第3のステータ磁極部を前記第1のステータ磁極部または前記第2のステータ磁極部と同じ極性に励磁する第2の駆動電圧と、を含み、
前記駆動電圧発生手段は、
前記第1の駆動電圧による前記ロータの回転方向が前記第2の駆動電圧による前記ロータの回転方向と同一になるように前記駆動電圧を印加することで、
前記第1の駆動電圧により前記ロータを90度以上回転させ、
前記第1の駆動電圧及び前記第2の駆動電圧により前記ロータは180度回転させ、
前記第1の駆動電圧及び前記第2の駆動電圧を交互に繰り返して印加することによって、ロータを回転駆動させる、
ことを特徴とするステップモータ駆動装置。 A rotor magnetized with two poles in the radial direction ;
a stator having a first stator magnetic pole portion and a second stator magnetic pole portion provided opposite the rotor, and a third stator magnetic pole portion provided between the first and second stator magnetic pole portions and facing the rotor;
a first coil magnetically coupled to the first stator pole portion and the third stator pole portion ;
a second coil magnetically coupled to the second stator pole portion and the third stator pole portion ;
a drive voltage generating means capable of generating a drive voltage for driving a step motor having the step motor;
the drive voltages include a first drive voltage that is applied to the first coil and the second coil and excites the first stator magnetic pole portion and the second stator magnetic pole portion with polarities different from each other, and a second drive voltage that is applied to either the first coil or the second coil and excites the first stator magnetic pole portion and the second stator magnetic pole portion with polarities different from each other and excites the third stator magnetic pole portion with the same polarity as the first stator magnetic pole portion or the second stator magnetic pole portion,
The driving voltage generating means
applying the drive voltage such that a rotation direction of the rotor caused by the first drive voltage is the same as a rotation direction of the rotor caused by the second drive voltage;
Rotating the rotor by 90 degrees or more using the first driving voltage;
the rotor is rotated 180 degrees by the first driving voltage and the second driving voltage;
the first driving voltage and the second driving voltage are applied alternately and repeatedly to drive the rotor to rotate;
A step motor drive device comprising:
前記ステアリング記憶手段は、前記第2の駆動電圧の出力終了後に前記極性値を反転し、
駆動電圧発生手段は、前記極性値に基づいて、前記第1の駆動電圧、及び、前記第2の駆動電圧の印加方向を反転する、請求項1又は2に記載のステップモータ駆動装置。 further comprising steering storage means for storing the polarity value of the rotor;
The steering storage means inverts the polarity value after outputting the second drive voltage ,
3. The step motor drive device according to claim 1, wherein the drive voltage generating means reverses the directions of application of the first drive voltage and the second drive voltage based on the polarity value.
前記検出パルスに基づく電圧を前記第1のコイル又は前記第2のコイルに印加することにより、検出される検出信号に基づいて、前記ロータの回転/非回転を判定する回転検出手段と、
を更に備える、請求項1~3の何れか一項に記載のステップモータ駆動装置。 a detection pulse generating means capable of generating a detection pulse for detecting the rotation of the rotor;
a rotation detection means for determining whether the rotor is rotating or not based on a detection signal detected by applying a voltage based on the detection pulse to the first coil or the second coil;
The step motor drive device according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
前記回転検出手段は、前記第2の駆動電圧の印加中に前記ロータの回転を検出し、
前記回転検出手段の検出結果により、印加中の前記第2の駆動電圧の印加時間が可変される、請求項4に記載のステップモータ駆動装置。 The time for applying the second driving voltage to the step motor is variable,
the rotation detection means detects the rotation of the rotor while the second drive voltage is being applied;
5. The step motor drive device according to claim 4 , wherein the application time of said second drive voltage being applied is varied based on the detection result of said rotation detection means.
前記回転検出手段の検出結果により、次回印加される前記第1の駆動電圧の印加時間が可変される、請求項4又は5に記載のステップモータ駆動装置。 The time for applying the first drive voltage to the step motor is variable,
6. The step motor drive device according to claim 4, wherein the application time of the first drive voltage to be applied next time is varied based on the detection result of the rotation detection means.
前記補正パルス発生手段は、前記回転検出手段が前記ロータを非回転と判断した場合に、前記補正パルスに応じた電圧を前記第2の駆動電圧に続いて前記ステップモータへ出力する、請求項4~6の何れか一項に記載のステップモータ駆動装置。 a correction pulse generating means for generating a correction pulse for assisting the rotation of the rotor;
7. The step motor drive device according to claim 4, wherein the correction pulse generating means outputs a voltage corresponding to the correction pulse to the step motor following the second drive voltage when the rotation detection means determines that the rotor is not rotating.
前記終端パルス発生手段は、駆動停止時に、前記終端パルスに応じた電圧を前記第1の駆動電圧又は前記第2の駆動電圧の出力後に前記ステップモータへ出力する、請求項1~7の何れか一項に記載のステップモータ駆動装置。 a terminal pulse generating means for generating a terminal pulse for stopping the rotation of the rotor;
The step motor drive device according to any one of claims 1 to 7, wherein the terminal pulse generating means outputs a voltage corresponding to the terminal pulse to the step motor after outputting the first drive voltage or the second drive voltage when driving is stopped.
前記初動パルス発生手段は、駆動開始時に、前記初動パルスに応じた電圧を前記第1の駆動電圧の出力前に前記ステップモータへ出力する、請求項4~8の何れか一項に記載のステップモータ駆動装置。 further comprising initial motion pulse generating means capable of generating an initial motion pulse to assist the rotor in a stopped state to start moving;
The step according to any one of claims 4 to 8, wherein the initial pulse generation means outputs a voltage according to the initial pulse to the step motor before outputting the first drive voltage at the time of starting driving. Motor drive device.
前記初動パルス発生手段は、駆動開始時に、前記初動パルスに応じた電圧を前記第1の駆動電圧の出力前に前記ステップモータへ出力し、
前記初動パルスに応じた電圧を前記ステップモータへ印加する時間は可変であり、
前記回転検出手段は、前記初動パルスの印加中に前記ロータの回転を検出し、
前記回転検出手段の検出結果により、前記初動パルスに応じた電圧を前記ステップモータへ印加する時間が可変される、請求項4に記載のステップモータ駆動装置。 further comprising initial motion pulse generating means capable of generating an initial motion pulse to assist the rotor in a stopped state to start moving;
The initial pulse generation means outputs a voltage corresponding to the initial pulse to the step motor before outputting the first drive voltage at the time of starting driving,
The time for applying the voltage according to the initial pulse to the step motor is variable,
The rotation detection means detects rotation of the rotor during application of the initial motion pulse,
5. The step motor drive device according to claim 4 , wherein a time period during which a voltage corresponding to the initial motion pulse is applied to the step motor is varied based on a detection result of the rotation detecting means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020206047A JP7460511B2 (en) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | step motor drive device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020206047A JP7460511B2 (en) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | step motor drive device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022092999A JP2022092999A (en) | 2022-06-23 |
JP7460511B2 true JP7460511B2 (en) | 2024-04-02 |
Family
ID=82068977
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020206047A Active JP7460511B2 (en) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | step motor drive device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7460511B2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017141994A1 (en) | 2016-02-15 | 2017-08-24 | シチズン時計株式会社 | Electronic clock |
JP2019215361A (en) | 2014-12-26 | 2019-12-19 | シチズン時計株式会社 | Drive circuit for two-coil step motor |
JP2020016531A (en) | 2018-07-25 | 2020-01-30 | セイコーエプソン株式会社 | Motor drive circuit, semiconductor device, movement, electronic timepiece, and motor drive control method |
JP2020112446A (en) | 2019-01-11 | 2020-07-27 | セイコーインスツル株式会社 | Analog electronic timepiece, stepping motor control device and control method of analog electronic timepiece |
JP2020162335A (en) | 2019-03-27 | 2020-10-01 | セイコーインスツル株式会社 | Motor drive device, motor drive program, and clock |
-
2020
- 2020-12-11 JP JP2020206047A patent/JP7460511B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019215361A (en) | 2014-12-26 | 2019-12-19 | シチズン時計株式会社 | Drive circuit for two-coil step motor |
WO2017141994A1 (en) | 2016-02-15 | 2017-08-24 | シチズン時計株式会社 | Electronic clock |
JP2020016531A (en) | 2018-07-25 | 2020-01-30 | セイコーエプソン株式会社 | Motor drive circuit, semiconductor device, movement, electronic timepiece, and motor drive control method |
JP2020112446A (en) | 2019-01-11 | 2020-07-27 | セイコーインスツル株式会社 | Analog electronic timepiece, stepping motor control device and control method of analog electronic timepiece |
JP2020162335A (en) | 2019-03-27 | 2020-10-01 | セイコーインスツル株式会社 | Motor drive device, motor drive program, and clock |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2022092999A (en) | 2022-06-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11422511B2 (en) | Step motor drive device and circuit | |
JP5647613B2 (en) | Electronic clock | |
JP6728454B2 (en) | Drive circuit for 2-coil step motor | |
US10331084B2 (en) | Electronic watch | |
JP7460511B2 (en) | step motor drive device | |
JP2018057076A (en) | Stepping motor, rotation detection device, and electronic clock | |
JP2009081986A (en) | Stepping motor | |
JP3302804B2 (en) | Electronic clock | |
JP4236956B2 (en) | Step motor control device and electronic timepiece | |
JP7126315B2 (en) | step motor drive | |
JP5383062B2 (en) | Step motor | |
JP6916688B2 (en) | Drive device | |
JP6906035B2 (en) | Control method of DC electric motor | |
JP4652610B2 (en) | Step motor rotation control device | |
JP5479394B2 (en) | Step motor driving apparatus and step motor driving method | |
JP4343549B2 (en) | Step motor control device and electronic timepiece | |
JPH0116119B2 (en) | ||
JP2016170019A (en) | Stepping motor control device | |
JP2022007183A (en) | Electronic clock, drive pulse setting method | |
JP2001051076A (en) | Rotation detection method of stepping motor and electronic clock thereof | |
JP2003114287A (en) | Sweep motor for clock | |
JP2010200475A (en) | Stepping motor | |
JP2007278884A (en) | Pulse motor drive device for timepiece |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230127 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20231115 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20231212 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240213 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240312 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240321 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7460511 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |