JPH0236799A - 単相ステップモータへの供給電流制御回路 - Google Patents

単相ステップモータへの供給電流制御回路

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JPH0236799A
JPH0236799A JP1140217A JP14021789A JPH0236799A JP H0236799 A JPH0236799 A JP H0236799A JP 1140217 A JP1140217 A JP 1140217A JP 14021789 A JP14021789 A JP 14021789A JP H0236799 A JPH0236799 A JP H0236799A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明の目的はステップモータ、特に時間計測装置のモ
ータに電力を供給する方法に関する。
[従来の技術] クォーツ時計のモータのコイルへの電力供給として、既
に数種類のものが考案されたり利用されたりしている。
例えばスイス特許第634194号に説明されるものが
そうであり、モータのコイルは一定の波長と大きさの電
圧パルスの供給を受けている。この供給の方法にはエネ
ルギーの過大消費という問題があり、バッテリーの電圧
降下や内部抵抗の増加の場合、更には負荷の増加の場合
にモータの働きが低下するのを避けるために、実際には
モータのコイルには正常な作動状態において過大な電力
が与えられている。
他の解決法はこれにより、前進し、例えばフランス特許
第7916816号に説明される解決法では負荷に応じ
てモータの電力供給を適合できるようにしている。
これらの解決法は、ともにかなり複雑であるところのア
ナログ式損失ステップ探知回路及び論理修正回路と、論
理修正回路とを使用することを余儀なくさせられる問題
がある。
公告済ヨーロッパ特許出願EP−97350は、これら
の欠点を改善する方法として、一つの駆動方法を開示し
ている。この方法によれば、駆動推進力は一連の部分的
推進力に「チョップ」され駆動回路によって探知される
パラメータの値が所定の限界値と交差しない限りは持続
するようにしている。従って、全ての個別の推進力が回
転子の前進のステップに結びつき、最早「失われたステ
ップ」は存在しない。
しかしながら、上記の公告特許は複雑な回路を必要とす
る。更に、そこでは電源エネルギーの消費を可能な限り
には縮小していない。
電流の強さの二つの異なった限界値を探知できるように
回路を配列しなければならない。
このことから、回転子が回転するのに従って、電流の強
さが抵抗荷重に比例して増加できない。電流の上限での
この制約のために、この配列は可能な限りには節・約的
に機能しない。
[発明が解決しようとする課題] 本発明の目的はこれら上記の欠点を克服して、バッテリ
ーによってもたらされるエネルギーを節約したステップ
モータへの電力の供給方法を提案することにある。
[課題を解決するための手段] 上記課題は、給電端子2個と、モータ用端子2個とスイ
ッチ一式と、そのスイッチを含んでモータ用端子を給電
端子に接続する結線とを有し、前記結線が前記スイッチ
の制御により、モータをオフの状態と少なくとも一回の
オンの状態の間で切り換えられる単相ステップモータの
為の制御回路において、固定周波数の連続する主要周期
T。と、主要周期の長さを分割した所定の長さからなる
従属周期T4とを有し、モータの負荷の変動に対応する
ことができ、且つ回路に付随して特定の限界値を探知す
るとモータを前記オンの状態に切り換えるセンサーを備
えた時間計測手段と、前記主要周期の各1回にモータが
前記オンである状態にある前記従属的周期の長さを有す
る複数の連続する単元的推進力と、モータをオフの状態
にする前記従属周期の間の時間的間隔T、と、モータを
オフの状態にする残余周期とを前記スイッチによっても
たらし、前記時間的間隔が前記限界値を探知した前記探
知器によって決定される変動する長さを有する制御手段
とを特徴とする回路により達成せられる。
第1図は二極単相ステップモータの基本的な配列法を概
略的に示すものである。このモータはその径方向に磁場
を有する円筒状の永久磁石を含む回転子と、コイル2を
含む固定子と、このコイルの巻芯3と、軟質の強磁性体
材料からなる種部分4a及び4bとを含んでいる。
第2図はモータの回転子に対して、その角度位置αにお
いてかかるトルクを表したものである。位置トルクTa
は磁石と固定子の種部分の幾何学的位置との間に生じる
ものである。相互トルクTabは、コイルに通電した際
にそれによって生じる磁場と、回転子の磁場との間の相
互作用によって生じるものである。トルクTmは回転子
に作用する機械要因による総てのトルクの和である。こ
の図は、トルクTaとTabとは約45度の角度でもっ
て位相がずれていることを示している。静止状態におい
て回転子は、当初はトルクTaによって点S、に位置さ
せられている。電圧のパルスがコイルに送られると、回
転子はトルクTabの作用によりS2の方向に移動させ
られる。
従来の方法ではモータのコイルは第3図aに示すように
一定の電圧と長さを有するパルスを受けていた。パルス
の持続時間は、例えばバッテリーの電圧降下や、更には
機械トルクTmの増加の場合などの好ましくない状態に
おいてのステップをモータが横切ることができるように
充分に長いものを選択していた。
しかしながら、殆どの間、モータには負荷がかかってお
らず、公称電圧のもとで作動しており、従って、一定で
且つ充分に長い継続期間は、正常な作動状態では利用で
きないエネルギーの損失を引き起こす。
第3図は合計継続期間T3のチョップされた電圧供給を
一定の周期のT、及びT2と共に示したものである。技
術文献的にはかなりよ、<纒められているこのような供
給は周期T、とT2との間の関係を用いてバッテリーの
電圧をモータのそれに適合できるようにしている。しか
し、この方式の供給はT。
T2及びT3が一定の長さであることから、エネルギー
消費の観点からは第3図aに表したものと同様の問題を
提示する。
第4図aは機械トルクの荷重のかかっていないモータに
、上記の供給方法で加えられた電流と電圧とを合わせて
周期T、、T2及びT3をそれぞれ0.7,0.3及び
5.7msに固定して表したものである。このような条
件下ではモータはそのステップを完了して、即ち180
度の回転をしている。
第4図すでは、第4図aと同一の供給を受けているもの
の、0.2αNmの機械l・ルクの荷重がかかっている
。この場合には、モータはそのステップを欠いでおり、
回転子は少なくとも90度以上の角度で回転した後に、
その当初の位置に戻る。
第5図aは本発明の方法に従って、機械トルクのかかっ
ていないモータのコイルに加えられた電流と電圧を表す
ものである。
合計継続期間がT6であるチョップされた電圧のパルス
が0.7msという一定の継続期間T4の単元的パルス
8個から成り立っており、これらは長さの異なる期間T
、、、  T52・・・T51によって分割されている
。単元的パルスの連続は以下のようにして起こる。コイ
ルは最初に0.7msの期間T4の一定電圧の供給を受
け、コイルの中の電流は電圧の公式に従いゼロから11
の値まで増加する。
U=Ri+L  (dt7’dt)+に、  Ω   
(1)但し、 U=加電圧 L=インダクタンス i=雷電 流=暗時 間=結合係数、磁石とコイルの間の相互磁束の変動を表
す。
Ω=角速度 電圧の最初の部分パルスの後、すなわち、t=74の後
にモータのコイルは短絡させられる。この時点以降にお
いてコイルの中の電流は以下の式に従って変動する。
0=Ri +L  (d j/d t)  +に、  
Ω   (2)電流が基準値fretまで低下すると、
すなわちt=T4+T3.の時点において、コイルは再
び第二の期間がT4の定電圧の単元的パルスを供給され
る。コイルの中の電流は値1+51の値から12の値ま
で増加し、モータのコイルはT=2.T4 +751に
なった時点で再び短絡させられ、これを繰り返す。この
作動の場合すなわちモータに負荷がかかっていないとき
には、チョップされた電圧の合計期間T6は7.2ms
である。
第5図すは第5図aで示されたのと同一の供給方法に従
ってモータに加えられた電流と電圧を表すものであるが
、モータには0.2μNmの機械トルクがかかっている
。パルスの合計期間T6は先の状態における7、2ms
からこの状態における9、3msに増加する。
従ってモータの負荷に対して合計のパルス期間の自動的
適合が存在し、この適合によって本発明に従っての供給
方法がバッテリーによるエネルギーを節約させるのであ
る。
第6図は二つの単元的電圧パルスを分は隔てる期間T7
.の期間中における電流の変化を表すものである。モー
タのコイルはこの期間中に短絡させられ、結果として式
(2)から以下の式が得られる; L51 T51り Rim+K Ω この式(3)は期間T51がモータの回転速度で決まる
ことを示している。モータの機械トルクの増加は回転速
度の減少を引き起こし、このことが期間T51の増大を
引き起こす。
チョップされた推進力の合計期間T6は以下のように求
められる。
T6 =nsT4 +ΣT3.     (411=1 この式の中で、nは期間T4の単元的パルスの合計数(
第5図a及び第5図すにおいて示された例ではn=8)
を表す。
式(3)と(4)は本発明で説明される供給方法による
負荷に対する長さの適合を明らかにするものである。
[実施例] 第7図は本発明による方法の一つの実施例の略図である
。発振器Qによって発せられる時間軸のシグナルは周波
数分割器兼整形回路lOとに送られ、その出口ではモー
タの供給期間T。と単元的パルスの期間T4とが得られ
る。シグナルT。とT4、それに比較器12の出力端子
におけるシグナルCとを合わせて論理回路IIに送り、
これによりドライバー14の駆動シグナルD、、D2.
D、及びD4をもたらす。
ドライバー14の出力端子にモータと直列に抵抗器rを
接続し、計測ブロック13が抵抗器rの電圧効果を比較
器12に送る前に電流iのイメージを与える一つのシグ
ナルに変換する。
第8図は第7図の略図の要素11の実施例の一例を表す
ものである。比較器12と分割器兼整形回路10とから
送られるシグナルCとT。
とはアンドゲート2(lに送られ、その出力はフリップ
フロップ21に送られる。フリップフロップ21の出力
QmはフリップフロップD22の調節「S」とカウンタ
23のゼロrRJへの再調節を同時に起こさせる。フリ
ップフロップDのゼロRへのリセットはカウンタ23の
シグナルQnによって制御される。フリップフロップD
の出力Qdは論理回路24を通過し目標値シグナルD、
、D2.D3及びD4をもたらす。第9図は第7図の略
図の要素14 (ドライバー)の詳細を示すものである
。出力トランジスタ31.32.33及び34はH−ブ
リッジに取付けられ、回路24からのシグナルD。
D2.D3及びD4によって制御される。
第5図aはモータが負荷を受けていない際に、パルスの
終了時における電流は、T1.の他の値についてfre
tの値まで低下するのにかなりの時間を要することを示
している。
測定値からは期間の増大はモータが容易にそのステップ
をしたときに表れることを示しており、このことから、
この現象の出現以降においては電流を供給し続りること
は無用、である。
【図面の簡単な説明】
第1図は単相二極式ステップモータの概略図;第2図は
上記の種類のモータの静電結合の図表; 第3図aはこのモータへの供給パルスの一つの方式を表
し; 第3図すは第二の方式によるパルス供給を表し; 第4図aは機械トルクの負荷を受けていないモータが第
3図すに示される方式のパルスの供給を受ける際のモー
タのコイルの中の電流を表し; 第4図すは第4図aのものと同じ電流を表すが、この場
合はモータに0.2μNm;の機械トルクがかかってい
るものを表し; 第5図aはモータが機械トルクを負っていないときに、
本発明による供給方法に従ってコイルに加えられた′電
流と電圧とを表し;第5図すは第5図aと同一の供給方
法に従ってモータに加えられた電流と電圧を表すが、機
械トルクを負ったモータについてであり;第6図は二つ
の単元的パルスを隔てる期間T51の期間中の電流の変
動を示し; 第7図は本発明による供給方法の実施の一例の略図; 第8図は第7図の略図の要素11の詳細を表し:第9図
は第7図の略図の要素14の詳細を表す図である。 10・・・周波数分割器兼整形回路511・・・論理回
路、12・・・比較器513・・・計測ブロック514
・・・ドライバ特許出願人  デトラ  ニス ニー Figure 1 figure 3b Fコgure2 Figure5a Figure 5b Figure 9 rigur; 7 Figure 8

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)給電端子2個と、モータ用端子2個とスイッチ一
    式と、そのスイッチを含んでモータ用端子を給電端子に
    接続する結線とを有し、前記結線が前記スイッチの制御
    により、モータをオフの状態と少なくとも一回のオンの
    状態の間で切り換えられる単相ステップモータの為の制
    御回路において、 固定周波数の連続する主要周期T_0と、主要周期の長
    さを分割した所定の長さからなる従属周期T_4とを有
    し、モータの負荷の変動に対応することができ、且つ回
    路に付随して特定の限界値を探知するとモータを前記オ
    ンの状態に切り換えるセンサーを備えた時間計測手段と
    、 前記主要周期の各1回にモータが前記オン である状態にある前記従属的周期の長さを有する複数の
    連続する単元的推進力と、モータをオフの状態にする前
    記従属周期の間の時間的間隔T_5と、モータをオフの
    状態にする残余周期とを前記スイッチによってもたらし
    、前記時間的間隔が前記限界値を探知した前記探知器に
    よって決定される変動する長さを有する制御手段とを特
    徴とする回路。
  2. (2)前記結線と前記制御手段とが前記時間的間隔にお
    いて前記モータを短絡の状態に置くように配列されるこ
    とを特徴とする請求項1記載の回路。
  3. (3)前記結線と前記制御手段とが前記残余周期におい
    て前記モータを短絡の状態に置くように配列されること
    を特徴とする請求項1記載の回路。
  4. (4)前記探知器がモータの中の電流の強さの探知器で
    あり、前記限界値が所定の最小強度値であることを特徴
    とする請求項1記載の回路。
  5. (5)前記制御手段が主要周期一回の内において、前記
    連続する従属的周期が所定の回数続いた後に前記従属的
    にもたらされることを防ぐように配列されていることを
    特徴とする請求項1記載の回路。
  6. (6)前記制御手段が更に時間的間隔の最大値Tref
    を決定する手段と、各時間的間隔と前記時間的間隔の最
    大値とを比較する手段と、前記時間的間隔が前記時間的
    間隔の最大値を越える際に前記複数の連続する従属的周
    期を停止させる手段とであることを特徴とする請求項5
    記載の回路。
  7. (7)前記結線と前記制御手段が、モータが二つの連続
    する主要周期中に逆給電極性による異なったオンの状態
    では停止するように配列されていることを特徴とする請
    求項1記載の回路。
  8. (8)前記結線と前記制御手段が、モータが連続する主
    要周期中に常に同一極性のインパルスで給電されるよう
    に配列されていることを特徴とする請求項1記載の回路
  9. (9)負荷条件とモータの電圧供給とに従って変動する
    期間T_6のチョップされた電圧パルスをモータにもた
    らすように適合された時間計測装置の単相ステップモー
    タに電流を供給する方法において、チョップされた電圧
    の各前記インパルスが同一極性で一定の長さT_4の単
    元的電圧パルスの連続で構成されていることと、前記単
    元的電圧パルス間を隔てる間隔期間T_5_1が負荷条
    件とモータの供給電圧とに従って変動することを特徴と
    する方法。
  10. (10)前記間隔期間T_5_1の途中でモータのコイ
    ルを短絡させることとを特徴とする請求項9記載の方法
  11. (11)各前記間隔期間T_5_1が一定の長さT_4
    の単元的パルスと、コイルの電流が基準値Irefより
    小さいか等しくなる終りの瞬間とによってその範囲を定
    められていることを特徴とする請求項9記載の方法。
  12. (12)前記チョップされたパルスが一定数の単元的パ
    ルスで構成されることを特徴とする請求項9記載の方法
  13. (13)前記チョップされたパルスが、前記期間T_5
    _1が基準値Trefを越えた際には中断されることを
    特徴とする請求項9記載の方法。
  14. (14)モータのコイルが二つの前記チョップされたパ
    ルスの間で短絡させらることを特徴とする請求項9記載
    の方法。
  15. (15)長さT_6で同一極性の連続するチョップされ
    たパルスによって給電される時間計測装置用モータに適
    用されることを特徴とする請求項14記載の方法。
  16. (16)長さT_6で相反極性の連続するチョップされ
    たパルスによって給電される時間計測装置用モータに適
    用されることを特徴とする請求項14記載の方法。
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