JPH0789758B2 - ステップ・モ−タ制御方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 本発明の方法は、駆動パルスの持続している間にステッ
プ・モータによって機械エネルギーに変換される電気エ
ネルギーの量Emeを測定し、このエネルギー量が基準値E
_refに到達するまでの時間を決定し、その時間の決定結
果に応じて駆動パルスを中断する。

また本発明の装置は上記エネルギー量Emeを測定する手
段と、このエネルギー量が上記基準値E_refに達するまで
の時間を決定する手段と、またその時間の決定結果に応
じて駆動パルスを中断する手段とを含んでいる。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ステップ・モータを制御する方法、特に巻線
とこの巻線に磁気結合されたロータとを有するステップ
・モータを、このモータを１ステップ回転させる時その
都度その巻線に駆動パルスを加えることによって制御す
る方法、またこの方法を適用する装置に関する。

〔従来の技術および発明が解決しようとする問題点〕

駆動パルスの持続する間にステップ・モータに供給すべ
き電気エネルギーの量を、そのモータのロータが克服す
べき抵抗偶力に合わせて調整することによって、そのモ
ータの電力消費を下げる方法は様々提案されている。か
かる偶力は直接に測定できないので、実際にはこれらの
方法では、そのような電気エネルギー量を、その測定結
果あるいは、時間の関数としてそのような偶力に大なり
小なり直接左右される値あるいは変動値の物理量の計算
結果に応じて調整するものである。

駆動パルスの持続する間ロータに与えられる抵抗偶力
は、例えば米国特許第4,212,156号に開示するようにそ
のパルスの立下りから測定することができる。この特許
においては、駆動パルスの立下りにおいてロータの発振
によってモータ巻線に誘起される電流の変動はこの偶力
の測定値とされ、また次の駆動パルスの持続時間は必要
であればそのような測定結果に応じて変調される。

ロータに与えられる抵抗偶力は例えばヨーロッパ特許第
EP−Ａ−0.060.806号に開示するように各駆動パルスの
持続している間に測定できる。この例においては、偶力
の測定値とされるのはロータの回転によってモータの巻
線に誘起される電圧の変動率である。

これらの方法およびここに示さないその他の多数の方法
もいずれも、抵抗偶力の測定値として用いる物理量はそ
のような偶力を真に示すものでない点で不都合さわ有す
る。

こうしたことから、これらの公知方法のいずれかによる
ステップ・モータの制御は実際的には好適とはいえな
い。つまり、方法を選んでそれを適用する機構を、モー
タがあらゆるあり得べき状況にも正しく動作し得るよう
にしても、そのモータの電力消費は一般にその理論的な
最小電力消費よりも明らかに大きくなる。モータの電力
消費がその理論的最小値に接近するように制御回路の特
性を変更すると、そのモータの動作信頼性が低くなる、
すなわちその後はそのロータは各駆動パルスに応答して
正しく回転することがなくなる。

また、ロータに与えられた抵抗偶力がその最小値であっ
ても、ステップ・モータに駆動パルスを与えて確実に回
転させることが必要になる場合もある。

これは、特に例えば米国特許第4,272,837号に開示する
方法に従ってモータを制御する場合に見られる。

かかる方法は、その特徴が、短い持続時間の通常駆動パ
ルスに対してもロータが回転しなかったことを適当な回
路で検出した時に、キャッチアップ・パルスと称する持
続時間の長いパルスをモータに与えることにある。

そのキャッチアップ・パルスの持続時間は、ロータに与
えられた抵抗偶力がその最小値であっても、ロータを回
転させるように決定されることは明らかである。

しかし、通常の駆動パルスに対してもロータが回転しな
いのはほんの一瞬であり、次のキャッチアップ・パルス
の持続する間にロータへ与えられる偶力は小さい、こと
がある。このような場合には、そのキャッチアップ・パ
ルスの間モータに与えられる電気エネルギーの量は大き
過ぎ、そのため、モータのロータがそのキャッチアップ
・パルスに対して１ステップでなく、数ステップ回転す
ることがある。

前記の制御方法において要求される、ロータの回転また
は不回転の検出は様々な方法で行うことができる。

例えば、前記の米国特許第4,272,837号に開示する方法
においては、上記検出は、各駆動パルスの立下りからあ
る時間経過した時に極めて短い持続時間の検出パルスを
ステップ・モータに与えることによって行なう。この検
出パルスの立下りにおいてモータの巻線に循環する電流
の大きさによって、先行の駆動パルスに対してロータが
回転したかはあるいは不回転であったかを判定すること
ができる。

しかし、ロータの回転の場合でも不回転の場合でも、そ
れらの間における巻線に循環する電流の差は小さく、こ
のため不回転の検出が困難になってしまう。更には、検
出パルスがモータに与えられた時、ロータがその平衡位
置を中心とする発振を終了していないか、あるいは例え
ばショックによって運動投入されたためにそのロータが
運動中であれば電流測定は歪曲されることがある。

更に、ステップ・モータのロータが駆動パルスに応動し
て回転したか否かを検出できる方法が上記以外にも提案
されている。これらの方法についてはここでは説明しな
いで、一般にこれらの方法も前記の方法と同じ不都合を
有することを指摘することにとどめておく。

本発明の目的は、上記従来技術による方法の不都合を克
服し、ステップ・モータの電力消費をその絶対最小値に
減らす、高い信頼度でしかもモータのロータに抵抗偶力
のいかんに係わらずそのロータを単一ステップだけ回転
させる、あるいは回転駆動パルスに応動してロータの回
転または不回転を検出することを、そのステップ・モー
タの応用態様に応じて可能にするステップ・モータ制御
方法を提供することにある。

本発明の別の目的は上記方法を実施する装置を提供する
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のステップ・モータ制御方法は、その制御対象が
巻線とこの巻線に磁気結合されたロータとを有するステ
ップ・モータであって、 上記ロータを１ステップ進める時その都度上記巻線に駆
動パルスを与え、 上記駆動パルスの立上りから機械エネルギーへ変換され
た電気エネルギーの量を測定し、 上記電気エネルギーを基準エネルギー値と比較し、 上記駆動パルスを上記比較の結果に応じて中断すること
を特徴とする。

また本発明の、上記ステップ・モータ制御方法を適用す
る装置は、上記駆動パルスを発生する手段を含んでお
り、また更には、上記駆動パルスの立上りから上記モー
タによって機械エネルギーに変換される電気エネルギー
量を示す信号を発生する手段と、上記電気エネルギー指
示信号に応動して上記電気エネルギー量と基準エネルギ
ー値との比較信号を発生する手段と、上記比較信号の関
数として上記駆動パルスに対する中断信号を発生する手
段とを含んでいることを特徴とする。

〔実施例〕

以下、添付図面に従って、本発明を更に詳細に説明す
る。

ステップ・モータのロータに、その回転に対抗する対抗
偶力（resistant couple）T_rが常に与えられることは
一般に知られている。

この抵抗偶力T_rは、ロータ自体とそれが駆動する機械要
素の、それらのベアリングおよびそれらどうしの間にお
いてフーコー電流やヒステリシス現象によって生ずる摩
擦偶力によって発生させらるものである。またこのヒス
テリシス現象はモータのステータを横断する磁界の変動
およびロータの位置決め偶力によって、位置決め偶力が
モータ偶力になる不安定平衡回転位置をオーバシュート
しない程度にモータのステータに生じる。

上記抵抗偶力T_rはこうしてランダムに時間の関数として
可変であり、最小値Tr_minと最大値Tr_maxとの間のいずれ
かの値をとる。それら最小値および最大値はともにモー
タの特性およびそのモータの駆動する機械要素に左右さ
れるもので、解析的あるいは試行錯誤的に決めてもよ
い。

この抵抗偶力T_rの各値には、モータのロータが１ステッ
プ回転するのにモータに最低限要求される出力である機
械的エネルギー量Emmが対応する。特に、この抵抗偶力
の値Tr_minとTr_maxには上記エネルギー量の値Emm_minとEm
m_maxがそれぞれ対応する。この抵抗偶力T_rとエネルギー
量Emmとは、数式（当該技術関係者にはよく知られてい
るが本発明には直接関係しないのでここでは示さない）
を用いて関係づけられる。

他方、時点t₀に位置する駆動パルスの立上りと任意の時
点t_xとの間においてもモータのエネルギー源から出され
る電気エネルギーEp_0xは下式を満足することも同様に公
知されている。

Ep_0x＝Eme_0x＋Ej_0x＋Ema_0x （１） ここで、Eme_0x:時点t₀とt_xとの間において、モータによ
って機械エネルギーに変換されかつそのモータによって
負荷へ伝達された電気エネルギーEp_0xの部分 Ej_0x:時点t₀とt_xとの間においてモータの巻線およびそ
の制御回路におけるジュール効果によって散逸させられ
た上記電気エネルギーEp_0xの部分 Ema_0x:時点t_xにおいてモータに与えられた磁気エネルギ
ーを作り出すのに用いられた電気エネルギーEp_0xの部分 なお、上記のように、本明細書の他の部分にて示す各種
エネルギーの符合の形を偶然にとる指標は、その間にお
いて該当のエネルギーが発生あるいは散逸させられる時
点の符合の形をとる指標とそれぞれ同一である２つの文
字にて常に形成する。

時点t₀において立上りかつ時点t_nにおいて立下る駆動パ
ルスの接続する間、モータによって機械エネルギーにさ
れる電気エネルギーEme_0nを使用して上記の抵抗偶力T_r
を克服しかつ、ロータによって駆動される各種機械要素
やロータそれ自体へそれらの運動エネルギーを与える。

駆動パルスの立下りにおいては、モータからのエネルギ
ー源はそれ以上電気エネルギーを出さない。

エネルギー量Eme_0nが、上記駆動パルスの接続する間ロ
ータに与えられる偶力T_rに対応するエネルギー量Emmに
等しくなると、ロータはその位置決め偶力がそのの偶力
である時にはその位置決め偶力からの各種可動要素の運
動エネルギーの再変換から、また巻線が駆動パルスの立
下りから短絡される場合には時点ｔにおいてモータに蓄
えられた磁気エネルギーEmaの一部の再変換から、得ら
れる機械エネルギーに応じて駆動パルスの立下りの後そ
のステップの回転を完了することになる。上記磁気エネ
ルギーEmaの残部はモータの巻線におけるジュール効果
によって散逸する。この場合、駆動パルスの接続時間は
最適になっており、またモータの電力消費が最小になっ
ている。駆動パルスの最適持続時間を以下τと称する。

エネルギー量Emme_0nがエネルギー量Emmより大きい場
合、すなわち、駆動持続時間が最適持続時間τより長い
場合、ロータはその最終位置をオーバシュートし、その
最終位置を中心に１回あるいは数回発振する。これらの
発振の際には、エネルギー量Eme_0nとEmmとの差がモータ
の巻線におけるジュール効果および上記に各種摩擦によ
って熱エネルギーに変換される。このような差が大きい
場合は、ロータはそのエネルギー量Eme_0nに応じて１ス
テップ以上回転する。

エネルギー量Eme_0nがエネルギー量Emmより小さい場合
は、ロータはそのステップを完了せず、その位置決め偶
力に応じてその起動位置へ戻る、あるいは中間位置に阻
止されたままとなる場合もある。

抵抗偶力Trが最大値Tr_maxであってもモータのロータが
駆動パルスに応答して確実に歩進するようにモータと制
御したい場合、モータが機械エネルギーに変換するエネ
ルギー量Emeを連続的に測定し、その最大抵抗偶力値Tr
_maxに対応したエネルギー量Emm_maxにエネルギー量Emeが
等しい時に駆動パルスを中断するだけでよい。

他方、モータの電力消費ができるだけ小さくなるように
そのモータを制御したい場合、エネルギー量Emeを測定
するだけでは最良の時点で駆動パルスを中断させること
ができない。

要するに、駆動パルスの立上りからいずれかの時点t_xま
での間にモータが機械エネルギーに変換する電気エネル
ギー量Eme_0xはロータの回転に対抗する抵抗偶力Trに絶
対的には左右されず、モータ自体の電気的かつ磁気的特
性およびその制御回路の特性にだけ左右される。

ここでは再度述べないが、実際的に調査、確認した論理
的考察から解るように、上記とは逆に、モータによって
機械エネルギーに変換される電気エネルギーの量Emeの
経時変化は抵抗偶力Trに直接左右される。

より詳しくは、エネルギーEmeの増大は偶力Trが小さい
とそれだけより急速になる。

したがって、このエネルギーEmeが所定の基準値に達す
るまでの時間Ｔは抵抗偶力Trの極上の目安である。

更に、駆動パルスの最適持続時間τが上記の時間Ｔに直
接左右されることがすでに判明している。この最適持続
時間τは時間Ｔに等しいかあるいはそれよりも長く、こ
の最適持続時間を時間Ｔに結びつける関係はモータの特
性およびモータの駆動する負荷の特性を知ることによっ
て解析的に、あるいは試行錯誤的に決めてもよい。

したがって、時間Ｔの測定によって、この関係を援用し
て、駆動パルスの最適持続時間を決定することができ
る。

モータのロータが駆動パルスに応動して正しく回転した
か否かを判定するのも同じ原理を用いることができる。
要するに、モータが変換するエネルギー量Emeが、同様
にして決定した時間が経過する前に所定の値に達する
と、これはロータが正しく歩進したことを意味する。こ
のエネルギー量Emeがその時間内に上記所定値に達しな
い場合は、ロータが歩進しなかったことになる。

モータによって機械エネルギーに変換される電気エネル
ギー量Emeの測定は、上記のすべての例においてモータ
を効果的に制御する方法（以下に詳しく述べる）におい
てベースとなる。

上記の式（１）から、下式が容易に得られる。

Eme_0x＝Ep_0x−Ej_0x−Ema_0x （２） 更には下式も得られる。

ここで im（ｔ）：モータ巻線において循環する電流 R,L:上記巻線の抵抗とインダクタンス U:モータ、エネルギー源の電圧 is（ｔ）：上記エネルギー源からの電流の流れ 式（２）はしたがって下記のようにも表わせる。

エネルギー量Eme_0xを示す信号を出す電子回路を想像す
ることはできる。

この回路は例えば、電流i_S,i_mに比例する信号を発生す
る手段と、式（６）を様々に操作できるアナログまたは
ディジタル回路とで形成できる。この回路については、
式（６）から直接に実施できるのでここでは説明しな
い。

第１図は特に、モータの巻線を通る電流が実質的に一定
であり基準電流I_refに等しく（第２図参照）なるように
ステップ・モータを制御する特別の場合においてエネル
ギー量Eme_0xを示す信号を上記同様出すことのできる回
路例の概略図である。

第１図に示す例においては、モータＭは駆動パルス整形
回路１によって付勢される。この駆動パルス整形回路に
ついては、これと同じ機能を有する、ヨーロッパ特許出
願第EP−Ａ−0 057 663号に開示されている回路と同様
でよいのでここでは詳細には説明しない。

上記パルス整形回路１は、その入力1aで受ける制御信号
が論理状態“1"から論理状態“0"へ移行しこれに応答し
てモータＭのロータが１ステップ回転すると、上記のよ
うにt₀で示す各時点で駆動パルスIMを出すように構成さ
れている。

この例においては、制御信号は分周器２の出力2aから出
される周波数1Hzの周期信号で形成され、その分周器２
の入力2bはクオーツ４で制御される発振器３の出力3aに
接続されている。その他の用途においては、パルス整形
回路１の入力に与えられる制御信号が非周期的信号でよ
いことは明らかである。

発振器３からの出力信号の周波数は32,768Hzである。そ
の出力2aに加えて、分周器２は出力2c〜2kを有してお
り、これらの出力からは周波数16,384Hz、8,192Hz、4,0
96AHz、2,048Hz、1,024Hz、512Hz、256Hz、128Hz、64Hz
が出される。

回路2,3については、それらが普通のものであり当該技
術関係者にはよく知られているのでここでは詳細には記
述しない。

上記パルス整形回路１は各時点t₀において、図示しない
電気エネルギー源にモータＭの巻線を接続するように構
成されている。こうして、その時点t₀から、モータ巻線
の端子の電圧U_mはそのエネルギー源の電圧Ｕに等しい。

時点t₀で巻線において循環し始める電流i_m（第２図参
照）は、この電流i_mに比例した電圧を出す測定回路５に
よって測定される。この測定回路５についてもやはりこ
こではこれ以上説明しない。これは同じ機能を有する、
前記のヨーロッパ特御出願第EP−Ａ−0 057 663号に開
示されている回路と同様のものでよいからである。

第１図の回路は更に、前記基準電流I_refに比例する電圧
を出す電源６を含んでいる。

一方では電流i_mと回路５で発生させられる電圧との比例
関係と、もう一方では電流I_refと電源６の出す電圧との
比例関係とは同一である。

回路５と電源６によって出される電圧は公知形式のアナ
ログ・コンパレータ７に与えられる。上記比例関係が等
しいことから、このコンパレータ７は電流i_mとI_refとを
比較すると言える。

コンパレータ７はその出力7aから信号を出すが、この信
号は電流i_mがI_refより小さい場合論理状態“1"をとり、
またその反対の場合論理状態“0"をとる。

このコンパレータ７の出力7aはＤフリップ・フロップ９
の入力Ｄに接続されており、またこのフリップ・フロッ
プのクロック入力CLは分周器２の出力2dから出される周
波数8,192Hzの信号を受け、この信号は、後で述べる理
由からサンプリング信号と称される。このサンプリング
信号が論理状態“1"から論理状態“0"へ変化する時点を
サンプリング時点と称する。

公知の態様にて、フリップ・フロップ９の出力Ｑはその
入力CLが論理状態“1"から論理状態“0"へ移行する毎に
その入力Ｄと同じ状態をとる。これは後で述べる別のＤ
フリップ・フロップについても言える。

時点t₀の直後においては、電流i_mはI_refよりも小さい。
コンパレータ７の出力7aおよびフリップ・フロップ９の
出力Ｑはこうして論理状態“1"となる。

電流i_mがI_refより大きくなると、コンパレータ７の出力
7aは論理状態“0"に移行する。

コンパレータ７の出力7aが論理状態“0"へ移行した後の
第１サンプリング時点t₁においてはフリップフロップ９
の出力Ｑも同様に論理状態“0"へ移る。

入力1bがフリップ・フロップ９の出力Ｑに接続されてい
る回路１は、そのフリップ・フロップ９の出力Ｑにおけ
る上記論理状態“0"に応答してモータ巻線をエネルギー
源から切り離し、またその巻線を短絡する。

時点t₁からは、モータ巻線の端子における電圧U_mはこう
してゼロとなり、電流i_mが小さくなり始める。電流i_mが
I_refより小さくなると、コンパレータ７の出力7aは論理
状態“1"へ戻る。次のサンプリング時点においては、フ
リップ・フロップ９の出力Ｑも論理状態“1"へ移る。こ
の論理状態“1"に応答して、回路１はモータ巻線の短絡
を終了し、その巻線とエネルギー源へ接続する。こうし
て電流i_mは再び増大し始め、そして上述のプロセスが再
開し回路１が、駆動パルスを中断する信号をその入力1c
で受けると第２図の時点t_nまで続く。

この中断信号は、後で述べる回路の出力の論理状態“0"
から“1"への移行から生じ、その出力はパルス整形回路
１に接続される。

上記中断信号に応動して、１はモータの巻線をエネルギ
ー源から切り離し、その巻線を、上記プロセス全体が再
開する次の時点t₀まで常時短絡する。

なお、サンプリング信号の周期Δは実際には巻線におけ
る電流の上昇あるいは下降時間に比べて短い。そのた
め、基準電流値I_refのいずれかの側への電流i_mのオーバ
シュートの大きさは小さくなり、i_mは時点t₁とt_nの間に
おいては一定かつI_refと等しくなるとみなしてもよい。
同様に、サンプリング信号の周期は、巻線における電流
が増大あるいは減少すると周期の各々においては第２図
に示すよりもかなり多くなる。

最初に電流i_mが中断される時点t₁に続く各時点t_x毎に上
式（２）の項は下記のように書きかえることができる。

Eme_0x＝Eme₀₁＋Eme_1x Ep_0x＝Ep₀₁＋Ep_1x Ej_0x＝Ej₀₁＋Ej_1x およびEma_0x＝Ema₀₁＋Ema_1x 時点t₁においては、ロータは実際の場合は回転しておら
ず、モータはまだ機械エネルギーを出していない。こう
して下式が得られる。

Eme₀₁＝0. これを念頭におけば、上記の式（２）は下記のように書
きかえることもできることが解る。

Eme_0x＝Eme_1x＝Ep_1x−Ej_1x−Ema_1x （７）． 式（２）の項について上に述べたところと同様にして、
式（７）の項を下記のように書替えることもできる。

この式中、符合は式（３），（４），（５）におけると
同じ意味を有する。

式（５′）から、下記を容易に得ることができる。

ここで、i_m（ｘ）,i_m（１）はそれぞれ、時点t_x,t₁にお
ける巻線において循環する電流を示す。

しかし、前記のように、電流i_mは実際には一定であっ
て、時点t₁とt_nとの間においてはI_refと等しくなう。該
当の時点t_xが時点t_nの前にあれば、i_m（ｘ）＝i_m（１）
であり、Ema_1x＝０であることが解る。

上記の式（７）はこうしてこの特別の場合においては、
下記のように書くこともできる。

または 各駆動パルスの持続する間、モータの巻線は、持続時間
が各々Δであるサンプリング信号の周期のある個数にわ
たってエネルギー源に接続される。この説明の他の部分
においても、巻線の電流は最初に中断される時点t₁と該
当時点t_xとの間に含まれる上記周期の個数をCl_xとす
る。

これらのC1_x個の周期の各々の持続する間、電源からの
電流i_Sは巻線において循環する電流i_mと等しく、この電
流i_m自体は基準電流I_refの実際上は等しい。

時点t₁とt_xとの間に含まれるサンプリング信号のその他
の周期においては、モータ巻線がエネルギー源から切り
離される。電流i_Sはこうしてこれらその他の周期におい
てはゼロとなる。

その結果、下記のように表すことができる。

更には、時点t₁とt_xとの間のサンプリング信号の周期の
全個数をC2_xとすると、下記のようになる。

上記の式（８）はこうして下記のように書きかえること
ができる。

Eme_0x＝Ｕ・I_ref・Δ・C1_x −Ｒ・▲Ｉ² _ref▼・Δ・C2_x （９） あるいは Eme_0x＝ｋ・（ｐ・C1_x−C2_x） （10） ここで ｋ＝Ｒ・▲Ｉ² _ref▼・Δおよび とする。

上記ｋとｐは定数であるから、式（10）から次の通りと
なる。すなわち、巻線において循環する電流は実際上I
_refに等しいこの例においては、駆動パルスの立上りか
らいずれかの任意時点t_xまでの間においてモータが機械
エネルギーに変換する電気エネルギー量Eme_0xは個数C1_x
と因数ｐとの積と個数C2_xとの差に比例する。

なお、上記の式（９）も同様に下記のように書き替える
ことができる。

ここに（10）式と同様にｋ′＝Ｕ・I_ref・Δ および したがって、エネルギー量Eme_0xも同様に個数C1_xと、個
数C2_xを因数ｐで除した商との差に比例する。

上記の式（10）あるいは（11）のいずれかによって与え
られる値Eme_0xを正確ならしめるには、該当の時点t_xが
いずれか任意の時点ではなく、サンプリング時点の１つ
と合致していることが明らかに必要である。しかし、サ
ンプリング信号の周波数が比較的高いので、該当時点t_x
がサンプリング時点と合致しない場合に発生するエラー
は小さくなる。

上記の式（10）における個数C1_xに乗ずる因数ｐが整数
である場合においては、式（10）における括弧内の項は
まったく容易に計算できる。これから解るように、例え
ばモータの巻線がエネルギー源に接続されている時はサ
ンプリング信号の周期の各々において可逆カウンタをｐ
単位増分し、また巻線がエネルギー源に接続されている
と否とにかかわらずサンプリング時点毎にそのカウンタ
を１単位ずつ減分するだけでよい。このカウンタの内容
はこうして常時ｐ・C1_x−C2_xに等しくなり、すなわちエ
ネルギー量Eme_0xに比例する。

巻線がエネルギー源に接続されるサンプリング時点にお
いては、カウンタをｐ単位増分すると同時にそれを１単
位減分することが必要である。この同時操作から生じる
かも知れない問題を回避するために、モータ巻線がエネ
ルギー減に接続される各サンプリング時点においてカウ
ンタを（ｐ−１）単位増分するだけで、モータ巻線がエ
ネルギー源にから切り離されるサンプリング時点以外で
カウンタを１単位減分しない。

これらの条件下で、カウンタの内容は常時下記に等しく
なる。

（ｐ−１）C1_x−（C2_x−C1_x） （12） 容易に解る通り、この式（12）は上記の式（10）の括弧
内の項に等しい。

上記の因数ｐが整数でない場合についても同じことが言
える。

これらの場合においては、例えば、モータ巻線がエネル
ギー源に接続され、ｎが整数であるのでｎ・（ｐ−１）
も同様に整数である時にはサンプリング信号の周期にお
いてカウンタをｎ・（ｐ−１）単位だけ増分し、またモ
ータの巻線がエネルギー源から切り離された時にはカウ
ンタをｎ単位だけ減分するだけで充分である。これらの
条件においては、カウンタの内容は常に下記と等しくな
る。

ｎ・（ｐ−１）・C1_x−ｎ・（C2_x−C1_x） （13） これから解るように、式（13）は上記の式（10）の括弧
内の項のｎ倍に等しく、かつエネルギー量Eme_0xに比例
する。

第１図は、上記に規定した因数ｐが４に等しい場合に式
（12）を計算する回路の例の概略図である。この場合に
は、上記の可逆カウンタを、モータ巻線がエネルギー源
に接続されている時には各サンプリング時点で３単位だ
け増分し、またその巻線がそのエネルギー源から切り離
されかつ短絡される時ではサンプリング時点毎に１単位
ずつ減分する。

上記可逆カウンタは第１図においては参照番号８にて示
されている。そのクロック入力8aはANDゲート11〜13、O
Rゲート14,15から構成された論理回路の出力に接続され
ており、それらANDゲートやORゲートはフリップ・フロ
ップ９の出力Q,、発振器３の出力、また分周器２の出
力2c,2dに図示のように接続されている。

カウンタ８の計数方向制御入力8bはフリップ・フロップ
９の出力Ｑに接続され、またそのリセット入力8cはＤフ
リップ・フロップ10の出力に接続されている。

フリップ・フロップ10のクロック入力CLはフリップ・フ
ロップ９の出力Ｑに接続され、またそのＤ入力は論理状
態“1"に対応する電圧に常時接続され、かつそのリセッ
ト入力Ｒは前述した回路の出力に接続され、これによっ
て駆動パルスに対する中断信号が、論理状態“0"から
“1"への移行の形で発生させられる。これについては後
で述べる。

各駆動パルスの立下りにおいて、フリップ・フロップ10
の出力は論理状態“1"に置かれる。これから容易に解
るように、フリップ・フロップ10の出力は、次の駆動
パルスの立上りを示す時点t₀においてはこの論理状態
“1"にあり、その時点t₀に続く時点t₁までその論理状態
にとどまる。

駆動パルスの立上りと次の駆動パルスの立下りの後に位
置する時点t₁との間においては、カウンタ８のリセット
入力Ｒはこうして論理状態“1"になり、このカウンタの
内容はゼロに等しくなる。

一般的に、カウンタ８の内容は出力8d〜８の状態“0"
あるいは“1"によって二進形態で表示される数字からな
る。この数字の最下位の数は出力8dの論理状態で、また
最上位の数は出力８の論理状態で示される。

上記のように、各時点t₀に続いて、フリップ・フロップ
９の出力Ｑが、電流i_mが始めて基準電流I_refを越えた時
点に続くサンプリング時点である時点t₁において論理状
態“0"となる。

この時点t₁においては、フリップ・フロップ10の出力
はしたがって、フリップ・フロップ９の出力Ｑの状態
“0"への移行に応答して状態“0"に進む。

第６図から容易に解るように、サンプリング信号の各周
期においては、ゲート15の出力15aは、フリップ・フロ
ップ９の出力Ｑが論理状態“1"の時３個のパルスを出
す、あるいはフリップ・フロップ９の出力Ｑが論理状態
“0"の場合に１個のパルスを出す。

カウンタ８のリセット入力Ｒが論理状態“1"にある限
り、ゲート15の出力15aの出すパルスはカウンタ８に何
の効果も示さず、このカウンタの内容はゼロにとどま
る。

他方、時点t₁からは、それらのパルスは、カウンタ８の
内容を、その入力8bの状態に応じて増分ないし減分させ
る。

これから解るように、フリップ・フロップ９の出力Ｑが
論理状態“1"の時、すなわち、モータ巻線がエネルギー
源に接続されると、カウンタ８はサンプリングの各周期
においてゲート15の出力15aから出される３個のパルス
の各々に対し１単位ずつ増分される。

同様にして、カウンタ８はフリップ・フロップ９の出力
Ｑが論理“0"の時、すなわち、モータがエネルギー源か
ら切り離されかつ短絡されるとサンプリング信号の各周
期において１単位ずつ減分される。

こうして、時点t₁の以後いずれのt_xにおいても、各駆動
パルスの立下りまでは、カウンタ８の内容は上記の式
（12）によって限定された数N_xに等しく、またこうし
て、駆動パルスの立上りからモータによって機械エネル
ギーに変換された電気エネルギー量Eme_0xに比例する。

同様に、エネルギー量Eme_0xは、上記の式（11）に基づ
いて、可逆カウンタを用いて行なうことができ、その可
逆カウンタの内容は常に、式（11）の括弧の間の項に等
しい数Ｎ′ｘである。

この場合、そのカウンタは例えば、巻線がエネルギー源
に接続されると各サンプリング時点において１単位ずつ
増分され、またサンプリング信号の周波数と因数ｐとの
比率に等しい頻度で連続的に減分される。

第７図は、第１図の回路に対して行なって、この回路
を、サンプリング信号の周波数が第１図の場合のように
8,192Hzでありまた因数ｐが2.67に等しい場合に上記の
式（11）によってエネルギー量Eme_0xを求めることので
きる回路に変える変更の例を示している。上記カウンタ
の減分信号の周波数はこうして理論的には3,068.2Hzに
等しい。

この回路の構成部分１〜７は第１図において同じ番号を
有するものと同じであるので、第７図には示さない。第
７図のフリップ・フロップ9,10は第１図において同じ番
号を有するものと同じであり、それらと同様に制御され
る。

第１図のカウンタ８の代りに可逆カウンタ27が用いら
れ、このカウンタは増分入力27a、減分入27b、リセット
入力27cを有している。

このカウンタ27の増分入力27aはANDゲート30の出力に接
続されており、このゲートの入力はそれぞれ、フリップ
・フロップ９の出力Ｑおよび分周器２の出力2dに接続さ
れている。この後者の出力はサンプリング信号を出す出
力である。

またカウンタ27の減分入力27bはANDゲート28の出力に接
続されており、このゲートの入力はそれぞれ、分周器２
の出力2eおよびNANDゲート29の出力に接続されている。
またこのNANDゲートの入力はそれぞれ分周器２の出力2
f,2gに接続されている。

カウンタ27のリセット入力27cはフリップ・フロップ10
の出力に接続されている。

以上から解るように、第１図のカウンタ８の場合のよう
に、カウンタ27の内容は、各パルスの立下りから、次の
駆動パルスの立上りに続く時点t₁までゼロの状態に保持
される。

この時点t₁から、カウンタ27の内容は、フリップ・フロ
ップ10の出力が論理状態“0"である時に、すなわち、
モータ巻線はエネルギー源に接続された時に、各サンプ
リング時点において１単位づつ増分される。

更に、また時点t₁から続いて、カウンタ27の内容はゲー
ト28の出力から出された信号によって減分される。

第８図から解るように、カウンタ27の減分信号はその平
均周波数が、分周器２の出力2eから出される信号の周波
数（3,072Hz）の3/4に等しい。

また、各時点t₁からは、カウンタ27の内容は、上記の数
Ｎ′ｘに、従って上記の式（11）の括弧間の項に実質上
常時等しい数であり、また同様にエネルギー量Eme_0xに
実際的には等しい。

カウンタ27の減分信号の平均周波数がこの場合3,072Hz
に等しいが、3,068.2Hzの理論値には等しくないため
に、エネルギー量Eme_0xの計算に誤差が生起する。しか
し、この特定の場合においては、この誤差は見過してし
まうほど小さい。

エネルギー量Eme_0xの測定誤差を見過せるほどにするた
めに論理値に充分に近づけた周波数の減分信号をカウン
タ27の対して、回路において得られる信号から発生され
ることは必ずしも容易ではない。この場合は、カウンタ
27の減分信号の理論的周波数が、得られた信号から容易
に発生させ得る信号の周波数に等しくあるいはほぼ等し
くなる値を計数ｐがとるように選んだ電流I_refの値を変
更するだけでよい。

また上記から解るように、駆動パルスの持続する間ロー
タの回転に対抗する抵抗偶力Trの各値毎に、モータは、
そのロータがその駆動パルスに応答して１ステップだけ
進むように決定した機械エネルギー量Emmを出さねばな
らない。モータの電力消費を最小にするためには、こう
して、モータによって機械エネルギーに変換される電気
エネルギー量Emeがその値Emmに達した時点で各駆動パル
スを中断することが必要である。

同様に、上記から解るように、各駆動パルスの持続して
いる間において、エネルギー量Emeが所定のエネルギー
量E_refに達するまでに経過する時間Ｔはロータの回転に
対抗する抵抗偶力Trに左右され、またかかる時間Ｔと駆
動パルスの最適持続時間τとの間に明確な関係がある。

第５図は、モータの特性とそのモータが駆動する機械要
素の特性に左右され、また解析的かつ／または試行錯誤
的に定めることのできる上記関係の例を示している。

駆動パルスの最適持続時間τを定めるには、したがっ
て、この駆動パルスの立上りから機械エネルギーに変換
された電気エネルギーの量を連続的に測定し、上記エネ
ルギー量Emeが基準エネルギー量E_refの値に達した時点t
₂から駆動パルスの立上りまでの時間経過の間Ｔを測定
し、この持続時間Ｔに対応した駆動パルスの最適持続時
間τを決定し、その持続時間が最適持続時間τと等しく
なった時に駆動パルスを中断することが必要である。

また上記から解るように、実際、上記に例についてすで
に述べた、エネルギー量Emeの測定回路はそのエネルギ
ー量Emeの真の値を出すものでなく、むしろ、このエネ
ルギーに比例するアナログあるいはディジタル測定信号
を出す。実際、上記の持続時間Ｔは、駆動パルスの立上
りから、その測定信号が基準エネルギー量E_refに比例し
た基準値に達する時点までの時間である。エネルギー量
Emeと測定信号値との比例関係とまた基準エネルギー値E
_refとの比例関係についても良く理解されるであろう。

モータの電力消費をできるだけ小さくしなければならな
いこの例においては、基準エネルギー量E_refとして、モ
ータのロータが克服しなければならない抵抗偶力がその
最小値Tr_minである時にロータが１ステップだけ進むよ
うにモータが出すエネルギー量Emm_minを選ぶのが好まし
い。

同様に、E_refとして、エネルギー量Emm_minより小さい値
を選ぶこともできる。他方、E_refとして、エネルギー量
Emm_minより大きい値を選ぶのは賢明ではない。その理由
は、駆動パルスの持続時間が、抵抗偶力Trがその最小値
Tr_minになる毎に最適持続時間より長くなることにあ
る。

上記に規定る時点t₂はしたがって、エネルギー量Emeを
測定する回路の出す測定信号がエネルギー量Emm_minに対
応する値に達する時点である。

第１図また、駆動パルスの立上りから上記時点t₂までの
時間Ｔを測定できる回路の例を示している。

第１図において、駆動パルスの立上りからモータによっ
て機械エネルギーに変換される電気エネルギー量Emeを
測定する信号は、カウンタ８の内容、すなわち、そのカ
ウンタ８の論理状態“0"あるいは“1"で形成された二進
数によって構成されている。

第１図に示す例においては、基準とされるエネルギーEm
m_minに対応する測定信号の値は、カウンタ８の出力g,h,
k,lが同時に論理状態“1"になり、カウンタ８のその他
の出力が論理状態“0"である場合の値である。この論理
状態の組合せで示す二進数の値は408という十進数で表
される。

時間Ｔを測定できる回路にはNAND回路19が含まれてお
り、その入力は各々カウンタ８の出力g,h,k,lの１つに
接続されている。

上記ゲート19の出力はＤフリップ・フロップ20のクロッ
ク入力CLに接続されており、そのフリップ・フロップの
入力Ｄは論理状態“1"を示す電位に常時接続されてお
り、またそのリセット入力Ｒはフリップ・フロップ10の
出力に接続されている。

上記フリップ・フロップ20の出力Ｑは記憶回路22の制御
入力CLに接続され、その他の入力は分周器２の出力ｄ〜
ｋに接続されている。

上記記憶回路22は公知形式のものである。これは、その
制御入力CLが論理状態“0"の時に「透過性」すなわち、
その出力ｉ〜ｐの論理状態がその入力ａ〜ｈの論理状態
と常に同一になるように構成されている。他方、その制
御入力CLが論理状態“1"の場合、その出力ｉ〜ｐが、そ
の入力CLが論理状態“1"になった時の論理状態で阻止さ
れる。

ゲート19、フリップ・フロップ20、記憶回路22から構成
された時間Ｔ測定回路の動作は次の通りである。

上記から解るように、駆動パルスの立下りと、その次の
駆動パルスの立上り以後に位置する時点t₁との間では、
フリップ・フロップ10の出力の論理状態は“1"であ
る。この時間において、フリップ・フロップ20の出力Ｑ
はこうして論理状態“0"に保持されかつ記憶回路22が
「透過性」になる。更に、カウンタ８の内容がゼロに保
持される。

各駆動パルスの立上りを示す時点t₀においては、分周器
２のすべての出力が論理状態“0"となる。その時点t₀の
以後、それから出力の論理状態は発振器３の出す信号に
リズムで規則的に変更され、それらの論理状態全体で二
進数を形成し、この二進数は直前の時点t₀以後の時間を
各時点毎に示す。

駆動パルスの立上りに続く時点t₁においては、フリップ
・フロップ10の出力は論理状態“0"になり、カウンタ
８の内容が増大し始めて、モータによって機械エネルギ
ーに変換される電気エネルギーの量Emeを示す。

時点t₂において、カウンタ８の内容が上記の基準値、こ
の例においては、408に達すると、ゲート19の出力は論
理状態“0"になる。この論理移行に応じて、フリップ・
フロップ20の出力Ｑは状態“1"に移行する。この時点t₂
から、記憶回路22出力は、分周器２の出力ｄ〜ｋがその
時点t₂による状態である論理状態で阻止される。こうし
て、記憶回路22の出力ｉ〜ｐの論状態で形成される二進
数は駆動パルスの立上りからエネルギー量Emeが所定基
準値、この例ではEmm_minに達した時点t₂までの時間経過
の測定値である。

なお、ゲート19はディジタル・コンパレータとして働く
が、これはカウンタ８の内容が基準値、この例では、40
8と等しくなると信号を発生させるからである。こうし
て、このゲートはそのようなディジタル・コンパレータ
と容易に交換でき、この場合は、その第１入力をカウン
タ８の出力8d〜8m、また第２入力を、論理状態“0"ある
いは“1"を示す電位に常にされていて、それらの論理状
態の組合せで所望の二進数を形成するようになすもので
ある。

第１図はまた、上記回路で測定する時間Ｔの関数として
駆動パルスの最適持続時間τを測定するための回路の例
を示している。この例においては、その回路には簡単な
PROM（プログラマブル読み出し専用メモリー）が使用さ
れる。

このPRMO23の入力ａ〜ｈは記憶回路22の出力ｉ〜ｐに接
続されており、PROMは、上記の回路によって測定された
時間Ｔと駆動パルスと最適持続時間τと関係を具現化す
いるようプログラミングされる。つまり、記憶回路22の
出力ｉ〜ｐの論理状態によって各時点t₂以後に形成され
た各二進数、すなわち、時間Ｔの各特別値に対して、PR
OM23の出力ｉ〜ｐはその時間Ｔに対応する最適持続時間
τを示す第２二進数を形成する論理状態を呈する。

第１図はまた駆動パルスの持続時間がPROM23によって決
定した最適持続時間τに等しくなると駆動パルスを中断
できる回路の例を示している。

この回路はその例においては、ディジタル・コンパレー
タ24を使用しており、その入力ａ〜ｈは分周器２の出力
ｄ〜ｋに接続されており、また第２入力ａ′〜ｈ′はPR
OM23の出力ｉ〜ｐに接続されている。そのコンパレータ
24の出力ｓは通常、論理状態“0"であり、それが論理状
態“1"を呈するのは、その入力ａ〜ｈの論理状態で形成
される二進数がそれらの入力ａ′〜ｈ′の論理によって
形成された二進数と等しい時だけである。

コンパレータ24の上記出力ｓはANDゲート25の第１入力
に接続されており、その第２入力はフリップ・フロップ
20の出力Ｑに遅延回路26を介して接続されており、この
遅延回路の機能については後述する。ゲート25の出力25
aはパルス整形回路１の入力1cおよびフリップ・フロッ
プ10のリセット入力Ｒに接続されている。

上記から解るように、各駆動パルスの持続している間、
PROM23の出力ｉ〜ｐは、時点t₂の後、その駆動パルスの
最適持続時間τに対応する二進数を形成する論理状態を
呈する。時点t₂の後、分周器２の出力ｄ〜ｋの論理状態
で形成される二進数は増大し続ける。この二進数、PROM
23の出力ｉ〜ｐの論理状態によって形成される二進数に
等しい時、すなわち、駆動パルスに持続時間が最適持続
時間τと等しくなった時点t_nにおいて、コンパレータ24
の出力ｓは論理状態“1"に移行する。この時点では遅延
回路の出力の論理状態“1"になるので、ゲート25の出力
25aは、またそのため、パルス整形回路１の入力1cおよ
びフリップ・フロップ10のリセット入力Ｒも同様に論理
状態“1"に移行する。

したがって、パルス整形回路１は駆動パルスを中断し、
またカウンタ８の内容はゼロにリセットされる。

この状況は、上記のプロセス全体が再開する次を時点t₀
まで不変のままにとどまる。

時点t₂のすぐ後、PROM23の出力ｉ〜ｐは極めて短い時間
において、それらの決った状態とは異なった論理状態を
とる。この例においては図示のように接続された２つの
インバータと１つのコンデンサを含む遅延回路26は、そ
の短時間においてコンパレータ24の出力ｓに場合によっ
ては現れる論理状態“1"が駆動パルスを時期尚早に中断
するのを防止するためのものである。

要するに、第１図の回路が出す各種パルスはその持続時
間が、この駆動パルスに持続する間ロータに効果的に与
えられる抵抗偶力Trに対応する最適持続時間τに等しく
なる。

他のすべてが同じであれば、第１図の回路で実現される
本発明の方法によって例えば、モータを制御して電力消
費をできるだけ小さくすることができる。

上記利点は、各駆動パルスの接続時間を測定するベース
となる物理量を、その駆動パルスの接続している間にモ
ータが克服しなければならない抵抗偶力の値に時間の関
数として直接的に結ばれる変動を示す機械エネルギーモ
ータによって変換さ入れる電気エネルギーの量としてい
ることにある。

第１図の場合にように、モータを、駆動パルスの接続す
る間に巻線を横断する電流i_mが実質的には一定であっ
て、時点t₁とt_nとの間は値I_refと等しい場合、その駆動
パルスの接続する間にエネルギー源の出す電気エネルギ
ーの全量Epは明らかにこの値I_refに左右される。

第３図は４種類の抵抗偶力Tr_min,Tr1,Tr2,Tr_maxの場合
における上記の基準値によっ左右される形態の例を示
す。

第３図に示すように、抵抗偶力の各値に対して、上記エ
ネルギー量Epが最小である値I_refが設定される。

第３図はまた、エネルギー量Epが抵抗偶力Trの値ととも
に最も少なく増大する上記の値I_refを示している。

更に、第３図に示すように、抵抗偶力Trの値がTr_minで
ある時モータに対してエネルギー源が出さねばならない
最小エネルギー量Epに対応する値I_minをI_refとして選ぶ
と、そのエネルギー量Epは抵抗偶力Trの増大に伴って極
えて急速に増大する。このエネルギー量Epは抵抗偶力の
値がその最大値Tr_maxである場合には無限であってもよ
い。つまり、モータはこの場合には充分な電気エネルギ
ーを機械エネルギーに変換してロータを回転させること
がもはやできない、換言すれば、駆動パルスの最適持続
時間τが第４図に示すように無限となる。

このように、上記の値I_minよりも大きく、また、抵抗偶
力Trの値がその最大値Tr_maxである時エネルギー量Epが
最小であるような値I_maxより小さいまたはそれに等しい
値を基準電流I_refとして選ぶのが賢明である。この値I
_refは抵抗偶力Trとは無関係に、エネルギー源が効果的
に出すエネルギー量がその偶力Trに対応した最小エネル
ギー量I_cより若干しか大きくならないように選ぶのが好
ましい。第３図に示す値I_cはこの条件を満たしている。

モータに加えられる電圧が各駆動パルスの持続する間一
定である、すなわち、エネルギー源の出すエネルギー量
Epが最小となる、この電圧の最適値が存在する場合には
上記同様の考慮を払ってもよい。

しかし、このエネルギー源は、電圧を自由には選べない
電池で構成するのが一般的である。

したがって、エネルギー源の電圧から最適電圧を生じさ
せる回路を設けることが必要である。しかし、かかる回
路自体が見過し得ない量の電気エネルギーを消費してし
まう。その結果、その最適電圧によって付勢されるモー
タの全体電力消費が、エネルギー源の電圧によって直接
付勢される同一のモータの電力消費よりも本質的には小
さくなくなる。

前記の例においては、駆動パルスの持続時間を測定する
のに、駆動パルスの持続している間にモータによって機
械エネルギーに変換される電気エネルギー量の測定値が
用いられる。

ロータが駆動パルスに応動して正しく回転しているか否
か測定するのにも上記測定値を使用してよい。

上記から解るように、エネルギー量Emeが基準値E_refに
達するまでの時間はロータに与えられる抵抗偶力の測定
値である。この抵抗偶力Trがその最大値Tr_maxに達する
と、時間Ｔも同様にその値が最大値T_maxとなり、この最
大値は、すぐに解るように、モータの特性およびそのモ
ータによって駆動される負荷の特性によって決まる。

その結果、何らかの理由で、駆動パルスの持続する間ロ
ータに与えられた抵抗偶力Trがその最大値Tr_maxより大
きくなった場合は、エネルギー量Emeは時間T_maxが経過
するまでは基準値E_refに達しない。

これは次の場合についても言える。すなわち、駆動パル
スの極性が何らかの理由で、駆動パルスの立上りにおけ
るロータの回転位置とは対応しない場合であり、したが
ってロータは抵抗偶力Trの値とは無関係に駆動パルスに
よって回転させられることがあり得ない。

こうして、エネルギー量Emeが基準値に達していると否
とにかかわりなく、少なくともT_maxに等しい時間だけ駆
動パルスの立上りから離れている検出時点t_dにおいて測
定を行うことによって駆動パルスに応動してロータが正
しく回転しているか否か検出することができる。

第９図は時間T_maxが約11msである場合に上記検出を行な
う回路の例を概略図示している。

この回路はこの例ではＤフリップ・フロップ41とANDゲ
ート42とを含んでいる。

上記フリップ・フロップ41のクロック入力CLは第１図の
分周器２の出力2aに接続され、またその入力Ｄは、論理
状態“1"を呈する電位に常に接続されており、更にその
リセット入力Ｒが第１図のフリップ・フロップ20の出力
Ｑに接続されている。上記ゲート42の入力はそれぞれ、
フリップ・フロップ41の出力Ｑに、また第１図の分周器
２の出力2i,2kに、接続されている。

第10a図、第10b図に示すように、フリップ・フロップ41
の出力Ｑは各時点t₀において論理状態“1"になる。更に
は、その時点t₀の後は、分周器２の出力2j,2kのすくな
くとも片方が分周器２の出力2jの出す信号の1.5周期、
すなわち11.7msの間論理状態“0"になる。この例におい
ては、分周器２の出力2jが出す128Hzの信号が論理状態
“1"になる、上記11.7msの周期の終りに位置する時点は
上記の検出時点t_dである。こうして、ゲート42の出力42
aがフリップ・フロップ41の出力Ｑの状態とは無関係に
上記時点t_dまで論理状態“0"に保持される。

モータのロータが時点t₀に始まる駆動パルスに応動して
正しく回転した場合、エネルギー量Emeが、上記時点t₀
から11ms以下のところに位置する時点t₂で、すなわち、
時点t_dの前に基準値E_refに達する。この時点t₂で、フリ
ップ・フロップ41の出力Ｑは上記のように論理状態“1"
になり、こうしてフリップ・フロップ41の出力は論理状
態“0"に復帰し、次に駆動パルスの立上りまでその状態
にとどまる。ゲート42の出力42aも同様に論理状態“0"
にとどまる。この状況を第10a図に示す。

他方、ロータが駆動パルスに応動して正しく回転しない
場合、時点t_dにおいてエネルギー量Emeが基準値E_refに
はまた達していない。こうして、フリップ・フロップ20
の出力Ｑはまだ論理状態“0"にあり、またフリップ・フ
ロップ41の出力Ｑのほうは論理状態“1"にある。この結
果、ゲート42の出力42aが時点T_dにおいて論理状態“1"
に進む。この状態“1"においては、ロータの不回転の検
出信号が形成される。この状況を示すのが第10b図であ
る。

第９図に示す回路が、エネルギー量Emeの測定手段は駆
動パルス発生回路にすでに設けられているので、それら
駆動パルスの持続する間に機械エネルギーに変換される
電気エネルギーの量に応じて持続時間を調整される駆動
パルスによって制御されるモータのロータの回転あるい
は不回転を検出するように特に構成されていることは明
らかである。

しかし、ロータの回転、不回転の上記検出は駆動パルス
の発生方法のいかんにかかわりなく行える。

したがって、検出信号が、ロータが正しく回転すること
を示すか短持続時間の駆動パルスには応動しないことを
示すかに応じて第１の比較的短い固定持続時間あるいは
第１の持続時間よりも長い第２持続時間の駆動パルスを
発生させるパルス整形間路を含むステップ・モータ制御
回路を構成することができる。

この検出信号は、第１図の要素５〜15で形成される、エ
ネルギー量Eme測定手段と、第一図の要素19,20で形成さ
れる、上記エネルギー量Emeが基準値E_refの達した時点
を測定する手段と、第９図の要素41,42で形成される、
ロータの回転あるいは不回転を検出する手段とからなる
回路によって発生させることができる。

モータが出す機械エネルギーの量がその持続時間におい
て固定の所定値である駆動パルスを発生させる回路にも
エネルギー値Eme測定値を用いてもよい。

このような回路は、第１図の回路と極めて類似している
のでここでは示さない。実際には、ゲート19の代りに、
同じ種類ではあるが、エネルギー量Emeが所定値の機械
エネルギー量に等しい時論理状態“1"であるカウンタ８
の出力にその入力が接続されているゲートを用いるだけ
でよい。更に、第１図の回路の要素22〜26を省略して、
フリップ・フロップの出力Ｑをパルス整形回路１の入力
1cに直接接続してもよい。

上記から容易に理解されるように、このような回路で
は、各駆動パルスはエネルギー量Emeが所定値に達する
とただちに中断される。これらの駆動パルスの持続する
間にモータが出す機械エネルギー量はこうして一定であ
る。

これらの最後の駆動パルスは、モータのロータが通常与
えられる短いパルスの１つの応動して正しく回転しない
時に公知の制御回路によって発生させられる固定持続時
間のキャッチアップ・パルスの代りに用いて有益であ
る。

このような場合、上記の所定値は明らかに、モータのロ
ータに与えられる抵抗偶力Trがその最大値Tr_maxの時そ
のモータが出す機械エネルギー量Emm_maxの所定値である
のが好ましい。

これらのパルスの持続している間にモータが出す機械エ
ネルギー量Emmの値が一定であるために、それらのパル
スでロータが１ステップ以上回転することはありえない
が、公知の制御回路の発生する固定持続時間のキャッチ
アップ・パルスではそのことがむしろ起こり得る。

比較的短い固定持続時間の駆動パルスの発生と、モータ
の出す機械エネルギー量がその間一定かつ所定の通りで
あるキャッチアップ・パルスの発生を上記方法にて組合
わせる回路については、その実施が当該技術関係者には
公知であるから、ここでは記述しない。

また、本発明は、普通電子時計に用いられているステッ
プ・モータ、すなわち、巻線を担持するステータに設け
られた基本的には円筒形の開口の中に設けられた双極永
久磁石を含むロータを備えたステップ・モータの制御に
限定されず、むしろ、例えば、ロータが多極永久磁石を
有しおよび／またはステータが２個以上数個の巻線を担
持しているモータ等のいかなる種類のステップ・モータ
の制御にも用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はモータのロータに与えられる抵抗偶力の関数と
して駆動パルスの持続時間を調整するために本発明の方
法を応用した回路の概略図、 第２図は第１図の回路の１部分の動作を示す図、 第３図はロータに加えられる複数抵抗偶力に対する基準
電流の関数としての、第１図の回路で制御するステップ
・モータの電力消費の変化を示す図、 第４図はロータに加えられる複数抵抗偶力に対する基準
電流の関数としてのパルスの最適持続時間の変化を示す
図、 第５図はエネルギー量Emeが基準値E_refに達するまでの
時間と駆動パルスの最適持続時間との関係を示す図、 第６図は第１図の回路の別の部分の動作を示す図、 第７図は本発明の方法を応用した回路の別の実施例を示
す図、 第８図は第７図の回路の動作を示す図、 第９図はモータのロータが駆動パルスに応動して正しく
回転するか否かを測定するために第１図の回路と組み合
せることのできる回路の概略図、 第10a図、第10b図はそれぞれ第９図の回路の動作を示す
図、である。 図において、 １……パルス整形回路、２……分周器、 ３……発振器、５……測定回路、 ６……基準電圧源、７……コンパレータ、 ８……カウンタ、 9,10,20……フリップ・フロップ、 22……記憶回路、23……PROM、 24……コンパレータ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】巻線と巻線に磁気結合されたロータとを有
   するステップ・モータに電気エネルギーを供給する駆動
   パルス供給時間を決定する方法であって、 供給電気エネルギーの累積部分を測定するステップ、 基準エネルギー到達時間測定ステップ、 最適供給時間決定ステップ、 から構成され、 供給電気エネルギーの累積部分を測定するステップは、
   供給電気エネルギーの累積部分を次式によって測定する
   ものであり、 ここにt₀およびt_xはそれぞれ駆動パルスが開始する時
   点、および時点t₀に続く任意の時点、 E_meoxは時点t₀とt_xの間に機械的エネルギーに変換され
   る供給された電気エネルギーの測定される部分、 Ｕは電気エネルギー源の電圧、 i_S（ｔ）は電気エネルギー源からの電流、 i_m（ｔ）は巻線に流れる電流、 ＲおよびＬはそれぞれ巻線の抵抗およびインダクタン
   ス、 基準エネルギー到達時間測定ステップは、前記供給電気
   エネルギーの累積部分が、モータの最小の抵抗トルクに
   対応する機械エネルギー量の値として決定される基準エ
   ネルギーに到達するまでの時間を測定するものであり、 最適供給時間決定ステップは、基準エネルギーに到達す
   る時間を測定するステップによって測定された時間の関
   数である最適供給時間を決定し、最適供給時間の経過に
   従って、駆動パルスを終了する、 ステップ・モータヘ電気エネルギーを供給する方法。
2. 【請求項２】供給電気エネルギーの累積部分を測定する
   ステップは、 複数個のサンプリング時点を規定する周期的なサンプリ
   ング信号を発生させ、２つの連続するサンプリング時点
   はサンプリング信号の周期に等しい期間によって分離さ
   れており、 巻線を介して流れる電流を測定し、 巻線の電流が基準電流より少なくなった時、それぞれの
   サンプリング時点において、電気エネルギー源に巻線を
   接続することにより、巻線の電流が基準電流に等しいか
   より大きい時、それぞれのサンプリング時点において、
   巻線を電源から切離しかつ巻線を短絡することにより、
   基準電流に対する駆動パルスの印加中、巻線を介して流
   れる電流を調整し、 サンプリング時点の数を計数した第１の数を決定し、そ
   のサンプリング時点において巻線は時点t₁と時点t_xの間
   電気エネルギー源に接続され、時点t₁は、巻線を通って
   流れる電流が基準電流に等しいかより大きくなった最初
   のサンプリング時点であり、時点t_xは時点t₁に続く任意
   のサンプリング時点であり、 そして、時点t₁から時点t_xの間のサンプリング時点の数
   を計数した第２の数を決定し、 供給された電気エネルギーの部分は次の式、 E_meox＝Ｕ・I_ref・Δ・C1_x−Ｒ・I² _rex・Δ・C2_x ここに、E_meoxは供給された電気エネルギーの測定され
   た部分であって、供給された電気エネルギーは、駆動パ
   ルスの開始と時点t_xの間の機械的エネルギーへ変換され
   たもの、 Ｕは電気エネルギー源電圧、 I_refは基準電流値、 Ｒは巻線のオーミック抵抗、 Δはサンプリング信号の持続期間、 Cl_xは第１の数、 そしてC2_xは第２の数、 に従って測定される特許請求の範囲第１項記載の方法。
3. 【請求項３】巻線と巻線に磁気結合されたロータとを有
   するステップ・モータに駆動パルスの間電気エネルギー
   を供給し、ステップ・モータを駆動し制御する装置であ
   って、駆動パルスの制御終了時間を可変に設定するため
   に、 供給電気エネルギーの累積部分を測定する手段、 基準エネルギー到達時間測定手段、 最適供給時間決定手段、 を備え、 供給電気エネルギーの累積部分を測定する手段は次式に
   よって、モータによる機械エネルギーへ変換される供給
   された電気エネルギーの累積部分を測定し、 ここにt₀およびt_xはそれぞれ駆動パルスが開始する時
   点、および時点t₀に続く任意の時点、 E_meoxは時点t₀とt_xの間に機械的エネルギーに変換され
   る供給された電気エネルギーの測定される部分、 Ｕは電気エネルギー源の電圧、 i_S（ｔ）は電気エネルギー源からの電流、 i_m（ｔ）は巻線に流れる電流、 ＲおよびＬはそれぞれ巻線の抵抗およびインダクタン
   ス、 基準エネルギー到達時間測定手段は、前記供給電気エネ
   ルギーの累積部分が、モータの最小の抵抗トルクに対応
   する機械エネルギー量の値として決定される基準エネル
   ギーに到達するまでの時間を測定するものであり、 最適供給時間決定手段は、基準エネルギーに到達する時
   間を測定する手段によって測定された時間の関数である
   最適供給時間を決定し、最適供給時間の経過に従って、
   駆動パルスを終了する、 ステップ・モータを駆動し制御する装置。
4. 【請求項４】供給電気エネルギーの累積部分を測定する
   手段は、 複数個のサンプリング時点を規定する周期的なサンプリ
   ング信号を発生する手段であって、２つの連続するサン
   プリング時点はサンプリング信号の周期に等しい期間に
   よって分離されているもの、 巻線を介して流れる電流を測定する手段、 サンプリング信号に応答して巻線の電流が基準電流より
   少ない時それぞれのサンプリング時点において電気エネ
   ルギー源に巻線を接続し、巻線の電流が基準電流に等し
   いかまたはより大きい時それぞれのサンプリング時点に
   おいて巻線を電気エネルギー源から切離しかつ巻線を短
   絡する手段、 サンプリング時点の数を計数した第１の数を決定する手
   段であって、そのサンプリング時点において巻線は時点
   t₁と時点t_xの間電源に接続され、時点t₁は、巻線を通っ
   て流れる電流が基準電流に等しいかより大きくなった最
   初のサンプリング時点であり、時点t_xは時点t₁に続く任
   意のサンプリング時点であるもの、 時点t₁から時点t_xの間のサンプリング時点の合計数に等
   しい第２の数を決定する手段、 そして、次の式、 E_meox＝Ｕ・I_ref・Δ・C1_x−Ｒ・I² _rex・Δ・C2_x ここに、E_meoxは供給された電気エネルギーの測定され
   た部分、 Ｕは上記電気エネルギー源の電圧、 I_refは基準電流値、 Ｒは巻線のオーミック抵抗、 Δはサンプリング信号の接続期間、 Cl_xは第１の数、 C2_xは第２の数、 を計算する手段を具備する特許請求の範囲第３項記載の
   装置。