JPH0998596A

JPH0998596A - ステップモータ駆動装置及び駆動方法

Info

Publication number: JPH0998596A
Application number: JP25335295A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hosobuchi; 博幸細渕
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 1997-04-08

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の課題は、外部磁界や、電圧変動の影響
を受けにくいステップモータ駆動装置及び駆動方法を提
供することである。【解決手段】ロータ１１の回転角θがほぼθ＝０°とな
ったとき、２番目の負の駆動パルスＰ２をオフさせ、一
定時間駆動パルスをオフ状態に保つ（図２のの期
間）。次に、３番目の正のくし歯形の駆動パルスＰ３を
供給し（図２のの期間）、ロータ１１が静止安定位置
であるθ＝−１３５°付近まで回転したときに、駆動パ
ルスＰ３をオフする（図２ののタイミング）。これに
より、ロータ１１静止安定位置を中心として振動し、振
動振幅は小さいものとなるので、ロータ１１の振動は短
時間で収束する（図２のの期間）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステップモータの
駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アナログ式の電子腕時計の指針を駆動す
るモータとしてステップモータが用いられている。時計
用に使用されるステップモータは、モータを正転させて
時刻を進めことや、モータを逆転させて時刻を遅らせる
ことができることが必要である。その為、正転時と逆の
極性のパルスをステップモータに供給して指針を逆転さ
せる駆動方法が考えられている。

【０００３】そこで、従来、図６に示すような３個の交
互に極性が反転するパルスをステップモータの駆動コイ
ルに印加してステップモータを逆転させることが行われ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この駆
動方法では、ロータの回転角θがθ＝０°を超えた後も
逆転用の負のパルスＰ２が駆動コイルに供給されるの
で、ロータの逆転動作を抑制する方向の力が作用し、ロ
ータの回転力が低下する。その結果、ステップモータが
強磁界中にあるときや、駆動電圧が低くなったとき、ス
テップモータの逆転動作が不安定となるという問題点が
あった。

【０００５】また、従来の駆動方法は、３番目の正転用
のパルスＰ３をどのタイミングでオフさせるかが考慮さ
れていないので、ロータの振動が減衰するまでに時間が
かかり、ロータが静止安定位置（ロータに磁力が作用し
ていないとき、ロータが安定に静止する位置）からずれ
た位置にあるときに、次の駆動パルスによりロータが駆
動されてしまう場合があった。その結果、ステップモー
タの回転位置がづれるという問題点があった。

【０００６】本発明の課題は、外部磁界や、電圧変動の
影響を受けにくいステップモータ駆動装置を提供するこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明のステップモ
ータ駆動装置は、複数磁極のロータとステータと該ステ
ータを磁化する駆動コイルとを有するステップモータ駆
動装置において、少なくともロータを逆転させる逆転用
パルスの次にロータを正転させる正転用パルスを駆動コ
イルに供給し、逆転用パルスと正転用バルスとの間に電
圧が印加されない期間を設けた。

【０００８】この第１の発明では、例えば、ステータの
磁化方向を０°としたときに、ロータの回転角θがほぼ
θ＝０°となったとき、逆転用パルスをオフ状態にし、
駆動コイルに一定時間電圧を印加しないようにすること
で、ロータの逆転を抑制する力が作用するのを防止でき
る。これにより、ロータの逆転方向の回転力を高め、外
部磁界等の影響でステップモータの動作が不安定となる
のを防止できる。

【０００９】第２の発明のステップモータ駆動装置は、
駆動コイルに極性が交互に変化する少なくとも３個のパ
ルスを供給すると共に、２番目のパルスと該２番目のパ
ルスと逆極性の３番目のパルスとの間に電圧が印加され
ない期間を設けた。

【００１０】この第２の発明も、第１の発明と同様に、
例えば２番目のパルスが逆転用パルスであるとすると、
ロータの回転角θがほぼθ＝０°となったとき、２番目
のパルスをオフ状態にすることで、ロータの逆転方向の
回転力が低下するのを防止することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しながら説明する。図１は、本発明の実施例のアナロ
グ表示の電子腕時計に用いられるステップモータ駆動装
置の回路ブロック図である。

【００１２】同図において、発振回路１で生成されるク
ロック信号は、分周回路２で分周され、ステップモータ
６を正転あるいは逆転させるパルスが作成される。合成
回路４は、正転・逆転制御回路３からのステップモータ
６の正転、あるいは逆転を指示する信号に従って分周回
路２から出力される正転用パルスまたは逆転用パルスを
駆動回路５に出力する。駆動回路５は、合成回路４から
出力されるパルスに従って駆動パルスをパルスモータ６
へ供給する。

【００１３】次に、以上のような構成のステップモータ
駆動装置において、従来の駆動パルス（パルス１）でス
テップモータ６を１ステップ逆転させた場合と、本発明
の駆動パルス（パルス２）でステップモータ６を１ステ
ップ逆転させた場合の動作を比較して説明する。

【００１４】図２は、３個の交互に極性が反転する駆動
パルスの２番目の駆動パルスＰ２と３番目の駆動パルス
Ｐ３との間に電圧が印加されない期間を設けた本発明の
パルス２を供給してステップモータ６を逆転させた場合
のパルス波形、駆動コイルに流れる電流波形及びロータ
の回転角度を示す図である。

【００１５】また、図６は、３個の交互に極性が反転す
る連続した駆動パルス（パルス１）をステップモータ６
に供給してステップモータ６を逆転させた場合のパルス
波形、駆動用コイルに流れる電流波形及びロータの回転
角度を示す図である。

【００１６】以下、図３及び図４の動作説明図を参照し
ながら、図６のパルス１をステップモータ６に供給した
場合と、図２のパルス２をテップモータ６に供給した場
合の動作を説明する。

【００１７】駆動コイルに電流を流しているときには、
ステータ１２の磁束の通る方向をθ＝０°とすると、ロ
ータ１１のＮ極とＳ極の磁化方向がθ＝０°の位置でロ
ータ１１は停止する（θ＝０°の位置を磁気的安定位置
という）。

【００１８】駆動コイルに電流を流していないときに
は、ロータ１１のＮ極とＳ極の磁化方向が、反時計方向
に４５°（θ＝０°を基準として）の位置で静止する
（図６の、図３の）。この位置を静止安定位置とい
い、駆動コイルに電圧を印加しない状態でロータ１１が
静止する位置を指す。この実施例では、θ₀＝４５°の
位置と、その位置の１８０°反対側の（θ＝−１３５
°）位置が静止安定位置となる。

【００１９】先ず、パルス１でステップモータ６を逆転
させる場合について説明する。１番目の駆動パルスとし
て正の駆動パルスＰ１を駆動コイルに供給すると、図３
のに示すようにステータ１２の右側（図３の正面から
見て右側、以下同じ）がＮ極に、ステータ１２の左側が
Ｓ極に励磁される。これにより、ロータ１１のＮ極とス
テータ１２の右側のＮ極とが反発し、ロータ１１の左側
のＳ極とステータ１２の左側のＳ極とが反発しあって、
ロータ１１は反時計方向（これを正転方向とする）に回
転し始める（図６のの期間、図３の）。

【００２０】次に、２番目の負の駆動パルスＰ２が駆動
コイルに供給されると、図３のに示すようにステータ
１２の右側がＳ極に、ステータ１２の左側がＮ極に励磁
される。これにより、ロータ１１のＮ極が、ステータ１
２の右側のＳ極に吸引され、ロータ１１のＳ極がステー
タ１２の左側のＮ極に吸引されて、ロータ１１は時計方
向（逆転方向）に回転し始める（図６のの期間、図３
の）。

【００２１】この場合、ロータ１１が逆転を開始してそ
のＮ極がθ＝０°の位置を過ぎたときもステータ１２の
右側はＳ極、左側はＮ極に励磁されているので、ロータ
１１のＮ極とステータ１２の右側のＳ極との間及びロー
タ１１のＳ極とステータ１２の左側のＮ極との間に吸引
力が働く。これによりロータ１１に反時計方向の回転力
が作用し、ロータ１１を逆転させる力（時計方向の回転
力）が抑制され、逆転時の回転スピードが鈍化してしま
う（図６の期間及び図４のパルス１の）。ロータ１
１の回転力が低下すると、ステップモータ６が強磁界中
にあるときや、駆動電圧が低いときに回転が不安定にな
る。

【００２２】次に、ロータ１１がほぼ−４５°回転した
ときに、３番目の正の駆動パルスＰ３が駆動コイルに供
給されると、図４のパルス１のに示すようにステータ
１２の右側がＮ極に励磁され、ステータ１２の左側がＳ
極に励磁される。これにより、ロータ１１のＮ極がステ
ータ１２の左側のＳ極に吸引され、θ＝１８０°の位置
が磁気的安定位置であるので、θ＝１８０°の付近でロ
ータ１１がダンピングする（図６のの期間、図４のパ
ルス１の）。

【００２３】次に、ロータ１１がダンピングしている状
態で駆動パルスＰ３がオフ状態となると（図６ののタ
イミング、図４のパルス１の）、ロータ１１が静止安
定位置（θ＝−１３５°）から離れた位置で駆動パルス
Ｐ３がオフとなるので、大きな振幅で振動し、振動が減
衰して静止安定位置で収束するまでに時間がかかる（図
６のの期間、図４のパルス１の）。

【００２４】すなわち、従来の駆動方法では、３番目の
駆動パルスＰ３がロータ１１が静止安定位置から離れた
位置にあるときにオフされていたので、ロータ１１の振
動の振幅が大きく、ロータ１１が静止安定位置に止まる
までに時間がかかっていた。ロータ１１の振動が収束す
るまでの時間が長いと、ロータ１１が静止安定位置で停
止する前に次の駆動パルスＰ１が供給されて、ステップ
モータ６を１ステップづつ駆動することができなくな
る。

【００２５】これに対して、本発明では、図２に示すよ
うに、ロータ１１の回転角θがほぼθ＝０°となったと
きに（ロータ１１がほぼ磁気的安定位置まで回転したと
き）、ロータ１１を逆転させるための２番目の負の駆動
パルスＰ２をオフ状態にし、次の３番目の正の駆動パル
スＰ３をオン状態にするまでに一定の休止期間を設けて
いる。これにより、ロータ１１の回転角がθ＝０°を超
えたときに、２番目の負の駆動パルスＰ２によりロータ
１１の逆転が抑制されるのを防止できるので、ロータ１
１の回転力が低下してステップモータ６の回転が不安定
となるという問題を解消できる。

【００２６】さらに、ロータ１１がほぼ静的安定位置ま
で回転したときに、３番目の駆動パルスＰ３をオフする
ことにより、ロータ１１の振動を抑え、ロータ１１を静
的安定位置に短時間で収束させることができる。

【００２７】以下、図２に示すパルス２をステップモー
タ６に供給してステップモータ６を逆転させる場合の動
作を説明する。１番目の駆動パルスＰ１及び２番目の駆
動パルスＰ２を駆動コイルに印加するまでの間の動作
は、上述したパルス１と同様であるので、駆動パルスＰ
２をオフするときの動作から説明する。

【００２８】ロータ１１の回転角θがほぼθ＝０°とな
ったとき、駆動パルスＰ２をオフさせ、一定時間駆動パ
ルスをオフ状態に保つ（図２のの期間）。ロータ１１
が逆転を開始して回転角θがθ＝０°となったとき駆動
パルスＰ２をオフさせると、ロータ１１に、逆転方向の
回転力を抑制する力が作用しないので、ロータ１１は慣
性によりスムーズに時計方向に回転する（図２のの期
間、図４のパルス２の）。

【００２９】一定期間が経過して３番目の正のくし歯形
の駆動パルスＰ３を駆動コイルに供給すると、図４のパ
ルス２のに示すようにステータ１２の右側がＮ極に励
磁され、ステータ１２の左側がＳ極に励磁される。これ
により、ロータ１１のＮ極がステータ１２の左側のＳ極
に吸引され、ロータ１１のＳ極がステータ１２の右側の
Ｎ極に吸引されて、θ＝１８０°付近でロータ１１がダ
ンピングする（図２のの期間、図４のパルス１の
）。

【００３０】次に、ロータ１１が静止安定位置であるθ
＝−１３５°の付近まで回転したときに、駆動パルスＰ
３をオフすると（図２ののタイミング、図４のパルス
２の）、ロータ１１は静止安定位置を中心として振動
し、そのときの振動振幅は小さいものとなるので、短時
間で振動は収束する（図２のの期間、図４のパルス２
の）。なお、ロータ１１の回転角がθ＝−１３５°と
なるタイミングは、サンプルのステップモータを実際に
逆転させ、回転角θがほぼ−１３５°になるタイミング
（図２ののタイミング）を測定して決めればよい。

【００３１】以上のように、極性が交互に反転する３個
のパルスを供給してステップモータ６を逆転させる場合
に、２番目の逆転用のパルスと３番目の正転用のパルス
との間に一定の休止期間を設けることで、ロータ１１の
逆転を抑制する力が作用しなくなる。これにより、逆転
時の回転力が低下して動作が不安定となるのを防止でき
る。さらに、ロータ１１がほぼ静止安定位置に達したと
き３番目の正転用のパルスをオフすることで、ロータ１
１の振動を小さくし、短時間で静止安定位置に収束させ
ることができる。

【００３２】図５は、９個のサンプルを上述したパルス
１とパルス２で駆動した場合のステップモータ６の正常
動作電圧及び耐磁特性を示す図表である。パルス1 で駆
動した場合には、例えば、サンプルＮＯ1 は、駆動電圧
が1.31Ｖ〜2.00Ｖの範囲ではステップモータ６は正常に
動作したが、それ以下の電圧では正常に動作しなかっ
た。また、サンプルＮＯ２は駆動電圧が1.27Ｖ〜1.48Ｖ
の範囲で正常に動作しなかった。他のサンプルについて
も同様に安定に動作しない電圧範囲が存在した。

【００３３】これに対して、パルス２で駆動した場合に
は、サンプルＮＯ１は、1.25Ｖ〜2.00Ｖの範囲で正常に
動作し、サンプルＮＯ２は、1.11Ｖ〜2.00Ｖの範囲で正
常で動作した。その他のサンプルについてもパルス１で
駆動した場合より広い電圧範囲で正常に動作した。

【００３４】また、耐磁特性においても、パルス１で駆
動した場合には、全てのサンプルで動作が不安定で、耐
磁力（ステップモータ６の動作が不安定となる外部磁界
の強さ）が測定できないくらい低い値であった。従っ
て、パルス１でステップモータ６を駆動する場合には、
ステップモータ６を耐磁板で遮蔽する必要がある。

【００３５】これに対して、パルス２で駆動した場合に
は、全てのサンプルで耐磁力が５５〔Ｏｅ〕以上であっ
た。２０〔Ｏｅ〕以上であれば耐磁板は不要であるの
で、パルス２で駆動した場合には、耐磁板を省略してよ
りコストを下げることができる。

【００３６】なお、上述した実施例では、パルス２の３
番目の駆動パルスＰ３としてくし歯波形のパルスを駆動
コイルに供給したが、パルス波形はくし歯波形に限ら
ず、連続した波形でもよい。また、パルス２は、実施例
に述べた３個の駆動パルスからなるパルスに限らず、他
の波形のパルスであってもよい。

【００３７】また、本発明は、実施例の電子腕時計のス
テップモータ駆動装置に限らず、他の電子機器のステッ
プモータ駆動装置にも適用できる。

【００３８】

【発明の効果】本発明は、逆転用のパルスと、そのパル
スと逆極性の正転用のパルスとの間に電圧が印加されな
い期間を設けることで、逆転時にロータの回転力が低下
しないようにすることができる。これにより、外部磁界
が存在する場合でも、遮蔽板等を使用せずにステップモ
ータを安定に動作させることができる。また、ロータの
回転角度が静止安定位置付近となったとき３番目の正転
用のパルスをオフ状態にすることで、ロータの振動を短
時間で減衰させ、次の駆動パルスが印加される前にロー
タを静止安定位置に収束させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のステップモータ駆動装置の回路ブロッ
ク図である。

【図２】パルス２の波形及びロータの回転角の説明図で
ある。

【図３】ステップモータ６の動作説明図（その１）であ
る。

【図４】ステップモータ６の動作説明図（その２）であ
る。

【図５】ステップモータの駆動電圧及び耐磁力の測定結
果を示す図表である。

【図６】従来のパルス１の波形及びロータの回転角の説
明図である。

【符号の説明】

３正転・逆転制御回路４合成回路５駆動回路６ステップモータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２磁極のロータとステータと該ステータを
磁化する駆動コイルとを有するステップモータ駆動装置
において、前記駆動コイルに極性が交互に変化する少なくとも３個
のパルスを供給すると共に、２番目のパルスと該２番目
のパルスと逆極性の３番目のパルスとの間に電圧が印加
されない期間を設けたことを特徴とするステップモータ
駆動装置。
【請求項２】前記ロータがほぼ静止安定位置まで回転し
たときに、前記３番目のパルスをオフさせることを特徴
とする請求項１記載のステップモータ駆動装置。
【請求項３】前記駆動コイルに正転用パルス、逆転用パ
ルス及び正転用パルスの少なくとも３個のパルスを供給
し、前記ロータがほぼ磁気的安定位置（θ＝０°）まで
回転したときに２番目の逆転用パルスをオフ状態にする
ことを特徴とする請求項１または２記載のステップモー
タ駆動装置。
【請求項４】複数磁極のロータとステータと該ステータ
を磁化する駆動コイルとを有するステップモータ駆動装
置において、少なくとも前記ロータを逆転させる逆転用パルスの次に
該ロータを正転させる正転用パルスを前記駆動コイルに
供給し、該逆転用パルスと正転用バルスとの間に電圧が
印加されない期間を設けたことを特徴とするステップモ
ータ駆動装置。
【請求項５】２磁極のロータとステータと該ステータを
磁化させる駆動コイルとを有するステップモータの駆動
方法において、前記駆動コイルに極性が交互に変化する少なくとも３個
のパルスを供給すると共に、２番目のパルスと該２番目
のパルスと逆極性の３番目のパルスとの間に電圧が印加
されない期間を設けたことを特徴とするステップモータ
の駆動方法。
【請求項６】前記ロータがほぼ磁気的安定位置（θ＝０
°）まで回転したときに前記２番目のパルスをオフ状態
にすることを特徴とする請求項５記載のステップモータ
駆動方法。