JPH1098897A - ステッピングモータの制御方法、制御装置および計時装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子腕時計などに収納されたステッピングモ
ータを逆転駆動でき、消費電力の増加を防止できる制御
方法を提供する。 【解決手段】 ステッピングモータを正転方向に駆動す
る際は低電圧Ｖ１の駆動パルスＰ１を供給し、逆転方向
に駆動する際は高電圧Ｖ０の駆動パルスＰ２２を供給す
る。正転方向と逆転方向で駆動パルスの電圧を変えられ
るようにすることにより、計時装置などにおいて通常の
運針に使用される正転時は消費電力を少なくでき、一
方、時刻合わせなどのために逆転した方が望ましいとき
は高電圧Ｖ０の駆動パルスにより逆方向に時計針を回す
ことができる。さらに、反動用の補助駆動パルスＰａ
と、吸引用の第１の駆動パルスＰ２１の３つのパルスと
組み合わせることにより逆転できるので、逆転速度を速
くすることも可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステッピングモー
タの制御装置および制御方法に関し、特に、電池などの
電源電圧を降圧して電子時計のテッピングモータなどを
正転および逆転駆動するのに好適な省電力型の制御装置
および制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ステッピングモータは、パルスモータ、
ステッピングモータ、階動モータあるいはデジタルモー
タなども称され、デジタル制御装置のアクチュエータと
して多用されているパルス信号によって駆動されるモー
タである。近年、携帯に適した小型の電子装置あるいは
情報機器が開発されており、これらのアクチュエータと
して小型、軽量化されたステッピングモータが多く採用
されている。このような電子装置の代表的なものが電子
時計、時間スイッチといった計時装置である。この計時
装置においては、水晶発振子などを用いた発振回路から
基準パルスを供給し、この基準パルスを１Ｈｚなどの計
時に適した周波数のパルス信号に分周する。そして、そ
のパルス信号に合わせて駆動パルスをステッピングモー
タに供給し、計時装置の秒針などを運針するようにして
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電子腕時計を代表とし
たこれらの携帯用に適した小型の電子装置においては、
搭載可能な電源が限られているので、長時間安定した動
作を行うためにはステッピングモータなどによって消費
される電力をできるだけ低減することが重要である。ま
た、太陽電池などの発電装置を内蔵した電子腕時計も開
発されており、これらについては、使用されないときは
ステッピングモータを停止して電力消費を低減すること
も考えられている。

【０００４】停止状態の電子腕時計の運針を再開すると
き、あるいは、電子時計の時刻合わせを行うときに、時
針、分針あるいは秒針といった時計針を早送りして時刻
を再設定することが多く行われている。これに対し、時
計針を逆方向（反時計方向）に回転した方が時刻合わせ
のための時間を短縮できるケースは多い。しかしなが
ら、計時装置などに採用されているステッピングモー
タ、およびモータの駆動力を時計針に伝達する輪列など
は、正転方向（時計方向）に時計針を回転するのに適し
た構成となっており、逆転方向（反時計方向）に時計針
を回転できるようになっていても、逆転するためには正
転より大きなトルクが必要となる。このため、ステッピ
ングモータを逆転するために必要な作動電圧は、正転時
の作動電圧よりも高くなり、正転および逆転が可能にす
るためには高電圧の駆動パルスを出力する駆動回路を設
ける必要がある。従って、逆転を可能にしようとすると
駆動パルスを高電圧にする必要があるので通常駆動する
際に消費される電力が増加してしまう。

【０００５】さらに、ロータを１ステップアングル正転
する際は、１つの駆動パルスで駆動できるのに対し、逆
転時には反動などを利用して大きなトルクを得るために
複数の駆動パルスを組み合わせてステッピングモータに
供給する必要がある。さらに、逆転時に供給される駆動
パルスは十分な実効電力を備えている必要があるので、
パルス幅を短くできない。従って、１ステップアングル
逆転するために最小限必要なトータルのパルス幅が長く
なってしまい逆転用の駆動パルスの周波数を高くするこ
とができない。このため、逆転できたとしても消費電力
が上がり時計針を早送りするスピードが上げられないの
で、時刻合わせの時間を短縮するメリットはそれほど大
きくならない。また、適当なパルス幅の複数の駆動パル
スを供給する必要があるため、駆動パルスを供給する制
御回路が複雑となり、さらに、ステッピングモータの固
体差などに合わせてそれぞれのパルス幅を設定すること
は非常に難しい作業となる。

【０００６】これらの理由により、逆転方向の駆動が時
刻合わせの時間や電力を削減するために有効であって
も、時刻合わせの頻度が少ないことを考慮すると通常時
の消費電力を増加したり、制御回路やパルス幅の設定が
複雑になることを見込んでまで逆転駆動するメリットは
少ない。従って、計時装置において逆転駆動が採用され
る機会は非常にすくなかった。

【０００７】そこで、本発明においては、正転するとき
の消費電力を上げずに逆転駆動可能なステッピングモー
タの制御方法および制御装置を提供することを目的とし
ており、これにより、時刻合わせなどに際し逆転駆動を
採用可能な計時装置を提供することを目的としている。
さらに、数少ない駆動パルスの組み合わせによって逆転
駆動可能とし、逆転方向の早送りの速度を向上できるス
テッピングモータの制御方法および制御装置を提供する
ことを目的としている。また、制御系統を簡易化すると
共にパルス幅の設定も容易なステッピングモータの制御
方法および制御装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、ロータの回転方向によって、その回転方向に適し
た異なる電圧の駆動パルスを供給可能とし、正転方向に
駆動するときの消費電力を上げることなくステッピング
モータを正転および逆転できるようにしている。すなわ
ち、本発明のステッピングモータの制御方法は、ロータ
と、このロータを回転駆動する磁界が駆動コイルによっ
て励磁されるステータとを有するステッピングモータの
制御方法であって、以下のようなステップを備えてお
り、論理回路や、マイクロプロセッサーの制御用プログ
ラムなどとしてコンピュータに読み取り可能な媒体に記
憶された状態で提供することができる。

【０００９】１．ステッピングモータを第１の方向に回
転するために第１の電圧の駆動パルスを供給する。

【００１０】２．ステッピングモータを第１の方向と反
対の第２の方向に回転するために第１の電圧より高い第
２の電圧の駆動パルスを供給する。

【００１１】回転方向によって電圧の異なる駆動パルス
を供給することにより、回転方向によって異なるトルク
にあった電圧の駆動パルスをモータに供給できる。従っ
て、本発明の制御方法においては、トルクが高い場合
は、高電圧の第２の駆動パルスによってモータを第２の
方向に回転することが可能であり、トルクが低い場合は
低電圧の第１の駆動パルスを供給することにより低消費
電力で第１の方向に回転することができる。

【００１２】このような少なくとも２つの電圧の駆動パ
ルスをステッピングモータに供給する制御装置として
は、駆動コイルに駆動パルスを供給する駆動手段と、駆
動手段に複数の電圧の電力を供給可能な電源部と、ロー
タを第１の方向に回転するために電源部から第１の電圧
を駆動手段に供給して駆動パルスを発する第１の制御手
段と、ロータを第１の方向と反対の第２の方向に回転す
るために電源部から第１の電圧より高い第２の電圧を駆
動手段に供給して駆動パルスを発する第２の制御手段と
を有すること特徴とするステッピングモータの制御装置
を用いることができる。

【００１３】電源部には、昇圧あるいは降圧する手段を
設けて電圧レベルの異なる電力を駆動手段に供給するこ
とができる。特に、電源部が、蓄電手段と、この蓄電手
段の出力電圧を降圧して複数の電圧の電力を供給可能な
降圧手段とを有している場合は、蓄電手段に蓄えられた
電力を降圧して駆動手段に供給できるので、第１の方向
にステッピングモータを回転駆動するために消費される
電力を大幅に低減できる。一方、第２の方向に回転駆動
するための電圧の高い駆動パルスが必要となるときは蓄
電手段の電圧をそのまま供給することができる。もちろ
ん、蓄電手段の電圧の降圧段数を複数用意し、第１の電
圧および第２の電圧を降圧により確保することも可能で
ある。

【００１４】計時装置などにおいては、通常の運針は第
１の方向に回転駆動すれば良いので、低電圧の第１の電
圧の駆動パルスをステッピングモータに供給することに
より駆動できる。従って、降圧手段を採用することによ
り、蓄電手段が電池であればその寿命を大幅に延ばすこ
とが可能になり、また、太陽電池などの充電能力がそれ
ほど高くできない発電装置によって蓄電手段が充電され
る装置であっても長期間継続して確実にステッピングモ
ータを駆動することができる。また、電池寿命が近づい
たときや、充電ができずに蓄電手段の電圧が低下して駆
動パルスの電圧が低下してしまったときは、回転が検出
されないときだけ蓄電手段の電圧を昇圧した高電圧の補
助駆動手段をステッピングモータに供給し、運針ミスな
どをなくすといった制御を行うことも可能である。

【００１５】さらに、本発明においては、回転のために
大きなトルクを必要とされる第２の方向（第１の方向を
正転方向とした時の逆転方向）の回転に際しては高電圧
の駆動パルスを供給できるようにしている。反動を用い
て回転駆動したり、第１の方向に回転するのに適したロ
ータの安定位置からロータを動かすために複数の駆動パ
ルスが必要となるが、高電圧で実効電力の高い駆動パル
スを採用することにより、組み合わすパルス数を削減で
き、また、それらのパルス幅を短くできる。従って、第
２の方向に回転するために周波数の高いパルスを採用す
ることが可能となり、第２の方向の回転速度を上げるこ
とができる。また、それらのパルス幅の調整も容易とな
る。

【００１６】反動を用いて回転駆動する場合は、上記の
第２のステップにおいて、さらに、以下のようなステッ
プを備えた制御方法を採用できる。

【００１７】３．ロータを安定位置から第１の方向に微
小回転するために第２の電圧より低い第３の電圧の補助
駆動パルスを供給する。

【００１８】４．ロータを安定位置から第２の方向に吸
引するために第２の電圧より低い第３の電圧の第１の前
記駆動パルスを供給する。

【００１９】５．ロータを第２の方向に反発するために
第２の電圧の第２の駆動パルスを供給する。

【００２０】このような制御方法を採用するには、第２
の制御手段に、駆動パルスに先立って電源部から第２の
電圧より低い第３の電圧を駆動手段に供給してロータを
第１の方向に微小回転して反動を得る補助パルスを発す
る補助パルス制御手段を設けることが望ましい。

【００２１】また、反動は用いずに、第１の方向に回転
するのに適した安定位置からロータを第２の方向に吸引
して初期駆動することも可能である。その場合は、上記
の第２のステップにおいて、さらに、以下のようなステ
ップを備えた制御方法を採用できる。

【００２２】４’．ロータを安定位置から第２の方向に
吸引するために第２の電圧の第１の駆動パルスを供給す
る。

【００２３】５’．ロータを第２の方向に反発するため
に第２の電圧の第２の駆動パルスを供給する。

【００２４】上記の４および４’のステップにおいて、
第１の駆動パルスのパルス幅が長すぎるとロータが第２
の方向から第１の方向にもどされる。このため、第４ま
たは４’のステップと、第５または５’のステップの間
に、ロータを駆動する電圧を所定の時間だけ供給せず、
第２の駆動パルスを供給する適当な位置まで慣性によっ
てロータが回転するのを待つための第６のステップを設
けることが望ましい。この第６のステップにおいては、
駆動コイルの両端をオープンにして、第１の駆動パルス
によって得られた回転力が減衰しないようにすることが
望ましい。

【００２５】第１および第２の駆動パルスを供給するに
は、第２の制御手段によって、ロータを第２の方向に吸
引する第１の駆動パルスおよびロータを前記第２の方向
に反発するための第２の駆動パルスを発生させ、少なく
とも第２の駆動パルスを発生するときに駆動手段に対し
電源部から第２の電圧を供給するようにすれば良い。さ
らに、第２の制御手段によって、第１の駆動パルスと第
２の駆動パルスの間に所定の時間だけ駆動コイルの両端
をオープンにすることにより第６のステップを設けるこ
とができる。

【００２６】複数の周波数のパルス信号を出力するパル
ス合成手段を設け、これらのパルス信号のいずれかによ
り第１の制御手段がステッピングモータを正転して時計
針を時計方向に回転し、また、パルス信号のいずれかに
より第２の制御手段がステッピングモータを逆転して時
計針を反時計方向に回転することにより、正転および逆
転が可能で、正転および逆転方向に早送りができる時刻
合わせ機能を付加した消費電力の低い計時装置を提供す
ることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照しながら本発明
をさらに詳細に説明する。図１に、本発明に係る計時装
置１の概略構成を示してある。本例の計時装置１は、ス
テッピングモータ１０と、このステッピングモータ１０
を駆動する制御装置２０と、ステッピングモータ１０の
動きを伝達する輪列５０、および輪列５０によって運針
される秒針６１、分針６２および時針６３を備えてい
る。本例のステッピングモータ１０は、制御装置２０か
ら供給される駆動パルスによって磁力を発生する駆動コ
イル１１と、この駆動コイル１１によって励磁されるス
テータ１２と、さらに、ステータ１２の内部において励
磁される磁界により回転するロータ１３を備えている。
本例のロータ１３はディスク状の２極の永久磁石によっ
て構成されており、ＰＭ型（永久磁石回転型）のステッ
ピングモータ１０となっている。ステータ１２には、駆
動コイル１１で発生した磁力によって異なった磁極がロ
ータ１３の回りのそれぞれの相１５および１６に発生す
るように磁気飽和部１７が設けられている。また、ロー
タ１３の回転方向を規定するために、ステータ１２の内
周の適当な位置には内ノッチ１８が設けられており、こ
れによってコギングトルクを発生させてロータ１３が適
当な位置に停止するようにしている。

【００２８】ステッピングモータ１０のロータ１３の回
転は、かなを介してロータ１３に噛合された五番車５
１、四番車５２、三番車５３、二番車５４、日の裏車５
５および筒車５６からなる輪列５０によって各針に伝達
される。四番車５２の軸には秒針６１が接続され、二番
車５４には分針６２が接続され、さらに、筒車５６には
時針６３が接続されており、ロータ１３の回転に連動し
てこれらの各針によって時刻が表示される。輪列５０に
は、さらに、年月日などの表示を行うための伝達系など
（不図示）を接続することももちろん可能である。

【００２９】本例の計時装置１は、ステッピングモータ
１０の回転によって時刻が表示されるようになってお
り、このために、ステッピングモータ１０には所定の周
波数のパルス信号に従って出力された駆動パルスが供給
される。ステッピングモータ１０を制御する本例の制御
装置２０は、水晶振動子などの基準発振源２１を用いて
基準周波数の基準パルスなどを出力する発振分周回路２
２と、基準パルスなどからさまざまなタイミングでパル
ス幅の異なるパルス信号を合成するパルス合成回路２３
と、パルス合成回路２３から供給された種々のパルス信
号に基づきステッピングモータ１０を制御する制御回路
２４を備えている。

【００３０】本例の制御回路２４は、パルス合成回路２
３から供給された、例えば１Ｈｚのパルス信号に基づき
駆動回路３１を制御し、正転用の駆動パルスＰ１を供給
する正転制御部２５と、正転とは反対の逆方向に回転さ
せる逆転用の駆動パルスＰ２を駆動回路３１からステッ
ピングモータ１０に供給する逆転制御部２６とを備えて
いる。正転制御部２５は、パルス合成回路２３から供給
される適当な周波数のパルス信号に基づき正転方向に早
送りする駆動パルスを駆動回路３１からモータ１０に供
給する機能も備えており、逆転制御部２６も同様にパル
ス合成回路２３から供給される適当な周波数のパルス信
号を選択して逆転方向に早送りする駆動パルスを駆動回
路３１からモータ１０に供給できるようになっている。

【００３１】本例の逆転制御部２６は、詳しくは後述す
るように、逆転用の駆動パルスＰ２をロータ１３を吸引
する第１の駆動パルスＰ２１およびロータ１３を反発す
る第２の駆動パルスＰ２２とで合成できるようになって
いる。さらに、モータ１０のロータ１３に反動を与えて
始動するための補助駆動パルスＰａを駆動回路３１から
供給する機能も備えている。そのため、補助駆動パルス
Ｐａを駆動回路３１から供給する補助パルス制御部２７
と、駆動回路３１から第１の駆動パルスＰ２１および第
２の駆動パルスＰ２２を供給する駆動パルス制御部２８
とを備えている。駆動パルス制御部２８は、さらに、第
１の駆動パルスＰ２１および第２の駆動パルスＰ２２の
間に適当な待機時間Ｔｗを設定できるようになってお
り、この待機時間Ｔｗの間は駆動回路３１を駆動コイル
１１から回路的に分離できるようになっている。

【００３２】制御回路２０によって制御され、ステッピ
ングモータ１０に様々な駆動パルスを供給する機能を備
えた本例の駆動回路３１は、２列の直列に接続されたｎ
チャンネルＭＯＳ３３とｐチャンネルＭＯＳ３２によっ
て構成されたブリッジ回路３４を備えている。従って、
これらのＭＯＳ３２および３３のゲートに制御回路２４
から印加される制御パルスの極性をステッピングモータ
１０のステップアングルに合わせて反転させることによ
り、駆動コイル１１に極性の異なる駆動パルスを供給で
き、ステータ１２に異なる極性の磁場を交互に発生させ
てロータ１３を所定の方向に回転することができる。ま
た、本例の駆動回路３１は、逆転制御部２６の制御によ
ってブリッジ回路３４を駆動コイル１１から切り離せる
スイッチ３５ａおよび３５ｂを備えており、駆動コイル
１１を必要に応じてオープンにできるようになってい
る。

【００３３】さらに、本例の制御装置２０は、駆動回路
３１に電力を供給する電源部４０を備えている。この電
源部４０は、電池４１と、この電池４１の電圧を降圧し
て駆動回路３１に供給できる降圧回路４２を備えてい
る。本例の降圧回路４２は、複数のコンデンサ４３を用
いて電源電圧を降圧できるようになっており、例えば、
３つの降圧用のコンデンサと１つの平滑用のコンデンサ
を用いて電池電圧Ｖ０からＶ０、２／３Ｖ０（以降にお
いてＶ１）および１／３Ｖ０（以降においてＶ２）の３
つの電圧レベルを設定でき、制御回路２４の正転制御部
２５および逆転制御部２６からの指示に基づいてそれぞ
れの電圧を駆動回路３１に供給できるようになってい
る。このため、本例の制御装置２０においては、駆動回
路３１から、これら３つの電圧レベルＶ０、Ｖ１および
Ｖ２を備えた駆動パルスをステッピングモータ１０に供
給することができる。

【００３４】図２に本例の制御装置２０によってステッ
ピングモータ１０を駆動する制御方法の第１の例を示し
てある。本例の制御方法においては、ロータを逆転する
際に、補助駆動パルスＰａを供給して、反動をつけてロ
ータを回転するようにしている。まず、ステップ７１に
おいて、ステッピングモータ１０の回転方向が判定さ
れ、ステップ７２において、正転であれば正転制御部２
５の制御の下にステッピングモータ１０が駆動される。
本例においては、図３に示すように、ステッピングモー
タ１０を正転するときは、電圧Ｖ１が電源部４０から駆
動回路３１に印加され、１ステップアングルを回転する
１駆動周期Ｔ０の間に、電圧Ｖ１の駆動パルスＰ１が１
つ駆動回路３１からスッテピングモータ１０に供給され
る。この駆動パルスＰ１に続いて回転の良否を確認する
回転検出用のパルスを供給したり、回転不良のときに強
制的にロータを回転するための実効電力の非常に大きな
パルスを供給することももちろん可能である。

【００３５】ステップ７１において、ステッピングモー
タ１０を逆転すると判断された場合は、逆転制御部２６
の制御の下にステッピングモータ１０が駆動される。本
例の制御方法においては、まず、ステップ７３におい
て、電圧Ｖ１の補助駆動パルスＰａが供給され、ステッ
プ７４において電圧Ｖ１の第１の駆動パルスＰ２１が供
給される。さらに、ステップ７５において、電圧Ｖ０の
第２の駆動パルスＰ２２が供給される。すなわち、図３
に示してあるように、時刻ｔ０から開始される１駆動周
期Ｔ０の間に、先ず時刻ｔ０に補助駆動パルスＰａが供
給され、次に時刻ｔ１に第１の駆動パルスＰ２１が供給
され、さらに、時刻ｔ２に第２の駆動パルスＰ２２が駆
動回路３１からステッピングモータ１０に供給されるよ
うになっている。時刻ｔ１０、時刻ｔ２０および時刻ｔ
３０から開始されるそれぞれの駆動周期Ｔ０においても
同様である。

【００３６】補助駆動パルスＰａは、図４（ａ）に示す
ように、静的に安定した位置ｒ１にあるロータ１３を正
転方向ｄ１に微小回転するためのパルスである。本例の
ステッピングモータ１０は、２極磁化されたロータ１３
が２極のステータ１２の内部で回転するようになってお
り、内ノッチ１８によってロータ１３が正転方向ｄ１に
回転し易い位置に静的安定位置ｒ１が設定されている。
従って、ロータ１３は正転方向ｄ１には非常に回転し易
くなっているので、本例においては、電圧Ｖ１でパルス
幅の狭い実効電力の小さな補助駆動パルスＰａを供給し
てロータ１３をステータ１２から反発させ、ロータ１３
が反対側に吸引されない位置ｒ２まで正転方向ｄ１に微
小回転し、その反動で逆転方向ｄ２にロータ１３を始動
させている。ステッピングモータ１０の構成によって
は、さらに低電圧の電圧Ｖ２のパルスによってロータ１
３に反動を与えることも可能であるステップ７４におい
てステッピングモータ１０に駆動回路３１から供給され
る第１の駆動パルスＰ２１は、電圧Ｖ１で補助駆動パル
スＰａに対し極性が反転したパルスである。従って、図
４（ｂ）に示すように、この第１の駆動パルスＰ２１に
よってロータ１３はステータ１２に吸引され、補助駆動
パルスＰａによって微小回転した位置ｒ２から逆転方向
ｄ２に旋回し、静的な安定位置から９０度程度回転した
位置ｒ３に達する。

【００３７】ステップ７５においては、制御回路２０の
駆動パルス制御部２８によって電源部４０から電圧Ｖ０
の電力が駆動回路３１に供給される。このため、ステッ
ピングモータ１０には、駆動回路３１から高電圧Ｖ０の
第２の駆動パルスＰ２２が供給される。この駆動パルス
Ｐ２２は、図３に示すように、第１の駆動パルスＰ２１
に対し極性が反対のパルスである。従って、この第２の
駆動パルスＰ２２によって、図４（ｃ）に示すように、
ロータ１３は駆動パルスＰ２１によって到達した位置ｒ
３からステータ１２の反発力を受け、次のステップアン
グルの静的な安定位置ｒ４まで回転する。

【００３８】このように、本例の制御方法においては、
ロータを正転するときは電圧Ｖ１の駆動パルスＰ１を用
いており、逆転するときは電圧Ｖ１の補助駆動パルスＰ
ａ、電圧Ｖ１の第１の駆動パルスＰ２１および電圧Ｖ０
の第２の駆動パルスＰ２２を用いている。例えば、腕時
計装置などの携帯型の計時装置１に用いられるステッピ
ングモータ１０は、正転の最小作動電圧が０．９Ｖ程度
であるのに対し、大きなトルクが必要とされる逆転の最
小作動電圧は１．１Ｖ程度と高くなる。これに対し、本
例の制御装置２０は、降圧回路４２を備えた電源部４０
を有しているので、電圧Ｖ０、Ｖ１およびＶ２といった
複数の電圧を駆動回路３１に印加できるようになってい
る。従って、大きな最小作動電圧が必要とされる逆転時
には高電圧Ｖ０の駆動パルスを供給することによって逆
転を可能とし、一方、逆転に比べて低電圧で駆動できる
正転時には低電圧Ｖ１の駆動パルスを供給することによ
り低い消費電力でステッピングモータ１０を駆動できる
ようにしている。駆動回路３１やステッピングモータ１
０における消費電力は、電圧の２乗に比例するので、で
きるかぎり電圧が低い方が消費電力が少なくて済む。さ
らに、同じ実効電力の駆動パルスを供給することを考え
ると、電圧を下げて電流を上げた方が駆動コイルの巻き
数を減らすことができるのでステッピングモータ自身お
よび計時装置などが小型化でき、また、組立コストを低
減できるといったメリットもある。従って、本例の制御
装置２０においては、降圧回路４２を用いて電池電圧Ｖ
０を降圧することにより、通常の運針を行う正転方向は
ステッピングモータ１０をできるかぎり低い電圧で駆動
し、一方、逆転方向にステッピングモータ１０を駆動す
る高電圧が必要となるときは、電池電圧Ｖ０を有効に活
かして逆転できるようにしている。

【００３９】また、逆転駆動する際も、最もトルクが必
要とされる図４（ｃ）に示した次のステップアングルの
安定位置ｒ４にロータ１３を移動するときに高電圧Ｖ０
の駆動パルスＰ２２を供給することによりロータ１３に
十分なエネルギーを与えられるようにしている。従っ
て、駆動パルスＰ２２に加え、反動用の補助駆動パルス
Ｐａと吸引用の駆動パルスＰ２１とを組み合わせた３つ
の駆動パルスでロータ１３を逆転することができる。高
電圧で実効電力の大きな駆動パルスＰ２２を採用するこ
とにより数少ない駆動パルスでロータを逆転できるの
で、逆転のための１駆動周期Ｔ０を短くすることが可能
であり、逆転方向の早送りの周波数を高くすることがで
きる。さらに、逆転制御部２６においては、３つの駆動
パルスのパルス幅やタイミングを調整すれば良いので、
逆転方向の駆動パルスの設定も容易であり、逆転制御部
２６の構成も簡易化できる。

【００４０】さらに、本例の制御方法においては、駆動
パルスＰ２２に先攻する補助駆動パルスＰａおよび駆動
パルスＰ２１は低電圧Ｖ１とし、駆動パルスＰ２２にの
み高電圧Ｖ０としてあるので、逆転時の消費電力も必要
最小限に止めることができる。

【００４１】図５に本例の制御装置２０によってステッ
ピングモータ１０を駆動する制御方法の第２の例を示し
てある。本例の制御方法においては、ロータ１３を逆転
する際に、高電圧Ｖ０の第１の駆動パルスＰ２１および
第２の駆動パルスＰ２２を供給するようにしている。ま
ず、ステップ７１において、ステッピングモータ１０の
回転方向が判定され、ステップ７２において、正転であ
れば正転制御部２５の制御の下にステッピングモータ１
０が駆動される。これらのステップ７１および７２の動
作は上述した第１の例と同様であり、正転するために電
圧Ｖ１の電力が電源部４０から駆動回路３１に供給さ
れ、電圧Ｖ１の駆動パルスＰ１がスッテピングモータ１
０に供給される。

【００４２】ステップ７１において、ステッピングモー
タ１０を逆転すると判断された場合は、逆転制御部２６
の制御の下にステッピングモータ１０が駆動される。本
例の制御方法においては、ステップ７４において、逆転
制御部２６により高電圧Ｖ０の第１の駆動パルスＰ２１
が供給され、さらに、ステップ７５において、電圧Ｖ０
の第２の駆動パルスＰ２２が供給される。また、本例の
制御方法においては、ステップ７４と７５の間に待機時
間Ｔｗを設定するステップ７６が設けられている。ステ
ップ７６においては、制御回路２４の逆転制御部２６に
より駆動回路３１のスイッチ３５ａおよび３５ｂがオフ
になり、駆動回路３１と駆動コイル１１の接続が遮断さ
れるようになっている。駆動コイル１１が駆動回路３１
から切断されることにより、駆動コイル１１はオープン
になるのでステップ７６においてはステータ１２からロ
ータ１３には力が働かない。

【００４３】図６に、本例の制御方法により逆転時に駆
動回路３１からステッピングモータ１０に供給される駆
動パルスを示してある。時刻ｔ０から始まる１駆動周期
Ｔ０において、図７（ａ）に示すように、正転するのに
都合の良い安定位置ｒ１から逆転方向ｄ２にロータ１３
を駆動するためにロータ１３をステータ１２に吸引する
第１の駆動パルスＰ２１が供給される。本例において
は、反動を用いないでロータ１３を逆転方向に始動する
ために高電圧Ｖ０の駆動パルスＰ２１を用いている。駆
動パルスＰ２１のパルス幅が長くなりすぎると、駆動パ
ルスＰ２１によってロータ１３がステータ１２に吸引さ
れるためロータ１３を正転方向ｄ１に戻す力が発生す
る。このため、本例においては、駆動パルスＰ２１のパ
ルス幅を短くし、駆動パルスＰ２１を供給するステップ
７４に続いて待機時間Ｔｗをセットできるステップ７６
を実効することにより、図６に示すように時刻ｔ５〜時
刻ｔ６（Ｔｗ）の間は駆動コイル１１に電圧を印加しな
いようにしている。さらに、本例では、ステップ７６に
おいて駆動コイル１１をオープンするようにしているの
で誘導電流も駆動コイル１１には流れず、駆動コイル１
１からロータ１３の動きを阻害する力が発生しないよう
にしている。従って、図７（ｂ）に示すように、ロータ
１３は、第１の駆動パルスＰ２１および駆動パルスＰ２
１による慣性によって安定位置ｒ１からほぼ９０度回転
した位置ｒ３にスムーズに到達できる。この位置ｒ３で
上述した制御方法と同様に高電圧Ｖ０の第２の駆動パル
スＰ２２を供給することにより、反発力によって次のス
テップアングルの安定位置までロータ１３を回転するこ
とができる。時刻ｔ１０からの次の駆動サイクルＴ０で
は、パルスの向きが反転することを除き上記と同様の駆
動パルスＰ２１およびＰ２２が再び駆動回路３１からス
テッピングモータ１０に供給される。

【００４４】本例の制御方法においても、大きなトルク
が必要とされる逆転時には高電圧Ｖ０の駆動パルスがス
テッピングモータ１０に供給され、回転に必要なトルク
の小さな正転時には低電圧Ｖ１の駆動パルスがステッピ
ングモータ１０に供給されるようになっている。従っ
て、正転時の消費電力を増大することなくロータを逆転
することが可能である。また、高電圧の第１の駆動パル
スＰ２１と第２の駆動パルスＰ２２の２つのパルスの組
み合わせによりステッピングモータ１０を逆転できるの
で、パルス幅が短く、実効電力の大きな駆動パルスによ
り逆転することができる。従って、１ステップアングル
回すために必要なトータルのパルス幅を狭くすることが
できるので、逆転速度を向上することが可能となる。ま
た、２つの駆動パルスの組み合わせで逆転できるので、
制御回路も簡易化でき、駆動パルスの設定も容易にな
る。従って、本発明により、時刻合わせなどに実際に使
用できる逆転用の制御方法、制御装置を提供することが
できる。

【００４５】以上のような電圧の異なる駆動パルスをス
テッピングモータに供給可能な制御方法および制御装置
を採用することにより、ステッピングモータ１０を正転
および逆転駆動できると共に、駆動時に消費される電力
を小さくすることができる。また、逆転する際には２つ
あるいは３つの数少ないパルスの組み合わせて１ステッ
プアングルを駆動することができるので、簡単な制御回
路あるいはソフトウェアで逆転制御することが可能であ
る。また、駆動パルスの幅やタイミングの調整も容易と
なる。従って、本例の制御装置および制御方法を採用す
ることにより、運針停止から復帰する際に時計針を早送
りしたり、あるいは、現地時刻に合わせて時計を時刻合
わせする際に、ステッピングモータを逆転して反時計方
向に時計針を進められる計時装置を提供することができ
る。

【００４６】なお、上記において説明した駆動パルスＰ
１、補助駆動パルスＰａ、第１および第２の駆動パルス
Ｐ２１およびＰ２２は、１つの矩形パルスの代わりに、
パルス幅の狭い複数のサブパルスによって形成すること
も可能である。さらに、１つの駆動パルス、例えば、第
１の駆動パルスＰ２１あるいは第２の駆動パルスＰ２２
をステッピングモータ１０のコギングトルク（無励磁保
持トルク、ディテントトルク）曲線を反映した複数の電
圧のサブパルスによって構成することにより、さらに電
力の使用効率の良い制御装置を提供することができる。
また、上述した第１の制御方法と第２の制御方法におけ
る駆動パルスの組み合わせは自由であり、第２の制御方
法に補助駆動パルスＰａを追加したり、第１の制御方法
に待機時間Ｔｗを設定することはもちろん可能である。

【００４７】また、上記の例では、計時装置に好適な２
相のステッピングモータを例に本発明を説明している
が、３相以上のステッピングモータに対しても本発明を
同様に適用できることはもちろんである。また、各相に
共通した制御を行う代わりに、各相毎の適したパルス幅
およびタイミングで駆動パルスを供給することも可能で
ある。また、ステッピングモータの駆動方式は、１相励
磁に限らず、２相励磁あるいは１−２相励磁であっても
良く、逆転可能なステッピングモータの制御に対し本発
明を適用することによって制御系統を簡略化でき、消費
電力を低減することができる。

【００４８】また、電源電圧を降圧する降圧回路の代わ
りに逆転駆動する際に電源電圧を昇圧する昇圧回路も設
けて逆転用の高電圧の駆動パルスを供給できるようにす
ることももちろん可能である。さらに、電源部によって
用意される電圧レベルは３段階に限定されるものではな
く、４段階以上の電圧レベルを供給できるようにしても
もちろん良い。さらに、電源は、本例のように電池に限
らず、太陽電池などの発電装置によって充電される大容
量のコンデンサなどを電源として用いることももちろん
可能である。

【００４９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の制御方
法および制御装置においては、ステッピングモータに対
し、正転用に低電圧の駆動パルスを供給し、逆転用に高
電圧の駆動パルスを供給できるようにしている。従っ
て、逆転するときは高電圧の駆動パルスにより十分なト
ルクを確保することが可能であり、確実にロータを逆転
することができる。また、正転するときは低電圧の駆動
パルスにより低消費電力で駆動できる。従って、計時装
置に対し本発明の制御方法および制御装置を用いること
により、通常の正転で運針されるときは、消費される電
力は低く保つことが可能であり、時刻合わせなどの場合
のように時計針を反時計方向に運針した方が時間および
消費電力の浪費を防止できる場合は逆転を行える計時装
置を提供することができる。さらに、逆転する際に高電
圧の駆動パルスを採用することにより、駆動パルスの実
効電力を大きくできるので、数少ないパルスの組み合わ
せで逆転することができ、また、トータルの駆動パルス
のパルス幅も短くすることができる。従って、逆転速度
の向上を図ることが可能となる。さらに、逆転用の制御
回路やソフトウェアを簡略化できるので、逆転機能を持
った計時装置を安価に提供できる。また、逆転に必要な
駆動パルスの数も減らせるのでパルスの幅やタイミング
の調整も容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の制御装置を格納した計時装置の概略構
成を示す図である。

【図２】図１に示す制御装置を用いた第１の制御方法を
示すフローチャートである。

【図３】図２に示す第１の制御方法においてステッピン
グモータに供給される駆動パルスの様子を示すタイミン
グチャートである。

【図４】図３に示す各パルスによりロータが逆転駆動さ
れる様子を説明する図であり、図４（ａ）は、補助駆動
パルスＰａによりロータが回転する様子を示し、図４
（ｂ）は、第１の駆動パルスＰ２１によりロータが回転
する様子を示し、さらに、図４（ｃ）は、第２の駆動パ
ルス２２によりロータが１ステップアングル回転する様
子を示す図である。

【図５】図１に示す制御装置を用いた第２の制御方法を
示すフローチャートである。

【図６】図５に示す第２の制御方法においてステッピン
グモータに供給される駆動パルスの様子を示すタイミン
グチャートである。

【図７】図６に示す各パルスによりロータが逆転駆動さ
れる様子を説明する図であり、図７（ａ）は、第１の駆
動パルスＰ２１のパルス幅が広すぎる場合を示し、図７
（ｄ）は、第１の駆動パルスＰ２１の後に待機時間を設
定した場合を示す図である。

【符号の説明】

１・・計時装置 １０・・ステッピングモータ １１・・駆動コイル １２・・ステータ １３・・ロータ ２０・・制御装置 ２１・・水晶振動子 ２２・・発振分周回路 ２３・・パルス合成回路 ２４・・制御回路 ２５・・正転制御部 ２６・・逆転制御部 ２７・・補助パルス制御部 ２８・・駆動パルス制御部 ３１・・駆動回路 ４０・・電源部 ４１・・電池 ４２・・降圧回路 ４３・・降圧用コンデンサ ５０・・輪列 ６１・・秒針 ６２・・分針 ６３・・時針

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータと、このロータを回転駆動する磁
   界が駆動コイルによって励磁されるステータとを有する
   ステッピングモータの制御方法において、 前記ステッピングモータを第１の方向に回転するために
   第１の電圧の駆動パルスを供給する第１のステップと、 前記ステッピングモータを前記第１の方向と反対の第２
   の方向に回転するために前記第１の電圧より高い第２の
   電圧の駆動パルスを供給する第２のステップとを有する
   ことを特徴とするステッピングモーターの制御方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記第２のステップ
   は、前記ロータを安定位置から前記第１の方向に微小回
   転するために前記第２の電圧より低い第３の電圧の補助
   駆動パルスを供給する第３のステップと、 前記ロータを前記安定位置から前記第２の方向に吸引す
   るために前記第２の電圧より低い第３の電圧の第１の前
   記駆動パルスを供給する第４のステップと、 前記ロータを第２の方向に反発するために前記第２の電
   圧の第２の前記駆動パルスを供給する第５のステップと
   を備えていることを特徴とするステッピングモータの制
   御方法。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記第２のステップ
   は、前記ロータを安定位置から前記第２の方向に吸引す
   るために前記第２の電圧の第１の前記駆動パルスを供給
   する第４のステップと、 前記ロータを第２の方向に反発するために前記第２の電
   圧の第２の前記駆動パルスを供給する第５のステップと
   を備えていることを特徴とするステッピングモータの制
   御方法。
4. 【請求項４】 請求項２または３において、前記第４の
   ステップと第５のステップの間に、前記ロータを駆動す
   るための電圧を所定の時間だけ供給しない第６のステッ
   プを備えていることを特徴とするステッピングモータの
   制御方法。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記第６のステップ
   では、前記駆動コイルの両端をオープンにすることを特
   徴とするステッピングモータの制御方法。
6. 【請求項６】 ロータと、このロータを回転駆動する磁
   界が駆動コイルによって励磁されるステータとを有する
   ステッピングモータの制御装置において、 前記駆動コイルに駆動パルスを供給する駆動手段と、 前記駆動手段に複数の電圧の電力を供給可能な電源部
   と、 前記ロータを第１の方向に回転するために前記電源部か
   ら第１の電圧を前記駆動手段に供給して前記駆動パルス
   を発する第１の制御手段と、 前記ロータを前記第１の方向と反対の第２の方向に回転
   するために前記電源部から前記第１の電圧より高い第２
   の電圧を前記駆動手段に供給して前記駆動パルスを発す
   る第２の制御手段とを有すること特徴とするステッピン
   グモータの制御装置。
7. 【請求項７】 請求項６において、前記電源部は、蓄電
   手段と、この蓄電手段の出力電圧を降圧して複数の電圧
   の電力を供給可能な降圧手段とを有することを特徴とす
   るステッピングモータの制御装置。
8. 【請求項８】 請求項６において、前記第２の制御手段
   は、前記駆動パルスに先立って前記電源部から前記第２
   の電圧より低い第３の電圧を前記駆動手段に供給して前
   記ロータを前記第１の方向に微小回転する補助パルスを
   発する補助パルス制御手段を備えていることを特徴とす
   るステッピングモータの制御装置。
9. 【請求項９】 請求項６において、前記第２の制御手段
   は、前記ロータを前記第２の方向に吸引する第１の前記
   駆動パルスおよび前記ロータを前記第２の方向に反発す
   るための第２の前記駆動パルスを発生させ、少なくとも
   前記第２の駆動パルスを発生するときに前記駆動手段に
   前記電源部から前記第２の電圧を供給することを特徴と
   するステッピングモータの制御装置。
10. 【請求項１０】 請求項９において、前記第２の制御手
    段は、さらに、前記第１の駆動パルスと前記第２の駆動
    パルスの間に所定の時間だけ前記駆動コイルの両端をオ
    ープンにすることを特徴とするステッピングモータの制
    御装置。
11. 【請求項１１】 請求項６に記載のステッピングモータ
    の制御装置と、 前記駆動パルスにより時計針を運針するステッピングモ
    ータと、 複数の周波数のパルス信号を出力するパルス合成手段と
    を有し、 前記パルス信号のいずれかにより前記第１の制御手段が
    前記ステッピングモータを正転して前記時計針を時計方
    向に回転し、前記パルス信号のいずれかにより前記第２
    の制御手段が前記ステッピングモータを逆転して前記時
    計針を反時計方向に回転することを特徴とする計時装
    置。