JPS637199A - ステッピングモ−タ制御方法およびその制御装置 - Google Patents

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〕 本発明は、コイルと、機械的な負荷に機械的に結合され
るロータと、コイルに磁気的に結合される永久磁石とを
有するタイプのステッピングモータの制御方法とその制
御装置に関する。

以下全白 〔従来の技術および発明が解決しようとする問題点〕 上記のタイプのステッピングモータは知られており、特
に、時針表示を利用する大体の電子時計に見ることがで
きる。

そのような電子時計において、ステッピングモータのロ
ータは、通常、２極性の永久磁石からなり、この永久磁
石の帯磁軸はロータの回転軸と直角をなす。この永久磁
石は、ステータを介してステッピングモータのコイルに
磁気的に結合されている。このステータには、実質上、
円筒形の空洞が設けられ、この円筒形の空洞内で、ロー
タが回転する。この円筒形の空洞壁に作られたノツチは
ロータに位置決めトルクを与える。この位置決めトルク
はロータを保持しようとするものであるかまたは、２つ
の安定した平衡位置のうちの一方または他方にロータを
戻そうとするものである。

そのようなステッピングモータ（既知のため図示せず）
は次に述べるような実例のもとで使用される。

ロータが１ステップだけ回転されるたびにコイルに駆動
パルスが与えられるように、ステッピングモータの制御
回路が設けられる。

より簡単な制御回路の場合には、駆動パルスの長さが固
定される。したがって、駆動パルスの発生中、ステッピ
ングモータに与えられる電気エネルギーの量は、ロータ
によって駆動される機械的な負荷にほとんど依存しない
。ロータによって駆動される機械的な負荷が最も高い値
にあるときでさえも、駆動パルスの長さは、ロータが正
確に回転するのに十分なければならない。しかし、機械
的な負荷がめったに最も高い値にならないので、大部分
の電気エネルギーは消費される。通常、限られた容量の
電力供給源が電気エネルギーとして特に、電子時計内に
設けられる。これによって、ステッピングモータの電気
エネルギー消費を減少させるために多くの装置が考え出
されてきた。

これらの全ての装置は、ロータによって駆動される機械
的な負荷値を定めるための手段と、この機械的な負荷値
に対して駆動パルスの発生中、ステッピングモータに与
える電気エネルギーの量を調整するための手段とを存す
る。

ステッピングモータに与えられる電気エネルギーの量の
調整は、Ｊ常、駆動パルスの持続時間を変えることによ
って行われる。

この持続時間は、例えば米国特許ＵＳ−Ａ−４，４４６
，４１３号に記載されているように、各駆動パルスの発
生中、直接に設定してもよい。このような場合、各駆動
パルスの発生中、ステッピングモータのロータによって
駆動される機械的な負荷に依存する電気的な大きさを測
定する測定回路を有する。この回路は、−定の諸条件を
満たしたときに、与えられた駆動パルスを中断させる信
号を発生する。これらの条件は回路特性によって定まる
。

また、駆動パルスの持続時間は、例えば米国特許ＵＳ−
Ａ−４，２７２，８３７号に記載されているように、間
接的に設定してもよい。そのような場合には、駆動パル
スの発生中、ロータによって駆動される機械的な負荷に
依存する特有の電気的な大きさを、駆動パルスの消滅後
、測定する測定回路を有する。

この測定結果が、回路特性によっても定まる一定の条件
を満たすならば、このことは、ロータがそれ以前の駆動
パルスに応答してまったく回転しなかったことを示す。

このため、測定回路は次に述べる駆動パルスの持続時間
を変える信号を発生する。また、必要ならば、それ以前
の駆動パルスに応答して行わなかったステップをロータ
に行わせるために、測定回路によって発生した信号によ
って、１つのまたはいくつかの修正パルスがステッピン
グモータに与えられる。

各駆動パルスの終りと次の駆動パルスの始めとの間でス
テッピングモータのコイルをショートさせるために、上
述した大部分の制御装置が設けられる。

駆動パルスの発生中、ステッピングモータに与えられる
電気エネルギーが、何らかの理由で、必要以上にはるか
に大きくなったならば、ステッピングモータのコイルに
おけるショートは、特に、ロータを１ステップ以上回転
させないようにしたり、例えば震動によって何らかの偶
発的なロータの回転に応答して、駆動パルスと駆動パル
スとの間で、ロータに電気的制動トルクを与えたりする
。

この電気的制動トルクは、ロータを現在の位置に保持す
るために既述した位置決めトルクと組合わさっている。

上述した装置によって発生した駆動パルスの持続時間は
、ロータが角度位置に達するために必要とされる時間よ
り短時間である。位置決めトルクは、外部エネルギーの
供給によらずに、この角度位置から次の安定した平衡位
置にロータを回転させることができるような方向と大き
さを持つ。

上述した角度位置は、次に述べるように、しきい角度位
置として表される。

このしきい角度位置はロータの回転を妨げる摩擦に依存
するので、このしきい角度位置は固定されず、可変させ
られる。駆動パルスの終点と、ロータがしきい角度位置
に達した時点との間で、特に、このロータ自身の運動エ
ネルギーと、ロータによって駆動される種々の素子の運
動エネルギーとに応じて、ロータは回転し続ける。

さらに、駆動パルスの終点でのコイルのショートにより
、コイル内に電流を流し続けることができる。このよう
にして、駆動パルスの終点でコイル内に生じる大部分の
磁気エネルギーは、ロータをしきい角度位置に回転させ
るために、ロータの運動エネルギーおよびロータによっ
て駆動される素子の運動エネルギーと働きあう機械的エ
ネルギーに変換されることができる。−部の磁気エネル
ギーのみが、コイルを通して流れる電流によって熱とし
て消費される。

しかしながら、コイル内の電流は駆動パルスの終点後急
速に減少する。この電流が零になった後、この電流は方
向を変え、ステッピングモータが発電機として動作し始
める。

そのとき発生する電気エネルギー（コイル内で全く熱と
して消費される）は、ロータの運動エネルギーおよびこ
のロータによって駆動される素子の運動エネルギーの一
部が変換されたものである。

このようにして、ロータは制動され、ロータの運動エネ
ルギーは、位置決めトルク、これらの機械的な素子間の
相互摩擦および素子のベアリング内のピボットの摩擦に
よる第１の抵抗トルク、ステッピングモータ゛のステー
タ内の磁気的現象による第２の抵抗トルクおよび電気的
制動の動作によって発生するトルクの総和を越えるもの
でなければならない。

電流の方向変換およびこれによるロータの電気的制動の
動作開始は、ロータが上述のしきい角度位置に達する前
に行われる。したがって、ロータが、電気的制動の動作
にもかかわらず、しきい角度位置に達するために、電気
エネルギーに変換されない一部の運動エネルギーが十分
あるということが必要である。

言い換えれば、ロータが正確に回転するためにステッピ
ングモータに供給されるのに必要とする電気エネルギー
は、機械的エネルギーに変換される有益なエネルギー部
分と、無用と考えられかつコイル内の電流が、上述した
ように、方向変換した後消費されるようなエネルギー部
分とからなる。

実施された試験によって確かめられた理論計算は以下の
とおり示される。ステッピングモータのタイプおよびス
テッピングモータを制御するために使用される回路の種
類によるが、上記の無用な電気エネルギーは、ロータが
正確に回転するためにステッピングモータに供給される
のに必要とする最小の電気エネルギーの２５％に相当し
得る。

したがって、既知のステッピングモータの制御方法およ
び制御装置には、ステッピングモータの効率において、
実質的な低下を生じるという不利益がある。ステッピン
グモータにおいて無用に消費される電気エネルギーは、
もちろん、その制御装置の電力供給源によって供給され
なければならない。したがって、その結果として以下の
ことが生じる。与えられた容量およびこの容量によって
定められた容積の電力供給源に対して、この電力供給源
の寿命は実質的に短縮されるか、または与えられた寿命
の電力供給源に対して、この電力供給源の容積は実質的
に増加させるということが生じる。

米国特許ＵＳ−Ａ−４，４６７、２５５号では、ステッ
ピングモータの制御方法が以下のように記載されている
。

この制御方法は上述したような制御方法と異なり、駆動
パルスの終点後固定された長さをもつ時間の間ステッピ
ングモータのコイルが開回路状態に置かれて次の駆動パ
ルスの始まりまで閉回路状態に置かれる。それ以前の駆
動パルスに応答して正確にロータが回転したかどうか定
めるために、駆動パルスの終点後ロータの回転によって
コイル内に誘導された電圧の変化が利用される。

この制御方法の不利益は以下に述べることである。駆動
パルスの終点でコイルが開回路状態に置かれるので、こ
の駆動パルスの終点でコイル内に生じる磁気エネルギー
を機械エネルギーに変換することができないということ
が生じる。

上記の不利益をある程度解消し得るためのこの制御方法
の一例は、また、米国特許ＵＳ−Ａ−４，４６７，２５
５号にも記載されている。この−例では、予め固定され
た時間の間、ステッピングモータのコイルは、各駆動パ
ルスの終点でショートされ、別の固定された時間の間、
このコイルは、開回路状態に置かれて次の駆動パルスの
始まりまで再びショートされる。

しかしながら、コイルが最初にショートされた後に電流
の減少する割合が、コイル特性だけでなく、駆動パルス
の終点でロータによって達せられたスピードにも依存す
る。これによって、この電流の減少する割合はロータに
よって駆動される機械的な負荷に依存する。したがって
、電流の減少するこの割合は可変となる。もし、最初の
ショート動作に対して設定される時間の長さが、電流が
零になるのに要する時間よりも短いならば、コイルの磁
気エネルギーの一部は、機械的エネルギーに変換されず
に、それによって失われる。しかし、もし最初のショー
ト動作に対して設定される時間の長さが、電流が零にな
るのに要する時間よりも長いならば、電流の方向が変っ
て上述したような無用な電気エネルギーが消費されてし
まう。

さらに、米国特許ＵＳ−Ａ−４，４６７，２５５号に開
示されている制御方法には、また、再びショートされる
前にコイルが開回路状態に置かれている間の時間の長さ
は固定されることが示されている。

駆動パルスの終点およびその終点後のロータのスピード
はロータによって駆動される機械的な負荷に依存するの
で、コイルが再びショートされる時点でのロータの角度
位置は可変される。

もしこの角度位置が上記のしきい角度位置より前に設定
されるならば、ロータはこのショート動作によって制動
され、再びロータの運動エネルギーが無用に消費される
。

もしショート動作時点でのロータの角度位置が第２の安
定した平衡位置に接近しているならば、ロータの運動エ
ネルギーは、第２の安定した平衡位置を越えて次の安定
した平衡位置にロータを至らしめるようにさせるに十分
である。したがって、このような場合、ロータは１ステ
ップせずに２ステップする。よって、米国特許ＵＳ−Ａ
−４，４６７，２５５号に開示されている方法によって
制御されるステッピングモータの効率および信顛性は満
足するものではない。

本発明は、上記の諸事利益を除くためになされたもので
あり、例えば、既知の方法により制御されるステッピン
グモータの効率をより高くしたり、特に、時計の信顧性
を減することなしに、与えられた電力供給源の容積に対
してステッピングモータに設けられる装置の電力供給源
の寿命をより長くしたり、または、与えられた電力供給
源の寿命に対して電力供給源の容積をより小さくしたり
するようなステッピングモータ制御方法およびその制御
装置を提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明によ
れば、コイルと、機械的な負荷に機械的に結合されるロ
ータと、該コイルに磁気的に結合される永久磁石とを有
するステッピングモータを制御するステッピングモータ
制御方法において、前記ロータが１ステップだけ回転さ
れるたびに、前記コイルに駆動パルスを与える段階と、
該駆動パルスの終わりに、該コイルを第１番目にショー
トする段階と、該コイルを開回路状態に戻す段階と、次
の駆動パルスが始まるまでに該コイルを第２番目にショ
ートする段階とからなり、前記コイルが該第１番目にシ
ョートされる間、該コイルを通して流れる電流値が零と
なるのに応答して該コイルが開回路状態に置かれ、該コ
イルが開回路状態にある間、前記ロータの回転によって
該コイル内に誘導される電圧に依存して、該コイルが前
記第２番目にショートされるようなステッピングモータ
制御方法が提供される。

また、本発明によれば、コイルと、機械的な負荷に機械
的に結合されるロータと、該コイルに磁気的に結合され
る永久磁石とを有するステッピングモータを制御するス
テッピングモータ制御装置において、前記ロータが１ス
テップだけ回転されるたびに、前記コイルに駆動パルス
を与えるための第１の手段と、前記駆動パルスの終りに
、該コイルを第１番目にショートさせるための第２の手
段と、該第１番目のショート動作後に、該コイルを開回
路状態に戻すための第３の手段と、咳開回路後に、該コ
イルを第２番目にショートするための第４の手段とから
なり、前記第３の一手段は、前記コイルが前記第１番目
にショートする該コイル内に流れる電流の零までの変化
を検出するための手段と、該電流の零までの変化に応答
して該コイルを開回路状態に置くための手段とを含み、
前記第４の手段は、該コイルが開回路状態にある間、前
記ロータの回転によって該コイルをショートするために
設けられるようなステンピングモータ制御装置が堤供さ
れる。

なお、上記のステッピングモータ制ｊ■方法を実施する
ための制御回路は、定電圧回路または定電流回路にまっ
たく相当し得る。それらの回路の名称が示すように、定
電圧回路は、各駆動パルスを発生中、ステッピングモー
タのコイルに実質上定電圧を供給する。通常、この定電
圧は、そのような回路に設けた電力供給源の電圧である
。同様に、定電流回路は、実質上、各駆動パルスを発生
中、ステッピングモータのコイルを通して電流を流させ
る。

また、本発明によるステッピングモータ制御方法を実施
するための回路は、固定された持続時間の駆動パルスを
発生するタイプの回路かまたは多くの公知の方法のうち
の１つの方法で駆動パルスの持続時間を調整するタイプ
の回路にまったく相当し得る。

〔実施例〕

第１図および第２図は、本発明によるステッピングモー
タの制御方法の一実施例を示す図であり、この実施例は
、駆動パルスの発生中、ロータによって駆動される機械
的な負荷に依存して、各駆動パルスの持続時間を調整す
るための手段を有する定電圧タイプの回路によって行わ
れる。

第１図において、制御回路がステッピングモータに駆動
パルスを与え始める時点はｔｏで示され、駆動パルスの
発生中、コイルに与えられる電圧はＵａで示される。

１０時点で、ロータが安定した平衡位置のうちの１つの
平衡位置（第２図で示されたＳｌかまたはＳｌに非常に
近接した位置）に停止されるとし、かつ電圧Ｕａの極性
はロータを第２の安定した平衡位置（第２図で示された
Ｓ２）に向かって回転させるとする。

電圧Ｕａに応じてコイル内に流れる電流ｉは、既知のよ
うに、第１図の曲線Ｔａと同様の曲線をｔｏ時点から示
す。

さらに、コイルを通して流れる電流ｉによって発生した
駆動トルクに応じて、ロータは第２の安定した平衡位置
Ｓ２に向かって回転する。

電圧Ｕａの電力供給源とコイルとの接続を断ちかつコイ
ルをショートさせることによって、ステッピングモータ
の制御回路は、ｔ１時点で駆動パルスを中断するものと
する。この制御回路は、ロータによって駆動される機械
的な負荷によって定まる、すなわちロータの構造によっ
て定まるようなｔ１時点を設定する。

ｔ１時点で、ロータは角度位置（ＡＩ参照）にある。点
ＡＩは通常６０”より小さい角度だけ点Ｓ１から離れて
いることが実際には示されている。

コイルを通して流れる電流ｉは、曲線（第１図に示され
たＩｃ）に従ってｔ１時点から減少し始める。この曲線
形状は、コイルの特性すなわちコイルの抵抗とコイルの
誘導率およびロータの回転によってコイルに誘導される
電圧すなわちロータのスピードおよび永久磁石とコイル
との間の結合係数に依存する。

既知の方法のごとく、ｔ１時点でコイル内で得られる磁
気エネルギーは、点Ｓ２に向かってロータを回転させる
機械的エネルギーに変換される。

本発明による制御方法において、コイルを通して流れる
電流ｉは、少なくともｔ１時点から測定され、この電流
が零となる時点が検出される。この時点は第１図におい
てｔ２で示される。

制御回路は、ｔ２時点でコイルのショートをやめて、コ
イルを開回路状態に置く。

ｔ２時点で第２図に示された点Ａ２に達したロータは、
もちろん、点Ｓ２に向かって回転し続ける。

ｔ２時点以後、Ｌ１時点から零であったコイルの端子電
圧は、ロータの回転によってコイル内に誘導された電圧
に等しくなる。この電圧は第１図においてＵｉとして示
される。

また、ロータによって駆動される機械的な負荷によって
も定まる時間の経過後、ロータは第２図に示される点Ａ
３に達する。その点Ａ３で、ステッピングモータのコイ
ルと永久磁石との結合係数は零になる。したがって電圧
Ｕｉも零になる。

本発明による制御方法において、電圧Ｕｉが測定され、
電圧Ｕｉが零になる時点が検出される。

この時点は第１図においてＬ３として示される。

制御回路は、ｔ３時点で、ステッピングモータを第２番
目のショートをｊテう。ステッピングモータのロータは
、ｔ３時点で、上述のしきい角度位置（第２図において
ＡＬで示される）と第２の安定した平衡位置Ｓ２との間
に位置さ°れる点Ａ３に達する。このようにして、ロー
タは、ロータ自身の運動エネルギーとロータによって駆
動される構成部の運動エネルギーおよび位置決めトルク
Ｃｐに応答して回転し終える。

この回転によってコイル内に誘導された電流（第１図に
おいてＩｉとして示されている）は、ロータを電気的に
制動させる。

この制動の動作はロータを遅らせて、これによって比較
的遅いスピードで第２の安定した平衡点Ｓ２にロータが
至る。

わずかにロータが振動した後、ロータは点Ｓ２で静止す
るかまたは点Ｓ２に非常に近接する点内で静止する。

コイルは、次の駆動パルスの始まりまでにショート状態
にあり、次の駆動パルスが始まった後、上述の工程がく
り返えされる。このようにして、位置決めトルクとコイ
ルのショートによる電気的制動トルクとが結合された効
果によって、駆動パルスと駆動パルスとの間で、ロータ
が現在位置しているような安定した平衡位置（既知の制
御方法のごとく）にロータが維持される。

上述したような本発明による制御方法によって制御され
るステッピングモータに対して、コイルがｔ２時点で開
回路状部にあるので、電流ｉは、ｔ２時点で雰になった
後方向を変えることができないことがわかる。

このことは、以下のような方法とは逆になる。

この方法とは、コイルが、常に、駆動パルス間でショー
トされるような既知の方法であるか、あるいはコイルが
ショートされる間の設定された時間が、電流が零になる
までに要した時間より大きいときに上述した米国特許ｕ
Ｓ−Ａ−４，４６７，２５５号に記載されている方法で
ある。

ｔ２時点とｔ３時点の間では、本発明による制御方法に
よって制御されるステッピングモータのロータに、電気
的制動トルクは与えられない。このようにして、ロータ
とロータによって駆動される素子との運動エネルギーは
、ロータが点Ａ２にあるときロータの回転に抵抗する位
置決めトルクと、既述した磁気的なおよび機械的な原因
の抵抗トルクとだけに打ち勝つ必要がある。

その上、電気エネルギーは、もちろん、ｔ２時点後、コ
イル内で消費されない。したがって、駆動パルス間でス
テッピングモータに与えられなければならない電気エネ
ルギー量が、既知の方法のうちの１つの方法によって制
御されるステッピングモータに与えられなければならな
い電気エネルギー量に対してかなり減らすことができる
ような大きさに、ステッピングモータの制御回路は形成
されることができる。

既述したように、ステッピングモータのタイプおよび制
御回路のタイプによるが、この減少は２５％に達し得る
。

本発明による制御方法によって制御されるステッピング
モータを有する装置において電力供給源のために与えら
れた大きさくしたがって与えられた容量）に対して、こ
の電力供給源の寿命は、このようにして、実質上、増加
するかまたは、与えられた寿命に対して、この電力供給
源の大きさはかなり縮小される。

また、本発明による制御方法は以下のことを可能にする
。駆動パルスの終点すなわちｔ１時点で、コイルに生じ
る全ての磁気エネルギーが使用されかつ機械的エネルギ
ー（コイルに流れる電流のために浪費は無視する）に変
換されるときだけ、ステッピングモータのコイルは開回
路状態に置かれる。

このことは、コイルがショートされる間設定された時間
が、電流が零になるのに要した時間（可変的な）より短
い場合において、米国特許［ｌ５−Ａ−４，４６７，２
５５号に記載されてた方法とは逆である。

そのような場合、本発明による制御方法は、電気エネル
ギーの消費をも解消することができる。

さらに、本発明による制御方法は、また、以下のことも
可能にする。すなわち、ステッピングモータのコイルが
再びショートされたｔ３時点で、ロータに対する点Ａ３
は、しきい角変位ｆｉＡＬと第２の安定した平衡位置Ｓ
２との間にある。このようにして、ロータは、位置決め
トルクのみに応答して正確にステップし終えることがで
きる。

その上に、ロータが点Ｓ２を越えてあまり遠くに進まな
いように、かつ偶発的に余分にステップする恐れがない
ように、点Ａ３は確実に点Ａ２から十分に離れている。

本発明による制御方法はかくのごとく、米国特許ＵＳ−
Ａ−４，４６７、２５５号に記載された制御方法に比べ
ると、ステッピングモータの動作の安全性を改善してい
る。

第１図および第２図は、また、本発明による制御方法の
変形例をも示す図でもある。この変形例において、コイ
ルが開回路状態にある間、誘導される電圧Ｕｉが検出さ
れる予め定められた（１ｉＵｄに達するのはｔ３’時点
であり、このことは、ｔ２時点後、この電圧Ｕｉが零に
あるのはｔ３に代わってｔ３’である。コイルは、再び
この乞３′時点でショートされる。

第１図の波線で示された曲線は、この実施例における電
圧Ｕｉおよび電流Ｉｆの変化を示しており、ｔ３’時点
でロータが達する角度位置は第２図においてＡ３’とし
て示されている。

この変形例は、上述した制御方法とはほんのわずか相違
し、既知の制御方法と比べて、上述した制御方法と同じ
利益を有する。

既知の制御方法と比較すると、この変形例は、ステッピ
ングモータが開回路状態に置かれている間の時間と、ロ
ータが、これによって、例えば衝撃による偶発的な角度
ズレに対して鋭敏に反応するという長所を持つ。

第３図は上述した第１の制御方法を実行するための一具
体例を示す回路図である。この回路は電子時計の一部を
形成し、この電子時計の表示装置（図示せず）は、針ま
たは平円盤からなり、上述したような（すなわち、コイ
ル１およびロータの永久磁石２によって象徴されるよう
な）ステッピングモータによって駆動される。

第３図に示された回路は、４つのＭＯＳトランジスタＴ
ｒｌ　、Ｔｒ２　、Ｔｒ３およびＴｒ４からなり、通常
の駆動パルスを発生する。

トランジスタＴｒｉおよびＴｒ２はＰ型トランジスタで
あり、これらのソースは図示しない電力供給源のプラス
端子に接続されている。このプラス端子は記号子によっ
て示される。

トランジスタＴｒ３およびＴｒ４はｎ型トランジスタで
あり、小さな値の抵抗３を介して、記号−によって示さ
れる電力供給源のマイナス端子に接続されている。抵抗
３０機能は後述する。

トランジスタＴｒｉおよびＴｒ３のドレインは、共に、
コイル１の第１の端子に接続されており、トランジスタ
Ｔｒ２およびＴｒ４のドレインは、共に、コイル１の第
２の端子に接続されている。

後述する電子回路は、また、上述した電力供給源によっ
て電力供給される。これらの電子回路を形成する論理ゲ
ート、インバータおよびフリップフロップの入力および
出力の論理レベルは、これらの電位が電力供給源のマイ
ナス°（−）端子の電位に実質上等しいとき“ロー（ｌ
ｏｗ）”として示され、およびこれらの電圧が電力供給
源のプラス（＋）端子の電圧に等しいとき“ハイ（ｈｉ
ｇｈ）″として示される。

したがって、トランジスタＴｒ３およびＴｒ４も以下述
べるｎ型の他のＭｏＳトランジスタも、それらのゲート
がローのときは遮断され、ハイのときは通電され′る。

他方、トランジスタＴｒｌおよびＴｒ２は、それらのゲ
ートがハイのときは遮断され、ローのときは通電される
。

トランジスタＴｒ３およびＴｒ４は駆動パルス制御回路
４の人力に接続されている。この駆動パルス制御回路４
は、前記駆動パルスの発生中、ステッピングモータのロ
ータによって駆動される機械的な負荷に依存する各駆動
パルスの長さを設定する。

駆動パルス制御回路４は、例えば、既述した米国特許Ｕ
Ｓ−Ａ−４，４４６，４１３号に記載した回路と同様で
ある。後者の回路は、各駆動パルスの発生中、ロータの
永久磁石２の回転によってコイル１内に誘導された電圧
値を常に計算する。コイル１を流れる電流によって、抵
抗３の端子間に発生する電圧を利用して、この計算が行
われる。この回路は、誘導された電圧が予め定められた
値に達するのに要した時間を測定することによって、ロ
ータによって駆動される機械的な負荷の値を定める。そ
のとき、この回路は、駆動パルスが測定された時間によ
って中断されるような最適の時点を定め、この最適の時
点でハイとなる信号を回路４の出力に発生する。

コイル１の端子は、２つのトランスミッションゲート６
および７を介して差動増幅器５の非反転入力に接続され
る。この非反転入力は、また、抵抗８を介して電力供給
源のマイナス（−）端子にも接続される。差動増幅器５
の反転入力は、直接、マイナス（−）端子に接続される
。

コイル１の端子は、また、２つのｎ型のＭＯＳトランジ
スタＴｒ５およびＴｒ６のドレインにも接続される。こ
のトランジスタＴｒ５およびＴｒ６のソースは、共に、
差動増幅器９の非反転入力におよび抵抗１０を介して電
力供給源のマイナス（−）端子にそれぞれ接続される。

差動増幅器９の反転入力は、直接、マイナス（−）端子
に接続されている。

差動増幅器５および９の両方とも大きな増幅をもつため
に、これらの差動増幅器の出力は電力供給源のプラス（
＋）端子の電位を得る。すなわちこれらの非反転入力が
電力供給源のマイナス（−）端子の電位に関して正の電
位を有するとすぐに、これらの差動増幅器の出力はハイ
となる。差動増幅器５および９の出力は電力供給源のマ
イナス（−）端子の電位を有する。すなわち差動増幅器
５および９の出力は、非反転入力の電位が反転入力の電
位に等しくなるかまたは反転入力に対して負となるとき
、ローとなる。

トランスミッションゲート６および７は、制御電極がロ
ーのとき遮断され、制御電極がハイのときは通電する。

トランジスタＴｒｉ〜Ｔｒ６のゲートとトランスミッシ
ョンゲート６および７は、ＯＲゲート１１〜１５とＡＮ
Ｄゲート１６〜２１とからなる論理回路りの出力に接続
されている。

ＯＲゲート１１〜１５およびＡＮＤゲート１６〜２１の
入力および出力は、相互接続され、かつトランジスタＴ
ｒｉ〜Ｔｒ６のゲートおよびトランスミッションゲート
６および７の制御電極と接続されている。

これについては、第３図に明白に示されているので詳細
には説明しない。さらに、ＯＲゲート１１〜１５および
ＡＮＤゲート１６〜２１による動作機能（後述する）は
、また、別に相互接続される他のゲートからなる他の論
理回路によっても行える。

論理回路りの入力を形成するＯＲゲート１１〜１５およ
びＡＮＤゲート１６〜２１の入力は、フリップフロップ
２２〜２７、ＡＮＤゲート２８〜３１およびインバータ
３２　、３３からなる順序回路Ｓの出力に接続されてい
る。

フリップフロップ２２〜２７は全てＴタイプであり、す
なわち、その出力Ｑは、リセット入力がローであったと
しても、クロック人力Ｃがローからハイに切り換るたび
に、その状態を変化する。もしリセット人力Ｒがハイで
あるならば、その出力Ｑは、クロック人力Ｃの状態が何
であろうと、ローに維持される。

論理回路りの入力と順序回路Ｓの出力との間の接続およ
び順序回路Ｓの構成部の入力と出力との接続は、論理回
路りに関して上記した接続と同様の理由のため、どちら
も詳細に説明しない。

最後に、順序回路Ｓの入力は、駆動パルスの長さを定め
るための駆動パルス制御回路４、差動増幅器５．９およ
び、発振器３５と共に電子時計の時間基準を形成する周
波数分割器３４の出力に接続されている。

第３図に示された回路の動作は第１図、第２図および第
４図を参照して説明される。

第４図において、Ｓ３４．Ｓ４．Ｓ５およびＳ９を参照
符号とした図は周波数分割器３４、駆動パルス制御回路
４および差動増幅器５．９の出力の論理状態をそれぞれ
示す。Ｑ２２〜Ｑ２７を参照符号とした図はフリップフ
ロップ２２〜２７の出力Ｑの論理状態をそれぞれ示す。

最後に、Ｔｒｌ〜Ｔｒ６および６，７を参照符号とした
図は、トランジスタＴｒｌ〜Ｔｒ６およびトランスミッ
タゲート６および７の遮断状態（参照符号ｂ）かあるい
は通電状態（参照符号Ｃ）をそれぞれ示す。

第４図におけるｔＱ時点〜ｔ３時点は第１図におけるｔ
Ｑ時点〜ｔ３時点と同一である。

各駆動パルスの始まる前では、フリップフロップ２３〜
２６の出力Ｑはローであり、フリップフロップ２７の出
力Ｑはハイであることは次に説明することから明らかで
ある。

この説明をするにあたり、最初にフリップフロップ２２
の出力はローであるとする。

これらの条件で、トランジスタＴｒｉ〜Ｔｒ６のゲート
およびトランスミッションゲート６および７の制御電極
はローになる。したがって、トランジスタＴｒｉとＴｒ
２は通電状態にあり、トランジスタＴｒ３およびＴｒ４
とトランスミッションゲート６および７は遮断状態であ
る。

したがって、コイル１はトランジスタＴｒｉおよびＴｒ
２を介してショートされる。このショートによる電気的
制動は、ロータを現状の安定した平衡位置に維持するた
めにロータの位置決めトルクの効果に付加される。この
説明を始めるに当り、この位置は第２図において８１と
して示される。

トランジスタＴｒ３〜Ｔｒ６およびトランスミッション
ゲート６および７は遮断状態であるので、駆動パルス制
御回路４の人力および差動増幅器５および９の非反転入
力は抵抗３．８および１０を介してそれぞれローに保持
される。したがって、駆動パルス制御回路４および差動
増幅器５および９の出力は、また、ローである。

周波数分割器３４は、ステッピングモータが１ステップ
だけ回転するたびに（例えば毎秒ごとに）パルスを送出
する。

これらのパルスのうち１つのパルスは第１図および第４
図におけるｔＱ時点で発生される。このパルスに応答し
て、フリップフロップ２７の出力はローになり、フリッ
プフロップ２２および２３の出力Ｑはハイになる。この
フリップフロ７プ２２および２３の出力Ｑのハイ状態に
応答してトランジスタＴｒ２は遮断状態となり、トラン
ジスタＴｒ４は通電状態になる。

したがって、駆動パルスはコイルｌに与えられる。この
コイル１の各端子は、トランジスタＴｒｉを介して電力
供給源のプラス（＋）端子と、トランジスタＴｒ４およ
び抵抗３を介して電力供給源のマイナス（−）端子とに
それぞれ接続されている。

この駆動パルスに応じてコイル１を通して電流が矢印Ｉ
によって示される方向に流れ、ステッピングモータのロ
ータが回転し始める。

さらにまた、この電流に比例した電圧が、駆動パルスの
長さを定めるために駆動パルス制御回路４の入力に印加
される。

ステッピングモータのロータによって駆動される機械的
な負荷の値′によって定まる時間の長さだけｔＱ時点か
ら離れているｔ１時点で、駆動パルス制御回路４の構成
によって定まる条件が満たされ、駆動パルス制御回路４
の出力はハイとなり、このようにして駆動パルスの終点
が示される。

フリップフロップ２３の出力Ｑが再びローとなり、フリ
ップフロップ２４の出力Ｑがハイになる。

このハイ状態に応じて、トランジスタＴｒｌおよびＴｒ
４は遮断状態になり、ところが、トランジスタＴｒ３お
よびＴｒ６は通電状態になる。このようにして、コイル
１は電力供給源のプラス（＋）端子から断たれ、トラン
ジスタＴｒ６、抵抗１０および３およびトランジスタＴ
ｒ３を介してショートされる。

コイルを通して流れた電流は、こうして、そのときだけ
、特に、抵抗１０を介して流れる。その電流が流れてか
ら短時間後に、差動増幅器９の出力はハイになり、この
ようにして、フリソプフロツブ２５の出力Ｑをハイにさ
せる。インバータ３２の出力が同時にローになるので、
回路はこの状態を維持する。

コイル１を通してまだ流れている電流は、ロータを回転
し続けるために、ロータおよびロータによって駆動され
る機械的な構成部の慣性によるトルクと結合する駆動ト
ルクを発生する。

コイル１を通して流れる電流は急激に減少する。

電流が零となるｔ２時点で、差動増幅器９の出力がロー
になり、インバータ３２の出力がハイになる。それによ
って、フリップフロップ２４の出力Ｑがローとなり、フ
リップフロップ２６の出力Ｑがハイとなる。

フリップフロップ２６の出力Ｑのハイ状態に応答して、
トランジスタＴｒ３およびＴｒ６は遮断状態となる。こ
のようにして、コイル１は開回路状態に置かれ、コイル
１を通して電流が流れない。

しかしながら、ステッピングモータのロータは、ロータ
自身の運動エネルギーと、ロータによって駆動される機
械的な構成部の運動エネルギーとに応答して回転し続け
るが、ｔ２時点後コイル１を通して電流が流れないので
、ロータは電気的に制動されない。

したがって、ｔ２時点でのロータの角度位置Ａ２と上述
したしきい角度位置ＡＬとの間で、ロータの運動エネル
ギーとロータによって駆動される機械的な構成部の運動
エネルギーとが、位置決めトルクＣｐと上述した磁気的
なおよび機械的な原因の抵抗トルクとの総和に打ち勝つ
必要がある。

しきい角度位置ＡＬを越えて、その方向が変化した位置
決めトルクは、ロータを回転するために、維持した運動
エネルギーによって生じるトルクに加算される。

ｔ２時点でフリップフロップ２６の出力がハイとなるこ
とにより、トランスミッションゲート７は通電状態にな
る。このようにして、ロータの回転によってコイルｌ内
に誘導された電圧が差動増幅器５の入力に印加され、こ
の電圧力（印加されてから短時間後に、差動増幅器５の
出力はハイになる。このようにして、フリップフロップ
２７の出力Ｑはハイとなる。インバータ３３の出力が同
時にローになるので、フリップフロップ２５および２６
の出力Ｑはハイを維持する。

ロータがｔ３時点で点Ａ３に達すると、永久磁石２とコ
イル１との結合係数およびこのためのコイル１内に誘導
された電圧は零になる。このようにして、差動増幅器５
の出力はローになり、インバータ３３の出力はハイにな
る。

このインバータ３３の出力のハイ状態に応答して、フリ
ップフロップ２５および２Ｇの出力Ｑはローになる。

したがって、トランスミッションゲート７は再び遮断状
態となり、トランジスタＴｒｉおよびＴｒ２は再び通電
状態になる。それによって、コイルｌは再びショートさ
れる。このようにして、ロータは電気的に再び制動され
る。しかし、位置決めトルクＣｐは、電力供給源のエネ
ルギーなしで、第２図の安定した平衡位置にロータを回
転させるような方向を持つ。コイル１のショートのため
に電気的な制動動作および位置決めトルクＣｐは点Ｓ２
の範囲内でのロータの変動を急激に止めさせ、また、こ
の位置でロータを維持させることができる。

ｔ３時点後、第３図の回路は、現にハイにあるフリップ
フロップ２２の出力を除いては、ｔＱ時点以前にあった
全く同じ状態に再びなる。第３図の回路は周波数分割３
４の出力が新しいパルスを発生するまでこの状態が保持
される。

この新しいパルスに応答しての第３図の回路動作は既述
した動作とまさに同一であるので詳細には説明しない。

この新しいパルスに応答して、トランジスタＴｒｉは遮
断状態になり、トランジスタＴｒ３は通電状態になる。

このようにして、コイル１に与えられた駆動パルスは上
述した駆動パルスに対して逆の極性を有し、この駆動パ
ルスに応じてコイルｌ内の電流は矢印Ｉの方向とは反対
の方向に流れる。

しかしながら、この電流に比例した電圧は上記の極性と
同一である。

与えられた駆動パルスが中断されねばならない時点でこ
の電圧に応答して駆動パルス制御回路４によって生じた
ハイ状態は、それ以前のケースのごとく、コイル１をシ
ョートさせる。しかし、このケースにおいて、このショ
ートはトランジスタＴｒ５、抵抗１０および３およびト
ランジスタＴｒ４を通して行われる。

上述したように、コイルを通して流れ続ける電流によっ
て抵抗１０で発生した電圧は差動増幅器９の非反転入力
に印加される。

この電流が零になると、インバータ３２の出力は再びハ
イになる。再び上述したように、このハイ状態はコイル
１を開回路状態に置き、コイル１で誘導された電圧Ｕｉ
を差動増幅器５の非反転入力に印加する。しかしながら
、この場合、電圧Ｕｉは、まさに通電状態にあるトラン
スミッションゲート６を介して差動増幅器５のこの入力
に印加される。

電圧Ｕｉが零になると、インバータ２９の出力が再びハ
イになる。再び上述したように、このハイ状態はトラン
ジスタＴｒｌおよびＴｒ２を再び通電状態にし、これに
よってトランジスタＴｒｌおよびＴｒ２を介してコイル
１をショートさせる。

第３図の回路はｔＱ時点以前のようなまさに同じ状態に
再びなり、周波数分割３４が新しいパルスを発生するま
でこの状態が維持される。この新しいパルスは、もちろ
ん、ｔＱ時点で発生したパルスと同様の効果を有する。

上述した回路の変形例は、また第３図にも示されている
。

本発明は、また、どんな種類のステッピングモータの制
御にもよく適合する。このステッピングモータを構成す
るものに対して、１つのコイルであろうといくつのコイ
ルであろうと、および／またはステータを介そうと介す
まいとこのコイルと結合された永久磁石が２極であろう
と多極であろう、いずれにしても差し支えない。

また、本発明は、どのような制御方法によるかに拘らず
、すなわち、全て同じ極性かあるいは交替する極性を有
する駆動パルスによる制御方法でも適用できる。

さらに、ステッピングモータのための制御回路は、既述
した制御回路と相違するものであり、駆動パルスの長さ
を定めるための回路４を含むものである。

この回路４は、駆動パルスの終了後、ロータによって駆
動される機械的な負荷を定め、かつこの機械的な負荷に
よって、次の駆動パルスの持続時間を調整する同じ種類
の回路でもよい。

また、駆動パルス制御回路４はなくてもよい。

上述した変形例において、駆動パルス制御回路４の出力
に接続される順序回路Ｓの出力は、例えば、この変形例
において、差動増幅器５の反転入力は、電力供給源のマ
イナス（−）端子に接続されないで、例えば、装置の電
力供給源のプラス（＋）端子とマイナス（−）端子との
間に直列に接続された２つの抵抗で構成される電圧分割
器を有する基準電圧源に接続される。これらの抵抗は、
第３図において波線で示されており、参照符号３６およ
び３７を付している。

抵抗３６および３７は、差動増幅器５の非反転入力に印
加する電圧が上述した電圧Ｕｄとなるような値を有する
。

すでに知られているように、第３図の回路におけるこの
変形例は、既述したステッピングモータの制御方法の変
形例を実行するのに適している。

実際に、この変形化した回路において、コイル１が開回
路状態に置かれている間、コイル１内に誘導された電圧
が値Ｕｄに達する時点すなわちｔ３’時点で、差動増幅
器５の出力はローになる。設定長さの時間によって各ｔ
Ｑ時点から離された時点で信号を送出する周波数分割器
３４の入力に接続してもよい。この種の接続は第３図に
おいて破線４ａで示されている。そのような場合には、
駆動パルスの長さは、もちろん、固定され、上述した時
間の長さに等しい。

さらにまた、本発明によって制御されるステッピングモ
ータを含む装置は時計でなくともよい。

例えば温度あるいは圧力のような何らかの物理的な大き
さを測定し、文字盤上に、ステッピングモータによって
駆動される１本またはそれ以上の針によって物理的な大
きさを表示するための装置であってもよい。そのような
場合には、ステッピングモータのコイルに駆動パルスを
与えるパルスは、明らかに、必ずしも周期的ではない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、既知の方法により
制御されるステッピングモータの効率をより高くしたり
、特に時計の信頼性を減することなしに、与えられた電
力供給源の容積に対してステッピングモータに設けられ
る装置の電力供給源の寿命をより長くしたり、または、
与えられた電力供給源の容積をより小さくしたりするよ
うなステッピング制御方法およびその制御装置が実現さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による制御方法によって制御されるステ
ッピングモータのコイル端子間の電圧Ｕの時間ｔについ
ての変化とコイルを通して流れる電流ｉの時間ｔについ
ての変化とを示す図、第２図は位置決めのトルクＣｐの
変化およびステッピングモータのコイルと永久磁石との
結合係数Ｇの変化を示す図、 第３図は本発明による制御方法を実施するための制御装
置を示す回路図、 第４図は第３図における回路構成部および回路の各点で
の信号形態を示す波形図である。 １・・・コイル、　　　　　　２・・・永久磁石、３．
８．１０・・・抵抗、 ４・・・駆動パルス制御回路、 ５．９・・・差動増幅器、 ６．７・・・トランスミッションゲート、Ｓ・・・順序
回路、　　　　Ｌ・・・論理回路、Ｔｒｌ　、　Ｔｒ２
　、　Ｔｒ３　、　Ｔｒ４　。 Ｔｒ５　、　Ｔｒ６−ＭＯＳ　）ランジスタ、３４・・
・周波数分割器、　３５・・・発振器。 以下ぶ白

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．コイルと、機械的な負荷に機械的に結合されるロー
   タと、該コイルに磁気的に結合される永久磁石とを有す
   るステッピングモータを制御するステッピングモータ制
   御方法において、 前記ロータが１ステップだけ回転されるたびに、前記コ
   イルに駆動パルスを与える段階と、 前記駆動パルスの終わりに、該コイルを第１番目にショ
   ートする段階と、 該コイルを開回路状態に戻す段階と、 次の駆動パルスが始まるまでに該コイルを第２番目にシ
   ョートする段階とからなり、 前記コイルが該第１番目にショートされる間、該コイル
   を通して流れる電流値が零となるのに応答して該コイル
   が開回路状態に置かれ、該コイルが開回路状態にある間
   、前記ロータの回転によって該コイル内に誘導される電
   圧に依存して、該コイルが前記第２番目にショートされ
   ることを特徴とするステッピングモータ制御方法。
2. ２．前記駆動パルスが、設定された長さの時間の間、前
   記コイルに与えられる特許請求の範囲第１項に記載のス
   テッピングモータ制御方法。
3. ３．前記駆動パルスが、前記駆動パルスの発生中、前記
   ロータによって駆動される前記機械的な負荷によって定
   まる時間の間、前記コイルに与えられる特許請求の範囲
   第１項に記載のステッピングモータ制御方法。
4. ４．前記駆動パルスが、それ以前の駆動パルスの発生中
   、前記ロータによって駆動される前記機械的な負荷によ
   って定まる時間の間、前記コイルに与えられる特許請求
   の範囲第１項に記載のステッピングモータ制御方法。
5. ５．前記コイルは、前記誘導される電圧が予め定められ
   た値まで変化するのに応答して、前記第２番目のショー
   トされる特許請求の範囲第１項に記載のステッピングモ
   ータ制御方法。
6. ６．前記予め定められた値は零である特許請求の範囲第
   ５項に記載のステッピングモータ制御方法。
7. ７．コイルと、機械的な負荷に機械的に結合されるロー
   タと、該コイルに磁気的に結合される永久磁石とを有す
   るステッピングモータを制御するステッピングモータ制
   御装置において、 前記ロータが１ステップだけ回転されるたびに、前記コ
   イルに駆動パルスを与えるための第１の手段と、 前記駆動パルスの終わりに、該コイルを第１番目にショ
   ートさせるための第２の手段と、 該第１番目のショート動作後に、該コイルを開回路状態
   に戻すための第３の手段と、 該開回路後に、該コイルを第２番目にショートするため
   の第４の手段とからなり、 前記第３の手段は、前記コイルが前記第１番目にショー
   トする該コイル内に流れる電流の零までの変化を検出す
   るための手段と、該電流の零までの変化に応答して該コ
   イルを開回路状態に置くための手段とを含み、前記第４
   の手段は、該コイルが開回路状態にある間、前記ロータ
   の回転によって該コイルをショートするために設けられ
   ることを特徴とするステッピングモータ制御装置。
8. ８．前記第１の手段は、設定された長さの時間の間、前
   記コイルに前記駆動パルスを与えさせるための手段を含
   む特許請求の範囲第７項に記載のステッピングモータ制
   御装置。
9. ９．前記第１の手段は、前記駆動パルスの発生中、前記
   ロータによって駆動される機械的な負荷によって定まる
   時間の間、前記コイルに前記駆動パルスを与えるための
   手段を含む特許請求の範囲第７項に記載のステッピング
   モータ制御装置。
10. １０．前記第１の手段は、以前の駆動パルスの発生中、
    前記ロータによって駆動される機械的な負荷によって定
    まる時間の間、前記コイルに前記駆動パルスを与えるた
    めの手段を含む特許請求の範囲第７項に記載のステッピ
    ングモータ制御装置。
11. １１．前記第４の手段は、設定された値まで前記誘導さ
    れた電圧の変化を検出するための手段と、該設定された
    値までの前記誘導された電圧の変化に応答して前記コイ
    ルを第２番目にショートするための手段とを含む特許請
    求の範囲第７項に記載のステッピングモータ制御装置。
12. １２．前記誘導される電圧の前記設定された値は零であ
    る特許請求の範囲第１１項に記載のステッピングモータ
    制御装置。
13. １３．前記設定された値まで前記誘導された電圧の変化
    を検出するための前記手段は、前記設定された値を零以
    外の電圧値に設定するための手段を含む特許請求の範囲
    第１１項に記載のステッピングモータ制御装置。