CN105991073A - 步进马达驱动装置及钟表 - Google Patents

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Abstract

本发明提供步进马达驱动装置，其具备第1线圈及第2线圈，在该步进马达驱动装置中设置马达控制部(10)，在第1相位对第1线圈施加规定电压；在第1相位后的第2相位对第2线圈施加规定电压；在第2相位后的第3相位交替地对第1线圈及第2线圈施加规定电压。

Description

步进马达驱动装置及钟表
技术领域
本发明涉及步进马达驱动装置及钟表。
背景技术
以往，在钟表等中采用构成为可正反转的步进马达。例如，日本专利文献特开2014－195371号公报公开的步进马达具备：2极励磁的转子、在转子周围间隔90°配置的3个磁极、卷绕在这3个磁极中的2个上的线圈。并且，通过适当地对这2个线圈施加驱动脉冲而对步进马达进行旋转驱动。
根据上述专利文献的技术，在使步进马达旋转时存在仅向2个线圈的一方通电的期间和向2个线圈双方通电的期间。此时，在后者的期间会出现消耗电流(从电池输出的电流)的峰值。这里，如果使后者的期间比前者的期间短，则能够使步进马达消耗的能量在两期间中大致相等。但是，电池等的内部电阻所消耗的电能与消耗电流的平方成比例，因此根据上述专利文献的技术，后者的期间消耗的电力变大，存在加速电池消耗的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够抑制消耗电流的峰值的步进马达驱动装置及钟表。
为了解决上述课题，本发明的具备第1线圈及第2线圈的步进马达驱动装置，其特征为，具备马达控制部，该马达控制部在第1相位对上述第1线圈施加规定电压，在上述第1相位后的第2相位对上述第2线圈施加上述规定电压，在上述第2相位后的第3相位交替地对上述第1线圈及上述第2线圈施加上述规定电压。
附图说明
图1是本发明第1实施方式的步进马达驱动装置的框图。
图2是第1实施方式的步进马达的俯视图。
图3是第1实施方式的步进马达的动作说明图。
图4是第1实施方式的电桥电路的电路图。
图5是第1实施方式的电桥电路各部的波形图。
图6是比较例1的电桥电路各部的波形图。
图7是比较例2的电桥电路各部的波形图。
图8是本发明第2实施方式的模拟钟表的俯视图。
具体实施方式
[第1实施方式]
(整体结构)
接下来，参照图1所示的框图对本发明第1实施方式的步进马达驱动装置进行详细说明。
在图1中，CPU(Central Processing Unit)2基于在ROM(Read Only Memory)4中存储的控制程序对马达控制部10输出各种指令。RAM(Random Access Memory)6用作CPU2的工作存储器。振荡器(记为“OSC”)8向CPU2输出动作时钟脉冲。
步进马达30具有：具有永久磁铁的转子、具有2个线圈的定子。马达控制部10内的电桥电路20通过对这2个线圈施加方形波或PWM(pulse width modulation)调制的电压来驱动步进马达30。在步进马达30的驱动状态中存在后述的相位P1、P2、P3这3个相位。马达控制部10内的P1波形控制部12、P2波形控制部14及P3波形控制·PWM相位控制部16，分别在相位P1、P2、P3对电桥电路20进行控制。马达控制部10包含：P1波形控制部12、P2波形控制部14、P3波形控制·PWM相位控制部16、电桥电路20。这些P1波形控制部12、P2波形控制部14、P3波形控制·PWM相位控制部16、电桥电路20既可以是单一的器件，也可以分别独立设置器件来进行各动作。
(步进马达30)
接下来，参照图2对步进马达30的详细结构进行说明。另外，图2是步进马达30的俯视图。
步进马达30具有定子37和转子38。转子38形成圆盘状而被转动自如地支撑于环绕方向，并且具有在径向上进行2极励磁的永久磁铁。在转子38上未施加阴影的部分构成N极38N、施加了阴影的部分构成S极38S。在将步进马达30适用于钟表等时，在转子38上例如连结有构成运针机构的齿轮，该运针机构用于使钟表的指针运转，通过转子38旋转可使该齿轮等旋转。
定子37具有中心轭35、一对侧轭34、36。中心轭35具备直长部35a和在该直长部35a的一端侧大致上下对称地突出的突出部35b，作为整体形成大致T字状。侧轭34、36在转子38的上下方向上围绕，并形成为在上下方向上突出。
另外，在中心轭35的突出部35b与侧轭34、36之间***有线圈31、32，线圈31、32经由端子台33与电桥电路20(参照图1)连接。
接下来，参照步进马达30的动作说明图即图3A～图3F对驱动步进马达30时的3个相位P1、P2、P3进行说明。
如图3A所示，当转子38的S极38S朝向右方时，相位P1以该状态开始。在相位P1，在作为P1波形控制部12的马达控制部10的控制下，如线圈32内的箭头所示，以发生从左向右的磁通的方式向线圈32供给电流。另一方面，不向线圈31供给电流。于是，在转子38的周围，侧轭36成为S极，侧轭34及中心轭35成为N极。于是，如图3B所示，转子38以转子38的S极38S朝右下方向的方式转动。图3B所示的转子38相对于图3A成为向右方转动了约60°的状态。
从该图3B的状态起，开始相位P2的动作。在相位P2，在作为P2波形控制部14的马达控制部10的控制下，如图3C的线圈31内的箭头所示，以发生从右向左的磁通的方式向线圈31供给电流。另一方面，不向线圈32供给电流。于是，在转子38的周围，侧轭36及中心轭35成为S极，侧轭34成为N极。于是，如图3D所示，转子38以转子38的S极38S朝左下方向的方式转动。图3D所示的转子38相对于图3C成为向右方转动了约60°的状态。
从该图3D的状态起，开始相位P3的动作。在相位P3，在作为P3波形控制·PWM相位控制部16的马达控制部10的控制下，如图3E的线圈31、32内的箭头所示，以发生从右向左的磁通的方式向线圈31、32双方供给电流。
于是，在转子38的周围，侧轭34、36成为N极，中心轭35成为S极。于是，如图3F所示，转子38以转子38的S极38S朝右方向的方式转动。图3F所示的转子38相对于图3A成为向右方转动了180°的状态。另外，虽然详细后述，但是在相位P3，在线圈31、32中流通的电流都进行了PWM调制。
如以上那样，转子38经过相位P1、P2、P3转动180°，而在进一步转动180°时，只要以图3A～图3F所示的磁通方向(箭头)为反向的方式向线圈31、32供给电流即可。
(电桥电路20)
接下来，参照图4所示电路图对电桥电路20的结构进行说明。
在图4中，在电压输入端27与接地端28之间，利用未图示的电池等施加电源电压Vcc。并且，在电压输入端27与接地端28之间，经由连接点S1串联连接MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)21、24，经由连接点S3串联连接MOSFET22、25，经由连接点S2串联连接MOSFET23、26。并且，在连接点S1、S3之间连接步进马达30的线圈31，在连接点S2、S3之间连接线圈32。
在上述相位P1，使MOSFET23、25为通状态，其它的MOSFET为断状态。由此，向线圈32施加电源电压Vcc，向从连接点S2朝向连接点S3的方向流通电流。并且，在相位P2，使MOSFET22、24为通状态，其它的MOSFET为断状态。由此，向线圈31施加电源电压Vcc，向从连接点S3朝向连接点S1的方向流通电流。
并且，在相位P3，MOSFET22保持通状态，以占空比50％相应地切换MOSFET24、26的通/断状态。并且，使其它的MOSFET为断状态。因此，在MOSFET26为通状态的期间，向线圈32施加电源电压Vcc，向从连接点S3朝向连接点S2的方向流通电流。并且，在MOSFET24为通状态的期间，向线圈31施加电源电压Vcc，向从连接点S3朝向连接点S1的方向流通电流。
在图5的波形A～波形C中示出了连接点S1、S2、S3上的电压的波形图。如图5的波形A、波形B所示，在本实施方式中，相位P3的PWM周期(通/断)是相位P3的期间的“1/3”。因此，连接点S1、S2的电压都在相位P3均上升3次。
图5的波形D是在电桥电路20中流通的电流i的波形图。这里，电流i以从连接点S1、S2朝向连接点S3的方向为正方向，且为合计在线圈31、32中流通的电流值得到的。在图5的波形D中，电流i的绝对值的峰值i1出现于相位P3。
(比较例)
接下来，为了清楚第1实施方式的效果，对2个比较例的内容进行说明，而最先是对比较例1的内容进行说明。
首先，比较例1的硬件结构与第1实施方式相同，相位P1、P2的动作也与第1实施方式相同。但是，在比较例1的相位P3，使MOSFET24、26(参照图4)双方连续地成为通状态，这一点不同。
图6示出比较例1中各部的波形图。
与图5同样地，图6的波形A～波形C是连接点S1、S2、S3上的电压的波形图，图6的波形D是在电桥电路20中流通的电流i的波形图。在图6的波形D中可知，电流i的绝对值的峰值i2比第1实施方式的峰值i1大。
接下来对比较例2进行说明。比较例2的硬件结构也与第1实施方式相同，相位P1、P2的动作也与第1实施方式相同。但是，在比较例2的相位P3，MOSFET24、26(参照图4)双方占空比为50％，以相同相位通/断，这一点不同。
图7示出比较例2中各部的波形图。
与图5的波形A～波形D同样地，图7的波形A～波形C是连接点S1、S2、S3上的电压的波形图，图7的波形D是在电桥电路20中流通的电流i的波形图。在图7的波形D中，电流i的绝对值的峰值i3小于比较例1的峰值i2，但是比第1实施方式的峰值i1大。
通过与这些比较例1、2的比较，根据本实施方式，通过在峰值电流最大的相位P3的定时相应地切换MOSFET24、26的通/断状态，从而能够抑制电流i的峰值，因此能够抑制与电流i的的平方成比例的电能损失，获得能够抑制电池等的消耗的效果。即，本实施方式在峰值电流最大的相位P3的期间以与相位P1期间的周期和相位P2期间的周期都不相同的周期(例如相位P3的期间的1/3)相应地对控制MOSFET24、26的通/断状态的电信号的极性进行切换。由此，能够抑制电流i的峰值、抑制与电流i的平方成比例的电能损失、抑制电池等的消耗。
[第2实施方式]
接下来，参照图8所示俯视图对本发明第2实施方式的模拟钟表进行说明。
在图8中，模拟钟表500具有：文字盘501、以指针轴504为中心在文字盘501上转动的2根指针(时针、分针)502。另外，与这2根指针502对应地在文字盘501的背侧装设2个步进马达30，经由各自的运针机构503旋转驱动对应的指针502。
这些步进马达30与在第1实施方式中说明的步进马达30相同，分别由图1所示的步进马达驱动装置进行驱动。另外不用说，在模拟钟表500上还可以设置更多指针。根据本实施方式，利用第1实施方式的步进马达驱动装置(图1)对指针502进行旋转驱动，因此能够抑制模拟钟表500的消耗电流的峰值，抑制该电源即电池等的消耗。
[变形例]
本发明不限于上述实施方式而可以进行各种变形。上述实施方式是为了易于理解本发明而进行例示说明，不是必须具备所说明的全部结构。另外，可以将某个实施方式的部分结构置换为另一实施方式的结构，另外也可向某个实施方式的结构添加另一实施方式的结构。另外，可以对各实施方式的部分结构进行删除或者其它结构的追加/置换。能够对上述实施方式进行的变形例如以下各项。
(1)上述第2实施方式对将第1实施方式的步进马达驱动装置适用于模拟钟表500的例子进行了说明，但是第1实施方式的步进马达驱动装置不限于钟表而可以适用于各种电气设备。
(2)在第1实施方式的相位P3，MOSFET24、26的通/断状态的占空比均为50％，但是也可以设置若干的空闲时间。即使在设置空闲时间的情况下，也优选MOSFET24、26的通/断状态的占空比相同。例如，当空闲时间的长度是相位P3的期间的10％时，则优选MOSFET24、26的通/断状态的占空比均为45％。
(3)在第1实施方式的相位P3，PWM周期(通/断)周期是相位P3的期间的“1/3”，但是PWM周期也可以是相位P3的期间的1/n(其中n为2以上的自然数)。另外，在第1实施方式的相位P3，PWM周期(通/断)周期是相位P3的期间的“1/3”，但是PWM周期也可以根据由电池余量求出的峰值电流的界限值来决定。
(4)也可以取代在第1实施方式中适用的MOSFET21～26而适用其它切换元件。
[结构/效果的总结]
如以上这样，在上述各实施方式的步进马达驱动装置中特征是，在具备第1线圈31及第2线圈32的步进马达驱动装置中具有马达控制部10，其在第1相位P1对上述第1线圈32施加规定电压Vcc，在上述第1相位P1后的第2相位P2对上述第2线圈31施加上述规定电压Vcc，在上述第2相位P2后的第3相位P3交替地对上述第1线圈31及第2线圈32施加上述规定电压Vcc。
另外，作为第3波形控制部16的马达控制部10以相同的占空比交替地对上述第1线圈31及上述第2线圈32施加上述规定电压Vcc，将对上述第1线圈31及上述第2线圈32施加上述规定电压Vcc的周期设定为上述第3相位P3的相关期间的1/n(其中n为2以上的自然数)，将对上述第1线圈及上述第2线圈施加上述规定电压的周期设定为与上述第1相位和上述第2相位都不相同的周期。
由此，在上述各实施方式中，能够抑制在第1线圈31及第2线圈32中流通的电流的峰值。

Claims (5)

1.一种步进马达驱动装置，其对第1线圈及第2线圈进行驱动，其特征在于，
具备马达控制部，其在第1相位对上述第1线圈施加规定电压，在上述第1相位后的第2相位对上述第2线圈施加上述规定电压，在上述第2相位后的第3相位交替地对上述第1线圈及上述第2线圈施加上述规定电压。
2.根据权利要求1所述的步进马达驱动装置，其特征在于，
上述马达控制部以相同占空比交替地对上述第1线圈及上述第2线圈施加上述规定电压。
3.根据权利要求1所述的步进马达驱动装置，其特征在于，
上述马达控制部对上述第1线圈及上述第2线圈施加上述规定电压的周期是上述第3相位的相关期间的1/n，其中n为2以上的自然数。
4.根据权利要求1所述的步进马达驱动装置，其特征在于，
上述马达控制部对上述第1线圈及上述第2线圈施加上述规定电压的周期是与上述第1相位和上述第2相位都不相同的周期。
5.一种钟表，其特征在于，具备权利要求1至4任意一项所述的步进马达驱动装置。
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