JP3757421B2 - 電子機器 - Google Patents
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Description
本発明は、計時装置などのステッピングモータを備えた電子機器に関し、特に、ステッピングモータを早送り可能な電子機器に関するものである。
背景技術
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とも称され、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、クロノグラフといった計時装置である。
この計時装置などに用いられるステッピングモータ10は、第11図に示すように2極磁化された円盤状のロータ13の外側がノッチ状に凹んだ磁気飽和部17を介して連結された一体型のステータ12の内部で回転するようになっており、1Hzなどの適当な周波数の駆動パルスによってロータ13が順次回転し、その駆動力で運針するようになっている。運針ミスをなくすためには、ロータ13が駆動パルスによって正常に回転したか否かを確認することが重要であり、そのために第12図に示すような駆動コイルにロータ13の回転によって逆誘起された電流あるいは電圧を検出している。
この図に示すように、ロータ13の回転に起因して逆誘起される電流(逆誘起電流)として、安定位置からほぼ90度の位置を通過するときに駆動パルスPWと逆極側の第1のピークPM1が表れる。さらに、ロータ13が移動すると、逆誘起電流が0となる位置Aを過ぎて、駆動先(逆極側)である180度回転した逆極側の安定位置Bを通過するときに駆動パルスPWと駆動パルスPWと同極側の大きな第1のピークPP1が表れる。その後、ロータ13が安定して停止するまでの揺れ(振動)に伴って第2のピークPM2およびPP2などが発生する。
これらの第1のピークPM1あるいはPP1は、強度は高いが駆動パルスPWの過渡電流TWなどの影響があるので、駆動パルスPWと第1のピークPM1あるいはPP1を時間的に分離することが難しい。このために、従来の通常運針時においては強度は弱いが分離の容易な第2のピークPM2あるいはPP2をチョッパパルスによってチョッパ増幅して逆誘起電圧として捉えて回転検出に用いている。
近年、腕時計装置などの計時装置には様々な機能が盛り込まれるようになっており、その1つとしてステッピングモータを通常運針時よりも高速で動かして、自動的に、あるいはマニュアルで時刻合わせを行う機能がある。ステッピングモータを高速で動かす早送りを行う際は、駆動パルスを早送り用に短い周期で供給する必要がある。さらに、時刻合わせを行うためには早送り中も運針ミス、すなわち、ロータの回転ミスはないように駆動する必要がある。
そこで、本発明においては、ステッピングモータの早送りを高速で安定して行うことができる電子機器を提供することを目的としている。
発明の開示
このため、本発明のステッピングモータを備えた電子機器においては、早送りするときに、ロータの回転によって励起された逆誘起電力を電流あるいは電圧として捉えて、その第1のピークを検出し、これによってロータの回転の有無を確認しながら駆動パルスを供給して高速で早送りできるようにしている。さらに、逆誘起電力の第1のピークのうち、時間的に遅く、駆動パルスと分離しやすい駆動パルスと同極側の第1のピークを検出し、適切なタイミングで確実に早送り用の駆動パルスを出力できるようにしている。
すなわち、本発明の電子機器は、駆動用コイルを備えたステータ内で多極磁化されたロータを回転駆動可能なステッピングモータと、駆動用コイルに対しロータを駆動するための駆動パルスを供給する駆動装置と、この駆動装置を制御して早送り用の駆動パルスを供給可能であると共にその駆動パルスのタイミングを調整可能な駆動制御装置と、ロータの回転によって励起された逆誘起電力のうち、直前の駆動パルスと同極性の第1ピークを検出可能な位置検出装置とを有し、駆動制御装置は、第1ピークの検出タイミングに基づき次の駆動パルスの出力タイミングを制御できるようにしている。
ここで、ステッピングモータを早送りするためには、ステータは一体で構成することが好適で、この一体ステータを用いてロータを磁気駆動するためにステータに磁気飽和部を設けることが必要である。
しかも、駆動用コイルに誘起された逆誘起電力によって第1ピークを検出することも可能であるが、本発明は、ステッピングモータのステータに駆動用コイルに加えて検出用コイルを設け、位置検出装置が検出用コイルに誘起された逆誘起電力を検出できるようにすることにより、駆動パルスの影響を抑制できるので、駆動パルスと第1ピークは分離しやすくなり、ロータの位置確認が容易になる。
さらに、本発明の位置検出装置は、直前の駆動パルスの出力タイミングや終了のタイミングなどの、直前の駆動パルスを基準とし、所定の時間だけロータの回転に起因する逆誘起電力を検出しない不感応時間(マスク時間)を設定し、駆動用コイルあるいは検出用コイルから位置検出装置に供給される信号をマスクしているので、駆動パルスに起因する過渡電流、スパイクノイズの影響などを防止し、確実に検出タイミングを得ることができる。
従って、本発明によれば、逆誘起電力の第1ピークを確実に検出することができる。よって、従来のステッピングモータの回転検出に用いられている逆誘起電力の第2ピークと比較し、第1ピークは早期に検出できるので駆動パルスを検出するタイミングを早くすることができ、早送りを高速化できる。また、同極側の第1ピークを前述の特殊な手段によって検出するようにしているので、第1ピークの中でも駆動パルスとの分離は容易であり、また、同極側の第1ピークを検出することによりロータが安定位置まで達していることを確認できる。したがって、ロータが確実に回転したことを検出できるので、それから適当な出力タイミングで次の駆動パルスを供給することにより、ロータの回転方向と合致したタイミングで次の駆動パルスを供給することが可能となる。従って、早送り用のエネルギーを節約できる。
また、ロータの回転の有無を確認しながら早送り用の駆動パルスを供給できるので、早送り中の運針ミスを防止し安定した早送りが可能となる。さらに、早送りによってロータの回転速度が上昇すると、ロータの回転に起因する逆誘起電力も上昇し第1ピークも高くなるので、逆誘起電力に基づきロータ位置を検出することが容易となり、確実に検出タイミングを得ることができる。
前述の駆動用コイルおよび検出用コイルは別巻きにすることも可能であるが、駆動用コイルおよび検出用コイルを同軸状に巻くことも可能であり、その場合は、これらのコイルの少なくとも内側に巻かれたコイルを整列巻きにすることが望ましい。これにより、外側に駆動用コイルが巻かれた場合でも、ステッピングモータの性能に対する影響を防止できる。また、検出用コイルが外側に巻かれた場合でも、その抵抗のばらつきなどを抑制できるので、第1ピークの検出能力が安定する。
また、この検出用コイルは、早送り用の駆動パルスに限らず、通常速度の駆動パルスが供給されたときに生ずる逆誘起電力も安定して検出することが可能であり、通常速度、例えば、計時装置の運針に用いられている1Hz程度の駆動パルスによるロータの位置検出にも用いることができる。
同極性の第1ピークを効率良く検出するためには、位置検出装置は、直前の駆動パルスと同極性のチョッパパルスによって増幅された逆誘起電力を検出することが望ましい。さらに、このチョッパパルスのタイミング、周波数およびデューティの少なくともいずれかを、供給された駆動パルスの幅などを条件に選択可能にすることにより、駆動パルスに起因する過渡電流、高周波ノイズ(スパイクノイズ)の影響などを防止し、さらに確実に検出タイミングを得ることができる。
ステータが磁気飽和部を備えた一体型ステータの場合は、逆誘起電力の逆極側のピークから同極側のピークに移行するときの電圧変動が緩やかなので、電圧が0になるのを検出して特定のタイミングを捉えることが難しい。このため、位置検出装置は、ロータの回転に起因する逆誘起電力を直接、あるいはチョッパ増幅した後に基準レベルと比較して検出タイミングを取得することが望ましい。基準レベルとの比較は、コンパレータなどを用いても良いが、インバータの閾値を基準値(基準レベル)として検出タイミングを得ることも可能であり、回路素子を削減できるので、消費電力を低減することが可能になる。
さらに、1次電池で駆動される電子機器はもちろん、発電装置を内蔵した電子機器などのように、駆動装置に供給される充放電型の電源装置を備えている場合も、駆動装置に供給される供給電圧が変動する。従って、供給電圧が高くなると駆動パルスの実効電力が増加してロータの速度が上昇し、駆動パルスと第1ピークの分離が難しくなり、過渡電流、スパイクノイズの影響などが現れる。このため、駆動制御装置は、電源装置の供給電圧が高くなると、パルス幅の狭い駆動パルスを供給し、第1ピークの検出が確実にできるようにすることが望ましい。一方、電源装置の供給電圧が低いときは、パルス幅の広い駆動パルスを供給して実効電力を確保し、第1ピークとして十分な強度が得られるようにすることが望ましい。また、電源装置の供給電圧が非常に低くなると、第1ピークの強度が低下して検出タイミングが得にくくなることがあるので、固定周期で駆動パルスを供給可能として確実に早送りできるようにすることが望ましい。
また、位置検出装置で検出された検出タイミングの周期が短くなるときに駆動制御装置からパルス幅の狭い駆動パルスを供給することによって、駆動パルスが逆誘起電力の第1ピークの検出に及ぼす影響を防止することができる。また、駆動パルスの実効電力が低減される方向になるので、ステッピングモータの早送り速度も安定する。一方、検出タイミングの周期が長くなるとパルス幅の広い駆動パルスを供給しても第1ピークの検出に与える影響は少なく、駆動パルスの実効電力を大きくして早送り速度を増すことができる。
さらに、駆動パルスのパルス幅が広すぎるとロータの回転方向に対してブレーキとして作用する可能性がある。例えば、逆誘起電力のピーク点が検出された以降までの駆動パルスが残るような場合である。そこで、検出タイミングから一定の時間を引き算したり、あるいは検出タイミングより一定の割合で短い駆動パルスを供給することにより、ブレーキ作用のない駆動パルスを供給して高速駆動を可能にできる。そのため、駆動制御装置は、駆動パルスが出力されてから検出タイミングが得られるまでのインターバルより所定の時間短いパルス幅の駆動パルスを、その後の駆動パルスのタイミングで供給することが望ましい。また、駆動制御装置は、検出タイミングが得られるまでのインターバルに比例して短いパルス幅の駆動パルスをその後の駆動パルスのタイミングで供給するようにしても良い。さらに、予め用意された多段階のパルス幅の駆動パルスが選択できる場合は、検出タイミングが得られるまでのインターバルによって、段階的に短いパルス幅の駆動パルスを供給するようにしても良い。
また、駆動制御装置が、位置検出装置で検出された検出タイミングから所定の遅延時間が経過後に次の駆動パルスを供給することにより、ロータの揺れの方向(振動方向)と駆動パルスによる駆動方向を合わせてロータを回転駆動するために加えるエネルギーをセーブすることが可能であり、早送り時の消費電力を低減することができる。
逆誘起電力の第1ピークを検出して回転の有無を判断する電子機器において、その現象を検出できないときの処理は重要である。駆動制御装置が所定の実効電力の駆動パルスを供給可能であり、位置検出装置から検出タイミングが得られないときは、ロータは回転したものとして一定の時間経過後に直前の駆動パルスと極性の異なる次の駆動パルスを供給することが可能である。これにより、早送り速度を比較的低くせずに継続することができる。
逆誘起電力の第1ピークを確実に検出するためには、逆誘起電力の値が大きいことが望ましい。早送り開始時には、ロータの速度が小さいので逆誘起電力も小さく、逆誘起電力の増減や極性の変化、さらには、第1ピークなどの検出確率は低く成りやすい。そこで、駆動装置に供給される供給電圧(電源電圧)を昇圧可能な昇圧装置を設け、駆動制御装置によって、早送り開始時に昇圧装置によって昇圧された供給電圧を駆動装置に供給可能とし、短時間で所定の早送り速度に到達するようにすることが望ましい。
また、早送り開始時は逆誘起電力が小さいので、これに対応して位置検出装置は、早送り開始時にロータの回転に起因する逆誘起電力の判定値を低く設定するようにしても良い。
さらに、駆動制御装置は、早送り開始時、すなわち、駆動開始の1発目の駆動パルスもしくはその後の数パルスを含めたパルス群を供給するときは、定期的に駆動パルスを供給可能とし、安定して所定の早送り速度に達した後に第1ピークの検出タイミングによって駆動パルスを供給し安定した状態で増速することも可能である。
また、駆動制御装置は、早送り開始時に通常回転用の駆動パルスと同等または大きな実効電力の駆動パルスを供給可能とし、確実にロータが回転するようにすることも重要である。
さらに、早送り開始時はステータに直前の駆動パルスによる残留磁束があるとロータの速度が上がり難い。そこで、駆動制御装置によって、早送り開始時に直前の通常回転用の駆動パルスと逆極の消磁パルスを供給し、ロータを増速できるようにすることが望ましい。
また、駆動制御装置が、予め用意された多段階の実効電力の駆動パルスを選択可能な場合は、早送り開始時に実効電力の小さな駆動パルスから順番に選択して供給し、あるいは、早送り開始時に実効電力の大きな駆動パルスから順番に選択して供給して、ロータが回転したか否かを判断し、ロータが回転可能な最小限の実効電力の駆動パルスで早送りを行うようにすることができる。
また、早送りによる逆誘起電力の現象を検出して駆動パルスが出力されている高速の早送りを終了するときにも運針ミスが発生しないようにすることが重要である。したがって、駆動制御装置は、早送り終了時に実効電力の十分に大きな補助パルス、または、ロータの逆誘起電力を回生する回生パルスのいずれか、あるいは両方を出力できるようにして、ロータの動きを規制できるようにすることが望ましい。
あるいは、駆動制御装置で、早送り終了時には検出タイミングによらず定期的な駆動パルスを供給することにより安定的にロータを通常運針に戻すことができる。
また、検出タイミングに基づき、早送り終了時に実効電力の大きな1つの駆動パルスや複数のサブパルスに分割された駆動パルスを供給することにより、ロータの速度を徐々に遅くすることができる。また、検出タイミングから所定の遅延時間が経過後に次の駆動パルスを供給するときは、早送り終了時に遅延時間を制御してロータの速度が遅くなるようにすることができる。
また、ロータの回転に起因する逆誘起電力の第1ピークの検出タイミングを得て駆動パルスを供給する方法は、逆方向に早送り(逆送り)する場合にも好適である。この逆送りにおいては、位置検出装置でロータの回転に起因する逆誘起電力に基づき逆方向に旋回開始可能な第2の検出タイミングを検出し、駆動制御装置でこの第2の検出タイミングに基づき逆転開始用の駆動パルスの出力タイミングを制御することにより逆送りが開始できる。また、駆動制御装置で、逆転開始前に逆転用の駆動パルスと逆極性で実効電力の小さな補助パルスを供給することにより、ロータが逆方向に回り易くできる。
さらに、検出タイミングを得ることによりロータの位置が判るので、ロータが回ったことを認識してから駆動パルスを立ち下げる停止タイミングを制御するようにすることも可能である。すなわち、駆動制御装置が、位置検出装置で得られた検出タイミングに基づき駆動パルスを停止することにより、さらに確実にロータを回転でき、逆転などが発生するのを未然に防止できる。従って、速度が早く、いっそう安定した早送りが可能となる。そして、供給電圧が変動したり、ロータの負荷トルクが変動する場合でも、それらの影響を加味した十分な実効電力の駆動パルスを自動的にステッピングモータに供給することができる。従って、より安定して早送りできる。
駆動パルス供給中に検出タイミングを得るためには、駆動制御装置で、駆動パルスとなる複数のサブパルスを駆動装置から供給し、位置検出装置でサブパルスが低レベルのときにロータの回転に起因する逆誘起電力を検出可能にするようにできる。
また、駆動用コイルとは別に検出用コイルを設けることにより、駆動パルスが供給されている途中で逆誘起電力の第1ピークを効率良く検出することができ、これに基づき駆動パルスを停止することができる。また、検出タイミングが得られてから駆動パルスを停止するようにしているので、検出中は過渡電流やスパイクノイズの影響を防止でき、安定した高速動作が可能となる。
位置検出装置は、直前の駆動パルスの出力タイミングから所定の時間だけロータの回転に起因する逆誘起電力を検出しない不感応時間(マスク時間)を設定することが望ましく、このようなマスクを設けることによりノイズなどによって駆動パルスを止めてしまうのを防止できる。
また、検出タイミングが得られないときは、駆動制御装置で一定の時間経過後に駆動パルスを停止するタイミングを設定することによっても、早送りを継続することができる。
さらに、早送り終了時には、検出タイミングから駆動パルスを停止するまでの遅延時間を延ばすことにより、駆動パルスの実効電力を大きくでき、ロータの回転を規制することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施の形態に係るステッピングモータを備えた時計装置の概略構成を示す図である。
第2図は、第1図に示すステッピングモータのコイル部の構成を示す断面図である。
第3図は、第1図に示すステッピングモータの駆動用コイルおよび検出用コイルの電圧変動を模式的に示す図である。
第4図は、1体型ステータと2体型ステータで生ずる逆誘起電流の変化を模式的に示した図である。
第5図は、第1図に示す計時装置で早送りを行う処理の一例を示すタイミングチャートである。
第6図は、第1図に示す計時装置で早送りを開始する処理の一例を示すタイミングチャートである。
第7図は、第1図に示す計時装置で早送りを開始する処理の一例を示すフローチャートである。
第8図は、第1図に示す計時装置で早送りを終了する処理の一例を示すタイミングチャートである。
第9図は、第1図に示す計時装置で、検出タイミングで駆動パルスの停止時期を制御する処理における駆動用コイルおよび検出用コイルの電圧変化を模式的に示す図である。
第10図は、第1図に示す計時装置で、検出タイミングで駆動パルスの停止時期を制御する処理の一例を示すタイミングチャートである。
第11図は、ステータ内でロータが回転する様子を模式的に示す図である。
第12図は、第11図に示すようにロータが回転したときの駆動用コイルの電流変化と、それに伴って発生する逆誘起電流の変化を模式的に示す図である。
発明を実施するための最良の形態
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。第1図にステッピングモータを用いた腕時計装置などの計時装置の一例を示してある。この計時装置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。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を備えており、ロータ13がディスク状の2極の永久磁石によって構成された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(極)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、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。
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51、四番車52、三番車53、二番車54、日の裏車55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。
この計時装置1では、ステッピングモータ10の回転によって時刻を表示するために、ステッピングモータ10には基準となる周波数の信号をカウント(計時)して定期的に駆動パルスが供給される。ステッピングモータ10を制御する本列の制御装置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やパルス幅やタイミングの異なるパルス信号を発生するパルス合成回路22と、パルス合成回路22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25と、回転検出などを行う検出回路75を備えている。
制御回路25は、駆動回路を介して駆動コイル11に対しステッピングモータ10の駆動用ロータ13を通常運針用に駆動するために1Hzの周波数の駆動パルスP1を供給する機能、駆動用ロータ13が回転しなかったときに駆動パルスより実効電力の大きな補助パルスP2を出力する機能、補助パルスに続いてロータのエネルギーを回生するための回生パルスPrを出力する機能、消磁用に補助パルスP2と極性の異なる消磁パルスPEを出力する機能、駆動パルスの実効電力を調整する機能などを備えている。さらに、本例の制御回路25は、ロータ13を通常運針用の速度よりも早い速度で駆動する早送り用の駆動パルスPWを供給する機能を備えている。また、この駆動パルスPWを用いて通常運針と逆方向に高速で駆動する機能も備えている。さらに、これらの駆動パルスPWを検出回路75から得られた検出タイミングに基づいて出力できるようになっている。
制御回路25からの制御信号φo1およびφo2の基にステッピングモータ10に様々な駆動パルスを供給する駆動回路30は、直列に接続されたnチャンネルMOS33aとpチャンネルMOS32a、およびnチャンネルMOS33bとpチャンネルMOS32bによって構成されたブリッジ回路を備えており、これらによって電源41からステッピングモータ10の駆動用コイル11に供給される電力を制御できるようになっている。
本例のステッピングモータ10のコイル部19には、駆動用コイル11と共に検出用コイル71が巻かれており、この検出用コイル71はチョッピング回路72と接続されている。チッピング回路72は、pチャンネルMOS73aおよび73bが並列に接続された回路であり、検出回路75のチョッピング部77から制御信号φt1およびφt2として供給されたチョッパパルスによって検出用コイル71に発生した逆誘起電力を増幅できるようになっている。そして、チョッパ増幅された逆誘起電圧は、信号φk1およびφk2として検出回路75に供給され、それぞれが検出用インバータ76aおよび76bによってレベル判定され、その結果によってロータの位置が位置判定部78によって判断できるようになっている。
また、本例の計時装置1は、電源41を充電可能な発電装置40と、電源41から出力された電力を昇降圧して制御装置20の駆動回路30に供給する昇降圧回路49を備えている。本例の昇降圧回路49は、複数のコンデンサ49a、49bおよび49cを用いて多段階の昇圧および降圧ができるようになっており、制御装置20の駆動制御回路25から制御信号φ11によって駆動回路30に供給する電圧を調整することができる。また、昇降圧回路49の出力電圧はモニタ回路φ12によって駆動制御回路25にも供給されており、これによって出力電圧をモニタすることができる。従って、通常運針時の駆動パルスP1はもちろん、早送り用の駆動パルスPWの電圧を制御することが可能である。従って、本例の計時装置1は、パルス幅と電圧によって駆動パルスP1およびPWの実効電力を制御できるので、きめの細かい駆動電力の制御が可能であり、ロータ13を回転するのに適した電力の駆動パルスを供給して省電力化を図ると共に、高速で安定した早送りができるようになっている。
第2図に、本例のステッピングモータ10に採用されているコイル部19を拡大して示してある。第2図(a)は長手方向に沿った断面でコイル部19を示してあり、第2図(b)は長手方向と垂直な断面でコイル部19を示してある。本例のコイル部19は、磁心19aの周囲に検出用コイル71が巻かれ、その外側に駆動用コイル11が巻かれている。そして、内側に巻かれた検出用コイル71は、表面がほぼ均一で平坦になるように整列巻きされており、2つのコイル71および11が同軸状に巻かれても、外側に巻かれた駆動用コイル11の性能が落ちないようになっている。もちろん、内側に駆動用コイル11を巻くことも可能であり、この場合も、外側に巻かれる検出用コイルの抵抗のばらつきなどを抑制し、安定した逆誘起電力の検出が可能なように、内側の駆動コイル11は整列巻きにしておくことが望ましい。これらの駆動用コイル11および検出用コイル71は別巻きにすることも可能であるが、駆動用コイル11および検出用コイル71を同軸状に巻くことによりコイルの設置スペースを削減することが可能となり、ステッピングモータ10をコンパクトに纏めることができる。
第3図に、駆動用コイル11に印加された駆動パルスPWに対し、検出用コイル71に発生する逆誘導起電圧の様子を示してある。検出用コイル71には、駆動パルスPWの変動に伴ってスパイクSが生ずるが、第11図に示したような過渡電流は発生せず、駆動パルスPWと同極側の逆誘導電力の第1ピークPP1が検出し易い状態で現れる。従って、第1ピークPP1を何らかの手段によって検出して、そのタイミング(検出タイミング)に基づき次の駆動パルスPWを発生し、高速でロータ13を早送りする駆動方法を採用することができる。この駆動方法では、第1ピークの検出タイミングDTによって駆動パルスPWが供給されるので、所定の周波数(周期)に基づいて定期的に駆動パルスPWが供給されるモード(定期駆動モード)に対し以下では自励駆動モードと呼ぶことにする。
もちろん、検出用コイルを用いる代わりに、駆動用コイルに誘起された逆誘起電力によって第1ピークを検出することも可能である。この場合、後述するように過渡電流TWの影響を避けるために、駆動パルスPWの幅を狭くしたり、あるいは、適当な不感応時間を設けるようにすることが重要となる。
自励駆動モードにおいては、ロータ13の回転によって励起された逆誘起電力を電流あるいは電圧として捉えて、その逆誘起電力の第1ピークのうち、時間的に遅く駆動パルスと分離しやすい駆動パルスと同極側の第1ピークPP1を検出することにより、従来のステッピングモータの回転検出に用いられている逆誘起電力の第2ピークと比較し、ロータ13の位置を早期に検出できる。このため、駆動パルスを供給する出力タイミングを早くすることができ、早送りを高速化できる。一方、駆動パルスPWを供給した後に最初に表れる第1ピークを検出タイミングDTとして用い、これによって駆動パルスを供給するタイミングが決定できるようにしているので、ロータの位置を検出する時間を確保できると共に、検出タイミングを得るための時間を最小限にすることができる。従って、最小限の時間でロータ13の位置を確認しながら駆動パルスPWを出力できるので、安定した高速の早送りが可能である。
また、第11図および12に基づき先に示したように、第1ピークPP1を検出するとロータ13が安定位置まで達していることを確認できるので、確実に運針できる。また、ロータ13の位置を確認しながら駆動パルスPWを出力することにより、ロータ13の回転方向と合致したタイミングで次の駆動パルスを供給することが可能となるので駆動パルスの実効電力を小さくできる。従って、駆動パルスのパルス幅PWを狭くできるので、第1ピークPP1と分離が容易となり、さらに安定した高速の早送りができる。
同極性の第1ピークPP1を検出するには、逆誘起電圧の極性を判断して、逆誘起電圧が0になった点を検出(ゼロクロス)しても良い。しかしながら、外部磁界の影響や検出レベルのばらつきがあるとゼロクロスを検出するタイミングが実際に逆誘起電圧が0になるタイミングより早くなりやすい。従って、次の駆動パルスのタイミングがロータ13の予定された旋回方向と異なり、逆方向に回転させる可能性がある。これに対し、本例の計時装置1においては、チョッピング回路72を用いて直前の駆動パルスPWと同極性のチョッパパルスによって増幅された逆誘起電圧を、検出回路75のインバータ76aおよび76bの閾値と比較している。このようにある一定のレベル(電圧レベルまたは電流レベル)と比較して検出することにより、検出レベルのばらつきを防止でき、ロータ13の位置を着実に反映した位置判定を行うことができる。また、外部磁界による上乗せ電圧よりもロータ13に起因する逆誘起電圧の方を高くすることができるので、外部磁界の影響をなくすことが可能となる。また、逆誘起電圧を判定する検出レベル(インバータの閾値に相当)を条件に応じて変更・制御することも可能である。従って、これらの点でも、レベル検出を用いた方が精度良く、確実にロータ13の位置検出ができる。もちろん、インバータの代わりにコンパレータなどを用いて逆誘起電圧のレベルを判定することも可能であるが、回路的にはインバータを用いた方が回路素子などの構成要素が少なくてすむ。従って、検出回路75を含め制御装置20をコンパクトで低コストに纏めることができ、消費電力も低減することができる。
また、第4図に示してあるように、本例のステータ12のような磁気飽和部17を備えた一体型ステータの場合は、逆誘起電圧はきれいな正弦波とはならず、逆誘起電圧の逆極側のピークPM1から同極側のピークPP1に移行するときの電圧変動が緩やかである。従って、ステータが分離している2体ステータのようにゼロクロス点X1を判定するのが容易ではない。これに対し、本例のように一定の電圧レベルを検出するようにすれば、1体ステータの場合でも確実に第1ピークPP1を捉えることができる。
もちろん、第1ピークPP1以外の逆誘起電圧の現象を捉えてもロータ13の位置を検出でき、それに基づいて駆動パルスを適当なタイミングで供給することも可能である。
〔早送り途中の自励駆動〕
第5図に、自励駆動モードで早送りを行う一例をタイミングチャートで示してある。まず、時刻t1にパルス幅W0の駆動パルスPWを供給する制御信号φo1が出力される。時刻t2に駆動パルスPWが終了する(高レベルから低レベルに戻る)と、検出用コイル71の信号φk1には高周波ノイズであるスパイクSが発生する。しかし、検出用コイルの逆誘起電圧をチョッパ増幅するチョッパパルスは、駆動パルスPWが供給された時刻t1からパルス幅W0より長いマスク時間τ0後の時刻t3に供給されるようになっている。このため、スパイクSはチョッパ増幅されず検出レベルL(インバータ26の閾値)に達することはない。このように、直前の駆動パルスの出力タイミングから所定の時間だけロータの回転に起因する逆誘起電力を検出しない不感応時間(マスク時間)τを設定し、検出用コイルから位置検出装置に供給される信号をマスクすることにより、駆動パルスに起因するスパイクノイズSの影響を防止し、確実に検出タイミングを得ることができる。もちろん、マスク時間τの基準となるタイミングは出力タイミングにかぎらず、駆動パルスの終了のタイミングや他のタイミングであっても良い。駆動用コイルを用いて逆誘起電圧を検出する場合も同様であり、この場合は、マスク時間τを駆動パルスに起因する過渡電流を検出しない程度の長さに設定することにより、確実に検出タイミングを得ることができる。
時刻t3に駆動パルスPWと同極のチョッパパルスが信号φt1に基づき供給されると、検出用コイル71の増幅された逆誘起電圧によるレベルが信号φk1に現れる。そして、時刻t4に信号φk1のレベルが検出レベルLに達すると、これを検出タイミングDTとして、次の駆動パルスPWを出力するサイクルが開始される。また、検出タイミングDTが得られると、チョッパパルスは停止する。チョッパパルスのタイミングや周波数およびデューティの少なくともいずれかは供給された駆動パルスの幅や検出用コイルを用いているか、あるいは駆動用コイルを用いているかなどを条件に選択することが望ましく、駆動パルスに起因する過渡電流やスパイクノイズの影響などを防止し、さらに確実に検出タイミングを得ることができるように調整することが望ましい。
逆極側の次の駆動パルスPWは、信号φo2に基づき検出タイミングDTから所定の遅延時間d0経過した時刻t5に出力される。このように、自励駆動モードにおいては、検出タイミングDTによって駆動パルスPWの出力タイミングが決定される。遅延時間d0は、ロータ13の挙動によって設定することが可能であり、シミュレーションなどによってロータ13の向きが次の安定方向に向かうように予め適当な時間をセットしておくことができる。次の駆動パルスPWが出力されてからマスク時間τ0経過後の時刻t6に、その駆動パルスPWと同じ極側のチョッパパルスが出力され、信号φk2にチョッパパルスによって増幅された逆誘起電力が現れる。そして、時刻t7に信号φk2のレベルが検出レベルLに達したときに検出タイミングDTが得られる。従って、検出タイミングDT(時刻t7)に基づき次のタイミングで駆動パルスを供給するためのサイクルが開始される。
本例では、前のサイクルにおいて駆動パルスが出力されてから検出タイミングDTが得られるまでのインターバルI1と比較し、次のサイクルのインターバルI2が短くなっている。このため、時刻t7の検出タイミングDTから遅延時間d0後の時刻t8に、前の駆動パルスPWより狭いパルス幅W1の駆動パルスPWが供給される。このように、検出回路75で検出された検出タイミングDTの周期が短くなるとパルス幅Wの狭い駆動パルスPWを供給することにより、駆動パルスPWが第1ピークPP1の検出に及ぼす影響を防止することができる。さらに、パルス幅Wを短くすることにより、マスク時間τも短くでき、1つの駆動パルスを供給するインターバルを短くできるので、より高速でステッピングモータを駆動することができる。また、パルス幅Wを狭くすることにより、駆動パルスPWの実効電力が低減されるので、ステッピングモータが適当な早送り速度となるように自動制御できる。
第5図に示したケースとは逆に、検出タイミングDTの周期がサイクル毎に長くなる場合は、パルス幅の広い駆動パルスを供給しても第1ピークの検出に与える影響は少なく、駆動パルスの実効電力を大きくすることによりロータ13の回転速度を加速することができる。このように駆動パルスPWの幅Wを制御することにより、第11ピークの検出を確実なものにすると共に、ステッピングモータが適当な速さで早送りされるように自動制御することが可能となる。
さらに、第5図において、駆動パルスPWのパルス幅がW0からW1と狭くなると、その後の逆誘起電圧が発生するタイミングも早くなる。このため、マスク時間τもτ0からτ1と短くしており、時刻t8からマスク時間τ1が経過した時刻t9にチョッパ増幅を開始し、時刻t10に出力される第1ピークを確実に捉えて検出タイミングDTが得られるようにしている。
時刻t8から始まるサイクルでは、駆動パルスPWが出力された時刻t8から検出タイミングDTまでのインターバルI3がさらに短くなっている。このため、次に時刻t11から始まるサイクルでは、さらにパルス幅が狭くなったパルス幅W2の駆動パルスPWが出力される。そして、時刻t12に検出タイミングDTが得られると、パルス幅W2に対して設定された短縮された遅延時間d1が経過した後に次のサイクルが開始され、駆動パルスPWが出力される。このように、本例の自励駆動では、1つの駆動パルスPWを供給するサイクルの時間が変化するので、ロータ13の揺れている向き(振動方向)と合わせて次の駆動パルスPWを供給できるように遅延時間dも駆動パルスPWのパルス幅などによって選択できるようにしておくことが望ましい。検出タイミングから適当な遅延時間dが経過後に次の駆動パルスPWを供給することにより、ロータの振動方向と駆動パルスによる進行方向(駆動方向)を合わせてロータが回り易くすることが可能であり、ロータ13に加えるエネルギーをセーブでき、早送り時の消費電力を低減することができる。
駆動パルスPWのパルス幅を調整する方法は幾つか考えられる。駆動パルスPWがインターバルI1あるいはI2に匹敵する程度の長いと、安定位置Bを過ぎたロータ13の回転に対してブレーキになる可能性がある。そこで、直前のインターバルI1と比較し、駆動パルスPWのパルス幅を短くすることが望ましい。このため、カウントされるインターバルIi(i番目のインターバル)に対し所定の時間i0を決定しておき、i+1番目あるいはそれ以降の駆動パルスのパルス幅Wを(Ii−i0)に制御することが考えられる。あるいは、適当な比率α(0<α<1)を設定しておき、I×αを次の駆動パルスPWの幅にすることが考えられる。また、駆動パルスPWのパルス幅を段階的に選択できるように成っている場合は、インターバルIiが短くなるとパルス幅の短い駆動パルスに段階的に切り替えて供給するような制御も考えられる。
また、本例の計時装置1は、発電装置40を内蔵しているので、駆動回路30に供給される供給電圧が変動する。また、1次電池を採用している電子機器であっても消費量によって供給電力が変動することがある。このような場合は昇降圧回路49によって、電圧の変動をある程度に抑えることも可能であるが、段階的に電圧を調整できるにすぎない。従って、供給電圧が高くなると駆動パルスPWの実効電力が増加してロータ13の速度が上昇し、駆動パルスと第1ピークとの分離が難しくなり、過渡電流、スパイクノイズの影響などが現れ易くなる。このため、本例の制御回路25は、電源装置の供給電圧を監視し、供給電圧が高くなると、パルス幅Wの狭い駆動パルスPWを供給し、検出タイミングDTが確実に得られるようにしている。一方、電源装置の供給電圧が低くなると、パルス幅の広い駆動パルスPWを供給して実効電力を確保し、ロータ13の回転速度を上げて十分な強度の逆誘起電圧が得られるようにすることが望ましい。このようなパルス幅の制御は、電圧が高くなるとパルス幅が狭くなって実効電力の小さな駆動パルスが供給され、電圧が低くなるとパルス幅が広くなって実効電力の大きな駆動パルスが供給されるので、早送り速度を一定に保つという点でも効果がある。
電源装置の供給電圧がさらに低くなってロータ13の回転速度が低下し、逆誘起電圧が低くなるとレベル検出ができなくなる。このため、制御回路25は、電源部41の電圧が非常に低くなると、固定周期で駆動パルスPWを供給する定期駆動モードに移行し、検出タイミングDTが得られなくても早送り用の駆動パルスを一定のタイミングで供給し、早送りを継続できるようになっている。
すなわち、第1ピークPP1を検出して回転の有無を判断して次の駆動パルスPWを出力する自励駆動モードにおいては、検出タイミングDTが得られないと次の駆動パルスを供給するサイクルに入れなくなってしまう。そこで、本例の制御回路は、検出回路75から検出タイミングDTが得られないときは、ロータ13が回転したものとして一定の時間経過後に直前の駆動パルスPWと極性の異なる次の駆動パルスを供給し、早送り速度を保持できるようにしている。
検出タイミングDTが得られないときの処理は、これに限定されることはなく、一定の時間経過後に直前の駆動パルスPWと同極性の実効電力が十分に大きな補助パルスP2を供給しても良い。これにより、確実にロータを回転させることができ、運針ミスの発生を未然に防止できる。あるいは、ロータ13が回転せず揺れる程度の駆動パルスを供給してその逆誘起電圧を検出する磁極位置検出処理を実行し、ロータ13の位置を明確に確かめた後に、その位置に適した極性の駆動パルスを供給して早送りを継続することも可能である。
逆に、検出タイミングDTが得られないときは、自励駆動モードの速度では早送りがされていないものとして、通常速度の運針時と同様のタイミングでロータの動きを捉えることも可能である。例えば、ロータ13の動きに起因する逆誘起電圧の第2ピークPM2あるいはPP2を検出して回転の有無を判断することも可能である。そして、ロータ13が回転していないときは、制御回路25から実効電力の十分に大きな補助パルスP2を供給できるようにすると共に、直前の駆動パルスよりも、段階的に大きな実効電力の駆動パルスを供給して通常運針時と同様のパルス幅制御を早送りに取り入れることも可能である。さらに、ロータを安定して駆動できる実効電力の駆動パルスが得られると第1ピークPP1を検出する自励駆動モードに変更して早送り速度を増すようにしても良い。
〔早送り開始時〕
第6図に、自励駆動を開始するときの処理の一例を示してある。自励駆動において、逆誘起電圧の第1ピークPP1を確実に検出するためには、第1ピークの値が大きいことが望ましい。しかしながら、早送り開始時(起動時、駆動開始の1発目の駆動パルスもしくはその後の数発のパルスを含めた時)には、ロータ13の速度が小さいので逆誘起電力は小さく、第1ピークも低い。従って、第1ピークの検出確率は低く成りやすい。このため、本例では、供給電圧を昇降圧回路49によって昇圧し、時刻t21に後続の接続パルスPWの電圧V1より高い電圧V0の駆動パルスPWを出力し、ロータ13を加速するようにしている。従って、時刻t22に検出レベルLに達する十分に強度の高い逆誘起電圧が得られ、検出タイミングDTを得ることができる。このため、時刻t22を次のサイクルの起点として自励駆動を行うことが可能であり、適当な遅延時間dが経過した後に早送り用として通常の電圧V1の駆動パルスPWを出力して早送りを継続することができる。
早送り開始時の処理は本例に限定されず、例えば、早送り開始時の逆誘起電圧が低いことを考慮して検出レベルLを下げて早送り開始時の逆誘起電圧を判定できるようにすることも可能である。また、早送り開始時に制御回路25は、自励駆動モードではなく、定期的に駆動パルスを供給する定期駆動モードを選択し、ある程度の速度にロータ13が達した後に自励駆動モードに移行するようにしてももちろん良い。
また、早送り開始時の運針ミスを防止するには、早送りを開始する直前に行っていた通常運針用の駆動パルスP1の実効電力を参照し、その実効電力と同等または大きな実効電力の駆動パルスPWを供給して確実にロータが回転するようにすることが望ましい。
さらに、早送り開始時はステータ12に直前の駆動パルスP1による残留磁束があるとロータ13の速度が上がり難い。そこで、制御回路25から、早送り開始時に直前の通常回転用の駆動パルスP1と逆極の消磁パルスPEを供給し、ステータ12を消磁しロータ13を増速できるようにする処理を行っても良い。
また、第7図に示すように、制御回路25がパルス幅など実効電力が段階的に異なる複数の駆動パルスPW1〜PWnを供給可能な機能を備えている場合は、まず、ステップST1で駆動パルスPWとして最も実効電力の小さなものを選択し、ステップST2でそれを供給した後にステップST3でロータ13の位置を検出する。そして、ロータ13が回転していれば、ステップST4でその実効電力の駆動パルスを採用して早送りを開始する。一方、ロータ13が回転していなければステップST5で次の実効電力の駆動パルスを選択して供給する。これらのステップをロータ13が回転するまで続けることにより、最も実効電力の小さな駆動パルスで早送りを開始することができる。逆に、実効電力の大きな駆動パルスの側から順番に供給し、ロータ13が回転しなくなったところで、その直前のロータ13が回転する最小限の実効電力の駆動パルスを選択して供給するようにすることも可能である。
〔早送り終了時〕
第8図に、自励駆動を終了するとき、すなわち、早送り駆動を終了ときに最後に供給される駆動パルスもしくはその前の数パルスを供給するときの処理の一例を示してある。本例の計時装置1においては、早送りは時刻合わせなどに用いられるので、早送りを所定の時刻で終了することが望ましい。すなわち、早送りの終了時に過回転することなくステッピングモータ10を停止して運針ミスなく通常運針に移行することが必要である。そこで、本例では、制御回路25から、早送り終了時に実効電力の十分に大きな補助パルスP2と、さらに、ロータ13の逆誘起電力を回生する回生パルスPrを供給してロータの動きを規制している。さらに、それに先立って、複数のサブパルスPSに分解された実効電力の大きな駆動パルスPWを供給してロータ13の回転速度を落とし、スムーズに停止できるようにしている。もちろん、回生パルスPrと駆動パルスPWの組み合わせで早送りを終了することも可能であり、また、回生パルスPrだけで早送りを終了することも可能である。
本例の制御回路25は、時刻t31に検出タイミングDTが得られると停止モードに入り、適当な遅延時間d3後の時刻t32に複数のサブパルスPSを備えた実効電力の大きな停止用の櫛歯状の駆動パルスPWが供給される。この駆動パルスによってロータ13が駆動パルスによって拘束される時間が長くなるので、ロータ13の回転速度が徐々に低下し、停止し易い状況を作ることができる。もちろん、パルス幅の広い実効電力の大きな駆動パルスを用いて同様の処理を行うことができる。
適当なマスク時間τが経過した時刻t33にチョッパ増幅を行って逆誘起電圧を検出し、時刻t34に検出タイミングDTを得る。そして、本例においては、前のサイクルよりも長い遅延時間d4が経過した後に停止用の駆動パルスPWを供給し、ロータ13の揺れているタイミングと駆動パルスの供給されるタイミングをずらしてロータ13が保持している回転エネルギーを削減し、ロータの速度を低下するようにしている。
若干長い遅延時間d4が経過した時刻t35に次の停止用の駆動パルスPWが供給され、マスク時間τが経過した時刻t36にチョッパ増幅を開始して逆誘起電圧の検出を行う。そして、時刻t37に増幅された逆誘起電圧が検出レベルLに達して検出タイミングが得られると、遅延時間が経過した時刻t38に最終的にロータ13を停止するために補助パルスP2を供給し、続いて時刻t39に回生パルスPrを供給する。補助パルスP2は非常にパルス幅の広い実効電力の大きなパルスであり、確実にロータ13を次のステッピングアングルに回転できると共に、そのステッピングアングルに拘束することができる。そして、回生パルスPrを続いて供給することにより、ロータ13の揺れているエネルギーを回生することができ、ロータ13をより安定させることができる。
このようにして、回生パルスPrが停止する時刻t40には、ロータ13をほぼ所定のステッピングアングルに停止させることができ、引き続いて通常の1Hzの運針を開始できる。
早送りを終了する処理はこれに限定されず、制御回路が早送り終了時には、自励駆動モードから、検出タイミングによらずに定期的な駆動パルスを供給する定期駆動モードに移行し、適当な速度で安定した状態でロータを回転した後に早送りを停止することも可能である。
さらに、早送り終了時に、時計針や輪列等のステッピングモーターによって駆動される被駆動装置の慣性の影響を防止するように、ステッピングモーターの回転力を針などの被駆動装置に伝達する経路(輪列)に逆伝達効率の低い伝達装置を用いることが望ましい。逆伝達効率の低い伝達装置の技術は、例えば、特開昭55−18925号、特開昭55−17275号などに記載されている。
また、このような自励駆動モードは逆方向に早送り(逆送り)する場合にも用いることができる。逆送りを開始する際は、検出回路75で逆誘起電圧に基づき逆方向に旋回開始可能な第2の検出タイミングを設定し、そのタイミングで逆転開始用の駆動パルスを供給することができる。また、制御回路で、逆転開始前に最初の逆転用の駆動パルスと逆極性で実効電力の小さな逆転用の補助パルスを供給してロータ13が逆方向に回り易いように反動をつけることも有用である。
〔駆動パルスの停止制御〕
第9図および第10図に、逆誘起電圧を検出して駆動パルスPWのパルス幅を制御できる例を示してある。上述したように、検出タイミングDTを得ることにより、ロータ13が所定の位置まで回ったことを認識できるので、検出タイミングDTが得られてから駆動パルスPWを停止する(高レベルから低レベルにする)停止タイミングを設定することによってより確実にロータ13の制御が可能になる。第9図に、本例において得られる駆動パルスPWと、逆誘起電圧との関係を示してある。本例では、駆動パルスPWが供給されて、第1ピークPP1が検出された後に、駆動パルスPWを停止している。従って、駆動パルスPWを停止する際のスパイクSは第1ピークPP1よりも後に現れるので、スパイクSの影響も防止できる。
第10図に駆動パルスの停止制御も含めた自励駆動モードの処理の一例を示してある。時刻t51に駆動パルスPWが出力されると、適当なマスク時間τ5が経過した時刻t52に制御信号φt1に基づいてチョッパパルスが出力される。このチョッパパルスによって増幅された逆誘起電圧のレベルが信号φk1に表れる。マスク時間τ5は、駆動パルスPWが出力された際のスパイクノイズや他のノイズを拾わない適当な時間にセットすることが可能である。時刻t53に増幅された逆誘起電圧のレベルが検出レベルLに達すると検出タイミングDTが得られる。本例においては、この検出タイミングDTが得られたときを駆動パルスPWの停止タイミングとしており、時刻t53に駆動パルスPWを停止し、同時に次の駆動パルスPWを出力するサイクルに入る。このように、本例では、検出タイミングDTによって駆動パルスの停止タイミングが決定されると共に、次の駆動パルスの出力タイミングも決定される。
検出タイミングDTから適当な遅延時間d5が経過した時刻t54が次の駆動パルスPWが出力タイミングとして判断され、駆動パルスPWが出力される。この駆動パルスPWに対しても、上記と同様に時刻t55に検出タイミングDTが得られると、これが停止タイミングとなって駆動パルスPWを停止する。次のサイクルも同様に行われるが、駆動パルスが出力された時刻t56に対し、何らかの原因によって増幅された逆誘起電圧が検出レベルLに到達するのが遅れると、検出タイミングが時刻t57になる。従って、停止タイミングは時刻t57まで延長され、この間は駆動パルスPWが継続して出力され、パルス幅Wの広い駆動パルスPWが結果として出力される。
このように、本例の自励駆動モードにおいては、駆動パルスPWを出力する出力タイミングが検出タイミングDTに依存して設定され、さらに、駆動パルスPWを停止する停止タイミングも検出タイミングDTに依存して設定される。このため、駆動パルスのタイミングおよびパルス幅Wの両方をロータの状況に適した設定で駆動することが可能であり、確実にロータ13を回転でき、逆転などが発生するのを未然に防止できる。従って、いっそう安定した高速の早送りが可能となる。また、供給電圧が変動したり、ロータの負荷トルクが変動する場合でも、それらの影響を加味した十分な実効電力の駆動パルスを自動的にステッピングモータに供給することができるので、非常に安定度の高い早送り駆動が可能となる。
本例では、駆動用コイル11の他に検出用コイル71を設けた例で説明しているが、駆動用コイル11を用いて駆動パルス供給中に検出タイミングを得ることも可能である。このためには、制御回路25から複数のサブパルスを備えた駆動パルスを供給し、サブパルス同士の合間で駆動パルスの影響がない、あるいは少ない状態でロータ13の回転に起因する逆誘起電力を検出すれば良い。
また、何らかの原因で検出タイミングが得られないとき、例えば、時刻t58に駆動パルスPWが出力され、マスク時間τ5が経過した時刻t59からチョッパパルスによって逆誘起電圧が増幅されても検出レベルLに到達しないときは、パルス幅の最大値Wmaxが経過した時刻t60に駆動パルスを強制的に停止する。そして、駆動パルスが出力された時刻t58から適当な最大インターバルImaxが経過した時刻t61に次の駆動パルスPWを出力する。このようにして、制御回路25で一定の時間経過後に駆動パルスを停止し、次のサイクルに移行することで早送りを継続することができる。
また、このような自励駆動モードにおいては、早送り終了時に、検出タイミングから駆動パルスを停止するまでに適当な遅延時間を設定して駆動パルスのパルス幅を強制的に延ばしてロータ13の速度を徐々に下げることができる。
以上のように、本例の計時装置1は、ロータ13の動きに起因する逆誘起電圧を検出して、最初のピーク(第1ピーク)のタイミング(検出タイミング)を捉え、その検出タイミングでその後の駆動パルスを出力するタイミングを制御している。さらに、上記では、駆動パルスのパルス幅自体を検出タイミングで制御できるようにしている。従って、ロータ13を確実に回転できると共に、ロータ13の回転速度に合わせたタイミングで駆動パルスを供給することができる。このため、少ない消費電力で安定した高速の早送りを行うことができる。
なお、上記において説明したそれぞれの駆動パルスPW、チョッパパルス、補助パルスP2などの波形は例示であり、計時装置に採用されたステッピングモータ10の特性などに合わせて設定できることはもちろんである。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いことはもちろんである。さらに、本発明は腕時計装置などの計時装置に限らず、クロノグラフなどの多機能時計やその他のステッピングモータを内蔵した電子機器においても本発明を適用できることはもちろんである。
産業上の利用の可能性
以上に説明したように、本発明においては、逆誘起電力の最初のピークを捉えてロータの位置を判断し、そのロータの位置に適したタイミングで、無駄な時間を経過することなく次の駆動パルスを供給できるようにしている。従って、ステッピングモータの早送りを高速で安定して行うことができ、時刻合わせをステッピングモータを用いて自動的に行う機能を備えた計時装置などに適した電子機器を提供できる。
Claims (16)
- 駆動用コイルと検出用コイルとを備え磁気飽和部を有した一体型ステータ内で多極磁化されたロータを回転駆動可能なステッピングモータと、
前記駆動用コイルに対し前記ロータを駆動するための駆動パルスを供給する駆動装置と、
この駆動装置を制御して早送り用の駆動パルスを供給可能であると共にその駆動パルスのタイミングを調整可能な駆動制御装置と、
前記ロータの回転によって励起された逆誘起電力のうち、直前の駆動パルスと同極性の第1ピークを前記検出用コイルによって検出可能な位置検出装置とを有し、
前記駆動制御装置は、前記位置検出装置による前記第1ピークの検出タイミングに基づき次の駆動パルスの出力タイミングを制御可能であり、さらに、
前記位置検出装置は、直前の駆動パルスを基準とした所定の時間だけ前記ロータの回転に起因する前記逆誘起電力および前記駆動パルスに起因するスパイクノイズを検出しないように不感応時間を設定した
ことを特徴とする電子装置。 - 前記駆動用コイルおよび検出用コイルは同軸状に巻かれており、それらの少なくとも内側に巻かれたコイルは整列巻きされていることを特徴とする請求項1の電子機器。
- 前記位置検出装置は、前記駆動制御装置から通常速度の駆動パルスを供給されたときの前記ロータの回転によって励起される逆誘起電力も検出可能であることを特徴とする請求項1の電子機器。
- 前記位置検出装置は、直前の駆動パルスと同極性のチョッパパルスによって増幅された逆誘起電力を検出可能であることを特徴とする請求項1の電子機器。
- 前記チョッパパルスのタイミング、周波数およびデューティの少なくともいずれかが選択可能であることを特徴とする請求項4の電子機器。
- 前記位置検出装置は、前記ロータの回転に起因する逆誘起電力を基準レベルと比較して前記検出タイミングを取得可能であることを特徴とする請求項1の電子機器。
- 前記位置検出装置は、前記ロータの回転に起因する逆誘起電力を検出可能なインバータを備えていることを特徴とする請求項6の電子機器。
- 前記駆動装置に電力を供給する電源装置を有し、
前記駆動制御装置は、前記電源装置の供給電圧が高くなると、パルス幅の狭い駆動パルスを供給可能であることを特徴とする請求項1の電子機器。 - 前記駆動装置に電力を供給する電源装置を有し、
前記駆動制御装置は、前記電源装置の供給電圧が低くなると、パルス幅の広い駆動パルスを供給可能であることを特徴とする請求項1の電子機器。 - 前記駆動装置に電力を供給する電源装置を有し、
前記駆動制御装置は、前記電源装置の供給電圧が低くなると、固定周期で駆動パルスを供給可能であることを特徴とする請求項1の電子機器。 - 前記電源装置は充放電型であることを特徴とする請求項8ないし10のいずれかに記載の電子機器。
- 前記駆動制御装置は、前記位置検出装置で検出された検出タイミングの周期が短くなるとパルス幅の狭い駆動パルスを供給可能であり、検出タイミングの周期が長くなるとパルス幅の広い駆動パルスを供給可能であることを特徴とする請求項1の電子機器。
- 前記駆動制御装置は、駆動パルスが出力されてから検出タイミングが得られるまでのインターバルより所定の時間短いパルス幅の駆動パルスをその後の駆動パルスのタイミングで供給することを特徴とする請求項12の電子機器。
- 前記駆動制御装置は、駆動パルスが出力されてから検出タイミングが得られるまでのインターバルに比例した当該インターバルより短いパルス幅の駆動パルスをその後の駆動パルスのタイミングで供給することを特徴とする請求項12の電子機器。
- 前記駆動制御装置は、予め用意された多段階のパルス幅の駆動パルスを選択可能であり、駆動パルスが出力されてから検出タイミングが得られるまでのインターバルによって、出力された駆動パルスの前後のパルス幅の駆動パルスをその後の駆動パルスのタイミングで供給することを特徴とする請求項12の電子機器。
- 前記駆動制御装置は、所定の実効電力の駆動パルスを供給可能であり、前記位置検出装置から前記検出タイミングが得られないときは、一定の時間経過後に直前の駆動パルスと極性の異なる次の駆動パルスを供給することを特徴とする請求項1の電子機器。
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