JP7410760B2 - ステッピングモータ制御装置、ムーブメント、時計及びステッピングモータ制御方法 - Google Patents
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Description
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、実施形態に係るアナログ電子時計1を示すブロック図である。
図1に示すように、アナログ電子時計1は、発振回路101と、分周回路102と、制御回路103と、モータ駆動回路104と、駆動パルス発生回路121と、消磁パルス発生回路122と、ステッピングモータ105と、図示しない輪列と、アナログ表示部106と、を備えている。
分周回路102は、発振回路101で発生した信号を分周して計時の基準となる時計信号を発生する。
制御回路103は、アナログ電子時計1を構成する各電子回路要素の制御、およびモータ回転駆動用のパルス信号の制御を行う。
消磁パルス発生回路122は、駆動パルス発生回路121がモータ回転駆動用の駆動パルスを印加した際に生じる残留磁束を低減させる消磁パルスを出力する。
モータ駆動回路104は、駆動パルス発生回路121から出力された駆動パルス、及び消磁パルス発生回路122から出力された消磁パルスに基づき、ステッピングモータ105を駆動する。なお、本出願において、駆動パルスおよび消磁パルスをパルス信号と称することがある。
発振回路101、分周回路102、制御回路103、駆動パルス発生回路121、消磁パルス発生回路122及びモータ駆動回路104は、アナログ電子時計1の制御部(ステッピングモータ制御装置)112を構成している。
アナログ表示部106は、輪列によって回転駆動される時針107、分針108及び秒針109(以下、時針107、分針108及び秒針109を区別しない場合には指針と記載する。)や、日にち表示用のカレンダ表示部110等を有している。
また、時計ケース113の内部には、上述した輪列を含む時計用ムーブメント114が配設されている。ムーブメント114は、アナログ電子時計1の各部を駆動させるための機械式の機構である。時計用ムーブメント114は、制御部112と、ステッピングモータ105とを備える。
図2に示すように、ステッピングモータ105は、ロータ収容孔25を有するステータ20と、径方向に2極に着磁されることにより磁気的な極性を有し、ロータ収容孔25に回転可能に配設されたロータ30と、を備えている。ステッピングモータ105は、単位ステップ毎に動作し、指針を回転させる。
第3磁極部20Cは、第1停止位置に位置するロータ30のN極(第2停止位置に位置するロータ30のS極)に対向配置されている。
駆動パルス発生回路121が出力する駆動パルスは、第1コイル50Aと第2コイル50Bとを励磁することにより、ロータ30を極数に応じた基準回転角度だけ駆動させる。
図3及び図4を参照しながら、消磁パルスを印加しない場合のステッピングモータ105の動作について説明する。
図3は、消磁パルスを印加しない場合のアナログ電子時計の制御処理のタイムチャートである。図3は、out1、out2、out3及びout4のそれぞれの電位の時間変化を示す。所定の電位Vが印加されている状態をH、所定の電位Vが印加されていない状態をLと記載する。
図4は、消磁パルスを印加しない場合のステッピングモータの動作図である。同図は、駆動パルス又は消磁パルスにより生じる磁束の向き、及びロータの回転角度を示す。
なお、パルス群PGを構成するパルスは、この一例に限定されず、その他のパルスを含むことにより構成されていてもよい。
制御部112は、第1パルス群PG1(PG)を第1コイル50A及び第2コイル50Bに印加して、ロータ30を第1停止位置から第2停止位置に向けて単位ステップ回転させる。
ロータ30は、S極が、第3磁極部20Cと対向する位置である第2停止位置において安定するところ、残留磁束とロータ30が引き合うことにより、第2停止位置とは異なる位置で停止する。
図5及び図6を参照しながら、消磁パルスを印加する場合のステッピングモータ105の動作について説明する。
図5は、消磁パルスを印加する場合のアナログ電子時計の制御処理のタイムチャートである。図5は、out1、out2、out3及びout4のそれぞれの電位の時間変化を示す。所定の電位Vが印加されている状態をH、所定の電位Vが印加されていない状態をLと記載する。
図6は、消磁パルスを印加する場合のステッピングモータの動作図である。同図は、駆動パルス又は消磁パルスにより生じる磁束の向き、及びロータの回転角度を示す。図3及び図4と同様の動作については、同様の符号を付すことで説明を省略する場合がある。
図5における時刻t13までの動作と、図6における図6(A)、図6(B)及び図6(C)の動作とは、図3及び図4を参照しながら説明した動作と同様である。
このとき、ロータ30の磁極軸は、図6(B)に示す磁極軸Aの回転位置から、図6(C)に示す磁極軸Aの回転位置まで1/2ステップだけ(例えば約90°程度)、回転駆動される。
消磁パルス発生回路122は、ロータ30の回転により、ロータ30の磁極軸Aと励磁されたステータ20の磁極軸とが一致する位置を少なくとも1回通過した後に、消磁パルスPeを出力する。また、消磁パルス発生回路122は、駆動パルス発生回路121が駆動パルスの印加を終えた後、すなわち、図5において駆動パルス発生回路121が第2パルスP2の出力を終える時刻t13以降に、消磁パルスPeを出力する。
図7及び図8を参照しながら、外部からの衝撃によりロータ30が回転した場合の動作について説明する。図7は、消磁パルスPeを印加しない場合におけるステッピングモータ105の動作例であり、図8は、消磁パルスPeを印加する場合におけるステッピングモータ105の動作例である。
図7は、図3に示した一例のうち、時刻t13から時刻t14までの間に外部からの衝撃によりロータ30が回転した場合の動作を示した図である。
図7(A)は、時刻t13において、第2パルスP2の出力を停止した後の状態を示す図である。同図に示すように、駆動パルスP2により生じた磁束は、第1磁極部20A、第2磁極部20B及び第3磁極部20Cに残留している。第1磁極部20A、第2磁極部20B及び第3磁極部20Cには磁束が残留しているため、ロータ30は、第2停止位置からずれた状態において静止している。
第3パルスP3が第1コイル50Aに印加されることで、第1磁極部20A及び第3磁極部20Cは、N極となるように励磁される。また、第2磁極部20Bは、S極となるように励磁される。その結果、ロータ30は、1ステップだけ(例えば約180°程度)反転する。
第4パルスP4が第2コイル50Bに印加されることで、第1磁極部20Aは、N極となるように励磁される。また、第2磁極部20B及び第3磁極部20Cは、S極となるように励磁される。その結果、第1磁極部20A、第2磁極部20B及び第3磁極部20Cは、ロータ30を吸引することができず、ロータ30を回転させることができない。
第1パルスP1が第1コイル50Aに印加されることで、第1磁極部20A及び第3磁極部20Cは、S極となるように励磁される。また、第2磁極部20Bは、N極となるように励磁される。その結果、ロータ30は、1ステップだけ(例えば約180°程度)反転する。
第2パルスP2が第2コイル50Bに印加されることで、第1磁極部20Aは、S極となるように励磁される。また、第2磁極部20B及び第3磁極部20Cは、N極となるように励磁される。その結果、第1磁極部20A、第2磁極部20B及び第3磁極部20Cは、ロータ30を吸引することができず、ロータ30を回転させることができない。
図8は、図5に示した一例のうち、時刻t13から時刻t14までの間に外部からの衝撃によりロータ30が回転した場合の動作を示した図である。
図8(A)は、時刻t13において、第2パルスP2の出力を停止した後の状態を示す図である。同図に示すように、駆動パルスP2により生じた磁束は、消磁パルスPeにより低減されるため、第1磁極部20A、第2磁極部20B及び第3磁極部20Cには、磁束が残留していない。また、ロータ30は、S極が、第3磁極部20Cと対向する位置である第2停止位置において安定して停止している。
第3パルスP3が第1コイル50Aに印加されることで、第1磁極部20A及び第3磁極部20Cは、N極となるように励磁される。また、第2磁極部20Bは、S極となるように励磁される。その結果、ロータ30は、S極が、N極に励磁されている第1磁極部20A及び第3磁極部20Cと引き合う回転角度まで反転する。
第4パルスP4が第2コイル50Bに印加されることで、第1磁極部20Aは、N極となるように励磁される。また、第2磁極部20B及び第3磁極部20Cは、S極となるように励磁される。その結果、ロータ30の極性は、第1磁極部20A、第2磁極部20B及び第3磁極部20Cの極性と一致する。すなわち、第1磁極部20A、第2磁極部20B及び第3磁極部20Cは、ロータ30を吸引することができる。
第1パルスP1が第1コイル50Aに印加されることで、第1磁極部20A及び第3磁極部20Cは、S極となるように励磁される。また、第2磁極部20Bは、N極となるように励磁される。その結果、ロータ30は、1/4ステップだけ(例えば約45°程度)回転する。
第2パルスP2が第2コイル50Bに印加されることで、第1磁極部20Aは、S極となるように励磁される。また、第2磁極部20B及び第3磁極部20Cは、N極となるように励磁される。その結果、ロータ30は、1/2ステップだけ(例えば約90°程度)回転する。
以上説明した実施形態によれば、制御部112は、駆動パルス発生回路121と、消磁パルス発生回路122とを備え、駆動パルスを印加した際に生じる残留磁束を低減させる。ここで、残留磁束が残っている状態においてロータ30を駆動する場合、ロータ30が制御部112の制御に追従しない場合がある。特に、ロータ30が静止している間において、外部からの衝撃によりロータ30が回転してしまうと、ロータ30は、制御部112の制御とは逆に、意図しない方向に反転してしまう場合がある。本実施形態によれば、消磁パルスPeを印加することにより残留磁束を低減させるため、ロータ30が静止している間において、外部からの衝撃によりロータ30が回転してした場合においても、再度、ロータ30の極性を、制御部112が制御する極性と一致させることができる。
したがって、本実施形態によれば、制御部112は、ロータ30を安定して駆動させることができる。
図9は、実施形態の変形例に係るアナログ電子時計1の制御処理のタイムチャートである。同図を参照しながら、上述したアナログ電子時計1の変形例について説明する。
図9は、消磁パルスPeを、印加する場合のアナログ電子時計の制御処理のタイムチャートである。図9は、out1、out2、out3及びout4のそれぞれの電位の時間変化を示す。所定の電位Vが印加されている状態をH、所定の電位Vが印加されていない状態をLと記載する。
が、駆動パルスを継続的に複数回印加した後、その駆動を停止する場合において、最後の駆動パルスが印加された後に消磁パルスPeを印加する場合の一例である。
また、不要なタイミングで、消磁パルスPeが出力されることを抑止することができるため、制御部112は誤動作を抑止することができる。さらに制御部112は、消費電力を抑止することができる。
したがって、本実施形態の変形例によれば、高速駆動中の不要なタイミングで、消磁パルスPeが出力されることを抑止することができるため、制御部112は誤動作を抑止することができる。さらに制御部112は、消費電力を抑止することができる。
ここで消磁パルスPeは、連続して印加されるパルスの極性が同じ場合よりも、連続して印加されるパルスの極性が互いに異なる場合の方が、より大きな効果がある。
したがって、本実施形態の変形例によれば、不要なタイミングで、消磁パルスPeが出力されることを抑止することができるため、制御部112は誤動作を抑止することができる。さらに制御部112は、消費電力を抑止することができる。
この場合、消磁パルスPeは、駆動パルスが印加されることによりステータ20に発生する保持トルクの方向と、ロータ30の静止位置におけるロータの磁極軸の方向とが互いに異なる場合に印加されてもよい。
したがって、制御部112は、不要なタイミングで、消磁パルスPeが出力されることを抑止することができるため、制御部112は誤動作を抑止することができる。さらに制御部112は、消費電力を抑止することができる。
制御部112は、消磁パルスPeを二層励磁パルスとした場合、より確実に残留磁束を消磁することができる。
Claims (12)
- N極とS極との少なくとも2極に着磁され、指針を回転させるロータと、
前記ロータに対して回転力を生じさせる磁束を与えるステータと、
前記ステータの両端のうち第1端に磁束を供給する第1コイルと、
前記ステータの両端のうち前記第1端と異なる第2端に磁束を供給する第2コイルと、
を備えるステッピングモータを駆動するステッピングモータ制御装置であって、
前記第1コイルと前記第2コイルとを励磁することにより前記ロータを回転させる駆動パルスを出力する駆動パルス発生回路と、
前記駆動パルスを印加した際に生じる残留磁束を低減させる消磁パルスを出力する消磁パルス発生回路と、
を備え、
前記消磁パルスは、前記ロータの回転角度を、前記ロータの静止角度と一致する方向へ保持するトルクを発生する二相励磁パルスである
ステッピングモータ制御装置。 - 前記駆動パルスは、前記ロータを極数に応じた基準回転角度だけ回転させるパルスであり、
前記消磁パルス発生回路は、前記駆動パルス発生回路が前記駆動パルスの印加を終えた後、前記ロータの回転により、前記ロータの磁極軸と励磁された前記ステータの磁極軸とが一致する位置を少なくとも1回通過した後に、消磁パルスを出力する
請求項1に記載のステッピングモータ制御装置。 - 前記消磁パルスの極性は、前記ロータが前記基準回転角度だけ回転する際に印加された複数の前記駆動パルスのうち、いずれかの前記駆動パルスの極性と逆である
請求項2に記載のステッピングモータ制御装置。 - 前記消磁パルスの極性は、前記ロータが前記基準回転角度だけ回転する際に印加された複数の前記駆動パルスのうち、最後に印加される前記駆動パルスの極性と逆である
請求項2から請求項3のいずれか一項に記載のステッピングモータ制御装置。 - 前記消磁パルスの極性は、前記ロータが前記基準回転角度だけ回転する際に印加された複数の前記駆動パルスのうち、エネルギーが最も大きい前記駆動パルスの極性と逆である
請求項2から請求項4のいずれか一項に記載のステッピングモータ制御装置。 - 前記消磁パルスは、前記ロータが前記基準回転角度だけ回転する際に印加された複数の前記駆動パルスのうち最初の前記駆動パルスが印加されてから、少なくとも5ms経過後に印加される
請求項2から請求項5のいずれか一項に記載のステッピングモータ制御装置。 - 前記消磁パルスは、前記ロータが前記基準回転角度だけ回転する際に印加された複数の前記駆動パルスが、継続的に複数回印加された後、最後の前記駆動パルスが印加された後に印加される
請求項2から請求項6のいずれか一項に記載のステッピングモータ制御装置。 - 前記消磁パルスは、連続して印加される前記駆動パルスの極性が互いに異なる場合に、前記連続して印加される前記駆動パルスの間に印加される
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のステッピングモータ制御装置。 - 前記消磁パルスは、前記駆動パルスが印加されることにより前記ステータに発生する保持トルクの方向と、前記ロータの静止位置における前記ロータの磁極軸の方向とが互いに異なる場合に印加される
請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のステッピングモータ制御装置。 - 請求項1から請求項9のいずれか一項に記載のステッピングモータ制御装置と、
前記ステッピングモータと
を備えるムーブメント。 - 請求項10に記載のムーブメントを備える時計。
- N極とS極との少なくとも2極に着磁され、指針を回転させるロータと、
前記ロータに対して回転力を生じさせる磁束を与えるステータと、
前記ステータの両端のうち第1端に磁束を供給する第1コイルと、
前記ステータの両端のうち前記第1端と異なる第2端に磁束を供給する第2コイルと、
を備えるステッピングモータを駆動するステッピングモータ制御方法であって、
前記第1コイルと前記第2コイルとを励磁することにより前記ロータを回転させる駆動パルスを出力し、
前記駆動パルスを印加した際に生じる残留磁束を低減させる消磁パルスを出力し、
前記消磁パルスは、前記ロータの回転角度を、前記ロータの静止角度と一致する方向へ保持するトルクを発生する二相励磁パルスである
ステッピングモータ制御方法。
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