JPH06153596A - 時計用ステップモータの駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 単相駆動コイル型の時計用ステップモータを
逆転させるに際し、迅速且つ確実な逆転歩進動作をさせ
る。 【構成】 ロータの電磁的安定位置と無励磁安定位置と
に所要の角度差θを有する単極ステップモータの制御方
法において、ロータに正転歩進を達成させないパルス幅
の第１パルス２１を印加した後、第１パルス２１に続い
て第１パルス２１とは逆極性とした第２パルス２２を、
第２パルス２２に続けて第２パルス２２と逆極性の第３
パルス２３を、第３パルス２３に続けて第３パルス２３
と逆極性にして且つ第２パルス２２や第３パルス２３よ
りもパルス幅の狭い第４パルス２４を印加してロータを
逆回転方向に１８０度回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、時計用のステップモー
タの駆動制御方法に関し、尚詳しくは、単相駆動コイル
型ステップモータの逆転制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】今日、水晶発振器を用いたアナログ時計
では、水晶発振器が出力する高精度の基準周波数信号を
分周したパルス信号を用いるステップモータが多用さ
れ、特に駆動用モータを小型とする為に単相駆動コイル
型のステップモータが用いられることが多い。

【０００３】この単相駆動コイル型のステップモータで
あっても、近年では印加する電圧の波形を調整すること
により正回転及び逆回転を可能とする（例えば特公昭６
２−４３１４８号）ものがある。この正逆回転可能な単
相駆動コイル型ステップモータは、図３に示す様に、駆
動コイル１７により励磁される磁極を有するステータ１
５と、着磁された永久磁石としての磁極を有するロータ
１１との間隙を不均衡とし、駆動コイル１７に通電され
ないとき、ロータ１１のＮ極及びＳ極はステータ１５の
磁極との間隙が小さくなるＡ−Ｂ線方向を安定位置（以
下無励磁安定位置という）とし、駆動コイル１７に通電
されたとき、ロータ１１のＮ極及びＳ極はステータ１５
の磁極との間隙が多少大きくなる位置に前記電磁的安定
位置から所定角度θだけずれたＣ−Ｄ線方向を安定位置
（以下電磁的安定位置という）とする構造とされ、例え
ば図３に示す時計方向にロータ１１を回転させる様に駆
動コイル１７に電圧を印加し、以てロータ１１の磁極と
ステータ１５の磁極との間に反発吸引力を作用させてロ
ータ１１を回転させることにより単極機では１パルスで
１８０度の歩進を行なわせるものである。

【０００４】そしてこの正転歩進に際しては、図４のイ
に示す様に、例えば印加電圧パルスとして正パルスを駆
動コイル１７に印加してロータ１１を正転方向に９０度
近く迄回転させるものであり、この印加電圧パルスは、
ロータ１１を無励磁安定位置から９０度近く回転させる
時間幅に制限して駆動コイル１７に加えるものであり、
この正パルスの停止後、ロータ１１が慣性により９０度
を越えて回転すると１８０度進んだ無励磁安定位置に向
って回転を継続し、１８０度回転した無励磁安定位置で
停止して歩進を完了する。そして、次に電極を逆極性に
励磁する様に前記正パルスと同一条件で負パルスを駆動
コイル１７に印加すると更にロータ１１は１８０度回転
し、この様に順次１パルス毎に正転方向に１８０度づつ
回転歩進するものである。

【０００５】又、このステップモータの逆転に際して
は、例えば図４のロに示す様に、先ず正転方向に歩進さ
せない程度の幅の狭い正パルスを第１パルスとして印加
することによりロータ１１を正転方向に僅かに回転さ
せ、続けて第１パルスと逆極性の負パルスを第２パルス
として印加することによりロータ１１の磁極を最初の停
止位置方向に吸引してロータ１１に逆回転トルクを与
え、ロータ１１が逆転してロータ１１の磁極が最初の停
止位置である無励磁安定位置を通過し、更にθだけ逆回
転方向に回転して電磁的安定位置に到達するまで第２パ
ルスの印加を継続し、ロータ１１が電磁的安定位置に達
すると再度正パルスを第３パルスとして駆動コイル１７
に印加し、この第２パルス及び第３パルスによって逆回
転させられたロータ１１がロータ１１の慣性と相まって
最初の停止位置である無励磁安定位置から９０度余り逆
転方向に回転すると、最初の停止位置から１８０度ずれ
た位置である無励磁安定位置に向ってロータ１１は回転
し、最初の停止位置から逆方向に半回転した位置である
無励磁安定位置でロータ１１は停止するものであり、次
に正転方向に歩進させない程度の幅の狭い負パルスを第
１パルスとして印加し、第１パルスと逆極性の正パルス
を続けて第２パルスとして印加し、第２パルスと逆極性
の負パルスを続けて第３パルスとして印加することによ
り、更にロータ１１を１８０度逆転歩進させることがで
きるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の様に、単相駆動
コイル型ステップモータは、小型であるが故に時計用の
駆動モータに適し、波形制御により正逆回転可能とさ
れ、今日、多くの時計体に使用されている。しかし、単
相駆動コイル型のステップモータは、本来、回転方向を
一方向とするのに適した構造であり、機構的には正方向
回転のトルク特性改善が容易であるも、逆方向回転の性
能改善に際し、正転時の性能を低下させずに逆回転特性
を向上させることは困難であった。

【０００７】そして、今日、使用頻度は低くても、確実
迅速な指針の逆進が可能な時計体が要求されており、時
計用駆動モータは小型軽量にして、確実且つ安定した正
方向回転をすることが要求されることは勿論、安定した
逆回転も可能であることの要求が高まっている。本発明
は、この様な要求に答え、従来の正逆回転可能な単相駆
動コイル型ステップモータの逆方向回転を、一層確実且
つ安定的に行なわせる為のステップモータの制御方法を
提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、正逆回転可能
な単相駆動コイル型ステップモータを駆動するに際し、
ロータを正転方向に駆動しつつ歩進を達成させないパル
ス幅とした第１パルスに続けて第１パルスよりも幅が広
く、且つ、第１パルスと逆極性の第２パルスを印加し、
第２パルスに続けて第２パルスと逆極性の第３パルスを
印加すると共に、第３パルスに続けて第３パルスと逆極
性にして第２パルスや第３パルスよりも幅の狭い第４パ
ルスを印加することによりロータを逆方向に１８０度回
転させる。

【０００９】

【作 用】本発明は、正転歩進を達成させない第１パル
スによりロータを正転方向に回動させてロータの静止時
の位置と電磁的安定位置との角度差θが小さくてもロー
タの磁極とステータの磁極との距離を一端大きくさせる
ことができる故、第２パルスにより強くロータを逆回転
方向に回転開始させることができこととなり、又、第３
パルスにより更に継続してロータに逆回転トルクを与え
る故、逆回転トルクを長く与えることができ、この第３
パルスに続けて第３パルスと逆極性の第４パルスを印加
して１８０度回転させる方法である故、１８０度回転す
る前に印加する第４パルスによりロータの回転に制動を
加えて１歩進における前半の回転が高トルク且つ高速で
あっても後半で減速を行ない、ロータの回転を１８０度
に容易に制限することができる。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例は、図３に示した電磁的安定
位置と無励磁安定位置との角度差としてθを有する単極
ロータ１１と単相駆動コイル１７を設けたステータ１５
とにより構成される時計用のステップモータを駆動する
方法であり、図１に示す様に、極性を順次逆転させた４
個のパルスを一組として連続的に印加することによりロ
ータ１１を１８０度回転させるものである。

【００１１】この４個のパルスにおける第１パルス２１
は、ロータ１１を正転方向に回転させる極性として駆動
コイル１７に印加されるものではあるも、そのパルス幅
はロータ１１を９０度回転させない短いパルス幅とし、
該第１パルス２１のみによってはロータ１１の歩進が達
成されないパルス幅に規制しておくことが好ましく、通
常はロータ１１が２０度乃至６０度程度回転するに足り
る時間幅のパルスとすることがパルス幅の設定を容易と
する。

【００１２】そして、第１パルス２１に続けて駆動コイ
ル１７に印加する第２パルス２２は、第１パルス２１と
逆極性として駆動コイル１７に印加するものであり、こ
の第２パルス２２は、一旦正転方向に回動したロータ１
１の磁極が電磁的安定位置の近傍まで戻る時間に合わせ
て印加時間を規制するものである。尚、この第１パルス
２１及び第２パルス２２は、ロータ１１を一旦正転方向
に揺らせた後、ロータ１１を逆回転させて最初の停止位
置からθだけずれた電磁的安定位置に逆回転させるもの
である故、第１パルス２１のみによっては、第１パルス
２１停止後の慣性によってロータ１１が９０度以上回転
し、次の無励磁安定位置に吸引されて１８０度の回転即
ち歩進を達成してしまうパルス幅に第１パルス２１が設
定されていても、第１パルス２１に続く第２パルス２２
により正転方向の回転に制動が加わり、第２パルス２２
による吸引力によってロータ１１が逆回転し、最初の停
止位置からθだけずれた電磁的安定位置に引き戻される
ことにより歩進を達成させない様に第１パルス２１及び
第２パルス２２のパルス幅を規制しておくことも可能で
ある。

【００１３】更に、第２パルス２２に連続して駆動コイ
ル１７に印加する第３パルス２３は、第２パルス２２と
逆極性とし、ロータ１１が電磁的安定位置を通過した
後、最初の停止位置から９０度逆回転するまでの時間に
合わせてパルス幅を規制するものであり、この第３パル
ス２３に続けて第３パルス２３とは逆極性の第４パルス
２４を印加することによりロータ１１の回転に制動を与
え、第４パルス２４のパルス幅は、第２パルス２２や第
３パルス２３のパルス幅よりも小さく、ロータ１１が最
初の停止位置から１８０度ずれた無励磁安定位置でロー
タ１１の速度を０に近くするものである。

【００１４】この第３パルス２３を電磁的安定位置を通
過したときから最初の停止位置を基準として９０度逆回
転する位置までの間で印加することとしているのは、ロ
ータ１１の機械的抵抗や当該駆動モータの負荷が極めて
小さい場合、ロータ１１の初速を考慮しても第４パルス
２４により最初の停止位置から１８０度ずれた無励磁安
定位置での速度を０に近くする減速を可能とするもので
あり、ロータ１１の停止を迅速に行なうことができる。

【００１５】尚、機械的回転抵抗やロータ１１の負荷が
大きい場合は、第３パルス２３の駆動コイル１７への印
加時間を長くし、ロータ１１が最初の停止位置から９０
度を越える範囲まで第３パルス２３の印加を持続させつ
つ、第４パルス２４の制動により１８０度ずれた無励磁
安定位置でのロータ１１速度を０に近くすることもでき
る。

【００１６】尤も、第３パルス２３から第４パルス２４
への切り換えは、ロータ１１が最初の停止位置から９０
度回転する位置に達する時間に合わせることがパルス幅
の設定を容易とするものであり、この様に第３パルス２
３をロータ１１が最初の停止位置から９０度逆回転する
迄第３パルス２３の印加を継続させても、第４パルス２
４によりロータ１１の回転に制動を加える故、ロータ１
１が最初の停止位置から１８０度回転した無励磁安定位
置に達したときの回転速度が低くなり、停止に際して震
動を少なくして迅速な停止を可能とすることができ、こ
の制動の為の第４パルス２４のパルス幅は、第２パルス
２２や第３パルス２３のパルス幅よりも狭くしておくこ
とが制動を加え過ぎず、且つ、最初の停止位置から半回
転した位置での回転速度を低くしておくのに充分であ
る。

【００１７】この様に本実施例は、ロータ１１が停止し
ていた磁極の位置と電磁的安定位置とのずれ角θを第１
パルス２１により一旦大きくして第２パルス２２により
逆転トルクを大きくしつつ逆転を開始させ、第３パルス
２３により逆転トルクを持続させつつ第４パルス２４に
よりロータ１１に制動を加えて１８０度回転した無励磁
安定位置での速度を０に近くする故、逆転トルクを大き
くして素早くロータ１１を逆回転させ、且つ、迅速に無
励磁安定位置でロータ１１を停止させることができるも
のであり、図２に示す様に、従来の３個のパルスにより
ロータ１１を逆回転させる場合は、ロータ１１の回転が
機械的抵抗により最初の停止位置から１８０度回転した
位置の無励磁安定位置で回転速度を０に近くなる様に第
３パルスの印加時間を調整する必要があったのに対し、
第３パルスの印加時間を長くし、第４パルスを加えない
場合は停止すべき無励磁安定位置での回転速度が速く、
ロータ１１の停止に際して震動が生じてしまう程度に第
３パルスによって強力な逆回転トルクをロータ１１に生
じさせても、第４パルスの制動によって迅速な逆回転歩
進を行なわせることができる。

【００１８】そして本実施例は、前述の様に第２パルス
２２及び第３パルス２３によって強力な逆転トルクをロ
ータ１１に生じさせ、第４パルスによって制動を与える
様に４個のパルスによって逆転歩進を行なわせるもので
あり、第２パルス２２及び第３パルス２３によって強力
な逆転トルクをロータ１１に生じさせる故、電池が消耗
し電源電圧が多少低下した場合にも確実な歩進を行なわ
せることができ、温度低下により油の粘度が多少高くな
って機械的抵抗が増加したり、コイルの抵抗値が大きく
なって磁束が少なくなっても確実に逆転歩進を行なわせ
ることができ、動作電圧範囲や動作温度範囲を広くする
ことができる。

【００１９】更に、第２パルス２２及び第３パルス２３
によりロータ１１の逆転を素早く行なわせ、且つ、第４
パルス２４によりロータ１１を素早く減速停止させる
故、１８０度の逆転を迅速に完了させ、１８０度毎の逆
転歩進を確実に行なうことができ、且つ、短時間で連続
的に数多く行なうことができる故、結果として応答周波
数を向上させることもできる利点を有している。

【００２０】

【発明の効果】本発明は、上述の様に４個のパルスを一
組として逆転歩進を行なわせる方法であり、第２パルス
及び第３パルスにより逆転を迅速且つ確実に行ない、第
４パルスにより確実にロータの制動停止を行なわせる
故、動作電圧や動作温度の範囲を広く、且つ、応答周波
数を高くして安定した逆回転を可能とすることができる
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパルスの印加状態を示すグラフ。

【図２】本発明に係る制御方法と従来の３パルスによる
逆転とを示す回転状態を示すグラフ。

【図３】本発明により制御するステップモータの構造を
示す図。

【図４】従来のステップモータの回転制御方法例を示す
図。

【符号の説明】

１１ ロータ １５ ステータ １７ 駆動コイル ２１ 第１パルス ２２ 第２パルス ２３ 第３パルス ２４ 第４パルス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単相駆動コイルが設けられたステータ及
   び着磁により単極の永久磁石が形成されたロータを有す
   ると共に、前記ステータの磁極とロータとの間隙を不均
   衡に形成してロータの電磁的安定位置と無励磁安定位置
   とを形成した正逆回転可能なステップモータの駆動制御
   方法において、ロータに歩進を達成させないパルス幅の
   第１パルスを駆動コイルに印加し、第１パルスに続けて
   第１パルスと逆極性の第２パルスを駆動コイルに印加
   し、該第２パルスに続けて第２パルスと逆極性の第３パ
   ルスを駆動コイルに印加し、第３パルスに続けて第３パ
   ルスと逆極性にして第２パルスや第３パルスよりも幅の
   狭い第４パルスを駆動コイルに印加してロータを１８０
   度逆回転させることを特徴とする時計用ステップモータ
   の駆動方法。