JPH09266698A - Driving device for stepping motor, control method thereof, and timepiece - Google Patents
Driving device for stepping motor, control method thereof, and timepieceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ステップモータの
駆動装置およびその制御方法に関し、特に、ステップモ
ータの駆動電力を低減可能な駆動装置およびその制御方
法、さらに、この駆動装置を用いた計時装置に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a step motor drive device and a control method thereof, and more particularly to a drive device and a control method thereof which can reduce the drive power of a step motor, and a timing device using the drive device. It is about.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ステップモータは、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装置あるいは情報
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プ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
間スイッチといった計時装置である。この計時装置にお
いては、水晶発振子などを用いた発振回路から基準パル
スを供給し、この基準パルスを１ＭＨｚなどの計時に適
した周波数の時間信号に分周する。そして、その時間信
号に合わせて駆動パルスをステップモータに供給し、計
時装置の秒針などを運針するようにしている。2. Description of the Related Art A step motor is also called a pulse motor, a stepping motor, a stepping motor or a digital motor, and is a motor driven by a pulse signal which is widely used as an actuator of a digital controller. In recent years, small electronic devices or information devices suitable for carrying have been developed, and small and lightweight step motors are often used as these actuators. A typical example of such an electronic device is a clock device such as an electronic timepiece and a time switch. In this time measuring device, a reference pulse is supplied from an oscillation circuit using a crystal oscillator or the like, and the reference pulse is divided into a time signal having a frequency suitable for time measurement such as 1 MHz. Then, a drive pulse is supplied to the step motor in accordance with the time signal to move the second hand or the like of the timekeeping device.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】これらの携帯用に適し
た小型の電子装置においては、搭載可能な電源が限られ
ているので、長時間、安定した動作を行うためにはステ
ップモータなどによって消費される電力をできるだけ低
減することが重要である。さらに、小型で携帯に適した
電子装置は、集積化が進み、ユーザーの様々なニーズに
対応して多機能化が進んでいる。例えば、計時機能を備
えた小型の電子装置には、電力を消費する種々の機能が
搭載されており、全体の電力消費は増加傾向にある。ま
た、太陽電池などを用いて自動的に発電を行って電池の
交換なしに長期間、何処でも自由に使用できる携帯型電
子機器も考案されている。これらの機器に搭載される発
電システムからは大きな電流密度を得にくいため、ステ
ップモータを駆動するために消費される電力をさらに低
減することが望まれている。In such a small electronic device suitable for carrying, since the power source that can be mounted is limited, in order to perform a stable operation for a long time, it is consumed by a step motor or the like. It is important to reduce the power consumed as much as possible. Further, electronic devices that are small and suitable for carrying have been integrated, and have become multifunctional in response to various needs of users. For example, a small electronic device having a timekeeping function is equipped with various functions that consume power, and the overall power consumption tends to increase. In addition, portable electronic devices have also been devised that automatically generate power using a solar cell or the like and can be freely used anywhere for a long period of time without battery replacement. Since it is difficult to obtain a large current density from the power generation system mounted on these devices, it is desired to further reduce the electric power consumed for driving the step motor.
【０００４】そこで、本発明においては、ステップモー
タを駆動するために用いられた電力の一部を回収するこ
とによって電力消費を低減可能な駆動装置およびその制
御方法を提供することを目的としている。特に、本発明
においては、小型・携帯型の電子機器などに適した簡単
な構成で部品点数も少ない装置によって電力の一部を回
収可能な駆動装置および制御方法を提供することを目的
としている。そして、多機能化、あるいは電池の廃棄や
交換の不要な太陽電池などの発電システムを採用した計
時装置等の携帯装置に適用可能な省電力タイプのステッ
プモータの駆動装置および制御方法を提供することを目
的としている。Therefore, it is an object of the present invention to provide a drive device and a control method therefor capable of reducing power consumption by recovering a part of electric power used for driving a step motor. In particular, it is an object of the present invention to provide a drive device and a control method capable of recovering a part of electric power with a device having a simple structure and a small number of parts, which is suitable for a small and portable electronic device. To provide a power-saving type stepping motor drive device and control method applicable to a portable device such as a timekeeping device that employs a power generation system such as a solar cell that does not require disposal or replacement of batteries. It is an object.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明においては、いっ
そうの省電力化を実現するために、ステップモータの駆
動コイルに発生する誘導起電力を用いてステップモータ
に供給された電力の一部を回生するようにしている。す
なわち、ステップモータに駆動パルスを供給してロータ
を回転させると、ロータはすぐには停止せず慣性によっ
て動く。このロータの動きによって駆動コイル（ステー
タ）の磁束密度が変化するので、誘導起電力が発生す
る。本発明においては、この誘導起電力による電流をさ
らに時間的に変化させ、磁束密度の変化と電流の変化に
よって大きな誘導電圧を駆動コイルに発生させて電池な
どの電源に電気エネルギーを回生するようにしている。
このため、本発明の駆動装置は、ステップモータの駆動
コイルに断続的に駆動パルスを供給してステップモータ
を駆動する駆動装置であって、電源から供給された駆動
電力をオンオフして駆動コイルに駆動パルスを印加する
スイッチ手段と、このスイッチ手段をバイパスして駆動
コイルと電源を接続し、駆動電力の逆方向に電流を流す
バイパス手段と、駆動パルスが供給された後に駆動コイ
ルを短い周期で短絡する短絡手段とを有することを特徴
としている。In the present invention, in order to realize further power saving, a part of the electric power supplied to the step motor by using the induced electromotive force generated in the drive coil of the step motor is used. I try to regenerate. That is, when the drive pulse is supplied to the step motor to rotate the rotor, the rotor does not stop immediately but moves by inertia. Since the magnetic flux density of the drive coil (stator) changes due to the movement of the rotor, induced electromotive force is generated. In the present invention, the current due to the induced electromotive force is further changed with time, and a large induced voltage is generated in the drive coil due to the change in the magnetic flux density and the change in the current so that electric energy is regenerated to a power source such as a battery. ing.
Therefore, the driving device of the present invention is a driving device that intermittently supplies a driving pulse to the driving coil of the step motor to drive the step motor, and turns on / off the driving power supplied from the power source to the driving coil. A switch means for applying a drive pulse, a bypass means for bypassing the switch means, connecting the drive coil and the power supply, and allowing a current to flow in the opposite direction of the drive power, and a drive coil with a short cycle after the drive pulse is supplied. And a short-circuiting means for short-circuiting.
【０００６】本発明の駆動装置によれば、スイッチ手段
によって駆動パルスを駆動コイルに供給したのち、短絡
手段によって駆動コイルを短絡する。これによって、ロ
ータの動きに起因する磁束密度の変化によって短絡電流
が発生し、駆動コイルを流れる。さらに、短絡手段を短
い周期でオンオフすることによって、短絡電流が急速に
変動する。この電流の変化によって駆動コイルにさらに
大きな誘導起電力が発生する。この誘導起電力による電
圧（誘導電圧）が電源電圧より大きくなると、バイパス
手段を介して電源に電流が流れ、電池あるいはコンデン
サなどの電源が充電され、ロータの運動エネルギーが電
気エネルギーとして回生される。According to the driving apparatus of the present invention, after the drive pulse is supplied to the drive coil by the switch means, the drive coil is short-circuited by the short-circuit means. As a result, a change in magnetic flux density due to the movement of the rotor causes a short-circuit current to flow through the drive coil. Further, the short-circuit current fluctuates rapidly by turning on and off the short-circuit means in a short cycle. Due to this change in current, a larger induced electromotive force is generated in the drive coil. When the voltage (induced voltage) due to the induced electromotive force becomes higher than the power supply voltage, a current flows through the power supply through the bypass means, the power supply such as a battery or a capacitor is charged, and the kinetic energy of the rotor is regenerated as electric energy.
【０００７】本発明の駆動装置のスイッチ手段には、ト
ランジスタスイッチを用いることが可能であり、さら
に、バイパス手段としてトランジスタスイッチの寄生ダ
イオードを用いることができる。さらに、スイッチ手段
によって駆動コイルに異なった極性の駆動電力を印加
し、駆動コイルに極性の異なる磁界を発生させるバイポ
ーラ型の駆動回路の場合は、短絡手段はＣＯＭＳなどか
らなるスイッチ手段で駆動コイルを駆動電力の同一の極
へ接続すれば良い。このように、本発明の駆動装置は特
別な昇圧回路などを必要とせず非常に簡易な構成で実現
でき、ステップモータに供給したエネルギーの一部を回
生してステップモータの駆動に必要な電力消費を低減す
ることが可能となる。A transistor switch can be used as the switch means of the driving device of the present invention, and a parasitic diode of the transistor switch can be used as the bypass means. Further, in the case of a bipolar type drive circuit in which drive power having different polarities is applied to the drive coil by the switch means and magnetic fields having different polarities are generated in the drive coil, the short-circuit means uses the switch means made of COMS or the like to drive the drive coil. It may be connected to the same pole of driving power. As described above, the driving device of the present invention can be realized with a very simple configuration without requiring a special booster circuit, and regenerates a part of the energy supplied to the step motor to consume the power required for driving the step motor. Can be reduced.
【０００８】時計針を運針するためにステップモータを
用いている計時装置においては、一定の時間間隔で出力
される時間信号に基づき断続的に駆動パルスをステップ
モータに供給する駆動装置に対し本発明を適用すること
によって、計時装置の電力消費を低減できる。従って、
電力の限られた小型で携帯に適した電子装置において
も、計時機能に加えて他の機能を有効に活用することが
でき、また、電池の寿命を延ばし、あるいは電池の交換
を不要にすることができる。In the timekeeping device using the step motor for moving the clock hand, the present invention is applied to the drive device which intermittently supplies the drive pulse to the step motor based on the time signal output at a constant time interval. By applying, it is possible to reduce the power consumption of the timing device. Therefore,
Even in an electronic device that has a small amount of power and is suitable for carrying, it is possible to effectively utilize other functions in addition to the timekeeping function, and to extend the battery life or eliminate the need for battery replacement. You can
【０００９】[0009]
〔バイポーラ型の駆動回路の例〕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。図１に、本発明に
係る駆動回路を備えたステップモータの制御装置の概要
を示してある。本例の制御装置１０は、２相ステップモ
ータ１を１相、２相あるいは１−２相励磁によって駆動
できる装置である。ステップモータ１はＰＭ型のステッ
プモータであり、ステータに駆動コイル２ａおよび２ｂ
が装着されており、このステータの内部で永久磁石によ
って構成されたロータ５が回転するようになっている。
本例の制御装置１０は、ステップモータ１の駆動コイル
２ａおよび２ｂに駆動パルスを供給する駆動回路２０ａ
および２０ｂと、水晶振動子などの基準発振源１１を用
いて基準周波数の基準パルスを出力する発振回路１２
と、基準パルスを分周して特定の幾つかの周波数のパル
スを出力する分周回路１３と、分周回路１３から供給さ
れたパルスに基づき駆動回路２０ａおよび２０ｂを制御
する制御回路１５と、さらに、駆動回路２０ａおよび２
０ｂに駆動パルスの電力を供給する電源１９を備えてい
る。なお、本例の駆動回路２０ａおよび２０ｂは同じ構
成のバイポーラ型の駆動回路であり、以降においては一
方の駆動回路を用いて説明する。[Example of Bipolar Driving Circuit] The present invention will be described in more detail below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of a step motor control device provided with a drive circuit according to the present invention. The control device 10 of the present example is a device that can drive the two-phase step motor 1 by one-phase, two-phase, or 1-2-phase excitation. The step motor 1 is a PM type step motor, and has drive coils 2a and 2b on the stator.
Is mounted, and the rotor 5 constituted by a permanent magnet rotates inside the stator.
The control device 10 of this example includes a drive circuit 20a that supplies drive pulses to the drive coils 2a and 2b of the step motor 1.
And 20b, and an oscillator circuit 12 for outputting a reference pulse of a reference frequency using a reference oscillator source 11 such as a crystal oscillator.
A frequency dividing circuit 13 that divides the reference pulse to output a pulse having a certain number of frequencies, and a control circuit 15 that controls the drive circuits 20a and 20b based on the pulse supplied from the frequency dividing circuit 13. Furthermore, the drive circuits 20a and 2
A power source 19 for supplying the electric power of the driving pulse to 0b is provided. The drive circuits 20a and 20b of this example are bipolar drive circuits having the same configuration, and one drive circuit will be described below.
【００１０】図２に、駆動回路２０から駆動コイル２に
方形の駆動パルスが供給されたときに駆動コイル２に流
れる電流が変化する様子を示してある。時刻ｔ０に駆動
パルスが供給され電圧が高レベルになると、駆動コイル
２に電流が流れ磁界が発生する。これによってロータが
回転すると逆起電力が発生し電流が減少する。そして、
時刻ｔ１に駆動パルスの電圧が低レベルになっても駆動
コイルを流れる電流は０にならない。永久磁石によって
構成されたロータが駆動された後に慣性で動きさらに、
無励磁保持トルク（ディテントトルク、コギングトル
ク）によって停止するセットリングタイムの間、その停
止位置の前後で振動する。このため、駆動パルスが終了
した後でも駆動コイルを貫通する磁束密度が変化するの
で駆動コイルに誘導起電力が発生する。駆動パルスをオ
フにするときは、図３に示す駆動回路２０のｐチャンネ
ルトランジスタＰ１およびＰ２がオンになっているの
で、駆動コイル２の両側が短絡された状態となってお
り、図２に示したような電流が駆動コイル２にながれ
る。そして、このままでは、誘導起電力による電流は駆
動コイル２で消費され、ジュール熱となって放散する。
そこで、本発明においては、この電力を回収するように
している。FIG. 2 shows how the current flowing through the drive coil 2 changes when a rectangular drive pulse is supplied from the drive circuit 20 to the drive coil 2. When the drive pulse is supplied and the voltage becomes high level at time t0, a current flows through the drive coil 2 to generate a magnetic field. As a result, when the rotor rotates, a counter electromotive force is generated and the current decreases. And
Even if the voltage of the drive pulse becomes low level at time t1, the current flowing through the drive coil does not become zero. After the rotor composed of permanent magnets is driven, it moves by inertia,
It vibrates before and after the stop position during the settling time when it is stopped by the non-excitation holding torque (detent torque, cogging torque). For this reason, the magnetic flux density penetrating the drive coil changes even after the drive pulse ends, so that an induced electromotive force is generated in the drive coil. When the drive pulse is turned off, the p-channel transistors P1 and P2 of the drive circuit 20 shown in FIG. 3 are turned on, so that both sides of the drive coil 2 are short-circuited, as shown in FIG. Such a current flows to the drive coil 2. Then, as it is, the current due to the induced electromotive force is consumed by the drive coil 2 and becomes Joule heat and is dissipated.
Therefore, in the present invention, this electric power is collected.
【００１１】図３に、本例の駆動回路２０の構成を示し
てある。上述したように、本例の駆動回路２０はｐチャ
ンネルＭＯＳトランジスタ（以降においてはＭＯＳ）２
１、２２およびｎチャンネルＭＯＳ２３、２４をバイポ
ーラ型の駆動回路を構成するように接続してあり、これ
らのＭＯＳ２１、２２、２３および２４によって電源１
９から供給される電力を制御し、駆動コイル２に極性の
異なる駆動パルスを交互に供給できるようになってい
る。このような駆動回路２０はＣＭＯＳなどを用いて簡
単に構成できるものであり、他の制御回路などと共に１
つの基板上にモノリシック化することも可能である。FIG. 3 shows the configuration of the drive circuit 20 of this example. As described above, the drive circuit 20 of this example has the p-channel MOS transistor (hereinafter MOS) 2
1, 22 and n-channel MOS 23, 24 are connected so as to form a bipolar drive circuit.
The electric power supplied from 9 is controlled so that drive pulses having different polarities can be alternately supplied to the drive coil 2. Such a drive circuit 20 can be easily configured by using a CMOS, etc.
It is also possible to make monolithic on one substrate.
【００１２】それぞれのＭＯＳ２１、２２、２３および
２４のそれぞれには、低電圧側から高電圧側に電流が流
れるように、すなわち、電源電圧を用いた駆動パルスの
電流の流れる方向とは逆に向けてダイオード２５が並列
に接続されている。従って、駆動コイル２に電源１９と
は逆向きの高い電圧が発生すると、これらのＭＯＳ２
１、２２、２３および２４の状態に関係なく、電流がＭ
ＯＳ２１、２２、２３および２４をバイパスしてダイオ
ード２５を介して流れるようになっている。このダイオ
ード２５は、それぞれのＭＯＳと並列にダイオード素子
を接続したり、あるいはＰＮ接合によって基板に作りこ
まれたダイオードを用いることができる。さらに、各Ｍ
ＯＳの寄生ダイオードをバイパス用のダイオード２５と
して用いることも可能である。A current is directed to each of the MOSs 21, 22, 23 and 24 from the low voltage side to the high voltage side, that is, in the direction opposite to the direction in which the current of the drive pulse using the power supply voltage flows. Diode 25 is connected in parallel. Therefore, when a high voltage opposite to that of the power supply 19 is generated in the drive coil 2, these MOS2
Regardless of the state of 1, 22, 23 and 24, the current is M
It bypasses the OSs 21, 22, 23 and 24 and flows through the diode 25. As the diode 25, a diode element may be connected in parallel with each MOS, or a diode formed on a substrate by a PN junction may be used. Furthermore, each M
It is also possible to use the parasitic diode of the OS as the bypass diode 25.
【００１３】図４に、これらのＭＯＳ２１、２２、２３
および２４のゲート電極に印加される制御信号φｐ１、
φｐ２、φｎ１およびφｎ２をタイミングチャートによ
って示してある。以下に、このタイミングチャートに基
づき図３に示した本例の駆動回路２０の動作を説明す
る。制御信号φｐ１、φｐ２、φｎ１およびφｎ２は、
通常、低レベルに保持される。このため、ｐチャンネル
ＭＯＳ２１および２２はオンであり、ｎチャンネルＭＯ
Ｓ２３および２４がオフである。従って、駆動コイル２
には電流が流れず、磁界は発生しない。時刻ｔ１０に制
御信号φｐ２およびφｎ２が高レベルになると、ｐチャ
ンネルＭＯＳ２２がオフし、ｎチャンネルＭＯＳ２４が
オンする。これによって、図３に実線で示したようにｐ
チャンネルＭＯＳ２１、駆動コイル２、およびｎチャン
ネルＭＯＳ２４に電流が流れ、電源１９から駆動コイル
２に電力が供給される。すなわち、駆動コイル２に駆動
回路２０から駆動パルスが供給された状態となり、駆動
コイル２に発生した磁界によってロータが回転する。時
刻ｔ１１に制御信号φｐ２およびφｎ２が低レベルにな
ると、駆動パルスがオフとなり、電源１９から駆動コイ
ル２への電力の供給は遮断される。しかしながら、ロー
タが慣性で回転しているので、駆動コイル２には誘導起
電力が発生している。このとき、ｐチャンネルＭＯＳ２
１および２２がオンしているので、駆動コイル２は短絡
されており、図３に一点鎖線で示したように駆動コイル
２に誘導起電力による電流が流れる。駆動パルスが停止
すると、ロータは慣性でそのまま動き、さらに、所定の
停止位置を中心に振動する。このため、誘導コイル２を
横切る磁束密度も変化し、振動する。その変化の方向に
よって駆動コイル２に流れる一点鎖線で示した短絡電流
の向きも変動する。FIG. 4 shows these MOSs 21, 22, 23.
And a control signal φp1 applied to the gate electrodes of 24,
φp2, φn1 and φn2 are shown by a timing chart. The operation of the drive circuit 20 of the present example shown in FIG. 3 will be described below based on this timing chart. The control signals φp1, φp2, φn1 and φn2 are
Usually kept at a low level. Therefore, the p-channel MOSs 21 and 22 are on and the n-channel MO is
S23 and S24 are off. Therefore, the drive coil 2
There is no current flowing in and no magnetic field is generated. When control signals φp2 and φn2 become high level at time t10, p-channel MOS 22 turns off and n-channel MOS 24 turns on. As a result, as shown by the solid line in FIG.
A current flows through the channel MOS 21, the drive coil 2, and the n-channel MOS 24, and power is supplied from the power supply 19 to the drive coil 2. That is, the drive pulse is supplied from the drive circuit 20 to the drive coil 2, and the rotor is rotated by the magnetic field generated in the drive coil 2. When the control signals φp2 and φn2 become low level at time t11, the drive pulse is turned off, and the power supply from the power supply 19 to the drive coil 2 is cut off. However, since the rotor rotates due to inertia, induced electromotive force is generated in the drive coil 2. At this time, p-channel MOS2
Since 1 and 22 are on, the drive coil 2 is short-circuited, and a current due to the induced electromotive force flows through the drive coil 2 as shown by the alternate long and short dash line in FIG. When the drive pulse is stopped, the rotor moves as it is due to inertia and further vibrates around a predetermined stop position. Therefore, the magnetic flux density across the induction coil 2 also changes and vibrates. Depending on the direction of the change, the direction of the short-circuit current indicated by the alternate long and short dash line flowing in the drive coil 2 also changes.
【００１４】時刻ｔ１２に、制御信号φｐ１およびφｐ
２を高レベルにすると、ｐチャンネルＭＯＳ２１および
２２がオフとなるので、駆動コイル２に電流が流れなく
なる。ｐチャンネルＭＯＳ２１および２２のスイッチン
グによって駆動コイル２に流れる電流は急激に減少する
ので、駆動コイル２に大きな誘導起電力が発生する。こ
のときの誘導電圧が回路抵抗などを含めて電源１９の電
圧より高くなると、ＭＯＳ２１、２２、２３および２４
をバイパスして駆動コイル２と電源１９を接続するよう
に設けられているダイオード２５を介して、駆動コイル
２から逆に電源１９に電流が流れる。これによって、例
えば、電源１９として電池あるいはコンデンサを用いて
いると、これらが充電される。At time t12, control signals φp1 and φp
When 2 is set to a high level, the p-channel MOSs 21 and 22 are turned off, so that no current flows in the drive coil 2. A large induced electromotive force is generated in the drive coil 2 because the current flowing in the drive coil 2 is rapidly reduced by switching the p-channel MOSs 21 and 22. When the induced voltage at this time becomes higher than the voltage of the power supply 19 including the circuit resistance and the like, the MOSs 21, 22, 23 and 24
The current flows from the drive coil 2 to the power supply 19 in reverse, via the diode 25 provided so as to bypass the drive coil 2 and connect the drive coil 2 and the power supply 19. Thereby, for example, when a battery or a capacitor is used as the power source 19, these are charged.
【００１５】次に時刻ｔ１３に、制御信号φｐ１および
φｐ２を低レベルにすると、ｐチャンネルＭＯＳ２１お
よび２２がオンとなるので、駆動コイル２に短絡電流が
流れる。このスイッチング操作によって電流が急激に増
大するので、駆動コイル２には時刻ｔ１２と逆方向の誘
導起電力が発生し、このときの誘導電圧の値が電源電圧
を越えると再びダイオード２５を介して電源１９が充電
される。このような操作はロータによって駆動コイル２
に誘導起電力が誘起されている間、例えば時刻ｔ１４ま
で連続して続けることにより、ロータの機械的な運動エ
ネルギーを電気エネルギーに変換して電源１９に回生す
ることができる。上記から判るように、時刻ｔ１１から
時刻ｔ１４のエネルギーを回生する間は、制御信号φｐ
１およびφｐ２を高速でオンオフすることが望ましい。
このため、本例の制御装置１０においては、チョッパ回
路１６を設け、数ｋ〜数１０ｋの高周波パルスを発生さ
せて、制御信号φｐ１およびφｐ２を操作している。Next, at time t13, when the control signals φp1 and φp2 are set to low level, the p-channel MOSs 21 and 22 are turned on, so that a short-circuit current flows through the drive coil 2. The current sharply increases due to this switching operation, so that an induced electromotive force is generated in the drive coil 2 in the direction opposite to the time t12, and when the value of the induced voltage at this time exceeds the power supply voltage, the power is again supplied via the diode 25. 19 is charged. Such an operation is performed by the rotor using the drive coil
While the induced electromotive force is being induced in the motor, the mechanical kinetic energy of the rotor can be converted into electrical energy and regenerated in the power source 19 by continuing continuously until time t14, for example. As can be seen from the above, during regeneration of energy from time t11 to time t14, the control signal φp
It is desirable to turn on and off 1 and φp2 at high speed.
Therefore, in the control device 10 of the present example, the chopper circuit 16 is provided to generate the high frequency pulse of several k to several tens of k and operate the control signals φp1 and φp2.
【００１６】ロータがほぼ停止し、エネルギーの回生が
終了した時刻ｔ１５に、制御信号φｐ１およびφｎ１を
高レベルにする。これによって、ｐチャンネルＭＯＳ２
１がオフし、ｎチャンネルＭＯＳ２３がオンする。従っ
て、駆動コイル２には、図３に実線で示したのと反対側
の方向に電流が流れ、異なった極性の駆動パルスが供給
される。従って、駆動コイル２には、時刻ｔ１０とは逆
方向の磁場が発生し、ロータを回転させる。時刻ｔ１６
に制御信号φｐ１およびφｎ１が低レベルになって駆動
パルスがオフすると、ロータがほぼ停止する時刻ｔ１７
までの間、時刻ｔ１１から時刻ｔ１４と同様にチョッパ
回路１６から供給された高周波パルスを制御信号φｐ１
およびφｐ２に重ねてロータの運動エネルギーを電気エ
ネルギーとして回生する。At time t15 when the rotor is almost stopped and energy regeneration is completed, the control signals φp1 and φn1 are set to the high level. This allows p-channel MOS2
1 turns off and the n-channel MOS 23 turns on. Therefore, a current flows through the drive coil 2 in the direction opposite to that shown by the solid line in FIG. 3, and drive pulses of different polarities are supplied. Therefore, a magnetic field in the direction opposite to the time t10 is generated in the drive coil 2 to rotate the rotor. Time t16
When the control signals φp1 and φn1 become low level and the drive pulse is turned off at time t17, the rotor is almost stopped.
Until the time t11 to the time t14, the high frequency pulse supplied from the chopper circuit 16 is controlled by the control signal φp1.
And Φp2 are overlapped with and kinetic energy of the rotor is regenerated as electric energy.
【００１７】このように、本例の駆動回路２０において
は、駆動パルスを供給した後、次の駆動パルスが供給さ
れる前に、駆動コイルを短い周期で短絡させることによ
って駆動コイルに大きな誘導起電力を発生させ、ロータ
の慣性による運動エネルギーを電気エネルギーとして電
源側に回生できるようにしている。従って、ステップモ
ータを駆動するために電源側からステップモータに供給
されたエネルギーの一部を回生することができるので、
結果としてステップモータを駆動するために消費される
電力を低減できる。また、本例の駆動回路を用いること
により、ステップモータを回動させるために大きな電力
を用いても、その残りの部分を回収できるので、ステッ
プモータを確実に駆動でき、その上で省電力化を図るこ
とが可能となる。As described above, in the drive circuit 20 of the present embodiment, after the drive pulse is supplied and before the next drive pulse is supplied, the drive coil is short-circuited in a short cycle to cause a large induction to the drive coil. Electric power is generated so that kinetic energy due to the inertia of the rotor can be regenerated as electric energy on the power supply side. Therefore, it is possible to regenerate a part of the energy supplied to the step motor from the power supply side to drive the step motor.
As a result, the power consumed to drive the stepper motor can be reduced. Further, by using the drive circuit of this example, even if a large amount of electric power is used to rotate the step motor, the remaining portion can be recovered, so that the step motor can be reliably driven, and power consumption can be further reduced. Can be achieved.
【００１８】また、本例の駆動回路においては、高周波
パルスを用いて駆動コイルによって昇圧しているので、
ロータの運動エネルギーを電気エネルギーとして電源に
回生するために複雑な昇圧回路は不要である。例えば、
バイパス回路としてＭＯＳの寄生ダイオードを用いるの
であれば、駆動パルスを生成するスイッチング用のＭＯ
Ｓに対し、駆動パルスを出力した後、チョッパ回路から
の高周波パルスを印加することによってエネルギーを回
生できる。さらに、従来、ジュール熱として放出されて
いたエネルギーを回収できるので、モータの温度上昇の
低減などの効果も期待できる。Further, in the drive circuit of this example, since the high frequency pulse is used to boost the voltage by the drive coil,
No complicated step-up circuit is required because the kinetic energy of the rotor is regenerated as electric energy in the power source. For example,
If a MOS parasitic diode is used as a bypass circuit, a switching MO that generates a drive pulse is used.
Energy can be regenerated by applying a high frequency pulse from the chopper circuit to the S after outputting the drive pulse. Furthermore, since the energy that has been conventionally released as Joule heat can be recovered, the effect of reducing the temperature rise of the motor can be expected.
【００１９】〔ユニポーラ型の駆動回路の例〕本発明
は、上述したバイポーラタイプの駆動回路のみに限ら
ず、ステップモータの駆動コイルに断続的に駆動パルス
を供給する回路であれば適用できることはもちろんであ
る。図５に、ユニポーラタイプの駆動回路の例を示して
ある。この駆動回路３０は、例えば、２相ステップモー
タの駆動回路であり、そのステップモータのステータの
１番目と３番目の駆動コイル３ａおよび３ｃに駆動パル
スを供給する部分を代表して示してある。本例の駆動回
路３０は、電源１９から供給された電力をオンオフし
て、駆動コイル３ａおよび３ｃのそれぞれに駆動パルス
を供給するスイッチ３１ａおよび３１ｃと、これらのス
イッチ３１ａおよび３１ｃをそれぞれバイパスするよう
に設置されたダイオード３３ａおよび３３ｃと、駆動コ
イル３ａおよび３ｃを短絡するように設置されたスイッ
チ３２を備えている。ダイオード３３ａおよび３３ｃ
は、供給される電力の方向とは逆方向に電流を流すよう
に設置されており、駆動パルスを供給する際のスイッチ
３１ａおよび３１ｃの機能を阻害しないようになってい
る。スイッチ３１ａ、３１ｃおよび３２は、上述した駆
動回路２０と同様に制御回路１５からの制御信号φｓ
１、φｓ２およびφｓ３によって制御される。ロータを
駆動コイル３ａおよび３ｃによって回転させる場合は、
例えば、制御信号φｓ１およびφｓ２によってスイッチ
３１ａおよび３１ｃを閉じて、駆動コイル３ａおよび３
ｃに極性の異なる磁場を励起する。このとき、制御信号
φｓ３によって短絡用のスイッチ３２は開放した状態で
ある。ロータが回転すると、制御信号φｓ１、φｓ２お
よびφｓ３によってスイッチ３１ａおよび３１ｃを開い
て、スイッチ３２を閉じる。これによって、駆動コイル
３ａおよび３ｃが短絡され、ロータの動きに起因する磁
束密度の変化によって誘導起電力が発生し、短絡電流が
流れる。そこで、上記の回路と同様に、スイッチ３２を
チョッパ回路からの高周波パルスを用いてオンオフす
る。この結果、駆動コイル３ａおよび３ｃのそれぞれに
高圧の誘導電圧が発生し、スイッチ３１ａおよび３１ｃ
のそれぞれをバイパスするダイオード３３ａおよび３３
ｃを介して駆動コイル３ａおよび３ｃがそれぞれ電源１
９に接続され、電源１９にエネルギーが回生される。本
例では、短絡用のスイッチ３２を２つの駆動コイル３ａ
および３ｃを接続するように設けてあるが、それぞれの
駆動コイル３ａおよび３ｃを短絡するように別々の短絡
用のスイッチを設け、この短絡用のスイッチを高周波パ
ルスによって駆動しても良いことはもちろんである。[Example of Unipolar Drive Circuit] The present invention is not limited to the bipolar drive circuit described above, but can be applied to any circuit that intermittently supplies a drive pulse to the drive coil of the step motor. Is. FIG. 5 shows an example of a unipolar type drive circuit. The drive circuit 30 is, for example, a drive circuit for a two-phase step motor, and is representatively shown as a portion that supplies drive pulses to the first and third drive coils 3a and 3c of the stator of the step motor. The drive circuit 30 of the present example turns on and off the power supplied from the power supply 19 to bypass the switches 31a and 31c, which supply drive pulses to the drive coils 3a and 3c, and the switches 31a and 31c, respectively. And the switch 32 installed so as to short-circuit the drive coils 3a and 3c. Diodes 33a and 33c
Is installed so that a current flows in the direction opposite to the direction of the supplied power, and does not hinder the functions of the switches 31a and 31c when supplying the drive pulse. The switches 31a, 31c and 32 have control signals φs from the control circuit 15 similar to the drive circuit 20 described above.
1, φs2 and φs3. When the rotor is rotated by the drive coils 3a and 3c,
For example, the switches 31a and 31c are closed by the control signals φs1 and φs2, and the drive coils 3a and 3c are closed.
A magnetic field having a different polarity is excited in c. At this time, the switch 32 for short circuit is in an open state by the control signal φs3. When the rotor rotates, the switches 31a and 31c are opened and the switch 32 is closed by the control signals φs1, φs2 and φs3. As a result, the drive coils 3a and 3c are short-circuited, the induced electromotive force is generated by the change in the magnetic flux density caused by the movement of the rotor, and the short-circuit current flows. Therefore, similar to the above circuit, the switch 32 is turned on / off using the high frequency pulse from the chopper circuit. As a result, a high voltage induced voltage is generated in each of the drive coils 3a and 3c, and the switches 31a and 31c.
33a and 33 for bypassing each of the
drive coils 3a and 3c are connected to the power source 1 via
9, the power source 19 regenerates energy. In this example, the switch 32 for short circuit is connected to the two drive coils 3a.
And 3c are connected, but separate short-circuiting switches may be provided to short-circuit the drive coils 3a and 3c, and the short-circuiting switches may be driven by high-frequency pulses. Is.
【００２０】〔計時装置の例〕図６に、本発明に係るス
テップモータの駆動回路を適用して運針用のステップモ
ータを駆動する計時装置の例を示してある。本例の計時
装置８は、ステップモータ４０と、このステップモータ
４０を制御する制御装置１０と、ステップモータ４０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。本例のステップモータ４０は、制御装置１０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
４１と、この駆動コイル４１によって励磁されるステー
タ４２と、さらに、ステータ４２の内部で回転するロー
タ４３を備えている。このロータ４３はディスク状の２
極の永久磁石によって構成されており、ＰＭ型（永久磁
石回転型）の１相のステップモータ４０となっている。
ステータ４２には、駆動コイル４１で発生した磁力によ
って異なった磁極がロータ４３の回りのそれぞれのステ
ータ端部４５および４６に発生するように磁気飽和部４
７が設けられている。また、ロータ４３の回転方向を規
定するために、ステータ４２の内周の適当な位置には内
ノッチ４８が設けられており、これによってコギングト
ルクを発生させてロータ１３が適当な置に停止するよう
にしている。[Example of Clocking Device] FIG. 6 shows an example of a clocking device for driving the step motor for hand movement by applying the drive circuit of the step motor according to the present invention. The timing device 8 of this example includes a step motor 40, a control device 10 that controls the step motor 40, a train wheel 50 that transmits the movement of the step motor 40, and a second hand 61 and a minute hand 62 that are moved by the train wheel 50. And an hour hand 63. The step motor 40 of this example includes a drive coil 41 that generates a magnetic force by a drive pulse supplied from the control device 10, a stator 42 that is excited by the drive coil 41, and a rotor 43 that rotates inside the stator 42. Is equipped with. This rotor 43 has a disc shape 2
The PM type (permanent magnet rotating type) one-phase step motor 40 is constituted by a pole permanent magnet.
In the stator 42, the magnetic saturation part 4 is arranged so that different magnetic poles are generated at the respective stator ends 45 and 46 around the rotor 43 by the magnetic force generated in the drive coil 41.
7 are provided. Further, in order to define the rotation direction of the rotor 43, an inner notch 48 is provided at an appropriate position on the inner circumference of the stator 42, thereby generating a cogging torque and stopping the rotor 13 at an appropriate position. I am trying.
【００２１】ステップモータ４０のロータ４３の回転
は、かなを介してロータ４３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５
４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４３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。The rotation of the rotor 43 of the step motor 40 is driven by the fifth wheel 51 meshed with the rotor 43 via a pinion.
It is transmitted to each hand by a train wheel 50 including a fourth wheel 52, a third wheel 53, a second wheel 54, a date wheel 55 and a hour wheel 56. The second hand 61 is connected to the shaft of the fourth wheel 52,
A minute hand 62 is connected to 4 and an hour hand 63 is connected to the hour wheel 56, and the time is displayed by these hands in conjunction with the rotation of the rotor 43. In the train wheel 50,
Furthermore, it is of course possible to connect a transmission system or the like (not shown) for displaying the date and the like.
【００２２】本例の計時装置８は、ステップモータ４０
の回転によって時刻が表示される。従って、ステップモ
ータ４０は所定の時間信号に従って出力された駆動パル
スによって駆動される。ステップモータ４０を制御する
本例の制御装置１０は、上述したバイポーラ型の駆動回
路を備えた制御装置とほぼ同様の構成であり、ステップ
モータ４０に供給される駆動パルスが計時に適した所定
の時間間隔で供給されるようになっている。そのため、
水晶振動子などの基準発振源１１を用いて基準周波数の
基準パルスを出力する発振回路１２と、基準パルスを分
周して特定の幾つかの周波数のパルスを出力する分周回
路１３と、高周波パルスを重畳するためのチョッパ回路
１６と、これらの回路から供給されたパルス信号に基づ
き駆動回路２０の各スイッチを制御する制御回路１５を
備えている。The timekeeping device 8 of the present example comprises a step motor 40.
The time is displayed by rotating. Therefore, the step motor 40 is driven by the drive pulse output according to the predetermined time signal. The control device 10 of the present example for controlling the step motor 40 has substantially the same configuration as the control device including the bipolar drive circuit described above, and the drive pulse supplied to the step motor 40 has a predetermined value suitable for timing. It is supplied at time intervals. for that reason,
An oscillation circuit 12 that outputs a reference pulse of a reference frequency using a reference oscillation source 11 such as a crystal oscillator, a frequency dividing circuit 13 that divides the reference pulse and outputs a pulse of several specific frequencies, and a high frequency A chopper circuit 16 for superimposing pulses and a control circuit 15 for controlling each switch of the drive circuit 20 based on the pulse signals supplied from these circuits are provided.
【００２３】さらに、本例の制御装置１０は、制御回路
１５からの制御信号に基づき電源１９からの電力を駆動
パルスとしてステップモータ４０に供給する駆動回路２
０を備えている。この駆動回路２０は、ＭＯＳトランジ
スタ２１、２２、２３および２４を用いたバイポーラ型
であり、すでに説明したバイポーラ型の駆動回路とほぼ
同様なので共通する部分には同じ符号を付して説明を省
略する。Furthermore, the control device 10 of the present embodiment supplies the drive circuit 2 with electric power from the power source 19 as a drive pulse to the step motor 40 based on the control signal from the control circuit 15.
0 is provided. This drive circuit 20 is of a bipolar type using MOS transistors 21, 22, 23 and 24, and is substantially the same as the bipolar type drive circuit already described. .
【００２４】また、本例の制御装置１０は、駆動回路２
０から駆動コイル４１へ駆動パルスを供給する配線に、
駆動パルスを供給した後に生ずる誘起電圧などによって
ロータ４３の回転・非回転を検出する検出回路１８が接
続されており、制御回路１５はこの検出回路１８からの
検出信号によってロータの回転・非回転を判断し、非回
転の場合は通常の駆動パルスより電力の大きな駆動パル
スをステップモータ４０に供給して確実にステップモー
タが回転するようにしている。回路が簡単で確実にロー
タの回転・非回転を判断できるため、ロータの回転に起
因する誘導電圧を用いてロータの回転を検出することが
多い。本例の検出回路１８も駆動コイル１１に発生した
誘導電圧を用いて判断しているので、駆動コイル１１か
ら電源にエネルギーを回生するタイミングと、検出回路
１８が検出を行うタイミングを分離する必要がある。こ
のためにｐチャンネルＭＯＳによるスイッチ１７ａおよ
び１７ｂを設けてある。これらのＭＯＳ１７ａおよび１
７ｂも制御回路１５からの制御信号φｓ７およびφｓ８
によって制御される。もちろん、ロータの回転・非回転
を検出する方法は、本例に限定されることはなく、特公
昭６１−１５３８４などに開示されているステータ４２
に磁束を発生させる時定数の差を検出したり、ロータ４
３の回転角をセンサーなどを用いて検出するなどの手段
を採用しても良い。また、電気エネルギーを電源に回生
する間に発生する電圧、極性およびタイミングによって
判断しても良く、これにより、エネルギーの回生とロー
タの回転・非回転の判断を同じタイミングで行えるの
で、より多くエネルギーを回生できる。Further, the control device 10 of the present example has the drive circuit 2
In the wiring that supplies the drive pulse from 0 to the drive coil 41,
A detection circuit 18 for detecting rotation / non-rotation of the rotor 43 by an induced voltage generated after supplying the drive pulse is connected, and the control circuit 15 detects the rotation / non-rotation of the rotor by a detection signal from the detection circuit 18. In the case of non-rotation, the drive pulse having a larger electric power than the normal drive pulse is supplied to the step motor 40 to surely rotate the step motor. Since the circuit is simple and can reliably determine the rotation / non-rotation of the rotor, the rotation of the rotor is often detected using an induced voltage caused by the rotation of the rotor. Since the detection circuit 18 of the present example also makes a determination using the induced voltage generated in the drive coil 11, it is necessary to separate the timing at which energy is regenerated from the drive coil 11 to the power supply and the timing at which the detection circuit 18 performs detection. is there. For this purpose, switches 17a and 17b made of p-channel MOS are provided. These MOS 17a and 1
7b is also the control signals φs7 and φs8 from the control circuit 15.
Is controlled by Of course, the method for detecting the rotation / non-rotation of the rotor is not limited to this example, and the stator 42 disclosed in Japanese Patent Publication No. 61-15384 may be used.
To detect the difference in time constants that generate magnetic flux in the
A means for detecting the rotation angle of 3 using a sensor or the like may be adopted. In addition, it may be judged by the voltage, polarity and timing generated during the regeneration of electric energy to the power source. As a result, the energy regeneration and the rotation / non-rotation of the rotor can be determined at the same timing. Can be regenerated.
【００２５】駆動回路２０のＭＯＳ２１、２２、２３お
よび２４、さらに、検出回路１８のＭＯＳ１７ａおよび
１７ｂへの制御信号φｐ１、φｐ２、φｎ１、φｎ２お
よびφｓ７、φｓ８は、分周回路１３から供給されるタ
イミング信号φ０、φ１、φ２、φ３およびチョッパ回
路１６から供給される高周波パルスφ８ｋおよびφ１ｋ
に基づき出力される。これらの制御信号が出力される様
子を図７に示してある。分周回路１３から供給される各
タイミング信号φ０、φ１、φ２およびφ３は同一の周
期、例えば、計時に適当な１Ｈｚのサイクル信号であ
り、それぞれの信号のレベルが変動するタイミングを変
えてある。一方、チョッパ回路１６から供給される信号
φ８ｋおよびφ１ｋは、短い周期の信号であり、例え
ば、エネルギーを回生用の信号φ８ｋは数ｋ〜数１０ｋ
Ｈｚの信号であり、回転・非回転の検出用の信号φ１ｋ
は数１００Ｈｚから数ｋＨｚの信号である。Timings of supplying the control signals φp1, φp2, φn1, φn2 and φs7, φs8 to the MOSs 21, 22, 23 and 24 of the drive circuit 20 and the MOSs 17a and 17b of the detection circuit 18 are supplied from the frequency dividing circuit 13. Signals φ0, φ1, φ2, φ3 and high frequency pulses φ8k and φ1k supplied from the chopper circuit 16
It is output based on. FIG. 7 shows how these control signals are output. The timing signals φ0, φ1, φ2, and φ3 supplied from the frequency dividing circuit 13 have the same cycle, for example, a cycle signal of 1 Hz which is suitable for timing, and the timing at which the level of each signal fluctuates is changed. On the other hand, the signals φ8k and φ1k supplied from the chopper circuit 16 are signals having a short cycle. For example, the signal φ8k for energy regeneration is several k to several tens k.
Hz signal, signal φ1k for detecting rotation / non-rotation
Is a signal of several 100 Hz to several kHz.
【００２６】時刻ｔ２０に、タイミング信号φ０が低レ
ベルから高レベルに変わると、制御信号φｐ２およびφ
ｎ２が高レベルになり、駆動回路２０のｐチャンネルＭ
ＯＳ２２がオフし、ｎチャンネルＭＯＳ２４がオンす
る。駆動回路２０のｐチャンネルＭＯＳ２１はオンして
いるので、これによって、ｐチャンネルＭＯＳ２１、駆
動コイル４１、およびｎチャンネルＭＯＳ２４に電流が
流れ、電源１９から駆動コイル４１に電力が供給され
る。すなわち、駆動コイルに駆動回路２０から駆動パル
スが供給された状態となり、ステップモータ４０のロー
タ４３が１８０度回転する。時刻ｔ２１にタイミング信
号φ２が低レベルから高レベルになると、制御信号φｐ
２およびφｎ２が低レベルにり、駆動パルスがオフとな
る。従って、電源１９から駆動コイル２への電力の供給
は遮断される。しかしながら、ロータ４３が慣性で回転
している。このため、駆動コイル４１には誘導起電力が
発生し、ｐチャンネルＭＯＳ２１および２２がオンして
いるので駆動コイル４１の両端は短絡されており、短絡
電流が流れる。従って、上述したように、制御信号φｐ
１およびφｐ２に高周波パルスを重ねると短絡電流が急
激に変化し、駆動コイル４１に大きな誘導電圧が発生す
る。従って、駆動コイル４１からバイパス用のダイオー
ド２５を介して電源１９に向けて電流がながれ、ロータ
４３の運動エネルギーが電気エネルギーとして回生され
る。At time t20, when the timing signal φ0 changes from the low level to the high level, the control signals φp2 and φp
n2 goes high, and the p channel M of the drive circuit 20
The OS 22 turns off and the n-channel MOS 24 turns on. Since the p-channel MOS 21 of the drive circuit 20 is on, a current flows through the p-channel MOS 21, the drive coil 41, and the n-channel MOS 24 by this, and power is supplied from the power supply 19 to the drive coil 41. That is, the drive pulse is supplied from the drive circuit 20 to the drive coil, and the rotor 43 of the step motor 40 rotates 180 degrees. When the timing signal φ2 changes from the low level to the high level at time t21, the control signal φp
2 and φn2 go low, and the drive pulse is turned off. Therefore, the power supply from the power source 19 to the drive coil 2 is cut off. However, the rotor 43 is rotating by inertia. Therefore, an induced electromotive force is generated in the drive coil 41, and the p-channel MOSs 21 and 22 are turned on, so that both ends of the drive coil 41 are short-circuited and a short-circuit current flows. Therefore, as described above, the control signal φp
When a high frequency pulse is superimposed on 1 and φp2, the short circuit current changes abruptly and a large induced voltage is generated in the drive coil 41. Therefore, a current flows from the drive coil 41 to the power supply 19 via the bypass diode 25, and the kinetic energy of the rotor 43 is regenerated as electric energy.
【００２７】上記の制御を行っている間、制御信号φｓ
７およびφｓ８は高レベルに保たれており、ｐチャンネ
ルＭＯＳ１７ａおよび１７ｂはオフになっている。従っ
て、駆動パルスおよび回生時の電圧変動は検出回路１８
には供給されない。時刻ｔ２２にタイミング信号φ２が
低レベルから高レベルに反転すると、制御信号φｐ１に
上述したほぼ１ｋＨｚ程度の高周波パルスφ１ｋが重ね
られ、制御信号φｓ７に、同じ高周波パルスφ１ｋを反
転した信号が重ねされる。そして、制御信号φｐ２は低
レベルに保持される。従って、駆動コイル４１は高周波
パルスφ１ｋの周期でｐチャンネルＭＯＳ２１および２
２によって短絡され、その両端に発生した誘導電圧は高
周波パルスφ１ｋの周期でｐチャンネルＭＯＳ２２およ
び１７ａを介して検出回路１８に印加される。従って、
時刻ｔ２２以降のロータの回転によって駆動コイル４１
に発生した誘導電圧は高周波パルスφ１ｋの周期で増幅
され、電源電圧を基準値として検出回路１８によって検
出される。そして、この誘導電圧の変動パターンなどか
らロータの回転・非回転が判断される。この検出する工
程をタイミング信号φ３が低レベルから高レベルに反転
する時刻ｔ２３まで行って、ステップモータを駆動する
１つのサイクルが終了する。なお、ロータが非回転であ
ることを検出した場合は、これらのサイクルに続いて、
電力の大きな駆動パルスをステップモータに供給し、確
実に回転を行わせる工程が実行される。During the above control, the control signal φs
7 and φs8 are kept at a high level, and p-channel MOS 17a and 17b are off. Therefore, the drive pulse and voltage fluctuation during regeneration are detected by the detection circuit 18
Is not supplied. When the timing signal φ2 is inverted from the low level to the high level at time t22, the control signal φp1 is superposed with the high frequency pulse φ1k of about 1 kHz described above, and the control signal φs7 is superposed with the same high frequency pulse φ1k. . Then, the control signal φp2 is held at the low level. Therefore, the drive coil 41 has the p-channel MOSs 21 and 2 at the cycle of the high frequency pulse φ1k.
The induced voltage generated by short-circuiting by 2 is applied to the detection circuit 18 via the p-channel MOS 22 and 17a at the cycle of the high frequency pulse φ1k. Therefore,
The drive coil 41 is rotated by the rotation of the rotor after time t22.
The induced voltage generated at 1 is amplified in the cycle of the high frequency pulse φ1k and detected by the detection circuit 18 with the power supply voltage as a reference value. Then, the rotation / non-rotation of the rotor is judged from the variation pattern of the induced voltage. This detecting step is performed until time t23 when the timing signal φ3 is inverted from the low level to the high level, and one cycle of driving the step motor is completed. If it is detected that the rotor is not rotating, following these cycles,
A step of supplying a drive pulse of large power to the step motor to surely rotate the step motor is executed.
【００２８】時刻ｔ２４に、タイミング信号φ０が高レ
ベルから低レベルに変わると、次のステップモータを回
転するサイクルが開始される。タイミング信号φ０の変
化に伴って時刻ｔ２４に制御信号φｐ１およびφｎ１を
高レベルとなる。これによって、ｐチャンネルＭＯＳ２
１がオフし、ｎチャンネルＭＯＳ２３がオンする。従っ
て、駆動コイル４１には前のサイクルと反対側の方向に
電流が流れ、異なった極性の駆動パルスが供給される。
従って、駆動コイル４１のステータ４２には逆の位相の
磁界が発生し、ロータ４３が再び１８０度回転する。時
刻ｔ２５にタイミング信号φ１が高レベルから低レベル
に反転すると、制御信号φｐ１およびφｎ１が低レベル
になって駆動パルスがオフする。そして、高周波パルス
φ８ｋが制御信号φｐ１およびφｐ２に重ねられ、ロー
タの運動エネルギーが電気エネルギーとして回生され
る。時刻ｔ２６にタイミング信号φ２が高レベルから低
レベルに判定すると、エネルギーの回生からロータの回
転・非回転の検出に移行し、制御信号φ２に高周波パル
スφ１ｋが、そして、制御信号φｓ８に高周波パルスφ
１ｋを反転した信号が重ねられる。これによって、上記
と同様にロータの回転による誘導電圧が検出回路１８に
よって電源電圧を基準に判断される。時刻ｔ２７にタイ
ミング信号φ３が高レベルから低レベルに反転すると、
ロータを駆動するサイクルは終了する。これに続いて、
ロータが非回転のときは、上記と同様に大きなパルス幅
の駆動パルスがステップモータに供給され回転される。At time t24, when the timing signal φ0 changes from the high level to the low level, the cycle for rotating the next step motor is started. The control signals φp1 and φn1 are set to the high level at time t24 in accordance with the change of the timing signal φ0. This allows p-channel MOS2
1 turns off and the n-channel MOS 23 turns on. Therefore, current flows in the drive coil 41 in the direction opposite to the previous cycle, and drive pulses of different polarities are supplied.
Therefore, a magnetic field of opposite phase is generated in the stator 42 of the drive coil 41, and the rotor 43 rotates 180 degrees again. When the timing signal φ1 is inverted from the high level to the low level at time t25, the control signals φp1 and φn1 are turned to the low level and the drive pulse is turned off. Then, the high-frequency pulse φ8k is superimposed on the control signals φp1 and φp2, and the kinetic energy of the rotor is regenerated as electric energy. When the timing signal φ2 is determined from the high level to the low level at the time t26, the process shifts from energy regeneration to detection of rotation / non-rotation of the rotor, the control signal φ2 is the high frequency pulse φ1k, and the control signal φs8 is the high frequency pulse φ.
The signals obtained by inverting 1k are superimposed. As a result, similarly to the above, the induced voltage due to the rotation of the rotor is judged by the detection circuit 18 based on the power supply voltage. When the timing signal φ3 is inverted from the high level to the low level at time t27,
The cycle of driving the rotor ends. Following this,
When the rotor is not rotating, a drive pulse having a large pulse width is supplied to the step motor and rotated as described above.
【００２９】本例の制御装置１０においては、タイミン
グ信号φ１〜φ３および高周波パルスφ８ｋ、φ１ｋを
用いて制御回路１５によって上記の制御信号φｐ１、φ
ｎ１、φｐ２、φｎ２、φｓ７およびφｓ８が出力され
ており、その回路の一例を図８に示してある。このよう
な論理回路を用いた制御回路１５はＣＭＯＳなどのスイ
ッチング素子を用いて構成でき、また、駆動回路２０も
バイパス用のダイオードも含めてＣＭＯＳなどのスイッ
チング素子を用いて実現できる。検出回路１８、分周回
路など、本例の制御装置１０を構成するその他の回路も
同様であり、本例の制御装置１０は半導体基板上に公知
のＩＣプロセスを用いて形成することが可能である。従
って、本例の制御装置は電子腕時計などの小型で携帯に
適した電子装置内に、場所を取らず容易に収納すること
が可能である。そして、本例の制御装置を用いることに
より、ステップモータからエネルギーを回生してステッ
プモータの駆動に必要な電力の省力化を図れる。In the control device 10 of this example, the control signals φp1 and φp are controlled by the control circuit 15 using the timing signals φ1 to φ3 and the high frequency pulses φ8k and φ1k.
n1, φp2, φn2, φs7 and φs8 are output, and an example of the circuit is shown in FIG. The control circuit 15 using such a logic circuit can be configured by using a switching element such as CMOS, and also can be realized by using the switching element such as CMOS including the drive circuit 20 and the bypass diode. The other circuits constituting the control device 10 of this example, such as the detection circuit 18 and the frequency dividing circuit, are also the same, and the control device 10 of this example can be formed on a semiconductor substrate by using a known IC process. is there. Therefore, the control device of the present example can be easily stored in a small-sized and portable electronic device such as an electronic wristwatch without taking up a space. Then, by using the control device of the present example, energy can be regenerated from the step motor to save the power required for driving the step motor.
【００３０】本願の発明者らの測定によると、上記の計
時装置において、デューティー比が２５〜７５％で周波
数が４〜８ｋＨｚ程度にチョッピングされた高周波パル
スを用いて、ステップモータに入力したエネルギーの５
％程度のエネルギーを電源側へ回生できることが判って
いる。従って、本例の制御装置を用いることによって消
費電力を５％程度低減することができる。この測定は、
精度の高く逆起電力の発生を極力抑えた１体型ステータ
を備えた計時装置用のステップモータに本発明を適用し
た場合の効果であり、従来の２体型ステータの計時用ス
テップモータや、アクチュエータなどに用いられるステ
ップモータに本発明を適用することにより、さらに大幅
な省電力化を期待できる。According to the measurement by the inventors of the present application, in the above-mentioned time measuring device, the energy inputted to the step motor is changed by using the high frequency pulse chopped to the duty ratio of 25 to 75% and the frequency of about 4 to 8 kHz. 5
It is known that about% energy can be regenerated to the power supply side. Therefore, the power consumption can be reduced by about 5% by using the control device of this example. This measurement is
This is an effect obtained when the present invention is applied to a step motor for a timekeeping device having a one-body type stator having a highly accurate generation of counter electromotive force as much as possible. By applying the present invention to a stepping motor used for, it is possible to expect further significant power saving.
【００３１】なお、上記の例では、１相あるいは２相の
ステップモータを例に本発明を説明しているが、３相以
上のステップ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、ステップモータの駆動
方式は、１相励磁に限らず、２相励磁あるいは１−２相
励磁方式によって断続的にステップモータに駆動パルス
が供給されれば良い。さらに、本発明の駆動装置によっ
て駆動されるステップモータはＰＭタイプに限定され
ず、ハイブリッド型などのステップモータに対しても本
発明を適用できる。In the above example, the present invention has been described by taking a one-phase or two-phase step motor as an example, but it goes without saying that the present invention can be similarly applied to a step motor having three or more phases. is there. Further, the driving method of the step motor is not limited to the one-phase excitation method, and the driving pulse may be intermittently supplied to the step motor by the two-phase excitation method or the 1-2-phase excitation method. Further, the step motor driven by the driving device of the present invention is not limited to the PM type, and the present invention can be applied to a hybrid type step motor.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、ロー
タの慣性による運動エネルギーを、駆動コイルに発生す
る誘導起電力に変換し、さらに駆動コイルを流れる短絡
電流を変動させることによって駆動コイルを昇圧手段と
して用いることによって電源側に回生している。従っ
て、複雑な昇圧回路を用いずに簡単にステップモータに
供給されたエネルギーの一部を回生することができ、結
果としてステップモータを駆動するために消費される電
力を低減することができる。As described above, according to the present invention, the kinetic energy due to the inertia of the rotor is converted into the induced electromotive force generated in the drive coil, and the short-circuit current flowing through the drive coil is changed to change the drive coil. Is used as a voltage boosting means to regenerate the power source. Therefore, a part of the energy supplied to the step motor can be easily regenerated without using a complicated step-up circuit, and as a result, the power consumed for driving the step motor can be reduced.
【００３３】従って、本発明により、ステップモータを
駆動するために消費される電力を低く抑えることが可能
となり、近年、小型化、多機能化している携帯型機器に
好適なステップモータの駆動装置およびその制御装置を
提供できる。例えば、電子腕時計などの携帯型機器にお
いては、多機能化によって消費電力が増加し、その一方
で、小型化および太陽電池などの発電装置を内蔵するこ
とによって電池の交換をなくせるようにしている。従っ
て、本発明を適用することによって、発電量の少ない電
源を用いた装置であっても低消費電力で計時を確実に行
うことが可能なり、電子腕時計などに搭載された多様な
機能を有効に活用できる。Therefore, according to the present invention, the electric power consumed for driving the step motor can be suppressed to a low level, and in recent years, a step motor driving device and a step motor driving device suitable for portable devices which have become smaller and have more functions have been provided. The control device can be provided. For example, in a portable device such as an electronic wristwatch, power consumption is increased due to the multi-functionalization, while at the same time, it is possible to eliminate battery replacement by miniaturization and by incorporating a power generation device such as a solar battery. . Therefore, by applying the present invention, it becomes possible to reliably perform timekeeping with low power consumption even in a device using a power source with a small amount of power generation, and to effectively use various functions installed in electronic wrist watches and the like. Can be utilized.
【図１】本発明の駆動回路を用いたステップモータの制
御装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a step motor control device using a drive circuit of the present invention.
【図２】ステップモータにおいてロータの慣性運動に伴
って発生する誘導電圧の一例を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing an example of an induced voltage generated by inertial motion of a rotor in a step motor.
【図３】図１に示す駆動回路の動作を説明する図であ
る。FIG. 3 is a diagram illustrating an operation of the drive circuit shown in FIG.
【図４】図１に示す駆動回路のＭＯＳに供給される制御
信号を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing a control signal supplied to a MOS of the drive circuit shown in FIG.
【図５】本発明のユニポーラ型の駆動回路を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a unipolar drive circuit of the present invention.
【図６】本発明の駆動回路を用いた計時装置の概略構成
を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a timing device using a drive circuit of the present invention.
【図７】図６に示した制御回路から駆動回路に供給され
る制御信号を示すタイミングチャートである。7 is a timing chart showing a control signal supplied from the control circuit shown in FIG. 6 to a drive circuit.
【図８】図６に示した制御回路の構成例を示すブロック
図である。8 is a block diagram showing a configuration example of a control circuit shown in FIG.
１・・ステップモータ ２、３・・駆動コイル ５・・ロータ １０・・制御装置 １１・・水晶振動子 １２・・発振回路 １３・・分周回路 １５・・制御回路 １６・・チョッパ回路 １８・・検出回路 １９・・電源 ２０、３０・・駆動回路 １７、２１〜２４・・ＭＯＳトランジスタ ２５、３３・・ダイオード ３１、３２・・スイッチ ４０・・ステップモータ ４１・・駆動コイル ４２・・ステータ ４３・・ロータ ５０・・輪列 ６１・・秒針 ６２・・分針 ６３・・時針 1-Step motor 2, 3-Drive coil 5-Rotor 10-Control device 11-Crystal oscillator 12-Oscillation circuit 13-Division circuit 15-Control circuit 16-Chopper circuit 18- -Detection circuit 19-Power supply 20, 30-Drive circuit 17, 21-24-MOS transistor 25, 33-Diode 31, 32-Switch 40-Step motor 41-Drive coil 42-Stator 43 ..Rotor 50..Wheel train 61..Second hand 62..Minute hand 63..Hour hand
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊東 紀夫 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Norio Ito 3-5 Yamato 3-chome, Suwa City, Nagano Prefecture Seiko Epson Corporation
Claims (6)
駆動パルスを供給して前記ステップモータを駆動する駆
動装置において、電源から供給された駆動電力をオンオ
フして前記駆動コイルに前記駆動パルスを印加する少な
くとも１つのスイッチ手段と、このスイッチ手段をバイ
パスして前記駆動コイルと前記電源を接続し、前記駆動
電力の逆方向に電流を流すバイパス手段と、前記駆動パ
ルスが供給された後に前記駆動コイルを短い周期で短絡
する短絡手段とを有することを特徴とするステップモー
タの駆動装置。1. A drive device for intermittently supplying drive pulses to a drive coil of a step motor to drive the step motor, wherein drive power supplied from a power supply is turned on / off to apply the drive pulse to the drive coil. At least one switch means, a bypass means for bypassing the switch means to connect the drive coil to the power supply, and allowing a current to flow in the opposite direction of the drive power; and the drive coil after the drive pulse is supplied. And a short-circuiting means for short-circuiting each other in a short cycle.
トランジスタスイッチであり、前記バイパス手段は前記
トランジスタスイッチの寄生ダイオードであることを特
徴とするステップモータの駆動装置。2. The step motor drive device according to claim 1, wherein the switch means is a transistor switch, and the bypass means is a parasitic diode of the transistor switch.
記スイッチ手段によって前記駆動コイルに異なった極性
の前記駆動電力を印加可能なバイポーラ型であり、前記
短絡手段は、前記スイッチ手段を前記駆動コイルが前記
駆動電力の同一の極へ接続することを特徴とするステッ
プモータの駆動装置。3. The drive device according to claim 1, wherein the drive device is a bipolar type in which the drive power of different polarities can be applied to the drive coil by the switch means, and the short-circuit means drives the switch means. A driving device for a step motor, wherein coils are connected to the same pole of the driving power.
は、少なくとも１組のＣＭＯＳであり、前記バイパス手
段が前記ＣＭＯＳの寄生ダイオードであることを特徴と
するステップモータの駆動装置。4. The step motor drive device according to claim 3, wherein the switch means is at least one set of CMOS, and the bypass means is a parasitic diode of the CMOS.
してステップモータの駆動コイルに駆動パルスを供給す
るスイッチ手段と、このスイッチ手段をバイパスして前
記駆動コイルと前記電源を接続し、前記駆動電力の逆方
向に電流を流すバイパス手段と、前記駆動コイルを短絡
する短絡手段とを有する駆動装置の制御方法であって、 前記スイッチ手段によって前記駆動パルスを断続的に前
記駆動コイルに供給するステップと、 前記駆動パルスを供給した後に、前記短絡手段を短い周
期でオンオフするステップとを有することを特徴とする
ステップモータの駆動装置の制御方法。5. A switch means for turning on / off a drive power supplied from a power source to supply a drive pulse to a drive coil of a step motor, and a bypass means for bypassing the switch means to connect the drive coil and the power source to drive the drive. A method of controlling a drive device, comprising: a bypass means for supplying a current in a reverse direction of electric power; and a short-circuit means for short-circuiting the drive coil, the step of intermittently supplying the drive pulse to the drive coil by the switch means. And a step of turning on and off the short-circuit means in a short cycle after supplying the drive pulse, the method of controlling a step motor drive device.
駆動パルスを前記ステップモータに供給する駆動装置と
を有し、 この駆動装置は、電源から供給された駆動電力をオンオ
フして前記駆動コイルに前記駆動パルスを生成するスイ
ッチ手段と、このスイッチ手段をバイパスして前記駆動
コイルと前記電源を接続し、前記駆動電力の逆方向に電
流を流すバイパス手段と、前記駆動パルスが供給された
後に前記駆動コイルを短い周期で短絡する短絡手段とを
備えていることを特徴とする計時装置。6. A step motor for moving a clock hand, and a drive device for intermittently supplying a drive pulse to the step motor based on a time signal output at a constant time interval, the drive device comprising: Switching means for turning on / off the driving power supplied from the power source to generate the driving pulse in the driving coil, bypassing the switching means, connecting the driving coil and the power source, and flowing a current in the opposite direction of the driving power. And a short-circuit means for short-circuiting the drive coil in a short cycle after the drive pulse is supplied.
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|---|---|---|---|
| JP7372196A JP3653850B2 (en) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | Step motor driving device, control method thereof, and timing device |
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| JP2005341647A (en) * | 2004-05-24 | 2005-12-08 | Tomy Co Ltd | Motor, drive unit and operating unit |
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| JP2011067086A (en) * | 2009-08-17 | 2011-03-31 | Seiko Instruments Inc | Stepping motor control circuit and analog electronic clock |
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-
1996
- 1996-03-28 JP JP7372196A patent/JP3653850B2/en not_active Expired - Fee Related
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