JPH11150988A

JPH11150988A - ステッピングモーターの制御装置、その制御方法および計時装置

Info

Publication number: JPH11150988A
Application number: JP31796797A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kojima; 博之小島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-11-19
Filing date: 1997-11-19
Publication date: 1999-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】発電装置を内蔵し、電源電圧が変動する計時
装置において、運針用のステッピングモータで消費され
る電力を低減し、小型で長寿命の計時装置を実現できる
制御装置および制御方法を提供する。【解決手段】緩和回路２６を設けて電源電圧Ｖｓｓの
変動を抵抗分圧方式などを用いて緩和し、検出回路２５
においてロータ１３の回転によって発生しチョッパ増幅
された検出電圧Ｖｄと比較するための比較電圧Ｖｃとし
て供給可能とする。検出電圧Ｖｄが電源電圧Ｖｓｓの変
動によって殆ど影響を受けないのに対し、比較電圧Ｖｃ
が電源電圧Ｖｓｓと共に変動するが、電源電圧Ｖｓｓの
変動を緩和した比較電圧Ｖｃを供給可能にすることによ
り、ロータ１３が回転しているにもかかわらず、未回転
であると判断されることを防止する。従って、補助パル
スＰ２が供給される頻度を低減でき、駆動パルスＰ１の
実効電力を低減することができるのでモータ１０で消費
される電力を下げることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステッピングモー
タの制御装置および制御方法に関し、特に、低消費電力
の電子時計などに適した制御装置および制御方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】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。図４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９
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１
０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。

【０００３】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５
１、四番車５２、三番車５３、二番車５４、日の裏車５
５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。

【０００４】この計時装置９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を制御する本例の制御装置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２３を備えている。さらに、制
御回路２３は、後述する駆動回路を制御する駆動制御回
路２４と、回転検出などを行う検出回路２５を備えてい
る。駆動制御回路２４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
を駆動するための駆動パルスを供給する駆動パルス供給
部２４ａと、駆動パルスに続いて駆動用ロータ１３の回
転検出用に周波数の高いチョッパパルスを供給してロー
タ１３の回転によって誘起された逆誘導電圧を増幅して
回転検出パルス供給部２４ｂと、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
助パルスを出力するための補助パルス供給部２４ｃと、
補助パルスに続いて消磁用に補助パルスと極性の異なる
消磁パルスを出力するための消磁パルス供給部２４ｄ
と、さらに、駆動パルスの実効電力を調整するためのレ
ベル調整部２４ｅを備えている。また、検出回路２５
は、回転検出パルスによって得られた回転検出用の検出
電圧Ｖｄを比較電圧Ｖｃと比較して回転の有無を検出
し、その結果を駆動制御回路２４にフィードバックでき
るようになっている。

【０００５】駆動制御回路２４の制御の基にステッピン
グモータ１０に様々な駆動パルスを供給する駆動回路３
０は、直列に接続されたｐチャンネルＭＯＳ３３ａとｎ
チャンネルＭＯＳ３２ａ、およびｐチャンネルＭＯＳ３
３ｂとｎ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、これらによって電池４１から
ステッピングモータ１０に供給される電力を制御できる
ようになっている。さらに、ｐチャンネルＭＯＳ３３ａ
および３３ｂとそれぞれ並列に接続された回転検出用抵
抗３５ａおよび３５ｂと、これらの抵抗３５ａおよび３
５ｂにチョッパパルスを供給するためのサンプリング用
のｐチャンネルＭＯＳ３４ａおよび３４ｂを備えてい
る。従って、これらのＭＯＳ３２ａ、３２ｂ、３３ａ、
３３ｂ、３４ａおよび３４ｂの各ゲート電極に駆動制御
回路２４の各パルス供給部２４ａ〜２４ｅからそれぞれ
のタイミングで極性およびパルス幅の異なる制御パルス
を印加することにより、駆動コイル１１に極性の異なる
駆動パルスを供給したり、あるいは、ロータ１３の回転
検出用のパルスを供給することができる。

【０００６】図５に、制御装置２０の動きをフローチャ
ートに纏めて示してある。まず、ステップＳＴ１で計時
用の基準パルスをカウントして１秒を計測する。１秒が
経過すると、ステップＳＴ２において駆動パルス供給部
２４ａの制御によって駆動パルスＰ１を出力する。続い
て、ステップＳＴ３で回転検出用パルス供給部２４ｂの
制御によって回転検出用パルスＳＰ２を出力し、これよ
りチョッパ増幅された検出電圧Ｖｄを検出回路２５で比
較電圧Ｖｃと比較してロータ１３の回転を確認する。検
出電圧Ｖｄが比較電圧Ｖｃより低く、ロータ１３の回転
が確認できない場合は、補助パルスを用いて確実にロー
タ１３を回転させるサブルーチンを実効する。このサブ
ルーチンにおいては、まず、ステップＳＴ４において、
補助パルス供給部２４ｃの制御の基に実効電力の大きな
補助パルスＰ２を供給してロータ１３を確実に回転させ
る。補助パルスＰ２が出力されるとステップＳＴ５にお
いて消磁パルス供給部２４ｄの制御の基に消磁パルスＰ
Ｅを出力する。次いで、レベル調整部２４ｅにおいて、
次に出力される駆動パルスＰ１の実効電力を１段階アッ
プする。そして、これらのステップを行うとメインルー
チンに戻り、以下のプロセスを実効する。

【０００７】ステップＳＴ３において、検出電圧Ｖｄが
比較電圧Ｖｃよりも高くロータ１３の回転が確認された
場合は、上記のサブルーチンを行わずステップＳＴ７に
おいてカウンタｎを加算する。そして、ステップＳＴ８
において、カウンタｎの値が第１の設定値Ｎ０に達して
いない場合はステップＳＴ１に戻って上記の工程を繰り
返す。カウンタｎの値が第１の設定値Ｎ０に達している
場合は、一定の実効電力の駆動パルスＰ１によってロー
タ１３が第１の設定値Ｎ０回だけ連続して回転したこと
になるので、ステップＳＴ９においてレベル調整部２４
を用いて次の駆動パルスＰ１の実効電力を１段階下げ
る。そして、ステップＳＴ１０においてカウンタｎを零
クリアして次のサイクルに備える。

【０００８】図６にステッピングモータ１０を回転駆動
するために駆動コイル１１に一方の極性の磁界（以降に
おいてはＧ１系統とよぶ）を励起するｐチャンネルＭＯ
Ｓ３３ａ、ｎチャンネルＭＯＳ３２ａおよびサンプリン
グ用のｐチャンネルＭＯＳ３４ａの各ゲートを制御して
生成される各パルスと、逆方向の磁界（以降においては
Ｇ２系統とよぶ）を励起するためのｐチャンネルＭＯＳ
３３ｂ、ｎチャンネルＭＯＳ３２ｂおよびサンプリング
用のｐチャンネルＭＯＳ３４ｂの各ゲートを制御して生
成される各パルスを示してある。このステッピングモー
タの制御装置２０は、計時装置９のステッピングモータ
１０を制御するために１秒ごとの運針を行うようになっ
ており、駆動回路３０にはサイクリックに１連の制御信
号が供給される。まず、時刻ｔ１に、例えばパルス幅Ｗ
１０の駆動パルスＰ１を出力するための制御信号が駆動
制御回路２４の駆動パルス供給部２４ａからＧ１系統の
駆動極側のｎチャンネルＭＯＳ３２ａのゲート電極およ
びｐチャンネルＭＯＳ３３ａのゲート電極に供給され
る。駆動パルスＰ１に続いて、時刻ｔ２にロータ１３の
回転検出を行う回転検出用のチョッパパルスＳＰ２を出
力するための制御パルスが駆動制御回路２４の回転検出
パルス供給部２４ｂから駆動極側のｐチャンネルＭＯＳ
３３ａのゲート電極およびサンプリング用のＭＯＳ３４
ａのゲート電極に供給される。この回転検出パルスＳＰ
２は、デューティーが１／２程度のチョッパパルスであ
り、ロータ１３が回転したときに駆動コイル１１に励起
される逆誘導電流を回転検出用抵抗３５ａの出力電圧Ｖ
ｄとして得られるようにしている。そして、回転検出用
抵抗３５ａの電圧Ｖｄが検出回路２５で比較電圧Ｖｃと
比較され、ロータ１３が回転したか否かが判るようにな
っている。

【０００９】回転検出パルスＳＰ２によって増幅された
逆誘導電圧Ｖｄが比較電圧Ｖｃに達しない場合は、ロー
タ１３が回転しなかったものと判断され、ステップＳＴ
４において時刻ｔ３に補助パルスＰ２を出力するための
制御信号が駆動制御回路２４の補助パルス供給部２４ｃ
から駆動極側のｎチャンネルＭＯＳ３２ａのゲート電極
およびｐチャンネルＭＯＳ３３ａのゲート電極に供給さ
れる。補助パルスＰ２は、ロータ１３が必ず回転する程
度のエネルギーをもった駆動パルスＰ１よりも実効電力
の大きなパルス幅Ｗ２０の駆動用のパルスである。補助
パルスＰ２が出力されると、これに続いて時刻ｔ４にス
テップＳＴ５において消磁用のパルスＰＥを出力するた
めの制御パルスが駆動制御回路２４の消磁パルス供給部
２４ｄから逆極側のｎチャンネルＭＯＳ３２ｂのゲート
電極およびｐチャンネルＭＯＳ３３ｂのゲート電極に供
給される。この消磁パルスＰＥは、実効電力の大きな補
助パルスＰ２によって発生したステータ１２および駆動
コイル１１の残留磁束を低減するためのものであり、補
助パルスＰ２とは逆極となるパルスを供給することによ
って実現している。消磁パルスＰＥを供給することによ
りステッピングモータ１０を１ステップアングル回転駆
動する一連のサイクルは終了する。

【００１０】時刻ｔ１から１秒経過した時刻ｔ１１から
ステッピングモータ１０をさらに１ステップアングル回
転するための次のサイクルが開始される。このサイクル
では、前のサイクルと反対側のＭＯＳ３２ｂ、３３ｂお
よび３４ｂのＧ２系統が駆動極側になる。先のサイクル
と同様に、まず、時刻ｔ１１に駆動パルスＰ１が出力さ
れるが、前回のサイクルで補助パルスＰ２が出力されて
いるので、レベル調整部２４ｅによって実効電力が１段
階上昇した駆動パルスＰ１が選択されており、例えば、
前のサイクルの駆動パルスより広いパルス幅Ｗ１１の駆
動パルスＰ１が時刻ｔ１１に出力される。さらに、時刻
ｔ１２に回転検出用のパルスＳＰ２が出力され、これに
よって増幅された逆誘起電圧Ｖｄが比較電圧Ｖｃに達せ
ずロータ１３の回転が検出されないと、さらに、時刻ｔ
１３に補助パルスＰ２が出力され、これに続いて時刻ｔ
１４に消磁パルスＰＥが出力される。

【００１１】次の時刻ｔ２１に開始されたサイクルで
は、時刻ｔ２１にさらに幅の広いパルス幅Ｗ１２の駆動
パルスＰ１が出力される。Ｇ１系統に供給された実効電
力が上昇した駆動パルスＰ１によってロータ１３が回転
すると、時刻ｔ２２に出力された回転検出用パルスＳＰ
２によって得られた検出電圧Ｖｄが比較電圧Ｖｃより大
きくなるので、補助パルスＰ２は出力されずにサイクル
は終了する。パルス幅Ｗ１２の駆動パルスＰ１によって
連続して所定の回数Ｎ０だけロータ１３が回転すると、
次の時刻ｔ３１から開始されるサイクルでは、実効電力
が１段下がった、例えば、パルス幅Ｗ１１の駆動パルス
Ｐ１が出力される。

【００１２】このように、レベル調整部２４ｅによって
駆動パルスＰ１としてはロータ１３を連続して回転駆動
できる低い実効電力を備えたものが選択されるようにな
っており、低消費電力で正確な運針を行い、小型で薄
く、寿命の長い計時装置を提供できるようになってい
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来、腕時計装置など
の計時装置は、電池を用いて一定の電圧の電力を供給す
るシステムで構成されていた。これに対し、近年、計時
装置に照射される光を捉えて発電を行う太陽電池、ある
いは腕などの運動エネルギーを回転錘などを用いて電力
に変換する発電機構を内蔵し、電池が不要で何処でも安
心して使用でき、さらに、電池の廃棄に係る汚染などの
問題を回避できる携帯型の装置が実現されている。

【００１４】このような発電機構を備えた計時装置にお
いては、発電された電力を大容量コンデンサなどに蓄積
し、発電が一時的に行われなくても安定した電力を供給
できるようにしている。しかしながら、コンデンサの充
電量が少ないときは発生可能な電圧が小さくなってしま
い、また、発電されている場合はコンデンサから供給さ
れる電圧よりも高い電圧の電力が出力される。さらに、
コンデンサの充電が進むに連れて供給される電力の電圧
は徐々に上昇する。また、コンデンサからの放電が続く
と電源電圧は降下する。このような電源電圧が変動する
システムであっても、電圧の変動が所定の範囲内であれ
ばＩＣチップに搭載された制御回路は高い信頼性で動作
する。さらに、コンデンサが放電して電圧が低下する
と、モータの駆動を停止して制御回路が長時間にわたり
稼働するような環境も形成可能である。また、駆動回路
においては、電源電圧が低いときは適当に幅の広い駆動
パルスを供給することによりロータが回転するようにす
ることも可能である。

【００１５】このように電源電圧が変動しても計時装置
は確実に動作するようになっているが、電源電圧が変動
することにより、従来の電池を用いた計時装置と比較
し、補助パルスの供給頻度が増加しモータの消費電力の
削減効果が従来ほど得られないことが本願の発明者らに
よって判明した。すなわち、電源電圧が変動して電圧が
高くなると、ロータの回転を判定する比較電圧Ｖｃも連
動して上昇するのに対し、回転したロータによる逆誘起
電圧をチョッパ増幅によって得られる検出電圧Ｖｄはロ
ータの速度に依存し電源電圧の変動に対し比較的安定し
ている。このため、電源電圧が高くなると、ロータが未
回転であると判定される頻度が増加するので、補助パル
スＰ２が出力される確率が高くなりモータの消費電力が
増加する。さらに、補助パルスＰ２が出力されると、駆
動パルスＰ１の実効電力を低減するアルゴリズムが動作
せず、逆に、駆動パルスＰ１の実効電力は段階的に上昇
するので、この点でもモータの消費電力が増加する。一
方、比較電圧Ｖｃの設定を低くしすぎると、電源電圧が
低い状態のときにチョッパ増幅されたノイズなどでロー
タが回転したと判断される確率が高くなり、運針ミスが
発生する。

【００１６】発電装置を内蔵した腕時計装置などは電池
を搭載しなくても良いのでいつでも安心して使用できる
が、光や着用者の動作などの密度が低く不安定なエネル
ギー源を利用している。このために消費電力を低減し、
蓄電された電力を効率良く使用できるようにすることが
非常に重要である。このような装置に対し、電源電圧が
変動することに起因して消費電力が上記のようなプロセ
スで増加してしまうことが発明者等によって指摘され、
本発明においては、この課題を解決し、発電装置を内蔵
したような電源電圧が変動する装置において、ステッピ
ングモータの駆動電力を低減することが可能な制御装置
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、小型で長寿命の計時装置や、自己発電型で長時間放
置しておいても継続して計時のできる計時装置を実現で
きる制御方法および制御装置を提供することを本発明の
目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
電源電圧が変動する装置においてはステッピングモータ
の消費電力の低減効果が得にくくなるという発明者らが
見いだした課題を解決するために、電源電圧の変動を緩
衝して電源電圧よりも変動の少ない比較電圧を出力する
緩衝手段を設け、電源電圧の変動に影響されずにロータ
の回転に起因する検出電圧の判定をより確実に行えるよ
うにしている。すなわち、本発明の、多極磁化されたロ
ータを駆動コイルを備えたステータ内で回転駆動可能な
ステッピングモータの制御装置においては、駆動コイル
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
動手段と、駆動パルスによってロータが回転した際の逆
誘起電圧をチョッパ増幅し、その電圧を比較電圧と比較
してロータが回転したか否かを検出可能な回転検出手段
と、ロータの回転が検出でき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を供給する補助手段
と、電源電圧の変動を緩衝し、電源電圧よりも変動の少
ない比較電圧を出力する緩衝手段とを有することを特徴
としている。また、本発明の、多極磁化されたロータを
駆動コイルを備えたステータ内で回転駆動可能なステッ
ピングモータの制御方法においては、駆動コイルに対し
ロータを駆動するための駆動パルスを供給する駆動工程
と、駆動パルスによってロータが回転した際の逆誘起電
圧をチョッパ増幅し、その電圧を比較電圧と比較してロ
ータが回転したか否かを検出する回転検出工程と、ロー
タの回転が検出でき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を供給する補助工程とを有し、
回転検出工程において、電源電圧の変動を緩衝し、電源
電圧よりも変動の少ない比較電圧を出力することを特徴
としている。

【００１８】このように、ロータの逆誘起電圧を判定す
る比較電圧に電源電圧の変動が直に影響しないようにす
ることにより、電源電圧が上昇したときでもロータが回
転したことを確実に検出することができる。従って、不
必要な補助パルスが出力されるのを防止でき、モータの
消費電力を低減できる。また、不必要に補助パルスが出
力されないので、駆動パルスの実効電力は所定のアルゴ
リズムにしたがってロータが回転するのに最適なレベル
まで低減され、低い電力でモータを確実に駆動すること
ができる。また、電源電圧が降下しても比較電圧は大幅
には変動しないので、磁気ノイズなどによる誤検出を防
止でき、信頼性の高い制御を行うことができる。

【００１９】電源電圧の変動を緩衝する手段としては、
ツェナーダイオードなどを用いてある一定以上の電圧を
加えても物性によって決まる電圧値しか得られないよう
な回路を用いることができる。また、簡単な回路として
は、電源電圧の変動によって抵抗を切り替えて適当な範
囲の比較電圧を得られる抵抗分圧方式を用いることが可
能である。

【００２０】そして、本発明のステッピングモータの制
御装置および制御方法を、ステッピングモータによって
時計針を運針する計時装置に適用することにより、電源
電圧が変動するような電池以外の電源系統、例えば、発
電装置を用いた計時装置においても、効率良く消費電力
を低減することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】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。図１に、本発明の実施の形態
に係る計時装置１の概略構成を示してある。本例の計時
装置１は、ステッピングモータ１０を制御装置２０によ
って駆動し、ステッピングモータ１０の動きを輪列５０
を介して秒針６１、分針６２および時針６３に伝達して
運針を行うようになっている。ステッピングモータ１０
および輪列５０、さらに、制御装置２０の主な構成は図
４に基づき説明したものと同様につき、共通する部分に
は同じ符号を付して以下では詳細な説明を省略する。

【００２２】本例の計時装置１の制御装置２０に採用さ
れている制御回路２３も駆動制御回路２４と検出回路２
５を備えている。本例の駆動制御回路２４は、駆動回路
３０を介して駆動コイル１１に駆動パルスＰ１を供給す
る第１の駆動パルス供給部２４ａと、駆動パルスに続い
て回転検出用のパルスＳＰ２を供給する回転検出パルス
供給部２４ｂと、駆動パルスより実効電力の大きな補助
パルスＰ２を供給する補助パルス供給部２４ｃと、補助
パルスに続いて消磁パルスＰＥを供給する消磁パルス供
給部２４ｄと、駆動パルスＰ１の実効電力を制御できる
レベル調整部２４ｅと、さらに、電源装置４７から供給
される電源電圧Ｖｓｓを判定できる電圧判定部２４ｆを
備えている。さらに、制御回路２３は、検出回路２５に
対し、電源電圧Ｖｓｓの変動を緩衝して比較電圧Ｖｃと
して供給する緩衝回路２６を備えている。本例の緩衝回
路２６には直列に接続された複数の抵抗を選択して適当
な電圧の比較電圧Ｖｃが得られる抵抗分圧方式が採用さ
れており、電圧判定部２４ｆからの信号φ１１によって
抵抗の切替ができるようになっている。

【００２３】また、本例の計時装置１は、電池４１に代
わり、発電装置４８と大容量キャパシタ（コンデンサ）
４９を備えた電源装置４７を備えている。発電装置４８
としては太陽電池あるいは回転錘などを用いて腕などの
動きを捉えて発電するシステムなどが採用可能であり、
計時装置１の装着者の周囲の環境のエネルギーを電力に
変換して計時装置１を駆動できるようになっている。こ
の電源装置４７の電力は駆動回路３０に供給され駆動パ
ルスなどの電源となる。また、電源装置４７の出力電圧
はモニタ回路φ１２によって駆動制御回路２４にも供給
されており、上述した電圧判定部で電圧をモニタするこ
とができる。さらに、電源装置４７の電力は緩衝回路２
６に供給され、比較電圧Ｖｃに変換される。そして、検
出回路２５においてロータ１３の回転に起因した逆誘起
電圧がチョッパ増幅された検出電圧Ｖｄと比較電圧Ｖｃ
が比較され、ロータ１３の回転の有無が確認できるよう
になっている。

【００２４】図２（ａ）に、本例の緩衝回路２６の回路
構成を示してある。本例の緩衝回路２６は３つのほぼ同
じ抵抗値の分圧用の抵抗Ｒ１、Ｒ２およびＲ３と、比較
電圧Ｖｄの基準抵抗Ｒ４とが直列に接続されている。そ
して、これらの抵抗と並列に、基準抵抗Ｒ４の出力電圧
を比較電圧Ｖｃとして出力するスイッチＳＬ３と、基準
抵抗Ｒ４および分圧抵抗Ｒ３の出力電圧を比較電圧Ｖｃ
として出力するスイッチＳＬ２と、基準抵抗Ｒ４、分圧
抵抗Ｒ３およびＲ２の出力電圧を比較電圧Ｖｃとして出
力するスイッチＳＬ１が接続されている。さらに、これ
らの抵抗Ｒ１〜Ｒ４と直列に緩衝回路２６に流れる電流
を遮断できるスイッチＸＳＰが直列に接続されており、
電源装置４７の電源電圧Ｖｓｓを直に比較電圧Ｖｃとし
て出力できるようになっている。

【００２５】本例の緩衝回路２６の各スイッチＸＳＰ、
ＳＬ１、ＳＬ２およびＳＬ３は、図２（ｂ）に示したよ
うに、電源電圧Ｖｓｓの値により判定回路２４ｆからの
信号φ１１に基づきオンオフ制御される。そのため、図
３に示したように、電源電圧Ｖｓｓの変動に対し、変動
幅の少ない比較電圧Ｖｃを得ることができる。すなわ
ち、電源電圧Ｖｓｓが１．１Ｖ以下のときは全てのスイ
ッチＸＳＰ、ＳＬ１、ＳＬ２およびＳＬ３がオフとな
る。これにより、電源電圧Ｖｓｓが比較電圧Ｖｃとして
出力される。電源電圧Ｖｓｓが１．１〜１．３Ｖのとき
は、スイッチＸＳＰおよびＳＬ１がオンになり、他のス
イッチＳＬ２およびＳＬ３がオフとなる。これにより、
電源電圧Ｖｓｓが抵抗Ｒ４、Ｒ３およびＲ２の和と、抵
抗Ｒ１に分圧された電圧が比較電圧Ｖｃとして出力され
る。従って、電源電圧Ｖｓｓよりも１段階低い電圧が比
較電圧Ｖｃとして利用される。同様に、電源電圧Ｖｓｓ
が１．３〜１．５Ｖのときは、スイッチＸＳＰおよびＳ
Ｌ２がオンになり、他のスイッチＳＬ１およびＳＬ３が
オフとなる。これにより、電源電圧Ｖｓｓが抵抗Ｒ４お
よびＲ３の和と、抵抗Ｒ１およびＲ２の和に分圧され、
電源電圧Ｖｓｓよりもさらに低い電圧が比較電圧Ｖｃと
して利用される。そして、電源電圧Ｖｓｓが１．５Ｖ以
上のときは、スイッチＸＳＰおよびＳＬ３がオンにな
り、他のスイッチＳＬ１およびＳＬ２がオフとなる。こ
れにより、電源電圧Ｖｓｓが抵抗Ｒ４と、抵抗Ｒ１、Ｒ
２およびＲ３の和に分圧され、電源電圧Ｖｓｓよりもい
っそう低い電圧が比較電圧Ｖｃとして利用される。

【００２６】このように、本例の緩衝回路２６によって
電源電圧Ｖｓｓの変動に伴い比較電圧Ｖｃが４段階に切
り換えられて出力されるようになっている。このため、
緩衝回路２６からは電源電圧Ｖｓｓが１．０〜１．８Ｖ
程度の範囲を変動したときに１．０〜１．２Ｖ程度の範
囲の変動の少ない比較電圧Ｖｃを出力することができ
る。従って、検出回路２５においては、ロータ１３が回
転したことにより発生する電圧をチョッパ増幅して得ら
れる検出電圧Ｖｄと、電圧の安定した比較電圧Ｖｃとを
比較してロータ１３の回転の有無を判断することができ
る。このため、本例の発電装置４７においては、ロータ
１３の回転に起因し電源電圧Ｖｓｓの変動の影響を受け
ない検出電圧Ｖｄを、発電が開始されてコンデンサ４９
が充電される過程、あるいは、発電が停止してコンデン
サ４９が放電する過程の電源電圧Ｖｓｓが変動する過程
にあっても、精度良く判定することができる。従って、
ロータ１３の回転が検出できなかったときに供給される
駆動パルスＰ１より実効電力の大きな補助パルスＰ２を
的確に供給することが可能となり、電源電圧Ｖｓｓの増
加に伴い補助パルスＰ２の発生頻度が増加するような事
態を未然に防止できる。

【００２７】このように、本例の制御装置２０を用いる
ことにより、無駄な補助パルスＰ２の発生を防止できる
ので、電圧が変動する電源装置を採用した計時装置など
においても電源電圧が一定した装置と同様にモータ１０
の消費電力を低減することが可能となる。さらに、補助
パルスＰ２が無駄に発生しないので、先に図５に基づき
説明したようなアルゴリズムに従って駆動パルスＰ１の
実効電力が低減され、ロータ１３を回転するのに適した
水準まで駆動パルスＰ１の実効電力を下げてモータ１０
を駆動することができる。このため、本例の制御装置２
０を採用することにより、発電装置４８を内蔵した計時
装置などにおいてもモータ１０の消費電力を極めて低い
水準に保持できる。従って、コンデンサ４９に充電され
た電力の浪費を防止できるので長時間にわたり安定した
運針を継続して行うことができる。特に、腕時計装置な
どに内蔵される発電装置４８はユーザ自身あるいはその
回りの密度が低く安定しないエネルギーを電力に変えて
充電することになる。このため、本例の制御装置２０を
用いてモータ１０の消費電力を低減することは、発電装
置４８を内蔵した腕時計装置を継続して長時間にわたり
安定して動かすために非常に有効である。

【００２８】また、本例の制御装置２０においては、電
源電圧Ｖｓｓが低いときでも適切な電圧の比較電圧Ｖｃ
が得られる。このため、発電初期や放電末期などの電源
電圧Ｖｓｓの低いときでもノイズなどを捉えてロータ１
３が回転したと判断することもなく、運針ミスが発生す
ることも防止できる。従って、長時間にわたり安定した
信頼性の高い動作を保証する点でも有効である。

【００２９】なお、緩和回路２６としては、ツェナーダ
イオードなどの一定以上の電圧を加えても物性によって
決まる電圧値しか得られないような回路を用いることが
できることはもちろんである。しかし、本例のような抵
抗を用いて電源電圧を分圧し、比較電圧Ｖｃとして供給
するような回路の方が簡易であり、集積化し易いという
メリットがある。

【００３０】このように、本発明によって発電装置など
を備えた電圧が変動する電源装置から電力の供給を受け
てステッピングモータを駆動するタイプの装置におい
て、ステッピングモータで消費される電力を低減するこ
とが可能となり、小型で安定した性能が発揮できる自己
発電型の計時装置を実現でき、長時間放置されても継続
的に稼働する計時装置を提供することができる。また、
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発電装置およびステッ
ピングモータを内蔵しいた装置においても本発明を提供
できることはもちろんである。

【００３１】なお、上記において説明したそれぞれの駆
動パルスＰ１、補助パルスＰ２、および回転検出パルス
ＳＰ２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。

【００３２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の制御方
法および制御装置により、発電装置を内蔵するなどの要
因で電源電圧が変動するような計時装置などにおいても
ステッピングモータの消費電力を低減することが可能と
なる。このため、電池が不要でいつでも何処でも使用す
ることができ、さらに、長時間、継続して安定した性能
を発揮することができる計時装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るステッピングモータ
と発電装置を格納した計時装置の概略構成を示す図であ
る。

【図２】図１に示す緩和回路の回路構成およびスイッチ
を切り換えるタイミングを示す図である。

【図３】図２に示す緩和回路によって出力される比較電
圧を電源電圧に対して示すグラフである。

【図４】従来の計時装置の概略構成を示す図である。

【図５】図４に示す制御装置の制御方法を示すフローチ
ャートである。

【図６】図４に示す計時装置に採用されている制御装置
の動きを示すタイミングチャートである。

【符号の説明】

１、９・・計時装置１０・・ステッピングモータ１１・・駆動コイル１２・・駆動用ステータ１３・・駆動用ロータ２０・・制御装置２１・・水晶振動子２２・・パルス合成回路２３・・制御回路２４・・駆動制御回路２４ａ・・駆動パルス供給部２４ｂ・・回転検出用パルス供給部２４ｃ・・補助パルス供給部２４ｄ・・消磁パルス供給部２４ｅ・・レベル調整部２４ｆ・・電圧判定部２５・・検出回路２６・・緩和回路３０・・駆動回路４１・・電池４７・・電源装置４８・・発電装置４９・・コンデンサ５０・・輪列５１・・五番車５２・・四番車５３・・三番車５４・・二番車５５・・日の裏車５６・・筒車６１・・秒針６２・・分針６３・・時針

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多極磁化されたロータを駆動コイルを備
えたステータ内で回転駆動可能なステッピングモータの
制御装置であって、前記駆動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手段と、前記駆動パルスによって前記ロータが回転した際の逆誘
起電圧をチョッパ増幅し、その電圧を比較電圧と比較し
て前記ロータが回転したか否かを検出可能な回転検出手
段と、前記ロータの回転が検出できなかったときに前記駆動パ
ルスより実効電力の大きな補助パルスを供給する補助手
段と、電源電圧の変動を緩衝し、電源電圧よりも変動の少ない
前記比較電圧を出力する緩衝手段とを有することを特徴
とするステッピングモータの制御装置。
【請求項２】請求項１において、前記緩衝手段は、抵
抗分圧方式を用いていることを特徴とするステッピング
モータの制御装置。
【請求項３】請求項１において、設定回数だけ連続し
て前記ロータが回転したときに前記駆動パルスの実効電
力を段階的に低減し、前記補助パルスが供給された後に
前記駆動パルスの実効電力を増加するレベル調整手段を
有することを特徴とするステッピングモータの制御装
置。
【請求項４】多極磁化されたロータを駆動コイルを備
えたステータ内で回転駆動可能なステッピングモータの
制御方法であって、前記駆動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工程と、前記駆動パルスによって前記ロータが回転した際の逆誘
起電圧をチョッパ増幅し、その電圧を比較電圧と比較し
て前記ロータが回転したか否かを検出する回転検出工程
と、前記ロータの回転が検出できなかったときに前記駆動パ
ルスより実効電力の大きな補助パルスを供給する補助工
程とを有し、前記回転検出工程において、電源電圧の変動を緩衝し、
電源電圧よりも変動の少ない前記比較電圧を出力するこ
とを特徴とするステッピングモータの制御方法。
【請求項５】請求項４において、設定回数だけ連続し
て前記ロータが回転したときに前記駆動パルスの実効電
力を段階的に低減し、前記補助パルスが供給された後に
前記駆動パルスの実効電力を増加するレベル調整工程を
有することを特徴とするステッピングモータの制御方
法。
【請求項６】請求項１ないし３のいずれかに記載のス
テッピングモータの制御装置と、前記駆動パルスにより時計針を運針するステッピングモ
ータと、運針用のパルス信号を出力可能なパルス合成手段とを有
することを特徴とする計時装置。
【請求項７】請求項６において、前記電源電圧を供給
する発電手段を有することを特徴とする計時装置。