(57)【要約】【課題】従来の回転補正方式よりも、更なる低消電駆動を可能とするとともに、ロータの回転検出を正確に行える単相ステップモータを提供することを目的とする。【解決手段】静的安定方向が初期位置０°としたときに、静的安定方向から±９０°の位置であって、ロータから発生する磁束が鎖交する位置に第１の検出コイルを、前記±９０°とは異なる位置であって、ロータから発生する磁束が鎖交する位置に第２の検出コイルを配設し、第１の検出コイルと前記第２の検出コイルからの信号出力を検出する検出手段を備える構成とする。これにより、検出手段が第１の検出コイルの出力がゼロクロスしたタイミングで、第２の検出コイルの出力がゼロであるか否かが判り、ロータが確実にステップ回転駆動したか否かを正確に判断することができる。【選択図】図１
2010172153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向に２極に着磁されたロータと、
前記ロータを駆動する一対のステータ磁極からなるものであって、当該一対のステータ磁極の間にロータ孔が形成されており、前記ロータが、前記ロータの電磁的安定方向とは異なる位置である、前記ロータの回転方向を規定する静的安定方向で静止する様にしたステータと、
前記ステータを励磁する駆動コイルと、
前記駆動コイルに駆動パルスを供給することにより、前記ロータのステップ回転駆動を制御する制御手段と、
ロータ回転軸中心を原点とし、前記静的安定方向を初期位置０°としたときに、前記静的安定方向から±９０°の位置であって、かつ前記ロータから発生する磁束が鎖交する位置に配した第１の検出コイルと、
前記±９０°とは異なる位置であって、かつ前記ロータから発生する磁束が鎖交する位置に第２の検出コイルと、
前記第１の検出コイルと前記第２の検出コイルからの信号出力を検出し、前記ロータがステップ回転駆動したのかどうかを検出する検出手段と、を有する
ことを特徴とする単相ステップモータ。
【請求項２】
前記検出手段は、前記第１の検出コイルの出力がゼロクロスしたタイミングで、前記第２の検出コイルの出力がゼロであるか否かを検知することで、前記ロータがステップ回転駆動したのかどうかを判断する
ことを特徴とする請求項１に記載の単相ステップモータ。
【請求項３】
前記第１または第２の検出コイルは、直列に接続された一対の検出コイルが、前記ロータ回転軸を挟んで対峙して配置される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の単相ステップモータ。
【請求項４】
前記ロータの外側で前記ロータ孔の内周であって、前記ロータの径方向に発生する磁束と鎖交する位置に、前記第１と第２の検出コイルを配置した
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の単相ステップモータ。
【請求項５】
前記ロータの前記ロータ回転軸方向に漏れた磁束と鎖交する位置に、前記第１の検出コイルと前記第２の検出コイルを配置した
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の単相ステップモータ。
【請求項６】
前記制御手段は、前記第１の検出コイルの出力がゼロクロスするまで、前記駆動パルスを前記駆動コイルに供給し続け、
前記第１の検出コイルの出力がゼロクロスしたときに、前記第２の検出コイルの出力がゼロでないと判断できたら、前記駆動パルスの極性を切り替える
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の単相ステップモータ。
【請求項７】
前記第２の検出コイルは、初期位置０°としたときの、０°か１８０°のいずれかの位置に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の単相ステップモータ。
【請求項８】
前記検出手段は、前記第２の検出コイルの出力の極性が、前記第１の検出コイルの出力の極性により、前記ロータ回転軸に負荷が作用しているか否かを判断し、当該負荷が掛かっていると判断できた場合は、
前記制御手段で、現在与えている前記駆動パルスよりも大きい駆動パルスを、前記駆動
コイルに供給する
ことを特徴とする請求項７に記載の単相ステップモータ。
【請求項９】
前記制御手段は、前記駆動パルスとして、異なるエネルギー量の駆動パルスを複数備え、
前記ロータをステップ回転駆動させる前に、前記ロータを回転させない程度のロータ位置検出用の磁界を前記ロータに作用させ、検出したロータ初期位置情報に応じて、前記複数の駆動パルスから所定のエネルギー量の駆動パルスを選択して前記駆動コイルに与えて、前記ロータをステップ回転駆動する
ことを特徴とする請求項７に記載の単相ステップモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腕時計などのアナログ式電子時計に用いられる単相ステップモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
腕時計などのアナログ式電子時計において、秒針、分針、時針等の指針の運針に用いられる単相ステップモータは、充電あるいは電池交換が頻繁に出来ないことから、特に低消費電力が要求される。ここで、電子時計を腕につけた姿勢などの影響により、時針、分針や秒針などの指針の負荷が、単相ステップモータにおける輪列を介してロータに作用する場合や、温度変化などによりロータ軸の潤滑駆動を維持するための油の粘度が変化し、大きな摩擦負荷が作用する場合がある。この様に、重い重力負荷や摩擦負荷がロータに作用してしまうと、必要最小限のエネルギー量の駆動パルスを供給し続けていては、常に安定してロータをステップ回転駆動させることが出来ない。
【０００３】
そこで、この単相ステップモータにおける、ロータの静的安定方向に配置した磁気センサにより、ロータ変位から直接ロータのステップ回転駆動がされたか否かを判断する方式が提案された（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この静的安定方向に配置した１つの磁気センサで、直接ロータ変位を検出すれば、正確にロータのステップ回転駆動を検出できるが、磁気センサとしてＭＲ素子やホール素子を用いると、センサ駆動用の電力はかなり大きくなってしまう。また、この磁気センサとしてピックアップコイルを用いると、ロータがステップ回転駆動しているにも拘らず、回転していないと判断してしまうという誤検出をしてしまう場合があり、確実なロータ変位検出が不可能となる。上述した不具合があるため、上記磁気センサを備えたステップモータを、腕時計用の秒針駆動用の単相ステップモータに適用することは、現実的ではないとされていた。
【０００５】
［従来の単相ステップモータの構成の説明：図４０］
また、上述した新たに磁気センサをロータ周りに配置せずとも、ロータのステップ回転駆動がされたか否かを、確実に判断できる方式も提案されている（例えば、特許文献２参照のこと）。
ここで、この特許文献２に記載の従来の単層ステップモータの構成および、このステップモータ構成を用いた回転補正方式について図面を用いて説明する。図４０は、一般的な単相ステップモータ機構の上面図を示す図である。
【０００６】
図４０に示す様に、一般的な単相ステップモータは、径方向に２極に着磁されたロータ１０１と、ロータ１０１を駆動する、スリット１０３で分割される一対のステータ磁極１０６ｐ、１０６ｑからなるものであって、この一対のステータ磁極１０６ｐ、ｑの間にロータ孔１０２が形成されたステータ１０６と、ステータ１０６を励磁する駆動コイル１０７と、駆動コイル１０７に駆動パルスを供給することにより、ロータ１０１をステップ回転駆動させる制御手段１１１と、駆動コイル１０７の電流波形を検出する検出手段１１０とを備えている。なお、このロータ１０１は、電磁的安定方向５ｂとは異なる位置である、ロータの回転方向をノッチ１０４によって規定する静的安定方向５ａで、駆動コイル１０７が非通電時のときに静止している。そして、静的安定方向５ａからの１８０°を１ステップとして、安定位置から次の安定位置までステップ回転駆動する。ロータ１０１からは図示しないが輪列を介して時針、分針や秒針などの指針を回転駆動する。
【０００７】
［回転補正方式の作用の説明：図４１−図４３］
次に、この従来の単相ステップモータに適用する回転補正方式について説明する。
図４１は、回転検出方式の駆動シーケンスを示す図である。図４２は、ステップ回転駆動が正常に行われたときの、単相ステップモータの駆動コイルに加える駆動パルスと、ロータのステップ回転駆動に相関して発生する駆動電流波形と、そのときのロータ変位を示す図であり、図４３は、ステップ回転駆動が正常に行われなかったときの、駆動パルスと駆動電流波形とロータ変位を示す図である。
【０００８】
まず、回転補正方式によってロータ１０１をステップ回転駆動させるにあたって、図４１に示す様に、ステップ回転駆動させられるだけの必要最小限のエネルギー量の駆動パルスを印加する（ＳＴＥＰ１）。このとき、指針によるロータ１０１への重力負荷が殆ど作用していなければ、予め設定された、図４２に示す駆動パルス１１５ａを駆動コイル１０７に印加することで、ロータ変位曲線１１７ａは、ロータの静的安定方向５ａを初期位置０°としたときの、０°から１８０°まで正常に変位する。
【０００９】
ここで、ロータ１０１のステップ回転駆動の可否を判断するにあたって、図４２に示す駆動電流波形１１６ａにおけるピーク１０３ａを、ストローブパルスを打つなどして検出する（ＳＥＴＰ２）が、このＳＥＴＰ２で駆動電流波形１１６ａからピーク１０３ａが検出出来た場合には、その後に発生するピーク１０４ａを別途検出し（ＳＴＥＰ３）、このピーク１０４ａが検出できた時点で、正常にロータ１０１がステップ回転駆動したと判断して（Ｙｅｓ）、そのまま処理を終了する。
【００１０】
また、ＳＴＥＰ３で、駆動電流波形１１６ａからピーク１０４ａが検出出来なかった（Ｎｏ）と判断できた場合は、駆動パルス１１５ａよりも十分大きなエネルギー量の補正用駆動パルスを駆動コイル１０７に印加することで（ＳＴＥＰ４）、確実にロータ１０１をステップ回転駆動させて、一連の処理を終了する。
【００１１】
ここで、重い重力負荷や摩擦負荷などがロータ１０１に作用しており、ステップ回転駆動に必要なエネルギー供給が不十分な場合には、図４３に示す様に、駆動パルス１１５ｂを駆動コイル１０７に印加しても、ロータ変位曲線１１７ｂは、１８０°まで正常に変位しない。このような場合の駆動電流波形１１６ｂから、ピーク１０３ｂをＳＴＥＰ２で検出出来たとしても、ＳＴＥＰ３で図４２のピーク１０４ａに相当するピークは検出出来ないので、この場合においても、ＳＥＴＰ４において、駆動パルス１１５ｂよりも十分大きなエネルギー量の補正用駆動パルスを駆動コイル１０７に印加することで、確実にロータ１０１をステップ回転駆動させて、一連の処理を終了させる。
【００１２】
この様に、図４２と図４３の駆動電流波形１１６ａ、１１６ｂは、ピーク１０３ａ、１０３ｂの大きさの違いと、ピーク１０４ａの有無の違いがあり、明らかにそのプロファイルが相違している。そこで、図４０の検出手段１１０によって、ロータ１０１がステップ回転駆動をしなかったことを検知することができ、それにより制御手段１１１で、上述した補正用駆動パルスを、駆動コイル１０７に改めて印加することが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００７−１５９２７４公報（第１１、第１図）
【特許文献２】特公平８−３３４５７公報（第５項、第４図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
［回転補正方式の課題の説明：図４４］
先に説明した様に、従来の単相ステップモータの構成に、図４１の駆動シーケンスを適用し、実際にはステップ回転駆動がしたとしても、それをこの駆動シーケンスでは回転しなかったと誤った検知をする場合が有る。この特許文献２記載の回転補正方式の課題について以下に説明する。
図４４は、このときの駆動パルスと駆動電流波形とロータ変位を示す図である。
【００１５】
ロータ１０１に作用する重力負荷や摩擦負荷の大きさが特に大きい場合などには、図４４に示す様に、駆動パルス１１５ｃを駆動コイル１０７に印加することで、ロータ変位曲線１１７ｃは、ロータの静的安定方向を初期位置０°としたときの０°から１８０°まで正常に変位しているにも関わらず、駆動電流波形１１６ｃからは、ピーク１０３ｃが検出されているものの、図４２のピーク１０４ａに相当するピークが検出されていない。これは、ロータ１０１が１８０°まで変位した段階で、保有している運動エネルギーが不十分なために、振動動作を行えずに停止してしまうためである。
【００１６】
そしてその後、この駆動シーケンスでは、ロータ１０１としては正常にステップ回転駆動しているにも関わらず、図４２に示したピーク１０４ａが検出できなかったことから、ロータ１０１がステップ回転駆動出来なかったものと判断して、補正用駆動パルスを印加してしまうこととなる。ここで、このときロータ１０１は、既にステップ回転駆動してしまっているため、先の駆動用パルスと同じ極性の補正用駆動パルスが印加されたとしても、更にステップ回転駆動してしまうことはない。
【００１７】
しかし、このような回転補正方式の誤検出により、ロータ１０１を確実にステップ回転駆動させようとするために、不要の補正用駆動パルスのエネルギー量の数千［ｎＪ］程度が消費されてしまうこととなる。このような誤検出は、運針上は何ら問題が生じないが、アナログ式電子時計の使用者が通常使用するにあたって、恒常的にこの誤検出が頻繁に発生してしまうため、電子時計の電池寿命を縮めてしまっているという課題がある。
【００１８】
そこで、本発明は上記課題を解決し、ロータのステップ回転駆動の検出を正確に行うことで、エネルギー損失を極力抑えることが出来る単相ステップモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の単相ステップモータは、基本的に下記記載の構成を採用するものである。
本発明の単相ステップモータは、径方向に２極に着磁された磁石であるロータと、ロータを駆動する一対のステータ磁極からなるものであって、当該一対のステータ磁極の間にロータ孔が形成されており、上記ロータが、ロータの電磁的安定方向とは異なる位置である、ロータの回転方向を規定する静的安定方向で静止する様にしたステータと、ステータを励磁する駆動コイルと、駆動コイルに駆動パルスを供給することにより、ロータのステップ回転駆動を制御する制御手段を備える。また、この単相ステップモータは、ロータ回転軸中心を原点とし、静的安定方向を初期位置０°としたときに、静的安定方向から±９０°の位置であって、かつロータから発生する磁束が鎖交する位置に第１の検出コイルと、±９０°とは異なる位置であって、かつロータから発生する磁束が鎖交する位置に第２の検出コイルと、上記第１と第２の検出コイルからの信号出力を検出し、ロータがステップ回転駆動したのかどうかを検出する検出手段と、を有して構成される。
【００２０】
また、本発明の単相ステップモータは、検出手段が、第１の検出コイルの出力がゼロクロスしたタイミングで、第２の検出コイルの出力がゼロであるか否かを検知することで、ロータがステップ回転駆動したかどうかを判断することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
上記構成とすることで、本発明は、従来の回転補正方式と異なり、ロータのステップ回転駆動の検出を、検出手段にて正確に行うことが出来る。そのために、従来の方法の様に、誤検出により無駄に補正用駆動パルスを印加することがなくなり、エネルギー損失を極力抑えた低消費電力化が達成出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の単相ステップモータの構成例を示す図である。（実施例１）
【図２】単相ステップモータの原理（ロータ変位とロータに作用するトルクとの関係）を示す図である。
【図３】駆動シーケンスを示す図である。（実施例１）
【図４】図３の駆動シーケンスにおいて、ロータが正常にステップ回転駆動できたときの駆動パルス、ロータ変位および駆動電流波形を示した図である。（実施例１）
【図５】図４の駆動パルスを印加したときの、第１、第２の検出コイルの出力波形を示す図である。（実施例１）
【図６】図３の駆動シーケンスにおいて、ロータがステップ回転駆動できなかったときの駆動パルス、ロータ変位および駆動電流波形を示した図である。（実施例１）
【図７】図６の駆動パルスを印加したときの、第１、第２の検出コイルの出力波形を示す図である。（実施例１）
【図８】図３の駆動シーケンスにおいて、ロータに負荷が掛かっていたとしても、正常にステップ回転駆動できる駆動パルス、ロータ変位および駆動電流波形を示した図である。（実施例１）
【図９】図８の駆動パルスを印加したときの、第１、第２の検出コイルの出力波形を示す図である。（実施例１）
【図１０】図１（ｃ）に示した変形例の、第２の検出コイルの位置を変えたときの駆動パルス、ロータ変位、および駆動電流波形を示す図である。（実施例１）
【図１１】図１０の駆動パルスを印加したときの、第１、第２の検出コイルの出力波形を示す図である。（実施例１）
【図１２】図４に示した駆動パルスの変形例、ロータ変位、駆動電流波形を示す図である。（実施例１）
【図１３】図１２の駆動パルスを印加したときの、第１、第２の検出コイルの出力波形を示す図である。（実施例１）
【図１４】図１２の駆動波形を採用するときの単相ステップモータの変形例１を示す図である。（実施例１）
【図１５】駆動シーケンスの変形例を説明するための図である。（実施例１）
【図１６】第１、第２の検出コイルの位置を変えた変形例３を示す図である。（実施例１）
【図１７】図１６の変形例３を適用した場合の、第１、第２の検出コイルの出力波形を示す図である。（実施例１）
【図１８】図１６の変形例３を適用した場合の、第１、第２の検出コイルと検出手段との接続形態を示す図である。（実施例１）
【図１９】検出コイル構造の変形例を示す図である。（実施例１）
【図２０】検出コイルの配置位置の変形例を示す図である。（実施例１）
【図２１】他の駆動シーケンスを示す図である。（実施例２）
【図２２】図２１の駆動シーケンスにおいて、ロータが正常にステップ回転駆動できたときの駆動パルス、ロータ変位および駆動電流波形を示した図である。（実施例２）
【図２３】図２２の駆動パルスを印加したときの、第１、第２の検出コイルの出力波形を示す図である。（実施例２）
【図２４】図２１の駆動シーケンスにおいて、ロータに重い負荷が掛かっていても正常にステップ回転駆動できたときの駆動パルス、ロータ変位および駆動電流波形を示した図である。（実施例２）
【図２５】図２４の駆動パルスを印加したときの、第１、第２の検出コイルの出力波形を示す図である。（実施例２）
【図２６】本発明の単相ステップモータの他の構成例を示す図である。（実施例３）
【図２７】ロータに負荷が掛かっている場合の状態を示す図である。（実施例３）
【図２８】本実施例でも、ロータが正常にステップ回転駆動できたときの駆動パルス、ロータ変位および駆動電流波形を示した図である。（実施例３）
【図２９】図２８の駆動パルスを印加したときの、第１、第２の検出コイルの出力波形を示す図である。（実施例３）
【図３０】ロータがステップ回転駆動できなかったときの駆動パルス、ロータ変位および駆動電流波形を示した図である。（実施例３）
【図３１】図３０の駆動パルスを印加したときの、第１、第２の検出コイルの出力波形を示す図である。（実施例３）
【図３２】ロータが正常に高速３回のステップ回転駆動できたときの駆動パルス、ロータ変位および駆動電流波形を示した図である。（実施例３）
【図３３】図３２の駆動パルスを印加したときの、第１、第２の検出コイルの出力波形を示す図である。（実施例３）
【図３４】さらに他の駆動シーケンスを示す図である。（実施例３）
【図３５】図３４の駆動シーケンスを適用した場合の駆動パルス、ロータ変位、および駆動電流波形を示す図である。（実施例３）
【図３６】図３５の駆動パルスを印加したときの、第１、第２の検出コイルの出力波形を示す図である。（実施例３）
【図３７】更に他の駆動シーケンスを示す図である。（実施例３）
【図３８】図３７の駆動シーケンスを適用したときの駆動パルス、ロータ変位、および駆動電流波形を示す図である。（実施例３）
【図３９】図３８の駆動パルスを印加したときの、第１、第２の検出コイルの出力波形を示す図である。（実施例３）
【図４０】従来の単相ステップモータの構成例を示す図である。
【図４１】従来の回転検出方式を示す駆動シーケンス図である。
【図４２】図４１の従来の駆動シーケンスを適用したときの駆動パルス、ロータ変位、および駆動電流波形を示す図である。
【図４３】図４２の従来の駆動パルスを印加したときの、第１、第２の検出コイルの出力波形を示す図である。
【図４４】図４２の従来の駆動パルスを印加したときの、課題を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の単相ステップモータは、ロータ回転軸中心を原点とし、ロータの静的安定方向を初期位置０°としたときに、静的安定方向から±９０°の位置であって、かつロータから発生する磁束が鎖交する位置に第１の検出コイルを配置し、更に０°か１８０°の位置に第２の検出コイルを配置した形態としている点に特徴がある。以下に、この第１と第２の検出コイルを配した単相ステップモータの具体的な構成および作用を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２４】
［駆動システム構成の説明：図１］
まず、本発明の基本例である単相ステップモータを実施例１として説明する。
図１は、ロータの周りに第１と第２の検出コイルを配した、本実施例の単相ステップモータの構成例を示す図である。図中（ａ）はシステム構成全体を説明するための図であり、図中（ｂ）は、第２の検出コイルを初期位相角−９０°から初期位相角（０°）範囲内に配置した構成例を示す図であり、図中（ｃ）は、第２の検出コイルを初期位相角―１８０°から初期位相角―９０°範囲内に配置した構成例を示す図である。
【００２５】
図１（ａ）に示す様に、この単相ステップモータは、従来の構成と同様に、ロータ１と、ステータ６と、駆動コイル７と、制御手段１１とを有する。また、このステップモータは更に、後段で詳細に説明する、ロータ孔２の内側のロータ１周りに、第１の検出コイル８ａと第２の検出コイル９ａとを配し、この第１、第２の検出コイル８ａ、９ａに接続する検出手段１０を有して構成される。
【００２６】
ロータ１は、径方向に２極に着磁された磁石であり、ロータ孔２に回転自在に配設されている。ステータ６は、スリット３によって磁気的に分離された一対のステータ磁極６ｐ、６ｑからなるものであって、当該一対のステータ磁極６ｐ、６ｑの間にロータ孔２が形成されている。駆動コイル７は、ステータ６を励磁する機能を果たす。制御手段１１は、駆動コイル７に駆動パルスを供給することにより、ロータ１をステップ回転駆動制御する機能を果たす。検出手段１０には、後段で説明する駆動シーケンスが記憶されており、第１の検出コイル８ａと第２の検出コイル９ａからの信号出力を検出し、この駆動シーケンスで検出された結果に基づき、ロータ１がステップ回転駆動したのかを判断し、制御手段１１から供給される駆動パルスを制御する機能を果たす。なお、ロータ１は、電磁的安定方向５ｂとは異なる位置である、ロータ１の回転方向をノッチ４によって規定する静的安定方向５ａで、駆動コイル７が非通電時のときに静止している。
【００２７】
次に、図１（ｂ）（ｃ）に基づき、第１の検出コイル８ａ、第２の検出コイル９ａの配設位置について説明する。
図１（ｂ）に示す様に、第１の検出コイル８ａは、ロータ回転軸中心を原点とし、静的安定方向５ａが初期位置０°としたときに、静的安定方向５ａから±９０°の位置であって、ロータ１から発生する磁束が鎖交する位置に（本形態の場合ロータ孔２の内側に）配設されている。また、第２の検出コイル９ａは、第１の検出コイル８ａとは異なる位置であって、−９０°から初期位相角（０°）の範囲内であって、かつロータ１から発生する磁束が鎖交する位置に（本形態の場合はロータ孔２の内側に）配設されている。なお、この図において、ロータ１の正回転方向が反時計方向である。
【００２８】
また、この第２の検出コイル９ａは、図１（ｂ）に示した位置でなくとも、図１（ｃ）に示す位置に配設しても構わない。図１（ｃ）では、第１の検出コイル８ａの位置は、図１（ｂ）と同じ位置であるが、第２の検出コイル９ａ’が、第１の検出コイルとは異なる位置の、―１８０°から―９０°の範囲内であって、かつロータ１から発生する磁束が鎖交する位置に（本形態の場合ロータ孔２の内側に）配設している。
【００２９】
この様に、第１と第２の検出コイル８ａ、９ａ（または９ａ’）を配置した構成とすることで、ロータ１の動作状況を正確に把握できる様になり、確実なステップ回転駆動を行うことが出来る。この原理、動作の詳細については、後段で説明する。
【００３０】
［単相ステップモータのロータ変位とロータに作用するトルクとの関係：図２］
次に、一般的な単相ステップモータで、ロータが正回転方向に回転する際に作用しているトルクの関係について説明する。
図２は、一般的な単相ステップモータの原理（ロータ変位とロータに作用する各トルクとの関係）を説明するための図である。なおここでは、静的安定方向がロータ変位の初期位置０°としたときに、１８０°回転することがステップ回転駆動としている。
【００３１】
初めに、ロータは、駆動コイルに非通電時にも作用している保持トルクによって、静的安定方向で静止している。ここで、０°から９０°までロータが正回転方向に回転する際には、保持トルク波形１２が負であることからも分かる様に、回転方向に対して逆回転方向に保持トルクが作用していることが判る。この逆回転方向に作用する力によって、腕時
計に外部から衝撃などが加わる等によって、ロータが回転しようとしたとしても、元の静的安定方向に戻り、静止状態を保持させることが出来る。
【００３２】
次に、駆動コイルに通電して、この逆回転方向に作用している保持トルクを打ち消すだけの大きさの駆動トルクを加えれば、ロータには、駆動トルクと保持トルクの合わさった合成トルクが作用して、ロータを正回転方向に回転させることが出来る。なお、図２では、一定電流を駆動コイルに通電させた際の駆動トルク波形１３と、そのときの合成波形１４を示してある。
【００３３】
そして、ロータ変位が９０°回転した後には保持トルクが正となるため、ロータ位置が９０°から１８０°までの間は、駆動コイルに通電しなくともロータは正回転方向に回転して、１８０°回転した位置で静止する。
【００３４】
この様に、正常に０°から１８０°までロータのステップ回転駆動が出来るのであれば、０°から９０°まで回転する間において、常に正の合成トルクが作用しているために、「ロータ速度がゼロ」となることはない。また、ロータが０°から９０°まで回転する間において、「ロータ速度がゼロ」となってしまうことがあるとすれば、それはロータに作用する合成トルクの大きさが足りずに、正回転の途中で逆回転方向に回転して、０°の位置にロータが戻ってきてしまったことを意味する。
【００３５】
［単相ステップモータの駆動シーケンスの説明：図３］
次に、本実施例１の単相ステップモータの作用について説明する。
図３は、単相ステップモータにおける検出手段１０に記憶されている、回転検出方式の駆動シーケンスを説明するための図である。なお、下記の説明では、第２の検出コイル９ａを、図１（ｂ）に示した位置に配置した場合について説明するが、図１（ｃ）の場合であっても駆動シーケンスは同じである。
【００３６】
まず、図１、図３に示す様に、本実施例１では、ロータ１をステップ回転駆動させるにあたって、制御手段１１にてステップ回転駆動させられるだけの必要最小限のエネルギー量の駆動パルスを、駆動コイル７に印加する様に制御して（ＳＴＥＰ１）、ロータ１をステップ回転駆動させる。このとき、第１の検出コイル８ａ、第２の検出コイル９ａで鎖交するロータ１からの磁束量変化により、逆起電圧を検出する。この逆起電圧は、それぞれにロータ１の位置に応じて異なった大きさの鎖交磁束量と、共通した回転速度の大きさに依存した電圧となる。つまり、ロータ１が所定の速度で回転している際には、ロータ変位量に応じて第１の検出コイル８ａと第２の検出コイル９ａでは、それぞれ異なった出力値を検出することとなる。
【００３７】
次に、第１の検出コイル８ａの出力のゼロクロスを検出する(ＳＴＥＰ２)。具体的には、例えばセンサの出力を、ある一定周期でサンプリングし、その出力極性が変化したときにゼロクロスしたと判断する。ここで、第１の検出コイル８ａは、静的安定方向５ａから±９０°の位置にあるために、ロータ１が９０°回転した際に“非常に精度良く”、ゼロクロスする。つまり、ロータ１が静的安定方向５ａである初期位置０°から回転していくにあたり、第１の検出コイル８ａを鎖交する磁束量は除々に増加していき、９０°回転した際に第１の検出コイル８ａを鎖交する磁束量が最大となり、その後磁束量は減少していく。この様に、磁束量変化の増減が９０°回転した時点で切り替わるために、逆起電圧の出力はゼロクロスする。そして、このゼロクロスの検出により、非常に精度良くロータ１が９０°回転したことを検出出来る。
【００３８】
但し先述した様に、検出コイルの出力は、ロータ１の回転速度にも依存して変動するので、ロータ１の回転速度がゼロとなった瞬間に、その出力もゼロとなってしまう。そのた
め、第１の検出コイル８ａの出力からのみでは、ロータ１が本当に９０°回転したことによりゼロクロスしたのか、あるいは、単に回転速度がゼロとなったためにゼロクロスしたのか判別することが出来ない。そこで、本実施例１の駆動シーケンスでは、第１の検出コイル８ａの出力がゼロクロスしたタイミングで、第２の検出コイル９ａの出力がゼロか否かを判断する（ＳＴＥＰ３）。ここで、ＳＴＥＰ３で第２の検出コイル９ａの出力がゼロではない（Ｎｏ）ならば、ロータ１が正常にステップ回転駆動したと判断でき、そのまま処理を終了する。
【００３９】
それに対し、第１の検出コイル８ａと第２の検出コイル９ａの出力が共にゼロである（Ｙｅｓ）ならば、ロータ１が９０°回転するまでの間に「ロータ速度がゼロ」となっているために、このときには、先述した様に、正常にロータ１がステップ回転駆動出来なかったと判断する。そして、制御手段１１を制御して、ＳＴＥＰ１で加えた駆動パルスよりも、十分大きなエネルギー量の補正用駆動パルスを駆動コイル７に印加して（ＳＴＥＰ４）、確実にロータ１をステップ回転駆動させて、一連の処理を終了させる。
【００４０】
この様に、本実施例１では、検出手段１０にて、静的安定方向５ａから±９０°の位置にある第１の検出コイル８ａの出力のゼロクロスを検出することにより、非常に精度良くロータ１が９０°回転したことを検出出来るだけでなく、「ロータ速度がゼロ」となってしまう状態を第１の検出コイル８ａだけでは判別出来ないものを、第１の検出コイル８ａの位置とは別に設けた第２の検出コイル９ａの出力も参照することで、正確に判別することが出来る。これにより、特許文献１記載のような、静的安定方向のみに配置した磁気センサ（ピックアップコイル）を配した構成とは異なり、確実なロータ変位の検出を可能とする。
【００４１】
そして、本実施例によれば、誤検出により無駄に補正用駆動パルスを印加することがなくなり、センサ駆動用の電力をロータ１のステップ回転駆動用とは別に設ける必要がなく、エネルギー損失を極力抑えた低消費電力化が達成出来る。ここで、本実施例１の構成と特許文献２に記載の回転検出方式とを組合せた構成とすれば、更に確実にステップ回転駆動を検出出来ることになることが判る。
【００４２】
［ステップ回転駆動検出の具体例の説明：図４−図９］
次に、本実施例によるステップ回転駆動検出の具体例について、図を参照しながら説明する。
図４〜図９は、本実施例のステップ回転駆動検出の具体例として、特に図１（ｂ）の構成を適用した場合について説明するための図である。図４、図５は、ロータがステップ回転駆動出来た場合であって、図４は駆動パルスと駆動電流波形とロータ変位の図を示し、図５はそのときの２つの検出コイルの電圧波形変化の図を示している。図６、図７は、与えたエネルギーが不十分で、ロータがステップ回転駆動出来なかった場合のデータを示している。図８、図９は、ロータに負荷が作用しているにも関わらず、ロータがステップ回転駆動出来た場合を示す図である。
【００４３】
まず最初に、正常にステップ回転駆動した場合について説明する。
本実施例の単相ステップモータ（図１）で、制御手段１１によって、駆動コイル７を介して与えられる、図２に示した駆動トルク１３と保持トルク１２との合成トルク１４により、ロータ１が、静的安定方向を初期位置０°としたときに、次の静的安定方向である１８０°までステップ回転駆動させる。このとき、図４に示す様に、駆動パルス１５ａを印加することで、駆動コイル７には駆動電流波形１６ａが現れる。
【００４４】
検出手段１０で検出される、このときの第１の検出コイル８ａと第２の検出コイル９ａに発生する電圧波形と、同時にロータ変位１７ａを図５に示す。
静的安定方向（０°方向）から−９０°の位置に配置した第１の検出コイル８ａの電圧波形１８ａは、約２．３ｍｓの位置でゼロクロスタイミング３０ａを持つ。また、−９０°とは異なる位置に配設し、−９０°から初期位相角範囲内に配置した第２の検出コイル９ａの電圧波形１９ａはゼロではなく、約３ｍｓの位置でゼロクロスタイミング３１ａを持つ。
【００４５】
この様に、ステップ回転駆動出来ている場合には、第１の検出コイル８ａの電圧波形１８ａがゼロクロスしているタイミング（９０°回転したタイミング）において、第２の検出コイル９ａの電圧波形１９ａがゼロとはならない現象を利用し、「ロータ速度」がゼロとなっておらず、確実にステップ回転駆動が出来ていることを検出手段１０で確認できる。
【００４６】
次に、ステップ回転駆動出来なかった場合について説明する。
図６では、制御手段１１にて、駆動コイル７に駆動パルス１５ｂを印加すると、駆動コイル７には駆動電流波形１６ｂが現れる。このときロータ１は、ロータ変位１７ｂの様に、初期位置０°から約６０°位まで変位した後、保持トルクの作用により初期位置０°に戻ってゆく。これは、ロータ１に与えたエネルギーが不十分で、保持トルクにより正回転方向のトルクが得られる９０°以上の変位が得られてなかったために、約６０°位の変位位置で速度を失い、一端「ロータ速度がゼロ」となり、その後保持トルクにより逆回転方向のトルクにより、負の速度をもって初期位置０°に向かってロータ1が戻っているからである。
【００４７】
検出手段１０で検出される、このときの第１の検出コイル８ａと第２の検出コイル９ａに発生する電圧波形を図７に示す。
第１の検出コイル８ａの電圧波形１８ｂは、約２．１ｍｓの位置でゼロクロスタイミング３０ｂを持つが、これはロータ１が９０°回転したことを意味するゼロクロスではなく、ロータ１が約６０°の位置で「ロータ速度がゼロ」となっていることを示している。そのことは、−９０°とは異なる位置に配設した第２の検出コイル９ａの電圧波形１９ｂも、同じタイミングの約２．１ｍｓで、ゼロクロスタイミング３０ｂとなっていることから判別出来る。
【００４８】
この様に、検出コイルの出力は、ロータ１の回転速度にも依存するため、「ロータ速度がゼロ」となった瞬間には、第１、第２の検出コイル８ａ、９ａの出力がともにゼロとなってしまう。そして、検出手段１０にて、第１の検出コイル８ａと第２の検出コイル９ａの２つの出力を同時に検知することで、ロータ１がステップ回転駆動したか否かを正確に検出することが出来る。
【００４９】
次に、特許文献２記載の回転補正方式では、ロータに負荷が掛かっているため、ステップ回転駆動出来なかったと誤検出してしまっていた場合であっても、本実施例を適用すれば、確実にロータの変位を検知できることについて説明する。
図８では、制御手段１１で駆動コイル７に駆動パルス１５ｃを印加すると、駆動コイル７には駆動電流波形１６ｃが現れ、ロータ１は、ロータ変位１７ｃの様に、次の静的安定方向である１８０°までステップ回転駆動する。
【００５０】
検出手段１０で検出される、このときの第１の検出コイル８ａと第２の検出コイル９ａに発生する電圧波形を、図９に示す。
第１の検出コイル８ａの電圧波形１８ｃは、約３．１ｍｓの位置でゼロクロスタイミング３０ｃを持つが、このときロータ変位１７ｃは９０°の位置にある。また、このとき第２の検出コイル９ａの電圧波形１９ｃはゼロではなく、約４ｍｓの位置でゼロクロスタイミング３１ｃを持つ。つまり、第１の検出コイル８ａの電圧波形１８ｃのゼロクロスタイ
ミング３０ｃ（９０°回転したタイミング）において、第２の検出コイル９ａの電圧波形１９ｃがゼロでないことから、ロータ１は正確にステップ回転駆動をしていると判断できる。
【００５１】
この様に、特許文献２記載の回転補正方式では、本来はロータ１がステップ回転駆動しているにも拘らず、駆動シーケンス上でステップ回転駆動が出来てないと誤検出してしまっていた場合であっても、本実施例の単相ステップモータの構成によれば、正確にロータ１がステップ回転駆動したか否かを検出出来ていることが判る。
【００５２】
［第２の検出コイルの配設位置の変形例の説明：図１０―図１１］
次に、図１（ｃ）に示した、第２の検出コイルの位置を変えた場合であっても、図１（ｂ）のときと同様に、正確にロータのステップ回転駆動を検出できることについて説明する。
図１０〜図１１は、図１（ｃ）の構成を適用した場合の、駆動パルスと駆動電流波形とロータ変位と２つの検出コイルの電圧波形変化の関係を説明するための図を示している。なお、図１０−図１１は、ロータ１のステップ回転駆動が正常に行われた場合の駆動パルスと駆動電流波形とロータ変位、及びそのときの２つの検出コイルの電圧波形変化を示している。
【００５３】
図１０に示す様に、制御手段１１で駆動パルス１５ａを印加すると、駆動コイル７には駆動電流波形１６ａが現れる。ここでロータ１は、ロータ変位１７ａの様に、次の静的安定方向である１８０°までステップ回転駆動する。
【００５４】
検出手段１０で検出される、このときの第１の検出コイル８ａに発生する電圧波形は、図１１に示す様に、ロータ変位１７ａが９０°の位置である、第１の検出コイル８ａの電圧波形１８ａが約２．３ｍｓの位置で、ゼロクロスタイミング３０ａを持つ。また、第１の検出コイル８ａとは異なる位置であって、−１８０°から−９０ｄ°の範囲内の位置に配設した第２の検出コイル９ａ’の電圧波形１９ａ’は、約１．５ｍｓの位置でゼロクロスタイミング３１ａ’を持っている。つまり、図１（ｃ）の構成であっても、図１（ｂ）のときと同様に、ロータが正常なステップ回転駆動すれば、ゼロクロスタイミング３０ａ、３１ａ’の違いにより、ロータ１が９０°の位置を通過したのか、また「ロータ速度がゼロ」となっているかが判り、これにより、ロータ１が確実にステップ回転駆動したか否かをこの検出手段１０で判断することができる。
【００５５】
この様に、先ほど図５で示した形態においては、第２の検出コイル９ａのゼロクロスタイミング３１ａは、第１の検出コイル８ａのゼロクロスタイミング３０ａよりも約０．６ｍｓ後にゼロとなったが、図１（ｃ）に示した形態の場合は、ゼロクロスタイミング３０ａよりも０．６ｍｓ前にゼロクロスタイミング３１ａ’がある点が異なるのみであって、第１の検出コイル８ａの電圧波形１８ａがゼロクロスしているタイミング（９０°回転したタイミング）において、第２の検出コイル９ａ’の電圧波形１９ａ’がゼロか否かで判断するという同じ判別条件により、ステップ回転駆動出来ているかどうかを、正確に検出手段１０で判断出来る。
【００５６】
［駆動パルスの変形例の説明：図１２―図１４］
次に、本実施例の変形例１について説明する。
図１２〜図１３は、先に示した図１（ｂ）の構成例を適用した場合の単相ステップモータにおける、図４に示した駆動パルスの変形例を説明するための図面であり、図１２で、駆動パルスと駆動電流波形とロータ変位を示し、図１３で、ロータ変位に対する２つの検出コイルの電圧波形変化の関係を示している。なお、両図面は、ロータが正常にステップ回転駆動出来た場合を示している。また、図１４は、図１２の駆動パルス方式を適用する
にあたって好ましい構成例を示す図である。
【００５７】
図１２に示す様に、本変形例１では、制御手段１１でチョッパパルスである駆動パルス１５ｄを駆動コイル７に印加することで、ロータ１は、ロータ変位１７ｄの様に、次の静的安定方向である１８０°までステップ回転駆動する。検出手段１０で検出される、このときの第１の検出コイル８ａと第２の検出コイル９ａに発生する電圧波形は、図１３に示す様に、ある程度ロータ１がステップ回転駆動するのに時間がかかる様な遅い回転であっても、第１の検出コイル８ａの電圧波形１８ｄがゼロクロスしているゼロクロスタイミング３０ｄ（９０°回転したタイミング）において、第２の検出コイル９ａの電圧波形１９ｄがゼロか否かを判断するという同じ判別条件により、ロータ１がステップ回転駆動出来ているかどうかを、正確に判断出来る。この様に、制御手段１１でチョッパパルスをロータ１に供給する場合、検出手段１０で検出される、駆動コイル７からのノイズが第１の検出コイル８ａや第２の検出コイル９ａの出力波形に重畳する可能性があるため、図１４に示す様に、ローパスフィルタ２０を検出手段１０の前段に入れるのが望ましい。これにより、検出手段１０で検出される検出コイル出力のゼロクロスタイミング３０ｄ、３１ｄを、より正確に検出出来る様になる。
【００５８】
［駆動シーケンスの変形例の説明：図１５］
次に、本実施例の駆動シーケンスの変形例について説明する。
図１５は、本変形例２の駆動シーケンスを説明するための図である。なお、この変形例２の場合は、予め異なるエネルギー量の駆動パルスを数種類用意しておくことが前提となる。
【００５９】
まず、先に説明したと同様に、制御手段１１にて、ロータ１を回転するだけの必要最小限のエネルギー量の駆動パルスを駆動コイル７に供給し（ＳＴＥＰ１）、検出手段１０にて、第１の検出コイル出力のゼロクロスを検出し（ＳＴＥＰ２）、そのときの第２検出コイル出力がゼロか否かを調べる（ＳＥＴＰ３）。そして、このときゼロではない（Ｎｏ）と判断できたら、一連のステップを終了させる。
【００６０】
またＳＴＥＰ３で、第２検出コイル出力がゼロであった場合は、ロータ１がステップ回転駆動していない（Ｙｅｓ）と判断し、速やかにＳＴＥＰ１で印加した駆動パルスよりも更に１ランクエネルギー量の大きな駆動パルスを、駆動コイル７に供給する様に、制御手段１１を制御する（ＳＴＥＰ４）。
【００６１】
その後、検出手段１０で、再度第１の検出コイル出力のゼロクロス検出（ＳＴＥＰ２）及び、その第の検出コイル出力の検出（ＳＴＥＰ３）を行う。ここで、この１ランクエネルギー量の大きな駆動パルスであっても、ロータ１をステップ回転駆動が出来なかった場合には、更にもう１ランクエネルギー量の大きな駆動パルスが、駆動コイル７に供給される様に、制御手段１１を制御することとなる（ＳＴＥＰ４）。
【００６２】
これらの駆動シーケンスは１秒以内に全て行われ、ロータ１をステップ回転駆動させることが出来たと判別できた段階で、一連の処理を終了させる。そして、次の１秒においては、先の１秒で駆動出来たエネルギー量の駆動パルスからスタートするのが望ましい。この様に、本変形例２によれば、検出手段１０にて、正確にロータ１のステップ回転駆動が検出出来るという利点を活かし、ロータ１への負荷の状況が変化したとしても、常に必要最小限のエネルギー量の駆動パルスでステップ回転駆動させることが出来る。そのため、制御手段１１で非常に大きなエネルギー量の補正用駆動パルスを印加する必要が無くなり、更に低消費電力化が可能となる。
【００６３】
［検出コイルの配設位置の変形例の説明：図１６―図１８］
次に、本実施例の検出コイルの配設位置の変形例３について説明する。
図１６は、ロータ回転軸を中心に、ロータ周りに２つの検出コイルを対峙させた構成例を説明するための図であり、図１７は、図１６における２つの検出コイルの電圧波形変化を示す図であり、図１８は、本変形例３の第１、第２の検出コイルと検出手段との接続形態を示す図である。
【００６４】
本変形例３では、図１６に示す様に、第２の検出コイル９ａとは別に、ロータ回転軸に対して対向する位置に第２の検出コイル９ａ’’を配置し、両検出コイルにおけるコイルの巻き方向が、回転軸対称としてある。なお、図１６においては、第２の検出コイル９ａ、９ａ’’のみを示し、図では第１の検出コイルを省略しているが、第１の検出コイルも同様に、ロータ回転軸に対して対向する位置に別の第１の検出コイルを配置する。
【００６５】
そして、検出手段１０で検出される、このときの第２の検出コイル９ａ、９ａ’’の電圧波形変化を示したのが、図１７である。図１７に示す様に、電圧波形１９ａ、１９ａ’’の２つの電圧波形は、極性が入れ替わった波形となっている。また、この変形例３の構成を適用するにあたって、図１８の様に、ロータ回転軸に対して対向する位置に配設した第２の検出コイル９ａ’’は、コイルの巻き方向を回転軸に対して、第２の検出コイル９ａと鏡対称となる様に巻き、両コイルを直列に繋いでいるので、検出コイル出力を倍にすることが出来る。第１の検出コイル８ａ、８ａ’’についても同様である。
【００６６】
この様に、本変形例３とすれば、ロータ１周囲の小さな空間であってもコイル巻数を稼ぎ、センサ出力を大きく感度を向上させることが出来る。なお、上記説明では、第１、第２の検出コイルを対にした例を示したが、第１と第２の検出コイルの内の一方のみを対とし、他方をそのまま１コイルの形態としても良い。
【００６７】
［検出コイル構造の変形例の説明：図１９］
次に、本実施例の検出コイル構造の変形例４について説明する。
図１９は、検出コイル構造として薄膜構造とした変形例４の構成例を示す図である。
【００６８】
まず、図１９に示す、樹脂の上に形成されたフレキシブルな薄膜コイル２２を用意する。そして、本変形例４では、薄膜コイル２２をロータ孔２の内周に沿って配設する。このとき、ノッチ４などに薄膜コイル２２の位置決め部品を予め入れておき、薄膜コイル２２の位置ズレを防止する様にしても良い。本変形例４とすれば、先に示した実施例１の構成、および変形例１−３に比べ、モータの組立性を向上させることが出来る。
【００６９】
［検出コイルの配設位置の変形例の説明：図２０］
次に、本実施例の検出コイルの配設位置の変形例５について説明する。
図２０は、検出コイルをロータ１の回転軸方向に配設した変形例５の構成を示す図である。
【００７０】
第１、第２の検出コイルは、回転軸方向に漏れた磁束と鎖交し、かつ検出コイルで逆起電圧を検出できる位置であれば、実施例１、および変形例１−３に示した様に、必ずしもロータ１の外側で前記ロータ孔の内周ではなくとも構わない。そこで本変形例５においては、図２０に示す様に、第１、第２の検出コイル８ａ’’’、９ａ’’’を、ロータ回転軸方向に（ロータ１の上部表面にオーバーラップさせて）配設する。
【００７１】
本変形例５は、ステータ磁極６ｐ、６ｑとロータ１間に流れる主磁束を見るのではなく、ロータ１からの漏れ磁束を測定することとなるので、第１、第２の検出コイル８ａ’’’、９ａ’’’の出力は、実施例１の構成例、および変形例１−４に比べて小さくなってしまうこととなるが、ロータ孔２の内側よりも検出コイルを配置し易く、単相ステップモ
ータの組立性が向上させることが出来る。
【実施例２】
【００７２】
［駆動シーケンスの他の形態の説明：図２１］
次に、本発明の単相ステップモータに、他の駆動シーケンスを適用した例を実施例２として説明する。
図２１は、実施例２の駆動シーケンスを示す図で、１秒以内に多数ステップ、出来るだけ高速でステップ回転駆動させるためのシーケンスを示している。
【００７３】
まず、図２１に示す様に、本実施例２では、検出手段１０で、第１の検出コイル出力がゼロクロスしたと認識されるまで、制御手段１１は、駆動パルスのエネルギー量を調整した（パルス幅変調にてパルス幅を増やした）駆動パルスを、駆動コイルに印加する（ＳＴＥＰ１）。このとき、実施例１と同様に、検出手段１０で、第１の検出コイル出力がゼロクロスしたと同じタイミングで、第２の検出コイル出力がゼロであるか否かを判別する（ＳＴＥＰ２）。
【００７４】
ここで、第２の検出コイル出力がゼロであったならば、それは何らかの影響でロータがステップ回転駆動出来なかった（Ｙｅｓ）と判断して処理を終了する。
またこのとき、検出手段１０で、第２の検出コイル出力がゼロではないと判別した（Ｎｏ）場合は、ロータが９０°確実に回転しているので、そのタイミングで駆動パルスの極性を入れ替え（ＳＴＥＰ３）、第１の検出コイルの出力がゼロクロスしたと認識されるまで、パルス幅変調にてパルス幅を増やした駆動パルスを、駆動コイルに印加し続ける様に、制御手段１１を制御する（ＳＴＥＰ１）という処理を繰り返す。
【００７５】
この様に、本駆動シーケンスを単相ステップモータに適用すれば、ロータを短時間で確実に多数ステップ送ることが出来る。また、ロータが９０°回転したことを検出した上で駆動パルスの極性を入れ替えるため、ロータを、非常に高率的に高速で、多数のステップ回転駆動させることが出来る。
【００７６】
［高速多数ステップ回転駆動の具体例の説明：図２２−図２５］
次に、本実施例による高速多数ステップ回転駆動の具体例について、図を参照しながら説明する。
図２２−図２５に、本実施例２の高速多数ステップ回転駆動の具体例として、図１（ｂ）の場合について説明するために、駆動パルスと駆動電流波形とロータ変位と２つの検出コイルの電圧波形変化の関係を示した。図２２、図２３は、ロータが高速で３ステップ回転駆動が出来た場合を示しており、図２２には駆動パルス１５ｅと駆動電流波形１６ｅとロータ変位１７ｅを、図２３はそのときの２つの検出コイルの電圧波形１８ｅ、１９ｅの変化を示した。図２４、図２５は、ロータに重い負荷が作用しているものの、与えたエネルギーが十分でロータが高速で３ステップ回転駆動出来た場合を示している。
【００７７】
最初に、図２２と図２３を参照しながら、高速で３ステップ回転駆動している場合について説明する。
まず、検出手段１０で、第１の検出コイル８ａの電圧波形１８ｅの約２．３ｍｓにある、最初のゼロクロスタイミング３０ｅ−１を検出するまで、制御手段１１は、正の極性を持つ駆動パルス１５ｅを印加し続ける。このとき、第２の検出コイル９ａの電圧波形１９ｅがゼロでないことを検出手段１０で確認しておくことで、ロータが９０°回転し、確実にステップ回転駆動していることを確認しておくことが肝要である。
【００７８】
その後、駆動パルスを負の極性に変え、第１の検出コイル８ａの電圧波形１８ｅの約４．７ｍｓにある、２回目のゼロクロスタイミング３０ｅ−２を検出するまで印加し続ける
。このとき、やはり第２の検出コイル９ａの電圧波形１９ｅがゼロでないことを検出手段１０で確認しておく。
【００７９】
そして、駆動パルスを再度正の極性に変え、第１の検出コイル８ａの電圧波形１８ｅの約７．１ｍｓにある、３回目のゼロクロスタイミング３０ｅ−３を検出するまで印加し続ける。このとき、第２の検出コイル９ａの電圧波形１９ｅがゼロでないことを検出手段１０で確認する。以上の駆動シーケンスで単相ステップモータを駆動することで、駆動パルス３発分である５４０°までロータが確実にステップ回転駆動していることが、ロータ変位１７ｅから判る。
【００８０】
次に、本実施例２において、図２４と図２５を同時に参照しながら、ロータに重い負荷が作用している場合であっても、上記と同じ駆動シーケンスで高速に３ステップ回転駆動できることについて説明する。
【００８１】
まず、検出手段１０で、第１の検出コイル８ａの電圧波形１８ｆの約３．１ｍｓにある、最初のゼロクロスタイミング３０ｆ−１を検出するまで、制御手段１１は、正の極性を持つ駆動パルス１５ｆを印加し続ける。このときロータに負荷が掛かっていることは、ロータ変位１７ｆが０°以下からスタートしている点、およびゼロクロスタイミング３０ｆ−１でロータが９０°回転するまでの時間が、負荷が作用していない図２３の場合よりも長くなっている点から分かる。また、このタイミングで、第２の検出コイル９ａの電圧波形１９ｆがゼロでないことを検出手段１０で確認しておくことで、ロータが９０°回転し、確実にステップ回転駆動していることを確認しておく。
【００８２】
その後、駆動パルス１５ｆを負の極性に変え、第１の検出コイルの電圧波形１８ｆの約６．８ｍｓにある、２回目のゼロクロスタイミング３０ｆ−２を検出するまで印加し続ける。このとき、やはり第２の検出コイル９ａの電圧波形１９ｆがゼロでないことを検出手段１０で確認しておく。
【００８３】
そして、駆動パルスを再度正の極性に変え、第１の検出コイルの電圧波形１８ｆの約１０．５ｍｓにある、３回目のゼロクロスタイミング３０ｆ−３を検出するまで印加し続ける。このとき、第２の検出コイル９ａの電圧波形１９ｆがゼロでないことを検出手段１０で確認する。
【００８４】
以上の駆動シーケンスで単相ステップモータを駆動することで、ロータ変位１７ｆは、駆動パルス３発分である５４０°まで、確実にステップ回転駆動していることが検出手段１０で確認できる。この様に、ロータに負荷が作用している場合であっても、同じ駆動シーケンスでロータのステップ回転駆動を検知できることが判る。
【実施例３】
【００８５】
［実施例３のモータ構成の説明：図２６−図２７］
次に、本発明の単相ステップモータの第２の検出コイルの位置を、第１の検出コイルに対して９０°に配した構成例を、実施例３として説明する。
図２６は、実施例３の単相ステップモータの構成例を示す図である。
【００８６】
図２６に示す様に、本実施例３の単相ステップモータは、第１の検出コイル８ａを、先述した実施例１、２と同様に、ロータ回転軸中心を原点とし、静的安定方向５ａが初期位置０°としたときに、静的安定方向５ａから±９０°の位置であって、かつロータ１から発生する磁束が鎖交する位置に（本形態の場合ロータ孔内に）配設している。それに加え、本実施例３の構成では、第２の検出コイル９ｂを、０°又は１８０°の位置（図では、０°の位置）に配置している。他の構成は、実施例１と同じである。
【００８７】
次に、本実施例で、第２の検出コイル９ｂを、０°か１８０°の位置に配設したときの、出力信号について説明する。
図２７（ａ）は、ロータ負荷が逆回転方向に作用して、−δ°ロータ１の初期位置がズレて静止している状態を示しており、図２７（ｂ）は、ロータ負荷が正回転方向に作用して、＋δ°ロータ１の初期位置がずれて静止している状態を示す図である。
【００８８】
図２７（ａ）に示す様に、ロータ負荷が逆回転方向に作用している場合は、制御手段１１によって、所定の駆動パルスが駆動コイル７に印加されて、ロータ１が正回転方向に回転すると、０°の位置まで回転するまでは、第２の検出コイル９ｂを鎖交するロータ１からの磁束量は増えてゆく。ところが０°の位置を越えてさらにロータ１を回転させると、第２の検出コイル９ｂを鎖交するロータ１からの磁束量は減少する。そのために、第２の検出コイル９ｂに誘起される電圧波形の極性は、初め負であったものが、ロータ１が０°の位置を越えた段階で、極性が正に変わる。つまりこのとき、ロータ１を確実にステップ回転駆動させるためには、特に大きなエネルギーの駆動パルスが必要となる。
【００８９】
一方、図２７（ｂ）の様に、ロータの負荷が正回転方向に作用している場合は、既に＋δ°までロータ位置がズレてしまっているために、制御手段１１によって、所定の駆動パルスが駆動コイル７に印加され、ロータ１が正回転方向に回転すると、第２の検出コイル９ｂを鎖交するロータ１からの磁束量は減少する。このときの第２の検出コイル９ｂに誘起される出力電圧の極性は、変化しない。つまりこのとき、ロータ１に特に大きな駆動パルスを印加する必要は無い。
【００９０】
この様に、本実施例３の場合は、ロータ負荷が作用して、ロータ初期位置が逆回転方向にズレてしまい、特に大きなエネルギーの駆動パルスを必要とする状態であるかどうかを、検出手段１０を介して、第２の検出コイル９ｂの極性から確実に検出することが出来る。そのことにより、必要最小限の駆動パルスにてロータ１をステップ回転駆動させることが可能となる。
【００９１】
［ステップ回転駆動検出の具体例の説明：図２８−図３３］
次に、第２の検出コイルが０°か１８０°の位置であっても、実施例１で示した、正確なステップ回転駆動の検出が出来ること、及び実施例２で示した、高速多数ステップ回転駆動が、ともに可能であることを、図を参照しながら説明する。
図２８〜図３３は、本実施例３の第２の検出コイル９ｂが０°の位置に配設された形態で、ステップ回転駆動の検出を行った場合の、駆動パルスと駆動電流波形とロータ変位と２つの検出コイルの電圧波形変化の関係を説明するための図である。図２８、図２９は、ロータが正常にステップ回転駆動出来た場合を示し、図３０、図３１は、与えたエネルギーが不十分で、ロータがステップ回転駆動出来なかった場合を示し、図３２、図３３は、ロータに負荷が作用している場合で与えたエネルギーが十分で、ロータが高速で３ステップ回転駆動出来た場合を示している。
【００９２】
まず、図２８、図２９を一緒に参照しながら、ロータ１がステップ回転駆動出来た場合について説明する。
制御手段１１で、図２８に示す駆動パルス１５ａを駆動コイルに印加することで、図２９に示す様に、静的安定方向から−９０°の位置に配置した、第１の検出コイル８ａの電圧波形１８ａは、約２．３ｍｓの位置でゼロクロスタイミング３０ａを持ち、ロータ変位１７ａは９０°の位置となる。このとき０°の位置に配設した第２の検出コイル９ｂの電圧波形２１ａは、ゼロではなく約４ｍｓの位置でゼロクロスタイミング３２ａを持つことが検出手段１０で検出される。つまり、第２の検出コイル９ｂが０°の位置に配設されてあっても、実施例１、２と同様に、検出手段１０でもって、ステップ回転駆動を判別出来
ていることが判る。
【００９３】
次に、図３０、図３１を一緒に参照しながら、ロータ１がステップ回転駆動出来なかった場合について説明する。
制御手段１１で、図３０に示す駆動パルス１５ｂを駆動コイルに印加することで、ロータ１は、ロータ変位１７ｂに示す、初期位置０°から、約６０°位まで変位した後、保持トルクの作用により初期位置０°に戻る。このとき、図３１に示す様に、静的安定方向から−９０°の位置に配置した第１の検出コイル８ａの電圧波形１８ｂは、約２．１ｍｓの位置でゼロクロスタイミング３０ａを持つことが検出手段１０で検出されるが、これはロータ１が９０°回転したことを意味するゼロクロスではなく、ロータ１が約６０°の位置で速度ゼロとなってしまっているものである。そのことは、０°の位置に配設した第２の検出コイル９ｂの電圧波形２１ｂも、電圧波形１８ｂと同じタイミングでゼロクロスしていることから判別出来る。つまり、本実施例の構成であっても、第２の検出コイル９ｂが０°の位置に配設されたとしても、ロータ１がステップ回転駆動出来ていないことを検出手段１０で判別出来ていることが判る。
【００９４】
次に、図３２、図３３を一緒に参照しながら、ロータ１が高速で３ステップ回転駆動する場合について説明する。
まず、検出手段１０で、図３３に示す第１の検出コイルの電圧波形１８ｆの約３．１ｍｓにある、最初のゼロクロスタイミング３０ｆ−１を検出するまで、制御手段１１は、図３２に示す正の極性を持つ駆動パルス１５ｆを印加し続ける。また、このタイミングで、第２の検出コイル９ｂの電圧波形２１ｆがゼロでないことを検出手段１０で確認しておくことで、ロータ１が９０°回転し、確実にステップ回転駆動していることを確認しておく。
【００９５】
その後、駆動パルス１５ｆを負の極性に変え、第１の検出コイルの電圧波形１８ｆの約６．８ｍｓにある、２回目のゼロクロスタイミング３０ｆ−２を検出するまで印加し続ける。このとき、やはり第２の検出コイル９ｂの電圧波形２１ｆがゼロでないことを検出手段１０で確認しておく。
【００９６】
そして、駆動パルス１５ｆを再度正の極性に変え、第１の検出コイルの電圧波形１８ｆの約１０．５ｍｓにある、３回目のゼロクロスタイミング３０ｆ−３を検出するまで印加し続ける。このとき、第２の検出コイルの電圧波形２１ｆがゼロでないことを検出手段１０で確認する。
【００９７】
以上のような駆動シーケンスで、実施例３の単相ステップモータを駆動することで、ロータ変位１７ｆで、駆動パルス３発分である５４０°まで、ロータ１が確実にステップ回転駆動していることが判る。つまり、第２の検出コイル９ｂが０°の位置に配設されてあって、ロータ１に負荷が作用している場合であっても、本実施例３と同じ駆動シーケンスで確実に高速回転駆動が実現できることが判る。
【００９８】
なお、本実施例の構成（図２６−図２７）として、第２の検出コイル９ｂがともに静的安定方向５ａである０°の位置に配置した例を示したが、この第２の検出コイル９ｂを、１８０°の位置に配置したとしても、上記説明の電圧波形の極性が入れ替わるのみであって、本質的部分には変わりがないので、ここでの説明は割愛する。
【００９９】
［本実施例の第１の駆動シーケンスの説明：図３４］
次に、本実施例３の駆動シーケンスについて説明する。
図３４は、本実施例３の単相ステップモータ（図２６）における駆動シーケンス処理を説明するための図である。
【０１００】
図３４に示す様に、本駆動シーケンスでは、まずロータ１をステップ回転駆動させるにあたって、ステップ回転駆動させられるだけの必要最小限のエネルギー量の駆動パルスを駆動コイル７に印加して（ＳＴＥＰ１）、ロータ１をステップ回転駆動させる。
【０１０１】
その際、第２の検出コイル９ｂで、出力波形が負の極性である（Ｙｅｓ）と検出手段１０で検出した場合は、先述した様にロータに負荷が作用して、ロータ初期位置が静的安定方向から逆回転方向にズレてしまっており、大きなエネルギーの駆動パルスを必要とする状態にあると判別出来る（ＳＴＥＰ２）。
【０１０２】
そこで、検出手段１０で、第２の検出コイル９ｂの出力電圧の大きさを検出し、制御手段１１で最も好ましい駆動パルスのエネルギー量を決定する（ＳＴＥＰ３）。ここでもし、第２の検出コイル９ｂの出力電圧が負側に大きく出ていれば、ロータには大きな負荷が作用しており、ロータ初期位置が大きく逆回転方向にズレてしまっていると判断し、更に大きなエネルギー量の駆動パルスを制御手段１１で選択すれば良い。またここでもし、出力電圧が負側に小さく出ていれば、ロータには軽い負荷が作用しており、ロータ初期位置が少しだけ逆回転方向にズレてしまっていると検出手段１０で判断し、先に与えた駆動パルスよりもエネルギー量を小さくした駆動パルスを印加する様に、制御手段１１を制御すれば良い。
【０１０３】
その後、第１の検出コイル８ａのゼロクロスを検出し（ＳＴＥＰ４）、そのタイミングで第２の検出コイル９ｂの出力がゼロであるか否かを検出手段１０で判別する（ＳＴＥＰ５）。もし、ＳＴＥＰ５で、第２の検出コイル９ｂの出力がゼロである（Ｙｅｓ）と検知した場合には、先の駆動パルスよりも大きなエネルギー量の補正用駆動パルスを駆動コイル７に印加する様に、制御手段１１を制御し、確実にロータ１をステップ回転駆動させて、一連の処理を終了する（ＳＴＥＰ６）。
【０１０４】
なお、ＳＴＥＰ２で、第２の検出コイル９ｂで、出力波形が負の極性でない（Ｎｏ）と検出手段１０で判断した場合、ＳＴＥＰ３を飛ばし、ＳＴＥＰ４、ＳＴＥＰ５というシーケンスを行う。また、ＳＴＥＰ５で、第２の検出コイル９ｂの出力がゼロでない（Ｎｏ）と検出手段１０で判断した場合には、確実にロータがステップ回転駆動出来たと判別して、そのまま処理を終了する。
【０１０５】
この様に、本実施例３の構成に上述した駆動シーケンスを採用することで、毎ステップともロータの負荷の作用状況に合わせて、必要最小のエネルギーの駆動パルスでモータを駆動出来、低消費電力化が達成出来る。
【０１０６】
［実施例３の第１の駆動シーケンスでの説明：図３５−図３６］
次に、実施例３における駆動シーケンスの具体例について図を参照しながら説明する。
図３５、図３６は、実施例３における駆動シーケンスを説明するための図である。ここでは、ロータ１に負荷が作用しており、初期に与えた駆動パルスではエネルギーが足りず、駆動パルスの印加途中において、パルス幅変調にて駆動パルス幅を増やし、ロータ１をステップ回転駆動する場合として説明する。
【０１０７】
図３５に示す様に、制御手段１１で、駆動コイル７には約２．２ｍｓ幅の駆動パルス１５ｃを印加する。その際、図３６に示す様に、第２の検出コイル９ｂの電圧波形２１ｃの極性が３５ｃの様に、負となって発生したことを検出手段１０で検出する。そしてこの出力の大きさから、ＰＷＭ変調を行って、更に１ｍｓほどパルス幅を増やした駆動パルス１５ｃを駆動コイル７に印加する様に、制御手段１１を制御する。その後、第１の検出コイル８ａの電圧波形のゼロクロスタイミング３０ｃを検出し、このタイミングで第２の検出
コイル９ｂの電圧波形２１ｃがゼロでないことを検出手段１０で確認する。この様にして、ロータ１がロータ変位１７ｃの様に、０°から１８０°まで確実にステップ駆動回転させることが出来る。
【０１０８】
［実施例３の第２の駆動シーケンスの説明：図３７−図３９］
次に、本実施例の第２の駆動シーケンス処理、およびそのシーケンス処理により得られる検出コイル出力について説明する。
図３７は、単相ステップモータの第２の駆動シーケンス処理を説明するための図である。また、図３８、図３９は、本実施例３の形態で、ロータに負荷が掛かっている場合であっても、第２の駆動シーケンスでもって正常にステップ回転駆動出来た場合を示し、図３８で、そのときの駆動パルスと駆動電流波形とロータ変位を示し、図３９で、２つの検出コイルの電圧波形変化を示している。
【０１０９】
以下の説明は、図３７〜図３９を一緒に参照しながら説明する。
まず最初に、図３７、図３８に示す様に、本駆動シーケンスでは、ロータ１を９０°以上回転させない程度の僅かなエネルギー量のロータ初期位置検出用パルス２３ｇを、制御手段１１でもって駆動コイル７に印加する。すると、このロータ初期位置検出用パルス２３ｇによって、駆動電流波形１６ｇが大きく変化し、ロータ１は僅かに正回転方向に回転する（ＳＴＥＰ１）。
【０１１０】
そして、このときの第２の検出コイル９ｂの電圧波形２１ｇから、ロータ初期位置情報を検出手段１０で検出する（ＳＴＥＰ２）。ここで、図３９に示す３５ｇでもって、電圧波形２１ｇが僅かに負となっていることから、ロータ１には何らかの負荷が掛かっていることが判る。したがって、このときロータ変位１７ｇは、負の位置となる。
【０１１１】
また、第２の検出コイル９ｂからの電圧波形２１ｇの負の出力電圧の大きさによって、検出手段１０がロータ１の負荷量を見積もる。そして、制御手段１１で、そのロータ１への負荷の大きさに応じて最も好ましいエネルギー量の駆動パルス１５ｇを選択し、駆動コイル７に印加する様に制御手段１１を制御する（ＳＴＥＰ３）。
【０１１２】
また、ここでは図示していないが、第２の検出コイル９ｂの出力電圧が正となったと検出手段１０で判断した場合は、ロータ１に作用している負荷量の大小に係わらず、駆動に必要なエネルギー量を小さく設定する。そのため、その場合は制御手段１１で、予め設定した必要最小限の駆動パルスを選択して、駆動コイルに印加すれば良い。
【０１１３】
ここで、以上に説明した、制御手段１１での具体的な駆動パルス選択基準を、下記表１に示す。
【表１】
2010172153.tif 000003
【０１１４】
その後の駆動シーケンスは、これまで説明していると同様であり、第１の検出コイル８ａの電圧波形１８ｇのゼロクロスタイミング３１ｇでの第２の検出コイル９ｂの電圧波形２１ｇが、ゼロか否かを検出手段１０で判断することで（ＳＴＥＰ４）、ロータ１がステップ回転駆動がされたのを正確に検出する（ＳＴＥＰ５）。そして、ロータ１がステップ回転駆動出来ていなければ、改めて補正用駆動パルスを印加し（ＳＴＥＰ６）、ＳＴＥＰ５でステップ回転駆動が出来ていると判断した場合は、そのまま処理を終了するという処理を行う。
【０１１５】
このような駆動シーケンスにしても、毎ステップともロータ１の負荷の作用状況に合わせて、最小のエネルギー量の駆動パルスでロータをステップ回転駆動出来るので、必要以上に大きなエネルギー量の補正用駆動パルスを供給することが無くなり、単相ステップモータの駆動に際して、低消費電力化が達成出来る。
【０１１６】
なお、実施例３（図２６）で示した第２の検出コイル９ｂを、０°ではなく１８０°の位置に配設した場合には、第２の検出コイル出力の電圧波形の極性が反転する。同様に、第１の検出コイルを＋９０°の位置に配置したときも出力波形の極性が反転する。そのため、これまで述べてきた第１の駆動シーケンス及び第２の駆動シーケンスとも、以上の様に極性部分を読みかえて判断すれば良く、第２の検出コイルの出力の極性が、第１の検出コイルの出力の極性と同じか否かで、ロータ回転軸に負荷が作用しているか否かを検出手段１０で判断し、このときロータへの負荷が掛かっていると判断できた場合は、現在与えている駆動パルスよりも大きい駆動パルスを駆動コイルに供給する様にしていることに変わりがないので、ここでの詳細な説明は割愛する。
【符号の説明】
【０１１７】
１  ロータ
２  ロータ孔
３  スリット
４  ノッチ
５ａ  静的安定方向
５ｂ  電磁的安定方向
６  ステータ
６ｐ、６ｑ  ステータ磁極
７  駆動コイル
８ａ、８ａ’’’  第１の検出コイル
９ａ、９ａ’、９ａ’’、９ａ’’’  第２の検出コイル
１０  検出手段
１１  制御手段
１２  保持トルク波形
１３  駆動トルク波形
１４  合成トルク波形
１５ａ〜１５ｇ  駆動パルス波形
１６ａ〜１６ｇ  駆動電流波形
１７ａ〜１７ｇ  ロータ変位
１８ａ〜１８ｇ、１９ａ〜１９ｆ、１９ａ’、２１ａ〜２１ｃ、２１ｆ〜２１ｇ  電圧波形
２０  ローパスフィルタ
２２  薄膜コイル
２３ｇ  ロータ初期位置検出用パルス
３０ａ〜３０ｄ、３０ｅ−１〜３０ｅ−３、３０ｆ−１〜３０ｆ−３、３１ａ〜３１ｄ３２ａ、３２ｃ  ゼロクロスタイミング
【図２】
2010172153.tif 000004
【図３】
2010172153.tif 000005
【図４】
2010172153.tif 000006
【図５】
2010172153.tif 000007
【図６】
2010172153.tif 000008
【図７】
2010172153.tif 000009
【図８】
2010172153.tif 000010
【図９】
2010172153.tif 000011
【図１０】
2010172153.tif 000012
【図１１】
2010172153.tif 000013
【図１２】
2010172153.tif 000014
【図１３】
2010172153.tif 000015
【図１４】
2010172153.tif 000016
【図１５】
2010172153.tif 000017
【図１６】
2010172153.tif 000018
【図１７】
2010172153.tif 000019
【図１８】
2010172153.tif 000020
【図１９】
2010172153.tif 000021
【図２０】
2010172153.tif 000022
【図２１】
2010172153.tif 000023
【図２２】
2010172153.tif 000024
【図２３】
2010172153.tif 000025
【図２４】
2010172153.tif 000026
【図２５】
2010172153.tif 000027
【図２６】
2010172153.tif 000028
【図２７】
2010172153.tif 000029
【図２８】
2010172153.tif 000030
【図２９】
2010172153.tif 000031
【図３０】
2010172153.tif 000032
【図３１】
2010172153.tif 000033
【図３２】
2010172153.tif 000034
【図３３】
2010172153.tif 000035
【図３４】
2010172153.tif 000036
【図３５】
2010172153.tif 000037
【図３６】
2010172153.tif 000038
【図３７】
2010172153.tif 000039
【図３８】
2010172153.tif 000040
【図３９】
2010172153.tif 000041
【図４０】
2010172153.tif 000042
【図４１】
2010172153.tif 000043
【図４２】
2010172153.tif 000044
【図４３】
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【図４４】
2010172153.tif 000046
【図１】
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