(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータの回転を検出する回転検出期間において、前記ステッピングモータの回転によって発生する検出信号を所定周期で検出し、前記検出信号が所定の基準しきい値を超えたか否かによって、前記ステッピングモータが回転したか否かを検出する回転検出手段と、前記回転検出手段による検出結果に応じて主駆動パルスを変更して又は変更せずに前記ステッピングモータを駆動制御する制御手段とを備えて成り、
前記回転検出期間を複数の検出区間に区分し、
前記回転検出手段は、前記ステッピングモータの駆動特性と前記主駆動パルスとの関係に基づいて定められた、前記複数の検出区間中の基準しきい値を超える検出信号が発生する可能性が他の検出区間より高い所定の検出区間を、前記他の検出区間よりも短い周期で回転検出し、
前記制御手段は、前記回転検出手段が前記基準しきい値を超える検出信号を検出した検出区間に応じて前記主駆動パルスを変更し又は変更しない、及び、前記所定の検出区間及び前記他の検出区間において前記基準しきい値を越える検出信号を検出したか否かに応じて前記主駆動パルスを変更し又は変更しないことを特徴とするステッピングモータ制御回路。
【請求項２】
直列接続した第１、第２スイッチ素子と、直列接続した第３、第４スイッチ素子と、前記第１、第２スイッチ素子の接続点と前記第３、第４スイッチ素子の接続点との間に接続した前記ステッピングモータのコイルと、前記第１スイッチ素子に並列接続された第５スイッチ素子及び第１検出用素子から成る第１直列回路と、前記第３スイッチ素子に並列接続された第６スイッチ素子及び第２検出用素子から成る第２直列回路と、回転駆動期間において駆動パルスに応答して前記第１乃至第４スイッチを制御することにより前記コイルに電流を流して前記ステッピングモータを回転駆動すると共に、回転検出期間において前記第１、第３、第５、第６スイッチ素子を制御することにより検出信号を発生させるスイッチ制御手段と、前記第１、第２検出用素子と前記コイルとの間に生じる前記検出信号が前記基準しきい値を超えたか否かに基づいて前記ステッピングモータが回転したか否かを判別する判別手段とを備え、
前記第１スイッチ素子〜第４スイッチ素子及びスイッチ制御手段によって前記制御手段を構成すると共に、前記第３スイッチ素子〜第６スイッチ素子、第１検出用素子、第２検出用素子、判別手段及びスイッチ制御手段によって前記回転検出手段を構成することを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ制御回路。
【請求項３】
時刻針を回転駆動するステッピングモータと、前記ステッピングモータを制御するステッピングモータ制御回路とを有するアナログ電子時計において、
前記ステッピングモータ制御回路として、請求項１乃至２のいずれか一に記載のステッピングモータ制御回路を用いたことを特徴とするアナログ電子時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータ制御回路及び前記ステッピングモータ制御回路を用いたアナログ電子時計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ロータ収容孔及びロータの停止位置を決める位置決め部を有するステータと、前記ロータ収容孔内に配設されたロータと、コイルとを有し、前記コイルに交番信号を供給して前記ステータに磁束を発生させることによって前記ロータを回転させると共に、前記位置決め部に対応する位置に前記ロータを停止するようにしたステッピングモータがアナログ電子時計等に使用されている。
【０００３】
前記ステッピングモータの制御方式として、ステッピングモータを主駆動パルスによって駆動した際に、前記ステッピングモータに生じる誘起電圧である検出信号に基づいた検出信号を検出することによって回転したか否かを検出し、回転したか否かに応じて、パルス幅の異なる主駆動パルスに変更して駆動する、あるいは、主駆動パルスよりもパルス幅の大きい補正駆動パルスによって強制的に回転させる補正駆動方式が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、特許文献２に記載された補正駆動方式は、特許文献１の誘起電圧の検出に加え、検出時刻を基準時間と比較判別する手段を設け、主駆動パルスＰ１１でロータを回転した後、（１）検出電圧がＶｃｏｍｐを下回ると補正駆動パルスＰ２を出力して回転駆動し、次の主駆動パルスＰ１は主駆動パルスＰ１１よりエネルギの大きい主駆動パルスＰ１２を出力して回転駆動する、（２）主駆動パルスＰ１２で回転したときの検出時刻が基準時刻より早いと、主駆動パルスＰ１２から主駆動パルスＰ１１にランクダウンするように制御する。
【０００５】
特許文献１記載の発明における回転判別法は、誘起電圧が所定の基準しきい値を超えるか否かによって回転するか否かを判別している。
また特許文献２記載の発明では、特許文献１記載の回転判別法に加えて、所定の基準しきい値を超える誘起電圧が回転検出期間内のどの時点で生じたのかを考慮して、回転余裕の程度を区別して回転駆動を制御するようにしている。
どちらも、回転検出期間内に等間隔で周期性のある回転検出パルスを用いて検出しており、等間隔で周期的な検出しか行えないため、アナログ的に発生する誘起電圧のピークを周期間で見逃す場合がある。
【０００６】
検出パルスの周期を短くして回転検出周期を短くした場合には、検出パルス遮断後の閉ループ時間が短くなるため、自ずと振動減衰時間が長くなり、ロータの回転減衰が補正駆動パルス出力までに収まらない恐れがあるという問題がある。
また、回転検出用の検出素子である検出抵抗を大きくすることで誘起電圧を高めることをできるが、検出回路を構成する集積回路（ＩＣ）のサイズが大きくなるなどの問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特公昭６１−１５３８５号公報
【特許文献２】ＷＯ２００５／１１９３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記問題点に鑑み成されたもので、モータの振動減衰時間を長くすることなく且つ検出素子を大きくすることなく、より正確な回転検出を行うことを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、ステッピングモータの回転を検出する回転検出期間において、前記ステッピングモータの回転によって発生する検出信号を所定周期で検出し、前記検出信号が所定の基準しきい値を超えたか否かによって、前記ステッピングモータが回転したか否かを検出する回転検出手段と、前記回転検出手段による検出結果に応じて主駆動パルスの変更して又は変更せずに前記ステッピングモータを駆動制御する制御手段とを備えて成り、
前記回転検出手段は、前記回転検出期間における所定期間は他の期間よりも短い周期で回転検出することを特徴とするステッピングモータ制御回路が提供される。
回転検出手段は、回転検出期間における所定期間は他の期間よりも短い周期で回転検出する。
【００１０】
また、本発明によれば、時刻針を回転駆動するステッピングモータと、前記ステッピングモータを制御するステッピングモータ制御回路とを有するアナログ電子時計において、前記ステッピングモータ制御回路として、前記記載のステッピングモータ制御回路を用いたことを特徴とするアナログ電子時計が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るステッピングモータ制御回路によれば、ステッピングモータの振動減衰時間を長くすることなく且つ検出素子を大きくすることなく、より正確な回転検出を行うことが可能になる。
また、本発明に係るアナログ電子時計によれば、ステッピングモータの振動減衰時間を長くすることなく且つ検出素子を大きくすることなく、より正確な回転検出を行うことが可能になるので、正確な計時動作を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路及びアナログ電子時計について説明する。尚、各図において同一部分には同一符号を付している。
図１は、本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路を用いたアナログ電子時計のブロック図で、アナログ電子腕時計の例を示している。
【００１３】
図１において、アナログ電子時計は、所定周波数の信号を発生する発振回路１０１、発振回路１０１で発生した信号を分周して計時の基準となる時計信号を発生する分周回路１０２、電子時計を構成する各電子回路要素の制御や駆動パルスの変更制御等の制御を行う制御回路１０３、制御回路１０３からの制御信号に基づいてモータ回転駆動用の駆動パルスを選択し出力する駆動パルス選択回路１０４、駆動パルス選択回路１０４からの駆動パルスによって回転駆動されるステッピングモータ１０５、ステッピングモータ１０５によって回転駆動され時刻を表示するための時刻針（図１の例では時針１０７、分針１０８、秒針１０９の３種類）を有するアナログ表示部１０６、ステッピングモータ１０５から回転状況を表す検出信号を回転検出期間において検出する回転検出回路１１０、ステッピングモータ１０５が回転したことを示す検出信号を回転検出回路１１０が検出した時刻と回転検出期間における複数の検出区間とを比較して、前記検出信号がどの検出区間において検出されたのかを判別する検出区間判別回路１１１を有している。尚、後述するように、ステッピングモータ１０５が回転したか否かを検出する回転検出期間Ｔは３つの検出区間Ｔ１〜Ｔ３に区分けしている。
【００１４】
回転検出回路１１０は、ステッピングモータ１０５が回転した場合には所定の基準しきい値Ｖｃｏｍｐを越える検出信号を検出し、モータ１０５が回転しなかった場合には検出信号は基準しきい値Ｖｃｏｍｐを超えないように基準しきい値Ｖｃｏｍｐは設定されている。
尚、発振回路１０１及び分周回路１０２は信号発生手段を構成し、アナログ表示部１０６は時刻表示手段を構成している。回転検出回路１１０は回転検出手段を構成し、制御回路１０３、駆動パルス選択回路１０４、回転検出回路１１０及び検出区間判別回路１１１は制御手段を構成している。
【００１５】
図２は、本発明の実施の形態に使用するステッピングモータ１０５の構成図で、アナログ電子時計で一般に用いられている時計用ステッピングモータの例を示している。
図２において、ステッピングモータ１０５は、ロータ収容用貫通孔２０３を有するステータ２０１、ロータ収容用貫通孔２０３に回転可能に配設されたロータ２０２、ステータ２０１と接合された磁心２０８、磁心２０８に巻回されたコイル２０９を備えている。ステッピングモータ１０５をアナログ電子時計に用いる場合には、ステータ２０１及び磁心２０８はネジ（図示せず）によって地板（図示せず）に固定され、互いに接合される。コイル２０９は、第１端子ＯＵＴ１、第２端子ＯＵＴ２を有している。
【００１６】
ロータ２０２は、２極（Ｓ極及びＮ極）に着磁されている。磁性材料によって形成されたステータ２０１の外端部には、ロータ収容用貫通孔２０３を挟んで対向する位置に複数（本実施の形態では２個）の切り欠き部（外ノッチ）２０６、２０７が設けられている。各外ノッチ２０６、２０７とロータ収容用貫通孔２０３間には可飽和部２１０、２１１が設けられている。
可飽和部２１０、２１１は、ロータ２０２の磁束によっては磁気飽和せず、コイル２０９が励磁されたときに磁気飽和して磁気抵抗が大きくなるように構成されている。ロータ収容用貫通孔２０３は、輪郭が円形の貫通孔の対向部分に複数（本実施の形態では２つ）の半月状の切り欠き部（内ノッチ）２０４、２０５を一体形成した円孔形状に構成されている。
【００１７】
切り欠き部２０４、２０５は、ロータ２０２の停止位置を決めるための位置決め部を構成している。コイル２０９が励磁されていない状態では、ロータ２０２は、図２に示すように前記位置決め部に対応する位置、換言すれば、ロータ２０２の磁極軸が、切り欠き部２０４、２０５を結ぶ線分と直交するような位置（ステータ２０１に流れる磁束の方向Ｘと角度θ０をなす位置）に安定して停止している。
いま、駆動パルス選択回路１０４から矩形波の駆動パルスをコイル２０９の端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間に供給して（例えば、第１端子ＯＵＴ１側を正極、第２端子ＯＵＴ２側を負極）、図２の矢印方向に電流ｉを流すと、ステータ２０１には破線矢印方向に磁束が発生する。これにより、可飽和部２１０、２１１が飽和して磁気抵抗が大きくなり、その後、ステータ２０１に生じた磁極とロータ２０２の磁極との相互作用によって、ロータ２０２は図２の実線矢印方向に１８０度回転し、安定的に停止する。
【００１８】
次に、駆動パルス選択回路１０４から、逆極性の矩形波の駆動パルスをコイル２０９の端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に供給して（前記駆動とは逆極性となるように、第１端子ＯＵＴ１側を負極、第２端子ＯＵＴ２側を正極）、図２の反矢印方向に電流を流すと、ステータ２０１には反破線矢印方向に磁束が発生する。これにより、可飽和部２１０、２１１が先ず飽和し、その後、ステータ２０１に生じた磁極とロータ２０２の磁極との相互作用によって、ロータ２０２は前記と同一方向に１８０度回転し、安定的に停止する。
以後、このように、コイル２０９に対して極性の異なる信号（交番信号）を供給することによって、前記動作が繰り返し行われて、ロータ２０２を１８０度ずつ矢印方向に連続的に回転させることができるように構成されている。尚、本実施の形態では、駆動パルスとして、後述するように、相互にエネルギの異なる複数の主駆動パルスＰ１０〜Ｐ１ｍ及び補正駆動パルスＰ２を用いている。
【００１９】
図３は、駆動パルス選択回路１０４及び回転検出回路１１０の詳細を示す回路図である。
図３において、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＱ３、Ｑ４及びスイッチ制御回路３０３は駆動パルス選択回路１０４の構成要素で、トランジスタＱ１及びトランジスタＱ３のソース接続点と、トランジスタＱ２及びトランジスタＱ４のソース接続点との間には、ステッピングモータ１０５のコイル２０９が接続されている。
【００２０】
一方、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＱ３〜Ｑ６、トランジスタＱ５に直列接続された検出用抵抗器３０１、トランジスタＱ６に直列接続された検出用抵抗器３０２、コンパレータ３０４及びスイッチ制御回路３０３は回転検出回路１１０の構成要素である。
各トランジスタＱ１〜Ｑ６のゲートはスイッチ制御回路３０３に接続されている。検出用抵抗器３０１とコイル２０９の接続点ＯＵＴ２、及び、検出用抵抗器３０２とコイル２０９の接続点ＯＵＴ１は、コンパレータ３０４の入力部に接続されている。また、コンパレータ３０４の入力部には、予め定めた所定の基準しきい値Ｖｃｏｍｐ（本実施の形態ではＶＳＳ）が入力される。
【００２１】
尚、トランジスタＱ３は第１スイッチ素子、トランジスタＱ１は第２スイッチ素子、トランジスタＱ４は第３スイッチ素子、トランジスタＱ２は第４スイッチ素子、トランジスタＱ５は第５スイッチ素子、トランジスタＱ６は第６スイッチ素子、検出用抵抗３０１は第１検出用素子、検出用抵抗３０２は第２検出用素子を構成している。トランジスタＱ５と検出用抵抗３０１は第１直列回路を、又、トランジスタＱ６と検出用抵抗３０２は第２直列回路を構成している。
また、トランジスタＱ１〜Ｑ４、スイッチ制御回路３０３及び制御回路１０３によって前記制御手段を構成している。トランジスタＱ３〜Ｑ６、検出用抵抗３０１、３０２、コンパレータ３０４、スイッチ制御回路３０３及び制御回路１０３によって前記回転検出手段を構成している。
【００２２】
ステッピングモータ１０５を回転駆動する回転駆動期間においてステッピングモータ１０５を回転駆動する場合には、スイッチ制御回路３０３が制御回路１０３からの回転駆動用制御パルスに応答して、トランジスタＱ２、Ｑ３を同時にオン状態とする、あるいは、トランジスタＱ１、Ｑ４を同時にオン状態とすることによってコイル２０９に対して正方向あるいは逆方向に電流を供給し、これによってモータ１０５を回転駆動する。
【００２３】
前記回転駆動期間に続く回転検出期間において、回転駆動によってステッピングモータ１０５に生じる誘起電圧である検出信号を検出する場合には、スイッチ制御回路３０３が制御回路１０３からの回転検出用制御パルスＶｉに応答して、トランジスタＱ３、Ｑ６をオンにした状態でトランジスタＱ４を所定周期でオン／オフ制御する、あるいは、トランジスタＱ４、Ｑ５をオンにした状態でトランジスタＱ３を所定周期でオン／オフ制御することにより、コンパレータ３０４で検出する。コンパレータ３０４は、モータ１０５（換言すればコイル２０９）に誘起する誘起電圧である検出信号のうち、基準しきい値Ｖｃｏｍｐを超える検出信号を検出して回転区間判別回路１１１に出力する。
前記回転駆動期間と回転の回転検出期間とを交互に繰り返しながら、モータ１０５の回転駆動制御を行う。
【００２４】
回転検出期間においてモータ１０５の誘起電圧である検出信号を検出する場合、本実施の形態では、スイッチ制御回路３０３は複数種類の周期でトランジスタＱ３、Ｑ４をオン／オフ制御するように構成し、回転検出期間内の所定期間と他の期間とでは検出周期が異なるように構成している。回転検出期間における所定期間は、モータの駆動特性や駆動する主駆動パルスのエネルギ等によって、基準しきい値を超える誘起電圧が生じると予想される期間である。このように、スイッチ制御回路３０３は、回転検出期間における所定期間は他の期間よりも短い周期で検出するようにしている。
【００２５】
図４は、回転駆動期間において主駆動パルスＰ１０によって回転駆動した後、回転検出期間Ｔにおいて誘起電圧を検出する場合のタイミング図で、同図（ａ）は本実施の形態における検出動作を示すタイミング図である。また、同図（ｂ）は従来の検出動作を示すタイミング図で、検出時の周期は一種類であり一定周期で検出動作が行われる。
本実施の形態では、回転検出期間Ｔを複数（本実施の形態では３つ）の区間Ｔ１〜Ｔ３に区分し、複数の周期でトランジスタＱ３、Ｑ４をオン／オフ制御するようにしている。即ち、スイッチ制御回路３０３は、第１区間Ｔ１及び第３区間Ｔ３では第１周期（例えば周波数換算で１ｋＨｚ）でオン／オフ制御して検出動作を行い、回転を表す検出信号が発生する可能性の高い第２区間Ｔ２では第１周期よりも短い周期（例えば周波数換算で２ｋＨｚ）でオン／オフ制御して回転検出動作を行う。
【００２６】
図４に示すように、従来のように全検出区間Ｔ１〜Ｔ３を、単一の周期で検出動作を行った場合には、検出区間Ｔ２では基準しきい値Ｖｃｏｍｐを超える検出信号は検出されない。
しかしながら、本実施の形態のように、基準しきい値Ｖｃｏｍｐを超える検出信号が発生する可能性が低い検出区間Ｔ１、Ｔ３は従来同様に長い第１周期で検出動作を行うと共に、基準しきい値Ｖｃｏｍｐを超える検出信号が発生する可能性が高い検出区間Ｔ２では第１周期よりも短い第２周期で検出動作を行うことにより、基準しきい値Ｖｃｏｍｐを超える検出信号の有無をより確実に検出することが可能になる。
【００２７】
回転検出期間Ｔ中の重要区間において検出間隔を密にすることにより、検出信号のピークをより確実に検出できるため、回転検出をより確実に行うことができ、検出抵抗を高くして誘起電圧ピーク値を高くする必要もない。
このように、全ての回転検出期間Ｔを短い周期で検出するわけではないので、ステッピングモータ１０５の振動減衰時間を長くすることなく又検出素子を大きくすることなく、検出信号のピークを捉えることが可能になり、より正確な回転検出を行うことが可能になるという効果を奏する。
【００２８】
また、回転検出をより正確に判定することが可能になるため、主駆動パルスＰ１を誤ってランクアップしたり、誤って補正駆動パルスＰ２により駆動するようなことを防止することが可能になり、省エネルギ化が可能になる等の効果をも奏する。
尚、本実施の形態では、回転検出期間Ｔの検出区間Ｔ２において短い周期で回転検出するように構成したが、モータの駆動特性や負荷等に応じて、他の検出区間Ｔ１、Ｔ３において短い周期で回転検出するように構成してもよい。
【００２９】
図５は、本実施の形態において、回転を表す検出信号がどの区間で検出されたかによって、主駆動パルスＰ１を変更したり、変更しなかったり、あるいは、補正駆動パルスＰ２によって駆動する場合の動作を示す表（判定チャート）である。
図４に示すように、制御回路１０３は、回転を表す検出信号が、第１検出区間Ｔ１では検出されず、第２検出区間Ｔ２では検出された場合には、駆動エネルギに余裕のある回転と判定して、第３検出区間Ｔ３の検出情況とは無関係に、補正駆動パルスＰ２による駆動を行うことなく、次回の回転駆動では主駆動パルスＰ１を１ランクダウンして回転駆動するように駆動パルス選択回路１０４を制御する。
【００３０】
制御回路１０３は、回転を表す検出信号が、少なくとも第１検出区間Ｔ１及び第２検出区間Ｔ２で検出された場合には、駆動エネルギに余裕のない回転と判定して、補正駆動パルスＰ２による駆動を行うことなく、次回の回転駆動では主駆動パルスＰ１を変更せずに回転駆動するように駆動パルス選択回路１０４を制御する。
制御回路１０３は、回転を表す検出信号が、第２検出区間Ｔ２では検出されず、第３検出区間Ｔ３で検出された場合には、第１検出区間Ｔ１の検出情況とは無関係に、駆動エネルギがぎりぎりの回転であり次回は回転駆動できない恐れがあると判定して、補正駆動パルスＰ２による駆動を行うことなく、次回の回転駆動では主駆動パルスＰ１を１ランクアップして回転駆動するように駆動パルス選択回路１０４を制御する。
【００３１】
また、制御回路１０３は、回転を表す検出信号が、第２検出区間Ｔ２及び第３検出区間Ｔ３で検出されない場合には、第１検出区間Ｔ１の検出情況とは無関係に、非回転と判定して、補正駆動パルスＰ２による駆動を行った後、次回の回転駆動では主駆動パルスＰ１を１ランクアップして回転駆動するように駆動パルス選択回路１０４を制御する。
【００３２】
尚、前記実施の形態では、各主駆動パルスＰ１のエネルギを変えるために、パルス幅が異なるようにしたが、パルス電圧を変える等によっても、駆動エネルギを変えることが可能である。
また、時刻針以外にも、カレンダ等を駆動するためのステッピングモータに適用可能である。
また、ステッピングモータの応用例として電子時計の例で説明したが、モータを使用する電子機器に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係るステッピングモータ制御回路は、ステッピングモータを使用する各種電子機器に適用可能である。
また、本発明に係る電子時計は、カレンダ機能付きアナログ電子腕時計、カレンダ機能付きアナログ電子置時計等の各種カレンダ機能付きアナログ電子時計をはじめ、各種のアナログ電子時計に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計に使用するステッピングモータの構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路の部分詳細回路図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路のタイミング図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路の動作を説明する判定チャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１０１・・・発振回路
１０２・・・分周回路
１０３・・・制御回路
１０４・・・駆動パルス選択回路
１０５・・・ステッピングモータ
１０６・・・アナログ表示部
１０７・・・時針
１０８・・・分針
１０９・・・秒針
１１０・・・回転検出回路
１１１・・・検出区間判別回路
２０１・・・ステータ
２０２・・・ロータ
２０３・・・ロータ収容用貫通孔
２０４、２０５・・・切り欠き部（内ノッチ）
２０６、２０７・・・切り欠き部（外ノッチ）
２０８・・・磁心
２０９・・・コイル
２１０、２１１・・・可飽和部
ＯＵＴ１・・・第１端子
ＯＵＴ２・・・第２端子
Ｑ１〜Ｑ６・・・トランジスタ
３０１、３０２・・・検出用抵抗
３０３・・・スイッチ制御回路
３０４・・・コンパレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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