(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向に２極に着磁された永久磁石と回転軸とを有する回転体と、
励磁コイル芯の両端を磁気的に結合し、
前記回転軸を中心に、相対峙して配置される第１の磁極端と第３の磁極端とを有する励磁ヨークと、
前記励磁コイル芯に導線を巻回した励磁コイルと、
検出コイル芯の両端を磁気的に結合し、前記第１と第３の磁極端とは異なる位置で、
前記回転軸を中心に、相対峙して設けられる第２の磁極端と第４の磁極端とを有する検出ヨークと、
前記検出コイル芯に導線を巻き回した検出コイルと、
前記励磁コイルと前記検出コイルにそれぞれ接続されて、
当該励磁コイルに駆動パルスを印加するとともに、
前記検出コイルにて回転体の磁極位置を検出する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記回転体が１８０度ステップ動作せずに元の位置に戻り、
前記回転体の磁極方向が同じとなる揺動動作をさせるために、
前記励磁コイルに、前記駆動パルスよりも小さい実効電力の揺動パルスを印加する揺動パルス印加手段と、
前記回転体が揺動したことを、前記検出コイルで検知する逆起パルス信号によって、
前記回転体の磁極位置を判断する回転体位置検出手段と、
前記回転体の磁極位置を検出した後に、
前記回転体を正方向または逆方向に回転させるための駆動パルスを、
前記励磁コイルに印加する駆動パルス印加手段と、を有する
ことを特徴とするステップモータ。
【請求項２】
前記回転体位置検出手段で検出する前記回転体の磁極位置は、
前記逆起パルス信号の極性によって判断する
ことを特徴とする請求項１に記載のステップモータ。
【請求項３】
前記逆起パルス信号の極性によって判断は、
連続する一方の極性の信号と、
当該一方の極性の信号の後に受ける、連続する他方の極性の信号である
ことを特徴とする請求項２に記載のステップモータ。
【請求項４】
前記駆動パルス印加手段にて、前記回転体が回転したときに、
前記励磁コイルから出力される駆動パルス信号を前記回転体位置検出手段で検出することで、正常に前記回転体が回転しているか否かを判断する
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ステップモータ。
【請求項５】
前記揺動パルスのパルス幅は、前記駆動パルスのパルス幅よりも短い時間である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のステップモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腕時計の時刻指針用針やカレンダー等を回転駆動させるためのステップモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステップモータを通常運針時よりも高速で動かす機能や、逆回転動作を行うという機能を用いる場合には、永久磁石の磁極位置を把握して、この磁極位置に応じた適切な駆動パルスを供給する必要がある。さらに、時刻合わせを行うためには正転逆転いずれの場合にも、回転体の回転ミスは無いように駆動する必要がある。
【０００３】
そのような中、駆動コイルと同軸上に巻かれた検出コイルを備え、検出コイルに発生する逆起電圧を検出して永久磁石の回転検出を行うことができるステップモータが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、この従来のステップモータの構造を説明する。図１１は、従来のステップモータの構成と制御装置を示す図面である。なお、本図においては、駆動コイル１０１と検出コイル１０７は、断面表示してある。
【０００５】
図１１に示す様に、この従来のステップモータは、駆動コイル１０１が、コイル芯１１３に巻き回されており、この駆動コイル１０１に電圧を印加することで、ロータ１０５近傍の、コイル芯１１３と磁気的に接続されているステータ１０３に磁束を発生させて、ロータ１０３を回転できるようにしている。なお、このステータ１０３内部に備えられているロータ１０５は、２極に着磁された円筒状の永久磁石によって構成されている。
【０００６】
また、このステップモータは、駆動コイル１０１と同軸上に巻かれた検出コイル１０７を備え、駆動コイル１０１と検出コイル１０７のそれぞれに接続された制御回路１５５を備えている。この制御回路１５５によって、駆動コイル１０１に駆動パルスを与えてロータ１０５を回転駆動させ、このときのロータ１０５の位置および回転方向を、検出コイル１０７によって検出できるようになっている。
【０００７】
さらに、ステータ１０３には磁気飽和部１０９ａ、１０９ｂが設けられている。これら磁気飽和部１０９ａ、１０９ｂによって、駆動コイル１０１で発生した磁力によって、異なった磁極がロータ１０５周辺のそれぞれの極に発生させることができる。
【０００８】
また、ロータ１０５の回転方向を規定するために、ステータ１０３の内側の適当な位置に内ノッチ１１１が設けられており、コギングトルクを発生させてロータ１０５が適当な位置に停止することができる様になっている。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−９８０６１号公報（第２−４頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、この特許文献１に記載の、検出コイル１０７が駆動コイル１０１と同軸上に巻かれたステップモータでは、ロータ１０５の磁極が磁気飽和部１０９ａ、１０９ｂと略一致して静的安定状態をとることができるような内ノッチ１１１の配置を持つステータ１０３の場合は、ロータ１０５の回転方向が正回転の場合と逆回転の場合において、検出コイル１０７には同じ逆起電圧波形が生じてしまい、ロータ１０５の正確な磁極位置を
判断することができない。
【００１１】
この正回転と逆回転のロータ１０５の挙動およびコイル芯を通過する磁束量波形について図１２、図１３を用いて説明する。図１２（ａ）〜（ｃ）に、ロータ１０５を逆回転（反時計方向回転）させた場合の回転挙動を示し、そのときにコイル芯を通過する磁束量波形を図１２（ｄ）に示す。また、図１３（ａ）〜（ｃ）に、ロータ１０５を正回転（時計方向回転）させた場合の回転挙動を示し、そのときにコイル芯を通過する磁束量波形を図１３（ｄ）に示す。
【００１２】
まず、ロータ１０５が逆回転したときの挙動について説明する。図１２（ａ）は、ロータ１０５のＮ極が磁気飽和部１０９ａ方向を向いている状態Ａにおいて、ヨーク右側の磁極がＮ極となるように、ここでは図示しない駆動コイル１０１を励磁した場合であり、ロータ１０５のＮ極と、ステータ１０３のＮ極とが反発するため、ロータ１０５は矢印で示す逆回転（反時計方向に回転）する力を受ける。
【００１３】
ロータ１０５が略９０度回転し、ロータ１０５のＮ極は、図１２（ｂ）に示すステータ１０３左側方向を経由する状態Ｂを取った後、図１２（ｃ）に示す磁気飽和部１０９ｂ方向の位置まで回転した状態Ｃとなり、１ステップ１８０度の回転を完了する。
【００１４】
このときの磁束量変化を図１２（ｄ）で示すと、図１２（ａ）の時間ｔ０における状態Ａでは、Ｎ極から出る磁束量はロータ穴周りを通り、永久磁石のＳ極に流れ込むため、コイル芯１１３を通過する磁束量は、ほぼ０となる。
【００１５】
また、図１２（ｂ）の時間ｔ２を少し過ぎたところの状態Ｂにおいては、ロータ１０５のＮ極が左方向を向いているため、Ｎ極から出る磁束は、磁気抵抗の高い磁気飽和部１０９ａ、１０９ｂを通過する量は少なく、コイル芯１１３を通過して、ロータ１０５のＳ極に流れ込む量が増加する。このとき、コイル芯１１３を通過する磁束量をφとする。
【００１６】
そして、図１２（ｃ）の時間ｔ５における状態Ｃにおいては、ロータのＮ極が磁気飽和部１０９ｂ方向を向いているため、ロータのＮ極から出た磁束はロータ穴周辺を通り、Ｓ極に流れ込むため、コイル芯１１３を通過する磁束は、再びほぼ０となる。
【００１７】
このように、ロータ１０５のＮ極が磁気飽和部１０９ａ方向を向いて静止安定している状態で、ステータ１０３の右側磁極がＮ極になるよう駆動コイル１０１に駆動パルスが与えられたとき、コイル芯１１３を通過する磁束量変化は、図１２（ｄ）に示す波形となり、磁束量は、時間ｔ０からｔ５の間で０→φ→０と変化する。
【００１８】
次に、図１３を用いて、ロータ１０５が正回転（時計方向回転）する場合の回転挙動について説明する。図１３（ａ）の状態Ａは、ロータ１０５のＮ極が磁気飽和部１０９ｂ方向を向いている場合において、ステータ１０３右側の磁極がＮ極となるように、ここでは図示しない駆動コイル１０１を励磁した場合であり、このときロータ１０５のＮ極とステータ１０３のＮ極が反発するため、ロータ１０５は、矢印で示す正回転（時計方向に回転）する力を受ける。
【００１９】
そして、ロータ１０５は、図１３（ｂ）の状態Ｂを経由して図１３（ｃ）の状態Ｃまで回転し、１ステップ１８０度の回転を行うことができる。
【００２０】
このときの磁束量変化を図１３（ｄ）で示すと、図１３（ａ）の時間ｔ０における状態Ａでは、Ｎ極から出る磁束量は、ロータ穴周りを通り永久磁石のＳ極に流れ込むため、コイル芯１１３を通過する磁束量は、ほぼ０となる。
【００２１】
また、図１３（ｂ）の時間ｔ２を少し過ぎたところの状態Ｂでは、コイル芯１１３を通過する磁束量がφとなり、図１３（ｃ）の時間ｔ５における状態Ｃでは、コイル芯１１３を通過する磁束が再びほぼ０となる。
【００２２】
そして、ロータ１０５のＮ極が磁気飽和部１０９ｂ方向を向いていて、ステータ１０３の右側磁極がＮ極になるよう駆動コイル１０１に駆動パルスが与えられたとき、コイル芯１１３を通過する磁束量変化は、図１３（ｄ）に示す波形となり、時間ｔ０からｔ５の間で磁束量は０→φ→０となる。
【００２３】
つまり、駆動パルス印加前のロータ１０５の磁極位置が異なり、そのことにより永久磁石の回転方向が異なるにもかかわらず、図１２（ｄ）と図１３（ｄ）の磁束変化を比べると、磁束量波形は０→φ→０と変化して同じとなっていることが判る。この様に、従来のステップモータにおいては、検出コイル１０７により検出される磁束量変化によって、常にロータ１０５の磁極位置の判断をすることはできなかった。
【００２４】
そこで本発明の目的は上記課題を解決し、正転、逆転が可能なステップモータにおいて、永久磁石の磁極方向を把握することができ、かつ永久磁石の磁極方向に応じて、適切な駆動パルスを出力することができ、ミスステップの無い、信頼性の高い正転逆転駆動を達成することができるステップモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、上記目的を達成するために、基本的には下記に記載されたような構成を採用するものである。
【００２６】
本発明のステップモータは、径方向に２極に着磁された永久磁石と回転軸とを有する回転体と、励磁コイル芯の両端を磁気的に結合し、回転軸を中心に、相対峙して配置される第１の磁極端と第３の磁極端とを有する励磁ヨークと、励磁コイル芯に導線を巻回した励磁コイルと、検出コイル芯の両端を磁気的に結合し、第１と第３の磁極端とは異なる位置で、回転軸を中心に、相対峙して設けられる第２の磁極端と第４の磁極端とを有する検出ヨークと、検出コイル芯に導線を巻き回した検出コイルと、励磁コイルと検出コイルにそれぞれ接続されて、励磁コイルに駆動パルスを印加するとともに、検出コイルにて回転体の磁極位置を検出する制御装置とを備える。
【００２７】
そして、この制御装置は、永久磁石を揺動させるために、励磁コイルに揺動パルスを印加する揺動パルス印加手段と、永久磁石が揺動したことを、検出コイルで検知する逆起パルス信号によって、回転体の磁極位置を判断する回転体位置検出手段と、回転体の磁極位置を検出した後に、回転体を正回転方向または逆回転方向に回転させるための駆動パルスを、励磁コイルに印加する駆動パルス印加手段と、を有することを特徴とする。
【００２８】
また、上記回転体位置検出手段で検出する回転体の磁極位置は、逆起パルス信号の極性によって判断することができる。
【００２９】
また、この逆起パルス信号を、連続する一方の極性の信号と、当該一方の極性の信号の後に受ける、連続する他方の極性の信号とするのが好ましい。
【００３０】
また、本発明のステップモータは、上記駆動パルス印加手段にて、回転体が回転したときに、励磁コイルから出力される駆動パルス信号を回転体位置検出手段で検出することで、正常に回転体が回転しているか否かを判断することもできる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明のステップモータにおける制御装置は、揺動パルス印加手段と、回転位置検出手段と、駆動パルス印加手段を有しているため、回転体を一定角度揺動させることができる揺動パルスを出力することができる。ここで用いる揺動パルスは、駆動パルスよりも実効電力が少なくてすみ、この揺動パルスによる回転体の一定角度揺動は短い時間であるから、早いタイミングにおいて、検出コイルを貫く永久磁石の磁束変化を検出コイルで検出することができる。これによって、回転体の磁極位置を常に正確に把握することが可能となり、回転体の磁極位置を把握した後、駆動コイルに駆動パルスを印加して、低消費電力で回転体を回転駆動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
[第１の実施形態]
（本発明のステップモータの構成の説明：図１−図２）
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施例１におけるステップモータの構造を示す分解斜視図である。また、図２は、本発明の実施例１におけるステップモータの回転体孔部分拡大図である。以下、図１と図２に基づいて具体的な実施形態について説明する。
【００３３】
本発明のステップモータは、径方向に２極に着磁された永久磁石５７と、図中点線で示している回転軸２５とからなる回転体１とを有し、この回転体１は、回転体孔７に回転自在に挿入されている。
【００３４】
また、このステップモータは、励磁コイル芯５の両端を磁気的に結合し、回転軸２５を中心に、磁極端から回転軸２５までの距離ｒ１を持って、相対峙して配置される第１の磁極端９と、第３の磁極端１３とを有する励磁ヨーク１７と、励磁コイル芯５に導線を巻き回した励磁コイル３とを有する。なお、この励磁ヨーク１７の両端と励磁コイル芯５の両端とは、磁気的に結合されている。
【００３５】
また、第１と第３の磁極端９、１３とは異なる位置で、回転軸２５を中心に、磁極端から回転軸２５までの距離ｒ２を持って、相対峙して設けられる第２の磁極端１１と第４の磁極端１５とを有する検出ヨーク２７と、検出コイル芯２１に導線を巻き回した検出コイル１９とを備えている。そして、検出ヨーク２７の両端と、検出コイル芯２１の両端とは、磁気的に結合されている。
【００３６】
また、励磁コイル３の両端と、検出コイル１９の両端は、それぞれ制御装置５５に接続されており、この制御装置５５によって、回転体１を回転駆動するための駆動パルス、および回転体１を揺動させるための揺動パルスを励磁コイル３に供給し、永久磁石５７の回転挙動を、検出コイル１９で検出する。この制御装置５５の構成および機能については、後述する。
【００３７】
ここで、本実施形態においては、第１と第３の磁極端９、１３間の距離ｒ１よりも第２、第４の磁極端１１、１５間の距離ｒ２の方が短くなるよう設定されている。そして、回転体１のＮ極が第１の磁極端９方向を向いている状態においては、回転体１のＮ極から出た磁束は第１の磁極端９に流れ込み、励磁コイル芯５、第３の磁極端１３、回転体１のＳ極に戻る様に流れて磁気回路を構成する。このときの磁気回路を第１の磁気回路とする。
【００３８】
回転体１のＮ極が第２の磁極端１１方向を向いているときは、回転体１のＮ極から出た磁束が第２の磁極端１１に流れ込み、検出コイル芯２１、第４の磁極端１５、回転体１のＳ極に戻るように流れて磁気回路を構成する。このときの磁気回路を第２の磁気回路とする。
【００３９】
そして、距離ｒ１と距離ｒ２は、ｒ１＞ｒ２の関係があるため、第１の磁気回路の磁気抵抗は、第２の磁気回路の磁気抵抗よりも大きくなる。回転体１は、無励磁状態において磁気抵抗の小さい状態で安定するため、回転体１のＮ極が第２の磁極端１１の方向を向き、Ｓ極が第４の磁極端１５の方向を向いた状態、またはＮ極が第４の磁極端１５方向を向き、Ｓ極が第２の磁極端１１方向を向いた状態において安定状態をとり、このときの磁極の方向を静的安定方向４７という。
【００４０】
いずれの場合においても、制御装置５５から供給される、励磁コイル３に印加する駆動パルスによって、この第１、第３の磁極端９、１３がＮ、Ｓに励磁され、１ステップ１８０度回転動作が可能となる回転トルクを生じさせ、通常の１相ステップモータと同様、低消費電力での回転駆動が可能となる。
【００４１】
また、制御装置５５から供給される励磁コイル３に電圧を印加して磁束を発生させ、第１の磁極端９をＮ極、第３の磁極端１３をＳ極としたときは、第１の磁極端９と第３の磁極端１３の方向に回転体１のＳ極、Ｎ極が向いた状態において安定状態をとるような電磁力を得る。このときの磁極方向を電磁的安定方向４９という。
【００４２】
本実施形態のステップモータは、静的安定方向４７に対して電磁的安定方向４９が略９０度傾く様に、第１〜第４の磁極端９、１１、１３、１５が配設されており、電磁的安定方向４９である第１の磁極端９方向を０度位置、第３の磁極端１３方向を１８０度位置として、静的安定方向である第２の磁極端１１方向を９０度位置、第４の磁極端１５方向を２７０度位置としている。
【００４３】
なお、この励磁ヨーク１７、励磁コイル芯５、検出ヨーク２７、検出コイル芯２１には、磁気を通しやすい軟質磁性材料であるパーマロイ等が用いられる。また、隣り合う磁極端の間には、高磁気抵抗部分２３が設けられており、高磁気抵抗部分２３は、図に示した空隙だけでなく、ＳＵＳ３０１やＳＵＳ３０４等の非磁性部材による接合によって構成することや、軟磁性材料の断面積を狭くすることで磁気抵抗を高くする構成も可能である。
【００４４】
（制御装置の構成の説明：図３−図４）
次に、本発明のステップモータにおける制御装置５５の具体的な構成について説明する。図３は、この制御装置５５の構成例を示すブロック図である。
【００４５】
図３に示す制御装置５５は、基準発振源の基準信号７１を生成する水晶振動子２９と、この基準信号７１を受けて、パルス幅やパルス間隔の異なるパルス信号７３を発生するパルス合成回路３１と、パルス合成回路３１から出力されたパルス信号７３に基づき、駆動制御信号７５およびロータ磁極位置確認信号７７と、ロータ位置検出をするための検出制御信号８７を生成する駆動制御回路３３と、を備えている。この駆動制御回路３３は、マイクロコンピュータ等によって構成されている。
【００４６】
また、ロータ駆動回路３５は、駆動パルス印加手段６７と揺動パルス印加手段６９とを備え、駆動制御回路３３から駆動制御信号７５を受け、この駆動パルス印加手段６７によって、永久磁石５７を回転駆動させるための駆動パルス６１を励磁コイル３に供給する。また、駆動制御回路３３からロータ磁極位置確認信号７７を受けて、揺動パルス印加手段６７によって揺動パルス６３を生成して、励磁コイル３に供給する。
【００４７】
また、ロータ位置検出回路３７は、回転体位置検出手段３９を備え、駆動制御回路３３から検出制御信号８７を受けて、この回転位置検出手段３９によって、逆起検出パルス８９ｂを検出コイル１９に与え、検出コイル１９から逆起パルス信号６５を受けて、ロータ
位置信号８５を駆動制御回路３３に戻す。
【００４８】
ここで、ロータ駆動回路３５とロータ位置検出回路３７について詳細説明する。図４（ａ）は、制御装置５５に含まれるロータ駆動回路３５の構成を示す図面であり、図４（ｂ）は、制御装置５５に含まれるロータ位置検出回路３７の構成を示す図である。
【００４９】
制御装置５５に含まれるロータ駆動回路３５は、直列に接続されたｎチャンネルＭＯＳ４３ａとｐチャンネルＭＯＳ４１ａ、およびｎチャンネルＭＯＳ４３ｂとｐチャンネルＭＯＳ４１ｂと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ｎチャンネルＭＯＳ４３ａの駆動制御信号Ｐｎ１、ｐチャンネルＭＯＳ４１ａの駆動制御信号Ｐｐ１、ｎチャンネルＭＯＳ４３ｂの駆動制御信号Ｐｎ２、ｐチャンネルＭＯＳ４１ｂの駆動制御信号Ｐｐ２を制御することによって、電源からステップモータの励磁コイル３に供給される駆動パルス６１を制御し、励磁コイル３に流す電流の方向を変えることができる様になっている。
【００５０】
また、ロータ位置検出回路３７に接続された検出コイル１９の両端は、ｐチャンネルＭＯＳ４５ａとｐチャンネルＭＯＳ４５ｂとが並列に接続されている。このロータ位置検出回路３７を構成するｐチャンネルＭＯＳ４５ａは、駆動制御信号Ｐｔ１によって制御され、ｐチャンネルＭＯＳ４５ｂは、駆動制御信号Ｐｔ２によって制御され、検出コイル１９を短絡させて逆起電圧を検出することができる様になっている。なお、この検出コイル１９は、検出コイル１９の両端を開放して逆起電力を検出しない状態にもできるようになっている。
【００５１】
（制御装置の動作の説明：図３、図５−図６）
次に、制御装置５５によって永久磁石５７の磁極位置を確認する手順について詳細に説明する。図５は、この永久磁石５７の磁極位置を確認する手順のフローを示す図面である。また、図６（ａ）は、揺動パルスと駆動パルスとの関係を示す図面であり、横軸に時間を縦軸には電圧値を示した。また、図６（ｂ）は、揺動動作時の回転体移動を説明するための図面であり、角度０度位置は永久磁石５７のＮ極が第１の磁極端９方向を向いている状態で、９０度位置は永久磁石５７のＮ極が第２の磁極端１１方向を、１８０度位置は永久磁石５７のＮ極が第３の磁極端１３方向を、そして２７０度位置は永久磁石５７のＮ極が第４の磁極端１５方向を向いている状態を示している。
【００５２】
まず、図５に示す揺動パルス印加工程ＳＴ１によって、図３に示した様に、駆動制御回路３３からロータ駆動回路３５にロータ磁極位置確認信号７７を受けて、揺動パルス印加手段６９で揺動パルス６３が励磁コイル３に供給される。このとき図６（ａ）の期間Ｓ１において、励磁コイル３に供給される揺動パルス６３は、電圧Ｖ１で時刻ｔ０からｔ１のパルス幅を持つ矩形波となる。そして、この揺動パルス印加手段６９で生成される揺動パルス６３によって励磁コイル３が励磁されると、回転体１は揺動動作を行う。
【００５３】
ここで、時刻ｔ０においては、永久磁石５７のＮ極が第２の磁極端１１方向を向いて静止安定状態をとっている。そして、図３に示した様に、駆動制御回路３３のロータ駆動回路３５にロータ磁極位置確認信号７７が出力されると、ロータ駆動回路３５の揺動パルス印加手段６９から揺動パルス６３が励磁コイル３に出力され、第１の磁極端９がＮ極、第３の磁極端１３がＳ極に励磁される。これにより、吸引反発力による回転トルクが生じ、永久磁石５７のＮ極が第２の磁極端１１から第３の磁極端１３方向に向くよう回転体１が動き出す。
【００５４】
なお、図６（ａ）に示すように、揺動パルス６３は駆動パルス６１と比較して電圧値は同等であるが、駆動パルス６１のパルス幅Ｓ３よりも揺動パルス６３のパルス幅Ｓ１は短
い時間であるため、駆動パルス６１よりも揺動パルス６３は小さい実効電力となる。そのため、回転体１の磁極位置検出を低消費電力でできると共に、短時間で回転体１の磁極位置を把握することができる。
【００５５】
次に、図５に示すロータ位置検出工程ＳＴ２にて、図３に示した様に、励磁コイル３にこの揺動パルス６３が供給されると、永久磁石５７を含む回転体１の挙動を示す逆起パルス信号６５を、検出コイル１９からロータ位置検出回路３７で受け、このロータ位置検出回路３７にて回転体１の位置を特定する。このとき図６（ａ）の期間Ｓ１の時刻ｔ１において、揺動パルス６３の出力が終わった後も、回転体１は第３の磁極端１３方向に回転を続け、時刻ｔ２で角度θ１となる位置まで移動する。
【００５６】
ここで、時刻ｔ２における角度θ１は、ステップ動作に必要な移動角度より小さい値となることから、揺動パルス６３の出力が停止した後の時刻ｔ３〜ｔ５の間に、保持トルクの影響によって、回転体１は逆回転して元の位置（第１の磁極端９の位置）に戻る。このとき、揺動パルス６３によって回転体１は１８０度ステップ動作をすることはない。そのため、揺動パルス６３の出力前後において、回転体１の磁極方向が同じとなる。
【００５７】
次に、図５に示すロータ位置検出工程ＳＴ２にて、回転体１の磁極位置が特定されたら、駆動パルス印加工程ＳＴ３で、その磁極位置に応じた駆動パルス６３を、励磁コイル３に供給する。このとき図６（ａ）の期間Ｓ３において、ロータの磁極位置が判断された後に、励磁コイルに適切な駆動パルス６１を印加する。
【００５８】
この駆動パルス印加工程ＳＴ３においては、駆動制御回路３３は駆動制御信号７５をロータ駆動回路３５に向けて出力し、ロータ駆動回路３５は、この駆動制御信号７５を受けることによって、駆動パルス印加手段６７によって、励磁コイル３に駆動パルス６１が出力される。
【００５９】
このときの駆動パルス６１は、図６（ａ）に示すように、途中で出力部分の無い櫛歯状のパルスであるチョッパーパルスで構成されているが、駆動パルス６１は、先に示したように、揺動パルス６３よりも大きな実効電力であるため、駆動パルス６１によって、回転体１は１８０度ステップ動作を行うことができる。
【００６０】
ここで、回転体１が回転駆動することにより発生する、駆動パルス信号を検出する駆動パルス信号検出工程ＳＴ４について図３に基き説明する。
ロータ位置検出工程ＳＴ２によって、永久磁石５７の磁極位置が確認できた後、永久磁石５７の磁極位置に応じて生成された、駆動パルス印加手段６７からの駆動パルス６１により励磁コイル３が励磁されると、回転体１は回転トルクを受けて回転動作を行い、検出コイル１９には、回転体１の磁束変化により誘起される電圧が生じる。
【００６１】
このとき検出コイル１９には、駆動制御回路３３からロータ位置検出回路３７に検出制御信号８７が出力され、ロータ位置検出回路３７は、この信号を受けて検出コイル１９に対して逆起検出パルス８９ｂを出力する。
【００６２】
そして、検出コイル１９に誘起される逆起電圧を逆起検出パルス８９ｂで検出し、所望の逆起電圧が検出されたときに、逆起パルス信号６５をロータ位置検出回路３７の回転体位置検出手段３９に出力する。
【００６３】
ここでロータ位置検出回路３７は、回転したという判断をした後に、ロータ位置信号８５を駆動制御回路３３に出力し、駆動制御回路３３は駆動制御信号７５をロータ駆動回路３５に出力する。この駆動制御信号７５を受けて、ロータ駆動回路３５の駆動パルス印加
手段６７によって、励磁コイル３に駆動パルス６１を出力する回転動作を連続して行うことで、回転体１の磁極位置確認が終了する。
【００６４】
（制御装置で、回転体の正逆回転が正確に検知できる理由：図３、図７−図８）
ここで、現在のロータ磁極位置を検出するための工程である、前述したロータ位置検出工程ＳＴ２において、正確に回転体１の磁極位置を検出できる理由について図７を用いて改めて説明する。図７は、ロータ位置検出工程ＳＴ２において、検出コイル１９を通過する磁束量波形と、このとき誘起される逆起電圧波形、および検出パルスを示す図であって、回転体１を逆回転（反時計方向回転）したときのデータを示している。なお、本図に示す回転体１の動作は、従来の構成における図１２に相当する動作となっている。
【００６５】
ロータ位置検出工程ＳＴ２においては、励磁コイル３に対しては何もパルスが供給されていないが、回転体１は、揺動パルスによる揺動動作が継続しており、検出コイル１９を貫く永久磁石５７の磁束量が変化することによって、逆起電圧が検出コイル１９に誘起される。なお、このときの検出磁束量の符号は、第４の磁極端１５から磁束が入り、第２の磁極端１１から出る方向に、検出コイル芯２１を通過したときを正の磁束量とし、第２の磁極端１１から磁束が入り、第４の磁極端１５から出る方向に検出コイル芯２１を通過したときを負の磁束量としている。
【００６６】
図７（ａ）に示すように、時刻ｔ０において、永久磁石５７のＮ極が第２の磁極端１１方向を向いている状態とすると、永久磁石５７のＮ極から出た磁束は、第２の磁極端１１に入り、検出コイル芯２１を通過し、第４の磁極端１５から出る方向に流れるため、検出磁束量の符号は負となる。この時刻ｔ０における磁束量を−２φとする。
【００６７】
そして、揺動パルス印加手段６９で生成された揺動パルス６３による回転トルクによって、永久磁石５７のＮ極は、第２の磁極端１１方向から第３の磁極端１３方向に角度θ１移動し、時刻ｔ２における磁束は、検出コイル芯２１を通過する磁束が減少し、励磁コイル芯５を通過する磁束が増えることから、検出コイル芯２１を通過する磁束量は−φとなる。
【００６８】
また、回転体１は、時刻ｔ３からｔ５にかけて第２の磁極端１１方向に戻る回転トルクを得て、第２の磁極端１１位置で停止するので、検出コイル芯２１を通過する磁束量は−２φとなる。従って、磁束量変化は図７（ａ）で示すように、時刻ｔ０では−２φ、時刻ｔ２では−φ、時刻ｔ５では−２φとなるように変化する。
【００６９】
次に、この磁束量変化から得られる逆起電圧波形について図７（ｂ）で説明する。時刻ｔ０においては磁束量が−２φであるが、時間変化が無いため逆起電圧は０ｖである。そして時刻ｔ０からｔ２の間で逆起電圧は、＋側に凸となる変化をする。時刻ｔ２では磁束波形の傾きが０になるため、再び０ｖ、そして、時刻ｔ２からｔ５にかけて磁束量は右下がりの変化をするため、時刻ｔ３を過ぎたところでピークとなる凹の変化をし、時刻ｔ５付近では再度０ｖとなる。
【００７０】
そして、検出コイル１９には回転体１の磁束変化により誘起される逆起電圧波形が生じると共に、逆起電圧波形の極性を判断するために駆動制御回路３３からの検出制御信号８７がロータ位置検出回路３７に出力される。そして、ロータ位置検出回路３７の回転体位置検出手段３９は、検出制御信号８７を受けて、検出コイル１９に対して逆起検出パルス８９ｂを出力する。このとき逆起検出パルス８９ｂは、図７（ｃ）で示すように、＋側検出用パルスと−側検出用パルスが交互に出力される。
【００７１】
そして、逆起検出パルス８９ｂの極性と、逆起電圧の極性が一致した場合に、逆起パル
ス信号６５が出力され、この信号をロータ位置検出回路３７が検出することで、逆起電圧の極性を判断することができる。図７（ｃ）においては、時刻ｔ０からｔ２の間において逆起検出パルス８９ｂの＋側極性と、逆起電圧の＋側極性が一致したことで＋側に、逆起パルス信号６５が出力されていることを示している。
【００７２】
そして、一定個数の逆起パルス信号６５がロータ位置検出回路３７で検出されたら、逆起検出パルス８９ｂの出力を止めるように、駆動制御回路３３を制御する。
【００７３】
そして、駆動制御回路３３から、ロータ磁極位置確認信号７７がロータ駆動回路３５に出力された後に、揺動パルス印加手段６９により、揺動パルス６３が励磁コイル３に出力される場合は、揺動パルス６３が＋側の極性のパルスを出力すると決めておく。
【００７４】
これにより、揺動パルス６３の極性と、ロータ位置検出回路３７で検出された逆起パルス信号６５の極性がともに＋側である場合に、永久磁石５７のＮ極は、現在第２の磁極端１１方向を向いていると判断することができる。
【００７５】
次に、時刻ｔ０において、永久磁石５７のＮ極が第４の磁極端１５方向を向いている状態において、回転体１の磁極位置を検出する工程に関し、図８を用いて説明する。図８（ａ）は磁束量変化図であって、回転体１が正回転（時計方向回転）したときのデータを示している。なお、本図に示す回転体１の動作は、従来の構成における図１３に相当する動作となっている。また、永久磁石５７のＮ極から出た磁束は、第４の磁極端１５に入り、検出コイル芯２１を通過し、第２の磁極端１１から出る方向に流れるため、検出磁束量の符号は正となる。この時刻ｔ０における磁束量を２φとする。
【００７６】
時刻ｔ０において、揺動パルス６３による回転トルクによって、永久磁石５７のＮ極は、第４の磁極端１５方向から第３の磁極端１３方向に移動し、時刻ｔ２で移動角度θ１をとる。このとき磁束は、第３の磁極端１３から励磁コイル芯５を通り、第１の磁極端９に流れる磁束が生じることから、検出コイル芯２１を通過する磁束量はφとなる。
【００７７】
また、回転体１は時刻ｔ３からｔ５にかけて、第４の磁極端１５方向に戻る回転トルクを得て第４の磁極端１５位置で停止するので、時刻ｔ５における検出コイル芯２１を通過する磁束量は２φとなる。従って、磁束量変化は図８（ａ）で示すように、時刻ｔ０では２φ、時刻ｔ２ではφ、時刻ｔ５では２φとなるように変化する。
【００７８】
つまり、本発明の形態によれば、励磁ヨーク１７における第１と第３の磁極端９、１３に対し異なる位置であって、回転軸を中心に相対峙して第２の磁極端１１と第４の磁極端１５とを有する検出ヨーク２７を備えた構成としているので、図７（ａ）に示したプロファイルと、図８（ａ）に示したプロファイルを異なるものとして検知することができる。
【００７９】
ここで、この磁束量変化から得られる逆起電圧波形について図８（ｂ）で説明する。時刻ｔ０において磁束量は２φであるが、このときは静止安定状態のため、逆起電圧は０ｖである。そして時刻ｔ０からｔ２の間で、逆起電圧は−側に凸となる変化をする。時刻ｔ２で磁束波形の傾きが０になるため再び０ｖ、そして、時刻ｔ２からｔ５にかけて磁束量は右上がりの変化をするため、時刻ｔ３を過ぎたところをピークとして持つ＋側に凸の変化をし、時刻ｔ５付近では０ｖとなる。
【００８０】
そして、検出コイル１９には、回転体１の磁束変化により誘起される逆起電圧波形が生じると共に、逆起電圧波形の極性を判断するために駆動制御回路３３からの検出制御信号８７が、ロータ位置検出回路３７に出力される。そして、ロータ位置検出回路３７の回転体位置検出手段３９は、検出制御信号８７を受けて、検出コイル１９に対して逆起検出パ
ルス８９ｂを出力する。このとき逆起検出パルス８９ｂは、図８（ｃ）で示すように、＋側検出用パルスと−側検出用パルスとが、交互に出力された信号となる。
【００８１】
そして、逆起検出パルス８９ｂの極性と、逆起電圧の極性とが一致すると、逆起パルス信号６５が出力され、この信号をロータ位置検出回路３７が検出することで、逆起電圧の極性を判断することができる。図８（ｃ）においては、時刻ｔ０からｔ２の間において、逆起検出パルス８９ｂの−側極性と、逆起電圧の−側極性が一致したことで、−側逆起パルス信号６５が出力された状態を示している。
【００８２】
そして、一定個数の逆起パルス信号６５が、ロータ位置検出回路３７で検出されたら、逆起検出パルス８９ｂの出力を止めるように、駆動制御回路３３を制御する。
【００８３】
そして、駆動制御回路３３から、ロータ磁極位置確認信号７７がロータ駆動回路３５に出力された後に、ロータ駆動回路３５の揺動パルス印加手段６９により、揺動パルス６３が励磁コイル３に出力される場合は、揺動パルス６３は、＋側の極性のパルスを出力することと決めておく。
【００８４】
これにより、揺動パルス６３の極性が＋側であるが、ロータ位置検出回路３７で検出された逆起パルス信号６５の極性が−側である場合は、永久磁石５７のＮ極は、第４の磁極端方向を向いていると判断することができる。
【００８５】
この様に、本発明に係る制御装置５５の構成とすれば、従来の構成では正逆回転の挙動を検知できなかった、回転体１における永久磁石５７の回転動作（図１２、図１３の挙動）を、正確に検知することができる。
【００８６】
なお、回転体１が非回転のときは、検出コイル１９に誘起される電圧が生じないため、逆起検出パルス８９による逆起検出ができず、そのため逆起パルス信号６５の出力もないため、ロータ位置検出回路３７の回転体位置検出手段３９においては、ロータ位置信号８５が駆動制御回路３３に出力されることはない。
【００８７】
そこで、駆動制御回路３３は、所定の時間経っても、ロータ位置信号８５を検出しない場合には、回転体１が非回転であると判断し、ロータ駆動回路３５の駆動パルス印加手段６７に対して、駆動パルス６１よりも実効電力の大きな補償パルスを出力するための駆動制御信号７５を出力する機能をさらに備える形態としても良い。
【００８８】
このときには、回転体位置検出手段３９で検出する回転体１の磁極位置は、揺動パルス６３の極性と、検出コイル１９に生じる逆起パルス信号８９ｂの極性によって判断することができるため、励磁コイル３に揺動パルス６３を出力しているときであっても、磁極位置を速いタイミングで判断することができる。そして、この回転体１の磁極位置を判断した後に、逆起検出パルス８９ｂの出力を停止すれば、より低消費電力な回転体１の駆動とすることができる。
【００８９】
[第２の実施形態]
次に、図３および図５で示したロータ位置検出工程ＳＴ２において、回転体１の磁極位置の判断に用いる逆起パルス信号６５が、一方の極性のみでなく、一方と他方の極性の両方の信号を用いた実施形態について説明する。なお、本実施形態における制御装置の構成は、第１の実施形態に示した構成と同じである。第１の実施形態と本実施形態との相違点は、逆起パルス信号の極性のみであって他の形態は同じである。したがって、ここでは両実施形態の相違点について説明し、共通する部材および作用につての説明は省略する。
【００９０】
図９は、本実施形態における逆起電圧波形と逆起パルス信号とを示す図である。まず、回転体１の回転に伴うこの磁束量変化から得られる逆起電圧波形について図９（ａ）で説明する。
【００９１】
図７（ａ）に示したと同様に、検出コイル芯２１を通過する磁束量の変化が、時刻ｔ０では−２φ、時刻ｔ２では−φ、時刻ｔ５では−２φとなるように変化すると、時刻ｔ０における磁束量は−２φであるが、図９（ａ）に示すように、静止安定状態のため逆起電圧は０ｖである。そして時刻ｔ０からｔ２の間で磁束変化量が最大となり、逆起電圧は＋側に凸の変化をする。時刻ｔ２で磁束波形の傾きが０になるため再び０ｖ、そして、時刻ｔ２からｔ５にかけて磁束量は右下がりの変化をするため時刻ｔ３を過ぎたところでピークを持つ凹の変化をし、時刻ｔ５付近では０ｖとなる。
【００９２】
このとき検出コイル１９には、回転体１の磁束変化により誘起される逆起電圧波形が生じると共に、逆起電圧波形の極性を判断するために、駆動制御回路３３からの検出制御信号８７が、ロータ位置検出回路３７に出力されることで、回転体位置検出手段３９は検出制御信号８７を受けて、検出コイル１９に対して逆起検出パルス８９ｂを出力する。このときの逆起検出パルス８９ｂは、図９（ｂ）で示すように＋側検出用パルスと、−側検出用パルスが交互に出力される。
【００９３】
そして、逆起検出パルス８９ｂの極性と逆起電圧の極性とが一致すると、逆起パルス信号６５が出力され、この信号をロータ位置検出回路３７が検出することで、逆起電圧の極性を判断することができる。そして、図９（ｂ）において、逆起検出パルス８９ｂの＋側極性と、逆起電圧の＋側極性が一致したことで、実施例１と同様に、逆起パルス信号６５ａが出力される。
【００９４】
また、＋側において一定個数の逆起パルス信号６５ａがロータ位置検出回路３７で検出されたら、＋側の逆起検出パルス８９ｂの出力を止め、−側の逆起検出パルス８９ｂのみ出力するように、駆動制御回路３３を制御する。
【００９５】
そして、時刻ｔ２からｔ５間の逆起電圧が負であるため、−側の逆起検出パルス８９ｂの極性が一致し、逆起パルス信号６５ｂが検出される。
【００９６】
この様に、揺動パルス６３の極性が＋側で逆起パルス信号６５ａの極性が＋側であり、逆起パルス信号６５ｂの極性が−側であることから、永久磁石５７のＮ極が第２の磁極端１１方向を向いているという判断をより信頼性高く正確に行うことができ、回転体１の磁極位置を判断した後の高速回転、あるいは正逆回転においては、適切な駆動パルス６１を出力することができ、運針ミスのない信頼性の高い駆動を達成することができる。
【００９７】
なお、ここでの逆起パルス信号８９ｂは、連続する一方の極性の信号と、一方の極性の信号の後に受ける、連続する他方の極性の信号であるため、回転体１の揺動を確実に検出でき、永久磁石５７の磁極方向に応じて正転逆転（回転体１の磁極位置）を、信頼性高く判断することができる。
【００９８】
[第３の実施形態]
次に、本発明に係る制御装置の他の構成例について説明する。図１０は、本実施例の制御装置の構成を示す図面である。
【００９９】
図１０に示す、本実施形態における制御装置５５は、実施例１の図３で示した形態と基本的に同じであって、水晶振動子２９、パルス合成回路３１、駆動制御回路３３３、ロータ駆動回路３５、ロータ位置検出回路３７とを有して構成される。
【０１００】
この本実施形態と第１の実施形態との相違点は、ロータ位置検出回路３７における回転位置検出手段３９が、逆起検出パルス８９ｂを検出コイル１９への出力とともに、逆起パルス８９ａを励磁コイル３に出力し、この励磁コイル３から駆動パルス信号８３を受けている点である。したがって、以下の説明では、この相違点に係る説明をし、第１の実施形態と共通する箇所についての説明は省略する。
【０１０１】
本実施形態の制御装置５５は、第１の実施形態で示した制御装置と同様に、回転体１の永久磁石５７の磁極位置を検出した後、駆動パルス印加手段６７にて回転体１を回転させ、励磁コイル３から出力される駆動パルス信号８３を回転体位置検出手段３９で検出することで、回転体１の回転を判断する。
【０１０２】
そして、図１０に示すように、回転体１の磁極位置が判断された後、駆動制御回路３３は、駆動制御信号７５を出力し、ロータ駆動回路３５は、この駆動制御信号７５を受け取ることによって、ロータ駆動回路３５の駆動パルス印加手段６７によって、励磁コイル３に駆動パルス６１を出力する。この駆動パルス６１を出力した後、回転体１の回転による逆起電圧が励磁コイル３に生じる。
【０１０３】
そして、ロータ位置検出回路３７の回転体位置検出手段３９によって、逆起検出パルス８９ａが励磁コイル３に出力され、励磁コイル３における逆起電圧の極性と、逆起検出パルス８９ａの極性が一致することによって、駆動パルス信号８３がロータ位置検出回路３７に出力されることで、回転を判断する。この様に、逆起パルス信号６５と駆動パルス信号８３の両方を使うことで、より確実に回転体１の回転を判断できることから、信頼性の高い駆動を達成することができる。
【０１０４】
また、本発明の構成によれば、駆動パルス印加手段６７にて、回転体１が回転したときに、励磁コイル３から出力される駆動パルス信号８３を回転体位置検出手段３９で、正常に回転体１が回転しているか否かを判断することができる。そのため、回転体１の磁極位置を判断した後にパルス数を補正することなく、高速回転、正回転、あるいは逆回転の回転をするために、適切な駆動パルスを出力することができる。これにより、運針ミスの少ない、信頼性の高い高速正逆駆動を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明のステップモータの構造を示す分解斜視図である。
【図２】本発明のステップモータにおける回転体孔部分拡大図である。
【図３】本発明のステップモータにおける制御装置の構成を示す図である。
【図４】本発明のステップモータにおけるロータ駆動回路とロータ位置検出回路の構成を示す図である。
【図５】本発明のステップモータにおける磁極位置確認手段フローチャート図である。
【図６】本発明のステップモータにおけるパルス図と、パルスによる回転体の移動角度波形を説明する図である。
【図７】本発明のステップモータにおける検出磁束量波形と、逆起電圧波形、逆起パルス信号とを示す図である。
【図８】本発明のステップモータにおける検出磁束量波形と、逆起電圧波形、逆起パルス信号とを示す図である。
【図９】本発明のステップモータにおける逆起電圧波形と逆起パルス信号とを示す図である。
【図１０】本発明のステップモータにおける制御装置の構成を示す図である。
【図１１】従来のステップモータの平面図及び制御回路を示す図である。
【図１２】従来のステップモータにおける回転体動作と磁束量波形を示す図である。
【図１３】従来のステップモータにおける回転体動作と磁束量波形を示す図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１  回転体
３  励磁コイル
５  励磁コイル芯
７  回転体孔
９  第１の磁極端
１１  第２の磁極端
１３  第３の磁極端
１５  第４の磁極端
１７  励磁ヨーク
１９  検出コイル
２１  検出コイル芯
２３  高磁気抵抗部分
２５  回転軸
２７  検出ヨーク
２９  水晶振動子
３１  パルス合成回路
３３  駆動制御回路
３５  ロータ駆動回路
３７  ロータ位置検出回路
３９  回転体位置検出手段
４１ａ、４１ｂ  ｐチャンネルＭＯＳ
４３ａ、４３ｂ  ｎチャンネルＭＯＳ
４５ａ  ｐチャンネルＭＯＳ
４５ｂ  ｐチャンネルＭＯＳ
４７  静的安定方向
４９  電磁的安定方向
５１ａ、５１ｂ  ｐチャンネルＭＯＳ
５３ａ、５３ｂ  ｎチャンネルＭＯＳ
５５  制御装置
５７  永久磁石
５９  検出波形
６１  駆動パルス
６３  揺動パルス
６５  逆起パルス信号
６７  駆動パルス印加手段
６９  揺動パルス印加手段
７１  基準信号
７３  パルス信号
７５  駆動制御信号
７７  ロータ磁極位置確認信号
８３  駆動パルス信号
８５  ロータ位置信号
８７  検出制御信号
８９ａ、８９ｂ  逆起パルス信号
【図１】
0005383062.tif 000002
【図２】
0005383062.tif 000003
【図３】
0005383062.tif 000004
【図４】
0005383062.tif 000005
【図５】
0005383062.tif 000006
【図６】
0005383062.tif 000007
【図７】
0005383062.tif 000008
【図８】
0005383062.tif 000009
【図９】
0005383062.tif 000010
【図１０】
0005383062.tif 000011
【図１１】
0005383062.tif 000012
【図１２】
0005383062.tif 000013
【図１３】
0005383062.tif 000014