(57)【要約】【課題】ステップモータの材質や製造ばらつきによる摩擦や偏芯などの影響を排除して、安定した逆転駆動を可能とするステップモータ駆動システムを提供する。【解決手段】コイルを巻装するステータと永久磁石から成るロータとを有するステップモータを駆動するステップモータ駆動システムにおいて、ロータを正転しきらない程度に回転させる磁気をステータに励磁させるためにコイルに印加する第１パルスを出力する第１パルス発生部と、該第１パルス出力後、ロータの回転方向を変えて逆転させる磁気をステータに励磁させるためにコイルに印加する第１パルスとは逆極性の第２パルスを出力する第２パルス発生部と、を備えると共に、第１パルスの出力前に第１パルスとは逆極性のパルスを少なくとも１つ含む予備パルスを出力する予備パルス発生部を備える構成とした。【選択図】図１
2014117028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルを巻装するステータと永久磁石から成るロータとを有するステップモータを駆動するステップモータ駆動システムにおいて、
前記ロータを逆転駆動するために、
前記ロータを正転しきらない程度に回転させる磁気を前記ステータに励磁させるために前記コイルに印加する第１パルスを出力する第１パルス発生部と、
該第１パルス出力後、前記ロータの回転方向を変えて逆転させる磁気を前記ステータに励磁させるために前記コイルに印加する前記第１パルスとは逆極性の第２パルスを出力する第２パルス発生部と、を備えると共に、
前記第１パルスの出力前に前記第１パルスとは逆極性のパルスを少なくとも１つ含む予備パルスを出力する予備パルス発生部を備えたことを特徴とするステップモータ駆動システム。
【請求項２】
前記予備パルスは、前記第１パルスによる前記ロータの回転方向とは逆方向に前記ロータを振る逆振りパルスであることを特徴とする請求項１に記載のステップモータ駆動システム。
【請求項３】
前記逆振りパルスは、チョッパ状に構成されていることを特徴とする請求項２に記載のステップモータ駆動システム。
【請求項４】
前記逆振りパルスと前記第１パルスの間に、所定の休止区間があることを特徴とする請求項２または３に記載のステップモータ駆動システム。
【請求項５】
前記第２パルスの後、該第２パルスとは逆極性の第３パルスを出力する第３パルス発生部を有することを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載のステップモータ駆動システム。
【請求項６】
前記第３パルスが出力された直後の前記逆振りパルスは、その出力を停止することを特徴とする請求項５に記載のステップモータ駆動システム。
【請求項７】
前記予備パルスは、前記ロータを正転方向と逆転方向に振り子状に振る複数の振り子パルスであることを特徴とする請求項１に記載のステップモータ駆動システム。
【請求項８】
複数の前記振り子パルスは、所定の間隔を置いて出力されることを特徴とする請求項７に記載のステップモータ駆動システム。
【請求項９】
複数の前記振り子パルスは、パルス幅が徐々に大きくなることを特徴とする請求項７または８に記載のステップモータ駆動システム。
【請求項１０】
複数の前記振り子パルスの先頭パルスのパルス幅がその後のパルス幅と異なることを特徴とする請求項７または８に記載のステップモータ駆動システム。
【請求項１１】
複数の前記振り子パルスの先頭パルスのパルス幅がその後のパルス幅より大きいことを特徴とする請求項１０に記載のステップモータ駆動システム。
【請求項１２】
前記振り子パルスは、チョッパ状に構成されていることを特徴とする請求項７から１１のいずれか一項に記載のステップモータ駆動システム。
【請求項１３】
前記予備パルスの直前に、前記ロータを正転させる正転パルスが出力されたときは、前
記予備パルスの出力を停止することを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載のステップモータ駆動システム。
【請求項１４】
前記予備パルスは電源電圧に応じて、パルス幅またはパルス間隔が変化することを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載のステップモータ駆動システム。
【請求項１５】
前記予備パルスは温度に応じて、パルス幅またはパルス間隔が変化することを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載のステップモータ駆動システム。
【請求項１６】
前記ステップモータ駆動システムは、マイクロコンピュータによって制御されることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載のステップモータ駆動システム。
【請求項１７】
前記マイクロコンピュータは、モータドライバを内蔵し、出力ポートを介して、前記ステップモータを駆動することを特徴とする請求項１６に記載のステップモータ駆動システム。
【請求項１８】
前記ロータが、プラスチックロータであるステップモータと、
請求項１から１７のいずれか一項に記載のステップモータ駆動システムを有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆転駆動を可能とするステップモータ駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、時計の運針等に使用されるステップモータとその駆動システムが開発され製品化が進められている。ここで公知ではあるが、本発明を理解する助けとなるので、従来のステップモータの構成と、従来のステップモータの正転駆動、逆転駆動の概略を説明する。
【０００３】
［従来のステップモータの構成説明：図１４］
図１４は、従来のステップモータの一例を示す概略図である。ステップモータ１００は、ロータ１０１、ステータ１０２、コイル１０３などによって構成される。ロータ１０１は、円板状の永久磁石を有し、径方向にＮ極、Ｓ極に着磁されている。ステータ１０２は、軟磁性材により成り、ロータ１０１を囲む半円部１０２ａ、１０２ｂがスリット１０２ｃ、１０２ｄで分割されている。
【０００４】
また、半円部１０２ａ、１０２ｂが結合している基部１０２ｉに単相のコイル１０３が巻装されている。単相とはコイルが１個であり、駆動信号の入力端子１０３ａ、１０３ｂが２個であることを意味している。
【０００５】
また、半円部１０２ａ、１０２ｂは、単一円弧状になく、それぞれ段差１０２ｅ、１０２ｆを有している。この段差１０２ｅ、１０２ｆによって、ロータ１０１の周囲には不均等な空隙が形成され、ステップモータ１００の非駆動時には、ロータ１０１の磁化方向（矢印方向）が図示するようにわずかに傾いた方向に安定する。すなわち、段差１０２ｅ、１０２ｆによって、対向する半円部１０２ａ、１０２ｂのそれぞれの端部１０２ｇ、１０２ｈ付近がロータ１０１の外周に最も近接しており、ロータ１０１の磁化方向が、この端部１０２ｇ、１０２ｈ付近で安定する。この安定したロータ１０１の方向をロータ１０１の回転角の基準とし、静的安定位置方向Ａ０と定義する。
【０００６】
このステップモータ１００は、前述したように段差を有するステータ１０２を備えているため、一般に段差式ステップモータと呼ばれている。なお、このステップモータ１００は従来例として示したが、本発明のステップモータ駆動システムのステップモータにおいても基本構成は同様であるので、後述する各実施形態は、図１４で示したステップモータ１００を用いて説明する。
【０００７】
［従来のステップモータの正転駆動の説明：図１４、図１５］
次に、従来のステップモータの正転駆動を図１４と図１５を用いて説明する。図１４において、コイル１０３に駆動パルスが印加されないときは、ステータ１０２は励磁されず、前述したように、ロータ１０１はステータ１０２の半円部１０２ａ、１０２ｂの端部１０２ｇ、１０２ｈ付近にロータ１０１の磁極のＮ極とＳ極とが引き寄せられて停止する。この停止位置が前述の静的安定位置方向Ａ０である。すなわち、静的安定位置方向Ａ０は、ステータ１０２に磁極が励磁されていない状態でのロータ１０１の停止位置である。
【０００８】
次に、図１５（ａ）に示すように、コイル１０３に駆動パルスを印加し、ロータ１０１のＮ極が引き寄せられていた半円部１０２ｂがＮ極、ロータ１０１のＳ極が引き寄せられていた半円部１０２ａがＳ極になるようにする。ここで、コイル１０３の巻き方向によるが、一例として、入力端子１０３ａにマイナス電圧（−）、入力端子１０３ｂにプラス電圧（＋）が印加されることで、ステータ１０２に上記の磁極が励磁するものとする。
【０００９】
すると、ステータ１０２に励磁された磁極と、ロータ１０１の磁極が反発し合うので、ロータ１０１は矢印Ｆの方向（図面上左回転）に回転し、ロータ１０１のＮ極はＳ極が励磁されたステータ１０２の半円部１０２ａ側に引きつけられ、ロータ１０１の反対側のＳ極は、Ｎ極が励磁されたステータ１０２の半円部１０２ｂ側に引きつけられる。この磁気的にロータ１０１が引きつけられて停止する安定位置を磁気的安定位置方向Ａ１と定義する。
【００１０】
次に図１５（ｂ）に示すように、ロータ１０１が磁気的安定位置方向Ａ１に達したタイミングでコイル１０３への駆動パルスを停止する。すると、ステータ１０２に励磁された磁極が消滅するので、ステータ１０２に励磁された磁極で引きつけられていたロータ１０１はフリーになり、ロータ１０１とステータ１０２の隙間が狭い端部１０２ｇ、１０２ｈ（図１４参照）付近へロータ１０１の磁極が引き寄せられて矢印Ｆの方向に回転し、静的安定位置方向Ａ０で停止する。これによりロータ１０１は、図１４の静的安定位置方向Ａ０に対して図面上の左回転で１８０度回転したことになる。
【００１１】
次に図１５（ｃ）に示すように、図１５（ａ）でコイル１０３に印加した駆動パルスとは逆極性の駆動パルスをコイル１０３に印加する。すなわち、入力端子１０３ａにプラス電圧（＋）、入力端子１０３ｂにマイナス電圧（―）を印加する。これにより、ステータ１０２の半円部１０２ａがＮ極に、半円部１０２ｂがＳ極になる。すると、ロータ１０１の磁極が引き寄せられていたステータ１０２に同じ磁極が励磁されるので、磁極同士が反発し合って、ロータ１０１は再び矢印Ｆ方向に回転し、ロータ１０１の磁極は、反対側に励磁されたステータ１０２の磁極に引きつけられ、ロータ１０１は図１５（ａ）とは磁極の向きが反対方向の磁気的安定位置方向Ａ１に達する。
【００１２】
次に図１５（ｄ）に示すように、ロータ１０１が磁気的安定位置方向Ａ１に達したタイミングでコイル１０３への駆動パルスを停止する。すると、ステータ１０２に励磁された磁極が消滅するので、ステータ１０２に励磁された磁極で引きつけられていたロータ１０１はフリーになり、ロータ１０１とステータ１０２の隙間が狭い端部１０２ｇ、１０２ｈ付近へロータ１０１の磁極が引き寄せられて矢印Ｆの方向に回転し、静的安定位置方向Ａ０で停止する。これによりロータ１０１は、図１４の静的安定位置方向Ａ０から矢印Ｆの回転方向で３６０度回転したことになる。
【００１３】
この矢印Ｆ方向（図面上の左回転）がステップモータ１００の正転方向である。そして、前述したように、ステップモータ１００のロータ１０１の周囲には不均等な空隙が形成され、ロータ１０１の静的安定位置方向Ａ０がステータ１０２に対して傾いているので、コイル１０３に電圧方向を交互に切り替えた駆動パルスを順次印加することで、ロータ１０１は、矢印Ｆ方向（正転方向）に簡単に回転することが出来る。このように、ステップモータ１００は、単発の駆動パルスを印加するごとに、ロータ１０１が正転方向に１８０度ずつ（すなわち、１ステップずつ）回転するのである。
【００１４】
［従来のステップモータの逆転駆動の説明：図１６、図１７］
次に、ステップモータの正転駆動とは反対方向の逆転駆動について特許文献１を例として説明する。図１６（ａ）は特許文献１に開示されている逆転駆動のための駆動パルス波形である。図１６（ａ）の縦軸は駆動パルスの電圧（Ｖ）であり、横軸は時間（ｍＳ）である。ここで、ステップモータの逆転駆動は、前述した正転駆動のように、単発の駆動パルスの電圧方向を交互に切り替える駆動波形ではなく、三つのパルス列によって構成される。
【００１５】
図１６（ｂ）は、ステップモータ１００の最初の状態を示しており、ロータ１０１は静
的安定位置方向Ａ０で停止している。なお、この状態は前述の図１４で示したステップモータ１００の状態と同じである。
【００１６】
次に、図１７（ａ）に示すように、図１６（ｂ）のステップモータ１００の状態からロータ１０１が正転方向（Ｆ方向）に回転するように、コイル１０３の入力端子１０３ａがマイナス電圧、入力端子１０３ｂがプラス電圧となる駆動パルスを印加する。この駆動パルスを第１パルスＰ１ａ（図１６（ａ）参照）と言う。この第１パルスＰ１ａによって、ロータ１０１のＮ極が引き寄せられていた半円部１０２ｂがＮ極、ロータ１０１のＳ極が引き寄せられていた半円部１０２ａがＳ極に励磁される。
【００１７】
すると、ステータ１０２に励磁された磁極と、ロータ１０１の磁極が反発し合うので、ロータ１０１は正転方向（Ｆ方向）に回転し、ロータ１０１のＮ極はＳ極が励磁されたステータ１０２の半円部１０２ａ側に引きつけられ、ロータ１０１の反対側のＳ極は、Ｎ極が励磁されたステータ１０２の半円部１０２ｂ側に引きつけられる。しかし、通常の正転とは異なり、第１パルスＰ１ａのパルス幅が短いので、ロータ１０１は磁気的安定位置方向Ａ１までは回転せず、その手前までとなる。すなわち、第１パルスＰ１ａは、ロータ１０１を正転しきらない程度に回転させる磁気をステータ１０２に励磁させるのである。
【００１８】
次に図１６（ａ）に示すように、第１パルスＰ１ａとは逆極性のプラス電圧の第２パルスＰ２ａをコイル１０３に印加する。このときのステップモータ１００の状態を図１７（ｂ）に示し、コイル１０３の入力端子１０３ａがプラス電圧、入力端子１０３ｂがマイナス電圧となる。この第２パルスＰ２ａによって、ステータ１０２に励磁される磁極が反対になり、半円部１０２ａがＮ極、半円部１０２ｂがＳ極となる。
【００１９】
すると、ロータ１０１のＮ極は、近づこうとしていた半円部１０２ａがＳ極からＮ極に替わり、ロータ１０１のＳ極は、近づこうとしていた半円部１０２ｂがＮ極からＳ極に替わるので、ロータ１０１の磁極が反発し、ロータ１０１の回転方向が矢印Ｒ方向（図面上の右回転）に反転（すなわち逆転）する。ここで、ロータ１０１は、正転方向に回転した状態から回転方向を変えて逆転方向へ回転するので勢いがつき、且つ、第２パルスＰ２ａのパルス幅を第１パルスＰ１ａのパルス幅よりも長くすることで、逆転方向への勢いを継続させて、結果として、図１６（ｂ）で示した静的安定位置方向Ａ０から１８０度位逆転した図１７（ｂ）で示す位置まで回転する。
【００２０】
このように、第１パルスＰ１ａと第２パルスＰ２ａだけでも、ロータ１０１の逆転駆動は可能であるが、ステップモータの製造ばらつきなどで、逆転方向への角速度の勢いが不十分だったり、逆に、角速度がつき過ぎて逆転方向に回りすぎ、３６０度以上回ってしまう場合もある。また、第２パルスＰ２ａのパルス幅が長すぎると、逆転方向へ回転していたロータ１０１がステータ１０２の磁極に引き戻され、結局、磁気的安定位置方向Ａ１にロータ１０１が戻ってしまう場合がある。
【００２１】
このため、逆転が不安定になることを防ぐ目的で、特許文献１では図１６（ａ）に示すように、第２パルスＰ２ａの直後に、第２パルスＰ２ａとは逆極性の第３パルスＰ３ａをコイル１０３に印加している。この第３パルスＰ３ａによるステップモータ１００の状態を図１７（ｃ）に示し、第３パルスＰ３ａによって、入力端子１０３ａがマイナス電圧、入力端子１０３ｂがプラス電圧となり、ステータ１０２の半円部１０２ａがＳ極、半円部１０２ｂがＮ極となる。
【００２２】
この第３パルスＰ３ａによって、第２パルスＰ２ａによる逆転方向（Ｒ方向）の角速度が不十分な場合、ロータ１０１のＮ極は半円部１０２ａのＳ極に引きつけられ、ロータ１０１のＳ極は半円部１０２ｂのＮ極に引きつけられるので、ロータ１０１は図１７（ｃ）
で示す磁気的安定位置方向Ａ１まで回転する。
【００２３】
また、第２パルスＰ２ａによる逆転方向（Ｒ方向）の角速度の勢いが強すぎてロータ１０１が回転し過ぎる場合に対しては、第３パルスＰ３ａによってロータ１０１を図１７（ｃ）で示す磁気的安定位置方向Ａ１に引き戻すことができる。また、第２パルスＰ２ａのパルス幅が長すぎて、ロータ１０１のＮ極が半円部１０２ｂのＳ極に引き戻され、ロータ１０１のＳ極が半円部１０２ａのＮ極に引き戻される場合も、第３パルスＰ３ａによってステータ１０２の磁極が反転するので、ロータ１０１の磁極が反発して、ロータ１０１の回転を逆転方向（Ｒ方向）に継続させて、ロータ１０１は図１７（ｃ）で示す磁気的安定位置方向Ａ１まで回転する。
【００２４】
次に図１７（ｄ）に示すように、ロータ１０１が磁気的安定位置方向Ａ１に達したタイミングでコイル１０３への駆動パルスを停止する。すると、ステータ１０２に励磁された磁極が消滅するのでロータ１０１はフリーになり、ロータ１０１とステータ１０２の隙間が狭い端部１０２ｇ、１０２ｈ（図１４参照）付近へロータ１０１の磁極が引き寄せられて矢印Ｆ方向にわずかに回転し、静的安定位置方向Ａ０で停止する。これによりロータ１０１は、図１６（ｂ）の静的安定位置方向Ａ０からＲ方向（すなわち逆転）で１８０度（すなわち１ステップ）回転したことになる。
【００２５】
また、図１７（ｄ）の静的安定位置方向Ａ０から、さらに継続して逆転する場合は、図１６（ａ）に示すように、電圧方向を切り替えた第１パルスＰ１ｂ、第２パルスＰ２ｂ、第３パルスＰ３ｂをコイル１０３に印加することで、ロータ１０１は、さらに１８０度逆転して、図１６（ｂ）の静的安定位置方向Ａ０になるが、ロータ１０１の次の逆転動作は、ステータ１０２の磁極が反転するだけで図１７（ａ）〜図１７（ｄ）と同様であるので説明は省略する。
【００２６】
［特許文献２〜４の説明］
このように、ステップモータは正転駆動が容易にできるように構成されているが、逆転駆動も可能である。しかし、逆転駆動の場合は、前述したように、複雑なパルス列による駆動パルスを印加する必要があり、また、逆転駆動を確実に安定して実施するために、様々な提案がなされている。たとえば、特許文献２などに開示されているように、一体型ステータを用いた場合、ステータに残留磁場が残る可能性があり、この残留磁場が逆転動作の不安定要素になるため、第１パルスの前に第１パルスと同極性の消磁パルスを入れて、残留磁場を消し、駆動を安定化させる提案がある。
【００２７】
また、特許文献３などに開示されているように、第３パルスの後に第３パルスと逆極性の第４パルスを印加し、ロータの制動停止を安定化させる駆動方法が提案されている。
【００２８】
また、特許文献４に開示されているように、ステップモータのロータをインサートモールド成形によって一体化した量産性に優れたプラスチックロータが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】特公昭６２−４３１４８号公報
【特許文献２】特開昭６０−５６２８５号公報
【特許文献３】特許第２５７１５０１号公報
【特許文献４】実公昭６１−３４８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
しかしながら、ステップモータの逆転駆動の安定化は、まだ十分ではない。特許文献１の技術では、逆転駆動のための第２パルスの前に、正転方向にロータを振る第１パルスを印加してロータに勢いを付けて逆転駆動させているが、製造ばらつき等でロータの静止摩擦が大きくばらつくと、第１パルスでの正転方向の振れ幅が大きく変動し、第１パルスのみで正転してしまったり、逆に、第１パルスによる振れ幅が小さいと、第２パルスで十分な逆転方向の角速度が得られず、逆転駆動が不安定になる問題があった。
【００３１】
また、特許文献２などに記載がある第１パルスの前に消磁パルスを設ける技術は、一体型ステータの残留磁場に関する駆動手段であるので、残留磁場の影響の少ない図１４に示すような段差式ステータを有するステップモータには有効とは言えない。
【００３２】
また、特許文献３のようにロータの制動のため、第３パルスの後に、再度、逆極性の第４パルスとしての制動パルスを印加する駆動方法は、第１、第２、第３パルスで、逆転駆動がある程度確実に実施されて始めて有効となる駆動方法であり、たとえば、第１パルスによる正転方向の振れ幅が大きく変動してしまうと、逆転動作が不安定になる問題がある。
【００３３】
また、特許文献４に記載があるプラスチックロータは、量産性に優れているので採用することが好ましいが、ロータの材質がプラスチックであるために、強度的にホゾ（回転軸）の径を太くする結果、静止摩擦が大きくなることや、インサートモールド成形による製造ばらつきによってロータの偏芯が生じやすい等の問題があり、ロータの回転が不安定になりやすく、ステップモータの逆転駆動を安定して確実に実施することが困難であった。
【００３４】
本発明の目的は上記課題を解決し、ステップモータの材質や製造ばらつきによる摩擦や偏芯などの影響を排除して、安定した逆転駆動を可能とするステップモータ駆動システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
上記課題を解決するために、本発明のステップモータ駆動システムは、下記記載の構成を採用する。
【００３６】
本発明のステップモータ駆動システムは、コイルを巻装するステータと永久磁石から成るロータとを有するステップモータを駆動するステップモータ駆動システムにおいて、  ロータを正転しきらない程度に回転させる磁気をステータに励磁させるためにコイルに印加する第１パルスを出力する第１パルス発生部と、該第１パルス出力後、ロータの回転方向を変えて逆転させる磁気をステータに励磁させるためにコイルに印加する第１パルスとは逆極性の第２パルスを出力する第２パルス発生部と、を備えると共に、第１パルスの出力前に第１パルスとは逆極性のパルスを少なくとも１つ含む予備パルスを出力する予備パルス発生部を備えたことを特徴とする。
【００３７】
また、予備パルスは、第１パルスによるロータの回転方向とは逆方向にロータを振る逆振りパルスであることを特徴とする。
【００３８】
また、逆振りパルスは、チョッパ状に構成されていることを特徴とする。
【００３９】
また、逆振りパルスと第１パルスの間に、所定の休止区間があることを特徴とする。
【００４０】
また、第２パルスの後、該第２パルスとは逆極性の第３パルスを出力する第３パルス発生部を有することを特徴とする。
【００４１】
また、第３パルスが出力された直後の逆振りパルスは、その出力を停止することを特徴とする。
【００４２】
また、予備パルスは、ロータを正転方向と逆転方向に振り子状に振る複数の振り子パルスであることを特徴とする。
【００４３】
また、複数の振り子パルスは、所定の間隔を置いて出力されることを特徴とする。
【００４４】
また、複数の振り子パルスは、パルス幅が徐々に大きくなることを特徴とする。
【００４５】
また、複数の振り子パルスの先頭パルスのパルス幅がその後のパルス幅と異なることを特徴とする。
【００４６】
また、複数の振り子パルスの先頭パルスのパルス幅がその後のパルス幅より大きいことを特徴とする。
【００４７】
また、振り子パルスは、チョッパ状に構成されていることを特徴とする。
【００４８】
また、予備パルスの直前に、ロータを正転させる正転パルスが出力されたときは、予備パルスの出力を停止することを特徴とする。
【００４９】
また、予備パルスは電源電圧に応じて、パルス幅またはパルス間隔が変化することを特徴とする。
【００５０】
また、予備パルスは温度に応じて、パルス幅またはパルス間隔が変化することを特徴とする。
【００５１】
また、ステップモータ駆動システムは、マイクロコンピュータによって制御されることを特徴とする。
【００５２】
また、マイクロコンピュータは、モータドライバを内蔵し、出力ポートを介して、ステップモータを駆動することを特徴とする。
【００５３】
また、ロータは、プラスチックロータであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００５４】
上記の如く本発明によれば、第１パルスの出力前に、あらかじめロータを振る予備パルスを出力することで、第１パルスによる正転方向への回転が安定するので、ステップモータの材質や製造ばらつきによる摩擦や偏芯などの影響を排除して、安定した逆転駆動が可能となるステップモータ駆動システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施形態のステップモータ駆動システムの概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のステップモータのロータの斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の駆動パルス、回転角度、角速度を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態のロータの回転状態を示す模式図である。
【図５】本発明の第１の実施形態のロータの回転状態を示す模式図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の変形例１と２の駆動パルスを示す説明図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の変形例３の駆動パルスと回転角度を示す説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の駆動パルス、回転角度、角速度を示す説明図である。
【図９】本発明の第２の実施形態のロータの回転状態を示す模式図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の変形例１、２、３の駆動パルスを示す説明図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態の駆動パルスと回転角度を示す説明図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態のロータの回転状態を示す模式図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態のステップモータ駆動システムの概略構成図である。
【図１４】従来のステップモータの概略図である。
【図１５】従来のステップモータの正転駆動を説明する模式図である。
【図１６】従来のステップモータの逆転駆動を説明する駆動パルスの説明図とロータの回転状態を示す模式図である。
【図１７】従来のステップモータの逆転駆動を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下図面により本発明の実施の形態を詳述する。
［各実施形態の特徴］
第１の実施形態の特徴は本発明の基本的な構成例であり、第１パルスによるロータの回転方向とは逆方向にロータを振る予備パルスとしての逆振りパルスを出力するステップモータ駆動システムである。第２の実施形態の特徴は第１パルスの前に、ロータを正転方向と逆転方向に振り子状に振る振り子パルスを出力するステップモータ駆動システムである。第３の実施形態の特徴は、予備パルスの直前にロータを正転させる正転パルスが出力されたときは予備パルスの出力を停止するステップモータ駆動システムである。第４の実施形態の特徴は、電源電圧または温度に応じて、予備パルスのパルス幅またはパルス間隔を変化させるステップモータ駆動システムである。
【実施例１】
【００５７】
［第１の実施形態のステップモータ駆動システムの構成説明：図１］
第１の実施形態のステップモータ駆動システムの構成を図１を用いて説明する。図１において、符号１は第１の実施形態のステップモータ駆動システムである（破線で囲う）。ステップモータ駆動システム１は、システムの全体を制御する制御手段としてのワンチップのマイクロコンピュータ１０（以下、マイコン１０と略す）、基準信号源である水晶振動子２などによって構成され、ステップモータ１００を駆動する。なお、ステップモータ１００は、前述の図１４で示した従来の段差式ステップモータ１００と同様であるので同一符号を付す。
【００５８】
マイコン１０は、演算機能を備えた制御部１１、水晶振動子２に接続して基準信号を発振し、タイミング信号Ｋ１、Ｋ２を出力するタイミング発生部１２、制御部１１に対して作業用のメモリ空間を提供するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１３、制御プログラム等を格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１４、ステップモータ１００を駆動するモータドライバ１５、ステップモータ１００を駆動するためのパルス列を生成するパルス発生部２０などによって構成される。
【００５９】
パルス発生部２０は、予備パルスを生成する予備パルス発生部２１、第１パルスを生成する第１パルス発生部２２、第２パルスを生成する第２パルス発生部２３、第３パルスを生成する第３パルス発生部２４、および、図示しないが正転パルスを出力する正転パルス発生部などを含んでいる。また、モータドライバ１５は、出力ポート３ａ、３ｂを介してステップモータ１００に駆動パルスＰＤを出力し、ステップモータ１００を正転駆動、ま
たは逆転駆動する。
【００６０】
なお、正転パルス発生部からの正転パルスによる正転駆動については、従来と同様であるので、その詳細説明は省略する。
【００６１】
また、ステップモータ駆動システム１が、指針によって時刻を表示するアナログ時計に用いられる場合、電源となる電池、操作部材、輪列、指針等を構成するが、これらは本発明に直接係わらないので、ここでの図示は省略する。また、制御手段はマイコンに限定されず、ランダムロジックなどのハードウエアで構成しても良いし、マイコンとランダムロジックを適宜使い分けても良い。
【００６２】
［第１の実施形態のステップモータ駆動システムの動作説明：図１］
次に、第１の実施形態のステップモータ駆動システム１の動作の概略を図１を用いて説明する。なお、ステップモータ駆動システム１が時刻を計時してステップモータ１００で指針を動かすアナログ電子時計に用いられる場合を前提として説明する。図１において、マイコン１０のタイミング発生部１２は、水晶振動子２を発振させて基準信号を生成し、所定のタイミング信号Ｋ１、Ｋ２をパルス発生部２０と制御部１１へそれぞれ出力する。パルス発生部２０はタイミング信号Ｋ１を入力し、内蔵するそれぞれのパルス発生部によって、駆動パルスＰＤに必要なパルス列信号ＰＬを生成し、制御部１１へ出力する。
【００６３】
制御部１１は、ＲＯＭ１４に記憶している制御ブログラムによって動作し、タイミング信号Ｋ２を入力して、時刻の秒、分、時等を計時し、時刻データとしてＲＡＭ１３に記憶する。また、制御部１１は、ＲＡＭ１３に記憶している時刻データを周期的に参照し、モータドライバ１５を制御してステップモータ１００を駆動し、図示しない指針によって時刻等を表示する。
【００６４】
このとき、制御部１１は、参照する時刻データと、図示しない操作部材からの信号に応じて、ステップモータ１００を正転駆動、逆転駆動、早送り駆動等の動作を選択するが、それぞれの駆動において、パルス発生部２０から出力されるパルス列信号ＰＬを基にして駆動制御信号Ｋ３を生成し出力する。モータドライバ１５は、駆動制御信号Ｋ３を入力してステップモータ１００を駆動する駆動パルスＰＤを出力する。駆動パルスＰＤは、出力ポート３ａ、３ｂを介してステップモータ１００の二つの入力端子１０３ａ、１０３ｂに印加され、ステップモータ１００を駆動する。なお、駆動パルスＰＤの詳細とステップモータ１００の動作の詳細は後述する。また、図１に示す第１の実施形態のステップモータ駆動システムの構成は、後述する第２及び第３の実施形態のステップモータ駆動システムにも適用される。
【００６５】
［ステップモータのロータ説明：図２］
次に、本発明で用いられるステップモータ１００のロータの構成を図２を用いて説明する。図２において、ロータ１０１はホゾと呼ばれる回転軸１０１ａ、カナと呼ばれる児歯車１０１ｂ、円板状の磁石１０１ｃ（破線で示す）、被覆部１０１ｄによって構成される。ここで、回転軸１０１ａ、児歯車１０１ｂ、および磁石１０１ｃを覆う被覆部１０１ｄは、一体的にモールド成形（インサートモールド）されたプラスチック部材であり、これにより、ロータ１０１はプラスチックロータと称する。このプラスチックロータは、磁石１０１ｃに貫通穴が不要なので磁石１０１ｃの穴開け加工が必要なく、また、モールド成形であるので製造工程が少なく、量産性に優れている利点がある。
【００６６】
しかし、ロータ１０１の材質がプラスチックであるために、金属加工による回転軸と比較すると、強度的に回転軸１０１ａの径をある程度太くする必要があり、このために、ロータ１０１の静止摩擦が増加したり、ばらついたりする問題がある。また、モールド成形
のために、回転軸１０１ａの中心出し精度が金属加工によるロータよりも低下する傾向があり、製造ばらつきによってロータが偏芯し、ロータの回転が不安定になる問題がある。
【００６７】
本発明は、このように量産性には優れているが、性能的には不安定要素のあるプラスチックロータを使用するにおいて、逆転駆動を安定して確実に実施できるステップモータ駆動システムを実現するものである。
【００６８】
［第１の実施形態の駆動パルス、回転角度、角速度、ロータ回転状態の説明：図３〜図５］
次に、第１の実施形態のステップモータ駆動システムにおいて、ステップモータを逆転するための駆動パルスと、ロータの回転角度、角速度、および、ロータの回転状態を図３〜図５を用いて説明する。図３（ａ）は第１の実施形態の駆動パルスの波形を示しており、縦軸はステップモータ１００のコイル１０３（図１参照）に印加する駆動パルスＰＤの電圧（Ｖ）であり、横軸は時間（ｍＳ）である。
【００６９】
図３（ｂ）は、第１の実施形態におけるステップモータ１００のロータ１０１の回転角度を示しており、縦軸は回転角度（ラジアン：ｒａｄ）であり、横軸は時間（ｍＳ）である。なお、回転角度の正はロータ１０１の正転方向を示し、負は逆転方向を示している。
【００７０】
図３（ｃ）は、第１の実施形態におけるステップモータ１００のロータ１０１の角速度を示しており、縦軸は角速度（ｒａｄ／ｓ）であり、横軸は時間（ｍＳ）である。また、図４と図５は、ステップモータ１００のロータ１０１の回転状態を模式的に示している。
【００７１】
なお、以下の説明において、３．１４ｒａｄは１８０°、６．２８ｒａｄが３６０°に対応する。
【００７２】
まず、図３（ａ）〜図３（ｃ）において、ステップモータ１００の最初の状態を時間Ｔｓで示し、この最初の時間Ｔｓでは駆動パルスＰＤが印加されないので、駆動パルスＰＤは０Ｖであり、回転角度は０ｒａｄ、角速度は０ｒａｄ／ｓである。この時間Ｔｓでのステップモータ１００のロータ１０１の回転状態を図４（ａ）で示す。
【００７３】
図４（ａ）において、時間Ｔｓでは、コイル１０３に駆動パルスＰＤが印加されないので、ステータ１０２に励磁される磁場が無く、ロータ１０１はステータ１０２の半円部１０２ａ、１０２ｂが最も近い端部１０２ｇ、１０２ｈ（図１４参照）にロータ１０１の磁極のＮ極とＳ極とが引き寄せられて停止している（静的安定位置方向Ａ０）。ここで、図４（ａ）で示す静的安定位置方向Ａ０がロータ１０１の回転の基準であり、図３（ｂ）の回転角度０ｒａｄに対応する。
【００７４】
次に、ロータ１０１を逆転するために、駆動パルスＰＤとしてのパルス列が順次出力される。図３（ａ）において、時間Ｔ００で予備パルスとしてのプラス電圧の逆振りパルスＰ０ｐが出力され、コイル１０３に印加される。逆振りパルスＰ０ｐの電圧値は、一例として約＋１．５Ｖであるが、この値は限定されない。この逆振りパルスＰ０ｐが印加されると、ロータ１０１の回転角度は、図３（ｂ）に示すように、時間Ｔ００（図３（ａ）からの縦破線で示す）でマイナス（すなわち逆転方向）側に振れ、角速度は図３（ｃ）に示すように、時間Ｔ００（同様に図３（ａ）からの縦破線で示す）でマイナス側に増加している。
【００７５】
図４（ｂ）は、時間Ｔ００におけるステップモータ１００のロータ１０１の回転状態を示している。図４（ｂ）において、時間Ｔ００でプラス電圧の逆振りパルスＰ０ｐがコイ
ル１０３に印加されると、入力端子１０３ａがプラス電圧（＋）、入力端子１０３ｂがマイナス電圧（−）となる。これにより、ステータ１０２の半円部１０２ａがＮ極に、半円部１０２ｂがＳ極に励磁される。ここで、ロータ１０１は静的安定位置方向Ａ０で、ロータ１０１のＳ極は半円部１０２ａ側に引き寄せられ、ロータ１０１のＮ極は半円部１０２ｂ側に引き寄せられていたが、ステータ１０２に励磁された磁極と、ロータ１０１の磁極が反発し合い、ロータ１０１は矢印Ｒ方向（すなわち逆転方向）に回転を始め、磁気的安定位置方向Ａ１付近まで回転する。
【００７６】
この逆振りパルスＰ０ｐは、図１で示した予備パルス発生部２１で生成された駆動パルスである。なお、逆振りパルスは、プラス電圧のパルスを逆振りパルスＰ０ｐと称し、マイナス電圧のパルスを逆振りパルスＰ０ｎと称するが、電圧極性を区別する必要がない場合は逆振りパルスＰ０と称する。この逆振りパルスＰ０によるロータ１０１の逆転方向への振りは、この後に続く、第１パルスでの正転方向への回転をしやすくするための予備的なものである。
【００７７】
すなわち、第１パルスだけでは、ロータ１０１の摩擦や製造ばらつきによる偏芯などの影響を受けて、逆転駆動が不安定になっていたが、この逆振りパルスＰ０によって次の第１パルスによる回転とは逆方向にロータ１０１を一度振ることにより、第１パルスでの回転をしやすくし、ロータ１０１の回転角度や角速度のばらつきを抑えて逆転駆動を安定化させる効果がある。このように、本実施形態の特徴である予備パルスとしての逆振りパルスＰ０は、第１パルスの前に出力され、第１パルスとは逆極性のパルスである。
【００７８】
次に図３（ａ）において、時間Ｔ０１で逆振りパルスＰ０ｐとは逆極性のマイナス電圧の第１パルスＰ１ｎが出力され、コイル１０３に印加される。第１パルスＰ１ｎの電圧値は、一例として約−１．５Ｖであるが、この値は限定されない。この第１パルスＰ１ｎが印加されると、ロータ１０１の回転角度は、時間Ｔ０１で図３（ｂ）に示すようにマイナス側からプラス側（すなわち正転方向）に回転し、角速度は図３（ｃ）に示すようにプラス側に大きく増加する。なお、第１パルスは、プラス電圧のパルスを第１パルスＰ１ｐと称し、マイナス電圧のパルスを第１パルスＰ１ｎと称するが、電圧極性を区別する必要がない場合は第１パルスＰ１と称する。この第１パルスＰ１は、図１で示した第１パルス発生部２２で生成された駆動パルスである。
【００７９】
図４（ｃ）は、時間Ｔ０１におけるステップモータ１００のロータ１０１の回転状態を示している。図４（ｃ）において、時間Ｔ０１でマイナス電圧の第１パルスＰ１ｎがコイル１０３に印加されると、入力端子１０３ａがマイナス電圧（−）、入力端子１０３ｂがプラス電圧（＋）となる。これにより、ステータ１０２の半円部１０２ａがＳ極に、半円部１０２ｂがＮ極に励磁される。
【００８０】
ここで、ロータ１０１は前述した逆振りパルスＰ０ｐで逆転方向に振れ、ロータ１０１のＳ極が半円部１０２ａに近づき、ロータ１０１のＮ極が半円部１０２ｂに近づいていたが、第１パルスＰ１ｎによって、ステータ１０２の半円部１０２ａがＳ極に、半円部１０２ｂがＮ極に励磁されるので、ステータ１０２に励磁された磁極と、ロータ１０１の磁極が反発し合い、ロータ１０１は反転して矢印Ｆ方向（正転方向）に回転する。そして、ロータ１０１の回転が進むと、今度はロータ１０１のＮ極はＳ極が励磁された半円部１０２ａ側に引きつけられ、ロータ１０１の反対側のＳ極は、Ｎ極が励磁された半円部１０２ｂ側に引きつけられる。
【００８１】
しかし、第１パルスＰ１ｎによる正転方向の回転は通常の正転とは異なり、第１パルスＰ１ｎのパルス幅が短いので、ロータ１０１は磁気的安定位置方向Ａ１までは回転せず、その手前までとなる。すなわち、第１パルスＰ１ｎは、ロータ１０１を正転しきらない程
度に回転させる磁気をステータ１０２に励磁させるのである。
【００８２】
また、ロータ１０１は、前述の逆振りパルスＰ０ｐで逆転側に振られているので、第１パルスＰ１ｎによって励磁されたステータ１０２からの反発力を受けて、正転方向への角速度が増大し（図３（ｃ）の時間Ｔ０１参照）、ステップモータ１００の製造ばらつきによってロータ１０１に偏芯などがあっても、第１パルスＰ１ｎによる正転方向の回転が安定する。
【００８３】
また、第１パルスＰ１ｎが印加されるとき、ロータ１０１は前述したように逆振りパルスＰ０ｐによって逆転側に振られた動的な状態であるので、ロータ１０１は、静止状態から正転方向に動き出すのでは無く、逆転側に振られた動的な状態から正転方向に反転する。従って、ロータ１０１がプラスチックロータのために静止摩擦が大きく、また、その摩擦がばらついていたとしても、ロータ１０１は静止摩擦の影響をほとんど受けずに正転方向に安定して回転することができる。このように、逆振りパルスＰ０ｐを第１パルスＰ１ｎの前に印加することで、第１パルスＰ１ｎによるロータ１０１の正転方向への回転が安定し、静止摩擦の影響や、製造ばらつきによる偏芯の影響等を排除することができる。
【００８４】
次に図３（ａ）において、時間Ｔ０２で第１パルスＰ１ｎとは逆極性のプラス電圧の第２パルスＰ２ｐが出力され、コイル１０３に印加される。第２パルスＰ２ｐの電圧値は、一例として約＋１．５Ｖであるが、この値は限定されない。この第２パルスＰ２ｐは、逆転の本振りを実施する駆動パルスであり、ロータ１０１の回転角度は、図３（ｂ）に示すようにプラス側からマイナス側（すなわち逆転方向）に向かって大きく振れ、角速度は図３（ｃ）に示すようにマイナス側に大きく増加する。なお、第２パルスは、プラス電圧のパルスを第２パルスＰ２ｐと称し、マイナス電圧のパルスを第２パルスＰ２ｎと称するが、電圧極性を区別する必要がない場合は第２パルスＰ２と称する。この第２パルスＰ２は、図１で示した第２パルス発生部２３で生成された駆動パルスである。
【００８５】
図４（ｄ）は、時間Ｔ０２におけるステップモータ１００のロータ１０１の回転状態を示している。図４（ｄ）において、時間Ｔ０２でプラス電圧の第２パルスＰ２ｐがコイル１０３に印加されると、入力端子１０３ａがプラス電圧（＋）、入力端子１０３ｂがマイナス電圧（−）となる。これにより、ステータ１０２の半円部１０２ａがＮ極に、半円部１０２ｂがＳ極に励磁される。
【００８６】
ここで、前述した第１パルスＰ１ｎで正転方向に回転し、ロータ１０１のＮ極が半円部１０２ａに近づき、ロータ１０１のＳ極が半円部１０２ｂに近づいていたが、第２パルスＰ２ｐによって、ステータ１０２の半円部１０２ａがＮ極に、半円部１０２ｂがＳ極に励磁されるので、ステータ１０２に励磁された磁極と、ロータ１０１の磁極が反発し合い、ロータ１０１は正転方向への回転が反転して逆転方向（矢印Ｒ方向）へ回転する。
【００８７】
ロータ１０１の逆転方向（Ｒ方向）の回転が進むと、今度はロータ１０１のＮ極はＳ極が励磁された半円部１０２ｂ側に引きつけられ、ロータ１０１の反対側のＳ極は、Ｎ極が励磁された半円部１０２ａ側に引きつけられるので、さらに逆転方向の角速度が増加し、磁気的安定位置方向Ａ１を越えるほど回転し、ロータ１０１のＮ極は半円部１０２ａに近づき、ロータのＳ極は半円部１０２ｂに近づく。
【００８８】
ここで、第２パルスＰ２ｐのパルス幅を適正な長さにしておけば、ここでの角速度だけで、十分に逆転は可能であり、第２パルスＰ２ｐの停止後、コイル１０３への電圧が０Ｖになれば、図４（ｆ）に示すように、ロータ１０１は静的安定位置方向Ａ０で停止する。なお、この場合のロータ１０１の回転角度と角速度は、図３（ｂ）と図３（ｃ）の破線で示している。
【００８９】
しかし、ロータ１０１の逆転の安定性をさらに増すために、従来例（図１６（ａ）参照）と同様に第３パルスＰ３を追加すると良い。以下、この第３パルスＰ３の印加について説明する。図３（ａ）において、時間Ｔ０３で第２パルスＰ２ｐとは逆極性のマイナス電圧の第３パルスＰ３ｎが出力され、コイル１０３に印加される。第３パルスＰ３ｎの電圧値は、一例として約−１．５Ｖであるが、この値は限定されない。
【００９０】
この第３パルスＰ３ｎが印加されると、ロータ１０１の回転角度は、図３（ｂ）の実線で示すように一度マイナス側（すなわち逆転方向）に振れてから−３．１４ｒａｄ（すなわち−１８０度）に収束し、角速度は図３（ｃ）の実線で示すように一度マイナス側に増加してからプラス側に増加する。この第３パルスは、プラス電圧のパルスを第３パルスＰ３ｐと称し、マイナス電圧のパルスを第３パルスＰ３ｎと称するが、電圧極性を区別する必要がない場合は第３パルスＰ３と称する。この第３パルスＰ３は、図１で示した第３パルス発生部２４で生成された駆動パルスである。
【００９１】
図４（ｅ）は、時間Ｔ０３におけるステップモータ１００のロータ１０１の回転状態を示している。図４（ｅ）において、時間Ｔ０３でマイナス電圧の第パルスＰ３ｎがコイル１０３に印加されると、入力端子１０３ａがマイナス電圧（−）、入力端子１０３ｂがプラス電圧（＋）となる。これにより、ステータ１０２の半円部１０２ａがＳ極に、半円部１０２ｂがＮ極に励磁される。この第３パルスＰ３ｎの印加によって、ロータ１０１はさらに逆転方向（矢印Ｒ方向）に回転し、従来例の逆転駆動（図１７（ｃ）参照）と同様に磁気的安定位置方向Ａ１まで確実に回転するが、詳細な説明は従来例と重複するので省略する。
【００９２】
次に図３（ａ）において、第３パルスＰ３ｎの出力が終了し、駆動パルスＰＤの電圧が０Ｖになると、ロータ１０１の回転角度は、図３（ｂ）に示すように−３．１４ｒａｄに収束し、角速度は図３（ｃ）に示すように０ｒａｄ／ｓに収束する（時間Ｔ０４）。図４（ｆ）は、時間Ｔ０４におけるステップモータ１００のロータ１０１の回転状態を示している。図４（ｆ）において、時間Ｔ０４で駆動パルスＰＤの電圧が０Ｖになり、ステータ１０２の磁極が消えることで、ロータ１０１はフリーになり、静的安定位置方向Ａ０に戻るようにＦ方向に回転して停止する。これにより、ロータ１０１は、時間Ｔｓから逆転方向に１８０度（すなわち１ステップ）回転したことになる。
【００９３】
ここで、さらに逆転を継続する場合は、駆動パルスＰＤのすべてのパルス列の電圧方向を切り替えて、コイル１０３に印加すればよい。すなわち、図３（ａ）において、時間Ｔ１０で予備パルスとしてのマイナス電圧の逆振りパルスＰ０ｎを出力し、次に時間Ｔ１１で逆振りパルスＰ０ｎとは逆極性のプラス電圧の第１パルスＰ１ｐを出力し、次に時間Ｔ１２で第１パルスＰ１ｐとは逆極性のマイナス電圧の第２パルスＰ２ｎを出力し、さらに時間Ｔ１３で第２パルスＰ２ｎとは逆極性のプラス電圧の第３パルスＰ３ｐを出力する。
【００９４】
これにより、図３（ｂ）と図３（ｃ）の時間Ｔ１０〜Ｔ１４に示すように、ロータ１０１の回転角度と角速度は、前述の時間Ｔ００〜Ｔ０４と同様な動きをする。すなわち、ロータ１０１の回転角度は、図３（ｂ）に示すように、時間Ｔ１０〜Ｔ１４において、−３．１４ｒａｄから逆振り後、正転方向に回転し、その後マイナス方向（逆転方向）に回転角度が進み、時間Ｔ１４で−６．２８ｒａｄ（すなわち−３６０度）に収束する。なお、時間Ｔ１３〜Ｔ１４における図３（ｂ）の回転角度と図３（ｃ）の角速度の破線は、第３パルスＰ３ｐを印加しない場合の回転角度と角速度の状態を示している。
【００９５】
図５（ａ）〜（ｅ）は、ロータ１０１が時間Ｔ１０〜Ｔ１４において、さらに−１８０度逆転する状態を示している。図５（ａ）の時間Ｔ１０で逆振りパルスＰ０ｎがコイル１
０３に印加されると、ステータ１０２の半円部１０２ａがＳ極に、半円部１０２ｂがＮ極に励磁される。ここで、ロータ１０１は、前述の時間Ｔ０４で静的安定位置方向Ａ０に向いていたが、半円部１０２ａがＳ極に励磁され、半円部１０２ｂがＮ極に励磁されるので、ロータ１０１は矢印Ｒ方向（すなわち逆転方向）に回転を始め、磁気的安定位置方向Ａ１付近まで振られ、次に続く第１パルスＰ１ｐでの正転の安定化をはかる。
【００９６】
次に、図５（ｂ）の時間Ｔ１１でプラス電圧の第１パルスＰ１ｐがコイル１０３に印加されると、ステータ１０２の半円部１０２ａがＮ極に、半円部１０２ｂがＳ極に励磁される。ここで、ロータ１０１は、磁気的安定位置方向Ａ１付近まで回転していたが、ステータ１０２に励磁された磁極とロータ１０１の磁極が反発し合い、ロータ１０１は矢印Ｆの方向（正転方向）に回転する。そして、ロータ１０１の回転が進むと、今度はロータ１０１のＮ極はＳ極が励磁された半円部１０２ｂ側に引きつけせられ、ロータ１０１の反対側のＳ極は、Ｎ極が励磁された半円部１０２ａ側に引きつけられる。
【００９７】
ここで、ロータ１０１は、前述の逆振りパルスＰ０ｎで逆転側に振られていたので、第１パルスＰ１ｐによって励磁されたステータ１０２からの反発力を受けて、正転方向への角速度が増大し、ステップモータ１００の製造ばらつきによるロータ１０１の偏芯などがあっても、第１パルスＰ１ｐによるロータ１０１の正転方向の回転が安定する。
【００９８】
また、前述したようにロータ１０１は、逆振りパルスＰ０ｎによって逆転側に振られた動的な状態から正転方向に反転するので、ロータ１０１がプラスチックロータのために静止摩擦が大きく、また摩擦がばらついていたとしても、その静止摩擦はほとんど影響せずに、ロータ１０１を正転方向に安定して回転させることができる。
【００９９】
次に、図５（ｃ）の時間Ｔ１２でマイナス電圧の第２パルスＰ２ｎがコイル１０３に印加されると、ステータ１０２の半円部１０２ａがＳ極に、半円部１０２ｂがＮ極に励磁される。ここで、前述した第１パルスＰ１ｐで正転方向に回転し、ロータ１０１のＮ極が半円部１０２ｂに引きつけられ、ロータ１０１のＳ極が半円部１０２ａに引きつけられていたが、第２パルスＰ２ｎによって、ステータ１０２の半円部１０２ａがＳ極に、半円部１０２ｂがＮ極に励磁されるので、ステータ１０２に励磁された磁極と、ロータ１０１の磁極が反発し合い、ロータ１０１は正転方向への回転が反転して、逆転方向（矢印Ｒ方向）へ回転する。
【０１００】
ロータ１０１の逆転方向（Ｒ方向）の回転が進むと、今度はロータ１０１のＮ極はＳ極が励磁された半円部１０２ａ側に引きつけられ、ロータ１０１の反対側のＳ極は、Ｎ極が励磁された半円部１０２ｂ側に引きつけられので、さらに逆転方向の角速度が増加し、磁気的安定位置方向Ａ１を越えるほど回転し、ロータのＮ極は半円部１０２ｂに近づき、ロータ１０１のＳ極は半円部１０２ａに近づく。
【０１０１】
次に、図５（ｄ）の時間Ｔ０３でプラス電圧の第パルスＰ３ｐがコイル１０３に印加されると、ステータ１０２の半円部１０２ａがＮ極に、半円部１０２ｂがＳ極に励磁される。この第３パルスＰ３ｐの印加によって、前述したように、ロータ１０１はさらに逆転方向（Ｒ方向）に回転し、磁気的安定位置方向Ａ１まで確実に回転する。
【０１０２】
次に、図５（ｅ）の時間Ｔ１４において、駆動パルスＰＤの電圧が０Ｖになり、ステータ１０２の磁極が消えることで、ロータ１０１は静的安定位置方向Ａ０に戻って停止する。これにより、ロータ１０１は時間Ｔｓから逆転方向に３６０度回転し、ロータ１０１は時間Ｔ１４において時間Ｔｓと同じ回転位置に戻ったことになる。
【０１０３】
以降、ロータ１０１の逆転を継続するのであれば、図３（ａ）に示す時間Ｔ００〜Ｔ０
３の駆動パルスＰＤと、時間Ｔ１０〜Ｔ１３の電圧方向が反転した駆動パルスＰＤを交互に印加することで、ステップモータ１００の逆転駆動を継続することができる。
【０１０４】
以上のように第１の実施形態では、第１パルスＰ１を印加する前に、予備パルスとして第１パルスＰ１とは逆極性の逆振りパルスＰ０を印加してロータ１０１を逆転方向に振ることで、ロータ１０１の静止摩擦や製造ばらつきによる偏芯などの影響を排除し、ステップモータの逆転駆動の安定性、確実性を高めることができる。これにより、静止摩擦や偏芯が比較的大きいプラスチックロータを採用したステップモータの駆動に最適なステップモータ駆動システムを提供することができる。また、逆振りパルスＰ０は、比較的単純で、且つパルス幅が狭いパルスで構成されるため、逆転駆動の安定化を小規模の回路により低消費電力で実現できる利点がある。
【０１０５】
［第１の実施形態の変形例１の駆動パルスの説明：図６（ａ）］
次に、第１の実施形態の変形例１の駆動パルスを図６（ａ）を用いて説明する。図６（ａ）は第１の実施形態の変形例１の駆動パルスの波形を示しており、縦軸は駆動パルスＰＤの電圧（Ｖ）であり、横軸は時間（ｍＳ）である。図６（ａ）において、変形例１の駆動パルスＰＤは、予備パルスである逆振りパルスＰ０ｐ（時間Ｔ００：破線で囲って示す）、逆振りパルスＰ０ｎ（時間Ｔ１０：破線で囲って示す）が、短時間にＯＮ、ＯＦＦを繰り返すチョッパ状のパルス群によって構成されている。
【０１０６】
このように、逆振りパルスＰ０をチョッパ状のパルス群にする理由は、逆振りパルスＰ０によって、ロータ１０１を逆転方向に振って磁気的安定位置方向Ａ１付近まで回転させるが（図４（ｂ）参照）、その逆振りに勢いが付きすぎないように、逆振りパルスＰ０をチョッパ状にして、逆振りの角速度を弱くする方向に調整することを目的としている。これにより、逆振りパルスＰ０による逆振りの回転角度と角速度を最適化できるので、次の第１パルスＰ１による正転方向の回転がさらに安定し、確実で安定した逆転駆動を実現できる。
【０１０７】
［第１の実施形態の変形例２の駆動パルスの説明：図６（ｂ）］
次に、第１の実施形態の変形例２の駆動パルスを図６（ｂ）を用いて説明する。図６（ｂ）は第１の実施形態の変形例２の駆動パルスの波形を示しており、縦軸は駆動パルスＰＤの電圧（Ｖ）であり、横軸は時間（ｍＳ）である。図６（ｂ）において、変形例２の駆動パルスＰＤは、予備パルスである逆振りパルスＰ０ｐ、Ｐ０ｎと、それに続く第１パルスＰ１ｎ、Ｐ１ｐの間に、所定の休止区間Ｔｂが設けられている。
【０１０８】
ここで、休止区間Ｔｂを設ける理由は、逆振りパルスＰ０によって、ロータ１０１を逆転方向に振って磁気的安定位置方向Ａ１付近まで回転させるが（図４（ｂ）参照）、ロータ１０１が何らかの理由で逆振りパルスＰ０によって逆転し過ぎても、逆振りパルスＰ０の後に休止区間Ｔｂを設けることで、ステータ１０２の励磁が消滅し、ロータ１０１は、静的安定位置方向Ａ０に戻る方向（正転方向）に回転するので、ロータ１０１が逆転し過ぎることを防ぐことができる。そして、休止区間Ｔｂ後に、第１パルスＰ１が印加されることで、ロータ１０１は、正転方向に安定して回転する（図４（ｃ）参照）。
【０１０９】
このように、逆振りパルスＰ０と第１パルスＰ１の間に休止区間Ｔｂを設けることで、逆振りパルスＰ０による逆転方向の振れを調整し、逆振りパルスＰ０によって逆転し過ぎることを防ぎ、第１パルスＰ１による正転方向の回転を安定させる効果がある。なお、第１の実施形態の変形例１と変形例２は、合わせて用いてもよい。すなわち、チョッパ状の逆振りパルスＰ０の出力後に、所定の休止区間Ｔｂを設けてから、第１パルスＰ１を出力し、逆振りパルスＰ０による逆転方向の振れをきめ細かく調整してもよい。
【０１１０】
［第１の実施形態の変形例３の駆動パルスの説明：図７（ａ）、図７（ｂ）］
次に、第１の実施形態の変形例３の駆動パルスを図７（ａ）、図７（ｂ）を用いて説明する。図７（ａ）は第１の実施形態の変形例３の駆動パルスＰＤの波形を示しており、縦軸は駆動パルスＰＤの電圧（Ｖ）であり、横軸は時間（ｍＳ）である。また図７（ｂ）は、変形例３のロータ１０１の回転角度を示している。ここで、第１の実施形態の変形例３は、逆転の早送り駆動に関することである。
【０１１１】
図７（ａ）において、変形例３の駆動パルスＰＤは、ステップモータを早送りで逆転させる駆動パルスである。この早送り逆転パルスの特徴は、早送り動作の最初に逆振りパルスを出力し、その後の早送り逆転駆動でのパルス列では、逆振りパルスを出力しないことである。
【０１１２】
以下、変形例３の駆動パルスＰＤとロータ１０１の回転角度を図７（ａ）と図７（ｂ）を用いて説明する。図７（ａ）の時間Ｔ００で予備パルスとしてのプラス電圧の逆振りパルスＰ０ｐが出力され、コイル１０３に印加される。この逆振りパルスＰ０ｐが印加されると、ロータ１０１の回転角度は、図７（ｂ）に示すようにマイナス（すなわち逆転方向）側に振れる。すなわち、この逆振りパルスＰ０ｐによってロータ１０１を逆転方向へ一度振ることで、次の第１パルスＰ１による回転をしやすくし、ロータ１０１の回転角度や角速度のばらつきを抑え、安定して逆転させる効果がある。
【０１１３】
次に、時間Ｔ０１でマイナス電圧の第１パルスＰ１ｎが出力され、時間Ｔ０２でプラス電圧の第２パルスＰ２ｐが出力され、時間Ｔ０３でマイナス電圧の第３パルスＰ３ｎが出力される。この一連のパルス列は、前述の第１の実施形態のパルス（図３（ａ）参照）と同様であり、図７（ｂ）で示すロータ１０１の回転角度も、第１の実施形態の回転角度（図３（ｂ）参照）と同様である。
【０１１４】
次に、早送り駆動であるので、時間Ｔ０３の第３パルスＰ３ｎの出力後、ただちに次の逆転駆動のためにマイナス電圧の逆振りパルスＰ０ｎを出力することになるが、図７（ｂ）の時間Ｔ０３でのロータ１０１の回転角度に注目すると、この時点での基準点となる−３．１４ｒａｄ（すなわち、−１８０度）に対して、ロータ１０１はマイナス側に振れており、すでに逆振り状態であることが理解できる。これは、第３パルスＰ３ｎによってステータ１０２に励磁された磁極とロータ１０１の磁極が引き合い、ロータ１０１が、さらに逆転方向（Ｒ方向）へ回転し、逆振り状態を作り出しているからである（図４（ｅ）参照）。
【０１１５】
従って、第３パルスＰ３ｎが逆振りパルスＰ０ｎの代わりとなり、逆振りパルスＰ０ｎを出力する必要が無く、次の時間Ｔ１１でプラス電圧の第１パルスＰ１ｐを出力し、時間Ｔ１２でマイナス電圧の第２パルスＰ２ｎを出力し、時間Ｔ１３でプラス電圧の第３パルスＰ３ｐを出力することで、逆振りパルスＰ０ｎを出力しなくても、確実に逆転駆動を続けることができる。以下同様に、時間Ｔ１３でのロータ１０１の回転角度に注目すると、この時点での基準点となる−６．２８ｒａｄ（すなわち、−３６０度）に対して、ロータ１０１はマイナス側に振れており、すでに逆振り状態である。
【０１１６】
よって、次の時間Ｔ２１でマイナス電圧の第１パルスＰ１ｎ、時間Ｔ２２でプラス電圧の第２パルスＰ２ｐ、時間Ｔ２３でマイナス電圧の第３パルスＰ３ｎと続けて出力することで、逆振りパルスＰ０を出力せずに、ロータ１０１を逆振り状態に保ちながら、安定して早送り逆転駆動を続けることができる。すなわち、早送り逆転駆動を行う駆動パルスＰＤは、最初のタイミングで逆振りパルスＰ０を出力するが、以降のパルス列では、逆振りパルスＰ０を必要とせず、第１パルスＰ１、第２パルスＰ２、第３パルスＰ３、第１パルスＰ１・・・の順で駆動パルスを出力すれば、第３パルスＰ３が逆振りパルスＰ０の代わ
りとなって、安定した早送り逆転駆動を実施することができる。
【０１１７】
このように、早送り逆転駆動において、先頭の逆振りパルスＰ０以外を省略することで、ロータ１０１の１ステップ（１８０度回転）あたりの駆動パルス数が減るので、ステップモータを駆動する消費電力を減らすことが可能となる。また、駆動パルス数が減ることで、毎回逆振りパルスＰ０を出力する場合と比較して、ステップモータの早送りスピードを速める効果を有している。
【０１１８】
また、早送り逆転駆動ではないが、逆転駆動の直後にさらに逆転駆動を行う場合も、変形例３と同様に逆振りパルスＰ０を省略することができる。すなわち、通常の逆転駆動を行い（図７（ａ）の時間Ｔ００〜Ｔ０３）、その直後に、さらに逆転駆動を行う場合は、前述したように、ロータ１０１は第３パルスＰ３ｎによって逆振り状態が作り出されているので、逆振りパルスＰ０ｎを出力せずに、図７（ａ）の時間Ｔ１１と同様に第１パルスＰ１ｐを出力することで、ロータ１０１を正転方向に安定して回転でき、次の逆転駆動を実施することができる。
【０１１９】
従って、逆転駆動によって第３パルスＰ３が出力された直後の逆振りパルスＰ０は出力を停止してよい。なお、逆振りパルスＰ０の出力停止は、マイコン１０の制御部１１（図１参照）によって制御される。以上のように、第１の実施形態の変形例１〜３は、逆振りパルスＰ０によるロータ１０１の逆振り動作を調節し、次の第１パルスＰ１による正転方向の回転をさらに安定させると共に、逆振りパルスＰ０が不必要な場合は、逆振りパルスＰ０を出力せず、安定した逆転駆動を効率よく実現することができる。
【実施例２】
【０１２０】
［第２の実施形態の駆動パルス、回転角度、角速度、ロータ回転状態の説明：図８、図９］
次に、予備パルスが電圧方向を交互に切り替える振り子パルスでなる第２の実施形態のステップモータ駆動システムを図８、図９を用いて説明する。なお、第２の実施形態は、第１の実施形態よりも、さらに逆転駆動の安定性を増すことが可能となる実施形態である。
【０１２１】
図８（ａ）は第２の実施形態の駆動パルスの波形を示しており、縦軸はステップモータ１００のコイル１０３（図１参照）に印加する駆動パルスＰＤの電圧（Ｖ）であり、横軸は時間（ｍＳ）である。
【０１２２】
図８（ｂ）は、第２の実施形態におけるステップモータ１００のロータ１０１の回転角度を示しており、縦軸は回転角度（ラジアン：ｒａｄ）であり、横軸は時間（ｍＳ）である。図８（ｃ）は、第２の実施形態におけるステップモータ１００のロータ１０１の角速度を示しており、縦軸は角速度（ｒａｄ／ｓ）であり、横軸は時間（ｍＳ）である。また、図９は、第２の実施形態におけるステップモータ１００のロータ１０１の回転状態を示している。
【０１２３】
まず、図８（ａ）〜図８（ｃ）において、ステップモータ１００の最初の状態を時間Ｔｓで示し、この最初の時間Ｔｓでは駆動パルスＰＤが印加されないので、駆動パルスＰＤは０Ｖであり、回転角度は０ｒａｄ、角速度は０ｒａｄ／ｓである。また、この時間Ｔｓでのステップモータ１００のロータ１０１の回転状態を図９（ａ）に示し、時間Ｔｓでのロータ１０１の回転状態は、第１の実施形態と同様に静的安定位置方向Ａ０で停止している。
【０１２４】
次に、ロータ１０１を逆転するために、駆動パルスＰＤとしてのパルス列が順次出力さ
れる。図８（ａ）において、時間Ｔｆ０で予備パルスとしての複数の振り子パルスＰｆｎ（破線で囲う）が出力され、コイル１０３に印加される。振り子パルスＰｆｎの電圧値は、一例として約±１．５Ｖであるが、この値は限定されない。なお、振り子パルスは、最初のパルスの電圧がプラスのパルスを振り子パルスＰｆｐと称し、最初のパルスの電圧がマイナスのパルスを振り子パルスＰｆｎと称し、電圧極性を区別する必要がない場合は振り子パルスＰｆと称する。この振り子パルスＰｆは、図１で示した予備パルス発生部２１で生成される予備パルスである。
【０１２５】
この振り子パルスＰｆは所定の間隔を置いた複数のパルス列からなり、コイル１０３に印加する電圧方向を交互に切り替えて出力される。ここで、時間Ｔｆ０で振り子パルスＰｆｎが印加されると、ロータ１０１の回転角度は、図８（ｂ）に示すようにプラス側（正転方向）とマイナス側（逆転方向）に振り子のように振れ、角速度は図８（ｃ）に示すようにプラス側への増加とマイナス側への増加が繰り返される。
【０１２６】
図９（ｂ）は、時間Ｔｆ０におけるステップモータ１００のロータ１０１の回転状態を示している。図９（ｂ）において、時間Ｔｆ０で振り子パルスＰｆｎがコイル１０３に印加されると、入力端子１０３ａ、１０３ｂは、電圧方向がプラスとマイナスに交互に切り替わる。これにより、ステータ１０２の磁極（Ｎ極、Ｓ極）が交互に切り替わり、ロータ１０１は静的安定位置方向Ａ０（図９（ａ）参照）を中心に、正転方向と、逆転方向に振り子のように揺り動かされる。
【０１２７】
ここで、時間Ｔｆ０の例では、振り子パルスＰｆｎによって、最初に正転方向へ振り、次に逆転方向→正転方向→逆転方向→第１パルスの駆動となる。しかし、最初に逆転方向へ振り、次に正転方向→逆転方向→正転方向→逆転方向→第１パルスの駆動でもよい。このように、第１パルスＰ１を印加する前に、振り子パルスＰｆによってロータ１０１を正転方向と逆転方向に振り子運動をさせることが、第２の実施形態の特徴である。
【０１２８】
次に、時間Ｔｆ０後の時間Ｔ０１において、ロータ１０１を正転方向に回転させるマイナス電圧の第１パルスＰ１ｎが出力され、コイル１０３に印加される。この第１パルスＰ１ｎが印加されると、ロータ１０１の回転角度は、図８（ｂ）に示すようにマイナス側からプラス側（すなわち正転方向）に回転し、角速度は図８（ｃ）に示すようにプラス側に増加する。
【０１２９】
図９（ｃ）は、時間Ｔ０１におけるステップモータ１００のロータ１０１の回転状態を示している。時間Ｔ０１において、マイナス電圧の第１パルスＰ１ｎがコイル１０３に印加されると、ステータ１０２の半円部１０２ａがＳ極に、半円部１０２ｂがＮ極に励磁される。
【０１３０】
ここで、ロータ１０１は、前述した振り子パルスＰｆｎの最後のパルスで逆転方向に振られており、ロータ１０１のＳ極が半円部１０２ａに近づき、ロータ１０１のＮ極が半円部１０２ｂに近づいていたが、第１パルスＰ１ｎによって、ステータ１０２の半円部１０２ａがＳ極に、半円部１０２ｂがＮ極に励磁されるので、ステータ１０２に励磁された磁極と、ロータ１０１の磁極が反発し合い、ロータ１０１は矢印Ｆの方向（正転方向）に回転する。そして、ロータ１０１の回転が進むと、今度はロータ１０１のＮ極はＳ極が励磁された半円部１０２ａ側に引きつけられ、ロータ１０１の反対側のＳ極は、Ｎ極が励磁された半円部１０２ｂ側に引きつけられる。
【０１３１】
ここで、ロータ１０１は、振り子パルスＰｆｎによって動的な振り子運動が繰り返されるので、ロータ１０１の静止摩擦や製造ばらつきによる偏芯などの影響で、ロータ１０１の回転が不安定であったとしても、ロータ１０１が繰り返し振られることで、振られ幅が
安定し、振り子パルスＰｆｎの次の第１パルスＰ１ｎによる正転方向の回転が極めて安定したものになる。この結果、第１の実施形態の逆振りパルスＰ０よりも更にロータ１０１の静止摩擦や偏芯の影響を排除して、極めて安定した逆転駆動を実現できる。
【０１３２】
この第１パルスＰ１ｎ以降の時間Ｔ０２の第２パルスＰ２ｐ、時間Ｔ０３の第３パルスＰ３ｎによる駆動は、前述した第１の実施形態と同様であるので説明は省略する。また、時間Ｔ０３の終了後、さらに逆転させる場合は、図８（ａ）に示すように、時間Ｔｆ１以降、すべてのパルス列の電圧方向を反転させて、振り子パルスＰｆｐ（破線で囲う）、第１パルスＰ１ｐ、第２パルスＰ２ｎ、第３パルスＰ３ｐと出力することで逆転を継続できる。
【０１３３】
また、振り子パルスＰｆは、電圧方向が交互に切り替わる複数のパルス列の間に、休止区間（電圧０Ｖ区間）を設けているが、これは、ロータ１０１が一度、振子運動に入ってしまえば、コイル１０３へ駆動電流を流し続けなくても、振子運動を持続できるからであり、ステップモータを駆動する消費電力を削減できる利点がある。
【０１３４】
また、ステップモータによっては、ロータの摩擦が大きく、振り子パルスＰｆに休止区間を設けず、電圧方向が交互に切り替わる複数のパルス列を切れ目無く連続して印加することが好ましい場合もある。また、図８で示す振り子パルスＰｆのパルス数は４個であるが、振り子パルスＰｆのパルス数は限定されず、ステップモータの特性に合わせて調整してよい。なお、図８（ｂ）、図８（ｃ）の破線は、第３パルスＰ３ｎ、Ｐ３ｐが印加されない場合の回転角度と角速度を示している。
【０１３５】
［第２の実施形態の変形例１の駆動パルスの説明：図１０（ａ）］
次に、第２の実施形態の変形例１を図１０（ａ）を用いて説明する。変形例１は振り子パルスのパルス幅が徐々に大きくなる特徴を備えている。図１０（ａ）において、時間Ｔｆ０で予備パルスとしての振り子パルスＰｆｎ（破線で囲う）が出力される。この振り子パルスＰｆｎは所定の間隔を置いた複数のパルス列からなり、電圧方向が交互に切り替わって出力される。そして、この振り子パルスＰｆｎのパルス幅は、最初の振り子パルスＰｆｎ１が最も狭く、徐々に大きくなって、最後に出力される振り子パルスＰｆｎ４のパルス幅が最も大きい。
【０１３６】
また、次のステップの時間Ｔｆ１の振り子パルスＰｆｐ（破線で囲う）においても、電圧方向が逆向きになるだけで、振り子パルスＰｆｐのパルス幅は、最初の振り子パルスＰｆｐ１が最も狭く、徐々に大きくなって、最後に出力される振り子パルスＰｆｐ４のパルス幅が最も大きい。なお、図１０（ａ）で示す振り子パルスＰｆのパルス数は４個であるが、パルス数は限定されない。
【０１３７】
このように、振り子パルスＰｆのパルス幅を徐々に大きくすることで、ロータ１０１の振り子運動の振幅を徐々に大きくして安定化させ、ロータ１０１に比較的大きな静止摩擦や偏芯があったとしても、次に出力される第１パルスＰ１による正転方向への回転を安定させて、確実な逆転駆動を実現できる。なお、振り子パルスＰｆのパルス間隔も、パルス幅を徐々に大きくすることに合わせて、変化させてもよい。
【０１３８】
［第２の実施形態の変形例２のパルスの説明：図１０（ｂ）］
次に、第２の実施形態の変形例２を図１０（ｂ）を用いて説明する。変形例２は先頭の振り子パルスのパルス幅がその後の振り子パルスのパルス幅と異なる特徴を備えている。図１０（ｂ）において、時間Ｔｆ０で予備パルスとしての振り子パルスＰｆｎ（破線で囲う）が出力される。この振り子パルスＰｆｎは所定の間隔を置いた複数のパルス列からなり、電圧方向が交互に切り替わって出力される。そして、この振り子パルスＰｆｎの先頭
の振り子パルスＰｆｎ１のパルス幅は、その後に続く振り子パルスＰｆｎのパルス幅と異なり、具体的には、先頭の振り子パルスＰｆｎ１のパルス幅が、その後に続く振り子パルスＰｆｎのパルス幅よりも大きい。
【０１３９】
また、次のステップの時間Ｔｆ１の振り子パルスＰｆｐ（破線で囲う）においても、電圧方向が逆向きになるだけで、先頭の振り子パルスＰｆｐ１のパルス幅が、その後に続く振り子パルスＰｆｐのパルス幅よりも大きい。
【０１４０】
このように、先頭の振り子パルスＰｆｎ１、Ｐｆｐ１のパルス幅を大きくすることで、ロータ１０１は最初に大きな回転力を得て振り子運動に入りやすくなり、振り子運動をすばやく安定化させることができる。これにより、ロータ１０１に大きな静止摩擦や偏芯があったとしても、次に出力される第１パルスＰ１による正転方向への回転を安定させて、確実な逆転駆動を実現できる。なお、振り子パルスＰｆのパルス間隔も、パルス幅の違いに合わせて、変化させてもよい。
【０１４１】
［第２の実施形態の変形例３のパルスの説明：図１０（ｃ）］
次に、第２の実施形態の変形例３を図１０（ｃ）を用いて説明する。変形例３は振り子パルスの各パルスがチョッパ状に構成されている特徴を備えている。図１０（ｃ）において、時間Ｔｆ０で予備パルスとしての振り子パルスＰｆｎ（破線で囲う）が出力される。この振り子パルスＰｆｎは所定の間隔を置いた複数のパルス列からなり、電圧方向が交互に切り替わって出力される。
【０１４２】
そして、この振り子パルスＰｆｎの各パルスは、短時間にＯＮ、ＯＦＦを繰り返すチョッパ状のパルス群によって構成されている。また、図１０（ｃ）の例では、振り子パルスＰｆｎのパルス幅が徐々に大きくなっているが、パルス幅は限定されず、たとえば、同一のパルス幅でもよく、また、変形例２のように、先頭のパルス幅だけが大きい振り子パルスでもよい。
【０１４３】
また、次のステップの時間Ｔｆ１の振り子パルスＰｆｐ（破線で囲う）においても、電圧方向が逆向きになるだけで、振り子パルスＰｆｐの各パルスは、短時間にＯＮ、ＯＦＦを繰り返すチョッパ状のパルス群によって構成されている。
【０１４４】
このように、振り子パルスＰｆの各パルスをチョッパ状に構成することで、ロータ１０１の振り子運動の角速度を弱くする方向に調整して過剰な振り子運動を抑え、次の第１パルスＰ１による正転方向の回転を安定させて、確実な逆転駆動を実現できる。以上のように、第２の実施形態の変形例１〜３は、振り子パルスＰｆによるロータ１０１の振り子運動を適切に調節して、さらに安定した確実な逆転駆動を実現することができる。
【実施例３】
【０１４５】
［第３の実施形態の駆動パルス、回転角度、ロータ回転状態の説明：図１１、図１２］
次に、第３の実施形態のステップモータ駆動システムについて、駆動パルスとロータの回転角度、および、ロータの回転状態を図１１と図１２を用いて説明する。なお、第３の実施形態は、ロータを正転させた直後の逆転駆動に関することである。
【０１４６】
図１１（ａ）は第３の実施形態の駆動パルスの波形を示しており、縦軸はステップモータ１００のコイル１０３（図１参照）に印加する駆動パルスＰＤの電圧（Ｖ）であり、横軸は時間（ｍＳ）である。
【０１４７】
図１１（ｂ）は、第３の実施形態におけるステップモータ１００のロータ１０１の回転角度を示しており、縦軸は回転角度（ラジアン：ｒａｄ）であり、横軸は時間（ｍＳ）で
ある。また、図１２は、ステップモータ１００のロータ１０１の回転状態を示している。
【０１４８】
まず、図１１（ａ）、図１１（ｂ）において、ステップモータ１００の最初の状態を時間Ｔｓで示し、この最初の時間Ｔｓでは駆動パルスＰＤが印加されないので、駆動パルスＰＤは０Ｖであり、回転角度は０ｒａｄである。また、この時間Ｔｓでのステップモータ１００のロータ１０１の回転状態を図１２（ａ）に示し、時間Ｔｓでのロータ１０１の回転状態は、第１の実施形態と同様に静的安定位置方向Ａ０で停止している。
【０１４９】
ここで、図１１（ａ）において、ロータ１０１を正転駆動するために、時間Ｔ００で正転パルスＰｓが出力される。この正転パルスＰｓによってロータ１０１の回転角度は、図１１（ｂ）に示すようにプラス側（すなわち正転方向）側に大きく回転する。
【０１５０】
図１２（ｂ）は、時間Ｔ００におけるステップモータ１００のロータ１０１の回転状態を示している。図１２（ｂ）において、時間Ｔ００で正転パルスＰｓがコイル１０３に印加されると、入力端子１０３ａがプラス電圧（＋）、入力端子１０３ｂがマイナス電圧（−）となる。これにより、ステータ１０２の半円部１０２ａがＮ極に、半円部１０２ｂがＳ極に励磁される。
【０１５１】
すると、ロータ１０１のＮ極が半円部１０２ａのＮ極に反発し、ロータ１０１のＳ極が半円部１０２ｂのＳ極に反発して、ロータ１０１は、正転方向（矢印Ｆ方向）に回転する。そして、ロータ１０１の回転が進むと、ロータ１０１のＳ極は半円部１０２ａのＮ極に引きつけられ、ロータ１０１のＮ極は半円部１０２ｂのＳ極に引きつけられて、ロータ１０１は磁気的安定位置方向Ａ１を越える近辺まで回転する。この図１２（ｂ）で示すタイミングで、正転パルスＰｓを停止すれば、ステータ１０２の磁極が消滅するのでロータ１０１はフリーになり、正転方向（矢印Ｆ方向）の回転の慣性で静的安定位置方向Ａ０に近づき停止する。これによって、ロータ１０１は、＋１８０度正転したことになる。
【０１５２】
しかし、第３の実施形態は、正転駆動の直後に逆転駆動を行う動作なので、直後の逆転駆動のために予備パルスとしての逆振りパルスＰ０ｐを出力することになるが、時間Ｔ００でのロータ１０１の回転角度に注目すると、この時点での基準点となる＋３．１４ｒａｄ（すなわち、＋１８０度）に対して、ロータ１０１はマイナス側に振れており、すでに逆振り状態であることが理解できる。これは、正転パルスＰｓによってステータ１０２に励磁された磁極とロータ１０１の磁極が引き合い、逆振り状態を作り出しているからである。
【０１５３】
すなわち、正転パルスＰｓによって、ロータ１０１は、逆振り状態と同様な状態（図４（ｂ）と図１２（ｂ）を比較）になるので、正転駆動の直後に逆転させる場合は、逆振りパルスＰ０を印加しなくても、正転パルスＰｓが逆振りパルスＰ０の代わりとなる。
【０１５４】
このため、逆振りパルスＰ０の出力を省略し、次の時間Ｔ０１でマイナス電圧の第１パルスＰ１ｎを出力する。すると、ロータ１０１の回転角度は、図１１（ｂ）に示すようにプラス側（すなわち正転方向）にさらに振れ、＋３．１４ｒａｄ（＋１８０度）を越える点まで回転する。図１２（ｃ）は、この時間Ｔ０１におけるステップモータ１００のロータ１０１の回転状態を示している。図１２（ｃ）において、時間Ｔ０１でマイナス電圧の第１パルスＰ１ｎがコイル１０３に印加されると、ステータ１０２の半円部１０２ａがＳ極に、半円部１０２ｂがＮ極に励磁される。
【０１５５】
ここで、前述した正転パルスＰｓでロータ１０１のＳ極が半円部１０２ａに引きつけられ、ロータ１０１のＮ極が半円部１０２ｂに引きつけられていたが、第１パルスＰ１ｎによって、ステータ１０２の磁極が切り替わり、半円部１０２ａがＳ極に半円部１０２ｂが
Ｎ極に励磁されるので、ステータ１０２に励磁された磁極と、ロータ１０１の磁極が反発し合い、ロータ１０１は矢印Ｆの方向（正転方向）にさらに回転する。そして、ロータ１０１の回転が進むと、今度はロータ１０１のＮ極はＳ極が励磁された半円部１０２ａ側に引きつけられ、ロータ１０１の反対側のＳ極はＮ極が励磁された半円部１０２ｂ側に引きつけられる。
【０１５６】
以降、逆転のパルス列である時間Ｔ０２で第２パルスＰ２ｐ、時間Ｔ０３で第３パルスＰ３ｎが出力されて、ロータ１０１は逆転し、図１１（ｂ）に示すように、ロータ１０１の回転角度は０ｒａｄに戻ることになる。
【０１５７】
以上のように、正転駆動の直後に逆転させる場合は、正転パルスＰｓの印加によって、ロータ１０１は、逆振り状態と同様な状態になるので、正転駆動の直後に逆転させる場合は、逆振りパルスＰ０の出力を停止できる。この結果、逆振りパルスＰ０が不要となるので、正転駆動の直後の逆転駆動を素早く実施することができる。また、逆振りパルスＰ０が不要になる分、ステップモータ駆動の消費電力を削減できる利点がある。
【０１５８】
また、本実施例では正転駆動の直後の逆転駆動において、予備パルスとしての逆振りパルスＰ０の出力が停止できることを例示したが、予備パルスが振り子パルスＰｆであっても同様であり、正転駆動の直後に出力される振り子パルスＰｆも同様の理由で出力を停止して逆転駆動することができる。なお、正転駆動後の予備パルスの出力停止は、マイコン１０の制御部１１（図１参照）によって制御される。
【実施例４】
【０１５９】
［第４の実施形態のステップモータ駆動システムの構成説明：図１３］
次に、電源電圧や周囲温度によって予備パルスを可変する第４の実施形態のステップモータ駆動システムの構成を図１３を用いて説明する。なお、第４の実施形態のステップモータ駆動システムの構成は、第１の実施形態のステップモータ駆動システム１（図１参照）と基本構成は同一であるので同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【０１６０】
図１３において、符号４０は第４の実施形態のステップモータ駆動システムである（破線で囲う）。ステップモータ駆動システム４０は、システムの全体を制御するマイコン１０、基準信号源である水晶振動子２、電圧検出部４１、温度検出部４２などによって構成され、ステップモータ１００を駆動する。
【０１６１】
電圧検出部４１は、ステップモータ駆動システム４０の電源となる電池（図示せず）の電圧を検出し、電圧信号Ｋ１１を出力してマイコン１０に入力する。なお、電圧検出部４１は、電池の残容量検出部との併用でもよい。温度検出部４２は、ステップモータ駆動システム４０の周囲の温度を検出し、温度信号Ｋ１２を出力してマイコン１０に入力する。なお、温度検出部４２は、温度補償用温度計との併用でもよい。また、電圧検出部４１と温度検出部４２は、マイコン１０に内蔵してもよい。
【０１６２】
マイコン１０は、電圧信号Ｋ１１を入力し、予備パルス発生部２１を制御して電池電圧に応じて予備パルスである逆振りパルスＰ０や振り子パルスＰｆのパルス幅やパルス間隔を調整し、ステップモータ１００の逆転駆動が安定して実施できるように制御する。具体的には、電池電圧が高めの時は、駆動電流が増加するので、予備パルスのパルス幅を狭くし、電池電圧が低めの時は、駆動電流が低下するので、予備パルスのパルス幅を大きくするなどの制御を行い、逆振りや振り子運動を適切に調整する。また、電池電圧が高めの時は予備パルスをチョッパ状にして駆動電流を下げるなどの制御を行ってもよい。
【０１６３】
また、マイコン１０は、温度信号Ｋ１２を入力し、周囲の温度に応じて予備パルスであ
る逆振りパルスＰ０や振り子パルスＰｆのパルス幅やパルス間隔を調整し、ステップモータ１００の逆転駆動が安定して実施できるように制御する。具体的には、周囲温度が高めの時は、ロータ１０１の潤滑油（図示せず）の粘度が低くなって回転しやすくなるので、予備パルスのパルス幅を狭くして回転力を低下させる。また周囲温度が低めの時は、ロータ１０１の潤滑油の粘度が高くなって回転しにくくなるので、予備パルスのパルス幅を大きくして、回転力を増加させるなどの制御を行い、逆振りや振り子運動を適切に調整する。
【０１６４】
また、マイコン１０は、電圧信号Ｋ１１と温度信号Ｋ１２の両方の情報を同時に得て、両方の情報に応じて予備パルスを調整してよい。以上のように、第４の実施形態によるならば、ステップモータ１００に対する電源電圧や周囲温度が変化しても、その影響を排除して安定した逆転駆動を実現できる。
【０１６５】
なお、本発明の各実施形態で示した構成図等は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を満たすものであれば、任意に変更することができる。また本発明は、プラスチックロータによるステップモータに限定されるものではなく、通常の金属製ロータのステップモータにも適用できる。その場合も、ステップモータの材質や製造ばらつきによる摩擦や偏芯などの影響を排除して、安定した逆転駆動を可能とする。
【０１６６】
また、ステップモータは段差式ステップモータに限定されない。例えば、ノッチ式など、静的安定位置方向Ａ０を決定できるものであれば、いかなるものであっても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１６７】
本発明のステップモータ駆動システムは、ステップモータの正転駆動はもちろん、安定した逆転駆動を実現できるので、アナログ式電子時計やステップモータを必要とする様々な機器に幅広く利用することができる。
【符号の説明】
【０１６８】
１、４０  ステップモータ駆動システム
２  水晶振動子
１０  マイクロコンピュータ（マイコン）
１１  制御部
１２  タイミング発生部
１３  ＲＡＭ
１４  ＲＯＭ
１５  モータドライバ
２０  パルス発生部
２１  予備パルス発生部
２２  第１パルス発生部
２３  第２パルス発生部
２４  第３パルス発生部
４１  電圧検出部
４２  温度検出部
１００  ステップモータ
１０１  ロータ
１０２  ステータ
１０２ａ、１０２ｂ  半円部
１０３  コイル
ＰＤ  駆動パルス
Ｐ０  逆振りパルス
Ｐｆ  振り子パルス
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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