(57)【要約】【課題】従来の連続運針を実現するためのステップモータは、ロータの角速度の変動幅が非常に大きく、長い秒針を設けた場合などには秒針の振れとして時計の使用者に違和感として認識されてしまうという問題があった。また、連続運針を行なわせる場合には、消費電力が大きくなってしまうという問題があった。【解決手段】本発明のステップモータ装置は、１個のロータに対してその軸方向に互いに絶磁された２個のステータを空間的に位相をずらして重ねて設けており、２個のステータとロータとの間では、コイルの非通電時にロータの位置を安定させる保持トルクが生じない。また、駆動パルスとしてコイルに印加する実効電圧が低い。そして、ロータの回転情報を検出し、非回転時は遅れを補正する信号により、使用者にも違和感なく補正する機能を有する。このような構成にすることで、角速度の変動幅を小さくでき、スムースな連続運針を低消費電力で実現できる。【選択図】図１
2012026874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２極に着磁された永久磁石からなる１個のロータと、
前記ロータを回転自在に挿入されるロータ孔を有する軟磁性体のヨークと該ヨークに一体となるコイル芯に導線を巻きつけたコイルとからなるステータを２個有し、
前記２個のステータは、前記ロータ孔の位置を互いに一致させて前記ロータの軸方向に互いに空間的な位相をずらせて重ねると共に互いを絶磁して配置された第１のステータと第２のステータとであるステップモータを有し、
それぞれの前記コイルに電気的な位相をずらした所定の駆動パルスを発生する駆動手段により該駆動パルスをそれぞれの前記コイルに印加することで、前記ロータを回転させるステップモータ装置において、
前記ステップモータは、前記２個のステータの前記ロータ孔の周囲には、前記コイルによる磁界によって前記ロータに駆動トルクを作用させるために機能する一対のスリット又は磁束飽和部を設け、
前記２個のステータと前記ロータとでは、前記コイルの非通電時に前記ロータの位置を安定させるための保持トルクが生じないステップモータであり、
前記駆動手段は、前記ロータの回転又は非回転を検出する検出手段を有し、
前記ロータが所定の角度を回転するのに必要な回転時間と、この回転時間を所定の個数に分割した所定の分割周期と、を定義したとき、
前記駆動手段は、前記分割周期の期間内に前記駆動パルスを印加すると共に前記検出手段により前記ロータの回転又は非回転を検出し、前記ロータが非回転と判断されたとき、前記回転時間内の次の前記分割周期の期間内に遅れ補正信号により前記ロータを回転させ、
前記遅れ補正信号は、前記駆動パルスよりもその実効電圧が大きく、その周波数が高いことを特徴とするステップモータ装置。
【請求項２】
前記遅れ補正信号は、前記駆動パルスの２倍の周波数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装置。
【請求項３】
前記遅れ補正信号は、所定の実効電圧を第１の時間印加する１つのパルスと、所定の実効電圧を第２の時間印加する複数のパルスと、の組み合わせであり、前記第１の時間は前記第２の時間より大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のステップモータ装置。
【請求項４】
前記駆動パルスは、前記２個のコイルを１−２相励磁するものであり、それぞれの前記コイルに印加される電圧は、２相通電区間の実効電圧を１相通電区間の実効電圧よりも小さくすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のステップモータ装置。
【請求項５】
前記検出手段は、前記２個のコイルの通電電流を微分し、その振幅が設定した閾値以上にあるか否かで、前記ロータの回転又は非回転を判断することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のステップモータ装置。
【請求項６】
前記駆動手段は、前記駆動パルスを発生するために、少なくとも４つのスイッチ素子によるＨブリッジ回路２組よりなる駆動回路を備えており、前記駆動パルスの実効電圧は、前記ロータに負荷として作用している静止摩擦トルク又は動摩擦トルクより大きいトルクを発生させる電圧値であると共に前記スイッチ素子を構成するＭＯＳＦＥＴの閾値電圧よりも小さい電圧値であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のステップモータ装置。
【請求項７】
前記２個のステータに備える前記一対のスリット又は磁束飽和部は、それぞれの前記ステータごとに保持トルクを生じさせない位置となっていることを特徴とする請求項１から
６のいずれか１つに記載のステップモータ装置。
【請求項８】
前記２個のステータに備える前記一対のスリット又は磁束飽和部は、一方の前記ステータに保持トルクを生じさせて他方の前記ステータによりその保持トルクを打ち消す位置となっていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のステップモータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、２つのステータと１つのロータを有し、特に、アナログ電子時計の指針を駆動するための駆動源として使用される連続運針をするための時計用のステップモータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アナログ電子時計の駆動源には、入力するパルス状の駆動信号に同期して回転する、いわゆるステップモータ（ステッピングモータやパルスモータ、あるいは同期モータとも称される）が用いられており、一般に単相ステップモータが採用されている。
【０００３】
その単相ステップモータは、永久磁石からなる１個のロータと、そのロータを回転自在に挿入させるロータ孔を有する軟磁性体のヨークとそのヨーク（磁心）と一体のコイル芯に導線を巻きつけたコイルとからなる１組のステータとを備えており、そのコイルにパルス電流を流すことにとよって、ロータが一定角度だけ回転する。
【０００４】
そして、ステータのヨークにおけるロータ孔の周囲には、コイルによる磁界によってロータに駆動トルクを作用させるために機能する一対のスリット又は磁束飽和部と、ロータに保持トルクを作用させために機能する一対の内ノッチとを設けている。
駆動トルクはロータを回転させるためのトルクであり、保持トルクはロータの回転方向を決めるとともに、コイルの非通電時にロータの位置を安定させるためのトルクである。この保持トルクによって、針が衝撃によって飛ぶのを抑えることもできる。
【０００５】
パルス電流の通電により、ロータが一定角度だけ回転する、その１ステップ動作に要する時間はわずか数［ｍｓ］程度であり、再び１［ｓ］後にパルス電流を通電するまでの間、コイルには非通電でありロータは停止したままである。このような運針をステップ運針と呼び、通電時間が非常に短いために消費電力は小さく、腕時計に用いられる小さな電池であっても長期間に亘って指針を駆動できる。そのため、現在多くの腕時計に単相ステップモータが用いられているのである。
【０００６】
また、パルス電流を１［ｓ］周期間隔で通電するのではなく、数十［ｍｓ］周期の間隔で通電し、減速比をその周期分増やすことで、運針がさも連続的に動いているように見せることができる。このような運針方法を連続運針と呼ぶ。このような運針方法は多くの提案を見るものであり、そのような運針をする時計は、主に置時計などでは広く普及しており、近年では腕時計に採用されることも多い。特に腕時計にあっては、秒針が１秒ごとに運針するものが主流である中で、秒針が連続運針するものは、特に注目されている。
【０００７】
上述の運針方法を行なう従来から知られている単相ステップモータの構成を図３３を用いて説明する。
図３３において、永久磁石よりなるロータ１０３は、ヨーク１０１１に設けられたロータ孔１０１１ａに回転自在に挿入され、そのロータ孔１０１１ａにはロータ１０３に駆動トルクを作用させるために必要な磁束飽和部１０１１ｄと、保持トルクを作用させるための内ノッチ１０１１ｃとが設けられている。
コイル１０１３へのパルス電流の方向を一定周期毎に切り替え、保持トルクに打ち勝つだけのトルクが発生するようなエネルギーを与えた場合に、ロータを１８０［ｄｅｇ］ずつ一定方向に回転させることができる。
図３３に示したこのような単相ステップモータの構成は広く知られているものであるが、例えば、特許文献１に一例が開示されている。
【０００８】
このようなステップモータにあっては、ロータの駆動に際する高効率化や低消費電力化の取り組みが多く成されている。例えば、２つの単相ステップモータをロータの軸方向に重ねる構成が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特許文献２に示した従来技術は、連続運針をするものではないが、２つの単相ステップモータを制御することで、正逆回転を可能としたステップモータとなっている。
【０００９】
特許文献２に示した従来技術を、図３４を用いて説明する。
図３４において、互いに直交し、磁気分離された２つのヨーク２０１１，２０２１と、２つのコイル２０１３，２０２３とからなるステータ２０１，２０２を、ロータ２０３に対して同軸上に配置してある。ヨーク２０１１，２０２１にはロータ回転方向に対して同じ位相関係となるようにロータ孔２０１１ａ，２０２１ａ、及び内ノッチ２０１１ｃ，２０２１ｃが配置されることで、ロータには保持トルクが作用し、ロータ２０３は、静的安定位置から次の静的安定位置までを１ステップとして回転する。この１ステップは１８０［ｄｅｇ］である。
【００１０】
このステップモータは、２つのコイル２０１３，２０２３より通電する側を選択することで、正回転又は逆回転を切り替えることができる。製造技術に歴史がある単相ステップモータ用のステータ２０１，２０２をロータ軸方向に重ねるのみで良いために、製造し易い構造である。
【００１１】
また、２つの単相ステップモータをロータの軸方向に重ねる構成の他の例として、効率よく高トルクを発生させると共に、低消費電力化を行なえる技術も知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１２】
特許文献３に示した従来技術は、時計用のステップモータとして高トルク化に貢献する技術であるものの、このような運針方法の技術のみでは、負荷変動などの影響で万が一ロータが回転できなかった場合に、時刻遅れも発生してしまう。
時刻遅れを発生させないためには、想定されうるあらゆる想定負荷変動を考慮して、十分なエネルギーを入力してロータを回転させる必要がある。
【００１３】
このような負荷変動などによるロータの回転不良を補償する技術を、負荷補償技術と呼ぶ。
負荷補償技術は多くの提案を見るものであるが、例えば、通常の１秒毎のステップ運針時にできる限りエネルギーの小さなパルスで駆動し、パルス印加後ロータが停止直前に振動することに起因するコイル通電電流の振幅情報から回転検出を行い、非回転の場合には大きなエネルギーの補正パルスを印加し、次の１秒になる前に時刻遅れを補正してしまう技術がある（例えば、特許文献４参照。）。
【００１４】
特許文献４に示した従来技術を、図３５を用いて説明する。
図３５において、コイルには、図３５（ｆ）、（ｇ）に示すような１秒毎のステップ運針用駆動パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３を印加しており、図３５（ｄ）の信号によりパルス印加後に回転検出を行い、非回転時には図３５（ｇ）に示すような補正パルスＦＰにより遅れ補正を行っている。
【００１５】
仮に、図３５と同様に、約３０［ｍｓ］後に約１０［ｍｓ］の補正パルスを印加しても約５０［ｍｓ］後には完全に回転できているために、１秒間に少なくとも２０回（＝１［ｓ］／５０［ｍｓ］）はステップ駆動できることとなり、連続運針を行いながら回転検出をし、時刻遅れ補正をすることは十分可能である。
補正パルスにより、万が一ロータが回転しない場合でも、確実に回転させることができ
るために、駆動パルスのエネルギーはできる限り小さく設定でき、１ステップ毎の消費電力を低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開昭５５−４５５４号公報（第２頁、第1図）
【特許文献２】特公平７−９３８０７号公報（第２頁、第１図）
【特許文献３】特開２００９−１８９０８０号公報（第５頁、第１図）
【特許文献４】特公平８−３３４５７号公報（第２貢、第３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
図３３に示した従来知られている単相ステップモータの構造では、ロータ１０３に保持トルクが作用しており、それに打ち勝ち回転させるために十分高い電圧を印加して回転させる必要がある。そして、ロータ１０３が停止する際には保持トルクによりロータ１０３を位置決めするトルクが作用し、減衰振動をしながら静的安定位置で停止する。そのために、１ステップあたりの角速度の変動幅が非常に大きくなってしまう。そうすると、連続運針をするとき、秒針の振れとして時計の使用者には違和感として認識されてしまうという問題がある。この秒針の振れは、長い秒針を設けた場合などに顕著になる。
【００１８】
その１ステップあたりの角速度波形の様子を逆起電力による細かな速度変動などは無視し、かなり簡略化して模式的に示したものが図３６である。図中、１０８ａ，１０８ｂは角速度波形である。角速度の変動幅はΔωｄで示している。また、図には角速度波形の１つを拡大した拡大部も表している。その拡大部においてＴ１，Ｔ２は区間、αは領域を示している。
図３６（Ａ）は、変動幅が非常に大きく、正側から負側にまで変化する様子を示している。図３６（Ｂ）は、角速度の変動幅がなく理想的な角速度波形を示している。
【００１９】
ロータに作用する保持トルクがあると、そのロータを回転駆動させようとしたときに、駆動トルクが保持トルクを上回るように駆動パルスをコイルに印加する必要がある。図３６（Ａ）に示したように、駆動パルスを印加してそれにより発生した駆動トルクにより、保持トルクが負荷として作用している区間をロータが乗り越えるまでが区間Ｔ１であり、それを超えて今度はロータが保持トルクによって回転し始めて、やがて静的安定位置で回転し終わる区間を区間Ｔ２とすると、ロータの角速度の変動は、区間Ｔ１と区間Ｔ２との両方で起きている。ただし、区間Ｔ１と区間Ｔ２とでは、その発生要因が異なる。
【００２０】
すなわち、区間Ｔ１にあっては、駆動トルクが保持トルクに打ち勝とうとするために発生するものであり、保持トルクと駆動パルスの実効電圧との兼ね合いでその変動の大きさ（変動幅）は変わるのである。保持トルクを簡単に超えるほど大きな駆動トルクを発生するような高い実効電圧の駆動パルスを用いてしまうと、ロータは回転しやすくなるものの、かえって角速度の変動を招いてしまう。
一方、区間Ｔ１を経てその後にロータが所定角度回転し終わるまでの区間Ｔ２にあっては、保持トルクが作用してロータが減衰振動をしながらやがて停止するために起こるものであり、保持トルクの大きさでその変動の大きさ（変動幅）も変わるのである。なお、領域αは、角速度の負の変動の領域を示しており、保持トルクが小さければ、この領域αにおける角速度の変動も小さくなる。
【００２１】
図３６（Ａ）に示した角速度波形１０８ａの変動を抑制するために、１秒間あたりに発生させるパルス数を増やし、輪列の減速比を増やすことで、秒針の振れの度合いを使用者に認識され難くすることができる。
しかし、そうすると、消費電力はパルス数に比例して増加してしまうため、図３３に示した従来知られている単相ステップモータを腕時計のような小さな電池しか搭載できない機器に適用した場合には、寿命が短く、電池交換が頻繁に必要となってしまうという問題が代わりに発生してしまう。
【００２２】
特許文献２に示した従来技術を応用して電子時計の秒針を連続運針させようとしても、やはり保持トルクがロータ２０３に作用しているから、１８０［ｄｅｇ］ずつステップ運針させるために、角速度の変動は図３６の（Ａ）の角速度波形１０８ａと同じになってしまい、やはり秒針の振れとして時計の使用者に違和感として認識されてしまうという問題がある。
【００２３】
特許文献３に示した従来技術は、高効率で高トルクを発生させることができる技術であるが、保持トルクがロータに作用しているから、角速度の変動幅もある。ロータの回転をそのまま指針に伝達する機構を搭載した電子時計の場合は、その秒針を連続運針させるとき、秒針の振れが発生してしまうことがある。
【００２４】
つまり、ロータの角速度の変動を小さくすることで電子時計の秒針の振れを小さくするには、ロータにかかる保持トルクを小さくすれば図３６（Ａ）に示す区間Ｔ２の角速度の変動が改善される。そして、そのような保持トルクが小さいロータを、より小さい実効電圧の駆動パルスで駆動すれば区間Ｔ１の角速度の変動が改善される。
しかしながら、そのような、ロータにかかる保持トルクが極めて小さく、かつ角速度の変動を発生しないような低いで実効電圧で動作できるステップモータは、いまだ提案がなされていない。
【００２５】
また、特許文献４に示した従来技術の回転検出技術を、例えば特許文献１の技術に組み合せたとしても、先述したように例えば１秒間に約２０回程度のステップ運針を繰り返すために消費電力は、１秒ステップ運針の場合の２０倍であるために、まだまだ大きく小さな電池はすぐに消耗してしまうという問題がある。
加えて、回転検出を行うための電流振幅を発生させるために、ロータ停止直前にロータが振動することが必要であり、そのためには、ロータに保持トルクが加わっている必要がある。すでに述べたとおり、保持トルクがロータに作用していると、角速度の変動が発生してしまうから、秒針の振れも発生してしまう。
【００２６】
したがって、ロータの角速度の変動を小さくすることで電子時計の秒針の振れを小さくすることに加え、万が一ロータが回転しない場合でも、確実に回転させることができる技術は、いまだ提案がなされていない。
【００２７】
本発明は上記のような問題を解決し、図３６（Ｂ）の角速度波形１０８ｂにあるように角速度の変動幅が小さい特性で、時計の使用者に秒針の針の振れを違和感として意識させない連続運針を実現する。また、連続運針であっても低消費電力駆動が可能で、かつ秒針の送りを確実に検出し、遅れがある際には補正ができ、製造し易い構造のステップモータ装置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】
【００２８】
この発明によるステップモータ装置は上記の目的を達成するため、以下に示す構成を採用するものである。
【００２９】
２極に着磁された永久磁石からなる１個のロータと、ロータを回転自在に挿入されるロータ孔を有する軟磁性体のヨークとこのヨークに一体となるコイル芯に導線を巻きつけたコイルとからなるステータを２個有し、２個のステータは、ロータ孔の位置を互いに一致
させてロータの軸方向に互いに空間的な位相をずらせて重ねると共に互いを絶磁して配置された第１のステータと第２のステータとであるステップモータを有し、それぞれのコイルに電気的な位相をずらした所定の駆動パルスを発生する駆動手段によりこの駆動パルスをそれぞれのコイルに印加することで、ロータを回転させるステップモータ装置において、
そのステップモータは、２個のステータのロータ孔の周囲には、コイルによる磁界によってロータに駆動トルクを作用させるために機能する一対のスリット又は磁束飽和部を設け、２個のステータとロータとでは、コイルの非通電時にロータの位置を安定させるための保持トルクが生じないステップモータであり、
駆動手段は、ロータの回転又は非回転を検出する検出手段を有し、
ロータが所定の角度を回転するのに必要な回転時間（Ｍ）と、この回転時間（Ｍ）を所定の個数（Ｎ）に分割した所定の分割周期（Ｔ）と、を定義したとき、
駆動手段は、分割周期（Ｔ）の期間内に駆動パルスを印加すると共に検出手段によりロータの回転又は非回転を検出し、ロータが非回転と判断されたとき、回転時間（Ｍ）内の次の分割周期（Ｔ）の期間内に遅れ補正信号によりロータを回転させ、
遅れ補正信号は、駆動パルスよりもその実効電圧が大きく、その周波数が高いことを特徴とする。
【００３０】
このような構成を有することで、保持トルクが生じないために低い電圧でも駆動することができ、角速度の変動幅の小さいスムースな連続運針を実現できるという効果を有すると共に、ロータの回転又は非回転を検出でき、万が一非回転で遅れが発生した場合にも遅れを補正することができるために、更なる低消費電力化と確実な運針とを実現できる。
【００３１】
遅れ補正信号は、駆動パルスの２倍の周波数であってもよい。
【００３２】
このような構成とすることで、遅れを補正する際に、使用者に認識されてしまわないような、違和感のない速度で補正ができるという効果を有することができる。
【００３３】
遅れ補正信号は、所定の実効電圧を第１の時間印加する１つのパルスと、所定の実効電圧を第２の時間印加する複数のパルスと、の組み合わせであり、第１の時間は第２の時間より大きくしてもよい。
【００３４】
実効電圧の大きさを考える際に、波高値（電圧振幅）だけではなく、波高値は同じでも時間平均をとり、その平均値の大きさを、実効電圧の大きさと考えることもできる。
したがって、遅れ補正信号は、実効電圧の大きい区間と実効電圧の小さい区間との組合せで構成できる。このような構成とすれば、遅れ補正段階での無駄な消費電力の消費を抑えるという効果を有することができる。
【００３５】
駆動パルスは、２個のコイルを１−２相励磁するものであり、それぞれのコイルに印加される電圧は、２相通電区間の実効電圧を１相通電区間の実効電圧よりも小さくするようにしてもよい。
【００３６】
このような構成とすることで、２相通電区間での余分なエネルギー投入によるか減速がなくなり、低消電化とスムースな連続運針の実現という効果を有することができる。
【００３７】
検出手段は、２個のコイルの通電電流を微分し、その振幅が設定した閾値以上にあるか否かで、ロータの回転又は非回転を判断するようにしてもよい。
【００３８】
このような構成とすることで、簡単な構成での回転か非回転かの判断という効果を有することができる。
【００３９】
駆動手段は、駆動パルスを発生するために、少なくとも４つのスイッチ素子によるＨブリッジ回路２組よりなる駆動回路を備えており、駆動パルスの実効電圧は、ロータに負荷として作用している静止摩擦トルク又は動摩擦トルクより大きいトルクを発生させる電圧値であると共にスイッチ素子を構成するＭＯＳＦＥＴの閾値電圧よりも小さい電圧値であるようにしてもよい。
【００４０】
このような構成とすることで、摩擦トルクをわずかに上回る程度のトルクで駆動するため、余計な加減速がなく、角速度の変動幅の小さいスムースな連続運針の実現という効果を有することができる。
【００４１】
２個のステータに備える一対のスリット又は磁束飽和部は、それぞれのステータごとに保持トルクを生じさせない位置となっていてもよい。
【００４２】
このような構成とすることで、組立時にそれぞれのステータの位置関係についてさほどの精度を要するものではなくなり、製造コスト低減という効果を有することができる。
【００４３】
２個のステータに備える一対のスリット又は磁束飽和部は、一方のステータに保持トルクを生じさせての前記ステータによりその保持トルクを打ち消すような位置となっていてもよい。
【００４４】
このような構成とすることで、それぞれのステータの位置関係を組み付け時に微調整し、ロータに作用する保持トルクをきれいに打ち消し、より角速度の変動幅の小さいスムースな連続運針の実現という効果を有することができる。
【発明の効果】
【００４５】
この発明によるステップモータ装置は、２個のステータとロータとの間では、コイルの非通電時にロータの位置を安定させるための保持トルクが生じないという、従来にない特徴を有している。このために、角速度の変動幅を小さくすることができる。これにより、電子時計の秒針の運針に用いたとき、その秒針が長い秒針であっても、秒針の振れは発生しない。電子時計の秒針が連続運針するときでもスムースな運針が可能になる。
また、この発明によるステップモータ装置は、ステップモータ自体に保持トルクがないため、ロータを駆動し始める期間においても、それぞれのコイルに印加する駆動パルスの実効電圧を小さくできるから、その結果、角速度の変動幅が小さいことに加えて、より消費電力を小さくすることができる。
そして、ロータの回転又は非回転を検出し、非回転時には遅れ補正を行うことができるために、通常の運針時にはできる限り小さいエネルギーで駆動できるだけでなく、遅れなく確実に針を送ることができる連続運針を実現できる。
さらにまた、それぞれのステータ自体は複雑な構造ではないため、製造しやすいという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態のステップモータ装置を説明する斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態のステップモータ装置の第１のステータと第２のステータとをロータ軸方向に分離させた状態を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態のステップモータ装置の第１のステータと第２のステータとを左右に並べて示す平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態のステップモータ装置のステータによってロータに作用する保持トルクを説明するための図である。
【図５】本発明の第１実施形態のステップモータ装置の１−２相励磁時の遅れ補正を説明する図である。
【図６】本発明の第１実施形態のステップモータ装置の１−２相励磁時の駆動を説明する図である。
【図７】本発明の第１実施形態のステップモータ装置の遅れ補正を行うためのアルゴリズムを説明する図である。
【図８】本発明の第２実施形態のステップモータ装置の２相励磁時の遅れ補正を説明する図である。
【図９】本発明の第２実施形態のステップモータ装置の２相励磁時の駆動を説明する図である。
【図１０】本発明の第３実施形態のステップモータ装置の１相励磁時の遅れ補正を説明する図である。
【図１１】本発明の第３実施形態のステップモータ装置の１相励磁時の駆動を説明する図である。
【図１２】本発明の遅れ補正に係る第１変形例を説明する図である。
【図１３】本発明の遅れ補正に係る第２変形例を説明する図である。
【図１４】本発明の遅れ補正に係る第３変形例を説明する図である。
【図１５】本発明の保持トルク打消しに係る第１変形例の構成を説明する図である。
【図１６】本発明の保持トルク打消しに係る第２変形例の構成を説明する図である。
【図１７】本発明の保持トルク打消しに係る第３変形例の構成を説明する図である。
【図１８】本発明の保持トルク打消しに係る第３変形例の作用及び効果を説明する図である。
【図１９】ステータの絶磁構造の説明のためにロータ孔周辺を模式的に示す断面図である。
【図２０】駆動回路を説明する図である。
【図２１】スイッチ素子を構成するＭＯＳＦＥＴの特性を説明する図である。
【図２２】印加電圧とそのときのロータの角速度との関係を示す図である。
【図２３】印加電圧を下げる手法を説明する図である。
【図２４】通常運針時に除々に実効電圧を下げていくためのアルゴリズムを説明する図である。
【図２５】１−２相励磁時の第２の駆動方式を説明する図である。
【図２６】１−２相励磁時の第２の駆動方式における通電時間比に対する消費電力の変化を説明する図である。
【図２７】１−２相励磁時の第３の駆動方式を説明する図である。
【図２８】回転検出方法に係る具体例の説明図であって、１−２相励磁時に回転した場合の電圧、電流、電流微分の波形を示す図である。
【図２９】回転検出方法に係る具体例の説明図であって、１−２相励磁時に非回転だった場合の電圧、電流、電流微分の波形を示す図である。
【図３０】図２８（Ｃ）及び図２９（Ｃ）の区間ｔｓ２を拡大表示した図である。
【図３１】ロータの駆動手法を説明する図であって、駆動方法選択のアルゴリズムを説明する図である。
【図３２】ロータの駆動手法を説明する図であって、高速駆動時の駆動パルスとステップ状駆動時の駆動パルスとを説明する図である。
【図３３】従来技術を説明する図である。
【図３４】特許文献２に示した従来技術を説明する図である。
【図３５】特許文献４に示した従来技術を説明する図である。
【図３６】１ステップあたりの角速度波形の様子を説明する模式的な波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
ステップモータ装置は、１個のロータに対して２個のステータを上下に重ねる構成を有している。２つのステータは、各ロータ孔の位置を１個のロータに対して一致させており
、その軸方向に互いに空間的な位相をずらせて重ねると共に互いを絶磁して配置している。
ステップモータ装置は、ステータによりロータに駆動トルクを作用させる機能は有しているが、コイルへの非通電時に保持トルクをロータに作用させる機能は有していない。そうすることで、角速度の変動幅を小さくすることができる。
ステップモータ装置は、電気的な位相をずらした駆動パルスをそれぞれのコイルに印加することで、ロータを回転させる。
ロータの回転又は非回転を検出する検出手段を有しており、所定の分割周期（Ｔ）の期間内に駆動パルスを印加すると共に、検出手段によりロータの回転又は非回転を検出する。ロータが非回転の時にはすぐ次の分割周期（Ｔ）の期間内で、実効電圧が大きく、２倍の周波数の遅れ補正信号により、遅れを補正する。そうすることで、低消費電力化と使用者にも違和感なく補正でき、確実な運針を実現できる。
【００４８】
回転を検出し、遅れを補正する構成としては、以下の３つの実施形態がある。
第１実施形態は、１−２相励磁で駆動する構成である。
第２実施形態は、２相励磁で駆動する構成である。
第３実施形態は、１相励磁で駆動する構成である。
以下、各実施形態に共通するのは、ステップモータ装置を構成するステップモータは保持トルクを有していないという点である。実施例１として保持トルクを有さない構成の一例を示し、その構成において上述の３つの励磁方法を説明する。そして、実施例２として保持トルクを有さない別の構成例を説明する。
【実施例１】
【００４９】
［第１実施形態の構成の説明：図１〜図４］
図１〜図４はステップモータ装置の第１実施形態の構成を示す図であり、図１はステップモータの斜視図、図２は図１に示したステップモータの第１のステータと第２のステータとをロータ軸方向に分離させた状態を示す斜視図、図３は第１のステータと第２のステータとを左右に並べて示す平面図、図４はステータによってロータに作用する保持トルクを説明するための図である。
【００５０】
第１実施形態のステップモータ装置の特徴は、上下に重ねたステータそれぞれで、コイルへの非通電時に保持トルクをロータに作用させない構成である。
具体的には、それぞれのステータに一対のスリットと、その一対のスリットを設けたことによって生じる保持トルクを打ち消すための一対の内ノッチとを設けており、スリットと内ノッチとは互いに直交するように設けている。これにより保持トルクをロータに作用させない構成としている。
更に、駆動パルスの印加とロータの回転又は非回転の検出とを同じ分割周期の期間内で行い、非回転時にはすぐ次の分割周期内にて、駆動パルスよりも大きい実効電圧で、かつ２倍の周波数の遅れ補正信号により、遅れを補正している。
【００５１】
まず、保持トルクをロータに作用させない構成について説明する。
図１において、３は永久磁石からなる１個のロータである。１１はロータ３を回転自在に挿入させるロータ孔１１ａと一対のスリット１１ｂと一対の内ノッチ１１ｃとを有する軟磁性体のヨーク（磁心）、１２はヨーク１１と一体となるコイル芯、１３はコイル芯１２に導線を巻きつけたコイルである。これらで第１のステータ１を構成している。
同様に、２１はロータ３を回転自在に挿入させるロータ孔２１ａと一対のスリット２１ｂと一対の内ノッチ２１ｃとを有する軟磁性体のヨーク、２２はコイル芯、２３はコイルであり、これらで第２のステータ２を構成している。
なお、コイル１３，２３は細い導線を巻回したものであるが、その様子は図面を見やすくするために省略している。
【００５２】
そして、コイル１３とコイル２３とに電気的な位相をずらした所定の駆動パルスを印加する駆動手段３０とを備えている。駆動手段３０は、コイル１３，２３に駆動パルスを印加する駆動回路１０と、駆動回路１０からコイル１３，２３に流れる電流情報などを読み取ることでロータ３の回転又は非回転を検出する検出手段３０ｂと、検出手段３０ｂの結果に基いて駆動パルスの実効電圧を可変したり、駆動回路１０に送る制御信号のＤｕｔｙを可変するための可変電圧手段３０ａと、を備える。
【００５３】
図１に示すように、第１のステータ１と第２のステータ２とは、各ロータ孔１１ａ，２１ａの位置を１個のロータ３に対して一致させて、その軸方向に互いに空間的な位相をずらせて重ねると共に互いを絶磁して配置している。双方のステータの絶磁は、図示しない保持部材などより空隙を有するようにしているが、図示はしないが双方のステータ間に非磁性体のスペーサを挿入することにより絶磁してもよい。このようなスペーサを用いた絶磁の詳細については後述する。
なお、図示しないがロータ３には歯車が固定され、秒針までは歯車輪列のみにより駆動力が伝えられている。
【００５４】
このような第１のステータ１と第２のステータ２との位置関係及びロータ孔周辺の構成を見易くするようにロータ３の軸方向の中心線Ａに沿って分離させた図が図２である。
図２に示すように、本実施形態で説明する第１のステータ１と第２のステータ２とは同形状である。図２に示す例では、上側の第２のステータ２は、下側の第１のステータ１上下にひっくり返して配置している。このように、２つの同形状のステータを重ねるため、ステップモータ装置を製造しやすいという特徴もある。
【００５５】
図３は第１のステータ１と第２のステータ２とを横に並べるように示す平面図であり、それぞれのステータに設けるスリットと内ノッチとの位置関係を説明する図である。
図３に示すように、第１のステータ１のヨーク１１におけるロータ孔１１ａの周囲には、コイル１３による磁界によってロータ３に駆動トルクを作用させるために機能する一対のスリット１１ｂと、その一対のスリット１１ｂを設けたことによって生じる保持トルクを打ち消すための一対の内ノッチ１１ｃとが設けられており、これらは互いにロータ孔１１ａの中心を通って直交する中心線ａ及び中心線ｂの各線上に設けている。つまり、スリット１１ｂと内ノッチ１１ｃとは、９０［ｄｅｇ］ずれる位置関係にある。
【００５６】
同様に、第２のステータ２のヨーク２１におけるロータ孔２１ａの周囲にも、コイル２３による磁界によってロータ３に駆動トルクを作用させるために機能する一対のスリット２１ｂと、その一対のスリット２１ｂを設けたことによって生じる保持トルクを打ち消すための一対の内ノッチ２１ｃとが設けられており、これらは互いにロータ孔２１ａの中心を通って直交する中心線ｅ及び中心線ｄの各線上に設けている。つまり、スリット２１ｂと内ノッチ２１ｃとは、９０［ｄｅｇ］ずれる位置関係にある。
【００５７】
なお、内ノッチ１１ｃ，２１ｃは、ロータ孔１１ａ，２１ａの内周からその径方向に形成された切り込みである。
また、図３に示す中心線ｇと角度θとについては後述する説明に用いるものであるから、ここでの説明は省略する。
【００５８】
このような構成にすることで、上下に重ねたステータそれぞれで、保持トルクを打ち消すことができ、ロータ３に保持トルクを作用させなくすることができる。
【００５９】
さらに、第１のステータ１の一対のヨーク１１に設けたスリット１１ｂを結ぶ直線ａと、第２のステータ２のヨーク２２に設けた一対のスリット２１ｂを結ぶ直線ｄとが互いに
直交するようにしたうえで、コイル１３のコイル芯１２の中心線ｃと、コイル２３のコイル芯１２の中心線ｆとの方向が平面上で互いに直交するように配置している。
【００６０】
このようにすると、それぞれのコイルにより発生する磁界とロータの磁石との相互作用により発生する駆動トルクの大きさの変動が減り、角速度変動幅が小さくなるという効果がある。
【００６１】
知られているように、駆動トルクは、ロータの回転中に正弦波状に変化する。２つのステータを直交させると、正弦波状の駆動トルクのピーク近傍となる領域でのみロータを回転させることができる。そうすると、駆動トルクの変動が減り、角速度の変動の幅が小さくなる。
【００６２】
なお、図示はしないがロータ３から秒針までの間には歯車輪列しかないために、ロータ３の動きと図示しない秒針の動きは１対１の対応をしており、ロータ３の回転又は非回転が秒針での送り又は停止となる。そのため、ロータ３で回転の検出をすれば、秒針の停止（時刻遅れ）があった場合にも、ロータ３の回転により秒針の遅れを補正することができる。
【００６３】
［第１実施形態の作用の説明１］
まず、保持トルクをロータに作用させない構成の作用について説明する。
図４は、それぞれのステータによってロータに作用する保持トルクを説明するための図である。４ａはステータのスリットにより保持トルク、４ｂは内ノッチによる保持トルク、４はステータによりロータに作用する保持トルクである。横軸はロータ回転角度、縦軸は保持トルクを示している。
【００６４】
第１実施形態のステップモータ装置は、図３に示すように、スリット１１ｂを設けた位置から反時計回りに＋９０［ｄｅｇ］戻した位置を絶対位置原点とし、その絶対位置原点から反時計周りにロータ３が回転する角度をθとすると、ロータ３の回転角度による合成保持トルクＴｈ（θ）は数１で表わされる。
【００６５】
【数１】
2012026874.tif 000003
【００６６】
数１において、Ｔｓｔａｔｏｒ１（θ）は第１のステータ１によりロータ３に作用する保持トルク、Ｔｓｔａｔｏｒ２（θ）は第２のステータ２によりロータ３に作用する保持トルクである。Ｔｓｔａｔｏｒ１＿ｓｌｉｔ（θ＋π／２）は一対のスリット１１ｂによる保持トルク、Ｔｓｔａｔｏｒ１＿ｎｏｔｃｈ（θ）は一対の内ノッチ１１ｃによる保持トルク、Ｔｓｔａｔｏｒ２＿ｓｌｉｔ（θ＋π／２）は一対のスリット２１ｂによる保持トルク、Ｔｓｔａｔｏｒ２＿ｎｏｔｃｈ（θ）は一対の内ノッチ２１ｃによる保持トルクである。
【００６７】
図４は保持トルクが合成されることでゼロになることを示しており、例えば第１のステータ１を例にすると、一対のスリット１１ｂによる保持トルクＴｓｔａｔｏｒ１＿ｓｌｉｔ（θ＋π／２）である４ａが、１対の内ノッチ１１ｃによる保持トルクＴｓｔａｔｏｒ１＿ｎｏｔｃｈ（θ）である４ｂと合成されることで、第１のステータ１によりロータ３
に作用する保持トルクＴｓｔａｔｏｒ１（θ）である４は打ち消されてゼロとなる。
【００６８】
このように、一対のスリット１１ｂによる保持トルクＴｓｔａｔｏｒ１＿ｓｌｉｔ（θ＋π／２）をちょうど打ち消すには、一対の内ノッチ１１ｃの切り欠き幅を調整することで保持トルクＴｓｔａｔｏｒ１＿ｎｏｔｃｈ（θ）の振幅を調整すればよい。図４に示すように、保持トルクをきれいに打ち消せるのは一対のスリット１１ｂと一対の内ノッチ１１ｃとがロータ孔の中心に対して直交しているからである。
【００６９】
なお、以上の説明は、第１のステータ１を例にしたが、すでに説明したように、第１のステータ１と第２のステータ２とは同形状であるから、第２のステータ２でも同様である。
第２のステータ２においての保持トルクの関係は、前述の文章の符号を読み換えればよく、一対のスリット２１ｂによる保持トルクＴｓｔａｔｏｒ２＿ｓｌｉｔ（θ＋π／２）である４ａが、一対の内ノッチ２１ｃによる保持トルクＴｓｔａｔｏｒ１＿ｎｏｔｃｈ（θ）である４ｂと合成されることで、第２のステータ２によりロータ３に作用する保持トルクＴｓｔａｔｏｒ２（θ）である４は打ち消されてゼロとなる。
【００７０】
第２のステータ２の場合にも、１対のスリット２１ｂによる保持トルクＴｓｔａｔｏｒ２＿ｓｌｉｔ（θ＋π／２）をちょうど打ち消すには、一対のノッチ２１ｃの切り欠き幅を調整することで保持トルクＴｓｔａｔｏｒ２＿ｎｏｔｃｈ（θ）の振幅を調整すればよい。
【００７１】
［第１実施形態の構成要素の位置関係のまとめ］
ここで、第１実施形態の保持トルクを作用させないための各構成要素の位置関係をまとめると、次のようになる。
第１のステータ１の一対のスリット１１ｂを結ぶ直線ａと、一対の内ノッチ１１ｃを結ぶ直線ｂとは直交している。同じく、第２のステータ２の一対のスリット２１ｂを結ぶ直線ｄと、一対の内ノッチ２１ｃを結ぶ直線ｅとは直交している。この構成により、それぞれのステータにおいて保持トルクを打ち消しあっている。
加えて、直線ａと直線ｄとも直交しており、第１のステータ１のコイル芯１２の中心線ｃと、第２のステータ２のコイル芯２２の中心線ｆとも直交している。この構成により、ステータの相互インダクタンスを小さくさせることができる。
【００７２】
［第１実施形態の駆動手段による遅れ補正の説明：図５］
次に、駆動パルスの印加と回転又は非回転の検出、更に遅れを補正する手段について説明する。
第１実施形態は、１−２相励磁でロータを駆動する。この方式は、ステップモータの２つのコイルのうち、一方をコイルＡ、他方をコイルＢとすると、コイルＡとコイルＢとに対して両方に通電する期間と、どちらか一方にのみ通電する期間とを交互に繰り返してロータに回転磁界を作用させることで、回転させる方式である。
図５はその１−２相励磁時の遅れ補正を説明する図である。保持トルクを打ち消し、生じないようにしているために、図５のように、２個あるコイルの少なくともどちらか一方に常に通電している状態であることが特徴である。
【００７３】
ここで、ロータが所定の角度を回転するのに必要な回転時間をＭ、この回転時間Ｍを所定の個数Ｎに分割したときの所定の分割周期をＴと定義する。
【００７４】
図５において、区間ｔｓ１で、ロータ３は３６０［ｄｅｇ］回転する。そして、ロータ３が所定の角度、つまりここでは３６０［ｄｅｇ］を回転するのに必要な回転時間Ｍが区間ｔｓ１又はｔｓ１’である。この回転時間Ｍを所定の個数Ｎ（図５では２）に分割した
所定の分割周期Ｔは、区間ｔｓ２又はｔｓ２’となる。区間ｔｆ２は遅れ補正を行なう区間であり、区間ｔｓ２又はｔｓ２’と時間は等しい。
なお、区間ｔｓ１ではモータが回転した場合を示し、区間ｔｓ１’では非回転の場合を示しており、双方の時間は等しい。
【００７５】
まず、回転時の区間であるｔｓ１について説明する。
この実施形態のステップモータ装置の駆動手段３０は、分割周期Ｔ（区間ｔｓ１内のｔｓ２）の期間内に駆動パルスを印加すると共に、検出手段３０ｂによりロータ３の回転又は非回転を検出する。ロータ３が回転と判断されると、回転時間Ｍ（区間ｔｓ１）内の次の分割周期Ｔ（区間ｔｓ２’）の期間内にも、駆動パルスを印加すると共に、検出手段３０ｂによりロータ３の回転又は非回転を検出する。
【００７６】
次に、非回転の区間であるｔｓ１’について説明する。
この実施形態のステップモータ装置の駆動手段３０は、分割周期Ｔ（区間ｔｓ１’内のｔｓ２）の期間内に駆動パルスを印加すると共に、検出手段３０ｂによりロータ３の回転又は非回転を検出する。ロータ３が非回転と判断されると、回転時間Ｍ（区間ｔｓ１’）内の次の分割周期Ｔ（区間ｔｆ２）の期間内に遅れ補正信号によりロータ３を回転させる。
【００７７】
遅れ補正信号の実効電圧は、駆動パルスの実効電圧Ｖｒ１２よりも大きく確実に回転できるエネルギーを有するＶｒｆ１２であり、その周波数が２倍である。区間ｔｓ２で非回転であったために、区間ｔｓ２に送った信号と回転していた場合に送る予定であったはずの信号を合わせて区間ｔｆ２内に送っている。区間ｔｓ２で発生した遅れを、区間ｔｆ２において補正しており、区間ｔｆ２が完了した時点で、時計内部に保管されている正確な時間情報に追随する。
【００７８】
このような構成にすることで、万が一ロータ３が非回転であっても、遅れをすぐに補正することができる。
【００７９】
［第１実施形態の作用の説明２：図６、図７］
次に、駆動手段３０の作用について説明する。
ロータ３が非回転と判断されると、可変電圧手段３０ａでは通常運針時のために実効電圧を下げた印加電圧を駆動回路１０に供給している状態を切り替えて、実効電圧を上げ必ず回転するように余裕のあるエネルギーをコイル１３，２３に供給する。実効電圧の上げ方として電圧振幅自体を上げる方法や、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）駆動の場合にはＤｕｔｙを高くする方法をとり得る。
【００８０】
次に、駆動パルスの印加と回転又は非回転の検出、更に遅れを補正する作用について説明する。
図６は１−２相励磁を行った場合で正回転方向に回転させる場合の駆動シーケンス図であり、図７は遅れ補正を行う場合のアルゴリズムである。
【００８１】
図５の区間ｔｓ１でロータが３６０［ｄｅｇ］回転していく様子を、図６により説明する。なおこの回転している状態は、起動時などではなくロータが定常回転をしているときの状態である。起動時のロータ磁極の位置は定まっていないが、次第に回転磁界に追従することで定常回転を行う。ロータ磁極位置を定めるために、予め初期位置決め用の駆動パルスを印加してもよいが、ここでの詳細な説明は省略する。
【００８２】
ＳＴＥＰ１において、コイル１３とコイル２３とに通電することで、コイル１３には矢印５ｄのような磁界が、コイル２３には矢印５ｅのような磁界が発生し、ロータ３に作用
する。矢印５ｃはロータの磁極方向を表わす。コイル１３とコイル２３とにより発生した磁界を合成した方向に倣うようにロータ３の磁極方向は回転をし、ＳＴＥＰ２の状態になる。後述するようにそれぞれのコイルに印加する実効電圧は低いために、ロータ３は最も回転し易い範囲内のみを回転するために、ＳＴＥＰ２の状態でロータは回転するためのトルクが摩擦トルクに負けて停止する。
【００８３】
続いてＳＴＥＰ２において、ＳＴＥＰ１の状態からコイル２３の通電をやめ、コイル１３のみの通電で発生する磁界をロータ３に作用させることで、ロータ３を回転させる。矢印５ｃはＳＴＥＰ３の状態になる。
【００８４】
ＳＴＥＰ３において、コイル２３の通電する方向をＳＴＥＰ１とは逆にすることで、コイル２３には矢印５ｅのような磁界が発生し、コイル１３とコイル２３とにより発生した磁界を合成した方向に倣うようにロータ３は回転する。すると、矢印５ｃはＳＴＥＰ４の状態になる。
【００８５】
ＳＴＥＰ４において、ＳＴＥＰ３の状態からコイル１３の通電をやめ、コイル２３のみの通電で発生する磁界をロータ３に作用させることで、ロータ３を回転させる。矢印５ｃはＳＴＥＰ５の状態になる。ＳＴＥＰ５において、コイル１３の通電する方向をＳＴＥＰ３とは逆にすることで、コイル１３には矢印５ｄのような磁界が発生し、コイル１３とコイル２３とにより発生した磁界を合成した方向に倣うようにロータ３は回転する。すると、矢印５ｃはＳＴＥＰ６の状態になる。
【００８６】
ＳＴＥＰ６において、ＳＴＥＰ５の状態からコイル２３の通電をやめ、コイル１３のみの通電で発生する磁界をロータ３に作用させることで、ロータ３を回転させる。すると、矢印５ｃはＳＴＥＰ７の状態になる。
【００８７】
ＳＴＥＰ７において、コイル２３の通電する方向をＳＴＥＰ５とは逆にすることで、コイル２３には矢印５ｅのような磁界が発生し、コイル１３とコイル２３により発生した磁界を合成した方向に倣うようにロータ３は回転する。すると、矢印５ｃはＳＴＥＰ８の状態になる。
【００８８】
ＳＴＥＰ８において、ＳＴＥＰ７の状態からコイル１３の通電をやめ、コイル２３のみの通電で発生する磁界をロータ３に作用させることで、ロータ３を回転させる。すると、矢印５ｃはＳＴＥＰ１の状態になる。
【００８９】
このＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ８までの動作を繰り返すことでロータ３は連続的に正回転方向に回転を続ける。なお、ロータ３を逆回転させるには、コイルＡかコイルＢのどちらか一方の極性を入れ替えるのみで良い。
【００９０】
図５において、回転時（区間ｔｓ１）の場合、区間ｔｓ２で、ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ４まで動き、区間ｔｓ２’でＳＴＥＰ５からＳＴＥＰ８まで動く。
非回転時（区間ｔｓ１’）の場合には、区間ｔｓ２では駆動できず、ロータ３はＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ４のどれかの状態で停止している。そのため、区間ｔｆ２において、確実に駆動できる高いエネルギーを保有する実効電圧で２倍の周波数をもつパルスを印加することで、再度ＳＴＥＰ１の励磁状態からスタートし、ロータ３は最終的にｔｆ２区間完了時にはＳＴＥＰ８の励磁状態にまで動くことで遅れを補正する。
【００９１】
続いて、遅れ補正を行うアルゴリズムを、図７を用いて説明する。
図７のＳＴＥＰ１では、駆動パルスの印加と回転の検出とを同時に行い、ＳＴＥＰ２において回転か非回転かの判断を行っている。図７のＳＴＥＰ１とＳＴＥＰ２とが、図５の
区間ｔｓ２に相当する。ＳＴＥＰ２で回転と判断されれば、再度ＳＴＥＰ１の処理に戻るが、非回転と判断されれば、ＳＴＥＰ３にて遅れ補正処理を行い、２倍の周波数で高い実効電圧の駆動パルスで駆動する。図７のＳＴＥＰ３が図５の区間ｔｆ２に相当する。そして、ＳＴＥＰ３で遅れが補正された後には、再度ＳＴＥＰ１の処理に戻る。
【００９２】
［第１実施形態の効果の説明］
ここで、第１実施形態の効果についてまとめると、次のようになる。
第１実施形態のステップモータ装置は、２個のステータそれぞれとロータと間で、コイルの非通電時にロータの位置を安定させるための保持トルクが生じないために、角速度の変動幅を小さくすることができ、このため、アナログ電子時計の指針を連続運針させる際に、その秒針が長い秒針であっても秒針の振れは発生せず、違和感のない運針が可能となる。
【００９３】
さらに、第１のステータ１及び第２のステータ２の構造は、製造技術の進んでいる単相ステップモータのステータ構造そのままを用いていることができるため、製造し易いという効果もある。
【００９４】
すでに説明したように、それぞれのステータにおいては、スリットと内ノッチとの位置が決められており、第１のステータ１と第２のステータ２との重なりにおいては、コイル芯の中心線同士の交差状態が決められているが、それぞれのステータ同士の位置関係については、さほどの精度を要するものではない。図１〜図３に示した例では、双方のステータが直交する位置にあるように示しているが、その重なり具合にあっては、双方をわずかの誤差も許されないほど非常に高精度に直交させなければならないというわけではないのである。したがって、第１実施形態のステップモータ装置は、組立において高い精度を必要とせず、更に製造し易い構造となっている。
【００９５】
また、２つのステータにはそれぞれスリット１１ｂ，２１ｂが設けてあるから、第１のステータ１と第２のステータ２とも、コイル１３，２３に印加する実効電圧を下げても、コイル１３，２３により発生する磁界が効率良く漏れてロータ３に作用し、駆動トルクを発生させることができる。そのため、より低消費電力でロータ３を駆動することができ、より速度変動が小さい低回転速度での連続運針の駆動が可能となる。
【００９６】
また、後述するが本発明のステップモータ装置は、実効電圧を摩擦トルクに釣り合う程度にまで下げている。摩擦トルクは環境などの影響により経時変化し易く、摩擦トルクが上昇するとロータ３は回転できなくなってしまう。しかし、図１に示す駆動手段３０のようにすれば、高い実効電圧をコイルに供給できるから、非回転時にも必ず回転させることができるようになる。
【００９７】
更に、本実施形態のステップモータ装置の構成では、後述するように１相励磁や２相励磁での駆動方法も可能であるが、１−２相励磁で駆動することで、他の１相励磁や２相励磁の場合よりも、ロータが１回転するためのステップ数が倍あるために、速度変動も小さく、秒針の動きの振れも小さい。その上、発明者の行った実験によると、他の１相励磁や２相励磁の場合と比較して、もっとも消費電力を下げることができた。本発明では１−２相励磁の場合が最も望ましい駆動方法である。
【００９８】
何よりも連続運針で、保持トルクがないために常に通電し続けることで駆動トルクを作用させている駆動方法にも関らず、時刻遅れ発生時にはすぐに時刻遅れを補正することができる。そして、この時刻遅れを補正する機能があるために、常に負荷変動を見越した余裕のあるエネルギーで駆動する必要がなく、負荷が軽い時にはできる限り小さいエネルギーで駆動でき、低消費電力化を更に進めることが可能となる。
【００９９】
また、本実施形態の場合には、図５に示す区間ｔｓ２で、ロータが１８０［ｄｅｇ］回転する区間内の全範囲にわたって回転の検出を行うために、万が一モータ構造に偏芯があり、保持トルクが完全に打ち消すことができずわずかに残り、等間隔でのステップ運針ができないような場合であっても、回転検出の判断に必要な信号が少なくとも区間ｔｓ２のどこかで検出されるために、確実な回転検出と遅れ補正とが可能となる。
【０１００】
また、遅れ補正信号が駆動パルスの２倍であるために、遅れを補正する際にも停止状態から急激に針が動くのではなく、使用者にもそれほど違和感のないように遅れを補正できる。
【０１０１】
［第２実施形態の遅れ補正の説明：図８、図９］
次に、第２実施形態のステップモータ装置について説明する。
第２実施形態のステップモータ装置の特徴は、第１実施形態で説明した構成のステップモータを、２相励磁で駆動するものである。
２相励磁とは、コイルＡとコイルＢとに対して常に両方に通電することを繰り返してロータに回転磁界を作用させることで、回転させる方式である。
具体的には、２個のコイルに対して常に両方通電している状態において、駆動パルスを印加する区間にて、回転または非回転を検出し、非回転時に次の区間で２倍の周波数で高い実効電圧を印加することで遅れを補正する構成としている点である。
【０１０２】
第２実施形態のステップモータ装置の駆動の様子は、図８を用いて説明する。
図８は、２相励磁の場合の駆動パルスの具体例を示すタイムチャート図である。
【０１０３】
ここで、第１実施形態と同様に、ロータが所定の角度を回転するのに必要な回転時間をＭ、この回転時間Ｍを所定の個数Ｎに分割したときの所定の分割周期をＴと定義する。
【０１０４】
図８においても第１実施形態の説明に用いた図５と同様に、区間ｔｓ１で、ロータ３は３６０［ｄｅｇ］回転する。そして、ロータ３が所定の角度、つまりここでは３６０［ｄｅｇ］を回転するのに必要な回転時間Ｍが区間ｔｓ１又はｔｓ１’である。この回転時間Ｍを所定の個数Ｎ（図５では２）に分割した所定の分割周期Ｔは、区間ｔｓ２又はｔｓ２’となる。なお、区間ｔｆ２は遅れ補正を行なう区間であり、区間ｔｓ２又はｔｓ２’と時間は等しい。
なお、区間ｔｓ１ではモータが回転した場合を示し、区間ｔｓ１’では非回転の場合を示しており、双方の時間は等しい。
【０１０５】
図８に示すように、それぞれのコイルに印加する実効電圧を第１実施形態の１−２相励磁の場合よりも下げることができる。
第１実施形態の遅れ補正方法とは励磁方法の違いがある点と、コイルに印加する実効電圧が各励磁方式で異なっており、実効電圧は１−２相励磁Ｖｒ１２＞２相励磁Ｖｒ２の大きさで設定される点とが異なっている。
【０１０６】
まず、回転時の区間であるｔｓ１について説明する。
この実施形態のステップモータ装置の駆動手段３０は、分割周期Ｔ（区間ｔｓ１内のｔｓ２）の期間内に駆動パルスを印加すると共に、検出手段３０ｂによりロータ３の回転又は非回転を検出する。ロータ３が回転と判断されると、回転時間Ｍ（区間ｔｓ１）内の次の分割周期Ｔ（区間ｔｓ２’）の期間内にも、駆動パルスを印加すると共に、検出手段３０ｂによりロータ３の回転又は非回転を検出する。
【０１０７】
次に、非回転の区間であるｔｓ１’について説明する。
この実施形態のステップモータ装置の駆動手段３０は、分割周期Ｔ（区間ｔｓ１’内のｔｓ２）の期間内に駆動パルスを印加すると共に、検出手段３０ｂによりロータ３の回転又は非回転を検出する。ロータ３が非回転と判断されると、回転時間Ｍ（区間ｔｓ１’）内の次の分割周期Ｔ（区間ｔｆ２）の期間内に遅れ補正信号によりロータ３を回転させる。
【０１０８】
遅れ補正信号の実効電圧は、駆動パルスの実効電圧Ｖｒ２よりも大きく確実に回転できるエネルギーを有するＶｒｆ２であり、その周波数が２倍である。区間ｔｓ２で非回転であったために、区間ｔｓ２に送った信号と回転していた場合に送る予定であったはずの信号を合わせてｔｆ２区間内に送っている。区間ｔｓ２で発生した遅れを、区間ｔｆ２において補正しており、区間ｔｆ２が完了した時点で、時計内部に保管されている正確な時間情報に追随する。
【０１０９】
このような構成にすることで、万が一ロータ３が非回転であっても、遅れをすぐに補正することができる。
【０１１０】
［第２実施形態の作用の説明：図９］
第２実施形態の作用を図面に基づいて説明する。
図９は２相励磁を行った場合で正回転方向に回転させる場合の駆動シーケンス図である。なお、遅れ補正を行う場合のアルゴリズムについては、第１実施形態と全く同じであるために説明を省略する。
【０１１１】
図８の区間ｔｓ１でロータが３６０［ｄｅｇ］回転していく様子を、図９により説明する。なおこの回転している状態は、起動時などではなくロータが定常回転をしているときの状態である。
【０１１２】
ＳＴＥＰ１においてコイル１３とコイル２３とに通電することで、コイル１３には矢印５ｄのような磁界が、コイル２３には矢印５ｅのような磁界が発生し、ロータ３に作用する。矢印５ｃはロータの磁極方向を表わす。コイル１３とコイル２３とにより発生した磁界を合成した方向に倣うようにロータの磁極方向は回転をし、ＳＴＥＰ２の状態になる。
【０１１３】
続いてＳＴＥＰ２において、ＳＴＥＰ１の状態からコイル２３のみ通電する方向をＳＴＥＰ１とは逆にすることで、コイル２３には矢印５ｅのような磁界が発生し、コイル１３とコイル２３とにより発生した磁界を合成した方向に倣うようにロータ３は回転する。すると、矢印５ｃはＳＴＥＰ３の状態になる。
【０１１４】
ＳＴＥＰ３において、ＳＴＥＰ２の状態からコイル１３のみ通電する方向をＳＴＥＰ２とは逆にすることで、コイル１２には矢印５ｄのような磁界が発生し、コイル１３とコイル２３とにより発生した磁界を合成した方向に倣うようにロータ３は回転する。すると、矢印５ｃはＳＴＥＰ４の状態になる。
【０１１５】
ＳＴＥＰ４において、ＳＴＥＰ３の状態からコイル２３のみ通電する方向をＳＴＥＰ３とは逆にすることで、コイル２３には矢印５ｅのような磁界が発生し、コイル１３とコイル２３により発生した磁界を合成した方向に倣うようにロータ３は回転する。すると、矢印５ｃはＳＴＥＰ１の状態になる。
【０１１６】
このＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ４までの動作を繰り返すことでロータ３は連続的に正回転方向に回転を続ける。なお、逆回転させるには、コイルＡかコイルＢのどちらか一方の極性を入れ替えるのみで良い。
【０１１７】
図８において、回転時（区間ｔｓ１）の場合、区間ｔｓ２で、ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ２まで動き、区間ｔｓ２’でＳＴＥＰ３からＳＴＥＰ４まで動く。非回転時（区間ｔｓ１’）の場合には、区間ｔｓ２では駆動できず、ロータ３はＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ２のどれかの状態で停止している。そのため、区間ｔｆ２において、確実に駆動できる高いエネルギーを保有する実効電圧で２倍の周波数をもつパルスを印加することで、再度ＳＴＥＰ１の励磁状態からスタートし、ロータ３は最終的にｔｆ２区間完了時にはＳＴＥＰ４の励磁状態にまで動くことで遅れを補正する。
【０１１８】
［第２実施形態の効果の説明］
第２実施形態の効果は、第１実施形態で説明した１−２相励磁の場合と比較して、遅れ補正信号により送る際に、ステータ１とステータ２との両方から駆動パルスを与えることができ、実効電圧を高くできるから高トルクで送ることができ、より確実にロータを回転させることができる。
【０１１９】
［第３実施形態の構成の説明］
次に、第３実施形態のステップモータ装置について説明する。
第３実施形態のステップモータ装置の特徴は、第１実施形態で説明した構成のステップモータを、１相励磁で駆動するものである。
１相励磁とは、コイルＡとコイルＢとに対してどちらか一方のみに通電することを繰り返してロータに回転磁界を作用させることで、ロータを所定の方向に回転させる方式である。
具体的には、２個のコイルに対してどちらか一方にのみ通電しており、駆動パルスを印加する区間において、回転または非回転を検出し、非回転時に次の区間で２倍の周波数で高い実効電圧を印加することで遅れを補正する構成としている点である。
【０１２０】
第３実施形態のステップモータ装置の駆動の様子は、図１０を用いて説明する。
図１０は、１相励磁の場合の駆動パルスの具体例を示すタイムチャート図である。
【０１２１】
ここで、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、ロータが所定の角度を回転するのに必要な回転時間をＭ、この回転時間Ｍを所定の個数Ｎに分割したときの所定の分割周期をＴと定義する。
【０１２２】
図１０においても第１実施形態の説明に用いた図５、第２実施形態の説明に用いた図８と同様に、区間ｔｓ１で、ロータ３は３６０［ｄｅｇ］回転する。そして、ロータ３が所定の角度、つまりここでは３６０［ｄｅｇ］を回転するのに必要な回転時間Ｍが区間ｔｓ１又はｔｓ１’である。この回転時間Ｍを所定の個数Ｎ（図１０では２）に分割した所定の分割周期Ｔは、区間ｔｓ２又はｔｓ２’となる。区間ｔｆ２は遅れ補正を行なう区間であり、区間ｔｓ２又はｔｓ２’と時間は等しい。
なお、区間ｔｓ１ではモータが回転した場合を示し、区間ｔｓ１’では非回転の場合を示しており、双方の時間は等しい。
【０１２３】
図１０に示すように、励磁方法が違うためすでに説明した実施形態と比べて実効電圧は、次のようになっている。
１−２相励磁Ｖｒ１２＜１相励磁Ｖｒ１
このような実効電圧の大きさで設定される点が異なっている。
【０１２４】
まず、回転時の区間であるｔｓ１について説明する。
この実施形態のステップモータ装置の駆動手段３０は、分割周期Ｔ（区間ｔｓ１内のｔｓ２）の期間内に駆動パルスを印加すると共に、検出手段３０ｂによりロータ３の回転又は非回転を検出する。ロータ３が回転と判断されると、回転時間Ｍ（区間ｔｓ１）内の次
の分割周期Ｔ（区間ｔｓ２’）の期間内にも、駆動パルスを印加すると共に、検出手段３０ｂによりロータ３の回転又は非回転を検出する。
【０１２５】
次に、非回転時の区間であるｔｓ１’について説明する。
この実施形態のステップモータ装置の駆動手段３０は、分割周期Ｔ（区間ｔｓ１’内のｔｓ２）の期間内に駆動パルスを印加すると共に検出手段３０ｂによりロータ３の回転又は非回転を検出する。ロータ３が非回転と判断されると、回転時間Ｍ（区間ｔｓ１’）内の次の分割周期Ｔ（区間ｔｆ２）の期間内に遅れ補正信号によりロータ３を回転させる。
【０１２６】
遅れ補正信号の実効電圧は、駆動パルスの実効電圧Ｖｒ１よりも大きく確実に回転できるエネルギーを有するＶｒｆ１であり、その周波数が２倍である。区間ｔｓ２で非回転であったために、区間ｔｓ２に送った信号と回転していた場合に送る予定であったはずの信号を合わせて区間ｔｆ２内に送っている。区間ｔｓ２で発生した遅れを、区間ｔｆ２において補正しており、区間ｔｆ２が完了した時点で、時計内部に保管されている正確な時間情報に追随する。
【０１２７】
［第３実施形態の作用の説明：図１１］
第３実施形態の作用を図面に基づいて説明する。
図１１は１相励磁を行った場合で正回転方向に回転させる場合の駆動シーケンス図である。なお、遅れ補正を行う場合のアルゴリズムについては、第１実施形態と全く同じであるために説明を省略する。
【０１２８】
図１０の区間ｔｓ１でロータが３６０［ｄｅｇ］回転していく様子を、図１１により説明する。なおこの回転している状態は、起動時などではなくロータが定常回転をしているときの状態である。
【０１２９】
ＳＴＥＰ１においてコイル１３に通電することで、コイル１３には矢印５ｄのような磁界が発生し、ロータ３に作用する。矢印５ｃはロータの磁極方向を表わす。コイル１３により発生した磁界に対して倣うようにロータの磁極方向は回転をし、ＳＴＥＰ２の状態になる。このＳＴＥＰ１においてコイル２３には通電をしていない。
【０１３０】
続いてＳＴＥＰ２において、コイル２３に通電することで、コイル２３には矢印５ｅのような磁界が発生し、ロータ３に作用し更に回転させる。すると、矢印５ｃはＳＴＥＰ３の状態になる。
【０１３１】
ＳＴＥＰ３において、コイル１３にＳＴＥＰ１とは逆方向に通電することで、磁界の矢印５ｄは図のようになり、ロータ３に作用し更に回転させる。
【０１３２】
ＳＴＥＰ４において、コイル２３にＳＴＥＰ２とは逆方向に通電することで磁界の矢印５ｅは図のようになり、ロータ３に作用し更に回転させる。すると、矢印５ｃはＳＴＥＰ１の状態になる。
【０１３３】
このＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ４までの動作を繰り返すことでロータ３は連続的に正回転方向に回転を続ける。なお、逆回転させるには、コイルＡかコイルＢのどちらか一方の極性を入れ替えるのみで良い。
【０１３４】
図１０において、回転時（区間ｔｓ１）の場合、区間ｔｓ２で、ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ２まで動き、区間ｔｓ２’でＳＴＥＰ３からＳＴＥＰ４まで動く。非回転時（区間ｔｓ１’）の場合には、区間ｔｓ２には駆動できず、ロータ３はＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ２のどれかの状態で停止している。そのため、区間ｔｆ２において、確実に駆動できる高いエ
ネルギーを保有する実効電圧で２倍の周波数をもつパルスを印加することで、再度ＳＴＥＰ１の励磁状態からスタートし、ロータ３は最終的にｔｆ２区間完了時にはＳＴＥＰ４の励磁状態にまで動くことで遅れを補正する。
【０１３５】
［第３実施形態の効果の説明］
第３実施形態の効果は、第１実施形態で説明した１−２相励磁の場合と比較して、ロータの角速度の変動幅は若干大きくなってしまうものの、ロータの回転角の位置決めがし易くなる。このようなステップモータ装置は、例えば、ストップウォッチの指針駆動に好適である。
【０１３６】
［遅れ補正に係る第１変形例の構成の説明：図１２］
すでに説明した第１〜第３実施形態は、ロータが所定の角度を回転するのに必要な回転時間ＭをＮ個（Ｎ＝２）に分割した例で説明した。次に、Ｎ＝４に分割した場合の駆動と検出及び遅れ補正を説明する。この例にあっては、すでに説明したどの実施形態（どの励磁方式）でも適用できるが、第３実施形態で説明した１相励磁を例にして説明する。
【０１３７】
図１２は、１相励磁の場合の駆動パルスの具体例を示すタイムチャート図である。以後、第３の実施形態と異なる点についてのみ記載し、第３の実施形態の駆動シーケンス図として用いた図１１も適宜参照して説明する。
【０１３８】
ここで、すでに説明した実施形態と同様に、ロータが所定の角度を回転するのに必要な回転時間をＭ、この回転時間Ｍを所定の個数Ｎに分割したときの所定の分割周期をＴと定義する。
【０１３９】
図１２においても、区間ｔｓ１で、ロータ３は３６０［ｄｅｇ］回転する。そして、ロータ３が所定の角度、つまりここでは３６０［ｄｅｇ］を回転するのに必要な回転時間Ｍが区間ｔｓ１又はｔｓ１’である。この回転時間Ｍを所定の個数Ｎ（図１２では４）に分割した所定の分割周期Ｔは、区間ｔｓ４となる。なお、区間ｔｆ４は遅れ補正を行なう区間であり、区間ｔｓ４と時間は等しい。
なお、区間ｔｓ１ではモータが回転した場合を示し、区間ｔｓ１’では非回転の場合を示しており、双方の時間は等しい。
【０１４０】
まず、回転時の場合について説明する。
この遅れ補正に係る第１変形例に用いるステップモータ装置の駆動手段３０は、分割周期Ｔ（図１２では区間ｔｓ１内で一番左の区間ｔｓ４）の期間内に駆動パルスを印加すると共に、検出手段３０ｂによりロータ３の回転又は非回転を検出する。ロータ３が回転と判断されると、回転時間Ｍ（区間ｔｓ１）内の次の分割周期Ｔ（図１２ではｔｓ１内で左から２つめの区間ｔｓ４）の期間内にも、駆動パルスを印加すると共に、検出手段３０ｂによりロータ３の回転又は非回転を検出する。
【０１４１】
次に、非回転の場合について説明する。
この遅れ補正に係る第１変形例に用いるステップモータ装置の駆動手段３０は、分割周期Ｔ（図１２ではｔｓ１’区間内で一番左の区間ｔｓ４）の期間内に駆動パルスを印加すると共に、検出手段３０ｂによりロータ３の回転又は非回転を検出する。ロータ３が非回転と判断されると、回転時間Ｍ（ｔｓ１’）内の次の分割周期Ｔ（図１２ではｔｓ１’内の区間ｔｆ４）の期間内に遅れ補正信号によりロータ３を回転させる。区間ｔｓ４に送った信号と回転していた場合に送る予定であったはずの信号を合わせて区間ｔｆ４内に送っている。
【０１４２】
［遅れ補正に係る第１変形例の作用及び効果の説明］
第３実施形態では、回転時間Ｍを２個（Ｎ＝２）に分割した例であるから、ロータ３が１８０［ｄｅｇ］回転する区間内で回転の検出を行っていたのに対して、遅れ補正に係る第１変形例では、回転時間Ｍを４個（Ｎ＝４）に分割した例であるから、ロータ３が９０［ｄｅｇ］回転する区間内で回転の検出を行い、遅れの補正も半分の区間で行っている点が異なる点であり、大きな実効電圧で駆動周波数が２倍である点は同じである。
【０１４３】
第３実施形態の場合のように１８０［ｄｅｇ］回転するはずの時間範囲内で回転か非回転かを検出して、次の時間範囲で補正を行う遅れ補正方法の場合、モータ構造に偏芯があった場合にも確実に検出できるという利点がある一方で、万が一回転検出の機能がうまく働かず、ロータ３が実際は回転しているにも係らず、回転検出により非回転と判断した場合に問題がある。
【０１４４】
すなわち、第３実施形態の駆動シーケンスを表わす図１１において、遅れ補正に係る第１変形例の遅れ補正方法の場合には、ロータ３の磁極方向はＳＴＥＰ３の状態にあるにも係らず、コイルにはＳＴＥＰ１の励磁を行うために、ロータ３が瞬間的に少しの角度（４５［ｄｅｇ］程度）だけ逆回転をし、使用者には針が瞬間停止してしまったように見える可能性がある。
【０１４５】
実際には第３実施形態の場合であっても、通常運針時には実効電圧を駆動できる限界まで下げて駆動する方式であるために、ロータ３は駆動できずに非回転となる確率の方が高いことと、遅れ補正をする際に仮に瞬間的に逆転したとしても回転磁界が作用しているためにすぐ正回転側に回転し始め、送り過ぎることもないため、大きな問題とは言えない。しかし、身に付ける腕時計は装飾品として価値もあるから見栄えも重要な要素である。このため、瞬間的に針が停止したように見えないようにする必要もあり、そのために、遅れ補正に係る第１変形例の遅れ補正方法が有効となる。
【０１４６】
遅れ補正に係る第１変形例の場合、ロータ３は９０［ｄｅｇ］回転するはずの時間範囲内で回転か非回転かを検出しているために、モータに偏芯があった場合などには、回転か非回転かをうまく検出できず、回転しているにも係らず非回転として遅れ補正を行ってしまう可能性がありうる。しかし、ロータ３が実際には回転していた場合であっても、ロータ３の磁極方向は第３実施形態の説明に用いた図１１のＳＴＥＰ２の状態にあるため、コイルにＳＴＥＰ１のような励磁を行っても瞬間的に逆回転することはなく、もちろん送り過ぎてしまうということもない。
【０１４７】
［遅れ補正に係る第２変形例の構成の説明：図１３］
すでに説明した遅れ補正に係る第１変形例は、ロータが所定の角度を回転するのに必要な回転時間Ｍを４個（Ｎ＝４）に分割した例である。次に、Ｎ＝１の場合の駆動と検出及び遅れ補正を、同じく第３実施形態で説明した１相励磁を例にして説明する。
【０１４８】
図１３は、１相励磁の場合の駆動パルスの具体例を示すタイムチャート図である。以後、第３の実施形態と異なる点についてのみ記載し、第３の実施形態の駆動シーケンス図として用いた図１１も適宜参照して説明する。
【０１４９】
ここで、すでに説明した実施形態と同様に、ロータが所定の角度を回転するのに必要な回転時間をＭ、この回転時間Ｍを所定の個数Ｎに分割したときの所定の分割周期をＴと定義する。
【０１５０】
図１３においても、区間ｔｓ１で、ロータ３は３６０［ｄｅｇ］回転する。そして、ロータ３が所定の角度、つまりここでは３６０［ｄｅｇ］を回転するのに必要な回転時間Ｍが区間ｔｓ１である。この回転時間Ｍを所定の個数Ｎ（図１３では１）に分割した所定の
分割周期Ｔは、同じく区間ｔｓ１である。区間ｔｆ１は遅れ補正を行なう区間であり、区間ｔｓ１と時間は等しい。
【０１５１】
非回転の場合についてのみ説明する。
この第２変形例のステップモータ装置の駆動手段３０は、分割周期Ｔ（図１３では区間ｔｓ１）の期間内に駆動パルスを印加すると共に、検出手段３０ｂによりロータ３の回転又は非回転を検出する。ロータ３が非回転と判断されると、次の分割周期Ｔ（図１３では区間ｔｆ１）の期間内に遅れ補正信号によりロータ３を回転させる。区間ｔｓ１に送った信号と回転していた場合に送る予定であったはずの信号を合わせて区間ｔｆ１内に送っている。
【０１５２】
［遅れ補正に係る第２変形例の作用及び効果の説明］
第３実施形態では、回転時間Ｍを２個（Ｎ＝２）に分割した例であるから、ロータ３が１８０［ｄｅｇ］回転する区間内で回転の検出を行っていたのに対して、遅れ補正に係る第２変形例では、回転時間Ｍを１個（Ｎ＝１）に分割した例であるから、ロータ３が３６０［ｄｅｇ］回転する区間内で回転の検出を行い、遅れの補正を次の３６０［ｄｅｇ］回転するはずであった区間内で行っている点が異なる点であり、大きな実効電圧で駆動周波数が２倍である点は同じである。
【０１５３】
第３実施形態と異なり、遅れ補正に係る第２変形例の場合、ロータが３６０［ｄｅｇ］回転するはずの時間内で回転か非回転かの検出を行う。この場合、万が一回転検出の機能がうまく働かず、ロータ３が実際は回転しているにも係らず、回転検出により非回転と判断した場合には、遅れ補正により時刻が進み過ぎてしまうという課題があり得る。
【０１５４】
しかし、実際には、通常運針時には実効電圧を駆動できる限界まで下げて駆動する方式であるために、ロータ３は駆動できずに非回転となる確率の方が高いために、大きな課題とはならない。それよりも、ロータの偏芯があったとしても３６０［ｄｅｇ］回転するはずの区間内で検出しているために、回転検出の精度が高くなるという効果がある。
【０１５５】
［遅れ補正に係る第３変形例の説明：図１４］
次に、遅れ補正区間の低消電化に係る技術を遅れ補正に係る第３変形例として説明する。説明にあっては、第１実施形態で説明した１−２相励磁を例にして説明する。
【０１５６】
図１４は、１−２相励磁の場合の駆動パルスの具体例を示すタイムチャート図を示しており、特に第１実施形態の説明に用いた図４の区間ｔｓ１’の変形例である。以後、第１実施形態と異なる点についてのみ記載する。
【０１５７】
ここで、すでに説明した実施形態と同様に、ロータが所定の角度を回転するのに必要な回転時間をＭ、この回転時間Ｍを所定の個数Ｎに分割したときの所定の分割周期をＴと定義する。
【０１５８】
非回転の場合に遅れ補正をする場合について説明する。
この遅れ補正に係る第３変形例のステップモータ装置の駆動手段３０は、分割周期Ｔ（図１４では区間ｔｓ１’内の区間ｔｓ２）の期間内に駆動パルスを印加すると共に、検出手段３０ｂによりロータ３の回転又は非回転を検出する。ロータ３が非回転と判断されると、回転時間Ｍ（ｔｓ１’）内の次の分割周期Ｔ（図１４では区間ｔｆ２）の期間内に遅れ補正信号によりロータ３を回転させる。
【０１５９】
区間ｔｓ８は、１−２相励磁で通常運針時にロータ３が１ステップ駆動するのに必要な時間である。一方、区間ｔｆ１６は、１−２相励磁で遅れ補正時にロータ３が１ステップ
駆動するのに必要な時間である。区間ｔｆ２を８ステップ駆動することで、ロータ３は３６０［ｄｅｇ］回転する。このとき、遅れ補正信号の実効電圧は、駆動パルスの実効電圧Ｖｒ１２よりも大きく確実に回転できるエネルギーを有するＶｒｆ１２である。
【０１６０】
ここで、遅れ補正信号は、所定の実効電圧を第１の時間印加する１つのパルスと、所定の実効電圧を第２の時間印加する複数のパルスと、を組み合わせてもよい。図１４の拡大図に示す例では、１ステップ区間である区間ｔｆ１６のパルスを１０［ｍｓ］程度の長さのパルス１個と、１［ｍｓ］程度の長さのパルスを複数個という組合せで構成している。
【０１６１】
この例のように、実効電圧の大きさを考える際に、波高値（電圧振幅）だけではなく、波高値は同じでも時間平均をとり、その平均値の大きさを、実効電圧の大きさと考えてもよい。したがって、図１４に示す例では、遅れ補正信号は、実効電圧の大きい区間と実効電圧の小さい区間との組合せで構成していることになる。このことが遅れ補正に係る第３変形例の特徴とする点である。
【０１６２】
なお、図１４に示す例では、第１の時間を１０［ｍｓ］程度とする１つのパルスの波高値と、第２の時間を１［ｍｓ］程度とする複数のパルスの波高値とは、同じＶｒｆ１２として示したが、双方のパルスの波高値を異ならせてもよいことは無論である。
【０１６３】
［遅れ補正に係る第３変形例の作用及び効果の説明（１−２相励磁）］
遅れ補正信号は、十分大きな実効電圧を持つパルスであるため、１ステップ駆動する場合、ロータ３は区間ｔｓ１６よりも短い時間で駆動し終えてしまい、その位置で停止している。具体的には区間ｔｓ１６は１５〜４０［ｍｓ］程度であるが、高い実効電圧で駆動した場合に１ステップにかかる時間は５［ｍｓ］程度である。残りの時間は停止している。
【０１６４】
停止させておく際に、この発明のステップモータでは保持トルクがないために、どちらか一方のコイルには通電し続けておく必要がある。しかし、遅れ補正をする時のみとは言え、実効電圧の大きな電圧をずっと通電し続けておくのは消費電力の無駄である。そこで、上述のようにすることで、１０［ｍｓ］程度のパルスで確実に１ステップ動作させた後は、１［ｍｓ］程度の長さを持つ複数のパルスを印加することで、実効電圧を下げ、ロータ３をその場に停止させておく程度の大きさのトルクをロータ３に作用させる。
【０１６５】
このように構成することで、遅れ補正をする際の無駄な電力の消費を防ぎ、更なる低消費電力化を達成できる。
なお、遅れ補正に係る第３変形例のような遅れ補正手段は、１−２相励磁以外の１相励磁や２相励磁の場合に対しても適用できることは言うまでもない。
【実施例２】
【０１６６】
［保持トルク打消しに係る第１変形例の構成の説明：図１５］
次に、保持トルクを打ち消すための、別の構成を説明する。この説明にあっては、第１実施形態で説明した１−２相励磁方式で説明する。
保持トルク打消しに係る第１変形例のステップモータ装置の特徴は、すでに説明した第１実施形態と同様に、上下に重ねたステータそれぞれで、コイルへの非通電時に保持トルクをロータに作用させない構成である。
具体的には、それぞれのステータにロータを駆動するための一対の磁束飽和部を備えるものの、内ノッチを設けないことで保持トルクを発生しない構成としている。
【０１６７】
保持トルク打消しに係る第１変形例のステップモータ装置の構成は図１５を用いて説明する。
図１５は、第１のステータ及び第２のステータのロータ孔１１ａ，２１ａの周辺部のみを部分拡大し上下に並べ、コイルなど他の構成要素を省略して示す詳細図である。なお、すでに説明した同一の構成には同一の符号を付してあり、それらの同じ説明は省略する。
図１５においては、説明しやすいように２つのステータを図中上下に並べて示してあるが、１個のロータ３を２つのステータで共有していることは変わっておらず、２個のロータがあるわけではない。
【０１６８】
第１のステータ１のヨーク１１におけるロータ孔１１ａの周囲には、コイル１３による磁界によってロータ３に駆動トルクを作用させるために機能する一対の磁束飽和部１１ｄのみを設けている。磁束飽和部１１ｄは、ステータに設ける切り欠き状の部分である。同じく、第２のステータ２のヨーク２におけるロータ孔２１ａの周囲にも一対の磁束飽和部２１ｄのみを設けている。
【０１６９】
保持トルク打消しに係る第１変形例では、第１のステータ１のヨーク１１に設けた一対の磁束飽和部１１ｄを結ぶ直線を直線ａ１とし、第２のステータ２のヨーク２２に設けた一対の磁束飽和部２１ｄを結ぶ直線を直線ｄ１としている。そして、この直線ａ１と直線ｄ１とが互いに直交するように上下のステータを配置している。
なお、図１５には、直線ａ１と直交するように直線ｂ１、直線ｄ１と直交するように直線ｅ１を示している。
【０１７０】
この図１５に示す直線ａ１，ｄ１は、図３に示す、ヨーク１１に設けた一対のスリット１１ｂを結ぶ直線ａと、ヨーク２２に設けた一対のスリット２１ｂを結ぶ直線ｄとに、位置的に対応しており、図１５に示す直線ｂ１及び直線ｅ１も、図３に示す直線ｂ及び直線ｅに、それぞれ対応しているので、保持トルク打消しに係る第１変形例のステップモータ装置の配置関係を理解するためには、図３を参照してその構成においてロータ孔１１ａ，２１ａの周辺部のみ図１５の構成に置き換えるとよい。
【０１７１】
［保持トルク打消しに係る第１変形例の作用及び効果の説明］
次に、この保持トルク打消しに係る第１変形例の作用を説明する。
第１のステータ１及び第２のステータ２には、それぞれ一対の磁束飽和部１１ｄ，２１ｄを設けているが、内ノッチを設けなければコイルへの非通電時に保持トルクは発生しない。これは、一般的なステップモータにおいては、ロータ３から発生した磁束のみでは磁束飽和部１１ｄ、２１ｄを飽和させるには不十分だからである。そのため、この保持トルク打消しに係る第１変形例の場合は、第１のステータ１と第２のステータ２ともそれぞれのステータにおいて、そもそも保持トルクがほとんど生じないのである。
【０１７２】
次に、効果について説明する。
この保持トルク打消しに係る第１変形例も、保持トルクが生じないために、角速度の変動幅を小さくすることができる。第１のステータ１及び第２のステータ２に、それぞれ一対の磁束飽和部１１ｄ，２１ｄを設けているために、コイル１３，２３からの磁界は、まずこの磁束飽和部１１ｄ，２１ｄを飽和させてからでないとロータ３に作用しない。このため、コイル１３，２３に印加する実効電圧を第１実施形態と同じ程度までは下げることができないが、第１実施形態に比べて製造しやすく、製造コストも低減できるという効果がある。
【０１７３】
すなわち、ステータにスリットがないので、それぞれのヨーク１１，１２とも１枚の板で構成でき、プレス加工のみでステータを形成することができるという点である。
さらに、内ノッチもないためにロータ孔周辺が円形で済むことによりプレスの金型も単純な形状で済み、その寿命も長くすることができる。これにより、製造コストを低下させることが可能である。
【０１７４】
また、第１のステータ１と第２のステータ２とも、それぞれのステータにおいて保持トルクを打ち消しあっているため、第１実施形態と同様に２個のステータの位相関係を高精度で配置するように設計する必要がなく組立の精度を必要としないから、更に製造し易い構造である。
【０１７５】
［保持トルク打消しに係る第２変形例の構成の説明：図１６］
続いて、第１実施形態の保持トルクを打ち消す方法に係る第２変形例について説明する。
保持トルク打消しに係る第２変形例のステップモータ装置の特徴は、すでに説明した第１実施形態と同様に、上下に重ねたステータそれぞれで、コイルへの非通電時に保持トルクをロータに作用させない構成である。
具体的には、一方のステータに一対のスリットと一対の内ノッチとを互いに直交するように設けて保持トルクを打ち消し、他方のステータにロータを駆動するための一対の磁束飽和部を備えるものの、内ノッチを設けないことで保持トルクを発生しない構成としている点である。つまり、第１実施形態で説明したステータ構造と保持トルク打消しに係る第１変形例で説明したステータ構造とをそれぞれのステータが有している構成である。
【０１７６】
保持トルク打消しに係る第２変形例のステップモータ装置の構成は、図１６を用いて説明する。
図１６は、第１のステータ１及び第２のステータ２のロータ孔１１ａ，２１ａの周辺部のみを部分拡大し上下に並べ、コイルなど他の構成要素を省略して示す詳細図である。なお、すでに説明した同一の構成には同一の符号を付してあり、それらの同じ説明は省略する。
また、すでに説明した保持トルク打消しに係る第１変形例と同様に図１６においても、説明しやすいように２つのステータを図中上下に並べて示してあるだけで、２個のロータがあるわけではない。
【０１７７】
第１のステータ１のヨーク１１におけるロータ孔１１ａの周囲には、コイル１３による磁界によってロータ３に駆動トルクを作用させるために機能する一対のスリット１１ｂと、その一対のスリット１１ｂを設けたことによって生じる保持トルクを打ち消すための一対の内ノッチ１１ｃとが設けられており、これらは互いにロータ孔１１ａの中心を通って直交する中心線ａ及び中心線ｂの各線上に設けている。つまり、スリット１１ｂと内ノッチ１１ｃとは、９０［ｄｅｇ］ずれる位置関係にある。
【０１７８】
第２のステータ２のヨーク２１におけるロータ孔２１ａの周囲には、コイル２３による磁界によってロータ３に駆動トルクを作用させるために機能する一対の磁束飽和部２１ｄのみを設けている。磁束飽和部２１ｄは、ステータに設ける切り欠き状の部分である。この磁束飽和部２１ｄは、ロータ孔２１ａの中心を通って直交する中心線ｄ２の線上に設けている。
【０１７９】
この保持トルク打消しに係る第２変形例では、第１のステータ１のヨーク１１に設けた一対のスリット１１ｂを結ぶ直線ａと、第２のステータ２のヨーク２２に設けた一対の磁束飽和部２１ｄを結ぶ直線を直線ｄ２とが互いに直交するように上下のステータを配置している。
【０１８０】
なお、この図１６には、直線ｄ２と直交する向きに直線ｅ２を示している。これら直線ｄ２，ｅ２は、図３に示す、ヨーク２２に設けた一対のスリット２１ｂを結ぶ直線ｄと、ヨーク２２に設けた一対の内ノッチ２１ｃを結ぶ直線ｅとに位置的に対応している。保持トルク打消しに係る第２変形例のステップモータ装置の配置関係を理解するためには、図
３を参照してその構成においてロータ孔１１ａ，２１ａの周辺部のみ図１６の構成に置き換えるとよい。
【０１８１】
なお、以上の説明では、第１のステータ１にスリットと内ノッチとを設け、第２のステータ２には磁束飽和部を設ける構成を説明したが、もちろん、第１のステータ１に磁束飽和部を設け、第２のステータ２にスリットと内ノッチとを設ける構成としてもよい。
【０１８２】
［保持トルク打消しに係る第２変形例の作用及び効果の説明］
次に、この保持トルク打消しに係る第２変形例における保持トルクを打ち消す作用を説明する。
第２のステータ２には一対の磁束飽和部２１ｄが設けられており、内ノッチを設けなければ保持トルクは発生しない。また、第１のステータ１には、一対のスリット１１ｂが設けられているが、第１実施形態の図４で説明したように、一対のスリット１１ｂによる保持トルクは、それに直交するように設けられた一対の内ノッチ１１ｃによる保持トルクにより打ち消され、やはり保持トルクは発生しない。そのため、この保持トルク打消しに係る第２変形例の場合、第１のステータ１と第２のステータ２ともそれぞれのステータにおいて、保持トルクが生じないのである。
【０１８３】
次に、効果について説明する。
この保持トルク打消しに係る第２変形例も、保持トルクが生じないために、角速度の変動幅を小さくすることができる。第１のステータ１にはスリット１１ｂと内ノッチ１１ｃとを設けているが、第２のステータ２には一対の磁束飽和部２１ｄを設けている。すでに説明したように、コイル２３からの磁界は、まずこの磁束飽和部２１ｄを飽和させてからでないとロータ３に作用しない。このため、コイル２３に印加する実効電圧は、コイル１３に印加する実効電圧よりも下げることはできないが、２つのステータ全体でみたとき、コイルを駆動するための実効電圧は、第１実施形態と保持トルク打消しに係る第１変形例との中間程度まで下げることができる。
【０１８４】
もちろん、すでに説明したように、第２のステータ２を製造するときは、スリットや内ノッチがないから製造しやすいという効果は有している。この保持トルク打消しに係る第２変形例では、２つのステータの構造が異なるが、双方ともにステータにスリット、内ノッチ、磁束飽和部を設けるという構成そのものは知られている構成であるから、ステップモータ装置の製造時の負荷は多くはない。
【０１８５】
また、第１のステータ１と第２のステータ２とも、それぞれのステータにおいて保持トルクを打ち消しあっているため、第１実施形態及び保持トルク打消しに係る第１変形例と同様に２個のステータの位相関係を高精度で配置するように設計する必要がなく、組立の精度を必要としないというメリットもある。
【０１８６】
［保持トルク打消しに係る第３変形例の構成の説明：図１７］
次に、第１実施形態の保持トルク打消しに係る第３変形例のステップモータ装置について説明する。
保持トルク打消しに係る第３変形例のステップモータ装置の特徴は、すでに説明した構成とは異なり、それぞれのステータにより生じる保持トルクを上下のステータに設けるスリットの配置位置により打ち消し、コイルへの非通電時に保持トルクをロータに作用させない構成である。
具体的には、それぞれステータに一対のスリットを設け、２つのステータを重ねたとき、双方のスリットが直交するように設けて保持トルクを打ち消す構成としている。つまり、それぞれのステータには保持トルクが発生しているが、２つのステータによりそれを打ち消す構成である。
【０１８７】
保持トルク打消しに係る第３変形例のステップモータ装置の構成は、図１７を用いて説明する。
図１７は、第１のステータ１及び第２のステータ２のロータ孔１１ａ，２１ａの周辺部のみを部分拡大し上下に並べ、コイルなど他の構成要素を省略して示す詳細図である。なお、すでに説明した同一の構成には同一の符号を付してあり、それらの同じ説明は省略する。
また、すでに説明した構成と同様に図７においても、説明しやすいように２つのステータを図中上下に並べて示してあるだけで、２個のロータがあるわけではない。
【０１８８】
第１のステータ１のヨーク１１におけるロータ孔１１ａの周囲には、コイル１３による磁界によってロータ３に駆動トルクを作用させるために機能する一対のスリット１１ｂが設けられている。この一対のスリット１１ｂは、ロータ孔１１ａの中心を通る中心線ａの線上に設けている。
同じく、第２のステータ２のヨーク２１におけるロータ孔２１ａの周囲にも、コイル２３による磁界によってロータ３に駆動トルクを作用させるために機能する一対のスリット２１ｂが設けられている。この一対のスリット２１ｂは、ロータ孔２１ａの中心を通る中心線ｄの線上に設けている。
【０１８９】
この保持トルク打消しに係る第３変形例では、第１のステータ１のヨーク１１に設けた一対のスリット１１ｂを結ぶ直線ａと、第２のステータ２のヨーク２２に設けた一対のスリット２１ｂを結ぶ直線を直線ｄとが互いに直交するように上下のステータを配置している。
【０１９０】
なお、この図１７には、直線ａと直交する向きに直線ｂ２を示し、直線ｄと直交する向きに直線ｅ３を示している。これら直線ｂ２，ｅ３は、図３に示す、ヨーク１１に設けた一対の内ノッチ１１ｃを結ぶ直線ｂと、ヨーク２２に設けた一対の内ノッチ２１ｃを結ぶ直線ｅとに位置的に対応している。保持トルク打消しに係る第３変形例のステップモータ装置の配置関係を理解するためには、図３を参照してその構成においてロータ孔１１ａ，２１ａの周辺部のみ図１７の構成に置き換えるとよい。
【０１９１】
保持トルク打消しに係る第３変形例では、それぞれのステータが有する保持トルクを２つのステータにより打ち消すため、第１のステータ１のヨーク１１に設けた一対のスリット１１ｂと、第２のステータ２のヨーク２１に設けた一対のスリット２１ｂとは、正しく直交している必要がある。つまり、直線ａと直線ｄとが直交している必要がある。
【０１９２】
［保持トルク打消しに係る第３変形例の作用及び効果の説明：図４、図１８］
次に、この保持トルク打消しに係る第３変形例における保持トルクを打ち消す作用を図１８を用いて説明する。
図１８は図３に示す中心線ｇで切断した様子を模式的に示す断面図である。
ロータ３’はロータ磁石３ａとロータカナ３ｂとから構成しているものとし細部は省略している。５，５ａ，５ａ’，５ｂ，５ｂ’は磁束である。
ロータ磁石３ａ内で発生した磁束５は、図１８右側の矢印のように第１のステータ１のヨーク１１及び第２のステータ２のヨーク２１にそれぞれ分かれて５ａ、５ｂの磁束となって流れ込む。この磁束５ａ，５ｂは、図示しないコイル芯を通って再度図１８左側の矢印のように磁束５ａ’，５ｂ’としてロータ磁石３ａに戻ることで、磁気回路が構成されている。
【０１９３】
この磁束５ａ，５ｂの磁束量の二乗に比例する大きさの保持トルクが、それぞれヨーク１１，２１によってロータ３に発生する。この第６変形例では、磁束５ａ，５ｂの磁束量
が全く同じとなるようにロータ磁石３ａとヨーク１１，２１とが設けられている。そのため、図１７に示す第１のステータ１及び第２のステータ２で発生したそれぞれの保持トルクの振幅は等しい。
【０１９４】
これを上述した数１の式を用いて考える。第１のステータ１の保持トルクをＴｓｔａｔｏｒ１（θ）、第２のステータ２の保持トルクをＴｓｔａｔｏｒ２（θ）とおく。この場合、次のようになる。
Ｔｓｔａｔｏｒ１＿ｎｏｔｃｈ（θ）＝Ｔｓｔａｔｏｒ２＿ｎｏｔｃｈ（θ）＝０
【０１９５】
また、それぞれの一対のスリットは直交して配置されているために、先述した図４の保持トルクの関係に当てはめてみると、図４における４ａがＴｓｔａｔｏｒ１＿ｓｌｉｔ（θ＋π／２）であり、４ｂがＴｓｔａｔｏｒ２＿ｓｌｉｔ（θ＋π／２）に相当する。そのため、モータ全体としては保持トルクがゼロとなる。
【０１９６】
次に、効果について説明する。
この保持トルク打消しに係る第３変形例も、保持トルクが生じないために、角速度の変動幅を小さくすることができる。第１のステータ１に一対のスリット１１ｂを設け、第２のステータ２には一対のスリット２１ｂを設けている。すでに説明したように、ロータ磁石からの磁束を第１のステータ１のヨーク１１と第２のステータ２のヨーク２１に等しい量を流すためには、ロータ３の軸方向の高さ方向の精度まで出す必要があり、そのため、すでに説明した構成に比べ、それぞれのステータ同士の位置関係について高い精度が必要になる。
しかし、内ノッチがないためにロータ孔周辺が円形で済むことによりプレスの金型も単純な形状で済み、その寿命も長くすることができる。また、組立時にそれぞれのステータの位置関係を微調整することで、ロータに作用する保持トルクをきれいに打ち消し、より角速度の変動幅の小さいスムースな連続運針を実現できる。
【０１９７】
また、第１のステータ１及び第２のステータ２とも、それぞれ一対のスリット１１ｂ，２１ｂが形成されているために、磁束飽和部を有する場合に比べてそれぞれのコイル１３，２３に印加する実効電圧を下げることができる。
【０１９８】
［ステップモータ装置の詳細な説明］
以上、ステップモータの保持トルクを打ち消すための各構成を説明した。次に、第１実施形態を例にして、ステップモータの細部やステップモータ装置の駆動回路及び駆動方法について詳述する。
まず、ステップモータの細部及びロータの駆動方法について図面を用いて説明する。各説明においては新たな図面を参照して行なうが、適宜図１〜図３も参照されたい。
【０１９９】
［ステータの絶磁構造の説明：図１９］
まずは、ステータの絶磁構造に係る具体例について図１９を用いて説明する。この構造は、すでにスペーサを用いて絶磁する例として説明したが、ここでは図面を用いて詳述する。
図１９は図３に示す中心線ｇで切断した様子を模式的に示す断面図である。図１９（Ａ）は絶磁構造例１、図１９（Ｂ）は絶磁構造例２を示している。なお、すでに説明した同一の構成には同一の符号を付してあり、それらの同じ説明は省略する。
【０２００】
図１９（Ａ）に示す絶磁構造例１では、第１のステータ１のヨーク１１及び第２のステータ２のヨーク２１に設けるそれぞれのロータ孔１１ａ，２１ａを非磁性体の中座６により、ロータ３’の径方向に位置決めをしている。中座６は、ロータ３’の軸方向についてもヨーク１１とヨーク２１との間の距離を正確に決めている。
【０２０１】
また、図１９（Ｂ）に示す絶磁構造例２では、中座６’はスペーサ６ａと下座６ｂとよりなる構成を有している。第１のステータ１のヨーク１１及び第２のステータ２のヨーク２１に設けるそれぞれのロータ孔１１ａ，２１ａをロータカナ３ｂの軸受けを兼ねた非磁性体の下座６ｂによりロータ３’の径方向に位置決めしている。また、ロータ３’の径方向については、スペーサ６ａによりヨーク１１とヨーク２１との間の距離を正確に決めている。
【０２０２】
図１９に示す構成とすることで、１個のロータと２個のステータのヨークとが径方向、軸方向に正確に位置決めされる。そのために、それぞれのステータから作用するロータへのトルクが安定し、一層速度変動が小さい連続運針の駆動が可能となる。
【０２０３】
以上の説明は、保持トルク打消しに係る第３変形例の場合のように、一方のステータにより生じる保持トルクを他方のステータによる保持トルクで打ち消す際に、特に有効である。双方のステータを正確に位置決めで切ることに加え、それぞれのステータへの磁束量を等しくすることができるからである。
【０２０４】
図１９に示す絶磁構造例２は、ロータの径方向と軸方向とを別部品により位置決めしており、この点が絶磁構造例１の構成と異なる。絶磁構造例２のように、下座がロータカナの軸受けを兼ねるような構成にすることで、部品点数を減らしたり、部品同士の位置決めを不要にできる。
知られているように、電子時計の内部には余剰な部分が少ない。電子時計が腕時計の場合はさらに余剰部分がなく、ステップモータ周辺は他の部材により混み合っている。本発明のステップモータ装置をこのような電子時計に搭載するときは、搭載する部分の形状などを鑑みて絶磁構造例１と絶磁構造例２との構成を使い分ければよい。
【０２０５】
［駆動回路の構成の説明：図２０、図２１］
次に、ステータのコイルに駆動パルスを発生させる駆動回路について図面に基づいて説明する。まず、図を用いて、回路構成について説明する。
図２０及び図２１は、この発明による駆動回路に係る具体例について説明するための図で、図２０はそれぞれのコイルに駆動パルスを印加する駆動回路図、図２１は駆動回路を構成するスイッチ素子であるＭＯＳ型電界効果トランジスタ（以降は、単にＭＯＳＦＥＴと表記する）の電圧電流特性図である。
【０２０６】
図２０に示す駆動回路１０は、図１に示す駆動手段３０を構成する回路であり、コイルに印加する駆動パルスを発生するために、少なくとも４つのスイッチ素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄによるＨブリッジ回路よりなる。これらスイッチ素子は、ＭＯＳＦＥＴを用いている。
Ｈブリッジ回路は、ステータのコイルの数と同じ数だけ必要であり、第１のステータ１のコイル１３と第２のステータ２のコイル２３とに対応する２組のＨブリッジ回路を備えている。
【０２０７】
各Ｈブリッジ回路は、コイルへの印加電圧を供給する第１の電源線１０ｇ（ＶＤＤ）と、基準電圧（例えばＧＮＤ）を供給する第２の電源線１０ｈ（ＶＳＳ）と、４個のスイッチ素子の駆動電圧信号を供給する４本の信号線１０ｉと、を接続されている。信号線１０ｉは、スイッチ素子のＭＯＳＦＥＴのゲートにゲート電圧を供給する信号線となっている。
【０２０８】
第１の電源線１０ｇと第２の電源線１０ｈとの間にスイッチ素子を２つ直列接続したカラム回路を２つ備えている。一方のカラム回路は、スイッチ素子１０ａとスイッチ素子１
０ｃとを直列接続し、他方のカラム回路は、スイッチ素子１０ｂとスイッチ素子１０ｄとを直列接続している。
直列接続したスイッチ素子間同士を繋ぎ、その接続部分に出力線及び出力端子を設けている。すなわち、一方のカラム回路の出力線を出力線１０ｅとし、その端部に出力端子Ｏｕｔ１を備え、他方のカラム回路の出力線を出力線１０ｆとし、その端部に出力端子Ｏｕｔ２を備えている。これらの出力端子にコイルを接続することで駆動パルスがコイルに供給される
【０２０９】
腕時計用などの一般的なステップモータの駆動回路では、回路規模を小さくするために４つのスイッチ素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（以下、単にＰ−ＭＯＳＦＥＴと表記する）、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（以下、単にＮ−ＭＯＳＦＥＴと表記する）で構成している。
具体的には、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴは高電位側でスイッチ動作し易いため、Ｈブリッジ回路の高電位側であるＶＤＤ側に用いる。Ｎ−ＭＯＳＦＥＴは低電位側でスイッチ動作し易いため、低電位側であるＶＳＳ側に配置する。
【０２１０】
Ｐ−ＭＯＳＦＥＴは、Ｌｏｗ信号（低電位の信号）をゲートに供給した際にソース−ドレイン間が導通され、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴは、Ｈｉｇｈ信号（高電位の信号）をゲートに供給した際にドレイン−ソース間が導通される。本実施形態で示す望ましい４つのスイッチ素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、スイッチ端子１０ａ，１０ｂをトランスファーゲート、スイッチ端子１０ｃ，１０ｄをＮ−ＭＯＳＦＥＴとする回路構成である。
【０２１１】
スイッチ素子１０ａ，１０ｂに用いるトランスファーゲートは、知られているように、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ及びＮ−ＭＯＳＦＥＴのソースとドレインとを並列に接続した回路である。
図２０に示す例では、スイッチ素子１０ａ，１０ｂにおいては、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴのソース側とＮ−ＭＯＳＦＥＴのドレイン側とを端子ＴＲ１ａ，ＴＲ２ａとし、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴのドレイン側とＮ−ＭＯＳＦＥＴのソース側とを端子ＴＲ１ｃ，ＴＲ２ｃとしている。
なお、スイッチ素子１０ａ，１０ｂを構成するトランスファーゲートには、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴのゲートに論理反転素子を設けており、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴと同じゲート信号で動作するようにしたものである。これにより、高電位でも低電位でも幅広い電位に対応できるスイッチ素子となっている。
【０２１２】
また、図２０に示す例では、スイッチ素子１０ｃ，１０ｄにおいては、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴのドレイン側を端子ＴＲ３ａ，ＴＲ４ａとし、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴのソース側を端子ＴＲ３ｃ，ＴＲ４ｃとしている。
【０２１３】
４つのスイッチ素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、ゲートにＨｉｇｈ信号又はＬｏｗ信号を入力するが、その端子はそれぞれ、端子ＴＲ１ｂ，ＴＲ２ｂ，ＴＲ３ｂ，ＴＲ４ｂとしている。
【０２１４】
なお、図１に示す駆動手段３０には、図２０に示す駆動回路１０の他に、他の回路も含まれているが、大切なことは、駆動回路１０に同じ構成の２組のＨブリッジ回路を備えるということである。
【０２１５】
図２１は、ＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間電圧ＶＧＳとドレイン電流ＩＤとの関係を模式的に示した図であり、いわゆるＭＯＳＦＥＴのＶｇｓ−Ｉｄ特性と呼ばれるものである。
図示するように、閾値電圧ＶＨを超える電位差をゲート−ソース間に加えることで、Ｍ
ＯＳＦＥＴはスイッチとして動作をし、ソース−ドレイン間には電圧にほぼ比例して電流が流れ始める。一般的な腕時計用ステップモータの駆動回路として用いられるＭＯＳＦＥＴの閾値電圧は０．３５［Ｖ］〜０．５０［Ｖ］程度である。
【０２１６】
本発明のステップモータ装置を時計用として用いるとき、通常運針時においては、コイルに印加する駆動パルスの実効電圧は後述するように摩擦トルクの関係から定まり、ＭＯＳＦＥＴの閾値電圧よりも小さい０．１［Ｖ］〜０．３［Ｖ］程度である。そのために、第１の電源線１０ｇ（ＶＤＤ）には駆動パルスの実効電圧として０．１［Ｖ］が供給される。
なお、スイッチ素子にゲート電圧を供給する信号線１０ｉには、Ｌｏｗ信号としてＧＮＤの０［Ｖ］、Ｈｉｇｈ信号として腕時計に用いられる電池電圧（例えば１．５［Ｖ］）から半分程度降圧した０．７５［Ｖ］程度の大きさの電圧信号を印加する。
【０２１７】
［駆動回路の作用の説明：図２０］
次に、駆動回路の作用について、図２０を参照しつつ説明する。
まず、スイッチ素子１０ａ，１０ｂにトランスファーゲートを用いる理由を説明する。
ここで、一般的な腕時計用ステップモータの駆動回路に用いられているＰ−ＭＯＳＦＥＴのみによるスイッチ素子で１０ａ，１０ｂを構成した場合を考えてみる。特にチョッパ駆動のように時間平均により実効電圧を下げる場合ではなく、フルパルス駆動で電圧振幅を下げることで低い実効電圧を印加する場合を考えてみる。
【０２１８】
スイッチ素子を動作させ、ソース−ドレイン間を非通電の状態から導通させるために、端子ＴＲ１ｂ，ＴＲ２ｂを介して信号線１０ｉにＬｏｗ信号（この場合０［Ｖ］）を供給した場合、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴのソース側（ＴＲ１ａ，ＴＲ２ａ）の電位は、第１の電源線１０ｇより供給される実効電圧０．１［Ｖ］と低いために、閾値電圧０．３５［Ｖ］〜０．５［Ｖ］を超える電位差をつくりだせずに、ドレイン電流が流れずにスイッチとして動作しない。
【０２１９】
このような状況にあるため、本発明のステップモータ装置の駆動回路では、スイッチ素子１０ａ，１０ｂにトランスファーゲートを用いている。
トランスファーゲートでは、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴがＰ−ＭＯＳＦＥＴと並列に接続しているために、この場合には、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ側がスイッチとして動作する。ゲートにＨｉｇｈ信号（この場合１［Ｖ］程度）が入力されたとき、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴのソース側（ＴＲ１ｃ、ＴＲ２ｃ）の電位は、スイッチ素子１０ｃ，１０ｄ（これらが導通状態の際）を介して第２の電源線１０ｈよりＧＮＤ（０［Ｖ］）が供給されているために、ソース−ドレイン間電圧が１［Ｖ］となり、電圧を十分に超えているために、スイッチとして動作しドレイン−ソース間に電流が流れる。
トランスファーゲートにすることにより、チョッパ駆動で時間平均として実効電圧を下げる場合や後述するようにロータを高速回転させるために高い電圧（例えば１．５［Ｖ］）をコイルに印加させる場合には、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴの代わりに、並列に接続しているＰ−ＭＯＳＦＥＴがスイッチとして動作するため、様々な運針に対応できる。
【０２２０】
次に通常運針時において、コイルに印加する駆動パルスの実効電圧が０．１［Ｖ］〜０．３［Ｖ］程度が望ましいことの説明をする。
説明にあっては、簡単のために１つのコイルのみに印加している状態を想定した場合とする。そのとき、ロータに作用するトルクの釣り合いと、印加している側のコイルの電圧の釣り合いは、数２で表される。なお、ここでは概算結果を導くのに簡単のため、１相励磁の場合について考える。
【０２２１】
【数２】
2012026874.tif 000004
【０２２２】
数２において、θはロータの回転角度、ωはロータの角速度、ｉはコイルに流れる電流、Ｋはトルク係数（＝逆起電圧係数）、Ｊ・ｄω／ｄｔは慣性負荷、Ｔｈ（θ）は保持トルク、Ｄ・ωは速度依存負荷、ＴＬは摩擦トルク（起動時は静止摩擦トルク、回転時は動摩擦トルク）、ｅはコイルへの印加電圧、Ｌはコイルのインダクタンス、Ｒはコイルの抵抗である。
【０２２３】
なお、２個のコイルからロータに作用するそれぞれのトルクの大きさは等しく、コイルの仕様も等しく、等しい印加電圧を加えているとしている。また、コイル間の相互インダクタンスは小さいものとして省略している。
本発明のステップモータ装置は、保持トルクＴｈ（θ）が生じない（ほぼゼロ）構成であるから、数２より、ロータの角速度ω及びコイルに流れる電流ｉは、コイルへの印加電圧ｅを小さくすればするほど小さくなることが分かる。
【０２２４】
ロータの角速度ωやコイルに流れる電流ｉが小さくなるにつれて、それらの微分であるｄω／ｄｔ、ｄｉ／ｄｔの影響も小さくなる。過渡応答的な挙動をする従来技術のようなステップモータとは異なり、ロータの余分な加減速を極力抑えて摩擦力をわずかに上回る程度の駆動トルクを常に与えることによって、非常に低い角速度で動く駆動方式であるために、数２は数３のように書き換えられる。
【０２２５】
【数３】
2012026874.tif 000005
【０２２６】
数３において、ロータが１つのステップが完了し終わる時には、ロータの角速度はほぼω＝０となり、数３は更に近似的に数４のように書き換えられる。
【０２２７】
【数４】
2012026874.tif 000006
【０２２８】
発明者が実験したところによると、Ｋ＝約６ｅ−４［Ｖｓ］、Ｒ＝約２８００［Ω］、ｅ＝約０．１２［Ｖ］のときに、ｉ＝約４２［ｕＡ］、ω＝約３［ｄｅｇ／ｍｓ］程度と
いう非常に低い回転速度でロータはゆっくりとスムースに回転し続けた。
なお、一般的な時計用の単相ステップモータの駆動時のロータの回転速度は、約３５［ｄｅｇ／ｍｓ］程度である。このとき、摩擦トルクＴＬを上述の数４より計算すると、約２．５ｅ−８［Ｎｍ］となるが、非常に低速度であることからこのＴＬは摩擦トルク及びヨークの磁性体のヒステリシス特性に基づく損失によるトルクと考えられる。
実験では、ヨークにはヒステリシスの少ないパーマロイを用いており、ほとんどが摩擦トルクによるものと考えられる。なお、上記実験結果は回転し続けている定常状態であり、起動時には印加電圧を少し上げる必要があるが、これは静止摩擦トルクが動いている状態の摩擦トルク（動摩擦トルク）よりも大きいためであると考えられる。
【０２２９】
ところで、印加するパルスの幅は、短すぎてもロータが所定の角度まで回転しきらないために、実験などにより所定の角度まで回転させうるようにパルス幅を増やしていくことで設定する。そのため、知られているステップモータのように所定のパルスレートで回転させるというわけではない。しかし、このような設定方法とすることでパルスレートに同期した回転動作をする同期モータ、あるいはその小分類であるステップモータではあるものの、過渡的な起動と停止が少なく速度変動の小さいＤＣモータのように回転させることができる。そのため、非常に速度変動の小さい連続運針を実現できる。
【０２３０】
［駆動回路の効果の説明：図２２］
次に、駆動回路の効果について、図２２を参照しつつ説明する。
図２２は、印加電圧とそのときのロータの角速度との関係を模式的に示す図である。図２２（Ａ）は従来技術の場合、図２２（Ｂ）は本発明の小さい印加電圧を加えた場合のロータの角速度の関係を示す図である。図中、Δωｄは従来技術の角速度の変動幅、Δωｆは本発明の角速度の変動幅である。
【０２３１】
図２０を用いて説明した回路の構成とすると、通常運針時、コイルには図２２（Ｂ）のような小さい実効電圧を印加させてもスイッチ動作を正常にさせることができる。本発明のステップモータ装置では、保持トルクを生じさせないようにしているため、駆動トルクを発生させるのに必要な大きい印加電圧を加える必要がない。従来から知られている単相ステップモータは、保持トルクを上回るような大きい印加電圧が必要であり、ロータが大きな加減速を繰り返すことで角速度の変動幅Δωｄも大きくなっていたが、そのような動作は起こさない。
常に摩擦トルクをわずかに上回る程度の駆動トルクを常に作用させて回転させる駆動でよいから、余分な加減速がなく、ロータの角速度の変動幅Δωｆも小さくて済む。
【０２３２】
ロータが１ステップあたり、図２２（Ｂ）のような角速度の動きをつなげていくことで、速度変動の小さい運針を実現できる。つまり、連続運針を行なうとき、その角速度の変動は緩やかな正弦波のようになり、そして、すでに説明した図３６（Ｂ）に示したような目標とするフラットな角速度波形１０８ｂに近い波形になるのである。
【０２３３】
図２２（Ａ）のような従来技術の場合、印加電圧をＶｄ［Ｖ］、通電時間をｔｄ［ｓ］とし、その区間にコイルに流れる平均電流をｉｄ［Ａ］とした場合、入力エネルギーＥｄ［Ｊ］は、Ｅｄ＝Ｖｄ＊ｉｄ＊ｔｄである。
一方、図２２（Ｂ）に示す本発明の場合、印加電圧をＶｆ［Ｖ］、通電時間をｔｆ［ｓ］とし、その区間にコイルに流れる平均電流をｉｆ［Ａ］とした場合、入力エネルギーＥｆ［Ｊ］は、Ｅｆ＝Ｖｆ＊ｉｆ＊ｔｆである。
【０２３４】
図２２（Ａ）では、ｔｄ［ｓ］が小さいが、Ｅｄ［Ｖ］及びｉｄ［Ａ］は大きくなる。一方、図２２（Ｂ）では、ｔｆ［ｓ］は大きいが、Ｅｆ［Ｖ］及びｉｆ［Ａ］は小さくなる。
所定のパルスレートに設定するためにｔｆを任意に設定することができず、ロータが所定の角度を回転しきるのみ十分な幅のパルスに設定する必要があるものの、従来技術のようにパルス数に比例して消費電力が上がっていくことはなく、印加する実効電圧を下げることで入力エネルギーである消費電力を上げることなく連続運針を実現できる。
【０２３５】
なお、繰り返しになるが、印加電圧をほぼ摩擦トルクに釣り合う程度にまで下げることができるのは、本発明のステップモータ装置が保持トルクを有さない構成であるためである。保持トルクを有していないから、図２２（Ｂ）には、図３６（Ａ）に示した領域α（角速度の負の変動の領域）は存在せず、角速度の変動幅Δωｆは大変小さくなっている。
【０２３６】
［駆動回路の変形例の説明：図２３］
次に、駆動回路の実効電圧を下げる手法について、図２３を参照しつつ説明する。
なお、図１４に示す遅れ補正に係る第３変形例で説明したように、実効電圧とは、電圧振幅値だけを言うのではなく、印加する時間幅も考慮した時間平均を取った値として考えることもできる。
【０２３７】
図２３は、印加電圧としてチョッパ電圧を加えた場合の電流の関係を模式的に示す特性図である。図２３（Ａ）は、印加電圧Ｖａの電圧パルス７ｃの振幅が大きく、この印加電圧Ｖａを腕時計に用いられているような電池電圧（例えば１．５［Ｖ］）のままチョッパとした場合の電流特性９ｃを示している。
図２３（Ｂ）は、電池電圧を半分程度（例えば０．７５［Ｖ］）に降圧したものを印加電圧Ｖｂの電圧パルス７ｄとし、チョッパとした場合の電流特性９ｄを示している。
図２３（Ｃ）は、電池電圧を１／１０から１／１５程度に降圧したものを印加電圧Ｖｃの電圧パルス７ｅとし、チョッパではなくフルパルスとして印加した場合の電流特性９ｅを示している。
【０２３８】
電流特性９ｃ，９ｄ，９ｅのそれぞれの実効値Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは、それぞれ同程度の値である。チョッパ化した場合、Ｄｕｔｙを調整することで、実効値を制御できる。しかし、印加電圧が大きいほど、基本周波数を高くしていかないとＤｕｔｙによる実効値の調整は困難となる。
例えば、図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）の場合、区間ｔｇを仮に３０分割にした場合、図２３（Ａ）では、１．５×１／３０＝０．０５［Ｖ］分の実効電圧の分解能しかないのに対して、図２３（Ｂ）では、０．７５×１／３０＝０．０２５［Ｖ］であり、図２３（Ａ）の倍の分解能を持つことができる。
【０２３９】
先述したように本発明のステップモータ装置に必要な実効電圧の値は０．１〜０．３［Ｖ］程度であるために、仮に摩擦トルクに釣り合うように、０．１７５［Ｖ］近傍で電圧を調整しようとしても、図２３（Ａ）の場合には、０．０５［Ｖ］幅の０．１５［Ｖ］、０．２０［Ｖ］の値しか取り得ない。入力エネルギーは実効電圧の二乗に比例するために、電圧が０．０５［Ｖ］変化することで大きく変動してしまい、過剰なエネルギーをロータの回転に投入してしまうか、ロータの回転に不十分なエネルギーしか投入できないことになってしまう。また、チョッパ駆動のために周波数を上げていくにつれて、回路の消費電力を上がってしまうという問題も発生する。
そのため、本発明のステップモータ装置では、印加電圧を可能な限り下げ、最後のチョッパで実効電圧を微調整するというのが、製造誤差などによるばらつきの影響の大きい摩擦トルクに対して印加電圧を設定し易い手法と言える。
【０２４０】
［ロータの駆動手法の説明１：図２４］
次に、図１に示す駆動手段３０の制御の仕方について、図２４を参照しつつ説明する。
図２４は、通常運針時に除々に実効電圧を下げていくためのアルゴリズムである。
【０２４１】
起動時（ＳＴＥＰ１）には、ロータや輪列には静止摩擦トルクが作用しているために、高い実効電圧を印加しないと回転しない。この電圧としては０．２〜０．３［Ｖ］程度である。例えば、図５に示す区間ｔｓ１をｎ＝１として、ｎがａ（ａは整数で２以上）回経過したと判断したら（ＳＴＥＰ２）、中程度の実効電圧に下げる（ＳＴＥＰ３）。この電圧は０．１５［Ｖ］〜０．２［Ｖ］程度である。
【０２４２】
そしてまた、ｎがｂ（ｂは整数で２以上）回経過したと判断したら（ＳＴＥＰ４）、更に低い実効電圧に下げる（ＳＴＥＰ５）。この電圧は０．０８［Ｖ］〜０．１５［Ｖ］程度である。ロータがこの低い実効電圧のまま回転し続けていれば、そのままの電圧であるが、万が一回転しなかったら、先述したような非回転を検出した場合の処理として実効電圧を上げ（例えば本アルゴリズムではＳＴＥＰ１）、再度図２４のアルゴリズムにしたがって実効電圧を下げていく。もちろん実効電圧の制御は先述したようにチョッパのＤｕｔｙ制御をしても構わない。
【０２４３】
このように起動時などに高い実効電圧で駆動し、除々に実効電圧を下げていく制御を行うことにより、確実な回転と低消費電力化を達成することができる。
【０２４４】
［１−２相励磁時の第２の駆動方式の説明：図２５］
すでに図４を用いて本発明のステップモータ装置を電子時計の連続運針用に用いるとき、正回転方向に、１−２相励磁でどのように動かすのかを説明した。ここでは、１−２相励磁の場合の駆動パルスの第２の駆動方式を、図２５を用いて説明する。この駆動方式は、２相通電する区間の時間幅がすでに説明した駆動方式と異なっている。
図２５（Ａ）は、図５の区間ｔｓ１を用いてすでに説明した１−２相励磁の駆動パルスを示す図であり、図２５（Ｂ）は、第２の駆動方式であり、より望ましい１−２相励磁の駆動パルスを示す図である。
【０２４５】
１−２相励磁では、図２５（Ａ）のように、２相通電する区間ｔｒ２と１相通電する区間ｔｒ１とが交互に配置される。しかし、図２５（Ｂ）に示す第２の駆動方式では、２相通電する区間ｔｒ２の幅を１相通電する区間ｔｒ１よりも短くする駆動パルスを印加している。
【０２４６】
２相通電する区間においては、２つのコイルによりロータは駆動トルクを作用させられるために、駆動トルクに余裕がある。そこで、図２５（Ｂ）のような駆動パルスを印加することで、２相通電する区間の駆動トルクを下げても回転できるのである。
【０２４７】
［１−２相励磁時の第２の駆動方式の効果の説明：図２６］
次に、この第２の駆動方式による効果について図２６を用いて説明する。
図２６において、縦軸は消費電力、横軸は２相通電区間と１相通電区間との時間の比を示している。それぞれの時に印加する実効電圧を可変することで消費電力の違いについて第１実施形態の場合に得られた実験結果を示す概要図である。
【０２４８】
この図で０：１０の時は１相励磁と同じであり、１０：０は２相励磁と同じであり、５：５は一般的な１−２相励磁の場合である。図２６に示すように、２相通電区間と１相通電区間の時間比を３：７程度にした場合に、消費電力は最も下がった。
なお、上述のように、これらの調整は、区間ｔｒ２と区間ｔｒ１との時間幅を変えるのみで良いために、制御や調整が容易である。
【０２４９】
［１−２相励磁時の第３の駆動方式の説明：図２７］
図２５を用いて説明した第２の駆動方式では、２相通電する区間の時間幅を変えること
で、２相通電する区間の駆動トルクを下げたが、図２５を用いてすでに説明した区間ｔｒ２と区間ｔｒ１との時間幅が同じである駆動方式であっても、Ｄｕｔｙ、周波数、実効電圧を変えることで駆動トルクを下げるようにしても構わない。それが図２７に示す第３の駆動方式である。
【０２５０】
図２７（Ａ）では、チョッパ駆動の場合で、２相通電区間のＤｕｔｙを１相通電区間のＤｕｔｙよりも小さくしている場合であって、Ｄｕｔｙを変えるのみで良いために最も制御し易い。
図２７（Ｂ）もチョッパ駆動の場合で、２相通電区間の周波数を１相通電区間の周波数よりも小さくしている場合であって、Ｄｕｔｙは同じである。この場合、周波数を増やす必要があり、図２７（Ａ）の場合よりも消費電力が増えてしまうが、より高い分解能で実効電圧を調整できるという利点がある。
図２７（Ｃ）は、フルパルスで駆動する場合であって、電圧振幅を変えることで区間ｔｒ２の実効電圧Ｖｆ２を区間ｔｒ１の実効電圧Ｖｆ１よりも小さくしている。このような微妙な電圧変化を付けるためには、降圧回路の規模が多少大きくなってしまうという課題があるが、チョッパ駆動の場合と異なりコイルに流れる電流にノイズがのりにくく、電流からロータの回転情報を抽出し易いという利点がある。
【０２５１】
［回転検出方法に係る具体例の説明：図２８、図２９、図３０］
続いて第１実施形態を例にして、回転か非回転かを判断するための回転検出方法について説明する。
図２８、図２９とも１−２相励磁で駆動した場合であり、図２８は回転した場合の波形で、図２９は非回転であった場合の波形である。
図２８（Ａ）、図２９（Ａ）は、コイル印加電圧を示す図である。
図２８（Ｂ）、図２９（Ｂ）は、コイルに流れる電流を示す図である。
図２８（Ｃ）、図２９（Ｃ）は、図２８（Ｂ）、図２９（Ｂ）の電流値を増幅した後に微分した値を示す図である。
また、図３０（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ図２８（Ｃ）、図２９（Ｃ）の区間ｔｓ２を拡大表示した拡大図である。図３０において、ｔｓｅｔ１，ｔｓｅｔ２は所定の時間、Ｃｏｍｐ１，Ｃｏｍｐ２は閾値である。
【０２５２】
図１に示す検出手段３０ｂは、２個のコイルの通電電流を微分しその振幅が、設定した閾値以上にあるかないかで、回転か非回転かを判断している。図２８（Ｂ）と図２９（Ｂ）とを比較すると、区間ｔｒ２において、回転した場合には電流波形の落ち込みが見られるが、非回転時にはその落ち込みが見られない。同様に区間ｔｒ１においても、回転した場合には落ち込みが見られるが、非回転時にはその落ち込みが見られない。この特徴を回転検出に利用しているのである。つまり、この特徴を検出するために、電流波形を微分する。
【０２５３】
図２８（Ｃ）、図２９（Ｃ）のｔｓ２区間を拡大表示した、図３０（Ａ）、図３０（Ｂ）に基づいて詳述する。
区間ｔｒ２は、コイルＡとコイルＢとの２相両方に通電している区間であり、設定したｔｓｅｔ２時間以降の電流微分値の振幅を比較すると、回転した場合である図３０（Ａ）の振幅は、非回転である場合の図３０（Ｂ）よりも小さい。そのため、Ｃｏｍｐ２という閾値を超えたかどうかで回転か非回転かを判断できる。
【０２５４】
ｔｓｅｔ２時間の設定が必要なのは、加えるパルスが矩形波であるために、電圧の立上り、立下り直後には電流微分値の振幅にその影響が大きく現れてしまっているためである。この影響を避け、正確にロータの回転の影響だけを抽出するために、ある一定時間のｔｓｅｔ２時間を設定する。
なお、閾値の設定は電流の流れる方向により正側に設定するか負側に設定するかを決めれば良い。例えば区間ｔｒ２においては、コイルＡの側の電流は正に流れているために閾値も正側に設定する。一方、コイルＢ側の電流は負に流れているために、閾値も負側に設定する。
【０２５５】
閾値による判定は２相通電区間でなくとも１相通電区間である区間ｔｒ１で行っても良い。設定したｔｓｅｔ１時間以降の電流微分値の振幅を比較すると、回転した場合である図３０（Ａ）の振幅は、非回転である場合の図３０（Ｂ）よりも小さい。そのため、Ｃｏｍｐ１という閾値を超えたかどうかで回転か非回転かを判断しても良い。
１相の通電区間であるｔｒ１で判断する場合、駆動エネルギーが小さいために、電流微分値に現れるその振幅も小さい。そのため、誤検出し易いという問題もあるが、非回転時にはほとんど信号変化がないために、回転時と非回転時の判断をよりし易いという利点もある。
【０２５６】
１つの区間ｔｒ２や区間ｔｒ１だけではなく、２つ以上の区間ｔｒ２や区間ｔｒ１の振幅から、回転か非回転かを判断することで、より検出の精度を向上させることができる。
例えば、図３０（Ｂ）において、区間ｔｓ２はロータ３が１８０［ｄｅｇ］回転するはずの区間であるが、はじめの区間ｔｒ２と次の区間ｔｒ２の電流微分波形は形状が異なる。これは、モータの偏芯の影響などによりロータ３の停止位置がばらつき、１ステップ毎に等しい角度ずつ駆動しないことが原因と考えられる。この場合、はじめの区間ｔｒ２だけで判断すると、閾値の設定の仕方によっては非回転にも係らず、回転していると誤検出してしまう可能性がある。２つ以上の区間ｔｒ２や区間ｔｒ１で判断し、どれか１つの区間でも非回転と判断した場合に、遅れ補正信号を印加するというように決めておくことで、より精度良く回転か非回転かを検出し、遅れ補正を正しく行うことができる。
【０２５７】
この例では、最も複雑な１−２相励磁の場合の回転検出について記載したが、上述した、遅れ補正方法に係る第１変形例に示した１相励磁の場合でも、遅れ補正方法に係る第２変形例に示した２相励磁の場合であっても、電流の微分の振幅が設定した閾値以上かどうかで回転か非回転かを判断できるため、ここではそれらの説明は、省略する。
【０２５８】
［ロータの駆動手法の説明２：図３１、図３２］
次に、本発明のステップモータ装置を電子時計に用い、その運針を、高速駆動、ステップ状駆動、連続運針用と切り換えて用いるとき、それぞれをどのように動かすのかを図３１及び図３２を用いて説明する。
図３１は、駆動方法選択のアルゴリズムについて説明するための図であり、図３２（Ａ）は高速駆動時の駆動パルスの例、図３２（Ｂ）はステップ状駆動時の駆動パルスの例を示す図である。
なお、説明にあっては、図３２（Ａ）では２相励磁を、図３２（Ｂ）では１相励磁を例にしているが、１相励磁でも、１−２相励磁でも構わない。
【０２５９】
これまでは、特に通常運針時の特に連続運針について速度変動が小さく、低消電力で駆動する方法について説明してきた。しかし、駆動パルスを選択することにより、その他の駆動方法も可能となる。
図３２では、まず初期化処理（ＳＴＥＰ１）として、ロータの初期位置を決めるためのパルスを印加する。続いて正回転か逆回転かを選択（ＳＴＥＰ２）する。続いて高速駆動か通常運針かを選択（ＳＴＥＰ３）を行う。
【０２６０】
ＳＴＥＰ３で高速駆動の選択を行うと（選択は図示しない外部スイッチなどの信号に基づく）、高実効電圧（例えば電池電圧の１．５［Ｖ］）をコイルに印加し、また高い周波数の高速運針パルス（図３２（Ａ）を参照）を出力する（ＳＴＥＰ５）。高速運針パルス
はクロノグラフなどに用いることができる。
本発明のステップモータ装置は、一般的な単相ステップモータと異なり、ロータからの磁束はそれぞれ２つのステータに分かれ、それぞれのコイルを鎖交する。そのため、それぞれのコイルに発生する逆起電圧が小さくなるため、特に高速回転させた場合には逆起電圧と電源電圧とのバランスにより決まってくる回転速度の限界が高く、単相ステップモータの場合よりも高速に駆動させることができる。
【０２６１】
ＳＴＥＰ３で通常運針を選択すると、次にステップ状運針かどうかを選択（ＳＴＥＰ４）する。
ここでステップ状運針を選択すると、高実効電圧（例えば電池電圧の１．５［Ｖ］）で、ステップ状運針パルス（図３２（Ｂ）を参照）をコイルに印加する（ＳＴＥＰ６）。
【０２６２】
ステップ状運針とは、例えばロータを１０回転分高速で送り（区間ｔｓｔｅｐ）、その後ロータを停止させた状態のままにし（区間ｔｓｔａｙ）、ある所定の周期後に再度ロータを１０回転分高速で送り、再びその後ロータを停止させた状態のままにしておくなどとする運針方法のことである。このような運針方法をすることにより、使用者は針がまるでステップ運針をしているかのように認識することができる。
【０２６３】
ＳＴＥＰ４でステップ状運針ではない連続運針を選択すると、先述してきたような低実効電圧（例えば０．１〜０．３［Ｖ］）の連続運針パルスをコイルに印加する（ＳＴＥＰ７）。
【０２６４】
このように本発明のステップモータ装置は、連続運針以外の駆動方法も選択でき、使用者は運針を気分に応じて選択できる。
【０２６５】
以上、本発明のステップモータ装置の細部及びロータの駆動方法について図面を用いて説明した。主に第１実施形態の構成を例示して説明したが、もちろん、それらは第１実施形態に限定するものではない。スペーサを用いた絶磁構造や駆動手法は、他の実施形態や構成においても用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０２６６】
この発明は、腕時計をはじめとする各種の指針を備えた電子時計の駆動源として利用できる。電池のような一次電池を電源とするもののほか、太陽電池や熱発電素子あるいは機械式発電ユニットなどと二次電池の組合せを電源とするものにも適用することができる。
【符号の説明】
【０２６７】
１  第１のステータ
２  第２のステータ
１１，２１  ヨーク
１１ａ，２１ａ  ロータ孔
１１ｂ，２１ｂ  スリット
１１ｃ，２１ｃ  内ノッチ
１１ｄ，２１ｄ  磁束飽和部
１２，２２  コイル芯
１３，２３  コイル
３，３’ロータ
３ａ  ロータ磁石
３ｂ  ロータカナ
４，４ａ，４ｂ  保持トルク
５，５ａ，５ａ’，５ｂ，５ｂ’  磁束
５ｃ，５ｄ，５ｅ  磁界
６，６’  中座
６ａ  下座
６ｂ  スペーサ
９ｃ，９ｄ，９ｅ  電流特性
１０  駆動回路
３０  駆動手段
３０ａ  可変電圧手段
３０ｂ  検出手段
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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