(57)【要約】【課題】正確な回転体磁極位置検出をおこない高速回転等運針ミスをしないで駆動できるステップモータの提供を目的とする。【解決手段】２極着磁された永久磁石と回転軸とを有する回転体と、励磁コイル芯の両端を磁気的に結合し、回転軸を中心に磁極端から回転軸までの距離ｒ１を持って相対峙して配置される第１の磁極端と第３の磁極端とを有する励磁ヨークと、励磁コイル芯に導線を巻き回した励磁コイルと、検出コイル芯の両端を磁気的に結合し、第１と第３の磁極端とは異なる位置で、回転軸を中心に、磁極端から回転軸までの距離ｒ２を持って相対峙して設けられる第２の磁極端と第４の磁極端とを有する検出ヨークと、検出コイル芯に導線を巻き回した検出コイルとを備え、距離ｒ１と前記距離ｒ２とは、ｒ１＞ｒ２の関係を満たす様に、第１から第４の磁極端を回転体周りに配置することを特徴とする。【選択図】図１
2009081986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向に２極に着磁された永久磁石と回転軸とを有する回転体と、
励磁コイル芯の両端を磁気的に結合し、前記回転軸を中心に、磁極端から前記回転軸までの距離ｒ１を空けて相対峙して配置される第１の磁極端と第３の磁極端とを有する励磁ヨークと、
前記励磁コイル芯に巻き回された励磁コイルと、
検出コイル芯の両端を磁気的に結合し、前記第１と第３の磁極端とは異なる位置で、前記回転軸を中心に、磁極端から前記回転軸までの距離ｒ２を空けて相対峙して設けられる第２の磁極端と第４の磁極端とを有する検出ヨークと、
前記検出コイル芯に巻き回された検出コイルと、
前記励磁コイルと前記検出コイルにそれぞれ接続されて、当該励磁コイルに駆動パルスを印加するとともに、前記検出コイルにて回転体の磁極位置を検出する制御装置と、を備え、
前記第１から第４の磁極端は、前記距離ｒ１＞前記距離ｒ２の関係を満たして、前記回転体周りに配置する
ことを特徴とするステップモータ。
【請求項２】
前記回転体周りの前記第１から第４の磁極端の形状は、前記励磁コイルに無印加状態で前記回転体が静止する静的安定方向が、前記励磁コイルを励磁させることで発生する電磁的安定方向に対して、直交する方向となる様に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のステップモータ。
【請求項３】
前記制御装置は、前記励磁コイルに駆動パルスを印加するロータ駆動回路と、前記回転体の磁極位置を検出するロータ回転検出回路と、前記検出コイルに補助励磁パルスを印加する補助励磁回路と、を有し、
前記ロータ駆動回路にて、前記励磁コイルに駆動パルスを印加している間に、前記検出コイルで前記回転体の磁極位置を検出し、前記駆動パルスの印加が終了した後に、前記検出コイルに、回転体の回転を補助するための補助励磁パルスを供給する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のステップモータ。
【請求項４】
前記制御装置は、前記回転体の磁極位置を修正するための位置修正パルス印加手段を備えたロータ駆動回路を有し、
前記ロータ制御回路は、
前記位置修正パルス印加手段にて、前記励磁コイルに第１の位置修正パルスを、前記検出コイルに第２の位置修正パルスを順に供給することで、前記回転体を初期位置に戻してから、前記駆動パルスを前記励磁コイルに供給して、前記回転体を回転させる
ことを特徴とする請求項１または２に記載のステップモータ。
【請求項５】
前記制御装置は、前記回転体の磁極位置を検出するロータ回転検出回路を、更に有し、
前記ロータ回転検出回路は、
前記位置修正パルス印加手段で、前記第１の位置修正パルスを前記励磁コイルに印加した際に、前記検出コイルを用いて前記回転体の磁極位置を検出し、
前記第２の位置修正パルスを前記検出コイルに印加した際に、前記励磁コイルにて前記回転体の磁極位置を検出する
ことを特徴とする請求項４に記載のステップモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腕時計の時刻指針用針やカレンダー等を回転駆動させるためのステップモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
時計の時刻修正する時に、ステップモータの逆回転動作を行う機能や、通常運針時よりも高速で動かす場合がある。このステップモータの逆回転動作を行う場合には、ロータ磁石の初期磁極位置を把握して、磁極位置に応じた適切な駆動パルスを供給する必要がある。また、ステップモータを高速で動かす早送りを行う際は、通常の駆動パルスよりも間隔（周期）の短い早送り用の駆動パルスを供給する必要がある。さらに、時刻あわせを行うためには正転逆転いずれの場合にも、早送り中の運針ミス、すなわち、ロータの回転ミスは無いように駆動する必要がある。
【０００３】
そして、時刻修正時における正転逆転機能、及び高速駆動のためには、できるだけ早いタイミングでロータの回転、非回転の判断をする必要があり、回転検出機能の要求は高いものになってきている。そのような中、駆動コイルと同軸上に巻かれた検出コイルを用いて、検出コイルに発生する逆起電圧を検出してロータの位置を確認することができるステップモータが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
（従来のステップモータの構成の説明：図２３）
ここで、この従来技術のステップモータの構造を説明する。図２３は、従来のステップモータの構成を示す図面である。なお、本図においては、駆動コイル１０１と検出コイル１０７は、断面表示してある。
【０００５】
図２３に示す様に、ステップモータは、コイル芯１１３に巻き回されて、磁力を発生する駆動コイル１０１と、この駆動コイル１０１によって励磁されるステータ１０３と、更にステータ１０３内部において励磁される磁界により回転するロータ１０５を備えており、ロータ１０５が円筒状の２極の永久磁石によって構成されている。また、駆動コイル１０１と同軸状に巻かれた検出コイル１０７を備え、ステータ１０３には、駆動コイル１０１で発生した磁力によって異なった磁極がロータ１０５回りのそれぞれの極に発生するように磁気飽和部１０９が設けられている。また、ロータ１０５の回転方向を規定するために、ステータ１０３の内側の適当な位置に内ノッチ１１１が設けられており、コギングトルクを発生させてロータ１０５が適当な位置に停止することができる様になっている。
【０００６】
次に、図２３を用いて、ステップモータを制御する制御装置について説明する。
【０００７】
この制御装置１４１は、水晶振動子などからなる基準発振源１２９を用いて基準周波数の基準パルスやパルス幅やタイミングの異なるパルス信号を発生するパルス合成回路１３１と、パルス合成回路１３１から供給された種々のパルス信号に基づき、駆動回路１３５を介してステップモータを制御する駆動制御回路１３３と、この駆動制御回路１３３に接続されて、ロータ１０５の回転検出を行うための検出コイル回路１３９を備えている。
【０００８】
この駆動制御回路１３３は、駆動回路１３５を介して駆動コイル１０１に対し、駆動パルスを供給する機能を備えている。さらに、ロータ１０５が回転しなかったときに駆動パルスより実効電力の大きな補助パルスを出力する機能等が有り、駆動回路１３５は直列に接続されたｎチャンネルＭＯＳとｐチャンネルＭＯＳによって構成されたブリッジ回路を備えている。これらによって、電源からステップモータの駆動コイル１０１に供給される
電力を制御可能となっている。
【０００９】
この様にして、この従来のステップモータは、検出コイル１０７が、駆動コイル１０１と同軸上に巻かれた形態となっている。そして、この駆動コイル１０１に駆動パルスが供給されている間は検出コイル１０７をコイル芯１１３に対して開放し、駆動パルス供給後に検出コイル１０７を短絡することで、検出コイル１０７に発生する逆起電圧を検出して、ロータ１０５の磁極位置を確認することができる。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−９８０６１号公報（第２−４頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、この特許文献１に記載の従来のステップモータは、下記に記載の問題点を有する。
【００１２】
先に示したように、検出コイル１０７は、駆動コイル１０１と同軸上に巻かれているため、駆動コイル１０１を励磁することで生じる磁束の変化の影響を受けて、検出コイル１０７で逆起電圧を検出するための検出期間は、駆動コイル１０１に駆動パルスを供給している励磁期間内に設けることはできず、励磁期間終了後、次の励磁期間との間である、駆動パルスを供給していない休止期間中に、逆起電圧の検出期間を設ける必要があった。
【００１３】
このような場合においては、高速回転時などは、波形１周期時間に占める駆動パルス出力時間が多くなり、励磁期間と励磁期間との間の休止期間が非常に短い時間となるため、検出コイル１０７で逆起電圧を検出するための検出期間が少なくなり、ロータ１０５の磁極位置の確認が難しくなる。
【００１４】
そこで本発明は上記課題を解決し、高速回転駆動が可能なステップモータにおいて、早期に回転体の磁極位置の把握を行い、回転体の回転、非回転の判断が可能であり、正転逆転駆動における高速駆動において、運針ミスのない信頼性の高いステップモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記目的を達成するために、基本的には、下記に記載されたような技術構成を採用するものである。
【００１６】
本発明のステップモータは、径方向に２極に着磁された永久磁石と回転軸とを有する回転体と、励磁コイル芯の両端を磁気的に結合し、回転軸を中心に、磁極端から回転軸までの距離ｒ１を空けて相対峙して配置される第１の磁極端と第３の磁極端とを有する励磁ヨークと、励磁コイル芯に巻き回された励磁コイルと、検出コイル芯の両端を磁気的に結合し、第１と第３の磁極端とは異なる位置で、回転軸を中心に、磁極端から回転軸までの距離ｒ２を空けて相対峙して設けられる第２の磁極端と第４の磁極端とを有する検出ヨークと、検出コイル芯に巻き回された検出コイルと、励磁コイルと検出コイルにそれぞれ接続されて、励磁コイルに駆動パルスを印加するとともに、検出コイルにて回転体の磁極位置を検出する制御装置とを備え、上記第１から第４の磁極端を、距離ｒ１＞距離ｒ２の関係を満たす様に回転体周りに配置することを特徴とするものである。
【００１７】
又、本発明のステップモータにおける、回転体周りの第１から第４の磁極端の形状は、励磁コイルに無印加状態で回転体が静止する静的安定方向が、励磁コイルを励磁させることで発生する電磁的安定方向に対して、直交する方向となる様に形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
又、本発明のステップモータの制御装置は、励磁コイルに駆動パルスを印加するロータ駆動回路と、回転体の磁極位置を検出するロータ回転検出回路と、検出コイルに補助励磁パルスを印加する補助励磁回路とを有し、励磁コイルに駆動パルスを印加している間に、検出コイルで回転体の磁極位置を検出し、駆動パルスの印加が終了した後に、検出コイルに、回転体の回転を補助するための補助励磁パルスを供給することを特徴とするものである。
【００１９】
又、本発明のステップモータの制御装置は、回転体の磁極位置を修正するための位置修正パルス印加手段を備えたロータ駆動回路を有し、このロータ駆動回路が、位置修正パルス手段にて励磁コイルに第１の位置修正パルスを、検出コイルに第２の位置修正パルスを順に供給することで、回転体を初期位置に戻してから、駆動パルスを励磁コイルに供給して、回転体を回転させることを特徴とするものである。
【００２０】
又、本発明のステップモータの制御装置は、回転体の磁極位置を検出するロータ回転検出回路を更に有し、このロータ回転検出回路が、位置修正パルス印加手段で第１の位置修正パルスを励磁コイルに印加した際に、検出コイルを用いて回転体の磁極位置を検出し、第２の位置修正パルスを検出コイルに印加した際に励磁コイルにて回転体の磁極位置を検出することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
上述したように、本発明のステップモータでは、ｒ１＞ｒ２の関係を満たすように、第１から第４の磁極端を回転体周りに配置したため、従来の構成に比べて検出コイルを含む磁気回路の磁気抵抗を減らすことができる。また、本発明の構成とすることにより、検出コイル芯を通過する回転体の磁束量を多くすることができるために、検出コイルに誘起される逆起電圧も大きな値とすることができる。そのため、ピーク値レベル判定や電圧値反転現象などを捉えることが容易となり、正確な回転体磁極位置検出をおこなうことができる。
【００２２】
また、励磁コイルに駆動パルスを供給している励磁期間中に、検出コイルに誘起される逆起電圧の検出波形を検出する検出期間を設けることができるため、早いタイミングで回転体の回転／非回転を判断できる。また、この判断に応じて適切なパルス選択が可能であるため、信頼性の高い高速回転等の運針を可能とする。
【００２３】
また、回転が検出されたら直ぐに、励磁コイルへの駆動パルス供給を終了することで、低消費電力化での回転駆動を可能とする。
【００２４】
また、第１、３の磁極端と第２、４の磁極端とを略直角に配置すれば、回転体の正逆回転の動作を可能とし、励磁コイルによる磁束が検出コイル芯の磁気回路に流れることがなくなる。また、本構成とすれば、励磁コイルによる磁束量が、電源電圧値変動による変化したり、駆動パルス幅を変化させることによる変化したりしても、これらの要因の影響を全く受けずに、回転体の磁束量変化を検出コイルで検出することが可能であるため、正確な回転体位置検出を行うことができる。
【００２５】
また、本発明のステップモータによれば、励磁コイルに駆動パルスを印加している期間である励磁期間と、次の励磁波形が供給される励磁期間までの間の休止期間中に、検出コイルに回転体の回転を補助するための補助励磁を供給する補助励磁期間を設けることもできる。これにより、回転動作中により高い回転トルクを得て、確実な運針を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は、実施例１におけるステップモータの構造を示す分解斜視図である。また、図２は、実施例１におけるステップモータの回転体孔部分拡大図である。以下、図に基づいて具体的な実施例について説明する。
【実施例１】
【００２７】
（ステプモータの構成および作用の説明：図１、図２）
図１において、本実施例のステップモータは、径方向に２極に着磁された永久磁石と、図中点線で示している回転軸２５とからなる回転体１とを有し、回転体１は、回転体孔７に回転自在に挿入されている。
【００２８】
また、このステップモータは、励磁ヨーク１７と検出ヨーク２７とを有する。図１、図２に示す様に、励磁ヨーク１７は、励磁コイル芯５の両端を磁気的に結合し、回転軸２５を中心に、磁極端から回転軸２５までの距離ｒ１を空けて相対峙して配置される第１の磁極端９と第３の磁極端１３と、励磁コイル芯５に導線を巻き回した励磁コイル３を有する。検出ヨーク２７は、検出コイル芯２１の両端を磁気的に結合し、第１と第３の磁極端９、１３とは異なる位置で、回転軸２５を中心に、磁極端から回転軸２５までの距離ｒ２を空けて相対峙して設けられる第２の磁極端１１と第４の磁極端１５と、検出コイル芯２１に導線を巻き回した検出コイル１９とを備えている。ここで、第１から第４の磁極端９、１１、１３、１５は、距離ｒ１＞距離ｒ２の関係を満たす様に、回転体１周りに配置されている。また、励磁コイル３と検出コイル１９とは制御装置８７に接続されている。この制御装置８７の詳細については、後述する。
【００２９】
なお、この励磁ヨーク１７、励磁コイル芯５、検出ヨーク２７、検出コイル芯２１は、磁気を通しやすい軟質磁性材料であるパーマロイ等で構成されている。また、隣り合う磁極端の間には、高磁気抵抗部分２３が設けられており、高磁気抵抗部分２３は、図に示した空隙だけでなく、非磁性部材による接合によって構成することもできる。
【００３０】
ここで、回転体１のＮ極が第２の磁極端１１の方向を向いている状態において、回転体１のＮ極から出た磁束が第２の磁極端１１に流れ込み、検出コイル芯２１、第４の磁極端１５、回転体１のＳ極に戻る磁気回路を第１の磁気回路とする。また、回転体１のＮ極が第１の磁極端９方向を向いている状態において、回転体１のＮ極から出た磁束が第１の磁極端９に流れ込み、励磁コイル芯５、第３の磁極端１３、回転体１のＳ極に戻る磁気回路を第２の磁気回路として以下説明する。
【００３１】
先に示したように、本実施例のステップモータでは、各第１〜第４の磁極端９、１１、１３、１５の配置関係が、距離ｒ１＞距離ｒ２の関係を満たして、第１と第３の磁極端９、１３間の距離ｒ１よりも第２、第４の磁極端１１、１５間の距離ｒ２の方が広く設定しているので、第１の磁気回路の磁気抵抗は、第２の磁気回路の磁気抵抗より実質的に小さくなる。そこで、回転体１は、無励磁状態において磁気抵抗の小さい状態で、回転体１のＮ極とＳ極とが、第２、第４の磁極端１１、１５の方向を向いた静的安定方向４７で安定状態をとる。なお、この静的安定方向で回転体１が安定する形態が、Ｎ極が第２の磁極端１１方向を向き、Ｓ極が第４の磁極端１５方向を向く第１の形態と、Ｎ極が第４の磁極端１５方向を向き、Ｓ極が第２の磁極端１１方向を向く第２の形態の２通りをとり得る。
【００３２】
これに対して、励磁コイル（図示せず）に電圧を印加して磁束を発生させ、第１の磁極端９をＮ極、第３の磁極端１３をＳ極としたときは、第１の磁極端９と第３の磁極端１３の方向に回転体１のＳ極、Ｎ極が向いた状態、回転体１の磁極方向が、電磁的安定方向４９となって静止する。
【００３３】
従って、上記関係でもって第１から第４の磁極端９、１１、１３、１５が配置されたス
テップモータは、第１、第３の磁極端９、１３に印加する駆動パルスによって、１ステップ１８０度回転動作が可能となり、従来の構成の様な１相ステップモータと同様に、低消費電力での回転駆動が可能となる。
【００３４】
（制御装置の構成の説明：図３、図４）
次に、本実施例のステップモータを制御する制御装置概要を説明する。図３は、本実施例のステップモータにおける制御装置の構成を示す図面である。
【００３５】
図３に示す様に、ステップモータにおける制御装置８７は、水晶振動子２９などの基準発振源を用いて基準となるパルスを発生するパルス合成回路３１と、パルス合成回路３１から出力された種々のパルス信号に基づきステップモータを制御する駆動制御回路３３とを備えている。この駆動制御回路３３は、マイクロコンピュータ等によって構成されている。
【００３６】
駆動制御回路３３は、ロータ駆動回路３５を介して、励磁コイル３に対し駆動パルスを供給し、回転体が非回転のときには、駆動パルスより実効電力の大きな補償パルスを出力する。また、この駆動制御回路３３は、検出コイル回路３７に含まれる検出側スイッチング機構を制御して、検出コイル１９から逆起信号を出力させる。このロータ駆動回路３５と検出コイル回路３７の具体的な構成の詳細については、後述する。
【００３７】
また、駆動制御回路３３に接続するロータ回転検出回路３９には、上記検出側スイッチング機構を制御して、検出コイル１９に誘起される逆起電圧である検出波形から逆起信号が供給される。なお、この逆起電圧を利用して、回転体の磁極位置を判断する手法には、上述した検出コイル回路３７に含まれるスイッチング機構を制御して、検出コイル１９から出力される逆起信号でもって判断する手法や、単に逆起電圧の検出波形からピーク値のレベルで判定する手法、あるいは検出波形の電圧値が反転する現象（ゼロクロス）を捉える手法がある。また、図１に示したように、ロータ回転検出回路３９は、励磁コイル３にも接続されており、励磁コイル３で発生した逆起電圧を用いて、回転体１の磁極位置を判断することも可能になっている。
【００３８】
ここで、上述したロータ駆動回路３３と検出コイル回路３７の具体的な構成について説明する。図４（ａ）は、上述した制御装置に含まれるロータ駆動回路の構成を示す図面であり、図４（ｂ）は、検出コイル回路の構成を示す図面である。
【００３９】
制御装置に含まれるロータ駆動回路３５は、直列に接続されたｎチャンネルＭＯＳ４３ａとｐチャンネルＭＯＳ４１ａ、およびｎチャンネルＭＯＳ４３ｂとｐチャンネルＭＯＳ４１ｂとによって構成されたブリッジ回路を備えており、これらにｎチャンネルＭＯＳ４３ａの制御信号Ｐｎ１、ｐチャンネルＭＯＳ４１ａの制御信号Ｐｐ１、ｎチャンネルＭＯＳ４３ｂの制御信号Ｐｎ２、ｐチャンネルＭＯＳ４１ｂの制御信号Ｐｐ２を制御することによって、電源からステップモータの励磁コイル３（図１参照）に供給される電力を制御し、電流が流れる方向を切り替えることができる様になっている。
【００４０】
また、検出コイル回路３７における検出コイル１９（図１参照）の両端は、ｐチャンネルＭＯＳ４５ａとｐチャンネルＭＯＳ４５ｂとが並列に接続されており、この検出コイル回路３７を構成するｐチャンネルＭＯＳ４５ａは、制御信号Ｐｔ１によって制御でき、ｐチャンネルＭＯＳ４５ｂは制御信号Ｐｔ２によって制御できるようになっている。そして、このｐチャンネルＭＯＳ４５ａ、４５ｂを一定間隔で切り替えて検出コイル１９を短絡させて、スイッチ切り替えたときに発生する電圧と、逆起電圧波形とが一致したときの、逆起信号を検出することができる様になっている。なお、この検出コイル１９は、検出コイル芯２１に対して開放して逆起電力を検出しない状態にもできるようになっている。
【００４１】
（ステップモータの動作の説明：図５−図１１）
次に、ステップモータの回転体１の回転動作、およびここで発生する駆動トルクについて説明する。図５（ａ）〜（ｄ）は、ステップモータの回転体１の回転動作を示した、後述する第１〜第４の姿勢を示す図である。また、図６は、ステップモータの回転動作に伴い発生する、回転体が得る回転トルクと、回転体の角度との関係を示す図面である。
【００４２】
図５（ａ）に示す様に、ステップモータは、静的安定方向４７に対して電磁的安定方向４９が略９０度傾く様に、第１〜第４の磁極端９、１１、１３、１５が配設されており、電磁的安定方向４９の第１の磁極端９方向を０度位置として、第２の磁極端１１における静的安定方向４７を９０度位置、第３の磁極端１３における電磁的安定方向を１８０度位置、第４の磁極端１５における静的安定方向を２７０度位置としている。
【００４３】
図５（ａ）における第１の状態は、駆動パルスが供給されない制御信号が出力されて、励磁コイル（図示せず）に電流が流れず、無励磁状態であることを示している。このとき、回転体１のＮ極が第２の磁極端１１方向、Ｓ極が第４の磁極端１５方向を向いた静的安定方向４７で停止する。そして、この第１の状態において回転体１に作用するトルクは、図６における点ａとなる。したがって、このときの回転体１の回転トルク値は、ほぼ０となる。
【００４４】
次に、図５（ｂ）に示す第２の状態において、制御回路を制御して駆動パルスを出力して、第１の磁極端９をＮ極に、第３の磁極端１３をＳ極になるように励磁する。この状態で、第１の磁極端９のＮ極と回転体１のＮ極とが反発し、第３の磁極端１３のＳ極と回転体１のＳ極とが反発することで、回転体１は、反時計方向の回転トルクを得る。ここで、第２の状態における回転体１に作用する回転トルク値は、図６における点ｂとなり、このときの回転体１は、正の回転トルクを得て反時計方向に回転する。
【００４５】
この様にして、回転トルクを得た回転体１は、図５（ｂ）に示す様に、反時計方向に回転を行い、図５（ｃ）に示す様に、第１の磁極端９のＮ極と回転体１のＳ極とが吸引し合うとともに、第３の磁極端１３のＳ極と回転体１のＮ極とも吸引し合って、回転体１は、電磁的安定方向４９に移動する。そして、回転体１の磁極端が、電磁的安定方向４９と略一致した第３の状態となる。ここで、図６において、第２の状態である点ｂから、第３の状態である点ｃまで移動する間に働くトルクは、常に正のトルク値のまま回転する。このときの第３の状態において、回転体１に作用する回転トルク値は、ほぼ０の回転トルクとなるが、回転体１が回転エネルギーを持つことから、反時計方向の回転運動を継続させることができる。
【００４６】
そして、回転体１が第３の状態を取ったタイミングにおいて、励磁コイルを無励磁状態とすることで、回転体１の磁極端と第１と第３の磁極端９、１３との間に働く力は、保持トルクによる反時計方向の回転トルクのみとなる。その結果、回転体１は、電磁的安定方向４９を通過して、図５（ｄ）に示す、回転体１のＮ極が、第４の磁極端１５方向を向く第４の状態（回転体１が静止安定方向４７で安定した状態）まで回転を行う。従って、図６において、第３の状態であるｃ点から第４の状態であるｄ点までは、正の保持トルクを受けて回転し、第４の状態における回転トルクについては、ほぼ０となる。
【００４７】
なお、回転体１のＮ極が第２の磁極端１１を向いている状態から時計方向に回転させる場合は、第１の磁極端９をＳ極に、第３の磁極端１３をＮ極になるように制御することで、回転体１のＮ極と第１の磁極端９のＳ極とを吸引させ、回転体１のＮ極と第３の磁極端１３のＮ極とを反発させる。この様に、本実施例のステップモータは、正転逆転いずれの方向の回転も可能となっていることが判る。
【００４８】
次に、図５（ａ）〜（ｄ）で示した第１〜第４の状態におけるステップモータの回転体の動作に伴う磁束の流れに関して説明する。図７（ａ）（ｂ）は、図５で説明した第１と第２の状態のおける磁束の流れを示す図である。図８（ａ）（ｂ）は、第３と第４の状態における磁束の流れを示す図面である。
【００４９】
図７（ａ）に示す第１の状態では、励磁コイル３による励磁磁束は無く、回転体１のＮ極が第２の磁極端１１の方向を向き、Ｓ極が第４の磁極端１５の方向を向いて静止しており、回転体１の磁束は、Ｎ極から出たものが第２の磁極端１１に入り、検出コイル芯２１を通り、第４の磁極端１５から回転体１のＳ極に流れ込む磁路を形成している。
【００５０】
また、図７（ｂ）に示す第２の状態では、回転体１のＮ極は第２の磁極端１１の方向を、Ｓ極は第４の磁極１５方向を向いている状態のため、回転体１の磁束は、検出コイル芯２１を通るよう流れる。ここで、励磁コイル３に電流を流して磁束を発生させて、第１の磁極端９がＮ極に、第３の磁極端１３がＳ極となるように励磁することで、励磁コイル３による磁束は、励磁コイル芯５から第１、第３の磁極端９、１３へと流れて励磁コイル芯５に戻る磁路を形成する。
【００５１】
また、図８（ａ）に示す第３の状態では、回転体１のＮ極は第３の磁極端１３の方向を向き、回転体１のＳ極は第１の磁極端９の方向を向いているため、回転体１により生じる磁束は、第３の磁極端１３から励磁コイル芯５、そして第１の磁極端９へと流れる。このとき、励磁コイル３により生じる磁束も同様に、励磁コイル芯５から第１の磁極端９、第３の磁極端１３へと流れて励磁コイル芯５に戻るため、回転体１の磁束と、励磁コイル３による磁束はともに同じ経路となる。そのため、検出コイル芯２１に流れる磁束はゼロとなり、回転体１が第２の状態から第３の状態になることで、検出コイル芯２１を流れる磁束量の変化が生じることとなる。
【００５２】
また、図８（ｂ）に示す第４の状態では、励磁コイル３に電流を流さないため励磁磁束は無く、回転体１のＮ極は、第４の磁極端１５の方向を向き、Ｓ極は第２の磁極端の１１方向を向く。そのため、回転体１の磁束は、第４の磁極端１５から検出コイル芯２１、そして第２の磁極端１１を流れるように磁気回路を構成する。そして、検出コイル芯２１に流れる磁束は、第１の状態において流れる磁束の方向と逆向きとなる。従って、回転体１が、第１から第４の状態に変化する間に、検出コイル芯２１を流れる磁束は方向が変化する。
【００５３】
次に、図７、図８に示した回転体１の回転に伴い発生する、検出コイル芯２１に流れる磁束量の変化について説明する。図９は、回転体の回転角度とその際に発生する磁束量との関係を示す図面であり、横軸に回転体の磁極が向いている方向の回転角度を示し、縦軸に検出コイル芯２１を通る磁束量を示している。なお、本図では、検出コイル芯２１を流れる磁束の方向が、第４の磁極端１５から第２の磁極端１１の方向に流れるときを正とし、第２の磁極端１１から第４の磁極端１５に流れるときを負としている。
【００５４】
図５（ａ）（ｂ）、図７（ａ）（ｂ）に示した、回転体１が第１、第２の状態においては、回転体１のＮ極が第２の磁極端１１方向を向いており、図９に示す様に、このとき検出コイル芯２１を流れる磁束量は、点ａに示す−φとなる。
【００５５】
そして、図５（ｃ）、図８（ａ）に示した、回転体１が回転した第３の状態における検出コイル芯２１の磁束量は、図９に示す点ｂであり、回転体１の磁束量が、ほぼ０になる。また、図５（ｄ）、図８（ｂ）に示した、回転体１が第４の状態における検出コイル芯２１の磁束量は、図９に示す点ｃで磁束量がφとなり、このとき最大値をとる。
【００５６】
又、磁束量の変化により得られる逆起電圧値Ｖは、Ｖ＝Ｎ×ｄφ／ｄｔ（Ｎは検出コイル巻き数）で求めることができ、式を変形するとＶ＝Ｎ×（ｄφ／ｄθ）×ｄθ／ｄｔとなる。この式におけるｄφ／ｄθは、図９の波形の傾きに相当する項である。したがって、磁束量の絶対値を大きくして、磁束量のピーク値を大きくなる様にすれば、この傾き（ｄφ／ｄθ）最大値も大きくすることができる。この様にして、ステップモータで発生する逆起電圧値を、容易に大きく設定することができる。
【００５７】
次に、励磁コイルによる磁束量が変化した場合の検出コイル芯の磁束量変化について説明する。図１０は、励磁コイルおよび検出コイルで発生する磁束量と、回転体の回転角度との関係を示す図面である。
【００５８】
励磁コイルに磁束を流さない状態で回転体を回転させた場合の、磁束量計算値波形を示している曲線Ａ（実線）では、励磁コイルによる磁束量が常に０となるので、回転体による磁束量だけとなり、磁束量は−φからφに変化する波形となっていることが判る。
【００５９】
励磁コイルに磁束を流した状態で回転体を回転させた場合の磁束量計算値波形を示している曲線Ｂ（点線）では、曲線Ａのデータに励磁コイルによる磁束量Φが加算されて、磁束量が０から２φに変化する波形となる。この様に励磁コイルを励磁することにより、励磁磁束量分だけ、曲線Ａに対してシフトすることがわかる。
【００６０】
これに対して、検出コイル芯を通過する磁束量変化を示している曲線Ｃによれば、励磁コイルを励磁した場合（曲線Ｂ）であっても、励磁しない場合（曲線Ａ）であっても、結果として同一の値を取っていることが判る。これは、検出コイル芯には励磁コイルの磁束が流れず、励磁コイルの励磁の影響を全く受けずに、回転体１の磁束量の変化を検出することが可能となっているからである。
【００６１】
なお、励磁コイルにより生じる磁束量は変化しやすく、例えば、電圧パルスがチョッパーパルスであったり、低消費電力化や、負荷補償のためにパルスデューティーを変化させることによっても、励磁コイルに生じる磁束量は変動する。また、電源電圧値変動などによっても励磁コイルの磁束量が変化することになるが、いずれの場合においても、検出コイル芯を通過する磁束量はそれらに影響を受けずに、回転体１のみの磁束を取得することができる。したがって、本形態によれば、逆起電圧波形である検出波形を用いることで、正確な磁束位置を把握できる。
【００６２】
次に、駆動パルスと検出波形との関係について説明する。図１１は、その駆動パルスと検出波形との関係を示した図であり、横軸は時間を、縦軸は電圧値を示している。なお、本図上段には、励磁コイルに供給される駆動パルスを示し、下段には、検出コイルに生じる検出波形（逆起電圧波形）を示し、励磁コイルに駆動パルス５５が供給されて励磁コイルが励磁されている期間を励磁期間５７とし、検出コイルに生じる検出波形５９を用いた回転検出を行う期間を検出期間６１としている。また、励磁期間５７の後、励磁コイルに駆動パルス５５が供給されない期間を休止期間６３としている。
【００６３】
図１１に示す様に、本実施例のステップモータは、励磁期間５７と休止期間６３とを交互に設けているので、任意の回転速度で回転することが可能となる。これは、従来の構成と同じである。
【００６４】
そして、本実施例のステップモータは、励磁コイルに駆動パルス５５を供給し、回転体に回転トルクを与える励磁期間５７において、回転体が回転することによる磁束の変化から、検出波形５９を検出コイルで得ることができる。したがって、検出波形５９を用いた
回転検出を行う検出期間６１を励磁期間５７と重ねて設定することが可能となる。このとき、検出波形５９は、検出期間６１が終わった後に、０値を下回る（ゼロクロスする）波形となっている。
【００６５】
そして、前述した駆動制御回路３３（図３参照）は、この検出期間６１の途中に、任意の間隔で検出コイル回路３７（図３参照）の検出側スイッチング機構を切り替えることで、検出コイルでもって検出期間６１中に一定数の検出信号（逆起信号）が検出されたら、回転体が動作していると判断する。この様に、励磁期間５７にオーバーラップして検出期間６１を設けることで、検出したときの回転体の早いタイミングでの回転判断を行うことができる。
【００６６】
また、上述したとは別の検出方法である、検出波形５９のピーク値に基づき回転体の位置を検出する場合には、本図に示した励磁期間５７が終了する直前であっても、ピーク値を検出することができるため、励磁期間５７内で回転体の回転を確認することができる。この様な場合であっても、やはり早いタイミングで確実に回転体の位置が把握できる。そして、回転体の回転動作が確認できたら、駆動パルスの供給を中断する制御を行うことができるので、モータの駆動電力の低消費電力化が望める。
【００６７】
また、更に他の検出手法である、検出波形５９がゼロクロスしたことにより、回転体の回転が判断する場合であっても、上記と同様に早いタイミングで回転体の回転位置を把握できる。
【００６８】
この様に、本実施例のステップモータは、励磁期間５７と重複する時間帯において、検出期間６１を設けることが可能であることから、従来の構成に比べて、早い時期に回転体の回転判断を行うことができる。そして、回転判断ができた後、直ぐに次の駆動パルス５５を供給することができるため、休止期間６３を極力短くすることができ、信頼性の高い高速回転駆動を可能とする。
【実施例２】
【００６９】
次に、第２の実施形態に基づく、本実施例のステップモータの構成について説明する。
本実施例に示すステップモータの基本的な構成は、先の実施例１と同様であり、回転体周りに配置する第１から第４の磁極端が、距離ｒ１＞距離ｒ２の関係を満たす様に、配置されている。これにより、従来の構成に比べて、早い時期に回転体の回転判断を行うことができ、回転体の高速回転を信頼性高く行うことができる様になっている。
【００７０】
それに加えて、本実施例のステップモータは、先に図１１で示した駆動パルス５５を印加した後の休止期間６３に、検出コイルに補助励磁パルスを供給して、回転体への回転力を与えている点に実施例１との相違点がある。その具体的な手段について下記に詳細に説明する。
【００７１】
（制御装置の構成の説明：図１２、図１３）
まず、実施例２におけるステップモータを制御する制御装置概要を説明する。図１２は、本実施例のステップモータの制御装置の構成を示す図面である。
【００７２】
図１２に示す様に、ステップモータを構成する制御装置８７は、水晶振動子２９などの基準発振源を用いて基準となるパルスを発生するパルス合成回路３１と、このパルス合成回路３１から出力された種々のパルス信号に基づき、ステップモータを制御する駆動制御回路３３とを備えている。この駆動制御回路３３には、ロータ駆動回路３５、補助励磁回路６５、およびロータ回転検出回路３９が接続されている。
【００７３】
ロータ駆動回路３５は、励磁コイル３に対し駆動パルスを供給するとともに、回転体が非回転のときに駆動パルスより実効電力の大きな補償パルスを出力する。また、補助励磁回路６５は、回路内に含まれる検出側スイッチング機構を制御することによって、検出コイル１９から逆起信号を発生させる。ロータ回転検出回路３９は、検出コイル１９に誘起される逆起電圧波形に対応した逆起信号を受けて、上述したと同様に、検出コイル回路６５に含まれる検出側スイッチング機構を制御して、検出コイル１９から出力される逆起信号でもって判断する手法や、逆起電圧を利用してピーク値のレベル判定する手法、あるいは電圧値が反転する現象（ゼロクロス）を捉える手法などによって、回転体の磁極位置が判断できるようになっている。なお、ロータ回転検出回路３９は、検出コイル１９だけでなく励磁コイル３とも接続されており、励磁コイル３に発生した逆起電圧を用いて、回転体の磁極位置を判断することも可能になっている。
【００７４】
ここで、実施例２におけるロータ駆動回路３５および補助励磁回路６５の具体的構成について説明する。図１３（ａ）は、本実施例におけるロータ駆動回路３５の構成を示す図面であり、図１３（ｂ）は、補助励磁回路の構成を示す図面である。
【００７５】
図１３（ａ）に示すロータ駆動回路３５は、実施例１と同様に、直列に接続されたｎチャンネルＭＯＳ４３ａとｐチャンネルＭＯＳ４１ａ、およびｎチャンネルＭＯＳ４３ｂとｐチャンネルＭＯＳ４１ｂとによって構成されたブリッジ回路を備えており、これらにｎチャンネルＭＯＳ４３ａの制御信号Ｐｎ１、ｐチャンネルＭＯＳ４１ａの制御信号Ｐｐ１、ｎチャンネルＭＯＳ４３ｂの制御信号Ｐｎ２、ｐチャンネルＭＯＳ４１ｂの制御信号Ｐｐ２を制御することによって、電源からステップモータの励磁コイル３に供給される電力を制御し、電流を流す方向を変えることができる様になっている。
【００７６】
また、補助励磁回路６５は、図１３（ｂ）に示す様に、直列に接続されたｎチャンネルＭＯＳ５３ａとｐチャンネルＭＯＳ５１ａ、およびｎチャンネルＭＯＳ５３ｂとｐチャンネルＭＯＳ５１ｂとによって構成されたブリッジ回路を備えており、これらにｎチャンネルＭＯＳ５３ａの制御信号Ｐｎ３、ｐチャンネルＭＯＳ５１ａの制御信号Ｐｐ３、ｎチャンネルＭＯＳ５３ｂの制御信号Ｐｎ４、ｐチャンネルＭＯＳ５１ｂの制御信号Ｐｐ４を制御することによって、電源からステップモータの励磁コイル３に供給される電力を制御し、電流が流れる方向を切り替えることができるとともに、検出コイル１９を短絡させて逆起電圧波形である検出波形を検出し、回転体の磁極位置を検出することができるようになっている。
【００７７】
（ステップモータの動作の説明：図１４、図１５）
次に、実施例２のおけるステップモータ回転動作について説明する。図１４は、励磁コイルに供給される駆動パルスと検出コイルに誘起される逆起電圧波形である検出波形、および検出コイルに供給される補助励磁パルスを説明する図である。なお、本図上段の波形は、励磁コイルに供給される駆動パルスを示しており、下段の波形は、検出コイルに誘起される逆起電圧波形である検出波形および供給される補助励磁パルス波形を示している。横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示している。
【００７８】
図１４に示す様に、本実施例におけるステップモータは、実施例１と同様に、励磁期間５７に励磁コイルに駆動波形５５を印加して回転体を回転させ、それと同時に、検出期間６１にて検出波形５９を検知する。なお、本図においては、励磁期間５７と検出期間６１とがほぼ同じ期間となっている。この検出波形５９では、検出コイル回路によって検出コイルを短絡することで得られる逆起電圧波形である検出波形５９を取得し、その検出波形５９が、ある所定のレベルを超えたか否かで回転体位置が判断できた後に、励磁波形が印加されていない休止期間６３に、回転体の回転を補助するための補助励磁パルス６７を検出コイルに供給して、回転体を回転させる。この様に、休止期間６３に補助励磁パルス６
７を印加することで、実施例１の構成に比べて、更なる回転体の高速回転を可能とするステップモータとすることができる。
【００７９】
次に、このときのステップモータの回転体の状態について図１４、図１５を用いて説明する。図１５（ａ）〜（ｄ）は、図１４における時刻ａ〜ｄにおける回転体の回転位置を示す図である。
【００８０】
図１５（ａ）に示すステップモータは、静的安定方向４７に対して、電磁的安定方向４９が略９０度傾いた場合を示しており、第１の磁極端９における電磁的安定方向４９を０度位置、第２の磁極端１１における静的安定方向４７を９０度位置、第３の磁極端１３における電磁的安定方向を１８０度位置、第４の磁極端１５における静的安定方向を２７０度位置としている。
【００８１】
図１５（ａ）に示す様に、時刻ａにおける、励磁コイル（図示せず）に電流が流れない無励磁状態のとき前述した第１の形態となって、第１の磁極端９及び第３の磁極端１３は励磁されず、回転体１のＮ極が第２の磁極端１１方向、Ｓ極が第４の磁極端１５方向を向いた静止安定方向４７で停止する。
【００８２】
また、図１５（ｂ）に示す様に、第１の磁極端９をＮ極に、第３の磁極端１３をＳ極になるように、励磁コイルに駆動パルス５５（図１４参照）を供給する時刻ｂから励磁期間５７が始まる。この期間において、第１の磁極９がＮ極に、第３の磁極１３がＳ極に励磁され、第１の磁極９のＮ極と回転体１磁極Ｎ極とが反発し、第３の磁極のＳ極と回転体１磁極のＳ極とが反発することから、回転体１は反時計方向に回転する。
【００８３】
この様に回転体１を回転させることにより、検出コイル芯を通過する回転体１の磁束量が変化して、検出コイルで検出波形５９（図１４参照）が検出される。そして、検出波形５９が誘起され始めた時刻ｂから検出期間６１を設け、検出コイルに生じる検出波形５９を用いた回転検出を行う。なお、このときの回転検出の手段は、実施例１で行ったやり方と同様である。
【００８４】
そして、例えば補助励磁回路６５によって、検出側スイッチング機構を用いて、検出コイルを短絡して、誘起される検出波形５９のピーク値を検出することで、回転体１の回転角度は静止安定方向４７から反時計方向に９０度超えて回転したことがわかるため、回転体１の磁極位置が把握できる。ここで検出波形５９のピーク値を検出した後に、検出コイル芯に対して検出コイルを開放する制御信号が出力され、逆起電圧の検出を終了するとともに、駆動パルスの供給も終了する。
【００８５】
次の時刻ｃ以降の期間においては、励磁コイルへの駆動パルス５５を供給しない休止期間６３となる。そして、この休止期間６３の間に、検出コイルに補助励磁パルス６７を出力することで、図１５（ｃ）に示す様に、第２の磁極端１１がＮ極に、第４の磁極端１５はＳ極になる。この状態では、回転体１のＮ極と第２の磁極端１１のＮ極とが反発し、回転体１のＳ極と第４の磁極端１５のＳ極とが反発するので、回転体１は回転トルクを得て反時計方向に回転する。
【００８６】
そして時刻ｄにおいて、検出コイルにおける補助励磁パルス６７を供給する補助励磁期間６９が終了した後に、図１５（ｄ）に示す様に、回転体１の磁極方向が静止安定方向４７と一致するところまで、回転体１の１８０度の回転動作を行う。
【００８７】
次に、図１５で示したステップモータの回転体に作用する回転トルクに関して、以下に説明する。図１６は、ステップモータの回転体の回転角度に対する回転トルクを示す図面
である。なお、本図に示すａ〜ｄは、図１４に示した時刻ａ〜時刻ｄにおける駆動トルクを表している。
【００８８】
図１５（ａ）に示す様に、第１の形態となる回転体の初期位置が、静止安定方向４７方向となっているため、９０度位置が初期状態となる。したがって、図１６に示す様に、時刻ａでは、励磁コイルに駆動パルスが印加されていないため、トルク０となる。
【００８９】
そして、時刻ｂで第１の磁極端９をＮ極に、また第３の磁極端１３をＳ極になるように制御回路を制御すると、励磁コイルに駆動パルス５５が供給される励磁期間５７が始まる。そして、第１の磁極９のＮ極と回転体１の磁極Ｎ極とが反発し、第３の磁極のＳ極と回転体１の磁極のＳ極とが反発することから、トルクは時刻ｂ点におけるトルク値に変化する。
【００９０】
そして、時刻ｃで、励磁コイルへの駆動パルス５５を供給している励磁期間５７が終了し、励磁コイルは休止期間６３となる。この休止期間６３の間に、検出コイルからは補助励磁パルス６７が出力され、第２の磁極端１１がＮ極となり、第４の磁極端１５がＳ極となる。この状態では、回転体１のＮ極と第２の磁極端１１のＮ極とが反発し、回転体１のＳ極と第４の磁極端１５のＳ極とが反発することで、回転体１は、時刻ｃから時刻ｄにおける回転トルクを得て反時計方向に回転する。
【００９１】
そして、時刻ｄで、検出コイルにおける補助励磁パルス６７を供給する補助励磁期間６９が終了した後に、回転体１の磁極方向が静止安定方向４７と一致するところまで回転させて、回転体１の１８０度の回転動作を行う。このとき、トルク曲線としては、時刻ｃから時刻ｄとなり、このときも実施例１よりも大きな回転トルクを得ることができる。
【００９２】
この様に、本実施例での回転トルク値は、実施例１の図６で示したトルク値よりも大きく、特に図６の期間ｂ〜ｄ間で大きなトルク値が発生している。よって、本形態とすれば、実施例１に比べてより高トルクでの回転駆動を達成できることが判る。また、本実施例で示したステップモータによれば、先の実施例と同様に、従来の構成に比べて信頼性が高く、低消費電力での回転体の回転駆動を可能とする。
【００９３】
なお、上記図１５を用いた説明では、回転体１のＮ極の磁極位置が、第１の形態（回転体のＮ極が第２の磁極端１１方向を向いている形態）から、略９０度回転したタイミングで、補助励磁パルスを検出コイルに供給する形態を示したが、回転体１のＮ極の磁極位置が、静的安定方向４７からスタートして電磁的安定方向４９の手前（９０度手前）のタイミングで補助励磁パルスを供給すれば、補助励磁パルスの幅を、必要に応じてより広く設定することができる様になる。また、本実施形態のステプモータは、第２と第４の磁極端を通る前述した第１の磁気回路が、第１と第３の磁極端を通る第２の磁気回路より磁気抵抗を小さく設定しているので、ここで発生する補助励磁パルスにより得られる磁束量をより多く設定すれば、回転体１に大きな回転トルクを与え、より高速の回転駆動を可能とする。
【実施例３】
【００９４】
次に、第３の実施形態に基づく、本実施例のステップモータの構成について説明する。本実施例に示すステップモータの基本的な構成は、先の実施例１と同様であり、回転体周りに配置する第１から第４の磁極端が、距離ｒ１＞距離ｒ２の関係を満たす様に、配置されている。
【００９５】
それに加えて、本実施例のステップモータは、回転体が静止安定状態にあるとき、その磁極位置を確認するために、まず励磁コイルに第１の位置修正パルスを供給し、次に検出
コイルに第２の位置修正パルスを供給する２段階のパルス印加によって、回転体磁極位置を修正することができる機能（以下「初期位置修正」という。）を備えている点に、実施例１及び実施例２と相違がある。
【００９６】
上記構成を追加することで、従来のステップモータでは、現在の回転体の磁極位置の確認ができないために、正転または逆転させるための適切な駆動パルスを出力することが難しかった問題が解消する。つまり、本実施例の制御装置の構成とすれば、回転体の磁極位置が現在どこに向いているかわからない場合、具体的には、回転体のＮ極が第２の磁極方向を向いている第１の形態、または第４の磁極方向に向いている第２の形態のいずれの形態となっていたとしても、正確な回転体の回転駆動を可能とする。以下に、その具体的な手段について詳細に説明する。
【００９７】
（制御装置の構成の説明：図１７）
まず、実施例３におけるステップモータを制御する制御装置概要を説明する。図１７は、本実施例のステップモータの制御装置の構成を示す図面である。
【００９８】
図１７に示す様に、ステップモータを構成する制御装置８７は、水晶振動子２９と、パルス合成回路３１と、駆動制御回路３３と、位置修正パルス印加手段９１を有するロータ駆動回路３５と、回転検出手段７９を有するロータ回転検出回路３９を備えている。
【００９９】
ロータ駆動回路３５は、駆動制御回路３３から駆動制御信号９３を受けて、励磁コイル３に対し駆動パルス５５を供給する。また、ロータ駆動回路３５は、駆動制御回路３３から位置修正信号８９を受けて、位置修正パルス印加手段９１によって、励磁コイル３に対して第１の位置修正パルス７１ａを供給するとともに、検出コイル１９に対して第２の位置修正パルス７１ｂを供給する。
【０１００】
ロータ回転検出回路３９は、駆動制御回路３３から検出制御信号８１を受けて、回転検出手段７９に含まれるスイッチング機構を切り替える制御を行うことで、検出コイル１９から逆起信号８３ｂを受けた後に、ロータ位置信号８５を駆動制御回路３３に戻すことで、回転体の磁極位置が判断できるようになっている。
【０１０１】
また、ロータ回転検出回路３９は、励磁コイル３にも接続されているため、回転検出手段７９に含まれるスイッチング機構を切り替える制御を行うことで、励磁コイル３からの逆起信号８３ａを受けて、回転体の磁極位置を判断することも可能になっている。
【０１０２】
（制御装置の動作の説明：図１７−図１８）
次に、制御装置で行う初期位置修正によって、回転体の磁極位置を修正した後に、正転／逆転に対応した励磁パルスを出力する手順について説明する。図１８は、本実施例の制御装置の動作を示すフロー図である。
【０１０３】
本実施例の制御は、図１８に示すＳＴ１〜ＳＴ８の８つの工程からなり、上述した初期位置修正工程は、この内のＳＴ１〜ＳＴ７に相当する工程である。以下に、このＳＴ１からＳＴ８を順に説明する。
【０１０４】
まず、図１７に示す駆動制御回路３３から、ロータ駆動回路３５に位置修正信号８９を出力することで、初期位置修正工程を開始する。ここでは、ロータ駆動回路３５の位置修正パルス印加手段９１によって、一定電圧の矩形波である第１の位置修正パルス７１ａを励磁コイル３に出力する（ＳＴ１）。
【０１０５】
次に、この位置修正パルス７１ａが出力されたら、ロータ回転検出回路３９で、検出制
御信号８１を駆動制御回路３３から受け、ロータ回転検出回路３９は、検出側スイッチング機構を制御する（ＳＴ２）。このとき検出コイル１９には、回転体１の回転動作により誘起される逆起電圧が生じており、スイッチング機構の動作により発生する電圧の極性と、検出コイル１９に誘起される逆起電圧の極性とが一致したときの逆起信号８３ｂを、回転検出手段７９で検出する（ＳＴ３）。
【０１０６】
次に、位置修正パルス印加手段９１によって、一定電圧の矩形波である第２の位置修正パルス７１ｂを、検出コイル１９に出力する（ＳＴ４）。
【０１０７】
次に、この位置修正パルス７１ｂが出力されたら、検出制御信号８１を受けて、ロータ回転検出回路３９は、励磁側スイッチング機構を制御する（ＳＴ５）。そして、スイッチング機構の動作により発生する電圧の極性と、励磁コイル３に誘起される逆起電圧の極性とが一致したときの逆起信号８３ａを、回転検出手段７９で検出する（ＳＴ６）。
【０１０８】
次に、回転検出手段７９で検出された逆起信号８３ａの極性が、正であるのか負であるのかの判断を行い、逆起信号極性でもって回転体の磁極位置を判断する（ＳＴ７）。以上のＳＴ１〜ＳＴ７でもって初期位置修正工程が終了する。
【０１０９】
そして最後に、ＳＴ７で判断された磁極位置によって、回転体の初期位置の修正が終了した後に、正転、逆転に対応した最適な駆動パルス５５を、励磁コイルに出力する（ＳＴ８）。
【０１１０】
この様に、初期位置修正を掛ける前に、例え、回転体のＮ極が第２の磁極方向を向いている第１の形態や、第４の磁極方向に向いている第２の形態のいずれの形態となっていたとしても、上記初期位置修正工程のＳＴ１〜ＳＴ７を行うことで、常に安定した、回転体の正逆回転駆動を可能とする。その具体的な動作について、以下に説明する。
【０１１１】
（初期位置修正における回転体の動作の説明（１）：図１７、図１９、図２０）
上記説明で、現在のロータ磁極位置を修正するための初期位置修正工程がＳＴ１からＳＴ７の手順を示したが、この一連の工程を行う前の状態が２通り（第１の形態と第２の形態）あることを考慮する必要がある。
【０１１２】
まず、初期位置修正を行う前の状態が第１の形態となっており、この形態から初期位置修正を行った後に、適切な正逆回転駆動ができることについて図１７、１９、２０を用いて説明する。図１９（ａ）は励磁コイルに出力されるパルス波形を示し、図１９（ｂ）は検出コイルに出力されるパルス波形を示し、図１９（ｃ）は励磁コイルに誘起される逆起電圧波形を示し、図１９（ｄ）は検出コイルに誘起される逆起電圧波形をそれぞれ示している。また、図２０は、初期位置修正工程における回転体１の回転動作を示す図である。
【０１１３】
まず、初期位置修正が開始される前の回転体１が、図２０（ａ）に示すように、回転体１の磁極Ｎ極が第２の磁極１１方向を向き、Ｓ極が第４の磁極１５方向を向いて静止安定方向で停止している形態（第１の形態）となっているとする。そこで、この形態から初期位置修正をするにあたって、図１９（ａ）に示すように、第１の位置修正パルス７１ａを励磁コイルに出力することで、図２０（ａ）に示す様に、第１の磁極端９は、Ｎ極に、第３の磁極端１３はＳ極になる。すると、第１の磁極端９のＮ極と回転体１のＮ極とが反発するとともに、第３の磁極端１３のＳ極と回転体１のＳ極とが反発することによって、回転体１が反時計回りの回転トルクを得て回転を始める。
【０１１４】
このとき検出コイルには、図１９（ｄ）に示す様に、回転体１の回転に伴う逆起電圧波形７７ｂが誘起され、図１９（ｂ）に示すように、点線で示すタイミングで検出側スイッ
チング機構を切り替え、そのときに発生する電圧の極性と、検出コイルに誘起される逆起電圧波形７７ｂ（図１９（ｄ））の極性とが一致したとき、逆起信号８３ｂが出力される。なお、本実施例では、検出コイルに誘起される逆起電圧波計７７ｂ（図１９（ｄ））の極性が＋側であるため、出力される逆起信号８３ｂ（図１９（ｂ））も＋側となる。
【０１１５】
次に、図２０（ｂ）に示す、回転体１のＮ極が第３の磁極端１３方向を向いたタイミングで、図１９（ｂ）に示すように、検出コイルに対して第２の位置修正パルス７１ｂを出力すると、第２の磁極１１がＮ極に、第４の磁極端１５がＳ極になる。すると、第２の磁極端１１のＮ極と回転体１のＮ極とが反発するとともに、第４の磁極端１５のＳ極と回転体１のＳ極とが反発する。
【０１１６】
そして、図１９（ａ）に示すように、励磁側スイッチング機構でのスイッチ切り替え制御の、点線で示すタイミングで発生する電圧の極性と、励磁コイルに誘起される逆起電圧波計７７ａ（図１９（ｃ））の極性とが一致したときに、逆起信号８３ａ（図１９（ａ））が出力され、この信号をロータ回転検出回路で検出することで、逆起電圧の極性を判断することができる。なお、図１９においては、励磁側スイッチング機構の制御で発生する電圧の−側極性と、逆起電圧波計７７ａの−側極性が一致したことで、−側に逆起信号８３ａが出力されている場合を示している。
【０１１７】
そして、一定個数の逆起信号８３ａ（図１９（ａ））が、図１７に示したロータ回転検出回路３９で検出されたら、励磁側スイッチング機構の動作を止めるように、駆動制御回路３３を制御する。
【０１１８】
ここでは、図１７に示した、ロータ駆動回路３５の位置修正パルス印加手段９１で、励磁コイル３に出力される、図１９（ａ）に示した第１の位置修正パルス７１ａのパルス極性を＋側と決めておく必要がある。これによって、第１の位置修正パルス７１ａの＋側極性と、ロータ回転検出回路３９で検出された逆起信号８３ｂの＋側極性のデータに基づき、回転体１のＮ極が、初期位置修正をする前は第２の磁極端１１方向を向いていたが、初期位置修正をすることによって、回転体１のＮ極を第４の磁極端１５方向となる様に修正できたと判断することができるからである。
【０１１９】
そして、図２０（ｃ）に示す様に、回転体１のＮ極が第４の磁極端１５方向を向き、回転体１のＳ極が第２の磁極端１１方向を向いて停止していることが判り、回転体１を正回転（時計回転）させる必要がある場合には、図２０（ｄ）に示す、第１の磁極端９をＮ極となるように、第３の磁極端１３をＳ極となるように励磁コイルを励磁させることで、回転体１を時計方向の回転をさせることができる。この様に、初期位置修正工程であるＳＴ１〜ＳＴ７を経た後に、ＳＴ８を行うことで、安定した回転体の回転駆動を可能とする。
【０１２０】
（初期位置修正における回転体の動作の説明（２）：図１７、図２１、図２２）
次に、初期位置修正を行う前の状態が第２の形態となっており、この形態から初期位置修正を行った後に、適切な正逆回転駆動ができる理由について図１７、２１、２２を用いて説明する。図２１（ａ）は励磁コイルに出力されるパルス波形を示し、図２１（ｂ）は検出コイルに出力されるパルス波形を示し、図２１（ｃ）は励磁コイルに誘起される逆起電圧波形を示し、図２１（ｄ）は検出コイルに誘起される逆起電圧波形をそれぞれ示している。また、図２２は、初期位置修正工程における回転体の回転動作について示した図である。
【０１２１】
初期位置修正が開始される前の回転体１は、図２２（ａ）に示すように、回転体１の磁極Ｎ極が第４の磁極１５方向を向き、Ｓ極が第２の磁極１１方向を向いて静止安定方向で停止している形態（第２の形態）となっているとする。本形態では、図２１（ａ）に示し
た回転体１のＮ極の向きが、１８０度反対側となっている。そこで、この形態から初期位置補正をするにあたって、図２１（ａ）に示すように、励磁コイルに対して第１の位置修正パルス７１ａを出力することで、図２２（ａ）に示すように、第１の磁極端９をＮ極に、第３の磁極端１３をＳ極にする。すると、第１の磁極端９のＮ極と回転体１のＮ極が反発するとともに、第３の磁極端１３のＳ極と回転体１のＳ極とが反発することによって、回転体１が時計回りの回転トルクを得て回転を始める。
【０１２２】
このとき検出コイルには、図２１（ｂ）に示すように、点線で示すタイミングで検出側スイッチング機構を切り替え、そのときに発生する電圧の極性と、検出コイルに誘起される逆起電圧波計７７ｂの極性とが一致したとき、図２１（ｂ）に示すように逆起信号８３ｂが出力されて、図２２（ｂ）に示す第３の磁極端１３方向に回転体１のＮ極が向いた状態となる。なお、本実施例では、検出コイルに誘起される逆起電圧波計７７ｂ（図２１（ｄ））の極性が−側であるため、出力される逆起信号８３ｂ（図２１（ｂ）は−側となる。
【０１２３】
その後、図２２（ｂ）に示す様に、第２の磁極端１１をＮ極に、第４の磁極端１５をＳ極にして、回転体１を反時計方向に回転させて、図２２（ｃ）の状態とし、第２の形態をとったときの初期位置修正が終了する。このときの制御装置の制御等は、第１の形態と同じであるので、ここでの説明は割愛する。
【０１２４】
そして、図２２（ｃ）に示す状態から、回転体１を正転／逆転に適した駆動パルスを、励磁コイルに印加することで、正確な回転駆動を可能とする。
【０１２５】
なお、第２の形態をとったときの初期位置修正は、図１７に示した、ロータ駆動回路３５の位置修正パルス印加手段９１で励磁コイル３に出力される、図２１（ａ）に示した第１の位置修正パルス７１ａのパルス極性を＋側と決めておくことによって達成される。つまり、第１の位置修正パルス７１ａの＋側極性と、ロータ回転検出回路３９で検出された逆起信号８３ｂの−側極性に基づき、回転体１のＮ極が、初期位置において第４の磁極端１５方向を向いていたが、位置修正を行うことによって、回転体１のＮ極は第４の磁極端１５方向となる様に、回転体の位置を修正できたと判断することができる。
【０１２６】
この様に、従来の構成では、現在の回転体の磁極位置の確認ができないために、正転または逆転させるための適切なパルスを出力することが難しかったが、本実施例の制御装置８７の構成とすれば、回転体１の磁極位置が現在どこに向いているかわからない場合であっても、初期位置修正をして回転体１を規定の位置に戻した上で、その後に最も適した駆動パルスを印加することができ、回転体１の正確な正逆回転動作と、信頼性の高い回転動作を可能とする。
【０１２７】
なお、回転体１が非回転であると判断できたときは、検出コイル１９には誘起される逆起電圧が生じないため、図２１（ｂ）に示す様に、検出側スイッチング機構を制御したとしても逆起信号８３ｂの出力が得られない。そのため、図１７に示したロータ位置検出回路３９の回転検出手段７９においては、ロータ位置信号８５が駆動制御回路３３に出力されることはない。
【０１２８】
この様な回転体１の非回転をできるだけ無くしたい場合は、ロータ駆動回路３５の駆動パルス印加手段７５に対して、駆動パルス５５よりも実効電力の大きな補償パルスを出力するための駆動制御信号を出力する機構を別途設ければ、より確実な回転体の回転駆動が実現できる。
【０１２９】
また、図１８で示した初期位置修正工程ＳＴ１〜ＳＴ７から、ＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ５
〜ＳＴ７を省いて行う形態としても構わない。そのときは、ＳＴ１で第１の初期位置修正パルスを励磁コイルに出力し、所定の時間が経過した後に、ＳＴ２で第２の位置修パルスを検出コイルに出力することで、初期位置修正工程が完了することとなる。その後に、上述したと同様に、最適な駆動パルスを励磁コイルに供給するＳＴ８を行うことで、回転体の正確な高速回転駆動を実現する。
【０１３０】
この様に、初期位置修正工程を簡略化すると、回転体の回転駆動の信頼性を低下させる虞があるが、先に示した形態と比べ、回転体の制御系を簡略化することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明のステップモータの構造を示す分解斜視図である。（実施例１）
【図２】本発明のステップモータにおける回転体孔部分拡大図である。（実施例１）
【図３】本発明のステップモータにおける制御装置の構成を示す図である。（実施例１）
【図４】本発明のステップモータにおける駆動回路と検出コイル回路構成を示す図である。（実施例１）
【図５】本発明のステップモータにおける回転体の動作を説明する図である。（実施例１）
【図６】本発明のステップモータにおける回転体の回転角度に対する回転トルク波形を示す図である。（実施例１）
【図７】本発明のステップモータにおける磁束の流れを示す図である。（実施例１）
【図８】本発明のステップモータにおける磁束の流れを示す図である。（実施例１）
【図９】本発明のステップモータの検出コイル芯に流れる、回転体の回転角度に対する磁束量波形を示す図である。（実施例１）
【図１０】本発明のステップモータにおける、励磁コイルおよび検出コイルで発生する磁束量と、回転体の回転角度との関係を示す図である。（実施例１）
【図１１】本発明のステップモータにおける駆動パルスと逆起電圧波形を示す図である。（実施例１）
【図１２】本発明のステップモータの制御装置の構成を示す図である。（実施例２）
【図１３】本発明のステップモータの駆動回路および検出コイル回路構成を示す図である。（実施例２）
【図１４】本発明のステップモータの駆動パルスと逆起電圧波形を示す図である。（実施例２）
【図１５】本発明のステップモータの回転体の状態を説明する図である。（実施例２）
【図１６】本発明のステップモータの回転体の回転角度に対する回転トルク波形を示す図である。（実施例２）
【図１７】本発明のステップモータの制御装置の構成を示す図である。（実施例３）
【図１８】本発明のステップモータの回転検出手順を説明する図である。（実施例３）
【図１９】本発明のステップモータの駆動パルスと逆起電圧波形を示す図である。（実施例３）
【図２０】本発明のステップモータの回転動作を説明する図である。（実施例３）
【図２１】本発明のステップモータの駆動パルスと逆起電圧波形を示す図である。（実施例３）
【図２２】本発明のステップモータの回転動作を説明する図である。（実施例３）
【図２３】従来のステップモータの構成を示す図面である。
【符号の説明】
【０１３２】
１  回転体
３  励磁コイル
５  励磁コイル芯
７  回転体孔
９  第１の磁極端
１１  第２の磁極端
１３  第３の磁極端
１５  第４の磁極端
１７  励磁ヨーク
１９  検出コイル
２１  検出コイル芯
２３  高磁気抵抗部分
２５  回転軸
２７  検出ヨーク
２９  水晶振動子
３１  パルス合成回路
３３  駆動制御回路
３５  ロータ駆動回路
３７  検出コイル回路
３９  ロータ回転検出回路
４１ａ、４１ｂ  ｐチャンネルＭＯＳ
４３ａ、４３ｂ  ｎチャンネルＭＯＳ
４５ａ  ｐチャンネルＭＯＳ
４５ｂ  ｐチャンネルＭＯＳ
４７  静的安定方向
４９  電磁的安定方向
５１ａ、５１ｂ  ｐチャンネルＭＯＳ
５３ａ、５３ｂ  ｎチャンネルＭＯＳ
５５  駆動パルス
５７  励磁期間
５９  検出波形
６１  検出期間
６３  休止期間
６５  補助励磁回路
６７  補助励磁パルス
６９  補助励磁期間
７１ａ  第１の位置修正パルス
７１ｂ  第２の位置修正パルス
７７ａ、７７ｂ  逆起電圧波形
７９  回転検出手段
８１  検出制御信号
８３ａ、８３ｂ  逆起信号
８５  ロータ位置信号
８７  制御装置
８９  位置修正信号
９１  位置修正パルス印加手段
９３  駆動制御信号
【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】
2009081986.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2009081986.tif 000018
【図１７】
2009081986.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2009081986.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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