(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動用コイルと検出用コイルとを備え磁気飽和部を有した一体型ステータ内で多極磁化されたロータを回転駆動可能なステッピングモータと、
前記駆動用コイルに対し前記ロータを駆動するための駆動パルスを供給する駆動装置と、
この駆動装置を制御して早送り用の駆動パルスを供給可能であると共にその駆動パルスのタイミングを調整可能な駆動制御装置と、
前記ロータの回転によって励起された逆誘起電力のうち、直前の駆動パルスと同極性の第１ピークを前記検出用コイルによって検出可能な位置検出装置とを有し、
前記駆動制御装置は、前記位置検出装置による前記第１ピークの検出タイミングに基づき次の駆動パルスの出力タイミングを制御可能であり、さらに、
前記位置検出装置は、直前の駆動パルスを基準とした所定の時間だけ前記ロータの回転に起因する前記逆誘起電力および前記駆動パルスに起因するスパイクノイズを検出しないように不感応時間を設定した
ことを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記駆動用コイルおよび検出用コイルは同軸状に巻かれており、それらの少なくとも内側に巻かれたコイルは整列巻きされていることを特徴とする請求項１の電子機器。
【請求項３】
前記位置検出装置は、前記駆動制御装置から通常速度の駆動パルスを供給されたときの前記ロータの回転によって励起される逆誘起電力も検出可能であることを特徴とする請求項１の電子機器。
【請求項４】
前記位置検出装置は、直前の駆動パルスと同極性のチョッパパルスによって増幅された逆誘起電力を検出可能であることを特徴とする請求項１の電子機器。
【請求項５】
前記チョッパパルスのタイミング、周波数およびデューティの少なくともいずれかが選択可能であることを特徴とする請求項４の電子機器。
【請求項６】
前記位置検出装置は、前記ロータの回転に起因する逆誘起電力を基準レベルと比較して前記検出タイミングを取得可能であることを特徴とする請求項１の電子機器。
【請求項７】
前記位置検出装置は、前記ロータの回転に起因する逆誘起電力を検出可能なインバータを備えていることを特徴とする請求項６の電子機器。
【請求項８】
前記駆動装置に電力を供給する電源装置を有し、
前記駆動制御装置は、前記電源装置の供給電圧が高くなると、パルス幅の狭い駆動パルスを供給可能であることを特徴とする請求項１の電子機器。
【請求項９】
前記駆動装置に電力を供給する電源装置を有し、
前記駆動制御装置は、前記電源装置の供給電圧が低くなると、パルス幅の広い駆動パルスを供給可能であることを特徴とする請求項１の電子機器。
【請求項１０】
前記駆動装置に電力を供給する電源装置を有し、
前記駆動制御装置は、前記電源装置の供給電圧が低くなると、固定周期で駆動パルスを供給可能であることを特徴とする請求項１の電子機器。
【請求項１１】
前記電源装置は充放電型であることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載の電子機器。
【請求項１２】
前記駆動制御装置は、前記位置検出装置で検出された検出タイミングの周期が短くなるとパルス幅の狭い駆動パルスを供給可能であり、検出タイミングの周期が長くなるとパルス幅の広い駆動パルスを供給可能であることを特徴とする請求項１の電子機器。
【請求項１３】
前記駆動制御装置は、駆動パルスが出力されてから検出タイミングが得られるまでのインターバルより所定の時間短いパルス幅の駆動パルスをその後の駆動パルスのタイミングで供給することを特徴とする請求項１２の電子機器。
【請求項１４】
前記駆動制御装置は、駆動パルスが出力されてから検出タイミングが得られるまでのインターバルに比例した当該インターバルより短いパルス幅の駆動パルスをその後の駆動パルスのタイミングで供給することを特徴とする請求項１２の電子機器。
【請求項１５】
前記駆動制御装置は、予め用意された多段階のパルス幅の駆動パルスを選択可能であり、駆動パルスが出力されてから検出タイミングが得られるまでのインターバルによって、出力された駆動パルスの前後のパルス幅の駆動パルスをその後の駆動パルスのタイミングで供給することを特徴とする請求項１２の電子機器。
【請求項１６】
前記駆動制御装置は、所定の実効電力の駆動パルスを供給可能であり、前記位置検出装置から前記検出タイミングが得られないときは、一定の時間経過後に直前の駆動パルスと極性の異なる次の駆動パルスを供給することを特徴とする請求項１の電子機器。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、計時装置などのステッピングモータを備えた電子機器に関し、特に、ステッピングモータを早送り可能な電子機器に関するものである。
背景技術
ステッピングモータは、パルスモータ、ステッピングモータ、階動モータあるいはデジタルモータなどとも称され、デジタル制御装置のアクチュエータとして多用されているパルス信号によって駆動されるモータである。近年、携帯に適した小型の電子機器が開発されており、これらのアクチュエータとして小型、軽量化されたステッピングモータが多く採用されている。このような電子装置の代表的なものが電子時計、時間スイッチ、クロノグラフといった計時装置である。
この計時装置などに用いられるステッピングモータ１０は、第１１図に示すように２極磁化された円盤状のロータ１３の外側がノッチ状に凹んだ磁気飽和部１７を介して連結された一体型のステータ１２の内部で回転するようになっており、１Ｈｚなどの適当な周波数の駆動パルスによってロータ１３が順次回転し、その駆動力で運針するようになっている。運針ミスをなくすためには、ロータ１３が駆動パルスによって正常に回転したか否かを確認することが重要であり、そのために第１２図に示すような駆動コイルにロータ１３の回転によって逆誘起された電流あるいは電圧を検出している。
この図に示すように、ロータ１３の回転に起因して逆誘起される電流（逆誘起電流）として、安定位置からほぼ９０度の位置を通過するときに駆動パルスＰＷと逆極側の第１のピークＰＭ１が表れる。さらに、ロータ１３が移動すると、逆誘起電流が０となる位置Ａを過ぎて、駆動先（逆極側）である１８０度回転した逆極側の安定位置Ｂを通過するときに駆動パルスＰＷと駆動パルスＰＷと同極側の大きな第１のピークＰＰ１が表れる。その後、ロータ１３が安定して停止するまでの揺れ（振動）に伴って第２のピークＰＭ２およびＰＰ２などが発生する。
これらの第１のピークＰＭ１あるいはＰＰ１は、強度は高いが駆動パルスＰＷの過渡電流ＴＷなどの影響があるので、駆動パルスＰＷと第１のピークＰＭ１あるいはＰＰ１を時間的に分離することが難しい。このために、従来の通常運針時においては強度は弱いが分離の容易な第２のピークＰＭ２あるいはＰＰ２をチョッパパルスによってチョッパ増幅して逆誘起電圧として捉えて回転検出に用いている。
近年、腕時計装置などの計時装置には様々な機能が盛り込まれるようになっており、その１つとしてステッピングモータを通常運針時よりも高速で動かして、自動的に、あるいはマニュアルで時刻合わせを行う機能がある。ステッピングモータを高速で動かす早送りを行う際は、駆動パルスを早送り用に短い周期で供給する必要がある。さらに、時刻合わせを行うためには早送り中も運針ミス、すなわち、ロータの回転ミスはないように駆動する必要がある。
そこで、本発明においては、ステッピングモータの早送りを高速で安定して行うことができる電子機器を提供することを目的としている。
発明の開示
このため、本発明のステッピングモータを備えた電子機器においては、早送りするときに、ロータの回転によって励起された逆誘起電力を電流あるいは電圧として捉えて、その第１のピークを検出し、これによってロータの回転の有無を確認しながら駆動パルスを供給して高速で早送りできるようにしている。さらに、逆誘起電力の第１のピークのうち、時間的に遅く、駆動パルスと分離しやすい駆動パルスと同極側の第１のピークを検出し、適切なタイミングで確実に早送り用の駆動パルスを出力できるようにしている。
すなわち、本発明の電子機器は、駆動用コイルを備えたステータ内で多極磁化されたロータを回転駆動可能なステッピングモータと、駆動用コイルに対しロータを駆動するための駆動パルスを供給する駆動装置と、この駆動装置を制御して早送り用の駆動パルスを供給可能であると共にその駆動パルスのタイミングを調整可能な駆動制御装置と、ロータの回転によって励起された逆誘起電力のうち、直前の駆動パルスと同極性の第１ピークを検出可能な位置検出装置とを有し、駆動制御装置は、第１ピークの検出タイミングに基づき次の駆動パルスの出力タイミングを制御できるようにしている。
ここで、ステッピングモータを早送りするためには、ステータは一体で構成することが好適で、この一体ステータを用いてロータを磁気駆動するためにステータに磁気飽和部を設けることが必要である。
しかも、駆動用コイルに誘起された逆誘起電力によって第１ピークを検出することも可能であるが、本発明は、ステッピングモータのステータに駆動用コイルに加えて検出用コイルを設け、位置検出装置が検出用コイルに誘起された逆誘起電力を検出できるようにすることにより、駆動パルスの影響を抑制できるので、駆動パルスと第１ピークは分離しやすくなり、ロータの位置確認が容易になる。
さらに、本発明の位置検出装置は、直前の駆動パルスの出力タイミングや終了のタイミングなどの、直前の駆動パルスを基準とし、所定の時間だけロータの回転に起因する逆誘起電力を検出しない不感応時間（マスク時間）を設定し、駆動用コイルあるいは検出用コイルから位置検出装置に供給される信号をマスクしているので、駆動パルスに起因する過渡電流、スパイクノイズの影響などを防止し、確実に検出タイミングを得ることができる。
従って、本発明によれば、逆誘起電力の第１ピークを確実に検出することができる。よって、従来のステッピングモータの回転検出に用いられている逆誘起電力の第２ピークと比較し、第１ピークは早期に検出できるので駆動パルスを検出するタイミングを早くすることができ、早送りを高速化できる。また、同極側の第１ピークを前述の特殊な手段によって検出するようにしているので、第１ピークの中でも駆動パルスとの分離は容易であり、また、同極側の第１ピークを検出することによりロータが安定位置まで達していることを確認できる。したがって、ロータが確実に回転したことを検出できるので、それから適当な出力タイミングで次の駆動パルスを供給することにより、ロータの回転方向と合致したタイミングで次の駆動パルスを供給することが可能となる。従って、早送り用のエネルギーを節約できる。
また、ロータの回転の有無を確認しながら早送り用の駆動パルスを供給できるので、早送り中の運針ミスを防止し安定した早送りが可能となる。さらに、早送りによってロータの回転速度が上昇すると、ロータの回転に起因する逆誘起電力も上昇し第１ピークも高くなるので、逆誘起電力に基づきロータ位置を検出することが容易となり、確実に検出タイミングを得ることができる。
前述の駆動用コイルおよび検出用コイルは別巻きにすることも可能であるが、駆動用コイルおよび検出用コイルを同軸状に巻くことも可能であり、その場合は、これらのコイルの少なくとも内側に巻かれたコイルを整列巻きにすることが望ましい。これにより、外側に駆動用コイルが巻かれた場合でも、ステッピングモータの性能に対する影響を防止できる。また、検出用コイルが外側に巻かれた場合でも、その抵抗のばらつきなどを抑制できるので、第１ピークの検出能力が安定する。
また、この検出用コイルは、早送り用の駆動パルスに限らず、通常速度の駆動パルスが供給されたときに生ずる逆誘起電力も安定して検出することが可能であり、通常速度、例えば、計時装置の運針に用いられている１Ｈｚ程度の駆動パルスによるロータの位置検出にも用いることができる。
同極性の第１ピークを効率良く検出するためには、位置検出装置は、直前の駆動パルスと同極性のチョッパパルスによって増幅された逆誘起電力を検出することが望ましい。さらに、このチョッパパルスのタイミング、周波数およびデューティの少なくともいずれかを、供給された駆動パルスの幅などを条件に選択可能にすることにより、駆動パルスに起因する過渡電流、高周波ノイズ（スパイクノイズ）の影響などを防止し、さらに確実に検出タイミングを得ることができる。
ステータが磁気飽和部を備えた一体型ステータの場合は、逆誘起電力の逆極側のピークから同極側のピークに移行するときの電圧変動が緩やかなので、電圧が０になるのを検出して特定のタイミングを捉えることが難しい。このため、位置検出装置は、ロータの回転に起因する逆誘起電力を直接、あるいはチョッパ増幅した後に基準レベルと比較して検出タイミングを取得することが望ましい。基準レベルとの比較は、コンパレータなどを用いても良いが、インバータの閾値を基準値（基準レベル）として検出タイミングを得ることも可能であり、回路素子を削減できるので、消費電力を低減することが可能になる。
さらに、１次電池で駆動される電子機器はもちろん、発電装置を内蔵した電子機器などのように、駆動装置に供給される充放電型の電源装置を備えている場合も、駆動装置に供給される供給電圧が変動する。従って、供給電圧が高くなると駆動パルスの実効電力が増加してロータの速度が上昇し、駆動パルスと第１ピークの分離が難しくなり、過渡電流、スパイクノイズの影響などが現れる。このため、駆動制御装置は、電源装置の供給電圧が高くなると、パルス幅の狭い駆動パルスを供給し、第１ピークの検出が確実にできるようにすることが望ましい。一方、電源装置の供給電圧が低いときは、パルス幅の広い駆動パルスを供給して実効電力を確保し、第１ピークとして十分な強度が得られるようにすることが望ましい。また、電源装置の供給電圧が非常に低くなると、第１ピークの強度が低下して検出タイミングが得にくくなることがあるので、固定周期で駆動パルスを供給可能として確実に早送りできるようにすることが望ましい。
また、位置検出装置で検出された検出タイミングの周期が短くなるときに駆動制御装置からパルス幅の狭い駆動パルスを供給することによって、駆動パルスが逆誘起電力の第１ピークの検出に及ぼす影響を防止することができる。また、駆動パルスの実効電力が低減される方向になるので、ステッピングモータの早送り速度も安定する。一方、検出タイミングの周期が長くなるとパルス幅の広い駆動パルスを供給しても第１ピークの検出に与える影響は少なく、駆動パルスの実効電力を大きくして早送り速度を増すことができる。
さらに、駆動パルスのパルス幅が広すぎるとロータの回転方向に対してブレーキとして作用する可能性がある。例えば、逆誘起電力のピーク点が検出された以降までの駆動パルスが残るような場合である。そこで、検出タイミングから一定の時間を引き算したり、あるいは検出タイミングより一定の割合で短い駆動パルスを供給することにより、ブレーキ作用のない駆動パルスを供給して高速駆動を可能にできる。そのため、駆動制御装置は、駆動パルスが出力されてから検出タイミングが得られるまでのインターバルより所定の時間短いパルス幅の駆動パルスを、その後の駆動パルスのタイミングで供給することが望ましい。また、駆動制御装置は、検出タイミングが得られるまでのインターバルに比例して短いパルス幅の駆動パルスをその後の駆動パルスのタイミングで供給するようにしても良い。さらに、予め用意された多段階のパルス幅の駆動パルスが選択できる場合は、検出タイミングが得られるまでのインターバルによって、段階的に短いパルス幅の駆動パルスを供給するようにしても良い。
また、駆動制御装置が、位置検出装置で検出された検出タイミングから所定の遅延時間が経過後に次の駆動パルスを供給することにより、ロータの揺れの方向（振動方向）と駆動パルスによる駆動方向を合わせてロータを回転駆動するために加えるエネルギーをセーブすることが可能であり、早送り時の消費電力を低減することができる。
逆誘起電力の第１ピークを検出して回転の有無を判断する電子機器において、その現象を検出できないときの処理は重要である。駆動制御装置が所定の実効電力の駆動パルスを供給可能であり、位置検出装置から検出タイミングが得られないときは、ロータは回転したものとして一定の時間経過後に直前の駆動パルスと極性の異なる次の駆動パルスを供給することが可能である。これにより、早送り速度を比較的低くせずに継続することができる。
逆誘起電力の第１ピークを確実に検出するためには、逆誘起電力の値が大きいことが望ましい。早送り開始時には、ロータの速度が小さいので逆誘起電力も小さく、逆誘起電力の増減や極性の変化、さらには、第１ピークなどの検出確率は低く成りやすい。そこで、駆動装置に供給される供給電圧（電源電圧）を昇圧可能な昇圧装置を設け、駆動制御装置によって、早送り開始時に昇圧装置によって昇圧された供給電圧を駆動装置に供給可能とし、短時間で所定の早送り速度に到達するようにすることが望ましい。
また、早送り開始時は逆誘起電力が小さいので、これに対応して位置検出装置は、早送り開始時にロータの回転に起因する逆誘起電力の判定値を低く設定するようにしても良い。
さらに、駆動制御装置は、早送り開始時、すなわち、駆動開始の１発目の駆動パルスもしくはその後の数パルスを含めたパルス群を供給するときは、定期的に駆動パルスを供給可能とし、安定して所定の早送り速度に達した後に第１ピークの検出タイミングによって駆動パルスを供給し安定した状態で増速することも可能である。
また、駆動制御装置は、早送り開始時に通常回転用の駆動パルスと同等または大きな実効電力の駆動パルスを供給可能とし、確実にロータが回転するようにすることも重要である。
さらに、早送り開始時はステータに直前の駆動パルスによる残留磁束があるとロータの速度が上がり難い。そこで、駆動制御装置によって、早送り開始時に直前の通常回転用の駆動パルスと逆極の消磁パルスを供給し、ロータを増速できるようにすることが望ましい。
また、駆動制御装置が、予め用意された多段階の実効電力の駆動パルスを選択可能な場合は、早送り開始時に実効電力の小さな駆動パルスから順番に選択して供給し、あるいは、早送り開始時に実効電力の大きな駆動パルスから順番に選択して供給して、ロータが回転したか否かを判断し、ロータが回転可能な最小限の実効電力の駆動パルスで早送りを行うようにすることができる。
また、早送りによる逆誘起電力の現象を検出して駆動パルスが出力されている高速の早送りを終了するときにも運針ミスが発生しないようにすることが重要である。したがって、駆動制御装置は、早送り終了時に実効電力の十分に大きな補助パルス、または、ロータの逆誘起電力を回生する回生パルスのいずれか、あるいは両方を出力できるようにして、ロータの動きを規制できるようにすることが望ましい。
あるいは、駆動制御装置で、早送り終了時には検出タイミングによらず定期的な駆動パルスを供給することにより安定的にロータを通常運針に戻すことができる。
また、検出タイミングに基づき、早送り終了時に実効電力の大きな１つの駆動パルスや複数のサブパルスに分割された駆動パルスを供給することにより、ロータの速度を徐々に遅くすることができる。また、検出タイミングから所定の遅延時間が経過後に次の駆動パルスを供給するときは、早送り終了時に遅延時間を制御してロータの速度が遅くなるようにすることができる。
また、ロータの回転に起因する逆誘起電力の第１ピークの検出タイミングを得て駆動パルスを供給する方法は、逆方向に早送り（逆送り）する場合にも好適である。この逆送りにおいては、位置検出装置でロータの回転に起因する逆誘起電力に基づき逆方向に旋回開始可能な第２の検出タイミングを検出し、駆動制御装置でこの第２の検出タイミングに基づき逆転開始用の駆動パルスの出力タイミングを制御することにより逆送りが開始できる。また、駆動制御装置で、逆転開始前に逆転用の駆動パルスと逆極性で実効電力の小さな補助パルスを供給することにより、ロータが逆方向に回り易くできる。
さらに、検出タイミングを得ることによりロータの位置が判るので、ロータが回ったことを認識してから駆動パルスを立ち下げる停止タイミングを制御するようにすることも可能である。すなわち、駆動制御装置が、位置検出装置で得られた検出タイミングに基づき駆動パルスを停止することにより、さらに確実にロータを回転でき、逆転などが発生するのを未然に防止できる。従って、速度が早く、いっそう安定した早送りが可能となる。そして、供給電圧が変動したり、ロータの負荷トルクが変動する場合でも、それらの影響を加味した十分な実効電力の駆動パルスを自動的にステッピングモータに供給することができる。従って、より安定して早送りできる。
駆動パルス供給中に検出タイミングを得るためには、駆動制御装置で、駆動パルスとなる複数のサブパルスを駆動装置から供給し、位置検出装置でサブパルスが低レベルのときにロータの回転に起因する逆誘起電力を検出可能にするようにできる。
また、駆動用コイルとは別に検出用コイルを設けることにより、駆動パルスが供給されている途中で逆誘起電力の第１ピークを効率良く検出することができ、これに基づき駆動パルスを停止することができる。また、検出タイミングが得られてから駆動パルスを停止するようにしているので、検出中は過渡電流やスパイクノイズの影響を防止でき、安定した高速動作が可能となる。
位置検出装置は、直前の駆動パルスの出力タイミングから所定の時間だけロータの回転に起因する逆誘起電力を検出しない不感応時間（マスク時間）を設定することが望ましく、このようなマスクを設けることによりノイズなどによって駆動パルスを止めてしまうのを防止できる。
また、検出タイミングが得られないときは、駆動制御装置で一定の時間経過後に駆動パルスを停止するタイミングを設定することによっても、早送りを継続することができる。
さらに、早送り終了時には、検出タイミングから駆動パルスを停止するまでの遅延時間を延ばすことにより、駆動パルスの実効電力を大きくでき、ロータの回転を規制することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施の形態に係るステッピングモータを備えた時計装置の概略構成を示す図である。
第２図は、第１図に示すステッピングモータのコイル部の構成を示す断面図である。
第３図は、第１図に示すステッピングモータの駆動用コイルおよび検出用コイルの電圧変動を模式的に示す図である。
第４図は、１体型ステータと２体型ステータで生ずる逆誘起電流の変化を模式的に示した図である。
第５図は、第１図に示す計時装置で早送りを行う処理の一例を示すタイミングチャートである。
第６図は、第１図に示す計時装置で早送りを開始する処理の一例を示すタイミングチャートである。
第７図は、第１図に示す計時装置で早送りを開始する処理の一例を示すフローチャートである。
第８図は、第１図に示す計時装置で早送りを終了する処理の一例を示すタイミングチャートである。
第９図は、第１図に示す計時装置で、検出タイミングで駆動パルスの停止時期を制御する処理における駆動用コイルおよび検出用コイルの電圧変化を模式的に示す図である。
第１０図は、第１図に示す計時装置で、検出タイミングで駆動パルスの停止時期を制御する処理の一例を示すタイミングチャートである。
第１１図は、ステータ内でロータが回転する様子を模式的に示す図である。
第１２図は、第１１図に示すようにロータが回転したときの駆動用コイルの電流変化と、それに伴って発生する逆誘起電流の変化を模式的に示す図である。
発明を実施するための最良の形態
以下に図面を参照しながら本発明をさらに詳細に説明する。第１図にステッピングモータを用いた腕時計装置などの計時装置の一例を示してある。この計時装置１は、ステッピングモータ１０と、このステッピングモータ１０を駆動する制御装置２０と、ステッピングモータ１０の動きを伝達する輪列５０、および輪列５０によって運針される秒針６１、分針６２および時針６３を備えている。ステッピングモータ１０は、制御装置２０から供給される駆動パルスによって磁力を発生する駆動コイル１１と、この駆動コイル１１によって励磁されるステータ１２と、さらに、ステータ１２の内部において励磁される磁界により回転するロータ１３を備えており、ロータ１３がディスク状の２極の永久磁石によって構成されたＰＭ型（永久磁石回転型）のステッピングモータ１０となっている。ステータ１２には、駆動コイル１１で発生した磁力によって異なった磁極がロータ１３の回りのそれぞれの相（極）１５および１６に発生するように磁気飽和部１７が設けられている。また、ロータ１３の回転方向を規定するために、ステータ１２の内周の適当な位置には内ノッチ１８が設けられており、コギングトルクを発生させてロータ１３が適当な位置に停止するようにしている。
ステッピングモータ１０のロータ１３の回転は、かなを介してロータ１３に噛合された五番車５１、四番車５２、三番車５３、二番車５４、日の裏車５５および筒車５６からなる輪列５０によって各針に伝達される。四番車５２の軸には秒針６１が接続され、二番車５４には分針６２が接続され、さらに、筒車５６には時針６３が接続されており、ロータ１３の回転に連動してこれらの各針によって時刻が表示される。輪列５０には、さらに、年月日などの表示を行うための伝達系など（不図示）を接続することももちろん可能である。
この計時装置１では、ステッピングモータ１０の回転によって時刻を表示するために、ステッピングモータ１０には基準となる周波数の信号をカウント（計時）して定期的に駆動パルスが供給される。ステッピングモータ１０を制御する本列の制御装置２０は、水晶振動子などの基準発振源２１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２２と、パルス合成回路２２から供給された種々のパルス信号に基づきステッピングモータ１０を制御する制御回路２５と、回転検出などを行う検出回路７５を備えている。
制御回路２５は、駆動回路を介して駆動コイル１１に対しステッピングモータ１０の駆動用ロータ１３を通常運針用に駆動するために１Ｈｚの周波数の駆動パルスＰ１を供給する機能、駆動用ロータ１３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Ｐ２を出力する機能、補助パルスに続いてロータのエネルギーを回生するための回生パルスＰｒを出力する機能、消磁用に補助パルスＰ２と極性の異なる消磁パルスＰＥを出力する機能、駆動パルスの実効電力を調整する機能などを備えている。さらに、本例の制御回路２５は、ロータ１３を通常運針用の速度よりも早い速度で駆動する早送り用の駆動パルスＰＷを供給する機能を備えている。また、この駆動パルスＰＷを用いて通常運針と逆方向に高速で駆動する機能も備えている。さらに、これらの駆動パルスＰＷを検出回路７５から得られた検出タイミングに基づいて出力できるようになっている。
制御回路２５からの制御信号φｏ１およびφｏ２の基にステッピングモータ１０に様々な駆動パルスを供給する駆動回路３０は、直列に接続されたｎチャンネルＭＯＳ３３ａとｐチャンネルＭＯＳ３２ａ、およびｎチャンネルＭＯＳ３３ｂとｐチャンネルＭＯＳ３２ｂによって構成されたブリッジ回路を備えており、これらによって電源４１からステッピングモータ１０の駆動用コイル１１に供給される電力を制御できるようになっている。
本例のステッピングモータ１０のコイル部１９には、駆動用コイル１１と共に検出用コイル７１が巻かれており、この検出用コイル７１はチョッピング回路７２と接続されている。チッピング回路７２は、ｐチャンネルＭＯＳ７３ａおよび７３ｂが並列に接続された回路であり、検出回路７５のチョッピング部７７から制御信号φｔ１およびφｔ２として供給されたチョッパパルスによって検出用コイル７１に発生した逆誘起電力を増幅できるようになっている。そして、チョッパ増幅された逆誘起電圧は、信号φｋ１およびφｋ２として検出回路７５に供給され、それぞれが検出用インバータ７６ａおよび７６ｂによってレベル判定され、その結果によってロータの位置が位置判定部７８によって判断できるようになっている。
また、本例の計時装置１は、電源４１を充電可能な発電装置４０と、電源４１から出力された電力を昇降圧して制御装置２０の駆動回路３０に供給する昇降圧回路４９を備えている。本例の昇降圧回路４９は、複数のコンデンサ４９ａ、４９ｂおよび４９ｃを用いて多段階の昇圧および降圧ができるようになっており、制御装置２０の駆動制御回路２５から制御信号φ１１によって駆動回路３０に供給する電圧を調整することができる。また、昇降圧回路４９の出力電圧はモニタ回路φ１２によって駆動制御回路２５にも供給されており、これによって出力電圧をモニタすることができる。従って、通常運針時の駆動パルスＰ１はもちろん、早送り用の駆動パルスＰＷの電圧を制御することが可能である。従って、本例の計時装置１は、パルス幅と電圧によって駆動パルスＰ１およびＰＷの実効電力を制御できるので、きめの細かい駆動電力の制御が可能であり、ロータ１３を回転するのに適した電力の駆動パルスを供給して省電力化を図ると共に、高速で安定した早送りができるようになっている。
第２図に、本例のステッピングモータ１０に採用されているコイル部１９を拡大して示してある。第２図（ａ）は長手方向に沿った断面でコイル部１９を示してあり、第２図（ｂ）は長手方向と垂直な断面でコイル部１９を示してある。本例のコイル部１９は、磁心１９ａの周囲に検出用コイル７１が巻かれ、その外側に駆動用コイル１１が巻かれている。そして、内側に巻かれた検出用コイル７１は、表面がほぼ均一で平坦になるように整列巻きされており、２つのコイル７１および１１が同軸状に巻かれても、外側に巻かれた駆動用コイル１１の性能が落ちないようになっている。もちろん、内側に駆動用コイル１１を巻くことも可能であり、この場合も、外側に巻かれる検出用コイルの抵抗のばらつきなどを抑制し、安定した逆誘起電力の検出が可能なように、内側の駆動コイル１１は整列巻きにしておくことが望ましい。これらの駆動用コイル１１および検出用コイル７１は別巻きにすることも可能であるが、駆動用コイル１１および検出用コイル７１を同軸状に巻くことによりコイルの設置スペースを削減することが可能となり、ステッピングモータ１０をコンパクトに纏めることができる。
第３図に、駆動用コイル１１に印加された駆動パルスＰＷに対し、検出用コイル７１に発生する逆誘導起電圧の様子を示してある。検出用コイル７１には、駆動パルスＰＷの変動に伴ってスパイクＳが生ずるが、第１１図に示したような過渡電流は発生せず、駆動パルスＰＷと同極側の逆誘導電力の第１ピークＰＰ１が検出し易い状態で現れる。従って、第１ピークＰＰ１を何らかの手段によって検出して、そのタイミング（検出タイミング）に基づき次の駆動パルスＰＷを発生し、高速でロータ１３を早送りする駆動方法を採用することができる。この駆動方法では、第１ピークの検出タイミングＤＴによって駆動パルスＰＷが供給されるので、所定の周波数（周期）に基づいて定期的に駆動パルスＰＷが供給されるモード（定期駆動モード）に対し以下では自励駆動モードと呼ぶことにする。
もちろん、検出用コイルを用いる代わりに、駆動用コイルに誘起された逆誘起電力によって第１ピークを検出することも可能である。この場合、後述するように過渡電流ＴＷの影響を避けるために、駆動パルスＰＷの幅を狭くしたり、あるいは、適当な不感応時間を設けるようにすることが重要となる。
自励駆動モードにおいては、ロータ１３の回転によって励起された逆誘起電力を電流あるいは電圧として捉えて、その逆誘起電力の第１ピークのうち、時間的に遅く駆動パルスと分離しやすい駆動パルスと同極側の第１ピークＰＰ１を検出することにより、従来のステッピングモータの回転検出に用いられている逆誘起電力の第２ピークと比較し、ロータ１３の位置を早期に検出できる。このため、駆動パルスを供給する出力タイミングを早くすることができ、早送りを高速化できる。一方、駆動パルスＰＷを供給した後に最初に表れる第１ピークを検出タイミングＤＴとして用い、これによって駆動パルスを供給するタイミングが決定できるようにしているので、ロータの位置を検出する時間を確保できると共に、検出タイミングを得るための時間を最小限にすることができる。従って、最小限の時間でロータ１３の位置を確認しながら駆動パルスＰＷを出力できるので、安定した高速の早送りが可能である。
また、第１１図および１２に基づき先に示したように、第１ピークＰＰ１を検出するとロータ１３が安定位置まで達していることを確認できるので、確実に運針できる。また、ロータ１３の位置を確認しながら駆動パルスＰＷを出力することにより、ロータ１３の回転方向と合致したタイミングで次の駆動パルスを供給することが可能となるので駆動パルスの実効電力を小さくできる。従って、駆動パルスのパルス幅ＰＷを狭くできるので、第１ピークＰＰ１と分離が容易となり、さらに安定した高速の早送りができる。
同極性の第１ピークＰＰ１を検出するには、逆誘起電圧の極性を判断して、逆誘起電圧が０になった点を検出（ゼロクロス）しても良い。しかしながら、外部磁界の影響や検出レベルのばらつきがあるとゼロクロスを検出するタイミングが実際に逆誘起電圧が０になるタイミングより早くなりやすい。従って、次の駆動パルスのタイミングがロータ１３の予定された旋回方向と異なり、逆方向に回転させる可能性がある。これに対し、本例の計時装置１においては、チョッピング回路７２を用いて直前の駆動パルスＰＷと同極性のチョッパパルスによって増幅された逆誘起電圧を、検出回路７５のインバータ７６ａおよび７６ｂの閾値と比較している。このようにある一定のレベル（電圧レベルまたは電流レベル）と比較して検出することにより、検出レベルのばらつきを防止でき、ロータ１３の位置を着実に反映した位置判定を行うことができる。また、外部磁界による上乗せ電圧よりもロータ１３に起因する逆誘起電圧の方を高くすることができるので、外部磁界の影響をなくすことが可能となる。また、逆誘起電圧を判定する検出レベル（インバータの閾値に相当）を条件に応じて変更・制御することも可能である。従って、これらの点でも、レベル検出を用いた方が精度良く、確実にロータ１３の位置検出ができる。もちろん、インバータの代わりにコンパレータなどを用いて逆誘起電圧のレベルを判定することも可能であるが、回路的にはインバータを用いた方が回路素子などの構成要素が少なくてすむ。従って、検出回路７５を含め制御装置２０をコンパクトで低コストに纏めることができ、消費電力も低減することができる。
また、第４図に示してあるように、本例のステータ１２のような磁気飽和部１７を備えた一体型ステータの場合は、逆誘起電圧はきれいな正弦波とはならず、逆誘起電圧の逆極側のピークＰＭ１から同極側のピークＰＰ１に移行するときの電圧変動が緩やかである。従って、ステータが分離している２体ステータのようにゼロクロス点Ｘ１を判定するのが容易ではない。これに対し、本例のように一定の電圧レベルを検出するようにすれば、１体ステータの場合でも確実に第１ピークＰＰ１を捉えることができる。
もちろん、第１ピークＰＰ１以外の逆誘起電圧の現象を捉えてもロータ１３の位置を検出でき、それに基づいて駆動パルスを適当なタイミングで供給することも可能である。
〔早送り途中の自励駆動〕
第５図に、自励駆動モードで早送りを行う一例をタイミングチャートで示してある。まず、時刻ｔ１にパルス幅Ｗ０の駆動パルスＰＷを供給する制御信号φｏ１が出力される。時刻ｔ２に駆動パルスＰＷが終了する（高レベルから低レベルに戻る）と、検出用コイル７１の信号φｋ１には高周波ノイズであるスパイクＳが発生する。しかし、検出用コイルの逆誘起電圧をチョッパ増幅するチョッパパルスは、駆動パルスＰＷが供給された時刻ｔ１からパルス幅Ｗ０より長いマスク時間τ０後の時刻ｔ３に供給されるようになっている。このため、スパイクＳはチョッパ増幅されず検出レベルＬ（インバータ２６の閾値）に達することはない。このように、直前の駆動パルスの出力タイミングから所定の時間だけロータの回転に起因する逆誘起電力を検出しない不感応時間（マスク時間）τを設定し、検出用コイルから位置検出装置に供給される信号をマスクすることにより、駆動パルスに起因するスパイクノイズＳの影響を防止し、確実に検出タイミングを得ることができる。もちろん、マスク時間τの基準となるタイミングは出力タイミングにかぎらず、駆動パルスの終了のタイミングや他のタイミングであっても良い。駆動用コイルを用いて逆誘起電圧を検出する場合も同様であり、この場合は、マスク時間τを駆動パルスに起因する過渡電流を検出しない程度の長さに設定することにより、確実に検出タイミングを得ることができる。
時刻ｔ３に駆動パルスＰＷと同極のチョッパパルスが信号φｔ１に基づき供給されると、検出用コイル７１の増幅された逆誘起電圧によるレベルが信号φｋ１に現れる。そして、時刻ｔ４に信号φｋ１のレベルが検出レベルＬに達すると、これを検出タイミングＤＴとして、次の駆動パルスＰＷを出力するサイクルが開始される。また、検出タイミングＤＴが得られると、チョッパパルスは停止する。チョッパパルスのタイミングや周波数およびデューティの少なくともいずれかは供給された駆動パルスの幅や検出用コイルを用いているか、あるいは駆動用コイルを用いているかなどを条件に選択することが望ましく、駆動パルスに起因する過渡電流やスパイクノイズの影響などを防止し、さらに確実に検出タイミングを得ることができるように調整することが望ましい。
逆極側の次の駆動パルスＰＷは、信号φｏ２に基づき検出タイミングＤＴから所定の遅延時間ｄ０経過した時刻ｔ５に出力される。このように、自励駆動モードにおいては、検出タイミングＤＴによって駆動パルスＰＷの出力タイミングが決定される。遅延時間ｄ０は、ロータ１３の挙動によって設定することが可能であり、シミュレーションなどによってロータ１３の向きが次の安定方向に向かうように予め適当な時間をセットしておくことができる。次の駆動パルスＰＷが出力されてからマスク時間τ０経過後の時刻ｔ６に、その駆動パルスＰＷと同じ極側のチョッパパルスが出力され、信号φｋ２にチョッパパルスによって増幅された逆誘起電力が現れる。そして、時刻ｔ７に信号φｋ２のレベルが検出レベルＬに達したときに検出タイミングＤＴが得られる。従って、検出タイミングＤＴ（時刻ｔ７）に基づき次のタイミングで駆動パルスを供給するためのサイクルが開始される。
本例では、前のサイクルにおいて駆動パルスが出力されてから検出タイミングＤＴが得られるまでのインターバルＩ１と比較し、次のサイクルのインターバルＩ２が短くなっている。このため、時刻ｔ７の検出タイミングＤＴから遅延時間ｄ０後の時刻ｔ８に、前の駆動パルスＰＷより狭いパルス幅Ｗ１の駆動パルスＰＷが供給される。このように、検出回路７５で検出された検出タイミングＤＴの周期が短くなるとパルス幅Ｗの狭い駆動パルスＰＷを供給することにより、駆動パルスＰＷが第１ピークＰＰ１の検出に及ぼす影響を防止することができる。さらに、パルス幅Ｗを短くすることにより、マスク時間τも短くでき、１つの駆動パルスを供給するインターバルを短くできるので、より高速でステッピングモータを駆動することができる。また、パルス幅Ｗを狭くすることにより、駆動パルスＰＷの実効電力が低減されるので、ステッピングモータが適当な早送り速度となるように自動制御できる。
第５図に示したケースとは逆に、検出タイミングＤＴの周期がサイクル毎に長くなる場合は、パルス幅の広い駆動パルスを供給しても第１ピークの検出に与える影響は少なく、駆動パルスの実効電力を大きくすることによりロータ１３の回転速度を加速することができる。このように駆動パルスＰＷの幅Ｗを制御することにより、第１１ピークの検出を確実なものにすると共に、ステッピングモータが適当な速さで早送りされるように自動制御することが可能となる。
さらに、第５図において、駆動パルスＰＷのパルス幅がＷ０からＷ１と狭くなると、その後の逆誘起電圧が発生するタイミングも早くなる。このため、マスク時間τもτ０からτ１と短くしており、時刻ｔ８からマスク時間τ１が経過した時刻ｔ９にチョッパ増幅を開始し、時刻ｔ１０に出力される第１ピークを確実に捉えて検出タイミングＤＴが得られるようにしている。
時刻ｔ８から始まるサイクルでは、駆動パルスＰＷが出力された時刻ｔ８から検出タイミングＤＴまでのインターバルＩ３がさらに短くなっている。このため、次に時刻ｔ１１から始まるサイクルでは、さらにパルス幅が狭くなったパルス幅Ｗ２の駆動パルスＰＷが出力される。そして、時刻ｔ１２に検出タイミングＤＴが得られると、パルス幅Ｗ２に対して設定された短縮された遅延時間ｄ１が経過した後に次のサイクルが開始され、駆動パルスＰＷが出力される。このように、本例の自励駆動では、１つの駆動パルスＰＷを供給するサイクルの時間が変化するので、ロータ１３の揺れている向き（振動方向）と合わせて次の駆動パルスＰＷを供給できるように遅延時間ｄも駆動パルスＰＷのパルス幅などによって選択できるようにしておくことが望ましい。検出タイミングから適当な遅延時間ｄが経過後に次の駆動パルスＰＷを供給することにより、ロータの振動方向と駆動パルスによる進行方向（駆動方向）を合わせてロータが回り易くすることが可能であり、ロータ１３に加えるエネルギーをセーブでき、早送り時の消費電力を低減することができる。
駆動パルスＰＷのパルス幅を調整する方法は幾つか考えられる。駆動パルスＰＷがインターバルＩ１あるいはＩ２に匹敵する程度の長いと、安定位置Ｂを過ぎたロータ１３の回転に対してブレーキになる可能性がある。そこで、直前のインターバルＩ１と比較し、駆動パルスＰＷのパルス幅を短くすることが望ましい。このため、カウントされるインターバルＩｉ（ｉ番目のインターバル）に対し所定の時間ｉ０を決定しておき、ｉ＋１番目あるいはそれ以降の駆動パルスのパルス幅Ｗを（Ｉｉ−ｉ０）に制御することが考えられる。あるいは、適当な比率α（０＜α＜１）を設定しておき、Ｉ×αを次の駆動パルスＰＷの幅にすることが考えられる。また、駆動パルスＰＷのパルス幅を段階的に選択できるように成っている場合は、インターバルＩｉが短くなるとパルス幅の短い駆動パルスに段階的に切り替えて供給するような制御も考えられる。
また、本例の計時装置１は、発電装置４０を内蔵しているので、駆動回路３０に供給される供給電圧が変動する。また、１次電池を採用している電子機器であっても消費量によって供給電力が変動することがある。このような場合は昇降圧回路４９によって、電圧の変動をある程度に抑えることも可能であるが、段階的に電圧を調整できるにすぎない。従って、供給電圧が高くなると駆動パルスＰＷの実効電力が増加してロータ１３の速度が上昇し、駆動パルスと第１ピークとの分離が難しくなり、過渡電流、スパイクノイズの影響などが現れ易くなる。このため、本例の制御回路２５は、電源装置の供給電圧を監視し、供給電圧が高くなると、パルス幅Ｗの狭い駆動パルスＰＷを供給し、検出タイミングＤＴが確実に得られるようにしている。一方、電源装置の供給電圧が低くなると、パルス幅の広い駆動パルスＰＷを供給して実効電力を確保し、ロータ１３の回転速度を上げて十分な強度の逆誘起電圧が得られるようにすることが望ましい。このようなパルス幅の制御は、電圧が高くなるとパルス幅が狭くなって実効電力の小さな駆動パルスが供給され、電圧が低くなるとパルス幅が広くなって実効電力の大きな駆動パルスが供給されるので、早送り速度を一定に保つという点でも効果がある。
電源装置の供給電圧がさらに低くなってロータ１３の回転速度が低下し、逆誘起電圧が低くなるとレベル検出ができなくなる。このため、制御回路２５は、電源部４１の電圧が非常に低くなると、固定周期で駆動パルスＰＷを供給する定期駆動モードに移行し、検出タイミングＤＴが得られなくても早送り用の駆動パルスを一定のタイミングで供給し、早送りを継続できるようになっている。
すなわち、第１ピークＰＰ１を検出して回転の有無を判断して次の駆動パルスＰＷを出力する自励駆動モードにおいては、検出タイミングＤＴが得られないと次の駆動パルスを供給するサイクルに入れなくなってしまう。そこで、本例の制御回路は、検出回路７５から検出タイミングＤＴが得られないときは、ロータ１３が回転したものとして一定の時間経過後に直前の駆動パルスＰＷと極性の異なる次の駆動パルスを供給し、早送り速度を保持できるようにしている。
検出タイミングＤＴが得られないときの処理は、これに限定されることはなく、一定の時間経過後に直前の駆動パルスＰＷと同極性の実効電力が十分に大きな補助パルスＰ２を供給しても良い。これにより、確実にロータを回転させることができ、運針ミスの発生を未然に防止できる。あるいは、ロータ１３が回転せず揺れる程度の駆動パルスを供給してその逆誘起電圧を検出する磁極位置検出処理を実行し、ロータ１３の位置を明確に確かめた後に、その位置に適した極性の駆動パルスを供給して早送りを継続することも可能である。
逆に、検出タイミングＤＴが得られないときは、自励駆動モードの速度では早送りがされていないものとして、通常速度の運針時と同様のタイミングでロータの動きを捉えることも可能である。例えば、ロータ１３の動きに起因する逆誘起電圧の第２ピークＰＭ２あるいはＰＰ２を検出して回転の有無を判断することも可能である。そして、ロータ１３が回転していないときは、制御回路２５から実効電力の十分に大きな補助パルスＰ２を供給できるようにすると共に、直前の駆動パルスよりも、段階的に大きな実効電力の駆動パルスを供給して通常運針時と同様のパルス幅制御を早送りに取り入れることも可能である。さらに、ロータを安定して駆動できる実効電力の駆動パルスが得られると第１ピークＰＰ１を検出する自励駆動モードに変更して早送り速度を増すようにしても良い。
〔早送り開始時〕
第６図に、自励駆動を開始するときの処理の一例を示してある。自励駆動において、逆誘起電圧の第１ピークＰＰ１を確実に検出するためには、第１ピークの値が大きいことが望ましい。しかしながら、早送り開始時（起動時、駆動開始の１発目の駆動パルスもしくはその後の数発のパルスを含めた時）には、ロータ１３の速度が小さいので逆誘起電力は小さく、第１ピークも低い。従って、第１ピークの検出確率は低く成りやすい。このため、本例では、供給電圧を昇降圧回路４９によって昇圧し、時刻ｔ２１に後続の接続パルスＰＷの電圧Ｖ１より高い電圧Ｖ０の駆動パルスＰＷを出力し、ロータ１３を加速するようにしている。従って、時刻ｔ２２に検出レベルＬに達する十分に強度の高い逆誘起電圧が得られ、検出タイミングＤＴを得ることができる。このため、時刻ｔ２２を次のサイクルの起点として自励駆動を行うことが可能であり、適当な遅延時間ｄが経過した後に早送り用として通常の電圧Ｖ１の駆動パルスＰＷを出力して早送りを継続することができる。
早送り開始時の処理は本例に限定されず、例えば、早送り開始時の逆誘起電圧が低いことを考慮して検出レベルＬを下げて早送り開始時の逆誘起電圧を判定できるようにすることも可能である。また、早送り開始時に制御回路２５は、自励駆動モードではなく、定期的に駆動パルスを供給する定期駆動モードを選択し、ある程度の速度にロータ１３が達した後に自励駆動モードに移行するようにしてももちろん良い。
また、早送り開始時の運針ミスを防止するには、早送りを開始する直前に行っていた通常運針用の駆動パルスＰ１の実効電力を参照し、その実効電力と同等または大きな実効電力の駆動パルスＰＷを供給して確実にロータが回転するようにすることが望ましい。
さらに、早送り開始時はステータ１２に直前の駆動パルスＰ１による残留磁束があるとロータ１３の速度が上がり難い。そこで、制御回路２５から、早送り開始時に直前の通常回転用の駆動パルスＰ１と逆極の消磁パルスＰＥを供給し、ステータ１２を消磁しロータ１３を増速できるようにする処理を行っても良い。
また、第７図に示すように、制御回路２５がパルス幅など実効電力が段階的に異なる複数の駆動パルスＰＷ１〜ＰＷｎを供給可能な機能を備えている場合は、まず、ステップＳＴ１で駆動パルスＰＷとして最も実効電力の小さなものを選択し、ステップＳＴ２でそれを供給した後にステップＳＴ３でロータ１３の位置を検出する。そして、ロータ１３が回転していれば、ステップＳＴ４でその実効電力の駆動パルスを採用して早送りを開始する。一方、ロータ１３が回転していなければステップＳＴ５で次の実効電力の駆動パルスを選択して供給する。これらのステップをロータ１３が回転するまで続けることにより、最も実効電力の小さな駆動パルスで早送りを開始することができる。逆に、実効電力の大きな駆動パルスの側から順番に供給し、ロータ１３が回転しなくなったところで、その直前のロータ１３が回転する最小限の実効電力の駆動パルスを選択して供給するようにすることも可能である。
〔早送り終了時〕
第８図に、自励駆動を終了するとき、すなわち、早送り駆動を終了ときに最後に供給される駆動パルスもしくはその前の数パルスを供給するときの処理の一例を示してある。本例の計時装置１においては、早送りは時刻合わせなどに用いられるので、早送りを所定の時刻で終了することが望ましい。すなわち、早送りの終了時に過回転することなくステッピングモータ１０を停止して運針ミスなく通常運針に移行することが必要である。そこで、本例では、制御回路２５から、早送り終了時に実効電力の十分に大きな補助パルスＰ２と、さらに、ロータ１３の逆誘起電力を回生する回生パルスＰｒを供給してロータの動きを規制している。さらに、それに先立って、複数のサブパルスＰＳに分解された実効電力の大きな駆動パルスＰＷを供給してロータ１３の回転速度を落とし、スムーズに停止できるようにしている。もちろん、回生パルスＰｒと駆動パルスＰＷの組み合わせで早送りを終了することも可能であり、また、回生パルスＰｒだけで早送りを終了することも可能である。
本例の制御回路２５は、時刻ｔ３１に検出タイミングＤＴが得られると停止モードに入り、適当な遅延時間ｄ３後の時刻ｔ３２に複数のサブパルスＰＳを備えた実効電力の大きな停止用の櫛歯状の駆動パルスＰＷが供給される。この駆動パルスによってロータ１３が駆動パルスによって拘束される時間が長くなるので、ロータ１３の回転速度が徐々に低下し、停止し易い状況を作ることができる。もちろん、パルス幅の広い実効電力の大きな駆動パルスを用いて同様の処理を行うことができる。
適当なマスク時間τが経過した時刻ｔ３３にチョッパ増幅を行って逆誘起電圧を検出し、時刻ｔ３４に検出タイミングＤＴを得る。そして、本例においては、前のサイクルよりも長い遅延時間ｄ４が経過した後に停止用の駆動パルスＰＷを供給し、ロータ１３の揺れているタイミングと駆動パルスの供給されるタイミングをずらしてロータ１３が保持している回転エネルギーを削減し、ロータの速度を低下するようにしている。
若干長い遅延時間ｄ４が経過した時刻ｔ３５に次の停止用の駆動パルスＰＷが供給され、マスク時間τが経過した時刻ｔ３６にチョッパ増幅を開始して逆誘起電圧の検出を行う。そして、時刻ｔ３７に増幅された逆誘起電圧が検出レベルＬに達して検出タイミングが得られると、遅延時間が経過した時刻ｔ３８に最終的にロータ１３を停止するために補助パルスＰ２を供給し、続いて時刻ｔ３９に回生パルスＰｒを供給する。補助パルスＰ２は非常にパルス幅の広い実効電力の大きなパルスであり、確実にロータ１３を次のステッピングアングルに回転できると共に、そのステッピングアングルに拘束することができる。そして、回生パルスＰｒを続いて供給することにより、ロータ１３の揺れているエネルギーを回生することができ、ロータ１３をより安定させることができる。
このようにして、回生パルスＰｒが停止する時刻ｔ４０には、ロータ１３をほぼ所定のステッピングアングルに停止させることができ、引き続いて通常の１Ｈｚの運針を開始できる。
早送りを終了する処理はこれに限定されず、制御回路が早送り終了時には、自励駆動モードから、検出タイミングによらずに定期的な駆動パルスを供給する定期駆動モードに移行し、適当な速度で安定した状態でロータを回転した後に早送りを停止することも可能である。
さらに、早送り終了時に、時計針や輪列等のステッピングモーターによって駆動される被駆動装置の慣性の影響を防止するように、ステッピングモーターの回転力を針などの被駆動装置に伝達する経路（輪列）に逆伝達効率の低い伝達装置を用いることが望ましい。逆伝達効率の低い伝達装置の技術は、例えば、特開昭５５−１８９２５号、特開昭５５−１７２７５号などに記載されている。
また、このような自励駆動モードは逆方向に早送り（逆送り）する場合にも用いることができる。逆送りを開始する際は、検出回路７５で逆誘起電圧に基づき逆方向に旋回開始可能な第２の検出タイミングを設定し、そのタイミングで逆転開始用の駆動パルスを供給することができる。また、制御回路で、逆転開始前に最初の逆転用の駆動パルスと逆極性で実効電力の小さな逆転用の補助パルスを供給してロータ１３が逆方向に回り易いように反動をつけることも有用である。
〔駆動パルスの停止制御〕
第９図および第１０図に、逆誘起電圧を検出して駆動パルスＰＷのパルス幅を制御できる例を示してある。上述したように、検出タイミングＤＴを得ることにより、ロータ１３が所定の位置まで回ったことを認識できるので、検出タイミングＤＴが得られてから駆動パルスＰＷを停止する（高レベルから低レベルにする）停止タイミングを設定することによってより確実にロータ１３の制御が可能になる。第９図に、本例において得られる駆動パルスＰＷと、逆誘起電圧との関係を示してある。本例では、駆動パルスＰＷが供給されて、第１ピークＰＰ１が検出された後に、駆動パルスＰＷを停止している。従って、駆動パルスＰＷを停止する際のスパイクＳは第１ピークＰＰ１よりも後に現れるので、スパイクＳの影響も防止できる。
第１０図に駆動パルスの停止制御も含めた自励駆動モードの処理の一例を示してある。時刻ｔ５１に駆動パルスＰＷが出力されると、適当なマスク時間τ５が経過した時刻ｔ５２に制御信号φｔ１に基づいてチョッパパルスが出力される。このチョッパパルスによって増幅された逆誘起電圧のレベルが信号φｋ１に表れる。マスク時間τ５は、駆動パルスＰＷが出力された際のスパイクノイズや他のノイズを拾わない適当な時間にセットすることが可能である。時刻ｔ５３に増幅された逆誘起電圧のレベルが検出レベルＬに達すると検出タイミングＤＴが得られる。本例においては、この検出タイミングＤＴが得られたときを駆動パルスＰＷの停止タイミングとしており、時刻ｔ５３に駆動パルスＰＷを停止し、同時に次の駆動パルスＰＷを出力するサイクルに入る。このように、本例では、検出タイミングＤＴによって駆動パルスの停止タイミングが決定されると共に、次の駆動パルスの出力タイミングも決定される。
検出タイミングＤＴから適当な遅延時間ｄ５が経過した時刻ｔ５４が次の駆動パルスＰＷが出力タイミングとして判断され、駆動パルスＰＷが出力される。この駆動パルスＰＷに対しても、上記と同様に時刻ｔ５５に検出タイミングＤＴが得られると、これが停止タイミングとなって駆動パルスＰＷを停止する。次のサイクルも同様に行われるが、駆動パルスが出力された時刻ｔ５６に対し、何らかの原因によって増幅された逆誘起電圧が検出レベルＬに到達するのが遅れると、検出タイミングが時刻ｔ５７になる。従って、停止タイミングは時刻ｔ５７まで延長され、この間は駆動パルスＰＷが継続して出力され、パルス幅Ｗの広い駆動パルスＰＷが結果として出力される。
このように、本例の自励駆動モードにおいては、駆動パルスＰＷを出力する出力タイミングが検出タイミングＤＴに依存して設定され、さらに、駆動パルスＰＷを停止する停止タイミングも検出タイミングＤＴに依存して設定される。このため、駆動パルスのタイミングおよびパルス幅Ｗの両方をロータの状況に適した設定で駆動することが可能であり、確実にロータ１３を回転でき、逆転などが発生するのを未然に防止できる。従って、いっそう安定した高速の早送りが可能となる。また、供給電圧が変動したり、ロータの負荷トルクが変動する場合でも、それらの影響を加味した十分な実効電力の駆動パルスを自動的にステッピングモータに供給することができるので、非常に安定度の高い早送り駆動が可能となる。
本例では、駆動用コイル１１の他に検出用コイル７１を設けた例で説明しているが、駆動用コイル１１を用いて駆動パルス供給中に検出タイミングを得ることも可能である。このためには、制御回路２５から複数のサブパルスを備えた駆動パルスを供給し、サブパルス同士の合間で駆動パルスの影響がない、あるいは少ない状態でロータ１３の回転に起因する逆誘起電力を検出すれば良い。
また、何らかの原因で検出タイミングが得られないとき、例えば、時刻ｔ５８に駆動パルスＰＷが出力され、マスク時間τ５が経過した時刻ｔ５９からチョッパパルスによって逆誘起電圧が増幅されても検出レベルＬに到達しないときは、パルス幅の最大値Ｗｍａｘが経過した時刻ｔ６０に駆動パルスを強制的に停止する。そして、駆動パルスが出力された時刻ｔ５８から適当な最大インターバルＩｍａｘが経過した時刻ｔ６１に次の駆動パルスＰＷを出力する。このようにして、制御回路２５で一定の時間経過後に駆動パルスを停止し、次のサイクルに移行することで早送りを継続することができる。
また、このような自励駆動モードにおいては、早送り終了時に、検出タイミングから駆動パルスを停止するまでに適当な遅延時間を設定して駆動パルスのパルス幅を強制的に延ばしてロータ１３の速度を徐々に下げることができる。
以上のように、本例の計時装置１は、ロータ１３の動きに起因する逆誘起電圧を検出して、最初のピーク（第１ピーク）のタイミング（検出タイミング）を捉え、その検出タイミングでその後の駆動パルスを出力するタイミングを制御している。さらに、上記では、駆動パルスのパルス幅自体を検出タイミングで制御できるようにしている。従って、ロータ１３を確実に回転できると共に、ロータ１３の回転速度に合わせたタイミングで駆動パルスを供給することができる。このため、少ない消費電力で安定した高速の早送りを行うことができる。
なお、上記において説明したそれぞれの駆動パルスＰＷ、チョッパパルス、補助パルスＰ２などの波形は例示であり、計時装置に採用されたステッピングモータ１０の特性などに合わせて設定できることはもちろんである。また、上記の例では、計時装置に好適な２相のステッピングモータを例に本発明を説明しているが、３相以上のステッピングモータに対しても本発明を同様に適用できることはもちろんである。また、各相に共通した制御を行う代わりに、各相毎の適したパルス幅およびタイミングで駆動パルスを供給することも可能である。また、ステッピングモータの駆動方式は、１相励磁に限らず、２相励磁あるいは１−２相励磁であっても良いことはもちろんである。さらに、本発明は腕時計装置などの計時装置に限らず、クロノグラフなどの多機能時計やその他のステッピングモータを内蔵した電子機器においても本発明を適用できることはもちろんである。
産業上の利用の可能性
以上に説明したように、本発明においては、逆誘起電力の最初のピークを捉えてロータの位置を判断し、そのロータの位置に適したタイミングで、無駄な時間を経過することなく次の駆動パルスを供給できるようにしている。従って、ステッピングモータの早送りを高速で安定して行うことができ、時刻合わせをステッピングモータを用いて自動的に行う機能を備えた計時装置などに適した電子機器を提供できる。
【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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