ステッピングモータ制御回路及びアナログ電子時計
【課題】回転状況に応じた回転検出動作を行うことによって回転検出精度を向上すること。
【解決手段】主駆動パルスによってステッピングモータを回転駆動した後の回転検出時間Ｔ２において、高インピーダンス素子及び前記ステッピングモータの駆動コイルを含む第１閉回路と低インピーダンス素子及び前記駆動コイルを含む第２閉回路とを所定時間比で交互に切り換えることによって前記ステッピングモータが発生する誘起信号ＶＲｓを検出し、誘起信号ＶＲｓが所定の基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えたか否かに基づいて前記ステッピングモータが回転したか否かを判定して前記ステッピングモータを回転制御するステッピングモータ制御回路において、回転検出時間Ｔ２を第１デューティ区間と前記第１デューティ区間よりも後の第２デューティ区間に区分し、前記第１閉回路と第２閉回路の構成時間比であるデューティ比を第１デューティ区間よりも第２デューティ区間において小さくする。
【解決手段】主駆動パルスによってステッピングモータを回転駆動した後の回転検出時間Ｔ２において、高インピーダンス素子及び前記ステッピングモータの駆動コイルを含む第１閉回路と低インピーダンス素子及び前記駆動コイルを含む第２閉回路とを所定時間比で交互に切り換えることによって前記ステッピングモータが発生する誘起信号ＶＲｓを検出し、誘起信号ＶＲｓが所定の基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えたか否かに基づいて前記ステッピングモータが回転したか否かを判定して前記ステッピングモータを回転制御するステッピングモータ制御回路において、回転検出時間Ｔ２を第１デューティ区間と前記第１デューティ区間よりも後の第２デューティ区間に区分し、前記第１閉回路と第２閉回路の構成時間比であるデューティ比を第１デューティ区間よりも第２デューティ区間において小さくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータ制御回路及び前記ステッピングモータ制御回路を用いたアナログ電子時計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ロータ収容孔及びロータの停止位置を決める位置決め部を有するステータと、前記ロータ収容孔内に配設されたロータと、駆動コイルとを有し、前記駆動コイルに交番信号を供給して前記ステータに磁束を発生させることによって前記ロータを回転させると共に、前記位置決め部に対応する位置に前記ロータを停止するようにしたステッピングモータがアナログ電子時計等に使用されている。
【０００３】
従来のステッピングモータ制御回路では、前記ステッピングモータが回転したか否かを検出する場合、主駆動パルスによってステッピングモータを回転駆動した後の回転検出時間において、高インピーダンス素子及び前記ステッピングモータの駆動コイルを含む第１閉回路と、低インピーダンス素子及び前記駆動コイルを含む第２閉回路とを所定時間比で交互に切り換えることによって前記ステッピングモータが発生する誘起信号ＶＲｓを増幅して検出するように構成している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
前記ステッピングモータが回転したときには誘起信号ＶＲｓの最大値Ｖｍａｘが所定の基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超え（図９参照）、回転しなかったときには誘起信号ＶＲｓが基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐ以下となる（図１０参照）。したがって、誘起信号ＶＲｓが基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えたか否かによって回転したか否かを判定し、非回転のときには、主駆動パルスＰ１よりも駆動エネルギの大きい補正駆動パルスＰ２により駆動することによって強制的に回転させ、正常運針を実現している。
【０００５】
第１閉回路を構成する時間と第２閉回路を構成する時間との比（デューティ比）を大きく（即ち、第１閉回路を構成する時間を長く）して誘起信号ＶＲｓを出力させている間は、制動効果が小さくなる。
前記デューティ比が大きいときにモーメントの大きい時刻針を装着している場合、非回転の場合には本来は回転速度が遅く誘起信号ＶＲｓ出力が小さくなるはずであるが、十分な制動をきかせることができないため、回転検出時間の後半において高い誘起信号ＶＲｓが生じてしまい、回転誤検出（非回転なのに回転と検出し、運針ミス）が生じるという問題がある（図１１参照）。
【０００６】
逆にデューティ比を小さく（即ち、第１閉回路を形成する時間を短く）した場合、本来であれば回転時には高い誘起信号ＶＲｓが生じるはずであるが、制動が大きいため誘起信号ＶＲｓの増幅効果が小さくなって十分な増幅ができず誘起信号ＶＲｓが低くなってしまい、回転誤検出（回転なのに非回転と検出し、無駄な補正駆動パルスＰ２による駆動出力で消費電流大）が生じるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５５−８７９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記問題点に鑑み成されたもので、回転状況に応じた回転検出動作を行うことによって回転検出精度を向上することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、主駆動パルスによってステッピングモータを回転駆動した後の回転検出時間において、高インピーダンス素子及び前記ステッピングモータの駆動コイルを含む第１閉回路と低インピーダンス素子及び前記駆動コイルを含む第２閉回路とを所定時間比で交互に切り換えることによって前記ステッピングモータが発生する誘起信号を検出し、前記誘起信号が所定の基準しきい電圧を超えたか否かに基づいて前記ステッピングモータが回転したか否かを判定して前記ステッピングモータを回転制御する制御手段を備えたステッピングモータ制御回路において、前記回転検出時間を第１区間と前記第１区間よりも後の第２区間に区分し、前記制御手段は、前記第１閉回路と第２閉回路の構成時間比であるデューティ比を、前記第１区間と第２区間とで異ならせることを特徴とするステッピングモータ制御回路が提供される。
【００１０】
また本発明によれば、時刻針を回転駆動するステッピングモータと、前記ステッピングモータを制御するステッピングモータ制御回路とを有するアナログ電子時計において、前記ステッピングモータ制御回路として、前記記載のステッピングモータ制御回路を用いたことを特徴とするアナログ電子時計が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るステッピングモータ制御回路によれば、回転状況に応じた回転検出動作を行うことが可能になる。
本発明に係るアナログ電子時計によれば、回転状況に応じた回転検出動作を行うことが可能になるため、正確な運針動作を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計に使用するステッピングモータの構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計及びステッピングモータ制御回路の部分詳細回路図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計及びステッピングモータ制御回路の動作を説明するための説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計及びステッピングモータ制御回路の動作を説明するための説明図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計及びステッピングモータ制御回路の動作を説明するための信号波形図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計及びステッピングモータ制御回路の動作を説明するための信号波形図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係るアナログ電子時計及びステッピングモータ制御回路の動作を説明するための信号波形図である。
【図９】従来のアナログ電子時計の動作を説明するための信号波形図である。
【図１０】従来のアナログ電子時計の動作を説明するための信号波形図である。
【図１１】従来のアナログ電子時計の動作を説明するための信号波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路及びアナログ電子時計について説明する。尚、各図において同一部分には同一符号を付している。
図１は、本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路を用いたアナログ電子時計のブロック図で、アナログ電子腕時計の例を示している。
図１において、アナログ電子時計は、ステッピングモータ制御回路１０１、時刻針等を回転駆動するステッピングモータ１０２、電池によって構成された電源１０３を備えている。
【００１４】
ステッピングモータ制御回路１０１は、主駆動パルスＰ１によってステッピングモータ１０２を回転駆動した後の回転検出時間において、高インピーダンス素子及びステッピングモータ１０２の駆動コイルを含む第１閉回路と低インピーダンス素子及び前記駆動コイルを含む第２閉回路とを所定時間比（デューティ比）で交互に切り換えることによってステッピングモータ１０２が発生する誘起信号ＶＲｓを検出し、前記誘起信号ＶＲｓが所定の基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えたか否かに基づいてステッピングモータ１０２が回転したか否かを判定してステッピングモータ１０２を回転制御する方式のステッピングモータ制御回路である。
【００１５】
ステッピングモータ制御回路１０１は、所定周波数の信号を発生する発振回路１０４、発振回路１０４で発生した信号を分周して計時の基準となる時計信号を発生する分周回路１０５、電子時計を構成する各電子回路要素の制御や駆動パルスの変更制御等の制御を行う制御回路１０６、制御回路１０６からの制御信号に対応する駆動パルスによってステッピングモータ１０２を回転制御する駆動パルス回路１０７、ステッピングモータ１０２が主駆動パルスＰ１によって回転駆動された場合に回転状況を表す誘起信号ＶＲｓを検出する回転検出手段１０８を備えている。
ここで、発振回路１０４、分周回路１０５、制御回路１０６、駆動パルス回路１０７及び回転検出手段１０８は制御手段を構成している。
【００１６】
回転検出時間Ｔ２を第１区間と前記第１区間よりも後の第２区間に区分し、制御手段は、高インピーダンス素子及びステッピングモータの駆動コイルを含む第１閉回路と低インピーダンス素子及び前記駆動コイルを含む第２閉回路の構成時間比であるデューティ比を、前記第１区間と第２区間とで異ならせることができる。また制御手段は、前記デューティ比を前記第１区間よりも第２区間において小さくすることができる。また、回転検出時間Ｔ２の前に回転の有無判定に利用しないマスク時間Ｔ１を有することができる。また、制御手段は、マスク時間Ｔ１内において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓを検出したとき、回転検出時間Ｔ２の第２区間において、前記デューティ比を所定量小さくすることができる。
【００１７】
図２は、本発明の実施の形態に使用するステッピングモータ１０２の構成図で、アナログ電子時計で一般的に用いられている時計用ステッピングモータの例を示している。
図２において、ステッピングモータ１０２は、ロータ収容用貫通孔２０３を有するステータ２０１、ロータ収容用貫通孔２０３に回転可能に配設されたロータ２０２、ステータ２０１と接合された磁心２０８、磁心２０８に巻回されたコイル２０９を備えている。ステッピングモータ１０５をアナログ電子時計に用いる場合には、ステータ２０１及び磁心２０８はネジまたはカシメ（図示せず）によって地板（図示せず）に固定され、互いに接合される。コイル２０９は、第１端子ＯＵＴ１、第２端子ＯＵＴ２を有している。
【００１８】
ロータ２０２は、２極（Ｓ極及びＮ極）に着磁されている。磁性材料によって形成されたステータ２０１の外端部には、ロータ収容用貫通孔２０３を挟んで対向する位置に複数（本実施の形態では２個）の切り欠き部（外ノッチ）２０６、２０７が設けられている。各外ノッチ２０６、２０７とロータ収容用貫通孔２０３間には可飽和部２１０、２１１が設けられている。
可飽和部２１０、２１１は、ロータ２０２の磁束によっては磁気飽和せず、コイル２０９が励磁されたときに磁気飽和して磁気抵抗が大きくなるように構成されている。ロータ収容用貫通孔２０３は、輪郭が円形の貫通孔の対向部分に複数（本実施の形態では２つ）の半月状の切り欠き部（内ノッチ）２０４、２０５を一体形成した円孔形状に構成されている。
【００１９】
切り欠き部２０４、２０５は、ロータ２０２の停止位置を決めるための位置決め部を構成している。コイル２０９が励磁されていない状態では、ロータ２０２は、図２に示すように前記位置決め部に対応する位置、換言すれば、ロータ２０２の磁極軸Ａが、切り欠き部２０４、２０５を結ぶ線分と直交するような位置（角度θ０位置）に安定して停止している。
いま、駆動パルス回路１０７から矩形波の駆動パルスをコイル２０９の端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間に供給して（例えば、第１端子ＯＵＴ１側を正極、第２端子ＯＵＴ２側を負極）、図２の矢印方向に電流ｉを流すと、ステータ２０１には破線矢印方向に磁束が発生する。これにより、可飽和部２１０、２１１が飽和して磁気抵抗が大きくなり、その後、ステータ２０１に生じた磁極とロータ２０２の磁極との相互作用によって、ロータ２０２は図２の実線矢印方向に１８０度回転し、磁極軸Ａが角度θ１方向を向いて安定的に停止する。
【００２０】
次に、駆動パルス選択回路１０４から、逆極性の矩形波の駆動パルスをコイル２０９の端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に供給して（前記駆動とは逆極性となるように、第１端子ＯＵＴ１側を負極、第２端子ＯＵＴ２側を正極）、図２の反矢印方向に電流を流すと、ステータ２０１には反破線矢印方向に磁束が発生する。これにより、可飽和部２１０、２１１が先ず飽和し、その後、ステータ２０１に生じた磁極とロータ２０２の磁極との相互作用によって、ロータ２０２は前記と同一方向に１８０度回転し、磁極軸Ａが角度θ０の位置で安定的に停止する。
以後、このように、コイル２０９に対して極性の異なる信号（交番信号）を供給することによって、前記動作が繰り返し行われて、ロータ２０２を１８０度ずつ矢印方向に連続的に回転させることができるように構成されている。
【００２１】
図３は、駆動パルス回路１０７及び回転検出手段１０８の一部を示す詳細回路図である。また、図４及び図５はステッピングモータ１０２の回転を検出する回転検出動作の動作説明図である。
図３において、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＱ３、Ｑ４は駆動パルス回路１０７の構成要素で、トランジスタＱ１及びトランジスタＱ３のドレイン接続点と、トランジスタＱ２及びトランジスタＱ４のドレイン接続点との間には、ステッピングモータ１０２のコイル２０９が接続されている。
【００２２】
一方、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＱ３〜Ｑ６、トランジスタＱ５に直列接続された高インピーダンス素子である検出用抵抗器３０１、トランジスタＱ６に直列接続された高インピーダンス素子である検出用抵抗器３０２は回転検出手段１０８の構成要素である。
各トランジスタＱ１〜Ｑ６のゲートは制御回路１０６によって制御され、これによって各トランジスタＱ１〜Ｑ６はオン／オフ制御される。検出用抵抗器３０１とコイル２０９の接続点ＯＵＴ２、及び、検出用抵抗器３０２とコイル２０９の接続点ＯＵＴ１は、回転検出手段１０８内のコンパレータ（図示せず）の入力部に接続されている。また、前記コンパレータの基準入力部には、予め定めた所定の基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐが入力され、前記コンパレータによって誘起信号ＶＲｓが前記基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えたか否かを判定する。
【００２３】
尚、トランジスタＱ３は第１スイッチ素子、トランジスタＱ１は第２スイッチ素子、トランジスタＱ４は第３スイッチ素子、トランジスタＱ２は第４スイッチ素子、トランジスタＱ５は第５スイッチ素子、トランジスタＱ６は第６スイッチ素子、検出用抵抗３０１は第１検出用素子、検出用抵抗３０２は第２検出用素子を構成している。トランジスタＱ５と検出用抵抗３０１は第１直列回路を構成し、又、トランジスタＱ６と検出用抵抗３０２は第２直列回路を構成している。また、回転検出時にはトランジスタＱ３、Ｑ４は低インピーダンス素子として機能する。
【００２４】
ステッピングモータ１０２を回転駆動する回転駆動時間においてステッピングモータ１０２を回転駆動する場合には、制御回路１０６からの回転駆動用制御信号に応答して、トランジスタＱ２、Ｑ３を同時にオン状態とする、あるいは、トランジスタＱ１、Ｑ４を同時にオン状態とすることによってコイル２０９に対して正方向あるいは逆方向に電流を供給し、これによってステッピングモータ１０２を回転駆動する。
前記回転駆動時間の後の回転検出時間Ｔ２において回転駆動によってステッピングモータ１０２に生じる誘起信号ＶＲｓを検出する場合、制御回路１０６からの回転検出用制御信号に応答して、トランジスタＱ４、Ｑ５をオンに保持した状態で、トランジスタＱ３を所定周期でオン／オフスイッチング制御することによって検出用抵抗３０１に発生する誘起信号ＶＲｓを取り出して基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐと比較する、あるいは、トランジスタＱ３、Ｑ６をオンに保持した状態で、トランジスタＱ４を所定周期でオン／オフスイッチング制御することによって検出用抵抗３０２に発生する誘起信号ＶＲｓを取り出して基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐと比較する。これにより、回転検出手段１０８はステッピングモータ１０２が発生する誘起信号ＶＲｓを増幅して検出し、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐと比較することによって回転したか否かの判定を行う。
【００２５】
即ち、前者の回転検出時間においては、制御回路１０６からの回転検出用制御信号に応答して、トランジスタＱ４、Ｑ５をオンに保持した状態でトランジスタＱ３をオフにする状態（高インピーダンス素子である抵抗３０１及びステッピングモータの駆動コイル２０９を含む第１閉回路を構成する状態（図４参照））と、トランジスタＱ４、Ｑ５をオンに保持した状態でトランジスタＱ３をオンにする状態（低インピーダンス素子であるトランジスタＱ３及び駆動コイル２０９を含む第２閉回路を構成する状態（図５参照））とを所定時間比で交互に切り換えることによってステッピングモータ１０２が発生する誘起信号ＶＲｓを増幅して検出し、誘起信号ＶＲｓが所定の基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えたか否かに基づいてステッピングモータ１０２が回転したか否かを判定してステッピングモータ１０２を回転制御する。
【００２６】
本実施の形態では、主駆動パルスＰ１による回転駆動時間の直後に、回転したか否かの判定に利用しない期間であるマスク時間Ｔ１を設け、マスク時間Ｔ１の後に、回転判定に利用する時間である回転検出時間Ｔ２を設けている。回転検出時間Ｔ２を複数の区間（本実施の形態では第１区間（第１デューティ区間）と第１区間よりも後の第２区間（第２デューティ区間））に区分し、各デューティ区間において、第１閉回路構成時間と第２閉回路構成時間との比であるデューティ比が異なるように構成している。尚、マスク時間Ｔ１は回転駆動直後のノイズ等によって誤回転検出が生じるのを防止するためのものであり、必ずしも必要なものではない。
【００２７】
図４の状態では、トランジスタＱ４、Ｑ５、検出用抵抗３０１、駆動コイル２０９によって第１閉回路が構成されるためステッピングモータ１０２には制動がかからない。その一方、図５の状態では、トランジスタＱ３、Ｑ４及びコイル２０９によって第２閉回路が構成されて駆動コイル２０９が短絡されるためステッピングモータ１０２に制動がかかることになる。
図６、図７は、本発明の実施の形態の動作を説明するための信号波形図で、図６はステッピングモータ１０２が回転した場合の信号波形図、図７はステッピングモータ１０２が回転しなかった場合の信号波形図である。
【００２８】
図６において、主駆動パルスＰ１による駆動直度にマスク時間Ｔ１を設け、マスク時間Ｔ１の後に回転検出時間Ｔ２を設けている。マスク時間Ｔ１は前述したように、ステッピングモータ１０２が回転したか否かの判定に利用しない期間であり、マスク時間Ｔ１内で発生した誘起信号ＶＲｓが基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えている場合でも回転したとは判定しない。ステッピングモータ１０２の回転駆動直後に不安定な誘起信号ＶＲｓが発生する場合があり、これをマスク時間Ｔ１によって排除することにより、回転検出の精度を向上させている。また、後述するように、制御回路１０６はマスク時間Ｔ１内で発生した誘起信号ＶＲｓを利用してデューティ比を変化させている。
【００２９】
制御回路１０６は、回転検出時間Ｔ２において、誘起信号ＶＲｓの最大値Ｖｍａｘが基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えた場合は回転と判定し、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えなかった場合は非回転と判定する。
回転検出時間Ｔ２は、回転検出時のスイッチング動作のデューティ比が異なる２つの区間（第１デューティ区間、第２デューティ区間）に区分されている。本実施の形態では、デューティ比を第１デューティ区間よりも第２デューティ区間において小さくしている。
【００３０】
制御回路１０６は、駆動パルス回路１０７が主駆動パルスＰ１によってステッピングモータ１０２を回転駆動終了した後、マスク時間Ｔ１及び回転検出区間Ｔ２の第１デューティ区間において第１デューティ比で回転検出動作を行うように回転検出手段１０８を制御し、これに応答して回転検出手段１０８が誘起信号ＶＲｓの検出を行う。制御回路１０６は、第１デューティ期間終了後の第２デューティ区間において第２デューティ比で回転検出動作を行うように回転検出手段１０８を制御し、これに応答して回転検出手段１０８が誘起信号ＶＲｓの検出を行う。
【００３１】
図６に示すように、制御回路１０６は、回転検出手段１０８が回転検出時間Ｔ２において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓを検出した場合には回転と判定する。制御回路１０６は、回転検出手段１０８が回転検出時間Ｔ２において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓを検出しなかった場合には非回転と判定する。相互に駆動エネルギの異なる複数の主駆動パルスＰ１及び前記各主駆動パルスＰ１よりも駆動エネルギの大きい補正駆動パルスＰ２を予め用意しておいて回転状況に応じて駆動パルスを選択して駆動するように構成した補正駆動方式の場合、制御回路１０６は非回転と判定すると、補正駆動パルスＰ２によって回転駆動した後、主駆動パルスＰ１を１ランク駆動エネルギの大きい主駆動パルスＰ１に変更して次回駆動する。
このように、主駆動パルスＰ１による駆動によって回転する正常な動作状態では、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓは第１デューティ区間内で発生する傾向があり、第１デューティ区間におけるデューティ比を大きく設定しておくことでステッピングモータ１０２の自由振動に制動をかけることなく正確な誘起信号ＶＲｓの検出が可能になる。
【００３２】
一方、図７に示すように、制御回路１０６は、マスク時間Ｔ１において回転検出手段１０８が基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓを検出した場合は、主駆動パルスＰ１の駆動エネルギに余裕がなくなってきたことを示しているため次回の主駆動パルスＰ１による回転駆動時に非回転となる可能性が高くなっているので、回転検出時間Ｔ２内の第２デューティ区間におけるデューティ比が小さくなるように駆動パルス回路１０７を制御して制動を大きくする。回転検出手段１０８は、マスク期間Ｔ１において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓが検出された場合、第２デューティ区間において、前回よりも所定量だけ小さいデューティ比でスイッチング動作を行うことにより回転検出を行う。これにより、回転誤検出を防止することができる。
【００３３】
以上述べたように、本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路によれば、主駆動パルスＰ１によってステッピングモータ１０２を回転駆動した後の回転検出時間Ｔ２において、高インピーダンス素子及びステッピングモータ１０２の駆動コイル２０９を含む第１閉回路と低インピーダンス素子及び駆動コイル２０９を含む第２閉回路とを所定時間比で交互に切り換えることによってステッピングモータ１０２が発生する誘起信号ＶＲｓを検出する回転検出手段１０８を有し、誘起信号ＶＲｓが所定の基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えたか否かに基づいてステッピングモータ１０２が回転したか否かを判定してステッピングモータ１０２を回転制御するステッピングモータ制御回路１０１において、制御回路１０６は、回転検出時間Ｔ２を第１デューティ区間と前記第１デューティ区間よりも後の第２デューティ区間に区分し、前記第１閉回路と第２閉回路の時間比であるデューティ比を前記第１デューティ区間よりも第２デューティ区間において小さくするように回転検出手段１０８を制御するように構成している。
したがって、複雑な制御を用いずに簡単な構成で、回転検出時間Ｔ２の前半部分では回転動作時の制動効果を下げて誘起信号ＶＲｓ出力し易くし、後半部分では非回転動作時の制動効果を上げて誘起信号ＶＲｓを出力しにくくすることで、回転検出の安定性を向上させることができる。
【００３４】
また、回転検出時間を第１デューティ区間と第２デューティ区間とに分割し、第１デューティ区間のデューティ比を例えば１／２、第２デューティ区間のデューティ比を例えば１／８以下にする。これにより、非回転挙動を起こした時の制動効果を増して、時刻針等を所定の位置に止めることと、非回転時の誘起信号ＶＲｓを低くして誤検出を防ぐこととの両方の効果を得ることができる。
また、マスク時間Ｔ１において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓが検出されたときには、駆動余裕が無くなってきていることを示しており、次回駆動時に非回転になる可能性が高くなっているので、回転検出時間Ｔ２内の第２デューティ区間におけるデューティ比をそれまでより小さくすることで、制動効果を上げ、回転の誤検出を防止することが可能になる。
【００３５】
また、本実施の形態に係るアナログ電子時計によれば、複雑な制御を用いずとも簡単な構成で、回転動作時に第１デューティ区間における制動効果を小さくして誘起信号ＶＲｓを出力し易くし、その一方、非回転動作時の第２デューティ区間における制動効果を大きくして誘起信号ＶＲｓを出力しにくくすることで、回転検出の安定性を向上させることができ、正確な運針動作を行うことが可能になる。
【００３６】
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。本発明の他の実施の形態は、外部に直流磁界が存在する場合でも、ステッピングモータ１０２の回転検出を正確に行うことにより、誤動作を防止できるようにした点に特徴を有している。
図８は、本発明の他の実施の形態に係るアナログ電子時計及びステッピングモータ制御回路の動作を説明するための信号波形図であり、図７、図８と同一部分には同一符号を付している。
【００３７】
本発明の他の実施の形態のブロック図、ステッピングモータ、第１デューティ区間及び第２デューティ区間の制御動作は、図１〜図５と同じである。以下、前記実施の形態と異なる部分について、図１〜図５、図８を用いて説明する。
先ず、アナログ電子時計の外部に、図２の状態でステッピングモータ１０２の回転を助ける方向に直流磁界が存在するものとする。
【００３８】
図２の状態で、制御回路１０６の制御の下、駆動パルス回路１０７から一方の極性の駆動パルスＰ１をコイル２０９の端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間に供給して（例えば、第１端子ＯＵＴ１側を正極、第２端子ＯＵＴ２側を負極）、図２の矢印方向に電流ｉを流すと、ステータ２０１には破線矢印方向に磁束が発生する。これにより、ロータ２０２は図２の実線矢印方向に１８０度回転する。
【００３９】
回転検出手段１０８は、この時に発生する誘起信号ＶＲｓの最大値Ｖｍａｘｏｕｔ１を検出する。ステッピングモータ１０２が正常に回転している場合には、外部直流磁界の影響でステッピングモータ１０２の回転が速まる。したがって、回転検出手段１０８は、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓの最大値Ｖｍａｘｏｕｔ１を、検出時間Ｔ２内の早い時刻に検出する（図８（ａ））。
【００４０】
次に、駆動パルス選択回路１０４から、逆極性の駆動パルスＰ１をコイル２０９の端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に供給して（前記駆動とは逆極性となるように、第１端子ＯＵＴ１側を負極、第２端子ＯＵＴ２側を正極）、図２の反矢印方向に電流を流すと、ステータ２０１には反破線矢印方向に磁束が発生する。これにより、ロータ２０２は前記と同一方向に１８０度回転する。
【００４１】
回転検出手段１０８は、この時に発生する誘起信号ＶＲｓの最大値Ｖｍａｘｏｕｔ２を検出する。ステッピングモータ１０２が正常に回転している場合、ロータ１０２の磁極と外部直流磁界の極性との関係で、外部直流磁界の影響でステッピングモータ１０２の回転が遅くなる。したがってこの場合、回転検出手段１０８は、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓの最大値Ｖｍａｘｏｕｔ２を、最大値Ｖｍａｘｏｕｔ１よりも遅れて検出することになる（図８（ｂ））。
【００４２】
制御回路１０６は、誘起信号ＶＲｓの最大値Ｖｍａｘｏｕｔ１の検出時刻Ｏｕｔ１と最大値Ｖｍａｘｏｕｔ２の検出時刻Ｏｕｔ２の差（例えば絶対値｜Ｏｕｔ１−Ｏｕｔ２｜）が所定時間よりも大きい場合、外部に所定値以上の直流磁界が存在すると判定し、第２デューティ区間において前記デューティ比を所定量小さくするように制御して、第２デューティ区間における制動を大きくする。
【００４３】
次のサイクルでは、制御回路１０６は、次に逆極性（ここではＯｕｔ１）で駆動したときに誘起信号ＶＲｓの最大値Ｖｍａｘｏｕｔ２の検出時刻Ｏｕｔ２と前回駆動したときの最大値Ｖｍａｘｏｕｔ１の検出時刻Ｏｕｔ１の差（例えば絶対値｜Ｏｕｔ２−Ｏｕｔ１｜）が所定時間よりも大きい場合、外部に所定値以上の直流磁界が存在すると判定し、第２デューティ区間において前記デューティ比を所定量小さくするように制御して、第２デューティ区間における制動を大きくする。
制御回路１０６は、極性が異なる駆動パルスＰ１によって交互にステッピングモータ１０２を駆動する毎に、デューティ比の制御動作を繰り返す。
【００４４】
ステッピングモータ１０２の場合、外部磁界が存在する状態では、駆動後のブレーキ効果が小さいと、ロータ２０２が正規の静止位置を越え、外部磁界に押される形でロータ２０２が１周回転（即ち、１秒ではなく２秒運針）してしまう現象が発生する恐れがあるが、第２デューティ区間においてステッピングモータ１０２に対する制動が大きくなるため、１度の駆動でロータ２０２が１周回転してしまうことを防止することができる。
【００４５】
以後、このように、コイル２０９に対して極性の異なる信号（交番信号）を供給することによって、前記動作が繰り返し行われて、ロータ２０２を１８０度ずつ矢印方向に連続的に回転させることができる。
制御回路１０６は、前述したようにして、相互に極性の異なる駆動パルスＰ１によって交互にステッピングモータ１０２を回転駆動すると共に、前記相互に極性の異なる駆動パルスＰ１によって駆動したときに発生する誘起信号ＶＲｓ（Ｖｍａｘｏｕｔ１とＶｍａｘｏｕｔ２）が所定時間以上離れている場合、第２デューティ区間においてデューティ比を所定量小さくする。これにより、所定強度以上の外部直流磁界が存在する場合でも、ステッピングモータ１０２の回転を正確に検出して、正常に回転駆動することができる。
【００４６】
尚、時刻針以外にも、カレンダ等を駆動するためのステッピングモータに適用可能である。
また、ステッピングモータの応用例としてアナログ電子時計の例で説明したが、モータを使用する電子機器に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係るステッピングモータ制御回路は、ステッピングモータを使用する各種電子機器に適用可能である。
また、本発明に係る電子時計は、カレンダ機能付きアナログ電子腕時計、カレンダ機能付きアナログ電子置時計等の各種カレンダ機能付きアナログ電子時計をはじめ、各種のアナログ電子時計に適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０１・・・ステッピングモータ制御回路
１０２・・・ステッピングモータ
１０３・・・電源
１０４・・・発振回路
１０５・・・分周回路
１０６・・・制御回路
１０７・・・駆動パルス回路
１０８・・・回転検出手段
２０１・・・ステータ
２０２・・・ロータ
２０３・・・ロータ収容用貫通孔
２０４、２０５・・・内ノッチ
２０６、２０７・・・外ノッチ
２０８・・・磁心
２０９・・・駆動コイル
２１０、２１１・・・可飽和部
Ｑ１〜Ｑ６・・・トランジスタ
３０１、３０２・・・検出用抵抗器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータ制御回路及び前記ステッピングモータ制御回路を用いたアナログ電子時計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ロータ収容孔及びロータの停止位置を決める位置決め部を有するステータと、前記ロータ収容孔内に配設されたロータと、駆動コイルとを有し、前記駆動コイルに交番信号を供給して前記ステータに磁束を発生させることによって前記ロータを回転させると共に、前記位置決め部に対応する位置に前記ロータを停止するようにしたステッピングモータがアナログ電子時計等に使用されている。
【０００３】
従来のステッピングモータ制御回路では、前記ステッピングモータが回転したか否かを検出する場合、主駆動パルスによってステッピングモータを回転駆動した後の回転検出時間において、高インピーダンス素子及び前記ステッピングモータの駆動コイルを含む第１閉回路と、低インピーダンス素子及び前記駆動コイルを含む第２閉回路とを所定時間比で交互に切り換えることによって前記ステッピングモータが発生する誘起信号ＶＲｓを増幅して検出するように構成している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
前記ステッピングモータが回転したときには誘起信号ＶＲｓの最大値Ｖｍａｘが所定の基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超え（図９参照）、回転しなかったときには誘起信号ＶＲｓが基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐ以下となる（図１０参照）。したがって、誘起信号ＶＲｓが基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えたか否かによって回転したか否かを判定し、非回転のときには、主駆動パルスＰ１よりも駆動エネルギの大きい補正駆動パルスＰ２により駆動することによって強制的に回転させ、正常運針を実現している。
【０００５】
第１閉回路を構成する時間と第２閉回路を構成する時間との比（デューティ比）を大きく（即ち、第１閉回路を構成する時間を長く）して誘起信号ＶＲｓを出力させている間は、制動効果が小さくなる。
前記デューティ比が大きいときにモーメントの大きい時刻針を装着している場合、非回転の場合には本来は回転速度が遅く誘起信号ＶＲｓ出力が小さくなるはずであるが、十分な制動をきかせることができないため、回転検出時間の後半において高い誘起信号ＶＲｓが生じてしまい、回転誤検出（非回転なのに回転と検出し、運針ミス）が生じるという問題がある（図１１参照）。
【０００６】
逆にデューティ比を小さく（即ち、第１閉回路を形成する時間を短く）した場合、本来であれば回転時には高い誘起信号ＶＲｓが生じるはずであるが、制動が大きいため誘起信号ＶＲｓの増幅効果が小さくなって十分な増幅ができず誘起信号ＶＲｓが低くなってしまい、回転誤検出（回転なのに非回転と検出し、無駄な補正駆動パルスＰ２による駆動出力で消費電流大）が生じるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５５−８７９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記問題点に鑑み成されたもので、回転状況に応じた回転検出動作を行うことによって回転検出精度を向上することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、主駆動パルスによってステッピングモータを回転駆動した後の回転検出時間において、高インピーダンス素子及び前記ステッピングモータの駆動コイルを含む第１閉回路と低インピーダンス素子及び前記駆動コイルを含む第２閉回路とを所定時間比で交互に切り換えることによって前記ステッピングモータが発生する誘起信号を検出し、前記誘起信号が所定の基準しきい電圧を超えたか否かに基づいて前記ステッピングモータが回転したか否かを判定して前記ステッピングモータを回転制御する制御手段を備えたステッピングモータ制御回路において、前記回転検出時間を第１区間と前記第１区間よりも後の第２区間に区分し、前記制御手段は、前記第１閉回路と第２閉回路の構成時間比であるデューティ比を、前記第１区間と第２区間とで異ならせることを特徴とするステッピングモータ制御回路が提供される。
【００１０】
また本発明によれば、時刻針を回転駆動するステッピングモータと、前記ステッピングモータを制御するステッピングモータ制御回路とを有するアナログ電子時計において、前記ステッピングモータ制御回路として、前記記載のステッピングモータ制御回路を用いたことを特徴とするアナログ電子時計が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るステッピングモータ制御回路によれば、回転状況に応じた回転検出動作を行うことが可能になる。
本発明に係るアナログ電子時計によれば、回転状況に応じた回転検出動作を行うことが可能になるため、正確な運針動作を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計に使用するステッピングモータの構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計及びステッピングモータ制御回路の部分詳細回路図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計及びステッピングモータ制御回路の動作を説明するための説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計及びステッピングモータ制御回路の動作を説明するための説明図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計及びステッピングモータ制御回路の動作を説明するための信号波形図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るアナログ電子時計及びステッピングモータ制御回路の動作を説明するための信号波形図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係るアナログ電子時計及びステッピングモータ制御回路の動作を説明するための信号波形図である。
【図９】従来のアナログ電子時計の動作を説明するための信号波形図である。
【図１０】従来のアナログ電子時計の動作を説明するための信号波形図である。
【図１１】従来のアナログ電子時計の動作を説明するための信号波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路及びアナログ電子時計について説明する。尚、各図において同一部分には同一符号を付している。
図１は、本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路を用いたアナログ電子時計のブロック図で、アナログ電子腕時計の例を示している。
図１において、アナログ電子時計は、ステッピングモータ制御回路１０１、時刻針等を回転駆動するステッピングモータ１０２、電池によって構成された電源１０３を備えている。
【００１４】
ステッピングモータ制御回路１０１は、主駆動パルスＰ１によってステッピングモータ１０２を回転駆動した後の回転検出時間において、高インピーダンス素子及びステッピングモータ１０２の駆動コイルを含む第１閉回路と低インピーダンス素子及び前記駆動コイルを含む第２閉回路とを所定時間比（デューティ比）で交互に切り換えることによってステッピングモータ１０２が発生する誘起信号ＶＲｓを検出し、前記誘起信号ＶＲｓが所定の基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えたか否かに基づいてステッピングモータ１０２が回転したか否かを判定してステッピングモータ１０２を回転制御する方式のステッピングモータ制御回路である。
【００１５】
ステッピングモータ制御回路１０１は、所定周波数の信号を発生する発振回路１０４、発振回路１０４で発生した信号を分周して計時の基準となる時計信号を発生する分周回路１０５、電子時計を構成する各電子回路要素の制御や駆動パルスの変更制御等の制御を行う制御回路１０６、制御回路１０６からの制御信号に対応する駆動パルスによってステッピングモータ１０２を回転制御する駆動パルス回路１０７、ステッピングモータ１０２が主駆動パルスＰ１によって回転駆動された場合に回転状況を表す誘起信号ＶＲｓを検出する回転検出手段１０８を備えている。
ここで、発振回路１０４、分周回路１０５、制御回路１０６、駆動パルス回路１０７及び回転検出手段１０８は制御手段を構成している。
【００１６】
回転検出時間Ｔ２を第１区間と前記第１区間よりも後の第２区間に区分し、制御手段は、高インピーダンス素子及びステッピングモータの駆動コイルを含む第１閉回路と低インピーダンス素子及び前記駆動コイルを含む第２閉回路の構成時間比であるデューティ比を、前記第１区間と第２区間とで異ならせることができる。また制御手段は、前記デューティ比を前記第１区間よりも第２区間において小さくすることができる。また、回転検出時間Ｔ２の前に回転の有無判定に利用しないマスク時間Ｔ１を有することができる。また、制御手段は、マスク時間Ｔ１内において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓを検出したとき、回転検出時間Ｔ２の第２区間において、前記デューティ比を所定量小さくすることができる。
【００１７】
図２は、本発明の実施の形態に使用するステッピングモータ１０２の構成図で、アナログ電子時計で一般的に用いられている時計用ステッピングモータの例を示している。
図２において、ステッピングモータ１０２は、ロータ収容用貫通孔２０３を有するステータ２０１、ロータ収容用貫通孔２０３に回転可能に配設されたロータ２０２、ステータ２０１と接合された磁心２０８、磁心２０８に巻回されたコイル２０９を備えている。ステッピングモータ１０５をアナログ電子時計に用いる場合には、ステータ２０１及び磁心２０８はネジまたはカシメ（図示せず）によって地板（図示せず）に固定され、互いに接合される。コイル２０９は、第１端子ＯＵＴ１、第２端子ＯＵＴ２を有している。
【００１８】
ロータ２０２は、２極（Ｓ極及びＮ極）に着磁されている。磁性材料によって形成されたステータ２０１の外端部には、ロータ収容用貫通孔２０３を挟んで対向する位置に複数（本実施の形態では２個）の切り欠き部（外ノッチ）２０６、２０７が設けられている。各外ノッチ２０６、２０７とロータ収容用貫通孔２０３間には可飽和部２１０、２１１が設けられている。
可飽和部２１０、２１１は、ロータ２０２の磁束によっては磁気飽和せず、コイル２０９が励磁されたときに磁気飽和して磁気抵抗が大きくなるように構成されている。ロータ収容用貫通孔２０３は、輪郭が円形の貫通孔の対向部分に複数（本実施の形態では２つ）の半月状の切り欠き部（内ノッチ）２０４、２０５を一体形成した円孔形状に構成されている。
【００１９】
切り欠き部２０４、２０５は、ロータ２０２の停止位置を決めるための位置決め部を構成している。コイル２０９が励磁されていない状態では、ロータ２０２は、図２に示すように前記位置決め部に対応する位置、換言すれば、ロータ２０２の磁極軸Ａが、切り欠き部２０４、２０５を結ぶ線分と直交するような位置（角度θ０位置）に安定して停止している。
いま、駆動パルス回路１０７から矩形波の駆動パルスをコイル２０９の端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間に供給して（例えば、第１端子ＯＵＴ１側を正極、第２端子ＯＵＴ２側を負極）、図２の矢印方向に電流ｉを流すと、ステータ２０１には破線矢印方向に磁束が発生する。これにより、可飽和部２１０、２１１が飽和して磁気抵抗が大きくなり、その後、ステータ２０１に生じた磁極とロータ２０２の磁極との相互作用によって、ロータ２０２は図２の実線矢印方向に１８０度回転し、磁極軸Ａが角度θ１方向を向いて安定的に停止する。
【００２０】
次に、駆動パルス選択回路１０４から、逆極性の矩形波の駆動パルスをコイル２０９の端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に供給して（前記駆動とは逆極性となるように、第１端子ＯＵＴ１側を負極、第２端子ＯＵＴ２側を正極）、図２の反矢印方向に電流を流すと、ステータ２０１には反破線矢印方向に磁束が発生する。これにより、可飽和部２１０、２１１が先ず飽和し、その後、ステータ２０１に生じた磁極とロータ２０２の磁極との相互作用によって、ロータ２０２は前記と同一方向に１８０度回転し、磁極軸Ａが角度θ０の位置で安定的に停止する。
以後、このように、コイル２０９に対して極性の異なる信号（交番信号）を供給することによって、前記動作が繰り返し行われて、ロータ２０２を１８０度ずつ矢印方向に連続的に回転させることができるように構成されている。
【００２１】
図３は、駆動パルス回路１０７及び回転検出手段１０８の一部を示す詳細回路図である。また、図４及び図５はステッピングモータ１０２の回転を検出する回転検出動作の動作説明図である。
図３において、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＱ３、Ｑ４は駆動パルス回路１０７の構成要素で、トランジスタＱ１及びトランジスタＱ３のドレイン接続点と、トランジスタＱ２及びトランジスタＱ４のドレイン接続点との間には、ステッピングモータ１０２のコイル２０９が接続されている。
【００２２】
一方、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＱ３〜Ｑ６、トランジスタＱ５に直列接続された高インピーダンス素子である検出用抵抗器３０１、トランジスタＱ６に直列接続された高インピーダンス素子である検出用抵抗器３０２は回転検出手段１０８の構成要素である。
各トランジスタＱ１〜Ｑ６のゲートは制御回路１０６によって制御され、これによって各トランジスタＱ１〜Ｑ６はオン／オフ制御される。検出用抵抗器３０１とコイル２０９の接続点ＯＵＴ２、及び、検出用抵抗器３０２とコイル２０９の接続点ＯＵＴ１は、回転検出手段１０８内のコンパレータ（図示せず）の入力部に接続されている。また、前記コンパレータの基準入力部には、予め定めた所定の基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐが入力され、前記コンパレータによって誘起信号ＶＲｓが前記基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えたか否かを判定する。
【００２３】
尚、トランジスタＱ３は第１スイッチ素子、トランジスタＱ１は第２スイッチ素子、トランジスタＱ４は第３スイッチ素子、トランジスタＱ２は第４スイッチ素子、トランジスタＱ５は第５スイッチ素子、トランジスタＱ６は第６スイッチ素子、検出用抵抗３０１は第１検出用素子、検出用抵抗３０２は第２検出用素子を構成している。トランジスタＱ５と検出用抵抗３０１は第１直列回路を構成し、又、トランジスタＱ６と検出用抵抗３０２は第２直列回路を構成している。また、回転検出時にはトランジスタＱ３、Ｑ４は低インピーダンス素子として機能する。
【００２４】
ステッピングモータ１０２を回転駆動する回転駆動時間においてステッピングモータ１０２を回転駆動する場合には、制御回路１０６からの回転駆動用制御信号に応答して、トランジスタＱ２、Ｑ３を同時にオン状態とする、あるいは、トランジスタＱ１、Ｑ４を同時にオン状態とすることによってコイル２０９に対して正方向あるいは逆方向に電流を供給し、これによってステッピングモータ１０２を回転駆動する。
前記回転駆動時間の後の回転検出時間Ｔ２において回転駆動によってステッピングモータ１０２に生じる誘起信号ＶＲｓを検出する場合、制御回路１０６からの回転検出用制御信号に応答して、トランジスタＱ４、Ｑ５をオンに保持した状態で、トランジスタＱ３を所定周期でオン／オフスイッチング制御することによって検出用抵抗３０１に発生する誘起信号ＶＲｓを取り出して基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐと比較する、あるいは、トランジスタＱ３、Ｑ６をオンに保持した状態で、トランジスタＱ４を所定周期でオン／オフスイッチング制御することによって検出用抵抗３０２に発生する誘起信号ＶＲｓを取り出して基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐと比較する。これにより、回転検出手段１０８はステッピングモータ１０２が発生する誘起信号ＶＲｓを増幅して検出し、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐと比較することによって回転したか否かの判定を行う。
【００２５】
即ち、前者の回転検出時間においては、制御回路１０６からの回転検出用制御信号に応答して、トランジスタＱ４、Ｑ５をオンに保持した状態でトランジスタＱ３をオフにする状態（高インピーダンス素子である抵抗３０１及びステッピングモータの駆動コイル２０９を含む第１閉回路を構成する状態（図４参照））と、トランジスタＱ４、Ｑ５をオンに保持した状態でトランジスタＱ３をオンにする状態（低インピーダンス素子であるトランジスタＱ３及び駆動コイル２０９を含む第２閉回路を構成する状態（図５参照））とを所定時間比で交互に切り換えることによってステッピングモータ１０２が発生する誘起信号ＶＲｓを増幅して検出し、誘起信号ＶＲｓが所定の基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えたか否かに基づいてステッピングモータ１０２が回転したか否かを判定してステッピングモータ１０２を回転制御する。
【００２６】
本実施の形態では、主駆動パルスＰ１による回転駆動時間の直後に、回転したか否かの判定に利用しない期間であるマスク時間Ｔ１を設け、マスク時間Ｔ１の後に、回転判定に利用する時間である回転検出時間Ｔ２を設けている。回転検出時間Ｔ２を複数の区間（本実施の形態では第１区間（第１デューティ区間）と第１区間よりも後の第２区間（第２デューティ区間））に区分し、各デューティ区間において、第１閉回路構成時間と第２閉回路構成時間との比であるデューティ比が異なるように構成している。尚、マスク時間Ｔ１は回転駆動直後のノイズ等によって誤回転検出が生じるのを防止するためのものであり、必ずしも必要なものではない。
【００２７】
図４の状態では、トランジスタＱ４、Ｑ５、検出用抵抗３０１、駆動コイル２０９によって第１閉回路が構成されるためステッピングモータ１０２には制動がかからない。その一方、図５の状態では、トランジスタＱ３、Ｑ４及びコイル２０９によって第２閉回路が構成されて駆動コイル２０９が短絡されるためステッピングモータ１０２に制動がかかることになる。
図６、図７は、本発明の実施の形態の動作を説明するための信号波形図で、図６はステッピングモータ１０２が回転した場合の信号波形図、図７はステッピングモータ１０２が回転しなかった場合の信号波形図である。
【００２８】
図６において、主駆動パルスＰ１による駆動直度にマスク時間Ｔ１を設け、マスク時間Ｔ１の後に回転検出時間Ｔ２を設けている。マスク時間Ｔ１は前述したように、ステッピングモータ１０２が回転したか否かの判定に利用しない期間であり、マスク時間Ｔ１内で発生した誘起信号ＶＲｓが基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えている場合でも回転したとは判定しない。ステッピングモータ１０２の回転駆動直後に不安定な誘起信号ＶＲｓが発生する場合があり、これをマスク時間Ｔ１によって排除することにより、回転検出の精度を向上させている。また、後述するように、制御回路１０６はマスク時間Ｔ１内で発生した誘起信号ＶＲｓを利用してデューティ比を変化させている。
【００２９】
制御回路１０６は、回転検出時間Ｔ２において、誘起信号ＶＲｓの最大値Ｖｍａｘが基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えた場合は回転と判定し、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えなかった場合は非回転と判定する。
回転検出時間Ｔ２は、回転検出時のスイッチング動作のデューティ比が異なる２つの区間（第１デューティ区間、第２デューティ区間）に区分されている。本実施の形態では、デューティ比を第１デューティ区間よりも第２デューティ区間において小さくしている。
【００３０】
制御回路１０６は、駆動パルス回路１０７が主駆動パルスＰ１によってステッピングモータ１０２を回転駆動終了した後、マスク時間Ｔ１及び回転検出区間Ｔ２の第１デューティ区間において第１デューティ比で回転検出動作を行うように回転検出手段１０８を制御し、これに応答して回転検出手段１０８が誘起信号ＶＲｓの検出を行う。制御回路１０６は、第１デューティ期間終了後の第２デューティ区間において第２デューティ比で回転検出動作を行うように回転検出手段１０８を制御し、これに応答して回転検出手段１０８が誘起信号ＶＲｓの検出を行う。
【００３１】
図６に示すように、制御回路１０６は、回転検出手段１０８が回転検出時間Ｔ２において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓを検出した場合には回転と判定する。制御回路１０６は、回転検出手段１０８が回転検出時間Ｔ２において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓを検出しなかった場合には非回転と判定する。相互に駆動エネルギの異なる複数の主駆動パルスＰ１及び前記各主駆動パルスＰ１よりも駆動エネルギの大きい補正駆動パルスＰ２を予め用意しておいて回転状況に応じて駆動パルスを選択して駆動するように構成した補正駆動方式の場合、制御回路１０６は非回転と判定すると、補正駆動パルスＰ２によって回転駆動した後、主駆動パルスＰ１を１ランク駆動エネルギの大きい主駆動パルスＰ１に変更して次回駆動する。
このように、主駆動パルスＰ１による駆動によって回転する正常な動作状態では、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓは第１デューティ区間内で発生する傾向があり、第１デューティ区間におけるデューティ比を大きく設定しておくことでステッピングモータ１０２の自由振動に制動をかけることなく正確な誘起信号ＶＲｓの検出が可能になる。
【００３２】
一方、図７に示すように、制御回路１０６は、マスク時間Ｔ１において回転検出手段１０８が基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓを検出した場合は、主駆動パルスＰ１の駆動エネルギに余裕がなくなってきたことを示しているため次回の主駆動パルスＰ１による回転駆動時に非回転となる可能性が高くなっているので、回転検出時間Ｔ２内の第２デューティ区間におけるデューティ比が小さくなるように駆動パルス回路１０７を制御して制動を大きくする。回転検出手段１０８は、マスク期間Ｔ１において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓが検出された場合、第２デューティ区間において、前回よりも所定量だけ小さいデューティ比でスイッチング動作を行うことにより回転検出を行う。これにより、回転誤検出を防止することができる。
【００３３】
以上述べたように、本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御回路によれば、主駆動パルスＰ１によってステッピングモータ１０２を回転駆動した後の回転検出時間Ｔ２において、高インピーダンス素子及びステッピングモータ１０２の駆動コイル２０９を含む第１閉回路と低インピーダンス素子及び駆動コイル２０９を含む第２閉回路とを所定時間比で交互に切り換えることによってステッピングモータ１０２が発生する誘起信号ＶＲｓを検出する回転検出手段１０８を有し、誘起信号ＶＲｓが所定の基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超えたか否かに基づいてステッピングモータ１０２が回転したか否かを判定してステッピングモータ１０２を回転制御するステッピングモータ制御回路１０１において、制御回路１０６は、回転検出時間Ｔ２を第１デューティ区間と前記第１デューティ区間よりも後の第２デューティ区間に区分し、前記第１閉回路と第２閉回路の時間比であるデューティ比を前記第１デューティ区間よりも第２デューティ区間において小さくするように回転検出手段１０８を制御するように構成している。
したがって、複雑な制御を用いずに簡単な構成で、回転検出時間Ｔ２の前半部分では回転動作時の制動効果を下げて誘起信号ＶＲｓ出力し易くし、後半部分では非回転動作時の制動効果を上げて誘起信号ＶＲｓを出力しにくくすることで、回転検出の安定性を向上させることができる。
【００３４】
また、回転検出時間を第１デューティ区間と第２デューティ区間とに分割し、第１デューティ区間のデューティ比を例えば１／２、第２デューティ区間のデューティ比を例えば１／８以下にする。これにより、非回転挙動を起こした時の制動効果を増して、時刻針等を所定の位置に止めることと、非回転時の誘起信号ＶＲｓを低くして誤検出を防ぐこととの両方の効果を得ることができる。
また、マスク時間Ｔ１において基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓが検出されたときには、駆動余裕が無くなってきていることを示しており、次回駆動時に非回転になる可能性が高くなっているので、回転検出時間Ｔ２内の第２デューティ区間におけるデューティ比をそれまでより小さくすることで、制動効果を上げ、回転の誤検出を防止することが可能になる。
【００３５】
また、本実施の形態に係るアナログ電子時計によれば、複雑な制御を用いずとも簡単な構成で、回転動作時に第１デューティ区間における制動効果を小さくして誘起信号ＶＲｓを出力し易くし、その一方、非回転動作時の第２デューティ区間における制動効果を大きくして誘起信号ＶＲｓを出力しにくくすることで、回転検出の安定性を向上させることができ、正確な運針動作を行うことが可能になる。
【００３６】
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。本発明の他の実施の形態は、外部に直流磁界が存在する場合でも、ステッピングモータ１０２の回転検出を正確に行うことにより、誤動作を防止できるようにした点に特徴を有している。
図８は、本発明の他の実施の形態に係るアナログ電子時計及びステッピングモータ制御回路の動作を説明するための信号波形図であり、図７、図８と同一部分には同一符号を付している。
【００３７】
本発明の他の実施の形態のブロック図、ステッピングモータ、第１デューティ区間及び第２デューティ区間の制御動作は、図１〜図５と同じである。以下、前記実施の形態と異なる部分について、図１〜図５、図８を用いて説明する。
先ず、アナログ電子時計の外部に、図２の状態でステッピングモータ１０２の回転を助ける方向に直流磁界が存在するものとする。
【００３８】
図２の状態で、制御回路１０６の制御の下、駆動パルス回路１０７から一方の極性の駆動パルスＰ１をコイル２０９の端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間に供給して（例えば、第１端子ＯＵＴ１側を正極、第２端子ＯＵＴ２側を負極）、図２の矢印方向に電流ｉを流すと、ステータ２０１には破線矢印方向に磁束が発生する。これにより、ロータ２０２は図２の実線矢印方向に１８０度回転する。
【００３９】
回転検出手段１０８は、この時に発生する誘起信号ＶＲｓの最大値Ｖｍａｘｏｕｔ１を検出する。ステッピングモータ１０２が正常に回転している場合には、外部直流磁界の影響でステッピングモータ１０２の回転が速まる。したがって、回転検出手段１０８は、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓの最大値Ｖｍａｘｏｕｔ１を、検出時間Ｔ２内の早い時刻に検出する（図８（ａ））。
【００４０】
次に、駆動パルス選択回路１０４から、逆極性の駆動パルスＰ１をコイル２０９の端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に供給して（前記駆動とは逆極性となるように、第１端子ＯＵＴ１側を負極、第２端子ＯＵＴ２側を正極）、図２の反矢印方向に電流を流すと、ステータ２０１には反破線矢印方向に磁束が発生する。これにより、ロータ２０２は前記と同一方向に１８０度回転する。
【００４１】
回転検出手段１０８は、この時に発生する誘起信号ＶＲｓの最大値Ｖｍａｘｏｕｔ２を検出する。ステッピングモータ１０２が正常に回転している場合、ロータ１０２の磁極と外部直流磁界の極性との関係で、外部直流磁界の影響でステッピングモータ１０２の回転が遅くなる。したがってこの場合、回転検出手段１０８は、基準しきい電圧Ｖｃｏｍｐを超える誘起信号ＶＲｓの最大値Ｖｍａｘｏｕｔ２を、最大値Ｖｍａｘｏｕｔ１よりも遅れて検出することになる（図８（ｂ））。
【００４２】
制御回路１０６は、誘起信号ＶＲｓの最大値Ｖｍａｘｏｕｔ１の検出時刻Ｏｕｔ１と最大値Ｖｍａｘｏｕｔ２の検出時刻Ｏｕｔ２の差（例えば絶対値｜Ｏｕｔ１−Ｏｕｔ２｜）が所定時間よりも大きい場合、外部に所定値以上の直流磁界が存在すると判定し、第２デューティ区間において前記デューティ比を所定量小さくするように制御して、第２デューティ区間における制動を大きくする。
【００４３】
次のサイクルでは、制御回路１０６は、次に逆極性（ここではＯｕｔ１）で駆動したときに誘起信号ＶＲｓの最大値Ｖｍａｘｏｕｔ２の検出時刻Ｏｕｔ２と前回駆動したときの最大値Ｖｍａｘｏｕｔ１の検出時刻Ｏｕｔ１の差（例えば絶対値｜Ｏｕｔ２−Ｏｕｔ１｜）が所定時間よりも大きい場合、外部に所定値以上の直流磁界が存在すると判定し、第２デューティ区間において前記デューティ比を所定量小さくするように制御して、第２デューティ区間における制動を大きくする。
制御回路１０６は、極性が異なる駆動パルスＰ１によって交互にステッピングモータ１０２を駆動する毎に、デューティ比の制御動作を繰り返す。
【００４４】
ステッピングモータ１０２の場合、外部磁界が存在する状態では、駆動後のブレーキ効果が小さいと、ロータ２０２が正規の静止位置を越え、外部磁界に押される形でロータ２０２が１周回転（即ち、１秒ではなく２秒運針）してしまう現象が発生する恐れがあるが、第２デューティ区間においてステッピングモータ１０２に対する制動が大きくなるため、１度の駆動でロータ２０２が１周回転してしまうことを防止することができる。
【００４５】
以後、このように、コイル２０９に対して極性の異なる信号（交番信号）を供給することによって、前記動作が繰り返し行われて、ロータ２０２を１８０度ずつ矢印方向に連続的に回転させることができる。
制御回路１０６は、前述したようにして、相互に極性の異なる駆動パルスＰ１によって交互にステッピングモータ１０２を回転駆動すると共に、前記相互に極性の異なる駆動パルスＰ１によって駆動したときに発生する誘起信号ＶＲｓ（Ｖｍａｘｏｕｔ１とＶｍａｘｏｕｔ２）が所定時間以上離れている場合、第２デューティ区間においてデューティ比を所定量小さくする。これにより、所定強度以上の外部直流磁界が存在する場合でも、ステッピングモータ１０２の回転を正確に検出して、正常に回転駆動することができる。
【００４６】
尚、時刻針以外にも、カレンダ等を駆動するためのステッピングモータに適用可能である。
また、ステッピングモータの応用例としてアナログ電子時計の例で説明したが、モータを使用する電子機器に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係るステッピングモータ制御回路は、ステッピングモータを使用する各種電子機器に適用可能である。
また、本発明に係る電子時計は、カレンダ機能付きアナログ電子腕時計、カレンダ機能付きアナログ電子置時計等の各種カレンダ機能付きアナログ電子時計をはじめ、各種のアナログ電子時計に適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０１・・・ステッピングモータ制御回路
１０２・・・ステッピングモータ
１０３・・・電源
１０４・・・発振回路
１０５・・・分周回路
１０６・・・制御回路
１０７・・・駆動パルス回路
１０８・・・回転検出手段
２０１・・・ステータ
２０２・・・ロータ
２０３・・・ロータ収容用貫通孔
２０４、２０５・・・内ノッチ
２０６、２０７・・・外ノッチ
２０８・・・磁心
２０９・・・駆動コイル
２１０、２１１・・・可飽和部
Ｑ１〜Ｑ６・・・トランジスタ
３０１、３０２・・・検出用抵抗器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主駆動パルスによってステッピングモータを回転駆動した後の回転検出時間において、高インピーダンス素子及び前記ステッピングモータの駆動コイルを含む第１閉回路と低インピーダンス素子及び前記駆動コイルを含む第２閉回路とを所定時間比で交互に切り換えることによって前記ステッピングモータが発生する誘起信号を検出し、前記誘起信号が所定の基準しきい電圧を超えたか否かに基づいて前記ステッピングモータが回転したか否かを判定して前記ステッピングモータを回転制御する制御手段を備えたステッピングモータ制御回路において、
前記回転検出時間を第１区間と前記第１区間よりも後の第２区間に区分し、
前記制御手段は、前記第１閉回路と第２閉回路の構成時間比であるデューティ比を、前記第１区間と第２区間とで異ならせることを特徴とするステッピングモータ制御回路。
【請求項２】
前記制御手段は、前記デューティ比を前記第１区間よりも第２区間において小さくすることを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ制御回路。
【請求項３】
前記回転検出時間の前に回転の有無判定に利用しないマスク時間を有することを特徴とする請求項１又は２記載のステッピングモータ制御回路。
【請求項４】
前記制御手段は、前記マスク時間内において前記基準しきい電圧を超える誘起信号を検出したとき、前記第２区間において前記デューティ比を所定量小さくすることを特徴とする請求項３記載のステッピングモータ制御回路。
【請求項５】
前記制御手段は、相互に極性の異なる駆動信号によって交互に前記ステッピングモータを回転駆動すると共に、前記相互に極性の異なる駆動信号によって駆動したときに発生する前記誘起信号が所定時間以上離れている場合、前記第２区間において前記デューティ比を所定量小さくすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載のステッピングモータ制御回路。
【請求項６】
時刻針を回転駆動するステッピングモータと、前記ステッピングモータを制御するステッピングモータ制御回路とを有するアナログ電子時計において、
前記ステッピングモータ制御回路として、請求項１乃至５のいずれか一に記載のステッピングモータ制御回路を用いたことを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項１】
主駆動パルスによってステッピングモータを回転駆動した後の回転検出時間において、高インピーダンス素子及び前記ステッピングモータの駆動コイルを含む第１閉回路と低インピーダンス素子及び前記駆動コイルを含む第２閉回路とを所定時間比で交互に切り換えることによって前記ステッピングモータが発生する誘起信号を検出し、前記誘起信号が所定の基準しきい電圧を超えたか否かに基づいて前記ステッピングモータが回転したか否かを判定して前記ステッピングモータを回転制御する制御手段を備えたステッピングモータ制御回路において、
前記回転検出時間を第１区間と前記第１区間よりも後の第２区間に区分し、
前記制御手段は、前記第１閉回路と第２閉回路の構成時間比であるデューティ比を、前記第１区間と第２区間とで異ならせることを特徴とするステッピングモータ制御回路。
【請求項２】
前記制御手段は、前記デューティ比を前記第１区間よりも第２区間において小さくすることを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ制御回路。
【請求項３】
前記回転検出時間の前に回転の有無判定に利用しないマスク時間を有することを特徴とする請求項１又は２記載のステッピングモータ制御回路。
【請求項４】
前記制御手段は、前記マスク時間内において前記基準しきい電圧を超える誘起信号を検出したとき、前記第２区間において前記デューティ比を所定量小さくすることを特徴とする請求項３記載のステッピングモータ制御回路。
【請求項５】
前記制御手段は、相互に極性の異なる駆動信号によって交互に前記ステッピングモータを回転駆動すると共に、前記相互に極性の異なる駆動信号によって駆動したときに発生する前記誘起信号が所定時間以上離れている場合、前記第２区間において前記デューティ比を所定量小さくすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載のステッピングモータ制御回路。
【請求項６】
時刻針を回転駆動するステッピングモータと、前記ステッピングモータを制御するステッピングモータ制御回路とを有するアナログ電子時計において、
前記ステッピングモータ制御回路として、請求項１乃至５のいずれか一に記載のステッピングモータ制御回路を用いたことを特徴とするアナログ電子時計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−６７０８６（Ｐ２０１１−６７０８６Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６０６４１（Ｐ２０１０−１６０６４１）
【出願日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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