JPH0475499A - 電子時計用ステップモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電子時計に用いるステップモータの逆転駆
動の改良に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明の基本的な特徴は、複数の駆動パルスによって構
成された逆転駆動パルス印加後に一定時間、逆転駆動パ
ルスの１０％乃至７０％の実効電力で駆動中間電力励磁
パルスを出力し、その後無励磁状態にすることにより、
駆動パルス印加後のロータの運動を安定化させ、高効率
で動作電圧の範囲の広いモータを設計する上で大きな障
害となっていた回転不能領域、不安定動作領域を完全に
無くしてしまう駆動方法を提供することを目的としたも
のである。

〔従来の技術〕

従来、逆転駆動の方法は、主として、モータに第５図の
ような駆動パルスを印加し、ロータの運動の過渡的なタ
イミングをとらえながら逆転する方法であり、例えば特
開昭５４−１２７３６５号公報、特開昭５５−５９３７
５号公報などに従来のこのような逆転駆動方法が開示さ
れている。

第６図にステップモータの逆転動作を第５図の駆動パル
スに従い簡単に説明する。（ａ）はパルスが印加されて
いない初期状態に、ＰＥを印加するとステータ１の最小
幅部１０を飽和するがロータ２は動かない程のパルス幅
である。Ｐｌによってｆｂ１図の様にステータ１に磁極
Ｎ、Ｓが生しロータ２は正転方向に回転を始める。ロー
タ２の磁極Ｎ、　　Ｓがステータ１のノツチ３付近にき
たとき〔（Ｃ）図〕に、今度はＰｌと逆極性のパルスＰ
２を印加するとロータ２は逆転を始める０次にロータの
磁極がステータ１の水平軸を通過したとき〔（ｄ）図〕
にＰ２パルスと逆極性のパルスＰ３を印加するとロタ２
は更に逆転を続け、磁気的なインデックスに支配された
ロータ２はｆｅ＋図の位置に落ち着く。つまりロータ２
は１８０　　’逆回転したことになる。第７図にこの逆
転駆動時の電流波形を示す。

このようなステップモータでは駆動電圧が変動すると動
作が不安定になる現象がある。

特に、Ｐ３パルスに現れる。第８図はこの様子を示した
もので横軸はＰ３パルス幅、縮軸は駆動電圧である。領
域Ａは安定回転の領域、領域Ｂは駆動不足で回転不能な
領域、領域ＣおよびＣ′は駆動パルス終了のタイミング
が悪く駆動後ロータが初期位置までもどってきてしまい
回転不能となる不安定動作領域である。

ｃ、ｃ’の領域でのステップモータの動作を説明する。

第９図はＰ３パルスによるロータの回転の様子を示した
図である。

第１０図はＰ３パルスによるロータ２の回転を示すグラ
フであり、横軸は時間、縦軸はロータの回転角θである
。グラフ１３は時刻Ｔ１までＰ３パルスを印加した場合
である。Ｐ３パルス印加中ば第９図に示すステータ磁極
線１６を中心に振動し、Ｐ３パルス印加終了後は初期静
止位置から１８０　”回転した位置に静止する。ところ
が、Ｐ３パルス遮断のタイミングが第１０図７２．Ｔ３
で示すようなタイミング、即ちロータ２がステータ磁極
１６を通り過ぎてから正転方向に戻ってくる区間の中に
入った場合にはＰ３パルス遮断後ロータ２の慣性によっ
て正回転方向に回転し続は初期位置まで戻ってしまい、
非回転となる。このようにＰ３パルス遮断タイミングが
、Ｔ２．Ｔ３のタイミングと重なることは、同一駆動電
圧でＰ３パルス幅を変化させた場合にも起こるし、また
、Ｐ３パルス幅を一定として駆動電圧を変化させた場合
も同様に起こる。

第８図Ｃで示した領域は第１０図７２のタイミングでＰ
３パルスを遮断した場合の非回転領域であり、Ｃ′はＴ
３のタイミングによるものである。

このような、不安定動作の発生する領域はステップモー
タのコイル、ロータ、インデックストルクなどの仕様に
よって変化する。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、従来のステンブモータ逆転駆動方法では、
駆動電圧が変動すると回転が不能あるいは動作が不安定
になる現象があり、この領域を避ける為に次のような設
計上の制約を受けていた。

特にリチウム電池、過酸化銀電池１充電装置を備えた機
器に用いる二次電池のように初期的または恒久的に電圧
変動がある電池を電源とした場合には想定電圧範囲内の
回転不能領域、不安定動作領域を避けなければならない
。

ただ単に動作電圧範囲を広くとりたいのであれば駆動パ
ルス幅（Ｐ３）を充分広く設定すればよいが、その場合
には高速で逆回転できなくなり商品価値が下がるばかり
か、消費を流が極端に増加し、小型電池で長寿命を要求
される電子時計には適さないという課題があった。

そこで、本発明の目的は、従来のこのような課題を解決
するため、駆動電圧が変動しても回転不能領域、不安定
動作領域が発生しないで、かつ、裔速逆回転、低消費＠
流の逆転駆動方法を得ることとしている。

〔課題を解決するための手段〕

上託課題を解決するために、本発明はステップモータと
輪列と表示機能を有する電子時計において、ステップモ
ータ駆動信号を記憶する手段と、ロータの磁極を記憶す
る手段と、ステップモータ駆動を制御する駆動回路を有
する構成とし、ステップモータの電圧変動時における回
転不能、不安定動作の防止と駆動動作範囲の拡大と低消
費電流化が図れるようにした。

〔作　用〕

上記のように構成された電子時計においては、逆転駆動
パルスト３遮断後の一定区間中間電力励磁状態を維持す
る。この状態のときステップモータに印加される信号を
中間電力励磁パルスと呼ぶ。

この区間にロータの運動は減衰し、次に駆動パルスを完
全に遮断し、無励磁状態としたときには、ロータは初期
静止位置より１８０°逆回転した安定静止位置まで回転
し静止する。

中間電力励磁パルスを作る手段は、この区間だけいくつ
かのゲート素子を介してコイルにインピーダンス素子を
接続する方法や何らかの手段により高低二段階の電圧を
発生させ、駆動時は高電圧、中間電力励磁状態では低電
圧の駆動パルスを印加する方法（第２図）等考えられる
が、断続パルスを印加する方法が構造上簡単で、かつ、
確実で無駄な電力損失もなく有利である。

〔実施例〕

以下に、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明による駆動電圧波形の一例である。第１
図、第２図において区間ＥはＰ３駆動パルス印加区間（
励磁状態）区間Ｆは中間電力励磁区間（中間電力励磁状
態）、それ以外の区間は無励磁状態である。第１図に示
す中間電力励磁区間Ｆの長さや、断続の周期、デユーチ
ー比は個々のステップモータの仕様、交差範囲、動作電
圧範囲等によって最適に決定することができる。

第３図は、第１図のＰ３パルス波形をステップモータに
印加したときの電流波形の例である駆動パルス幅は、６
．８ｍ５ｅｃ、中間電力励磁パルスは周期０．９９ｍ　
ｓ　ｅ　ｃデユーチー比１：３の４パルスである。コイ
ルのインダクタンスによりパルスが断続されてもコイル
電流はある程度平均化され、ステップモータは中間電力
励磁状態となる。また電池からの電力を要するのは、は
とんどがＰ３パルスの印加されている部分であり、中間
電力励磁パルスで消費される電力はごく僅かである。

本発明においては、Ｐ３パルスを除く残りの逆転駆動パ
ルスは、従来技術と同様であり、以下の実施例はＰ３の
パルスについて説明する。第４図は１秒運針の電子時計
に本発明を適用した実施例のＰ３パルスの回路図である
。

発振回路１１は水晶振動子を用いて３２７６Ｈｚの基準
信号を発生する０分周回路１２は前記基準信号を順次分
周して１６３８４　ＨｚのＱ＋　、８１９２ＨｚのＱ２
からｌ　ＨｚのＱｌ、までの信号を発生させる。駆動パ
ルス合成回路５４は信号Ｑ６．Ｑ７を入力とするオアゲ
ート３３と、オアゲート３３の出力と信号Ｑ８を入力す
るオアゲート３５と、オアゲート３５の出力と信号Ｑ９
を入力とするアンドゲート３７から成る。中間電力励磁
パルス合成回路５５は信号Ｑ４．Ｑ５を入力とするオア
ゲート３４と、駆動パルス合成回路５４のオアゲート３
３の出力と信号Ｑ８を入力とするアンドゲート３６と、
アンドゲート３６の出力と信号Ｑ９を入力するオアゲー
ト３８と、オアゲート３４と３８の出力を人力とするア
ンドゲート３９から成り、駆動パルス出力回路５６は信
号ＱＩＯ〜１５を入力とするアンドゲート３２と、駆動
パルス合成回路５４のアンドゲート３７の出力と中間電
力励磁パルス合成回路５５のアンドゲート３９の出力を
入力とするオアゲート４０と、アンドゲート３２とオア
ゲート４０の出力を入力とするアンドゲート４１から成
り、駆動回路５７は駆動パルス合成回路５４のアンドゲ
ート３２の出力をクロックとしそのＱ出力をデータ端子
に入力するＤ形フリップフロップ４２と、駆動パルス出
力回路５４のアンドゲート４１の出力とＤ形フリップフ
ロップ４２のＱ出力を入力とするナントゲート４３と、
駆動パルス出力回路５４のアントゲート４１の出力とＤ
形フリノプフロンブ４２のＱ出力を入力とするナントゲ
ート４７と、ナントゲート４３の出力を入力するバッフ
ァ用インバータ４５と、ナントゲート４７の出力を入力
する同しくバッファ用インバータ４６から成り、ステッ
プモータ１４は駆動回路５７のインバータ４５．４６の
出力をコイルに入力している。

次にこの回路の動作を説明する。ゲート３２は１ｆｉｚ
から３２Ｈｚまでの信号（Ｌｓ、　　Ｑ１４．　　Ｑ１
３．　　Ｑ１２Ｑ、、、Ｑ、。を入力し、その論理積を
とる。

その出力信号は第１１図４７に示すように１秒を周期し
たパルス幅１５．６ｍの信号となる。ゲート３３と３５
は１２８）１ｚ　２５ＧＨｚ　５１２Ｈｚの信号Ｑ　ｓ
、　Ｑ　７．　Ｑ　ｂの論理和ととり、さらにゲート３
７により６４）１ｚ信号Ｑ９と論理積がとられる。この
結果ゲート３７の出力信号４日は第１１図４８に示すよ
うな周期１５．６ｍ秒、パルス幅６．８ｍ秒の信号とな
る。同様にゲート３８の出力信号４９は周期１５．６ｍ
秒パルス幅１０７ｍ秒のパルス信号となる。またゲート
３４には１０２４Ｈｚと２０４８Ｈｚの否定信号Ｑａ、
　　Ｑａが入力され論理和をとる。

この出力信号は第１１図５０に示すような周期０９８ｍ
秒、パルス幅０．２４ｍ秒の信号となる。さらに、これ
らの信号４７．４８．４９．５０はゲート３９．４０．
４Ｎこより合成され、第１１図５１に示すような１秒周
期の信号となる。フリップフロ、プ４２は１秒信号４７
によって毎秒、出力Ｑ、Ｑを反転する。従って信号５１
はゲート４３と４５、ゲート４４と４６に交互に振り分
けられステップモータ１４のコイル出力端子５２．５３
には第１１図５２．５３の様に交互に駆動パルスが出力
される。

この結果、ステップモータ１４のコイルには交互に極性
の反転する駆動パルス波形が印加され、前述の様な励磁
状態、中間電力励磁状態、無励磁状態を有する事による
本発明の効果を発揮する。

Ｃ発明の効果〕 この発明は、以上説明したように比較的簡単な手段で従
来のステップモータ設計上の障害となっていた不安定動
作を防止することができた。このことにより、設計の自
由度を増すことができ、ステップモータの小型化、薄型
化、ローコスト化高効率化等をする上で、その効果は絶
大である。

なお、実施例では１秒運針の電子時計を例に説明したが
、他の周期を有する電子時計でも全く同様の効果を有す
る。更に、運針周期の長い駆動方式では、中間電力励磁
区間を設けることによる消費電力の増加による電池寿命
に対する影響が少なく本発明適用の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の駆動パルス波形、第３図は本
発明の駆動方式によるＰ３パルスの電流波形、第４図は
本発明の実施例駆動回路のＰ３３パルス分回路図、第５
図は従来の駆動パルス波形、第６図はステップモータの
逆転動作図、第７図は従来の逆転動作の電流波形、第８
図は従来の逆転駆動の動作領域図、第９図、第１０図は
ロータの回転の様子を示す説明図、第１１図は出力信号
を示す図である。 ２　・　・ ３　・　・ １２・　・ １６・ ０−タ ノノチ 発信回路 分周回路 ステータ磁極線 中間電力励磁パルス合成回路 以上 出願人　セイコー電子工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 発振回路と、前記発振回路の信号を入力して異なる周期
   の複数のパルス信号を出力する分周回路と、磁気的安定
   点が２つあるステータと、２極の永久磁石のロータとコ
   イルから成るステップモータと、前記分周回路のパルス
   信号を入力して前記ステップモータのロータが最大磁気
   ポテンシャル点を越えるように前記ステップモータのロ
   ータを正、逆いずれにも回転駆動する駆動パルスを合成
   出力する駆動パルス合成回路と、前記分周回路のパルス
   信号を入力して前記駆動パルスよりも小さい実効電力値
   を有する中間電力励磁パルスを合成出力する中間電力励
   磁パルス合成回路と、前記駆動パルスと前記中間電力励
   磁パルスを合成出力する駆動中間電力励磁パルス合成回
   路からなり、前記駆動パルス出力により前記ステップモ
   ータのロータが逆回転動作中、最大磁気ポテンシャル点
   を越えた後に前記中間電力励磁パルスが出力されるよう
   構成された駆動中間電力励磁パルスによって前記ステッ
   プモータの安定した逆回転を可能にした駆動回路を備え
   たことを特徴とする電子時計用ステップモータ。