JPS6016193A - ２つの可逆回転ステツプモ−タの制御装置 - 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 本発明は、各々が２つのコイルを有する１対の可逆回転
ステップモータを制御する装置に関する。この制御装置
は、電子式アナログ腕時計に使用されるが、他の分野へ
の適用も可能である。

従来技術 さまざ１な理由から、１つの腕時計に２つのステップモ
ータが組込１れる。その理由の１つ（６） は、例え−二、腕時計で実行可能な機能の数を増やすた
め、つ１す、同一の表示装置によって１モータの腕時計
よりも多くのことを表示するためである。他の理由は、
腕時計に表示されるデータの電子的修正を容易にするた
めである。この２つの目的は、同時に実現することがで
きる。

寸だ、１つのモータしか持たない他の腕時計と機能は同
じだが、ただ組立てや使用が簡単になるとい５即由から
、２つのモータを使用する場合もある。

例えばある神の腕時計では、第１のモータが秒針と分針
を駆動し、第２のモータは時計とカレンダー表示装置を
駆動する。このような腕時計においては、時刻の設定と
時間帯の変更が迅速に行なわれ、クロノグラフ機能を容
易に組込むことができる。

この構成には次のような利点もある。つまり、腕時計が
１つのモータしか宵さず、このモータに固定長の駆動パ
ルスが供給される場合に比べて、エネルギー消費量が少
なくなるのである。

（４） 実際に、秒針と分針だけを駆動するモータは負荷が小さ
いので、低工斗ルギーの駆動パルスを印加すればよい。

他方ミカレンダー機構を駆動するモータには高エネルヤ
ーのパルスが必要だが、このパルスの印加回数は少なく
、例えば１時間に１２回である。従って、２つのモータ
の使用によって、電池の寿命を延ばし、筐たはそのサイ
ズを小さくすることができる。

また、通常の６つの指針しか有さない腕時計において、
１つのモータが秒針だけを駆動し、分針および時針は他
のモータで駆動することは公知である。この場合分針と
時針は、命令によってアラーム時刻を調整、表示する。

これに対して秒針は、特別な動きによって、表示された
時刻がアラーム時刻であることを示す。

また、腕時計のもたらすデータを迅速に修正する場合、
あるいは指針が現在時以外のデータを表示するために用
いられていて、この指針を１つの位置から別の位置へ最
短経路で動かす場合には、可逆回転モータを使用する方
が有利である。

現在の時計製造技術の水準から見て、腕時計に可逆回転
モータを使用するには２つの解決法がある。１つの解決
法においては、標準的な単相モータ、例えば一方向にの
み回転するＬａｖｅｔ形モータを使用して、このモータ
に制御回路を付加する。制御回路は、正確な駆動パルス
を発生してモータに印加し、それによってモータを両方
向に回転させる。

もう１つの解決法は、両方向に回転する特別す構成のス
テップモータ、ｆｌば２コイルモータを使用することで
ある。

発明の解決すべき問題点 この型式のモータを使用する場合、特に１つの腕時計に
複数のモータを組込む場合には、問題が生じる。例えば
このモータは、その構造上の理由から、１つまたは他の
方向へ回転子を回転させるためには、２つのコイルを交
互に励磁しなげればならない。そのため各モータに、回
転に必要なエネルギーを個別に供給しなければならない
。そうでなげれば、各コイルの容積を、通常の単一方向
回転ステップモータとほぼ等しくしなければならＡ（０
゜こ２ｔとは別に、ドイツ連邦共和国特許出願第５０２
６００４号公報に記載されたよ５なモータもある。この
モータでは、２つのコイルが同時に励磁され、また両コ
イルが共に、回転子に加わるトルクを発生するための磁
界を形成するために用いられる。そのため、コイルの容
積は、交互に給電されるコイルの容積と比較してかなり
小さくなり、単一方向回転ステップモータの単一コイル
の容積とほぼ同じになる。

しかし、２つのコイルに同時に給電するためには、それ
に加えられる駆動パルスが持続している間に、１つのコ
イルに流れる電流を反転させなげればならない。従って
モータの制御回路は、４つのトランジスタから成り、か
つその中に１つのコイルが分岐接続されるブリッジ回路
を２つ形成するために、８つの出力トランジスタを必要
とする。２つのモータを有する腕時計（７） では、必要なトランジスタ数は２倍になる。トランジス
タを制御する論理回路と比べて、出力トランジスタは時
計の集積回路上で大きな面積を占めるので、トランジス
タ数が多いと不利な点も多くなる。

この面から見れは、コイルが交互に励磁されるモータは
有利である。スイス連邦特許第６６２１２８号公報に記
載さ扛ているように、モータの２つのコイルに給電する
場合、６つのトランジスタしか必要としないからである
。さらに、コイルの給電に使用される集積回路の出力端
子数も、モータ当９４つから６つに低減できる。

集積回路の端子数を低減することは、その信頼性を高め
コストを削減するために、常に要望されている。

従って本発明の課題は、各々が２つのコイルを有する２
つの可逆回転ステップモータを制御する装置において、
同じモータの２つのコイルに同時に給電できるようにし
、その際、出力トランジスタの数を低減すると共に、ト
ランジス（８） 夕がそれを制御する電子素子と一緒に集積化される回路
の端子数を削減することである。

問題点を解決するだめの手段 本発明によりば、この課題は次のようにして解決される
。すなわち、それぞれが第１および第２のコイルを有す
る２つの可逆回転ステップモータを制御する装置におい
て、 ２つの給電端子を設け、この給電端子を電源端子と接続
し、 第１の駆動回路を設げ、この第１の駆動回路が、前記給
電端子の間に並列に接続された６つの回路分岐を有し、
各回路分岐が直列接続された２つのトランジスタを有し
、これらのトランジスタカ、各ステップモータの第１の
コイルへ、制御された極性の電流パルスを供給できるよ
うに制御され、前記第１のコイルを一方では、第１駆動
回路の１つの回路分岐のトランジスタ接続部と共通に接
続し、他方では、他の２つの回路分岐のトランジスタ接
続部と別個に接続し、第２の駆動回路を設け、この第２
の駆動回路が、前記給電端子の間に並列に接続された６
つの回路分岐を有し、各回路分岐が直列接続された２つ
のトランジスタを有し、これらのトランジスタが、各ス
テップモータの第２のコイルへ、制御された極性の電流
パルスな供給できるように制御さ扛、前記第２のコイル
を一方では、第２駆動回路の１つの回路分岐のトランジ
スタ接合部と共通に接続し、他方では、他の２つの回路
分岐のトランジスタ接合部と別個に接続し、個々の制御
信号に対する制御手段を設け、この制御手段が、前記第
１および第２の駆動回路の各トランジスタに制御信号夕
印加し、それによって１つのモータの２つのコイｙｖ　
カ必要な電流パルスを同時に受取って該モータを回転さ
せ、一方のモータの１つのコイルと他方のモータの１つ
のコイルに電流パルスが同時に加えないようにしたので
ある。

実施例 次に図面を参照しながら実施例について本発明の詳細な
説明する。

第１図は本発明による制御装置のブロック図である。こ
こで制御装置は、２つの駆動回路Ｃ１，Ｃ２を有してい
る。各々の駆動回路は、２つの給電端子ｂ］、ｂ２０間
に、相互に並列接続さ扛た６つの分岐を有している。給
電端子ｂ工は、電源Ｐの正極と、端子ｂ２は負］Ｖと接
続さ肚ている。電源Ｐは例えば電池である。

６つの分岐の各々は、直列接続された２つのコンプリメ
ンタリＭＯ８電界効果トランジスタから成っている。１
゛ランジンタのドレインは相互に接続さオｔ、各々のソ
ースは給電端子ｂ１．＋ｂ２と接続されている。第１図
においては、第１駆動回路Ｃ１の１゛ランジスタＴｌｌ
ツ　Ｔ１３９Ｔ１５および第２駆動回路Ｃ２のＴ２１　
ｙ　Ｔ２３　＋　Ｔ２５がＰチャネル１−ランジスタで
ある。１だ回路Ｃ１のトランジスタＴ１．２　＋　Ｔ１
４　＋　Ｔ工。および回路Ｃ２のＴ２２　＋　Ｔ２４　
＋　Ｔ２６はＮチャネルトランゾスタである。

１つの被制御ステップモータの第１のコイルＢｌｌは、
トランジスタＴ工０．Ｔ１２のドレイン接（１１） 綾部とトランジスタＴ□５＋　Ｔ工。のドレイン接続部
との間に接続されている。第２のステップモータの第１
のコイルＢ２１は、トランジスタＴ工５゜Ｔ工。のドレ
イン接続部とトランジスタＴ１３゜Ｔ１４のドレイン接
続部との間に接続されている。

１だ２つのモータの第２のコイルＢ工２＋Ｂ２２は、ト
ランジスタＴ２５＋　Ｔ２６のドレイン接続部と、トラ
ンジスタＴ２１＋　Ｔ２２のドレイン接続部ないしトラ
ンジスタＴ２３＋　Ｔ２４のドレイン接続部との間に接
続されている。

４つのコイルＢ１．１．＋Ｂ工２．Ｂ２□およびＢ２２
が属しているステップモータは、図に示していない。な
ぜなら、これらのモータは２つのコイルを有する可逆回
転モータであれば何でもよいからである。ただし２つの
コイルは同時に給電されなければならない。１だコイル
に供給される電流の方向が、駆動パルスの持続時間の間
に少くとも１度、少くとも１つのコイルにおいて反転す
る必要がある。さらに、２つのモータは別の種類のもの
にしてもよい。

（１２） トランジスタＴ１．１〜・Ｔ１６およびトランジスタＴ
２］〜Ｔ２６の制御端子は、第１図に示していない制御
回路から制御信号を受取る。制御回路については後で説
明する。制御信号は固定長を有し、かつ所望のトランジ
スタを導通させ、または阻止するように極性づげられて
いる。そのため、各モータは所望の周波数および方向で
回転し、２つのモータの同時動作は避けられる。

トランジスタＴ１１　＋　Ｔ１３　＋　Ｔ１５およびＴ
２□。

Ｔ２３＋　Ｔ２５を導通させるためには、制御回路が各
トランジスタの制御端子に論理「０」信号を加えなけれ
ばならない。論理「１」信号が供給されると、これらの
トランジスタは阻止される。

ただしトランジスタＴ１２りＴ１４ツ　Ｔ１６．Ｔムｉ
２’ｔＴ２４＊”２６を阻止するためには、制御回路は
各トランジスタの制御端子に論理「０」信号を印加しな
ければならず、導通させるには論理「１」信号が必要で
ある。

論理回路において通例であるように、論理信号「０」は
電源Ｐの負御と同じ電圧を有する信号であり、論理信号
「１」は正極と同じ電圧を有する信号である。

正の電流を十の矢印で示す方向でコイ／Ｉ／Ｂ１１゜Ｂ
１２に流入させるためには、制御回路はトランジスタＴ
ユ２＋”１５およびＴ２２＋　Ｔ２５を導通させなけれ
ばならない。他方、同じコイルＢ工、。

Ｂ１２に負の電流を流すためには、制御回路はトランジ
スタＴ１１．Ｔ□６およびＴ２１　＋　Ｔ２６を導通さ
せなければならない。

さらに、コイルＢ２１＋　Ｂ２２に正の電流を流すため
には、トランジスタＴ工。、Ｔ工、およびＴ２４゜Ｔ２
５を導通させ、負の電流を流すためにはトランジスタＴ
１３．Ｔ１６およびＴ２３＋　Ｔ２６を導通させる必要
がある。

さらに、安定位置の周りで回転子が振動する期間を短縮
するためには、通常の単一方向回転モータと同じように
、駆動パルスを受けたモータの少くとも１つのコイルを
、しばらくの間短絡プせねば有利である。このためには
、制御回路が１対のＮチャネルまたはＰチャネルトラン
ジスタな導通させる必要がある。この特別なトランジス
タ対では、そのドレインが、短絡されるコイルに直接接
続されている。

以上説明した制準ｌ装置（でよれば、４つの１−ランジ
スタから成るブリッジに４つのコイルが分岐接続されて
いる場合と同じように、各モータのコイルを同時制御す
ることができる。亡かもそれは、集積回路の同一表向に
ある出力トランジスタ数を１２個とし、集積回路の出力
端子を２つ節減して行なうことができる。

この装置に課ぜられろただ１つの限定条件は、２つのモ
ータが同時に作動してはならないということである。た
だし実際には、このことは不都合な結果を招かない。少
くとも腕時計の場合には、別々のモータで！Ｗ動される
２つの指針の動きの間に数ｍｓ程度のずれがあっても、
障害は生じない。他方、２つのモータの同時制御が可能
でも、それは行なわない方がよい。なぜなら、モータの
大きな電流消費によって生じる電流ピークが、集積回路
の動作を阻害するからで（１５） ある。甘だ、コイルの発生した磁界によって、１つのモ
ータと他のモータが相互に影響を及ぼし合うおそれもあ
る。

第２図は、第１図の駆動回路Ｃ１＋Ｃ２がコイルＢ工０
．Ｂ工２．Ｂ２□、Ｂ２２へ印加する電流パルスの波形
を示している。これらの信号は、ドイツ連邦共和国特許
第３０２６００４号公報に記載されたように２つのモー
タを制御する場合に、コイルへ供給される。この場合、
モータハ１８ｏ０を１歩進ステップとして回転する。第
２図から分るように本発明では、コイル内を流ゎる電流
の方向を、正および負のどちらかに選択することができ
る。

第２図のａ）は、２つのモータが共に同一方向、例えば
順方向に回転する場合に対応し、ｂ）はモータが共に逆
方向へ回転する場合に対応している。もちろん、１つの
モータが順方向に回転し、他のモータが逆方向に回転す
る場合もありうる。

第１のモータの回転子が所与の休止位置にある時、この
モータを前進ステップで回転させる（１６） には、第２図ａ、に示すように、１ず２つのコイルＢ工
］、＋Ｂ□２に正の電流工、１．■、２を同時に送出し
、次に回転子が９０°だけ回転した時に、電流１１２の
方向だけを逆転させて負とし、電流１１．１の方向はそ
の１寸にしておけばよい。

同じ方向でモータに新しい歩進ステップを遂行させるに
は、最初に２つのコイルＢ１１．Ｂ１２に負の電流を送
出し、次いで回転子が１ス会ツゾの半分（約９０°）だ
け回転した時に、コイルＢ１２を流れる電流工□２の方
向を逆転させる。

同じことは第２のモータにもあてはまる。言い加えるこ
とは、第１のモータの２つのコイルが給電されない時に
のみ、電流■２□、■、２のそれぞれが、第２のモータ
の第１コイ／Ｌ／Ｂ２□および第２コイ／Ｌ／Ｂ２２へ
供給されるという点である。

ただし、第２のモータが駆動されている時は、第１のモ
ータのコイルは短絡できる（その逆も同じ）。

前述の場合と同じ休１に位置から出発してモータを逆方
向に回転させるためには、捷ず２つのコイルに負の電流
１１□、工１２および■２□、■２２の各々を供給し、
次いで回転子が２分の１歩進ステップだけ回転した時に
、第１のコイルを流れる電流の方向を逆転させる（第２
図す参照）。

第２のコイルが正の電流を受け取り、かつ第１のコイル
が１ず正の電流、続いて負の電流を受け取った時に、同
じ方向で新しい歩進ステップが行なわれる。

第２図において、２つのモータに印加される駆動パルス
は、同じ周波数、同じパルス長で示されているが、この
ことがいつも当て嵌するわけではない。例えば、第１の
モータが秒針と分針を駆動し、第２のモータが時針とカ
レンダー装置を駆動するような腕時計では、通常動作の
場合、第１のモータは１秒刻みで駆動パルスを受取る。

こｔに対して第２のモータは、５分に１度しか駆動パル
スを受取らない（時針が１時間に１２歩歩進ステップ駆
動される場合）。さらに、第２モータはカレンダー機構
を駆動するので、第２のモータに対するパルスは、第１
モ−タのパルスよりもパルス長が長い。

第６図は、腕時計の内部で使用される制御回路の例を示
している。゛この制御回路は、前述のドイツ連邦共和国
特許出願公報記載のモータに類似した２つのモータを制
御するために、第１図に示した回路と共に使用される。

この例では、トランジスタ’Ｉ’ｌｌ〜Ｔ工。およびＴ
２□〜Ｔ２６の制御信号は、例えば’ＲＯＭであるメモ
リ４から供給される。メモリ４０６つの出力側Ｓユ〜Ｓ
６は、第１駆動回路Ｃ１のトランジスタＴ□１〜Ｔ□６
の制御端子と直接接続され、他の６つの出力側Ｓ、〜Ｓ
１２は、第２駆動回路Ｃ２のトランジスタＴ２１〜Ｔ２
６の制御端子と直接接続されている。メモリ４には４つ
のアドレス入力側Ｅ０〜Ｅ４も設けられる。入力側Ｅ□
〜Ｅ４には、制御論理回路３から複数の論理信号が供給
される。これら論理信号の組合わせは、正電流または負
電流によって各コイルＢ工１．Ｂユ２＋Ｂ２１＋Ｂ２２
に生じ得る阻止状態、短絡状態育たば通過状態に対応し
ている。

第６図の制御回路は、発振器１、分周器２、および制御
論理回路３も有している。その場合発振器１は、水晶共
振子とその保守回路を有している。捷だ制御論理回路３
は、分周器２により得られた種々の周波数の信号、およ
び図示していない制御手段の発生した信号から論理信号
を形成し、この信号はメモリ４の入力側へ印加される。

発振器１と分周器２は慣用のものである。制御論理回路
３に関しては、詳しく説明しない。

なぜなら、制御論理回路の詳細な構成は、各モータに割
当てられた機能と、これら機能を制御する自動的な手段
ないし手動手段の％性とによって、種々に変更されるか
らである。

第１表は、次のような簡単な場合について、回路がどの
ように動作するかを示している。まず第１に、どちらか
のモータに駆動パルスが印加された後で、そのモータの
２つのコイルが所与の期間だけ短絡された場合；第２に
、１つのモータのコイルが給電され、かつ、他方のモー
（１９） りのコイルが開放した時（給電も短絡も行なわれない時
）にのみ、このコイルが短絡する場合である。

（２０） 第１表において、「状態」と総称される４つの列は、４
つのコイルＢ１１　＋　Ｂ１２　＋　Ｂ２１　＋　Ｂ２
２に対して生じ得ろ状態の組合わせを示している。

この列において、「ＯＦＦ」は当該コイルが開放してい
ることを意味し、「ＣＣ」はコイルの短絡を、「十」お
よび「−」は、正寸たは負の電流がコイルを流れている
ことを表わしている。

「入力」と名句けられた４つの列は、メモリ４の入力側
Ｅ１〜Ｅ本に印加される４つの論理信号の組合わせ例を
示している。

「出力」という名称のついた１２の列は、入力論理状態
の組合わせに対応して、メモリ４の出力側Ｓ１〜Ｓ工、
がとる論仰状態を示している。

もちろん、第１表は単なる例として示したに過ぎず、２
つのモータを制御する方法は他にも多くある。

例えば、既に述べたように、１つのモータあたり２つの
コイルではなく１つのコイルだけを短絡させることもで
きる。これは、第１表の第６行および第１１行の変更を
意味する。駆動パ（２６） ルスが印加された後でコイルを短絡させ、る必要がない
時は、この２つの行を省略することができる。

さらに、２つのモータをほぼ同時に作動させれば、ある
いは、１つのモータのコイルが短絡している時に他のモ
ータのコイルに駆ｆｊｌｌパルスを印加すれば有利であ
る。この機能を実行するのに必要な修正は、当業者には
明らかであろう。

１だ、連続する２つの駆動パルスの間の全時間中、各モ
ータのコイルを短絡させろこともできる。この場合、前
述の例と同じように、各駆動回路Ｃ１，Ｃ２において、
あるコイルが短絡していない時に、このコイルを流れる
電流の方向に応じて、そのドレインに別のコイルが接続
されているＰチャネルトランジスタまたはＮチャネルト
ランジスタによって、この別のコイルの短絡が行なわれ
る。予想される種々のオプション、およびその他の構成
の数を考えても、コイルの状態の組合わせ数は１６を越
えず、従って４人カメモリを使用すれ幻゛十分である。

ただし、（２４） 少くとも１つの付加入力側を設けざるを得ない場合もあ
る。例えば、モータを制御するのに、１つのコイ）Ｖを
流扛る電流を急激に逆転するのではなく、しばらくの開
電流を遮断し、それから逆転してもよい。基本的な事例
、つ１り短絡された後で、あるモータの２つのコイルが
開放されている時に、他方のモータのコイルに給電する
場合、に上述の構成を用いるとすれば、第１表において
、コイルおよびメモリの出力に対して８つの状態を付加
しなげればならない。コイルに対して設けられる付加的
な状態の例としては、左からｒＯＦＦ　ｌ　＋　ｒＯＦ
Ｆ　Ｊ　＋　［＋Ｊ　ｙ［ＯＦＦ　Ｊがある。

本発明の範囲が、以上で説明した特定の構成に限定され
ないことは勿論である。

例えば、時計製造以外の分野に適用する時は、２つの駆
動回路をＭＯＳ　）ランジスタではなくバイポーラトラ
ンジスタから構成してもよい。

発明の効果 本発明の２つの可逆回転ステップモータの制御装置によ
り、同じステップモータの２つのコイルへ同時に給電で
き、しかも、出力トランジスタの数と、トランジ、スタ
が集積化される回路の端子数とを、従来のものより削減
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による制御装置の実施例を示すブロック
回路図、第２図は第１図の回路と組合わされる２つのモ
ータを制御する電流パルスを示す図、第６図は、本発明
を電子式腕時計に適用する場合に、第２図に示す駆動パ
ルスによって２つのモータを制御するために、第１図の
回路と組合わされる回路のブロック回路図である。 Ｔ工、〜Ｔ工。、Ｔ２１〜Ｔ２６・・・トランジスタ。 Ｂ１１９Ｂ１２ＩＢ２１ツ　Ｂ２２°゛コイル％Ｓ１′
８１２・・・出力端子、１・・・発振器、２−・・分周
器、３・・・制御論理回路、４・・・メモリ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　それぞれが第１および第２のコイルを有する２つ
   の可逆回転ステップモータを制御する装置において、 ２つの給電端子（ｂよ、ｂ２）が設けられており、該給
   電端子が電源端子と接続されており、 第１の駆動回路（Ｃ１）が設けられており、該第１の駆
   動回路が、前記給電端子の間に並列に接続された６つの
   回路分岐を有し、各回路分岐が直列問続された２つのト
   ランジスタ（Ｔ１１−　Ｔ１６　）を有し、該トランジ
   スタが、各ステップモータの第１のコイル（Ｂ１□。 Ｂ２１）へ、制御された極性の電流パルスを供給できる
   ように制御され、前記第１のコイル’　（Ｂ１１１　Ｂ
   ２１　）が、一方では、第１駆動回路（Ｃ〕）の１つの
   回路分岐のトランジスタ接続部と共ｊｌに接続されてお
   り、他方では、他の２つの回路分岐のトランジスタ接続
   部と別個に接続されており、 第２の駆動回１！（Ｃ２）が設けられており、該第２の
   駆動回路が、前記給電端子の間に並列に接続された６つ
   の回路分岐を有し、各回路分岐が直列接続された２つの
   トランジスタ（Ｔ２□〜Ｔ２６）を有し、該トランジス
   タが、各ステップモータの第２のコイ１ｖ（Ｂ１２゜Ｂ
   ２２）へ、制御された極性の電流パルスを供給できるよ
   ５ｖｃ制御され、前記第２のコイル（Ｂ工２１Ｂ２２）
   が、一方では、第２駆動回路（Ｃ２）の１つの回路分岐
   のトランジスタ接続部と共通に接続されており、他方で
   は、他の２つの回路分岐のトランジスタ接続部と別個に
   接続されており、 個々の制御信号に対する制御手段が設けられており、該
   制御手段が、前記第１および第２の駆動回路の各トラン
   ジスタに制御信号を印加し、それによって１つのモータ
   の２つのコイルが必要な電流パルスを同時に受取って該
   モータを回転させ、１だ一方のモータの１つのコイルと
   他方のモータの１つのコイルに電流パルスが同時に加え
   られないようにしたことを特徴とする２つの可逆回転ス
   テップモータの制御装置。 ２、　制御１手段がＲＯＭを有し、該１（ＯＭが各トラ
   ンジスタに対する出力端子を備えている特許請求の範囲
   第１項記載の２つの可逆回転ステップモータの制御装置
   。