JPH02159999A - ステップモータ駆動回路 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、ステップモータの回転状態を検出して回転の
補正を行うステップモータ駆動回路に関する。

（従来技術及びその問題点〕 ステップモータ駆動の一例としてアナログ表示の電子腕
時計のステップモータの駆動についてみると、ステップ
モータが駆動する負荷は一定ではなく、例えば時針、分
針、秒針と共に日付、曜日を表示するカレンダ機構を駆
動するときには通常より大きな負荷がステップモータに
加わることになる。さらに電池電圧の経時的変化、ある
いは周囲温度の低下による電圧低下などによりステップ
モータの駆動能力が低下することを考慮すると、それら
の諸条件の基でステップモータを確実に駆動する為には
、最大負荷を駆動するのに必要な駆動波形に一定のマー
ジンを与えた駆動波形を供給する必要がある。

しかし、上述のようにしてステップモータを駆動した場
合には、カレンダ機構が駆動されない−日の内の大部分
の時間や、通常の温度環境下においては、ステップモー
タの回転に必要とする以上の駆動電流が供給されること
となり、無駄に電流が消費されることになる。

それらの問題を解決するものとして例えば特公昭５８−
６４００号公報には、通常の駆動条件で回転可能な狭い
パルス幅の駆動パルスをステップモータに供給し、実際
にステップモータが回転したか否かを検出して非回転で
あったときには、より広いパルス幅の駆動パルスを供給
することで、低消費電力化を図る技術が開示されている
。

しかしながら、上記従来の駆動方法では、ステップモー
タの非回転が生じた場合に、駆動パルスの１周期内もし
ぐは次の周期で補正の為の駆動パルスを供給するように
している為に、はぼ１周期の期間でパルスモータが２回
回転することとなり、時刻を表示する指針が不規則に運
針し、その結果時計本体の故障と使用者に勘違いされる
という問題点があった。例えば１秒周期の信号により駆
動される秒針に非回転が生じた場合に、非回転を検出し
た直後に補正の為の駆動パルスを供給したとしても、次
の１秒信号による運針との時間間隔が短（なり、誤動作
のような運針となってしまう。

また、最近アナログ表示の電子時計において、電池寿命
が終わりに近づくと、例えば秒針を２秒毎に２回連続し
て運針させて電池寿命を報知するようにしたものもある
。この種の電子時計では上述したステップモータの非回
転時の補正の為の駆動パルスにより生じる不規則な運針
との区別が困難となり、−時的な負荷の増大あるいは周
囲温度が低い為に生じたステップモータの非回転の補正
を、電池寿命に達したものと誤って判断してしまうとい
う問題もある。

〔発明の目的］ 本発明はステップモータの非回転を検出したときに、不
規則な回転を生じさせることなく回転の補正を行うこと
のできるステップモータ駆動回路を提供することを目的
とする。

〔発明の要点〕

本発明はステップモータに、例えば通常の負荷条件及び
環境条件で駆動可能な駆動信号（第１の駆動信号）を与
え、その駆動信号によりステップモータが回転しなかっ
た場合には、分周手段での分周比を制御して同期信号の
周期を短く補正し、さらにその補正された周期の同期信
号に基づいて作成される補正用の第２の駆動信号をステ
ップモータに供給することで回転の補正を行うものであ
る。

［実　　施　　例］ 以下、本発明の実施例を第１図乃至第８図を参照しなが
ら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例のアナログ表示の電子腕
時計の回路構成を示す図である。同図において発振回路
１は例えば水晶振動子を備え３２．７６８ＫＨｚの基準
クロック信号を生成して第１分周手段２に出力する。第
１分周段２では上記の基準クロック信号を分周して３２
　］（ｚの信号を作成する。第２分周段３は例えばフリ
ップフロ！ノブで構成され、入力する３２七の信号を２
分周して１６Ｈｚの信号を第３分周段４に出力する。第
３分周手段４では１６Ｈｚの信号をさらにｌ　Ｈｚの信
号（信号ａ）に分周し、第１波形出力部５、第２波形出
力部６及びワンショット回路１５に出力する。

第１波形出力部５及び第２波形出力部６は、第３分周段
４からの信号ａに基づいてそれぞれパルス幅の異なった
信号（デユーティの異なる）ｂ及びＣを作成してアンド
ゲート７及び８に出力する回路であり、第２波形出力部
６からの信号Ｃは第１波形出力部５よりオン幅の広い信
号である。

上記アンドゲート７及び８の他の入力端子にはそれぞれ
ＲＳフリップフロップ１３のＱ出力信号及びＱ出力信号
が入力し、それらアンドゲート７及び８の出力は波形整
形部９に入力する。

波形整形部９はアンドゲート７または８を介して与えら
れる第１波形出力部５または第２波形出力部６からの信
号ｄに基づいて、互いに１８０°の位相差を持つ２種類
の信号ｅ及びｒを作成する回路である。この波形整形部
９には、ステップモータが正常に回転しているときには
、ＲＳフリップフロップ１３はリセット状態にあること
から、アンドゲート７を介して第１波形出力部５からの
オン幅の狭い信号（信号ｂ）が人力しており、通常はそ
のオン幅の狭い信号により後述するドライブ回路１０で
ステップモータの駆動が行われる。

ドライブ回路１０は波形整形部９からの互いに１８０°
の位相差を持つ信号ｅ及びｆに基づいて、ステータコイ
ルｌｌａに供給する励磁電流の方向を交互に切り換え、
ステップモータ１１の駆動を制御する回路である。上記
ドライブ回路１０は、例えば第２図に示すように、Ｐチ
ャンネルトランジスタ２１とＮチャンネルトランジスタ
２２とが縦続接続されたものと、同様に縦続接続された
Ｐチャンネルトランジスタ２３とＮチャンネルトランジ
スタ２４とで構成される。第２図のドライブ回路１０に
１８０°位相差を持つ信号ｅ及びｒを与えることで、第
２図において対角方向に配置されているトランジスタ２
１及び２４、あるいはトランジスタ２３及び２４が交互
にオン、オフしてステップモータ１１のステータコイル
１１．　ａに供給する励磁電流の方向を切り換えること
ができる。

ステップモータ１１は、ステータコイルｌｌａと、その
ステータコイルｌｌａにより交互に逆極性に励磁される
ステータ１１ｂと、そのステータ１１ｂに対向して配置
され２極に着磁された永久磁石からなるロータｌｌｃと
で構成され、ロータ１１ｃの回転は図示しない輪列機構
を経て時針、分針、秒針に伝えられ、さらに曜日、日付
を表示するカレンダ機構に伝達される。

また、ステップモータ１１のステータコイル１１ａには
、励磁電流を供給してステップモータ１１を駆動したと
き、実際にロータｌｌｃが回転したかどうかを検出する
ための回転検出部１２が設けられている。この回転検出
部１２は、例えばロータ１１ｃの回転によりステータコ
イルｌｌａに誘起される電流から正常に回転したかどう
かを検出するものであり、正常回転時にはローレベルの
検出信号ｇを、回転しなかったときにはハイレベルの検
出信号ｇをＲＳフリップフロップ１３に出力する。

ＲＳフリップフロップ１３のＱ及びＱ出力信号はアンド
ゲート７及び８に入力し、上述したアンドゲート７及び
８をオンまたはオフする。例えばステップモータ１１が
正常に回転したときには、ＲＳフリップフロップ１３は
リセント状態を維持し、アンドゲート７が開いて、第１
波形出力部５で作成されるオン幅の狭い信号すに基づい
て作成された信号が波形整形部９に入力し、その信号に
よりステップモータの駆動が行われる。

一方、ステップモータ１１の非回転が回転検出部１２で
検出されると、ハイレベルの検出信号ｇによりＲＳフリ
ップフロップ１３はセットされる。

ごれによりＱ出力信号りがハイレベルとなり、アンドゲ
ート８が開いて、波形整形部９では第２波形出力部６か
らのオン幅の広い（デユーティの大きい）信号Ｃに基づ
いて駆動信号ｅ及びｒが作成され、通常時より大きな駆
動エネルギーがステップモータ１１に供給される。

また、Ｉ’？Ｓフリップフロンプ１３．のＱ出力信号り
はアンドゲート１４に入力し、このアンドゲート１４の
出力は第２分周段３及び３２進カウンタ１６に入力する
。上記アンドゲート１４の他の入力端子にはワンショッ
ト回路１５からの１秒周期の信号ｉが与えられており、
回転検出部１２で非回転を検出してＲＳフリップフロッ
プ１３がセット状態となると、信号ｉがアンドゲート１
４を経て第２分周段３に入力する。上記信号ｉにより第
２分周段３はプリセットとされ、第１分周段２からの本
来のパルス数より１パルス分多い信号を計数することと
なり、第２分周段３では正常回転時より１パルス分（１
／３２秒）だけ早く信号が出力され第３分周段４に与え
られる。

そして、第３分周段４からは、その１７３２秒早い周期
の信号（信号ａ）が出力され、その信号ａに同期した信
号ｉがアンドゲート１４を経て再び第２分周段３に与え
られて、同様に、１パルス分（１／３２秒）早い周期の
信号が第３分周段４から出力される。

３２進カウンタ１６は上記の第２分周段３での周期の補
正を３２回計数するカウンタであり、アンドゲート１４
からの信号を３２回計数してステップモ−夕１１の１回
転分の補正が終了すると、キャリー信号を出力してＲＳ
フリップフロップ１３をリセットする。

すなわち、回転検出部１２でパルスモータ１１の非回転
を検出した場合Ｇ−は、第３分周段４から出力される信
号ａの１周期毎に第２分周段３にパルスが与えられ、第
２分周段３から本来のパルス数より１パルス分早く信号
（本実施例では３１／３２秒を１周とする信号）が出力
される。さらに上記の周期補正が３２回繰り返されて、
第３分周段４からは３２秒間に３３個の信号ａが出力さ
れる。したがって、この信号ａに基づいてパルスモータ
１１を駆動することで非回転１回分の補正を行うことが
できる。

また、このとき第２波形出力部６で作成されるオン幅の
広い信号Ｃがアンドゲート８を通り波形整形部９に出力
されるので、波形整形部９からは上述のようにして周期
が補正され、かつオン幅の広い信号ｅ及びｆが駆動信号
として与えられ、それらの信号によりステップモータ１
１の回転の補正が行われる。

次に、以上のような構成の実施例の回路動作を第３図の
タイミングチャートを参照して説明する。

ステップモータ１１が正常に動作しているときには、第
３分周段４は第３図に示すように１秒周期の信号ａを出
力し、第１波形出力部５はその信号ａに同期して、例え
ば時針、分針、秒針を同時に駆動可能な最小限のオン幅
の信号すを作成して出力する。この状態では波形整形部
９は上記信号すと同じオン幅で、互いに１８０°の位相
差を持つ信号ｅ及びｒを出力する（第３図の信号ｅ、ｆ
の左半分）。

一方、何らかの原因でステップモータ１１が正常に回転
せず、回転検出部１２で非回転を検出すると、回転検出
部１２は一定幅のハイレベルの検出信号ｇ（第３図の信
号ｇ）をＲＳフリンプフロップ１３のセット端子に出力
する。この検出信号ｇによりＲＳフリップフロップ１３
はセット状態となり、Ｑ出力端子の出力信号りはハイレ
ベルとなり（第３図の信号ｈ）、ワンショット回路１５
から１秒毎（非回転が検出され補正が行われたときには
１秒未満となる）に出力される信号ｉが第２分周段３を
強制的に「ｌ」プリセットする。

この結果、第２分周段３には３２Ｈｚの信号の１周期の
間に１パルス余分な信号が与えられたこととなり、第３
分周段４からは正常時の１秒周期よりｌ／３２秒短い周
期の信号ａ（第３図の信号ａの右半分）が出力される。

以下、同様に１秒より短い周期の信号が３２回出力され
、３２秒の期間に３３個のパルスが出力され、ステップ
モータの１回分の回転の補正が行われる。また、非回転
を検出したときには信号すの代わりに第２波形出力部６
で作成される信号すよりオン幅の広い信号Ｃが波形整形
部９に出力され、ステップモータ１１にはよりオン幅の
広い駆動パルスが供給される（第３図信号ｅ及びｆの右
半分）。

以上のように、負荷の増大あるいは電源電圧低下などに
よりステップモータ１１が正常に回転しなかった場合に
、分周段の分周比を制御し正常回転時より短い周期の信
号を供給するようにしているので、従来のように通常の
駆動信号とは別に補正信号を与えた場合と異なり、ステ
ップモータ１１の回転が不規則となるのを防止でき、滑
らかな回転の補正を実現することができる。

次に第４図はステップモータの回転を補正する本発明の
第２の実施例の回路構成を示す図である。

同図は例えばアナログ表示の電子時計の回路を示してい
る。

発振器４１は基準となるクロック信号を生成し分周回路
４２に出力する。分周回路４２は上記クロック信号を分
周して２０４８Ｈｚの信号を作成し制御部４３へ出力す
る。

制御部４３はＲＯＭ４４に格納されている制御プログラ
ムに従って計時処理、ステップモータ４９の駆動、演算
結果及びステップモータ４９の動作状態などを示すデー
タをＲＡＭ４５のレジスタに格納する処理を実行する。

ＲＡＭ４５には第５図に示すような各種レジスタが設け
られている。レジスタＡは分周回路４２からの２０４８
Ｈｚの信号を計数するカウンタであり、レジスタＣは３
２Ｈｚ毎のキャリ信号を計数するカウンタであり、レジ
スタＭはＲＯＭ４４から読み出したステップモータ４９
駆動の際のオン時間を記憶するレジスタである。また、
レジスタＦはステップモータ４９が非回転となった回数
を計数するカウンタであり、レジスタしは１回転分の回
転の補正を完了するまでの周期の補正回数を計数するカ
ウンタである。

第４図のＲＳフリップフロップ４６は制御部４３からの
セット信号あるいはリセット信号に応じて出力状態の切
り換わる回路であり、Ｑ出力信号を波形整形部４７及び
制御部４３に出力する。上記ＲＳフリップフロップ４６
の出力信号は波形整形部４７で波形整形された後ドライ
バ回路４８に入力する。

ドライバ回路４８は人力する信号に基づいて、所定の位
相差を持つ複数の信号を作成してステップモータ４９に
供給する回路であり、例えば２極のステップモータ４９
であれば１８０°の位相差を持つ２種類の信号を出力す
る。

回転検出部５０は、ステップモータ４９に駆動信号が与
えられたとき実際にステップモータ４９が回転したか否
かを検出する回路であり、例えば回転によりステップモ
ータ４９のステータコイル（図示せず）に誘起される電
流を検出することで回転、非回転を判断する。この回転
検出部５０の検出結果はＲＳフリップフロップ５１のセ
ット端子に入力し、ＲＳフリップフロップ５１のＱ出力
は制御部４３に入力する。

すなわち、回転検出部５０で非回転を検出するとＲＳフ
リップフロップ５１がセットされ、制御部４３はそのＲ
Ｓフリップフロップ５１の出力状態を読み取ることで、
非回転が生じたかどうかを知ることができる。また、非
回転の検出信号を読み取ったときには、リセット信号を
出力してＲＳフリップフロップ５１を初期状態にリセッ
トする。

次に、以上のような構成の第２の実施例の処理動作を第
６図のフローチャートにより説明する。

分周回路４２からの２０４８Ｈｚの信号が制御部４３に
入力する毎に以下の処理が実行される。まず、ステップ
ＳＩで２０４８Ｈｚの信号をレジスタＡで順次計数する
。そして、次のステップＳ２で計数した値がＡ＝６４　
（３２Ｈｚの信号に相当する）となったかどうかを判別
し、Ａ＝６４となったときにはステップＳ３でレジスタ
Ｃをインクリメントする。

上記ステップ５１−３３の処理により２０４８Ｈ２の信
号から３２Ｈｚの信号を得ることができる。

上記ステップＳ２あるいはステップＳ３の後には、ステ
ップＳ４でＲＳフリップフロップ４６のＱ出力信号を読
み取り、ステップモータ４９の駆動の為の信号がオンと
なっているかどうかを判別する。オン信号が出力されて
いるときにはステップモータ４９のオン時間をカウント
するレジスタＮをインクリメントし、さらに、次のステ
ップＳ６でレジスタＮの値が所定のオン時間Ｍ（レジス
タＭの値）に達したかどうかを判別する。

ここで、レジスタＭには初期設定としてＲＯＭ４４に格
納されている複数のオン時間データの内の最も短いオン
時間に対応する値が記憶されており、ステップモータ４
９の誤動作（非回転）が発生するまではその最小のオン
時間でステップモータ４９の駆動が行われる。

本実施例ではＲＯＭ４４には、オン時間ＭとしてＭ＝５
．６，７．８の４種類の値が記憶されており、例えばレ
ジスタＭに「５」が設定されている場合にはレジスタＮ
＝５となる期間、すなわち２０４８Ｈｚの信号を５回カ
ウントする間（２，４４ｍ５）オン信号が出力される。

ステップＳ６の判別でＮ＝Ｍであった場合には、ステッ
プＳ７に進みＲＳフリップフロップ４６をリセットして
ステップモータ４９をオフする。そして、次のステップ
Ｓ８でレジスタＮを「０」に初期化して、さらにステッ
プＳ９で検出開始の指示信号Ｘを回転検出部５０に出力
する。

ステップＳ４の判別でＲＳフリップフロップ４６のＱ出
力信号がオン状態でなければ、ステップＳＩＯに移り、
レジスタＣの値がＣ−２５かどうかを判別する。Ｃ−２
５であれば次のステップＳｌｌでＲＳフリップフロップ
５１のＱ出力信号を読み取り非回転が検出されているか
否かを判別する。

ここで、レジスタＣの値が「２５」かどうかの判別をし
ているのは、３２Ｈｚの信号を２５回カウントしたとき
ＲＳフリップフロップ５１に記憶されている回転検出信
号の読み取りを行う為であり、例え４第７図に示すよう
な１秒周期の駆動信号の２５／３２秒のタイミングで回
転、非回転の判別を行うことを示している。

上記ステップＳ１１の判別で非回転が検出されたときに
は、次のステップ３１２でオン時間を記憶しているレジ
スタＭをインクリメントして駆動信号のオン時間を延ば
す。さらにステップＳＭＩで周期の補正回数を記憶する
レジスタＬを「０」に初期化すると共に、非回転を１回
検出したので非回転の回転を記憶するレジスタＦをイン
クリメントする。そして、非回転の発生を記憶したので
ステップＳＩ５に進みＲＳフリップフロップ５１をリセ
ットする。

また、ステップ３１１の判別で非回転が検出されなかっ
たときには、ステップＳＩ４に進み、それ以前に非回転
を検出してレジスタＭの値が最小オン時間（例えばＭ−
５）より大きな値に設定されているときには、レジスタ
Ｍの値をデクリメントして、そのデクリメントした値を
レジスタＭに設定する。

ステップＳ１゜の判別でＣ＝２５でなければ、ステップ
ＳＩ＆に進み非回転の検出回数を記憶するレジスタＦの
値が「１」以上かどうかを判別する。Ｆ≧１であったと
きには次のステップＳＰ７でＣ＝３１であるかどうかを
判別し、Ｃ−３１であれば次のステップ３１１１でレジ
スタＬをインクリメントする。

そして、ステップＳ１９でそのレジスタＬの値が「３２
」に達したかどうかを判別する。

Ｌ＝３２でなければ、ステップ３２１に進みレジスタＣ
をクリアして、さらに次のステップＳ２２でＲＳフリ・
ンプフロツプ４６をセットしてステップモータ４９の駆
動信号をオンにする。

すなわち、レジスタＣにより３２Ｈｚの信号を３１回カ
ウントした時点でステップモータ４９の駆動信号をオン
とすることで、通常の駆動時より１７３２秒短い周期の
駆動信号をステップモータ４９に供給することができる
。

また、この周期の補正は周期の補正回数を記憶するレジ
スタＬの値が「３２」となるまで繰り返えされる。すな
わち、３２秒の間に３３回パルスモータ４９を駆動して
１回転分の補正が終了したときには、レジスタし−３２
となりステップＳ１９からステップＳ２Ｏに進み、レジ
スタＬをクリアし、さらに非回転の発生回数を記憶して
いるレジスタＦをデクリメントして処理を終了する。

また、ステップＳＩ６の判別でＦ≧１でなければ、すな
わちステップモータ４９が正常に回転しているときには
、ステップＳ２３に進みＣ−３２かどうかを判別する。

３２Ｈｚの信号の１周期が経過してＣ＝３２となってい
れば、上述したステップＳ２１に進みレジスタＣをクリ
アしてステップモータ４９にオン信号を供給する。

以上のように上記第２の実施例ではステップモータ４９
の非回転を検出したときに、駆動周期を正常回転時より
短くし、その短い周期の駆動信号で所要回数ステップモ
ータ４９を回転させることで、回転の補正を行うように
しているので、滑らかに回転の補正を行うことができ、
また補正する周期を任意に設定することができる。

尚、上述した第１及び第２の実施例では非回転が発生し
た場合、オン幅（デユーティ）を広げた駆動信号をステ
ップモータに供給しているが、第８図に示すように正常
回転時と補正時とでオン幅が同じで異なった電圧の駆動
信号を与えるようにしても良く、また駆動するステップ
モータは２極モータに限らす同極であっても良い。

また、第１の実施例では３２Ｈｚの信号を分周する第２
分周段３の分周を制御したが、勿論他の分周段の分周比
を制御してもよい。例えば第３分周段４内部の８　Ｈｚ
の信号を分周する回路の分周を制御すれば、８秒間で１
°パルス分の補正を行うことができ、８秒間をカウント
するカウンタを設ければ良いのでカウンタの構成はより
簡単となる。

さらに、上記実施例では非回転が生じた場合に、再度同
じ位相の補正パルスを出力するようにしているが、その
まま次の１８０６位相の異なる信号を補正パルスとして
ステップモータに供給するようにすれば、補正時に同じ
位相のパルスを出力する為の回路が不要となり回路構成
がより簡単となる。

この場合、次の補正パルスではステップモータは駆動さ
れず、再び非回転となるので、例えば３２進カウンタ１
４を６４進カウンタに替え２パルス分の補正を行うよう
にすれば良い。

尚、第２の実施例では予め記憶されている複数のオン時
間に対応した数値（例えばＭ＝５．６゜７．８）と供給
される２０４８Ｈｚの信号とから所定のオン時間の駆動
信号を作成する処理を行っているが、上記の処理に限ら
ず、例えば駆動信号のオン時間を直接複数のレジスタに
記憶しておき、ステップモータの回′転状態に応じてい
ずれかのオン時間を読み出して、そのオン時間に従って
ステップモータを駆動しても良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ステップモータが非回転となったとき
にも、例えばステップモータにより駆動される指針など
に不規則な動きを生じさせることなく、滑らかに非回転
を補正をすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の回路構成を示す図、 第２図はドライブ回路の一例を示す図、第３図は第１図
の回路の動作を示すタイミングチャート、 第４図は本発明の第２の実施例の回路構成を示す図、 第５図は第４図のＲＡＭの構成を示す図、第６図は第４
図の回路の動作を説明するフローチャート、 第７図は第４図の回路のステップモータの検出タイミン
グを示す図、 第８図はステップモータの駆動パルスの一例を示す図で
ある。 ３・・・第２分周段、 ５・・・第１波形出力部、 ６・・・第２波形出力部、 １２・・・回転検出部、 １３・　・　・ＲＳフリップフロップ、１６・　・・３
２進カウンタ。 ノ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　基準となるクロック信号を分周して所定時間単位の同
   期信号を生成する分周手段と、 前記分周手段の同期信号に基づいてステップモータを駆
   動する第１の駆動信号を出力する第１の信号出力手段と
   、 ステップモータの回転、非回転を検出する検出手段と、 前記検出手段でステップモータの非回転を検出したとき
   、前記分周手段での分周比を制御し前記同期信号の周期
   を補正し、該補正された周期に基づいて前記第１の駆動
   信号とは異なる第２の駆動信号をステップモータに供給
   して回転の補正を行う補正手段とを備えることを特徴と
   するステップモータ駆動回路。