JPH04312400A - ステップモータの逆転駆動方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ステップモータの逆
転駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】水晶発振式時計等に用いられる単相パル
スモーターは、径方向にＮ，Ｓ２極に着磁された永久磁
石からなるロータ及びこのロータを駆動するステータ磁
極を有するステータより構成され、駆動パルスによりス
テップ的にロータを回転させるようになっている。この
ような単相パルスモータは、通常では正転方向にのみロ
ータが回転駆動されるように設計されている。

【０００３】通常、正転を目的として構成されたパルス
モータでは、ロータの静的安定位置（静安定ライン）か
ら動的磁気中心位置（動安定ライン）へ至るまでの角度
は逆転方向に約４５゜となっている。またロータの磁極
がいずれの方向に回転して静的安定位置へ至るかの分岐
点（以下「静的中立点」と称する。）は通常、静安定ラ
インのほぼ垂直二等分線上となっている。

【０００４】このように構成された単相パルスモータを
電気的手段のみで、すなわち所定の複合パルスを印加す
るのみで、正転方向のみでなく逆転方向にもステップ的
に回転可能とすることが考えられている。このようにす
ることにより、パルスモータの機械的構造を複雑化させ
ずに、逆転方向にステップ的に回転させることが可能と
なり、時計の指針の修正や、時計の飾り振り子の往復回
転駆動等に使用することができる。

【０００５】この従来技術として、特公昭６２−４３１
４８号公報が知られている。同公報においては、３つの
パルスの組合せからなる複合パルス、すなわち当該ステ
ップにおける、正転用のパルスのとるべき極性と逆の極
性を有するパルスＡと、パルスＡに引続きかつ極性が反
対のパルスＢと、パルスＡに先行し当該ステップにおけ
る正転用のパルスと同極性であるが、正転歩進を達成す
るに足りないパルス巾を有するパルスＣとを組合わせた
複合パルスを用いて、逆転方向にステップ的に回転させ
る技術が開示されている。これによれば、まずロータの
磁極が静的中立点の位置を越えない範囲で所定のパルス
幅のパルスＣを印加してロータを正転しロータの戻り運
動を、引き続くパルスＡにより吸引加速し、ロータの磁
極が動的磁気中心位置の近傍に到達したタイミングを見
計らってパルスＢを印加し、これによりロータが反発し
てさらに逆転方向に加速し、ロータの磁極が静的中立点
を越して、静的安定位置へ進んだときにパルスＢの印加
を終わる。

【０００６】このように、パルスＣを用いてロータの磁
極が静的中立点を超えない範囲でロータを正転させた後
に、パルスＢを加えてロータを逆転させるために、（１
）ロータが戻り始めてから静的安定位置まで達する区間
および（２）静的安定位置から動的磁気中心位置まで達
する区間を合計した区間にパルスＡを加えることができ
、パルスＣを加えない場合に比して、大きな逆転駆動ト
ルクが得られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パルス
Ｂを、ロータの磁極が動的磁気中心位置より静的安定位
置に至るまで印加し、その後収斂作用によりロータを静
的安定位置に停止させるものであるため、パルスＢの印
加停止時において、ロータには大きな慣性力が働いてい
る。このため、ロータの磁極は静的安定位置を中心とし
て振動しつつ、静的安定位置へ収斂する。この現象をロ
ータのハンチングと称するが、このハンチングが鎮静す
るまでに長い時間がかかるという問題点があった。従っ
て高速でロータを回す場合に不都合であるという問題点
があった。

【０００８】また３つのパルスからなる複合パルスによ
り逆転駆動を行うため、駆動に要する消費電力が大きく
なるという問題点があった。特に、ロータの磁極が動的
磁気中心位置にあるときに印加されたパルスＢによるロ
ータの回転駆動トルクの増大への寄与は、磁界による反
発力の働く方向がほぼロータの中心方向であるために非
常に小さく、したがってパルスＢの印加による消費電力
の増大に対して、パルスＢによるロータへの回転力の増
大への寄与は小さかった。

【０００９】そこで本発明の目的は、確実にロータを逆
転可能であり、かつロータの磁極が静的安定位置へ収斂
するまでの時間が短く、従って高速での回転を可能とし
、かつ消費電力が小さいステップモータの逆転駆動方法
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、Ｎ，Ｓ２極に着磁された永久磁石からな
るロータと、このロータを磁気的に駆動する１対のステ
ータ磁極を有するステータと、このステータを励磁する
駆動コイルとを備え、ロータの逆方向のステップ運動毎
に当該ステップにおける正転用駆動パルスのとるべき極
性と同極性であるが正転歩進を達成するに足りないパル
ス幅を有するパルスＡと、当該パルスＡに引続きかつ極
性が反対であり、ロータが逆転して動安定ラインに到達
するまでの間に印加が行われるパルスＢとを組合わせた
複合パルスより成る逆転用駆動パルスを、所定のサイク
ルで印加しロータを逆転させる。

【００１１】

【作用】パルスＢは所定量正転方向へ進んだロータが逆
転して動的磁気中心線（動安定ライン）に到達するまで
の間の大きな回転角度内で印加することができるため、
パルスＢの印加により、ロータの磁極が動的磁気中心位
置を過ぎた後、慣性でロータの磁極が静的中立点を越す
ことが可能であり、またパルスＢの電圧および幅は、ロ
ータの磁極が動的磁気中心位置を過ぎた後、慣性でロー
タの磁極が静的中立点を越すことが可能なように、その
値が設定される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。

【００１３】図１にノッチ付一体ステータを用いたステ
ップモータを示す。ロータ１はＮ極，Ｓ極の２極に着磁
された円板状の永久磁石から構成されている。ロータ１
は反時計方向の回転を正転とする。

【００１４】ステータ２は左右が一体となっており、中
央部にはロータ１を挿入するための円形の孔２ａが設け
られている。円形孔２ａの中心を通って第１図上下方向
に延伸する直線Ｙ上においては、ステータ２の上辺部及
び下辺部に狭幅部２ｂ，２ｃが設けられている。狭幅部
２ｂ，２ｃはこの部分で断面積が小さくなり、磁気抵抗
が大きくなっている。これによりステータ２は直線Ｙを
境としてあたかも磁気的に左右に分断された如く作用し
、孔２ａを挾んで両側に１対のステータ磁極が形成され
る。

【００１５】ステータ２の下端部にはコイル芯５が設け
てあり、コイル芯５には駆動コイル６が巻回されている
。駆動コイル６には駆動電流の入力端子６ａ，６ｂが左
右に２個設けられている。円形孔２ａの中心を通って図
２の左右方向に延伸する直線Ｌ２　は通電時の磁気中心
線である。入力端子６ａ，６ｂを通じて駆動コイル６に
駆動電流を印加すると、コイル芯５を経てステータ磁極
がＮ，Ｓ極となるよう励磁される。ステータ２が励磁さ
れている状態では、ロータ１はその磁極が磁気中心線Ｌ
２　上に向かう力を受ける。

【００１６】円形孔２ａには、１対の円弧状のノッチ２
ｄ，２ｅが設けられている。ノッチ２ｄ，２ｅは、円形
孔２ａの中心を通る線（ノッチ中心線）Ｌ３　上に設け
てありノッチ中心線Ｌ３　は動的磁気中心線Ｌ２　に対
して反時計方向に−４５°の位置に設けてある。ノッチ
中心線Ｌ３　のほぼ垂直二等分線が無通電時におけるロ
ータ１の静的安定線Ｌ１　となる。ノッチ中心線Ｌ３　
は、ロータの磁極がいずれの方向に回転して静的安定位
置へ至るかの分岐線（静的中立線）となる。

【００１７】以下、Ｌ１　を「静的安定線」，Ｌ２　を
「動的磁気中心線」，Ｌ３　を「静的中立線」と称する
。

【００１８】図１のステップモータ１１は、例えば図２
に示すように水晶発振式時計に組み込まれる。水晶発振
器１２より出力された周波数は、分周器１３により分周
され最後に１Ｈｚとなって、制御回路１４に入力される
。制御回路１４は正転パルス発生回路および逆転パルス
発生回路を有しており（図示省略）、１Ｈｚ毎にドライ
バ１５に正転パルスまたは逆転パルスを駆動信号として
送る。ドライバ１５はこれらの駆動信号と対応する駆動
電流を発生し、ステップモータ１１にこの駆動電流が供
給される。これによりステップモータ１１が回転する。 制御回路１４が正転パルスまたは逆転パルスのいずれを
駆動信号として送るかは、制御回路１４に正逆切換信号
１６が送られることにより行われる。ステップモータ１
１の回転は、所定の輪列等を介して時計の指針を回転さ
せる。

【００１９】次に、逆転パルスおよび逆転パルスによる
ロータの動きを詳細に説明する。

【００２０】図３，４において、図４（ａ）に示すよう
にロータ１の磁極は最初、静的安定線Ｌ１　上にＮ極を
右上側，Ｓ極を左下側にして位置しているとする。また
図３のパルス波形図において、正（基準ラインより上側
を正とする）のパルスによりステータは右側がＮ極，左
側がＳ極となるように励磁され（図４（ｂ）の状態）、
負のパルスによりその逆の励磁が行われるとする。

【００２１】逆転パルスは、正転用駆動パルスのとるべ
き極性と同極性であるが正転歩進を達成するには足りな
いパルス幅を有するパルスＡと、パルスＡに引続きかつ
極性が反対であり、ロータが逆転して動安定ラインに到
達するまでの間に印加が行われるパルスＢとを組み合わ
せた複合パルスよりなる。

【００２２】ロータ１の磁極が図４（ａ）の位置にある
ときに図３のパルスＡが印加される。するとロータ１は
正転を始める（図４（ｂ）の状態）。そしてロータ１が
４５°正転したとき（図４（ｃ）の状態）に図３のパル
スＢを印加する。すると、ステータ磁極の極性が逆にな
り、ロータ１は慣性でさらに所定角度だけ正転した後（
図５参照）、ステータ磁極に吸引されて逆方向へ回転を
行う（図４（ｄ）の状態）。ここに図３のパルスＢを印
加した後も、ロータ１は慣性でさらに所定角度だけ正転
するが、磁極（Ｎ極）が静的中立線Ｌ３　を越さないよ
うにパルスＡの幅および高さを設定しておく。これは、
ロータの磁極がノッチ静的中立線Ｌ３　を越すと、ロー
タ１には正転方向に回転モーメントが作用し、ロータ１
を逆転させるのに必要な駆動トルクが増大するのを防ぐ
ためである。ロータ１が４５°正転したときに図３のパ
ルスＢが印加されるため、パルスＢにより発生するステ
ータ２の磁界はロータ１の磁極をほぼロータ１の半径方
向に吸引し、したがってロータ１に大きな逆回転のトル
クを発生させることができ、消費電流をより有効に利用
することができる。パルスＢの印加は、ロータ１の磁極
が動的磁気中心線Ｌ２　に到達するまで行われ（図４（
ｅ）の状態）、その後停止される（図４（ｆ）の状態）
。するとロータ１は慣性力により、さらに逆転を続け、
磁極が、静的中立線Ｌ３　を越して静的安定線Ｌ１　へ
向かい、静的安定線Ｌ１　を中心として振動収斂し、静
的安定線Ｌ１　に停止する（図４（ｇ）の状態）。ロー
タ１が正転方向に４５°回転している状態からロータ１
が逆転方向に４５°回転するまでの間、パルスＢを印加
することができるため、ロータ１に非常に大きな逆転駆
動トルクを与えて、非常に大きな慣性力を発生させるこ
とが可能となる。パルスＢは、ロータ１にその磁極が静
的中立線Ｌ３　の山を越すことが可能な慣性力を与える
ように、その幅および高さが設定される。ロータ１はそ
の磁極が静的中立線Ｌ３　を越した後、ロータ１に接続
されている輪列の回転抵抗等により、急速にその回転速
度を落とし、静的安定線Ｌ１　を越した後もそのオーバ
ーランする量は小さく、急速に振動が収斂する（図５参
照）。従って１秒後に収斂が完了するように設定してお
くと、ロータ１のパルスＡ及びパルスＢの印加時間内に
おける回転速度をより小さくすることができ、従って図
５に示すパルスＡ及びパルスＢに要する高さＶ２　，即
ちステップモータに加えられる駆動電圧を低く押さえる
ことができ、これにより消費電力を低くすることができ
る。

【００２３】そして、１秒後に分周器１３により次の信
号が制御回路１４に入ると、逆転パルス発生器により、
上述の複合パルスと同一でその全体の極性が反転した複
合パルスが発生し、この複合パルスによりさらにロータ
が逆方向へ半回転し次の静的安定線Ｌ１　上にその磁極
が停止する。そして１秒がたつと、さらに分周器１３に
より次の信号が制御回路１４に入り、この複合パルスと
その極性が反転したパルス，即ち上述で説明した複合パ
ルスと同一の極性のパルスが発生して、ロータ１をさら
に逆方向に半回転し、これが繰り返されることにより、
ロータ１は逆転を続ける。

【００２４】本実施例では、パルスＡをロータ１が正転
方向に４５°回転するまで印加するとしたが、パルスＡ
は、ロータ１が正転歩進を達成しない条件でロータ１を
正転させるために用いられるものであり、この条件を満
たせば、例えばロータ１が静的中立線Ｌ３　の近傍に至
るまでの区間、パルスＡを印加してもよい。

【００２５】また本実施例では、パルスＢはロータ１の
磁極が動的磁気中心線Ｌ２　に達するまで印加するとし
たが、ロータ１の磁極が動的磁気中心線Ｌ２　の近傍に
達したときにはステータの磁界から受けるロータ１の回
転モーメントは小さくなるので、パルスＢはそれ以前に
印加を停止してもよい。

【００２６】さらに本実施例では、逆転パルス発生器に
より発生する複合パルスは１秒周期としたが、例えば正
逆切換スイッチを所定秒数押しておくと、あらかじめ準
備された周波数を有する早戻し信号発生器（図示省略）
からの周期信号が制御回路１４に入力されるようにして
おき、これにより上記複合パルスを短周期で発生して、
時計の指針の早戻し機構として利用することができる。 本発明はロータの収斂時間を短くすることができるため
、１歩進に要する時間を短くすることができ、従って少
ない電力で、大きな速度を有する早戻し機構が得られる
。

【００２７】更にまた本発明は時計内の飾り振り子等の
回動のための駆動機構として用いることができる。大き
な逆転駆動トルクが得られるために、飾り振り子等の回
動抵抗の大きい物体を逆回転することができ、また逆回
転時の収斂時間が短いので、高速で逆回動することがで
き、正回動及び高速での正回動と合わせて、少ない消費
電力で、変化に富んだ大きな動きを得ることができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、ロータの逆回転時の静的安定
線への収斂（ハンチング）に要する時間が短くなるため
、大きな速度を有する早戻し機構が可能となる。

【００２９】またロータの磁極が動的磁気中心線を超し
た後にはパルスが印加されず、２パルスで逆転駆動する
ため、モータに要する消費電力を減少させることができ
る。

【００３０】またロータの収斂時間が短くなるためにそ
の分、ロータのパルスＡ及びＢによる回転速度を小さく
して回転に要する時間を長くすることができ、従ってこ
れに基づいて駆動電圧を低くすることができ、これによ
り消費電力を減少させることができる。これらにより電
力を有効に利用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ステップモータの構成図である。

【図２】ステップモータを駆動させるブロック図である
。

【図３】本発明で印加される複合パルスの波形図である
。

【図４】図３の複合パルスの各位置におけるロータの回
転状態を示す説明図である。

【図５】図３の複合パルスを印加したときの時間ｔに対
するロータの回転角を示すグラフである。

【符号の説明】

１　　ロータ ２　　ステータ ６　　駆動コイル １１　　ステップモータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｎ，Ｓ２極に着磁された永久磁石から
   なるロータと、このロータを磁気的に駆動する１対のス
   テータ磁極を有するステータと、このステータを励磁す
   る駆動コイルとを備えたステップモータの逆転方法にお
   いて、上記ロータの逆方向のステップ運動毎に当該ステ
   ップにおける正転用駆動パルスのとるべき極性と同極性
   であるが正転歩進を達成するに足りないパルス幅を有す
   るパルスＡと、当該パルスＡに引続きかつ極性が反対で
   あり、ロータが逆転して動安定ラインに到達するまでの
   間に印加が行われるパルスＢとを組合わせた複合パルス
   より成る逆転用駆動パルスを、所定のサイクルで印加し
   上記ロータを逆転させることを特徴とするステップモー
   タの逆転方法。