特許 7460511 ステップモータ駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-25

(45)【発行日】2024-04-02

(54)【発明の名称】ステップモータ駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 8/02 20060101AFI20240326BHJP

【ＦＩ】

H02P8/02

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020206047

(22)【出願日】2020-12-11

(65)【公開番号】P2022092999

(43)【公開日】2022-06-23

【審査請求日】2023-01-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100180806

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100160716

【弁理士】

【氏名又は名称】遠藤 力

(72)【発明者】

【氏名】白井 琢矢

(72)【発明者】

【氏名】田京 祐

【審査官】保田 亨介

(56)【参考文献】

【文献】特開平０１－１５７２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１４１９９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－１６２３３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１１２４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０１６５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２１５３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０８９９００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ８／００－８／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

径方向に２極に着磁されたロータと、
前記ロータに対向して設けられた第１のステータ磁極部及び第２のステータ磁極部、及び、当該第１及び前記第２のステータ磁極部の間にあって前記ロータに向き合って設けられた第３のステータ磁極部を有するステータと、
前記第１のステータ磁極部及び前記第３のステータ磁極部に磁気的に結合する第１のコイルと、
前記第２のステータ磁極部及び前記第３のステータ磁極部に磁気的に結合する第２のコイルと、
を有するステップモータを駆動する駆動電圧を発生可能な駆動電圧発生手段を備え、
前記駆動電圧は、前記第１のコイルと前記第２のコイルに印加され、前記第１のステータ磁極部と前記第２のステータ磁極部を互いに異なる極性に励磁する第１の駆動電圧と、前記第１のコイルまたは前記第２のコイルのいずれか１つのコイルに印加され、前記第１のステータ磁極部と前記第２のステータ磁極部を互いに異なる極性に励磁させ、且つ、前記第３のステータ磁極部を前記第１のステータ磁極部または前記第２のステータ磁極部と同じ極性に励磁する第２の駆動電圧と、を含み、
前記駆動電圧発生手段は、
前記第１の駆動電圧による前記ロータの回転方向が前記第２の駆動電圧による前記ロータの回転方向と同一になるように前記駆動電圧を印加することで、
前記第１の駆動電圧により前記ロータを９０度以上回転させ、
前記第１の駆動電圧及び前記第２の駆動電圧により前記ロータは１８０度回転させ、
前記第１の駆動電圧及び前記第２の駆動電圧を交互に繰り返して印加することによって、ロータを回転駆動させる、
ことを特徴とするステップモータ駆動装置。

【請求項2】

前記第１の駆動電圧により、前記ロータを１１５度以上且つ１５０度以下回転させる、請求項１に記載のステップモータ駆動装置。

【請求項3】

前記ロータの極性値を記憶するステアリング記憶手段を更に備え、
前記ステアリング記憶手段は、前記第２の駆動電圧の出力終了後に前記極性値を反転し、
駆動電圧発生手段は、前記極性値に基づいて、前記第１の駆動電圧、及び、前記第２の駆動電圧の印加方向を反転する、請求項１又は２に記載のステップモータ駆動装置。

【請求項4】

前記ロータの回転を検出するための検出パルスを発生可能な検出パルス発生手段と、
前記検出パルスに基づく電圧を前記第１のコイル又は前記第２のコイルに印加することにより、検出される検出信号に基づいて、前記ロータの回転／非回転を判定する回転検出手段と、
を更に備える、請求項１～３の何れか一項に記載のステップモータ駆動装置。

【請求項5】

前記第２の駆動電圧を前記ステップモータに印加する時間は可変であって、
前記回転検出手段は、前記第２の駆動電圧の印加中に前記ロータの回転を検出し、
前記回転検出手段の検出結果により、印加中の前記第２の駆動電圧の印加時間が可変される、請求項４に記載のステップモータ駆動装置。

【請求項6】

前記第１の駆動電圧を前記ステップモータに印加する時間は可変であって、
前記回転検出手段の検出結果により、次回印加される前記第１の駆動電圧の印加時間が可変される、請求項４又は５に記載のステップモータ駆動装置。

【請求項7】

前記ロータの回転を補助する補正パルスを発生可能な補正パルス発生手段を更に備え、
前記補正パルス発生手段は、前記回転検出手段が前記ロータを非回転と判断した場合に、前記補正パルスに応じた電圧を前記第２の駆動電圧に続いて前記ステップモータへ出力する、請求項４～６の何れか一項に記載のステップモータ駆動装置。

【請求項8】

前記ロータの回転を停止させる終端パルスを発生可能な終端パルス発生手段を更に備え、
前記終端パルス発生手段は、駆動停止時に、前記終端パルスに応じた電圧を前記第１の駆動電圧又は前記第２の駆動電圧の出力後に前記ステップモータへ出力する、請求項１～７の何れか一項に記載のステップモータ駆動装置。

【請求項9】

停止状態の前記ロータの動き出しを補助する初動パルスを発生可能な初動パルス発生手段を更に備え、
前記初動パルス発生手段は、駆動開始時に、前記初動パルスに応じた電圧を前記第１の駆動電圧の出力前に前記ステップモータへ出力する、請求項４～８の何れか一項に記載のステップモータ駆動装置。

【請求項10】

停止状態の前記ロータの動き出しを補助する初動パルスを発生可能な初動パルス発生手段を更に備え、
前記初動パルス発生手段は、駆動開始時に、前記初動パルスに応じた電圧を前記第１の駆動電圧の出力前に前記ステップモータへ出力し、
前記初動パルスに応じた電圧を前記ステップモータへ印加する時間は可変であり、
前記回転検出手段は、前記初動パルスの印加中に前記ロータの回転を検出し、
前記回転検出手段の検出結果により、前記初動パルスに応じた電圧を前記ステップモータへ印加する時間が可変される、請求項４に記載のステップモータ駆動装置。

【請求項11】

前記駆動電圧発生手段によって第２の駆動電圧が印加されたとき、前記ロータは、前記ロータの前記第３のステータ磁極部に対向する極性が前記第３のステータ磁極部の極性と相違するように回転する、請求項１～１０の何れか一項に記載のステップモータ駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２コイルステップモータを駆動するためのステップモータ駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

アナログ表示式の電子時計で利用される２コイルステップモータにおいて、２つのコイルを同時に励磁させる駆動パルスと、いずれか１つのコイルのみを励磁させる駆動パルスを切り替えながら駆動させる技術が知られている。

【0003】

たとえば、特許文献１に記載された発明では高速駆動可能な２コイルステップモータを備えた電子時計が提案されている。ロータを３６０度回転させるために、１つのコイルのみを励磁させる駆動パルスにより１３５度回転させ、２つのコイルを同時に励磁させる駆動パルスにより２２５度回転させる方式を採用している。これにより、ロータを停止させることなく、短時間で一回転させることができるため、高速駆動が実現できると共に、運針が滑らかになり、見栄えの良い電子時計が提供できることが示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１７／１４１９９４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

多機能な電子時計においては、現在時刻の表示モードの他に、ワールドタイム表示モードなどを持っており、モードの切り替え時においては、指針をよりスピーディに駆動させることが求められていた。

【0006】

本発明は、２コイルステップモータをよりスピーディに駆動させることを可能とするステップモータ駆動装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、径方向に２極以上着磁されたロータ、ロータに対向して設けられた第１のステータ磁極部及び第２のステータ磁極部、及び、当該第１及び第２のステータ磁極部の間にあってロータに向き合って設けられた第３のステータ磁極部を有するステータ、第１のステータ磁極部及び第３のステータ磁極部に磁気的に結合する第１のコイル、及び、第２のステータ磁極部及び第３のステータ磁極部に磁気的に結合する第２のコイル、を有するステップモータを駆動するためのステップモータ駆動装置であって、
第１のコイルと第２のコイルに印加され、第１のステータ磁極部と第２のステータ磁極部を互いに異なる極性に励磁する第１の駆動電圧と、第１のコイルまたは第２のコイルのいずれか１つのコイルに印加され、第１のステータ磁極部と第２のステータ磁極部を互いに異なる極性に励磁させ、且つ、第３のステータ磁極部を第１のステータ磁極部または第２のステータ磁極部と同じ極性に励磁する第２の駆動電圧と、を発生可能な駆動電圧発生手段を備え、
駆動電圧発生手段は、第１の駆動電圧により前記ロータを９０度以上回転させ、第１の駆動電圧及び第２の駆動電圧によりロータは１８０度回転させ、第１の駆動電圧及び第２の駆動電圧を交互に繰り返して印加することによってロータを回転駆動させる、ステップモータ駆動装置を提供する。

【0008】

上記のステップモータ駆動装置は、第１の駆動電圧により、ロータを１１５度以上且つ１５０度以下回転させることが好ましい。

【0009】

上記のステップモータ駆動装置は、ロータの極性値を記憶するステアリング記憶手段を更に備え、ステアリング記憶手段は第２駆動電圧出力終了後に極性値を反転し、駆動電圧発生手段は、極性値に基づいて、第１の駆動電圧、及び、第２の駆動電圧の印加方向を反転することが好ましい。

【0010】

上記のステップモータ駆動装置は、ロータの回転を検出するための検出パルスを発生可能な検出パルス発生手段と、検出パルスに基づく電圧を第１のコイル又は第２のコイルに印加することにより、検出される検出信号に基づいて、ロータの回転／非回転を判定する回転検出手段と、を更に備えることが好ましい。

【0011】

上記のステップモータ駆動装置は、第２の駆動電圧をステップモータに印加する時間は可変であって、回転検出手段は第２の駆動電圧の印加中に前記ロータの回転を検出し、回転検出手段の検出結果により印加中の前記第２の駆動電圧の印加時間幅可変されることが好ましい。

【0012】

上記のステップモータ駆動装置は、第１の駆動電圧を前記ステップモータに印加する時間は可変であって、回転検出手段の検出結果により、次回印加される第１の駆動電圧の印加時間が可変されることが好ましい。

【0013】

上記のステップモータ駆動装置は、ロータの回転を補助する補正パルスを発生可能な補正パルス発生手段を更に備え、補正パルス発生手段は回転検出手段がロータを非回転と判断した場合に、補正パルスに応じた電圧を第２の駆動電圧に続いて前記ステップモータへ出力することが好ましい。

【0014】

上記のステップモータ駆動装置は、ロータの回転を停止させる終端パルスを発生可能な終端パルス発生手段を更に備え、終端パルス発生手段は、駆動停止時に、終端パルスに応じた電圧を第１の駆動電圧又は第２の駆動電圧の出力後に前記ステップモータへ出力することが好ましい。

【0015】

上記のステップモータ駆動装置は、停止状態のロータの動き出しを補助する初動パルスを発生可能な初動パルス発生手段を更に備え、初動パルス発生手段は、駆動開始時に、初動パルスに応じた電圧を第１の駆動電圧の出力前にステップモータへ出力することが好ましい。

【0016】

上記のステップモータ駆動装置は、初動パルスに応じた電圧をステップモータへ印加する時間は可変であり、回転検出手段は初動パルスの印加中にロータの回転を検出し、回転検出手段の検出結果により、初動パルスに応じた電圧を前記ステップモータへ印加する時間が可変されることが好ましい。

【発明の効果】

【0017】

１つのコイルのみを励磁させる駆動パルスの出力期間と比較して、２つのコイルを同時に励磁させる駆動パルスの出力期間の割合を大きくしたことで、従来よりも２コイルステップモータを高速駆動可能なステップモータ駆動装置を提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】電子時計１０の一例を示す平面図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係るステップモータ駆動装置２０の概略構成図である。

【図3】２コイルステップモータの概略構成図である。

【図4】ドライバ回路３０の一例を示す回路図である。

【図5】（ａ）は駆動パルス列ＳＰ１０による駆動波形及Ｏ１～Ｏ４の一例を示し、（ｂ）は駆動パルス列ＳＰ１０による各トランジスタの動作を示す表である。

【図6】（ａ）～（ｅ）は、駆動パルス列ＳＰ１０によるステップモータ４０の動作図である。

【図7】（ａ）は逆転駆動パルス列ＳＰ１０´による駆動波形Ｏ１´～Ｏ４´の一例を示し、（ｂ）～（ｆ）は逆転駆動パルス列ＳＰ１０´によるステップモータ４０の動作図である。

【図8】（ａ）比較例として示す駆動波形を示し、（ｂ）～（ｅ）は比較例として示す駆動波形によるステップモータ４０の動作図である。

【図9】図５に示した駆動パルス列ＳＰ１０による駆動波形と図８に示した比較例として示す駆動パルス列ＳＰ２０による駆動波形とを比較して説明するための図である。

【図10】ステップモータ駆動装置２０において、第１の駆動電圧によりロータを回転させる角度を変更したときの駆動パルス列ＳＰ１０と駆動パルス列ＳＰ２０との間の時間差を示す図であり、（ａ）はロータを回転させる角度が１１５度である場合を示し、（ｂ）はロータを回転させる角度が１３５度である場合を示し、（ｃ）はロータを回転させる角度が１５０度である場合を示す。

【図11】本発明の第２の実施形態に係るステップモータ駆動装置５０の概略構成図である。

【図12】ドライバ回路６０の一例を示す回路図である。

【図13】ステップモータ４０のロータ４１の回転と非回転を説明するための図である。

【図14】（ａ）は駆動パルス列ＳＰ３０による駆動波形Ｏ１～Ｏ４の一例を示し、（ｂ）は駆動パルス列ＳＰ３０及び検出パルスＣＰによる各トランジスタの動作を示す表である。

【図15】駆動パルス発生回路５３から出力されるパルス波形の一例を示す図である。

【図16】（ａ）は補正パルスＦＰを含む場合の駆動パルス列ＳＰ３０に対応した駆動波形О１～О４の一例を示し、（ｂ）は補正パルスＦＰによるドライバ回路６０のトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ状態を示した表である。

【図17】（ａ）～（ｆ）は、補正パルスＦＰによるステップモータ４０の動作を説明するための図である。

【図18】第２の実施形態に係るステップモータ駆動装置５０の動作フロー図である。

【図19】（ａ）はコイルＡに発生する誘起電流の波形を示す図であり、（ｂ）はコイルＢに発生する誘起電流の波形を示す図であり、（ｃ）はコイル端子Ｏ１～Ｏ４に印加される駆動波形О１～О４の一例を示す図である。

【図20】（ａ）～（ｃ）は、本発明の第２の実施形態における変形例を説明するための図である。

【図21】本発明の第３の実施形態に係るステップモータ駆動装置７０の概略構成図である。

【図22】（ａ）は初動パルス列ＩＰ１０に対応した駆動波形О１～О４の一例を示し、（ｂ）は初動パルス列ＩＰ１０及び検出パルスＣＰによるドライバ回路６０のトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ状態を示した表である。

【図23】（ａ）～（ｄ）は、初動パルス列ＩＰ１０によるステップモータ４０の動作を説明するための図である。

【図24】（ａ）は駆動パルス列ＳＰ３０及び終端パルス列ＥＰに対応した駆動波形О１～О４の一例を示し、（ｂ）は終端パルス列ＥＰによるドライバ回路６０のトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ状態を示した表である。

【図25】（ａ）～（ｄ）は、終端パルスＥＰによるステップモータ４０の動作を説明するための図である。

【図26】（ａ）～（ｄ）は、本発明の第３の実施形態における変形例１を説明するための図である。

【図27】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施形態における変形例２を説明するための図である。

【図28】第３の実施形態における変形例２における動作フロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照しつつ、本発明の様々な実施形態について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

【0020】

［第１の実施形態］
図１は本発明に係るステップモータ駆動装置２０を適用可能な電子時計１０の一例を示す平面図であり、図２は本発明の第１の実施形態に係るステップモータ駆動装置２０の概略構成図である。

【0021】

図１に示す電子時計１０は、アナログ表示方式の電子時計であり、文字板１１、時針１２ａ、分針１２ｂ、秒針１２ｃ、図２に示すステップモータ駆動装置２０、及び、図２に示す２コイルステップモータ４０等を有している。図示してはいないが、電子時計１０は、更に、輪列、回転駆動させて振動を得るための回転錘、及び、電源等を含む。ステップモータ４０は、指針、及び、回転錘を駆動させるための輪列に機械的に接続されている。輪列は、時針１２ａ、分針１２ｂ、秒針１２ｃの３つの指針が連動するように構成されている。また、輪列は、指針を駆動させるか、回転錘を駆動させるか、を機械的に選択可能に構成され、１つのステップモータ４０で指針および回転錘の両方を駆動できる。電源は、例えば二次電池を含む。

【0022】

ステップモータ駆動装置２０は、発振回路２１と、制御回路２２と、駆動パルス発生回路２３と、ドライバ回路３０を含む。ステップモータ駆動装置２０は、例えば、マイクプロセッサを含む集積回路として実装されている。発振回路２１は、水晶振動子（図示せず）によって、所定のクロック信号Ｐ１を生成し、制御回路２２に出力する。制御回路２２は、クロック信号Ｐ１に基づいて制御信号ＣＮ１を生成し、駆動パルス発生回路２３に出力する。駆動パルス発生回路２３は、制御信号ＣＮ１に基づいて、駆動パルス列ＳＰ１０を生成し、ドライバ回路３０に出力する。ドライバ回路３０は、駆動パルス列ＳＰ１０に基づいて、駆動波形Ｏ１～０４を生成し、ステップモータ４０に供給する。

【0023】

図３は、本発明に係る２コイルステップモータ駆動装置によって駆動可能な２コイルステップモータの概略構成図である。図３に示す様に、ステップモータ４０は、ロータ４１、ステータ４２、及び、２つのコイル（コイルＡ及びコイルＢ）等を含んで構成される。

【0024】

ロータ４１は、２極磁化された円盤状の回転体であり、径方向にＮ極、Ｓ極が着磁されている。ロータ軸４３は、ロータ４１の中心に設けられ、図面の垂直方向の上下に設けられた軸受け（図示せず）によりロータ４１を回転可能に支持している。

【0025】

ステータ４２は、軟磁性体によって製造され、ロータ４１が挿入されるロータ穴４４が設けられ、ロータ穴４４にロータ４１が配置されている。ステータ４２には、ロータ４１に略対向して第１のステータ磁極部４５ａ（以下、「第１磁極部４５ａ」と略す）と、第２のステータ磁極部４５ｂ（以下、「第２磁極部４５ｂ」と略す）が設けられている。また、第１磁極部４５ａと第２磁極部４５ｂの間にあって、ロータ４１と向き合う位置に第３のステータ磁極部４５ｃ（以下、「第３磁極部４５ｃ」と略す）が設けられている。

【0026】

ロータ４１をはさんで第３磁極部４５ｃの反対側となる、第１磁極部４５ａと第２磁極部４５ｂの間には、ステータの幅が狭くなる狭窄部４６が設けられる。また、ロータ４１の中心から見て、第３磁極部４５ｃの方向を０度とした場合、左右おおむね７５度の位置にスリット４７が設けられている。すなわち、第１磁極部４５ａと第３磁極部４５ｃ、第２磁極部４５ｂと第３磁極部４５ｃ、第１磁極部４５ａと第２磁極部４５ｂが磁気的に接続されにくくなっている。なお、狭窄部４６とスリット４７は、ここで示したような狭窄や間隙であってもよいし、細幅の非磁性材料をスリット４７の位置に挿入し、ステータと結合させたものであってもよい。

【0027】

ステップモータ４０には、第１磁極部４５ａと第３磁極部４５ｃに磁気的に結合する第１のコイルとしてのコイルＡと、第２磁極部４５ｂと第３磁極部４５ｃに磁気的に結合する第２のコイルとしてのコイルＢが設けられている。

【0028】

コイルＡのコイル巻き線の両端は、絶縁基板４８ａ上に配置されたコイル端子Ｏ１、Ｏ２とそれぞれ接続している。また、コイルＢは絶縁基板４８ｂ上にコイル端子Ｏ３、Ｏ４を有しており、コイルＢの巻線の両端が接続されている。この各コイル端子Ｏ１～Ｏ４に、前述したドライバ回路３０から出力される駆動波形Ｏ１～Ｏ４がそれぞれ供給される。説明をわかりやすくするために、各コイル端子と、供給される各駆動波形の符号を共通にしている。また、一例としてコイル端子Ｏ１がコイルＡの巻始めであり、コイル端子Ｏ４がコイルＢの巻始めである。図３に示す様に、絶縁基板４８ａにコイルＡが回線され、絶縁基板４８ｂにコイルＢが回線され、絶縁基板４８ａ及び４８ｂは３本のネジ４９でステータ４８に固定されている。

【0029】

図３で示すロータ４１は静止状態であり、図面の上方を０度と規定し（始点）、その位置から反時計回りに９０度、１８０度、２７０度と規定する。ロータ４１は、Ｎ極が０度に位置するときと、１８０度に位置するときが静的安定点である。ステータ４２が磁化されていない場合は、保持トルクによりロータ４１に対して静的安定点に留まる力が働く。なお、図３で示すロータ４１は、Ｎ極が０度の静的安定点に留まっている。そして、後述するステップモータ４０の回転駆動の説明をわかりやすくするために、ロータ４１のＮ極が１３５度に位置するときを定常回転の開始位置と規定する。ところで、ステータ４２が磁化されていない状態で、ロータ４１のＮ極を定常回転の開始位置に位置せることはできないが、後述する実施形態３にてロータ４１のＮ極を定常回転の開始位置に合わせてから定常駆動させる方法を説明する。なお、定常回転の開始位置はロータ４１のＮ極が９０度から１８０度の間であれば任意であり、通常はステータ４２の設計により任意に調節が可能である。

【0030】

図４は、ドライバ回路３０の一例を示す回路図である。

【0031】

図４に示す様に、ドライバ回路３０は、駆動パルス列ＳＰ１０に基づいて、ステップモータ４０のコイルＡ、コイルＢに駆動波形Ｏ１～Ｏ４を供給する４つのバッファ回路によって構成される。

【0032】

第１のバッファ回路では、低ＯＮ抵抗のＰチャンネルＭＯＳトランジスタであるトランジスタＰ１と、低ＯＮ抵抗のＮチャンネルＭＯＳトランジスタであるトランジスタＮ１とがコンプリメンタリ接続されており、駆動波形Ｏ１を生成して、コイルＡのコイル端子Ｏ１に供給する。第２のバッファ回路では、低ＯＮ抵抗のＰチャンネルＭＯＳトランジスタであるトランジスタＰ２と、低ＯＮ抵抗のＮチャンネルＭＯＳトランジスタであるトランジスタＮ２とがコンプリメンタリ接続されており、駆動波形Ｏ２を生成して、コイルＡのコイル端子Ｏ２に供給する。

【0033】

第３のバッファ回路では、低ＯＮ抵抗のＰチャンネルＭＯＳトランジスタであるトランジスタＰ３と、低ＯＮ抵抗のＮチャンネルＭＯＳトランジスタであるトランジスタＮ３とがコンプリメンタリ接続されており、駆動波形Ｏ３を生成して、コイルＢのコイル端子Ｏ３に供給する。第４のバッファ回路では、低ＯＮ抵抗のＰチャンネルＭＯＳトランジスタであるトランジスタＰ４と、低ＯＮ抵抗のＮチャンネルＭＯＳトランジスタであるトランジスタＮ４とがコンプリメンタリ接続されており、駆動波形Ｏ４を生成して、コイルＢのコイル端子Ｏ４に供給する。

【0034】

各トランジスタＰ１～Ｐ４、Ｎ１～Ｎ４のそれぞれのゲート端子Ｇには、駆動パルス発生回路２３から駆動パルスが入力され、各トランジスタは駆動パルスに基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御され、駆動波形Ｏ１～Ｏ４を出力する。

【0035】

図５（ａ）は駆動パルス列ＳＰ１０による駆動波形及Ｏ１～Ｏ４の一例を示し、図５（ｂ）は駆動パルス列ＳＰ１０による各トランジスタの動作を示す表である。

【0036】

図５（ａ）は、ロータ４１を、Ｎ極が定常回転の開始位置１３５度にある状態から、正転方向（反時計回り）に回転駆動させるために、ドライバ回路３０からコイル端子Ｏ１～コイル端子О４に出力される４つの駆動波形Ｏ１～Ｏ４を示している。

【0037】

図５（ｂ）は、駆動波形Ｏ１～Ｏ４を生成するために、ドライバ回路３０の８つのトランジスタＰ１～Ｐ４及びＮ１～Ｎ４のＯＮ／ＯＦＦ状態を示した表である。後述する様に、ステップモータ４０の４つの駆動状態に応じて、駆動波形Ｏ１～Ｏ４も４つの状態に区別されるが、最初の状態となるようにドライバ回路３０の８つのトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ状態を規定するのが、第１の駆動パルスＳＰ１１である。同様に、第２の状態となるようにドライバ回路３０の８つのトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ状態を規定するのが第２の駆動パルスＳＰ１２であり、第３の状態となるようにドライバ回路３０の８つのトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ状態を規定するのが第３の駆動パルスＳＰ１３であり、第４の状態となるようにドライバ回路３０の８つのトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ状態を規定するのが第４の駆動パルスＳＰ１４である。また、第１の駆動パルスＳＰ１１～第４の駆動パルスＳＰ１４をまとめて、駆動パルス列ＳＰ１０と称する。

【0038】

図５（ａ）に示す様に、駆動パルス列ＳＰ１０は、第１の駆動パルスＳＰ１１、第２の駆動パルスＳＰ１２、第１の駆動パルスＳＰ１１のコイルへの印加方向を反転させた反転第１の駆動パルスＳＰ１３と第２の駆動パルスＳＰ１２のコイルへの印加方向を反転させた反転第２の駆動パルスＳＰ１４の４個の駆動パルスを含む。ステップモータ４０が、回転を継続している場合には、図５（ａ）に示す４つの駆動波形Ｏ１～Ｏ４が、繰り返し順次ステップモータ４０へ供給され、その為にドライバ回路３０に駆動パルス列ＳＰ１０が繰り返し順次出力されることとなる。

【0039】

制御回路２２は、ロータ４１の極性を記憶するステアリング記憶手段（不図示）を備えており、ステアリング記憶手段は、コイルへのパルス印加方向を記憶する変数を記憶している。また、変数は、第２の駆動パルスＳＰ１２及び、反転第２の駆動パルスＳＰ１４を出力する毎にその値が反転される。制御回路２２は、変数の値に基づいて、駆動パルス発生回路２３から、第１の駆動パルスＳＰ１１と第２の駆動パルスＳＰ１２と、反転第３の駆動パルスＳＰ１３及び反転第４の駆動パルスＳＰ１４を選択的に出力可能に制御する。これにより、各コイルへの電流印加方向が反転される。

【0040】

第１の駆動パルスＳＰ１１による駆動波形Ｏ１、О３の電圧は、０（ｖ）であり、駆動波形Ｏ２、О４の電圧は、－Ｖ（ｖ）である。これにより、ステップモータ４０のコイルＡ、コイルＢの両方に駆動電流が流れて、両方のコイルＡ、コイルＢが励磁される。

【0041】

第２の駆動パルスＳＰ１２による駆動波形Ｏ４の電圧は、－Ｖ（ｖ）であり、他の駆動波形Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３の電圧は、０（ｖ）である。これにより、ステップモータ４０のコイルＢにのみ駆動電流が流れて、コイルＢのみが励磁される。この場合、コイルＡには、駆動電流は流れない。

【0042】

第３の駆動パルスＳＰ１３による４つの駆動波形Ｏ１～Ｏ４は、第１の駆動パルスＳＰ１１による４つの駆動波形Ｏ１～Ｏ４の電圧状態が反転した状態となっている。すなわち、第３の駆動パルスＳＰ１３による駆動波形Ｏ２、Ｏ４の電圧は、０（ｖ）であり、駆動波形Ｏ１、Ｏ３の電圧は、－Ｖ（ｖ）である。これにより、ステップモータ４０のコイルＡ、コイルＢの両方に、第１の駆動パルスＳＰ１１による駆動波形Ｏ１～Ｏ４の時とは逆方向の駆動電流が流れて、両方のコイルＡ、コイルＢが逆方向に励磁される。

【0043】

第４の駆動パルスＳＰ１４による駆動波形Ｏ１、О２、О４の電圧は、０（ｖ）であり、駆動波形Ｏ３の電圧は、－Ｖ（ｖ）。これにより、ステップモータ４０のコイルＢに、第２の駆動パルスＳＰ１２による駆動波形Ｏ１～О４の時とは逆方向の駆動電流が流れて、コイルＢのみが逆方向に励磁される。

【0044】

なお、駆動パルス列ＳＰ１０の周期、すなわち、合計のパルス幅は任意である。また、駆動波形Ｏ１～Ｏ４は、連続するフルパルスとして図示しているが、複数の細かいパルス群によるチョッパ形の駆動パルスとしても良い。

【0045】

図６は、図５に示す駆動波形及Ｏ１～Ｏ４によるステップモータ４０の動作図である。ステップモータ４０の正転方向（反時計回り）への回転駆動について図６（ａ）～（ｅ）を用いて説明する。

【0046】

図６（ａ）に示す様に、ロータ４１のＮ極の開始位置は、図３に示す０度の位置から反時計回りに１３５度の位置にあるものとする。なお、図６において、各パルスによるロータ４１の移動量は一例を示しており、通常はステータ４２の設計により任意に調節が可能である。

【0047】

図６（ｂ）は、第１の駆動パルスＳＰ１１による駆動波形Ｏ１～О４に示した電圧が、ステップモータ４０のコイル端子Ｏ１～О４に供給された状態を示しており、コイルＡ、コイルＢの両方に駆動電流が流れて、両方のコイルＡ、コイルＢがそれぞれ矢印の方向に励磁される。これにより、第１磁極部４５ａがＮ極に磁化され、第２磁極部４５ｂがＳ極に磁化され、第３磁極部４５ｃは磁化が打ち消しあって磁化されない。その結果、ロータ４１のＮ極と第２磁極部４５ｂのＳ極が引き合い、且つ、ロータ４１のＳ極と第１磁極部４５ａのＮ極が引き合い、ロータ４１のＮ極は、反時計周りに回転し、定常回転の開始位置１３５度から２７０度の位置まで、約１３５度回転する。

【0048】

次に、図６（ｃ）は、第２の駆動パルスＳＰ１２による駆動波形Ｏ１～Ｏ４に示した電圧がステップモータ４０のコイル端子Ｏ１～О４に供給された状態を示しており、コイルＢにのみ駆動電流が流れて、コイルＢのみが矢印の方向に励磁される。これにより、第２磁極部４５ｂがＳ極、第３磁極部４５ｃがＮ極に磁化され、コイルＡは励磁されないので第１磁極部４５ａは第３磁極部４５ｃと同じＮ極となる。その結果、ロー４１のＳ極と第１の磁極部４５ａ及び第３の磁極部４５ｃのＮ極が引き合い、ロータ４１のＮ極は、停止することなく更に反時計周りに回転し、２７０度の位置から３１５度の位置まで、約４５度回転する。

【0049】

この時点で、ロータ４１は第１の駆動パルスＳＰ１１と第２の駆動パルスＳＰ１２による駆動波形Ｏ１～Ｏ４に示した電圧によって、定常回転の開始位置を基準として反時計周りに１８０度回転されたことになる。

【0050】

次に、図６（ｄ）は、第３の駆動パルスＳＰ１３による４つの駆動波形Ｏ１～Ｏ４に示した電圧（第１の駆動パルスＳＰ１１による４つの駆動波形Ｏ１～Ｏ４の電圧状態が反転した電圧）が、コイル端子Ｏ１～О４に供給された状態を示している。この結果、コイルＡ、コイルＢの両方に、第１の駆動パルスＳＰ１１による駆動波形Ｏ１～Ｏ４の時とは逆方向の駆動電流が流れて、両方のコイルＡ、コイルＢが矢印の方向（図６（ｂ）とは逆方向）に励磁される。これにより、第１磁極部４５ａがＳ極に磁化され、第２磁極部４５ｂがＮ極に磁化され、第３磁極部４５ｃは磁化が打ち消しあって磁化されない。その結果、ロータ４１のＮ極と第１磁極部４５ａのＳ極が引き合い、且つ、ロータ４１のＳ極と第２磁極部４５ｂのＮ極が引き合い、ロータ４１のＮ極は、反時計周りに回転し、３１５度の位置から０度の位置を通過して９０度の位置まで、約４５度回転する。

【0051】

次に、図６（ｅ）は、第４の駆動パルスＳＰ１４による駆動波形Ｏ１～Ｏ４に示した電圧が、ステップモータ４０のコイル端子Ｏ１～О４に供給された状態を示している。この結果、コイルＢに、第２の駆動パルスＳＰ１２による駆動波形Ｏ１～О４の時とは逆方向の駆動電流が流れて、コイルＢのみが矢印の方向（図６（ｃ）とは逆方向）に励磁される。これにより、第２磁極部４５ｂがＮ極に磁化され、第３磁極部４５ｃがＳ極に磁化され、コイルＡは励磁されないので第１磁極部４５ａは第３磁極部４５ｃと同じＳ極となる。その結果、ロータ４１のＮ極と第１の磁極部４５ａ及び第３の磁極部４５ｃのＳ極が引き合い、ロータ４１のＮ極は、停止することなく更に反時計周りに回転し、９０度の位置から定常回転の開始位置である１３５度の位置まで、約４５度回転する。

【0052】

この時点で、ロータ４１は、第１の駆動パルスＳＰ１１～第４の駆動パルスＳＰ１４による駆動波形Ｏ１～Ｏ４に示した電圧によって、正転方向（反時計回り）に３６０度回転駆動される。以上のように第１の実施形態に係るステップモータ駆動装置２０は、ステップモータ４０に駆動パルス列ＳＰ１０による駆動波形Ｏ１～Ｏ４に示した電圧を供給することで、正転方向（反時計回り）の回転駆動を可能としている。

【0053】

図５において、コイルＡ及びコイルＢを両方とも励磁する駆動パルスＳＰ１１又は駆動パルスＳＰ１３による駆動波形Ｏ１～Ｏ４を、第１の駆動電圧と称し、コイルＡ又はコイルＢの一方のみを励磁する駆動パルスＳＰ１２又は駆動パルスＳＰ１４による駆動波形Ｏ１～Ｏ４を、第２の駆動電圧と称する。すると、ドライバ回路３０は、第１の駆動電圧により、ロータ４１を９０度以上（図５の例では１３５度）回転させ、第１の駆動電圧と第２の駆動電圧でロータ４１を１８０度回転させている。更に、第１の駆動電圧と第２の駆動電圧とを交互に連続してコイルＡ及び／又はコイルＢに印加することによって、ロータ４１を回転駆動している。第１の駆動電圧により、ロータ４１を回転させる角度は、１３５度に限定されず、１１５度以上且つ１５０度以下であれば、ステップモータ４０の特性等に応じて、適宜決定することができる。

【0054】

図７（ａ）は逆転駆動パルス列ＳＰ１０´による駆動波形Ｏ１´～Ｏ４´の一例を示し、図７（ｂ）～（ｆ）は逆転駆動パルス列ＳＰ１０´によるステップモータ４０の動作図である。図７を用いて、ステップモータ４０のロータ４１を逆転方向（時計回り）に駆動させる場合について説明する。

【0055】

図７（ａ）は、ステップモータ４０のロータ４１を逆転方向（時計回り）に駆動させるための逆転駆動パルス列ＳＰ１０´による逆転駆動波形Ｏ１´～Ｏ４´示している。後述する様に、ステップモータ４０の４つの駆動状態に応じて、逆転駆動波形Ｏ１´～Ｏ４´も４つの状態に区別されるが、最初の状態となるようにドライバ回路３０の８つのトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ状態を規定するのが、第１の逆転駆動パルスＳＰ１１´である。同様に、第２の状態となるようにドライバ回路３０の８つのトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ状態を規定するのが第２の逆転駆動パルスＳＰ１２´であり、第３の状態となるようにドライバ回路３０の８つのトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ状態を規定するのが第３の逆転駆動パルスＳＰ１３´であり、第４の状態となるようにドライバ回路３０の８つのトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ状態を規定するのが第４の逆転駆動パルスＳＰ１４´である。また、第１の逆転駆動パルスＳＰ１１´～第４の逆転駆動パルスＳＰ１４´をまとめて、逆転駆動パルス列ＳＰ１０´と称する。

【0056】

図７（ｂ）に示す様に、ロータ４１のＮ極の開始位置は、図３に示す０度の位置から反時計回りに２２５度の位置にあるものとする。なお、各パルスでの駆動による移動量は一例を示しており、通常はステータ４２の設計により任意に調節が可能である。

【0057】

図７（ｃ）は、第１の逆転駆動パルスＳＰ１１´による逆転動波形Ｏ１´～О４´に示した電圧が、ステップモータ４０のコイル端子Ｏ１～О４に供給された状態を示しており、コイルＡ、コイルＢの両方に駆動電流が流れて、両方のコイルＡ、コイルＢがそれぞれ矢印の方向（図６（ｂ）とは逆の方向）に励磁される。これにより、第１磁極部４５ａがＳ極に磁化され、第２磁極部４５ｂがＮ極に磁化され、第３磁極部４５ｃは磁化が打ち消しあって磁化されない。その結果、ロータ４１のＳ極と第２磁極部４５ｂのＮ極が引き合い、ロータ４１のＮ極と第１磁極部４５ａのＳ極が引き合い、ロータ４１のＮ極は、時計周りに回転し、開始位置の２２５度から９０度の位置まで、約１３５度回転する。

【0058】

次に、図７（ｄ）は、第２の逆転駆動パルスＳＰ１２´による逆転動波形Ｏ１´～О４´に示した電圧が、ステップモータ４０のコイル端子Ｏ１～О４に供給された状態を示しており、コイルＡにのみ駆動電流が流れて、コイルＡが矢印の方向に励磁される。これにより、第１磁極部４５ａがＳ極に磁化され、第３磁極部４５ｃがＮ極に磁化され、コイルＢは励磁されないので第２磁極部４５ｂは第３磁極部４５ｃと同じＮ極となる。その結果、ロータ４１のＳ極と第２の磁極部４５ｂ及び第３の磁極部４５ｃが引き合い、ロータ４１のＮ極は停止することなく更に時計周りに回転し、９０度の位置から４５度の位置まで、約４５度回転する。

【0059】

この時点で、ロータ４１は第１の逆転駆動パルスＳＰ１１´と第２の逆転駆動パルスＳＰ１２´によって、逆転定常回転の開始位置を基準として逆転方向（時計回り）に１８０度回転されたことになる。

【0060】

次に、図７（ｅ）は、第３の逆転駆動パルスＳＰ１３´による逆転動波形Ｏ１´～О４´に示した電圧が、ステップモータ４０のコイル端子Ｏ１～О４に供給された状態を示しており、コイルＡ、コイルＢの両方に駆動電流が流れて、両方のコイルＡ、コイルＢがそれぞれ矢印の方向（図７（ｃ）とは逆の方向）に励磁される。これにより、第１磁極部４５ａがＮ極に磁化され、第２磁極部４５ｂがＳ極に磁化され、第３磁極部４５ｃは磁化が打ち消しあって磁化されない。その結果、ロータ４１のＳ極と第１磁極部４５ａのＮ極が引き合い、ロータ４１のＮ極と第２磁極部４５ｂのＳ極が引き合い、ロータ４１のＮ極は、時計周りに回転し、４５度の位置から２７０度の位置まで、約１３５度回転する。

【0061】

次に、図７（ｆ）は、第４の逆転駆動パルスＳＰ１４´による逆転動波形Ｏ１´～О４´に示した電圧が、ステップモータ４０のコイル端子Ｏ１～О４に供給された状態を示しており、コイルＡのみに駆動電流が流れて、コイルＡが矢印の方向（図７（ｄ）とは逆の方向）に励磁される。これにより、第１磁極部４５ａがＮ極に励磁され、第３磁極部４５ｃがＳ極に磁化され、コイルＢは励磁されないので第２磁極部４５ｂは第３磁極部４５ｃと同じＳ極となる。その結果、ロータ４１のＮ極と第２の磁極部４５ｂ及び第３の磁極部４５ｃのＳ極が引き合い、ロータ４１のＮ極は停止することなく更に時計周りに回転し、２７０度の位置から逆転定常回転の開始位置である２２５度の位置まで、約４５度回転する。

【0062】

この時点で、ロータ４１は、第１の逆転駆動パルスＳＰ１１´～第４の逆転駆動パルスＳＰ１４´による逆転動波形Ｏ１´～О４´に示した電圧によって、逆転方向（時計回り）に３６０度回転駆動される。以上のように第１の実施形態に係るステップモータ駆動装置２０は、ステップモータ４０に逆転駆動パルス列ＳＰ１０´による逆転駆動波形Ｏ１´～Ｏ４´に示した電圧を供給することで、逆転方向（時計回り）の回転駆動を可能としている。なお、図７を参照して説明された逆転駆動は、後述する第２及び第３の実施形態に係るステップモータ駆動装置においても同様に実行可能である。

【0063】

[比較例]
図８は、比較例として示す駆動波形Ｏ１～Ｏ４、及び、比較例として示す駆動波形Ｏ１～Ｏ４によるステップモータ４０の動作図である。図８を用いて、前述したステップモータ４０のロータ４１を正転方向（反時計回り）に駆動させる比較例について説明する。

【0064】

図８（ａ）は、ロータ４１を、Ｎ極が定常回転の開始位置１３５度にある状態から、正転方向（反時計回り）に回転駆動させるために、コイル端子Ｏ１～コイル端子О４に出力される、比較例における４つの駆動波形Ｏ１～Ｏ４を示している。

【0065】

比較例では、ステップモータ４０の３つの駆動状態に応じて、駆動波形Ｏ１～Ｏ４も３つの状態に区別されるが、最初の状態を規定するのが、第１の駆動パルスＳＰ２１である。同様に、第２の状態を規定するのが第２の駆動パルスＳＰ２２であり、第３の状態を規定するのが第３の駆動パルスＳＰ２３である。また、第１の駆動パルスＳＰ２１～第３の駆動パルスＳＰ２３をまとめて、駆動パルス列ＳＰ２０と称する。

【0066】

図８（ｂ）に示す様に、ロータ４１のＮ極の開始位置は、図３に示す０度の位置から反時計回りに１３５度にあるものとする。

【0067】

次に、図８（ｃ）は、第１の駆動パルスＳＰ２１による動波形Ｏ１～О４に示した電圧が、ステップモータ４０のコイル端子Ｏ１～О４に供給された状態を示しており、コイルＡ、コイルＢの両方に駆動電流が流れて、両方のコイルＡ、コイルＢがそれぞれ矢印の方向に励磁される。これにより、第１磁極部４５ａがＮ極に磁化され、第２磁極部４５ｂがＳ極に磁化され、第３磁極部４５ｃは磁化が打ち消しあって磁化されない。その結果、ロータ４１のＮ極と第２磁極部４５ｂのＳ極が引き合い、ロータ４１のＳ極と第１磁極部４５ａのＮ極が引き合い、ロータ４１のＮ極は、反時計周りに回転し、定常回転の開始位置１３５度から２７０度の位置まで、約１３５度回転する。

【0068】

次に、図８（ｄ）は、第２の駆動パルスＳＰ２２による動波形Ｏ１～О４に示した電圧が、ステップモータ４０のコイル端子Ｏ１～О４に供給された状態を示しており、コイルＡ、コイルＢの両方に駆動電流が流れて、両方のコイルＡ、コイルＢがそれぞれ矢印の方向に励磁される。これにより、第１磁極部４５ａと第２磁極部４５ｂがＳ極に磁化され、第３磁極部４５ｃはＮ極に磁化される。その結果、ロータ４１のＳ極と第３磁極部４５ｃのＮ極が引き合い、ロータ４１のＮ極は第１磁極部４５ａと第２磁極部４５ｂの両方のＳ極と引き合うので、ロータ４１のＮ極は、更に反時計回りに回転し、２７０度の位置から０度の位置まで、約９０度回転する。

【0069】

次に、図８（ｅ）は、第３の駆動パルスＳＰ２３による駆動波形Ｏ１～О４に示した電圧が、ステップモータ４０のコイル端子Ｏ１～О４に供給された状態を示しており、コイルＢのみに駆動電流が流れて、コイルＡが矢印の方向に励磁される。これにより、第２磁極部４５ｂがＮ極に励磁され、第３磁極部４５ｃがＳ極に磁化され、コイルＡは励磁されないので第１磁極部４５ａは第３磁極部４５ｃと同じＳ極となる。その結果、ロータ４１のＮ極と第１の磁極部４５ａ及び第３の磁極部４５ｃのＮ極が引き合い、ロータ４１のＮ極は停止することなく更に反時計周りに回転し、０度の位置から定常回転の開始位置である１３５度の位置まで、約１３５度回転する。

【0070】

この時点で、ロータ４１は駆動パルス列ＳＰ２０による駆動波形Ｏ１～О４に示した電圧によって、定常回転の開始位置である１３５度から３６０度回転されたことになる。以上のように比較例の回転駆動によれば、ステップモータ４０に駆動パルス列ＳＰ２０を供給することで回転駆動を可能にしている。

【0071】

図９は、図５に示した駆動パルス列ＳＰ１０による駆動波形と図８に示した比較例として示す駆動パルス列ＳＰ２０による駆動波形とを比較して説明するための図である。

【0072】

図９の下部に示す駆動パルス列ＳＰ２０による駆動波形О１～О４は、図８に比較例として示したものであって、ロータ４１が脱調することなく安定駆動できる理想的な時間間隔で、切替わる様にして示している。一方、図９の上部に示す駆動パルス列ＳＰ１０による駆動波形О１～О４は、図５に第１の実施形態に係るステップモータ駆動装置２０がステップモータ４０に出力するものとして示したものである。また、駆動パルス列ＳＰ１０による駆動波形О１～О４は、駆動パルス列ＳＰ２０による駆動波形О１～О４の印加時間間隔を基準として、ロータ４１が脱調することなく安定駆動できる理想的な時間間隔で、切替わる様にして示している。なお、図９の上部には、駆動パルス列ＳＰ１０に対応したロータ４１の位置９１～９５を示し、図８の下部には、駆動パルス列２０に対応したロータ４１の位置９６～９９を示している。

【0073】

時刻Ｔ０においては、まだパルスは印加されていないので、ロータ４１は駆動パルス列ＳＰ１０の場合、及び、駆動パルス列ＳＰ２０の場合共に、定常回転の開始位置である始点から１３５度の位置９１及び９６となる。

【0074】

次に、Ｔ１区間では、駆動パルスＳＰ１１及び駆動パルスＳＰ２１では、同じ駆動波形に基づく電圧をステップモータ４０に印加してロータ４１を１３５度回転駆動させている。したがって、駆動パルス列ＳＰ１１とＳＰ２１のパルスの印加時間は同じで、ロータ４１は共に、位置９２及び９７となる。

【0075】

次に、Ｔ２区間では、駆動パルスＳＰ１２はコイルＢのみに通電させてロータ４１を４５度回転駆動させ、駆動パルスＳＰ２２はコイルＡ、コイルＢを同時に通電させてロータ４１を、同じパルスの印加時間で９０度回転駆動させる。２つのコイルを用いた時の駆動力は１つのコイルを用いた時の駆動力の２倍となるため、目標の移動角は、駆動パルスＳＰ１２と駆動パルスＳＰ２２で異なるが、駆動パルスＳＰ１２及び駆動パルスＳＰ２２の双方は、同じ印可時間Ｔ２で駆動を完了できる。

【0076】

次に、Ｔ３区間では、駆動パルスＳＰ１３はコイルＡ、コイルＢを同時に通電されて、ロータ４１を１３５度回転駆動させるため、Ｔ１区間のＳＰ１１と同じパルス印加時間になり、ロータ４１は位置９４となる。更に、Ｔ４区間では、駆動パルスＳＰ１４はコイルＢのみを通電させて４５度回転駆動させるため、Ｔ２区間のＳＰ１２と同じ印加時間になる。Ｔ４区間の終了時点で駆動パルス列ＳＰ１０により、ロータ４１は始点から３６０度回転した位置９５となる。

【0077】

一方、Ｔ３区間、Ｔ４区間及びＴ５区間では、駆動パルスＳＰ２３はコイルＢのみに通電されて、ロータ４１を１３５度回転駆動させる。なお、駆動パルスＳＰ２３は、１つのコイルを用いて大きな回転角度を得ようとしているため、パルスの印加時間が長くなっている。Ｔ５区間の終了時点において、駆動パルス列ＳＰ２０によって、ロータ４１は始点から３６０度回転した位置９９となる。

【0078】

この様に、駆動パルス列ＳＰ１０と駆動パルス列ＳＰ２０とを比較すると、駆動パルス列ＳＰ１０を利用した場合、Ｔ５区間分だけ（約９％）、ロータ４１が３６０度回転する時間が早くなる。駆動パルス列ＳＰ１０では、一回転中で、コイルＡとコイルＢの両方を励磁させて駆動させる回転角度の合計は２７０度であり、コイルＢのみを励磁させて駆動させる回転角度の合計は９０度である。一方で、比較例として示した駆動パルス列ＳＰ２０では、一回転中で、コイルＡとコイルＢの両方を励磁させて駆動させる回転角度の合計は２２５度であり、コイルＢのみを励磁させて駆動させる回転角度の合計は１３５度である。よって、駆動パルス列ＳＰ１０の方が２つのコイルを励磁させて駆動させる回転角度が４５度だけ多い。コイルＡとコイルＢの両方を励磁させて得られる駆動力は、コイルＡ又はコイルＢのいずれか一方を励磁させて得られる駆動力の２倍であるため、駆動パルス列ＳＰ１０は従来駆動パルス列ＳＰ２０と比較して図８のＴ５区間だけ次のパルスが早く送ることができ、従来よりも約９％早く高速駆動させることができる。

【0079】

なお、仮に、従来駆動パルス列ＳＰ２０において、駆動パルスＳＰ２３をＴ４区間で打ち切り、Ｔ５区間で駆動パルスＳＰ２３を出力せずに、次の駆動パルスＳＰ２１を出力させると、ロータ４１の回転動作がパルスの切り替えに追従できず、脱調を発生させるリスクが極めて高くなる。一方、駆動パルス列ＳＰ１０においては、Ｔ５区間を設けずとも脱調を発生させることがないので、安定性を担保しながら高速駆動させることを可能にしている。

【0080】

図１０は、第１の駆動電圧によりロータ４１を回転させる角度を変更したときの駆動パルス列ＳＰ１０と駆動パルス列ＳＰ２０との間の時間差を示す図である。図１０（ａ）はロータ４１を回転させる角度が１１５度である場合を示し、図１０（ｂ）はロータ４１を回転させる角度が１３５度である場合を示し、図１０（ｃ）はロータ４１を回転させる角度が１５０度である場合を示す。

【0081】

図１０（ａ）～（ｃ）において、横軸は駆動パルス列ＳＰ１０及び駆動パルス列ＳＰ２０のＴ１区間の長さを基準単位とした駆動パルスの印加時間を示し、縦軸は回転角度を示す。図１０（ａ）～（ｃ）において、波形Ｗ１１は駆動パルス列ＳＰ１０によりロータ４１を回転させたときの角度を示し、波形Ｗ１２は駆動パルス列ＳＰ２０によりロータ４１を回転させたときの角度を示す。

【0082】

第１の駆動電圧によりロータ４１を回転させる角度が１１５度であるとき、駆動パルス列ＳＰ１０によりステップモータ４０を３６０度回転する時間は、駆動パルス列ＳＰ１０によりステップモータ４０を３６０度回転する時間よりも１％程度速くなる。第１の駆動電圧によりロータ４１を回転させる角度が１１３度以上であるとき、駆動パルス列ＳＰ１０によりステップモータ４０を３６０度回転する時間は、駆動パルス列ＳＰ１０によりステップモータ４０を３６０度回転する時間よりも速くなる。本発明では、第１の駆動電圧によりロータ４１を回転させる角度の最小値は、１１３度にマージンを付加して１１５度とされる。

【0083】

第１の駆動電圧によりロータ４１を回転させる角度が１３５度であるとき、駆動パルス列ＳＰ１０によりステップモータ４０を３６０度回転する時間は、駆動パルス列ＳＰ１０によりステップモータ４０を３６０度回転する時間よりも９％程度速くなる。

【0084】

第１の駆動電圧によりロータ４１を回転させる角度が１５０度であるとき、駆動パルス列ＳＰ１０によりステップモータ４０を３６０度回転する時間は、駆動パルス列ＳＰ１０によりステップモータ４０を３６０度回転する時間よりも１５％程度速くなる。第１の駆動電圧によりロータ４１を回転させるとき、２つのコイルに電流がながされるため、第１の駆動電圧によりロータ４１を回転させる角度を大きくするに従って、ステップモータ４０を駆動するときに消費される消費電力が増加する。本発明では、ステップモータ４０を駆動するときに消費される消費電力を抑制する観点から、第１の駆動電圧によりロータ４１を回転させる角度の最大値は、１５０度とされる。

【0085】

［第２の実施形態］
図１１は、本発明の第２の実施形態に係るステップモータ駆動装置５０の概略構成図である。ステップモータ駆動装置５０は、前述した電子時計１０に適用可能であり、ロータ４１の回転を検出する機構を設けることで、駆動安定性の向上と、消費電力の削減、及び更なる高速駆動化を実現させた例である。

【0086】

図１１に示す様に、ステップモータ駆動装置５０は、発振回路２１と、制御回路５２と、駆動パルス発生回路５３と、検出パルス発生回路５４、補正パルス発生回路５５、パルス選択回路５６、ドライバ回路６０を含む。ステップモータ駆動装置５０は例えば、マイクロコントローラを含む集積回路として実装されている。発振回路２１及びステップモータ４０は、図２に示したものと同じであるので、説明を省略する。

【0087】

制御回路５２は、制御信号ＣＮ２、ＣＮ３、ＣＮ４を生成し、それぞれ駆動パルス発生回路５３、検出パルス発生回路５４、補正パルス発生回路５５に入力する。駆動パルス発生回路５３は、制御信号ＣＮ２に基づいてステップモータ４０を駆動するための駆動パルス列ＳＰ３０を生成し、パルス選択回路５６に出力する。検出パルス発生回路５４は、制御信号ＣＮ３に基づいて、ステップモータ４０のロータ４１が正常に回転したことを検出するための検出パルスＣＰを生成し、パルス選択回路５６に出力する。補正パルス発生回路５５は、制御信号ＣＮ４に基づいて、ステップモータ４０の駆動を補助するための補正パルスＦＰを生成し、パルス選択回路５６に出力する。なお、制御回路５２は、メモリを含み、後述するパルス印加方向に対応した変数を記憶する。

【0088】

パルス選択回路５６は、入力された駆動パルス列ＳＰ３０、検出パルスＣＰ、及び補正パルスＦＰを選択し、適切なタイミングでドライバ回路６０へと出力する。ドライバ回路６０は、パルス選択回路５６から選択入力されたパルスに基づいて、駆動波形Ｏ１～Ｏ４を生成し、ステップモータ４０に供給する。

【0089】

回転検出判定回路５７は、ステップモータ４０のコイルＡ、コイルＢに検出パルスＣＰが供給されることにより検出される検出信号ＣＳにより、ステップモータ４０のロータ４１の誘起電流を検出して回転の有無を判定し、判定結果ＣＫを出力する。出力された判定結果ＣＫは、パルス選択回路５６に入力され、パルスの切り替え制御に使用される。

【0090】

図１２は、ドライバ回路６０の一例を示す回路図である。

【0091】

図１２に示すドライバ回路６０において、コイルＡ及びコイルＢへ供給される駆動波形Ｏ１～Ｏ４を出力するための構成（ＰチャンネルＭＯＳトランジスタであるトランジスタＰ１～４と、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタであるトランジスタＮ１～４とがコンプリメンタリ接続されている４つのバッファ回路）については、図４に示すドライバ回路３０と同じである。

【0092】

ドライバ回路６０は、さらに、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタであるトランジスタＴＰ１及びＴＰ２と、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタであるトランジスタＴＰ３及びＴＰ４とを有する点が、ドライバ回路３０と異なっている。トランジスタＴＰ１及びＴＰ２は、検出抵抗を介して、それぞれコイルＡのコイル端子Ｏ１、Ｏ２に接続され、トランジスタＴＰ３及びＴＰ４は、検出抵抗を介して、それぞれコイルＢのコイル端子Ｏ３、Ｏ４に接続されている。

【0093】

ステップモータの回転検出自体は周知の技術ではあるが、後述の説明をわかりやすくするために、検出パルスＣＰ及び回転検出判定回路５７によるステップモータ４０の回転検出について以下に説明する。

【0094】

図３に示した様に、ステップモータ４０のステータ４２には狭窄部４６及びスリット４７が設けられている。ロータ４１が回転している間、及び、ロータ４１が慣性により自由回転している間では、電磁誘導によりステータに発生する磁気は、磁気抵抗の大きい狭窄部４６及びスリット４７を通過しにくくなるため、その大部分がコイルＡ又はコイルＢを通過する経路をとる。よって、ロータ４１の回転により誘起される誘起電流を、コイルＡ、Ｂを用いて検出することができる。

【0095】

図１２に示すドライバ回路６０において、所定のタイミングで検出パルスＣＰをトランジスタＴＰ１～ＴＰ４のゲートに印加して、各トランジスタをＯＮとすることで、コイル端子Ｏ１～Ｏ４に発生する誘起電流の大きさを、電圧信号である検出信号ＣＳとして取り出すことができる。検出判定回路５７は、検出信号ＣＳに基づいて、ロータ４１の回転及び非回転の判定を行い、判定結果ＣＫを出力する。

【0096】

なお、コイルＡまたはコイルＢに流れる誘起電流を検出する際は、コイルに駆動電流を流すことはできない。すなわち、コイルＡとコイルＢの両方に駆動電流が流れる駆動パルスを出力している際は回転検出をすることができない。したがって、コイルＡ又はコイルＢのいずれか一方に駆動電流が流れている際に、駆動電流が流れていない側のコイルを回転検出に用いる。

【0097】

図１３は、ステップモータ４０のロータ４１の回転と非回転を説明するための図である。

【0098】

図１３（ａ）は、ロータ４１が非回転、すなわち、駆動波形がコイルに印加されたにもかかわらず、ロータ４１が所望の角度まで回転せず、回転に失敗した場合を示している。すなわち、駆動波形がコイルに印加されることによって、ロータ４１が反時計回りにいったん回転するが、駆動力が不足しているためロータ４１が保持トルクにより時計回りに逆回転して静的安定点である０度に戻された状態である。この場合、最終的にロータ４１はなんら回転しなかったこととなるので、これを非回転と称する。図１３（ａ）において、駆動波形がコイルに印加されている期間におけるロータ４１の回転は破線で示している。

【0099】

図１３（ｂ）は、ロータ４１が回転、すなわち、駆動波形がコイルに印加されて、ロータ４１が所望の角度まで回転し、回転に成功した場合を示している。すなわち、駆動波形がコイルに印加されることによって、ロータ４１が反時計回りにある一定角度以上回転し、駆動波形の印加停止後も、さらに保持トルクにより反時計回りに回転し、回転目標位置である１８０度まで回転した状態である。この場合は、最終的にロータ４１は目標回転位置まで回転したこととなるので、これを回転と称する。

【0100】

このように、ロータ４１が回転の場合と非回転の場合とでは、駆動パルス出力後のロータ４１の挙動が異なり、そのため、コイルＡ、コイルＢに発生する誘起電流の波形も異なる。回転検出判定回路５７は、この波形の違いを検出信号ＣＳとして取り出し、ロータの回転／非回転を判定している。

【0101】

図１４（ａ）は駆動波形Ｏ１～Ｏ４の一例を示し、図１４（ｂ）は駆動パルス列ＳＰ３０及び検出パルスＣＰによる各トランジスタの動作を示す表である。

【0102】

図１４（ａ）は、ドライバ回路６０からコイル端子Ｏ１～コイル端子Ｏ４に出力される駆動波形Ｏ１～Ｏ４、及び、駆動波形Ｏ１～Ｏ４を生成するための駆動パルス列ＳＰ３０を示している。図１４（ａ）の駆動波形Ｏ１～Ｏ４及び駆動パルス列ＳＰ３０は、図５（ａ）の駆動波形Ｏ１～Ｏ４及び駆動パルス列１０と同じである。

【0103】

以下では、駆動パルス列ＳＰ３０を、第１の固定駆動パルスＳＰ３１、第２の可変駆動パルスＳＰ３２、反転第１の固定駆動パルスＳＰ３３、及び、反転第２の可変駆動パルスＳＰ３４の４つに分けて取り扱う。後述するように、第２の可変駆動パルスＳＰ３２と反転第２の可変駆動パルスＳＰ３４の長さ（期間）は、条件によって変更される。これに対し、第１の固定駆動パルスＳＰ３１と反転第１の固定駆動パルスＳＰ３３の長さは、固定であり、あらかじめ定められている。

【0104】

図１４（ｂ）は、駆動波形Ｏ１～Ｏ４を生成するためのドライバ回路６０の８つのトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ状態、及び、トランジスタＴＰ１～ＴＰ４のＯＮ／ＯＦＦ状態を示した表である。なお、駆動波形Ｏ１～Ｏ４を生成するためのドライバ回路６０の８つのトランジスタＰ１～Ｐ４、及びＮ１～Ｎ４のＯＮ／ＯＦＦ状態は、図５（ｂ）と同様であるので、その説明を省略する。

【0105】

以下、図１４（ｂ）のトランジスタＴＰ１～ＴＰ４のＯＮ／ＯＦＦ状態を示した表を用いて、回転検出について説明する。

【0106】

第１の固定駆動パルスＳＰ３１が出力される期間では回転検出は行わない。したがって、検出パルスＣＰによりトランジスタＴＰ１～ＴＰ４は全てＯＦＦ状態とされる。

【0107】

次に、第２の可変駆動パルスＳＰ３２が出力される期間では、コイルＢのみが励磁されているので、コイルＡを回転検出に用いる。したがって、検出パルスＣＰによりトランジスタＴＰ１のみＯＮ状態とし、トランジスタＴＰ２～ＴＰ４は全てＯＦＦ状態とされる。

【0108】

次に、反転第１の固定駆動パルスＳＰ３３が出力される期間では回転検出は行わない。したがって、検出パルスＣＰによりトランジスタＴＰ１～ＴＰ４は全てＯＦＦ状態とされる。

【0109】

最後に、反転第２の可変駆動パルスＳＰ３４が出力される期間では、コイルＢのみが励磁されているので、コイルＡを回転検出に用いる。したがって、検出パルスＣＰによりトランジスタＴＰ１のみＯＮ状態とし、トランジスタＴＰ２～ＴＰ４は全てＯＦＦ状態とされる。

【0110】

図１５は、駆動パルス発生回路５３から出力されるパルス波形の一例を示す図である。

【0111】

図１５（ａ）～図１５（ｃ）に示したパルス波形は、ロータ４１が回転と判定された時に、ドライバ回路６０に出力される駆動パルス列、すなわち、第１の固定駆動パルスＳＰ３１と第２の可変駆動パルスＳＰ３２、または、反転第１の固定駆動パルスＳＰ３３と反転第２の可変駆動パルスＳＰ３４の例を示している。（以下、「第１の固定駆動パルスＳＰ３１または反転第１の固定駆動パルスＳＰ３３」を「第１の固定駆動パルスＳＰ３１／ＳＰ３３」と略し、「第２の可変駆動パルスＳＰ３２または反転第２の可変駆動パルスＳＰ３４」を「第２の可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４」と略す。）図１５（ａ）～図１５（ｃ）に示したものの他、どのような駆動パルス波形が選択されるかは、回転検出の結果に依存して変化する。図１５（ｄ）は、ロータ４１が非回転と判定されたときに、ドライバ回路６０に出力される補正パルスＦＰを示している。また、図１５（ｅ）は、回転検出を行うための検出パルスＣＰを、ドライバ回路６０に出力するタイミングを示している。

【0112】

本実施形態では、第１の固定駆動パルスＳＰ３１／ＳＰ３３は、５ｍｓの間出力されるようになっている。また、第２の可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４は、第１の固定駆動パルスＳＰ３１／ＳＰ３３の出力後に出力され、長さを１ｍｓ刻みで１ｍｓ～５ｍｓの５つより選択可能になっている。可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４は、回転検出の結果に基づき、どの長さが選択されるかが決定される。より詳しくはこの後説明するが、基本的な考え方は、回転と判断されるまで可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４を出力し続けるというものである。

【0113】

最長の長さ（５ｍｓ）の可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４を出力しても回転との判断が得られない場合、図１５（ｄ）に示す補正パルスＦＰを出力し、ロータ４１の回転を補助する。なお、補正パルスＦＰは、ロータ４１が非回転と判断された場合に、ロータ４１の脱調を防ぐために出力されるものであり、より強い駆動力を持つようにその波形が設定される。ここでは、５ｍｓのパルスとなっている。

【0114】

検出パルスＣＰは、可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４の出力開始後、０．２５ｍｓ経過後から４．７５ｍｓ経過するまで０．５ｍｓ毎に出力される、１６μｓ幅のパルスとしている。

【0115】

以上の説明での第１の固定駆動パルスＳＰ３１／ＳＰ３３、第２の可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４、補正パルスＦＰの長さや形状、検出パルスＣＰの出力タイミングなどは一例であり、ステップモータ４０の形状や大きさ、駆動させる対象物の負荷など種々の構成に応じて変更されてよい。

【0116】

図１６は、補正パルスＦＰを説明するための図である。図１６（ａ）は、駆動パルス列ＳＰ３０において第２の可変駆動パルスＳＰ３２の後に補正パルスＦＰが出力される場合に、ステップモータ４０に印加される駆動波形О１～О４の一例を示している。

【0117】

図１６（ａ）において、補正パルスＦＰの前後に出力される駆動パルス列ＳＰ３０によって生成される駆動波形О１～О４については、図１４において説明したものと同様であるので、その説明を省略する。補正パルスＦＰによる駆動波形Ｏ１、Ｏ４は電圧が―Ｖ（ｖ）であり、駆動波形Ｏ３、Ｏ２は電圧が０（ｖ）である。これにより、ステップモータ４０のコイルＡ、コイルＢの両方に駆動電流が流れて両方のコイルＡ、コイルＢが励磁される。

【0118】

図１６（ｂ）は、補正パルスＦＰによるドライバ回路６０の８つのトランジスタＰ１～Ｐ４及びＮ１～Ｎ４のＯＮ／ＯＦＦ状態を示した表である。ドライバ回路６０において、トランジスタＮ１とトランジスタＰ２がＯＮ、トランジスタＰ１とトランジスタＮ２がＯＦＦし、駆動電流がコイル端子Ｏ２からコイル端子Ｏ１に流れ、コイルＡが励磁される。同様に、トランジスタＰ３とトランジスタＮ４がＯＮ、トランジスタＮ３とトランジスタＰ４がＯＦＦし、駆動電流がコイル端子Ｏ４からコイル端子Ｏ３に流れ、コイルＢが励磁される。

【0119】

図１７（ａ）～（ｆ）は、図１６に示す補正パルスＦＰによるステップモータ４０の動作を説明するための図である。

【0120】

図１７（ａ）は、ステップモータ４０の最初の状態を示しており、ロータ４１のＮ極の開始位置は、図３に示す０度の位置から反時計周りに１３５度の位置にあるものとする。なお、各パルスでの駆動による移動量は一例を示しており、通常はステータ２２の設計により任意に調節が可能である。

【0121】

図１７（ｂ）は、第１の固定駆動パルスＳＰ３１による駆動波形О１～О４に示した電圧がステップモータ４０に供給された状態を示している。この場合、第１磁極部２２ａがＮ極に磁化され、第２磁極部２２ｂがＳ極に磁化され、第３磁極部２２ｃは磁化が打ち消しあって磁化されない。その結果、ロータ４１のＮ極と、第２磁極部２２ｂのＳ極が引き合い、またロータ４１のＳ極と第１磁極部２２ａのＮ極が引き合い、ロータ４１は反時計周りに回転し、定常回転の開始位置（図３に示す０度の位置から反時計周りに１３５度の位置）から２７０度の位置まで、約１３５度回転する。

【0122】

次に、図１７（ｃ）は、第２の可変駆動パルスＳＰ３２による駆動波形О１～О４に示した電圧がステップモータ４０に供給された状態を示している。この場合、第２磁極部２２ｂがＳ極、第３磁極部２２ｃがＮ極に磁化され、コイルＡは励磁されないので第１磁極部２２ａは第３磁極部２２ｃと同じＮ極となる。通常はロータ４１のＳ極と、第１の磁極部２２ａ及び第３の磁極部２２ｃのＮ極が引き合い、ロータ４１のＮ極は停止することなく更に反時計周りに２７０度の位置から、３１５度の位置まで約４５度回転駆動しようとする。しかしながら、駆動させる対象物の負荷の大きさや、電源電圧や、外乱などの影響によって、３１５度の位置まで達することができなかった場合、図１７（ｃ）で示すように所望の位置までロータ４１が回転せず、回転検出判定回路５７により非回転と判定される。

【0123】

次に、図１７（ｄ）は、ロータ４１の非回転判定を受けて補助パルスＦＰによる駆動波形О１～О４に示した電圧がステップモータ４０に供給された状態を示している。この場合、コイルＡには駆動電流（図示せず）がコイル端子Ｏ２からＯ１に流れ、矢印の方向に励磁される。同様に、コイルＢには駆動電流（図示せず）がコイルＯ３からＯ４に流れ、矢印の方向に励磁される。これにより、第１磁極部２２ａと第２磁極部２２ｂがＳ極に磁化され、第３磁極部２２ｃがＮ極に磁化される。その結果、ロータ４１のＳ極と、第３磁極部２２ｃのＮ極が引き合い、ロータ４１のＮ極を強制的に０度の位置まで回転させる。

【0124】

次に、図１７（ｅ）は、反転第１の固定駆動パルスＳＰ３３による駆動波形О１～О４に示した電圧がステップモータ４０に供給された状態を示している。この場合、第１磁極部２２ａがＳ極に磁化され、第２磁極部２２ｂがＮ極に磁化され、第３磁極部２２ｃは磁化が打ち消しあって磁化されない。その結果、ロータ４１のＮ極と、第１磁極部２２ａのＳ極が引き合い、またロータ４１のＳ極と第２磁極部２２ｂのＮ極が引き合い、ロータ４１のＮ極は反時計周りに回転し、０度の位置から９０度の位置まで約９０度回転する。

【0125】

次に、図１７（ｆ）は、反転第２の可変駆動パルスＳＰ３４による駆動波形О１～О４に示した電圧がステップモータ４０に供給された状態を示している。この場合、第２磁極部２２ｂがＮ極、第３磁極部２２ｃがＳ極に磁化され、コイルＡは励磁されないので第１磁極部２２ａは第３磁極部２２ｃと同じＳ極となる。その結果、ロータ４１のＮ極と、第１の磁極部２２ａ及び第３の磁極部２２ｃのＳ極が引き合い、ロータ４１のＮ極は停止することなく更に反時計周りに回転し、９０度の位置から定常回転の開始位置である１３５度の位置まで約４５度回転する。

【0126】

以上のように、回転検出の結果が非回転と判定された際は、回転を補助する補助パルスＦＰが出力され、ステップモータ４０のロータ４１の回転を補助し、脱調を防止する。なお、図示はしないが、反転第２の駆動パルスＳＰ３４の出力後に補助パルスＦＰを出力する場合は、図１６（ａ）に示した補助パルスＦＰに対応した駆動波形において駆動波形Ｏ１とＯ２を入れ替え、且つ、駆動波形Ｏ３とＯ４を入れ替えたものをステップモータ４０へ出力する。

【0127】

図１８は、第２の実施形態に係るステップモータ駆動装置５０の動作フロー図である。以下、このフロー図に従って、図１１に示すステップモータ駆動装置５０の動作を説明する。

【0128】

最初に、ステップモータ駆動装置５０は、駆動パルス発生回路５３より発生される第１の固定駆動パルスＳＰ３１／ＳＰ３３をパルス選択回５６により選択し、ドライバ回路６０に出力する（ＳＴ１）。第１の固定駆動パルスＳＰ３１と反転第２の固定パルスＳＰ３３のどちらが出力されるかは、制御回路５２が有するステアリング記憶手段（不図示）に記憶されたパルス印加方向を示す変数に基づき決定される。

【0129】

次に、ステップモータ駆動装置５０は、駆動パルス発生回路５３より発生される第２の可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４をパルス選択回５６により選択し、ドライバ回路６０に出力する（ＳＴ２）。第１の可変駆動パルスＳＰ３２と反転第２の可変駆動パルスＳＰ３４のどちらが出力されるかは、制御回路５２が有するステアリング記憶手段（不図示）に記憶されたパルス印加方向を示す変数に基づき決定される。

【0130】

次に、ステップモータ駆動装置５０は、第２の可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４の出力後から０．２５ｍｓ経過後より５ｍｓ毎に、検出パルス発生回路５４から出力される検出パルスＣＰをパルス選択回路５６により選択してドライバ回路６０に出力し、回転検出を開始する（ＳＴ３）。この結果得られる検出信号ＣＳに基づいて、回転検出判定回路５７は、判定結果ＣＫを出力する。

【0131】

図１９は、回転検出判定回路５７による回転／非回転の判定について説明するための図である。図１９（ｃ）は、コイル端子Ｏ１～Ｏ４に印加される駆動波形О１～О４の一例を示す図であり、図１９（ａ）はコイルＡに発生する誘起電流の波形を示す図であり、図１９（ｂ）はコイルＢに発生する誘起電流の波形を示す図である。

【0132】

時刻０ｍｓより、反転第２の可変駆動パルスＳＰ３４に対応した駆動波形О１～О４により、コイルＢのコイル端子Ｏ３とＯ４間に電流が流れコイルＢが励磁される。これにより、ロータ４１が回転を始め、コイルＡ及びＢには、正の向きの誘導電流が発生する。検出パルスＣＰに対応した電圧は、反転第２の可変駆動パルスＳＰ３４が印加されたコイルとは異なるコイルである、コイルＡに印加される。具体的には、コイル端子Ｏ１に開始後０．２５ｍｓ後から０．５ｍｓ毎に印加され、これにより各検出パルスＣＰに応じた検出信号ＣＳが得られる。

【0133】

図１９（ａ）に示すコイルＡに生じる誘導電流の波形より明らかなように、ロータ４１の回転当初は、コイルＡに生じる誘導電流は正の符号をもつあまり大きくない値となる。条件にもよるが、ここで示した例では、回転開始からおおよそ２．５ｍｓ経過した時点で誘導電流の符号が反転し（負の符号となり）、ある一定以上の値を示す波形の山が生じる。なお、ロータ４１が非回転の場合には、誘導電流が負の符号を持つことはない。この負の値を持つ波形の山は、ロータ４１がポテンシャルの山を乗り越え、目標となる静的安定点に向かって回転していることを示している。図１９（ａ）においてハッチングで示した負の符号を持つ波形の山を検出することにより、回転の検出ができる。

【0134】

コイル端子Ｏ１から検出される検出信号ＣＳは、負の所定の閾値ｔｈと比較される。図１９（ｃ）に示すように、この例では回転開始から２．７５ｍｓ経過後の検出パルスＣＰ２．７５までは、閾値ｔｈを下回ることがなく、回転開始から３．２５ｍｓ経過後の検出パルスＣＰ３．２５で、始めて閾値ｔｈを下回っている。

【0135】

回転検出判定回路５７では、連続して２回、閾値ｔｈを下回っている検出信号ＣＳが得られることにより、回転と判断している。したがって、回転開始から３．７５ｍｓ経過後の検出パルスＣＰ３．７５による検出信号ＣＳが検出された時点で、回転検出判定回路５７は回転と判定し、判定結果ＣＫを出力する。また、回転開始から４．７５ｍｓ経過しても連続する２回の検出信号ＣＳが得られなかった場合は、非回転と判定し、判定結果ＣＫを出力する。

【0136】

連続して２回、閾値ｔｈを下回っている検出信号ＣＳが得られるタイミングは、駆動対象の負荷の大きさや、電源電圧など種々の条件により異なる。また、判定の条件は２回の連続する信号には限定されず、１回でも良いし、連続して３回以上でも良いし、所定期間内で得られた信号の数を加算して所定回数以上とするなどとしても良い。

【0137】

図１８に戻り、回転検出開始後、回転判定が得られたタイミングを監視する。まず、回転開始より０．７５ｍｓ経過までに検出信号ＣＳが連続して２回得られたかを判定する（ＳＴ４１）。検出信号ＣＳが２回得られた場合（ＳＴ４１：Ｙ）、回転検出を終了し（ＳＴ５１）検出パルスＣＰの出力を停止し、第２の可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４の幅を１ｍｓに設定する（ＳＴ６１）。これにより、第２の可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４の出力は１ｍｓで終了する。

【0138】

回転開始より０．７５ｍｓ経過までに検出信号ＣＳが連続して２回得らなかった場合（ＳＴ４１：Ｎ）、次は１．７５ｍｓ経過までに検出信号ＣＳが連続して２回得られたかを判定する（ＳＴ４２）。得られた場合（ＳＴ４２：Ｙ）、回転検出を終了し（ＳＴ５２）、第２の可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４の幅を２ｍｓに設定し（ＳＴ６２）、第２の可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４の出力を２ｍｓで終了する。

【0139】

回転開始より１．７５ｍｓ経過までに検出信号ＣＳが連続して２回得らなかった場合（ＳＴ４２：Ｎ）、次は２．７５ｍｓ経過までに検出信号ＣＳが連続して２回得られたかを判定する（ＳＴ４３）。得られた場合（ＳＴ４３：Ｙ）、回転検出を終了し（ＳＴ５３）、第２の可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４の幅を３ｍｓに設定し（ＳＴ６３）、第２の可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４の出力を３ｍｓで終了する。

【0140】

回転開始より２．７５ｍｓ経過までに検出信号ＣＳが連続して２回得らなかった場合（ＳＴ４３：Ｎ）、次は３．７５ｍｓ経過までに検出信号ＣＳが連続して２回得られたかを判定する（ＳＴ４４）。得られた場合（ＳＴ４４：Ｙ）、回転検出を終了し（ＳＴ５４）、第２の可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４の幅を４ｍｓに設定し（ＳＴ６４）、第２の可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４の出力を４ｍｓで終了する。

【0141】

回転開始より３．７５ｍｓ経過までに検出信号ＣＳが連続して２回得らなかった場合（ＳＴ４４：Ｎ）、次は４．７５ｍｓ経過までに検出信号ＣＳが連続して２回得られたかを判定する（ＳＴ４５）。得られた場合（ＳＴ４５：Ｙ）、回転検出を終了し（ＳＴ５５）、第２の可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４の幅を５ｍｓに設定し（ＳＴ６５）、第２の可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４の出力を５ｍｓで終了する。

【0142】

回転開始より４．７５ｍｓ経過までに検出信号ＣＳが連続して２回得らなかった場合（ＳＴ４５：Ｎ）は、非回転と判定されたことになるため、回転検出を終了し（ＳＴ５６）、第２の可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４の出力を５ｍｓで終了した後に（ＳＴ６６）、補正パルス発生回路５５より出力される補正パルスＦＰをパルス選択回路４７により選択し、補正パルスＦＰに応じた駆動波形をドライバ回路６０に出力する（ＳＴ７）。

【0143】

次に、第２の可変パルスＳＰ３２／ＳＰ３４、又は、補助パルスＦＰの出力後、ステップモータ駆動装置５０より停止信号が出ていれば、動作を終了する（ＳＴ８：Ｙ）。停止信号が出ていない場合はＳＴ１に戻り、制御回路５２が記憶するパルス印加方向を記憶する変数を反転させてから駆動を継続する（ＳＴ８：Ｎ）。

【0144】

このように、第２の実施形態によれば、１８０度の駆動ごとに、ロータ４１の回転／非回転の検出ができ、非回転の場合に補正パルスＦＰを出力することで、ロータ４１を確実に回転させることができる。また、出力される駆動パルス列の長さは、ロータ４１の回転に必要な分のみで済むため、消費電力が削減されるとともに、無駄な通電時間が排除されて高速駆動が可能である。

【0145】

電子時計１０における輪列の機械的な切り替えによって、ステップモータ４０の駆動対象が指針の場合と、回転錘の場合と切り替わるが、それぞれの慣性量に応じた適切なパルス幅を選択出力させることができる。また、指針や回転錘が慣性量の大きいもの、又は小さいものに変更された場合でも同様に、変更後の慣性量に応じた適切なパルス幅を選択させることができる。すなわち、ステップモータ４０の駆動対象の慣性量によらず、共通のモータ駆動装置を使って常に適切なパルス幅を選択して出力することができる。

【0146】

[第２の実施形態の変形例]
図２０は、第２の実施形態における変形例を説明するための図である。

【0147】

第２の実施形態では、第１の固定駆動パルスＳＰ３１／ＳＰ３３のパルス幅は５ｍｓに固定されていたが、第２の可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４の出力期間に行う回転検出の結果に応じて可変するようにしても良い。図２０（ａ）は５ｍｓのパルス幅の場合を示しており、図２０（ｂ）は４ｍｓのパルス幅の場合を示しており、図２０（ｃ）は３ｍｓのパルス幅の場合を示している。

【0148】

ステップモータ４０の定常駆動が始まった直後は、ロータ４１の回転速度が十分に上がっておらず、回転検出に時間がかかるか、又は、回転が検出できないため、図１８のフローチャートにおけるＳＴ６４、ＳＴ６５、ＳＴ６６のような４ｍｓ以上の第２の可変駆動パルスＳＰ３２／３４を出力する。このような場合、第１の固定駆動パルスＳＰ３１／３３も図２０（１）のような５ｍｓの長いパルス幅とする。

【0149】

ステップモータ４０は徐々にロータ４１の回転速度を上げていき、回転検出の結果、図１８のフローチャートにおけるＳＴ６２、ＳＴ６３のような２ｍｓ以上の第２の可変駆動パルスＳＰ３２／３４が出力されるようになる。このような場合、第１の固定駆動パルスＳＰ３１／ＳＰ３３も、図２０（２）のような４ｍｓのパルス幅とする。

【0150】

最後に、ステップモータ４０のロータ４１の回転速度が最大値まで達したとき、図１８のフローチャートにおけるＳＴ６１のような１ｍｓの第２の可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４が出力される状態になる。このような場合、第１の固定駆動パルスＳＰ３１／３３も（３）のような３ｍｓの短いパルス幅とする。

【0151】

以上のように、第１の固定駆動パルスＳＰ３１／ＳＰ３３のパルス幅を可変することによって、動作開始直後のロータ４１の回転速度が小さいときは、より確実に駆動させることができ、ロータ４１の回転速度が上がるにしたがって、更に回転速度を上げることが可能である。なお、用意する第１の固定駆動パルスＳＰ３１／ＳＰ３３のパルス幅は３種類に限定されず、３種類より少なくともよく、また３種類より多くてもよい。また、第１の固定駆動パルスＳＰ３１／ＳＰ３３のパルス幅を選択するための条件は任意である。

【0152】

［第３の実施形態］
図２１は、本発明の第３の実施形態に係るステップモータ駆動装置７０の概略構成図である。ステップモータ駆動装置７０は、前述した電子時計１０に適用可能であり、ロータ４１の動き出しを補助するパルスを出力可能な機構と、ロータ４１の動作停止を補助するパルスを出力可能な機構を設けることで、駆動信頼性を向上させた例である。

【0153】

図２１に示す様に、ステップモータ駆動装置７０は、発振回路２１と、制御回路５２と、駆動パルス発生回路５３と、検出パルス発生回路５４、補正パルス発生回路５５、パルス選択回路５６、回転検出判定回路５７、ドライバ回路６０に加え、初動パルス発生回路５８、終端パルス発生回路５９を含む。ステップモータ駆動装置７０は例えば、マイクロコントローラを含む集積回路として実装されている。発振回路２１及びステップモータ４０は、図２に示したものと同じであるので、説明を省略する。

【0154】

制御回路５２は、制御信号ＣＮ２、ＣＮ３、ＣＮ４、ＣＮ５、ＣＮ６を生成し、それぞれ駆動パルス発生回路５３、検出パルス発生回路５４、補正パルス発生回路５５、初動パルス発生回路５８、終端パルス発生回路５９に入力する。駆動パルス発生回路５３は、制御信号ＣＮ２に基づいてステップモータ４０を駆動するための駆動パルス列ＳＰ３０を生成し、パルス選択回路５６に出力する。検出パルス発生回路５４は、制御信号ＣＮ３に基づいてステップモータ４０のロータ４１が正常に回転したことを検出するための検出パルスＣＰを生成し、パルス選択回路５６に出力する。補正パルス発生回路５５は、制御信号ＣＮ４に基づいてステップモータ４０の駆動を補助するための補正パルスＦＰを生成し、パルス選択回路５６に出力する。初動パルス発生回路５８は、制御信号ＣＮ５に基づいてステップモータ４０のロータ４１を定常回転の開始位置に位相を合わせ、動き出しを補助するための初動パルスＩＰを生成し、パルス選択回路５６に出力する。終端パルス発生回路５９は、制御信号ＣＮ６に基づいてステップモータ４０のロータ４１を静的安定点である０度位置、又は１８０度の位置に停止させるための終端パルスＥＰを生成し、パルス選択回路５６に出力する。なお、制御回路５２は、メモリを含み、後述するパルス印加方向に対応した変数を記憶する。

【0155】

パルス選択回路５６は、入力された駆動パルス列ＳＰ３０、検出パルスＣＰ、補正パルスＦＰ、初動パルスＩＰ、及び、終端パルスＥＰを選択し、適切なタイミングでドライバ回路６０へと出力する。ドライバ回路６０は、パルス選択回路５６から選択入力されたパルスに基づいて、駆動波形О１～О４を生成し、ステップモータ４０に供給する。

【0156】

回転検出判定回路５７は、ステップモータ４０のコイルＡ、コイルＢに検出パルスＣＰが供給されることにより検出される検出信号ＣＳにより、ステップモータ４０のロータ４１の誘起電流を検出して回転の有無を判定し、判定結果ＣＫを出力する。出力された判定結果ＣＫは、パルス選択回路５６に入力され、パルスの切り替え制御に使用される。

【0157】

図２２は、初動パルス列ＩＰ１０を説明するための図である。図２２（ａ）は初動パルス列ＩＰ１０に対応した駆動波形О１～О４の一例を示している。

【0158】

初動パルスＩＰ１０は、ステップモータ４０を定常駆動させるために、ロータ４１のＮ極を静的安定点である０度の位置から定常回転の開始位置である１３５度の位置まで移動させるためのものである。図２２（ａ）に示す様に、初動パルス列ＩＰ１０は第１の初動パルスＩＰ１１と、第２の初動パルスＩＰ１２と、第３の初動パルスＩＰ１３の３個の駆動パルスから構成される。

【0159】

第１の初動パルスＩＰ１１は、駆動波形Ｏ１の電圧が－Ｖ（ｖ）であり、駆動波形Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４の電圧が０（ｖ）である。これにより、駆動波形Ｏ１とＯ２に接続されるステップモータ４０のコイルＡに駆動電流が流れて励磁される。

【0160】

第２の駆動パルスＩＰ１２は、駆動波形Ｏ１、Ｏ３の電圧が－Ｖ（ｖ）であり、駆動波形Ｏ２、Ｏ４の電圧が０（ｖ）である。これにより、ステップモータ４０のコイルＡ、コイルＢの両方に駆動電流が流れて、両方のコイルＡ、コイルＢが励磁される。

【0161】

第３の初動パルスＩＰ１３は、駆動波形Ｏ３の電圧が－Ｖ（ｖ）であり、駆動波形Ｏ１．Ｏ２、Ｏ４の電圧が０（ｖ）である。これにより、駆動波形Ｏ３とＯ４に接続されるステップモータ４０のコイルＢに駆動電流が流れて励磁される。

【0162】

なお、初動パルス列ＩＰ１０の合計のパルス幅は任意である。また、駆動波形Ｏ１～Ｏ４は連続するフルパルスとして図示しているが、複数の細かいパルス群によるチョッパ形の駆動パルスでもよい。

【0163】

図２２（ｂ）は、初動パルス列ＩＰによるドライバ回路６０の８個のトランジスタＰ１～Ｐ４及びＮ１～Ｎ４のＯＮ／ＯＦＦ状態と、検出パルスＣＰによるドライバ回路６０の４個のトランジスタＴＰ１～４及びのＯＮ／ＯＦＦ状態を示した表である。

【0164】

第１の初動パルスＩＰ１１による駆動波形Ｏ１の電圧が－Ｖ（ｖ）、駆動波形Ｏ２の電圧が０（ｖ）となるので、トランジスタＮ１とトランジスタＰ２がＯＮ、トランジスタＰ１とトランジスタＮ２がＯＦＦし、駆動電流がコイルＡのコイル端子Ｏ２からコイル端子Ｏ１に流れ、コイルＡが励磁される。駆動波形Ｏ３、Ｏ４の電圧は共に０（ｖ）となるので、トランジスタＰ３、Ｐ４がＯＮ、トランジスタＮ３、Ｎ４がＯＦＦし、コイルＢには駆動電流が流れず、コイルＢは励磁されない。

【0165】

次に、第２の初動パルスＩＰ１２による駆動波形Ｏ２の電圧が０（ｖ）、駆動波形Ｏ１の電圧が－Ｖ（ｖ）となるので、トランジスタＮ１とトランジスタＰ２がＯＮ、トランジスタＰ１とトランジスタＮ２がＯＦＦし、駆動電流がコイル端子Ｏ２からコイル端子Ｏ１に流れ、コイルＡが励磁される。駆動波形Ｏ４の電圧が０（ｖ）、駆動波形Ｏ３の電圧が－Ｖ（ｖ）となるので、トランジスタＮ３とトランジスタＰ４がＯＮ、トランジスタＰ３とトランジスタＮ４がＯＦＦし、駆動電流がコイル端子Ｏ４からコイル端子Ｏ３に流れ、コイルＢが励磁される。

【0166】

次に初動パルスＩＰ１３による駆動波形Ｏ３の電圧が－Ｖ（ｖ）、駆動波形Ｏ４の電圧０（ｖ）となるので、トランジスタＮ３とトランジスタＰ４がＯＮ、トランジスタＰ３とトランジスタＮ４がＯＦＦし、駆動電流がコイルＢのコイル端子Ｏ４からコイル端子Ｏ３に流れ、コイルＢが励磁される。駆動波形Ｏ１、Ｏ２の電圧は共に０（ｖ）となるので、トランジスタＰ１及びＰ２がＯＮ、トランジスタＮ１及びＮ２がＯＦＦし、コイルＡには駆動電流が流れず、コイルＡは励磁されない。

【0167】

このように、初動パルス列ＩＰ１０の３個の駆動パルスＩＰ１１～ＩＰ１３によって、ドライバ回路６０の各トランジスタがＯＮ／ＯＦＦ制御され、ステップモータ４０のコイルＡ、コイルＢを励磁する。なお、初動パルス列ＩＰ１０が出力される際には、回転検出を行わないので、ＴＰ１～ＴＰ４は全てＯＦＦである。

【0168】

図２３（ａ）～（ｄ）は、図２２に示す初動パルス列ＩＰ１０によるステップモータ４０の動作を説明するための図である。

【0169】

図２３（ａ）は、ステップモータ４０の最初の状態を示し、ロータ４１のＮ極が静的安定点の０度にある。なお、各パルスでの駆動による移動量は一例を示しており、通常はステータ４２の設計により任意に調節が可能である。

【0170】

次に、図２３（ｂ）は、第１の初動パルスＩＰ１１に対応した駆動波形О１～О４がステップモータ４０に供給された状態であり、駆動電流（図示せず）がコイル端Ｏ２からＯ１に流れ、コイルＡは矢印の方向に励磁される。これにより、第１磁極部２２ａがＳ極、第３磁極部２２ｃがＮ極に磁化され、コイルＢは励磁されないので、第２磁極部２２ｂは第３磁極部２２ｃと同じＮ極になる。その結果、ロータ４１のＳ極と、第２の磁極部２２ｂ及び第３の磁極部２２ｃのＮ極が引き合い、ロータ４１のＮ極は反時計周りに回転し、４５度の位置まで約４５度回転する。

【0171】

次に、図２３（ｃ）は、第２の駆動パルスＩＰ１２に対応した駆動波形О１～О４がステップモータ４０に供給された状態であり、駆動電流（図示せず）がコイル端子Ｏ２からＯ１に流れ、コイルＡは矢印の方向に励磁される。また、駆動電流（図示せず）がコイルＯ４からＯ３に流れ、コイルＢは矢印の方向に励磁される。これにより、第１磁極部２２ａがＳ極に磁化され、第２磁極部２２ｂがＮ極に磁化され、第３磁極部２２ｃは磁化が打ち消しあって磁化されない。その結果、ロータ４１のＮ極と、第１磁極部２２ａのＳ極が引き合い、またロータ４１のＳ極と第２磁極部２２ａのＮ極が引き合い、ロータ４１のＮ極は反時計周りに回転し、４５度の位置から９０度の位置まで約４５度回転する。

【0172】

次に、図２３（ｄ）は、第３の初動パルスＩＰ１３に対応した駆動波形О１～О４がステップモータ４０に供給された状態であり、駆動電流（図示せず）がコイル端子Ｏ４からＯ３に流れ、コイルＢは矢印の方向に励磁される。これにより、第２磁極部２２ｂがＮ極、第３磁極部２２ｃがＳ極に磁化され、またコイルＡは励磁されないので第１磁極部２２ａは第３磁極部２２ｃと同じＳ極となる。その結果、ロータ４１のＮ極と、第１の磁極部２２ａ及び第３の磁極部２２ｃのＳ極が引き合い、ロータのＮ極は反時計周りに回転し、９０度の位置から定常回転の開始位置である１３５度の位置まで約４５度回転する。

【0173】

以上のように、ステップモータ４０に３個の初動パルスＩＰ１１～ＩＰ１３から構成される初動パルス列ＩＰ１０対応した駆動波形О１～О４を供給することで、定常回転の開始位置である、１３５度位置まで回転駆動する。初動パルス列に含まれる３個の初動パルスのそれぞれで約４５度ずつ回転させることで、停止状態のロータ４１を定常回転の開始位置１３５度まで確実に回転でき、定常回転が開始できる確率を向上させている。

【0174】

なお、初動パルス列ＩＰの出力後に定常回転の開始位置１３５度位置にロータ４１のＮ極が位置していれば、初動パルス列ＩＰのパルス波形は任意である。例えば、初動パルス列ＩＰ１０が第３の初動パルスＩＰ１３の１個だけの構成または、第１の初動パルスＩＰ１１もしくは第２の初動パルスＩＰ１２のいずれか１つと、第３の初動パルスＩＰ１３の２個で構成されていてもよく、駆動させる対象物の負荷などに応じて任意で選択可能である。

【0175】

図２４は、終端パルス列ＥＰを説明するための図である。終端パルス列ＥＰは、ステップモータ４０のロータ４１を静的安定点である０度または１８０度の位置に維持させるための駆動波形を生成する。

【0176】

図２４（ａ）は駆動パルス列ＳＰ３０及び終端パルス列ＥＰに対応した駆動波形О１～О４の一例を示している。駆動パルス列ＳＰ３０に含まれる第１の固定駆動パルスＳＰ３１及び第２の可変駆動パルスＳＰ３２は、図１４を参照して説明したものと同じであるので、説明を省略する。また、終端パルスＥＰは第２の実施形態における図１６（ａ）を参照して説明した補助パルスＦＰと同様に、強制的にロータ４１のＮ極を０度の位置もしくは１８０度の静的安定点に駆動させる役割があるため、補助パルスＦＰと同じパルスを用いる。本実施形態では、終端パルスＥＰを補助パルスＦＰと分けて取り扱う。ただし、駆動波形自体は補助パルスＦＰで示したものと同じなので、説明を省略する。なお、図２４（ａ）に示した終端パルスＥＰのパルス幅は任意である。駆動波形Ｏ１～Ｏ４は、連続するフルパルスとして図示しているが、複数の細かいパルス群によるチョッパ形の駆動パルスでもよく、駆動させる対象物の負荷などに応じて任意に選択可能である。

【0177】

図２４（ｂ）は、終端パルス列ＥＰによるドライバ回路６０の８つのトランジスタＰ１～Ｐ４及びＮ１～Ｎ４のＯＮ／ＯＦＦ状態を示した表である。図２４（ｂ）は、図１６（ｂ）に示した補助パルスＦＰによるトランジスタＰ１～Ｐ４及びＮ１～Ｎ４のＯＮ／ＯＦＦ状態と同じであるので、説明を省略する。

【0178】

図２５（ａ）～（ｄ）は、図２４に示す終端パルスＥＰによるステップモータ４０の動作を説明するための図である。

【0179】

図２５（ａ）は、第１の固定駆動パルスＳＰ３１に対応した駆動波形О１～О４がステップモータ４０に供給された状態を示している。この場合、ロータ４１のＮ極と、第２磁極部２２ｂのＳ極が引き合い、またロータ４１のＳ極と第１磁極部２２ａのＮ極が引き合い、ロータ４１のＮ極は反時計周りに回転し、定常回転の開始位置１３５度から２７０度の位置まで約１３５度回転する。

【0180】

次に、図２５（ｂ）は、第２の可変駆動パルスＳＰ３２に対応した駆動波形О１～О４がステップモータ４０に供給された状態を示している。この場合、第１磁極部２２ａと第３磁極部２２ｃがＮ極に磁化され、第２磁極部２２ｂはＳ極に磁化される。その結果、ロータ４１のＮ極と第２磁極部２２ｂのＳ極が引き合い、また、ロータ４１のＳ極は、第１磁極部２２ａと第３磁極部２２ｃの両方のＮ極と引き合うので、ロータ４１のＮ極は更に反時計回りに回転し、２７０度の位置から３１５度の位置まで４５度回転する。

【0181】

次に、図２５（ｃ）は、駆動停止命令を受けて終端パルスＥＰに対応した駆動波形О１～О４がステップモータ４０に供給された状態を示している。この場合、第１磁極部２２ａと第２磁極部２２ｂがＳ極に磁化され、第３磁極部２２ｃがＮ極に磁化される。その結果、ロータ４１のＳ極と、第３磁極部２２ｃのＮ極が引き合い、ロータ４１のＮ極を０度の位置まで回転させる。

【0182】

次に、図２５（ｄ）は、終端パルスＥＰ出力後にステップモータへの電圧の供給が打ち切られた状態を示している。この場合、コイルＡ、コイルＢ共に励磁されていないため、保持トルクのみが働き、ロータ４１のＮ極は静的安定点である０度の位置で停止を続ける。

【0183】

なお、図１６に示す反転第２の可変駆動パルスＳＰ３４の出力後に終端パルスＥＰを出力する場合は、図２４（ａ）に示した終端パルスＥＰのコイル端子Ｏ１とＯ２、及び、Ｏ３とＯ４を入れ替えた駆動波形を出力すればよい。

【0184】

以下、第３の実施形態における動作フローを第２の実施形態で示した図１８を参照しながら説明する。

【0185】

動作を開始すると、初動パルス発生回路５８より出力される初動パルス列ＩＰをパルス選択回路５６より選択し、ドライバ回路６０に出力する。この時点で、初動パルス列ＩＰの出力により、ロータ４１のＮ極が定常回転の開始位置である１３５度に位置しているため、定常駆動可能になっている。

【0186】

次に、図１８で示したＳＴ１～ＳＴ８に基づいて、駆動パルス列ＳＰ３０を停止信号が出るまで出力し、定常駆動させる。

【0187】

次に、停止信号が出た場合（ＳＴ８：Ｙ）、終端パルス発生回路５９より出力される終端パルスＥＰをパルス選択回路５６より選択し、ドライバ回路６０に出力する。これにより、ロータ４１のＮ極は静的安定点である０度、又は１８０度に停止させることができ。終端パルスＥＰの出力を停止しても、保持トルクにより０度、又は１８０度の位置に停止し続ける。

【0188】

以上のように、第３の実施形態のステップモータ駆動装置７０によれば、停止状態からの動き出しと、定常駆動の静止時にステップモータ４０のロータ４１の脱調を防止することができ、高速駆動かつ、駆動信頼性の高い動作が可能である。

【0189】

[第３の実施形態の変形例１]
図２６は、終端パルスＥＰを終端パルスＥＰは第１の固定駆動パルスＳＰ３１または反転第１の固定駆動パルスＳＰ３３の出力後に出力した場合について説明するための図である。

【0190】

図２６（ａ）は、第１固定駆動パルスＳＰ３１の後に終端パルスＥＰを出力する場合の駆動波形О１～О４の一例を示している。図２６（ａ）は、図２４（ａ）から、第２の可変駆動パルスＳＰ３２に対応した駆動波形О１～О４を除いた波形になっているので、説明を省略する。

【0191】

図２６（ｂ）～（ｄ）は、図２６（ａ）に示す終端パルスＥＰによるステップモータ４０の動作を説明するための図である。

【0192】

図２６（ｂ）は、第１の固定駆動パルスＳＰ３１に対応した駆動波形О１～О４がステップモータ４０に供給された状態を示している。この場合、ロータ４１のＮ極と、第２磁極部２２ｂのＳ極が引き合い、またロータ４１のＳ極と第１磁極部２２ａのＮ極が引き合い、ロータ４１のＮ極は反時計周りに回転し、定常回転の開始位置１３５度から２７０度の位置まで約１３５度回転する。

【0193】

次に、図２６（ｃ）は、駆動停止命令を受けて終端パルスＥＰに対応した駆動波形О１～О４がステップモータ４０に供給された状態を示している。この場合、第１磁極部２２ａと第２磁極部２２ｂがＳ極に磁化され、第３磁極部２２ｃがＮ極に磁化される。その結果、ロータ４１のＳ極と、第３磁極部２２ｃのＮ極が引き合い、ロータ４１のＮ極を０度の位置まで回転させる。

【0194】

次に、図２６（ｄ）は、終端パルスＥＰ出力後にステップモータへ電圧の供給を打ち切られた状態を示している。この場合、コイルＡ、コイルＢ共に励磁されていないため、保持トルクのみが働き、ロータ４１のＮ極は静的安定点である０度の位置で停止を続ける

【0195】

なお、図１６に示す反転第１の固定駆動パルスＳＰ３３の出力後に終端パルスを出力させることも可能であり、その場合は、図２６（ａ）に示した終端パルスＥＰのコイル端子Ｏ１とＯ２、及び、Ｏ３とＯ４を入れ替えた駆動波形を出力すればよい。

【0196】

第３の実施形態の変形例１においては、ステップモータ４０が高速駆動していてロータ４１に大きな慣性が働いていても、第１の固定駆動パルスＳＰ１１または反転第１の固定駆動パルスの出力後に終端パルスＥＰを出力することによって、ロータ４１のＮ極が９０度、または２７０度の位置から終端パルスＥＰによる制動を働かせることできるため、０度、または１８０度の位置での停止を容易にすることが可能である。

【0197】

[第３の実施形態の変形例２]
図２７は、第３の実施形態の変形例２における初動パルス列ＩＰ２０について説明するための図である。図２７（ａ）は初動パルス列ＩＰ２０に対応した駆動波形О１～О４の一例を示している。第３の実施形態の変形例２では、初動パルス列ＩＰ２０の出力中に回転検出を行い、回転検出結果に応じて補正パルスを出力することができる。

【0198】

図２７（ａ）に示した初動パルス列ＩＰ２０に対応した駆動波形О１～О４は、図２２に示した初動パルス列ＩＰ１０に対応した駆動波形О１～О４と同じである。ここでは、初動パルス列ＩＰ２０を、第１の初動パルスＩＰ２１と、第２の初動パルスＩＰ２２と、第３の初動パルスＩＰ２３との３つのパルスに分けて取り扱う。第１の初動パルスＩＰ２１と、第２の初動パルスＩＰ２２長さは固定であり、あらかじめ定められている。これに対し、第３の初動パルスＩＰ２３の長さは可変であり、どの長さが選択されるかは回転検出の結果に基づいて選択される。回転と判定されるまで、パルスを出力し続けるというものである。一例として第２の実施形態における第２の可変駆動パルスＳＰ３２／ＳＰ３４と同様に、長さを１ｍｓ刻みで１ｍｓ～５ｍｓの５つより選択可能とする。

【0199】

図２７（ｂ）は、初動パルス列ＩＰ２０によるドライバ回路６０の１２個のトランジスタＰ１～Ｐ４、Ｎ１～Ｎ４、及び、ＴＰ１～４のＯＮ／ＯＦＦ状態を示した表である。

【0200】

初動パルス列ＩＰ２０を構成する初動パルスＩＰ２１～２３を出力するためのドライバ回路６０のトランジスタＰ１～Ｐ４、及びＮ１～Ｎ４の動作は、図２２（ｂ）を参照して説明したものと同様であるから、説明を省略する。

【0201】

検出パルスＣＰが出力されるドライバ回路６０のトランジスタＴＰ１～ＴＰ４の動作を説明する。第１の初動パルスＩＰ２１及び、第２の初動パルスＩＰ２２においては回転検出を行わないので、トランジスタＴＰ１～ＴＰ４はＯＦＦとなる。次に第３の初動パルスＩＰ２３においては、コイルＢのみが励磁されておりコイルＡを回転検出に用いるため、トランジスタＴＰ１のみＯＮ、トランジスタＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４はＯＦＦとなる。

【0202】

図２８は、第３の実施形態における変形例２における動作フローを示す図である。以下、図２８を用いて、第３の実施形態における変形例２における動作フローについて説明する。

【0203】

動作を開始すると、初動パルス発生回路５８より出力される第１の初動パルスＩＰ２１及び第２の初動パルスＩＰ２２をパルス選択回路４８より選択し、ドライバ回路６０に出力する（ＳＴ９）。

【0204】

次に、初動パルス発生回路５８より出力される第３の初動パルスＩＰ２３をパルス選択回路５６より選択し、ドライバ回路６０に出力する（ＳＴ１０）。

【0205】

次に、第３の初動パルスＩＰ２３の出力後から０．２５ｍｓ経過後より５ｍｓ毎に、検出パルス発生回路５４から出力される検出パルスＣＰがパルス選択回路５６により選択し、ドライバ回路６０に出力され、回転検出を開始する（ＳＴ１１）。回転検出については、第２の実施形態において説明したものと同じであるので、説明を省略する。

【0206】

回転検出開始後、回転判定が得られたタイミングを監視する。まず、回転開始より０．７５ｍｓ経過までに検出信号ＣＳが２回得られたかを判定する（ＳＴ１２１）。検出信号ＣＳが２回得られた場合（ＳＴ１２１：Ｙ）、回転検出を終了して検出パルスＣＰの出力を停止し（ＳＴ１３１）、初動パルスＩＰ２３の幅を１ｍｓに設定する（ＳＴ１４１）。これにより、第３の初動パルスＩＰ２３の出力は１ｍｓとして、一連の動作を終了する。

【0207】

回転開始より０．７５ｍｓ経過までに検出信号ＣＳが２回得らなかった場合（ＳＴ１２１：Ｎ）、次に、回転開始より１．７５ｍｓ経過までに検出信号ＣＳが２回得られたかを判定する（ＳＴ１２２）。検出信号ＣＳが２回得られた場合（ＳＴ１２２：Ｙ）、回転検出を終了し（ＳＴ１３２）検出パルスＣＰの出力を停止し、初動パルスＳＰ２３の幅を２ｍｓに設定する（ＳＴ１４２）。これにより、第３の初動パルスＩＰ２３の出力は２ｍｓとして、一連の動作を終了する。

【0208】

回転開始より１．７５ｍｓ経過までに検出信号ＣＳが２回得らなかった場合（ＳＴ１２２：Ｎ）、次に、回転開始より２．７５ｍｓ経過までに検出信号ＣＳが２回得られたかを判定する（ＳＴ１２３）。検出信号ＣＳが２回得られた場合（ＳＴ１２３：Ｙ）、回転検出を終了し（ＳＴ１３３）検出パルスＣＰの出力を停止し、初動パルスＳＰ２３の幅を３ｍｓに設定する（ＳＴ１４３）。これにより、第３の初動パルスＩＰ２３の出力は３ｍｓとして、一連の動作を終了する。

【0209】

回転開始より２．７５ｍｓ経過までに検出信号ＣＳが２回得らなかった場合（ＳＴ１２３：Ｎ）、次に、回転開始より３．７５ｍｓ経過までに検出信号ＣＳが２回得られたかを判定する（ＳＴ１２４）。検出信号ＣＳが２回得られた場合（ＳＴ１２４：Ｙ）、回転検出を終了し（ＳＴ１３４）検出パルスＣＰの出力を停止し、第３の初動パルスＩＰ２３の幅を４ｍｓに設定する（ＳＴ１４４）。これにより、第３の初動パルスＩＰ２３の出力は４ｍｓとして、一連の動作を終了する。

【0210】

回転開始より３．７５ｍｓ経過までに検出信号ＣＳが２回得らなかった場合（ＳＴ１２４：Ｎ）、次に、回転開始より４．７５ｍｓ経過までに検出信号ＣＳが２回得られたかを判定する（ＳＴ１２５）。検出信号ＣＳが２回得られた場合（ＳＴ１２５：Ｙ）、回転検出を終了し（ＳＴ１３５）検出パルスＣＰの出力を停止し、初動パルスＩＰ２３の幅を５ｍｓに設定する（ＳＴ１４５）。これにより、第３の初動パルスＩＰ２３の出力は５ｍｓとして、一連の動作を終了する。

【0211】

回転開始より４．７５ｍｓ経過までに検出信号ＣＳが２回得らなかった場合（ＳＴ１２５：Ｎ）は、非回転と判定されたことになるため、回転検出を終了し（ＳＴ１３６）、第１の初動パルスＩＰ２３の出力を５ｍｓに設定して（ＳＴ１４６）、補正パルス発生回路５５より出力される補正パルスＦＰをパルス選択回路４７により選択し、ドライバ回路６０に出力する（ＳＴ１５）。なお、補正パルスＦＰの出力に関しては、第２の実施形態において、図１６を用いて示した通りで、ロータ４１のＮ極を０度または１８０度の位置に強制的に駆動させるパルスである。

【0212】

図２８で示した動作フローが終了した時点で、ロータ４１のＮ極は定常駆動の開始位置又は補正パルス出力後の静的安定点にあるため、モータを定常駆動させることが可能となる。以降はモータを定常駆動させるための動作を開始すればよく、例えば、第２の実施形態における図１８で示したフローに従って動作させることが望ましい。

【0213】

電子時計１０における輪列の機械的な切り替えによって、ステップモータ４０の駆動対象が、指針の場合と回転錘の場合とで切り替わるが、それぞれの慣性量に応じた適切な条件で動き出すことができる。また、指針や回転錘が慣性量の大きいもの、又は、小さいものに変更された場合でも同様に、変更後の慣性量に応じた適切な条件で動き出すことができる。すなわち、ステップモータ４０の駆動対象の慣性量によらず、共通のモータ駆動装置を使って常に適切な条件電で動き出すことができる。また、以降の動作においても継続して最適な駆動条件で駆動させることができる。

【0214】

以上のように、第３の実施形態の変形例２によれば、停止状態からの動き出しを補助する初動パルスＩＰを出力している間に回転検出を行うことにより、駆動対象の負荷や電源状態に応じた適切な初動パルスを出力することによって、動き出し信頼性の高い動作が可能である。

【符号の説明】

【0215】

１０ 電子時計
２０、５０、７０ スッテプモータ駆動装置
２１ 発振回路
２２、５２ 制御回路
２３、５３ 駆動パルス発生回路
３０、６０ ドライバ回路
４０ ステップモータ
４１ ロータ
５４ 検出パルス発生回路
５５ 補正パルス発生回路
５６ パルス選択回路
５７ 回転検出判定回路
５８ 初動パルス発生回路
５９ 終端パルス発生回路
ＳＰ１０、ＳＰ３０ 駆動パルス列
ＣＰ 検出パルス
ＦＰ 補正パルス
ＩＰ 初動パルス
ＥＰ 終端パルス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】