JPS5829720B2 - 時計用単相ステツピングモ−タの電力供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は時計用単相ステッピングモータの電力供給装置
に関するものである。

本発明の目的は、持続時間の短かい第１の種類の双極性
パルスまたは持続時間の長い第２の種類の双極性パルス
を供給することにより、時計用単相ステッピングモータ
の動作を制御するように構成され、第２の種類のパルス
列は、モータが持続時間の短かいパルスに応答して歩進
し損なった時に、モータへ供給されるようになっている
。

前記モータの動作を検出可能にする電力供給装置を得る
ことである。

この種の装置は公知であるが、この種の装置に起ること
がある困難を解決するために、モータの巻線に流れる電
流により発生された第１の信号Ｕｄを抽出するように構
成された第１の要素と、第１の種類のパルスに応答して
モータが歩進したか否かをレベルにより示す第２の信号 ＵＣ＝ｆ Ｕｄｄｔ を発生するように構成された第２の要素とを有する歩進
検出器を含む装置に関する、本願出願が現在前なってい
る特許出願ＦＲ７９−１６８１６号の装置における諸問
題に対する新しい解決法を本願出願人は提案するもので
ある。

前記特許出願は、モータ巻線を流れる電流により発生さ
れた第１の信号Ｕｄを抽出するために可能な２種類の装
置を提案している。

１つの検出器はブリッジを有し、このブリッジ０１つの
分岐はモータ巻線により構成され、向き合の一対の対角
点の間にモータパルスが与えられ、他の一対の対角点の
間に信号Ｕｄが生ずる。

この装置が従来の装置よりも優れているとしても、比較
的高い（１，５Ｖ台）２つの電圧の差である非常に低い
（２０ｍＶ台）電圧だけを抽出するという困難がある。

モータ巻線抵抗およびブリッジの他の抵抗の温度係数は
同じではないから、この装置は広い温度範囲（たとえば
−１０＋６０℃）では確実に動作しない。

前記特許出願に開示されている別の検出器は検出巻線を
有し、この検出巻線はモータの磁気回路に挿入され、こ
の巻線の端子に生じた電圧は信号Ｕｄとなる。

この信号により、前記抵抗ブリッジが不要になるととも
に、その抵抗ブリッジにより生じていた損失がなくなり
、検出巻線の巻回数が十分に多いと、その検出巻線の端
子間に得られる電圧の振幅は、抵抗ブリッジで得られる
電圧の振幅より大きくなって検出が容易となる。

しかし、この装置はモータの磁気回路に補助巻線を必要
とするために製作コストが上昇し、時計内での配線を複
雑にすることが欠点である。

本発明の目的は、前記した諸欠点を解消し、前記特許出
願において述べられている一般的な原理を基にしてはい
るが、モータ巻線の端子で信号Ｕｄを抽出するための新
規な要素を含む電力供給装置を得ることである。

本発明の主な目的は、時計用モータの消費電力を減少さ
せることである。

時計用のマイクロモータはその動作時間の大部分はほと
んど無負荷であることが確かめられている。

それと同時に、たとえば温度変化、外部磁界、衝撃角速
度のような特殊な諸条件の下でモータを満足に機能させ
るためには、モータに過大な電力を供給することが必要
であることが見出されているが、そのために電力がむだ
に消費されることになる。

本発明は、電力供給の安全度を負荷の関数として大きく
とることができる。

モータの歩進を制御する新規な装置を提供するものであ
る。

したがって、電力消費量を大幅に減少させることができ
る。

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

前記特許出願に開示されているようなモータ電力供給の
一般的な原理が、モータの歩進制御を行なう電力供給装
置のブロック図を示す第１図に示されている。

モータへは幅の短かい（たとえば６ｍ５）パルスがパル
ス発生器１から通常供給される。

本発明の目的である位置検出器２によりモータが歩進し
たか否かを決定できる。

モータが歩進したとすると、判定器３がモータへのパル
ス供給を続けるべきであることを線４を介してパルス発
生器１に知らせる。

モータが歩進しなかった時は、幅の広い（たとえば８ｍ
５）パルスを幅の狭いパルスの代りにモータに供給する
ように、判定器３力ハルス発生器６を制御する。

このパルスの変更はカウンタ７により決定されるｎ秒間
の間に行なわれる。

この時間が経過すると幅の狭いパルスが再び供給される
。

検出器が動作している時は、モータはループ８を介して
幅の狭いパルスを受け、検出器が動作していない時は、
モータはループ９を介して幅の広いパルスを受けること
がわかるであろう。

前記したような原因により動作中に起る各種の状況があ
る時間だけ続く。

したがって、モータを歩進させなかった谷幅の狭いパル
スの後に幅の広いパルスを系統的に与えることは、電力
のむだであるばかりでなく、本発明の目的にも反するこ
とがわかるであろう、幅の広いパルスをモータに供給す
る時間は５分程度であるが、これ以外の時間でもさしつ
かえない。

第２ａ図はモータを歩進させるためにモータへ与えられ
る幅の狭いパルスのタイミング波形図である。

双極性で、幅が約６ｍｓのパルス１０はパルス発生器１
により１秒ごとに発生される。

第２ｂ図は幅が８ｍｓの双極性の幅の広いパルス１１の
タイミング波形図である。

このパルス１１も１秒ごとにパルス発生器６により発生
される。

後で説明する理由から、幅の広いパルス１１の前縁部は
幅の狭いパルス１０の前縁部から４０ ｍ ｓだけ遅ら
される。

第２ｃ図に示すパルス１２がモータに供給された後、位
置検出器がモータが回転していないことを検出すると、
一連の長いパルス１３が約５分間にわたってモータへ供
給され、これに続いてモータへは幅の狭いパルス１４が
再び与えられる。

第３図は回転子の回転角αの関数として回転子に作用す
る偶力Ｃの値を示すグラフである。

周知のように、歩進モータの回転子には２種類の偶力が
加えられる。

その１つは磁石だけによって発生される静的保持偶力Ｃ
ａであり、他の１つは巻線が励磁された時に巻線により
発生された磁束と磁石の磁束との相互作用により発生さ
れる動的なモータ偶力Ｃａｂである。

回転子は初めは位置Ｓ１にある。

パルスがモータへ与えられると回転子は１ステツプ移動
して位置Ｓ２になる。

第３図には巻線と磁石との間の相互磁石ψも回転子の回
転角の関数として示されている。

この磁束はモータが歩進したか否かに従って種々の値を
とり得るが、本発明はこの磁束の値を決定することを基
にしているのである。

前記特許出願においては、モータの巻線に電流が流れて
いない１＝０からｔ＝Ｔ÷３０ ｍ ｓの間に、モータ
の端子に生ずる電圧を積分することが提案されている。

この方法では、前記したように抵抗ブリッジまたは補助
巻線を用いなげればならない。

本発明は、巻線端子に発生されて２つの端点（これにつ
いては後で説明する）の間で積分される電圧に等しい磁
束の差を検出するために、モータの主巻線だけを利用す
ることを提案するものである。

モータにパルスが供給されている間はこの主巻線は利用
できないから、時刻１＝０から始まる時間中は積分を行
なうことはできないが、回転子が位置Ｓ、からＳ２まで
歩進するのに要する時間を与える時間を与えるｔ＝ｔ２
においては積分を行なうことができる。

第３図に示すように、回転子が位置Ｓ２まで歩進すると
磁束ψの値はψ（ｔ２ ）となる。

この磁束値は、時刻ｔ２から数ミリ秒後時刻ｔ３に測定
した値と同じである。

したがってとなる。

このことは、回転子が歩進すると積分器の電圧出力がほ
ぼ零であることを意味する。

ここで、負荷が大きくなるにつれて回転子が歩進しなく
なると仮定する。

この場合には、第３図に示すように、時刻ｔ＝ｔ２にお
いて回転子はたとえば位置Ｓ、と８２の間の位置Ｍにあ
る。

この位置における磁束の値はψ（Ｍ）に対応する。

時刻ｔ−ｔ３においては、回転子は位置Ｓ１へ戻る。

この場合の磁束の値はψ（Ｓｌ）である。

したがって、 である。

このことは、 回転子が歩進しなかったと すると、積分器の出力電圧は零ではなくなることを意味
する。

このことは、回転子を新しい位置Ｓ２へ移動させるのに
要する、時刻１＝１３から、この時刻ｔ２の数ミリ秒後
の時刻１＝１３との間の時間中にモータの巻線端子間に
生じた電圧を積分することにより、モータが歩進したか
否かに従ってかなり異なる２つの電圧レベルが得られる
ことを示すこの測定を行なうためには、ｔ２とｔ３の間
にモータを開路することが必要である。

この開路は後述するスイッチング回路で行なわれる。

電力供給時間（０〜１１）と、誘起電圧測定時間（ｔ２
〜１３）の間には、モータ巻線が短絡される時間（１，
〜ｔ２）が見込まれる。

この時間は回転子の動きを安定化させるのに役立つ。

同様にして、時間ｔ２〜ｔ３ と、次のモータ駆動パル
スが加えられた時刻との間に、モータ巻線が短絡される
時間ｔ３〜ｔ４が見込まれる。

この時間を設けることによりモータは加えられることが
ある衝撃により良く耐えることができるようになる。

第４図は希望の結果を得るための装置のブロック回路図
である。

この装置では、スイッチ３１゜３２．３３，３４が閉じ
られた時にモータの巻線１５に交番パルスが与えられる
。

これらのスイッチはスイッチング回路を構成する。

次の表は前記時間（Ｏ〜ｔ３）ｔ（ｔ３〜１４）の関数
としてはスイッチ３１〜３４の位置を示すものである。

正のパルスに対してスイッチの制御順序が次のようにし
て定められる。

実際に用いられている技術においては、スイッチとして
トランジスタが用いられる。

また、上の表に示されている期間の長さはある特定のモ
ータについてのみ適当なものであることに注意されたい
。

スイッチ３１〜３４はパルス形成器２１により制御され
る。

このパルス形成器２１は分周器２０から信号を受ける。

パルス形成器２１は幅Ｑの狭いパルスを発生するパルス
発生器１と、幅の広いパルスを発生するパルス発生器６
と、カウンタ７とを含む。

スイッチ・トランジスタ３１〜３４のベースは、前記衣
に従って第２ａ図に示す信号により制御されるとともに
、回転子が歩進したか否かに従って第２ｃ図に示す信号
により制御される。

巻線１５の端子に生じた電圧Ｕｉは差動回路２２の入力
端子へ与えられる。

モータの巻線中に誘起された電圧を読出さなければなら
ない期間ｔ２〜ｔ３の間に、制御信号２３が差動回路２
２を開放状態にする。

回路２２の出力電圧Ｕｉは積分器２８により積分される
。

この積分器の出力側では信号 が比較器２５で基準信号と比較される。

この比較は積分期間が終った時刻ｔ３に行なわれる。

信号Ｕｃが基準信号Ｕｒより小さい時はモータは歩進し
たのであるから、比較器２５は出力信号を発生しない。

したがって、制御回路は幅の狭いパルスをモータへ与え
続ける。

また、信号Ｕｃが基準信号Ｕｒより小さい時は、モータ
は歩進しなかったのであるから、比較器２５の出力端子
に信号Ｕｓが現われる。

この信号Ｕｓは線２６を介して制御回路へ与えられ、第
２ｃ図に示す幅ノ広いパルス１３を発生させる。

パルス１３が発生されている間は、差動回路２２は線２
７を介して与えられる信号により動作を停止される。

前記したように、比較器２５による電圧Ｕｃと基準信号
Ｕｒとの比較は、積分期間が終った時刻ｔ３で始まる。

時刻ｔ３は時刻Ｏから約３０ミリ秒後であるから、幅の
狭いパルスの開始と幅の広いパルスの開始時刻が、第２
ｃ図に示すように約３０ミリ秒異なる理由がわかるであ
ろう。

このずれ時間は電圧Ｕｃを測定するために選んだ時刻に
依存する。

というのは、その測定の後で必要な時だけ幅の広いパル
ス列がスイッチングされるからである。

図には３０ｍ５後の測定のために４０ｍ５の時間をとっ
である様子が示されている。

モータの種類に応じて、この測定が早く、たとえば２０
ｍ５後に、行なわれるものとすると、時間のずれは３０
ｍ８に短絡される。

第５図はモータの巻線端子における電圧を示すグラフで
、Ｕａは供給電圧、Ｕｉは時刻ｔ２に続いて誘起された
電圧、Ｕｃは積分器の出力電圧である。

このグラフにはモータの巻線を流れる電流でも示されて
いる。

この場合には、モータにかげられる負荷は０．０５μＮ
ｍのオーダで、モータは歩進したことがわかるであろう
。

積分器の出力電圧Ｕｃは時刻ｔ３ （３０ｍｓ）（比較
器による測定時）においてＯであるから比較器の出力端
子には出力は現われない。

第６図は第５図の場合と同じモータに０．１μＮｍの負
荷をかげた時の状況を示すグラフである。

このグラフから、この場合にはこのモータは歩進しなか
ったことがわかるであろう。

比較器において測定が行なわれる時刻ｔ３ （３０ｍｓ
）に積分器の出力に現われる電圧Ｕｃは十分な大きさで
あるから、比較器は出力信号を発生する。

それにより、一連の幅の広いパルスを発生することを制
御回路に命令する。

以上説明した本発明の装置により、モータを確実に精密
制御できる。

前記したように、この制御の目的は、モータの巻線端子
に生じた誘起電圧を積分することにより、時計の電力消
費量を節約することである。

この装置はどのような種類のステッピングモータにも適
する。

本発明の装置によりそれらのステッピングモータを制御
することによって、電力消費量を６０％程度節約できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はモータの歩進を制御する装置のフロック図、第
２図はモータに与えられる各種の信号のタイ□ング波形
図、第３図は回転子の関数として相互偶力、位置ぎめ偶
力および磁石と巻線の間の相互磁束を示すグラフ、第４
図は本発明の位置検出器の原理を示すブロック回路図、
第５図は回転子が歩進した時に積分器の出力端子に現わ
れる電圧Ｕｃと供給電圧Ｕａおよび誘起電圧Ｕｉと時間
の関係を示すグラフ、第６図は回転子が歩進しなかった
時の第５図に示されているパラメータと同じパラメータ
のグラフである。 １．６・・・・・・パルス発生器、２・・・・・・位置
検出器、７・・・・・・カウンタ、２０・・・・・・分
周器、２１・・・・・・パルス形成器、２２・・・・・
・差動回路、２５・・・・・・比較器、２８・・・・・
・積分器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 比較的狭い幅の第１の種類の双極性パルスと、この
   第１の種類のパルスに応答してモータが歩進し損なった
   時に該モータに与えられる比較的広い幅の第２の種類の
   一連の双極性パルスとによってモータ機能を制御するよ
   うに構成した時計用単相ステッピングモータの電力供給
   装置であって、第１の期間０−１．内で上記第１の種類
   の各双極性パルスに応答して第２の期間ｔ２〜ｔ３にわ
   たって上記モータを開路にする第１の装置と；上記第２
   ０期間中上記モータの端子に発生する第１信号Ｕｉを検
   出してこれを積分して第２の信号Ｕ ｃ −ｆｔ”Ｕｉ
   ｄｔを発生し、この第２信号が予定値２ 以上になった時に上記モータが前記第１の種類のパルス
   に応答して歩進し損なったことを示す第２の装置とを具
   備したことを特徴とする時計用単相ステッピングモータ
   の電力供給装置。 ２ 比較的狭い幅の第１の種類の双極性パルスと、この
   第１の種類のパルスに応答してモータが歩進し損なった
   時に該モータに与えられる比較的広い幅の第２の種類の
   一連の双極性パルスとによってモータ機能を制御するよ
   うに構成した時計用単相ステッピングモータの電力供給
   装置であって、第１の期間０−１１内で上記第１の種類
   の各双極性パルスに応答して第２の期間ｔ２〜ｔ３にわ
   たって上記モータを開路にする第１の装置と；上記第２
   の期間中上記モータの端子に発生する第１信号Ｕｉを検
   出しこれを積分して第２の信号Ｕｃ＝ｆ”ｔ、： Ｕ
   ｉｄ ｔを発生し、この第２信号が予定値以上になった
   時に上記モータが前記第１の種類のパルスに応答して歩
   進し損なったことを示す第２の装置と、上記第１の期間
   と第２の期間の間にある期間ｔ１〜ｔ２並びに上記第２
   の期間と次のモータ駆動用パルスが到来するまでの期間
   ｔ３〜ｔ４の間、モータを短絡する第３の装置とを具備
   したことを特徴とする時計用単相ステッピングモータの
   電力供給装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の装置であって、前記第
   １の装置は第１の種類のパルスでモータの動作を制御す
   る制御器を含み、この制御器は発振器と、分局器と、パ
   ルス形成器と、モータ巻線を含むスイッチング回路とを
   有し、前記第２の装置は、前記第１の信号を標本化する
   ように構成された差動回路と、第１の信号を積分するこ
   とにより第２の信号Ｕｃを発生するように構成された積
   分器と、前記第２の信号を基準信号Ｕｒとともに受け、
   モータが第１の種類の双極性パルスに応答して歩進し損
   なった時に検出信号Ｕｓを発生するように構成された比
   較器とを有することを特徴とする装置。 ４ 特許請求の範囲第２項記載の装置であって、期間は ｔｏ−ｔ、 ２〜７ｍ５ ｔｌ 〜ｔ２ ６〜１３Ｈ１ｓ ｔ２〜ｔ３ １２〜２０ｍ５ の範囲に入るように選択されることを特徴とする装置。