专利名称：步进电动机的控制装置、控制方法和计时装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及步进电动机的控制装置和控制方法，特别是涉及适合于低耗电的电子表等的控制装置和控制方法。
步进电动机是脉冲电动机、步进电动机、增量运动电动机或数字电动机等的统称，是作为数字控制装置的致动器而由常用的脉冲信号所驱动的电动机。近年来，开发了适合于携带的小型电子装置或信息装置，多采用小型、重量轻的步进电动机来作为它们的致动器。这样的电子装置的代表性的装置是所谓的电子表、时间开关、计时器等计时装置。在图7中表示出了使用步进电动机的手表装置等的计时装置的一个例子。该计时装置9包括步进电动机10、驱动该步进电动机10的控制装置20、传递步进电动机10的运动的齿轮组50、以及通过齿轮组50而走针的秒针61、分针62和时针63。步进电动机10包括通过由控制装置20所提供的驱动脉冲而产生磁力的驱动线圈11、被该驱动线圈11进行励磁的定子12、在定子12内部通过所励磁的磁场而旋转的转子13，而转子13为由盘状的两极永磁体所构成的PM型(永磁旋转型)的。在定子12中设有磁饱和部17，以便通过由驱动线圈11产生的磁力而在转子13的圆周上的各相(极)15和16中产生极性相反的磁极。为了规定转子13的旋转方向，在定子12的内周的适当位置上设置内部凹口18，以便于产生齿槽效应转矩而使转子13停止在适当的位置上。
步进电动机10的转子13的旋转由齿轮组50传递给各针，该齿轮组50由通过小齿轮而同转子13相啮合的第五齿轮51、第四齿轮52、第三齿轮53、第二齿轮54、太阳内齿轮55和筒齿轮56组成。秒针61连接在第四齿轮52的轴上，分针62连接在第二齿轮54的轴上，时针63连接在筒齿轮56上，与转子13联动，通过这些针来表示时刻。当然也可以在齿轮组50上连接用于进行年月日等表示的传动系统(未图示)。
在该计时装置9中，为了通过步进电动机10的转动来表示时刻，对作为基准的频率信号进行计数(计时)而定期地给步进电动机10提供驱动脉冲。控制步进电动机10的本例的控制装置20包括脉冲合成电路22，使用晶体振荡器等的基准振荡源21来产生基准频率的基准脉冲和脉冲宽度以及定时不同的脉冲信号；和控制电路23，根据由脉冲合成电路22所提供的各种脉冲信号来控制步进电动机10。控制电路23包括控制下述的驱动电路的驱动控制电路24和进行旋转检测等的检测电路25。驱动控制电路24包括驱动脉冲供给部24a，通过驱动电路给驱动线圈11提供用于驱动步进电动机10的驱动用转子13的驱动脉冲；旋转检测脉冲供给部24b，用于接着驱动脉冲输出感应出感应电压的旋转检测脉冲以供驱动用转子13的旋转检测用；辅助脉冲供给部24c，用于当驱动用转子13不旋转时输出有效功率大于驱动脉冲的辅助脉冲；消磁脉冲供给部24d，用于接着辅助脉冲输出与辅助脉冲极性相反的消磁脉冲以用于消磁；以及，电平调整部24e，用于调整驱动脉冲的有效功率。检测电路25把通过旋转检测脉冲得到的旋转检测用的感应电压与设定值进行比较，来检测旋转的有无，把其结果反馈给驱动控制电路24。
根据驱动控制电路24的控制来给步进电动机10提供各种驱动脉冲的驱动电路30包括桥式电路，该桥式电路由串联连接的p沟道MOS33a和n沟道MOS32b以及p沟道MOS33b和n沟道MOS32a构成，由此就能控制从电池41供给步进电动机10的电力。而且，还包括分别与p沟道MOS33a和33b并联连接的旋转检测用电阻35a和35b；用于给这些电阻35a和35b提供斩波脉冲的取样用的p沟道MOS34a和34b。这样，从驱动控制电路24的各个脉冲供给部24a～24e以各个定时给这些MOS32a、32b、33a、33b、34a和34b的各个栅极施加极性和脉冲宽度不同的控制脉冲，由此，就能给驱动线圈11提供极性相反的驱动脉冲，或者，提供转子13的旋转检测用的脉冲。
在图8中用流程图集中表示了控制装置20的动作。首先，在步骤ST1中，对计时用的基准脉冲进行计数来计量出1秒。当经过1秒时，在步骤ST2中通过驱动脉冲供给部24a的控制来输出驱动脉冲P1。接着，在步骤ST3中，通过旋转检测脉冲供给部24b的控制来输出旋转检测用脉冲SP2，由检测电路25把所得到的电压与设定值进行比较，来确认转子13的旋转。在未能确认旋转的情况下，执行使用辅助脉冲来使转子13确实地旋转的子程序。在该子程序中，首先，在步骤ST4中，根据辅助脉冲供给部24c的控制来提供有效功率大的辅助脉冲P2，而使转子13确实地旋转。当辅助脉冲P2被输出时，在步骤ST5中，根据消磁脉冲供给部24d的控制而输出消磁脉冲PE。然后，在电平调整部24e中，把接着输出的驱动脉冲P1的有效功率提高一级。接着，当执行这些步骤时，返回主程序，而执行以下的处理。
在步骤ST3中，在确认了转子13的旋转的情况下，不执行上述子程序，在步骤ST7中使计数器n进行加法运算。接着，在步骤ST8中，在计数器n的值未达到第一设定值N0时，返回步骤ST1而重复进行上述步骤。当计数器n的值达到第一设定值N0时，通过一定的有效功率的驱动脉冲P1，转子13连续旋转而经过第一设定值N0次，因此，在步骤ST9中，使用电平调整部24e来使后续的驱动脉冲P1的有效功率降低一级。接着，在步骤ST10中，使计数器n清零，而用于下一个循环。
在图9中使用时序图来表示控制信号，该控制信号是为了旋转驱动步进电动机10而提供给在驱动线圈11激励出一个极性的磁场的p沟道MOS33a、n沟道MOS32a和取样用的p沟道MOS34a的各个栅极GP1、GN1和GS1，以及提供给用于激励出相反方向磁场的p沟道MOS33b、n沟道MOS32b和取样用的p沟道MOS34b的各个栅极GP2、GN2和GS2。该步进电动机的控制装置20为了控制计时装置9的步进电动机10来进行每1秒的走针，给驱动电路30循环地提供一连串的控制信号。首先，在时刻t1，从驱动控制电路24的驱动脉冲供给部24a给驱动极侧的n沟道MOS32a的栅极GN1和p沟道MOS33a的栅极GP1提供控制信号，该控制信号用以输出例如脉宽W10的驱动脉冲P1。接着驱动脉冲P1，在时刻t2，从驱动控制电路24的旋转检测脉冲供给部24b给驱动极侧的p沟道MOS33a的栅极GP1和取样用的MOS34a的栅极GS1提供用于输出进行转子13的旋转检测的旋转检测用脉冲SP2的控制脉冲。该旋转检测用脉冲SP2是占空比为1/2程度的斩波脉冲，当转子13旋转时，作为旋转检测用电阻35a的输出电压而得到由驱动线圈11所激励出的感应电流。接着，由检测电路25把旋转检测用电阻35a的电压与设定值进行比较，来判断转子13是否旋转。
在由旋转检测用脉冲SP2所激励出的感应电压未达到设定值的情况下，则判断为转子13未旋转，在步骤ST4中，在时刻t3，从驱动控制电路24的辅助脉冲供给部24c给驱动极侧的n沟道MOS32a的栅极GN1和p沟道MOS33a的栅极GP1提供用于输出辅助脉冲P2的控制信号。辅助脉冲P2是具有必然使转子13旋转程度的能量的有效功率大于驱动脉冲P1的脉宽W20的驱动脉冲。当辅助脉冲P2被输出时，接着，在时刻t4，在步骤ST5中，从驱动控制电路24的消磁脉冲供给部24d给极性相反侧的n沟道MOS32b的栅极GN2和p沟道MOS33b的栅极GP2提供用于输出消磁用的脉冲PE的控制脉冲。该消磁脉冲PE是用于降低由有效功率大的辅助脉冲P2产生的定子12和驱动线圈11的剩磁的脉冲，是通过提供与辅助脉冲P2极性相反的脉冲而实现的。通过提供消磁脉冲PE，就完成了对步进电动机10进行一个步进角的旋转驱动的一连串循环。
在从时刻t1经过了1秒的时刻t11，开始用于对步进电动机10进行1步进角旋转的下一个循环。在该循环中，与前一个循环相对侧的MOS32b、33b和34b成为驱动极侧。与前一个循环相同，首先，在时刻t11，使驱动脉冲P1输出，由于在前一个循环中是输出辅助脉冲P2，则选择通过电平调整部24e把有效功率提高了一级的驱动脉冲P1，例如，在时刻t11输出比前一个循环的驱动脉冲更宽的脉宽W11的驱动脉冲P1。接着，在时刻t12输出旋转检测用脉冲SP2，当由此未能检测到转子13的旋转时，接着在时刻t13输出辅助脉冲P2，在此之后，在时刻t14输出消磁脉冲PE。
在接着的时刻t21所开始循环中，在时刻t21，输出宽度更宽的脉宽W12的驱动脉冲P1。通过其有效功率提高了的驱动脉冲P1来使转子13旋转，通过在时刻t22输出的旋转检测用脉冲SP2而被检测到时，循环完成。当转子13通过脉宽W12的驱动脉冲P1连续旋转了预定次数N0时，在从接着的时刻t31所开始的循环中，有效功率下降一级，例如，输出脉宽W11的驱动脉冲P1。
这样，通过电平调整部24e，选择具有能够连续旋转驱动转子13的较低的有效功率的脉冲来作为驱动脉冲P1，就能以低耗电来进行正确的走针，而提供小型、厚度薄、寿命长的计时装置。
近年来，为了实现手表装置等计时装置的进一步小型化，而使电池空间变小，而另一方面又要谋求长寿命化。为此，要求进一步降低步进电动机的耗电。而开发出了这样的手表装置在计时装置中内置了获取使用者手腕的运动来进行发电的发电装置，即使没有电池也能进行驱动。在这样的自发电型计时装置中，即使在被放置期间等的不能进行发电的状态下，也要求能够长时间持续地工作，因此，降低步进电动机的耗电就成为重要的课题之一。
用于驱动步进电动机的驱动脉冲的功率能够通过采用上述那样的控制装置或控制方法而被降低。但是，当发明家们进一步详细研究时，知道由大致最低限的转矩的驱动脉冲进行旋转的步进电动机会由于稍微的转矩不足而导致转子不转动，在辅助脉冲发出的情况下，即使在下一个循环中提供有效功率大一级的驱动脉冲，也经常有转矩不足的情况。这样，常会出现这样的情况当输出了一次辅助脉冲时，转矩不足的状态连续发生，则不是输出电平提高了一级的驱动脉冲而是输出其电平一气提高2～3级的驱动脉冲。引起这样现象的原因被认为是当由于走针差错而接着驱动脉冲输出辅助脉冲时，由于施加在齿轮组的齿轮上的转矩发生较大的变动，齿轮的轴和轴承的位置关系有微小的变动，由于齿轮相互间的啮合位置发生变动等原因，导致啮合负荷大大增加。输出辅助脉冲在成为电平一次提高2～3级的驱动脉冲之后，当能连续驱动多次例如N0次时，驱动脉冲P1的有效功率降低一级，接着，当连续驱动N0次后，渐渐地返回到原来的有效功率的驱动脉冲上。当在此期间啮合负荷变大的情况出现时，再次把驱动脉冲P1的有效功率提高1～2级或更高。这样，持续地使转子旋转，齿轮组的状态恢复到辅助脉冲输出之前的状态，即使在旋转中必要的转矩变低的状态下，驱动脉冲P1的有效功率成为比需要的最低限的功率稍大1或2级程度或者以上的值。
当研究输出辅助脉冲P2的原因时，其大多是考虑由于齿轮组的啮合负荷偶然增加而引起的情况。即，由于把步进电动机10的动力传递到时针等上的齿轮组50是多个齿轮组合起来，则存在由这些齿轮的制造公差或装配公差等引起的啮合负荷周期性地增加的情况。在上述控制方法中，在一个步进角中，当啮合负荷增加时，输出辅助脉冲P2，因此，驱动脉冲P1的有效功率上升一级，例如，在齿轮组进行工作的适当周期中，当在2个步进角中出现啮合负荷变大的状态时，此时把驱动脉冲P1的有效功率提高两级。按上述这样，当通过辅助脉冲的转矩而使齿轮组的状态发生变动时，就会有在几步中连续出现转矩变大的状态。这样，在现有的控制装置或控制方法中，尽管采用了能够提供为了使转子旋转而提供必要的最低限转矩的有效功率的驱动脉冲的控制方法，但实际上，经常要持续提供比其高几级能量的驱动脉冲。
因此，本发明的目的是提供一种控制装置和控制方法，即使在发生了由于这样的辅助脉冲或由装配公差等引起的齿轮组的啮合配合而使效率变差的定时的情况下，其他效率良好的定时提供尽可能低的有效功率的驱动脉冲，由此，就能进一步降低步进电动机的驱动功率。而且，本发明的另一个目的是提供一种控制装置和控制方法，能够实现小型、长寿命的计时装置和在自发电型中即使长时间放置也能持续进行计时的计时装置。
为此，在本发明中，着眼于经常出现的下述情况通过接着驱动脉冲而提供辅助脉冲，在啮合负荷增加的情况下，在转子转动了几步时，恢复到原来的状态，转矩变低；以及，由齿轮的公差等引起的啮合负荷变大的现象被限定为一步或几步，因此，当提供脉冲时，不是均等地提高驱动脉冲的有效功率，而是在辅助脉冲之后仅在预定期间内提供有效功率稍大的驱动脉冲，然后，提供预先所设定的低有效功率的驱动脉冲。即，在本发明的能够在具有驱动线圈的定子内旋转驱动被多极磁化了的转子的步进电动机的控制装置中，包括第一驱动装置，给驱动线圈提供用于驱动转子的第一驱动脉冲；旋转检测装置，检测转子是否通过第一驱动脉冲而旋转；辅助装置，当不能检测到转子的旋转时，提供有效功率大于第一驱动脉冲的辅助脉冲；电平调整装置，当连续经过了第一设定次数并且转子旋转时，分级地降低第一驱动脉冲的有效功率；第二驱动装置，在辅助脉冲被提供之后，当到达第二设定次数时，提供第二驱动脉冲，该第二驱动脉冲的有效功率比由电平调整装置所调整的第一驱动脉冲的有效功率大一级或数级。通过由该第二驱动装置来变更驱动脉冲的脉宽或者变更驱动脉冲的电压，就能控制驱动脉冲的有效功率。
在本发明的能够在具有驱动线圈的定子内旋转驱动被多极磁化了的转子的步进电动机的控制方法中，包括第一驱动步骤，给驱动线圈提供用于驱动转子的第一驱动脉冲；旋转检测步骤，检测转子是否通过第一驱动脉冲而旋转；辅助步骤，当不能检测到转子的旋转时，提供有效功率大于第一驱动脉冲的辅助脉冲；电平调整步骤，当连续经过了第一设定次数并且转子旋转时，分级地降低第一驱动脉冲的有效功率；第二驱动步骤，在辅助脉冲被提供之后，当到达第二设定次数时，提供第二驱动脉冲，该第二驱动脉冲的有效功率比由电平调整步骤所调整的第一驱动脉冲的有效功率大一级或数级。
通过设置这样的第二驱动装置或第二驱动步骤，就能适合于下述这样的状况根据转子连续旋转的实际情况，不提高有效功率变低的第一驱动脉冲的有效功率，当无论由那种原因而使齿轮组的啮合负荷等增加，都能与仅在短时间内需要有效功率大的驱动脉冲的情况对应。这样，在能够通过小的有效功率的驱动脉冲而走针的定时中，由于能够提供被设定为所需要的最小限度的能量的第一驱动脉冲，就能进一步降低由步进电动机所消耗的电力。另一方面，在负荷变大的步进角下，接着辅助脉冲输出有效功率大的第二驱动脉冲，因此，就能防止连续输出与耗电量大幅度增加相关的辅助脉冲的事态。
随着由上述那样的原因所引起的啮合负荷增加而需要有效功率大的驱动脉冲的过程是极短的期间，不超过一个或几个步进角，当这样考虑时，接着辅助脉冲，使提供与该辅助脉冲极性相反的消磁脉冲的定时处于在后续的驱动脉冲之前，由此，就能提高驱动脉冲的实际有效功率而渡过啮合负荷大的定时。即，在本发明的能够在具有驱动线圈的定子内旋转驱动被多极磁化了的转子的步进电动机的控制装置中，包括驱动装置，给驱动线圈提供用于驱动上述转子的驱动脉冲；旋转检测装置，检测转子是否通过驱动脉冲而旋转；电平调整装置，当连续经过了第一设定次数并且转子旋转时，分级地降低第一驱动脉冲的有效功率；辅助装置，当不能检测到转子旋转时，提供有效功率比驱动脉冲大的辅助脉冲；在此基础上还设置了消磁脉冲提供装置，接着辅助脉冲，在下一个驱动脉冲之前提供极性与该辅助脉冲相反的消磁脉冲。在本发明的能够在具有驱动线圈的定子内旋转驱动被多极磁化了的转子的步进电动机的控制方法中，包括驱动步骤，给驱动线圈提供用于驱动转子的驱动脉冲；旋转检测步骤，检测转子是否通过驱动脉冲而旋转；电平调整步骤，当连续经过了第一设定次数并且转子旋转时，分级地降低第一驱动脉冲的有效功率；辅助步骤，当不能检测到转子旋转时，提供有效功率比驱动脉冲大的辅助脉冲；在此基础上还设置了消磁脉冲提供步骤，接着辅助脉冲，在下一个驱动脉冲之前提供极性与该辅助脉冲相反的消磁脉冲。
通过设置这样的消磁脉冲提供装置或消磁脉冲提供步骤，不提高驱动脉冲的有效功率就能接着辅助脉冲提供实际上有效功率较大的驱动脉冲。这样，在除了啮合负荷增大的步进角之外的其他定时中，就能提供降低到所需要的最小限度的有效功率的驱动脉冲。由此，就能提供在能够确实地驱动步进电动机的同时还能进一步削减耗电量的控制装置和控制方法。
这样，通过实现包括能够以低耗电量使步进电动机确实地旋转的本发明的控制装置、通过驱动脉冲使表针走针的步进电动机和输出多个频率的脉冲信号的脉冲合成装置的计时装置，就能提供精度高并且耗电量极小的小型长寿命的计时装置。通过在内置发电装置的计时装置中采用本发明的控制方法或控制装置，就能实现即使长时间放置也能持续走针的计时装置。
本发明的步进电动机的控制方法，能够在作为逻辑电路和微处理器的控制用程序等被记录在能够读取到计算机中的媒体中的状态下来提供，并不限于计时装置，能够适合于要求以低耗电量进行精度高的电动机驱动的装置。
本发明的这些和其他的目的、优点及特征将通过结合附图对本发明的实施例的描述而得到进一步说明。在这些附图中
图1是表示本发明的第一实施例所涉及的容纳步进电动机和发电装置的计时装置的简要结构的图；图2是表示图1所示的控制装置的控制方法的流程图；图3是表示图1所示的控制装置的动作的时序图；图4是表示本发明的第二实施例所涉及的容纳步进电动机和发电装置的计时装置的简要结构的图；图5是表示图4所示的控制装置的控制方法的流程图；图6是表示图4所示的控制装置的动作的时序图；图7是表示现有的计时装置的简要结构的图；图8是表示图7所示的控制装置的控制方法的流程图；图9是表示在图7所示的计时装置中所采用的控制装置的动作的时序图。
第一实施例下面参照附图来进一步详细地说明本发明。在图1中表示本发明的第一实施例所涉及的计时装置1的简要构成。本例的计时装置1通过控制装置20来驱动步进电动机10，通过齿轮组50把步进电动机10的转动传递到秒针61、分针62和时针63上来进行走针。步进电动机10和齿轮组50以及控制装置20的主要构成与根据图7进行说明的内容相同，使用相同的标号来表示共同的部分，而在下面省略详细的说明。
在本例的计时装置1的控制装置20中所采用的控制电路23包括驱动控制电路24和检测电路25。本例的驱动控制电路24包括第一驱动脉冲供给部24a，通过驱动电路30给驱动线圈11提供驱动脉冲P1；旋转检测脉冲供给部24b，接着驱动脉冲而提供旋转检测用脉冲SP2；辅助脉冲供给部24c，提供有效功率大于驱动脉冲的辅助脉冲P2；消磁脉冲供给部24d，接着辅助脉冲提供消磁脉冲PE；电平调整部24e，能够控制驱动脉冲P1的有效功率；以及，第二驱动脉冲供给部24f，能够提供有效功率大于由第一驱动脉冲供给部24a所提供的驱动脉冲P1的第二驱动脉冲P11。该第二驱动脉冲供给部24f在辅助脉冲P2之后以预定的第二设定次数(在本例中是M0次的循环)来连续地提供有效功率比第一驱动脉冲P1大几级的第二驱动脉冲P11。
本例的计时装置1能够通过升降压电路49来给控制装置20的驱动电路30提供从电池41所输出的功率。本例的升降压电路49能够使用多个电容器49a、49b和49c来进行多级的升压和降压，能够由控制装置20的驱动控制电路24通过控制信号φ11调整提供给驱动电路30的电压。升降压电路49的输出电压通过监测电路φ12提供给驱动控制电路24，由此就能监视输出电压。这样，第一驱动脉冲P1和第二驱动脉冲P11的有效功率能够通过电平调整部24e控制升降压电路49来进行设定。这样，在本例的计时装置1中，由于能够通过脉宽和电压来控制第一驱动脉冲P1和第二驱动脉冲P11的有效功率，就能够实现更细致的驱动功率的控制，而能够提供适合于使转子13旋转的功率的驱动脉冲，而谋求省电。
在图2中使用流程图来表示在本例的计时装置1中所采用的步进电动机的控制方法的概略情况。在该流程图中，用相同的标号来表示与前面根据图8进行说明的控制方法相同的步骤，下面省略其详细的说明。首先，在步骤ST1中计量出1秒供走针用。在本例的控制装置20中，接着在步骤ST11中，判断第二驱动脉冲P11的计数器m的值是否到达第二设定次数M0。在计数器m的值到达第二设定次数M0时，移到步骤ST2，与现有技术相同，根据第一驱动脉冲供给部24a的控制输出驱动脉冲P1。
另一方面，在计数器m为第二设定次数M0以下时，移到步骤ST12，根据第二驱动脉冲供给部24f的控制而输出有效功率较大的第二驱动脉冲P11，以取代第一驱动脉冲P1。接着，在步骤ST13中，对计数器m进行加法运算。辅助脉冲P2所输出的定时大多是在成为由于装配公差等原因而导致齿轮组的啮合配合紊乱并且效率恶化的状态的情况下。而且，由这样的原因所引起的啮合负荷增加的步进角几乎都是被限定为1步或较长的几步的情况。通过辅助脉冲P2被输出，取代齿轮组的状态而成为啮合负荷增加的状态，通过转子转动几步，一般就恢复为原来的啮合负荷较低的状态下。为此，如本例这样，接着辅助脉冲P2，以适当的步进角输出有效功率稍大的第二驱动脉冲P11，由此，就能渡过啮合负荷增加的期间，然后，能够以以前所提供的有效功率较小的第一驱动脉冲P1来进行按通常情况的走针。
在第一驱动脉冲P1或第二驱动脉冲P11被输出之后，在步骤ST3中，通过旋转检测用脉冲供给部24b来提供检测用脉冲SP2，由检测电路25来确认转子13的旋转是否正常进行。在转子13未旋转时，在步骤ST4中，由辅助脉冲供给部24c输出辅助脉冲P2，接着，在步骤ST5中，由消磁脉冲供给部24d输出消磁脉冲PE。在步骤ST6中，把驱动脉冲的有效功率提高一级电平。然后，在本例的控制装置20中，在步骤ST15中，把用于输出第二驱动脉冲P11的计数器m进行初始化，而在下一个循环中，输出第二驱动脉冲P11。
另一方面，在步骤ST3中，当转子13的旋转被确认时，在步骤ST7中，第一驱动脉冲P1的计数器n递增。接着，在步骤ST8中，与用于降低第一驱动脉冲P1的有效功率的第一设定次数N0进行比较。当计数器n到达第一设次数N0时，在步骤ST9中，把第一驱动脉冲P1的有效功率降低一级，在步骤ST10中，计数器n被进行初始化。
在图3中使用时序图来表示由本例的控制装置给步进电动机10提供驱动脉冲等的一个例子。在图3中，与前面说明的图9相同，使用控制信号来进行表示，该控制信号被提供给激励出处于驱动线圈11中的一个方向的磁场(驱动极侧)的p沟道MOS33a、n沟道MOS32a和取样用的p沟道MOS34a的各个栅极GP1、GN1和GS1，以及提供给用于激励出与驱动极侧相对的反方向磁场的p沟道MOS33b、n沟道MOS32b和取样用的p沟道MOS34b的各个栅极GP2、GN2和GS2，对于与图9共同的部分使用相同的标号，而省略其说明。
首先，在上述流程图的步骤ST1中，当经过一段时间时，由于在前面的循环中未输出辅助脉冲P2，并且由于计数器m的值到达第二设定次数M0，在时刻t41输出电压V10的第一驱动脉冲P1，使最初的循环开始。接着，在时刻t42，在步骤ST3中，输出旋转检测用脉冲SP2，当未检测到旋转时，在时刻t43，在步骤ST4中输出辅助脉冲P2。当辅助脉冲P2被输出时，在时刻t44，在步骤ST5中输出消磁脉冲PE，而结束一个循环。
当从时刻t41经过1秒时，开始下一个循环。由于在前面的循环中输出了辅助脉冲P2，则使计数器m清零。由此，在该循环中，在步骤ST11中，由于计数器m未到达第二设定次数M0，则在时刻t51，在步骤ST12中输出电平高于第一驱动脉冲P1的即有效功率较大的第二驱动脉冲P11。在本例的计时装置1中，由于能够由升降压电路49控制电压，则在时刻t51使高于电压V10的电压V11的驱动脉冲作为第二驱动脉冲P11而输出。通过控制由升降压电路49输出的电压，来决定由驱动电路30提供给步进电动机10的脉冲的电压，在下面，为了简化，而由在时序图中所示的的控制用脉冲的电压来表示驱动脉冲的电压。
接着第二驱动脉冲P11，在时刻t52，在步骤ST3中提供旋转检测用脉冲SP2，来确认转子13的旋转。同样，在下一个循环中，在时刻t61，输出第二驱动脉冲P11，在下一个时刻t62，输出旋转检测用脉冲SP2。进而，在下一个循环中，在时刻t71输出第二驱动脉冲P11，在接着的时刻t72输出旋转检测用脉冲SP2。在本例的计时装置1中，把第二设定次数M0设定为例如3，在从时刻t81开始的下一个循环中，第二驱动脉冲P11的计数器m为3。这样，在从时刻t81开始的下一个循环中，从步骤ST11移到步骤ST2，在时刻t81，输出有效功率比提供辅助脉冲P2(时刻t43)的前面的循环提高了一级的电压V10’的第一驱动脉冲P1。
这样，在本例的计时装置1中所采用的控制装置20中，在成为用于驱动转子13的负荷变高而输出辅助脉冲P2的状态之后，如果是现有技术，是一级一级地提高驱动脉冲(在本例中是第一驱动脉冲)P1的有效功率，与此相对，在本发明中，在把第一驱动脉冲P1的有效功率仅提高一级之后，提供有效功率比该第一驱动脉冲P1的有效功率大一级或一级以上的第二驱动脉冲P11，来对付负荷变高的状态。如前面说明的那样，转子13的负荷增加的主要原因大部分是由齿轮组的啮合负荷因微小的制造上的偏差和装配上的偏差而增加所引起的。而且，其后，转子13的负荷变大的状态持续下去的原因几乎都是啮合负荷因公差而增加的状态持续下去，以及，通过提供驱动转矩较大的辅助脉冲，齿轮组的啮合状态在低转矩的驱动脉冲之后发生若干变动而引起的。由此，大多是周期性地发生，由于通过转子连续几步转动而恢复到返回原来的转矩的状态下，则由于负荷增加，需要较大的有效功率的脉冲的步进角的数量较少。这样，如本例那样，接着辅助脉冲P2，通过提供有效功率稍大于通常所提供的有效功率的驱动脉冲P1的第二驱动脉冲P11，就能无旋转差错地驱动负荷增加了的步进角。由于不是连续地提供转矩非常大的辅助脉冲，就能在降低耗电量的同时快速地恢复齿轮组的状态。在经过了啮合负荷增加的步进角之后，能够提供给有效功率被限制在最小限度上的驱动脉冲P1来驱动转子13。这样，就能避免现有技术那样的一直提供有效功率大于实际需要的能量一级或二级或更高的驱动脉冲的情况，就能进一步降低由步进电动机所消耗的电力。
第二实施例图4表示本发明的第二实施例所涉及的计时装置1的简要构成。本例的计时装置1具有与根据图1进行说明的计时装置大致相同的构成，对共同的部分使用相同的标号，而在下面省略详细的说明。在本例的计时装置1中所采用的控制电路23包括提供驱动脉冲P1的驱动脉冲供给部24a、提供转子13的旋转检测用脉冲SP2的旋转检测脉冲供给部24b、提供辅助脉冲P2的辅助脉冲供给部24c。
本例的驱动控制电路24的辅助脉冲供给部24c，与上述现有的电路相同，在由检测电路25判定为转子13未旋转的情况下，提供有效功率较大的辅助脉冲P2。控制接着辅助脉冲P2而输出的消磁脉冲PE的本例的消磁脉冲供给部24d，以比现有技术滞后的定时在下一个驱动脉冲P1之前输出消磁脉冲PE，由此，来提高下一个驱动脉冲P1的实际有效功率，提供足够的能量以使转子13旋转。这样，不增加驱动脉冲P1的能量，能够在接着辅助脉冲P2的循环中提供实际上有效功率较大的驱动脉冲，就能渡过成为旋转不良的原因的啮合负荷增加的步进角。由于能够防止连续提供辅助脉冲P2，就能使齿轮组的啮合状态快速地恢复到啮合负荷较低的原来的状态。这样，在本例的步进电动机10的控制电路20中，如果渡过由啮合公差和轴偏差等引起负荷增加的步进角，就与啮合负荷较低的状态相配合，而能够使用有效功率降低到大约临界值的驱动脉冲P1，来驱动步进电动机10。由此，就大幅度减少了现有技术那样的提供有效功率超过临界值几级以上的驱动脉冲P1的概率，就能进一步降低驱动步进电动机时的耗电量。
在图5中使用流程图来简要表示在本例的计时装置1中所采用的步进电动机的控制方法。在该流程图中，使用相同的标号是表示与前面说明的控制方法相同的步骤，则在下面省略对共同部分的详细说明。首先，在步骤ST1中，计量出1秒供走针用，当经过1秒时，在步骤ST2中，输出[驱动脉冲P1。接着，在步骤ST3中输出旋转检测用脉冲SP2，检测转子13是否旋转。当旋转未被检测到时，执行提供辅助脉冲P2的子程序。在该子程序中，在步骤ST4中输出有效功率较大的辅助脉冲P2，接着输出消磁脉冲PE，进而，按通常那样把驱动脉冲P1的有效功率提高一级。在本例中，在消磁脉冲供给部24d中，使输出消磁脉冲PE的定时滞后，在步骤ST21中，计量时间的经过，在下一个循环开始之前，即，在使下一个驱动脉冲P1输出之前，在步骤ST5中输出消磁脉冲PE。在辅助脉冲P2被输出之后，当输出消磁脉冲PE时，返回主程序而移到步骤ST7。这样，在本例的控制方法中，在辅助脉冲P2被输出之后，把驱动脉冲P1的有效功率提高一级，同时，能够防止这样的事态利用消磁脉冲PE的功率来以较大的力进行旋转驱动，再次输出辅助脉冲P2而把驱动脉冲P1的有效功率连续提高两级或两级以上。
另一方面，在步骤ST3中，当检测到转子13的旋转时，不执行输出辅助脉冲P2的子程序，在步骤ST7中，使计数器n递增，在步骤ST8中，与第一设定次数N0进行比较。接着，在计数器n到达设定次数N0时，在步骤ST9中进一步把驱动脉冲P1的有效功率降低一级，而谋求节电的效果，在步骤ST10中把计数器n进行初始化。
在图6中，使用时序图来表示从本例的控制装置给步进电动机10提供驱动脉冲等的一个例子。图6与前面说明的图3相同，使用控制信号来进行表示，该控制信号被提供给构成驱动电路30的p沟道MOS33a、n沟道MOS32a和取样用的p沟道MOS34a的各个栅极GP1、GN1和GS1，以及提供给p沟道MOS33b、n沟道MOS32b和取样用的p沟道MOS34b的各个栅极GP2、GN2和GS2，对于与上述共同的部分使用相同的标号，而省略其说明。
当在时刻t91开始最初的循环时，首先，从驱动极侧输出电压V10的驱动脉冲P1，接着，在时刻t92输出旋转检测用脉冲SP2。在由于齿轮组的啮合公差等引起转子13不转动的情况下，在时刻t93从驱动极侧输出有效功率较大的辅助脉冲P2。接着，在本例的控制方法中，在相当于下一个循环开始的时刻t101之前的时刻t94，从极性相反侧输出消磁脉冲PE。当消磁脉冲PE被输出时，立刻开始下一个循环，在时刻t101，在相当于前一个循环的极性相反侧的驱动极侧输出下一个驱动脉冲P1。由此，而成为通过消磁脉冲PE和驱动脉冲P1来构成驱动转子13的脉冲的状态，实际的有效功率增大，通过输出辅助脉冲P2，即使在啮合负荷增加的步进角下，也能使转子13旋转。
在时刻t102，输出旋转检测用脉冲SP2，当检测到旋转时，在下一个循环中，在时刻t111输出比在时刻t93输出辅助脉冲P2前提高了一级的驱动脉冲，即，输出电压V10’的驱动脉冲P1。这样，在本例的控制装置和控制方法中，由于啮合负荷暂时增加，就成为若不使用辅助脉冲P2则转子13不能旋转的状态，此时，不必接着把驱动脉冲P1的有效功率连续地提高几级，就能渡过啮合负荷较高的定时而进行精度高的走针。
如上述那样，本例的计时装置1，在输出辅助脉冲P2之后，输出有效功率较大的第二驱动脉冲P11，或者，使输出消磁脉冲PE的定时接近于下一个驱动脉冲P1，来提供实际上有效功率较高的驱动脉冲。由此，对于由啮合公差等引起的仅在非常短的时间内使步进电动机10的负荷增加，能够不把驱动脉冲P1的有效功率提高到所需要以上来进行驱动。这样，当啮合公差等恢复到原来的状态并且步进电动机10的负荷减低时，输出比预先设定的有效功率提高一级的较小的驱动脉冲P1。在现有技术中，由啮合公差和由其后输出辅助脉冲而导致的轴偏差等所引起的几乎是瞬间的负荷上升，通过驱动脉冲P1的有效功率提高了几级的大于所需要最小限度的驱动脉冲，来驱动步进电动机，与此相对，在本发明中，能够对付瞬间的负荷上升，同时，在负荷返回正常时，能够提供所需要的最小限度的有效功率的驱动脉冲。这样，就能比现有技术进一步降低由步进电动机所消耗的电力，而实现小型的长寿命的计时装置，在自发电型的计时装置中，提供即使长时间放置也能持续工作的计时装置。本发明并不仅限于手表装置等的计时装置，不言而喻，在计时器等多功能表以及内置了其他发电装置和步进电动机的装置中也能够使用本发明。
在上述部分中说明的各个驱动脉冲P1、辅助脉冲P2和旋转检测用脉冲SP2等波形是举例表示的，不言而喻，可以配合在计时装置中所采用的步进电动机10的特性等来进行设定。在上述例子中，是以适合于计时装置的两相步进电动机为例来说明本发明，但是，本发明同样适用于三相以上的步进电动机。可以用适合于各相的脉宽和定时来提供驱动脉冲，来取代对各相进行共同的控制。步进电动机的驱动方式并不仅限于1相励磁，不言而喻，两相励磁或1-2相励磁也是可以的。
如上述那样，本发明的控制方法和控制装置，在步进电动机通过预定的有效功率的驱动脉冲而连续转动的情况下，能够一边逐渐地减小驱动脉冲的有效功率，一边以低耗电驱动步进电动机。通过本发明，即使由于用于传递步进电动机的动力的齿轮组的啮合公差和用于其后进行强制旋转的转矩大的辅助脉冲的影响，负荷瞬间增加，也不必增加连续提供的驱动脉冲的有效功率，因此，能够通过降低到大致临界值上的有效功率的驱动脉冲来驱动步进电动机。这样，通过本发明，提供一种控制装置和控制方法，能够以比现有技术更低的耗电来驱动步进电动机，适合于以后的小型的要求长寿命的计时装置和内置了发电装置的不需要电池的计时装置。
权利要求
1.一种步进电动机的控制装置，能够在具有驱动线圈的定子内旋转驱动被多极磁化了的转子，其特征在于，包括第一驱动装置，给上述驱动线圈提供用于驱动上述转子的第一驱动脉冲；旋转检测装置，检测上述转子是否通过上述第一驱动脉冲而旋转；辅助装置，当不能检测到上述转子的旋转时，提供有效功率大于上述第一驱动脉冲的辅助脉冲；电平调整装置，当连续经过了第一设定次数并且上述转子旋转时，分级地降低上述第一驱动脉冲的有效功率；第二驱动装置，在上述辅助脉冲被提供之后，当到达第二设定次数时，提供第二驱动脉冲，该第二驱动脉冲的有效功率比由上述电平调整装置所调整的上述第一驱动脉冲的有效功率大一级或数级。
2.根据权利要求1所述的步进电动机的控制装置，其特征在于，上述第二驱动装置能够改变上述驱动脉冲的脉冲宽度来调整有效功率。
3.根据权利要求1所述的步进电动机的控制装置，其特征在于，上述第二驱动装置能够改变上述驱动脉冲的电压来调整有效功率。
4.一种步进电动机的控制装置，能够在具有驱动线圈的定子内旋转驱动被多极磁化了的转子，其特征在于，包括驱动装置，给上述驱动线圈提供用于驱动上述转子的驱动脉冲；旋转检测装置，检测上述转子是否通过上述驱动脉冲而旋转；电平调整装置，当连续经过了第一设定次数并且上述转子旋转时，分级地降低上述第一驱动脉冲的有效功率；辅助装置，当不能检测到上述转子的旋转时，提供有效功率大于上述驱动脉冲的辅助脉冲；消磁脉冲提供装置，接着上述辅助脉冲，在下一个上述驱动脉冲之前提供极性与该辅助脉冲相反的消磁脉冲。
5.一种步进电动机的控制方法，能够在具有驱动线圈的定子内旋转驱动被多极磁化了的转子，其特征在于，包括第一驱动步骤，给上述驱动线圈提供用于驱动上述转子的第一驱动脉冲；旋转检测步骤，检测上述转子是否通过上述第一驱动脉冲而旋转；辅助步骤，当不能检测到上述转子的旋转时，提供有效功率大于上述第一驱动脉冲的辅助脉冲；电平调整步骤，当连续经过了第一设定次数并且上述转子旋转时，分级地降低上述第一驱动脉冲的有效功率；第二驱动步骤，在上述辅助脉冲被提供之后，当到达第二设定次数时，提供第二驱动脉冲，该第二驱动脉冲的有效功率比由上述电平调整装置所调整的上述第一驱动脉冲的有效功率大一级或数级。
6.根据权利要求5所述的步进电动机的控制方法，其特征在于，上述第二驱动步骤能够改变上述驱动脉冲的脉冲宽度来调整有效功率。
7.根据权利要求5所述的步进电动机的控制方法，其特征在于，上述第二驱动步骤能够改变上述驱动脉冲的电压来调整有效功率。
8.一种步进电动机的控制方法，能够在具有驱动线圈的定子内旋转驱动被多极磁化了的转子，其特征在于，包括驱动步骤，给上述驱动线圈提供用于驱动上述转子的驱动脉冲；旋转检测步骤，检测上述转子是否通过上述驱动脉冲而旋转；电平调整步骤，当连续经过了第一设定次数并且上述转子旋转时，分级地降低上述第一驱动脉冲的有效功率；辅助步骤，当不能检测到上述转子的旋转时，提供有效功率大于上述驱动脉冲的辅助脉冲；消磁脉冲提供步骤，接着上述辅助脉冲，在下一个上述驱动脉冲之前提供极性与该辅助脉冲相反的消磁脉冲。
9.一种计时装置，其特征在于，包括权利要求1至4中任一项所述的步进电动机的控制装置；步进电动机，通过上述驱动脉冲来使表的指针走针；脉冲合成装置，输出多个频率的脉冲信号。
全文摘要
本发明提供一种控制装置和控制方法,能够进一步降低走针用的步进电动机所消耗的电力,实现小型长寿命的计时装置。当在第一驱动脉冲P1后未能检测到转子的旋转时,输出辅助脉冲P2,在此后的预定次数(例如3次)的循环中,输出有效功率比P1大几级的第二驱动脉冲P11。通过P11,就能驱动由啮合公差等引起的短时间负荷增加的步进角,通过3次的循环结束,能够返回有效功率较低的第一驱动脉冲P1。能够把第一驱动脉冲的有效功率保持在降低到临界值的状态下,能够进一步降低耗电量。
文档编号H02P8/36GK1190755SQ9810413
公开日1998年8月19日 申请日期1998年2月6日 优先权日1997年2月7日
发明者原辰男 申请人:精工爱普生株式会社