專利名稱：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制裝置、控制方法和計(jì)時(shí)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制裝置和控制方法，特別是涉及適合于低耗電的電子表等的控制裝置和控制方法。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是脈沖電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、增量運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或數(shù)字電動(dòng)機(jī)等的統(tǒng)稱，是作為數(shù)字控制裝置的致動(dòng)器而由常用的脈沖信號(hào)所驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。近年來，開發(fā)了適合于攜帶的小型電子裝置或信息裝置，多采用小型、重量輕的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來作為它們的致動(dòng)器。這樣的電子裝置的代表性的裝置是所謂的電子表、時(shí)間開關(guān)、計(jì)時(shí)器等計(jì)時(shí)裝置。在圖7中表示出了使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的手表裝置等的計(jì)時(shí)裝置的一個(gè)例子。該計(jì)時(shí)裝置9包括步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10、驅(qū)動(dòng)該步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10的控制裝置20、傳遞步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10的運(yùn)動(dòng)的齒輪組50、以及通過齒輪組50而走針的秒針61、分針62和時(shí)針63。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10包括通過由控制裝置20所提供的驅(qū)動(dòng)脈沖而產(chǎn)生磁力的驅(qū)動(dòng)線圈11、被該驅(qū)動(dòng)線圈11進(jìn)行勵(lì)磁的定子12、在定子12內(nèi)部通過所勵(lì)磁的磁場(chǎng)而旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子13，而轉(zhuǎn)子13為由盤狀的兩極永磁體所構(gòu)成的PM型(永磁旋轉(zhuǎn)型)的。在定子12中設(shè)有磁飽和部17，以便通過由驅(qū)動(dòng)線圈11產(chǎn)生的磁力而在轉(zhuǎn)子13的圓周上的各相(極)15和16中產(chǎn)生極性相反的磁極。為了規(guī)定轉(zhuǎn)子13的旋轉(zhuǎn)方向，在定子12的內(nèi)周的適當(dāng)位置上設(shè)置內(nèi)部凹口18，以便于產(chǎn)生齒槽效應(yīng)轉(zhuǎn)矩而使轉(zhuǎn)子13停止在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?br> 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10的轉(zhuǎn)子13的旋轉(zhuǎn)由齒輪組50傳遞給各針，該齒輪組50由通過小齒輪而同轉(zhuǎn)子13相嚙合的第五齒輪51、第四齒輪52、第三齒輪53、第二齒輪54、太陽內(nèi)齒輪55和筒齒輪56組成。秒針61連接在第四齒輪52的軸上，分針62連接在第二齒輪54的軸上，時(shí)針63連接在筒齒輪56上，與轉(zhuǎn)子13聯(lián)動(dòng)，通過這些針來表示時(shí)刻。當(dāng)然也可以在齒輪組50上連接用于進(jìn)行年月日等表示的傳動(dòng)系統(tǒng)(未圖示)。
在該計(jì)時(shí)裝置9中，為了通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10的轉(zhuǎn)動(dòng)來表示時(shí)刻，對(duì)作為基準(zhǔn)的頻率信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)(計(jì)時(shí))而定期地給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10提供驅(qū)動(dòng)脈沖?？刂撇竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)10的本例的控制裝置20包括脈沖合成電路22，使用晶體振蕩器等的基準(zhǔn)振蕩源21來產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率的基準(zhǔn)脈沖和脈沖寬度以及定時(shí)不同的脈沖信號(hào)；和控制電路23，根據(jù)由脈沖合成電路22所提供的各種脈沖信號(hào)來控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10?？刂齐娐?3包括控制下述的驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)控制電路24和進(jìn)行旋轉(zhuǎn)檢測(cè)等的檢測(cè)電路25。驅(qū)動(dòng)控制電路24包括驅(qū)動(dòng)脈沖供給部24a，通過驅(qū)動(dòng)電路給驅(qū)動(dòng)線圈11提供用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10的驅(qū)動(dòng)用轉(zhuǎn)子13的驅(qū)動(dòng)脈沖；旋轉(zhuǎn)檢測(cè)脈沖供給部24b，用于接著驅(qū)動(dòng)脈沖輸出感應(yīng)出感應(yīng)電壓的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)脈沖以供驅(qū)動(dòng)用轉(zhuǎn)子13的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用；輔助脈沖供給部24c，用于當(dāng)驅(qū)動(dòng)用轉(zhuǎn)子13不旋轉(zhuǎn)時(shí)輸出有效功率大于驅(qū)動(dòng)脈沖的輔助脈沖；消磁脈沖供給部24d，用于接著輔助脈沖輸出與輔助脈沖極性相反的消磁脈沖以用于消磁；以及，電平調(diào)整部24e，用于調(diào)整驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率。檢測(cè)電路25把通過旋轉(zhuǎn)檢測(cè)脈沖得到的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用的感應(yīng)電壓與設(shè)定值進(jìn)行比較，來檢測(cè)旋轉(zhuǎn)的有無，把其結(jié)果反饋給驅(qū)動(dòng)控制電路24。
根據(jù)驅(qū)動(dòng)控制電路24的控制來給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10提供各種驅(qū)動(dòng)脈沖的驅(qū)動(dòng)電路30包括橋式電路，該橋式電路由串聯(lián)連接的p溝道MOS33a和n溝道MOS32b以及p溝道MOS33b和n溝道MOS32a構(gòu)成，由此就能控制從電池41供給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10的電力。而且，還包括分別與p溝道MOS33a和33b并聯(lián)連接的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用電阻35a和35b；用于給這些電阻35a和35b提供斬波脈沖的取樣用的p溝道MOS34a和34b。這樣，從驅(qū)動(dòng)控制電路24的各個(gè)脈沖供給部24a～24e以各個(gè)定時(shí)給這些MOS32a、32b、33a、33b、34a和34b的各個(gè)柵極施加極性和脈沖寬度不同的控制脈沖，由此，就能給驅(qū)動(dòng)線圈11提供極性相反的驅(qū)動(dòng)脈沖，或者，提供轉(zhuǎn)子13的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用的脈沖。
在圖8中用流程圖集中表示了控制裝置20的動(dòng)作。首先，在步驟ST1中，對(duì)計(jì)時(shí)用的基準(zhǔn)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來計(jì)量出1秒。當(dāng)經(jīng)過1秒時(shí)，在步驟ST2中通過驅(qū)動(dòng)脈沖供給部24a的控制來輸出驅(qū)動(dòng)脈沖P1。接著，在步驟ST3中，通過旋轉(zhuǎn)檢測(cè)脈沖供給部24b的控制來輸出旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用脈沖SP2，由檢測(cè)電路25把所得到的電壓與設(shè)定值進(jìn)行比較，來確認(rèn)轉(zhuǎn)子13的旋轉(zhuǎn)。在未能確認(rèn)旋轉(zhuǎn)的情況下，執(zhí)行使用輔助脈沖來使轉(zhuǎn)子13確實(shí)地旋轉(zhuǎn)的子程序。在該子程序中，首先，在步驟ST4中，根據(jù)輔助脈沖供給部24c的控制來提供有效功率大的輔助脈沖P2，而使轉(zhuǎn)子13確實(shí)地旋轉(zhuǎn)。當(dāng)輔助脈沖P2被輸出時(shí)，在步驟ST5中，根據(jù)消磁脈沖供給部24d的控制而輸出消磁脈沖PE。然后，在電平調(diào)整部24e中，把接著輸出的驅(qū)動(dòng)脈沖P1的有效功率提高一級(jí)。接著，當(dāng)執(zhí)行這些步驟時(shí)，返回主程序，而執(zhí)行以下的處理。
在步驟ST3中，在確認(rèn)了轉(zhuǎn)子13的旋轉(zhuǎn)的情況下，不執(zhí)行上述子程序，在步驟ST7中使計(jì)數(shù)器n進(jìn)行加法運(yùn)算。接著，在步驟ST8中，在計(jì)數(shù)器n的值未達(dá)到第一設(shè)定值N0時(shí)，返回步驟ST1而重復(fù)進(jìn)行上述步驟。當(dāng)計(jì)數(shù)器n的值達(dá)到第一設(shè)定值N0時(shí)，通過一定的有效功率的驅(qū)動(dòng)脈沖P1，轉(zhuǎn)子13連續(xù)旋轉(zhuǎn)而經(jīng)過第一設(shè)定值N0次，因此，在步驟ST9中，使用電平調(diào)整部24e來使后續(xù)的驅(qū)動(dòng)脈沖P1的有效功率降低一級(jí)。接著，在步驟ST10中，使計(jì)數(shù)器n清零，而用于下一個(gè)循環(huán)。
在圖9中使用時(shí)序圖來表示控制信號(hào)，該控制信號(hào)是為了旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10而提供給在驅(qū)動(dòng)線圈11激勵(lì)出一個(gè)極性的磁場(chǎng)的p溝道MOS33a、n溝道MOS32a和取樣用的p溝道MOS34a的各個(gè)柵極GP1、GN1和GS1，以及提供給用于激勵(lì)出相反方向磁場(chǎng)的p溝道MOS33b、n溝道MOS32b和取樣用的p溝道MOS34b的各個(gè)柵極GP2、GN2和GS2。該步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制裝置20為了控制計(jì)時(shí)裝置9的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10來進(jìn)行每1秒的走針，給驅(qū)動(dòng)電路30循環(huán)地提供一連串的控制信號(hào)。首先，在時(shí)刻t1，從驅(qū)動(dòng)控制電路24的驅(qū)動(dòng)脈沖供給部24a給驅(qū)動(dòng)極側(cè)的n溝道MOS32a的柵極GN1和p溝道MOS33a的柵極GP1提供控制信號(hào)，該控制信號(hào)用以輸出例如脈寬W10的驅(qū)動(dòng)脈沖P1。接著驅(qū)動(dòng)脈沖P1，在時(shí)刻t2，從驅(qū)動(dòng)控制電路24的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)脈沖供給部24b給驅(qū)動(dòng)極側(cè)的p溝道MOS33a的柵極GP1和取樣用的MOS34a的柵極GS1提供用于輸出進(jìn)行轉(zhuǎn)子13的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用脈沖SP2的控制脈沖。該旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用脈沖SP2是占空比為1/2程度的斬波脈沖，當(dāng)轉(zhuǎn)子13旋轉(zhuǎn)時(shí)，作為旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用電阻35a的輸出電壓而得到由驅(qū)動(dòng)線圈11所激勵(lì)出的感應(yīng)電流。接著，由檢測(cè)電路25把旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用電阻35a的電壓與設(shè)定值進(jìn)行比較，來判斷轉(zhuǎn)子13是否旋轉(zhuǎn)。
在由旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用脈沖SP2所激勵(lì)出的感應(yīng)電壓未達(dá)到設(shè)定值的情況下，則判斷為轉(zhuǎn)子13未旋轉(zhuǎn)，在步驟ST4中，在時(shí)刻t3，從驅(qū)動(dòng)控制電路24的輔助脈沖供給部24c給驅(qū)動(dòng)極側(cè)的n溝道MOS32a的柵極GN1和p溝道MOS33a的柵極GP1提供用于輸出輔助脈沖P2的控制信號(hào)。輔助脈沖P2是具有必然使轉(zhuǎn)子13旋轉(zhuǎn)程度的能量的有效功率大于驅(qū)動(dòng)脈沖P1的脈寬W20的驅(qū)動(dòng)脈沖。當(dāng)輔助脈沖P2被輸出時(shí)，接著，在時(shí)刻t4，在步驟ST5中，從驅(qū)動(dòng)控制電路24的消磁脈沖供給部24d給極性相反側(cè)的n溝道MOS32b的柵極GN2和p溝道MOS33b的柵極GP2提供用于輸出消磁用的脈沖PE的控制脈沖。該消磁脈沖PE是用于降低由有效功率大的輔助脈沖P2產(chǎn)生的定子12和驅(qū)動(dòng)線圈11的剩磁的脈沖，是通過提供與輔助脈沖P2極性相反的脈沖而實(shí)現(xiàn)的。通過提供消磁脈沖PE，就完成了對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10進(jìn)行一個(gè)步進(jìn)角的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的一連串循環(huán)。
在從時(shí)刻t1經(jīng)過了1秒的時(shí)刻t11，開始用于對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10進(jìn)行1步進(jìn)角旋轉(zhuǎn)的下一個(gè)循環(huán)。在該循環(huán)中，與前一個(gè)循環(huán)相對(duì)側(cè)的MOS32b、33b和34b成為驅(qū)動(dòng)極側(cè)。與前一個(gè)循環(huán)相同，首先，在時(shí)刻t11，使驅(qū)動(dòng)脈沖P1輸出，由于在前一個(gè)循環(huán)中是輸出輔助脈沖P2，則選擇通過電平調(diào)整部24e把有效功率提高了一級(jí)的驅(qū)動(dòng)脈沖P1，例如，在時(shí)刻t11輸出比前一個(gè)循環(huán)的驅(qū)動(dòng)脈沖更寬的脈寬W11的驅(qū)動(dòng)脈沖P1。接著，在時(shí)刻t12輸出旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用脈沖SP2，當(dāng)由此未能檢測(cè)到轉(zhuǎn)子13的旋轉(zhuǎn)時(shí)，接著在時(shí)刻t13輸出輔助脈沖P2，在此之后，在時(shí)刻t14輸出消磁脈沖PE。
在接著的時(shí)刻t21所開始循環(huán)中，在時(shí)刻t21，輸出寬度更寬的脈寬W12的驅(qū)動(dòng)脈沖P1。通過其有效功率提高了的驅(qū)動(dòng)脈沖P1來使轉(zhuǎn)子13旋轉(zhuǎn)，通過在時(shí)刻t22輸出的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用脈沖SP2而被檢測(cè)到時(shí)，循環(huán)完成。當(dāng)轉(zhuǎn)子13通過脈寬W12的驅(qū)動(dòng)脈沖P1連續(xù)旋轉(zhuǎn)了預(yù)定次數(shù)N0時(shí)，在從接著的時(shí)刻t31所開始的循環(huán)中，有效功率下降一級(jí)，例如，輸出脈寬W11的驅(qū)動(dòng)脈沖P1。
這樣，通過電平調(diào)整部24e，選擇具有能夠連續(xù)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子13的較低的有效功率的脈沖來作為驅(qū)動(dòng)脈沖P1，就能以低耗電來進(jìn)行正確的走針，而提供小型、厚度薄、壽命長(zhǎng)的計(jì)時(shí)裝置。
近年來，為了實(shí)現(xiàn)手表裝置等計(jì)時(shí)裝置的進(jìn)一步小型化，而使電池空間變小，而另一方面又要謀求長(zhǎng)壽命化。為此，要求進(jìn)一步降低步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的耗電。而開發(fā)出了這樣的手表裝置在計(jì)時(shí)裝置中內(nèi)置了獲取使用者手腕的運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電裝置，即使沒有電池也能進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在這樣的自發(fā)電型計(jì)時(shí)裝置中，即使在被放置期間等的不能進(jìn)行發(fā)電的狀態(tài)下，也要求能夠長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)地工作，因此，降低步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的耗電就成為重要的課題之一。
用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖的功率能夠通過采用上述那樣的控制裝置或控制方法而被降低。但是，當(dāng)發(fā)明家們進(jìn)一步詳細(xì)研究時(shí)，知道由大致最低限的轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)脈沖進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)會(huì)由于稍微的轉(zhuǎn)矩不足而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動(dòng)，在輔助脈沖發(fā)出的情況下，即使在下一個(gè)循環(huán)中提供有效功率大一級(jí)的驅(qū)動(dòng)脈沖，也經(jīng)常有轉(zhuǎn)矩不足的情況。這樣，常會(huì)出現(xiàn)這樣的情況當(dāng)輸出了一次輔助脈沖時(shí)，轉(zhuǎn)矩不足的狀態(tài)連續(xù)發(fā)生，則不是輸出電平提高了一級(jí)的驅(qū)動(dòng)脈沖而是輸出其電平一氣提高2～3級(jí)的驅(qū)動(dòng)脈沖。引起這樣現(xiàn)象的原因被認(rèn)為是當(dāng)由于走針差錯(cuò)而接著驅(qū)動(dòng)脈沖輸出輔助脈沖時(shí)，由于施加在齒輪組的齒輪上的轉(zhuǎn)矩發(fā)生較大的變動(dòng)，齒輪的軸和軸承的位置關(guān)系有微小的變動(dòng)，由于齒輪相互間的嚙合位置發(fā)生變動(dòng)等原因，導(dǎo)致嚙合負(fù)荷大大增加。輸出輔助脈沖在成為電平一次提高2～3級(jí)的驅(qū)動(dòng)脈沖之后，當(dāng)能連續(xù)驅(qū)動(dòng)多次例如N0次時(shí)，驅(qū)動(dòng)脈沖P1的有效功率降低一級(jí)，接著，當(dāng)連續(xù)驅(qū)動(dòng)N0次后，漸漸地返回到原來的有效功率的驅(qū)動(dòng)脈沖上。當(dāng)在此期間嚙合負(fù)荷變大的情況出現(xiàn)時(shí)，再次把驅(qū)動(dòng)脈沖P1的有效功率提高1～2級(jí)或更高。這樣，持續(xù)地使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，齒輪組的狀態(tài)恢復(fù)到輔助脈沖輸出之前的狀態(tài)，即使在旋轉(zhuǎn)中必要的轉(zhuǎn)矩變低的狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)脈沖P1的有效功率成為比需要的最低限的功率稍大1或2級(jí)程度或者以上的值。
當(dāng)研究輸出輔助脈沖P2的原因時(shí)，其大多是考慮由于齒輪組的嚙合負(fù)荷偶然增加而引起的情況。即，由于把步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10的動(dòng)力傳遞到時(shí)針等上的齒輪組50是多個(gè)齒輪組合起來，則存在由這些齒輪的制造公差或裝配公差等引起的嚙合負(fù)荷周期性地增加的情況。在上述控制方法中，在一個(gè)步進(jìn)角中，當(dāng)嚙合負(fù)荷增加時(shí)，輸出輔助脈沖P2，因此，驅(qū)動(dòng)脈沖P1的有效功率上升一級(jí)，例如，在齒輪組進(jìn)行工作的適當(dāng)周期中，當(dāng)在2個(gè)步進(jìn)角中出現(xiàn)嚙合負(fù)荷變大的狀態(tài)時(shí)，此時(shí)把驅(qū)動(dòng)脈沖P1的有效功率提高兩級(jí)。按上述這樣，當(dāng)通過輔助脈沖的轉(zhuǎn)矩而使齒輪組的狀態(tài)發(fā)生變動(dòng)時(shí)，就會(huì)有在幾步中連續(xù)出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩變大的狀態(tài)。這樣，在現(xiàn)有的控制裝置或控制方法中，盡管采用了能夠提供為了使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而提供必要的最低限轉(zhuǎn)矩的有效功率的驅(qū)動(dòng)脈沖的控制方法，但實(shí)際上，經(jīng)常要持續(xù)提供比其高幾級(jí)能量的驅(qū)動(dòng)脈沖。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種控制裝置和控制方法，即使在發(fā)生了由于這樣的輔助脈沖或由裝配公差等引起的齒輪組的嚙合配合而使效率變差的定時(shí)的情況下，其他效率良好的定時(shí)提供盡可能低的有效功率的驅(qū)動(dòng)脈沖，由此，就能進(jìn)一步降低步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率。而且，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種控制裝置和控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)小型、長(zhǎng)壽命的計(jì)時(shí)裝置和在自發(fā)電型中即使長(zhǎng)時(shí)間放置也能持續(xù)進(jìn)行計(jì)時(shí)的計(jì)時(shí)裝置。
為此，在本發(fā)明中，著眼于經(jīng)常出現(xiàn)的下述情況通過接著驅(qū)動(dòng)脈沖而提供輔助脈沖，在嚙合負(fù)荷增加的情況下，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)了幾步時(shí)，恢復(fù)到原來的狀態(tài)，轉(zhuǎn)矩變低；以及，由齒輪的公差等引起的嚙合負(fù)荷變大的現(xiàn)象被限定為一步或幾步，因此，當(dāng)提供脈沖時(shí)，不是均等地提高驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率，而是在輔助脈沖之后僅在預(yù)定期間內(nèi)提供有效功率稍大的驅(qū)動(dòng)脈沖，然后，提供預(yù)先所設(shè)定的低有效功率的驅(qū)動(dòng)脈沖。即，在本發(fā)明的能夠在具有驅(qū)動(dòng)線圈的定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)被多極磁化了的轉(zhuǎn)子的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制裝置中，包括第一驅(qū)動(dòng)裝置，給驅(qū)動(dòng)線圈提供用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的第一驅(qū)動(dòng)脈沖；旋轉(zhuǎn)檢測(cè)裝置，檢測(cè)轉(zhuǎn)子是否通過第一驅(qū)動(dòng)脈沖而旋轉(zhuǎn)；輔助裝置，當(dāng)不能檢測(cè)到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)時(shí)，提供有效功率大于第一驅(qū)動(dòng)脈沖的輔助脈沖；電平調(diào)整裝置，當(dāng)連續(xù)經(jīng)過了第一設(shè)定次數(shù)并且轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，分級(jí)地降低第一驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率；第二驅(qū)動(dòng)裝置，在輔助脈沖被提供之后，當(dāng)?shù)竭_(dá)第二設(shè)定次數(shù)時(shí)，提供第二驅(qū)動(dòng)脈沖，該第二驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率比由電平調(diào)整裝置所調(diào)整的第一驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率大一級(jí)或數(shù)級(jí)。通過由該第二驅(qū)動(dòng)裝置來變更驅(qū)動(dòng)脈沖的脈寬或者變更驅(qū)動(dòng)脈沖的電壓，就能控制驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率。
在本發(fā)明的能夠在具有驅(qū)動(dòng)線圈的定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)被多極磁化了的轉(zhuǎn)子的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方法中，包括第一驅(qū)動(dòng)步驟，給驅(qū)動(dòng)線圈提供用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的第一驅(qū)動(dòng)脈沖；旋轉(zhuǎn)檢測(cè)步驟，檢測(cè)轉(zhuǎn)子是否通過第一驅(qū)動(dòng)脈沖而旋轉(zhuǎn)；輔助步驟，當(dāng)不能檢測(cè)到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)時(shí)，提供有效功率大于第一驅(qū)動(dòng)脈沖的輔助脈沖；電平調(diào)整步驟，當(dāng)連續(xù)經(jīng)過了第一設(shè)定次數(shù)并且轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，分級(jí)地降低第一驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率；第二驅(qū)動(dòng)步驟，在輔助脈沖被提供之后，當(dāng)?shù)竭_(dá)第二設(shè)定次數(shù)時(shí)，提供第二驅(qū)動(dòng)脈沖，該第二驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率比由電平調(diào)整步驟所調(diào)整的第一驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率大一級(jí)或數(shù)級(jí)。
通過設(shè)置這樣的第二驅(qū)動(dòng)裝置或第二驅(qū)動(dòng)步驟，就能適合于下述這樣的狀況根據(jù)轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)的實(shí)際情況，不提高有效功率變低的第一驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率，當(dāng)無論由那種原因而使齒輪組的嚙合負(fù)荷等增加，都能與僅在短時(shí)間內(nèi)需要有效功率大的驅(qū)動(dòng)脈沖的情況對(duì)應(yīng)。這樣，在能夠通過小的有效功率的驅(qū)動(dòng)脈沖而走針的定時(shí)中，由于能夠提供被設(shè)定為所需要的最小限度的能量的第一驅(qū)動(dòng)脈沖，就能進(jìn)一步降低由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所消耗的電力。另一方面，在負(fù)荷變大的步進(jìn)角下，接著輔助脈沖輸出有效功率大的第二驅(qū)動(dòng)脈沖，因此，就能防止連續(xù)輸出與耗電量大幅度增加相關(guān)的輔助脈沖的事態(tài)。
隨著由上述那樣的原因所引起的嚙合負(fù)荷增加而需要有效功率大的驅(qū)動(dòng)脈沖的過程是極短的期間，不超過一個(gè)或幾個(gè)步進(jìn)角，當(dāng)這樣考慮時(shí)，接著輔助脈沖，使提供與該輔助脈沖極性相反的消磁脈沖的定時(shí)處于在后續(xù)的驅(qū)動(dòng)脈沖之前，由此，就能提高驅(qū)動(dòng)脈沖的實(shí)際有效功率而渡過嚙合負(fù)荷大的定時(shí)。即，在本發(fā)明的能夠在具有驅(qū)動(dòng)線圈的定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)被多極磁化了的轉(zhuǎn)子的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制裝置中，包括驅(qū)動(dòng)裝置，給驅(qū)動(dòng)線圈提供用于驅(qū)動(dòng)上述轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)脈沖；旋轉(zhuǎn)檢測(cè)裝置，檢測(cè)轉(zhuǎn)子是否通過驅(qū)動(dòng)脈沖而旋轉(zhuǎn)；電平調(diào)整裝置，當(dāng)連續(xù)經(jīng)過了第一設(shè)定次數(shù)并且轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，分級(jí)地降低第一驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率；輔助裝置，當(dāng)不能檢測(cè)到轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，提供有效功率比驅(qū)動(dòng)脈沖大的輔助脈沖；在此基礎(chǔ)上還設(shè)置了消磁脈沖提供裝置，接著輔助脈沖，在下一個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖之前提供極性與該輔助脈沖相反的消磁脈沖。在本發(fā)明的能夠在具有驅(qū)動(dòng)線圈的定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)被多極磁化了的轉(zhuǎn)子的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方法中，包括驅(qū)動(dòng)步驟，給驅(qū)動(dòng)線圈提供用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)脈沖；旋轉(zhuǎn)檢測(cè)步驟，檢測(cè)轉(zhuǎn)子是否通過驅(qū)動(dòng)脈沖而旋轉(zhuǎn)；電平調(diào)整步驟，當(dāng)連續(xù)經(jīng)過了第一設(shè)定次數(shù)并且轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，分級(jí)地降低第一驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率；輔助步驟，當(dāng)不能檢測(cè)到轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，提供有效功率比驅(qū)動(dòng)脈沖大的輔助脈沖；在此基礎(chǔ)上還設(shè)置了消磁脈沖提供步驟，接著輔助脈沖，在下一個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖之前提供極性與該輔助脈沖相反的消磁脈沖。
通過設(shè)置這樣的消磁脈沖提供裝置或消磁脈沖提供步驟，不提高驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率就能接著輔助脈沖提供實(shí)際上有效功率較大的驅(qū)動(dòng)脈沖。這樣，在除了嚙合負(fù)荷增大的步進(jìn)角之外的其他定時(shí)中，就能提供降低到所需要的最小限度的有效功率的驅(qū)動(dòng)脈沖。由此，就能提供在能夠確實(shí)地驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的同時(shí)還能進(jìn)一步削減耗電量的控制裝置和控制方法。
這樣，通過實(shí)現(xiàn)包括能夠以低耗電量使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)確實(shí)地旋轉(zhuǎn)的本發(fā)明的控制裝置、通過驅(qū)動(dòng)脈沖使表針走針的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和輸出多個(gè)頻率的脈沖信號(hào)的脈沖合成裝置的計(jì)時(shí)裝置，就能提供精度高并且耗電量極小的小型長(zhǎng)壽命的計(jì)時(shí)裝置。通過在內(nèi)置發(fā)電裝置的計(jì)時(shí)裝置中采用本發(fā)明的控制方法或控制裝置，就能實(shí)現(xiàn)即使長(zhǎng)時(shí)間放置也能持續(xù)走針的計(jì)時(shí)裝置。
本發(fā)明的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方法，能夠在作為邏輯電路和微處理器的控制用程序等被記錄在能夠讀取到計(jì)算機(jī)中的媒體中的狀態(tài)下來提供，并不限于計(jì)時(shí)裝置，能夠適合于要求以低耗電量進(jìn)行精度高的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置。
本發(fā)明的這些和其他的目的、優(yōu)點(diǎn)及特征將通過結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的描述而得到進(jìn)一步說明。在這些附圖中

圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的容納步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電裝置的計(jì)時(shí)裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的圖；圖2是表示圖1所示的控制裝置的控制方法的流程圖；圖3是表示圖1所示的控制裝置的動(dòng)作的時(shí)序圖；圖4是表示本發(fā)明的第二實(shí)施例所涉及的容納步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電裝置的計(jì)時(shí)裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的圖；圖5是表示圖4所示的控制裝置的控制方法的流程圖；圖6是表示圖4所示的控制裝置的動(dòng)作的時(shí)序圖；圖7是表示現(xiàn)有的計(jì)時(shí)裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的圖；圖8是表示圖7所示的控制裝置的控制方法的流程圖；圖9是表示在圖7所示的計(jì)時(shí)裝置中所采用的控制裝置的動(dòng)作的時(shí)序圖。
第一實(shí)施例下面參照附圖來進(jìn)一步詳細(xì)地說明本發(fā)明。在圖1中表示本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的計(jì)時(shí)裝置1的簡(jiǎn)要構(gòu)成。本例的計(jì)時(shí)裝置1通過控制裝置20來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10，通過齒輪組50把步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到秒針61、分針62和時(shí)針63上來進(jìn)行走針。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10和齒輪組50以及控制裝置20的主要構(gòu)成與根據(jù)圖7進(jìn)行說明的內(nèi)容相同，使用相同的標(biāo)號(hào)來表示共同的部分，而在下面省略詳細(xì)的說明。
在本例的計(jì)時(shí)裝置1的控制裝置20中所采用的控制電路23包括驅(qū)動(dòng)控制電路24和檢測(cè)電路25。本例的驅(qū)動(dòng)控制電路24包括第一驅(qū)動(dòng)脈沖供給部24a，通過驅(qū)動(dòng)電路30給驅(qū)動(dòng)線圈11提供驅(qū)動(dòng)脈沖P1；旋轉(zhuǎn)檢測(cè)脈沖供給部24b，接著驅(qū)動(dòng)脈沖而提供旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用脈沖SP2；輔助脈沖供給部24c，提供有效功率大于驅(qū)動(dòng)脈沖的輔助脈沖P2；消磁脈沖供給部24d，接著輔助脈沖提供消磁脈沖PE；電平調(diào)整部24e，能夠控制驅(qū)動(dòng)脈沖P1的有效功率；以及，第二驅(qū)動(dòng)脈沖供給部24f，能夠提供有效功率大于由第一驅(qū)動(dòng)脈沖供給部24a所提供的驅(qū)動(dòng)脈沖P1的第二驅(qū)動(dòng)脈沖P11。該第二驅(qū)動(dòng)脈沖供給部24f在輔助脈沖P2之后以預(yù)定的第二設(shè)定次數(shù)(在本例中是M0次的循環(huán))來連續(xù)地提供有效功率比第一驅(qū)動(dòng)脈沖P1大幾級(jí)的第二驅(qū)動(dòng)脈沖P11。
本例的計(jì)時(shí)裝置1能夠通過升降壓電路49來給控制裝置20的驅(qū)動(dòng)電路30提供從電池41所輸出的功率。本例的升降壓電路49能夠使用多個(gè)電容器49a、49b和49c來進(jìn)行多級(jí)的升壓和降壓，能夠由控制裝置20的驅(qū)動(dòng)控制電路24通過控制信號(hào)φ11調(diào)整提供給驅(qū)動(dòng)電路30的電壓。升降壓電路49的輸出電壓通過監(jiān)測(cè)電路φ12提供給驅(qū)動(dòng)控制電路24，由此就能監(jiān)視輸出電壓。這樣，第一驅(qū)動(dòng)脈沖P1和第二驅(qū)動(dòng)脈沖P11的有效功率能夠通過電平調(diào)整部24e控制升降壓電路49來進(jìn)行設(shè)定。這樣，在本例的計(jì)時(shí)裝置1中，由于能夠通過脈寬和電壓來控制第一驅(qū)動(dòng)脈沖P1和第二驅(qū)動(dòng)脈沖P11的有效功率，就能夠?qū)崿F(xiàn)更細(xì)致的驅(qū)動(dòng)功率的控制，而能夠提供適合于使轉(zhuǎn)子13旋轉(zhuǎn)的功率的驅(qū)動(dòng)脈沖，而謀求省電。
在圖2中使用流程圖來表示在本例的計(jì)時(shí)裝置1中所采用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方法的概略情況。在該流程圖中，用相同的標(biāo)號(hào)來表示與前面根據(jù)圖8進(jìn)行說明的控制方法相同的步驟，下面省略其詳細(xì)的說明。首先，在步驟ST1中計(jì)量出1秒供走針用。在本例的控制裝置20中，接著在步驟ST11中，判斷第二驅(qū)動(dòng)脈沖P11的計(jì)數(shù)器m的值是否到達(dá)第二設(shè)定次數(shù)M0。在計(jì)數(shù)器m的值到達(dá)第二設(shè)定次數(shù)M0時(shí)，移到步驟ST2，與現(xiàn)有技術(shù)相同，根據(jù)第一驅(qū)動(dòng)脈沖供給部24a的控制輸出驅(qū)動(dòng)脈沖P1。
另一方面，在計(jì)數(shù)器m為第二設(shè)定次數(shù)M0以下時(shí)，移到步驟ST12，根據(jù)第二驅(qū)動(dòng)脈沖供給部24f的控制而輸出有效功率較大的第二驅(qū)動(dòng)脈沖P11，以取代第一驅(qū)動(dòng)脈沖P1。接著，在步驟ST13中，對(duì)計(jì)數(shù)器m進(jìn)行加法運(yùn)算。輔助脈沖P2所輸出的定時(shí)大多是在成為由于裝配公差等原因而導(dǎo)致齒輪組的嚙合配合紊亂并且效率惡化的狀態(tài)的情況下。而且，由這樣的原因所引起的嚙合負(fù)荷增加的步進(jìn)角幾乎都是被限定為1步或較長(zhǎng)的幾步的情況。通過輔助脈沖P2被輸出，取代齒輪組的狀態(tài)而成為嚙合負(fù)荷增加的狀態(tài)，通過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)幾步，一般就恢復(fù)為原來的嚙合負(fù)荷較低的狀態(tài)下。為此，如本例這樣，接著輔助脈沖P2，以適當(dāng)?shù)牟竭M(jìn)角輸出有效功率稍大的第二驅(qū)動(dòng)脈沖P11，由此，就能渡過嚙合負(fù)荷增加的期間，然后，能夠以以前所提供的有效功率較小的第一驅(qū)動(dòng)脈沖P1來進(jìn)行按通常情況的走針。
在第一驅(qū)動(dòng)脈沖P1或第二驅(qū)動(dòng)脈沖P11被輸出之后，在步驟ST3中，通過旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用脈沖供給部24b來提供檢測(cè)用脈沖SP2，由檢測(cè)電路25來確認(rèn)轉(zhuǎn)子13的旋轉(zhuǎn)是否正常進(jìn)行。在轉(zhuǎn)子13未旋轉(zhuǎn)時(shí)，在步驟ST4中，由輔助脈沖供給部24c輸出輔助脈沖P2，接著，在步驟ST5中，由消磁脈沖供給部24d輸出消磁脈沖PE。在步驟ST6中，把驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率提高一級(jí)電平。然后，在本例的控制裝置20中，在步驟ST15中，把用于輸出第二驅(qū)動(dòng)脈沖P11的計(jì)數(shù)器m進(jìn)行初始化，而在下一個(gè)循環(huán)中，輸出第二驅(qū)動(dòng)脈沖P11。
另一方面，在步驟ST3中，當(dāng)轉(zhuǎn)子13的旋轉(zhuǎn)被確認(rèn)時(shí)，在步驟ST7中，第一驅(qū)動(dòng)脈沖P1的計(jì)數(shù)器n遞增。接著，在步驟ST8中，與用于降低第一驅(qū)動(dòng)脈沖P1的有效功率的第一設(shè)定次數(shù)N0進(jìn)行比較。當(dāng)計(jì)數(shù)器n到達(dá)第一設(shè)次數(shù)N0時(shí)，在步驟ST9中，把第一驅(qū)動(dòng)脈沖P1的有效功率降低一級(jí)，在步驟ST10中，計(jì)數(shù)器n被進(jìn)行初始化。
在圖3中使用時(shí)序圖來表示由本例的控制裝置給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10提供驅(qū)動(dòng)脈沖等的一個(gè)例子。在圖3中，與前面說明的圖9相同，使用控制信號(hào)來進(jìn)行表示，該控制信號(hào)被提供給激勵(lì)出處于驅(qū)動(dòng)線圈11中的一個(gè)方向的磁場(chǎng)(驅(qū)動(dòng)極側(cè))的p溝道MOS33a、n溝道MOS32a和取樣用的p溝道MOS34a的各個(gè)柵極GP1、GN1和GS1，以及提供給用于激勵(lì)出與驅(qū)動(dòng)極側(cè)相對(duì)的反方向磁場(chǎng)的p溝道MOS33b、n溝道MOS32b和取樣用的p溝道MOS34b的各個(gè)柵極GP2、GN2和GS2，對(duì)于與圖9共同的部分使用相同的標(biāo)號(hào)，而省略其說明。
首先，在上述流程圖的步驟ST1中，當(dāng)經(jīng)過一段時(shí)間時(shí)，由于在前面的循環(huán)中未輸出輔助脈沖P2，并且由于計(jì)數(shù)器m的值到達(dá)第二設(shè)定次數(shù)M0，在時(shí)刻t41輸出電壓V10的第一驅(qū)動(dòng)脈沖P1，使最初的循環(huán)開始。接著，在時(shí)刻t42，在步驟ST3中，輸出旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用脈沖SP2，當(dāng)未檢測(cè)到旋轉(zhuǎn)時(shí)，在時(shí)刻t43，在步驟ST4中輸出輔助脈沖P2。當(dāng)輔助脈沖P2被輸出時(shí)，在時(shí)刻t44，在步驟ST5中輸出消磁脈沖PE，而結(jié)束一個(gè)循環(huán)。
當(dāng)從時(shí)刻t41經(jīng)過1秒時(shí)，開始下一個(gè)循環(huán)。由于在前面的循環(huán)中輸出了輔助脈沖P2，則使計(jì)數(shù)器m清零。由此，在該循環(huán)中，在步驟ST11中，由于計(jì)數(shù)器m未到達(dá)第二設(shè)定次數(shù)M0，則在時(shí)刻t51，在步驟ST12中輸出電平高于第一驅(qū)動(dòng)脈沖P1的即有效功率較大的第二驅(qū)動(dòng)脈沖P11。在本例的計(jì)時(shí)裝置1中，由于能夠由升降壓電路49控制電壓，則在時(shí)刻t51使高于電壓V10的電壓V11的驅(qū)動(dòng)脈沖作為第二驅(qū)動(dòng)脈沖P11而輸出。通過控制由升降壓電路49輸出的電壓，來決定由驅(qū)動(dòng)電路30提供給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10的脈沖的電壓，在下面，為了簡(jiǎn)化，而由在時(shí)序圖中所示的的控制用脈沖的電壓來表示驅(qū)動(dòng)脈沖的電壓。
接著第二驅(qū)動(dòng)脈沖P11，在時(shí)刻t52，在步驟ST3中提供旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用脈沖SP2，來確認(rèn)轉(zhuǎn)子13的旋轉(zhuǎn)。同樣，在下一個(gè)循環(huán)中，在時(shí)刻t61，輸出第二驅(qū)動(dòng)脈沖P11，在下一個(gè)時(shí)刻t62，輸出旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用脈沖SP2。進(jìn)而，在下一個(gè)循環(huán)中，在時(shí)刻t71輸出第二驅(qū)動(dòng)脈沖P11，在接著的時(shí)刻t72輸出旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用脈沖SP2。在本例的計(jì)時(shí)裝置1中，把第二設(shè)定次數(shù)M0設(shè)定為例如3，在從時(shí)刻t81開始的下一個(gè)循環(huán)中，第二驅(qū)動(dòng)脈沖P11的計(jì)數(shù)器m為3。這樣，在從時(shí)刻t81開始的下一個(gè)循環(huán)中，從步驟ST11移到步驟ST2，在時(shí)刻t81，輸出有效功率比提供輔助脈沖P2(時(shí)刻t43)的前面的循環(huán)提高了一級(jí)的電壓V10’的第一驅(qū)動(dòng)脈沖P1。
這樣，在本例的計(jì)時(shí)裝置1中所采用的控制裝置20中，在成為用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子13的負(fù)荷變高而輸出輔助脈沖P2的狀態(tài)之后，如果是現(xiàn)有技術(shù)，是一級(jí)一級(jí)地提高驅(qū)動(dòng)脈沖(在本例中是第一驅(qū)動(dòng)脈沖)P1的有效功率，與此相對(duì)，在本發(fā)明中，在把第一驅(qū)動(dòng)脈沖P1的有效功率僅提高一級(jí)之后，提供有效功率比該第一驅(qū)動(dòng)脈沖P1的有效功率大一級(jí)或一級(jí)以上的第二驅(qū)動(dòng)脈沖P11，來對(duì)付負(fù)荷變高的狀態(tài)。如前面說明的那樣，轉(zhuǎn)子13的負(fù)荷增加的主要原因大部分是由齒輪組的嚙合負(fù)荷因微小的制造上的偏差和裝配上的偏差而增加所引起的。而且，其后，轉(zhuǎn)子13的負(fù)荷變大的狀態(tài)持續(xù)下去的原因幾乎都是嚙合負(fù)荷因公差而增加的狀態(tài)持續(xù)下去，以及，通過提供驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的輔助脈沖，齒輪組的嚙合狀態(tài)在低轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)脈沖之后發(fā)生若干變動(dòng)而引起的。由此，大多是周期性地發(fā)生，由于通過轉(zhuǎn)子連續(xù)幾步轉(zhuǎn)動(dòng)而恢復(fù)到返回原來的轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)下，則由于負(fù)荷增加，需要較大的有效功率的脈沖的步進(jìn)角的數(shù)量較少。這樣，如本例那樣，接著輔助脈沖P2，通過提供有效功率稍大于通常所提供的有效功率的驅(qū)動(dòng)脈沖P1的第二驅(qū)動(dòng)脈沖P11，就能無旋轉(zhuǎn)差錯(cuò)地驅(qū)動(dòng)負(fù)荷增加了的步進(jìn)角。由于不是連續(xù)地提供轉(zhuǎn)矩非常大的輔助脈沖，就能在降低耗電量的同時(shí)快速地恢復(fù)齒輪組的狀態(tài)。在經(jīng)過了嚙合負(fù)荷增加的步進(jìn)角之后，能夠提供給有效功率被限制在最小限度上的驅(qū)動(dòng)脈沖P1來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子13。這樣，就能避免現(xiàn)有技術(shù)那樣的一直提供有效功率大于實(shí)際需要的能量一級(jí)或二級(jí)或更高的驅(qū)動(dòng)脈沖的情況，就能進(jìn)一步降低由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所消耗的電力。
第二實(shí)施例圖4表示本發(fā)明的第二實(shí)施例所涉及的計(jì)時(shí)裝置1的簡(jiǎn)要構(gòu)成。本例的計(jì)時(shí)裝置1具有與根據(jù)圖1進(jìn)行說明的計(jì)時(shí)裝置大致相同的構(gòu)成，對(duì)共同的部分使用相同的標(biāo)號(hào)，而在下面省略詳細(xì)的說明。在本例的計(jì)時(shí)裝置1中所采用的控制電路23包括提供驅(qū)動(dòng)脈沖P1的驅(qū)動(dòng)脈沖供給部24a、提供轉(zhuǎn)子13的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用脈沖SP2的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)脈沖供給部24b、提供輔助脈沖P2的輔助脈沖供給部24c。
本例的驅(qū)動(dòng)控制電路24的輔助脈沖供給部24c，與上述現(xiàn)有的電路相同，在由檢測(cè)電路25判定為轉(zhuǎn)子13未旋轉(zhuǎn)的情況下，提供有效功率較大的輔助脈沖P2?？刂平又o助脈沖P2而輸出的消磁脈沖PE的本例的消磁脈沖供給部24d，以比現(xiàn)有技術(shù)滯后的定時(shí)在下一個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖P1之前輸出消磁脈沖PE，由此，來提高下一個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖P1的實(shí)際有效功率，提供足夠的能量以使轉(zhuǎn)子13旋轉(zhuǎn)。這樣，不增加驅(qū)動(dòng)脈沖P1的能量，能夠在接著輔助脈沖P2的循環(huán)中提供實(shí)際上有效功率較大的驅(qū)動(dòng)脈沖，就能渡過成為旋轉(zhuǎn)不良的原因的嚙合負(fù)荷增加的步進(jìn)角。由于能夠防止連續(xù)提供輔助脈沖P2，就能使齒輪組的嚙合狀態(tài)快速地恢復(fù)到嚙合負(fù)荷較低的原來的狀態(tài)。這樣，在本例的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10的控制電路20中，如果渡過由嚙合公差和軸偏差等引起負(fù)荷增加的步進(jìn)角，就與嚙合負(fù)荷較低的狀態(tài)相配合，而能夠使用有效功率降低到大約臨界值的驅(qū)動(dòng)脈沖P1，來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10。由此，就大幅度減少了現(xiàn)有技術(shù)那樣的提供有效功率超過臨界值幾級(jí)以上的驅(qū)動(dòng)脈沖P1的概率，就能進(jìn)一步降低驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)的耗電量。
在圖5中使用流程圖來簡(jiǎn)要表示在本例的計(jì)時(shí)裝置1中所采用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方法。在該流程圖中，使用相同的標(biāo)號(hào)是表示與前面說明的控制方法相同的步驟，則在下面省略對(duì)共同部分的詳細(xì)說明。首先，在步驟ST1中，計(jì)量出1秒供走針用，當(dāng)經(jīng)過1秒時(shí)，在步驟ST2中，輸出[驅(qū)動(dòng)脈沖P1。接著，在步驟ST3中輸出旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用脈沖SP2，檢測(cè)轉(zhuǎn)子13是否旋轉(zhuǎn)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)未被檢測(cè)到時(shí)，執(zhí)行提供輔助脈沖P2的子程序。在該子程序中，在步驟ST4中輸出有效功率較大的輔助脈沖P2，接著輸出消磁脈沖PE，進(jìn)而，按通常那樣把驅(qū)動(dòng)脈沖P1的有效功率提高一級(jí)。在本例中，在消磁脈沖供給部24d中，使輸出消磁脈沖PE的定時(shí)滯后，在步驟ST21中，計(jì)量時(shí)間的經(jīng)過，在下一個(gè)循環(huán)開始之前，即，在使下一個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖P1輸出之前，在步驟ST5中輸出消磁脈沖PE。在輔助脈沖P2被輸出之后，當(dāng)輸出消磁脈沖PE時(shí)，返回主程序而移到步驟ST7。這樣，在本例的控制方法中，在輔助脈沖P2被輸出之后，把驅(qū)動(dòng)脈沖P1的有效功率提高一級(jí)，同時(shí)，能夠防止這樣的事態(tài)利用消磁脈沖PE的功率來以較大的力進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，再次輸出輔助脈沖P2而把驅(qū)動(dòng)脈沖P1的有效功率連續(xù)提高兩級(jí)或兩級(jí)以上。
另一方面，在步驟ST3中，當(dāng)檢測(cè)到轉(zhuǎn)子13的旋轉(zhuǎn)時(shí)，不執(zhí)行輸出輔助脈沖P2的子程序，在步驟ST7中，使計(jì)數(shù)器n遞增，在步驟ST8中，與第一設(shè)定次數(shù)N0進(jìn)行比較。接著，在計(jì)數(shù)器n到達(dá)設(shè)定次數(shù)N0時(shí)，在步驟ST9中進(jìn)一步把驅(qū)動(dòng)脈沖P1的有效功率降低一級(jí)，而謀求節(jié)電的效果，在步驟ST10中把計(jì)數(shù)器n進(jìn)行初始化。
在圖6中，使用時(shí)序圖來表示從本例的控制裝置給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10提供驅(qū)動(dòng)脈沖等的一個(gè)例子。圖6與前面說明的圖3相同，使用控制信號(hào)來進(jìn)行表示，該控制信號(hào)被提供給構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路30的p溝道MOS33a、n溝道MOS32a和取樣用的p溝道MOS34a的各個(gè)柵極GP1、GN1和GS1，以及提供給p溝道MOS33b、n溝道MOS32b和取樣用的p溝道MOS34b的各個(gè)柵極GP2、GN2和GS2，對(duì)于與上述共同的部分使用相同的標(biāo)號(hào)，而省略其說明。
當(dāng)在時(shí)刻t91開始最初的循環(huán)時(shí)，首先，從驅(qū)動(dòng)極側(cè)輸出電壓V10的驅(qū)動(dòng)脈沖P1，接著，在時(shí)刻t92輸出旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用脈沖SP2。在由于齒輪組的嚙合公差等引起轉(zhuǎn)子13不轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，在時(shí)刻t93從驅(qū)動(dòng)極側(cè)輸出有效功率較大的輔助脈沖P2。接著，在本例的控制方法中，在相當(dāng)于下一個(gè)循環(huán)開始的時(shí)刻t101之前的時(shí)刻t94，從極性相反側(cè)輸出消磁脈沖PE。當(dāng)消磁脈沖PE被輸出時(shí)，立刻開始下一個(gè)循環(huán)，在時(shí)刻t101，在相當(dāng)于前一個(gè)循環(huán)的極性相反側(cè)的驅(qū)動(dòng)極側(cè)輸出下一個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖P1。由此，而成為通過消磁脈沖PE和驅(qū)動(dòng)脈沖P1來構(gòu)成驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子13的脈沖的狀態(tài)，實(shí)際的有效功率增大，通過輸出輔助脈沖P2，即使在嚙合負(fù)荷增加的步進(jìn)角下，也能使轉(zhuǎn)子13旋轉(zhuǎn)。
在時(shí)刻t102，輸出旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用脈沖SP2，當(dāng)檢測(cè)到旋轉(zhuǎn)時(shí)，在下一個(gè)循環(huán)中，在時(shí)刻t111輸出比在時(shí)刻t93輸出輔助脈沖P2前提高了一級(jí)的驅(qū)動(dòng)脈沖，即，輸出電壓V10’的驅(qū)動(dòng)脈沖P1。這樣，在本例的控制裝置和控制方法中，由于嚙合負(fù)荷暫時(shí)增加，就成為若不使用輔助脈沖P2則轉(zhuǎn)子13不能旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，此時(shí)，不必接著把驅(qū)動(dòng)脈沖P1的有效功率連續(xù)地提高幾級(jí)，就能渡過嚙合負(fù)荷較高的定時(shí)而進(jìn)行精度高的走針。
如上述那樣，本例的計(jì)時(shí)裝置1，在輸出輔助脈沖P2之后，輸出有效功率較大的第二驅(qū)動(dòng)脈沖P11，或者，使輸出消磁脈沖PE的定時(shí)接近于下一個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖P1，來提供實(shí)際上有效功率較高的驅(qū)動(dòng)脈沖。由此，對(duì)于由嚙合公差等引起的僅在非常短的時(shí)間內(nèi)使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10的負(fù)荷增加，能夠不把驅(qū)動(dòng)脈沖P1的有效功率提高到所需要以上來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。這樣，當(dāng)嚙合公差等恢復(fù)到原來的狀態(tài)并且步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10的負(fù)荷減低時(shí)，輸出比預(yù)先設(shè)定的有效功率提高一級(jí)的較小的驅(qū)動(dòng)脈沖P1。在現(xiàn)有技術(shù)中，由嚙合公差和由其后輸出輔助脈沖而導(dǎo)致的軸偏差等所引起的幾乎是瞬間的負(fù)荷上升，通過驅(qū)動(dòng)脈沖P1的有效功率提高了幾級(jí)的大于所需要最小限度的驅(qū)動(dòng)脈沖，來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，與此相對(duì)，在本發(fā)明中，能夠?qū)Ω端查g的負(fù)荷上升，同時(shí)，在負(fù)荷返回正常時(shí)，能夠提供所需要的最小限度的有效功率的驅(qū)動(dòng)脈沖。這樣，就能比現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)一步降低由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所消耗的電力，而實(shí)現(xiàn)小型的長(zhǎng)壽命的計(jì)時(shí)裝置，在自發(fā)電型的計(jì)時(shí)裝置中，提供即使長(zhǎng)時(shí)間放置也能持續(xù)工作的計(jì)時(shí)裝置。本發(fā)明并不僅限于手表裝置等的計(jì)時(shí)裝置，不言而喻，在計(jì)時(shí)器等多功能表以及內(nèi)置了其他發(fā)電裝置和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的裝置中也能夠使用本發(fā)明。
在上述部分中說明的各個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖P1、輔助脈沖P2和旋轉(zhuǎn)檢測(cè)用脈沖SP2等波形是舉例表示的，不言而喻，可以配合在計(jì)時(shí)裝置中所采用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)10的特性等來進(jìn)行設(shè)定。在上述例子中，是以適合于計(jì)時(shí)裝置的兩相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例來說明本發(fā)明，但是，本發(fā)明同樣適用于三相以上的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)?？梢杂眠m合于各相的脈寬和定時(shí)來提供驅(qū)動(dòng)脈沖，來取代對(duì)各相進(jìn)行共同的控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式并不僅限于1相勵(lì)磁，不言而喻，兩相勵(lì)磁或1-2相勵(lì)磁也是可以的。
如上述那樣，本發(fā)明的控制方法和控制裝置，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過預(yù)定的有效功率的驅(qū)動(dòng)脈沖而連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，能夠一邊逐漸地減小驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率，一邊以低耗電驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。通過本發(fā)明，即使由于用于傳遞步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力的齒輪組的嚙合公差和用于其后進(jìn)行強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩大的輔助脈沖的影響，負(fù)荷瞬間增加，也不必增加連續(xù)提供的驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率，因此，能夠通過降低到大致臨界值上的有效功率的驅(qū)動(dòng)脈沖來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。這樣，通過本發(fā)明，提供一種控制裝置和控制方法，能夠以比現(xiàn)有技術(shù)更低的耗電來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，適合于以后的小型的要求長(zhǎng)壽命的計(jì)時(shí)裝置和內(nèi)置了發(fā)電裝置的不需要電池的計(jì)時(shí)裝置。
權(quán)利要求
1.一種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，能夠在具有驅(qū)動(dòng)線圈的定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)被多極磁化了的轉(zhuǎn)子，其特征在于，包括第一驅(qū)動(dòng)裝置，給上述驅(qū)動(dòng)線圈提供用于驅(qū)動(dòng)上述轉(zhuǎn)子的第一驅(qū)動(dòng)脈沖；旋轉(zhuǎn)檢測(cè)裝置，檢測(cè)上述轉(zhuǎn)子是否通過上述第一驅(qū)動(dòng)脈沖而旋轉(zhuǎn)；輔助裝置，當(dāng)不能檢測(cè)到上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)時(shí)，提供有效功率大于上述第一驅(qū)動(dòng)脈沖的輔助脈沖；電平調(diào)整裝置，當(dāng)連續(xù)經(jīng)過了第一設(shè)定次數(shù)并且上述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，分級(jí)地降低上述第一驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率；第二驅(qū)動(dòng)裝置，在上述輔助脈沖被提供之后，當(dāng)?shù)竭_(dá)第二設(shè)定次數(shù)時(shí)，提供第二驅(qū)動(dòng)脈沖，該第二驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率比由上述電平調(diào)整裝置所調(diào)整的上述第一驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率大一級(jí)或數(shù)級(jí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，上述第二驅(qū)動(dòng)裝置能夠改變上述驅(qū)動(dòng)脈沖的脈沖寬度來調(diào)整有效功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，上述第二驅(qū)動(dòng)裝置能夠改變上述驅(qū)動(dòng)脈沖的電壓來調(diào)整有效功率。
4.一種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，能夠在具有驅(qū)動(dòng)線圈的定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)被多極磁化了的轉(zhuǎn)子，其特征在于，包括驅(qū)動(dòng)裝置，給上述驅(qū)動(dòng)線圈提供用于驅(qū)動(dòng)上述轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)脈沖；旋轉(zhuǎn)檢測(cè)裝置，檢測(cè)上述轉(zhuǎn)子是否通過上述驅(qū)動(dòng)脈沖而旋轉(zhuǎn)；電平調(diào)整裝置，當(dāng)連續(xù)經(jīng)過了第一設(shè)定次數(shù)并且上述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，分級(jí)地降低上述第一驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率；輔助裝置，當(dāng)不能檢測(cè)到上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)時(shí)，提供有效功率大于上述驅(qū)動(dòng)脈沖的輔助脈沖；消磁脈沖提供裝置，接著上述輔助脈沖，在下一個(gè)上述驅(qū)動(dòng)脈沖之前提供極性與該輔助脈沖相反的消磁脈沖。
5.一種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方法，能夠在具有驅(qū)動(dòng)線圈的定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)被多極磁化了的轉(zhuǎn)子，其特征在于，包括第一驅(qū)動(dòng)步驟，給上述驅(qū)動(dòng)線圈提供用于驅(qū)動(dòng)上述轉(zhuǎn)子的第一驅(qū)動(dòng)脈沖；旋轉(zhuǎn)檢測(cè)步驟，檢測(cè)上述轉(zhuǎn)子是否通過上述第一驅(qū)動(dòng)脈沖而旋轉(zhuǎn)；輔助步驟，當(dāng)不能檢測(cè)到上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)時(shí)，提供有效功率大于上述第一驅(qū)動(dòng)脈沖的輔助脈沖；電平調(diào)整步驟，當(dāng)連續(xù)經(jīng)過了第一設(shè)定次數(shù)并且上述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，分級(jí)地降低上述第一驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率；第二驅(qū)動(dòng)步驟，在上述輔助脈沖被提供之后，當(dāng)?shù)竭_(dá)第二設(shè)定次數(shù)時(shí)，提供第二驅(qū)動(dòng)脈沖，該第二驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率比由上述電平調(diào)整裝置所調(diào)整的上述第一驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率大一級(jí)或數(shù)級(jí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征在于，上述第二驅(qū)動(dòng)步驟能夠改變上述驅(qū)動(dòng)脈沖的脈沖寬度來調(diào)整有效功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征在于，上述第二驅(qū)動(dòng)步驟能夠改變上述驅(qū)動(dòng)脈沖的電壓來調(diào)整有效功率。
8.一種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方法，能夠在具有驅(qū)動(dòng)線圈的定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)被多極磁化了的轉(zhuǎn)子，其特征在于，包括驅(qū)動(dòng)步驟，給上述驅(qū)動(dòng)線圈提供用于驅(qū)動(dòng)上述轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)脈沖；旋轉(zhuǎn)檢測(cè)步驟，檢測(cè)上述轉(zhuǎn)子是否通過上述驅(qū)動(dòng)脈沖而旋轉(zhuǎn)；電平調(diào)整步驟，當(dāng)連續(xù)經(jīng)過了第一設(shè)定次數(shù)并且上述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，分級(jí)地降低上述第一驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率；輔助步驟，當(dāng)不能檢測(cè)到上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)時(shí)，提供有效功率大于上述驅(qū)動(dòng)脈沖的輔助脈沖；消磁脈沖提供步驟，接著上述輔助脈沖，在下一個(gè)上述驅(qū)動(dòng)脈沖之前提供極性與該輔助脈沖相反的消磁脈沖。
9.一種計(jì)時(shí)裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制裝置；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，通過上述驅(qū)動(dòng)脈沖來使表的指針走針；脈沖合成裝置，輸出多個(gè)頻率的脈沖信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種控制裝置和控制方法,能夠進(jìn)一步降低走針用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所消耗的電力,實(shí)現(xiàn)小型長(zhǎng)壽命的計(jì)時(shí)裝置。當(dāng)在第一驅(qū)動(dòng)脈沖P1后未能檢測(cè)到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)時(shí),輸出輔助脈沖P2,在此后的預(yù)定次數(shù)(例如3次)的循環(huán)中,輸出有效功率比P1大幾級(jí)的第二驅(qū)動(dòng)脈沖P11。通過P11,就能驅(qū)動(dòng)由嚙合公差等引起的短時(shí)間負(fù)荷增加的步進(jìn)角,通過3次的循環(huán)結(jié)束,能夠返回有效功率較低的第一驅(qū)動(dòng)脈沖P1。能夠把第一驅(qū)動(dòng)脈沖的有效功率保持在降低到臨界值的狀態(tài)下,能夠進(jìn)一步降低耗電量。
文檔編號(hào)H02P8/36GK1190755SQ9810413
公開日1998年8月19日 申請(qǐng)日期1998年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月7日
發(fā)明者原辰男 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社