專利名稱：步進電機控制電路和模擬電子計時裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及步進電機控制電路和利用該步進電機控制電路的模擬電子計時裝置(timepiece)。
背景技術：
在現有技術方面，在模擬電子計時裝置等中，使用了步進電機，該步進電機包括具有轉子貯放孔和用于確定轉子的停止位置的定位部的定子、設置在該轉子貯放孔中的轉子、以及線圈，其中，通過向線圈提供交變信號使定子生成磁通量，而使轉子旋轉和使轉子停止在與該定位部相對應的位置處。 作為控制步進電機的方法而采用的方法是修正驅動系統(tǒng)，其中，當通過主驅動脈沖驅動步進電機時，通過檢測與在步進電機中生成的感生電壓相對應的感生信號來檢測步進電機是否旋轉，并且通過具有不同脈沖寬度的主驅動脈沖來驅動步進電機，或者根據步進電機是否旋轉的檢測結果，通過脈沖寬度比主驅動脈沖的脈沖寬度大的修正驅動脈沖來強迫旋轉步進電機(例如，參見JP-B-61-15385)。 在W0 2005/119377中，在檢測步進電機的旋轉時，除了檢測感生信號以外還設置有用于比較和確定檢測時間和基準時間的單元，并且在利用主驅動脈沖Pll旋轉了步進電機之后，如果感生信號低于預定基準閾值電壓Vcomp，則輸出修正驅動脈沖P2，并且將用于下一次的主驅動脈沖PI改變成具有比用于驅動的主驅動脈沖Pll更大的能量的主驅動脈沖P12。如果在利用主驅動脈沖P12旋轉轉子時的檢測時間早于基準時間，則將主驅動脈沖P12改變成主驅動脈沖Pll，并且根據驅動期間的負載利用主驅動脈沖Pll進行旋轉，以減少電流消耗。 然而，存在這樣的問題，S卩，在因轉子的自由振動而出現感生信號的峰值時的時間(time of the day)受齒輪系負載波動影響，并且峰值電壓的變化與經過時間成比例地增加。 因為負載的變化存在于單獨移動中，所以出現這樣的問題，S卩，難于基于感生信號的峰值出現時間而執(zhí)行穩(wěn)定的驅動脈沖控制。
發(fā)明內容
本發(fā)明的一個方面是，通過執(zhí)行對旋轉的準確檢測來執(zhí)行穩(wěn)定的驅動脈沖控制，而不受負載中的波動或變化影響。 根據本發(fā)明的該方面，提供了一種步進電機控制電路，該步進電機控制電路包括旋轉檢測單元，該旋轉檢測單元被設置成檢測由于步進電機的轉子的旋轉而生成的感生信號，并且根據所述感生信號在預定檢測區(qū)間中是否超過預定基準閾值電壓來檢測所述步進電機的旋轉狀態(tài)；和控制單元，該控制單元被設置成，根據所述旋轉檢測單元的檢測結果，用彼此具有不同能量的多個主驅動脈沖中的任一個主驅動脈沖或者用能量比各主驅動脈沖的能量大的修正驅動脈沖對所述步進電機進行驅動控制，其中所述檢測區(qū)間被分成緊接
4在用所述主驅動脈沖驅動之后的第一區(qū)間、所述第一區(qū)間之后的第二區(qū)間，以及所述第二區(qū)間之后的第三區(qū)間，在負載遞增小于正常負載的狀態(tài)(較小負載)下，所述第一區(qū)間是用于確定所述轉子在第二象限中的旋轉狀態(tài)的區(qū)間，而所述第二區(qū)間和所述第三區(qū)間是用于確定所述轉子在第三象限中的旋轉狀態(tài)的區(qū)間，并且當所述旋轉檢測單元在所述第一區(qū)間和所述第三區(qū)間中的至少一個區(qū)間中未檢測到超過所述基準閾值電壓的感生信號，但在所述第二區(qū)間中檢測到超過所述基準閾值電壓的感生信號時，所述控制單元將所述主驅動脈沖改變成具有更大能量的主驅動脈沖。 當所述旋轉檢測單元在所述第二區(qū)間中檢測到超過所述基準閾值電壓的感生信
號時，所述控制單元將所述主驅動脈沖改變成具有更大能量的主驅動脈沖。 優(yōu)選的是，當所述旋轉檢測單元在所述第二區(qū)間中檢測到超過所述基準閾值電壓
的感生信號時，并且如果在所述第三區(qū)間中檢測到超過所述基準閾值電壓的感生信號，則
所述控制單元將所述主驅動脈沖改變成具有更大能量的主驅動脈沖，而不用所述修正驅動
脈沖進行驅動。 優(yōu)選的是，當所述旋轉檢測單元在所述第三區(qū)間中未檢測到超過所述基準閾值電壓的感生信號時，所述控制單元用修正驅動脈沖進行驅動，隨后將所述主驅動脈沖改變成具有更大能量的主驅動脈沖。 優(yōu)選的是，當所述旋轉檢測單元至少在所述第一區(qū)間和所述第三區(qū)間中檢測到超
過所述基準閾值電壓的感生信號時，所述控制單元不改變所述主驅動脈沖。 優(yōu)選的是，當所述旋轉檢測單元僅在所述第三區(qū)間中檢測到超過所述基準閾值電
壓的感生信號出現一次或連續(xù)出現預定次數時，所述控制單元將所述主驅動脈沖改變成具
有更小能量的主驅動脈沖。 優(yōu)選的是，當進行驅動的主驅動脈沖具有最大能量時，所述控制單元用所述修正驅動脈沖進行驅動，隨后將所述主驅動脈沖改變成能量小了預定量的主驅動脈沖。
優(yōu)選的是，所述控制單元用所述修正驅動脈沖進行驅動，隨后將所述主驅動脈沖改變成具有最小能量的主驅動脈沖。 優(yōu)選的是，當進行驅動的主驅動脈沖具有最大能量時，所述控制單元用所述修正驅動脈沖進行驅動，隨后不改變所述主驅動脈沖。 優(yōu)選的是，即使進行驅動的主驅動脈沖的能量不同，也將從所述主驅動脈沖的驅動開始時刻起到所述旋轉檢測單元的旋轉狀態(tài)檢測開始時刻為止的時段設置成特定時段，并且所述控制單元通過改變脈沖寬度來改變所述主驅動脈沖的能量。 根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種模擬電子計時裝置，該模擬電子計時裝置具
有被設置成驅動時間指針旋轉的步進電機，和被設置成控制所述步進電機的步進電機控制
電路，其中，如上所述的步進電機控制電路被用作所述步進電機控制電路。 根據本發(fā)明的步進電機控制電路，通過基于在緊接在主驅動脈沖被阻止之后的具
有較小負載波動的初始旋轉檢測區(qū)間中生成的感生信號來執(zhí)行驅動脈沖控制，可以通過執(zhí)
行對旋轉的準確檢測來實現驅動脈沖控制的穩(wěn)定性，而不受負載中的波動或變化影響，從
而抑制過度脈沖提升(pulse up)控制的出現，并且實現電流消耗的減少。 而且，通過減少脈沖降低(pulse down)控制的變化，實現了用于防止脈沖降低至
具有導致不工作狀態(tài)的電勢的主驅動脈沖的控制，以實現旋轉操作的穩(wěn)定化，并且有利地實現設計靈活性的改進。 根據本發(fā)明的模擬電子計時裝置，抑制了過度脈沖提升控制的出現，并且實現了電流消耗的減少。 實現了防止等級降低至具有導致不旋轉狀態(tài)的電勢的主驅動脈沖，從而有利地實現了準確的計時操作。
圖1是根據本發(fā)明一實施方式的模擬電子計時裝置的框圖； 圖2是根據本發(fā)明實施方式的模擬電子計時裝置中使用的步進電機的構造 圖3是用于說明根據本發(fā)明實施方式的步進電機控制電路和模擬電子計時裝置的操作的定時圖； 圖4是用于說明根據本發(fā)明實施方式的步進電機控制電路和模擬電子計時裝置的操作的確定圖； 圖5是示出根據本發(fā)明實施方式的步進電機控制電路和模擬電子計時裝置的操作的流程圖； 圖6是示出根據本發(fā)明另一實施方式的步進電機控制電路和模擬電子計時裝置的操作的流程圖； 圖7是示出根據本發(fā)明又一實施方式的步進電機控制電路和模擬電子計時裝置的操作的流程圖； 圖8是示出根據本發(fā)明又一實施方式的步進電機控制電路和模擬電子計時裝置的操作的流程圖；以及 圖9是用于說明根據本發(fā)明相應實施方式的步進電機控制電路和模擬電子計時裝置的操作的定時圖。
具體實施例方式
圖1是根據本發(fā)明一實施方式的、示出模擬電子腕式計時裝置的示例的、使用電機控制電路的模擬電子計時裝置的框圖。 對本發(fā)明的該實施方式進行簡要描述。在阻止驅動脈沖之后因轉子的振動而生成通過步進電機的旋轉所生成的感生信號。在緊接在驅動脈沖被阻止之后的初始振動的旋轉檢測區(qū)間Tla和Tlb中生成感生信號的定時的特征在于，限于從被驅動旋轉而沒有任何保留能力(幾乎停止)的狀態(tài)到具有保留能力以驅動至某種程度的狀態(tài)的范圍，而當存在足夠的保留旋轉能力時不產生。 考慮到這種特性，通過基于在緊接在驅動脈沖被阻止之后的具有較小負載波動(例如，齒輪系負載波動)的旋轉檢測區(qū)間Tla和Tlb中生成的感生信號來執(zhí)行脈沖控制，實現了控制的穩(wěn)定性。 例如，當在旋轉檢測區(qū)間Tla中生成超過預定基準閾值電壓的感生信號時，確定保留旋轉能力減小，并且保持主驅動脈沖而不需要改變，從而不將主驅動脈沖改變成具有較小能量的主驅動脈沖。當在旋轉檢測區(qū)間Tlb中生成超過預定基準閾值電壓的感生信號時，確定保留旋轉能力進一步減小，并且由此幾乎停止，從而將主驅動脈沖改變成具有較大能量的主驅動脈沖，而不輸出修正驅動脈沖P2。
基于多個實施方式對本發(fā)明進行詳細描述。 在圖1中，模擬電子計時裝置包括被設置成生成預定頻率的信號的振蕩電路101、被設置成對振蕩電路101所生成的信號進行分頻以生成作為計時基準的時間信號的分頻電路102、被設置成對構成電子計時裝置的相應電子電路部件進行控制或者對驅動脈沖的變化進行控制的控制電路103、被設置成基于來自控制電路103的控制信號來選擇并輸出用于驅動電機旋轉的驅動脈沖的驅動脈沖選擇電路104、被設置成通過來自驅動脈沖選擇電路104的驅動脈沖驅動旋轉的步進電機105、具有用于通過步進電機105驅動旋轉以指示時間的時間指針(在圖1所示的示例中有三種類型時針107、分針108、以及秒針109)的模擬顯示單元106、被設置成在預定檢測區(qū)間中檢測來自步進電機105的表示旋轉狀態(tài)的感生信號的旋轉檢測電路110，以及被設置成對表示步進電機105旋轉的感生信號與旋轉檢測電路110檢測的時間和區(qū)間進行比較并確定檢測到感生信號的區(qū)間的檢測區(qū)間確定電路111。如后所述，將用于檢測步進電機105是否旋轉的檢測區(qū)間分成三個區(qū)間。
旋轉檢測電路110具有和JP-B-61-15385中描述的旋轉檢測電路相同的構造，并且確定在已驅動步進電機105旋轉之后因自由振動而生成的感生信號的電平，并且設置基準閾值電壓Vcomp，以使可以根據檢測到超過預定電平的感生信號的區(qū)間的組合，來執(zhí)行對旋轉或不旋轉的確定和驅動脈沖改變控制。 振蕩電路101和分頻電路102構成信號生成單元，并且模擬顯示單元106構成時間顯示單元。旋轉檢測電路110構成旋轉檢測單元，而控制電路103、驅動脈沖選擇電路104以及檢測區(qū)間驅動電路111構成控制單元。 圖2是在本發(fā)明實施方式中使用的步進電機105的構造圖，并且示出了用于通常在模擬電子計時裝置中使用的計時裝置的步進電機的示例。 在圖2中，步進電機105包括具有轉子存儲通孔203的定子201、設置在該轉子存儲通孔203中以能夠在其中旋轉的轉子202、接合至定子201的磁芯208，以及環(huán)繞磁芯208纏繞的線圈209。當在模擬電子計時裝置中使用步進電機105時，用螺釘或壓緊方式(caulking)(未示出)將定子201和磁芯208固定至基板(未示出)并且彼此接合。線圈209具有第一端子0UT1和第二端子0UT2。 轉子202磁化成兩個磁極(S極和N極)。在由磁性材料形成的定子201的外端部上設置有多個(在這個實施方式中為兩個)凹口部(外凹口 )206和207，凹口部206和207的位置彼此相對并且居中有轉子存儲通孔203。在各外凹口部206和207與轉子存儲通孔203之間設置的是可飽和部210和211。 可飽和部210和211被設置成為不因轉子202的磁通量而磁飽和，而是要在線圈209被激勵時磁飽和，以增大磁阻。轉子存儲通孔203被形成為具有多個(在這個實施方式中為兩個)半圓凹口部(內凹口 ) 204和205的圓孔形狀，半圓凹口部204和205 —體形成在具有圓形輪廓的通孔的相對部分處。 凹口部204和205構成用于定位轉子202的停止位置的定位部分。在線圈209未被激勵的狀態(tài)下，轉子202穩(wěn)定地停止在與上述定位部分相對應的位置處，換句話說，停止在轉子202的磁極軸相對于連接凹口部204和205的線段正交延伸的位置(相對于流向定
子201的磁通量的方向x成角度eo的位置)處，如圖2所示。
當驅動脈沖選擇電路104向線圈209的端子0UT1與0UT2之間提供具有矩形波形的驅動脈沖(例如，第一端子0UT1側是正極而第二端子0UT2是負極)，并且允許電流i沿圖2中箭頭所示方向流動時，在定子201中生成沿虛線箭頭方向的磁通量。因此，可飽和部210和211飽和，從而增加磁阻，接著轉子202因定子201中生成的磁極與轉子202的磁極之間的相互作用而沿圖2中箭頭所示方向旋轉180。，接著穩(wěn)定地停止在角位置ei處。
隨后，當驅動脈沖選擇電路104向線圈209的端子0UT1和0UT2提供具有矩形波形并且具有相反極性的驅動脈沖(第一端子0UT1側為負極而第二端子0UT2側為正極，以相對于上述驅動反轉極性)，并且允許電流沿與圖2中箭頭所示方向相反的方向流動時，在定子201中生成沿與虛線箭頭所示方向相反的方向的磁通量。因此，可飽和部210和211首先飽和，接著轉子202因在定子201中生成的磁極與轉子202的磁極之間的相互作用而沿和上述方向相同的方向旋轉180。，接著穩(wěn)定地停止在角位置eo處。
按這種方式，通過向線圈209提供具有不同極性的信號(交變信號)，重復地執(zhí)行該操作，以使轉子202每次沿由箭頭所示方向連續(xù)旋轉180。。在這個實施方式中，將彼此具有不同能量的多個主驅動脈沖P10到Plm和修正驅動脈沖P2用作如下所述的驅動脈沖。
圖3是示出在這個實施方式中利用主驅動脈沖Pl和修正驅動脈沖P2來驅動步進電機105的狀態(tài)的定時圖，并且示出了負載的大小和轉子202的旋轉位置。
在圖3中，標號Pl還指主驅動脈沖Pl驅動轉子202旋轉到的位置，而標號a到e指在已經停止主驅動脈沖Pl的驅動之后因自由振動而造成的轉子202的旋轉位置。
當根據轉子202的旋轉將轉子202的主磁極所位于的空間區(qū)域分成第一象限I到第四象限IV時，在負載遞增(較小負載)比正常驅動下的負載(正常負載)小的狀態(tài)下，第一區(qū)間Tla是用于確定轉子202在第二象限II中的旋轉狀態(tài)的區(qū)間，第二區(qū)間Tlb和第三區(qū)間T2是用于確定轉子202在第三象限III中的旋轉狀態(tài)的區(qū)間。
標號Vcomp是用于確定在步進電機105中生成的感生信號的電壓電平的基準閾值電壓，并且基準閾值電壓Vcomp按這樣的方式來設置，即，當轉子202在步進電機旋轉的情況下執(zhí)行特定大動作時，感生信號超過該基準閾值電壓Vcomp，而當轉子202在步進電機不旋轉的情況下不執(zhí)行該特定大動作時，感生信號不超過該基準閾值電壓Vcomp。
緊接在主驅動脈沖Pl的驅動之后的預定時間被指定為第一區(qū)間Tla，第一區(qū)間Tla之后的預定時間被指定為第二區(qū)間Tlb，而第二區(qū)間之后的預定時間被指定為第三區(qū)間T2。按這種方式，從緊接在主驅動脈沖P1的驅動之后的定時起開始的整個檢測區(qū)間被分成多個區(qū)間(在這個實施方式中，分成三個區(qū)間Tla到T2)。 在這個實施方式中，沒有提供作為不檢測感生信號的時段的掩藏(mask)區(qū)間。
盡管后面將在根據本發(fā)明實施方式的步進電機控制電路中進行詳細描述，但在圖2中，在第一區(qū)間Tla中檢測與在區(qū)域a中生成的感生電壓相對應的感生信號，在第三區(qū)間中檢測在區(qū)域c中生成的感生信號，并且在較小負載的狀態(tài)下按相反極性在第二區(qū)間Tlb和第三區(qū)間T2上檢測在區(qū)域b中生成的感生信號。 當步進電機105旋轉時，在第三區(qū)域T2中生成超過基準閾值電壓Vcomp的感生信號。 針對與負載的大小相比具有較大驅動能量的旋轉的情況，在第一區(qū)間Tla和第二區(qū)間Tlb中都未生成超過基準閾值電壓Vcomp的感生信號(圖3中的"正常負載"狀態(tài))。
8在這種情況下，確定驅動能量太大，將主驅動脈沖Pl調低(move down) —個等級至具有更 小能量的主驅動脈沖PI (脈沖降低)。 針對與負載的大小相比具有足夠驅動能量的旋轉的情況，在第一區(qū)間Tla中生成 超過基準閾值電壓Vcomp的感生信號，并且根據情況在第二區(qū)間Tib中生成所述感生信號 或不生成所述感生信號(圖3中的"較小負載"狀態(tài))。在這種情況下，確定驅動能量足夠， 并且不適于改變主驅動脈沖PI (保持)。 針對與負載的大小相比沒有保留驅動能量的旋轉的情況，在第一區(qū)間Tla中不生 成超過基準閾值電壓Vcomp的感生信號，而在第二區(qū)間Tib中生成所述感生信號(圖3中 的"較大負載"狀態(tài))。 在上述任一情況下，因為步進電機105旋轉，所以在第三區(qū)間T2中生成超過基準 閾值電壓Vcomp的感生信號。 與此相反，當步進電機105不旋轉時，在第三區(qū)間T2中不生成超過基準閾值電壓 Vcomp的感生信號，而根據情況在第一區(qū)間Tla和第二區(qū)間Tib生成或者不生成超過基準閾 值電壓Vcomp的感生信號(圖3中的"不旋轉"狀態(tài))。針對不旋轉的情況，使用修正驅動 脈沖P2進行驅動。 換句話說，如圖4的確定圖中所示，當僅在區(qū)間T2中檢測到超過基準閾值電壓 Vcomp的感生信號時，確定為在驅動能量中具有保留能力的旋轉，并將主驅動脈沖Pl調低
一等級。 當僅在區(qū)間Tla到T2的所有區(qū)間中或者僅在區(qū)間Tla和T2(至少區(qū)間Tla和T2) 中檢測到超過基準閾值電壓Vcomp的感生信號時，確定為沒有保留能力的旋轉，以將驅動 能量調低一個等級，并將主驅動脈沖Pl保持在狀態(tài)quo下而不改變。 當僅在區(qū)間Tib和T2中檢測到超過基準閾值電壓Vcomp的感生信號時，確定為具 有臨界驅動能量的旋轉，從而不執(zhí)行修正驅動脈沖P2的驅動，并將主驅動脈沖Pl調高一個 等級。 當在區(qū)間T2中未檢測到超過基準閾值電壓Vcomp的感生信號時，確定為不旋轉， 從而通過修正驅動脈沖P2驅動步進電機105，接著將主驅動脈沖Pl調高一個等級。
圖5是示出根據本發(fā)明實施方式的步進電機控制電路和模擬電子計時裝置的操 作的流程圖，并且是主要示出控制電路103的處理的流程圖。 下面，參照圖1到圖5，對根據本發(fā)明實施方式的步進電機控制電路和模擬電子計 時裝置的操作進行詳細描述。 在圖1中，振蕩電路101生成預定頻率的基準時鐘信號，并且分頻電路102對在振 蕩電路101中生成的信號進行分頻，以生成作為計時基準的時鐘信號并且將其輸出至控制 電路103。 控制電路103首先對時間信號進行計數并執(zhí)行計時操作，并將主驅動脈沖Pin的 等級n和次數N設置成O(圖5中的步驟S501)，接著輸出控制信號以通過具有最小脈沖寬 度的主驅動脈沖P10驅動步進電機105旋轉(步驟S502和S503)。 驅動脈沖選擇電路104響應于來自控制電路103的控制信號，通過主驅動脈沖PIO 驅動步進電機105旋轉。步進電機105被主驅動脈沖P10驅動旋轉，從而驅動時間指針107 到109旋轉。因此，當步進電機105正常旋轉時，任何時間都通過時間指針107到109在顯示單元106上顯示當前時間。 控制電路103確定旋轉檢測電路110是否檢測到步進電機105的超過基準閾值電 壓Vcomp的感生信號VRs，并且確定檢測區(qū)間驅動電路111確定該感生信號VRs的檢測時 間t是否處于區(qū)間Tla內，并且當確定在區(qū)間Tla中未檢測到超過基準閾值電壓Vcomp的 感生信號VR時(步驟S504)，按相同方式確定在區(qū)間Tib中是否檢測到超過基準閾值電壓 Vcomp的感生信號VRs (步驟S505)。 當在處理步驟S505中確定在區(qū)間Tib中未檢測到超過基準閾值電壓Vcomp的感 生信號VRs時，控制電路103按相同方式確定在區(qū)間T2中是否檢測到超過基準閾值電壓 Vcomp的感生信號VRs (步驟S506)。 當在處理步驟S506中確定在區(qū)間T2中未檢測到超過基準閾值電壓Vcomp的感 生信號VRs時，確定是不旋轉狀態(tài)，并且控制電路103用修正驅動脈沖P2驅動步進電機 105 (步驟S514)，并且當主驅動脈沖PI的等級n不是最大等級m時，通過調高(moving up) 一個等級將主驅動脈沖PI改變成主驅動脈沖PI (n+1)，并且將該主驅動脈沖PI (n+1)用于 下一個驅動(步驟S513和S515)。 當在處理步驟S513中驅動脈沖PI的等級n為最大等級m時，控制電路103確定 即使針對下一次用具有最大能量的主驅動脈沖Plm嘗試驅動也不能實現旋轉，由此將主驅 動脈沖PI改變成能量小了預定量的主驅動脈沖PI (n-a)以節(jié)省電力，并將該主驅動脈沖 Pl(n-a)用于下一次驅動(步驟S512)。這時，可以將主驅動脈沖PI改變成具有最小能量 的主驅動脈沖P10，以實現較大電力節(jié)省效果。 當在處理步驟S505中確定在區(qū)間Tib中檢測到超過基準閾值電壓Vcomp的感生 信號VRs時，控制電路103確定在區(qū)間T2中是否檢測到超過基準閾值電壓Vcomp的感生信 號VRs(步驟S518)。 當在處理步驟S518中確定在區(qū)間T2中未檢測到超過基準閾值電壓Vcomp的感生 信號VRs時，控制電路103使該過程轉到處理步驟S514。 當在處理步驟S518中確定在區(qū)間T2中檢測到超過基準閾值電壓Vcomp的感生信 號VR時，控制電路103在主驅動脈沖PI的等級n不是最大等級m時使該過程轉到處理步 驟S515，而當主驅動脈沖PI的等級n為最大等級m時，因為不能調高等級，所以在不改變主 驅動脈沖PI的情況下返回至處理步驟S502 (步驟S516和S517)。 當在處理步驟S504中確定在區(qū)間Tla中檢測到超過基準閾值電壓Vcomp的感生 信號VRs時，控制電路103確定在區(qū)間Tib中是否檢測到超過基準閾值電壓Vcomp的感生 信號VRs(步驟S521)。 當在處理步驟S521中確定在區(qū)間Tib中未檢測到超過基準閾值電壓Vcomp的感 生信號VRs時，控制電路102在確定在區(qū)間T2中未檢測到超過基準閾值電壓Vcomp的感生 信號VRs時使該過程轉到處理步驟S514，而當確定在區(qū)間T2中檢測到超過基準閾值電壓 Vcomp的感生信號VRs時，使該過程轉到處理步驟S517 (步驟S519)。 當在處理步驟S521中確定在區(qū)間Tib中檢測到超過基準閾值電壓Vcomp的感生 信號VRs時，控制電路在確定在區(qū)間T2中檢測到超過基準閾值電壓Vcomp的感生信號VRs 時使該過程轉到處理步驟S517，而當確定在區(qū)間T2中未檢測到超過基準閾值電壓Vcomp的 感生信號VRs時，使該過程轉到處理步驟S514 (步驟S520)。
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與此相反，當在處理步驟S506中確定在區(qū)間T2中檢測到超過基準閾值電壓Vcomp 的感生信號VRs時，因為在主驅動脈沖Pl的等級n為最低等級0時不能調低等級，所以控 制電路103在不改變主驅動脈沖Pl的情況下將主驅動脈沖Pl用于下一次驅動(步驟S507 和S511)。 在處理步驟S507，控制電路103在等級n不為0時將次數N遞增1 (步驟S508)。 當次數N達到預定數(在這個實施方式中為160)時，將主驅動脈沖P1的等級n調低一個 等級至(n-l)，并將次數N復位至0，并且該過程返回至處理步驟S502(步驟S510)。換句話 說，當從處理步驟S504到處理步驟S505以及S506到S509的處理連續(xù)執(zhí)行了預定次數時， 將主驅動脈沖調低一個等級。 當在處理步驟S509中次數N不是預定次數時，控制電路103使該過程轉到處理步 驟S511，并且不改變等級。 如上所述，根據該實施方式中的電機控制電路，在對正常負載(較小負載)增加小 負載遞增量的負載狀態(tài)下，第一區(qū)間Tla是用于確定轉子202在第二象限II中的旋轉狀態(tài) 的區(qū)間，而第二區(qū)間Tlb和第三區(qū)間T2是用于確定轉子202在第三象限III中的旋轉狀態(tài) 的區(qū)間，并且當在第一區(qū)間Tla和第三區(qū)間T2中的至少一個中未檢測到超過基準閾值電壓 Vcomp的感生信號VRs，而在第二區(qū)間Tlb中檢測到所述感生信號VRs時，將主驅動脈沖Pl 改變成具有較大能量的主驅動脈沖。 按這種方式，通過基于在緊接在主驅動脈沖Pl被阻止之后的具有較小負載波動 的初始旋轉檢測區(qū)間中生成的感生信號VRs來執(zhí)行驅動脈沖控制，可以通過執(zhí)行對旋轉的 準確檢測來實現驅動脈沖控制的穩(wěn)定性，而不會受齒輪系等的負載波動或振動的影響，從 而可抑制過度脈沖提升控制的出現，并且實現了電流消耗的減少。 而且，通過減少脈沖降低控制的變化，實現了用于防止脈沖降低至具有導致不旋
轉狀態(tài)的電勢的主驅動脈沖的控制，從而實現了旋轉操作的穩(wěn)定化，并且因為不再需要在
設計方面考慮對不旋轉的錯誤確定，所以有利地實現了設計靈活性的改進。 而且，在具有被設置成驅動時間指針旋轉的步進電機和被設置成控制步進電機的
步進電機控制電路的模擬電子計時裝置中，通過抑制過度脈沖提升控制的出現，實現了電
流消耗的減少。使得能夠防止等級降低至具有導致不旋轉狀態(tài)的電勢的主驅動脈沖，從而
有利地實現了準確計時操作。 圖6是示出本發(fā)明另一實施方式中的處理的流程圖，并且用相同標號指示和圖5 中相同的組成部分。在該實施方式中，當發(fā)生連續(xù)旋轉預定次數(N次)時執(zhí)行等級降低。 然而，在該另一實施方式中，當在處理步驟S506中在區(qū)間T2中檢測到超過基準閾值電壓 Vcomp的感生信號VRs出現一次時，并且如果此時的主驅動脈沖Pl不是最低等級0，則執(zhí)行 等級降低一個等級的操作(處理步驟S600、 S601到S603)。在該另一實施方式中，因為不 需要設置次數N，所以在處理步驟S600中未執(zhí)行次數的初始設置，并且僅在初始時將等級n 設置成最低等級0。 在該另一實施方式中，實現了和上述實施方式相同的效果。因為不需要對次數N 計數，所以與上述實施方式相比，該構造較簡單。 圖7是示出本發(fā)明又一實施方式中的處理的流程圖，并且用相同標號指示和圖5 中相同的組成部分。在圖5所示實施方式中，當主驅動脈沖具有最大能量時，將該主驅動脈
11沖改變成具有更小能量的主驅動脈沖(步驟S513、 S512)。然而，在該又一實施方式中，在 已經用修正驅動脈沖P2驅動之后，如果在處理步驟S513中驅動的主驅動脈沖Pl為最大能 量，則該過程轉到處理步驟S511，并且不改變主驅動脈沖Pl。 在這個構造中，當和在用修正驅動脈沖P2的驅動將步進電機105的負載恢復至 正常狀態(tài)的情況下一樣用主驅動脈沖再次實現旋轉驅動時，用具有最大能量的主驅動脈沖 Plm實現下一個旋轉驅動，使得用主驅動脈沖Plm實現可靠的旋轉驅動。因此，當恢復正常 狀態(tài)等時，增加能夠避免修正驅動脈沖P2的驅動的電勢，從而有利地實現了節(jié)能。
圖8是示出本發(fā)明另一個實施方式中的處理的流程圖，并且用相同標號指示和圖 6中相同的組成部分。在圖6所示的實施方式中，當主驅動脈沖Pl具有最大能量時，將主 驅動脈沖P1改變成具有更小能量的主驅動脈沖P1(步驟S513、 S512)。然而，在該另一實 施方式中，在已經用修正驅動脈沖P2驅動之后，如果在處理步驟S513中驅動的主驅動脈沖 Pl為最大能量，則該過程轉到處理步驟S511，并且不改變主驅動脈沖Pl。
在這個構造中，當按和圖7所示實施方式相同的方式用修正驅動脈沖P2的驅動將 電機負載恢復至正常狀態(tài)時，增加能夠避免修正驅動脈沖P2的驅動的電勢，從而有利地實 現了節(jié)能。 圖9是公用于各個實施方式的定時圖，并且用相同標號指示和圖3中相同的組成 部分。 在圖9中，控制電路103控制驅動脈沖選擇電路104，以使該驅動脈沖選擇電路 104選擇具有適于驅動的主驅動脈沖P1并輸出它，并將該主驅動脈沖P1設置成通過改變脈 沖寬度來改變能量。 從主驅動脈沖Pl的驅動開始時刻t0到旋轉檢測電路110的旋轉狀態(tài)檢測開始時 刻tl被設置成預定特定時段A。因此，如果主驅動脈沖P1的能量不同，則從主驅動脈沖P1 的驅動結束時的時刻到旋轉狀態(tài)檢測開始時刻tl的時段Ps也不同。檢測區(qū)間中包括的時 段Ps處于步進電機105的線圈209的兩個端部被短接以對步進電機105進行阻尼(damp) 的狀態(tài)下。 在旋轉狀態(tài)檢測開始時刻tl處，旋轉檢測電路110通過已知開關控制來檢測在旋 轉檢測電路110中的被檢測電阻(未示出)中生成的感生信號VRs，并且檢測步進電機105 的旋轉狀態(tài)。 如上所述，時段Ps因主驅動脈沖P1的等級(即，脈沖寬度)而不同。例如，如圖 9所示，當比較主驅動脈沖Pll和主驅動脈沖P14時，具有更小能量(更小脈沖寬度)的主 驅動脈沖Pll的時段Ps長于具有更大能量(更大脈沖寬度)的主驅動脈沖P14的時段Ps。 因此，與在用主驅動脈沖P14進行驅動的情況相比，在用主驅動脈沖Pll進行驅動的情況下 廢棄(dumped)狀態(tài)持續(xù)更長。 按這種方式，即使主驅動脈沖Pl的脈沖寬度不同，也按相同定時開始對旋轉狀態(tài) 的檢測。因此，廢棄時段Ps改變，并且和在上述負載波動的情況下一樣，感生信號VRs的峰 值檢測時刻t改變。然而，根據該實施方式，按上述方式實現了對旋轉的準確檢測。因此， 實現了驅動脈沖控制的穩(wěn)定性，抑制了過度脈沖提升控制的出現，并且實現了電流消耗的 減少。 即使在代替對步進電機105阻尼，而在時段Ps中執(zhí)行諸如釋放驅動線圈209的兩個端部的其它操作的構造中，也按和上述相同的方式實現了對旋轉狀態(tài)的準確檢測，從而 實現了合適的驅動脈沖控制。 盡管在上述實施方式中改變脈沖寬度，以便改變相應主驅動脈沖PI的能量，但 可以通過采用梳狀斬波(chopping)波形作為主驅動脈沖Pl并且改變斬波的數量或能率 (duty)來改變主驅動脈沖P1的能量。還可以通過保持脈沖寬度恒定而改變脈沖電壓來改 變能量。按這種方式，當保持脈沖寬度恒定而改變能量時，圖9所示的時段Ps保持恒定，并 且不必考慮波動。 本發(fā)明還可應用于用于驅動除了時間指針以外的日歷等的步進電機。 而且，盡管已經描述了電子計時裝置作為步進電機的應用例，但它也可以應用于
使用電機的各種電子儀器。 根據本發(fā)明的步進電機控制電路可以應用于使用步進電機的各種電子儀器。
根據本發(fā)明的電子計時裝置可應用于具有日歷功能的各種模擬電子計時裝置，如 具有日歷功能的模擬電子落地鐘(standing clock)，或具有日歷功能的模擬電子計時裝 置，以及各種模擬電子時鐘。
權利要求
一種步進電機控制電路，該步進電機控制電路包括旋轉檢測單元，該旋轉檢測單元被設置成檢測由于步進電機的轉子的旋轉而生成的感生信號，并且根據所述感生信號在預定檢測區(qū)間中是否超過預定基準閾值電壓來檢測所述步進電機的旋轉狀態(tài)；和控制單元，該控制單元被設置成，根據所述旋轉檢測單元的檢測結果，用彼此具有不同能量的多個主驅動脈沖中的任一個主驅動脈沖或者用能量比各主驅動脈沖的能量大的修正驅動脈沖對所述步進電機進行驅動控制，其中所述檢測區(qū)間被分成緊接在用所述主驅動脈沖進行驅動之后的第一區(qū)間、所述第一區(qū)間之后的第二區(qū)間以及所述第二區(qū)間之后的第三區(qū)間，在負載遞增小于正常負載的狀態(tài)下，所述第一區(qū)間是用于確定所述轉子在第二象限中的旋轉狀態(tài)的區(qū)間，而所述第二區(qū)間和所述第三區(qū)間是用于確定所述轉子在第三象限中的旋轉狀態(tài)的區(qū)間，并且當所述旋轉檢測單元在所述第一區(qū)間和所述第三區(qū)間中的至少一個區(qū)間中未檢測到超過所述基準閾值電壓的感生信號，但在所述第二區(qū)間中檢測到超過所述基準閾值電壓的感生信號時，所述控制單元將所述主驅動脈沖改變成具有更大能量的主驅動脈沖。
2. 根據權利要求1所述的步進電機控制電路，其中，當所述旋轉檢測單元在所述第二區(qū)間中檢測到超過所述基準閾值電壓的感生信號時，如果在所述第三區(qū)間中檢測到超過所述基準閾值電壓的感生信號，則所述控制單元將所述主驅動脈沖改變成具有更大能量的主驅動脈沖，而不用所述修正驅動脈沖進行驅動。
3. 根據權利要求1所述的步進電機控制電路，其中，當所述旋轉檢測單元在所述第三區(qū)間中未檢測到超過所述基準閾值電壓的感生信號時，所述控制單元用修正驅動脈沖進行驅動，隨后將所述主驅動脈沖改變成具有更大能量的主驅動脈沖。
4. 根據權利要求2所述的步進電機控制電路，其中，當所述旋轉檢測單元在所述第三區(qū)間中未檢測到超過所述基準閾值電壓的感生信號時，所述控制單元用修正驅動脈沖進行驅動，隨后將所述主驅動脈沖改變成具有更大能量的主驅動脈沖。
5. 根據權利要求1所述的步進電機控制電路，其中，當所述旋轉檢測單元至少在所述第一區(qū)間和所述第三區(qū)間中檢測到超過所述基準閾值電壓的感生信號時，所述控制單元不改變所述主驅動脈沖。
6. 根據權利要求2所述的步進電機控制電路，其中，當所述旋轉檢測單元至少在所述第一區(qū)間和所述第三區(qū)間中檢測到超過所述基準閾值電壓的感生信號時，所述控制單元不改變所述主驅動脈沖。
7. 根據權利要求3所述的步進電機控制電路，其中，當所述旋轉檢測單元至少在所述第一區(qū)間和所述第三區(qū)間中檢測到超過所述基準閾值電壓的感生信號時，所述控制單元不改變所述主驅動脈沖。
8. 根據權利要求4所述的步進電機控制電路，其中，當所述旋轉檢測單元至少在所述第一區(qū)間和所述第三區(qū)間中檢測到超過所述基準閾值電壓的感生信號時，所述控制單元不改變所述主驅動脈沖。
9. 根據權利要求1所述的步進電機控制電路，其中，當所述旋轉檢測單元僅在所述第三區(qū)間中檢測到超過所述基準閾值電壓的感生信號出現一次或連續(xù)出現預定次數時，所述控制單元將所述主驅動脈沖改變成具有更小能量的主驅動脈沖。
10. 根據權利要求2所述的步進電機控制電路，其中，當所述旋轉檢測單元僅在所述第三區(qū)間中檢測到超過所述基準閾值電壓的感生信號出現一次或連續(xù)出現預定次數時，所述控制單元將所述主驅動脈沖改變成具有更小能量的主驅動脈沖。
11. 根據權利要求3所述的步進電機控制電路，其中，當所述旋轉檢測單元僅在所述第三區(qū)間中檢測到超過所述基準閾值電壓的感生信號出現一次或連續(xù)出現預定次數時，所述控制單元將所述主驅動脈沖改變成具有更小能量的主驅動脈沖。
12. 根據權利要求4所述的步進電機控制電路，其中，當所述旋轉檢測單元僅在所述第三區(qū)間中檢測到超過所述基準閾值電壓的感生信號出現一次或連續(xù)出現預定次數時，所述控制單元將所述主驅動脈沖改變成具有更小能量的主驅動脈沖。
13. 根據權利要求3所述的步進電機控制電路，其中，當進行驅動的主驅動脈沖具有最大能量時，所述控制單元用所述修正驅動脈沖進行驅動，隨后將所述主驅動脈沖改變成能量小了預定量的主驅動脈沖。
14. 根據權利要求4所述的步進電機控制電路，其中，當進行驅動的主驅動脈沖具有最大能量時，所述控制單元用所述修正驅動脈沖進行驅動，隨后將所述主驅動脈沖改變成能量小了預定量的主驅動脈沖。
15. 根據權利要求13所述的步進電機控制電路，其中，所述控制單元用所述修正驅動脈沖進行驅動，隨后將所述主驅動脈沖改變成具有最小能量的主驅動脈沖。
16. 根據權利要求14所述的步進電機控制電路，其中，所述控制單元用所述修正驅動脈沖進行驅動，隨后將所述主驅動脈沖改變成具有最小能量的主驅動脈沖。
17. 根據權利要求3所述的步進電機控制電路，其中，當進行驅動的主驅動脈沖具有最大能量時，所述控制單元用所述修正驅動脈沖進行驅動，隨后不改變所述主驅動脈沖。
18. 根據權利要求4所述的步進電機控制電路，其中，當進行驅動的主驅動脈沖具有最大能量時，所述控制單元用所述修正驅動脈沖進行驅動，隨后不改變所述主驅動脈沖。
19. 根據權利要求1所述的步進電機控制電路，其中，即使進行驅動的主驅動脈沖的能量不同，也將從所述主驅動脈沖的驅動開始時刻起到所述旋轉檢測單元的旋轉狀態(tài)檢測開始時刻為止的時段設置成特定時段，并且所述控制單元通過改變脈沖寬度來改變所述主驅動脈沖的能量。
20. —種模擬電子計時裝置，該模擬電子計時裝置具有被設置成驅動時間指針旋轉的步進電機，和被設置成控制所述步進電機的步進電機控制電路，其中對于所述步進電機控制電路，使用了根據權利要求1所述的步進電機控制電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及步進電機控制電路和模擬電子計時裝置。當用主驅動脈沖驅動步進電機旋轉時，如果僅在第三區(qū)間中檢測到超過基準閾值電壓的感生信號，則執(zhí)行脈沖降低操作，而當至少在第一和第三區(qū)間中檢測到超過基準閾值電壓的感生信號時，不改變該主驅動脈沖。當僅在第二和第三區(qū)間中檢測到超過基準閾值電壓的感生信號時，執(zhí)行等級提升操作，而不用修正驅動脈沖來執(zhí)行驅動，而當至少在第三區(qū)間中未檢測到超過基準閾值電壓的感生信號時，在修正驅動脈沖的驅動之后執(zhí)行等級提升操作。
文檔編號H02P8/02GK101764559SQ200910258830
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權日2008年12月25日
發(fā)明者佐久本和實, 加藤一雄, 小笠原健治, 山本幸祐, 本村京志, 清水洋, 長谷川貴則, 間中三郎, 高倉昭 申請人:精工電子有限公司