JP4635401B2 - 電子機器および電子機器の制御方法 - Google Patents
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Description
これらの電子時計においては、発電装置で発生した電力をいったん大容量コンデンサなどに充電する機能を備えており、発電が行われないときはコンデンサから放電される電力で時刻表示が行われるようになっている。
このため、電池なしでも長時間安定した動作が可能であり、電池の交換の手間あるいは電池の廃棄上の問題などを考慮すると、今後、多くの電子時計に発電装置が内蔵されるものと期待されている。
このような発電装置を内蔵した電子時計として、特公平3−58073号公報記載のアナログ電子時計がある。
このアナログ電子時計において、指針を駆動するためのモータの回転検出を行う回転検出回路は、複数の検出抵抗素子のなかからモータの性能にあわせて検出抵抗素子を選択する構成を採っていた。
このような誤検出が生じると、確実なモータの駆動制御を行うことができなくなってしまう。
そこで、本発明の目的は、発電装置の漏れ磁束などによるノイズの影響を低減して、確実にモータの駆動制御を行うことが可能な電子機器および電子機器の制御方法を提供することにある。
本発明の第2の態様は、本発明の第1の態様において、電圧設定部は、回転検出電圧の電圧レベルを相対的に非回転側に予め定めた所定量だけシフトする電圧シフト部を備えたことを特徴としている。
本発明の第4の態様は、本発明の第1の態様において、状態検出部は、発電部の発電に伴って磁界が発生しているか否かを検出する発電磁界検出部を備えたことを特徴としている。
本発明の第5の態様は、本発明の第2の態様において、回転検出部は、回転検出インピーダンス素子を有し、電圧シフト部は、回転検出インピーダンス素子のインピーダンスを実効的に低下させるインピーダンス低下部を備えたことを特徴としている。
本発明の第6の態様は、本発明の第5の態様において、回転検出インピーダンス素子は、複数の副回転検出インピーダンス素子を備えて構成され、インピーダンス低下部は、複数の副回転検出インピーダンス素子のうち少なくとも一の副回転検出インピーダンス素子を短絡することによって、回転検出インピーダンス素子のインピーダンスを実効的に低下させることを特徴としている。
本発明の第8の態様は、本発明の第5の態様において、回転検出インピーダンス素子は抵抗素子であることを特徴としている。
本発明の第9の態様は、本発明の第1の態様において、誘起電圧をチョッパ増幅して回転検出電圧として出力するチョッパ増幅部を備え、電圧設定部は、状態検出部により検出された発電部の発電状態あるいは蓄電部の前記充電状態に基づいてチョッパ増幅部における増幅率を低下させる増幅率低下部を備えたことを特徴としている。
本発明の第10の態様は、本発明の第9の態様において、増幅率低下部は、チョッパ増幅に伴うチョッパ電流の経路中に電圧降下素子を挿入する電圧降下素子挿入部を備えたことを特徴としている。
本発明の第12の態様は、本発明の第9の態様において、チョッパ増幅部は、充電の検出時におけるチョッパデューティを充電の非検出時におけるチョッパデューティである基準チョッパデューティよりも小さくし、あるいは、大きく設定することを特徴としている。
本発明の第13の態様は、本発明の第1の態様において、電圧設定部は、状態検出部により検出された発電部の発電状態あるいは蓄電部の前記充電状態に基づいて回転基準電圧の電圧レベルを回転検出電圧に対して相対的に回転側に予め定めた所定量だけシフトする電圧シフト部を備えたことを特徴としている。
本発明の第15の態様は、本発明の第14の態様において、状態検出部は、蓄電部を流れる充電電流に基づいて充電状態を検出することを特徴としている。
本発明の第16の態様は、本発明の第第14の態様において、状態検出部は、蓄電部の充電電圧に基づいて充電状態を検出することを特徴としている。
本発明の第17の態様は、本発明の第2の態様または第13の態様において、パルス駆動制御部は、駆動パルス信号出力後、予め定めた所定時間経過後に回転検出部における回転検出に用いられる回転検出パルス信号を出力し、電圧シフト部は、状態検出部により検出された発電部の発電状態あるいは蓄電部の充電状態に基づいて所定時間中にモータを構成するコイルの端子を閉ループ状態とする、ことを特徴としている。
本発明の第19の態様は、本発明の第2の態様または第13の態様において、駆動パルス信号は、複数の副駆動パルス信号により構成され、電圧シフト部は、駆動パルス信号出力期間における最後の副駆動パルス信号の実効電力を当該駆動パルス信号出力期間における他の副駆動パルス信号の実効電力よりも大きくすることを特徴としている。
本発明の第20の態様は、本発明の第1の態様において、電子機器は、携帯用であることを特徴としている。
本発明の第21の態様は、本発明の第1の態様において、電子機器は、計時動作を行う計時部を備えたことを特徴としている。
本発明の第23の態様は、発電を行う発電装置と、発電された電気エネルギーを蓄電する蓄電装置と、蓄電装置に蓄えられた電気エネルギーにより駆動される一または複数のモータと、駆動パルス信号を出力することによりモータの駆動制御を行うパルス駆動制御装置と、を備えた電子機器の制御方法において、モータが回転したか否かをモータの回転に伴って当該モータに発生する誘起電圧に対応する回転検出電圧と回転基準電圧とを比較することにより検出する回転検出過程と、発電装置発電状態あるいは発電に伴う蓄電装置の充電状態を検出する状態検出過程と、状態検出過程において、検出された発電装置の発電状態あるいは蓄電装置の前記充電状態に基づいて回転基準電圧の電圧レベルを回転検出電圧に対して相対的に回転側に予め定めた所定量だけシフトする電圧シフト部を備えたことを特徴としている。
[1] 第1実施形態
[1.1] 全体構成
図1に、第1実施形態の電子機器である計時装置1の概略構成を示す。
計時装置1は、腕時計であって、使用者は装置本体に連結されたベルトを手首に巻き付けて使用するようになっている。
計時装置1は、大別すると、交流電力を発電する発電部Aと、発電部Aからの交流電圧を整流するとともに昇圧した電圧を蓄電し、各構成部分へ電力を給電する電源部Bと、発電部Aの発電状態を検出し、検出結果に基づいて装置全体を制御する制御部Cと、指針を駆動する運針機構Dと、制御部Cからの制御信号に基づいて運針機構Dを駆動する駆動部Eと、を備えて構成されている。
この場合において、制御部Cは、発電部Aの発電状態に応じて、運針機構Dを駆動して時刻表示を行う表示モードと、運針機構Dへの給電を停止して電力を節電する節電モードとを切り換えるようになっている。また、節電モードから表示モードへの移行は、ユーザが計時装置1を手に持ってこれを振ることによって、強制的に移行されるようになっている。以下、各構成部分について説明する。なお、制御部Cについては機能ブロックを用いて後述する。
発電装置40は、回転錘45の回転が増速用ギア46を介して発電用ロータ43に伝達され、発電用ロータ43が発電用ステータ42の内部で回転することにより、発電用ステータ42に接続された発電コイル44に誘起された電力を外部に出力する電磁誘導型の交流発電装置として機能している。
したがって、発電部Aは、使用者の生活に関連したエネルギーを利用して発電を行い、その電力を用いて計時装置1を駆動できるようになっている。
次に、電源部Bは、整流回路として作用するダイオード47と、大容量コンデンサ48と、昇降圧回路49と、を備えて構成されている。
昇降圧回路49は、複数のコンデンサ49a、49bおよび49cを用いて多段階の昇圧および降圧ができるようになっており、制御部Cからの制御信号φ11によって駆動部Eに供給する電圧を調整することができる。
上記説明では、昇降圧回路49の出力電圧をモニタ信号φ12を介してモニタすることにより発電検出を行っているが、昇降圧回路を設けない回路構成においては、低電位側電源電圧VTKNを直接モニタすることによっても発電検出を行うことが可能である。
次に運針機構Dについて説明する。運針機構Dに用いられているステッピングモータ10は、パルスモータ、ステッピングモータ、階動モータあるいはデジタルモータなどとも称され、デジタル制御装置のアクチュエータとして多用されている、パルス信号によって駆動されるモータである。近年、携帯に適した小型の電子装置あるいは情報機器用のアクチュエータとして小型、軽量化されたステッピングモータが多く採用されている。このような電子装置の代表的なものが電子時計、時間スイッチ、クロノグラフといった計時装置である。
ステッピングモータ10のロータ13の回転は、かなを介してロータ13に噛合された五番車51、四番車52、三番車53、二番車54、日の裏車55および筒車56からなる輪列50によって各針に伝達される。四番車52の軸には秒針61が接続され、二番車54には分針62が接続され、さらに、筒車56には時針63が接続されている。ロータ13の回転に連動してこれらの各針によって時刻が表示される。輪列50には、さらに、年月日などの表示を行うための伝達系など(不図示)を接続することももちろん可能である。
次に図2を参照して第1実施形態の制御系の機能構成について説明する。
図2において、符号A〜Eは、図1に示した発電部A、電源部B、制御部C、運針機構Dおよび駆動部Eにそれぞれ対応している。
計時装置1は、交流発電を行う発電部101と、発電部101の発電電圧SKに基づいて充電検出を行い充電検出結果信号SAを出力する充電検出回路102と、発電部101から出力される交流電流を整流して直流電流に変換する整流回路103と、整流回路103から出力される直流電流により蓄電する蓄電装置104と、蓄電装置104に蓄えられた電気エネルギーにより動作し、計時制御を行うべく通常モータ駆動パルス信号SIを出力するとともに、発電機交流磁界検出の検出タイミングを指示するための発電機交流磁界検出タイミング信号SBを出力する計時制御回路105と、を備えて構成されている。
さらに、計時装置1は、通常モータ駆動パルス信号SIあるいは補正駆動パルス信号SJに基づいてパルスモータ10を駆動するためのモータ駆動パルス信号SLを出力するモータ駆動回路109と、モータ駆動回路109から出力される誘起電圧信号SDに基づいて高周波磁界を検出して高周波磁界検出結果信号SEを出力する高周波磁界検出回路110と、モータ駆動回路109から出力される誘起電圧信号SDに基づいて交流磁界を検出し交流磁界検出結果信号SFを出力する交流磁界検出回路111と、モータ駆動回路109から出力される誘起電圧信号SDに基づいてモータ10が回転したか否かを検出し、回転検出結果信号SGを出力する回転検出回路112と、発電機交流磁界検出回路106から出力される発電機交流磁界検出結果信号SCに基づいて回転検出制御信号SMを出力する回転検出制御回路113と、を備えて構成されている。
また、交流磁界とは商用電源で作動する家電製品などから発生する50[Hz]あるいは60[Hz]の磁界などの他、シェーバなどのモータの回転に伴って発生する数百〜数kHzの磁界をいう。
図3にモータ駆動回路および回転検出回路周辺の回路構成例を示す。
モータ駆動回路109は、通常モータ駆動パルス信号SIに基づいてオン/オフ制御されるPチャネルの第1トランジスタQ1と、通常モータ駆動パルス信号SIに基づいてオン/オフ制御されるPチャネルの第2トランジスタQ2と、通常モータ駆動パルス信号SIに基づいてオン/オフ制御されるNチャネルの第3トランジスタQ3と、通常モータ駆動パルス信号SIに基づいてオン/オフ制御されるNチャネルの第4トランジスタQ4と、を備えて構成されている。
この場合において、通常モータ駆動パルス信号SIに基づいて第1トランジスタQ1および第4トランジスタQ4は同時にオンあるいは同時にオフされる。
また、通常モータ駆動パルス信号SIに基づいて第2トランジスタQ2および第3トランジスタQ3は同時にオンあるいは同時にオフされるとともに、第1トランジスタQ1および第4トランジスタQ4とはオン/オフ状態が逆状態となる。
さらに回転検出回路112は、パルスモータ10の図示しないモータコイルが第1の方向に回転する場合に回転検出を行う回転検出回路部112Aと、パルスモータ10の図示しないモータコイルが第1の方向とは逆の第2の方向に回転する場合に回転検出を行う回転検出回路部112Bと、を備えて構成されている。
ここで、図4を参照して誘起電圧制御部109Aおよび誘起電圧制御部109Bについて説明するが、誘起電圧制御部109Aおよび誘起電圧制御部109Bは同一構成であるので、図4には、誘起電圧制御部109Aのみを図示している。
次に図5の処理フローチャートを参照して計時装置1の動作を説明する。
まず、計時装置1のリセットタイミングあるいは前回の駆動パルス出力から1秒経過したか否かを判別する(ステップS10)。
ステップS10の判別において、1秒が経過していない場合には、駆動パルスを出力すべきタイミングではないので、待機状態となる。
ステップS10の判別において、1秒が経過した場合には、充電検出回路102において発電部101の発電に伴う充電が検出されたか否かを判別する(ステップS11)。
ステップS11の判別において充電が検出された場合には(ステップS11;Yes)、回転検出時に誘起電圧制御部109Aおよび誘起電圧制御部109Bにおいて、インピーダンスを低くするための回転検出制御を行い(ステップS30)、処理をステップS14に移行する。より具体的には、回転検出制御信号SMによりスイッチSWをオン状態とすることにより、第1抵抗R1と第2抵抗R2とを並列接続することにより、第1抵抗R1および第2抵抗R2の合成抵抗のインピーダンス(抵抗値)が第1抵抗R1のインピーダンス(抵抗値)よりも低くなるように制御した後、処理をステップS14に移行する。
ステップS11の判別において、充電が検出されなかった場合には(ステップS11;No)、高周波磁界検出用パルス信号SP0の出力中に高周波磁界が検出されたか否かを判別する(ステップS12)。
ステップS12の判別において、高周波磁界検出用パルス信号SP0の出力中に高周波磁界が検出された場合には(ステップS12;Yes)、高周波磁界検出用パルスSP0の出力を停止する(ステップS23)。
続いて、交流磁界検出用パルスSP11及び交流磁界検出用パルスSP12の出力を停止し(ステップS24)、通常駆動モータパルスK11の出力を停止し(ステップS25)、回転検出用パルスSP2の出力を停止する(ステップS26)。
次に補正駆動パルスP2+Prを出力する(ステップS27)。この場合において、実体的にパルスモータ10を駆動するのは補正駆動パルスP2であり、補正駆動パルスPrは、駆動後のロータの回転後の振動を抑制して安定状態に素早く移行させるためのものである。
そして補正駆動パルスP2+Prの印加に伴う残留磁束をうち消すため、補正駆動パルスP2+Prの極性とは逆極性の消磁パルスPEを出力する(ステップS28)。
続いて、パルス幅制御処理において、通常駆動パルスK11のデューティ比を最も消費電力が少なく、かつ、補正駆動パルスP2+Prが出力されないように設定する(ステップS29)。
そして再び処理をステップS10に移行し、同様の処理を繰り返すこととなる。
ステップS12の判別において、高周波磁界検出用パルス信号SP0の出力中には高周波磁界が検出されなかった場合には(ステップS12;No)、交流磁界検出用パルスSP11または交流磁界検出用パルスSP12の出力中に交流磁界が検出されたか否かを判別する(ステップS13)。
ステップS13の判別において、交流磁界検出用パルスSP11または交流磁界検出用パルスSP12の出力中に交流磁界が検出された場合には(ステップS13;Yes)、交流磁界検出用パルスSP11及び交流磁界検出用パルスSP12の出力を停止し(ステップS24)、通常駆動モータパルスK11の出力を停止し(ステップS25)、回転検出用パルスSP2の出力を停止する(ステップS26)。 次に補正駆動パルスP2+Prを出力する(ステップS27)。
そして補正駆動パルスP2+Prの印加に伴う残留磁束をうち消すため、補正駆動パルスP2+Prの極性とは逆極性の消磁パルスPEを出力する(ステップS28)。
続いて、通常駆動パルスK11のデューティ比を最も消費電力が少なく、かつ、補正駆動パルスP2+Prが出力されないように設定する(ステップS29)。
そして再び処理をステップS10に移行し、同様の処理を繰り返すこととなる。
ステップS13の判別において、交流磁界検出用パルスSP11または交流磁界検出用パルスSP12の出力中に交流磁界が検出されなかった場合には(ステップS13;No)、通常駆動パルスK11を出力する(ステップS14)。
そして、パルスモータの回転が検出されたか否かを判別する(ステップS15)。
ステップS15の判別において、パルスモータの回転が検出されなかった場合には、パルスモータが回転していないことは確実であるので、補正駆動パルスP2+Prを出力する(ステップS27)。
そして補正駆動パルスP2+Prの印加に伴う残留磁束をうち消すため、補正駆動パルスP2+Prの極性とは逆極性の消磁パルスPEを出力する(ステップS28)。
続いて、通常駆動パルスK11のデューティ比を最も消費電力が少なく、かつ、補正駆動パルスP2+Prが出力されないように設定する(ステップS29)。
そして再び処理をステップS11に移行し、同様の処理を繰り返すこととなる。
ステップS11の判別において、充電検出がされた場合(ステップS11;Yes)、回転検出回路を選択し(ステップS30)、通常駆動パルスK11を出力する(ステップS14)。
次にステップS15の判別において、パルスモータの回転が検出された場合には、パルスモータが回転したとみなして、回転検出用パルスSP2の出力を停止する(ステップS16)。
続いて充電検出回路102により蓄電装置104を充電可能な発電が検出されているか否かを判別する(ステップS17)。
ステップS17の判別において、充電検出回路102により蓄電装置104を充電可能な発電が検出された場合には(ステップS17;Yes)、通常モータ駆動パルスK11の実効電力を低下させるべくデューティ比を低下させるためのデューティダウンカウンタをリセット(あらかじめ定めた初期デューティダウンカウンタ値に設定)あるいは、デューティダウンカウンタのカウントダウンを停止する(ステップS19)。
次に上述した補正駆動パルスP2+Prを出力する(ステップS20)、このときの補正駆動パルスはP2+Prよりも実効電力の大きな補正駆動パルスP3+Pr'を出力してもよい。
また、この補正駆動パルスP3+Pr'の出力タイミングは、補正駆動パルスP2+Prの出力タイミングとは異なる予め定めたタイミングで出力してもよい。 ステップS15において、パルスモータが正しく回転したと判断されたにも拘わらず、ステップS17において発電検出がされた場合に補正駆動パルスを出力するのは、ステップS14の通常駆動パルス出力後に発電が行われた場合に、ステップS15における回転検出が正しく行われたか否かの判断がつかず、誤検出の可能性があるからである。
消磁パルスPE'の出力終了後には、デューティダウンカウンタのカウントを再開し(ステップS22)、通常駆動パルスK11のデューティ比を最も消費電力が少なく、かつ、補正駆動パルスP2+Pr及び補正駆動パルスP3+Pr'が出力されないように設定する。
そして再び処理をステップS10に移行し、同様の処理を繰り返すこととなる。
ステップS17の判別において、発電検出回路102により蓄電装置104を充電可能な発電が検出されなかった場合には(ステップS17;No)、パルス幅制御処理において、通常駆動パルスK11のデューティ比を最も消費電力が少なく、かつ、補正駆動パルスP2+Prが出力されないように設定する(ステップS18)。
そして再び処理をステップS10に移行し、同様の処理を繰り返すこととなる。
次に第1実施形態の具体的動作例について図6のタイミングチャートを参照して説明する。
時刻t1において、発電機交流磁界検出タイミング信号SBが"H"レベルとなると、高周波磁界検出用パルスSP0がモータ駆動回路からパルスモータ10に出力される。
そして時刻t2において、第1の極性を有する交流磁界検出用パルスSP11がモータ駆動回路からパルスモータ10に出力される。
このとき、発電部101の発電電圧が高電位側電圧VDDを上回ると、充電検出回路102から出力される充電検出結果信号SAは"H"レベル、発電機交流磁界検出結果信号SCは"H"レベルとなる。
その後、時刻t3において、第1の極性とは逆極性の第2の極性を有する交流磁界検出用パルスSP12が出力され、時刻t4において、通常モータ駆動パルスK11の出力が開始される。
この結果、誘起電圧制御部109Aおよび誘起電圧制御部109Bは、回転検出制御信号SMに基づいて回転検出用パルス信号SNの入力期間(入力タイミング)、すなわち、回転検出用パルスSP2の入力期間を含む所定期間(図6中、時刻t5〜時刻t10)においてスイッチSWを閉状態(オン状態)とする。
この結果、誘起電圧制御部109Aおよび誘起電圧制御部109Bにおいて、インピーダンスが低くなり、回転検出回路112に入力される誘起電圧レベルは非回転側にシフトされることとなり、ノイズの影響を低減することができる。
その後、時刻t6において、発電部101の発電電圧が高電位側電圧VDDを下回ると、充電検出回路102から出力される充電検出結果信号SAは"L"レベルとなる。
これに伴い、時刻t7において、発電機交流磁界検出結果信号SCは"L"レベルとなり、回転検出パルスSP2の出力も完了する。
これにより、パルスモータ10は確実に駆動されることとなる。
そして、補正駆動パルスP2+Prが出力された場合には、さらに時刻t9において、補正駆動パルスP2+Prの印加に伴う残留磁束をうち消すため、補正駆動パルスP2+Prの極性とは逆極性の消磁パルスPEの出力が開始される。
ここで、時刻t9は、次の外部磁界検出タイミング(次の高周波磁界検出パルスSP0の出力タイミング)の直前とされている。
このときに出力される消磁パルスPEのパルス幅はロータが回転しない程度の狭(短)パルスであり、さらなる消磁効果を上げるべく、複数(図6では、3パルス)の間欠パルスとしている。
これと並行して、回転検出制御信号SMも"L"レベルとなり、誘起電圧制御部109Aおよび誘起電圧制御部109BにおけるスイッチSWは開状態(オフ状態)となり、誘起電圧制御部109Aおよび誘起電圧制御部109Bのインピーダンスは、通常駆動時に相当する高インピーダンスとなる。
以上の説明のように、回転検出期間(時刻t5〜t7)においては、回転検出パルスSP2の入力に伴ってパルスモータ10に発生する誘起電圧レベルを非回転側にシフトしている。
従って、発電部101の発電に伴う発電電流、ひいては、蓄電装置104の充電を行う際の充電電流に伴って発生する電圧ノイズが誘起電圧に重畳されても、パルスモータ10の非回転状態を回転状態であると誤検出することを抑制することができる。
この結果、パルスモータ10を確実に駆動することが可能となる。
以上の説明のように本第1実施形態によれば、回転検出回路の回転検出期間において充電が検出された場合は、回転検出パルスの入力に伴ってパルスモータに発生する誘起電圧レベルを非回転側にシフトするので、パルスモータの非回転状態を回転状態であると誤検出するのを抑制することができる。
この結果、パルスモータの確実な回転を確保することが可能となり、計時装置においては、正確な時刻表示を行うことが可能となる。
[1.7.1] 第1変形例
上記第1実施形態の説明においては、誘起電圧制御部109Aおよび誘起電圧制御部109Bは、回転検出制御信号SMによりスイッチSWをオン状態とすることにより、第1抵抗R1と第2抵抗R2とを並列接続することにより、第1抵抗R1および第2抵抗R2の合成抵抗のインピーダンス(抵抗値)が第1抵抗R1のインピーダンス(抵抗値)よりも低くなるように制御していた。
これに対し、本第1変形例の誘起電圧制御部109A'は、図7に示すように、第1抵抗R1'と第2抵抗R2'とを直列接続し、回転検出制御信号SMによりスイッチSW'をオン状態とすることにより、第2抵抗R2'の端子を短絡状態とする。
これにより、回転検出回路112が回転非検出状態におけるインピーダンス(=R1'+R2')よりも、回転検出状態におけるインピーダンス(=R1)が低くなるように制御するものである。
この第1変形例の構成においても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
上記第1実施形態の説明および第1変形例のにおいては、抵抗を合成するか否かによりインピーダンスの制御を行っていたが、複数のインピーダンス素子(抵抗)からいずれか一または複数のインピーダンス素子を選択的に接続するようにすることも可能である。
[1.7.3] 第3変形例
上記第1実施形態および各変形例においては、インピーダンスそのものを制御していたが、上記各インピーダンス素子には、回転検出パルスに伴うチョッパ電流が流れるので、図8に示すように、第1変形例の第2抵抗R2'に代えて、ダイオードD1等の電圧降下素子を抵抗R1'に直列接続し、回転検出制御信号SMによりスイッチSW"をオン状態とすることにより、ダイオードD1の端子を短絡状態とする。
これにより、回転検出回路112が回転非検出状態における誘起電圧レベルよりも、回転検出状態における誘起電圧レベルがダイオードD1の電圧降下分低くなるように制御するものである。
この第3変形例の構成においても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
上記第1実施形態は、回転検出回路におけるパルスモータの回転検出期間中は、回転検出用パルスの入力に伴う誘起電圧レベルを誘起電圧検出用検出素子のインピーダンスを低下させることにより非回転検出側にシフトする実施形態であったが、本第2実施形態は、回転検出用パルスのデューティ制御を行うことにより誘起電圧レベルを非回転検出側にシフトする実施形態である。
[2.1] 第2実施形態の原理
まず、図9を参照して、本第2実施形態の原理を説明する。
図9に回転検出用パルスの入力に伴うパルスモータの検出電圧(誘起電圧)と回転検出用パルスのデューティ比[%]との関係を示す。
図9において、符号Vthは、パルスモータが回転しているか否かを判別するための回転基準電圧である。
図9に示すように、パルスモータの検出電圧(誘起電圧)は、回転検出用パルスのデューティ比50[%](=1/2)近傍にピークが存在する。
ところで、検出電圧(誘起電圧)が回転時検出電圧曲線LAおよび非発電時における非回転時検出電圧曲線LCに示すような状態であれば、回転基準電圧Vthにより回転/非回転を容易に識別することが可能である。
この結果、パルスモータは回転していないにも拘わらず、回転状態と検出され、計時装置の場合には、表示時刻の遅れが生じることとなる。
そこで、本第2実施形態においては、誤検出を低減すべく、回転検出期間中においては、デューティ比を通常駆動時よりも低くあるいは高く設定している。
より具体的には、通常駆動時のデューティ比を50[%](=1/2)に対して、回転検出期間中のデューティ比を25[%](=1/4)あるいは75[%](=3/4)等に設定することにより検出電圧を低レベル側(非回転検出側)にシフトさせ、誤検出を抑制している。
次に図10を参照して第2実施形態の制御系の機能構成について説明する。
図10において、符号A〜Eは、図1に示した発電部A、電源部B、制御部C、運針機構Dおよび駆動部Eにそれぞれ対応している。
計時装置1は、交流発電を行う発電部101と、発電部101の発電電圧SKに基づいて充電検出を行い充電検出結果信号SAを出力する充電検出回路102と、発電部101から出力される交流電流を整流して直流電流に変換する整流回路103と、整流回路103から出力される直流電流により蓄電する蓄電装置104と、蓄電装置104に蓄えられた電気エネルギーにより動作し、計時制御を行うべく通常モータ駆動パルスSIおよび回転検出に用いる回転検出用パルス信号SNを出力するとともに、発電機交流磁界検出の検出タイミングを指示するための発電機交流磁界検出タイミング信号SBを出力する計時制御回路105と、を備えて構成されている。
また、計時装置1は、発電検出結果信号SA及び発電交流磁界検出タイミング信号SBに基づいて発電機交流磁界検出を行い、発電機交流磁界検出結果信号SCを出力する発電機交流磁界検出回路106と、発電機交流磁界検出結果信号SCに基づいて通常モータ駆動パルスのデューティダウンを制御するための通常モータ駆動パルスデューティダウン信号SHを出力するデューティダウン用カウンタ107と、発電機交流磁界検出結果信号SCに基づいて補正駆動パルスSJを出力するか否かを判別し、必要に応じて補正駆動パルスSJを出力する補正駆動パルス出力回路108と、を備えて構成されている。
第2実施形態の概要動作は第1実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略するとともに、具体的動作について回転検出制御回路113Aの動作を主として説明する。
図11に第2実施形態のタイミングチャートを示す。
図11(a)は、充電検出回路102において、充電が検出されていない場合の回転検出制御信号SMおよび回転検出用パルス信号SNを示すタイミングチャートである。
図11(a)に示すように、回転検出制御信号SMが"L"レベルである、非充電検出状態においては、回転検出用パルス信号SNの周期はt1であり、デューティ比50[%](=1/2)となっている。
この結果、パルスモータ回転時には、図9に示したデューティ比50[%]における回転時検出電圧曲線LAに対応する検出電圧が得られ、パルスモータ非回転時には、図9に示したデューティ比50[%]における非回転時検出電圧曲線LCに対応する検出電圧が得られることとなる。
これに対し、 図11(c)に示すように、回転検出制御信号SMが"H"レベルである、充電検出状態においては、回転検出用パルス信号SNの周期はt1であるが、デューティ比75[%](=3/4)となっている。
この結果、パルスモータ回転時には、図9に示したデューティ比75[%]における回転時検出電圧曲線LAに対応する検出電圧が得られ、パルスモータ非回転時には、図9に示したデューティ比75[%]における非回転時検出電圧曲線LBに対応する検出電圧が得られることとなる。
これらの結果、この場合においても、容易に回転/非回転を検出することができる。
なお、以上の説明においては、デューティ比を通常駆動時よりも回転検出期間中高く設定する場合について説明したが、回転時と非回転時とで明確に識別できるものであれば、低く設定することも可能である。
以上の説明のように本第2実施形態によれば、回転検出回路の回転検出期間においては、デューティデューティ比を通常駆動時よりも低くあるいは高く設定することにより回転検出パルスの入力に伴ってパルスモータに発生する誘起電圧レベルを非回転側にシフトするので、パルスモータの非回転状態を回転状態であると誤検出するのを抑制することができる。
この結果、パルスモータの確実な回転を確保することが可能となり、計時装置においては、正確な時刻表示を行うことが可能となる。
以上の第2実施形態の説明においては、回転検出回路の回転検出期間においては、デューティデューティ比を通常駆動時よりも低くあるいは高く設定する場合について説明したが、図11(b)に示すように、回転検出回路の回転検出期間においてデューティ比を一定として回転検出パルスの周期t2を通常駆動時の回転検出パルスの周期t1よりも短くしても同様の効果を得ることができる。
換言すれば、デューティ比を一定として回転検出パルスの周波数を通常時よりも高く設定すれば、チョッパ増幅の増幅率を下げることができ、同様の効果を得ることが可能となる。
より具体的には、回転検出パルスの周波数を通常時に1[kHz]としている場合に、回転検出回路の回転検出期間において回転検出パルスの周波数を2[kHz]とすればよい。
上記第1実施形態および第2実施形態においては、回転検出回路におけるパルスモータの回転検出期間中は、回転検出用パルスの入力に伴う誘起電圧レベルを非回転検出側にシフトする実施形態であったが、本第3実施形態は、誘起電圧レベルをそのままとし、回転基準電圧(第2実施形態における回転基準電圧Vth)の電圧レベルを回転検出側にシフトすることにより同様の効果を得る場合の実施形態である。
[3.1] 制御系の機能構成
次に図12を参照して第3実施形態の制御系の機能構成について説明する。
図12において、符号A〜Eは、図1に示した発電部A、電源部B、制御部C、運針機構Dおよび駆動部Eにそれぞれ対応している。
計時装置1は、交流発電を行う発電部101と、発電部101の発電電圧SKに基づいて充電検出を行い充電検出結果信号SAを出力する充電検出回路102と、発電部101から出力される交流電流を整流して直流電流に変換する整流回路103と、整流回路103から出力される直流電流により蓄電する蓄電装置104と、蓄電装置104に蓄えられた電気エネルギーにより動作し、計時制御を行うべく通常モータ駆動パルス信号SIを出力するとともに、発電機交流磁界検出の検出タイミングを指示するための発電機交流磁界検出タイミング信号SBを出力する計時制御回路105と、を備えて構成されている。
さらに、計時装置1は、通常モータ駆動パルス信号SIあるいは補正駆動パルス信号SJに基づいてパルスモータ10を駆動するためのモータ駆動パルス信号SLを出力するモータ駆動回路109と、モータ駆動回路109から出力される誘起電圧信号SDに基づいて高周波磁界を検出して高周波磁界検出結果信号SEを出力する高周波磁界検出回路110と、モータ駆動回路109から出力される誘起電圧信号SDに基づいて交流磁界を検出し交流磁界検出結果信号SFを出力する交流磁界検出回路111と、後述の回転検出制御回路113Bから出力される回転検出制御信号SMおよびモータ駆動回路109から出力される誘起電圧信号SDに基づいてモータ10が回転したか否かを検出し、回転検出結果信号SGを出力する回転検出回路112Cと、発電機交流磁界検出回路106から出力される発電機交流磁界検出結果信号SCに基づいて回転検出制御信号SMを回転検出回路112Cに出力する回転検出制御回路113Bと、を備えて構成されている。
図13に回転検出回路112Cの回路構成ブロック図を示す。
回転検出回路112Cは、回転検出制御信号SMに基づいて計時制御回路105から出力されるサンプリング信号SSMPに対応するタイミングで所定の電圧レベルを有する回転検出用基準電圧Vth'を発生し、出力端子VOから出力する回転検出用基準電圧発生回路120と、サンプリング信号SSMPがイネーブル端子ENに入力され、サンプリング信号SSMPに対応するタイミングで誘起電圧信号SDの電圧レベルと回転検出用基準電圧Vth'の電圧レベルとを比較して回転検出結果信号SGを出力するコンパレータ121と、を備えて構成されている。
図19に回転検出用基準電圧発生回路120の詳細構成図を示す。
回転検出用基準電圧発生回路120は、高電位側電源VDDと低電位側電源VSSとの間に直列接続された抵抗R11、R12、R13と、抵抗R11と抵抗R12との間の接続点に接続され回転検出用基準電圧SGを出力する出力端子VOと、抵抗R12と抵抗R13との間の接続点にドレインが接続され、低電位側電源VSSにソースが接続され、ゲートに回転検出制御信号SMが入力された回転基準電圧切換用トランジスタTr11と、抵抗R13にドレインが接続され、低電位側電源VSSにソースが接続され、ゲートにサンプリング信号SSMPが入力され、サンプリング信号SSMPに対応するタイミングでオン状態となって回転検出用基準電圧発生回路120を動作状態とするためのスイッチトランジスタTr12と、を備えて構成されている。
低消費電力化のため、回転検出用のコンパレータ121および回転検出基準電圧発生回路120は、回転検出期間においてサンプリング信号SSMPによりサンプリング駆動される。
より詳細には、図20において、サンプリング信号SSMPは、回転検出用パルスSP2が回転検出期間に移行する“H”→“L”遷移タイミングにおいて、“H”レベルとなり、このサンプリング信号SSMPが“H”レベルとなる期間(図中、斜線部で示す。)において回転検出用基準電圧発生回路120は、動作状態となる。
そして、回転検出制御信号SMが“L”レベルの場合(非回転検出時に相当)には、回転基準電圧切換用トランジスタTr11がオフ状態となり、このときの回転検出用基準電圧Vth'は(1)式により表される。なお、(1)式および(2)式においては、抵抗R11、R12、R13の抵抗値を便宜上、それぞれR11、R12、R13とする。
Vth'=Vth1'
=VSS×R11/(R11+R12+R13)
……(1)
Vth'=Vth2'
=VSS×R11/(R11+R12) ……(2)
従って、回転検出制御信号SMが“L”レベルの場合と“H”レベルの場合の回転検出用基準電圧Vth1'、Vth2'の関係は、
Vth1'<Vth2'
となっている。
この場合において、回転検出用基準電圧発生回路120は、充電検出時に回転検出用基準電圧Vth'の電圧レベルを非充電検出時と比較して回転検出側にシフトすることとなる。
次に第3実施形態の具体的動作例について図14のタイミングチャ
ートを参照して説明する。
初期状態において、回転検出用基準電圧Vth'=a[V](高電位側電位VDD基準)となっているものとする。
時刻t1において、発電機交流磁界検出タイミング信号SBが"H"レベルとなると、高周波磁界検出用パルスSP0がモータ駆動回路109からパルスモータ10に出力される。
そして時刻t2において、第1の極性を有する交流磁界検出用パルスSP11がモータ駆動回路からパルスモータ10に出力される。
このとき、発電部101の発電電圧が高電位側電圧VDDを上回ると、充電検出回路102から出力される充電検出結果信号SAは"H"レベル、発電機交流磁界検出結果信号SCは"H"レベルとなる。
その後、時刻t3において、第1の極性とは逆極性の第2の極性を有する交流磁界検出用パルスSP12が出力され、時刻t4において、通常モータ駆動パルスK11の出力が開始される。
この結果、回転検出回路112Cの回転検出用基準電圧発生回路120は、回転検出制御信号SMに基づいて回転検出用基準電圧Vth'の電圧レベルを非充電検出時の電圧レベル=a[V]と比較して回転検出側にシフトし、回転検出用基準電圧Vth'=b[V](ただし、|a|<|b|)とする。
そして、コンパレータ121は、誘起電圧信号SDの電圧レベルと、回転検出用基準電圧Vth'の電圧レベル=b[V]と、を比較して回転検出結果信号SGを出力する
従って、回転検出回路112Aに入力される誘起電圧レベルは実効的に非回転側にシフトされた場合と等価となり、ノイズの影響を低減することができる。
その後、時刻t6において、発電部101の発電電圧が高電位側電圧VDDを下回ると、充電検出回路102から出力される充電検出結果信号SAは"L"レベルとなる。
これに伴い、時刻t7において、発電機交流磁界検出結果信号SCは"L"レベルとなり、回転検出パルスSP2の出力も完了する。
上述したように時刻t1〜時刻t2の期間において高周波磁界が検出され、時刻t2〜時刻t4の期間において交流磁界が検出され、あるいは、時刻t5〜時刻t7の期間において回転が検出されなかった場合には、通常駆動パルスK11の出力開始タイミング(=時刻t4に相当)から予め定めた所定時間が経過した時刻t8において、通常駆動パルスK11よりも実効電力の大きな実効電力を有する補正駆動パルスP2+Prが出力される。
これにより、パルスモータ10は確実に駆動されることとなる。
そして時刻t10においては、発電機交流磁界検出結果信号SC"L"レベルとなり、消磁パルスPEの出力は終了する。
これと並行して、回転検出制御信号SMも"L"レベルとなり、誘起電圧制御部109Aおよび誘起電圧制御部109BにおけるスイッチSWは開状態(オフ状態)となり、回転検出回路112Aの回転検出用基準電圧発生回路120は、回転検出制御信号SMに基づいて回転検出用基準電圧Vth'の電圧レベルを非充電検出時の電圧レベル=a[V]に再び戻すこととなる。
以上の説明のように、回転検出期間(時刻t5〜t7)においては、回転検出パルスSP2の入力に伴ってパルスモータ10に発生する誘起電圧レベルを比較するための回転検出用基準電圧Vth'を回転側にシフトしている。
従って、発電部101の発電に伴う発電電流、ひいては、蓄電装置104の充電を行う際の充電電流に伴って発生する電圧ノイズが誘起電圧に重畳されても、パルスモータ10の非回転状態を回転状態であると誤検出することを抑制することができる。
この結果、パルスモータ10を確実に駆動することが可能となる。
以上の説明のように本第3実施形態によれば、回転検出回路112Cの回転検出期間においては、回転検出パルスの入力に伴ってパルスモータに発生する誘起電圧レベルを比較するための回転検出用基準電圧を回転側にシフトするので、パルスモータの非回転状態を回転状態であると誤検出するのを抑制することができる。
この結果、パルスモータの確実な回転を確保することが可能となり、計時装置においては、正確な時刻表示を行うことが可能となる。
上記各実施形態においては、回転検出時に発生する誘起電圧と回転検出基準電圧との相対的なレベルをシフトする構成としていたが、本第4実施形態は、パルスモータを構成するロータの非回転時の自由振動を抑制して、非回転時の誘起電圧レベルを抑制することにより、回転/非回転を誘起電圧レベルに応じて容易に識別するための実施形態である。
[4.1] 制御系の機能構成
次に図15を参照して第4実施形態の制御系の機能構成について説明する。
図15において、符号A〜Eは、図1に示した発電部A、電源部B、制御部C、運針機構Dおよび駆動部Eにそれぞれ対応している。
計時装置1は、交流発電を行う発電部101と、発電部101の発電電圧SKに基づいて充電検出を行い充電検出結果信号SAを出力する充電検出回路102と、発電部101から出力される交流電流を整流して直流電流に変換する整流回路103と、整流回路103から出力される直流電流により蓄電する蓄電装置104と、蓄電装置104に蓄えられた電気エネルギーにより動作し、計時制御を行うべく通常モータ駆動パルス信号SIを出力するとともに、発電機交流磁界検出の検出タイミングを指示するための発電機交流磁界検出タイミング信号SBを出力する計時制御回路105と、を備えて構成されている。
また、計時装置1は、発電検出結果信号SA及び発電交流磁界検出タイミング信号SBに基づいて発電機交流磁界検出を行い、発電機交流磁界検出結果信号SCを出力する発電機交流磁界検出回路106と、発電機交流磁界検出結果信号SCに基づいて通常モータ駆動パルスのデューティダウンを制御するための通常モータ駆動パルスデューティダウン信号SHを出力するデューティダウン用カウンタ107と、発電機交流磁界検出結果信号SCに基づいて補正駆動パルス信号SJを出力するか否かを判別し、必要に応じて補正駆動パルス信号SJを出力する補正駆動パルス出力回路108と、を備えて構成されている。
次に第4実施形態の具体的動作例について図16のタイミングチャートを参照して説明する。
通常駆動時においては、通常モータ駆動パルス信号の波形は、櫛歯のように複数のパルスにより構成されているものとする。以下、このような波形を櫛歯波形という。
時刻t1において、発電機交流磁界検出タイミング信号SBが"H"レベルとなると、高周波磁界検出用パルスSP0がモータ駆動回路からパルスモータ10に出力される。
そして時刻t2において、第1の極性を有する交流磁界検出用パルスSP11がモータ駆動回路からパルスモータ10に出力される。
このとき、発電部101の発電電圧が高電位側電圧VDDを上回ると、充電検出回路102から出力される充電検出結果信号SAは"H"レベル、発電機交流磁界検出結果信号SCは"H"レベルとなる。
その後、時刻t3において、第1の極性とは逆極性の第2の極性を有する交流磁界検出用パルスSP12が出力される。
時刻t4において、発電機交流磁界検出タイミング信号SBが"L"レベルとなると、回転検出制御回路113Cは、回転検出制御信号SMを"H"レベルとする。
この結果、計時制御回路105は、通常モータ駆動パルス信号の波形を櫛波波形(図16中、点線で示す。)から同一のパルス出力期間を有する矩形波形(図16中、実線で示す。)に変更する。
この電流立ち下がり時間中は、パルスモータ10を構成するロータが非回転となり、コギングトルクにより安定点に戻ろうとする動きにブレーキをかけることとなり、非回転時の誘起電圧レベルを抑制することが出来るのである。
より詳細には、図17(a)に示す櫛歯波形の通常モータ駆動パルス信号に代えて、図17(b)に示す矩形波形の通常モータ駆動パルス信号とすることにより、図17(d)に示すように、通常モータ駆動パルス信号印加後の電流立下がり時間t1がt2となり、パルスモータ10を構成するロータが非回転となり、コギングトルクにより安定点に戻ろうとする動きにより大きなブレーキをかけることとなり、非回転時の誘起電圧レベルを抑制することが出来るのである。
その後、時刻t5において、回転検出回路112Dは、回転検出用パルスSP2に基づいて回転検出を行うが、電流立下がり時間に応じて回転検出回路112Dに入力される誘起電圧レベルは非回転側にシフトされることとなり、ノイズの影響を低減することができる。
これにより、パルスモータ10は確実に駆動されることとなる。
そして、補正駆動パルスP2+Prが出力された場合には、さらに時刻t8において、補正駆動パルスP2+Prの印加に伴う残留磁束をうち消すため、補正駆動パルスP2+Prの極性とは逆極性の消磁パルスPEの出力が開始される。
そして時刻t9においては、発電機交流磁界検出結果信号SC"L"レベルとなり、消磁パルスPEの出力は終了する。
これと並行して、回転検出制御信号SMも"L"レベルとなる。
以上の説明のように、充電検出期間においては、通常モータ駆動パルスK11の波形を櫛歯波形から矩形波形とするので、パルスモータ10を構成するロータが非回転となり、コギングトルクにより安定点に戻ろうとする動きにブレーキをかけることとなり、実効的な非回転時の誘起電圧レベルを非回転側にシフトしている。
従って、発電部101の発電に伴う発電電流、ひいては、蓄電装置104の充電を行う際の充電電流に伴って発生する電圧ノイズが誘起電圧に重畳されても、パルスモータ10の非回転状態を回転状態であると誤検出することを抑制することができる。
この結果、パルスモータ10を確実に駆動することが可能となる。
以上の説明のように本第4実施形態によれば、回転検出回路の回転検出期間においては、通常モータ駆動パルスK11の波形を櫛歯波形から矩形波形とするので、パルスモータ10を構成するロータが非回転となり、コギングトルクにより安定点に戻ろうとする動きに電磁ブレーキをかけることとなり、実効的な非回転時の誘起電圧レベルを非回転側にシフトするので、パルスモータの非回転状態を回転状態であると誤検出するのを抑制することができる。
この結果、パルスモータの確実な回転を確保することが可能となり、計時装置においては、正確な時刻表示を行うことが可能となる。
[4.4.1] 第1変形例
以上の説明においては、通常モータ駆動パルスK11の波形を櫛歯波形から矩形波形としていたが、図17(b)に示す矩形波形の通常モータ駆動パルス信号に代えて、図17(C)に示すように、櫛歯波形の通常モータ駆動パルスK11の最後のパルス幅を長くすることにより、図17(e)に示すように、通常モータ駆動パルス信号印加後の電流立下がり時間t1がt3(<t2)とすることができ、パルスモータ10を構成するロータが非回転となり、コギングトルクにより安定点に戻ろうとする動きに同様に大きな電磁ブレーキをかけることとなり、非回転時の誘起電圧レベルを抑制するように構成することも可能である。
以上の説明においては、通常モータ駆動パルスK11の出力直後に回転検出パルスSP2を出力する構成としていたが、通常モータ駆動パルスK11の出力後、所定期間経過した後に回転検出パルスSP2を出力する構成とし、所定期間中は、パルスモータ10を構成するコイルを閉ループ状態とすることによっても、電磁ブレーキをかけることが出来、同様の効果を得ることが出来る。
上記各実施形態においては、発電検出回路の検出ディレイについては考慮していなかったが、本第5実施形態は、発電検出回路の検出ディレイを考慮に入れ、検出ディレイに基づく検出漏れを防ぐための実施形態である。
本第5実施形態における制御系の機能構成については、図12の第4実施形態と発電検出回路に代えて発電検出回路102Eを用いた以外は同様であるので、詳細な説明は省略する。
[5.1] 発電検出回路周辺の構成
図18にこのような検出ディレイが発生する発電検出回路の周辺の回路構成例を示す。
図18においては、発電検出回路102Eと、発電検出回路102Eの周辺回路として、交流発電を行う発電部101と、発電部101から出力される交流電流を整流して直流電流に変換する整流回路103と、整流回路103から出力される直流電流により蓄電する蓄電装置104と、を図示している。
整流回路103は、発電部101の一方の出力端子AG1の電圧を基準電圧VDDと比較することにより第1トランジスタQ1のオン/オフ制御を行って能動整流を行わせるための第1コンパレータCOMP1と、発電部101の他方の出力端子AG2の電圧を基準電圧VDDと比較することにより第2トランジスタQ2を第1トランジスタQ1と交互にオン/オフすることにより能動整流を行わせるための第2コンパレータCOMP2と、発電部101の端子AG2の端子電圧V2が予め定めた閾値電圧を越えるとオン状態となる第3トランジスタQ3と、発電部101の端子AG1の端子電圧V1が予め定めた閾値電圧を越えるとオン状態となる第4トランジスタQ4と、を備えて構成されている。
まず、充電動作について説明する。
発電部101が発電を開始すると、発電電圧が両出力端子AG1、AG2に給電される。この場合、出力端子AG1端子電圧V1と出力端子AG2の端子電圧V2は、位相が反転している。
出力端子AG1の端子電圧V1が閾値電圧を越えると、第4トランジスタQ4がオン状態となる。この後、端子電圧V1が上昇し、電源VDDの電圧を越えると、第1コンパレータCOMP1の出力は"L"レベルとなり、第1トランジスタQ1がオンすることとなる。
したがって、第1トランジスタQ1がオン状態となる期間において、「端子AG1→第1トランジスタQ1→電源VDD→蓄電装置104→電源VTKN→第4トランジスタQ4」の経路で発電電流が流れ、蓄電装置104に電荷が充電される。
この後、端子電圧V1が下降すると、出力端子AG1の端子電圧V1は電源VDDの電圧未満となり、第1コンパレータCOMP1の出力が"H"レベルとなって、第1トランジスタQ1はオフ状態となり、出力端子AG1の端子電圧V1は第4トランジスタQ4の閾値電圧を下まわることとなり、トランジスタQ4もオフ状態となる。
一方、出力端子AG2の端子電圧V2が閾値電圧を越えると、第3トランジスタQ3がオン状態となる。この後、端子電圧V2がさらに上昇し、電源VDDの電圧を越えると、第2コンパレータCOMP2の出力は"L"レベルとなり、第2トランジスタQ2がオンすることとなる。
上述したように、発電電流が流れる際には、第1コンパレータCOMP1あるいは第2コンパレータCOMP2の出力はいずれかが"L"レベルとなっている。
そこで、発電検出回路102EのNAND回路201は、第1コンパレータCOMP1及び第2コンパレータCOMP2の出力の論理積の否定をとることにより、発電電流が流れている状態で"H"レベルの信号を平滑化回路202に出力することとなる。
この場合において、NAND回路201の出力はスイッチングノイズを含むこととなるので、平滑回路202は、NAND回路201の出力をR−C積分回路を用いて平滑化して発電検出結果信号SAとして出力するのである。
ところで、このような発電検出回路102Eは、構造上、検出信号は検出ディレイを含んでいるため、これを考慮しなければ、検出漏れに伴ってモータが正常に回転しないこととなる。
そこで、本第5実施形態においては、検出ディレイを考慮して、モータを正常に回転させているのである。
以上の説明のように本第5実施形態によれば、発電検出回路102Eに検出ディレイが存在する場合であっても、必ず補正駆動パルスが出力される条件が満たされた場合、すなわち、高周波磁界検出パルスSP0の出力中、交流磁界検出パルスSP11、SP12の出力中、通常駆動パルスK11の出力中あるいは回転検出パルスSP2の出力中に発電検出回路102Eにより蓄電装置104を充電可能な発電が検出された場合には、出力中のパルスを中断し、当該パルスの出力以降に出力する予定のパルスの出力を停止することとなるので、補正駆動パルスによりモータコイルの確実な回転が保証されるとともに、モータコイルの確実な回転が保証されていれば出力される必要のない各種パルスSP0、SP11、SP12、K11、SP2を出力する必要がなくなりそれらのパルスを出力するための電力を低減することが可能となる。
また、発電検出回路102Eは、二次電池の充電経路とは別個の経路を介して充電の有無を検出しているため、発電検出処理と実際の充電処理とを並行して行うことが出き、発電検出処理に伴う充電効率を低下させることがない。
以上の説明においては、充電検出を行って充電が検出されている場合に回転検出に用いる誘起電圧あるいは回転基準電圧の電圧レベルをモータの非回転状態において、回転状態であると誤検出するのを防止できる側にシフトするものであったが、充電検出に代えてあるいはこれに加えて発電磁界検出時に同様の制御を行うように構成することも可能である。
[6.2] 第2変形例
以上の各実施形態においては、一つのモータを制御する場合の説明であったが、複数のモータが同一の環境に設置されているとみなせるような場合、例えば、腕時計内に複数のモータを内蔵しているような場合には、一つの発電検出回路(発電機交流磁界検出回路)により複数のモータを同時に制御するように構成することも可能である。
上記実施形態においては、発電磁界が検出された場合に通常駆動パルスに代えて補正駆動パルスを出力する構成としていたが、通常駆動パルスの出力を禁止せず、補正駆動パルスの出力に先立って通常駆動パルスを出力する構成とすることも可能である。
この場合においては、補正駆動パルスおよび通常駆動パルスによってモータが駆動されすぎず、正規の位置まで駆動されるように両駆動パルスの極性を考慮する必要がある。すなわち、通常駆動パルスによりモータが回転した後に発電検出がされ、補正駆動パルスが出力された場合であっても、補正駆動パルスの極性を通常駆動パルスの極性と同極性としておけば、モータコイルに流れる電流方向は等しいため、補正駆動パルスの極性は次のモータの回転方向に対応する電流方向に対して逆方向となり、通常駆動パルスによるモータの回転に加えてさらに補正駆動パルスによるモータの回転が生じないからである。
本発明の発電部としては、充電検出に代えて発電磁界検出を行う場合を除き、どのような形式のものであっても適用が可能である。
例えば、電磁発電機では、リュウズ(竜頭)で発電ロータを回転させる電磁発電機、ゼンマイに蓄えられた運動エネルギーにより発電ロータを回転させる電磁発電機なども本発明の発電部に相当する。
また、外部の交播磁界あるいは電磁波を誘導コイルで電気エネルギーに変換して充電するシステムも本発明の発電部に相当する。
[6.5] 第5変形例
上記実施形態においては、腕時計型の計時装置を例として説明したが、発電時に磁界が発生し、かつ、モータを備える時計であるならば、例えば、懐中時計、カード型携帯時計などのいかなる時計においても本発明の適用が可能である。
上記実施形態においては、腕時計型の計時装置を例として説明したが、発電時に磁界が発生し、かつ、モータを備える電子機器であれば、本発明の適用が可能である。
例えば、音楽プレーヤ、音楽レコーダ、画像プレーヤおよび画像レコーダ(CD用、MD用、DVD用、磁気テープ用等)あるいはそれらの携帯用機器並びにコンピュータ用周辺機器(フロッピーディスクドライブ、ハードディスクドライブ、MOドライブ、DVDドライブ、プリンタ等)あるいはそれらの携帯用機器等の電子機器であってもかまわない。
本発明の実施形態によれば、発電部の発電状態あるいは蓄電部の充電状態に基づいて回転検出電圧の電圧レベルを相対的に非回転側に予め定めた所定量だけシフトするので、モータの非回転状態を回転状態であると誤検出するのを抑制することができ、モータの確実な回転を確保することが可能となり、特に計時装置においては、正確な時刻表示を行うことが可能となる。
Claims (21)
- 発電を行う発電部と、
前記発電された電気エネルギーを蓄電する蓄電部と、
前記蓄電部に蓄えられた電気エネルギーにより駆動される一または複数のモータと、
駆動パルス信号を出力することにより前記モータの駆動制御を行うパルス駆動制御部と、
前記モータが回転したか否かを前記モータの回転に伴って当該モータに発生する誘起電圧に対応する回転検出電圧と回転基準電圧とを比較することにより検出する回転検出部と、
前記発電部の発電に伴って磁界が発生しているか否か、又は、前記蓄電部において充電がされているか否かを検出する状態検出部と、
前記状態検出部により、前記発電部の発電に伴って磁界が発生していることが検出されたとき、又は、前記蓄電部において前記充電がされていることが検出されたときに、前記モータの非回転時における前記回転検出電圧と前記回転基準電圧との差が大きくなるように前記回転検出電圧あるいは前記回転基準電圧を設定する電圧設定部と、
を備えたことを特徴とする電子機器。 - 請求項1記載の電子機器において、
前記電圧設定部は、前記回転検出電圧の電圧レベルを相対的に非回転側に予め定めた所定量だけシフトする電圧シフト部を備えたことを特徴とする電子機器。 - 請求項2記載の電子機器において、
前記回転検出部は、回転検出インピーダンス素子を有し、
前記電圧シフト部は、前記回転検出インピーダンス素子のインピーダンスを実効的に低下させるインピーダンス低下部を備えたことを特徴とする電子機器。 - 請求項3記載の電子機器において、
前記回転検出インピーダンス素子は、複数の副回転検出インピーダンス素子を備えて構成され、
前記インピーダンス低下部は、前記複数の副回転検出インピーダンス素子のうち少なくとも一の前記副回転検出インピーダンス素子を短絡することによって、前記回転検出インピーダンス素子のインピーダンスを実効的に低下させることを特徴とする電子機器。 - 請求項3記載の電子機器において、
前記回転検出インピーダンス素子は、複数の副回転検出インピーダンス素子を備えて構成され、
前記インピーダンス低下部は、前記複数の副回転検出インピーダンス素子を切り替えることにより前記回転検出インピーダンス素子のインピーダンスを実効的に低下させることを特徴とする電子機器。 - 請求項3記載の電子機器において、
前記回転検出インピーダンス素子は抵抗素子であることを特徴とする電子機器。 - 請求項1記載の電子機器において、
前記誘起電圧をチョッパ増幅して前記回転検出電圧として出力するチョッパ増幅部を備え、
前記電圧設定部は、前記状態検出部により検出された前記発電部の発電状態あるいは前記蓄電部の充電状態に基づいて前記チョッパ増幅部における増幅率を低下させる増幅率低下部を備えたことを特徴とする電子機器。 - 請求項7記載の電子機器において、
前記増幅率低下部は、前記チョッパ増幅に伴うチョッパ電流の経路中に電圧降下素子を挿入する電圧降下素子挿入部を備えたことを特徴とする電子機器。 - 請求項7記載の電子機器において、
前記チョッパ増幅部は、チョッパ増幅制御信号に対応する周波数でチョッパ増幅を行うものであり、
前記増幅率低下部は、所定の発電状態あるいは前記発電に伴う所定の充電状態の検出時における前記チョッパ増幅制御信号の周波数を前記所定の発電状態あるいは前記所定の充電状態の非検出時における前記チョッパ増幅制御信号よりも予め定めた所定量だけ高く設定することを特徴とする電子機器。 - 請求項7記載の電子機器において、
前記チョッパ増幅部は、前記充電の検出時におけるチョッパデューティを前記充電の非検出時における前記チョッパデューティである基準チョッパデューティよりも小さくし、あるいは、大きく設定することを特徴とする電子機器。 - 請求項1記載の電子機器において、
前記電圧設定部は、前記状態検出部により検出された前記発電部の発電状態あるいは前記蓄電部の充電状態に基づいて前記回転基準電圧の電圧レベルを前記回転検出電圧に対して相対的に回転側に予め定めた所定量だけシフトする電圧シフト部を備えたことを特徴とする電子機器。 - 請求項11記載の電子機器において、
前記電圧シフト部は、前記状態検出部により検出された前記発電部の発電状態あるいは前記蓄電部の充電状態に基づいて複数の原回転基準電圧のうちからいずれか一の前記原回転基準電圧を前記回転基準電圧とする基準電圧選択部を備えたことを特徴とする電子機器。 - 請求項12記載の電子機器において、
前記状態検出部は、前記蓄電部を流れる充電電流に基づいて前記充電状態を検出することを特徴とする電子機器。 - 請求項12記載の電子機器において、
前記状態検出部は、前記蓄電部の充電電圧に基づいて前記充電状態を検出することを特徴とする電子機器。 - 請求項2または11記載の電子機器において、
前記パルス駆動制御部は、前記駆動パルス信号出力後、予め定めた所定時間経過後に前記回転検出部における回転検出に用いられる回転検出パルス信号を出力し、
前記電圧シフト部は、前記状態検出部により検出された前記発電部の発電状態あるいは前記蓄電部の充電状態に基づいて前記所定時間中に前記モータを構成するコイルの端子を閉ループ状態とする、
ことを特徴とする電子機器。 - 請求項15記載の電子機器において、
前記電圧シフト部は、前記状態検出部により検出された前記発電部の発電状態あるいは前記蓄電部の充電状態に基づいて所定の発電状態あるいは所定の充電状態の検出時における前記駆動パルス信号の周波数を前記所定の発電状態あるいは前記所定の充電状態の非検出時における周波数よりも低く設定する、
ことを特徴とする電子機器。 - 請求項2または11記載の電子機器において、
前記駆動パルス信号は、複数の副駆動パルス信号により構成され、
前記電圧シフト部は、前記駆動パルス信号出力期間における最後の前記副駆動パルス信号の実効電力を当該駆動パルス信号出力期間における他の前記副駆動パルス信号の実効電力よりも大きくすることを特徴とする電子機器。 - 請求項1記載の電子機器において、
前記電子機器は、携帯用であることを特徴とする電子機器。 - 請求項1記載の電子機器において、
前記電子機器は、計時動作を行う計時部を備えたことを特徴とする電子機器。 - 発電を行う発電装置と、前記発電された電気エネルギーを蓄電する蓄電装置と、前記蓄電装置に蓄えられた電気エネルギーにより駆動される一または複数のモータと、駆動パルス信号を出力することにより前記モータの駆動制御を行うパルス駆動制御装置と、を備えた電子機器の制御方法において、
前記モータが回転したか否かを前記モータの回転に伴って当該モータに発生する誘起電圧に対応する回転検出電圧と回転基準電圧とを比較することにより検出する回転検出過程と、
前記発電装置の発電に伴って磁界が発生しているか否か、又は、前記蓄電装置において充電がされているか否かを検出する状態検出過程と、
前記状態検出過程において、前記発電装置の発電に伴って磁界が発生していることが検出されたとき、又は、前記蓄電装置において前記充電がされていることが検出されたときに、前記回転検出電圧の電圧レベルを前記回転基準電圧に対して相対的に非回転側に予め定めた所定量だけシフトする電圧シフト過程と、
を備えたことを特徴とする電子機器の制御方法。 - 発電を行う発電装置と、前記発電された電気エネルギーを蓄電する蓄電装置と、前記蓄電装置に蓄えられた電気エネルギーにより駆動される一または複数のモータと、駆動パルス信号を出力することにより前記モータの駆動制御を行うパルス駆動制御装置と、を備えた電子機器の制御方法において、
前記モータが回転したか否かを前記モータの回転に伴って当該モータに発生する誘起電圧に対応する回転検出電圧と回転基準電圧とを比較することにより検出する回転検出過程と、
前記発電装置の発電に伴って磁界が発生しているか否か、又は、前記蓄電装置において充電がされているか否かを検出する状態検出過程と、
前記状態検出過程において、前記発電装置の発電に伴って磁界が発生していることが検出されたとき、又は、前記蓄電装置において前記充電がされていることが検出されたときに、前記回転基準電圧の電圧レベルを前記回転検出電圧に対して相対的に回転側に予め定めた所定量だけシフトする電圧シフト過程を備えたことを特徴とする電子機器の制御方法。
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