JP7205338B2 - 電子時計、ムーブメントおよびモーター制御回路 - Google Patents
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Description
以下、本発明の第1実施形態の電子時計1を図面に基づいて説明する。
電子時計1は、図1に示すように、ワールドタイム機能を有するアナログ電子時計である。電子時計1は、センター針である時針2および分針3と、6時側に配置された小秒針4と、時針2および分針3と同軸に設けられてタイムゾーンを指示する都市針5と、りゅうず9と、ボタン11、12と、図示略のムーブメントを収容するケース8とを備える。
小秒針4は、平面視で文字板13の中央部よりも6時側で他の指針とは独立した指針軸に取り付けられている。
電子時計1のムーブメントは、図2に示すように、信号源である水晶振動子14と、電源である電池15と、ボタン11、12の操作に連動してオン、オフされるプッシュスイッチS1、S2と、りゅうず9の引き出しに連動してオン、オフされるスライドスイッチS3、S4と、第1モーター41、第2モーター42、第3モーター43と、時計用のIC20とを備える。
図3に示すように、第3モーター43は、ステーター131と、コイル130と、ローター133とを備える。コイル130の両端は、後述するドライバー51の出力端子O5、O6に導通され、ローター133は、径方向に2極に着磁された磁石である。したがって、第3モーター43は、電子時計用に用いられる2極単相ステッピングモーターであり、後述するように、ドライバー51に入力される駆動信号によって駆動される。
第1モーター41、第2モーター42は、第3モーター43と同様の2極単相ステッピングモーターであるため、説明を省略する。
なお、本実施形態では、電池15のプラス電極を、高電位側の電源端子VDDに接続し、マイナス電極を低電位側の電源端子VSSに接続し、低電位側の電源端子VSSをグランド(基準電位)に設定している。
電池15は、一次電池または二次電池で構成される。二次電池の場合は、図示略のソーラーセルなどによって充電される。
スイッチS1は、電子時計1の略2時位置にあるボタン11に連動して入力されるプッシュスイッチであり、ボタン11が押されている状態ではオン状態となり、ボタン11が押されていない状態ではオフ状態となる。
スイッチS2は、電子時計1の略4時位置にあるボタン12に連動して入力されるプッシュスイッチであり、ボタン12が押されている状態ではオン状態となり、ボタン12が押されていない状態ではオフ状態となる。
スイッチS3、S4は、りゅうず9の引き出しに連動したスライドスイッチである。本実施形態では、りゅうず9が1段目に引き出された状態でスイッチS3がオン状態、スイッチS4がオフ状態となり、2段目に引き出された状態でスイッチS4がオン状態、スイッチS3がオフ状態となり、0段目ではスイッチS3、S4が共にオフ状態となる。
IC20は、図4に示すように、発振回路21と、分周回路22と、電子時計1の制御用のCPU23と、ROM24と、入力回路26と、バス27とを備える。なお、CPUは、Central Processing Unitの略語であり、ROMはRead Only Memoryの略語である。
さらに、IC20は、第1モーター41を駆動する第1モーター制御回路31と、第2モーター42を駆動する第2モーター制御回路32と、第3モーター43を駆動する第3モーター制御回路33とを備える。
分周回路22は、発振回路21の出力を分周してCPU23にタイミング信号(クロック信号)を供給する。
ROM24は、CPU23で実行される各種プログラムを収納している。本実施形態では、ROM24は、基本時計機能などを実現するためのプログラムを収納している。
CPU23は、ROM24に収納されたプログラムを実行し、各機能を実現する。
第1モーター制御回路31から第3モーター制御回路33は、バス27を通してCPU23から入力される命令により、第1モーター41から第3モーター43の駆動を制御する。
第1モーター制御回路31は、1秒毎に小秒針4用の第1モーター41を駆動するため、腕時計等で採用されている低消費電力化が可能なモーター制御回路とされている。すなわち、第1モーター制御回路31は、パルス幅が小さい主駆動パルスを出力後、第1モーター41のコイル130の誘起電圧を測定してローター133が回転したか否かを検出し、非回転の場合には、主駆動パルスに比べて大きなパルス幅で固定された補正駆動パルスを出力してローター133を確実に回転させるように制御する。なお、第1モーター制御回路31は、固定パルスで第1モーター41を駆動してもよい。
極性切替部70は、第3モーター43の1ステップ分の駆動が終了したことを判定してコイル130に流す駆動電流の極性を切り替える制御を行う回路であり、第1タイマー71と、AND回路72と、OR回路73と、SRラッチ回路74と、フリップフロップ75と、第1デコーダー76と、微分回路77を備える。
第1タイマー71は、第3モーター43のコイル130に流す電流の極性を切り替えるための所定条件となる判定時間t1を計測するタイマーである。第1タイマー71の出力TM1は、第1タイマー71のリセット端子RがLレベルになってリセット状態が解除されてから、判定時間t1の経過前にリセット端子RがHレベルになった場合はLレベルを維持し、リセット端子RがLレベルのままで判定時間t1が経過した場合はその時点でHレベルになる。
OR回路73は、ドライバー及び検出回路50から出力された検出信号DT1が反転された信号と、駆動制御回路82から出力された駆動制御信号DONが反転された信号とが入力される。
フリップフロップ75は、クロック端子CにAND回路72の出力が入力される。フリップフロップ75は、出力端子Qから駆動信号の極性を切り替える駆動極性信号PLを出力する。
微分回路77は、駆動極性信号PLの立ち上がり、および、立下り毎に微分信号PCLKを出力する。
ダウンカウンター81は、CPU23からバス27を介して入力される設定信号により駆動ステップ数の初期値が設定される。第3モーター43は、時針2および分針3を連動して駆動し、本実施形態では、分針3は360ステップで1周し、時針2は360×12=4320ステップで1周するように設定されている。
このため、後述するようにボタン11を押して都市針5を1時間分進めた場合のように、時針2および分針3を1時間分早送りする場合には、CPU23はダウンカウンター81に設定信号を出力し、360ステップを設定する。
また、ダウンカウンター81は、微分回路77から出力される微分信号PCLKが入力されるとダウンカウント、つまりカウント値を「1」減算して、第3モーター43の駆動終了までの残りのステップ数をカウントする。すなわち、ダウンカウンター81は、駆動ステップ残数nをカウントする。
AND回路83は、選択信号SELが反転された信号と、微分信号PCLKとが入力され、選択信号SELがLレベルの際に、微分信号PCLKが入力されるとラッチ回路85のクロック端子CにHレベル信号を出力する。
ラッチ回路85は、微分信号PCLKの立ち上がりで第2タイマー84がカウントする駆動時間t2を時間t2Aとしてラッチする。
第2デコーダー86は、ラッチ回路85でラッチした時間t2Aの値に応じて最終パルスの何発前から減速を開始するかを示す数値mつまり残数判定値mを出力する。したがって、第2デコーダー86は残数判定値設定部である。
比較器87は、微分信号PCLKが出力したタイミングで、残数判定値mと駆動ステップ残数nとを比較し、nがm以下であれば選択信号SELとしてHレベル信号を出力し、nがmよりも大きい場合は選択信号SELとしてLレベル信号を出力する。
駆動周期調整部90は、第3モーター43の駆動周期を調整する回路であり、第3タイマー91と、第4タイマー92と、選択回路93とを備える。
第3タイマー91は、極性切替の後、次のステップの駆動信号を出力するまでの一つの期間t3をカウントする。このため、第3タイマー91は、微分信号PCLKが入力されるとリセットされ、時間t3の経過後にHレベル信号を出力する。
第4タイマー92は、極性切替の後、次のステップの駆動信号を出力するまでの一つの期間t4をカウントする。期間t4は、期間t3よりも長い期間である。第4タイマー92は、微分信号PCLKが入力されるとリセットされ、時間t4の経過後にHレベル信号を出力する。
選択回路93は、比較器87から出力される選択信号SELに応じて、第3タイマー91および第4タイマー92の出力を選択し、非駆動期間信号THZを第1デコーダー76に出力する。
非駆動期間信号THZは、図9に示すように、期間t3が選択されている場合は、微分信号PCLKの立ち上がりでHレベルに変化し、期間t3経過時にLレベルに変化する。すなわち、極性の切替時に期間t3だけHレベルとなる。同様に、期間t4が選択されている場合、非駆動期間信号THZは、極性の切替時に期間t4だけHレベルとなる。
そして、第1デコーダー76は、非駆動期間信号THZで設定された期間の経過後に、コイル130に極性が切り替えられた駆動電流が供給されるようにドライバー51を制御する。したがって、本実施形態では、期間t3が第1所定時間であり、期間t4が第2所定時間であり、これらの期間、駆動電流を供給せずにハイインピーダンス状態に維持することで、コイル130に駆動電流を供給しない期間、つまりローター133を非駆動状態とする非駆動期間を変更できる。非駆動期間である期間t3および期間t4を比較すると、期間t4のほうが期間t3よりも長くされている。このため、期間t4が選択された場合は、期間t3が選択された場合に比べて、駆動電流が供給されるタイミングが遅くなり、その分、ローター133は減速される。
ドライバー及び検出回路50は、図6に示すように、ドライバー51と、電流検出回路61とを備える。
ドライバー51は、2つのPchトランジスター52、53と、4つのNchトランジスター54、55、56、57と、2つの検出抵抗58、59とを備える。各トランジスター52~57は、第1デコーダー76から出力されるゲート信号P1、P2、N1、N2、N3、N4によって制御され、第3モーター43のコイル130に正逆両方向の電流を供給する。
コンパレーター641、642は、抵抗値R1、R2の検出抵抗58、59の両端に発生する電圧と、第1基準電圧発生回路62の電圧とをそれぞれ比較する。
AND回路661には駆動極性信号PLが反転入力され、AND回路662には駆動極性信号PLがそのまま入力されているため、駆動極性信号PLによって選択されたコンパレーター641、642の一方の出力が検出信号DT1として出力される。
コンパレーター651、652は、抵抗値R1、R2の検出抵抗58、59の両端に発生する電圧と、第2基準電圧発生回路63の電圧とをそれぞれ比較する。
AND回路671には駆動極性信号PLが反転入力され、AND回路672には駆動極性信号PLがそのまま入力されているため、駆動極性信号PLによって選択されたコンパレーター651、652の一方の出力が検出信号DT2として出力される。
したがって、コイル130に流れる電流Iが下限電流値Imin以上の場合は、検出抵抗58、59の両端に発生する電圧が第1基準電圧発生回路62の出力電圧を上回るため、検出信号DT1がHレベルとなる。一方、電流Iが下限電流値Iminを下回っている場合は、検出信号DT1がLレベルとなる。このため、電流検出回路61の第1基準電圧発生回路62、コンパレーター641、642、複合ゲート68は、コイル130に流れる電流Iが下限電流値Iminより小さいことを検出する下限検出部である。
第2基準電圧発生回路63は、上限電流値Imaxに相当する電圧を発生する。したがって、電流検出回路61の検出信号DT2は、コイル130に流れる電流Iが上限電流値Imaxを超えた場合にHレベルとなり、上限電流値Imax以下の場合にLレベルとなる。このため、電流検出回路61の第2基準電圧発生回路63、コンパレーター651、652、複合ゲート69は、コイル130に流れる電流Iが上限電流値Imaxを超えたことを検出する上限検出部である。
また、極性切替部70は、ドライバー51のオフ状態の継続時間であるオフ時間Toffが、所定条件である判定時間t1を超えたことを検出した場合に、駆動極性信号PLを反転して第1デコーダー76、微分回路77に出力し、第1デコーダー76は駆動電流の極性を切り替える。
次に、図7および図8のフローチャートに基づいて本実施形態における動作を説明する。本実施形態では、ボタン11を押してスイッチS1が入力される毎に、都市針5が1時間時差のある次の都市の表示位置に移動し、都市針5の移動に連動して、時針2および分針3が+60分、早送りで移動される仕様になっている。
このため、IC20のCPU23は、ボタン11によってスイッチS1の入力があると、まず、第2モーター制御回路32から出力される駆動パルスにより、都市針5を1ステップ正転、つまり右回転する。都市針5の運針方法は、従来から行われている制御方法を利用できるので説明を省略する。
スイッチS1の入力により、都市針5が+60分移動されると、CPU23は、バス27を介して設定信号を出力し、分針3を1時間分運針するステップ数に相当する360をダウンカウンター81にセットするステップSA1を実行する。
なお、CPU23が設定信号を出力してダウンカウンター81のステップ数を設定した後は、第3モーター制御回路33内の各回路によって、以下の制御が実行される。すなわち、CPU23は、第3モーター43を駆動するタイミングで、その駆動量を設定する設定信号を第3モーター制御回路33に出力するだけでよい。
なお、フローチャートおよび以下の説明において、ドライバー51をオンするとは、コイル130に駆動電流を流すことができるオン状態にドライバー51を制御することを意味し、ドライバー51をオフするとは、コイル130に駆動電流を流すことができないオフ状態にドライバー51を制御することを意味する。
一方、第3モーター制御回路33は、電流Iが上限電流値Imaxを超えた場合、ステップSA3でYESと判定し、検出信号DT2をHレベルにする。検出信号DT2がHレベルになると、SRラッチ回路74のリセット端子RがHレベルとなり、切替信号TONはLレベルに変化する。このため、ステップSA4が実行され、第1デコーダー76は、ゲート信号P1、P2、N1、N2、N3、N4によってドライバー51をオフする。具体的には、P1がHレベル、P2がHレベル、N1がHレベル、N2がLレベル、N3がHレベル、N4がHレベルとなる。このため、コイル130の両端が電源端子VSSに接続されて短絡され、ドライバー51からコイル130への電流Iの供給も停止する。したがって、コイル130に電流が供給されていない状態は、ドライバー51がオフ状態に制御された状態である。本実施形態では、Pchトランジスター52、53およびNchトランジスター55をオフ、Nchトランジスター54、56、57をオンにした状態を、ドライバー51の第1の極性でのオフ状態としている。
また、切替信号TONがLレベルに変化すると、第1タイマー71のリセットが解除され、第1タイマー71のタイマー計測が開始する。また、ドライバー51がオンされて切替信号TONがHレベルに変化すると、第1タイマー71がリセットされて判定時間t1の計測が停止する。
第3モーター制御回路33は、ステップSA6でNOと判定した場合は、極性の切り替えを行わず、ステップSA2に戻り、ドライバー51をオンして第3モーター43を駆動する。
V=E*Ton/(Ton+Toff)-R*i…(1)
そのため、オフ時間Toffが判定時間t1を超えない場合には、第3モーター制御回路33はステップSA6でNOと判定し、再びドライバー51をオンしてコイル130への駆動電流の供給を再開するステップSA2を実行する。
一方、オフ時間Toffが判定時間t1を超えたら、第3モーター制御回路33は、ローター133が180度回転したものと判断して極性を切り替えるステップSA7を実行し、ダウンカウンター81でカウントしている駆動ステップ残数nをダウンカウントするステップSA8を実行する。
第3モーター制御回路33は、減速制御処理SA10を開始すると、図8に示すように、比較器87から出力される選択信号SELがHレベルとなり、非駆動期間信号THZに期間t4が設定されているか否かを判定するステップSA11を実行する。
第3モーター制御回路33は、ステップSA11でNOと判定した場合は、第2タイマー84で計測される駆動時間t2を、ラッチ回路85で時間t2AとしてラッチするステップSA12を実行する。
一方、第3モーター制御回路33は、ステップSA11でYESと判定した場合は、ステップSA12は実行しない。なお、比較器87は、図9にも示すように、ダウンカウンター81にステップ数360が設定されて第3モーター43の駆動が開始された際には、Lレベルの選択信号SELを出力する。このため、選択回路93が出力する非駆動期間信号THZは、第3タイマー91がカウントする期間t3が選択され、ステップSA11でNOと判定される。したがって、非駆動期間信号THZに時間t4が設定されるまでは、極性の切り替えが行われる毎に、ステップSA12が実行される。
第2デコーダー86は、ステップSA13でNOと判定した場合は、時間t2Aが上限判定時間t6よりも小さいか否かを判定するステップSA15を実行し、ステップSA15でYESと判定した場合つまりt5≦t2A<t6の場合は、残数判定値mを「2」に設定するステップSA16を実行する。
第2デコーダー86は、ステップSA15でNOと判定した場合、つまりt2A≧t6の場合は、残数判定値mを「1」に設定するステップSA17を実行する。
比較器87は、ステップSA18でNOと判定した場合は、選択信号SELをLレベルとし、非駆動期間信号THZを第3タイマー91で計測する期間t3に設定するステップSA19を実行する。
比較器87は、ステップSA18でYESと判定した場合は、選択信号SELをHレベルとし、非駆動期間信号THZを第4タイマー92で計測する期間t4に設定するステップSA20を実行する。
例えば、図9のタイミングチャートでは、時間t2Aが下限判定時間t5以上、上限判定時間t6未満であるため、m=2が選択され、n=2になると、つまり最終ステップの1ステップ前から非駆動期間信号THZを期間t3よりも長い期間t4に変更される。
なお、t1、t3、t4、t5、t6の具体的な数値は、駆動対象となる指針の種類や早送り時のスピード、第3モーター43の性能などに応じて適宜設定すればよい。また、コイル130の両端をハイインピーダンス状態として駆動電流を供給しない非駆動期間である期間t3および期間t4の割合は、適宜設定できるが、例えば、期間t4を期間t3の2~5倍程度の範囲で設定すればよい。
本実施形態の第3モーター制御回路33によれば、駆動ステップ残数nが残数判定値m以下になると、非駆動期間信号THZが期間t3よりも長い期間t4に切り替えることで駆動電流を供給しない非駆動期間が長くなり、駆動電流を供給するタイミングも遅くなるため、ローター133をより減速でき、ローター133のオーバーランを防止できる。
また、残数判定値mを、駆動時間t2をラッチした時間t2Aつまり第3モーター43の回転速度に基づいて設定しているので、より確実にローター133のオーバーランを防止できる。すなわち、時間t2Aが下限判定時間t5未満の場合は第3モーター43の回転速度が大きくてオーバーランする可能性が高まるため、m=3として、非駆動期間が長い、つまりローター133をより減速できる制御に早めに切り替えることで、オーバーランを確実に防止できる。一方、時間t2Aが上限判定時間t6以上の場合は第3モーター43の回転速度が小さくてオーバーランの可能性も低くなるため、m=1として、非駆動期間を長くする制御は、停止直前に切り替えている。また、時間t2Aが下限判定時間t5以上、上限判定時間t6未満の場合は、第3モーター43の回転速度が中程度であるため、m=2として、非駆動期間を長くするタイミングを、回転速度が大きい場合と小さい場合の間に設定することで、ローター133を適度に減速でき、オーバーランを防止している。
したがって、第3モーター制御回路33は、第3モーター43を早送りする駆動制御を行いながら、ローター133のオーバーランを防止でき、時針2および分針3を所定の位置で停止することができる。
第3タイマー91を省略して期間t3=0としてもよい。すなわち、駆動ステップ残数nが残数判定値m以下になるまでは、ハイインピーダンス期間を設けずに、直ちに次のステップの駆動を実行してもよい。
次に、本発明の第2実施形態の電子時計について、図10~13を参照して説明する。なお、第2実施形態において、第1実施形態と同一または同様の構成には同一符号を付し、説明を省略または簡略する。
第2実施形態の電子時計は、第3モーター43の駆動周期が安定するまでのステップ数によって第3モーター43の負荷を判断し、減速制御を切り替えるタイミングを調整するものである。また、第1実施形態では、極性を切り替えた駆動電流を供給するまでの非駆動期間を第1所定時間である期間t3と、第2所定時間である期間t4とに切り替えてローター133の減速の程度を切り替えていたが、第2実施形態では、第1の状態であるハイインピーダンス状態と、第2の状態であるショート状態とを切り替えることで減速制御量を切り替えている。すなわち、第1の状態であるハイインピーダンス状態は、コイル130に駆動電流を供給しないため、ローター133を回転させる力が働かず、その結果、ローター133の回転軸の摩擦等の影響が大きくなってローター133を減速することができる。一方、第2の状態であるショート状態とするとローター133にショートブレーキが加わるため、第1の状態に比べてローター133の減速制御量を増大することができ、ローター133はより大きく減速する。
第2実施形態の電子時計は、第1実施形態の第3モーター制御回路33の代わりに、図10に示す第3モーター制御回路33Bを用いている。第3モーター制御回路33Bは、ドライバー及び検出回路50、極性切替部70B、駆動ステップ残数検出部80B、駆動周期調整部90Bを備える。ドライバー及び検出回路50は、第1実施形態と同じ構成であるため、説明を省略する。
第1デコーダー76Bは、後述するように、切替信号TON、駆動極性信号PL、駆動制御信号DONに加えて、選択信号SELおよび第3タイマー91の出力TM3が入力され、これらの信号に基づいてゲート信号P1、P2、N1、N2、N3、N4を出力する点が第1実施形態の第1デコーダー76と相違する。
なお、第2実施形態において、電流検出部である電流検出回路61が検出した電流値、つまり電流値の検出結果である検出信号DT1、DT2に応じてドライバー51をオン状態、オフ状態に制御する制御部は、第1実施形態と同様に、OR回路73、SRラッチ回路74、第1デコーダー76Bを備えて構成される。
第2タイマー84は、微分信号PCLKの立下りでリセットされる。微分信号PCLKは、極性の切り替え毎に出力されるため、第2タイマー84は1ステップの駆動時間t2をカウントする。
第1ラッチ回路85Bは、微分信号PCLKの立ち上がりで第2タイマー84がカウントする駆動時間t2を時間t2Aとしてラッチする。
第2ラッチ回路86Bは、微分信号PCLKの立ち上がりで第1ラッチ回路85Bがラッチしている時間t2Aを時間t2Bとしてラッチする。
すなわち、微分信号PCLKが立ち上がって極性切替が行われたタイミングで、直前つまり1つの前のステップの駆動時間t2が時間t2Aとして記憶され、2つ前のステップの駆動時間が時間t2Bとして記憶される。
つまり、駆動周期が安定して、前回の駆動時間との差異が所定値tmin未満になると、第1ラッチ回路85B、第2ラッチ回路86Bでラッチする値の更新や、カウンター89Bの残数判定値mの更新を停止する。
また、カウンター89Bは、駆動制御信号DONが反転して入力され、駆動制御信号DONがLレベルからHレベルに変換すると、カウンター89Bがリセットされて初期値-1に設定される。
第3タイマー91は、極性切替の後、次のステップの駆動信号を出力するまでの期間t3をカウントする。第3タイマー91は、微分信号PCLKが入力されるとリセットされ、期間t3の経過後にHレベルとなる出力TM3を出力する。
次に、第2実施形態の第3モーター制御回路33Bによる制御について、図11および図12のフローチャートと、図13のタイミングチャートを用いて説明する。なお、第2実施形態も、都市針5が+1時間移動し、それに伴い時針2、分針3を+60分早送りする場合の制御である。このため、図11のフローチャートにおいて、ステップSB1~SB9の各処理は、前記第1実施形態の図7のフローチャートにおけるステップSA1~SA9の各処理と同じ処理であるため、説明を省略または簡略し、第1実施形態と相違する処理について以下に説明する。
そして、第3モーター制御回路33Bは、ステップSB9でYESと判定すると、1時間の早送りが終了していると判断し、カウンター89Bの残数判定値mを初期値-1に設定するステップSB10を実行する。具体的には、ダウンカウンター81の駆動ステップ残数nが「0」になると、駆動制御回路82から出力される駆動制御信号DONがLレベルに変化し、カウンター89Bのリセット端子に駆動制御信号DONが反転して入力されることで、カウンター89Bの残数判定値mは初期値-1に設定される。また、駆動終了時にmが-1に初期化されるため、第2比較器87Bの選択信号SELと、第3比較器891の出力、AND回路892から出力される信号XCEは、Lレベルとなる。
減速制御処理SB20は、図12に示すように、信号XCEがLレベルであるか否かを判定するステップSB21を実行する。前述したように、前回の駆動終了時に信号XCEはLレベルに初期化されるため、最初の1ステップの駆動が終了して極性が切り替わった時点、つまり図13のタイミングチャートにおいて、駆動ステップ残数nが「359」にダウンカウントされた時点では、信号XCEはLレベルに維持されており、ステップSB21はYESと判定される。
第3モーター制御回路33Bは、ステップSB21でYESと判定するとステップSB22~SB24の処理を実行する。すなわち、微分信号PCLKの立上りに連動してAND回路83から出力される信号が、第1ラッチ回路85B、第2ラッチ回路86B、カウンター89Bのクロック入力に入力し、カウンター89Bは残数判定値mを+1加算する。
このため、駆動開始後に最初の減速制御処理SB20が実行された場合、ステップSB22で、m=-1+1=0となる。また、ステップS24では第1ラッチ回路85Bには時間t2Aがラッチされるが、ステップS23では第2ラッチ回路86Bには時間t2Bはラッチされない、つまり時間t2Bは0である。そして、ステップSB25では、m=0であるため、NOと判定される。このため、ステップSB26、SB27は実行されず、ステップSB28が実行される。ステップSB28では、n=359、m=0であるため、NOと判定され、ステップSB29が実行され、期間t3の間、ドライバー51がハイインピーダンス状態に維持される。したがって、ローター133の減速制御量は小さい状態に維持される。
第3モーター制御回路33Bは、ステップSB31でYESと判定すると、減速制御処理SB20を終了し、図11のステップSB2に戻り、ステップSB2~SB9を実行し、ステップSB9でNOと判断すれば、再度、減速制御処理SB20を実行する。
信号XCEがHレベルに設定されると、ステップSB21でNOと判定され、ステップSB22~SB27は実行されない。このため、カウンター89Bの残数判定値mも固定される。すなわち、信号XCEがHレベルになると、AND回路83の出力はLレベルに維持されるため、第1ラッチ回路85B、第2ラッチ回路86B、カウンター89Bのクロック端子への信号入力も無くなる。このため、第1ラッチ回路85B、第2ラッチ回路86B、カウンター89Bは現在の値を維持する。したがって、カウンター89Bの残数判定値mは、駆動周期が安定するまでのステップ数に設定される。
第1デコーダー76Bは、ステップSB28でNOと判定すると、ドライバー51の端子O5、O6を第1の状態であるハイインピーダンス状態とするステップSB29を実行し、ステップSB28でYESと判定すると、ドライバー51の端子O5、O6間を第2の状態であるショート状態とするステップSB30を実行する。
次に、第1デコーダー76Bは、ステップSB31を実行して、微分信号PCLKの立上りから期間t3が経過したかを判定し、ステップSB31でYESと判定するまではステップSB31を継続する。このため、ドライバー51は極性切替後、期間t3が経過するまでは、ドライバー51をハイインピーダンス状態またはショート状態に制御する。
ドライバー51の端子O5、O6間をショート状態にすると、ショートブレーキが掛けられて、ハイインピーダンス状態に比べて減速制御量が増大し、ローター133がより減速する。
一方、ドライバー51の端子O5、O6をハイインピーダンス状態にすると、ブレーキが加わるのではなく、駆動電流が供給されない非駆動期間によって減速されるため、ショート状態に比べて減速制御量は小さくなる。
例えば、図13のタイミングチャートでは、駆動開始から3ステップ目で前回との駆動周期の差がtmin未満になるので、残数判定値mのカウントアップは「2」で終了する。その結果、最終ステップの1ステップ前以降つまり駆動ステップ残数nが2以下のステップでは、期間t3の間はショート状態となり、ローター133が減速され、オーバーランが防止される。
また、n=0になれば、前述したように、mは-1に初期化され、選択信号SEL、信号XCEはそれぞれLレベルになる。
第2実施形態では、駆動ステップ残数検出部80Bにおいて、第2タイマー84、第1ラッチ回路85B、第2ラッチ回路86B、第1比較器88B、カウンター89B、第3比較器891を設けることで、駆動を開始してから駆動周期が安定して前回の駆動ステップとの駆動周期の差が所定値tmin未満に安定したことを検出できる。その結果、例えば、モーターに輪列を介して接続された針の慣性モーメントが大きい時には、駆動速度の立ち上がりが遅くなるので、残数判定値mが大きくなる。
針の慣性モーメントが大きいと、停止時にはオーバーランしやすくなるので、駆動終了前には、より早くからの減速が必要になる。本実施形態では、駆動速度の立ち上がりが遅いほど、ショートブレーキによる減速の開始は早くなるので、針の慣性モーメントの差異に応じた最適な制御が自動的に実行されオーバーランが防止される。
第2実施形態では、駆動周期が安定するまでのステップ数を、そのまま、ショートブレーキによる減速を開始する残数判定値mに設定しているが、駆動周期が安定するまでのステップ数に定数を掛けたり、オフセット値を加えて、減速を開始する残数判定値mを設定してもよい。それらは、乗算回路や、残数判定値mの初期値の設定により容易に実現できる。また、実験結果等に基づいて設定したテーブルや計算式によって、駆動周期が安定するまでのステップ数と、減速を開始する残りステップ数との関係を設定してもよい。
また、第2実施形態では、前回のステップとの周期の差が所定値tmin未満になるまでの駆動ステップ数をカウントしたが、駆動ステップ数ではなく、駆動開始からの時間を計測して、計算式やテーブルにより減速を始めるステップ数を判定する残数判定値mを決定してもよい。
次に、本発明の第3実施形態の電子時計について、図14~18を参照して説明する。なお、第3実施形態において、第1、2実施形態と同一または同様の構成には同一符号を付し、説明を省略または簡略する。
第3実施形態の電子時計は、第1実施形態の第3モーター制御回路33の代わりに、図14に示す第3モーター制御回路33Cを用いている。第3モーター制御回路33Cは、ドライバー及び検出回路50C、極性切替部70C、駆動ステップ残数検出部80C、駆動周期調整部90Cを備える。
ドライバー51Cは、第1実施形態のドライバー51に対し、Nchトランジスター56Cおよび抵抗58Cと、Nchトランジスター57Cおよび抵抗59Cとが追加された点が相違する。
抵抗58Cは、抵抗値R1に比べて小さい抵抗値R3の抵抗であり、Nchトランジスター56Cを介して、端子O5に対して、抵抗58と並列に接続されている。
抵抗59Cは、抵抗値R2に比べて小さい抵抗値R4の抵抗であり、Nchトランジスター57Cを介して、端子O6に対して、抵抗59と並列に接続されている。
すなわち、第3の状態では、端子O5、O6間をショート状態とするため、ローター133に対してショートブレーキが加わり、大きなブレーキ力でローター133を減速させることができる。
第2の状態では、端子O5、O6間を抵抗58Cまたは抵抗59Cを介してショート状態とするため、コイル130に流れる電流が第3の状態に比べて小さくなり、ローター133に加わるショートブレーキ力も低くなる。このため、第2の状態は、第3の状態に比べてブレーキ力が小さくなり、ローター133の減速調整量も低くなる。
第1の状態では、端子O5または端子O6をハイインピーダンス状態として駆動電流が流れない状態にするため、ローター133にはショートブレーキは加わらず、ローター133の軸の摩擦抵抗などによるブレーキ力が加わるだけである。このため、第1の状態は、第2の状態に比べてブレーキ力が小さくなり、ローター133の減速調整量もさらに低下する。
これにより、ドライバー51Cは、ローター133に加わるブレーキ力を3段階に切り替えて制御することができる。
第3モーター制御回路33Cの駆動ステップ残数検出部80Cは、第1実施形態と同じ構成であるダウンカウンター81、駆動制御回路82、AND回路83、第2タイマー84、ラッチ回路85、残数判定値設定部である第2デコーダー86、比較器87と、新たに追加されたn=1を検出する検出回路89Cとを備える。
検出回路89Cは、ダウンカウンター81の駆動ステップ残数nが1になったことを検出する検出回路である。
第5タイマー94は、第3タイマー91が計測する期間t3および第4タイマー92が計測する期間t4よりも長い期間t7を計測する。
選択回路93Cは、比較器87から出力される選択信号SELおよび検出回路89Cから出力される検出信号に基づいて、ローター133に対して駆動電流の供給開始タイミングを設定する、つまり駆動電流を供給しない非駆動期間を設定する非駆動期間信号THZを選択する。
第3デコーダー76Cは、切替信号TON、駆動極性信号PL、駆動制御信号DON、非駆動期間信号THZ、選択信号SEL、検出回路89Cから出力される検出信号に基づいてゲート信号P1、P2、N1、N2、N3、N4、N5、N6を制御する。
次に、第3実施形態の第3モーター制御回路33Cによる制御について、図16および図17のフローチャートと、図18の表を用いて説明する。なお、第3実施形態も、都市針5が+1時間移動し、それに伴い時針2、分針3を+60分早送りする場合の制御である。このため、図16のフローチャートにおいて、ステップSC1~SC9の各処理は、第1実施形態の図7のフローチャートにおけるステップSA1~SA9の各処理と同じ処理であるため、説明を省略する。
図17のフローチャートにおけるステップSC11~SC17の各処理は、第1実施形態の図8のフローチャートにおけるステップSA11~SA17の各処理と同じ処理であるため、説明を省略する。
第3モーター制御回路33Cは、SC14~SC17で残数判定値mを設定した後、検出回路89Cの出力によって、駆動ステップ残数n=1であるか否かを判定するステップSC18を実行する。
第3モーター制御回路33Cの選択回路93Cは、ステップSC18でYESと判定した場合は、非駆動期間信号THZとして第5タイマー94で計測する時間t7を選択するステップSC19を実行する。また、第3デコーダー76Cは、ブレーキ力を小、中、大の3段階のうち、大となるようにゲート信号を制御するステップSC20を実行する。
比較器87は、ステップSC21でNOと判定した場合は、選択信号SELをLレベルとし、非駆動期間信号THZを第3タイマー91で計測する時間t3に設定するステップSC22を実行する。また、第3デコーダー76Cは、ブレーキ力を小、中、大の3段階のうち、小となるようにゲート信号を制御するステップSC23を実行する。
図18において、駆動極性信号PLが「0」は、端子O5から端子O6に向かってコイル130に電流が流れる第1の極性の場合であり、「1」は端子O6から端子O5に向かってコイル130に電流が流れる第2の極性の場合である。図18の設定例では、ゲート信号P1、P2をHレベルとすることでPchトランジスター52、53はオフ状態に維持される。また、ゲート信号N1、N2、N3、N4、N5、N6をHレベルまたはLレベルに設定することで、Nchトランジスター54、55、56、57、56C、57Cのオン状態およびオフ状態を制御してブレーキ力を設定している。したがって、以下の説明では、Nchトランジスター54、55、56、57、56C、57Cの状態のみを説明する。
駆動極性信号PLが「0」において、ブレーキ力を中に設定するには、端子O6に接続されるNchトランジスター55、57、57Cをオン状態とし、端子O5に抵抗58Cを介して接続されるNchトランジスター56Cをオン状態とし、端子O5に接続されるNchトランジスター54、56はオフ状態としている。このため、コイル130の端子O5、O6間は抵抗値R3の抵抗58Cを通してショートされた第2の状態となり、ローター133に加わるブレーキ力は、端子O5がハイインピーダンス状態の場合と、端子O5、O6間が抵抗無しでショート状態とされた場合の中間のブレーキ力となる。
駆動極性信号PLが「0」において、ブレーキ力を大に設定するには、端子O6に接続されるNchトランジスター55、57、57Cをオン状態とし、端子O5に接続されるNchトランジスター54、56、56Cをオン状態としている。このため、コイル130の端子O5、O6間は第3の状態である抵抗無しでショート状態とされ、ローター133に加わるブレーキ力も最大となる。
駆動極性信号PLが「1」において、ブレーキ力を中に設定するには、端子O5に接続されるNchトランジスター54、56、56Cをオン状態とし、端子O6に抵抗59Cを介して接続されるNchトランジスター57Cをオン状態とし、端子O6に接続されるNchトランジスター55、57はオフ状態としている。このため、コイル130の端子O5、O6間は抵抗値R4の抵抗59Cを通してショートされた状態となり、ローター133に加わるブレーキ力は、端子O6がハイインピーダンス状態の場合と、端子O5、O6間が抵抗無しでショート状態とされた場合の中間のブレーキ力となる。
駆動極性信号PLが「1」において、ブレーキ力を大に設定するには、端子O5に接続されるNchトランジスター54、56、56Cをオン状態とし、端子O6に接続されるNchトランジスター55、57、57Cをオン状態としている。このため、コイル130の端子O5、O6間は抵抗無しでショート状態とされ、ローター133に加わるブレーキ力も最大となる。
第3デコーダー76Cは、ステップSC26で「NO」と判定している間は、設定されたブレーキ力に応じた各ゲート信号の出力を維持する。また、第3デコーダー76C、非駆動期間信号THZに設定された時間が経過してステップSC26でYESと判定すると、減速制御処理SC10を終了し、図16のステップSC2に戻って次のステップの駆動パルスの出力を開始する。したがって、非駆動期間信号THZに設定された期間t3、t4、t7は、小、中、大から選択されたブレーキ力によってローター133が減速される減速期間である。
駆動ステップ残数nが残数判定値m以下になると、次のステップの駆動までの時間は期間t3より長い期間t4となり、ドライバー51の状態は抵抗58Cまたは抵抗59Cを通してとおしてショートされた状態になり、ブレーキ力は、ハイインピーダンス状態と抵抗無しでショート状態された状態の中間になる。
駆動ステップ残数nが「1」、すなわち最終パルス出力前は、最終ステップの駆動までの時間を期間t4より大きい期間t7に設定するとともに、ドライバー51をショート状態にしてブレーキ力を最大にする。
本実施形態の第3モーター制御回路33Cによれば、駆動ステップ残数nが残数判定値mより大きい場合と、nがm以下の場合と、n=1の場合とで、ブレーキ力および非駆動期間つまりローター133の減速期間をそれぞれ3段階で切り替えているので、ローター133がオーバーランすることをより確実に防止できる。特に、最終ステップの駆動前に、最も長い期間t7の間、最もブレーキ力が大きくなるように設定したので、ローター133を大きく減速でき、ローター133のオーバーランを確実に防止できる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記第1、2実施形態においても、第3実施形態と同様に、負荷に応じて、駆動パルスの終了から次のステップにおける駆動パルスの出力までの非駆動期間つまり減速期間の長さと、ドライバー51の状態つまりブレーキ力の大きさの両方を切り替えて、2段階の減速調整量を細かく制御してもよい。
また、第3実施形態においても、3種類の減速期間と3種類のブレーキ力とを順列に組み合わせて、減速調整量を9段階で調整してもよい。
前記実施形態では、第3モーター制御回路33~33Cをロジック回路で構成していたが、バス27を介してドライバー51の各トランジスターを直接制御するCPU23を用いて構成してもよい。
Claims (10)
- コイルおよびローターを有するモーターと、
前記コイルに駆動電流を供給する端子を有し、前記コイルに前記駆動電流を供給するオン状態、および、前記駆動電流を供給しないオフ状態に制御されるドライバーと、
前記コイルに流れる電流値を検出する電流検出部と、
前記電流検出部が検出した前記電流値に応じて前記ドライバーを前記オン状態または前記オフ状態に制御する制御部と、
前記ドライバーの前記オン状態の継続時間であるオン時間、または、前記ドライバーの前記オフ状態の継続時間であるオフ時間が所定条件に該当したことを検出した場合に、前記モーターの1ステップ分の駆動が終了したと判定して前記駆動電流の極性を切り替える極性切替部と、
前記駆動電流の極性の切り替え毎に1ステップずつ減らされて前記モーターの駆動終了までの残りの駆動ステップ数を示す駆動ステップ残数が残数判定値以下になったか否かを検出する駆動ステップ残数検出部と、
前記駆動ステップ残数が前記残数判定値よりも大きければ、前記コイルに前記駆動電流を供給する前記端子を第1の状態に設定し、前記駆動ステップ残数が前記残数判定値以下であれば、前記端子を前記第1の状態に比べて前記ローターに加えるブレーキ力が大きい第2の状態に設定する駆動周期調整部と、
を備える電子時計。 - コイルおよびローターを有するモーターと、
前記コイルに駆動電流を供給する端子を有し、前記コイルに前記駆動電流を供給するオン状態、および、前記駆動電流を供給しないオフ状態に制御されるドライバーと、
前記コイルに流れる電流値を検出する電流検出部と、
前記電流検出部が検出した前記電流値に応じて前記ドライバーを前記オン状態または前記オフ状態に制御する制御部と、
前記ドライバーの前記オン状態の継続時間であるオン時間、または、前記ドライバーの前記オフ状態の継続時間であるオフ時間が所定条件に該当したことを検出した場合に、前記モーターの1ステップ分の駆動が終了したと判定して前記駆動電流の極性を切り替える極性切替部と、
前記駆動電流の極性の切り替え毎に1ステップずつ減らされて前記モーターの駆動終了までの残りの駆動ステップ数を示す駆動ステップ残数が残数判定値以下になったか否かを検出する駆動ステップ残数検出部と、
前記駆動ステップ残数が前記残数判定値よりも大きければ、前記所定条件に該当したことを検出してから第1所定時間の経過後に前記駆動電流の極性を切り替え、前記駆動ステップ残数が前記残数判定値以下であれば、前記所定条件に該当したことを検出してから前記第1所定時間より長い第2所定時間の経過後に前記駆動電流の極性を切り替えるように前記極性切替部を調整する駆動周期調整部と、
を備える電子時計。 - 請求項1または請求項2に記載の電子時計において、
前記モーターの駆動周期に基づいて、前記残数判定値を設定する残数判定値設定部を備える電子時計。 - 請求項1または請求項2に記載の電子時計において、
前記モーターの駆動開始から前記モーターの駆動周期が収束するまでの駆動ステップ数または経過時間に基づいて、前記残数判定値を設定する残数判定値設定部を備える電子時計。 - 請求項1に記載の電子時計において、
前記第1の状態は、前記端子をハイインピーダンス状態とすることであり、
前記第2の状態は、前記端子をショート状態とする
ことを特徴とする電子時計。 - 請求項1に記載の電子時計において、
前記第1の状態は、前記端子をハイインピーダンス状態とすることであり、
前記第2の状態は、前記端子間を所定の抵抗を介してショート状態とする
ことを特徴とする電子時計。 - コイルおよびローターを有するモーターと、
前記コイルに駆動電流を供給する端子を有し、前記コイルに前記駆動電流を供給するオン状態、および、前記駆動電流を供給しないオフ状態に制御されるドライバーと、
前記コイルに流れる電流値を検出する電流検出部と、
前記電流検出部が検出した前記電流値に応じて前記ドライバーを前記オン状態または前記オフ状態に制御する制御部と、
前記ドライバーの前記オン状態の継続時間であるオン時間、または、前記ドライバーの前記オフ状態の継続時間であるオフ時間が所定条件に該当したことを検出した場合に、前記モーターの1ステップ分の駆動が終了したと判定して前記駆動電流の極性を切り替える極性切替部と、
前記駆動電流の極性の切り替え毎に1ステップずつ減らされて前記モーターの駆動終了までの残りの駆動ステップ数を示す駆動ステップ残数が残数判定値以下になったか否かを検出する駆動ステップ残数検出部と、
前記駆動ステップ残数が前記残数判定値よりも大きければ、前記コイルに前記駆動電流を供給する前記端子を第1の状態に設定し、前記駆動ステップ残数が前記残数判定値以下であれば、前記端子を前記第1の状態に比べて前記ローターに加えるブレーキ力が大きい第2の状態に設定する駆動周期調整部と、
を備えるムーブメント。 - コイルおよびローターを有するモーターと、
前記コイルに駆動電流を供給する端子を有し、前記コイルに前記駆動電流を供給するオン状態、および、前記駆動電流を供給しないオフ状態に制御されるドライバーと、
前記コイルに流れる電流値を検出する電流検出部と、
前記電流検出部が検出した前記電流値に応じて前記ドライバーを前記オン状態または前記オフ状態に制御する制御部と、
前記ドライバーの前記オン状態の継続時間であるオン時間、または、前記ドライバーの前記オフ状態の継続時間であるオフ時間が所定条件に該当したことを検出した場合に、前記モーターの1ステップ分の駆動が終了したと判定して前記駆動電流の極性を切り替える極性切替部と、
前記駆動電流の極性の切り替え毎に1ステップずつ減らされて前記モーターの駆動終了までの残りの駆動ステップ数を示す駆動ステップ残数が残数判定値以下になったか否かを検出する駆動ステップ残数検出部と、
前記駆動ステップ残数が前記残数判定値よりも大きければ、前記所定条件に該当したことを検出してから第1所定時間の経過後に前記駆動電流の極性を切り替え、前記駆動ステップ残数が前記残数判定値以下であれば、前記所定条件に該当したことを検出してから前記第1所定時間より長い第2所定時間の経過後に前記駆動電流の極性を切り替えるように前記極性切替部を調整する駆動周期調整部と、
を備えるムーブメント。 - モーターのコイルに駆動電流を供給する端子を有し、前記コイルに前記駆動電流を供給するオン状態、および、前記駆動電流を供給しないオフ状態に制御されるドライバーと、
前記コイルに流れる電流値を検出する電流検出部と、
前記電流検出部が検出した前記電流値に応じて前記ドライバーを前記オン状態または前記オフ状態に制御する制御部と、
前記ドライバーの前記オン状態の継続時間であるオン時間、または、前記ドライバーの前記オフ状態の継続時間であるオフ時間が所定条件に該当したことを検出した場合に、前記モーターの1ステップ分の駆動が終了したと判定して前記駆動電流の極性を切り替える極性切替部と、
前記駆動電流の極性の切り替え毎に1ステップずつ減らされて前記モーターの駆動終了までの残りの駆動ステップ数を示す駆動ステップ残数が残数判定値以下になったか否かを検出する駆動ステップ残数検出部と、
前記駆動ステップ残数が前記残数判定値よりも大きければ、前記コイルに前記駆動電流を供給する前記端子を第1の状態に設定し、前記駆動ステップ残数が前記残数判定値以下であれば、前記端子を前記第1の状態に比べて前記モーターのローターに加えるブレーキ力が大きい第2の状態に設定する駆動周期調整部と、
を備えるモーター制御回路。 - モーターのコイルに駆動電流を供給する端子を有し、前記コイルに前記駆動電流を供給するオン状態、および、前記駆動電流を供給しないオフ状態に制御されるドライバーと、
前記コイルに流れる電流値を検出する電流検出部と、
前記電流検出部が検出した前記電流値に応じて前記ドライバーを前記オン状態または前記オフ状態に制御する制御部と、
前記ドライバーの前記オン状態の継続時間であるオン時間、または、前記ドライバーの前記オフ状態の継続時間であるオフ時間が所定条件に該当したことを検出した場合に、前記モーターの1ステップ分の駆動が終了したと判定して前記駆動電流の極性を切り替える極性切替部と、
前記駆動電流の極性の切り替え毎に1ステップずつ減らされて前記モーターの駆動終了までの残りの駆動ステップ数を示す駆動ステップ残数が残数判定値以下になったか否かを検出する駆動ステップ残数検出部と、
前記駆動ステップ残数が前記残数判定値よりも大きければ、前記所定条件に該当したことを検出してから第1所定時間の経過後に前記駆動電流の極性を切り替え、前記駆動ステップ残数が前記残数判定値以下であれば、前記所定条件に該当したことを検出してから前記第1所定時間より長い第2所定時間の経過後に前記駆動電流の極性を切り替えるように前記極性切替部を調整する駆動周期調整部と、
を備えるモーター制御回路。
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