JP2013200216A - モーター駆動装置、時計装置およびモーター駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池を充電中でもモーターを駆動しつつ、電力の消費を抑えることができるモーター駆動装置を提供すること。
【解決手段】二次電池の充電状態を検出する充電検出部と、二次電池の過放電状態を検出する過放電検出部と、周期的に供給する主駆動パルスにて、モーターが回転しなかったときは、主駆動パルスよりも多くの電力を消費する補正駆動パルスを前記モーターに供給する時計制御部を備え、時計制御部は、検出した充電状態が充電中であり、かつ、検出した過放電状態が過放電であるときは、主駆動パルスにて前記モーターが回転しなかったときに、補正駆動パルスをモーターに供給しないことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、モーター駆動装置、時計装置およびモーター駆動方法に関する。

従来、電源として二次電池を備え、駆動パルス幅適応制御システムにより、運針するモーターを回転させる時計がある。この駆動パルス幅適応制御システムは、主駆動パルスを出力し、その直後にモーターが回転であったか非回転であったかを検出する。モーターが非回転であれば、十分モーターを駆動し得る実効電力値を持ったパルス幅の補正駆動パルスでモーターを回して、非回転による遅れを補正している（特許文献１参照）。

特開昭６２−２３８４８４号公報

しかしながら、従来の駆動パルス幅適応制御システムにおいては、二次電池を充電しているときにモーターを駆動していると、補正駆動パルスの生成に多くの電力を消費してしまい、いつまで経っても充電が終わらないことがある、あるいは、充電が終わるまでに長時間を要してしまうことがあるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、二次電池を充電中にモーターを駆動していても、充電に要する時間を抑えることができるモーター駆動装置、時計装置およびモーター駆動方法を提供することにある。

（１）この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様は、二次電池の充電状態を検出する充電検出部と、前記二次電池の過放電状態を検出する過放電検出部と、周期的に供給する主駆動パルスにて、モーターが回転しなかったときは、前記主駆動パルスよりも多くの電力を消費する補正駆動パルスを前記モーターに供給する時計制御部を備え、前記時計制御部は、前記検出した充電状態が充電中であり、かつ、前記検出した過放電状態が過放電であるときは、前記主駆動パルスにて前記モーターが回転しなかったときに、前記補正駆動パルスを前記モーターに供給しないことを特徴とするモーター駆動装置である。

（２）また、本発明の他の態様は、上述のモーター駆動装置であって、前記過放電検出部が、所定の閾値であって、前記モーターを駆動する際に必要な最低電位差よりも大きな値である閾値と、前記二次電池の出力電位差とを比較して、前記過放電状態を検出することを特徴とする。

（３）また、本発明の他の態様は、上述のモーター駆動装置であって、前記二次電池を充電する太陽電池を備え、前記充電検出部は、前記太陽電池により、前記二次電池を充電中であるか否かを検出することを特徴とする。

（４）また、本発明の他の態様は、上述のいずれかのモーター駆動装置と、前記モーター駆動装置により駆動されるモーターであって、当該時計装置の針を運針する時刻モーターとを備えることを特徴とする時計装置である。

（５）また、本発明の他の態様は、二次電池の充電状態を検出する充電検出過程と、前記二次電池の過放電状態を検出する過放電検出過程と、周期的に供給する主駆動パルスにて、時計の針を動かすモーターが回転しなかったときは、前記主駆動パルスよりも多くの電力を消費する補正駆動パルスを前記モーターに供給する時計制御過程とを有し、前記時計制御過程にて、前記検出した充電状態が充電中であり、かつ、前記検出した過放電状態が過放電であるときは、前記主駆動パルスにて前記モーターが回転しなかったときに、前記補正駆動パルスを前記モーターに供給しないことを特徴とするモーター駆動方法である。

この発明によれば、二次電池を充電中にモーターを駆動していても、充電に要する時間を抑えることができる。

この発明の一実施形態による時計装置１００の構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態における時計制御回路１０６が出力する駆動パルスの例を示すタイミングチャートである。 同実施形態における時計装置１００の動作を説明するフローチャートである。 同実施形態における充電検出回路１０３の構成を示す回路図である。 同実施形態の変形例における時計装置１００の動作を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、この発明の一実施形態による時計装置１００の構成を示す概略ブロック図である。時計装置１００は、モーター駆動装置１０１、太陽電池１０２、二次電池１１０、時刻モーター１１１を含んで構成される。モーター駆動装置１０１は、充電検出回路１０３、低消費制御回路１０４、過放電検出回路１０５、時計制御回路１０６を含んで構成される。

太陽電池１０２は、陽極端子が電源線ＶＤＤに接続され、陰極端子が電源線ＳＶＳＳに接続されている。また、太陽電池１０２の陰極端子は、充電検出回路１０３に接続されている。太陽電池１０２は、起電力を生成するパネルを備え、パネルに照射された光により起電力を生成する。太陽電池１０２は、充電検出回路１０３を通じて二次電池１１０を充電する。また、太陽電池１０２は、電源線ＶＤＤを通じて時計装置１００の各部に電力を供給する。
なお、ここで電源線ＶＤＤはＶＤＤアースであり、時計装置１００全体の基準電位を示す。

二次電池１１０は、陽極端子が電源線ＶＤＤに接続され、陰極端子が電源線ＶＳＳに接続されている。また、二次電池１１０の陰極端子は、充電検出回路１０３に接続されている。また、二次電池１１０は、電源線ＶＤＤを通じて時計１００の各部に電力を供給する。
時刻モーター１１１は、電源線ＶＤＤと、モーター駆動装置１０１の出力線Ｖｏｕｔとに接続されている。時刻モーター１１１は、モーター駆動装置１０１が周期的に出力する駆動パルスによって、駆動されるモーターであり、時計装置１００の針を運針する。

過放電検出回路１０５は、低消費制御回路１０４から供給された検出サンプリング信号をトリガ信号として、二次電池１１０の過放電状態を検出する。具体的には、過放電検出回路１０５は、二次電池１１０の出力電位差が予め定められた所定の閾値以下であるか否かを検出する。過放電検出回路１０５は、二次電池１１０の出力電位差が所定の閾値以下である状態（過放電）を検出すると、検出結果として過放電検出信号を低消費制御回路１０４に出力する。

なお、予め定められた閾値は、例えば、時刻モーター１１１を駆動可能な下限電位差より予め定められた値だけ大きい値である。また、予め定められた閾値は、過放電状態である場合における二次電池１１０の出力電位差より大きい値である。ここで、過放電状態とは、例えば、時刻モーター１１１の動作限界以下の電位差まで二次電池１１０が消費され、太陽電池１０２の起電力によって充電が行われた場合でも、二次電池１１０の出力電位差が時刻モーター１１１を駆動可能な電位差にすぐには回復しない状態である。

充電検出回路１０３は、電源線ＶＳＳを介して二次電池１１０の陰極端子に接続され、電源線ＳＶＳＳを介して太陽電池１０２の陰極端子に接続されている。充電検出回路１０３は、これらの電位差を検出することで、二次電池１１０の充電状態を検出する。充電検出回路１０３は、検出した充電状態を示す信号を、低消費制御回路１０４に出力する。ここで、充電状態とは、太陽電池１０２により二次電池１１０が充電中であるか否かを示す状態である。また、充電検出回路１０３は、太陽電池１０２が二次電池１１０を充電する際の充電電流を通過させるが、逆流が発生するのを防止する。ここで、逆流とは、二次電池１１０の出力電位差が太陽電池１０２の出力電位差よりも大きいときに、二次電池１１０が出力した電流が、太陽電池１０２に流れてしまうことである。なお、充電検出回路１０３の詳細については、後述する。

低消費制御回路１０４は、過放電検出回路１０５が検出した過放電状態と、充電検出回路１０３が検出した充電状態とに基づいて、消費モードを決定し、決定した消費モードを示す消費モード信号を時計制御回路１０６に出力する。具体的には、低消費制御回路１０４は、過放電検出回路１０５が検出した過放電状態が過放電でないときは、消費モードを通常モードとする。また、低消費制御回路１０４は、過放電検出回路１０５が検出した過放電状態が過放電であり、かつ、充電検出回路１０３が検出した充電状態が充電中であるときは、消費モードを充電中モードとする。また、低消費制御回路１０４は、過放電検出回路１０５が検出した過放電状態が過放電であり、かつ、充電検出回路１０３が検出した充電状態が充電中でないときは、消費モードを低消費モードとする。また、低消費制御回路１０４は、過放電検出回路１０５に二次電池１１０の出力電位差を検出させるトリガ信号として、検出サンプリング信号を過放電検出回路１０５に供給する。

時計制御回路１０６は、電源線ＶＳＳと、電源線ＶＤＤと、出力線Ｖｏｕｔとに接続されている。時計制御回路１０６は、時刻を計時する時計動作を制御する。この時計動作には、時刻モーター１１１を駆動する駆動パルスを、出力線Ｖｏｕｔを介して周期的に出力する動作が含まれる。時計制御回路１０６は、低消費制御回路１０４から供給される消費モード信号に基づいて時刻モーター１１１の駆動方法を変更する。消費モード信号は、通常モードと、充電中モードと、低消費モードとのいずれのモードであるかを示す信号である。

時計制御回路１０６は、消費モード信号が通常モードを示しているときは、主駆動パルスと補正駆動パルスとを用いて、時刻モーター１１１を駆動する。また、時計制御回路１０６は、消費モード信号が充電中モードを示しているときは、主駆動パルスのみを用いて、時刻モーター１１１を駆動する。また、時計制御回路１０６は、消費モード信号が低消費モードを示しているときは、時刻モーター１１１を駆動しない。ここで、主駆動パルスとは、通常の駆動パルスである。また、補正駆動パルスとは、何らかの理由により時刻モーター１１１が主駆動パルスでは回転しなかったときに出力される駆動パルスである。補正駆動パルスは、主駆動パルスでは時刻モーター１１１が回転しなかったときに、時刻モーター１１１を強制的に回転させるための駆動パルスであり、主駆動パルスよりも充分に大きな電力の駆動パルスである。本実施形態では、補正駆動パルスのパルス幅を、主駆動パルスのものよりも、充分に大きくすることで、補正駆動パルスの電力を大きくする。

図２は、時計制御回路１０６が出力する駆動パルスの例を示すタイミングチャートである。図２に示す例は、消費モードが通常モードであるときの例である。時計制御回路１０６は、周期Ｔ１で、パルス幅ＭＰの主駆動パルスを出力している。図２に示す例では、最初の主駆動パルスでは、時刻モーター１１１が回転しなかったため、時計制御回路１０６は、パルス幅ＲＰの補正駆動パルスを出力している。上述したように、主駆動パルスのパルス幅ＭＰよりも、補正駆動パルスのパルス幅ＲＰは、大きくなっている。なお、本実施形態では、基準電位（アース）となる電源線ＶＤＤは、二次電池１１０および太陽電池１０２の陽極側に接続されているため、駆動パルスの電位はマイナス側（図２の下側）となる。

図３は、時計装置１００の動作を説明するフローチャートである。時計装置１００は、図３のフローチャートに示す処理を周期的に、例えば、１秒ごとに行う。まず、低消費制御回路１０４は、過放電検出回路１０５が出力した信号に基づき、過放電状態が過放電であるか否かを判定する（ステップＳ１）。過放電でないと判定したときは（ステップＳ１−Ｎｏ）、消費モード信号として、通常モードを示す信号を出力する。低消費制御回路１０４が通常モードを示す消費モード信号を出力すると、時計制御回路１０６は、主駆動パルスを出力線Ｖｏｕｔを介して、時刻モーター１１１に出力する（ステップＳ４）。

時計制御回路１０６は、ステップＳ４の主駆動パルスにより、時刻モーター１１１が回転したか否かを判定する（ステップＳ５）。回転したと判定したときは（ステップＳ５−Ｙｅｓ）、処理を終了する。一方、ステップＳ５にて回転していないと判定したときは（ステップＳ５−Ｎｏ）、時計制御回路１０６は、補正駆動パルスを出力線Ｖｏｕｔを介して、時刻モーター１１１に出力し（ステップＳ６）、処理を終了する。

また、ステップＳ１にて過放電であると判定したときは（ステップＳ１−Ｙｅｓ）、低消費制御回路１０６は、充電検出回路１０３が出力した信号に基づき、充電状態が充電中であるか否かを判定する（ステップＳ２）。充電中でないと判定したときは、低消費制御回路１０６は低消費モードを示す消費モード信号を出力し、これを受けた時計制御回路１０６は、駆動パルスを出力せずに、処理を終了する。
また、ステップＳ２にて、充電中であると判定したときは（ステップＳ２−Ｙｅｓ）、低消費制御回路１０６は充電中モードを示す消費モード信号を出力する。低消費制御回路１０４が充電中モードを示す消費モード信号を出力すると、時計制御回路１０６は、主駆動パルスを出力線Ｖｏｕｔを介して、時刻モーター１１１に出力し（ステップＳ３）、処理を終了する。

二次電池１１０が過放電になっているときは、二次電池１１０の出力が不足してしまい、主駆動パルスでは時刻モーター１１１が回転しない確率が高くなってしまう。すなわち、過放電の時に通常モードと同様に補正駆動パルスを使用すると、主駆動パルスのみに比べて大幅に消費電力が大きくなる。そのため、太陽電池１０２による二次電池１１０の充電に長い時間を要してしまう、あるいは、充電される電力よりも消費される電力の方が大きくなり、いつまでたっても充電されないといったことが発生してしまう。しかし、本実施形態では、このように、時計制御回路１０６は、過放電かつ充電中のときには、時刻モーター１１１が回転したか否かにかかわらず、補正駆動パルスを出力しないので、電力の消費を抑えることができる。したがって、二次電池１１０を充電中に時刻モーター１１１を駆動していても、充電に要する時間を抑えることができる。

図４は、充電検出回路１０３の構成を示す回路図である。充電検出回路１０３は、コンパレータ１０７、ＮＭＯＳスイッチ１０８、ダイオード素子１０９を含んで構成される。コンパレータ１０７は、入力端子の一端が太陽電池１０２の陰極端子に接続された電源線ＳＶＳＳに、入力端子の他端が二次電池１１０の陰極端子に接続された電源線ＶＳＳに、それぞれ接続される。また、コンパレータ１０７の出力は、充電状態を示す信号である。コンパレータ１０７は、太陽電池１０２の出力電位差と二次電池１１０の出力電位差とを比較し、太陽電池１０２の出力電位差が二次電池１１０の出力電位差以下である非充電状態の場合に、非充電中であることを示す信号（Ｌ状態の信号）を出力する。また、コンパレータ１０７は、太陽電池１０２の出力電位差が二次電池１１０の出力電位差より大きい場合（充電状態である場合）に、充電中であることを示す信号（Ｈ状態の信号）を出力する。

ＮＭＯＳスイッチ１０８は、例えば、ＮＭＯＳトランジスタ（Ｎチャネル型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）などのスイッチである。ＮＭＯＳスイッチ１０８は、ソース端子がダイオード素子１０９のカソード端子に、ドレイン端子が電源線ＳＶＳＳに、ゲート端子がコンパレータ１０７の出力端子に、それぞれ接続される。なお、ダイオード素子１０９のアノード端子は、電源線ＶＳＳに接続される。ＮＭＯＳスイッチ１０８は、コンパレータ１０７の出力がＬ状態である場合（非充電中である場合）に、電源線ＶＳＳと電源線ＳＶＳＳとの間を遮断する。これにより、ＮＭＯＳスイッチ１０８は、二次電池１１０から太陽電池１０２に電流が逆流することを防止する。また、ＮＭＯＳスイッチ１０８は、コンパレータ１０７の出力がＨ状態である場合（充電中である場合）に、電源線ＶＳＳと電源線ＳＶＳＳとの間を導通する。これにより、太陽電池１０２の起電力が二次電池１１０に充電される。

ダイオード素子１０９は、コンパレータ１０７による比較の際に、コンパレータ１０７の出力に発生するチャタリングを防止する。このチャタリングは、太陽電池１０２の出力電圧と二次電池１１０の出力電圧とが近い電圧にある場合に、比較される２つの入力電位が近い値になるため、コンパレータ１０７の出力が振動する現象である。

[実施形態の変形例]
次に、上述の実施形態の変形例を説明する。本変形例における時計装置１００の構成は、上述の実施形態と同様であるが、時計制御回路１０６の動作が一部異なる。図５は、本変形例における時計装置１００の動作を説明するフローチャートである。図５に示すフローチャートにおいて、図３のフローチャートと同じ部分には、同様の符号を付し、説明を省略する。図５のフローチャートは、図３のフローチャートと以下の２点が異なる。１点目は、ステップＳ５にて、回転しないと判定したときに、ステップＳ６の前にステップＳａ１が挿入されている点である。２点目は、ステップＳ３の後にステップＳａ２とステップＳａ３が挿入されている点である。

ステップＳａ１では、時計制御回路１０６は、主駆動パルスのパルス幅として設定されている値を、所定の値だけ大きくするパルスランクアップを行う。以降、ステップＳ４、Ｓ３にて、出力する主駆動パルスのパルス幅は、このパルスランクアップされた値に従う。また、ステップＳａ２では、時計制御回路１０６は、ステップＳ５と同様に、時刻モーター１１１が回転したか否かを判定する。そして、回転したと判定したときは（Ｓａ２−Ｙｅｓ）、処理を終了する。また、ステップＳａ２にて、回転していないと判定したときは（Ｓａ２−Ｎｏ）、時計制御回路１０６は、ステップＳａ１と同様にパルスランクアップを行い（Ｓａ３）、処理を終了する。

このように、本変形例でも、時計制御回路１０６は、過放電かつ充電中のときには、時刻モーター１１１が回転したか否かにかかわらず、補正駆動パルスを出力しないので、電力の消費を抑えることができる。したがって、二次電池１１０を充電中にモーター１１１を駆動していても、充電に要する時間を抑えることができる。
また、時計制御回路１０６は、主駆動パルスにより時刻モーター１１１が回転しなかったときはパルスランクアップをするので、主駆動パルスにより時刻モーター１１１が回転しないことが頻発してしまい、補正駆動パルスを出力する回数が増えて消費電力が大きくなってしまうことを防ぐことができる。

また、上述の図１のモーター駆動装置１０１における各部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、上述の各部の処理を行ってもよい。また、上述の各部は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１００…時計装置
１０１…モーター駆動装置
１０２…太陽電池
１０３…充電検出回路
１０４…低消費制御回路
１０５…過放電検出回路
１０６…時計制御回路
１０７…コンパレータ
１０８…ＮＭＯＳスイッチ
１０９…ダイオード素子
１１０…二次電池
１１１…時刻モーター

Claims (5)

1. 二次電池の充電状態を検出する充電検出部と、
   前記二次電池の過放電状態を検出する過放電検出部と、
   周期的に供給する主駆動パルスにて、モーターが回転しなかったときは、前記主駆動パルスよりも多くの電力を消費する補正駆動パルスを前記モーターに供給する時計制御部を備え、
   前記時計制御部は、前記検出した充電状態が充電中であり、かつ、前記検出した過放電状態が過放電であるときは、前記主駆動パルスにて前記モーターが回転しなかったときに、前記補正駆動パルスを前記モーターに供給しないこと
   を特徴とするモーター駆動装置。
2. 前記過放電検出部が、所定の閾値であって、前記モーターを駆動する際に必要な最低電位差よりも大きな値である閾値と、前記二次電池の出力電位差とを比較して、前記過放電状態を検出することを特徴とする請求項１に記載のモーター駆動装置。
3. 前記二次電池を充電する太陽電池を備え、
   前記充電検出部は、前記太陽電池により、前記二次電池を充電中であるか否かを検出すること
   を特徴とする請求項１に記載のモーター駆動装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかの項に記載のモーター駆動装置と、
   前記モーター駆動装置により駆動されるモーターであって、当該時計装置の針を運針する時刻モーターと
   を備えることを特徴とする時計装置。
5. 二次電池の充電状態を検出する充電検出過程と、
   前記二次電池の過放電状態を検出する過放電検出過程と、
   周期的に供給する主駆動パルスにて、時計の針を動かすモーターが回転しなかったときは、前記主駆動パルスよりも多くの電力を消費する補正駆動パルスを前記モーターに供給する時計制御過程と
   を有し、
   前記時計制御過程にて、前記検出した充電状態が充電中であり、かつ、前記検出した過放電状態が過放電であるときは、前記主駆動パルスにて前記モーターが回転しなかったときに、前記補正駆動パルスを前記モーターに供給しないこと
   を特徴とするモーター駆動方法。

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