JP2017134049A - アナログ電子時計およびアナログ電子時計の制御方法 - Google Patents

アナログ電子時計およびアナログ電子時計の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】回転子の単位ステップ回転を確実に制御することが可能なアナログ電子時計を提供する。【解決手段】ステッピングモータ105の単位ステップ動作により回転する時針、分針および秒針を備えるアナログ電子時計において、時針、分針および秒針を回転させ、磁気的な極性を有するロータ30と、ロータ30の周囲に配設された磁極部20A〜20Cを含むステータ20と、磁極部20A〜20Cを励磁するコイル50A,50Bと、ロータ30を回転させる回転パルスと、回転パルスを印加する前に印加され、ロータ30の回転を制動する制動パルスと、を含むパルス群を、コイル50A,50Bに印加することで、ロータ30をパルス群の各々に応じて単位ステップ毎に制御する制御部と、を備える。【選択図】図2

Description

本発明は、アナログ電子時計およびアナログ電子時計の制御方法に関するものである。
従来からアナログ電子時計には、時針や分針、秒針等の指針を動作させるためのステッピングモータが使用されている。アナログ電子時計には、指針を早送りで逆回転させるという要望がある。ステッピングモータを早送りで逆転可能とする場合、回転子の保持トルクを小さくする必要がある。しかしながら、ステッピングモータは、コイルを1個有する構成の場合、保持トルクを小さくすることで脱調が生じやすくなる。
早送りで逆転可能なステッピングモータとして、例えば、特許文献1に記載されたように、3個の磁極部と2個のコイルを有する固定子を備えたステッピングモータ(以下、「2コイルモータ」という。)がある。一般に2コイルモータは、上述した1個のコイルを有するステッピングモータと比較して、保持トルクを小さくしても脱調が生じにくい。
特許文献1に記載の2コイルモータは、回転子を駆動するパルスを出力後、回転子が1ステップ以上回転することを防ぐブレーキ効果を有するパルスを出力する駆動手段を有する。これにより、回転子の回転の確実性を向上させている。
ところで、アナログ電子時計では、回転子を駆動するパルスを出力後に、回転子の自由振動により固定子のコイルに発生する誘起電圧に基づいて、回転子が単位ステップ回転したか否かを判定する場合がある。回転子が単位ステップ回転していないと判定した場合には、回転子を駆動するパルスを再度出力することで、回転子を確実に単位ステップ回転させる。
特許第4619081号公報
しかしながら、上記特許文献1に記載の2コイルモータでは、回転子を駆動するパルスを出力後、ブレーキ効果を有するパルスを出力するので、回転子を自由振動させることができず、コイルに誘起電圧を発生させることができない。このため、回転子が単位ステップ回転したか否かを判定することが困難となる。したがって、従来のアナログ電子時計にあっては、ステッピングモータの回転子における単位ステップ毎の自由振動を確保できないおそれがあり、コイルの誘起電圧を確実に検出することが難しく、回転子を確実に単位ステップ毎に制御できないおそれがあった。
そこで本発明は、回転子の単位ステップ回転を確実に制御することが可能なアナログ電子時計、およびアナログ電子時計の制御方法を提供するものである。
本発明のアナログ電子時計は、ステッピングモータの単位ステップ動作により回転する指針を備えるアナログ電子時計において、前記指針を回転させ、磁気的な極性を有する回転子と、前記回転子の周囲に配設された磁極部を含む固定子と、前記磁極部を励磁するコイルと、前記回転子を回転させる回転パルスと、前記回転パルスを印加する前に印加され、前記回転子の回転を制動する制動パルスと、を含むパルス群を、前記コイルに印加することで、前記回転子を前記パルス群の各々に応じて単位ステップ毎に制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、制御部は、回転子を回転させる回転パルスと、回転パルスを印加する前に印加され、回転子の回転を制動する制動パルスと、を含むパルス群をコイルに印加することで、回転子をパルス群の各々に応じて単位ステップ毎に制御するので、制動パルスにより回転子を規定の位置に停止させたうえで回転パルスにより回転子を回転させることができるとともに、回転パルスをコイルに印加後、磁極部の励磁を停止することができる。これにより、確実にコイルに誘起電圧を発生させるように、回転子の単位ステップ毎の自由振動を確保することができる。したがって、回転子の単位ステップ回転を確実に制御することができる。
上記のアナログ電子時計において、前記制御部は、前記パルス群を前記コイルに印加後、前記回転子に生じる自由振動により前記コイルに発生する誘起電圧を検出することで前記回転子の回転状態を検出する、ことが望ましい。
本発明によれば、回転子の回転状態を検出するので、回転子が単位ステップ回転したか否かを判定することができる。これにより、回転子が単位ステップ回転していない場合には再度回転子を回転させるパルスを印加する等して、回転子を単位ステップ毎に確実に回転させることが可能となる。
上記のアナログ電子時計において、前記磁極部は、第1磁極部と、第2磁極部と、第3磁極部と、を含み、前記コイルは、前記第1磁極部および前記第3磁極部に磁気的に結合する第1コイルと、前記第2磁極部および前記第3磁極部に磁気的に結合する第2コイルと、を含む、ことが望ましい。
本発明によれば、回転子を確実に単位ステップ回転させることが可能な、3個の磁極部と2個のコイルを有する固定子を備えたステッピングモータとすることができる。
上記のアナログ電子時計において、前記回転子は、前記磁極部が励磁されていない状態において所定の停止位置に位置し、前記第1磁極部および前記第2磁極部は、前記停止位置に位置する前記回転子の一方磁極に対向配置され、前記第3磁極部は、前記停止位置に位置する前記回転子の他方磁極に対向配置され、前記制動パルスは、前記第1磁極部および前記第2磁極部が前記回転子の前記一方磁極と異極になるように、かつ前記第3磁極部を前記回転子の前記他方磁極と異極になるように前記磁極部を励磁し、前記回転パルスは、前記第1磁極部および前記第2磁極部のうちいずれか一方が前記回転子の前記一方磁極と同極になるように前記磁極部を励磁する、ことが望ましい。
本発明によれば、制動パルスは、第1磁極部および第2磁極部が回転子の一方磁極と異極になるように、かつ第3磁極部が回転子の他方磁極と異極になるように磁極部を励磁するので、回転子を所定の停止位置に引き付けて確実に停止させることができる。また、回転パルスは、第1磁極部および第2磁極部のうちいずれか一方が回転子の一方磁極と同極になるように磁極部を励磁するので、回転子の一方磁極が第1磁極部および第2磁極部のうち一方から離間するように、回転子を停止位置から回転させることができる。したがって、上述した回転子を単位ステップ回転させるパルス群を構成することができる。
上記のアナログ電子時計において、前記制御部によって前記回転子を前記単位ステップ毎に制御する期間を単位フレームとし、前記制御部は、前記回転子を回転させる補正用回転パルスと、前記補正用回転パルスを印加する前に印加され、前記回転子の回転を制動する補正用制動パルスと、を含む補正駆動パルス群を、前記単位フレーム毎に前記誘起電圧の検出結果に応じて前記コイルに印加する、ことが望ましい。
本発明によれば、制御部が単位フレーム毎に、回転子が単位ステップ回転したか否かを判定可能な誘起電圧の検出結果に応じて、回転子を回転させる補正駆動パルス群をコイルに印加するので、回転子を単位ステップ毎に確実に回転させることが可能となる。
上記のアナログ電子時計において、前記制御部によって前記回転子を前記単位ステップ毎に制御する期間を単位フレームとし、前記制御部は、前記指針を早送り運針する場合に、早送り運針における最初の前記単位フレームにおいて前記パルス群を前記コイルに印加し、2回目以降の前記単位フレームにおいて前記回転パルスのみを前記コイルに印加する、ことが望ましい。
本発明によれば、早送り運針時における全ての単位フレームにおいて回転パルスおよび制動パルスを含むパルス群をコイルに印加する構成と比較して、早送り運針時における2回目以降の各単位フレームにおけるパルス印加時間が短くなる。このため、2回目以降の各単位フレームの時間を短くでき、早送り運針に好適である。
本発明のアナログ電子時計の制御方法は、指針を回転させ、磁気的な極性を有する回転子と、前記回転子の周囲に配設された磁極部を含む固定子と、前記磁極部を励磁するコイルと、を備えるステッピングモータの単位ステップ動作により前記指針を回転させるアナログ電子時計の制御方法であって、前記回転子を回転させる回転パルスと、前記回転子の回転を制動する制動パルスと、を含むパルス群を前記コイルに印加することで、前記回転子を前記パルス群の各々に応じて単位ステップ毎に制御駆動ステップを有し、前記駆動ステップは、前記制動パルスを前記コイルに印加する制動パルス印加ステップと、前記制動パルス印加ステップの後に、前記回転パルスを前記コイルに印加する回転パルス印加ステップと、を含む、ことを特徴とする。
本発明によれば、制動パルスをコイルに印加する制動パルス印加ステップの後に、回転パルス印加ステップで回転パルスをコイルに印加するので、回転パルスをコイルに印加後、磁極部の励磁を停止することができる。これにより、確実にコイルに誘起電圧を発生させるように、回転子の単位ステップ毎の自由振動を確保することができる。したがって、回転子の単位ステップ回転を確実に制御することができる。
本発明のアナログ電子時計によれば、制御部は、回転子を回転させる回転パルスと、回転パルスを印加する前に印加され、回転子の回転を制動する制動パルスと、を含むパルス群をコイルに印加することで、回転子をパルス群の各々に応じて単位ステップ毎に制御するので、制動パルスにより回転子を規定の位置に停止させたうえで回転パルスにより回転子を回転させることができるとともに、回転パルスをコイルに印加後、磁極部の励磁を停止することができる。これにより、確実にコイルに誘起電圧を発生させるように、回転子の単位ステップ毎の自由振動を確保することができる。したがって、回転子の単位ステップ回転を確実に制御することができる。
本発明のアナログ電子時計の制御方法によれば、制動パルスをコイルに印加する制動パルス印加ステップの後に、回転パルス印加ステップで回転パルスをコイルに印加するので、回転パルスをコイルに印加後、磁極部の励磁を停止することができる。これにより、確実にコイルに誘起電圧を発生させるように、回転子の単位ステップ毎の自由振動を確保することができる。したがって、回転子の単位ステップ回転を確実に制御することができる。
実施形態に係るアナログ電子時計を示すブロック図である。 実施形態に係るステッピングモータ105の概略図である。 実施形態に係るアナログ電子時計の制御処理のタイムチャートである。 実施形態に係るステッピングモータの動作図である。 実施形態に係るステッピングモータの動作図である。 実施形態に係るステッピングモータの動作図である。 実施形態に係るステッピングモータの動作図である。 実施形態に係るステッピングモータの動作図である。 実施形態に係るステッピングモータの動作図である。 実施形態に係るステッピングモータの動作図である。 実施形態に係るステッピングモータの動作図である。 実施形態に係るステッピングモータの動作図である。 実施形態に係るステッピングモータの動作図である。 実施形態に係るアナログ電子時計の制御処理のタイムチャートであって、検出される誘起電圧の波形の一例を示している。 実施形態に係るアナログ電子時計の制御処理のタイムチャートであって、検出される誘起電圧の波形の一例を示している。 実施形態の第1変形例に係るアナログ電子時計の制御処理のタイムチャートである。 実施形態の第1変形例に係るステッピングモータの動作図である。 実施形態の第1変形例に係るステッピングモータの動作図である。 実施形態の第1変形例に係るステッピングモータの動作図である。 実施形態の第1変形例に係るステッピングモータの動作図である。 実施形態の第2変形例に係るアナログ電子時計の制御処理のタイムチャートである。 実施形態の第2変形例に係るアナログ電子時計の通常運針動作のフローチャートである。 実施形態の第3変形例に係るアナログ電子時計の制御処理のタイムチャートである。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
[実施形態]
図1は、実施形態に係るアナログ電子時計を示すブロック図である。
図1に示すように、アナログ電子時計1は、発振回路101と、分周回路102と、制御回路103と、駆動パルス発生回路104と、ステッピングモータ105と、回転検出回路111と、図示しない輪列と、アナログ表示部106と、を備えている。
発振回路101は、所定周波数の信号を発生する。
分周回路102は、発振回路101で発生した信号を分周して計時の基準となる時計信号を発生する。
制御回路103は、アナログ電子時計1を構成する各電子回路要素の制御や、モータ回転駆動用のパルス信号の制御を行う。
駆動パルス発生回路104は、制御回路103からの制御信号に基づいてモータ回転駆動用のパルス信号を出力する。
ステッピングモータ105は、駆動パルス発生回路104から出力されたモータ回転駆動用のパルス信号によって回転駆動する。
回転検出回路111は、ステッピングモータ105が発生する検出信号を検出する。
発振回路101、分周回路102、制御回路103、駆動パルス発生回路104および回転検出回路111は、アナログ電子時計1の制御部112を構成している。
輪列(不図示)は、ステッピングモータ105によって回転駆動される。
アナログ表示部106は、輪列によって回転駆動される指針(時針107、分針108および秒針109)や、日にち表示用のカレンダ表示部110等を有している。
また、アナログ電子時計1は、時計ケース113を備えている。時計ケース113の外面側には、アナログ表示部106が配設されている。また、時計ケース113の内部には、上述した輪列を含む時計用ムーブメント114が配設されている。
図2は、実施形態に係るステッピングモータ105の概略図である。
図2に示すように、ステッピングモータ105は、ロータ収容孔25を有するステータ20(固定子)と、径方向に2極に着磁されることにより磁気的な極性を有し、ロータ収容孔25に回転可能に配設されたロータ30(回転子)と、を備えている。ステッピングモータ105は、単位ステップ毎に動作し、時針107、分針108および秒針109を回転させる。
ステータ20は、ステータ本体21と、ステータ本体21と磁気的に接合された第1磁心40Aおよび第2磁心40Bと、各磁心40A,40Bに巻回された第1コイル50Aおよび第2コイル50Bと、を備えている。
ステータ本体21は、例えばパーマロイ等の高透磁率材料を用いた板材により形成されている。ステータ本体21は、所定の第1方向に延びる直状部22a、および直状部22aの一端部から第1方向に直交する第2方向の両側に張り出した一対の張出部22b,22cを備えたT字状の第1ヨーク22と、直状部22aの他端部から第2方向の両側に張り出した一対の第2ヨーク23,24と、を有し、平面視H状に形成されている。第1ヨーク22および第2ヨーク23,24は、一体形成されている。第2ヨーク23は、直状部22aから、第2方向における張出部22bと同じ側に張り出している。第2ヨーク24は、直状部22aから、第2方向における張出部22cと同じ側に張り出している。
ステータ本体21の第1ヨーク22と第2ヨーク23,24との交点には、上述した円孔状のロータ収容孔25が形成されている。ロータ収容孔25の内周面には、一対の切欠部25aが第2方向に並んで互いに対向するように形成されている。切欠部25aは、円弧状に切り欠かれている。これら切欠部25aは、ロータ30の停止位置を決めるための位置決め部として構成されている。ロータ30は、その磁極軸が一対の切欠部25aを結ぶ線分と直交する位置、すなわち磁極軸が第1方向に沿う位置にあるときに、最もポテンシャルエネルギーが低くなり、安定して停止する。以下、ロータ30の磁極軸が第1方向に沿い、かつロータ30のS極が第1ヨーク22側を向くときのロータ30の停止位置(図2に示す位置)を第1停止位置という。また、ロータ30の磁極軸が第1方向に沿い、かつロータ30のN極が第1ヨーク22側を向くときのロータ30の停止位置を第2停止位置という。
また、ステータ本体21におけるロータ収容孔25の周囲には、平面視におけるステータ本体21の外周縁からロータ収容孔25に向かって切り欠かれた切欠部26が3箇所に形成されている。各切欠部26は、第1ヨーク22と第2ヨーク23とが接続する隅部と、第1ヨーク22と第2ヨーク24とが接続する隅部と、第2ヨーク23と第2ヨーク24とが接続する部分と、に形成されている。各切欠部26は、円弧状に切り欠かれている。
ステータ本体21におけるロータ収容孔25の周囲は、各切欠部26によって局所的に狭くなっている。これにより、ステータ本体21は、狭小部が磁気飽和しやすく、かつ磁気飽和が生じることによってロータ収容孔25の周囲において磁気的に3つに分割されている。ステータ本体21は、ロータ30の周囲における第2ヨーク23に対応する位置に配設された第1磁極部20Aと、ロータ30の周囲における第2ヨーク24に対応する位置に配設された第2磁極部20Bと、ロータ30の周囲における第1ヨーク22の直状部22aに対応する位置に配設された第3磁極部20Cと、を有している。第1磁極部20Aおよび第2磁極部20Bは、第1停止位置に位置するロータ30のN極(第2停止位置に位置するロータ30のS極)に対向配置されている。第3磁極部20Cは、第1停止位置に位置するロータ30のS極(第2停止位置に位置するロータ30のN極)に対向配置されている。
各磁心40A,40Bは、例えばパーマロイ等の高透磁率材料により形成されている。磁心40Aは、張出部22bの先端部と、第2ヨーク23の先端部と、に磁気的に接続されている。磁心40Bは、張出部22cの先端部と、第2ヨーク24の先端部と、に磁気的に接続されている。各磁心40A,40Bの両端部は、ステータ本体21に対して例えばビス止め等により連結されている
第1コイル50Aは、第1磁心40Aに巻回され、第1磁極部20Aおよび第3磁極部20Cに磁気的に結合している。第1コイル50Aは、第1端子50Aaおよび第2端子50Abを有している。第1コイル50Aは、第1端子50Aaから第2端子50Abに向けて電流を流したときに、第1コイル50A内に張出部22b側から第2ヨーク23側に向かう磁界が発生するように巻回されている。
第2コイル50Bは、第2磁心40Bに巻回され、第2磁極部20Bおよび第3磁極部20Cに磁気的に結合している。第2コイル50Bは、第1端子50Baおよび第2端子50Bbを有している。第2コイル50Bの第2端子50Bbは、第1コイル50Aの第2端子50Abと同電位となるように設けられている。第2コイル50Bは、第1端子50Baから第2端子50Bbに向けて電流を流したときに、第2コイル50B内に張出部22c側から第2ヨーク24側に向かう磁界が発生するように巻回されている。
第1コイル50Aおよび第2コイル50Bは、導線の線径、および巻線回数がそれぞれ同じとなっている。各コイル50A,50Bの端子は、駆動パルス発生回路104に接続されている。以下の説明では、第1コイル50Aの第1端子50Aaの電位をout1とし、第2コイル50Bの第1端子50Baの電位をout2とし、第1コイル50Aの第2端子50Ab、および第2コイル50Bの第2端子50Bbの電位をout3とする。
このように構成されたステータ20は、コイル50A,50Bから磁束が生じると、各磁心40A,40Bおよびステータ本体21に沿って磁束が流れる。そして、各コイル50A,50Bへの通電状態に応じて、上述した第1磁極部20A、第2磁極部20Bおよび第3磁極部20Cの極性が切り替えられる。
図3は、実施形態に係るアナログ電子時計の制御処理のタイムチャートである。図4から図13は、実施形態に係るステッピングモータの動作図である。なお、図4から図13において、2点鎖線矢印は各コイル50A,50Bから発生する磁束の向きを示している。
次に、図3を参照して、本実施形態のステッピングモータ105の動作について説明する。以下の説明では、アナログ電子時計1の秒針109を1Hzで駆動する際のステッピングモータ105の動作について述べる。なお、図3に示すタイムチャート開始時においては、各磁極部20A〜20Cが励磁されておらず、ロータ30が第1停止位置に位置している状態を示している。
本実施形態のアナログ電子時計1の制御方法は、所定のパルス群を各コイル50A,50Bに印加することで、ロータ30をパルス群の各々に応じて単位ステップ(180°)毎に制御する駆動ステップを有する。アナログ電子時計1は、駆動ステップを繰り返し実行することで秒針109を運針する。
上述した所定のパルス群は、ロータ30の極性と逆極性となるようにロータ30と対向する各磁極部20A〜20Cを励磁して、ロータ30の回転を制動する制動パルス(第1制動パルスおよび第2制動パルス)と、ロータ30を回転させる回転パルス(第1初期吸引パルス、第1初期反発パルス、第2初期吸引パルスおよび第2初期反発パルス)と、を含んでいる。
駆動ステップは、上記制動パルスを各コイル50A,50Bに印加する制動パルス印加ステップと、上記回転パルスを各コイル50A,50Bに印加する回転パルス印加ステップと、を含んでいる。
最初に、第1のパルス群(第1制動パルス、第1初期吸引パルスおよび第1初期反発パルス)を各コイル50A,50Bに印加して、ロータ30を第1停止位置から第2停止位置に向けて単位ステップ回転させる。
(タイミングt1)
まず、制御部112は、制動パルス印加ステップを実行する。タイミングt1において、駆動パルス発生回路104は、パルス幅T1の第1制動パルスを各コイル50A,50Bに印加する。駆動パルス発生回路104は、第1制動パルスとして、両コイル50A,50Bの各第2端子50Ab,50Bbに所定の電圧Vを印加する(out1=0、out2=0、out3=V)。これにより、第1コイル50Aには、第2端子50Abから第1端子50Aaに向けて電流が流れる。また、第2コイル50Bには、第2端子50Bbから第1端子50Baに向けて電流が流れる。
図4に示すように、第1制動パルスが各コイル50A,50Bに印加されることで、ロータ30のN極に対向配置された第1磁極部20Aおよび第2磁極部20Bは、S極となるように励磁される。また、ロータ30のS極に対向配置された第3磁極部20Cは、N極となるように励磁される。その結果、ロータ30は、第1停止位置に引き付けられる。
(タイミングt2)
続いて、制御部112は、回転パルス印加ステップを実行する。第1制動パルスを印加後、すなわちタイミングt1から時間T1経過後のタイミングt2において、駆動パルス発生回路104は、パルス幅T2の第1初期吸引パルスを各コイル50A,50Bに印加する。駆動パルス発生回路104は、第1初期吸引パルスとして、第1コイル50Aの第1端子50Aaに所定の電圧Vを印加するとともに、各第2端子50Ab,50Bbに所定の電圧Vを印加する(out1=V、out2=0、out3=V)。これにより、第1コイル50Aは、両端子50Aa,50Ab間が同電位となり、非通電状態となる。また、第2コイル50Bには、第2端子50Bbから第1端子50Baに向けて電流が流れる。なお、パルス幅T2は、パルス幅T1よりも長くてもよいし、短くてもよく、また同等であってもよい。
図5に示すように、第1初期吸引パルスが各コイル50A,50Bに印加されることで、第1磁極部20Aおよび第3磁極部20Cは、N極となるように励磁される。また、第2磁極部20Bは、S極となるように励磁される。その結果、ロータ30は、そのN極が第1磁極部20Aから離間して第2磁極部20Bに吸引されるとともに、S極が第1磁極部20Aおよび第3磁極部20Cに吸引されるように、例えば約60°程度、所定方向に回転する。以下、この回転方向を「所定回転方向」という。
(タイミングt3)
第1初期吸引パルスを印加後、すなわちタイミングt2から時間T2経過後のタイミングt3において、駆動パルス発生回路104は、パルス幅T3の第1初期反発パルスを各コイル50A,50Bに印加する。駆動パルス発生回路104は、第1初期反発パルスとして、第1コイル50Aの第1端子50Aaに所定の電圧Vを印加する(out1=V、out2=0、out3=0)。これにより、第1コイル50Aには、第1端子50Aaから第2端子50Abに向けて電流が流れる。また、第2コイル50Bは、非通電状態となる。なお、パルス幅T3は、パルス幅T1またはパルス幅T2よりも長くてもよいし、短くてもよく、また同等であってもよい。
図6に示すように、第1初期反発パルスが各コイル50A,50Bに印加されることで、第1磁極部20Aは、N極となるように励磁される。また、第2磁極部20Bおよび第3磁極部20Cは、S極となるように励磁される。その結果、ロータ30は、そのN極が第2磁極部20Bに吸引されるとともに、S極が第3磁極部20Cから離間して第1磁極部20Aに吸引されるように、例えば約60°程度、所定回転方向に回転する。
(タイミングt4)
第1初期反発パルスを印加後、すなわちタイミングt3から時間T3経過後のタイミングt4において、駆動パルス発生回路104は、パルスの印加を停止する(out1=0、out2=0、out3=0)。すると、図7に示すように、ロータ30は、ポテンシャルエネルギーが低くなる第2停止位置に向かって所定回転方向に回転する。第2停止位置近傍まで回転したロータ30は、図8に示すように、第2停止位置近傍で自由振動する。このロータ30の自由振動により、各コイル50A,50Bには、誘起電圧が発生する。各コイル50A,50Bにおいて発生した誘起電圧は、回転検出回路111により検出される。制御回路103は、回転検出回路111により検出された信号に基づいて、時間T4経過後のタイミングt5までロータ30の回転状態を検出する。この回転状態を検出する期間を回転検出期間と呼ぶ。
ここで、回転検出期間について説明する。回転検出期間においては、回転に寄与する駆動パルスを発生させた回転側の駆動コイルを、電源に接続された状態から検出用抵抗(不図示)に接続された状態に切り替える。例えば、タイミングt4において、第1コイル50Aの第1端子50Aaと第1コイル50Aの第2端子50Abとの間に検出用抵抗が接続されるように回路を切り替える。これにより、第1コイル50Aと検出用抵抗との閉回路が形成される。この閉回路の電圧を端子50Aaと端子50Abとから検出することにより、回転状態を検出することができる。なお、検出用抵抗とは誘起電圧を増幅する役割を担うものであるが、この検出用抵抗を、高インピーダンス素子と低インピーダンス素子の2種類を用意し、高インピーダンス素子と駆動コイル(例えば、第1コイル50A)を含む第1閉回路と、低インピーダンス素子と駆動コイル(同じく、第1コイル50A)を含む第2閉回路とを、所定時間毎に交互に切替えることで、誘起電圧の出力を増幅(いわゆるチョッピング増幅)させることができる。なお、回転検出期間の初期には、ロータ30の挙動を安定させるために、駆動コイルが上述した電源および検出用抵抗のいずれにも接続されない安定期間を設けてもよい。
また、この回転検出期間において、駆動パルスを出力しなかった他方のコイル(前述の場合は、第2コイル50B)については、回転側の駆動コイルが駆動パルス出力後(タイミングt4)に非接続状態(フローティング状態、またはオープン状態)にすることで、回転側の駆動コイルで生じる誘起電圧に影響を及ぼさないようにする。
図14および図15は、実施形態に係るアナログ電子時計の制御処理のタイムチャートであって、検出される誘起電圧の波形の一例を示している。図14および図15では、誘起電圧をチョッピング増幅により増幅した電圧波形(VRs)と、その電圧値と比較される所定の閾値電圧(Vcomp)との関係が示されている。なお、図示の例では、閾値電圧(Vcomp)が第1のパルス群を構成する第1制動パルス、第1初期吸引パルスおよび第1初期反発パルスの電圧Vと同等になっているが、これに限定されず、閾値電圧(Vcomp)は、発生した誘起電圧の電圧波形(VRs)を適切に検出するために設定され、電圧Vと異なっていてもよい。
図14に示すように、ロータ30が回転していると判断できる場合は、ロータ30の回転速度が速いため、誘起電圧は早いタイミングで高く出力される。この電圧波形(VRs)が閾値電圧(Vcomp)と比較されることで、誘起電圧が出力されたか否かが判断できる(以下、同様)。
一方で、図15に示すように、ロータ30が所望の回転をしていないと判断される場合、ロータ30は例えば一度静止した後に初期位置(第1停止位置)に反転する動作を取るため、ロータ30の回転速度が低く、誘起電圧は遅いタイミングで低く出力される。
このようにして、駆動コイル(例えば、第1コイル50A)で発生する誘起電圧の出力量やそのタイミングを適宜検出することにより、ロータ30の回転状態を検出することができる。
制御回路103は、ロータ30が第1停止位置から単位ステップ(180°)回転していないと判定した場合、回転検出期間の終了後(すなわちタイミングt5以降)において駆動パルス発生回路104に対してロータ30を再度回転させる補正駆動パルス群を出力するように制御する。
以上により、ロータ30を第1停止位置から第2停止位置に向けて単位ステップ回転させることができる。
次に、第2のパルス群(第2制動パルス、第2初期吸引パルスおよび第2初期反発パルス)を各コイル50A,50Bに印加して、ロータ30を第2停止位置から第1停止位置に向けて単位ステップ回転させる。
(タイミングt6)
まず、制御部112は、制動パルス印加ステップを実行する。タイミングt1から1秒後のタイミングt6において、駆動パルス発生回路104は、パルス幅T1の第2制動パルスを各コイル50A,50Bに印加する。駆動パルス発生回路104は、第2制動パルスとして、第1コイル50Aの第1端子50Aa、および第2コイル50Bの第1端子50Baに所定の電圧Vを印加する(out1=V、out2=V、out3=0)。これにより、第1コイル50Aには、第1端子50Aaから第2端子50Abに向けて電流が流れる。また、第2コイル50Bには、第1端子50Baから第2端子50Bbに向けて電流が流れる。
図9に示すように、第2制動パルスが各コイル50A,50Bに印加されることで、ロータ30のS極に対向配置された第1磁極部20Aおよび第2磁極部20Bは、N極となるように励磁される。また、ロータ30のN極に対向配置された第3磁極部20Cは、S極となるように励磁される。その結果、ロータ30は、第2停止位置に引き付けられる。
(タイミングt7)
続いて、制御部112は、回転パルス印加ステップを実行する。第2制動パルスを印加後、すなわちタイミングt6から時間T1経過後のタイミングt7において、駆動パルス発生回路104は、パルス幅T2の第2初期吸引パルスを各コイル50A,50Bに印加する。駆動パルス発生回路104は、第2初期吸引パルスとして、第2コイル50Bの第1端子50Baに所定の電圧Vを印加する(out1=0、out2=V、out3=0)。これにより、第1コイル50Aは、非通電状態となる。また、第2コイル50Bには、第1端子50Baから第2端子50Bbに向けて電流が流れる。
図10に示すように、第2初期吸引パルスが各コイル50A,50Bに印加されることで、第1磁極部20Aおよび第3磁極部20Cは、S極となるように励磁される。また、第2磁極部20Bは、N極となるように励磁される。その結果、ロータ30は、そのS極が第1磁極部20Aから離間して第2磁極部20Bに吸引されるとともに、N極が第1磁極部20Aおよび第3磁極部20Cに吸引されるように、例えば約60°程度、所定回転方向に回転する。
(タイミングt8)
第2初期吸引パルスを印加後、すなわちタイミングt7から時間T2経過後のタイミングt8において、駆動パルス発生回路104は、パルス幅T3の第2初期反発パルスを各コイル50A,50Bに印加する。駆動パルス発生回路104は、第2初期反発パルスとして、第2コイル50Bの第1端子50Baに所定の電圧Vを印加するとともに、各第2端子50Ab,50Bbに所定の電圧Vを印加する(out1=0、out2=V、out3=V)。これにより、第1コイル50Aには、第2端子50Bbから第1端子50Aaに向けて電流が流れる。また、第2コイル50Bは、両端子50Ba,50Bb間が同電位となり、非通電状態となる。
図11に示すように、第2初期反発パルスが各コイル50A,50Bに印加されることで、第1磁極部20Aは、S極となるように励磁される。また、第2磁極部20Bおよび第3磁極部20Cは、N極となるように励磁される。その結果、ロータ30は、そのS極が第2磁極部20Bに吸引されるとともに、N極が第3磁極部20Cから離間して第1磁極部20Aに吸引されるように、例えば約60°程度、所定回転方向に回転する。
(タイミングt9)
第2初期反発パルスを印加後、すなわちタイミングt8から時間T3経過後のタイミングt9において、駆動パルス発生回路104は、パルスの印加を停止する(out1=0、out2=0、out3=0)。すると、図12に示すように、ロータ30は、ポテンシャルエネルギーが低くなる第1停止位置に向かって所定回転方向に回転する。第1停止位置近傍まで回転したロータ30は、図13に示すように、第1停止位置近傍で自由振動する。このロータ30の自由振動により、各コイル50A,50Bには、誘起電圧が発生する。各コイル50A,50Bにおいて発生した誘起電圧は、上述した回転検出期間と同様に、回転検出回路111により検出される。制御回路103は、回転検出回路111により検出された信号に基づいて、時間T4経過後のタイミングt10までロータ30の回転状態を検出する。
制御回路103は、ロータ30が第2停止位置から単位ステップ回転していないと判定した場合、回転検出期間の終了後(すなわちタイミングt10以降)において駆動パルス発生回路104に対してロータ30を再度回転させる補正駆動パルス群を出力するように制御する。
以上により、ロータ30を第2停止位置から第1停止位置に向けて単位ステップ回転させることができる。そして、上述した制御処理を繰り返し行うことで、秒針109を1Hzで運針することができる。
このように、本実施形態のアナログ電子時計1では、制御部112がロータ30を回転させる回転パルスと、回転パルスを印加する前に印加され、ロータ30の回転を制動する制動パルスと、を含むパルス群を、各コイル50A,50Bに印加することで、ロータ30をパルス群の各々に応じて単位ステップ毎に制御する構成とした。
また、本実施形態のアナログ電子時計1の制御方法では、制動パルスを各コイル50A,50Bに印加する制動パルス印加ステップと、制動パルス印加ステップの前に、回転パルスを各コイル50A,50Bに印加する回転パルス印加ステップと、を含む駆動ステップを有する構成とした。
従来技術のように、回転パルスの印加後に制動パルスを印加する構成とした場合、パルス群を1回印加する期間内で、回転パルスの後に制動パルスを印加すると、ロータの自由振動の発生が不十分となる。このため、所定の閾値電圧(Vcomp)を超える誘起電圧の電圧波形(VRs)が適切に発生しない。
これに対して本実施形態の構成では、制御部112は、ロータ30を回転させる回転パルスと、回転パルスを印加する前に印加され、ロータ30の回転を制動する制動パルスと、を含むパルス群を各コイル50A,50Bに印加することで、ロータ30をパルス群の各々に応じて単位ステップ毎に制御する。このため、制動パルスによりロータ30を規定の第1停止位置または第2停止位置に停止させたうえで、回転パルスによりロータ30を回転させることができるとともに、回転パルスを各コイル50A,50Bに印加後、各磁極部20A〜20Cの励磁を停止することができる。これにより、上述した駆動コイルに確実に誘起電圧を発生させるように、ロータ30の単位ステップ毎の自由振動を確保することができる。したがって、駆動コイルに発生した誘起電圧を適切に検出し、その誘起電圧に基づいてロータ30の回転状態を判定する等して、ロータ30を確実に単位ステップ回転させることが可能となる。
ここで、例えば各磁極部20A〜20Cが励磁されていない状態においては、外部磁場等によりロータ30が停止位置からずれて位置する場合がある。本実施形態では、パルス群を各コイル50A,50Bに印加するに際し、回転パルスの前に制動パルスを各コイル50A,50Bに印加するので、回転パルスを各コイル50A,50Bに印加する時点でのロータ30の位置を停止位置に安定させることができる。よって、ロータ30の脱調を防止でき、ロータ30を回転パルスにより確実に回転させることができる。
また、制御部112は、パルス群を各コイル50A,50Bに印加後、ロータ30の自由振動により各コイル50A,50Bに発生する誘起電圧に基づいて、ロータ30の回転状態を検出するので、ロータ30が単位ステップ回転したか否かを判定することができる。これにより、ロータ30が単位ステップ回転していない場合には再度ロータ30を回転させるパルスを印加して、ロータ30を単位ステップ毎に確実に回転させることが可能となる。
また、制動パルスは、第1磁極部20Aおよび第2磁極部20Bが各磁極部20A,20Bに対向配置されたロータ30の一方磁極と異極になるように、かつ第3磁極部20Cが第3磁極部20Cに対向配置されたロータ30の他方磁極と異極になるように、各磁極部20A〜20Cを励磁する。このため、ロータ30を所定の停止位置に引き付けて確実に停止させることができる。また、回転パルスは、第1磁極部20Aが第1磁極部20Aに対向配置されたロータ30の一方磁極と同極になるように各磁極部20A〜20Cを励磁するので、ロータ30の一方磁極が第1磁極部20Aから離間するように、ロータ30を停止位置から回転させることができる。したがって、上述したロータ30を単位ステップ回転させるパルス群を構成することができる。
[実施形態の第1変形例]
図16は、実施形態の第1変形例に係るアナログ電子時計の制御処理のタイムチャートである。図17から図20は、実施形態の第1変形例に係るステッピングモータの動作図である。なお、図17から図20において、2点鎖線矢印は各コイル50A,50Bから発生する磁束の向きを示している。
なお、上記実施形態では、駆動パルス発生回路104は、回転パルス印加ステップにおいて、最初に第1初期吸引パルスまたは第2初期吸引パルスを印加しているが、これに限定されるものではない。以下、実施形態の第1変形例に係るアナログ電子時計1の制御方法について、図16を参照して説明する。
本変形例のアナログ電子時計1の制御方法では、回転パルスとして、第1初期反発パルスまたは第2初期反発パルスを各コイル50A,50Bに印加する。
最初に、第1のパルス群(第1制動パルスおよび第1初期反発パルス)を各コイル50A,50Bに印加して、ロータ30を第1停止位置から第2停止位置に向けて単位ステップ回転させる。
(タイミングt11)
まず、制御部112は、制動パルス印加ステップを実行する。タイミングt11において、駆動パルス発生回路104は、第1制動パルスを各コイル50A,50Bに印加する。本変形例に係る第1制動パルスは、上記実施形態に係る第1制動パルスと同様である(out1=0、out2=0、out3=V)。これにより、図4に示すように、ロータ30は、第1停止位置に引き付けられる。
(タイミングt12)
続いて、制御部112は、回転パルス印加ステップを実行する。第1制動パルスを印加後、すなわちタイミングt11から時間T1経過後のタイミングt12において、駆動パルス発生回路104は、パルス幅T5の第1初期反発パルスを各コイル50A,50Bに印加する。本変形例では、駆動パルス発生回路104は、第1初期反発パルスとして、上記実施形態に係る第1初期反発パルスと同様に、第1コイル50Aの第1端子50Aaに所定の電圧Vを印加する(out1=V、out2=0、out3=0)。
図17に示すように、第1初期反発パルスが各コイル50A,50Bに印加されることで、第1磁極部20Aは、N極となるように励磁される。また、第2磁極部20Bおよび第3磁極部20Cは、S極となるように励磁される。その結果、ロータ30は、そのN極が第1磁極部20Aから離間して第2磁極部20Bに吸引されるとともに、S極が第3磁極部20Cから離間して第1磁極部20Aに吸引されるように、例えば約60°程度、所定回転方向に回転する。なお、パルス幅T5は、上記実施形態におけるパルス幅T2よりも長くてもよいし、短くてもよく、また同等であってもよい。
(タイミングt13)
第1初期反発パルスを印加後、すなわちタイミングt12から時間T5経過後のタイミングt13において、駆動パルス発生回路104は、パルスの印加を停止する(out1=0、out2=0、out3=0)。すると、図18に示すように、ロータ30は、慣性により所定回転方向に回転し、さらにポテンシャルエネルギーが低くなる第2停止位置に向かって所定回転方向に回転する。第2停止位置近傍まで回転したロータ30は、上記実施形態と同様に、図8に示すように、第2停止位置近傍で自由振動する。よって、ロータ30の自由振動により各コイル50A,50Bに誘起電圧を発生させることが可能となり、上記実施形態における回転検出期間と同様に、時間T4経過後のタイミングt14までロータ30の回転状態を検出する。そして、制御回路103は、ロータ30が第2停止位置から単位ステップ回転していないと判定した場合、回転検出期間の終了後(すなわちタイミングt14以降)において駆動パルス発生回路104に対してロータ30を再度回転させる補正駆動パルス群を出力するように制御する。
以上により、ロータ30を第1停止位置から第2停止位置に向けて単位ステップ回転させることができる。
次に、第2のパルス群(第2制動パルスおよび第2初期反発パルス)を各コイル50A,50Bに印加して、ロータ30を第2停止位置から第1停止位置に向けて単位ステップ回転させる。
(タイミングt15)
まず、制御部112は、制動パルス印加ステップを実行する。タイミングt11から1秒後のタイミングt15において、駆動パルス発生回路104は、第2制動パルスを各コイル50A,50Bに印加する。本変形例に係る第2制動パルスは、上記実施形態に係る第2制動パルスと同様である(out1=V、out2=V、out3=0)。これにより、図9に示すように、ロータ30は、第2停止位置に引き付けられる。
(タイミングt16)
続いて、制御部112は、回転パルス印加ステップを実行する。第2制動パルスを印加後、すなわちタイミングt15から時間T1経過後のタイミングt16において、駆動パルス発生回路104は、パルス幅T5の第2初期反発パルスを各コイル50A,50Bに印加する。本変形例では、駆動パルス発生回路104は、第2初期反発パルスとして、上記実施形態に係る第2初期反発パルスと同様に、第2コイル50Bの第1端子50Baに所定の電圧Vを印加するとともに、各第2端子50Ab,50Bbに所定の電圧Vを印加する(out1=0、out2=V、out3=V)。
図19に示すように、第2初期反発パルスが各コイル50A,50Bに印加されることで、第1磁極部20Aは、S極となるように励磁される。また、第2磁極部20Bおよび第3磁極部20Cは、N極となるように励磁される。その結果、ロータ30は、そのS極が第1磁極部20Aから離間して第2磁極部20Bに吸引されるとともに、N極が第3磁極部20Cから離間して第1磁極部20Aに吸引されるように、例えば約60°程度、所定回転方向に回転する。
(タイミングt17)
第2初期反発パルスを印加後、すなわちタイミングt16から時間T5経過後のタイミングt17において、駆動パルス発生回路104は、パルスの印加を停止する(out1=0、out2=0、out3=0)。すると、図20に示すように、ロータ30は、慣性により所定回転方向に回転し、さらにポテンシャルエネルギーが低くなる第1停止位置に向かって所定回転方向に回転する。第1停止位置近傍まで回転したロータ30は、上記実施形態と同様に、図13に示すように、第1停止位置近傍で自由振動する。よって、ロータ30の自由振動により各コイル50A,50Bに誘起電圧を発生させることが可能となり、上述した回転検出期間と同様に、時間T4経過後のタイミングt18までロータ30の回転状態を検出する。そして、制御回路103は、ロータ30が第2停止位置から単位ステップ回転していないと判定した場合、回転検出期間の終了後(すなわちタイミングt18以降)において駆動パルス発生回路104に対してロータ30を再度回転させる補正駆動パルス群を出力するように制御する。
以上により、ロータ30を第2停止位置から第1停止位置に向けて単位ステップ回転させることができる。そして、上述した制御処理を繰り返し行うことで、秒針109を1Hzで運針することができる。
このように、本変形例では、回転パルス(第1初期反発パルスおよび第2初期反発パルス)は、第1磁極部20Aがロータ30の一方磁極と同極になるように各磁極部20A〜20Cを励磁するので、ロータ30の一方磁極が第1磁極部20Aから離間するように、ロータ30を停止位置から回転させることができる。したがって、上述したロータ30を単位ステップ回転させるパルス群を構成することができる。
[実施形態の第2変形例]
図21は、実施形態の第2変形例に係るアナログ電子時計の制御処理のタイムチャートである。
図3に示す実施形態、および図16に示す実施形態の第1変形例では、ロータ30がパルス群により単位ステップ回転し、制御部112は、ロータ30を再度回転させる補正駆動パルス群を各コイル50A,50Bに印加していない。これに対して、図21に示す実施形態の第2変形例では、パルス群の印加後に補正駆動パルス群を印加している点で、実施形態およびその第1変形例と異なっている。なお、上述した実施形態の第1変形例と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、以下では、制御部112によってロータ30を単位ステップ毎に制御する期間を「単位フレーム」と称する。すなわち、本変形例では、単位フレームは、第1のパルス群が印加されるタイミングから第2のパルス群が印加されるタイミングまでの期間、および第2のパルス群が印加されるタイミングから第1のパルス群が印加されるタイミングまでの期間に相当する。
本変形例では、制御部112は、実施形態の第1変形例と同様の第1のパルス群(第1制動パルスおよび第1初期反発パルス)または第2のパルス群(第2制動パルスおよび第2初期反発パルス)を各コイル50A,50Bに印加する。図21に示すように、以下の説明では、制御部112が第1のパルス群を各コイル50A,50Bに印加する単位フレームを例に挙げて説明する。
最初に、第1のパルス群(第1制動パルスおよび第1初期反発パルス)を各コイル50A,50Bに印加して、ロータ30を第1停止位置から第2停止位置に向けて単位ステップ回転させる。
(タイミングt21)
まず、制御部112は、制動パルス印加ステップを実行する。タイミングt21において、駆動パルス発生回路104は、第1制動パルスを各コイル50A,50Bに印加する。本変形例に係る第1制動パルスは、上記実施形態の第1変形例に係る第1制動パルスと同様である(out1=0、out2=0、out3=V)。
(タイミングt22)
続いて、制御部112は、回転パルス印加ステップを実行する。第1制動パルスを印加後、すなわちタイミングt21から時間T1経過後のタイミングt22において、駆動パルス発生回路104は、第1初期反発パルスを各コイル50A,50Bに印加する。本変形例に係る第1初期反発パルスは、上記実施形態の第1変形例に係る第1初期反発パルスと同様である(out1=V、out2=0、out3=0)。これにより制御部112は、ロータ30を第1停止位置から第2停止位置に向けて単位ステップ回転させる。なお、パルス幅T5は、後述するパルスランクに応じて変更される。
(タイミングt23)
第1初期反発パルスを印加後、すなわちタイミングt22から時間T5経過後のタイミングt23において、駆動パルス発生回路104は、パルスの印加を停止し、時間T4経過後のタイミングt24までロータ30の回転状態を検出する(回転検出期間)。
駆動パルス発生回路104は、各コイル50A,50Bに発生した誘起電圧の検出結果に応じて、各コイル50A,50Bに補正駆動パルス群を印加する。具体的に、制御回路103は、ロータ30が第1停止位置から単位ステップ(180°)回転していないと判定した場合、回転検出期間の終了後(すなわちタイミングt24以降)において駆動パルス発生回路104に対してロータ30を再度回転させる補正駆動パルス群を出力するように制御する。以下では、ロータ30が第1停止位置から単位ステップ(180°)回転しなかった場合について説明する。
続いて、各コイル50A,50Bに補正駆動パルス群を印加して、ロータ30を第1停止位置から第2停止位置に向けて単位ステップ回転させる。補正駆動パルス群は、ロータ30を回転させる補正用回転パルスと、補正用回転パルスを印加する前に印加され、ロータ30の回転を制動する補正用制動パルスと、を含む。補正駆動パルス群は、各コイル50A,50Bに直前に印加された第1のパルス群と異なっている。
(タイミングt25)
制御部112は、補正用制動パルス印加ステップを実行する。タイミングt24以降のタイミングt25において、駆動パルス発生回路104は、補正用制動パルスを各コイル50A,50Bに印加する。本変形例に係る補正用制動パルスは、制動パルス印加ステップにおいて印加した第1制動パルスと同様である(out1=0、out2=0、out3=V)。なお、タイミングt25は、タイミングt24と一致していてもよい。
(タイミングt26)
続いて、制御部112は、補正用回転パルス印加ステップを実行する。第1制動パルスを印加後、すなわちタイミングt25から時間T1経過後のタイミングt26において、駆動パルス発生回路104は、パルス幅T6の補正用初期吸引パルスを各コイル50A,50Bに印加する。本変形例では、駆動パルス発生回路104は、補正用初期吸引パルスとして、上記実施形態に係る第1初期吸引パルスと同様に、第1コイル50Aの第1端子50Aaに所定の電圧Vを印加する(out1=V、out2=0、out3=V)。なお、パルス幅T6は、上記実施形態に係る第1初期吸引パルスのパルス幅T2よりも長くてもよいし、短くてもよく、また同等であってもよい。
(タイミングt27)
補正用初期吸引パルスを印加後、すなわちタイミングt26から時間T6経過後のタイミングt23において、駆動パルス発生回路104は、パルス幅T7の補正用初期反発パルスを各コイル50A,50Bに印加する。駆動パルス発生回路104は、補正用初期反発パルスとして、上記実施形態に係る第1初期反発パルスと同様に、第1コイル50Aの第1端子50Aaに所定の電圧Vを印加する(out1=V、out2=0、out3=0)。なお、パルス幅T7は、上記実施形態に係る第1初期反発パルスのパルス幅T3よりも長くてもよいし、短くてもよく、また同等であってもよい。
以上により、制動パルス印加ステップおよび回転パルス印加ステップを実行することによりロータ30が単位ステップ回転しなかった場合に、補正用制動パルス印加ステップおよび補正用回転パルス印加ステップ実行することでロータ30を単位ステップ回転させることができる。
なお、本変形例では、制御部112が第1のパルス群を各コイル50A,50Bに印加した際にロータ30が第1停止位置から単位ステップ回転しなかった場合について説明したが、制御部112が第2のパルス群を各コイル50A,50Bに印加した際にロータ30が第2停止位置から単位ステップ回転しなかった場合についても同様である。
また、図示の例では、時間T1,T4,T5,T6,T7が同等になっているが、例えば時間T4を時間T1,T5よりも長く設定する等、適宜変更可能である。
次に、上述したパルスランクについて詳述する。なお、以下の説明では、各単位フレームの最初に各コイル50A,50Bに印加されるパルス群(第1のパルス群および第2のパルス群)を「主駆動パルス群」と称する。また、第1初期反発パルスおよび第2初期反発パルスをまとめて「初期反発パルス」と称する。
本変形例では、主駆動パルス群における初期反発パルスのパルス幅T5をパルスランクのランク数に応じて変化させる。パルスランクは、例えば8ランクにより構成されている。パルス幅T5は、パルスランクのランク数が大きくなるに従い大きくなる。以下の説明では、パルスランクのランク数をパルスランクnと記載する。また、パルスランクの最大ランク数をnmaxとする。また、主駆動パルス群をP1と記載し、補正駆動パルス群をP2と記載する。
図22は、実施形態の第2変形例に係るアナログ電子時計の通常運針動作のフローチャートである。
図22に示すように、まず制御回路103は、ROMやRAM等を備えた記憶部に対し、パルスランクn=1、パルス出力回数N=0を記憶させる(ステップS101)。
次に、制御回路103は、使用者等によってモード切替が指示されたか否かを判定する(ステップS102)。なお、モード切替とは、例えば通常の時刻表示モードから時刻修正モードや気温表示モード、高度表示モード、コンパス表示モード等への切り替えである。モード切替により、運針方法は、通常運針から早送り運針へ切り替わる。なお、ここで言う通常運針とは、1Hz運針であって、ロータ30を1秒に1回、単位ステップ回転させる運針である。また、早送り運針とは、ロータ30を1秒に複数回(例えば64回)、単位ステップ回転させる運針である。
制御回路103は、モード切替が指示されたと判定した場合(S102:Yes)、通常の時刻表示モードを終了する。制御回路103は、モード切替が指示されていないと判定した場合(S102:No)、ステップS103に進む。
ステップS103では、駆動パルス発生回路104は、パルスランクnに応じた主駆動パルス群P1を各コイル50A,50Bに印加する(ステップS103)。
次に、制御回路103は、回転検出期間においてロータ30の回転状態を検出し、ロータ30が回転したか否かを判定する(ステップS104)。制御回路103は、ロータ30が回転したと判定した場合(S104:Yes)、ステップS110に進む。制御回路103は、ロータ30が回転していないと判定した場合(S104:No)、ステップS120に進む。
ステップS110では、制御回路103は、パルスランクnをランクダウンさせるか否かを判定する。ステップS110では、駆動パルス発生回路104がステップS103において同一ランク数の主駆動パルス群P1を所定回数連続して各コイル50A,50Bに印加した場合に、パルスランクnを1つランクダウンさせる。
ステップS110では、まず制御回路103が記憶部に対し、パルス出力回数N=N+1を記憶させる(ステップS111)。次いで、制御回路103は、パルス出力回数Nが所定回数に達したか否かを判定する(ステップS112)。制御回路103は、パルス出力回数Nが所定回数に達したと判定した場合(S112:Yes)、ステップS113に進む。制御回路103は、パルス出力回数Nが所定回数に達していないと判定した場合(S112:No)、再度ステップS102に進む。
ステップS113では、制御回路103は、パルスランクnが1であるか否かを判定する。パルスランクnが1である場合、パルスランクnをランクダウンさせることはできない。制御回路103は、パルスランクnが1と判定した場合(S113:Yes)、再度ステップS102に進む。制御回路103は、パルスランクnが1でないと判定した場合(S113:No)、記憶部に対し、パルスランクn=n−1を記憶させ(ステップS114)、再度ステップS102に進む。
以上により、ステップS110では、パルスランクnが2以上の場合に限り、ステップS103においてパルスランクnが同一の主駆動パルス群P1を所定回数連続して各コイル50A,50Bに印加した際にパルスランクnを1つランクダウンさせる。
ステップS120では、まず駆動パルス発生回路104は、補正駆動パルス群P2を各コイル50A,50Bに印加する(ステップS121)。次いで、制御回路103は、パルスランクnがnmaxであるか否かを判定する(ステップS122)。パルスランクnがnmaxである場合、パルスランクnをランクアップさせることはできない。制御回路103は、パルスランクn=nmaxと判定した場合(S122:Yes)、記憶部に対し、パルス出力回数N=0を記憶させ(ステップS123)、再度ステップS102に進む。制御回路103は、パルスランクn=nmaxでない判定した場合(S122:No)、記憶部に対し、パルスランクn=n+1、パルス出力回数N=0を記憶させ(ステップS124)、再度ステップS102に進む。
以上により、ステップS120では、主駆動パルス群P1によりロータ30が回転していない場合に、補正駆動パルス群P2を各コイル50A,50Bに印加するとともに、パルスランクnを1つランクアップさせる。
このように、本変形例によれば、制御部112が単位フレーム毎に、ロータ30が単位ステップ回転したか否かを判定可能な誘起電圧の検出結果に応じて、ロータ30を回転させる補正駆動パルス群を各コイル50A,50Bに印加するので、ロータ30を単位ステップ毎に確実に回転させることが可能となる。
しかも、本変形例では、補正駆動パルス群は、主駆動パルス群と異なるパルスにより構成されている。すなわち、回転パルス印加ステップにおいて印加される回転パルスは初期反発パルスのみにより構成されているのに対し、補正用回転パルス印加ステップにおいて印加される補正用回転パルスは補正用初期吸引パルスおよび補正用初期反発パルスにより構成されている。このため、補正駆動パルス群が主駆動パルス群と同様のパルスにより構成されている場合と比較して、主駆動パルス群では回転しなかったロータ30を確実に回転させることが可能となる。
また、本変形例では、主駆動パルス群における初期反発パルスのパルス幅T5をパルスランクのランク数に応じて変化させる構成とした。パルスランクのランク数は、主駆動パルス群によるロータ30の回転の連続成功により減少し、主駆動パルス群によるロータ30の回転の失敗により増加する。パルス幅T5は、パルスランクのランク数が大きくなるに従い大きくなる。このため、制御部112は、主駆動パルス群によるロータ30の回転に失敗した際に、次の単位フレームにおいて主駆動パルス群によりロータ30を高確率で回転させることができる。したがって、補正駆動パルス群を各コイル50A,50Bに印加する機会を減らし、消費電力を低減させることができる。
[実施形態の第3変形例]
図23は、実施形態の第3変形例に係るアナログ電子時計の制御処理のタイムチャートである。
図21に示す実施形態の第2変形例では、主駆動パルス群の回転パルスは初期反発パルスのみにより構成され、補正駆動パルス群の補正用回転パルスは補正用初期吸引パルスおよび補正用初期反発パルスにより構成されている。これに対して図23に示す実施形態の第3変形例では、主駆動パルス群の回転パルス、および補正駆動パルス群の回転パルスは、パルス幅のみ異なるパルスにより構成されている点で、実施形態の第2変形例と異なっている。なお、上述した実施形態の第2変形例と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図23に示すように、本変形例に係る補正駆動パルス群は、ロータ30を回転させる補正用回転パルスと、補正用回転パルスを印加する前に印加され、ロータ30の回転を制動する補正用制動パルスと、を含む。補正用制動パルスは、実施形態の第2変形例に係る補正用制動パルスと同様である。すなわち、補正用制動パルスは、主駆動パルス群の制動パルスと同様である。補正用回転パルスは、主駆動パルス群の回転パルスに対し、パルス幅のみ異なっている。補正用回転パルスのパルス幅T8は、主駆動パルス群の回転パルスのパルス幅T5よりも大きくなっている。よって、補正駆動パルス群は、各コイル50A,50Bに直前に印加された主駆動パルス群と異なっている。
このように、本変形例では、補正駆動パルス群は、主駆動パルス群と異なるパルスにより構成されている。すなわち、回転パルス印加ステップでは、パルス幅T5の回転パルスが各コイル50A,50Bに印加されるのに対し、補正用回転パルス印加ステップでは、パルス幅T5よりも大きいパルス幅T8の補正用回転パルスが各コイル50A,50Bに印加される。このため、補正駆動パルス群が主駆動パルス群と同様のパルスにより構成されている場合と比較して、主駆動パルス群では回転しなかったロータ30を確実に回転させることが可能となる。
なお、上述した実施形態の第2変形例および第3変形例を組み合わせてもよい。
例えば回転検出期間においてロータ30が回転していないと判定された場合、各コイル50A,50Bに印加する補正駆動パルス群として、第2変形例に係る補正駆動パルス群か、第3変形例に係る補正駆動パルス群かを選択可能な構成としてもよい。補正駆動パルス群を選択する基準としては、例えば誘起電圧の大きさを基準とすることができる。この場合、例えば、誘起電圧の大きさに応じて、ロータ30をより確実に回転させることができる補正駆動パルス群か、消費電力がより小さい補正駆動パルス群か、を選択してもよい。
また、上記実施形態およびその各変形例をそれぞれ組み合わせてもよい。
例えば、上記実施形態の第2変形例では、主駆動パルス群の回転パルスが初期反発パルスにより構成されているが、実施形態と同様に初期吸引パルス(第1初期吸引パルスおよび第2初期吸引パルス)および初期反発パルスにより構成されていてもよい。この場合、補正駆動パルス群の補正用回転パルスのパルス幅を、主駆動パルス群の回転パルスのパルス幅よりも大きく設定することが望ましい。
また、上記実施形態およびその各変形例では、制動パルスを含むパルス群が各単位フレームで各コイル50A,50Bに印加される構成について説明したが、これに限定されない。例えば、上述したモード切替時等の早送り運針時には、制御部112は、最初の単位フレームにおいて制動パルスおよび回転パルスを含むパルス群を各コイル50A,50Bに印加し、2回目以降の単位フレームにおいて回転パルスのみを印加してもよい。これにより、早送り運針時における全ての単位フレームにおいて回転パルスおよび制動パルスを含むパルス群をコイルに印加する構成と比較して、早送り運針時における2回目以降の各単位フレームにおけるパルス印加時間が短くなる。このため、2回目以降の各単位フレームの時間を短くでき、早送り運針に好適である。なお、早送り運針時には、回転パルス印加後に回転検出期間を設けなくてもよい。
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態においては、秒針109を1Hzで駆動する際のステッピングモータ105の動作について説明したが、例えばタイミングt5からタイミングt6の期間を短くすることで、秒針109を1秒間に複数回駆動することができる。
また、上記実施形態においては、ロータ30を所定回転方向に回転させる場合についてのみ説明したが、ロータ30を所定回転方向とは反対方向に回転させることも可能である。この場合には、第1コイル50Aの第1端子50Aaに印加する電圧と、第2コイル50Bの第1端子50Baに印加する電圧と、を入れ替えることで、ロータ30を所定回転方向とは反対方向に回転させることができる。
また、上記実施形態およびその各変形例において図示した例では、各パルスは、予め設定されたパルス幅全体に亘って一定の電圧で印加されるパルスであるが、これに限定されず、各パルスはチョッピングパルスであってもよい。特に、上記実施形態の第2変形例に係る回転パルス(初期反発パルス)をチョッピングパルスとする場合には、パルスランクのランク数の増加に応じてデューティ比が大きくなるように構成してもよい。
また、上記実施形態においては、各パルス群は、制動パルスと、制動パルスに連続する回転パルスと、により構成されているが、これに限定されず、制動パルスと回転パルスとの間に、各磁極部20A〜20Cの残留磁束を消磁する消磁パルスを含んでいてもよい。
また、回転検出期間を画定するタイミングt5は、発生した誘起電圧の電圧波形(VRs)を確実に検出するため、適宜設定可能である。
また、上記実施形態においては、ステータ20は、3個の磁極部20A〜20Cと2個のコイル50A,50Bを備えているが、この構成に限定されず、2個の磁極部と1個のコイルを備えていてもよいし、4個以上の磁極部を備えていてもよい。
また、上記実施形態においては、ステータ20は、2極に着磁されているが、これに限定されず、4極以上に着磁されていてもよい。
また、指針は、針状の指針、棒状の指針、円板状の指針など、指針の役割を担う構成を含む。
また、上記実施形態においては、ステータ本体21、第1磁心40A、および第2磁心40Bは一体成型品であってもよく、一枚の板状に形成されてもよい。
また、例えば、上記実施形態においては、第1コイル50Aと第1磁心40A、および、第2コイル50Bと第2磁心40Bは、T字状の第1ヨーク22の直状部22aに略平行に形成されていたが、本発明の効果を奏する構造としてこれに限定されるものではない。例えば、第1コイル50Aと第1磁心40Aとを第2ヨーク23に略平行になる向きに形成し、第2コイル50Bと第2磁心40Bとを第2ヨーク24に略平行になる向きに形成することもできる。つまり、本発明のコイルと磁心の向きは、上記実施形態のような縦向きに配置するのみならず、横向きに配置することも可能となる。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
1…アナログ電子時計 20…ステータ(固定子) 20A…第1磁極部(磁極部) 20B…第2磁極部(磁極部) 20C…第3磁極部(磁極部) 30…ロータ(回転子) 50A…第1コイル(コイル) 50B…第2コイル(コイル) 105…ステッピングモータ 107…時針(指針) 108…分針(指針) 109…秒針(指針) 112…制御部

Claims (7)

  1. ステッピングモータの単位ステップ動作により回転する指針を備えるアナログ電子時計において、
    前記指針を回転させ、磁気的な極性を有する回転子と、
    前記回転子の周囲に配設された磁極部を含む固定子と、
    前記磁極部を励磁するコイルと、
    前記回転子を回転させる回転パルスと、前記回転パルスを印加する前に印加され、前記回転子の回転を制動する制動パルスと、を含むパルス群を、前記コイルに印加することで、前記回転子を前記パルス群の各々に応じて単位ステップ毎に制御する制御部と、
    を備えることを特徴とするアナログ電子時計。
  2. 前記制御部は、前記パルス群を前記コイルに印加後、前記回転子に生じる自由振動により前記コイルに発生する誘起電圧を検出することで前記回転子の回転状態を検出する、
    ことを特徴とする請求項1に記載のアナログ電子時計。
  3. 前記磁極部は、第1磁極部と、第2磁極部と、第3磁極部と、を含み、
    前記コイルは、
    前記第1磁極部および前記第3磁極部に磁気的に結合する第1コイルと、
    前記第2磁極部および前記第3磁極部に磁気的に結合する第2コイルと、
    を含む、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のアナログ電子時計。
  4. 前記回転子は、前記磁極部が励磁されていない状態において所定の停止位置に位置し、
    前記第1磁極部および前記第2磁極部は、前記停止位置に位置する前記回転子の一方磁極に対向配置され、
    前記第3磁極部は、前記停止位置に位置する前記回転子の他方磁極に対向配置され、
    前記制動パルスは、前記第1磁極部および前記第2磁極部が前記回転子の前記一方磁極と異極になるように、かつ前記第3磁極部を前記回転子の前記他方磁極と異極になるように前記磁極部を励磁し、
    前記回転パルスは、前記第1磁極部および前記第2磁極部のうちいずれか一方が前記回転子の前記一方磁極と同極になるように前記磁極部を励磁する、
    ことを特徴とする請求項3に記載のアナログ電子時計。
  5. 前記制御部によって前記回転子を前記単位ステップ毎に制御する期間を単位フレームとし、
    前記制御部は、前記回転子を回転させる補正用回転パルスと、前記補正用回転パルスを印加する前に印加され、前記回転子の回転を制動する補正用制動パルスと、を含む補正駆動パルス群を、前記単位フレーム毎に前記誘起電圧の検出結果に応じて前記コイルに印加する、
    ことを特徴とする請求項2に記載のアナログ電子時計。
  6. 前記制御部によって前記回転子を前記単位ステップ毎に制御する期間を単位フレームとし、
    前記制御部は、前記指針を早送り運針する場合に、早送り運針における最初の前記単位フレームにおいて前記パルス群を前記コイルに印加し、2回目以降の前記単位フレームにおいて前記回転パルスのみを前記コイルに印加する、
    ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のアナログ電子時計。
  7. 指針を回転させ、磁気的な極性を有する回転子と、前記回転子の周囲に配設された磁極部を含む固定子と、前記磁極部を励磁するコイルと、を備えるステッピングモータの単位ステップ動作により前記指針を回転させるアナログ電子時計の制御方法であって、
    前記回転子を回転させる回転パルスと、前記回転子の回転を制動する制動パルスと、を含むパルス群を前記コイルに印加することで、前記回転子を前記パルス群の各々に応じて単位ステップ毎に制御する駆動ステップを有し、
    前記駆動ステップは、
    前記制動パルスを前記コイルに印加する制動パルス印加ステップと、
    前記制動パルス印加ステップの後に、前記回転パルスを前記コイルに印加する回転パルス印加ステップと、
    を含む、
    ことを特徴とするアナログ電子時計の制御方法。
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