JP2019158644A - 指針駆動用モータ制御装置、歯車、時計、および指針駆動用モータ制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】指針の特定位置においてロータにかかる負荷を高く設定せずとも、特定位置を判別することを可能にする指針駆動用モータ制御装置、歯車、時計、および指針駆動用モータ制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】指針駆動用モータ制御装置は、指針に回転力を生じさせるロータと、ロータの回転に連動する前段歯車であって、第1歯と、第1歯の回転方向に連続する第2歯とを有する前段歯車と、前段歯車に係合し指針の回転に連動する後段歯車であって、第1歯と第2歯との間に位置する第3歯を有する後段歯車と、ロータに回転力を生じさせるように駆動パルスを出力する制御部であって、ロータの回転力により第1歯が第3歯を推した後に、第3歯が第2歯を推すときのロータに生じる振動を誘起電圧として検出することで第3歯に対応する指針の位置を判別する制御部と、を備える。【選択図】図1
Description
本発明は、指針駆動用モータ制御装置、歯車、時計、および指針駆動用モータ制御方法に関する。
時計において、指針の位置を検出する手法として、例えば、輪列を構成する歯車が有する穴を発光素子と受光素子ではさみ、透過光の有無によって検出することが知られている。
さらに、時計の制御部が、指針の基準位置に対応する所定の高負荷を検出した場合、当該基準位置と判断する技術が提案されている(例えば特許文献1参照)。特許文献1に記載の発明では、補正駆動パルスが出力される状態に応じて当該基準位置を判定している。
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、高負荷にした場合にロータにかかる制動力に逆らって動作させようとするため、その動作に必要な消費電流が増加し、時計の電池寿命を短くする等の問題があった。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、指針の特定位置においてロータにかかる負荷を高く設定せずとも、特定位置を判別することを可能にする指針駆動用モータ制御装置、歯車、時計、および指針駆動用モータ制御方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る指針駆動用モータ制御装置(2)は、指針(50)に回転力を生じさせるロータ(302)と、前記ロータの回転に連動する前段歯車(44)であって、第1歯(440a)と、前記第1歯の回転方向に連続する第2歯(440b)とを有する前段歯車と、前記前段歯車に係合し前記指針の回転に連動する後段歯車(45)であって、前記第1歯と前記第2歯との間に位置する第3歯(450a)を有する後段歯車と、前記ロータに回転力を生じさせるように駆動パルスを出力する制御部(10)であって、前記ロータの回転力により前記第1歯が前記第3歯を推した後に、前記第3歯が前記第2歯を推すときの前記ロータに生じる振動を誘起電圧として検出することで前記第3歯に対応する前記指針の位置を判別する制御部と、を備える。
また、本発明の一態様に係る指針駆動用モータ制御装置において、前記後段歯車(45)は、前記第3歯(450a、異形歯452)と、前記第1歯(440a)より回転方向の先方で前記第2歯と係合する第4歯(450b)と、を備え、前記第3歯は、前記第4歯に比べ回転方向に向けて波面が凸状に形成されているようにしてもよい。
また、本発明の一態様に係る指針駆動用モータ制御装置において、前記後段歯車は、前記後段歯車は、前記第3歯と、前記第1歯より回転方向の先方で前記第2歯と係合する第4歯と、前記第1歯より回転方向の後方で前記第1歯と係合する第5歯(450c)と、さらに備え、前記第3歯の歯面と前記第4歯の歯面と間隔に比べ、前記第3歯の歯面と前記第5歯の歯面との間隔の方が狭いようにしてもよい。
また、本発明の一態様に係る指針駆動用モータ制御装置において、前記制御部は、前記ロータを駆動する駆動エネルギーを、前記誘起電圧の検出以外の運針をさせるときに出力されるパルスの駆動エネルギーより、前記誘起電圧を検出するときに出力されるパルスのエネルギーを大きくすることで、前記誘起電圧の検出以外の運針をさせるときに前記第3歯の前記凸状の凸部が前記第2歯に接触せず、前記誘起電圧を検出するときに前記第3歯の前記凸部が前記第2歯に接触するように制御するようにしてもよい。
また、本発明の一態様に係る指針駆動用モータ制御装置において、前記制御部は、前記誘起電圧の検出において、検出される前記誘起電圧の波形の位相を検出、または前記誘起電圧の波形の振幅を検出することで、前記第3歯に対応する前記指針の位置を判別するようにしてもよい。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る歯車(後段歯車45)は、ロータ(302)によって回転することで指針(50)を回転させる複数の歯(450)を有する歯車であって、前記歯車の回転軸線方向から見て前記歯車の周方向に非対称に形成されている異形歯(452、第3歯450a)を備え、前記異形歯は、第1方向の回転時に下流側に向く第1歯面(452a)を有し、前記異形歯の歯末における前記第1歯面には、前記第1方向の下流側に向かって突出する凸部(452c)が形成されている。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る時計(1)は、上述したいずれかの指針駆動用モータ制御装置(2)によって駆動される指針(50)を備える。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る時計(1)は、上述した歯車(後段歯車45)を介して駆動される指針(50)を備える。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る指針駆動用モータ制御方法は、指針(50)に回転力を生じさせるロータ(302)と、前記ロータの回転に連動する前段歯車(44)であって、第1歯(440a)と、前記第1歯の回転方向に連続する第2歯(440b)とを有する前段歯車と、前記前段歯車に係合し前記指針の回転に連動する後段歯車(45)であって、前記第1歯と前記第2歯との間に位置する第3歯(450a)を有する後段歯車と、前記ロータに回転力を生じさせるように駆動パルスを出力する制御部(10)と、を有する指針駆動用モータ制御装置における指針駆動用モータ制御方法であって、前記制御部が、前記ロータの回転力により前記第1歯が前記第3歯を推すように駆動するステップと、前記第1歯が前記第3歯を推した後、前記第3歯が前記第2歯を推すときの前記ロータに生じる振動を誘起電圧として検出することで前記第3歯に対応する前記指針の位置を判別するステップと、を含む。
本発明によれば、指針の特定位置においてロータにかかる負荷を高く設定せずとも、特定位置を判別することを可能にする。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
[時計1の構成例]
図1は、本実施形態に係る時計1の構成例を示すブロック図である。
図1に示すように、時計1は、電池20、発振回路22、分周回路24、操作部26、記憶部28、および指針駆動用モータ制御装置2を備える。指針駆動用モータ制御装置2は、制御部10、モータ30、輪列40、および指針50を備える。
図1は、本実施形態に係る時計1の構成例を示すブロック図である。
図1に示すように、時計1は、電池20、発振回路22、分周回路24、操作部26、記憶部28、および指針駆動用モータ制御装置2を備える。指針駆動用モータ制御装置2は、制御部10、モータ30、輪列40、および指針50を備える。
制御部10は、パルス制御部11、および指針駆動部12を備える。また、指針駆動部12は、モータ負荷検出部13を備える。
モータ30は、ステータ301、ロータ302、および駆動コイル309を含んで構成されている。なお、モータ30の構成については、図2を用いて後述する。
輪列40は、少なくとも2つの歯車(前段歯車44、後段歯車45)を備えている。また、前段歯車44は、第1歯440aと第2歯440bを含んで構成されている。後段歯車45は、第3歯450aと第4歯450bと第5歯450cを含んで構成されている。なお、前段歯車44、後段歯車45、第1歯440a、第2歯440b、第3歯450a、第4歯450b、および第5歯450cについては後述する。
モータ30は、ステータ301、ロータ302、および駆動コイル309を含んで構成されている。なお、モータ30の構成については、図2を用いて後述する。
輪列40は、少なくとも2つの歯車(前段歯車44、後段歯車45)を備えている。また、前段歯車44は、第1歯440aと第2歯440bを含んで構成されている。後段歯車45は、第3歯450aと第4歯450bと第5歯450cを含んで構成されている。なお、前段歯車44、後段歯車45、第1歯440a、第2歯440b、第3歯450a、第4歯450b、および第5歯450cについては後述する。
なお、図1に示す時計1は、計時した時刻を指針50によって表示するアナログ時計である。図1に示した例では、時計1が1本の指針50を備える例であるが、指針50の数は、2本以上であってもよい。その場合、時計1は、指針駆動部12、モータ負荷検出部13、モータ30、および輪列40を、指針50毎に備えている。
[時計1の動作説明]
次に、時計1の各構成要素について説明する。
電池20は、例えばリチウム電池や酸化銀電池等の、いわゆるボタン電池である。なお、電池20は、太陽電池、および太陽電池によって発電された電力を蓄電する蓄電池であってもよい。電池20は、電力を制御部10に供給する。
次に、時計1の各構成要素について説明する。
電池20は、例えばリチウム電池や酸化銀電池等の、いわゆるボタン電池である。なお、電池20は、太陽電池、および太陽電池によって発電された電力を蓄電する蓄電池であってもよい。電池20は、電力を制御部10に供給する。
発振回路22は、例えば水晶の圧電現象を利用し、その機械的共振から所定の周波数を発振するために用いられる受動素子である。ここで、所定の周波数は、例えば32[kHz]である。
分周回路24は、発振回路22が出力した所定の周波数の信号を所望の周波数に分周し、分周した信号を制御部10に出力する。
分周回路24は、発振回路22が出力した所定の周波数の信号を所望の周波数に分周し、分周した信号を制御部10に出力する。
操作部26は、例えば竜頭、プッシュボタン等である。操作部26は、利用者が操作した結果を検出し、検出した操作結果を制御部10に出力する。
記憶部28は、指針50の主駆動パルス、補正駆動パルスを記憶する。なお、主駆動パルス、補正駆動パルスについては後述する。記憶部28は、モータ30の基準位置を検出する際に用いる閾値(例えばNcomp)を記憶する。なお、閾値については後述する。
記憶部28は、指針50の主駆動パルス、補正駆動パルスを記憶する。なお、主駆動パルス、補正駆動パルスについては後述する。記憶部28は、モータ30の基準位置を検出する際に用いる閾値(例えばNcomp)を記憶する。なお、閾値については後述する。
制御部10は、分周回路24が分周した所望の周波数を用いて計時を行い、計時した結果に応じて、指針50を運針するようにモータ30を駆動する。また、制御部10は、モータ30の回転によって発生する逆起電圧(誘起電圧)を検出し、検出した結果に基づいて、指針50の基準位置を検出する。制御部10は、時刻表示を行う通常運針の場合の駆動パルスに対して、誘起電圧に基づいて基準位置を検出する際の駆動パルスの駆動エネルギーを大きくするように制御する。なお、基準位置の検出方法は後述する。
パルス制御部11は、分周回路24が分周した所望の周波数を用いて計時を行い、計時した結果に応じて指針50を運針するようにパルス信号を生成し、生成したパルス信号を指針駆動部12に出力する。また、パルス制御部11は、モータ負荷検出部13が検出したモータ30に発生する誘起電圧と基準電圧との比較結果を取得し、取得した結果に基づいて基準位置の検出を行う。
指針駆動部12は、パルス制御部11が出力したパルス信号に応じてモータ30を駆動することで指針50を運針させる。
モータ負荷検出部13は、モータ30を駆動したときに発生する誘起電圧を検出し、検出した誘起電圧と基準電圧との比較結果をパルス制御部11に出力する。
モータ負荷検出部13は、モータ30を駆動したときに発生する誘起電圧を検出し、検出した誘起電圧と基準電圧との比較結果をパルス制御部11に出力する。
モータ30は、例えばステッピングモータである。モータ30は、指針駆動部12が出力したパルス信号によって、輪列40を介して指針50を駆動する。
指針50は、例えば時針、分針または秒針等である。指針50は、不図示の支持体に回転可能に支持されている。
指針50は、例えば時針、分針または秒針等である。指針50は、不図示の支持体に回転可能に支持されている。
[モータ30の構成例]
次に、モータ30の構成例を説明する。
図2は、本実施形態に係るモータ30の構成例を示す図である。
図2に示すように、モータ30をアナログ電子時計に用いる場合には、ステータ301および磁心308はネジ(図示せず)によって地板(図示せず)に固定され、互いに接合されている。また、駆動コイル309は、第1端子OUT1、第2端子OUT2を有している。
次に、モータ30の構成例を説明する。
図2は、本実施形態に係るモータ30の構成例を示す図である。
図2に示すように、モータ30をアナログ電子時計に用いる場合には、ステータ301および磁心308はネジ(図示せず)によって地板(図示せず)に固定され、互いに接合されている。また、駆動コイル309は、第1端子OUT1、第2端子OUT2を有している。
ロータ302は、2極(S極およびN極)に着磁されている。ロータ302には、かな302a(図3参照)が設けられている。
ステータ301は、磁性材料によって形成されている。ステータ301の外端部には、ロータ収容用貫通孔303を挟んで対向する位置に複数(本実施形態では2個)の切り欠き部(外ノッチ)306,307が設けられている。各外ノッチ306,307とロータ収容用貫通孔303間には可飽和部310,311が設けられている。
ステータ301は、磁性材料によって形成されている。ステータ301の外端部には、ロータ収容用貫通孔303を挟んで対向する位置に複数(本実施形態では2個)の切り欠き部(外ノッチ)306,307が設けられている。各外ノッチ306,307とロータ収容用貫通孔303間には可飽和部310,311が設けられている。
可飽和部310,311は、ロータ302の磁束によっては磁気飽和せず、駆動コイル309が励磁されたときに磁気飽和して磁気抵抗が大きくなるように構成されている。ロータ収容用貫通孔303は、輪郭が円形の貫通孔の対向部分に複数(本実施形態では2つ)の半月状の切り欠き部(内ノッチ)304,305を一体形成した円孔形状に構成されている。
切り欠き部304,305は、ロータ302の停止位置を決めるための位置決め部を構成している。駆動コイル309が励磁されていない状態では、ロータ302は、図2に示すように前記位置決め部に対応する位置、換言すれば、ロータ302の磁極軸Aが、切り欠き部304,305を結ぶ線分と直交するような位置(角度θ0位置)に安定して停止している。ロータ302の回転軸(回転中心)を中心とするXY座標空間を4つの象限(第1象限I〜第4象限IV)に区分している。
[モータ30の動作]
ここで、指針駆動部12から矩形波の主駆動パルスを駆動コイル309の端子OUT1,OUT2間に供給して(例えば、第1端子OUT1側を正極、第2端子OUT2側を負極)、図2の矢印方向に駆動電流iを流すと、ステータ301には破線矢印方向に磁束が発生する。これにより、可飽和部310,311が飽和して磁気抵抗が大きくなり、その後、ステータ301に生じた磁極とロータ302の磁極との相互作用によって、ロータ302は図2の矢印方向に180度回転し、磁極軸が角度θ1位置で安定的に停止する。
なお、モータ30を回転駆動することによって通常動作(本実施形態ではアナログ電子時計であるため運針動作)を行わせるための回転方向(図2では反時計回り方向)を正方向とし、その逆(図2では時計回り方向)を逆方向としている。
ここで、指針駆動部12から矩形波の主駆動パルスを駆動コイル309の端子OUT1,OUT2間に供給して(例えば、第1端子OUT1側を正極、第2端子OUT2側を負極)、図2の矢印方向に駆動電流iを流すと、ステータ301には破線矢印方向に磁束が発生する。これにより、可飽和部310,311が飽和して磁気抵抗が大きくなり、その後、ステータ301に生じた磁極とロータ302の磁極との相互作用によって、ロータ302は図2の矢印方向に180度回転し、磁極軸が角度θ1位置で安定的に停止する。
なお、モータ30を回転駆動することによって通常動作(本実施形態ではアナログ電子時計であるため運針動作)を行わせるための回転方向(図2では反時計回り方向)を正方向とし、その逆(図2では時計回り方向)を逆方向としている。
指針駆動部12から、逆極性の矩形波の主駆動パルスを駆動コイル309の端子OUT1,OUT2に供給して(前記駆動とは逆極性となるように、第1端子OUT1側を負極、第2端子OUT2側を正極)、図2の反矢印方向に駆動電流iを流すと、ステータ301には反破線矢印方向に磁束が発生する。これにより、可飽和部310、311が先ず飽和し、その後、ステータ301に生じた磁極とロータ302の磁極との相互作用によって、ロータ302は前記と同一方向(正方向)に180度回転し、磁極軸が角度θ0位置で安定的に停止する。
以後、このように、指針駆動部12が、駆動コイル309に対して極性の異なる信号(交番信号)を供給する。これにより、モータ30は、前記動作が繰り返し行われて、ロータ302を180度ずつ矢印方向に連続的に回転させることができるように構成されている。
指針駆動部12は、相互に極性の異なる主駆動パルスP1で交互に駆動することによってモータ30を回転駆動し、主駆動パルスP1で回転できなかった場合には、回転検出を行う検出区間における区間T3の後に主駆動パルスP1と同極性の補正駆動パルスP2を用いて回転駆動する。なお、主駆動パルス、補正駆動パルス、検出区間における区間については後述する。
指針駆動部12は、相互に極性の異なる主駆動パルスP1で交互に駆動することによってモータ30を回転駆動し、主駆動パルスP1で回転できなかった場合には、回転検出を行う検出区間における区間T3の後に主駆動パルスP1と同極性の補正駆動パルスP2を用いて回転駆動する。なお、主駆動パルス、補正駆動パルス、検出区間における区間については後述する。
[基準負荷部と基準位置]
次に、基準負荷部と基準位置について説明する。
図3は、本実施形態に係る基準負荷部と基準位置の一例を説明するための図である。
図3において、略12時の位置が基準位置であり、この位置(第1領域)に指針50があるとき、他の位置(第2領域)と比較して、ロータ302が受ける負荷の挙動が異なる。すなわち、図3に示す例では、略12時の位置に基準負荷部が設けられている。換言すると、ロータ302が受ける第1領域の負荷は、第2領域の負荷と比べ挙動が異なる。本実施形態では、このようにロータ302が受ける負荷の挙動が異なる位置を基準位置として検出する。
なお、図3では、略12時の位置が基準位置の例を示したが、基準位置は他の位置であってもよい。なお、時計1が複数の指針50を備える場合、複数の指針それぞれの基準位置は、同じ位置であっても互いに異なる位置であってもよい。
次に、基準負荷部と基準位置について説明する。
図3は、本実施形態に係る基準負荷部と基準位置の一例を説明するための図である。
図3において、略12時の位置が基準位置であり、この位置(第1領域)に指針50があるとき、他の位置(第2領域)と比較して、ロータ302が受ける負荷の挙動が異なる。すなわち、図3に示す例では、略12時の位置に基準負荷部が設けられている。換言すると、ロータ302が受ける第1領域の負荷は、第2領域の負荷と比べ挙動が異なる。本実施形態では、このようにロータ302が受ける負荷の挙動が異なる位置を基準位置として検出する。
なお、図3では、略12時の位置が基準位置の例を示したが、基準位置は他の位置であってもよい。なお、時計1が複数の指針50を備える場合、複数の指針それぞれの基準位置は、同じ位置であっても互いに異なる位置であってもよい。
[輪列40の構成例]
次に、輪列40の構成例を説明する。
図4は、本実施形態の輪列40の構成例を示す平面図である。図4に示すように、輪列40は、第1中間車41と、第2中間車42と、指針車43と、を備える。
第1中間車41は、第1中間歯車41aと第1中間かな(不図示)とを有する。第1中間歯車41aは、モータ30のロータ302のかな302aに噛み合っている。第2中間車42は、第2中間歯車42aと第2中間かな42b(第2歯車)とを有する。第2中間歯車42aは、第1中間車41の第1中間かなに噛み合っている。指針車43は、第2中間車42の第2中間かな42bに噛み合う指針歯車43a(第1歯車)を有する。指針車43には、指針50が取り付けられる。
次に、輪列40の構成例を説明する。
図4は、本実施形態の輪列40の構成例を示す平面図である。図4に示すように、輪列40は、第1中間車41と、第2中間車42と、指針車43と、を備える。
第1中間車41は、第1中間歯車41aと第1中間かな(不図示)とを有する。第1中間歯車41aは、モータ30のロータ302のかな302aに噛み合っている。第2中間車42は、第2中間歯車42aと第2中間かな42b(第2歯車)とを有する。第2中間歯車42aは、第1中間車41の第1中間かなに噛み合っている。指針車43は、第2中間車42の第2中間かな42bに噛み合う指針歯車43a(第1歯車)を有する。指針車43には、指針50が取り付けられる。
図5は、本実施形態の輪列40における前段歯車44と後段歯車45との噛み合い部を示す拡大図である。図5に示す例は、輪列40が備える複数の歯車のうち、前段歯車44と後段歯車45の2つの歯車を抜き出して示した図である。また、図5に示す例は、指針歯車43aが後段歯車45の例であり、第2中間かな42b(第2歯車)が前段歯車44の例である。
前段歯車44は、複数(図5に示す例では10個)の歯440を備える。また、前段歯車44の歯440aが第1歯であり、歯440bが第2歯である。
後段歯車45は、複数の歯450を備える。複数の歯450は、1つの異形歯452と、複数の標準歯451と、で構成されている。また、後段歯車45の異形歯452(450a)が第3歯であり、標準歯451(450b)が第4歯であり、標準歯451(450c)が第5歯である。すなわち、後段歯車45は、回転方向に対して、標準歯である第4歯450b、異形歯である第3歯450a、標準歯である第5歯450cの順に形成されている。
後段歯車45は、複数の歯450を備える。複数の歯450は、1つの異形歯452と、複数の標準歯451と、で構成されている。また、後段歯車45の異形歯452(450a)が第3歯であり、標準歯451(450b)が第4歯であり、標準歯451(450c)が第5歯である。すなわち、後段歯車45は、回転方向に対して、標準歯である第4歯450b、異形歯である第3歯450a、標準歯である第5歯450cの順に形成されている。
標準歯451は、後段歯車45が備える複数の歯450のうち1つ異形歯452以外の歯である。標準歯451は、一般的な歯車の歯であって、後段歯車45の回転軸線方向(以下、単に軸線方向という。)から見て、後段歯車45の周方向に対称に形成されている。また、標準歯451は、例えば円弧歯形やインボリュート歯形、サイクロイド歯形等に形成された歯である。
異形歯452は、後段歯車45が備える複数の歯450のうち1つの歯である。異形歯452は、軸線方向から見て、後段歯車45の周方向に非対称に形成されている。すなわち、異形歯452は、軸線方向から見て後段歯車45の中心と異形歯452の歯先とを通る歯形中心線L1に関して非対称に形成されている。
異形歯452は、基準負荷部であって、指針50が基準位置に位置するときに、ロータ302が受ける負荷を増大させる。異形歯452は、正転方向の上流側を向く第1歯面452aと、正転方向の下流側を向く第2歯面452bと、を備える。第2歯面452bには、正転方向の上流側に向かって突出する凸部452cが形成されている。凸部452cは、2点鎖線で示す標準歯451の歯面と比較して突出した箇所である。凸部452cは、異形歯452の歯末(例えばピッチ円CPよりも歯先側)における第2歯面452bに形成されている。凸部452cは、異形歯452の歯面における凸部452c以外の箇所に対して滑らかに接続している。
すなわち、後段歯車45は、後段歯車45の回転軸線方向から見て後段歯車45の周方向に非対称に形成されている異形歯452(第3歯)を備えている。そして、異形歯452は、第1方向(正方向)の回転時に下流側に向く第1歯面を有している。また、異形歯452の歯末における第1歯面には、第1方向の下流側に向かって突出する凸部452cが形成されている。
[指針駆動部12とモータ負荷検出部13の構成例]
次に、指針駆動部12とモータ負荷検出部13の構成例を説明する。
図6は、本実施形態に係る指針駆動部12とモータ負荷検出部13の構成例を示すブロック図である。なお、図6に示す指針駆動部12およびモータ負荷検出部13の構成は一例であり、これに限らない。
図6に示すように、指針駆動部12は、スイッチング素子Q1〜Q6、モータ負荷検出部13、および閾値電圧生成部14を備えている。
また、モータ負荷検出部13は、抵抗R1、R2、および比較器Q7を備えている。
次に、指針駆動部12とモータ負荷検出部13の構成例を説明する。
図6は、本実施形態に係る指針駆動部12とモータ負荷検出部13の構成例を示すブロック図である。なお、図6に示す指針駆動部12およびモータ負荷検出部13の構成は一例であり、これに限らない。
図6に示すように、指針駆動部12は、スイッチング素子Q1〜Q6、モータ負荷検出部13、および閾値電圧生成部14を備えている。
また、モータ負荷検出部13は、抵抗R1、R2、および比較器Q7を備えている。
スイッチング素子Q3は、ゲートがパルス制御部11の制御信号M11を出力する駆動端子に接続され、ソースが電源+Vccに接続され、ドレインがスイッチング素子Q1のドレインと抵抗R1の一端と比較器Q7の第1入力部(+)と第1出力端子Out1に接続されている。
スイッチング素子Q1は、ゲートがパルス制御部11の制御信号M12を出力する駆動端子に接続され、ソースが接地されている。
スイッチング素子Q1は、ゲートがパルス制御部11の制御信号M12を出力する駆動端子に接続され、ソースが接地されている。
スイッチング素子Q5は、ゲートがパルス制御部11の制御信号G1を出力する制御端子に接続され、ソースが電源+Vccに接続され、ドレインが抵抗R1の他端に接続されている。
スイッチング素子Q4は、ゲートがパルス制御部11の制御信号M21を出力する駆動端子に接続され、ソースが電源+Vccに接続され、ドレインがスイッチング素子Q2のドレインと抵抗R2の一端と比較器Q7の第2入力部(+)と第2出力端子Out2に接続されている。
スイッチング素子Q2は、ゲートがパルス制御部11の制御信号M22を出力する駆動端子に接続され、ソースが接地されている。
スイッチング素子Q2は、ゲートがパルス制御部11の制御信号M22を出力する駆動端子に接続され、ソースが接地されている。
スイッチング素子Q6は、ゲートがパルス制御部11の制御信号G2を出力する制御端子に接続され、ソースが電源+Vccに接続され、ドレインが抵抗R2の他端に接続されている。
比較器Q7は、第3入力部(−)に閾値電圧生成部14が接続され、出力部がパルス制御部11の検出信号COが入力される検出端子に接続されている。
指針駆動部12の第1出力端子Out1と第2出力端子Out2の両端には、モータ30が接続されている。
スイッチング素子Q3,Q4,Q5,Q6それぞれは、例えばPチャネルのFET(Field effect transistor;電界効果トランジスタ)である。また、スイッチング素子Q1,Q2それぞれは、例えばNチャネルのFETである。
スイッチング素子Q1とQ2は、モータ30を駆動する構成要素である。スイッチング素子Q5とQ6と抵抗R1と抵抗R2は、回転検出のための構成要素である。スイッチング素子Q3とQ4は、モータ30の駆動と回転検出の双方に兼用される構成要素である、スイッチング素子Q1〜Q6それぞれは、オン状態でオン抵抗が小さく、低インピーダンスの素子である。また、抵抗R1とR2の抵抗値は、同じであり、スイッチング素子のオン抵抗より大きな値である。
スイッチング素子Q1とQ2は、モータ30を駆動する構成要素である。スイッチング素子Q5とQ6と抵抗R1と抵抗R2は、回転検出のための構成要素である。スイッチング素子Q3とQ4は、モータ30の駆動と回転検出の双方に兼用される構成要素である、スイッチング素子Q1〜Q6それぞれは、オン状態でオン抵抗が小さく、低インピーダンスの素子である。また、抵抗R1とR2の抵抗値は、同じであり、スイッチング素子のオン抵抗より大きな値である。
なお、指針駆動部12は、スイッチング素子Q1,Q4を同時にオン状態、Q2,Q3を同時にオフ状態にすることで、モータ30が備える駆動コイル309に対して正方向の電流を供給することで、モータ30を180度正方向に回転駆動させる。また、指針駆動部12は、スイッチング素子Q2,Q3を同時にオン状態、Q1,Q4を同時にオフ状態にすることで、駆動コイル309に対して逆方向の電流を供給することで、モータ30を正方向に更に180度回転駆動させる。
閾値電圧生成部14は、例えば電源電圧Vccを抵抗で分圧して閾値電圧Vcompを生成する。
閾値電圧生成部14は、例えば電源電圧Vccを抵抗で分圧して閾値電圧Vcompを生成する。
[パルス制御部11が出力する駆動信号の例]
次に、パルス制御部11が出力する駆動信号の例を説明する。
図7は、本実施形態に係るパルス制御部11が出力する駆動パルスの例を示す図である。
図7において、横軸は時刻、縦軸は信号がH(ハイ)レベルであるかL(ロー)レベルであるかを表している。波形g1は、第1の駆動パルスの波形である。波形g2は、第2の駆動パルスの波形である。
次に、パルス制御部11が出力する駆動信号の例を説明する。
図7は、本実施形態に係るパルス制御部11が出力する駆動パルスの例を示す図である。
図7において、横軸は時刻、縦軸は信号がH(ハイ)レベルであるかL(ロー)レベルであるかを表している。波形g1は、第1の駆動パルスの波形である。波形g2は、第2の駆動パルスの波形である。
時刻t1〜t6の期間は、モータ30を正転させる期間である。時刻t1〜t2の期間、パルス制御部11は、第1駆動パルスM1を生成する。時刻t3〜t4の期間、パルス制御部11は、第2駆動パルスM2を生成する。なお、時刻t1〜t2または時刻t3〜t4の期間の駆動信号は、符号g31が示す領域のように、複数のパルス信号により構成され、パルス制御部11がパルスのデューティを調整する。この場合、時刻t1〜t2の期間または時刻t3〜t4の期間は、パルスのデューティに応じて変化する。以下、本実施形態では、符号g31が示す領域の信号波を「くし歯波」という。または、時刻t1〜t2または時刻t3〜t4の期間の駆動信号は、符号g32が示す領域のように、1つのパルス信号により構成され、パルス制御部11がパルスの幅を調整する。この場合、時刻t1〜t2の期間または時刻t3〜t4の期間は、パルスの幅に応じて変化する。以下、本実施形態では、符号g32が示す領域の信号波を「矩形波」という。
なお、本実施形態では、時刻t1〜t2または時刻t3〜t4の期間のパルスを主駆動パルスP1という。以下の説明では、主駆動パルスP1が、くし歯波の例を説明する。
なお、本実施形態では、時刻t1〜t2または時刻t3〜t4の期間のパルスを主駆動パルスP1という。以下の説明では、主駆動パルスP1が、くし歯波の例を説明する。
なお、時刻t5〜t6の期間の補正駆動パルスP2は、主駆動パルスP1によってロータが回転しなかったことが検出されたときのみに出力される駆動パルスである。
また、実施形態では、補正駆動パルスを用いずに主駆動パルス(検出駆動パルス)によって指針50を運針させる状態を第1回転状態という。さらに、第1回転状態の後に補正駆動パルスも用いて指針を運針させる状態を第2回転状態という。
また、実施形態では、補正駆動パルスを用いずに主駆動パルス(検出駆動パルス)によって指針50を運針させる状態を第1回転状態という。さらに、第1回転状態の後に補正駆動パルスも用いて指針を運針させる状態を第2回転状態という。
次に、モータ30の駆動時のスイッチング素子Q1〜Q6の動作とモータ回転時に発生する誘起電圧の例について説明する。なお、以下の例では、モータ30が正転の場合を説明する。
図8は、本実施形態に係る主駆動パルスP1と検出区間等の例を示す図である。図8において、横軸は時刻、縦軸は信号がHレベルであるかLレベルであるかを表している。波形g11は、指針駆動部12のOut1から出力される主駆動パルスP1および検出パルスの波形である。符号g12は、検出区間を示している。波形g13は、スイッチング素子Q3のゲートに入力される制御信号M11の波形である。波形g14は、スイッチング素子Q1のゲートに入力される制御信号M12の波形である。波形g15は、スイッチング素子Q4のゲートに入力される制御信号M21の波形である。波形g16は、スイッチング素子Q2のゲートに入力される制御信号M22の波形である。波形g17は、スイッチング素子Q5のゲートに入力される制御信号G1の波形である。波形g18は、スイッチング素子Q6のゲートに入力される制御信号G2の波形である。
なお、図8に示す状態は、図7における時刻t1〜t3の期間の状態である。
なお、図8に示す状態は、図7における時刻t1〜t3の期間の状態である。
なお、図8において、スイッチング素子Q3,Q4,Q5,Q6(図6)は、ゲートに入力される信号がLレベルの期間、オン状態になり、ゲートに入力される信号がHレベルの期間、オフ状態になる。また、スイッチング素子Q1,Q2は、ゲートに入力される信号がHの期間、オン状態になり、ゲートに入力される信号がLレベルの期間、オフ状態になる。
時刻ta〜tbの期間は、駆動区間である。
また、時刻tb〜tcの期間は、回転状態の検出区間である。なお、検出区間におけるパルスSp1、Sp2、Sp3、・・・は、モータの回転状態を検出するために誘起電圧を発生させるサーチパルスである。
時刻ta〜tbの期間は、駆動区間である。
また、時刻tb〜tcの期間は、回転状態の検出区間である。なお、検出区間におけるパルスSp1、Sp2、Sp3、・・・は、モータの回転状態を検出するために誘起電圧を発生させるサーチパルスである。
駆動区間であるta〜tbの期間、波形g13と波形g14に示すように、パルス制御部11は、くし歯波である主駆動パルスP1に応じてスイッチング素子Q3とQ1を所定周期でオン状態とオフ状態に切り換えることで、モータ30を正方向に回転させるように制御する。モータ30が正常に回転できた場合は、モータ30が備えるロータ302が正方向に180度回転する。なお、この期間、スイッチング素子Q2,Q5,Q6それぞれは、オフ状態であり、スイッチング素子Q4は、オン状態である。
検出区間の時刻tb〜tcの期間、パルス制御部11は、スイッチング素子Q1のオフ状態を維持し、スイッチング素子Q3を所定のタイミングでオン状態とオフ状態を切り換えてハイインピーダンスの状態になるように制御する。そして、パルス制御部11は、この検出区間、スイッチング素子Q5をオン状態に切り換えるように制御する。なお、検出期間、パルス制御部11は、スイッチング素子Q4のオン状態を維持し、スイッチング素子Q2,Q6をオフ状態に制御する。
これにより、検出区間では、スイッチング素子Q4とQ5をオン状態でスイッチング素子Q3をオフ状態にする検出ループと、スイッチング素子Q4とQ5をオン状態でスイッチング素子Q3をオン状態にする閉ループとが所定周期で交互に繰り返される。このとき、検出ループの状態は、スイッチング素子Q4,Q5、抵抗R1によってループが構成されるため、モータ30に制動がかからない。一方、閉ループの状態は、スイッチング素子Q3,Q4、モータ30が有する駆動コイル309によってループが構成されることにより、駆動コイル309が短絡されているので、モータ30に制動がかかり、モータ30の自由振動が抑制される。
検出区間、抵抗R1には、駆動電流と同方向に誘起電流が流れる。この結果、抵抗R1には、誘起電圧信号Vrs(以下、誘起電圧Vrsともいう)が発生する。比較器Q7は、区間T1,T2,T3それぞれの区間毎に、この誘起電圧Vrsと閾値電圧Vcompとを比較して、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcomp以下である場合に「1」を示す信号を出力し、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcompより大きい場合に「0」を示す信号を出力する。なお、後述するように、区間T1は、検出区間における1番目の区間である。区間T2は、検出区間における2番目の区間である。区間T3は、検出区間における3番目の区間である。
さらに、図7の時刻t3〜t5の期間に、第2の駆動パルスが生成される。これにより、駆動区間、パルス制御部11は、主駆動パルスP1に応じてスイッチング素子Q4とQ2を所定周期でオン状態とオフ状態に切り換えることで、モータ30を正方向に回転させるように制御する。なお、この期間、スイッチング素子Q1、Q5、Q6それぞれは、オフ状態であり、スイッチング素子Q3は、オン状態である。
そして、検出区間、パルス制御部11は、スイッチング素子Q2のオフ状態を維持し、スイッチング素子Q4を所定のタイミングでオン状態とオフ状態を切り換えてハイインピーダンスの状態になるように制御する。そして、パルス制御部11は、この検出区間、スイッチング素子Q6をオン状態に切り換えるように制御する。なお、検出期間、パルス制御部11は、スイッチング素子Q3のオン状態を維持し、スイッチング素子Q1、Q5をオフ状態に制御する。これにより、抵抗R2には、駆動電流と同方向に誘起電流が流れる。この結果、抵抗R2には、誘起電圧Vrsが発生する。比較器Q7は、区間T1、T2、T3それぞれの区間毎に、この誘起電圧Vrsと閾値電圧Vcompとを比較して、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcomp以下である場合に「1」を示す信号を出力し、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcompより大きいである場合に「0」を示す信号を出力する。
[ロータ302の挙動例]
次に、ロータ302の挙動例を説明する。
図9は、ロータ302の挙動例を示す図である。図9において横軸は時間、縦軸はロータ302の回転角度である。
図9に示すように、駆動パルスによりロータ302が回転すると、停止位置に対しオーバーシュートを生じ、減衰振動しながら停止する。なお、図9において、回転角度180degが停止位置である。
次に、ロータ302の挙動例を説明する。
図9は、ロータ302の挙動例を示す図である。図9において横軸は時間、縦軸はロータ302の回転角度である。
図9に示すように、駆動パルスによりロータ302が回転すると、停止位置に対しオーバーシュートを生じ、減衰振動しながら停止する。なお、図9において、回転角度180degが停止位置である。
[前段歯車44と後段歯車45の動作]
続いて、前段歯車44と後段歯車45の動作例について、図5を参照しつつ図10を用いて説明する。
図10(A)は、前段歯車44の回転を示す図である。図10(B)は、後段歯車45が前段歯車44によって推される状態を示す図である。図10(C)は、後段歯車45が進行する状態を示す図である。図10(D)は、前段歯車44が後段歯車45の凸部452cに接触した状態を示す図である。なお、図10は、正転時の動作を示す例である。
続いて、前段歯車44と後段歯車45の動作例について、図5を参照しつつ図10を用いて説明する。
図10(A)は、前段歯車44の回転を示す図である。図10(B)は、後段歯車45が前段歯車44によって推される状態を示す図である。図10(C)は、後段歯車45が進行する状態を示す図である。図10(D)は、前段歯車44が後段歯車45の凸部452cに接触した状態を示す図である。なお、図10は、正転時の動作を示す例である。
図10(A)に示すように、矢印g101に示すように主駆動パルスによって前段歯車44が正転を開始する。
次に、図10(B)の矢印g111に示すように、後段歯車45の各歯450には、前段歯車44の歯440が正転方向上流側から接触する。前段歯車44の歯440に係合する歯450が標準歯451から異形歯452に交替する際、前段歯車44の歯440は、後段歯車45の異形歯452と、異形歯452よりも1つ正転方向上流側の標準歯451と、の間の歯溝に入り込み、異形歯452の第1歯面452aに接触する。これにより、後段歯車45は、矢印g112に示すように、前段歯車44の歯440に推されて回転が始まる。
次に、図10(B)の矢印g111に示すように、後段歯車45の各歯450には、前段歯車44の歯440が正転方向上流側から接触する。前段歯車44の歯440に係合する歯450が標準歯451から異形歯452に交替する際、前段歯車44の歯440は、後段歯車45の異形歯452と、異形歯452よりも1つ正転方向上流側の標準歯451と、の間の歯溝に入り込み、異形歯452の第1歯面452aに接触する。これにより、後段歯車45は、矢印g112に示すように、前段歯車44の歯440に推されて回転が始まる。
ここで、後段歯車45は、ロータ302のオーバーシュート分余分に送られることや、
後段歯車45の歯車径が大きく指針50に負荷があるため慣性が大きくすぐに停止できない。このため、図10(C)の矢印g122に示すように、後段歯車が進行方向に進んで停止することになる。
後段歯車45の歯車径が大きく指針50に負荷があるため慣性が大きくすぐに停止できない。このため、図10(C)の矢印g122に示すように、後段歯車が進行方向に進んで停止することになる。
異形歯452は、前段歯車44の歯450と異形歯452の凸部452cが接近する構成となっているため、図10(D)の矢印g132に示すように、ロータ302が減衰振動する際に、歯同士の接触が発生する。このため、異形歯452の場合は、停止時の自由振動の状態が、標準歯451の場合に対して変化することになる。本実施形態では、この振動状態も変化を、誘起電圧の変化として検出することで、特定位置を判別する。
なお、このような異形歯452は、指針50の基準位置に対応する位置に設定されている。
なお、このような異形歯452は、指針50の基準位置に対応する位置に設定されている。
すなわち、本実施形態の後段歯車45の第3歯452(450a)は、図5、図10に示したように、第4歯451(450b)に比べ回転方向に向けて歯面が凸状に形成されている凸部452cを有している。
また、図10(A)に示したように、第3歯452(450a)の歯面と第4歯451(450b)の歯面と間隔に比べ、第3歯452(450a)の歯面と第5歯451(450c)の歯面との間隔の方が狭い。
また、図10(A)に示したように、第3歯452(450a)の歯面と第4歯451(450b)の歯面と間隔に比べ、第3歯452(450a)の歯面と第5歯451(450c)の歯面との間隔の方が狭い。
また、本実施形態の異形歯452の凸部452cは、従来のようにロータ302にかかる負担を大きくするためではなく、上述したように後段歯車45が推された後に、凸部452cが前段歯車44の歯面に接触して発生する振動による誘起電圧を得るために設けられている。
[基準位置の第1の検出方法]
次に、基準位置の第1の検出方法について説明する。
図11は、本実施形態に係る基準位置の第1の検出方法を説明するための図である。図11に示す例は、誘起電圧の位相のズレに基づいて、基準位置を検出する例である。
図11において、横軸は時刻[ms]、縦軸は信号のレベル[V]である。波形g201は、基準位置以外、すなわち後段歯車45の歯450が標準歯451のときの駆動パルスの波形と誘起電圧の波形である。また、波形g203は、基準位置、すなわち後段歯車45の歯450が異形歯452のときの駆動パルスの波形と誘起電圧の波形である。Vcompは閾値電圧を表す。時間Taは、待機時間Taである。待機時間Taは、主駆動パルスP1の出力終了時刻から所定の時間である。なお、待機時間Taは、主駆動パルスP1の出力開始時間から所定時間であってもよい。図11に示す例では、時刻0〜約5msの区間の波形が主駆動パルスP1であり、約5ms〜35msの波形が誘起電圧の波形である。また、誘起電圧の波形Ps1は、サーチパルスSp1(図8)に対応し、誘起電圧の波形Ps2は、サーチパルスSp2(図8)に対応し、誘起電圧の波形Ps3は、サーチパルスSp3(図8)に対応する。
次に、基準位置の第1の検出方法について説明する。
図11は、本実施形態に係る基準位置の第1の検出方法を説明するための図である。図11に示す例は、誘起電圧の位相のズレに基づいて、基準位置を検出する例である。
図11において、横軸は時刻[ms]、縦軸は信号のレベル[V]である。波形g201は、基準位置以外、すなわち後段歯車45の歯450が標準歯451のときの駆動パルスの波形と誘起電圧の波形である。また、波形g203は、基準位置、すなわち後段歯車45の歯450が異形歯452のときの駆動パルスの波形と誘起電圧の波形である。Vcompは閾値電圧を表す。時間Taは、待機時間Taである。待機時間Taは、主駆動パルスP1の出力終了時刻から所定の時間である。なお、待機時間Taは、主駆動パルスP1の出力開始時間から所定時間であってもよい。図11に示す例では、時刻0〜約5msの区間の波形が主駆動パルスP1であり、約5ms〜35msの波形が誘起電圧の波形である。また、誘起電圧の波形Ps1は、サーチパルスSp1(図8)に対応し、誘起電圧の波形Ps2は、サーチパルスSp2(図8)に対応し、誘起電圧の波形Ps3は、サーチパルスSp3(図8)に対応する。
なお、指針50が例えば秒針の場合は、360度の回転を例えば60ステップで行う。この場合、例えば、波形g201が第1ステップ、第3ステップ、第7ステップ、第9ステップ、・・・第60ステップのときの誘起電圧の波形である。また、例えば、波形g203が第5ステップのときの誘起電圧の波形である。
波形g201に示すように歯450が標準歯451の場合、誘起電圧の波形のうち閾値電圧Vcomp以上となる波形を含む正側のパルス波形の組g202が、約16〜25msの区間に現れる。波形g201に示す例では、閾値電圧Vcompを超える誘起電圧は、Ps1を1番目とすると、12番目〜14番目(Ps12〜Ps14)である。
一方、波形g203に示すように歯450が異形歯452の場合、誘起電圧の波形のうち閾値電圧Vcomp以上となる波形を含む正側のパルス波形の組g204が、約21〜30msの区間に現れる。波形g203に示す例では、閾値電圧Vcompを超える誘起電圧は、Ps1を1番目とすると、17番目〜19番目(Ps17〜Ps19)である。
すなわち、基準位置と基準位置以外の位置では、閾値電圧Vcomp以上となる波形を含む正側のパルス波形の組が現れるタイミング(位相)がズレる(遅れる)。なお、現れるタイミングは、図11に示したように遅れる場合と、早まる場合とがある。
このため、第1の検出方法では、閾値電圧Vcomp以上となるタイミングに基づいて、基準位置を検出する。
このため、第1の検出方法では、閾値電圧Vcomp以上となるタイミングに基づいて、基準位置を検出する。
図12は、本実施形態に係る基準位置の第1の検出方法の処理手順例を示すフローチャートである。なお、以下の処理は、例えば、電池20が交換されたとき、指針50の位置を修正するとき、初期化されたときなどに行う。
(ステップS1)制御部10は、主駆動パルスP1の印加後、サーチパルスの印加を行う。
(ステップS2)制御部10は、カウント値Nを0に設定する。なお、このカウント値Nは、サーチパルスがいくつ目であるかをカウントしている。
(ステップS2)制御部10は、カウント値Nを0に設定する。なお、このカウント値Nは、サーチパルスがいくつ目であるかをカウントしている。
(ステップS3)制御部10は、サーチパルスの印加終了後、待機時間Taが経過するまで待機する。なお、制御部10は、分周回路24が出力する基準クロックを用いて待機時間Taをカウントする。また、待機時間Taは、誘起電圧Vrs検出を周期的に行うための待機期間であり、モータ30の駆動コイル309がショート状態になる期間である。
(ステップS4)制御部10は、待機時間Ta後に誘起電圧Vrsの検出を開始する。具体的には、制御部10は、サーチパルス(図8)毎に、誘起電圧(図11のPs1、Ps2、・・・)の電圧値を検出する。
(ステップS5)制御部10は、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcompより大きいか否かを判別する。制御部10は、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcompより大きいと判別した場合(ステップS5;YES)、ステップS7の処理に進める。制御部10は、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcomp以下であると判別した場合(ステップS5;NO)、ステップS6の処理に進める。
(ステップS6)制御部10は、カウント値Nに1を加算する。処理後、制御部10は、ステップS3に処理を戻す。
(ステップS7)制御部10は、カウント値Nが閾値Ncompより大きいか否かを判別する。制御部10は、カウント値Nが閾値Ncompより大きいと判別した場合(ステップS7;YES)、ステップS8の処理に進める。制御部10は、カウント値Nが閾値Ncomp以下であると判別した場合(ステップS7;NO)、基準位置ではないためステップS1の処理に戻す。
(ステップS8)制御部10は、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcompより大きくとき且つカウント値Nが閾値Ncompより大きくなったときの後段歯車45の位置を基準位置であると判定する。
以上で、基準位置の検出処理を終了する。
以上で、基準位置の検出処理を終了する。
なお、閾値Ncompは、図11を用いて説明したように、基準位置と基準位置以外を判別する閾値である。図11のように基準位置の際に、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcompより大きくなるサーチパルスの発生箇所が遅れる場合、閾値Ncompは、基準位置以外で誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcompより大きくなるサーチパルスの発生箇所より後であり、例えば15番目である。他方、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcompより大きくなるサーチパルスの発生箇所が早まる場合、閾値Ncompは、基準位置以外で誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcompより大きくなるサーチパルスの発生箇所より前であり、例えば8番目である。なお、閾値は、使用するモータ30、輪列40、指針50の組み合わせで異なるため、例えば時計1の出荷時に測定し、測定した結果に基づいて閾値を決定し、決定した閾値を記憶部28に記憶させておく。
以上のように、第1の検出方法によれば、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcompより大きくなるサーチパルスの発生箇所が、閾値Ncomp以下である場合、制御部10は、準位置では無いため、再び主駆動パルスP1を印加して、指針50を1ステップ(歯1つ分)推すように駆動する。すなわち、ステップS7で基準位置ではないと判別された場合、制御部10は、サーチパルスの印加を終了し、次の主駆動パルスを印加する。これにより、本実施形態によれば、基準位置の検出時間を短縮することができる。
そして、第1の検出方法によれば、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcompより大きく且つカウント値Nが閾値Ncompより大きい後段歯車45の位置を、基準位置として検出することができる。
そして、第1の検出方法によれば、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcompより大きく且つカウント値Nが閾値Ncompより大きい後段歯車45の位置を、基準位置として検出することができる。
[基準位置の第2の検出方法]
次に、基準位置の第2の検出方法について説明する。
図13は、本実施形態に係る基準位置の第2の検出方法を説明するための図である。図11に示す例は、誘起電圧大きさに基づいて、基準位置を検出する例である。
図13において、横軸は時刻[ms]、縦軸は信号のレベル[V]である。波形g211は、基準位置以外、すなわち後段歯車45の歯450が標準歯451のときの駆動パルスの波形と誘起電圧の波形である。また、波形g213は、基準位置、すなわち後段歯車45の歯450が異形歯452のときの駆動パルスの波形と誘起電圧の波形である。図13に示す例では、時刻0〜約5msの区間の波形が主駆動パルスP1であり、約5ms〜35msの波形が誘起電圧の波形である。
次に、基準位置の第2の検出方法について説明する。
図13は、本実施形態に係る基準位置の第2の検出方法を説明するための図である。図11に示す例は、誘起電圧大きさに基づいて、基準位置を検出する例である。
図13において、横軸は時刻[ms]、縦軸は信号のレベル[V]である。波形g211は、基準位置以外、すなわち後段歯車45の歯450が標準歯451のときの駆動パルスの波形と誘起電圧の波形である。また、波形g213は、基準位置、すなわち後段歯車45の歯450が異形歯452のときの駆動パルスの波形と誘起電圧の波形である。図13に示す例では、時刻0〜約5msの区間の波形が主駆動パルスP1であり、約5ms〜35msの波形が誘起電圧の波形である。
波形g211に示すように歯450が標準歯451の場合、誘起電圧の波形のうち誘起電圧が極大値となる波形を含む正側のパルス波形の組g212が、約12〜18msの区間に現れる。波形g201に示す例では、閾値電圧Vcompを超える誘起電圧は発生していない。
一方、波形g213に示すように歯450が異形歯452の場合、誘起電圧の波形のうち閾値電圧Vcomp以上となる波形を含む正側のパルス波形の組g214が、基準位置以外の状態と同様に約12〜21msの区間に現れる。波形g213に示す例では、閾値電圧Vcompを超える誘起電圧は、Ps1を1番目とすると、10番目〜11番目(Ps11〜Ps11)である。
すなわち、基準位置と基準位置以外の位置では、閾値電圧Vcomp以上となる波形を含む正側のパルス波形の組の極大値が異なる。
このため、第2の検出方法では、閾値電圧Vcompに基づいて、基準位置を検出する。
このため、第2の検出方法では、閾値電圧Vcompに基づいて、基準位置を検出する。
図14は、本実施形態に係る基準位置の第2の検出方法の処理手順例を示すフローチャートである。なお、以下の処理は、例えば、電池20が交換されたとき、指針50の位置を修正するとき、初期化されたときなどに行う。
(ステップS21)制御部10は、主駆動パルスP1の印加後、サーチパルスの印加を行う。
(ステップS22)制御部10は、カウント値Nを0に設定する。
(ステップS23)制御部10は、サーチパルスの印加終了後、待機時間Taが経過するまで待機する。
(ステップS22)制御部10は、カウント値Nを0に設定する。
(ステップS23)制御部10は、サーチパルスの印加終了後、待機時間Taが経過するまで待機する。
(ステップS24)制御部10は、閾値Nmaxがカウント値Nより大きいか否かを判別する。制御部10は、閾値Nmaxがカウント値Nより大きいと判別した場合(ステップS24;YES)、ステップS25の処理に進める。制御部10は、閾値Nmaxがカウント値Nより大きくない、すなわちカウント値Nが閾値Nmax以上であると判別した場合(ステップS24;NO)、基準位置ではないためステップS21の処理に戻す。
(ステップS25)制御部10は、待機時間Ta後に誘起電圧Vrsの検出を開始する。
(ステップS26)制御部10は、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcompより大きいか否かを判別する。制御部10は、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcompより大きいと判別した場合(ステップS26;YES)、ステップS28の処理に進める。制御部10は、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcomp以下であると判別した場合(ステップS26;NO)、ステップS27の処理に進める。
(ステップS27)制御部10は、カウント値Nに1を加算する。処理後、制御部10は、ステップS23に処理を戻す。
(ステップS28)制御部10は、カウント値Nが閾値Nmax未満のとき且つ誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcompより大きくなったときの後段歯車45の位置を基準位置であると判定する。
以上で、基準位置の検出処理を終了する。
以上で、基準位置の検出処理を終了する。
なお、閾値電圧Vcompは、図13を用いて説明したように、基準位置と基準位置以外を判別する誘起電圧の閾値である。閾値電圧Vcompは、基準位置以外の誘起電圧の極大値未満である。
また、閾値Nmaxは、基準位置、基準位置以外の位置であっても、誘起電圧の極大値の発生箇所よりあとの位置である。例えば図13の波形g213の例では、基準位置に置いて10番目と11番目のとき閾値電圧Vcompより大きい誘起電圧Vrsが発生している。
なお、閾値は、例えば時計1の出荷時に測定し、測定した結果に基づいて閾値を決定し、決定した閾値を記憶部28に記憶させておく。
また、閾値Nmaxは、基準位置、基準位置以外の位置であっても、誘起電圧の極大値の発生箇所よりあとの位置である。例えば図13の波形g213の例では、基準位置に置いて10番目と11番目のとき閾値電圧Vcompより大きい誘起電圧Vrsが発生している。
なお、閾値は、例えば時計1の出荷時に測定し、測定した結果に基づいて閾値を決定し、決定した閾値を記憶部28に記憶させておく。
以上のように、第2の検出方法によれば、例えばサーチパルスの15番目(Ps15)を過ぎても閾値電圧Vcompより大きい誘起電圧Vrsを検出できない場合、基準位置ではないと判定してサーチパルスの印加を終了し、次の主駆動パルスを印加する。これにより、本実施形態によれば、基準位置の検出の検出時間を短縮することができる。
そして、第2の検出方法によれば、カウント値Nが閾値Nmax未満であり且つ誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcompより大きい後段歯車45の位置を基準位置であると検出することができる。
そして、第2の検出方法によれば、カウント値Nが閾値Nmax未満であり且つ誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcompより大きい後段歯車45の位置を基準位置であると検出することができる。
[基準位置の第3の検出方法]
次に、基準位置の第3の検出方法について説明する。
図15は、本実施形態に係る基準位置の第3の検出方法を説明するための図である。図15に示す例は、誘起電圧の大きさに基づいて、非回転を検出することで基準位置を検出する例である。
図15において、横軸は時刻[ms]、縦軸は信号のレベル[V]である。波形g221は、基準位置以外でロータ302が回転できた場合の波形である。また、波形g223は、基準位置でロータ302が1パルスで2ステップ分回転してしまったため連続する次のパルスにより回転されるべきロータの極性が合わず回転できなかったと判定された場合の波形である。
次に、基準位置の第3の検出方法について説明する。
図15は、本実施形態に係る基準位置の第3の検出方法を説明するための図である。図15に示す例は、誘起電圧の大きさに基づいて、非回転を検出することで基準位置を検出する例である。
図15において、横軸は時刻[ms]、縦軸は信号のレベル[V]である。波形g221は、基準位置以外でロータ302が回転できた場合の波形である。また、波形g223は、基準位置でロータ302が1パルスで2ステップ分回転してしまったため連続する次のパルスにより回転されるべきロータの極性が合わず回転できなかったと判定された場合の波形である。
図15に示す例は、例えば、主駆動パルスのエネルギーが不足している場合や、後段歯車45の異形歯452による負荷が大きい場合である。このような場合は、ロータ302が回転できず、波形g223に示すように、ロータ302が回転できた場合の誘起電圧のレベルに対して、発生する誘起電圧Vrsのレベルが小さい。
このため、基準位置の第3の検出方法では、閾値電圧Vcompに基づいて、非回転を検出することで基準位置を検出する。
このため、基準位置の第3の検出方法では、閾値電圧Vcompに基づいて、非回転を検出することで基準位置を検出する。
図16は、本実施形態に係る基準位置の第3の検出方法の処理手順例を示すフローチャートである。なお、以下の処理は、例えば、電池20が交換されたとき、指針50の位置を修正するとき、初期化されたときなどに行う。
(ステップS31)制御部10は、主駆動パルスP1の印加後、サーチパルスの印加を行う。
(ステップS32)制御部10は、カウント値Nを0に設定し、カウント値Mを0に設定する。
(ステップS33)制御部10は、サーチパルスの印加終了後、待機時間Taが経過するまで待機する。
(ステップS32)制御部10は、カウント値Nを0に設定し、カウント値Mを0に設定する。
(ステップS33)制御部10は、サーチパルスの印加終了後、待機時間Taが経過するまで待機する。
(ステップS34)制御部10は、閾値Nmaxがカウント値Nより大きいか否かを判別する。制御部10は、閾値Nmaxがカウント値Nより大きいと判別した場合(ステップS34;YES)、ステップS35の処理に進める。制御部10は、閾値Nmaxがカウント値Nより大きくない、すなわちカウント値Nが閾値Nmax以上であると判別した場合(ステップS34;NO)、基準位置ではないためステップS31の処理に戻す。
(ステップS35)制御部10は、待機時間Ta後に誘起電圧Vrsの検出を開始する。
(ステップS36)制御部10は、閾値電圧Vcompが誘起電圧Vrsより大きいか否かを判別する。制御部10は、閾値電圧Vcompが誘起電圧Vrsより大きいと判別した場合(ステップS36;YES)、ステップS38の処理に進める。制御部10は、閾値電圧Vcompが誘起電圧Vrsより大きくない、すなわち誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcomp以上であると判別した場合(ステップS36;NO)、ステップS37の処理に進める。
(ステップS37)制御部10は、カウント値Nに1を加算する。処理後、制御部10は、ステップS33に処理を戻す。
(ステップS38)制御部10は、カウント値Mが閾値Mmaxより大きいか否かを判別する。制御部10は、カウント値Mが閾値Mmaxより大きいと判別した場合(ステップS38;YES)、ステップS40の処理に進める。制御部10は、カウント値Mが閾値Mmax未満であると判別した場合(ステップS38;NO)、ステップS39の処理に進める。
(ステップS39)制御部10は、カウント値Mに1を加算する。処理後、制御部10は、ステップS33に処理を戻す。
(ステップS40)制御部10は、カウント値Mが閾値Mmaxより大きく且つ誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcomp未満となったときの後段歯車45の位置を基準位置であると判定する。
以上で、基準位置の検出処理を終了する。
以上で、基準位置の検出処理を終了する。
以上のように、第3の検出方法では、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcomp以上の回数が閾値Nmaxより大きい回数をカウントする。例えば、図15に示す例では、基準位置以外で波形g221のように、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcomp以上となる。基準位置以外では、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcomp以上の回数が閾値Nmax以上となるので、制御部10が基準位置ではないと判定して、次の歯に推すように主駆動パルスを発生させる。
そして、基準位置では、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcomp以上のカウント値Mが閾値Mmaxより大きくなるので、制御部10が基準位置であると判定することができる。
そして、基準位置では、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcomp以上のカウント値Mが閾値Mmaxより大きくなるので、制御部10が基準位置であると判定することができる。
なお、基準位置では、カウント値Nは0のままであり、カウント値Mがサーチパルス毎に加算される。一方、基準位置以外では、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcomp以上の位置でカウント値Nが加算されつつカウント値Mが加算されない。このため、基準位置以外では、誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcomp以上の回数が閾値Nmax未満であり且つ誘起電圧Vrsが閾値電圧Vcomp未満であっても、ステップS38の処理で、カウント値Mが基準位置より少ないので、ステップS40の処理には進まないため、制御部10が誤検出することがない。
[主駆動パルス]
次に、位置検出を行う際に用いる主駆動パルスを、通常運針の際より位置検出の際に大きな駆動エネルギーにする理由について説明する。なお、大きな駆動エネルギーとするため、制御部10は、例えば、オンのデューティ比を大きくするか、駆動パルスを印加する時間を長くするか、駆動電圧を高くするか、駆動電流を大きくする。
図17は、本実施形態に係る位置検出を行う際に用いる主駆動パルスを説明するための図である。図17において、横軸は時間[msec]、縦軸は回転角度[deg]である。また、符号g301は、通常運針を行う際の主駆動パルスを印加した際の時間に対する回転角度の変化例である。また、符号g302は、位置検出を行う際の主駆動パルスを印加した際の時間に対する回転角度の変化例である。
次に、位置検出を行う際に用いる主駆動パルスを、通常運針の際より位置検出の際に大きな駆動エネルギーにする理由について説明する。なお、大きな駆動エネルギーとするため、制御部10は、例えば、オンのデューティ比を大きくするか、駆動パルスを印加する時間を長くするか、駆動電圧を高くするか、駆動電流を大きくする。
図17は、本実施形態に係る位置検出を行う際に用いる主駆動パルスを説明するための図である。図17において、横軸は時間[msec]、縦軸は回転角度[deg]である。また、符号g301は、通常運針を行う際の主駆動パルスを印加した際の時間に対する回転角度の変化例である。また、符号g302は、位置検出を行う際の主駆動パルスを印加した際の時間に対する回転角度の変化例である。
符号g301と符号302に示すように、駆動エネルギーが大きい方が、ロータ302(図1)の回転速度が速くなるので、回転角度の立ち上がりに要する時間が短くなる。そして、符号g301と符号302に示すように、駆動エネルギーが大きい方が、オーバーシュート量を大きくなる。このように、本実施形態では、位置検出の際の駆動エネルギーを通常運針の際より大きくすることで、後段歯車45の進行量を増加させている。一方で、通常運針の際に、歯車による高負荷の位置が存在していないため、駆動エネルギーは通常の駆動エネルギーで駆動できる。この結果、本実施形態によれば、従来に比べ低消費の駆動ができる。
以上のように、本実施形態では、前段歯車44に係合する後段歯車45が有する歯450のうち基準位置に対応する位置の歯を、回転方向の下流側に向かって突出する凸部452cを有する異形歯452をした。そして、本実施形態では、基準位置の検出を行うとき、通常の運針を行うときの駆動エネルギーより大きい駆動パルスでロータ302を駆動するようにした。これにより、本実施形態によれば、通常の運針を行うときより基準位置の検出を行うときに、ロータ302の回転速度が速くなりオーバーシュート量が増える。これらの結果、基準位置の検出では、後段歯車45における異形歯452の凸部452cが、前段歯車44の歯440と接触する。この結果、接触の影響でロータ302の停止時の自由振動の状態が通常時と変化する。これにより、本実施形態では、ロータ302の停止時の自由振動の状態を、コイル誘起電圧の波形から変化をとらえ、基準位置を判別することができる。この結果、本実施形態によれば、指針50の基準位置(特定位置)においてロータ302にかかる負荷を高く設定せずとも、基準位置を判別することが可能である。
また、本実施形態によれば、複数の歯のうち基準位置に対応する位置の歯が、回転方向の下流側に凸部452cを有する異形歯452を有する後段歯車45を時計の輪列40が有する歯車に適用することで、指針50の基準位置(特定位置)においてロータ302にかかる負荷を高く設定せずとも、基準位置を判別することが可能である。
また、本実施形態によれば、前段歯車44によって推された後段歯車45の第3歯450a(異形歯452)が、前段歯車44の第2歯に接触したことと誘起電圧によって検出することができる。この結果、本実施形態によれば、指針50の基準位置(特定位置)においてロータ302にかかる負荷を高く設定せずとも、基準位置を判別することが可能である。
また、本実施形態によれば、指針50の基準位置に対応した後段歯車45の第3歯450a(異形歯452)に前段歯車44の歯が噛み合うときのみ、後段歯車45の歯が前段歯車44の歯と再接触して前段歯車44が振動し始める。本実施形態では、この振動を誘起電圧によって検出することができる。
また、本実施形態によれば、基準位置の検出を行うときの駆動エネルギーを通常の運針を行うときより大きくしたので、後段歯車45の歯が前段歯車44の歯と再接触の衝撃が大きくなる。また、駆動エネルギーは、時刻を表示させる通常の運針をおこなうときに大きくしないので、通常の運針を行うときに後段歯車45の第3歯450aが前段歯車44の第2歯440bに接触するオーバランが発生しないので、時計1の全動作期間における消費電力を抑えることができる。
なお、本発明における制御部10の機能の全てまたは一部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制御部10が行う処理の全てまたは一部を行ってもよい。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、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。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が送信された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(RAM)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、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。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よい。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、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形および置換を加えることができる。
1…時計、2…指針駆動用モータ制御装置、20…電池、22…発振回路、24…分周回路、26…操作部、28…記憶部、10…制御部、30…モータ、40…輪列、44…前段歯車、45…後段歯車、50…指針、11…パルス制御部、12…指針駆動部、13…モータ負荷検出部、301…ステータ、302…ロータ、309…駆動コイル、451…標準歯、452…異形歯、440a…第1歯、440b…第2歯、450a…第3歯、450b…第4歯、450c…第5歯、452c…凸部、Vrs…誘起電圧、N…カウント値、Ncomp,Nmax…閾値、Vcomp…閾値電圧、Ta…待機時間
Claims (9)
- 指針に回転力を生じさせるロータと、
前記ロータの回転に連動する前段歯車であって、第1歯と、前記第1歯の回転方向に連続する第2歯とを有する前段歯車と、
前記前段歯車に係合し前記指針の回転に連動する後段歯車であって、前記第1歯と前記第2歯との間に位置する第3歯を有する後段歯車と、
前記ロータに回転力を生じさせるように駆動パルスを出力する制御部であって、前記ロータの回転力により前記第1歯が前記第3歯を推した後に、前記第3歯が前記第2歯を推すときの前記ロータに生じる振動を誘起電圧として検出することで前記第3歯に対応する前記指針の位置を判別する制御部と、
を備える指針駆動用モータ制御装置。 - 前記後段歯車は、前記第3歯と、前記第1歯より回転方向の先方で前記第2歯と係合する第4歯と、を備え、
前記第3歯は、前記第4歯に比べ回転方向に向けて波面が凸状に形成されている、請求項1に記載の指針駆動用モータ制御装置。 - 前記後段歯車は、前記第3歯と、前記第1歯より回転方向の先方で前記第2歯と係合する第4歯と、前記第1歯より回転方向の後方で前記第1歯と係合する第5歯と、さらに備え、
前記第3歯の歯面と前記第4歯の歯面と間隔に比べ、前記第3歯の歯面と前記第5歯の歯面との間隔の方が狭い、請求項1または請求項2に記載の指針駆動用モータ制御装置。 - 前記制御部は、前記ロータを駆動する駆動エネルギーを、前記誘起電圧の検出以外の運針をさせるときに出力されるパルスの駆動エネルギーより、前記誘起電圧を検出するときに出力されるパルスのエネルギーを大きくすることで、前記誘起電圧の検出以外の運針をさせるときに前記第3歯の前記凸状の凸部が前記第2歯に接触せず、前記誘起電圧を検出するときに前記第3歯の前記凸部が前記第2歯に接触するように制御する、請求項2または請求項3に記載の指針駆動用モータ制御装置。
- 前記制御部は、前記誘起電圧の検出において、検出される前記誘起電圧の波形の位相を検出、または前記誘起電圧の波形の振幅を検出することで、前記第3歯に対応する前記指針の位置を判別する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の指針駆動用モータ制御装置。
- ロータによって回転することで指針を回転させる複数の歯を有する歯車であって、前記歯車の回転軸線方向から見て前記歯車の周方向に非対称に形成されている異形歯を備え、
前記異形歯は、第1方向の回転時に下流側に向く第1歯面を有し、
前記異形歯の歯末における前記第1歯面には、前記第1方向の下流側に向かって突出する凸部が形成されている歯車。 - 請求項1から請求項5のいずれか1つに記載の指針駆動用モータ制御装置によって駆動される指針を備える時計。
- 請求項6に記載の歯車を介して駆動される指針を備える時計。
- 指針に回転力を生じさせるロータと、前記ロータの回転に連動する前段歯車であって、第1歯と、前記第1歯の回転方向に連続する第2歯とを有する前段歯車と、前記前段歯車に係合し前記指針の回転に連動する後段歯車であって、前記第1歯と前記第2歯との間に位置する第3歯を有する後段歯車と、前記ロータに回転力を生じさせるように駆動パルスを出力する制御部と、を有する指針駆動用モータ制御装置における指針駆動用モータ制御方法であって、
制御部が、前記ロータの回転力により前記第1歯が前記第3歯を推すように駆動するステップと、
前記第1歯が前記第3歯を推した後、前記第3歯が前記第2歯を推すときの前記ロータに生じる振動を誘起電圧として検出することで前記第3歯に対応する前記指針の位置を判別するステップと、
を含む指針駆動用モータ制御方法。
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JP2018046708A JP2019158644A (ja) | 2018-03-14 | 2018-03-14 | 指針駆動用モータ制御装置、歯車、時計、および指針駆動用モータ制御方法 |
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