JP2020204543A - 電子時計、ムーブメント、モーター制御回路および電子時計の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本開示の第1実施形態の電子時計1を図面に基づいて説明する。
図1は、電子時計1を示す正面図である。
図1に示すように、電子時計1は、ユーザーの手首に装着される腕時計であり、外装ケース2と、円板状の文字板3と、秒針5、分針6、時針7と、りゅうず8と、ボタン9とを備える。
図2は、電子時計1の回路構成を示す回路図である。
図2に示すように、電子時計1はムーブメント10を備える。
ムーブメント10は、秒針5、分針6、時針7と、信号源である水晶振動子11と、電源である電池12と、ボタン9の操作に連動してオン、オフされるスイッチSW1と、りゅうず8の引き出し操作に連動してオン、オフされるスイッチSW2と、モーター13と、時計用のIC20とを備えている。
電池12は、一次電池または二次電池で構成され、モーター13やIC20を駆動させる駆動電圧Vを発生させる。すなわち、電池12は、本開示の電源の一例である。また、電池12は、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SW1は、ボタン9に連動して入力され、例えば、ボタン9が押されている状態ではオン状態となり、ボタン9が押されていない状態ではオフ状態となる。
スイッチSW2は、りゅうず8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8が1段目に引き出された状態でオン状態となり、0段目ではオフ状態となる。
また、秒針5、分針6、時針7は、図示略の輪列で連動しており、モーター13により駆動され、秒、分、時を表示する。なお、本実施形態では、1つのモーター13で、秒針5、分針6、時針7を駆動しているが、例えば、秒針5を駆動するモーターと、分針6および時針7を駆動するモーターのように複数のモーターを設けてもよい。
なお、本実施形態では、電池12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をグランドに設定している。
図3は、IC20の回路構成を示す回路図である。
図3に示すように、IC20は、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、BUS27と、モーター制御回路30とを備えている。なお、CPUは、Central Processing Unitの略語であり、ROMは、Read Only Memoryの略語である。
分周回路22は、発振回路21の出力を所定の周波数に分周してCPU23にタイミング信号を供給する。
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、前記各機能を実現する。
モーター制御回路30は、BUS27を通してCPU23から入力される命令により、所定の駆動信号を出力する。
図4は、モーター制御回路30の構成を示す回路図である。
図4に示すように、モーター制御回路30は、ドライバー制御部40と、ドライバー50と、電流検出回路60とを備える。
ドライバー制御部40は、モーター13のローターを回転させる駆動信号をドライバー50に出力する。本実施形態では、ドライバー制御部40は、図示略のデコーダー、タイマー、微分回路、SRラッチ回路、フリップフロップ、AND回路、OR回路等を備える。そして、ドライバー制御部40は、ドライバー50にゲート信号P1、P2、N1、N2、N3、N4を出力するロジック回路として構成される。なお、ドライバー制御部40は、上記構成に限られるものではなく、例えば、CPU等の制御装置によって構成され、BUS27を介して後述するドライバー50の各トランジスター52〜57を直接制御可能に構成されていてもよい。
ドライバー50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、ドライバー制御部40から出力される駆動信号によって制御され、モーター13のコイル130に正逆両方向の電流Iを供給する。
ここで、本実施形態では、ドライバー50は、コイル130に流れる電流Iが上限電流閾値Imaxを超えたら電流Iの供給をオフし、コイル130に流れる電流Iが下限電流閾値Iminを下回ったら電流Iの供給をオンするように制御される。
電流検出回路60は、目標電流値設定部61と、コンパレーター641、642、651、652と、複合ゲート68、69とを備えている。複合ゲート68は、AND回路661、662およびOR回路680を組み合わせたものと同等の機能を備える一つの素子である。複合ゲート69は、AND回路671、672およびOR回路690を組み合わせたものと同等の機能を備える一つの素子である。
なお、電流検出回路60は、本開示の電流検出部の一例である。
第1抵抗分圧回路62は、直列に接続される第1抵抗621および第2抵抗622を備えた抵抗分圧回路として構成される。そして、第1抵抗分圧回路62は、電池12が発生する駆動電圧Vを入力して、第1抵抗621および第2抵抗622の抵抗値に応じた出力電圧V1を出力するように構成されている。
具体的には、第1抵抗621および第2抵抗622の抵抗値は、それぞれRaおよびRbとされている。そして、抵抗値Ra、Rbは、以下の式(1)を満たすように構成されている。
V1=[Rb/(Ra+Rb)]×V…(1)
ここで、本実施形態では、駆動電圧Vが基準駆動電圧Vsの場合の上限電流閾値Imaxとして基準上限電流閾値Imaxstが設定されている。そして、駆動電圧Vが基準駆動電圧Vsの場合に、第1抵抗分圧回路62から出力される出力電圧V1の電位が、コイル130に基準上限電流閾値Imaxstが流れた場合に検出抵抗58、59の両端に発生する電圧に相当するように、抵抗値Ra、Rbは設定されている。すなわち、第1抵抗分圧回路62は、駆動電圧Vに比例して、上限電流閾値Imaxを設定するように構成されている。なお、上限電流閾値Imaxは、本開示の目標電流値の一例である。
具体的には、第3抵抗631および第4抵抗632の抵抗値は、それぞれRcおよびRdとされている。そして、抵抗値Rc、Rdは、以下の式(2)を満たすように構成されている。
V2=[Rd/(Rc+Rd)]×V…(2)
ここで、本実施形態では、駆動電圧Vが基準駆動電圧Vsの場合の下限電流閾値Iminとして基準下限電流閾値Iminstが設定されている。そして、駆動電圧Vが基準駆動電圧Vsの場合に、第2抵抗分圧回路63から出力される出力電圧V2の電位が、コイル130に基準下限電流閾値Iminstが流れた場合に検出抵抗58、59の両端に発生する電圧に相当するように、抵抗値Rc、Rdは設定されている。すなわち、第2抵抗分圧回路63は、駆動電圧Vに比例して、下限電流閾値Iminを設定するように構成されている。なお、下限電流閾値Iminは、本開示の目標電流値の一例である。
AND回路661にはドライバー制御部40から出力される駆動極性信号PLが反転入力される。そして、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。
これにより、コイル130に流れる電流Iが上限電流閾値Imax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抵抗分圧回路62の出力電圧V1を上回るため、検出信号DT1がHレベルとなる。一方、電流Iが上限電流閾値Imaxを下回っている場合は、検出信号DT1がLレベルとなる。したがって、電流検出回路60の第1抵抗分圧回路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が上限電流閾値Imaxを超えたことを検出可能に構成されている。
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。
これにより、コイル130に流れる電流Iが下限電流閾値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2抵抗分圧回路63の出力電圧V2を上回るため、検出信号DT2がHレベルとなる。一方、電流Iが下限電流閾値Iminを下回っている場合は、検出信号DT2がLレベルとなる。したがって、電流検出回路60の第2抵抗分圧回路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が下限電流閾値Iminより小さいことを検出可能に構成されている。
次に、本実施形態のモーター制御回路30による制御方法について、図5のフローチャートを用いて説明する。
図5に示すように、モーター制御回路30の制御処理が開始されると、ドライバー制御部40は、ステップS1として、ゲート信号P1、P2、N1、N2、N3、N4によってモーター13のドライバー50をオンする。
本実施形態では、ドライバー50がオンされると、P1がLレベル、P2がHレベルとなり、Pchトランジスター52がオン、Pchトランジスター53がオフされる。また、N1〜N3がLレベル、N4がHレベルとなり、Nchトランジスター54、55、56がオフ、Nchトランジスター57がオンされる。このため、駆動電流が、Pchトランジスター52、出力端子O1、コイル130、出力端子O2、検出抵抗59、Nchトランジスター57を流れる。
なお、所定時間t1としては、ドライバー50が頻繁にオンとオフとを繰り返して、その際に生じる貫通電流や充放電電流で消費電流が増大することを抑制するために、ドライバー50を最低限オンにする時間が設定されている。
ここで、前述したように、本実施形態では、第1抵抗分圧回路62によって、電池12の駆動電圧Vに応じて、上限電流閾値Imaxが設定される。
図6に示すように、ローターの回転角θに応じて、コイル130に流れる電流Iの電流波形Eは変化する。
この際、例えば、電池12がフル充電される等して高駆動電圧Vhになった場合、図6の電流波形Ehに示すように、電流波形に縦方向の幅が広くなる。そのため、上限電流閾値Imaxおよび下限電流閾値Iminを固定値とした場合、電流波形Ehに対して当該上限電流閾値Imaxおよび下限電流閾値Iminが相対的に低くなる。そうすると、オン時間Tonが短くなるので、モーター13のローターに供給されるエネルギーが少なくなる。そのため、ローターが回転しなくなってしまうおそれがある。
すなわち、上限電流閾値Imaxおよび下限電流閾値Iminを固定値とした場合、駆動電圧Vが変動すると、ローターを安定して回転させることができなくなるおそれがある。
一方、ステップS3でYesと判定された場合、ドライバー制御部40は、ステップS4として、ゲート信号P1、P2、N1、N2、N3、N4によってドライバー50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50からコイル130への電流Iの供給も停止する。
なお、所定時間t2としては、所定時間t1と同様に、ドライバー50が頻繁にオンとオフとを繰り返すことを抑制するために、ドライバー50を最低限オフにする時間が設定されている。
ステップS6でNoと判定された場合、電流検出回路60は、電流Iが下限電流閾値Iminを下回るまで、つまり、検出抵抗58、59に発生する電圧が、第2抵抗分圧回路63の出力電圧V2を下回るまで、ステップS6の判定処理を継続する。
ステップS7でNoと判定された場合、ステップS1に戻って、ステップS1〜S7までの処理を繰り返す。
このように、本実施形態では、ドライバー制御部40は、電流Iに応じてドライバー50をオン・オフさせ、かつ、電流Iに基づくオフ時間Toffにより極性を切り替える。
このような第1実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態では、電子時計1は、駆動電圧Vに応じて、上限電流閾値Imaxおよび下限電流閾値Iminを設定する目標電流値設定部61を備える。
これにより、充電等により電池12の駆動電圧Vが変動したとしても、当該駆動電圧Vに応じて、上限電流閾値Imaxおよび下限電流閾値Iminを設定することができる。そのため、オン時間Tonを適切な長さにできるので、モーター13のローターを安定して回転させることができる。なお、本実施形態では、所定の条件にて検証した結果、ローターを安定して回転させることができる駆動電圧Vの範囲を、上限電流閾値Imaxおよび下限電流閾値Iminを固定値にした場合に比べて、約2倍にできることが確認されている。
これにより、駆動電圧Vに比例して、上限電流閾値Imaxおよび下限電流閾値Iminを発生させる回路を簡略化することができる。
次に、本開示の第2実施形態について、図7、図8に基づいて説明する。第2実施形態では、CPU23Aに、目標電流値設定部231Aが設けられる点で、前述した第1実施形態と異なる。
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。
図7は、CPU23Aおよびモーター制御回路30Aの構成を示す回路図である。
図7に示すように、CPU23Aは、目標電流値設定部231Aを備える。また、モーター制御回路30Aは、電圧検出回路31Aと、第1D/A変換回路32Aと、第2D/A変換回路33Aとを備える。
目標電流値設定部231Aは、電圧検出回路31Aの検出値Vmに応じて、上限電流閾値Imaxおよび下限電流閾値Iminを演算する。
具体的には、目標電流値設定部231Aは、以下の式(3)、(4)に基づいて、上限電流閾値Imaxおよび下限電流閾値Iminを演算する。
Imax=a×Vm+b…(3)
Imin=c×Vm+d…(4)
すなわち、目標電流値設定部231Aは、比例定数a、cおよびオフセット値b、dに基づいて、上限電流閾値Imaxおよび下限電流閾値Iminを演算する。
具体的には、目標電流値設定部231Aは、演算した上限電流閾値Imaxに対応するデジタル信号D1を第1D/A変換回路32Aに出力する。そうすると、当該デジタル信号D1は、第1D/A変換回路32Aにより出力電圧V1に変換されて、コンパレーター641、642に入力される。
なお、前述した第1実施形態と同様に、出力電圧V1の電位が、コイル130に基準上限電流閾値Imaxstが流れた場合に検出抵抗58、59の両端に発生する電圧に相当するように、デジタル信号D1および第1D/A変換回路32Aは構成されている。
なお、前述した第1実施形態と同様に、出力電圧V2の電位が、コイル130に基準下限電流閾値Iminstが流れた場合に検出抵抗58、59の両端に発生する電圧に相当するように、デジタル信号D2および第2D/A変換回路33Aは構成されている。
次に、本実施形態のモーター制御回路30Aによる制御方法について、図8のフローチャートを用いて説明する。
なお、本実施形態において、ステップS1A〜S8Aは、前述した第1実施形態のステップS1〜S8と同様であるため、説明を省略する。
このような第2実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態では、電子時計1は、駆動電圧Vを検出する電圧検出回路31Aを備える。そして、目標電流値設定部231Aは、電圧検出回路31Aの検出値Vmに応じて、上限電流閾値Imaxおよび下限電流閾値Iminを演算し、設定する。
これにより、比例定数a、cに加えて、オフセット値b、dに基づいて、上限電流閾値Imaxおよび下限電流閾値Iminを設定することができる。そのため、駆動電圧Vに比例して上限電流閾値Imaxおよび下限電流閾値Iminを設定する場合に比べて、上限電流閾値Imaxおよび下限電流閾値Iminをより適切な値に設定することができる。
なお、本開示は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本開示の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本開示に含まれるものである。
この場合、例えば、指針5〜7を早送り駆動させることを意図して、駆動電圧Vを昇圧回路にて昇圧させた際に、上限電流閾値Imaxおよび下限電流閾値Iminは、昇圧された駆動電圧Vに応じて設定される。そのため、指針5〜7を早送り駆動させる際のローターの駆動を安定化させることができる。
また、例えば、目標電流値設定部61、231Aが上限電流閾値Imaxのみを設定する場合、ドライバー制御部40は、電流Iが上限電流閾値Imaxを超えてドライバー50をオフ状態にしてから、予め設定した時間が経過した時点でドライバー50をオン状態に制御するように構成されていてもよい。
Claims (6)
- コイルを有するモーターと、
前記モーターを駆動させる駆動電圧を発生させる電源と、
前記コイルに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、
前記駆動電圧に応じて、目標電流値を設定する目標電流値設定部と、
前記電流検出部が検出した前記電流値と前記目標電流値とを比較して、前記比較の結果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し、かつ、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、前記駆動電流の極性を切り替えるドライバー制御部と、を備える
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、
前記目標電流値設定部は、前記駆動電圧に応じて、前記目標電流値を発生させる抵抗分圧回路を備える
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、
前記駆動電圧を検出する電圧検出回路を備え、
前記目標電流値設定部は、前記電圧検出回路の検出値に応じて、前記目標電流値を演算して設定する
ことを特徴とする電子時計。 - コイルを有するモーターと、
前記モーターを駆動させる駆動電圧を発生させる電源と、
前記コイルに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、
前記駆動電圧に応じて、目標電流値を設定する目標電流値設定部と、
前記電流検出部が検出した前記電流値と前記目標電流値とを比較して、前記比較の結果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し、かつ、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、前記駆動電流の極性を切り替えるドライバー制御部と、を備える
ことを特徴とするムーブメント。 - 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、
前記モーターを駆動させる電源の駆動電圧に応じて、目標電流値を設定する目標電流値設定部と、
前記電流検出部が検出した前記電流値と前記目標電流値とを比較して、前記比較の結果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し、かつ、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、前記駆動電流の極性を切り替えるドライバー制御部と、を備える
ことを特徴とするモーター制御回路。 - コイルおよびローターを有するモーターと、前記モーターを駆動させる駆動電圧を発生させる電源と、前記コイルに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、を備える電子時計の制御方法であって、
前記駆動電圧を検出するステップと、
検出した前記駆動電圧に応じて、目標電流値を演算して設定するステップと、
前記コイルに流れる電流値を検出するステップと、
検出した前記電流値と前記目標電流値とを比較して、前記比較の結果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ステップと、
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、前記駆動電流の極性を切り替えるステップと、を備える
ことを特徴とする電子時計の制御方法。
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