JP3598849B2 - 電子制御式機械時計およびその制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゼンマイ等の機械的エネルギ源の機械的エネルギを発電機で電気的エネルギに変換し、その電気的エネルギにより回転制御装置を作動させて発電機の回転周期を制御することにより、輪列に固定される指針を正確に駆動する電子制御式機械時計およびその制御方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
ゼンマイが開放する時の機械的エネルギを発電機で電気エネルギに変換し、その電気的エネルギにより回転制御装置を作動させて発電機のコイルに流れる電流値を制御することにより、輪列に固定される指針を正確に駆動して正確に時刻を表示する電子制御式機械時計として、特公平７−１１９８１２号公報や特開平８−５０１８６号公報に記載されたものが知られている。
【０００３】
特公平７−１１９８１２号公報に記載されたものは、ロータが１回転する間つまり基準信号の周期毎に、ブレーキをオフしてロータの回転速度を高めて発電量を増やす角度範囲と、ブレーキを掛けて低速で回す角度範囲とを設け、前記回転速度が高い間で発電電力を向上させつつ、ブレーキ時の発電電力の低下を補うようにして調速していた。
【０００４】
また、特開平８−５０１８６号公報に記載されたものは、基準パルスとロータの回転に伴い検出される測定パルスとをカウントし、この基準パルスの数と測定パルスの数とを比較し、基準パルスの数が測定パルスの数よりも小さい第１の状態では、制御手段により前記測定パルスに応答してパルス幅が設定されたブレーキ信号を発生してブレーキ制御を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公平７−１１９８１２号公報に記載したものは、ロータが１回転する間で、回転速度が高い状態とブレーキが掛けられてほぼ停止状態に近い程度の低速状態とに切り替えなければならず、現実的にはそのような急激な速度変化は実現が難しいという問題がある。特に、ロータには通常フライホイールを設けて回転安定性を高めているため、急激な速度変化を行うことは困難であるという問題がある。
【０００６】
さらに、ロータが１回転する間つまり基準信号毎にブレーキのオン制御とオフ制御とが必ず行われているため、特に発電機の立ち上がり時や制御が大きく外れた場合等に、各基準信号毎のロータの回転制御量をそれほど大きくできず、正常な制御状態に移行するまでに時間がかかり、応答性が低いという問題があった。
【０００７】
また、特開平８−５０１８６号公報に記載したものも、測定パルスに応答して発生するブレーキ信号はそのパルス幅が一定のため、制御が大きく外れた場合などにも各基準信号毎のブレーキ量は一定のままであり、正常な制御状態に移行するまでに時間がかかり、応答性が低いという問題があった。
【０００８】
その上、基準パルス、測定パルスのカウントおよび比較によって第１、第２の状態を検出する回路のほかに、その測定パルスに応答してパルス幅が設定されたブレーキ信号を発生する制御手段を別途設ける必要があり、構成が複雑になってコストが高いという問題もあった。
【０００９】
さらに、ブレーキを掛けた部分では発電電力が低下するため、ブレーキトルクを増加させながら発電電力の低下を抑えることに限界があった。
【００１０】
本発明の目的は、調速制御の応答性が速くかつコストも低減できるとともに、発電電力の低下を抑えることができる電子制御式機械時計を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の電子制御式機械時計は、機械的エネルギ源と、輪列を介して連結される前記機械的エネルギ源によって駆動されて誘起電力を発生して電気的エネルギを供給する発電機と、前記輪列に結合された指針と、前記電気的エネルギにより駆動されて前記発電機の回転周期を制御する回転制御装置と、を備える電子制御式機械時計において、前記回転制御装置は、前記発電機の両端を短絡可能なスイッチと、前記発電機の起電圧波形と時間標準となる基準信号波形との位相を比較する比較回路と、デューティ比が異なる２種類以上のチョッパ信号を発生可能とされ、かつこれらのチョッパ信号の中から前記比較回路からの信号に基づいて設定されたデューティ比のチョッパ信号を前記基準信号の１周期の期間に渡って前記スイッチに加えて前記発電機をチョッパリング制御可能な制動制御回路と、を有することを前提とするものである。
【００１２】
本発明の電子制御式機械時計は、指針及び発電機をゼンマイで駆動し、発電機に回転制御装置によりブレーキをかけることでロータつまりは指針の回転数を調速する。
【００１３】
この際、発電機の回転制御（ブレーキ制御）は、発電機のコイル両端を短絡可能なスイッチをオン・オフしてチョッパリングすることで行っている。チョッパリングすることで、スイッチをオンした時には、発電機にショートブレーキが掛かり、かつ発電機のコイルにエネルギーがたまる。一方で、スイッチをオフすると、発電機が動作し、前記コイルにたまっていたエネルギー分が含まれるため、起電圧が高まる。このため、発電機をチョッパリングで制御すると、ブレーキ時の発電電力の低下を、スイッチオフ時の起電圧の高まり分で補填でき、発電電力の低下を抑えて発電電力を一定以上に保ちながら制動トルクを増加でき、持続時間の長い電子制御式機械時計を構成することができる。
【００１４】
また、本発明では、デューティ比が異なる２種類以上のチョッパ信号の中から、比較回路からの信号に基づいて設定されたデューティ比のチョッパ信号を印加することで、つまり起電圧波形の位相が基準信号波形の位相よりも進んでいる場合には、前記基準信号の１周期の期間に渡ってブレーキ量が大きくなる（デューティ比が大きくスイッチをオンしている期間が長い）チョッパ信号を前記スイッチに加えて発電機の制動トルクを増加する。一方、起電圧波形の位相が基準信号波形の位相よりも遅れている場合には、前記基準信号の１周期の期間に渡ってブレーキ量が小さくなる（デューティ比が小さくスイッチをオンしている期間が短い）チョッパ信号を前記スイッチに加えて発電機の制動トルクを減少する。このように各基準信号の１周期の期間に渡って、その直前の各波形の位相差に基づいて設定されたデューティ比のチョッパ信号をスイッチに印加しても、発電機のロータは、慣性板（フライホイール）を付けたり、ロータ自身に質量を持たせることで、回転安定性を確保しているため、瞬時にロータの回転速度が高速になったり、低速（あるいは停止）になることはなく、ロータの回転速度を問題なく調速することができる。
【００１５】
このため、回転速度が基準信号よりも速い状態が続いている場合には、つまりゼンマイなどの機械的エネルギ源のトルクが大きくて発電機の回転が進んでいる場合には、回転速度と基準信号の差がなくなるまでブレーキをかけ続けることになるため、迅速に正常な回転速度に調速することができ、応答性の早い制御を行うことができる。
【００１６】
また、起電圧波形と基準信号波形との位相を比較するだけでブレーキ制御を行っているので、回転制御装置の構成が簡略化されてコストも低減できる。その上、ブレーキ制御は、基準信号の１周期に渡って同じデューティ比のチョッパ信号を用いてブレーキ制御を行っており、従来のように基準周期の１周期の間にブレーキを掛ける制御と解除する制御の両方を行う場合に比べて、安定した制御を行うことができ、回転制御装置の構成もより一層簡略化できる。
【００１７】
なお、前記回転制御装置によって前記スイッチを断続するチョッパリング周波数は、発電機のロータが設定速度で発生する起電圧波形の５倍以上の周波数であることが好ましく、起電圧波形の５倍〜１００倍であることがより好ましい。
【００１８】
チョッパリング周波数が起電圧波形の５倍よりも小さいと、起電圧を高める効果が小さくなるため、起電圧波形の５倍以上であることが好ましい。
【００１９】
また、チョッパリング周波数が起電圧波形の１００倍以上になると、チョッパリングするためにＩＣの消費電力が増大し、発電する電力が多くなるため、チョッパリング周波数は起電圧波形の１００倍以下であることが好ましい。さらに、チョッパリング周波数は起電圧波形の５倍〜１００倍であれば、デューティーサイクルの変化率に対するトルク変化率が一定に近くなり、制御も容易になる。但し、用途や制御方式によっては、チョッパリング周波数を５倍以下に設定したり、１００倍以上に設定してもよい。
【００２０】
請求項２に記載の電子制御式機械時計は、前記比較回路を、前記基準信号波形の位相に対して起電圧波形の位相が進んでいるか、遅れているかを検出するとともに、少なくとも前記基準信号波形の位相に対して起電圧波形の位相が進んでいる場合には、その進み量を検出可能に構成し、前記制動制御回路を、少なくとも前記基準信号波形の位相に対して起電圧波形の位相が進んでいる場合には、その進み量に応じたデューティ比のチョッパ信号を前記スイッチに加えるように構成したことを基本とするものである。
【００２１】
比較回路で、基準信号波形の位相に対して起電圧波形の位相が進んでいるか遅れているかだけではなく、その進み量を検出し、進み量に応じたデューティ比のチョッパ信号を前記スイッチに加えることで、進み量に応じたブレーキ量を設定することができ、発電機の回転速度を効果的に制御することができる。
【００２２】
この際、前記制動制御回路は、前記基準信号波形の位相に対する起電圧波形の位相の進み量が大きくなるに従ってデューティ比が大きなチョッパ信号、つまり基準信号の１周期の期間において、スイッチを接続するレベルの信号（例えばスイッチがＮｃｈトランジスタであって、そのゲートにチョッパ信号を入力する場合にはＨレベルの信号）の割合が大きなチョッパ信号を前記スイッチに加えればよい。
【００２３】
請求項３に記載の電子制御式機械時計は、機械的エネルギ源と、輪列を介して連結される前記機械的エネルギ源によって駆動されて誘起電力を発生して電気的エネルギを供給する発電機と、前記輪列に結合された指針と、前記電気的エネルギにより駆動されて前記発電機の回転周期を制御する回転制御装置と、を備える電子制御式機械時計において、前記回転制御装置は、前記発電機の両端を短絡可能なスイッチと、前記発電機の起電圧波形と時間標準となる基準信号波形の位相を比較する比較回路と、周波数が異なる２種類以上のチョッパ信号を発生可能とされ、かつこれらのチョッパ信号の中から前記比較回路からの信号に基づいて設定された周波数のチョッパ信号を前記基準信号の１周期の期間に渡って前記スイッチに加えて前記発電機をチョッパリング制御可能な制動制御回路と、を有することを前提とするものである。
【００２４】
スイッチに印加するチョッパ信号の周波数が高い場合には、駆動トルク（制動トルク）が低くなってブレーキ効果が小さくなり、かつ充電電圧（発電電圧）は高くなる。一方、周波数の低いチョッパ信号を印加すると、駆動トルクが高くなってブレーキ効果が大きくなり、かつ充電電圧は周波数が高い場合に比べて低くなる。但し、チョッパリングを行っているため、単にブレーキ制御のみを行った場合に比べれば充電電圧は高くなる。
【００２５】
従って、起電圧波形の位相が基準信号波形の位相よりも進んでいてブレーキを掛ける必要がある場合には、周波数の低いチョッパ信号を印加することで発電機の制動トルクを増加できるとともに、チョッパリングによって発電電力の低下を抑えることができる。
【００２６】
一方、起電圧波形の位相が基準信号波形の位相よりも遅れている場合には、前記チョッパ信号よりも周波数の高いチョッパ信号をスイッチに印加することで発電機の制動トルクを非常に小さくでき、十分な発電電力を得ることができる。
【００２７】
このように周波数が低いチョッパ信号を用いてブレーキを掛けたり、周波数が高いチョッパ信号を用いてブレーキを解除することで、発電電力の低下を抑えつつブレーキトルクを増加でき、持続時間の長い電子制御式機械時計を構成することができる。また、基準周期の１周期に渡って設定されたチョッパ信号をスイッチに印加しているので、周波数の低いチョッパ信号をかけ続けたり、周波数の高いチョッパ信号をかけ続けることができるので、迅速に正常な回転速度に調速することができ、応答性の早い制御を行うことができる。
【００２８】
また、起電圧波形と基準信号波形との位相を比較するだけでブレーキ制御を行っているので、回転制御装置の構成が簡略化されてコストも低減できる。その上、ブレーキ制御は、基準信号の１周期に渡って同じ周波数のチョッパ信号を用いてブレーキ制御を行っており、従来のように基準周期の１周期の間にブレーキを掛ける制御と解除する制御の両方を行う場合に比べて、安定した制御を行うことができ、回転制御装置の構成もより一層簡略化できる。
【００２９】
請求項４に記載の電子制御式機械時計は、前記比較回路を、前記基準信号波形の位相に対して起電圧波形の位相が進んでいるか、遅れているかを検出するとともに、少なくとも前記基準信号波形の位相に対して起電圧波形の位相が進んでいる場合には、その進み量を検出可能に構成し、前記制動制御回路を、少なくとも前記基準信号波形の位相に対して起電圧波形の位相が進んでいる場合には、その進み量に応じた周波数のチョッパ信号を前記スイッチに加えるように構成したことを基本とするものである。
【００３０】
比較回路で、基準信号波形の位相に対して起電圧波形の位相が進んでいるか遅れているかだけではなく、その進み量を検出し、進み量に応じた周波数のチョッパ信号を前記スイッチに加えることで、進み量に応じたブレーキ量を設定することができ、発電機の回転速度を効果的に制御することができる。
【００３１】
この際、前記制動制御回路は、前記基準信号波形の位相に対する起電圧波形の位相の進み量が大きくなるに従って周波数が低いチョッパ信号を前記スイッチに加えればよい。
【００３２】
さらに、周波数だけではなくデューティ比も異なるチョッパ信号を用いてチョッパリング制御してもよい。特に、制動トルクを高める場合には、周波数が低くデューティ比が高いチョッパ信号を用い、制動トルクを小さくする場合には、周波数が高くデューティ比が小さいチョッパ信号を用いれば、効率的にブレーキ制御を行うことができる。
【００３３】
本発明の電子制御式機械時計の制御方法は、機械的エネルギ源と、輪列を介して連結される前記機械的エネルギ源によって駆動されて誘起電力を発生して電気的エネルギを供給する発電機と、前記輪列に結合された指針と、前記電気的エネルギにより駆動されて前記発電機の回転周期を制御する回転制御手段とを備える電子制御式機械時計の制御方法において、前記発電機の起電圧波形と時間標準となる基準信号波形との位相を比較し、前記発電機の各端子を短絡可能なスイッチに、デューティ比が異なる２種類以上のチョッパ信号の中から前記位相差に応じて設定されたデューティ比のチョッパ信号を加えてスイッチを断続し、発電機をチョッパリングによりブレーキ制御し、その際、前記スイッチに加えられるチョッパ信号は、前記基準信号波形の位相に対する起電圧波形の位相の進み量が大きくなるに従ってデューティ比が大きなチョッパ信号であり、そのチョッパリング周波数は、発電機のロータが設定速度で発生する起電圧波形の５倍〜１００倍であることを特徴とするものである。
【００３４】
また、本発明の他の電子制御式機械時計の制御方法は、機械的エネルギ源と、輪列を介して連結される前記機械的エネルギ源によって駆動されて誘起電力を発生して電気的エネルギを供給する発電機と、前記輪列に結合された指針と、前記電気的エネルギにより駆動されて前記発電機の回転周期を制御する回転制御手段とを備える電子制御式機械時計の制御方法において、前記発電機の起電圧波形と時間標準となる基準信号波形との位相を比較し、前記発電機の各端子を短絡可能なスイッチに、周波数が異なる２種類以上のチョッパ信号の中から前記位相差に応じて設定された周波数のチョッパ信号を加えてスイッチを断続し、発電機をチョッパリングによりブレーキ制御し、その際、前記スイッチに加えられるチョッパ信号は、前記基準信号波形の位相に対する起電圧波形の位相の進み量が大きくなるに従って周波数が低いチョッパ信号であることを特徴とするものである。
【００３５】
この際、前記周波数が異なる２種類以上のチョッパ信号は、デューティ比も異なるものでもよい。
【００３６】
これらの制御方法によれば、発電機の回転制御（ブレーキ制御）を、発電機のコイル両端を短絡可能なスイッチをオン、オフしてチョッパリングすることで行っているので、発電電力の低下を抑えながら制動トルクを増加でき、持続時間の長い電子制御式機械時計にすることができる。また、基準周期の１周期に渡って設定されたチョッパ信号をスイッチに印加しているので、迅速に正常な回転速度に調速することができ、応答性の早い制御を行うことができるとともに、従来のように基準周期の１周期の間にブレーキを掛ける制御と解除する制御の両方を行う場合に比べて、安定した制御を行うことができ、回転制御装置の構成も簡略化できる。さらに、起電圧波形と基準信号波形との位相を比較するだけでブレーキ制御を行っているので、回転制御装置の構成がより一層簡略化されてコストも低減できる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３８】
図１は、本発明の第１実施形態の電子制御式機械時計の要部を示す平面図であり、図２及び図３はその断面図である。
【００３９】
電子制御式機械時計は、機械的エネルギ源であるゼンマイ１ａ、香箱歯車１ｂ、香箱真１ｃ及び香箱蓋１ｄからなる香箱車１を備えている。ゼンマイ１ａは、外端が香箱歯車１ｂ、内端が香箱真１ｃに固定される。香箱真１ｃは、地板２と輪列受３に支持され、角穴車４と一体で回転するように角穴ネジ５により固定されている。
【００４０】
角穴車４は、時計方向には回転するが反時計方向には回転しないように、こはぜ６と噛み合っている。なお、角穴車４を時計方向に回転しゼンマイ１ａを巻く方法は、機械時計の自動巻または手巻機構と同様であるため、説明を省略する。
【００４１】
香箱歯車１ｂの回転は、７倍に増速されて二番車７へ、順次６．４倍増速されて三番車８へ、９．３７５ 倍増速されて四番車９へ、３倍増速されて五番車１０へ、１０倍増速されて六番車１１へ、１０倍増速されてロータ１２へと、輪列を介して合計１２６，０００倍に増速されている。
【００４２】
二番車７には筒かな７ａが、筒かな７ａには分針１３が、四番車９には秒針１４がそれぞれ固定されている。従って、二番車７を１ｒｐｈで、四番車９を１ｒｐｍで回転させるためには、ロータ１２は５ｒｐｓで回転するように制御すればよい。このときの香箱歯車１ｂは、１／７ｒｐｈとなる。
【００４３】
この電子制御式機械時計は、ロータ１２、ステータ１５、コイルブロック１６から構成される発電機２０を備えている。ロータ１２は、ロータ磁石１２ａ、ロータかな１２ｂ、ロータ慣性円板１２ｃから構成される。ロータ慣性円板１２ｃは、香箱車１からの駆動トルク変動に対しロータ１２の回転数変動を少なくするためのものである。ステータ１５は、ステータ体１５ａに４万ターンのステータコイル１５ｂを巻線したものである。
【００４４】
コイルブロック１６は、磁心１６ａに１１万ターンのコイル１６ｂを巻線したものである。ここで、ステータ体１５ａと磁心１６ａはＰＣパーマロイ等で構成されている。また、ステータコイル１５ｂとコイル１６ｂは、各々の発電電圧を加えた出力電圧がでるように直列に接続されている。
【００４５】
次に、電子制御式機械時計の制御回路について、図４〜９を参照して説明する。
【００４６】
図４には、本実施形態の機能を示すブロック図が示されている。
【００４７】
発電機２０からの交流出力は、昇圧整流、全波整流、半波整流、トランジスタ整流等からなる整流回路２１を通して昇圧、整流される。整流回路２１には、回転制御装置等の制御用ＩＣや水晶振動子等の負荷２２が接続されている。なお、図４では説明の便宜上、ＩＣ内に構成される各機能回路を負荷２２とは別に記載している。
【００４８】
発電機２０には、制動抵抗２３Ａおよびスイッチとして機能するＮｃｈやＰｃｈのトランジスタ２３Ｂが直列に接続されて構成されたブレーキ回路２３が接続されている。この発電機２０およびブレーキ回路２３によってＶＣＯ（電圧制御発振器）２５が構成されている。なお、ブレーキ回路２３には、制動抵抗２３Ａのほかにダイオードを適宜挿入してもよい。
【００４９】
このＶＣＯ２５には、回転制御装置５０が接続されている。
【００５０】
回転制御装置５０は、発振回路５１、分周回路５２、ロータ１２の回転検出回路５３、位相比較回路（ＰＣ）５４、ローパスフィルタ（低域フィルタ：ＬＰＦ）５５、制動制御回路であるブレーキ制御回路５６によって構成されている。
【００５１】
発振回路５１は水晶振動子５１Ａによる発振信号を出力し、この発振信号は分周回路５２によってある一定周期まで分周される。この分周信号は、例えば１０Ｈｚの時間標準信号（基準信号波形）ｆｓとして位相比較回路５４に出力されている。なお、水晶振動子５１Ａの代わりに各種の基準標準振動源等を用いて基準信号を作成してもよい。
【００５２】
回転検出回路５３は、ＶＣＯ２５の出力波形を発電機２０側に影響しないようにハイインピーダンスで受け、この出力を矩形波パルスｆｒに波形処理して位相比較回路５４に出力する。
【００５３】
位相比較回路５４は、分周回路５２からの時間標準信号（基準信号波形）ｆｓと、回転検出回路５３からの矩形波パルス（起電圧波形）ｆｒとの位相を比較し、その差信号を出力する。この差信号はＬＰＦ５５で高周波成分が除去された後、ブレーキ制御回路５６に入力される。
【００５４】
ブレーキ制御回路５６は、この信号に基づいてブレーキ回路２３の制御信号をＶＣＯ２５に入力する。これにより位相同期制御（ＰＬＬ制御）が実現されている。
【００５５】
次に、本実施形態のより具体的な構成を図５に示す。
【００５６】
図に示すように、本実施形態では、ブレーキ回路２３としてチョッパ充電回路６０を用いている。チョッパ充電回路６０は、図６に示すように、発電機２０のコイル１５ｂ，１６ｂに接続された２つのコンパレータ６１，６２と、これらのコンパレータ６１，６２に比較基準電圧Ｖｒｅｆ を供給する電源６３と、コンパレータ６１，６２の出力と、前記ブレーキ制御回路５６側からのクロック出力（制御信号）との論理和を出力するオア回路６４，６５と、前記コイル１５ｂ，１６ｂに接続されるとともに、オア回路６４，６５の出力がゲートに接続されてスイッチとして機能する電界効果型トランジスタ６６，６７（ＦＥＴ）と、前記コイル１５ｂ，１６ｂに接続されて前記整流回路２１に設けられたコンデンサ２１ａに接続されたダイオード６８，６９とを備えて構成されている。なお、ＦＥＴ６６，６７には寄生ダイオード６６Ａ，６７Ａが設けられている。
【００５７】
また、コンデンサ２１ａの＋側（第１の電源ライン側）は電圧ＶＤＤとされ、−側（第２の電源ライン側）はＶＴＫＮ（Ｖ／ＴＡＮＫ／Ｎｅｇａｔｉｖ：電池の−側）とされている。同様に、電源６３の−側やトランジスタ６６，６７のソース側もＶＴＫＮ（第２の電源ライン側）とされている。従って、このチョッパ充電回路６０では、トランジスタ６６，６７を制御することで、発電機２０を一旦ＶＴＫＮ側に短絡させ、開放時にＶＤＤの電圧以上になるようにチョッパ昇圧している。このため、コンパレータ６１，６２は、昇圧された起電圧と、ＶＤＤおよびＶＴＫＮ間の任意の設定電圧Ｖｒｅｆ とを比較するようになっている。
【００５８】
チョッパ充電回路６０において、各コンパレータ６１，６２の出力は、波形整形回路７０にも出力されている。従って、チョッパ充電回路６０および波形整形回路７０によって回転検出回路５３が構成されている。
【００５９】
なお、波形整形回路７０としては、図７に示すようなコンデンサ７２および抵抗７３で構成された単安定マルチバイブレータ（ワンショットタイプ）７１や、図８に示すようなカウンタ７４、ラッチ７５を用いたタイプのものなどが利用できる。
【００６０】
位相比較回路５４は、アナログ位相比較器、ディジタル位相比較器等で構成され、例えば、ＣＭＯＳＩＣを用いたＣＭＯＳタイプ位相比較器等が利用できる。そして、分周回路５２からの１０Ｈｚの時間標準信号ｆｓと、波形整形回路７０からの矩形波パルスｆｒとの位相差を検出して差信号を出力している。
【００６１】
この差信号は、チャージポンプ（ＣＰ）８０に入力されて電圧レベルに変換され、抵抗８２およびコンデンサ８３からなるループフィルタ８１によって高周波成分が除去される。従って、チャージポンプ８０およびループフィルタ８１によって、前記ＬＰＦ５５が構成されている。
【００６２】
ループフィルタ８１から出力されるレベル信号ａは、コンパレータ９０に入力される。このコンパレータ９０には、発振回路５１からの信号を５０Ｈｚ〜１０ＫＨｚに分周する分周回路９１および積分器等を用いた三角波発生回路９２を通して変換された三角波信号ｂが入力されている。そして、コンパレータ９０は、ループフィルタ８１からのレベル信号ａと三角波信号ｂとから矩形波パルス信号ｃを出力している。従って、コンパレータ９０、分周回路９１、三角波発生回路９２により、前記ブレーキ制御回路５６が構成されている。
【００６３】
そして、コンパレータ９０から出力された矩形波パルス信号ｃは、前述のとおり、チョッパ充電回路６０にクロック信号ＣＬＫとして入力されている。
【００６４】
次に、本実施形態の動作について、図９，１０の波形図および図１１のフローチャートをも参照して説明する。
【００６５】
ゼンマイ１ａにより発電機２０のロータ１２が回転すると、各コイル１５ｂ，１６ｂからは磁束の変化に応じた交流波形が出力される。この波形は、各コンパレータ６１，６２に入力される。そして、各コンパレータ６１，６２においては、電源６３からの基準電圧Ｖｒｅｆ と比較される。このコンパレータ６１，６２での比較によりトランジスタ６６，６７をＯＮさせる極性のタイミングを検出している。
【００６６】
すなわち、コンデンサ２１ａへの昇圧充電および発電機２０のチョッパブレーキ動作を行うには、クロック信号ＣＬＫをトランジスタ６６，６７のゲートに入力するだけでも行える。しかし、クロック信号だけで制御した場合には、クロック信号がＨｉになると、各トランジスタ６６，６７が同時にＯＮして短絡し、クロック信号がＬｏになると、各寄生ダイオード６６Ａ，６７Ａの一方とダイオード６８，６９の一方とを通過してコンデンサ２１ａに充電する。具体的には、ＡＧ１が＋の時は、寄生ダイオード６７Ａからコイル１５ｂ，１６ｂを通してダイオード６８の経路で充電し、ＡＧ２が＋の時は、寄生ダイオード６６Ａからコイル１５ｂ，１６ｂを通してダイオード６９の経路で充電する。
【００６７】
この場合、充電経路にダイオードが２つ直列に接続され、各ダイオードの立ち上がり電圧ＶＦを加えた分の電圧降下が発生する。従って、充電電圧は、コンデンサ２１ａの電位に前記電圧降下分を加えた以上の電圧でなければ、コンデンサ２１ａに充電させることができない。これは、電子制御式機械時計のように、発電電圧の小さな発電機の場合、充電効率を低下させる大きな要因となる。
【００６８】
そこで、本実施形態では、トランジスタ６６，６７を同時にＯＮ、ＯＦＦせずに、そのタイミングを調整することで充電効率を向上させている。
【００６９】
すなわち、ＡＧ１がＶＴＫＮからみて＋となり、電圧Ｖｒｅｆ を越えるとコンパレータ６２はＨｉレベル信号を出力し、このため、オア回路６５は、クロック信号ＣＬＫに関係なくＨｉレベル信号を出し続け、これによりトランジスタ６７のゲートに電圧が加わり、トランジスタ６７はＯＮ状態となる。
【００７０】
一方、ＡＧ２側に接続されたコンパレータ６１は、ＡＧ２＜電圧Ｖｒｅｆであるため、Ｌｏレベル信号を出力し、オア回路６４からはクロック信号に同期した信号が出力され、トランジスタ６６はＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返し、ＡＧ１端子はチョッパ昇圧される。
【００７１】
このときの充電経路は、トランジスタ６６が一旦ＯＮしてＯＦＦされた時に、ＡＧ１−ダイオード６８−コンデンサ２１ａ−ＶＴＫＮ−トランジスタ６７（ソースからドレイン）−ＡＧ２となり、寄生ダイオード６７Ａが経路から外れるため、電圧降下が小さくなり、充電効率が向上する。
【００７２】
なお、電圧Ｖｒｅｆ のレベルは、発電機２０の発電電圧をチョッパ昇圧してコンデンサ２１ａに充電可能となる起電圧レベルを選択することが好ましく、通常、ＶＴＫＮを数百ｍＶ越えたレベルに設定すればよい。この電圧Ｖｒｅｆ の設定レベルが高いと、コンパレータ６１，６２が動作するまでの期間が長くなり、この間は前述した２つのダイオードが直列接続された充電経路になるため、発電効率がその分低下する。
【００７３】
なお、トランジスタ６６をＯＮしたときには、トランジスタ６７もＯＮされていることから発電機２０は短絡されて、ショートブレーキがかかり、その分発電量が低下するが、このＶＴＫＮ側に短絡させていることにより、トランジスタ６６の開放時にＶＤＤ以上の電圧に昇圧できるため、ＯＮ／ＯＦＦするチョッパリングのサイクルを所定周期以上にすれば、ショートブレーキ時の発電量低下を補うことができ、発電電力を一定以上に保ちながら制動トルクを増加することができる。
【００７４】
そして、発電機２０からの出力がＡＧ２側になった場合も、各コンパレータ６１，６２、トランジスタ６６，６７の動作が入れ替わるだけで、前述と同様の動作が行われる。
【００７５】
また、チョッパ充電回路６０の各コンパレータ６１，６２の出力は、波形整形回路７０に入力されて矩形波パルスｆｒに変換される。すなわち、チョッパ充電回路６０および波形整形回路７０からなる回転検出回路５３は、ロータ１２の回転を検出して矩形波パルスｆｒとして出力する（ステップ１、以下ステップを「Ｓ」と略す）。
【００７６】
例えば、図７の単安定マルチバイブレータ７１は、１つの極性検出（コンパレータ６２の出力）だけから波形整形している。具体的には、コンパレータ６２の出力の立ち上がりで、単安定マルチバイブレータ７１にトリガをかけ、ＣＲで設定した長さのパルスを出力する。ＣＲの時定数はクロック信号ＣＬＫの１周期に対して約１．５倍以上に設定しているため、ＣＲで設定されたパルス時間内に、次のコンパレータ６２の出力の立ち上がりが入力され、単安定マルチバイブレータ７１はリトリガされる。このため、マルチバイブレータ７１からは、ＣＲで設定した１．５Ｔ時間内にコンパレータ６２の出力の立ち上がりが発生しなくなるまで、Ｈｉレベル信号を出力し続け、これにより発電機２０の出力信号に対応した矩形波パルスｆｒが出力される。但し、パルスｆｒの立ち下がり時間は、ＣＲの設定時間−極検出パルスのＨｉレベルの時間だけ遅くなり、図９に示すように、ＣＲが１．５Ｔの場合、１．５Ｔ−０．５Ｔ＝１Ｔだけ遅れが生じる。
【００７７】
一方、図８に示す波形整形回路７０も、１つの極性検出（コンパレータ６１または６２の一方の出力）だけから波形整形している。具体的には、クロック信号を２Ｔ時間だけカウントしてクリアするカウンタ７４と、カウンタ７４の出力でラッチをかけるラッチ手段７５によって構成され、カウンタ７４とラッチ手段７５はコンパレータ６１または６２のいずれかの出力によってクリアされるように設定されている。例えば、図９に示すように、コンパレータ６２の出力が発生している場合には、ラッチ手段７５、カウンタ７４はクリアされており、出力ｆｒはＬｏレベル信号を出力する。そして、コンパレータ６２の出力が発生しなくなると、カウンタ７４によって出力ｆｒはＨｉレベルにラッチされる。
【００７８】
そして、再度コンパレータ６２の出力が発生すると、ラッチ信号はクリアされ、出力ｆｒはＬｏレベルとなり矩形波パルスを得ることができる。なお、カウンタの設定時間内（２Ｔ）にコンパレータ６２の出力が発生すると、ラッチ動作は行われない。ただし、この場合も、図９に示すように、カウンタ７４の設定時間（２Ｔ）だけ、矩形波パルスｆｒのＨｉの立ち上がりが遅くなる。
【００７９】
図７，８の各波形整形回路７０は、コンパレータ６２の出力に遅れを生じさせて矩形波パルスに変換させている。これは、システムの起動時等にコンパレータ６２からの出力が必ずしもクロック信号の周期に同期した信号として得られず、いわゆるパルス抜けのような出力となるため、そのまま矩形波パルスへ変換させるとパルス割れを生じるため、ＣＲ設定時間、あるいはカウンタの設定時間によってパルス割れを防止するためである。なお、ＣＲ設定時間やカウンタ時間はパルス抜けの程度によって設定すればよく、周期１．５〜５Ｔ程度に設定すればよい。なお、制御上は、このような遅れはほとんど影響しない。
【００８０】
このようにして整形された矩形波パルスｆｒは、位相比較回路５４において分周回路５２の時間標準信号ｆｓと比較され（Ｓ２）、その差信号がチャージポンプ８０およびループフィルタ８１を通してレベル信号ａに変換される。
【００８１】
コンパレータ９０では、図１０にも示すように、レベル信号ａおよび三角波発生回路９２からの三角波信号ｂにより、矩形波パルス信号ｃを出力する。前記レベル信号ａは、ロータ１２の回転に基づく矩形波パルスｆｒの位相が時間標準信号ｆｓの位相よりも進んでいる場合には、標準レベルよりも低くなり、遅れている場合には高くなるように設定されている。
【００８２】
このため、矩形波パルスｆｒの位相が時間標準信号ｆｓよりも進んでいる場合（Ｓ３）には、矩形波パルス信号ｃのＨレベルの状態が長くなり、その分、チョッパ充電回路６０での各チョッパサイクル内におけるショートブレーキ時間が長くなってブレーキ量が増えて発電機２０のロータ１２は減速される（Ｓ４）。逆に、矩形波パルスｆｒの位相が時間標準信号ｆｓよりも遅れている場合には、矩形波パルス信号ｃのＬレベルの状態が長くなり、その分、チョッパ充電回路６０での各チョッパサイクル内におけるショートブレーキ時間が短くなってブレーキ量が減って発電機２０のロータ１２は増速される（Ｓ５）。
【００８３】
すなわち、矩形波パルス信号ｃの１周期におけるＨレベル期間の割合であるデューティ比は、位相比較回路５４からの信号に基づいて出力されるレベル信号ａによって設定される。以上のブレーキ制御つまり矩形波パルス（起電圧波形）ｆｒと時間標準信号（基準信号波形）ｆｓとの位相差に応じてデューティ比が可変される矩形波パルス信号ｃをブレーキ回路２３であるチョッパ充電回路６０に入力することにより、矩形波パルスｆｒが時間標準信号ｆｓに合うように制御される。
【００８４】
なお、図４〜５の基準周期信号ｆｓおよび各波形整形回路７０からの矩形波パルスｆｒと、コンパレータ９０の出力信号（矩形波パルス信号）ｃとの関係をタイミングチャートで示すと図１２のようになる。つまり、コンパレータ９０の出力信号ｃは、直前の基準周期信号ｆｓと矩形波パルスｆｒとの位相差に応じてショートブレーキ期間が長くなってブレーキ量が増加したり、ショートブレーキ期間が短くなってブレーキ量が減るようになっている。
【００８５】
すなわち、図１２に示すように、基準周期信号ｆｓの周期Ｔ１、Ｔ２及びＴ３の直前の周期における矩形波パルスｆｒと基準周期信号ｆｓとの位相差Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を比較すると、周期Ｔ１では直前の位相差Ｓ１が比較的大きく、発電機２０の回転に対応した矩形波パルスｆｒの位相が基準周期信号ｆｓに比べて進んでいるために、コンパレータ９０の出力信号ｃはＨレベルの期間がＬレベルに比べて大きなチョッパ信号つまりデューティ比が比較的大きくてブレーキ量も比較的大きなチョッパ信号とされている。
【００８６】
また、周期Ｔ２では、直前の位相差Ｓ２は位相差Ｓ１に比べて小さくされているので、周期Ｔ２における出力信号ｃは周期Ｔ１における出力信号ｃに比べてＨレベルの期間が短いつまりデューティ比が小さくてブレーキ量も小さくされたチョッパ信号とされている。
【００８７】
さらに、周期Ｔ３では、直前の位相差Ｓ３は位相差Ｓ２に比べてさらに小さくされているので、周期Ｔ３における出力信号ｃは周期Ｔ２における出力信号ｃに比べてもよりＨレベルの期間が短いつまりデューティ比がより小さくてブレーキ量も小さくされたチョッパ信号とされている。
【００８８】
そして、これらの出力信号ｃは、基準周期信号ｆｓの１周期にわたって同じデューティ比の波形つまり同じショートブレーキ期間を有する波形とされている。なお、本実施形態では、出力信号ｃがハイレベルの場合にブレーキが掛かるように、つまりブレーキ期間はハイレベルとされている。
【００８９】
このような本実施形態によれば、次のような効果がある。
【００９０】
（１） 基準信号の１周期の期間に渡って、その直前の各波形の位相差Ｓ１〜Ｓ３に基づいて設定されたデューティ比のチョッパ信号ｃをスイッチに印加して発電機２０の回転速度を調速しているので、回転速度に基づく起電圧波形ｆｒの位相が基準信号波形ｆｓよりも進んでいる状態が続いている場合には、つまりゼンマイ１ａなどの機械的エネルギ源のトルクが大きくて発電機２０の回転が進んでいる場合には、各波形の位相差がなくなるまでブレーキをかけ続けることになるため、迅速に正常な回転速度に調速することができ、応答性の早い制御を行うことができる。
【００９１】
（２） さらに、チョッパ信号（矩形波パルス信号）ｃのデューティ比は、レベル信号ａつまり位相比較回路５４で検出される各信号波形ｆｒ，ｆｓの位相差に基づいて自動的に設定されるため、位相差に対応した適切なブレーキ量でブレーキを掛けることができるので、より一層応答性の早い制御を行うことができる。
【００９２】
（３） 発電機２０のロータ１２は、慣性円板（フライホイール）１２ｃを付けたり、ロータ１２自身に質量を持たせることで、回転安定性を確保しているため、基準信号の１周期に渡ってブレーキ制御を行っても、瞬時にロータ１２の回転速度が高速になったり、低速（あるいは停止）になることはなく、問題なくロータ１２の回転速度制御を行うことができる。
【００９３】
また、本実施形態では、基準信号の１周期に渡って同じデューティ比のチョッパ信号を用いてブレーキ制御を行っており、従来のように基準周期の１周期の間にブレーキを掛ける制御と解除する制御の両方を行う場合に比べて、安定した制御を行うことができ、回転制御装置５０の構成も簡略化できる。
【００９４】
さらに、起電圧波形と基準信号波形との位相を比較するだけでブレーキ制御を行っているので、回転制御装置５０の構成をより一層簡略化でき、コストも低減できる。
【００９５】
（４） 発電機２０、ブレーキ回路２３からなるＶＣＯ２５と、位相比較回路５４、ブレーキ制御回路５６とを設けたので、ＰＬＬ制御により発電機２０の回転を制御できる。このため、１周期毎の発電波形を比較してブレーキ回路２３におけるブレーキレベルを設定できるため、一旦ロックレンジに引き込めば、発電波形が瞬時に大きく変動することがない限り、応答性の早い安定した制御を行うことができる。
【００９６】
（５） ブレーキ回路２３をチョッパ充電回路６０で構成し、ブレーキ制御をチョッパリングを利用して実現しているので、発電電力を一定以上に保ちながら、制動トルクを増加できる。このため、システムの安定性を維持しながら、効率的なブレーキ制御を行うことができ、電子制御式機械時計の持続時間を従来に比べて長くすることができる。
【００９７】
（６） チョッパ充電回路６０を用いたことで、ブレーキ制御だけではなく、整流回路２１のコンデンサ２１ａへの充電（発電処理）と、発電機２０のロータ１２の回転検出をもチョッパ充電回路６０で実現することができ、これらの各機能を別々の回路で実現する場合に比べて、回路構成を簡略化でき、部品点数も少なくできてコストを低減でき、かつ製造効率も向上することができる。
【００９８】
（７） チョッパ充電回路６０において、各トランジスタ６６，６７のオン、オフ制御のタイミングを調整し、トランジスタ６６，６７の一方をオンし続けた状態で、他方をオン、オフしているので、充電経路における電圧降下を少なくでき、発電効率を向上することができる。このため、特に電子制御式機械時計のように、小さな発電機２０を用いなければならない場合に、その発電効率を向上できるため、非常に有効である。
【００９９】
（８） 波形整形回路７０を設けたので、仮にチョッパ充電回路６０等の回路構成が変わって、ＶＣＯ２５からの出力波形が異なる場合でも、その出力波形の相違部分を波形整形回路７０で吸収できる。このため、チョッパ充電回路６０の回路構成が相違しても、回転制御装置５０を共通して利用することができ、部品コストを低減することができる。
【０１００】
（９） 波形整形回路７０として、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）とコンパレータとを組み合わせた一般的な回路を用いると、チョッパ昇圧した起電圧の一部を、例えば１次遅れのＣＲフィルタ等からなるＬＰＦに充電させることになり、コンデンサ２１ａへの充電効率を低下させる要因となるが、本実施形態の各波形整形回路７０は、デジタル的に処理を行うため、消費電流を低く抑えることができ、コンデンサ２１ａへの充電効率も向上することができる。
【０１０１】
次に本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態において、前述の実施形態と同一もしくは同様の構成部分には、同一符号を付し、説明を省略あるいは簡略する。
【０１０２】
図１３には、第２実施形態の電子制御式機械時計を示すブロック図が示されている。
【０１０３】
電子制御式機械時計は、機械的エネルギ源としてのゼンマイ１ａと、ゼンマイ１ａのトルクを発電機２０に伝達する増速輪列（各番車７〜１１）と、増速輪列に連結されて時刻表示を行う指針（分針１３、秒針１４）とを備えている。
【０１０４】
発電機２０は、増速輪列を介してゼンマイ１ａによって駆動され、誘起電力を発生して電気的エネルギを供給する。この発電機２０からの交流出力は、昇圧整流、全波整流、半波整流、トランジスタ整流等からなる整流回路２１を通して昇圧、整流され、コンデンサ等で構成された電源回路２１ａに充電供給される。
【０１０５】
発振回路５１は、図１４にも示すように、時間標準源である水晶振動子５１Ａを用いて発振信号を出力し、この発振信号は１２段のフリップフロップからなる分周回路５２によってある一定周期まで分周される。この分周信号は、８Ｈｚの基準信号（基準信号波形）ｆｓとして出力されている。
【０１０６】
回転検出回路５３は、発電機２０に接続された波形整形回路１６１とモノマルチバイブレータ１６２とで構成されている。波形整形回路１６１は、アンプ、コンパレータで構成され、正弦波を矩形波に変換する。モノマルチバイブレータ１６２は、ある周期以下のパルスだけを通過させるバンドパス・フィルターとして機能し、ノイズを除去した回転検出信号（起電圧波形）ＦＧ１を出力する。
【０１０７】
回転検出回路５３の回転検出信号ＦＧ１および分周回路５２からの基準信号ｆｓは、同期回路１７０を介して比較回路であるアップダウンカウンタ１５４のアップカウント入力およびダウンカウント入力にそれぞれ入力されている。
【０１０８】
同期回路１７０は、４つのフリップフロップ１７１やＡＮＤゲート１７２，ＮＡＮＤゲート１７３からなり、分周回路５２の５段目の出力（１０２４Ｈｚ）や６段目の出力（５１２Ｈｚ）の信号を利用して、回転検出信号ＦＧ１を基準信号ｆｓ（８Ｈｚ）に同期させるとともに、これらの各信号パルスが重なって出力されないように調整している。
【０１０９】
アップダウンカウンタ１５４は、４ビットのカウンタで構成されている。アップダウンカウンタ１５４のアップカウント入力には、前記回転検出信号ＦＧ１に基づく信号が同期回路１７０から入力され、ダウンカウント入力には、前記基準信号ｆｓに基づく信号が同期回路１７０から入力される。これにより、基準信号ｆｓおよび回転検出信号ＦＧ１の計数と、その差の算出とが同時に行えるようになっている。
【０１１０】
なお、このアップダウンカウンタ１５４には、４つのデータ入力端子Ａ〜Ｄが設けられており、端子Ａ〜ＣにＨレベル信号が入力されていることで、アップダウンカウンタ１５４の初期値がカウンタ値７に設定されている。
【０１１１】
また、アップダウンカウンタ１５４のＬＯＡＤ入力端子には、起動設定回路１９０が接続されている。起動設定回路１９０は、コンデンサ２１ａに接続されてコンデンサ２１ａに最初に電力が供給された際に、システムリセット信号ＳＲを出力する初期化回路１９１と、このシステムリセット信号ＳＲでリセットされるとともに、前記回転検出信号ＦＧ１が所定数入力されることをカウントする分周回路１９２と、この分周回路１９２からの信号がクロック入力とされ、前記システムリセット信号ＳＲでリセットされるフリップフロップ１９３とを備えて構成されている。
【０１１２】
初期化回路１９１は、例えば、コンデンサ２１ａに充電される電圧が通常値よりも低く設定された所定値になると、システムリセット信号ＳＲを出力するように構成されている。また、分周回路１９２は、４段のフリップフロップにより構成されて前記回転検出信号ＦＧ１が１６パルス分入力されると、Ｈレベル信号を出力するように構成されている。従って、フリップフロップ１９３からは、システムリセット信号ＳＲが出力されてから、回転検出信号ＦＧ１が１６パルス分入力されるとＨレベル信号がアップダウンカウンタ１５４のＬＯＡＤ入力に入力されるように設定されている。
【０１１３】
アップダウンカウンタ１５４は、ＬＯＡＤ入力がＨレベルになるまで、つまりシステムリセット信号ＳＲが出力されてから一定期間は、アップダウン入力を受け付けないため、アップダウンカウンタ１５４のカウンタ値は「７」に維持される。
【０１１４】
アップダウンカウンタ１５４は、４ビットの出力ＱＡ〜ＱＤを有している。従って、各出力ＱＡ〜ＱＤは、カウンタ値に対応して適宜Ｌレベル信号やＨレベル信号を出力することになる。
【０１１５】
これらの出力ＱＡ〜ＱＤは、チョッパ信号発生回路２００に入力されている。そして、チョッパ信号発生回路２００では、各カウンタ値やその変化タイミングつまりは各信号の位相差に対応して予め設定されているデューティ比のチョッパ信号を、図１５にも示すように、基準信号ｆｓの１周期に合わせて出力するように構成されている。
【０１１６】
そして、チョッパ信号発生回路２００の出力Ｑは、図１４に示すように、発電機２０に並列に接続されたブレーキ回路２３のＮｃｈトランジスタ２３Ｂにおけるゲートに接続されている。従って、この出力ＱからＨレベル信号が出力されると、Ｎｃｈトランジスタ２３Ｂのゲートに電圧が加わり、トランジスタ２３ＢはＯＮ状態に維持され、発電機２０がショートされてブレーキが掛かる。
【０１１７】
一方、出力ＱからＬレベル信号が出力されると、トランジスタ２３Ｂのゲート電圧が下がるため、トランジスタ２３ＢはＯＦＦ状態に維持され、発電機２０にはブレーキが加わらない。従って、ブレーキ回路２３に、Ｈレベル信号の割合が大きいつまりデューティ比の大きなチョッパ信号が加わると、発電機２０の制動トルクが大きくなり、Ｌレベル信号の割合が小さいつまりデューティ比の小さなチョッパ信号が加わると、発電機２０の制動トルクが小さくなり、前記第１実施形態と同様に発電機２０が調速制御される。
【０１１８】
このような本実施形態によれば、前記第１実施形態の（１） 〜（３），（５） と同様の効果が得られる上、次のような効果がある。
【０１１９】
（１０）回転制御装置５０の比較回路として、アップダウンカウンタ１５４を用いているので、各アップカウント信号（ＵＰ）およびダウンカウント信号（ＤＯＷＮ）の計数と同時に各計数値の比較（差）を自動的に算出することができるため、例えば、各信号の計数を行う２つのカウンタと、各カウンタの出力を比較するコンパレータとを用いて比較回路を構成する場合に比べて、構成を簡易にできかつ各計数値の差を簡単に求めることができる。
【０１２０】
（１１）４ビットのアップダウンカウンタ１５４を用いているので、１６個のカウント値をカウントすることができる。このため、アップカウント信号（ＵＰ）が続けて入力された場合などに、その入力値を累積してカウントすることができ、設定された範囲つまりアップカウント信号（ＵＰ）やダウンカウント信号（ＤＯＷＮ）が連続して入力されてカウンタ値が「１５」や「０」になるまでの範囲では、その累積誤差を補正することができる。このため、仮に発電機２０の回転速度が基準速度から大きく外れても、例えば各カウンタ値に応じてチョッパ信号発生回路２００からの出力Ｑのデューティ比を適宜設定しておくことなどで、その累積誤差を確実にかつ効率的に補正して発電機２０の回転速度を基準速度に戻すことができ、長期的には正確な運針を維持することができる。
【０１２１】
（１２）初期化回路１９１を設けて、発電機２０の起動時の電源回路２１ａが所定の電圧に充電されるまではブレーキ制御を行わなず、発電機２０にブレーキが掛からないようにしているので、電源回路２１ａへの充電を優先させることができ、電源回路２１ａによって駆動される回転制御装置５０を迅速にかつ安定して駆動することができ、その後の回転制御の安定性も高めることができる。
【０１２２】
なお、本発明は前記各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。
【０１２３】
例えば、前記各実施形態では、各波形の位相差に応じてデューティ比が異なるチョッパ信号をスイッチに出力して発電機をチョッパリング制御していたが、図１６に示すように、周波数の異なるチョッパ信号を出力して制御してもよい。
【０１２４】
すなわち、図１７，１８に示すように、チョッパリング周波数が低いと駆動トルク（制動トルク）が大きくなり、ブレーキ量を大きくすることができる。この際、チョッパリング周波数が低くなると、充電電圧も低下するが、チョッパリング周波数が２５Ｈｚと低い場合でも、電圧を一定値（０．８Ｖ）以上維持できる。従って、位相差Ｓ１〜Ｓ３が小さくなり、基準信号ｆｓに対する回転検出信号ＦＧ１の位相進み量が小さくなるに従って、周波数の低いチョッパ信号を出力するようにすればよい。このように、各波形の位相差に応じてチョッパ信号の周波数を調整した場合でも、前記各実施形態のデューティ比を調整した場合と同じ作用効果を奏することができる。
【０１２５】
さらに、各波形の位相差に応じてチョッパ信号の周波数とデューティ比の両方を調整すれば、制動トルクや充電電圧をより効果的に調整することができる。
【０１２６】
また、チョッパ信号のデューティ比や周波数は、第２実施形態のように予め何種類かを設定しておいて選択して設定してもよいし、第１実施形態のように比較回路からの位相差に基づく信号に応じて自動的に設定してもよい。
【０１２７】
また、第２実施形態では、カウンタとして４ビットのアップダウンカウンタ１５４を用いていたが、３ビット以下のアップダウンカウンタを用いてもよいし、５ビット以上のアップダウンカウンタを用いても良い。ビット数が大きなアップダウンカウンタを用いれば、カウントできる値が増えるため、累積誤差を記憶できる範囲が大きくでき、特に発電機２０の起動直後等の非ロック状態での制御が有利になる。一方で、ビット数の小さなカウンタを用いれば、累積誤差を記憶できる範囲が小さくなるが、特にロック状態になればアップおよびダウンを繰り返すことになるため、１ビットのカウンタでも対応できるとともに、コストを低減できる利点がある。
【０１２８】
また、カウンタとしては、アップダウンカウンタに限らず、基準信号ｆｓおよび回転検出信号ＦＧ１用にそれぞれ第１および第２のカウンタを個別に設けてもよい。ただし、この場合には、各カウンタの計数値を比較する比較回路を別途設けなければならず、アップダウンカウンタ１５４を用いたほうが回路構成が簡易になるという利点がある。
【０１２９】
また、起動設定回路１９０は、必ずしも設けなくてもよいが、設けた方が発電機２０の起動時に発電を優先できて回転制御装置５０を迅速に駆動できる点で好ましい。
【０１３０】
さらに、チョッパ信号のデューティ比や周波数は、基準信号に対して回転検出信号が進んでいる場合に用いられるものが２種類以上設定されていることが好ましい。電子制御式機械時計では、基本的に基準信号に対して回転検出信号の位相が進むようにゼンマイ１ａ等が設定されているため、その進み量に応じてブレーキ量が調整できるように、チョッパ信号のデューティ比や周波数が設定できるようにされていることが好ましい。
【０１３１】
従って、基準信号に対して回転検出信号の位相が遅れている場合にも、チョッパ信号のデューティ比や周波数を２種類以上設定してもよいが、通常は、ブレーキ量が最も小さくなるようなデューティ比や周波数のチョッパ信号を設定すればよい。
【０１３２】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の電子制御式機械時計によれば、調速制御の応答性が速くかつコストも低減できるとともに、発電電力の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における電子制御式機械時計の要部を示す平面図である。
【図２】図１の要部を示す断面図である。
【図３】図１の要部を示す断面図である。
【図４】第１実施形態の機能を示すブロック図である。
【図５】第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図６】第１実施形態のチョッパ充電回路を示す回路図である。
【図７】第１実施形態の波形整形回路の一例を示す図である。
【図８】第１実施形態の波形整形回路の他の例を示す図である。
【図９】第１実施形態の回路における波形図である。
【図１０】第１実施形態のブレーキ制御回路のコンパレータの処理を示す図である。
【図１１】第１実施形態の制御方法を示すフローチャートである。
【図１２】第１実施形態におけるタイミングチャートである。
【図１３】本発明の第２実施形態における電子制御式機械時計の要部の構成を示すブロック図である。
【図１４】第２実施形態の電子制御式機械時計の構成を示す回路図である。
【図１５】第２実施形態におけるチョッパ信号のタイミングチャートである。
【図１６】本発明の変形例におけるチョッパ信号のタイミングチャートである。
【図１７】本発明におけるチョッパリング周波数と充電電圧との関係を示すグラフである。
【図１８】本発明におけるチョッパリング周波数と制動トルクとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 香箱車
１ａ 機械的エネルギ源であるゼンマイ
１ｂ 香箱歯車
２ 地板
３ 輪列受
７ 二番車
８ 三番車
９ 四番車
１０ 五番車
１１ 六番車
１２ ロータ
１２ａ ロータ磁石
１２ｃ ロータ慣性円板
１３ 分針
１４ 秒針
２０ 発電機
２１ 整流回路
２１ａ コンデンサ（電源回路）
２３ ブレーキ回路
２３Ｂ スイッチであるトランジスタ
５０ 回転制御装置
５１ 発振回路
５１Ａ 水晶振動子
５２ 分周回路
５３ 回転検出回路
５４ 位相比較回路
５６ 制動制御回路であるブレーキ制御回路
６０ チョッパ充電回路
６６，６７ 電界効果型トランジスタ
７０ 波形整形回路
８０ チャージポンプ
９０ コンパレータ
９１ 分周回路
９２ 三角波発生回路
１２０ ブレーキ回路
１２６ 電界効果型トランジスタ
１２７ 電界効果型トランジスタ
１５４ アップダウンカウンタ
１７０ 同期回路
１９０ 起動設定回路
１９１ 初期化回路
２００ 制動制御回路であるチョッパ信号発生回路

Claims (8)

1. 機械的エネルギ源と、輪列を介して連結される前記機械的エネルギ源によって駆動されて誘起電力を発生して電気的エネルギを供給する発電機と、前記輪列に結合された指針と、前記電気的エネルギにより駆動されて前記発電機の回転周期を制御する回転制御装置と、を備える電子制御式機械時計において、
   前記回転制御装置は、
   前記発電機の両端を短絡可能なスイッチと、
   前記発電機の起電圧波形と時間標準となる基準信号波形との位相を比較する比較回路と、
   デューティ比が異なる２種類以上のチョッパ信号を発生可能とされ、かつこれらのチョッパ信号の中から前記比較回路からの信号に基づいて設定されたデューティ比のチョッパ信号を前記基準信号の１周期の期間に渡って前記スイッチに加えて前記発電機をチョッパリング制御可能な制動制御回路と、を備え、
   前記制動制御回路は、前記基準信号波形の位相に対する起電圧波形の位相の進み量が大きくなるに従ってデューティ比が大きなチョッパ信号を前記スイッチに加え、
   前記チョッパ信号のチョッパリング周波数は、発電機のロータが設定速度で発生する起電圧波形の５倍〜１００倍である、
   ことを特徴とする電子制御式機械時計。
2. 請求項１に記載の電子制御式機械時計において、
   前記比較回路は、前記基準信号波形の位相に対して起電圧波形の位相が進んでいるか、遅れているかを検出するとともに、少なくとも前記基準信号波形の位相に対して起電圧波形の位相が進んでいる場合には、その進み量を検出可能に構成されていることを特徴とする電子制御式機械時計。
3. 機械的エネルギ源と、輪列を介して連結される前記機械的エネルギ源によって駆動されて誘起電力を発生して電気的エネルギを供給する発電機と、前記輪列に結合された指針と、前記電気的エネルギにより駆動されて前記発電機の回転周期を制御する回転制御装置と、を備える電子制御式機械時計において、
   前記回転制御装置は、
   前記発電機の両端を短絡可能なスイッチと、
   前記発電機の起電圧波形と時間標準となる基準信号波形との位相を比較する比較回路と、
   周波数が異なる２種類以上のチョッパ信号を発生可能とされ、かつこれらのチョッパ信号の中から前記比較回路からの信号に基づいて設定された周波数のチョッパ信号を前記基準信号の１周期の期間に渡って前記スイッチに加えて前記発電機をチョッパリング制御可能な制動制御回路と、を備え、
   前記制動制御回路は、前記基準信号波形の位相に対する起電圧波形の位相の進み量が大きくなるに従って周波数が低いチョッパ信号を前記スイッチに加えることを特徴とする電子制御式機械時計。
4. 請求項３記載の電子制御式機械時計において、
   前記比較回路は、前記基準信号波形の位相に対して起電圧波形の位相が進んでいるか、遅れているかを検出するとともに、少なくとも前記基準信号波形の位相に対して起電圧波形の位相が進んでいる場合には、その進み量を検出可能に構成されていることを特徴とする電子制御式機械時計。
5. 請求項３または４のいずれかに記載の電子制御式機械時計において、
   前記周波数が異なる各チョッパ信号は、ディーティ比も異なることを特徴とする電子制御式機械時計。
6. 機械的エネルギ源と、輪列を介して連結される前記機械的エネルギ源によって駆動されて誘起電力を発生して電気的エネルギを供給する発電機と、前記輪列に結合された指針と、前記電気的エネルギにより駆動されて前記発電機の回転周期を制御する回転制御手段とを備える電子制御式機械時計の制御方法において、
   前記発電機の起電圧波形と時間標準となる基準信号波形との位相を比較し、前記発電機の各端子を短絡可能なスイッチに、デューティ比が異なる２種類以上のチョッパ信号の中から前記位相差に応じて設定されたデューティ比のチョッパ信号を加えてスイッチを断続し、発電機をチョッパリングによりブレーキ制御し、
   その際、前記スイッチに加えられるチョッパ信号は、前記基準信号波形の位相に対する起電圧波形の位相の進み量が大きくなるに従ってデューティ比が大きなチョッパ信号であり、そのチョッパリング周波数は、発電機のロータが設定速度で発生する起電圧波形の５倍〜１００倍である
   ことを特徴とする電子制御式機械時計の制御方法。
7. 機械的エネルギ源と、輪列を介して連結される前記機械的エネルギ源によって駆動されて誘起電力を発生して電気的エネルギを供給する発電機と、前記輪列に結合された指針と、前記電気的エネルギにより駆動されて前記発電機の回転周期を制御する回転制御手段とを備える電子制御式機械時計の制御方法において、
   前記発電機の起電圧波形と時間標準となる基準信号波形との位相を比較し、前記発電機の各端子を短絡可能なスイッチに、周波数が異なる２種類以上のチョッパ信号の中から前記位相差に応じて設定された周波数のチョッパ信号を加えてスイッチを断続し、発電機をチョッパリングによりブレーキ制御し、
   その際、前記スイッチに加えられるチョッパ信号は、前記基準信号波形の位相に対する起電圧波形の位相の進み量が大きくなるに従って周波数が低いチョッパ信号である
   ことを特徴とする電子制御式機械時計の制御方法。
8. 請求項７に記載の電子制御式機械時計の制御方法において、
   前記周波数が異なる２種類以上のチョッパ信号は、デューティ比も異なることを特徴とする電子制御式機械時計の制御方法。

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