JP4124368B2 - 複数の電池を電源とした電気時計の駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、時計装置等の電源として適用される複数の電池を電源とした電気時計の駆動装置に関するものである。

近年、電池の消耗を極力低くした長寿命時計が広く商品化されている。
この種の長寿命時計、たとえば図５に示すように、電池１，２を時計回路３に対して並列に接続するのが一般的である。

ところで、電池の並列接続時には、電池の特性差に伴う相互充電作用が起きる。
相互充電作用とは、電池の特性のばらつきにより、電池の電圧にばらつきが発生したとき、電池電圧の高い方から低い方へ向かって電流が流れ込む現象をいう。この現象は、電池が相互に充放電されていることに等しい。

一般に、２次電池の場合は充電されることを前提した構造設計がなされているが、１次電池は否対応で充電されることから、相互充電作用の影響を受けて、特性の劣化だけではなく、発熱等が発生するおそれがある。

そこで、一般的に、図５に示すように、電池１，２の正極側から時計回路３の端子に向かって順方向となるように、逆流防止用ダイオードＤ１、Ｄ２を配置している（たとえば特許文献１参照）。
特開２００２−３１３４３９号公報

電池に直列にダイオードを接続すると、通常のダイオードで０．６Ｖ程度、ショットキーバリアダイオードのような特殊なダイオードを使っても０．２Ｖ〜０．３Ｖ程度の電圧損失が発生する。
このことは、電池を並列に配置することによる事故防止対策とはいえ、電池の使用可能な電圧範囲が、３．３Ｖ〜２．５Ｖ程度とすると、決して無視できない損失となる。
ダイオードの挿入損失を考慮すると、電池の容量を大きくするか、電池の本数を増やすなどの対応を迫られ、非常に非効率的な対応を余儀なくされていた。

本発明の目的は、電圧損失を伴うことなく、電池の並列接続時に電池の特性差に伴う相互充電作用を効率的に回避することができる複数の電池を電源とした電気時計の駆動装置を提供することにある。

本発明の第１の観点の複数の電池を電源とした電気時計の駆動装置は、基準電位に対して並列に接続された複数の電池と、上記電池により駆動電力が供給される複数の負荷駆動部と、上記複数の負荷駆動部にそれぞれ駆動信号を所定のタイミングで印加するコントロール回路と、を有し、上記複数の負荷駆動部に対して上記複数の電池のそれぞれを割り当てている。

本発明の第２の観点の複数の電池を電源とした電気時計の駆動装置は、基準電位に対して並列に接続された複数の電池と、駆動対象であるモータの一端部を駆動する少なくとも一つの第１の負荷駆動部と、上記モータの他端部を駆動する少なくとも一つの第２の負荷駆動部と、上記第１の負荷駆動部と上記第２の負荷駆動部にそれぞれ駆動信号を異なる所定のタイミングで印加するコントロール回路と、を有し、上記複数の負荷駆動部に対して上記複数の電池のそれぞれを割り当てている。

好適には、上記負荷駆動部の入力ノードは、駆動電力を供給する電池の電圧によりプルアップされている。

好適には、上記コントロール回路の各駆動信号の出力部と、上記各負荷駆動部の入力ノードとの間に、当該入力ノードから出力部に向かって順方向となるように接続された複数のダイオードを、さらに有する。

本発明によれば、電圧損失を伴うことなく、電池の並列接続時に電池の特性差に伴う相互充電作用を効率的に回避することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。

本実施形態においては、電流を消費する負荷であるドライバを１個の電池ごとに可能な限り均等に割り当てる。
たとえば時計のような負荷の場合には、割り当て困難であるとしてあきらめられていたが、本実施形態は、電流を消費する負荷であるドライバを１個の電池ごとに可能な限り均等に割り当てることにより、時計のモータ自身の消費電流を、１／ｎ（ｎは電池の本数）とすることを実現が可能となる。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る複数の電池を電源とした電気時計の駆動装置を示す回路図である。

本電池駆動装置１０、複数（たとえば３個）の電池１１〜１３と、第１の負荷駆動部としてのドライバ１４、第２の負荷駆動部としてのドライバ１５、駆動対象であるたとえばステッピングモータからなるモータ１６、コントロール回路（ＣＰＵ）１７、抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２、およびダイオードＤ１１，Ｄ１２を主構成要素として有している。

電池１１〜１３は、使用電圧範囲がたとえば３．３Ｖ〜２．５Ｖ程度であり、負極が基準電位ＶＳＳ（たとえば接地電位ＧＮＤ）に共通に接続されている。すなわち、３つの電池１１〜１３は、基準電位ＶＳＳに対して並列に接続されている。

電池１１の正極は、ドライバ１４の電源電圧供給端子ＴＶ１４に接続され、抵抗素子Ｒ１１を介してドライバ１４の入力ノードＮＤ１４１に接続されている。
電池１２の正極は、ドライバ１５の電源電圧供給端子ＴＶ１５に接続され、抵抗素子Ｒ１２を介してドライバ１５の入力ノードＮＤ１５１に接続されている。
このように、本実施形態においては、負荷駆動部であるドライバ１個に対して一つの電池を割り当てるように構成されている。
電池１３の正極は、コントロール回路１７の電源電圧供給端子に接続されている。

ドライバ１４は、たとえばＣＭＯＳインバータにより構成され、入力ノードＮＤ１４１が電池１１の電圧により抵抗素子Ｒ１１を介してプルアップされている。この入力モードＮＤ１４１は、ダイオードＤ１１のアノードに接続され、ダイオードＤ１１のカソードがコントロール回路１７の第１のドライブ電圧ＤＲＶ１の出力端子Ｏ１に接続されている。
ドライバ１４の出力端子はモータ１６の駆動コイル１６１の一端側に接続されている。

ドライバ１５は、たとえばＣＭＯＳインバータにより構成され、入力ノードＮＤ１５１が電池１２の電圧により抵抗素子Ｒ１２を介してプルアップされている。この入力モードＮＤ１５１は、ダイオードＤ１２のアノードに接続され、ダイオードＤ１２のカソードがコントロール回路１７の第２のドライブ電圧ＤＲＶ２の出力端子Ｏ２に接続されている。
ドライバ１５の出力端子はモータ１６の駆動コイル１６１の他端側に接続されている。

コントロール回路１７は、所定のタイミングでドライブ電圧出力端子Ｏ１、Ｏ２から第１のドライブ電圧（駆動信号）ＤＲＶ１と第２のドライブ電圧（駆動信号）ＤＲＶ２を出力し、ドライバ１４，１５を通してモータ１６を駆動制御する。

図２（Ａ），（Ｂ）は、コントロール回路１７による第１および第２のドライブ電圧の波形例を示す図である。
ドライバ１４，１５の入力ノードＮＤ１４１、ＮＤ１５１側は、電池１１，１２の電圧によりハイレベルにプルアップされていることから、コントロール回路１７は、図２（Ａ）、（Ｂ）のローレベルとなっているパルス波形部分により基準電位ＶＳＳ（接地電位ＧＮＤ）に電荷を放電するときに駆動する。

図３（Ａ），（Ｂ）は、コントロール回路１７による第１および第２のドライブ電圧ＤＲＶ１、ＤＲＶ２によって駆動した場合のバッファ１４，１５の出力ノードＮＤ１４２、ＮＤ１５２側の駆動波形を示している。

ドライバが並列になると、厳密に相互干渉は起こるが、電流が流れる時間が時計のステッピングモータのようなデューティサイクルの微小な場合、実用上の影響は発生しない。
クロックの場合で、３２／２０００秒が通電時間となる。

電池１１，１２の電圧差が多少あったとしても、相互充放電の発生時間場微小であり、電池の自己放電に包含されると考えられるレベルである。
また、本実施形態においては、コントロール回路１７からの第１および第２のドライブ電圧ＤＲＶ１，ＤＲＶ２が、ドライバ１４，１５の電源電圧を越えないように、ダイオードＤ１１、Ｄ１２を配置している。
これにより、電池１１，１２の電圧損失は略ゼロとみなせる。

すなわち、本第１の実施形態によれば、基準電位ＶＳＳに対して並列に接続された複数の電池１１，１２と、電池１１，１２により駆動電力が別々に供給される複数の負荷駆動部としてのドライバ１４，１５と、該複数のドライバ１４，１５部にそれぞれドライブ電圧ＤＲＶ１、ＤＲＶ２を異なるタイミングで印加するコントロール回路１７と、コントロール回路１７の各ドライブ電圧ＤＲＶ１、ＤＲＶ２の出力部Ｏ１、Ｏ２と、出力部に接続されるドライバ１４，１５の入力ノードＮＤ１４１、ＮＤ１５１との間に、入力ノードＮＤ１４１、ＮＤ１５１から出力部Ｏ１、Ｏ２に向かって順方向となるように接続されたダイオードＤ１１、Ｄ１２と、を有することから、電池の並列接続時に電池の特性差に伴う相互充電作用を効率的に回避することができる。
電池の使用電圧範囲は３．３Ｖ〜２．５Ｖ程度が一般的であり、０．８Ｖの有効電圧範囲中０．２Ｖ〜０．６Ｖを損失することは、電池の並列接続数が増えれば優に電池１個分の容量を失うことに匹敵する。
したがって、このような電圧損失を、ドライバ数を増加させることと引き換えにゼロにできることは、経済的、スペース的に効果は大きい。

＜第２実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態に係る複数の電池を電源とした電気時計の駆動装置を示す回路図である。

本第２の実施形態においては、第１の実施形態を基本構成として、ドライバの駆動用電池を２個から４個とし、これに応じてドライバを２個から４個としている。
換言すれば、第１の負荷駆動部としてのバッファを２個設け、第２の負荷駆動部としてのバッファを２個設けている。

具体的には、４個の電池１１−１，１１−２、１２−１，１２−２を設け、各電池に供給するドライバを１つずつ割り当てている。
電池１１−１は、バッファ１４−１に電源電圧を供給するとともに、抵抗素子Ｒ１４−１を通してバッファ１４−１の入力ノードＮＤ１４１−１を電池１１−１の電圧にプルアップする。
電池１１−２は、バッファ１４−２に電源電圧を供給するとともに、抵抗素子Ｒ１４−２を通してバッファ１４−２の入力ノードＮＤ１４１−２を電池１１−２の電圧にプルアップする。
電池１２−１は、バッファ１５−１に電源電圧を供給するとともに、抵抗素子Ｒ１５−１を通してバッファ１５−１の入力ノードＮＤ１５１−１を電池１２−１の電圧にプルアップする。
電池１２−２は、バッファ１５−２に電源電圧を供給するとともに、抵抗素子Ｒ１５−２を通してバッファ１５−２の入力ノードＮＤ１５１−２を電池１２−２の電圧にプルアップする。

そして、バッファ１４−１と１４−２の出力ノードＮＤ１４２はモータ１６の駆動コイル１６１の一端側に共通に接続され、バッファ１５−１と１５−２の出力ノードＮＤ１５２はモータ１６の駆動コイル１６１の他端側に共通に接続されている。

本第２の実施形態におけるコントロール回路１７のドライブ電圧ＤＲＶ１、ＤＲＶ２は第１の実施形態の場合と同様に行われる。
したがって、詳細な説明は省略する。

電流を消費する負荷である４個のドライバを１個の電池ごとに可能な限り均等に割り当てることにより、時計のモータ自身の消費電流を、１／ｎ（ｎは電池の本数）とすることを実現している。

本第２の実施形態によれば、上述した第１の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
すなわち、電池の並列接続時に電池の特性差に伴う相互充電作用を効率的に回避することができる。
電池の使用電圧範囲は３．３Ｖ〜２．５Ｖ程度が一般的であり、０．８Ｖの有効電圧範囲中０．２Ｖ〜０．６Ｖを損失することは、電池の並列接続数が増えれば優に電池１個分の容量を失うことに匹敵する。
したがって、このような電圧損失を、ドライバ数を増加させることと引き換えにゼロにできることは、経済的、スペース的に効果は大きい。

本発明の第１の実施形態に係る複数の電池を電源とした電気時計の駆動装置を示す回路図である。 コントロール回路による第１および第２のドライブ電圧の波形例を示す図である。 コントロール回路による第１および第２のドライブ電圧によって駆動した場合のバッファの出力モード側の駆動波形を示している。 本発明の第２の実施形態に係る複数の電池を電源とした電気時計の駆動装置を示す回路図である。 一般的な並列電池駆動の回路構成例を示す図である。

符号の説明

１０，１０Ａ・・・電池駆動装置、１１，１１−１，１１−２，１２，１２−１，１２−２，１３・・・電池、１４，１４−１，１４−２，１５，１５−１，１５−２・・・ドライバ、１６・・・ステッピングモータ、１７・・・コントロール回路（ＣＰＵ）、Ｒ１１，Ｒ１１−１，Ｒ１１−２、Ｒ１２，Ｒ１２−１，Ｒ１２−２・・・抵抗素子、Ｄ１１，Ｄ１１−１，Ｄ１１−２、Ｄ１２，Ｄ１２−１，Ｄ１２−２・・・ダイオード。

Claims (4)

1. 基準電位に対して並列に接続された複数の電池と、
   上記電池により駆動電力が供給される複数の負荷駆動部と、
   上記複数の負荷駆動部にそれぞれ駆動信号を所定のタイミングで印加するコントロール回路と、を有し、
   上記複数の負荷駆動部に対して上記複数の電池のそれぞれを割り当てている
   複数の電池を電源とした電気時計の駆動装置。
2. 基準電位に対して並列に接続された複数の電池と、
   駆動対象であるモータの一端部を駆動する少なくとも一つの第１の負荷駆動部と、
   上記モータの他端部を駆動する少なくとも一つの第２の負荷駆動部と、
   上記第１の負荷駆動部と上記第２の負荷駆動部にそれぞれ駆動信号を異なる所定のタイミングで印加するコントロール回路と、を有し、
   上記複数の負荷駆動部に対して上記複数の電池のそれぞれを割り当てている
   複数の電池を電源とした電気時計の駆動装置。
3. 上記負荷駆動部の入力ノードは、駆動電力を供給する電池の電圧によりプルアップされている
   請求項１または２記載の複数の電池を電源とした電気時計の駆動装置。
4. 上記コントロール回路の各駆動信号の出力部と、上記各負荷駆動部の入力ノードとの間に、当該入力ノードから出力部に向かって順方向となるように接続された複数のダイオードを、さらに有する
   請求項３記載の複数の電池を電源とした電気時計の駆動装置。

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