JP5389338B2 - 自動車用アナログ時間表示 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のダッシュボードに組み込まれるアナログ表示手段あるいは他の表示手段を有する電子式時計に関し、特に時計のアナログ表示と時間測定装置との間の電気機械的同期を行う方法に関する。

電気機械的同期を確保する為に電子式時計の時間を再設定する装置は、従来公知である。自動車のダッシュボードに組み込まれるこの種の電子式時計は、ステッピング・モータにより駆動される時針と分針からなるアナログ表示手段を有する。このような電子式時計で使用されるステッピング・モータは、磁化されたロータと、ステータと、コイルから形成される。コイルに電力が加えられると、ステータ内に磁界を生成し、この磁界が、コイル内を流れる電流の方向に応じて変わる極性を有する磁石に変換される。タイム・ベース（時間基準）装置から受信した各パルス毎に、ロータは、ワン・ステップ回転し、ギア列（歯車列）と時計の指針とを駆動する。

この種の電子式時計は、電源と、十分な電力が与えられている間同期して動作する時間測定手段と、不十分な電力（電力不足）を検出する手段とを有する。電力が十分でないと検出されると、指針は停止し、時間測定手段の対応する値（時、分）が非揮発性記憶手段に記憶される。

しかし、この同期化方法は、長期間にわたって十分に信頼できるものではない。この種のステッピング・モータに電力が供給されなくなると、ステッピング・モータのロータは、時計のある場所（地磁気）から得られる少なくとも２つの磁気的に安定した位置に留まる。かくして、電力が不十分となる毎にモータは停止する。これは、モータが停止した時に、モータは２つの磁気的に安定した位置の内の一方に存在しない限り、時間情報を失うことになる。時計が停止した後、ロータは、必然的に磁気的に安定した位置の１つに戻る。モータの１個のステップと１分の情報との間に適用される減速機構によって、これらのエラー（誤差）が蓄積され、エラーは、時には数分を超えることがあり、その結果、正確な時間情報を提供できなくなることがある。

ある従来の解決方法は、指針の位置検出器を用いて、指針の実際の位置と時間測定手段が示す時間との間の誤差を計算し修正する方法を提案している。このような解決方法は、複雑で、必ずしも信頼性があるものではない。

本発明の目的は、上記の欠点を解決することである。本発明の電子式時計は、使用されるステッピング・モータの型式を考慮に入れて、信頼性の高い電子機械同期を提供する手段を具備する。

かくして、本発明の第１の目的は、
（Ａ） ステッピング・モータにより駆動される指針から形成されるアナログ表示手段と、
（Ｂ） 時間データを、前記ステッピング・モータを制御／駆動する手段に提供する少なくとも１個の時間基準装置と、
（Ｃ） 主電源と、
（Ｄ） 前記主電源からの電力供給の不足を検出する手段と、
（Ｅ） 電力不足が検出された時に、追加的な電源により電力が供給される、前記時間データを記憶する非揮発性記憶手段と
からなる電子時計に関し、
前記非揮発性記憶手段は、前記電力不足が検出された時に、前記ステッピング・モータの位置データを記憶する。

本発明の第２の目的は、このような電子式時計を電気機械的に同期させる方法に関する。かくして、この方法は、
（Ａ） 主電源からの電力不足を検出するステップと、
（Ｂ） 時計のモータを停止させるステップと、
（Ｃ） 電源として、エネルギー・バッファ（キャパシタ）を用いるステップと、
（Ｄ） 電力不足が検出された時に、非揮発性記憶手段内に時間データを書き込むステップと、
（Ｅ） 電力不足が検出された時に、ステッピング・モータに供給される磁界位置データを非揮発性記憶手段内に書き込むステップと
を有する。

図１において、本発明の電子式時計は、アナログ表示手段１０を有する。このアナログ表示手段１０は、２本の指針すなわち時針と分針とを有する。このアナログ表示手段１０は、ステッピング・モータ１２により駆動される。ステッピング・モータ１２については、図２、３ａ、３ｂで詳細に説明する。このステッピング・モータ１２は、従来と同様、ロータとステータと少なくとも１個のコイルから形成される。磁化されたロータがピニオンに搭載される。このピニオンが表示用の指針に接続された時計のギア列を駆動する。１：６０の減速歯車と１：１２の減速ピニオンが、分針と時針とを駆動する。

本発明の時計は、マイクロコントローラ回路１４を有する。マイクロコントローラ回路１４は、、モータを回転させるモータ制御／駆動手段１６と揮発性時間カウンタ１８とを有する。揮発性時間カウンタ１８は、例えばＲＡＭメモリであり、マイクロコントローラ回路１４の供給電圧が電子式時計を適正に駆動するのに十分な時に、周期的に更新される時間データを含む。かくして、マイクロコントローラ回路１４に主電源２０から電力が与えられる。この主電源２０は、例えば自動車内に組み込まれた電子式時計の場合には自動車用の調整済みバッテリであり、あるいは他の調整済みパワー・ソースである。マイクロコントローラ回路１４は、低電圧検出器２２を有する。この低電圧検出器２２は、主電源２０により供給される供給電圧が電子式時計が適正に動作させるのに不十分になった時を検出する。

マイクロコントローラ回路１４は、マイクロコントローラ回路１４をクロック制御する内部発振器（図示せず）を有する。周波数分割後のこの内部発振器の動作周波数は、自動車の搭乗者の可聴周波数以上となるように選択される。マイクロコントローラ回路１４の動作周波数は、３２ＫＨｚに設定される。

本発明の電子式時計は、少なくとも１個の時間ベース装置あるいは外部時間基準装置２４から時間情報を受領する手段を有する。受領した時間情報は、一方でアナログ表示され、他方で揮発性時間カウンタ１８内に電気的に記憶される。揮発性時間カウンタ１８とアナログ表示手段１０は、同期して動作する。本発明の時計は、水晶発振器から形成される付加的時間基準２６と、時間情報を提供する周波数分割器と、ＧＰＳ受信機あるいはＲＤＳ受信器から得られた外部時間基準装置２４から真の時間情報を受領する手段とを有する。

時計の揮発性時間カウンタ１８内で更新される時間情報は、外部時間基準装置２４から来たもので、真の（正しい）ものとみなされる。但し、この外部時間基準装置２４から真の時間情報を含む信号を受信しない場合には、マイクロコントローラ回路１４は、その代わりに、付加的時間基準２６から提供される時間情報を用いる。

上記したように、マイクロコントローラ回路１４は、低電圧検出器２２を有する。これは、不十分な電力供給を検出手段とも称する。低電圧検出器２２は、主電源２０が受信した供給電圧と電子式時計を適正に動作させるのに十分な所定の基準電圧とを比較する。（十分な）電力の不足が検出されると、時計は、他の如何なる動作モードよりも優先して、低電力消費モードに入る。このモードにおいては、揮発性時間カウンタ１８は、もはや増分することはなく、モータ制御／駆動手段１６が停止し（「ｉｎｔ」信号により）、その結果、ステッピング・モータ１２とアナログ表示手段１０が停止する。自動車のバッテリにより電力が供給される時計の場合は、電力不足が検出されるのは、自動車用バッテリの交換時あるいは自動車用バッテリの寿命の尽きる時である。かくして、主電源２０により供給される電力が、一般的には時計の適正な動作には不十分であるとされると、特にマイクロコントローラ回路１４の適正な動作に不十分であるとされると、追加的な電力源が提供される。例えば、電源の端子に接続されたキャパシタ２８のようなエネルギー・バッファが提供される。このキャパシタ２８は、アナログ表示手段１０の真の位置と揮発性時間カウンタ１８内の対応する時間情報との間の信頼性の高い電気機械的同期を確保するのに必要な十分なエネルギーを提供するのに十分なキャパシタＣを有する。ツェナー・ダイオード３０が、主電源２０とキャパシタ２８との間に配置され、メインの電源が不十分となった時、キャパシタ２８が放電するのを阻止する。

主電源２０により供給される電力が不十分であることが検出されると、キャパシタ２８内に蓄積された電荷を用いて、揮発性時間カウンタ１８内に含まれる時間情報を、非揮発性メモリ３２（例、ＥＥＰＲＯＭ）内に書き込むのに必要なエネルギーを提供する。しかし、時間情報を単に供給するだけでは、アナログ表示手段１０の真の（正しい）位置と揮発性時間カウンタ１８内の対応する時間情報との間で、信頼性の高い電気機械的同期を確保するには、十分ではない。その理由は、追加的な電源により供給されるエネルギーは、電力不足が検出された時に、モータの位置情報を書き込むためにも提供（消費）されるからである。モータ制御／駆動手段１６により提供されるロータの位置情報は、非揮発性メモリ３２内に、マイクロコントローラ回路１４の論理回路３４を介してコピーされる。このモータの位置情報については、図２、３ａ、３ｂを用いて詳述する。

前述したように、時計の指針の前進は、ステッピング・モータ１２により制御される。図２は、北−南の磁気軸を有するステッピング・モータを示す。ステータ１２２内のスロットが、ロータ１２４の２つの安定した磁気位置を規定する。この内の一方の磁気位置に、ステータが磁化されていない時、即ちコイル１２６（と１２８）内に電流が流れていない時に、ロータが位置する。

本発明の一実施例によれば、ロータ１２４の完全な１回転は、分針の１分の動きに対応する。すなわち、分針の６°の動きに対応する。完全な１回転の間、ロータが２つの完全なステップをとる。各完全なステップは、分針の３°の動きに対応する。分針の１°の動きが、ロータの６０°の回転に対応するロータの部分ステップを規定する。

時計の正常動作の間、すなわち十分な電圧が供給されている場合には、モータは、ロータの１回転の間、２４個のマイクロステップをとるように、即ち、分針の１分の間に２４個の中間位置を採るように、制御される。

図３ａ、３ｂからわかるように、第１安定位置は、ステップ番号１に対応するものとして定義され、第２安定位置は、マイクロステップ番号１３に対応するものとして定義される。ロータの１個のマイクロステップは、分針の動きの１／４°に等しい。すなわち、角度１°の動きは、４個のマイクロステップからなる。

次に、図３ａにおいて、マイクロステップ番号２０とマイクロステップ番号６の間のマイクロステップにより規定されるロータの全ての位置（即ち、マイクロステップ番号２０−２４とマイクロステップ番号１−６）は、ロータが、不十分な電力供給の時あるいは電力が切られた時に入る、マイクロステップ番号１により規定される安定位置である。

逆に、図３ｂにおいて、マイクロステップ番号８とマイクロステップ番号１８の間のマイクロステップにより規定されるロータの全ての位置は、ロータが、不十分な電力供給の時あるいは電力が切られた時に入る、マイクロステップ番号１３により規定される安定位置である。

かくして、電力不足が検出された時に、ロータが位置する正確な位置に応じて、ロータが、自動的に、モータが停止した後２つの安定した位置の内の一方（マイクロステップ番号１または１３）に自動的に戻るので、失われた情報は、０個と６個のマイクロステップの間、即ち、０°と１．５°の間、即ち０秒と１５秒の間、変動する。

ロータがマイクロステップ番号７またはマイクロステップ番号１９により規定された位置にある時に、モータの電流が切られた場合には、モータは、ランダムにマイクロステップ番号１とマイクロステップ番号１３により規定される位置のいずれかに一方に入る。この理由は、真の時間のリセットを行うために入る位置は、任意に選択されるからである。

モータの速度は最大に選択されるが、この理由は、電圧の不足あるいは電流の切断が検出された時になされるプロセスにあるステップが、モータの慣性の欠如に起因して、失われるのを阻止するためである。

図４は、本発明の電子機械同期化バックアップを示す。

メインの動作モード（Main Routine）においては、本発明のシステムは、外部クロック信号（例、ＧＰＳ信号）が存在するか否かをチェックする。その後、マイクロコントローラは、受信した信号を読み出した後、時間カウンタの値を増分して、モータのパルスを制御する。これらの信号により受信した時間を表す指針は、その後、同期して動く。

外部クロック信号が存在しない場合には、システムは、ルーチン（スタンド・アローン（Stand Alone））を介して自動モード（autonomous mode）を活性化し、同時に内部クロックを用いて、時間をカウントダウンし、モータを制御し、時と分とマイクロステップの情報を更新する。

電力不足を検出した場合には、本発明のシステムは、他の全てのモードに対し優先するルーチンで規定される低電力モード（Low Power Mode）に入る。この低電力モードにおいては、ステッピング・モータは、停止し、時と分とマイクロステップ情報は、非揮発性メモリ（例、ＥＥＰＲＯＭ）内で、バックアップされる。

電力が再び十分となった時には、例えば自動車のバッテリが交換された時には、時計は、システムが外部時間ベースにより得られた真の時間情報の手段により、正しい時間にリセットする。

以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。

本発明の電子式時計の全体図。 ２個の安定した磁気位置を決める北−南磁気軸を有するステッピング・モータを表す図。 十分でない電力供給が検出された後、２個の安定した磁気位置の一方にあるロータを表す図。 十分でない電力供給が検出された後、２個の安定した磁気位置の他方にあるロータを表す図。 本発明による電子磁気同期バックアップ方法を表すブロック図。

符号の説明

１０ アナログ表示手段
１２ ステッピング・モータ
１４ マイクロコントローラ回路
１６ モータ制御／駆動手段
１８ 揮発性時間カウンタ
２０ 主電源
２２ 低電圧検出器
２４ 外部時間基準
２６ 付加的時間基準
２８ キャパシタ
３０ ツェナー・ダイオード
３２ 非揮発性メモリ
３４ 論理回路
１２２ ステータ
１２４ ロータ
１２６，１２８ コイル

Claims (4)

1. （Ａ） ステッピング・モータ（１２）により駆動される指針（１０）から形成されるアナログ表示手段と、
   （Ｂ） 時間データ（ｈ．ｍ）を、前記ステッピング・モータ（１２）を制御／駆動する手段（１６）に提供する時間基準装置（２４、２６）と、
   （Ｃ） 主電源（２０）と、
   （Ｄ） 前記主電源（２０）からの電力供給の不足を検出する手段（２２）と、
   （Ｅ） 電力不足が検出された時に、追加的な電源（２８）により電力が供給される、前記時間データ（ｈ．ｍ）を記憶する非揮発性記憶手段（３２）と
   からなる電子時計において、
   前記非揮発性記憶手段（３２）は、前記電力不足が検出された時点で前記ステッピング・モータのロータが存在した位置データ（μｐａｓ）を記憶する
   ことを特徴とする電子時計。
2. 前記ステッピング・モータ（１２）は、磁化ロータ（１２４）とステータ（１２２）を有し、
   前記電力不足が検出された時点で、前記磁化ロータ（１２４）は、前記ステータ（１２２）に対し、２個の安定した磁気位置（１，１３）と前記２個の安定した磁気位置（１，１３）の間にある所定数の中間位置（２−１２，１４−２４）とからなる複数の位置の内１つの位置を採り、
   前記の安定した磁気位置と中間位置は、前記ステッピング・モータのマイクロステップに対応し、
   前記非揮発性記憶手段に記憶されるステッピング・モータ（１２）が存在した位置データは、前記電力不足が検出された時点における前記磁化ロータ（１２４）が存在したマイクロステップの位置である最後の位置に対応する
   ことを特徴とする請求項１記載の電子時計。
3. （Ｆ） 第１外部時間基準装置（２４）から真の時間データを受領する手段と、
   （Ｇ） 前記真の時間データを受領できない時のみ、使用されるデータを提供する第２の追加的時間基準装置（２６）と
   を更に有する
   ことを特徴とする請求項１記載の電子時計。
4. 請求項１−３のいずれかに記載の電子時計用の、指針と真の時間データとを電子機械的に同期する方法において、
   （Ａ） 主電源（２０）からの電力不足を検出するステップと、
   （Ｂ） 時計のモータを停止させるステップと、
   （Ｃ） 電源として、エネルギー・バッファ（キャパシタ）を用いるステップと、
   （Ｄ） 電力不足が検出された時に、非揮発性記憶手段（３２）内に時間データを書き込むステップと、
   （Ｅ） 電力不足が検出された時点で、前記ステッピング・モータに供給されるロータの磁気軸のＮ極又はＳ極の位置データを非揮発性記憶手段（３２）内に書き込むステップと
   を有する
   ことを特徴とする時計の指針と真の時間とを電子機械的に同期する方法。

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