[基本概念]
以下、本発明の基本概念を図面に基づいて詳述する。
図1は本発明の基本概念の回路構成を示すブロック線図、図2は本発明の基本概念のフローチャートである。なお従来例で説明したものと同じ構成要素には同じ番号をつけて説明を省略する。
従来技術との差は、以下のとおりであり、他の構成要素は従来技術と概ね同等である。
(1)第1検出パルス発生回路5と第2検出パルス発生回路6が、パルス幅の異なる複数種類の検出パルスを発生可能に作成されていること。
(2)検出パルスの幅を変更する要因を検出し、変更要因検出信号H1を出力する検出パルス変更要因検出回路140と、変更要因検出信号H1を受けて最適なパルス幅を第1検出パルス発生回路5と第2検出パルス発生回路6に指示する検出パルス選択回路150を有すること。
検出パルス変更要因検出回路140は、最適の電磁ブレーキを実現するために、検出パルス幅を変更すべき要因を検出し、変更要因検出信号H1として検出パルス選択回路150に出力する。検出パルス選択回路150は、変更要因検出信号H1をもとに、各検出タイミングにおいて、正確な回転検出が行えるような最適の電磁ブレーキを実現できる最適の検出パルス幅を選択し、第1検出パルス発生回路5と第2検出パルス発生回路6に指示する。
本基本概念の動作をフローチャートを使用して説明する。
図2は基本概念の電子時計におけるロータ10の回転検出方法を示すフローチャート図で、正秒毎の動作を示したものである。
正秒のタイミングで通常駆動パルスSPが出力され(ステップST1)、正秒から所定時間後に回転検出が開始される。その時に、所定の検出パルス変更要因を検出したかどうかが判断され(ステップST2)、検出された場合には(ST2:Y)検出パルスの幅または頻度はAに設定され(ステップST3)、そうでない場合には(ST2:N)Bに設定される(ステップST4)。
そして、所定期間内で検出信号が検出されるかどうかを判定し(ステップST5)、所定期間内で検出信号が検出された場合は(ST5:Y)、回転成功と判定し補正駆動パルスFPを出力させず、次の通常駆動パルス出力時には前回と同じ駆動力の通常駆動パルスSPを出力する(ステップST6)。所定期間内で検出信号が検出されない場合は(ST5:N)、回転失敗と判定し補正駆動パルスFPを出力すると同時に1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスを出力する(ステップST7)。これにより当該秒の動作を完了し次の正秒を待って再び先頭から開始する。
以下、例示する実施形態に基づき、本発明を詳細に説明する。
なお、以下の実施形態では、説明を簡単にするために、検出パルス幅の変更条件は1つないしは2つであり、検出パルスの幅は、0.0625msと0.25msの2種類となっているが、もちろん、これに限定されない。
変更条件は、3以上の複数であっても良い。それに伴い、検出パルスを変更すべき区間が3以上になるが、全ての区間で検出パルスの幅を異ならせてもよい。当然、検出パルス幅も上記数値に限定されない。
[第1の実施形態:時間による変更]
以下、本発明の第1の実施形態を図面に基づいて詳述する。第1の実施形態は、検出期間において検出パルスの幅が異なる例である。
通常駆動パルス出力後の第1検出モード期間中はロータに勢いがあるため逆起電流が大きく、第1検出モードに続く第2検出モード期間中は、第1検出モード期間中に比べ逆起電流が小さい。
そこで、逆起電流が大きい第1検出モード期間中に相当する時間帯は検出パルスの幅を狭めて電磁ブレーキを強めて逆起電流を抑え、逆起電流が小さい第2検出モード期間中は検出パルスの幅を広げて電磁ブレーキを弱めて逆起電流が出やすくすることで、より正確な回転検出を行うものである。
図3は本発明の第1の実施形態の電子時計の回路構成を示すブロック線図、図4は本発明の第1の実施形態の電子時計の回路が発生するパルス波形図、図5は本発明の第1の実施形態の電子時計のフローチャート、図6は本発明の第1の実施形態の電子時計に慣性モーメントの大きな指針を付けた場合にコイルに発生する電流波形および電圧波形図、図7は本発明の第1の実施形態の電子時計の図6の状態からカレンダ等の急激な負荷でステップモータ20の駆動力が弱くなりロータ10が回転出来なかった場合の電流波形および電圧波形図である。なお従来例で説明したものと同じ構成要素には同じ番号をつけて説明を省略する。
図3において、20はコイル9とロータ10より構成されたステップモータ、1は発振回路、2は分周回路、3は通常駆動パルス発生回路、4は補正駆動パルス発生回路であり、これらは従来技術と同じものである。
5は第1検出パルス発生回路であり、分周回路2の信号を基に第1検出モードで用いる検出パルスB5〜B12を出力する。第1検出パルス発生回路5は、図4(b)に示すように、11msを境に、それ以前の検出パルスB5〜B11は0.0625ms幅のパルス、それ以降のB12は0.25ms幅のパルスで、正秒より5ms後から12msまで1ms毎に出力するように構成されている。
6は第2検出パルス発生回路であり、分周回路2の信号を基に第2検出モードで用いる検出パルスF7〜F14を出力する。第2検出パルス発生回路6は、図4(c)に示すように、11msを境に、それ以前の検出パルスF7〜F11は0.0625ms幅のパルス、それ以降のF12〜F14は0.25ms幅のパルスで、正秒より7ms後から14msまで1ms毎に出力するように構成されている。
7はパルス選択回路、8はドライバ回路、9はコイル、10はロータ、11は検出回路、12は検出回路11の検出信号を基に第1検出モードの判定を行う第1検出モード判定回路、13は検出回路11の検出信号を基に第2検出モードの判定を行う第2検出モード判定回路であり、これらは従来技術と同じものである。
14は計時カウンタであり、SP出力後からの経過時間をカウントする。本実施形態では、計時カウンタ14が検出パルス変更要因検出回路140に相当する。
151は検出パルス選択回路であり、第1検出パルス発生回路5および第2検出パルス発生回路6で発生するパルス幅の異なる検出パルスを計時カウンタ14のカウント信号に基づいて選択し、出力するように制御する。即ち、検出パルス選択回路151は、検出パルスの幅を回転検出期間で変更できるように第1検出パルス発生回路5および第2検出パルス発生回路6を制御する検出パルス制御手段である。
第1検出パルス発生回路5、第2検出パルス発生回路6とも、0.0625ms幅のパルスと0.25ms幅のパルスが出力可能であり、計時カウンタ14のカウント信号が入力前(11ms前)は0.0625ms幅のパルスが選択出力され、計時カウンタ14のカウント信号が入力後(11ms後)は0.25ms幅のパルスが選択出力されるように構成されている。
続いて上記構成の動作について説明する。パルス選択回路7は、正秒の時点で通常駆動パルス発生回路3から出力される通常駆動パルスSPを選択してステップモータ20を駆動する。そして正秒から5ms後に第1検出モードが開始される。第1検出モードではパルス選択回路7は第1検出パルス発生回路5から出力される検出パルスB5〜B12を検出パルス選択回路151の信号に基づいて出力し、コイル9のインピーダンスを変化させるようステップモータ20を制御する。そして検出回路11は検出パルスB5〜B12によってコイル9に発生する誘起電圧の検出を行い、しきい値Vthを超える誘起電圧を検出すると検出信号を出力する。その一方で、パルス選択回路7は第1検出モード判定回路12に対して判定動作を開始するよう指示する。第1検出モード判定回路12は、検出回路11からの検出信号の入力によって第1検出モードでの検出信号の有無の判定を行うものであり、検出回路11から検出信号が2回発生された場合に検出と判定され、直ちに第1検出パルス発生回路5から出力される検出パルスを停止し、第1検出モードの動作を終了するとともに補正駆動パルスFPを発生しないようにパルス選択回路7へ通知し、第2検出モード判定回路13の動作の開始を指示することにより第2検出モードに移行する。ただし検出パルスB6〜B12によって検出信号がひとつも発生しないか、またはひとつしか発生しない場合は回転失敗と判定して第1検出モードの動作を終了するとともに第2検出モードに移行せず、補正駆動パルスFPが出力され、次の通常駆動パルス出力時には通常駆動パルス発生回路3から前回よりも1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスSP2を出力する。
第2検出モードに移行すると、パルス選択回路7は第2検出パルス発生回路6から出力される検出パルスF7〜F14を検出パルス選択回路151の信号に基づいて出力し、ステップモータ20の制御を行う。そして検出回路11は検出パルスによってコイル9に発生する誘起電圧の検出を行い、しきい値Vthを超える誘起電圧を検出すると検出信号を出力する。第2検出モード判定回路13は検出回路11の検出信号を受けて、検出信号が2回発生した場合は回転成功と判定して直ちに第2検出パルス発生回路6から出力される検出パルスを停止し第2検出モードの動作を停止するとともに、補正駆動パルスFPを出力しないようにパルス選択回路7を制御する。ただし検出パルスF7〜F14によって発生する検出信号は最大6回の検出をもって終了し、その間に検検出信号がひとつも発生しないか、またはひとつしか発生しない場合は回転失敗と判定して補正駆動パルスFPを出力する。
以上のように、通常駆動パルス出力後からの経過期間で検出パルスの幅が異なる2つの回転検出期間を有するようにした。即ち、前半の回転検出期間では検出パルスの幅が0.0625msで検出パルスの幅を小さくし、電磁ブレーキを発生させ、ロータ10の自由振動を抑止し、後半の回転検出期間では検出パルスの幅が0.25msで検出パルスの幅を大きくし、電磁ブレーキを抑え、ロータ10の自由振動を増大させるようにしている。
上記の動作での実際の回転検出の方法について図6及び図4の波形図を用いて説明する。先ず慣性モーメントの大きな指針を付けた場合について説明する。図6(a)は従来例の図27(a)と同じく、慣性モーメントの大きな指針を付けた場合のコイル9に誘導される電流波形であり、図6(b)はこのときにコイル9の一方の端子O1に発生する電圧波形、図6(c)はコイル9の他方の端子O2に発生する電圧波形である。
まず図4(a)に示す通常駆動パルスSPがコイル9の端子O1に加えられ、ロータ10が回転し、図6(a)に示す電流波形c1が発生する。通常駆動パルスSPが終了するとロータ10は自由振動状態となり、電流波形はc2、c3、c4に示す電流波形となる。5msの時点で第1検出モードが開始され、図4(b)に示す検出パルスB5がコイル9に印加される。図6(a)に示すように5msでは電流波形は電流波形c2の領域にあり、電流値は負方向である。よって図6(c)に示すように検出パルスB5によって生じる誘起電圧V5はしきい値Vthを超えることはない。しかし7msになると電流波形は電流波形c3の領域になり、電流値は正方向に変わる。よって図6(c)に示すように検出パルスB7によって生じる誘起電圧V7はしきい値Vthを超えた検出信号となる。同様に8msでも電流波形は電流波形c3の領域にあり、検出パルスB8によって生じる誘起電圧V8はしきい値Vthを超えた検出信号となる。誘起電圧V7、V8の二つの検出信号がしきい値Vthを超えたことで第2検出モードに切り換わる。
検出パルスB8によって生じる誘起電圧V8によって第2検出モードとなったことにより、次のタイミングの検出パルス、即ち9msの時点での検出パルスF9がコイル9に印加される。図6(a)に示すように9msでは電流波形は電流波形c3の領域にあり、電流値は正方向にある。よって図6(b)に示すように誘起電圧V9はしきい値Vthを超えることはない。同様に誘起電圧V10、V11においても電流波形c3の領域にあり、しきい値Vthを超えることはない。しかし12msになると、検出パルスの幅が0.0625msから0.25msに変わり検出パルスの幅が大きくなったことで電磁ブレーキが抑えられロータ10の自由振動が減衰しにくくなる。そして電流波形は自由振動が減衰しにくくなったため、電流波形c4の領域になり、電流値は負方向に変わる。よって図6(b)に示すように誘起電圧V12はしきい値Vthを超えた検出信号となる。検出パルスF13によって生じる誘起電圧V13も、しきい値Vthを超えた検出信号となり、誘起電圧V12、V13の二つの検出信号がしきい値Vthを超えたことで、第2検出モード判定回路13は正常に回転成功と判定し、補正駆動パルスFPは出力されず、次の通常駆動パルス出力時には前回と同じ駆動力の通常駆動パルスSPを出力する。
続いてカレンダ等の急激な負荷でロータ10が回転出来なかった場合について図7及び図4の波形図を用いて説明する。図7(a)は従来例の図30(a)と同じく、ロータ10が回転出来なかったときにコイル9に誘導される電流波形であり、図7(b)はこのときにコイル9の一方の端子O1に発生する電圧波形、図7(c)はコイル9の他方の端子O2に発生する電圧波形である。
まず5msの時点で第1検出モードが開始され、検出パルスB5がコイル9に印加される。図7(a)に示すように5msでは電流波形電流波形c5の領域にあり、電流値は正方向にある。よって図7(c)に示すように誘起電圧V5はしきい値Vthを超えた検出信号となる。さらに6msでも電流波形は電流波形c5の領域にあり、誘起電圧V6はしきい値Vthを超えた検出信号となる。誘起電圧V5、V6と二つの検出信号がしきい値Vthを超えたことで第2検出モードに移行する。
誘起電圧V6により第2検出モードとなったことにより、次のタイミングの検出パルス、即ち7msの時点での検出パルスF7がコイル9に印加される。図7(a)に示すように7msでは電流波形は電流波形c5の領域にあり、電流値は正方向にあるため図7(b)に示すように誘起電圧V5はしきい値Vthを超えることはない。さらに誘起電圧V7〜V11おいても電流波形c5の領域にあり、しきい値Vthを超えることはない。また第2検出モードで6回目の検出となる12msでは、検出パルスの幅が0.0625msから0.25msに変わるが、ロータ10はすでに完全に停止した状態であるため検出パルスの幅が大きくなったとしてもロータの自由振動が発生する要因がなく、検出パルスF12によって生じる誘起電圧V12はしきい値Vthを超えることはない。第2検出モードはこの6回目の検出をもって打ち切られる。よって、第2検出モード判定回路13は回転失敗と正しく判定を行い、補正駆動パルスFPが出力され、次の通常駆動パルス出力時には通常駆動パルス発生回路3から前回よりも1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスSP2を出力する。よって時計が止まってしまうことはない。
以上のように、第1の実施形態では回転検出期間において検出パルスの幅が小さい期間と大きい期間の2つの期間を設けることによってロータの自由振動を制御し、回転と非回転を正常に判定することができる。
以上の動作についてフローチャート図を用いて説明する。図5は第1の実施形態の電子時計におけるロータ10の回転検出方法を示すフローチャート図で、正秒毎の動作を示したものである。正秒のタイミングで通常駆動パルスSPが出力され(ステップST1)、正秒から5ms後に回転検出が開始される(ステップST2)。検出期間において12.0ms未満かどうか判定し(ステップST3)、検出期間が12.0ms未満ならば幅が0.0625msの検出パルスを出力し(ステップST4)、検出期間が12.0ms以上ならば幅が0.25msの検出パルスを出力する(ステップST5)。ST3〜ST5の過程は第2検出モードが終了するまで繰り返される(ステップST6)。そして所定期間内で検出信号が検出されるかどうかを判定し(ステップST7)。所定期間内で検出信号が検出された場合は回転成功と判定し補正駆動パルスFPを出力させず、次の通常駆動パルス出力時には前回と同じ駆動力の通常駆動パルスSPを出力する(ステップST8)。所定期間内で検出信号が検出されない場合は回転失敗と判定し補正駆動パルスFPを出力すると同時に1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスを出力する(ステップST9)。これにより当該秒の動作を完了し次の正秒を待って再び先頭から開始する。
なお、上記説明は、本実施形態の一例を示したものであり、例えば、以下のように変形を行ってもよい。
(1)本実施形態では、11ms以前と以後の2つの区間で検出パルスの幅を変更したが、3つ以上の時間帯に分けて検出パルスの幅を変更してもよい。各区間でパルス幅を変更しても良いし、一部の区間で同じパルス幅であっても良い。このようにすることで、さらに細かな電磁ブレーキ制御が可能となり、より正確な回転検出が可能となる。
(2)検出パルス幅(0.0625ms、0.25ms)や計時カウント値(11ms)など、各数値は上記数値に限定されるものではなく、モータや取り付けられる表示体(指針、日板など)に合わせて最適化されるべきものである。
(3)時間帯でのパルス幅制御においては、計時カウンタ14による制御の他、検出パルスを図4(b)(c)の形態として作り込む方法でも良い。この場合、計時カウンタ14は不要になり、回路を小さくすることができる。但し、例えば、モータが変わり検出パルス幅の変更時間帯を変更する場合、その都度第1検出パルス発生回路5、第2検出パルス発生回路6の変更が必要となり、設計負荷が増大するので、多機種への適用を考えた場合は、計時カウンタ14を使用する本実施形態の例のほうが好ましい。
[第2実施形態:第1検出モードの検出状況による変更]
次に、本発明の第2の実施形態を図面に基づいて詳述する。第2の実施形態は、第1検出モードでの検出条件により、第2検出モードでの検出パルスの幅を変更する例である。
回転に成功する場合と、回転に失敗する場合では、第1検出モードにおける検出状態が異なってくる場合が多い。本実施形態はこのことを利用し、回転に成功する可能性の高い場合には第2検出モードでの検出パルスの幅を広げて電磁ブレーキを弱めて逆起電力を検出しやすくし、逆に非回転の可能性の高い場合には、第2検出モードでの検出パルスの幅を狭めて電磁ブレーキを強め、逆起電力を検出しにくくし、誤検出を防止するものである。
図8は第2の実施形態の電子時計の回路構成を示すブロック線図、図9は第2の実施形態の電子時計の回路が発生するパルス波形図、図10は第2の実施形態の電子時計のフローチャート、図11は本発明の第2の実施形態の電子時計に慣性モーメントの大きな指針を付けた場合にコイルに発生する電流波形および電圧波形図、図12は本発明の第2の実施形態の電子時計の図11の状態からカレンダ等の急激な負荷でステップモータ20の駆動力が弱くなりロータ10が回転出来なかった場合の電流波形および電圧波形図である。なお従来例および第1の実施形態で説明したものと同じ構成要素には同じ番号をつけて説明を省略する。
図8において、20はコイル9とロータ10より構成されたステップモータ、1は発振回路、2は分周回路、3は通常駆動パルス発生回路、4は補正駆動パルス発生回路、5は第1検出パルス発生回路であり分周回路2の信号を基に第1検出モードを行うための検出パルスB5〜B12を出力する。検出パルスB5〜B12は図9(b)に示す如き0.0625ms幅のパルスであり、正秒より5ms後から12msまで1ms毎に出力する。6は第2検出パルス発生回路であり、分周回路2の信号を基に第2検出モードで用いる検出パルスF7〜F14あるいは検出パルスf7〜f14を後述する検出パルス選択回路152の信号に基づいて出力する。図9(c1)に示す如き、検出パルスF7〜F14は0.25ms幅のパルス、図9(c2)に示す如き、検出パルスf7〜f14は0.0625ms幅のパルスであり、正秒より7ms後から14msまで1ms毎に出力するように構成される。
7はパルス選択回路、8はドライバ回路、9はコイル、10はロータ、11は検出回路、12は検出回路11の検出信号を基に第1検出モードの判定を行う第1検出モード判定回路、13は検出回路11の検出信号を基に第2検出モードの判定を行う第2検出モード判定回路、152は検出パルス選択回路であり第2検出パルス発生回路6で発生するパルス幅の異なる検出パルスを第1検出モード判定回路12の判定結果に基づいて選択し、出力するよう制御する。即ち、検出パルス選択回路152は、検出パルスの幅を第1検出モード判定回路12の判定結果で変更できるように第2検出パルス発生回路6を制御する検出パルス制御手段である。すなわち、本実施形態では、第1検出モード判定回路12が検出パルス変更要因検出回路140を兼用する構成となっている。
続いて上記構成の動作について説明する。パルス選択回路7は、正秒の時点で通常駆動パルス発生回路3から出力される通常駆動パルスSPを選択してステップモータ20を駆動する。そして正秒から5ms後に第1検出モードが開始される。第1検出モードではパルス選択回路7は第1検出パルス発生回路5から出力される検出パルスB5〜B12を出力し、コイル9のインピーダンスを変化させるようステップモータ20を制御する。そして検出回路11は検出パルスB5〜B12によってコイル9に発生する誘起電圧の検出を行い、しきい値Vthを超える誘起電圧を検出すると検出信号を出力する。その一方で、パルス選択回路7は第1検出モード判定回路12に対して判定動作を開始するよう指示する。第1検出モード判定回路12は、検出回路11からの検出信号の入力によって第1検出モードでの検出信号の有無の判定を行うものであり、検出回路11から検出信号が2回発生された場合に検出と判定され、直ちに第1検出パルス発生回路5から出力される検出パルスを停止し、第1検出モードの動作を終了するとともに補正駆動パルスFPを発生しないようにパルス選択回路7へ通知し、第2検出モード判定回路13の動作の開始を指示することにより第2検出モードに移行する。ただし検出パルスB5〜B12によって検出信号がひとつも発生しないか、またはひとつしか発生しない場合は回転失敗と判定して第1検出モードの動作を終了するとともに第2検出モードに移行せず、補正駆動パルスFPが出力され、次の通常駆動パルス出力時には通常駆動パルス発生回路3から前回よりも1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスSP2を出力する。
なお、第1検出モードの検出結果で第2検出モードの判定方法が変わってくる。検出パルスB5および検出パルスB6によって連続して2回の検出信号が発生した場合は検出パルス選択回路152によって第2検出パルス発生回路6は検出パルスf7〜f14が選択出力され、また、検出パルスB7以降の検出パルスによって2回目の検出信号が発生した場合は検出パルス選択回路152によって第2検出パルス発生回路6は検出パルスF7〜F14が選択出力される。検出パルス選択回路152は第1検出モードの検出結果により第2検出モードの検出パルス幅を変更する変更手段となっている。
まず検出パルスB5および検出パルスB6によって連続して2回の検出信号が発生し、第2検出モードに移行した場合を説明する。パルス選択回路7は検出パルス選択回路152によって選択された第2検出パルス発生回路6の出力する検出パルスf7〜f14を選択して出力しステップモータ20の制御を行う。そして検出回路11はf7〜f14によってコイル9に発生する誘起電圧の検出を行う。第2検出モード判定回路13は検出回路11の検出信号を受けて、検出信号が2回発生した場合は回転成功と判定して直ちに第2検出パルス発生回路6から出力される検出パルスを停止し第2検出モードの動作を終了するとともに、補正駆動パルスFPを出力しないようにパルス選択回路7を制御する。ただし検出パルスf7〜f14によって発生する検出信号は最大6回の検出、即ち検出パルスf12による検出をもって終了し、その間に検出信号がひとつも発生しないか、またはひとつしか発生しない場合は回転失敗と判定して補正駆動パルスFPを出力する。そして次の通常駆動パルス出力時には通常駆動パルス発生回路3から前回よりも1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスSP2を出力する。
次にパルスB6によって2回目の検出信号が発生しない場合、即ち検出パルスB7以降で2回目の検出信号が発生し、第2検出モードに移行した場合について説明する。パルス選択回路7は検出パルス選択回路152によって選択された第2検出パルス発生回路6の出力する検出パルスF7〜F14を選択して出力しステップモータ20の制御を行う。そして検出回路11はF7〜F14によってコイル9に発生する誘起電圧の検出を行う。上記と同様に検出信号が2回発生した場合は回転成功と判定して直ちに第2検出パルス発生回路6から出力される検出パルスを停止し第2検出モードの動作を終了するとともに、補正駆動パルスFPを出力しないようにパルス選択回路7を制御する。また検出信号がひとつも発生しないか、またはひとつしか発生しない場合は回転失敗と判定して補正駆動パルスFPを出力する。そして次の通常駆動パルス出力時には通常駆動パルス発生回路3から前回よりも1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスSP2を出力する。
以上のように、第2の実施形態では第2検出パルス発生回路は検出パルスの幅が0.0625msと0.25msの2系統のパルス発生回路を有しており、検出パルス選択回路152から選択して出力されることになる。即ち、第1検出モードの判定結果が6msと早い時期に終了した場合は第2検出モードでは検出パルスの幅が0.0625msの小さい幅で検出を行うため電磁ブレーキが発生しやすく、ロータ10の自由振動を抑制することができ、一方、第2検出モードの判定結果が7ms以降の遅い時期に終了した場合は第2検出モードでは検出パルスの幅が0.25msの大きい幅で検出を行うため電磁ブレーキが抑えられ、ロータ10の自由振動を減衰しにくくさせることができる。
上記の動作での実際の回転検出の方法について図11及び図9の波形図を用いて説明する。まず慣性モーメントの大きな指針を付けた場合について説明する。図11(a)は従来例の図27(a)と同じく、慣性モーメントの大きな指針を付けた場合のコイル9に誘導される電流波形であり、図11(b)はこのときにコイル9の一方の端子O1に発生する電圧波形、図11(c)はコイル9の他方の端子O2に発生する電圧波形である。
まず図11(b)に示す通常駆動パルスSPがコイル9の端子O1に加えられ、ロータ10が回転し、図11(a)に示す電流波形c1が発生する。通常駆動パルスSPが終了するとロータ10は自由振動状態となり、電流波形はc2、c3、c4に示す電流波形となる。5msの時点で第1検出モードが開始され、図9(b)に示す検出パルスB5がコイル9に印加される。図11(a)に示すように5msでは電流波形は電流波形c2の領域にあり、電流値は負方向である。よって図11(c)に示すように検出パルスB5によって生じる誘起電圧V5はしきい値Vthを超えることはない。しかし7msになると電流波形は電流波形c3の領域になり、電流値は正方向に変わる。よって図11(c)に示すように検出パルスB7によって生じる誘起電圧V7はしきい値Vthを超えた検出信号となる。同様に8msでも電流波形は電流波形c3の領域にあり、検出パルスB8によって生じる誘起電圧V8はしきい値Vthを超えた検出信号となる。誘起電圧V7、V8の二つの検出信号がしきい値Vthを超えたことで第2検出モードに切り換わる。
7ms以後に発生する検出パルスB8によって生じる誘起電圧V8によって第2検出モードとなったことにより、検出パルス選択回路152は第2検出パルス発生回路6の出力する検出パルス幅が0.25msの検出パルスF7〜F14を選択し、パルス選択回路7に出力する。よって電磁ブレーキは抑えられロータ10の自由振動が減衰しにくくなるように作用する。そして8msの次のタイミングでの検出パルス、即ち図9(c1)に示す9msの時点での検出パルスF9がコイル9に印加される。図11(a)に示すように9msでは電流波形は電流波形c3の領域にあり、電流値は正方向にある。よって図11(b)に示すように検出パルスF9によって生じる誘起電圧V9はしきい値Vthを超えることはない。同様に検出パルスF10、F11によって生じる誘起電圧V10、V11においても電流波形c3の領域にあり、しきい値Vthを超えることはない。しかし12msになると電流波形は図11(a)に示すよう自由振動が減衰しにくくなったため電流波形c4の領域になり、電流値は負方向に変わる。よって図11(c)に示すように検出パルスF12によって生じる誘起電圧V12はしきい値Vthを超えた検出信号となる。同様に13msでも電流波形は電流波形c4の領域にあり、検出パルスF13によって生じる誘起電圧V13はしきい値Vthを超えた検出信号となる。誘起電圧V12、V13の二つの検出信号がしきい値Vthを超えたことで、第2検出モード判定回路13は正常に回転成功と判定し、補正駆動パルスFPは出力されず、次の通常駆動パルス出力時には前回と同じ駆動力の通常駆動パルスSPを出力する。
続いてカレンダ等の急激な負荷でロータ10が回転出来なかった場合について図12及び図9の波形図を用いて説明する。図12(a)は従来例の図30(a)と同じく、ロータ10が回転出来なかったときにコイル9に誘導される電流波形であり、図12(b)はこのときにコイル9の一方の端子O1に発生する電圧波形、図12(c)はコイル9の他方の端子O2に発生する電圧波形である。
まず5msの時点で第1検出モードが開始され、検出パルスB5がコイル9に印加される。図12(a)に示すように5msでは電流波形電流波形c5の領域にあり、電流値は正方向にある。よって図12(c)に示すように誘起電圧V5はしきい値Vthを超えた検出信号となる。さらに6msでも電流波形は電流波形c5の領域にあり、誘起電圧V6はしきい値Vthを超えた検出信号となる。誘起電圧V5、V6と二つの検出信号がしきい値Vthを超えたことで第2検出モードに移行する。
5msおよび6msに発生する検出パルスB5およびB6によって生じる誘起電圧V5、V6によって第2検出モードとなったことにより、検出パルス選択回路152は第2検出パルス発生回路6の出力する検出パルス幅が0.0625msの検出パルスf7〜f14を選択し、パルス選択回路7に出力する。よって電磁ブレーキが発生しやすい状態になりロータ10の自由振動の振幅が減少するように作用する。そして6msの次のタイミングでの検出パルス、即ち図9(c2)に示す7msの時点での検出パルスf7がコイル9に印加される。図12(a)に示すように7msでは電流波形は電流波形c5の領域にあり、電流値は正方向にあるため図12(b)に示すように誘起電圧V7はしきい値Vthを超えることはない。さらに誘起電圧V8〜V11おいても電流波形c5の領域にあり、しきい値Vthを超えることはない。また第2検出モードで6回目の検出となる12msでも、検出パルスF12によって生じる誘起電圧V12はしきい値Vthを超えることはない。第2検出モードはこの6回目の検出をもって打ち切られる。よって、第2検出モード判定回路13は回転失敗と正しく判定を行い、補正駆動パルスFPが出力され、次の通常駆動パルス出力時には通常駆動パルス発生回路3から前回よりも1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスSP2を出力する。よって時計が止まってしまうことはない。
以上のように第2検出パルス発生回路6は、0.25msの幅を有する検出パルスと0.0625msの幅を有する検出パルスの2系統のパルス発生回路を有しており、検出パルス選択回路152から選択的に出力されることになる。即ち、第1検出モードの判定結果が6msと早い時期に終了した場合は小さい検出パルス幅で検出を行うことにより電磁ブレーキを発生させる期間を増やし、第1検出モードの判定結果が7ms以降の遅い時期に終了した場合は大きい検出パルス幅で検出を行うことにより電磁ブレーキが発生する期間を減らし、回転検出のパターンを異ならせている。
以上の動作についてフローチャート図を用いて説明する。図10は第2の実施形態の電子時計におけるロータ10の回転検出方法を示すフローチャート図で、正秒毎の動作を示したものである。正秒のタイミングで通常駆動パルスSPが出力され(ステップST1)、正秒から5ms後に回転検出が開始される(ステップST2)。第1検出モードでは検出パルスの幅を0.0625msに設定し出力する(ステップST3)。第1検出モードが終了すると第2検出モードが開始される(ステップST4)。ここで正秒から6.0msの時点において第1検出モードが終了するかしないかで第2検出モードでの検出パルスの幅の設定が変わってくる(ステップST5)。6.0msの時点で第1検出モードが終了した場合は、第2検出モードにおいて電磁ブレーキを発生させる期間を増やすため、検出パルスの幅を0.0625msに設定し(ステップST6)、7.0msの時点以降に第1検出モードが終了した場合は、第2検出モードにおいて電磁ブレーキを発生させる期間を減らすため、検出パルスの幅を0.25msに設定して出力する(ステップST7)。そして所定期間内で検出信号が検出されるかどうかを判定し(ステップST8)。所定期間内で検出信号が検出された場合は回転成功と判定し補正駆動パルスFPを出力させず、次の通常駆動パルス出力時には前回と同じ駆動力の通常駆動パルスSPを出力する(ステップST9)。所定期間内で検出信号が検出されない場合は回転失敗と判定し補正駆動パルスFPを出力すると同時に1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスを出力する(ステップST10)。これにより当該秒の動作を完了し次の正秒を待って再び先頭から開始する。
なお、検出パルスの幅を変更する条件としての第1検出パルスの検出位置は、当然上記数値に限定されるものではなく、モータや取り付けられる表示体(指針、日板など)に合わせて最適化されるべきものである。
[第3実施形態:電源電圧による変更]
次に、本発明の第3の実施形態を図面に基づいて詳述する。第3の実施形態は、電源の出力電圧に基づいて検出パルスの幅を変更する例である。
モータ駆動には大きな電力(電流)が必要であるため、電源により直接駆動される。そのため、電源変動の大きい充電系電源を使用している場合、駆動パルスによる駆動能力が変動する。電源電圧が低く駆動能力が低い場合は逆起電流も出にくい。このような状況で検出パルス幅を広げ電磁ブレーキを弱めた場合、非回転であるにもかかわらず回転したと判定してしまう場合がある。本実施形態は、このような誤検出を防止するための技術である。
図13は第3の実施形態の電子時計の回路構成を示すブロック線図、図29(従来例と同一の図面である)および図14は第3の実施形態の電子時計の回路が発生するパルス波形図、図15は第3の実施形態の電子時計のフローチャート、図28は第3の実施形態の電子時計に慣性モーメントの大きな指針が付き、電源の出力電圧が2.35Vである場合のコイルに発生する電流波形および電圧波形図(従来例と同一の図面である)、図16は図28の状態から電源の出力電圧が2.15Vになりステップモータ20の駆動力が弱くロータ10が回転出来なかった場合のコイルに発生する電流波形および電圧波形図である。なお従来例および第1および第2の実施形態で説明したものと同じ構成要素には同じ番号をつけて説明を省略する。
図13において、20はコイル9とロータ10より構成されたステップモータ、1は発振回路、2は分周回路、3は通常駆動パルス発生回路、4は補正駆動パルス発生回路、5は第1検出パルス発生回路であり分周回路2の信号を基に第1検出モードを行うための検出パルスB5〜B12あるいは検出パルスb5〜b12を後述する検出パルス選択回路153の信号に基づいて出力する。検出パルスB5〜B12は図29(b)に示す如き0.25ms幅のパルス、検出パルスb5〜b12は図14(b)に示す如き、0.0625ms幅のパルスであり、正秒より5ms後から12msまで1ms毎に出力する。6は第2検出パルス発生回路であり、分周回路2の信号を基に第2検出モードで用いる検出パルスF7〜F14あるいは検出パルスf7〜f14を後述する検出パルス選択回路153の信号に基づいて出力する。検出パルスF7〜F14は図29(c)に示す如き0.25ms幅のパルス、検出パルスf7〜f14は図14(c)に示す如き0.0625ms幅のパルスであり、正秒より7ms後から14msまで1ms毎に出力している。
7はパルス選択回路、8はドライバ回路、9はコイル、10はロータ、11は検出回路、12は検出回路11の検出信号を基に第1検出モードの判定を行う第1検出モード判定回路、13は検出回路11の検出信号を基に第2検出モードの判定を行う第2検出モード判定回路、16は電源電圧検出(以下、BD)回路であり電源17の出力電圧を検出する。153は検出パルス選択回路であり第1検出パルス発生回路5および第2検出パルス発生回路6で発生するパルス幅の異なる検出パルスをBD回路16の出力結果に基づいて選択し、出力するよう制御する。即ち、検出パルス選択回路153は、検出パルスの幅をBD回路16の出力結果で変更できるように第1検出パルス発生回路5および第2検出パルス発生回路6を制御する検出パルス制御手段である。
本実施形態では、BD回路16が検出パルス変更要因検出回路140に相当する。
続いて上記構成の動作について説明する。パルス選択回路7は、正秒の時点で通常駆動パルス発生回路3から出力される通常駆動パルスSPを選択してステップモータ20を駆動する。そして正秒から5ms後に第1検出モードが開始される。第1検出モードではパルス選択回路7は第1検出パルス発生回路5から出力される検出パルスを出力し、コイル9のインピーダンスを変化させるようステップモータ20を制御する。なおBD回路16の出力結果によって第1検出パルス発生回路5から出力される検出パルスが変わってくる。検出パルス選択回路153は電源17の出力電圧が2.20V以上であるとBD回路16が検出した場合、B5〜B12の検出パルスを出力するよう第1検出パルス発生回路5を制御する。また電源17の出力電圧が2.20V未満であるとBD回路16が検出した場合、b5〜b12の検出パルスを出力するよう第1検出パルス発生回路5を制御する。そして検出回路11は検出パルスB5〜B12あるいはb5〜b12によってコイル9に発生する誘起電圧の検出を行い、しきい値Vthを超える誘起電圧を検出すると検出信号を出力する。その一方で、パルス選択回路7は第1検出モード判定回路12に対して判定動作を開始するよう指示する。第1検出モード判定回路12は、検出回路11からの検出信号の入力によって第1検出モードでの検出信号の有無の判定を行うものであり、検出回路11から検出信号が2回発生された場合に検出と判定され、直ちに第1検出パルス発生回路5から出力される検出パルスを停止し、第1検出モードの動作を終了するとともに補正駆動パルスFPを発生しないようにパルス選択回路7へ通知し、第2検出モード判定回路13の動作の開始を指示することにより第2検出モードに移行する。ただし検出パルスB5〜B12あるいはb5〜b12によって検出信号がひとつも発生しないか、またはひとつしか発生しない場合は回転失敗と判定して第1検出モードの動作を終了するとともに第2検出モードに移行せず、補正駆動パルスFPが出力され、次の通常駆動パルス出力時には通常駆動パルス発生回路3から前回よりも1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスSP2を出力する。
第2検出モードに移行すると、パルス選択回路7は第2検出パルス発生回路6から出力される検出パルスを出力し、ステップモータ20の制御を行う。なお第1検出モードと同様にBD回路16の出力結果によって第2検出パルス発生回路6から出力される検出パルスが変わってくる。検出パルス選択回路153は電源17の出力電圧が2.20V以上であるとBD回路16が検出した場合、F7〜F14の検出パルスを出力するよう第2検出パルス発生回路6を制御し、電源17の出力電圧が2.20V未満であるとBD回路16が検出した場合、f7〜f14の検出パルスを出力するよう第2検出パルス発生回路6を制御する。そして検出回路11は検出パルスによってコイル9に発生する誘起電圧の検出を行い、しきい値Vthを超える誘起電圧を検出すると検出信号を出力する。第2検出モード判定回路13は検出回路11の検出信号を受けて、検出信号が2回発生した場合は回転成功と判定して直ちに第2検出パルス発生回路6から出力される検出パルスを停止し第2検出モードの動作を停止するとともに、補正駆動パルスFPを出力しないようにパルス選択回路7を制御する。ただし検出パルスF7〜F14あるいはf7〜f14によって発生する検出信号は最大6回の検出をもって終了し、その間に検検出信号がひとつも発生しないか、またはひとつしか発生しない場合は回転失敗と判定して補正駆動パルスFPを出力する。
以上のように、第3の実施形態では第1検出パルス発生回路5および第2検出パルス発生回路6は検出パルスの幅が0.0625msと0.25msの2系統のパルス発生回路を有しており、検出パルス選択回路153から選択して出力されることになる。即ち、電源の出力電圧が2.20V以上とステップモータ20の駆動力が高い場合は検出パルスの幅が0.25msの大きい幅で検出を行うため電磁ブレーキが抑えられロータ10の自由振動が減衰しにくくなるようにし、電源の出力電圧が2.20V未満とステップモータ20の駆動力が低い場合は検出パルスの幅が0.0625msの小さい幅で検出を行うため、電磁ブレーキが発生しやすく、ロータ10の自由振動を抑制するようにしている。
上記の動作での実際の回転検出の方法について説明する。まず慣性モーメントの大きな指針が付き、電源の出力電圧が2.35Vである場合について説明する。この場合、従来例の図28および図29の波形図と同一であり、BD回路で電源の出力電圧を検出した後は同様の回転検出を行う。即ち、BD回路で2.35Vを検出すると出力電圧が2.20V以上であるため検出パルス選択回路153はロータ10の自由振動を減衰しにくくするために検出パルス幅0.25msであるB5〜B12の検出パルスを選択する。そして第1検出モードにおいて、図28(a)に示すように7msおよび8msになると電流波形は電流波形c3の領域になり検出パルスB7、B8によって生じる誘起電圧V7、V8はしきい値Vthを超えた検出信号となり、誘起電圧V7、V8の二つの検出信号がしきい値Vthを超えたことで第2検出モードに切り換わる。第2検出モードにおいても同様にBD回路で2.35Vを検出したため検出パルス選択回路153はロータ10の自由振動を減衰しにくくするために検出パルス幅が0.25msであるF7〜F14の検出パルスを選択する。図28(a)に示すように12msおよび13msになると電流波形は電流波形c4の領域になり、電流値は負方向に変わる。検出パルスF12、F13によって生じる誘起電圧V12、V13の二つの検出信号がしきい値Vthを超えたことで、第2検出モード判定回路13は正常に回転成功と判定し、補正駆動パルスFPを出力しないようパルス選択回路7を制御し、次の通常駆動パルス出力時には前回と同じ駆動力の通常駆動パルスSPを出力する。
続いて電源である電池の劣化や電圧降下によって出力電圧が2.15Vに低下し、ロータ10が回転出来なかった場合について図16及び図14の波形図を用いて説明する。図16(a)は従来例の図30(a)と同じく、ロータ10が回転出来なかったときにコイル9に誘導される電流波形であり、図16(b)はこのときにコイル9の一方の端子O1に発生する電圧波形、図16(c)はコイル9の他方の端子O2に発生する電圧波形である。
まず第1検出モードにおいてBD回路で2.15V検出すると出力電圧が2.20V未満であるため検出パルス選択回路153はロータ10の自由振動を抑えるために検出パルス幅0.0625msであるb5〜b12の検出パルスを選択する。検出パルス選択後、5msの時点で第1検出モードが開始され、検出パルスb5がコイル9に印加される。図16(a)に示すように7msになると電流波形c5の領域にあり、電流値は正方向になる。よって図16(c)に示すように誘起電圧V7はしきい値Vthを超えた検出信号となる。さらに8msでも電流波形は電流波形c5の領域にあり、誘起電圧V8はしきい値Vthを超えた検出信号となる。誘起電圧V7、V8と二つの検出信号がしきい値Vthを超えたことで第2検出モードに移行する。
誘起電圧V8により第2検出モードになると、BD回路で2.15Vを検出したことにより出力電圧が2.20V未満であるため、検出パルス選択回路153はロータ10の自由振動を抑えるために検出パルス幅0.0625msであるf7〜f14の検出パルスを選択する。検出パルス選択後、9msの時点で検出パルスf9がコイル9に印加される。図16(a)に示すように9msでは電流波形は電流波形c5の領域にあり電流値は正方向にあるため、図16(b)に示すように誘起電圧V9はしきい値Vthを超えることはない。さらに誘起電圧V10〜V13においても電流波形c5の領域にあり、しきい値Vthを超えることはない。また第2検出モードで6回目の検出となる14msでも、検出パルスF14によって生じる誘起電圧V14はしきい値Vthを超えることはない。第2検出モードはこの6回目の検出をもって打ち切られる。よって、第2検出モード判定回路13は回転失敗と正しく判定を行い、補正駆動パルスFPが出力され、次の通常駆動パルス出力時には通常駆動パルス発生回路3から前回よりも1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスSP2を出力する。よって時計が止まってしまうことはない。
もし、第2検出モードにおいて検出パルスの幅を出力電圧によって切り替えず、出力電圧2.20V以上の場合と同様に検出パルス選択回路153が検出パルスの幅0.25msのF7〜F14の検出パルスを選択したとすると図16(a)に示すように電流波形は10ms以降から破線のような波形を示すことになる。即ち、電流波形c1に続いて誘導電流波形c2、c5、c6に示す波形形状が現れる。これは、検出パルスF13,F14のパルス幅が広がったことにより電磁ブレーキが緩和され、その結果、幅の狭いパルス幅であった場合よりもロータ10の自由振動が抑えられず、逆起電流が出やすくなったために起こる。
この場合、第2検出モードにおいて13msおよび14msの時点で、検出パルスF13、F14によって生じる誘起電圧V13、V14は図16(a)に示すように電流波形c6の領域になり、電流値は負方向になる。よって図16(b)に示すように誘起電圧V13、V14はしきい値Vthを超えた検出信号となってしまう。このとき第2検出モード判定回路13は回転出来ていないにもかかわらず回転成功と誤判定してしまい、パルス選択回路7は補正駆動パルスFPを選択して出力しないため、ロータ10が回転しないことになる。以上のように単純に検出パルスの幅を大きくしてしまうと非回転時ロータ10の自由振動が抑えられず、誤判定によってステップモータが止まってしまい時刻遅れを生ずるという電子時計にとって致命的な問題を発生してしまう。
以上のように、第3の実施形態では電源の出力電圧によって検出パルスの幅を切り替えることによって電源の出力電圧が高くステップモータ20の駆動力が十分高い場合は慣性モーメントの大きな指針がついても消費電流が無駄に増えてしまうということはなく、同時に電源の出力電圧が低下してステップモータ20の駆動力が低くなりロータ10が回転できない場合であっても回転失敗と正しく判定が行えることを可能とした。
以上の動作についてフローチャート図を用いて説明する。図15は第3の実施形態の電子時計におけるロータ10の回転検出方法を示すフローチャート図で、正秒毎の動作を示したものである。正秒のタイミングで通常駆動パルスSPが出力され(ステップST1)、電源の出力電圧が2.20V未満かどうか判定する(ステップST2)。電源の出力電圧が2.20V未満であれば第1検出モード、第2検出モードおいて電磁ブレーキを発生させる期間を増やすため検出パルスの幅を0.0625msに設定し(ステップST3)、電源の出力電圧が2.20V以上であれば第1検出モード、第2検出モードおいて電磁ブレーキを発生させる期間を減らすため検出パルスの幅を0.25msに設定する(ステップST4)。そして正秒から5ms後に回転検出が開始される(ステップST5)。所定期間内で検出信号が検出されるかどうかを判定し(ステップST6)。所定期間内で検出信号が検出された場合は回転成功と判定し補正駆動パルスFPを出力させず、次の通常駆動パルス出力時には前回と同じ駆動力の通常駆動パルスSPを出力する(ステップST7)。所定期間内で検出信号が検出されない場合は回転失敗と判定し補正駆動パルスFPを出力すると同時に1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスを出力する(ステップST8)。これにより当該秒の動作を完了し次の正秒を待って再び先頭から開始する。
なお、上記説明は、本実施形態の一例を示したものであり、例えば、以下のように変形を行ってもよい。
(1)上記説明では、判定電圧は2.20Vの1レベルであったが、複数レベルを設定して3以上の複数電圧区間で検出パルスの幅を変更しても良い。
(2)当然判定電圧レベルの数値は2.20Vには限らず、モータや取り付けられる表示体(指針、日板など)、電源の種類に合わせて最適化されるべきものである。電圧レベルの個数も同様である。
[第4実施形態:電源電圧と駆動パルス幅の両方を加味した変更]
次に、本発明の第4の実施形態を説明する。第4の実施形態は、電源の出力電圧と同時にあらかじめ複数の用意された駆動力の異なる通常駆動パルスに応じて検出パルスの幅を変更する例である。近年、低消電化や電源に充電系電池を使用した場合の電源電圧の変動に対応するため、駆動力の異なる通常駆動パルスを複数用意し、その中から常に最小のエネルギで駆動できる通常駆動パルスを選択してモータを駆動するという方法が採用されている。その場合、通常最も駆動力の低い通常駆動パルスの設定はその電源の電圧範囲の上限電圧で行うため、電源の出力電圧が低下した場合、最も駆動力の低い通常駆動パルスが選択されるとその通常駆動パルスでは駆動力が低いため回転できず、直ちに十分駆動力が高い補正駆動パルスを出力させ確実に回転させるようにしている。第3の実施形態では電源の出力電圧に基づいて検出パルスの幅を変更する例を示し、出力電圧が低い場合では検出パルスの幅を小さくし電磁ブレーキを発生させ正常に非回転の判定ができるようにした。しかしながら全ての通常駆動パルスで検出パルスの幅を小さい幅にしてしまうと慣性モーメントの大きな指針が付いた場合、電磁ブレーキによって自由振動が抑制されるため電流波形の乱れに対応できず、最小のエネルギで駆動できる通常駆動パルスがあったとしても回転失敗と誤判定され消費電流の大きな補正駆動パルスを出力することになる。よって正確な回転検出と同時に充電系電池のように電源電圧が変動する場合でも低消電化を行うためには駆動力の異なる通常駆動パルスに応じて検出パルスの幅をそれぞれ設定する必要がある。以下図面に基づいて詳述する。
図17は第4の実施形態の電子時計の回路構成を示すブロック線図、図14(第3の実施形態と同一の図面である)、図18および図19は第4の実施形態の電子時計の回路が発生するパルス波形図、図20は第4の実施形態の電子時計のフローチャート、図16は第4の実施形態の電子時計に慣性モーメントの大きな指針が付き、電源の出力電圧が2.15Vでステップモータ20の駆動力が弱くロータ10が回転出来なかった場合のコイルに発生する電流波形および電圧波形図(第3の実施形態と同一の図面である)、図21は図16の状態から1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスになった場合のコイルに発生する電流波形および電圧波形図、図22は図21の状態から検出パルスの幅が0.0625msから0.25msに大きくなった場合のコイルに発生する電流波形および電圧波形図である。なお従来例および第1および第2および第3の実施形態で説明したものと同じ構成要素には同じ番号をつけて説明を省略する。
図17において20はコイル9とロータ10より構成されたステップモータ、1は発振回路、2は分周回路、3は通常駆動パルス発生回路であり、図14(a)に示す如き4ms幅で0.5msごとにDuty16/32の通常駆動パルスSPを正秒毎に出力する。ここでロータ10の回転検出信号が発生せず回転失敗と判定された場合、通常駆動パルス発生回路3より図14(a)に示す如き前回よりも1ランク大きな駆動力を有するDuty24/32の通常駆動パルスSP2に切り替えて出力する。さらに通常駆動パルスSP2でもロータ10の回転検出信号が発生せず回転失敗と判定された場合、通常駆動パルス発生回路3より図19(a)に示す如き前回よりも1ランク大きな駆動力を有するDuty32/32の通常駆動パルスSP3に切り替えて出力する。4は補正駆動パルス発生回路、5は第1検出パルス発生回路であり分周回路2の信号を基に第1検出モードを行うための検出パルスB5〜B12あるいは検出パルスb5〜b12を後述する検出パルス選択回路154の信号に基づいて出力する。検出パルスB5〜B12は図18(b)に示す如き0.25ms幅のパルス、検出パルスb5〜b12は図14(b)あるいは図19(b)に示す如き、0.0625ms幅のパルスであり、正秒より5ms後から12msまで1ms毎に出力する。6は第2検出パルス発生回路であり、分周回路2の信号を基に第2検出モードで用いる検出パルスF7〜F14あるいは検出パルスf7〜f14を後述する検出パルス選択回路154の信号に基づいて出力する。検出パルスF7〜F14は図18(c)に示す如き0.25ms幅のパルス、検出パルスf7〜f14は図14(c)あるいは図19(c)に示す如き0.0625ms幅のパルスであり、正秒より7ms後から14msまで1ms毎に出力している。
7はパルス選択回路、8はドライバ回路、9はコイル、10はロータ、11は検出回路、12は検出回路11の検出信号を基に第1検出モードの判定を行う第1検出モード判定回路、13は検出回路11の検出信号を基に第2検出モードの判定を行う第2検出モード判定回路、16はBD回路であり電源17の出力電圧を検出する。154は検出パルス選択回路であり第1検出パルス発生回路5および第2検出パルス発生回路6で発生するパルス幅の異なる検出パルスをBD回路16の出力結果および通常駆動パルス発生回路3より出力される通常駆動パルスの駆動ランクに基づいて選択し、出力するよう制御する。即ち、検出パルス選択回路154は、検出パルスの幅をBD回路16の出力結果および通常駆動パルス発生回路3より出力される通常駆動パルスの駆動ランクで変更できるように第1検出パルス発生回路5および第2検出パルス発生回路6を制御する検出パルス制御手段である。本実施形態では、BD回路16と通常駆動パルス発生回路3が検出パルス変更要因検出回路140に相当する。
続いて上記構成の動作について説明する。パルス選択回路7は、正秒の時点で通常駆動パルス発生回路3から出力される通常駆動パルスを選択してステップモータ20を駆動する。そして正秒から5ms後に第1検出モードが開始される。第1検出モードではパルス選択回路7は第1検出パルス発生回路5から出力される検出パルスを出力し、コイル9のインピーダンスを変化させるようステップモータ20を制御する。なおBD回路16の出力結果および通常駆動パルス発生回路3より出力される通常駆動パルスの駆動ランクによって第1検出パルス発生回路5から出力される検出パルスが変わってくる。検出パルス選択回路154は電源17の出力電圧が2.20V以上であるとBD回路16が検出した場合、B5〜B12の検出パルスを出力するよう第1検出パルス発生回路5を制御する。また電源17の出力電圧が2.20V未満であるとBD回路16が検出し、Dutyが20/32未満の通常駆動パルスを通常駆動パルス発生回路3が出力した場合、b5〜b12の検出パルスを出力するよう第1検出パルス発生回路5を制御し、電源17の出力電圧が2.20V未満であるとBD回路16が検出し、Dutyが20/32以上の通常駆動パルスを通常駆動パルス発生回路3が出力した場合、B5〜B12の検出パルスを出力するよう第1検出パルス発生回路5を制御する。そして検出回路11は検出パルスB5〜B12あるいはb5〜b12によってコイル9に発生する誘起電圧の検出を行い、しきい値Vthを超える誘起電圧を検出すると検出信号を出力する。その一方で、パルス選択回路7は第1検出モード判定回路12に対して判定動作を開始するよう指示する。第1検出モード判定回路12は、検出回路11からの検出信号の入力によって第1検出モードでの検出信号の有無の判定を行うものであり、検出回路11から検出信号が2回発生された場合に検出と判定され、直ちに第1検出パルス発生回路5から出力される検出パルスを停止し、第1検出モードの動作を終了するとともに補正駆動パルスFPを発生しないようにパルス選択回路7へ通知し、第2検出モード判定回路13の動作の開始を指示することにより第2検出モードに移行する。ただし検出パルスB5〜B12あるいはb5〜b12によって検出信号がひとつも発生しないか、またはひとつしか発生しない場合は回転失敗と判定して第1検出モードの動作を終了するとともに第2検出モードに移行せず、補正駆動パルスFPが出力され、次の通常駆動パルス出力時には通常駆動パルス発生回路3から前回よりも1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスを出力する。
第2検出モードに移行すると、パルス選択回路7は第2検出パルス発生回路6から出力される検出パルスを出力し、ステップモータ20の制御を行う。なお第1検出モードと同様にBD回路16の出力結果および通常駆動パルス発生回路3より出力される通常駆動パルスの駆動ランクによって第2検出パルス発生回路6から出力される検出パルスが変わってくる。検出パルス選択回路154は電源17の出力電圧が2.20V以上であるとBD回路16が検出した場合、F7〜F14の検出パルスを出力するよう第2検出パルス発生回路6を制御する。電源17の出力電圧が2.20V未満であるとBD回路16が検出し、Dutyが20/32未満の通常駆動パルスを通常駆動パルス発生回路3が出力した場合、f7〜f14の検出パルスを出力するよう第2検出パルス発生回路6を制御し、電源17の出力電圧が2.20V未満であるとBD回路16が検出し、Dutyが20/32以上の通常駆動パルスを通常駆動パルス発生回路3が出力した場合、F7〜F14の検出パルスを出力するよう第2検出パルス発生回路6を制御する。そして検出回路11は検出パルスによってコイル9に発生する誘起電圧の検出を行い、しきい値Vthを超える誘起電圧を検出すると検出信号を出力する。第2検出モード判定回路13は検出回路11の検出信号を受けて、検出信号が2回発生した場合は回転成功と判定して直ちに第2検出パルス発生回路6から出力される検出パルスを停止し第2検出モードの動作を停止するとともに、補正駆動パルスFPを出力しないようにパルス選択回路7を制御する。ただし検出パルスF7〜F14あるいはf7〜f14によって発生する検出信号は最大6回の検出をもって終了し、その間に検出信号がひとつも発生しないか、またはひとつしか発生しない場合は回転失敗と判定して補正駆動パルスFPを出力する。
以上のように、第4の実施形態では第1検出パルス発生回路5および第2検出パルス発生回路6は検出パルスの幅が0.0625msと0.25msの2系統のパルス発生回路を有しており、検出パルス選択回路154から選択して出力されることになる。即ち、電源の出力電圧が2.20V以上あるいは電源の出力電圧が2.20V未満でも通常駆動パルスでロータ10を回転できる駆動ランクの場合、検出パルスの幅が0.25msの大きい幅で検出を行うため電磁ブレーキが抑えられロータ10の自由振動が減衰しにくくなるようにし、電源の出力電圧が2.20V未満および通常駆動パルスでロータ10を回転できない駆動ランクの場合は検出パルスの幅が0.0625msの小さい幅で検出を行うため、電磁ブレーキが発生しやすく、ロータ10の自由振動を抑制するようにしている。
上記の動作での実際の回転検出の方法について説明する。電源の出力電圧が2.20V以上は第3の実施形態と同様であるので説明を省略する。まず慣性モーメントの大きな指針が付き、電源の出力電圧が2.15Vであり、Dutyが16/32の通常駆動パルスが出力された場合について説明する。この場合、第3の実施形態の図16および図14の波形図と同一であり、同様の回転検出を行う。即ち、第1検出モードにおいて、BD回路で2.15Vを検出すると出力電圧が2.20V未満であり、通常駆動パルスの駆動ランクがDuty20/32未満であるため検出パルス選択回路154はロータ10の自由振動を抑えるために検出パルス幅0.0625msであるb5〜b12の検出パルスを選択する。そして図16(a)に示すように7msおよび8msになると電流波形は電流波形c5の領域になり検出パルスB7、B8によって生じる誘起電圧V7、V8はしきい値Vthを超えた検出信号となり、誘起電圧V7、V8の二つの検出信号がしきい値Vthを超えたことで第2検出モードに切り換わる。第2検出モードにおいても同様にBD回路で2.15Vを検出したため検出パルス選択回路154はロータ10の自由振動を抑えるために検出パルス幅が0.0625msであるF7〜F14の検出パルスを選択する。検出パルス選択後、図16(a)に示すように検出パルスf9〜f13によって生じる誘起電圧V9〜V13は電流波形c5の領域にあり電流値は正方向であるため図16(b)に示すようにしきい値Vthを超えることはない。また第2検出モードで6回目の検出となる14msでも、検出パルスF14によって生じる誘起電圧V14はしきい値Vthを超えることはない。よって、第2検出モード判定回路13は回転失敗と正しく判定を行い、補正駆動パルスFPが出力され、次の通常駆動パルス出力時には通常駆動パルス発生回路3から前回よりも1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスSP2を出力する。よって時計が止まってしまうことはない。
続いて電源の出力電圧が2.15Vであり、通常駆動パルスの駆動ランクがDuty24/32に変更され通常駆動パルスSP2が出力された場合について図22および図18の波形図を用いて説明する。図22(a)は従来例の図27(a)と同じく、慣性モーメントの大きな指針を付けた場合のコイル9に誘導される電流波形であり、図22(b)はこのときにコイル9の一方の端子O1に発生する電圧波形、図22(c)はコイル9の他方の端子O2に発生する電圧波形である。
まずBD回路で出力電圧が2.20V未満である2.15Vを検出し、Dutyが20/32以上である駆動ランクDuty24/32の通常駆動パルスを通常駆動パルス発生回路3が出力すると、検出パルス選択回路154はロータ10の自由振動を減衰しにくくするために検出パルス幅0.25msであるB5〜B12の検出パルスを選択する。検出パルス選択後、第1検出モードにおいて5msの時点で第1検出モードが開始され、検出パルスB5がコイル9に印加される。図22(a)に示すように7msになると電流波形c3の領域にあり、電流値は正方向になる。よって図22(c)に示すように誘起電圧V7はしきい値Vthを超えた検出信号となる。さらに8msでも電流波形は電流波形c3の領域にあり、誘起電圧V8はしきい値Vthを超えた検出信号となる。誘起電圧V7、V8と二つの検出信号がしきい値Vthを超えたことで第2検出モードに移行する。
誘起電圧V8により第2検出モードになると、BD回路で2.15Vを検出したこと、および駆動ランクDutyが24/32の通常駆動パルスを通常駆動パルス発生回路3が出力したことにより、検出パルス選択回路154はロータ10の自由振動を減衰しにくくするために検出パルス幅0.25msであるF7〜F14の検出パルスを選択する。そして8msの次のタイミングでの検出パルス、即ち図18(c)に示す9msの時点での検出パルスF9がコイル9に印加される。図22(a)に示すように9msでは電流波形は電流波形c3の領域にあり、電流値は正方向にある。よって図22(b)に示すように検出パルスF9によって生じる誘起電圧V9はしきい値Vthを超えることはない。同様に検出パルスF10、F11によって生じる誘起電圧V10、V11においても電流波形c3の領域にあり、しきい値Vthを超えることはない。しかし12msになると電流波形は図22(a)に示すよう自由振動が減衰しにくくなったため電流波形c4の領域になり、電流値は負方向に変わる。よって図22(c)に示すように検出パルスF12によって生じる誘起電圧V12はしきい値Vthを超えた検出信号となる。同様に13msでも電流波形は電流波形c4の領域にあり、検出パルスF13によって生じる誘起電圧V13はしきい値Vthを超えた検出信号となる。誘起電圧V12、V13の二つの検出信号がしきい値Vthを超えたことで、第2検出モード判定回路13は正常に回転成功と判定し、補正駆動パルスFPは出力されず、次の通常駆動パルス出力時には前回と同じ駆動力の通常駆動パルスSPを出力する。
もし、電源の出力電圧が2.15Vで検出パルスの幅を通常駆動パルスの駆動ランクによって切り替えず、通常駆動パルスの駆動ランクがDuty20/32未満である場合と同様に検出パルス選択回路154が検出パルスの幅0.0625msのf7〜f14の検出パルスを選択したとすると図21(a)に示すような波形を示すことになる。即ち、電流波形c1に続いて誘導電流波形c2、c3、c4に示す波形形状が現れる。図21(a)に示した電流波形に比べると電磁ブレーキにより電流波形c4がつぶれた状態になる。この場合、第2検出モードにおいて12msでは電流波形は電流波形c4の領域になり、電流値は負方向に変わり、図21(b)に示すように検出パルスf12によって生じる誘起電圧V12はしきい値Vthを超えた検出信号となるが、それ以外の検出パルスf9〜f11およびf13、f14によって生じる誘起電圧V9〜V11およびV13、V14はしきい値Vthを超えるような誘起電圧が得られない。よって誘起電圧V9から誘起電圧V14までの6回の検出期間内でしきい値を超えている検出信号が2回検出されないことになる。よって第2検出モード判定回路13は回転失敗と判定し、パルス選択回路7は補正駆動パルスFPを選択して出力することになる。すなわち回転出来ているにもかかわらず、誤判定によって補正駆動パルスFPが出力され、次の通常駆動パルス出力時には通常駆動パルス発生回路3から前回よりも1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスSP3を出力することになり消費電流は増大することになる。
以上のように、第4の実施形態では電源の出力電圧と同時に通常駆動パルスの駆動ランクによって検出パルスの幅を切り替えることによって慣性モーメントの大きな指針に対応すると同時にステップモータ20の駆動力が低くロータ10が回転できない場合には回転失敗と正しく判定が行えるようにしている。さらに第3の実施形態に比べて電源の出力電圧が低い場合でも消費電流を抑えることを可能とした。
以上の動作についてフローチャート図を用いて説明する。図20は第4の実施形態の電子時計におけるロータ10の回転検出方法を示すフローチャート図で、正秒毎の動作を示したものである。正秒のタイミングで通常駆動パルスSPが出力され(ステップST1)、電源の出力電圧が2.20V未満かどうか判定する(ステップST2)。電源の出力電圧が2.20V以上であれば第1検出モード、第2検出モードおいて電磁ブレーキを発生させる期間を減らすため検出パルスの幅を0.25msに設定する(ステップST3)。電源の出力電圧が2.20V未満であれば通常駆動パルスのDutyが20/32未満かどうか判定する(ステップST4)。通常駆動パルスのDutyが20/32未満であれば第1検出モード、第2検出モードおいて電磁ブレーキを発生させる期間を増やすため検出パルスの幅を0.0625msに設定し(ステップST5)、通常駆動パルスのDutyが20/32以上であれば第1検出モード、第2検出モードおいて電磁ブレーキを発生させる期間を減らすため検出パルスの幅を0.25msに設定する(ステップST6)。そして正秒から5ms後に回転検出が開始される(ステップST7)。所定期間内で検出信号が検出されるかどうかを判定し(ステップST8)。所定期間内で検出信号が検出された場合は回転成功と判定し補正駆動パルスFPを出力させず、次の通常駆動パルス出力時には前回と同じ駆動力の通常駆動パルスSPを出力する(ステップST9)。所定期間内で検出信号が検出されない場合は回転失敗と判定し補正駆動パルスFPを出力すると同時に1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスを出力する(ステップST10)。これにより当該秒の動作を完了し次の正秒を待って再び先頭から開始する。
なお、上記説明は、本実施形態の一例を示したものであり、例えば、以下のように変形を行ってもよい。
(1)上記実施形態では、判定電圧は2.20Vの1レベルであったが、第3実施形態と同様、複数レベルを設定して3以上の複数電圧区間で検出パルスの幅を変更しても良い。
(2)当然判定電圧レベルの数値は2.20Vには限らず、モータや取り付けられる表示体(指針、日板など)、電源の種類に合わせて最適化されるべきものである。電圧レベルの個数も同様である。
(3)上記実施形態では、2.20V以上の場合と2.20V以下で通常駆動パルスのDutyが20/32とで同じ検出パルス幅であったが、もちろん、異なる値を採用し、それぞれで適正化しても良い。
(4)通常駆動パルスの判定Dutyも、3以上の複数Duty区間であっても良い。当然各区間で検出パルスの幅を変更することとなる。
[第5実施形態:第1検出モードの前半後半による変更]
次に、本発明の第5の実施形態を説明する。第5の実施形態は、第1検出モードにおいて、前半と後半とで検出パルスの幅を変更する例である。この例は、ロータの回転成功の場合と、回転失敗の場合とで、第1検出モードにおいて検出信号が検出されるタイミングが異なることを利用して、回転成功の場合は電磁ブレーキを弱め、誤検出による消費電力の増加を抑えるとともに、回転失敗の場合は電磁ブレーキを作用させて回転成功と誤判定することを防止するものである。以下図面に基づいて詳述する。
図31は第5の実施形態の電子時計の回路構成を示すブロック線図、図32は第5の実施形態の電子時計の回路が発生するパルス波形図、図33は第5の実施形態の電子時計に慣性モーメントの大きな指針が付き、ロータ10が回転出来た場合のコイルに発生する電流波形および電圧波形図、図34は第5の実施形態の電子時計のフローチャートである。なお従来例および第1乃至第4の実施形態で説明したものと同じ構成要素には同じ番号をつけて説明を省略する。
図31において20はコイル9とロータ10より構成されたステップモータ、1は発振回路、2は分周回路、3は通常駆動パルス発生回路、4は補正駆動パルス発生回路、5は第1検出パルス発生回路であり分周回路2の信号を基に第1検出モードを行うための検出パルスB5〜B12を出力する。図32(b)に示すように、検出パルスB5及びB6は0.625ms幅のパルス、正秒から7ms後以降の検出パルスB7からB12は0.25ms幅のパルスであり、正秒より5ms後から12msまで1ms毎に出力する。6は第2検出パルス発生回路であり、分周回路2の信号を基に第2検出モードで用いる検出パルスF7〜F14を出力する。検出パルスF7〜F14は図32(c)に示すように、0.0625ms幅のパルスであり、正秒より7ms後から14msまで1ms毎に出力される。
7はパルス選択回路、8はドライバ回路、9はコイル、10はロータ、11は検出回路、12は検出回路11の検出信号を基に第1検出モードの判定を行う第1検出モード判定回路、13は検出回路11の検出信号を基に第2検出モードの判定を行う第2検出モード判定回路、14は計時カウンタであり、SP出力後からの経過時間をカウントする。本実施形態では、計時カウンタ14が検出パルス変更要因検出回路140に相当する。
155は検出パルス選択回路であり、第1検出パルス発生回路5で発生するパルス幅の異なる検出パルスを計時カウンタ14のカウント信号に基づいて選択し、出力するように制御する。即ち、検出パルス選択回路155は、検出パルスの幅を回転検出期間で変更できるように第1検出パルス発生回路5を制御する検出パルス制御手段である。
続いて上記構成の動作について説明する。パルス選択回路7は、正秒の時点で通常駆動パルス発生回路3から出力される通常駆動パルスを選択してステップモータ20を駆動する。そして正秒から5ms後に第1検出モードが開始される。第1検出モードではパルス選択回路7は第1検出パルス発生回路5から出力される検出パルスを出力し、コイル9のインピーダンスを変化させるようステップモータ20を制御する。そして検出回路11は検出パルスB5〜B12によってコイル9に発生する誘起電圧の検出を行い、しきい値Vthを超える誘起電圧を検出すると検出信号を出力する。その一方で、パルス選択回路7は第1検出モード判定回路12に対して判定動作を開始するよう指示する。第1検出モード判定回路12は、検出回路11からの検出信号の入力によって第1検出モードでの検出信号の有無の判定を行うものであり、検出回路11から検出信号が2回発生された場合に検出と判定され、直ちに第1検出パルス発生回路5から出力される検出パルスを停止し、第1検出モードの動作を終了するとともに補正駆動パルスFPを発生しないようにパルス選択回路7へ通知し、第2検出モード判定回路13の動作の開始を指示することにより第2検出モードに移行する。ただし検出パルスB5〜B12によって検出信号がひとつも発生しないか、またはひとつしか発生しない場合は回転失敗と判定して第1検出モードの動作を終了するとともに第2検出モードに移行せず、補正駆動パルスFPが出力され、次の通常駆動パルス出力時には通常駆動パルス発生回路3から前回よりも1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスを出力する。
第2検出モードに移行すると、パルス選択回路7は第2検出パルス発生回路6から出力される検出パルスを出力し、ステップモータ20の制御を行う。そして検出回路11は検出パルスによってコイル9に発生する誘起電圧の検出を行い、しきい値Vthを超える誘起電圧を検出すると検出信号を出力する。第2検出モード判定回路13は検出回路11の検出信号を受けて、検出信号が2回発生した場合は回転成功と判定して直ちに第2検出パルス発生回路6から出力される検出パルスを停止し第2検出モードの動作を停止するとともに、補正駆動パルスFPを出力しないようにパルス選択回路7を制御する。ただし検出パルスF7〜F14によって発生する検出信号は最大6回の検出をもって終了し、その間に検出信号がひとつも発生しないか、またはひとつしか発生しない場合は回転失敗と判定して補正駆動パルスFPを出力する。
以上のように、第5の実施形態では通常駆動パルス出力後からの経過期間で第1検出モードにおける検出パルスの幅が異なる前半と後半の2つの回転検出期間を有するようにした。すなわち、前半の回転検出期間では検出パルスの幅を0.0625msと小さくし、電磁ブレーキを発生させ、ロータ10の自由振動を抑制する。そして、後半の回転検出期間では検出パルスの幅を0.25msと大きくし、電磁ブレーキが働きにくくしてロータ10の自由振動が抑制されにくくする。
上記の動作での実際の回転検出の方法を図32、図33及び図12に即して説明する。図33(a)は、慣性モーメントの大きな指針が付けられた場合のコイル9に誘導される電流波形であり、ロータ10の回転が成功した場合の波形を示している。図33(b)はこのときにコイル9の一方の端子1に発生する電圧波形、図33(c)はコイル9の他方の端子2に発生する電圧波形である。
まず図32(a)に示すように正秒から通常駆動パルスSPがコイル9の端子O1に加えられ、ロータが回転し、図33(a)に示す電流波形c1が発生する。正秒から5ms経過した時点で第1検出モードが開始され、図32(b)に示す検出パルスB5が、その1ms後には検出パルスB6がコイル9に印加される。この時点では、図33(a)に示すように電流波形c2の領域にあり、電流値が負であるため、図33(c)に示すように誘起電圧V5,V6はしきい値Vthを超えない。7msを経過した時点では、図33(a)に示す電流波形c3の領域となり、電流値が正となる。そのため、図32(b)に示す検出パルスB7,B8に対しては図33(c)に示すように誘起電圧V7,V8がしきい値Vthを超えた検出信号となる。誘起電圧V7,V8の二つの検出信号が閾値Vthを超えたことで、第2検出モードに移行する。
ここで、正秒から7ms以降の第1検出モードにおける検出パルスであるB7,B8はその幅が0.25msと大きくなっており、電磁ブレーキが働きにくく、ロータ10の自由振動を抑制しにくい。そのため、この後の電流波形がつぶれにくく、ロータ10の回転を正確に検出しやすくなっている。
そして、第2検出モードに移行したことにより、続く正秒より9msの時点以降では、図32(c)に示す検出パルスF9がコイル9に印加される。正秒から9msから11msの時点では、図33(a)に示すように、電流波形は領域c3にあり、その電流値は正である。そのため、検出パルスF9乃至F11によっては図33(b)に示すように、誘起電圧V9乃至V11はしきい値Vthを超えない。正秒から12msを経過すると、前述したとおり、第1の検出モードにおいて電磁ブレーキが弱められ、ロータ10の自由振動が抑制されにくくなっていたため、図33(a)に示すように、電流波形に領域c4が出現する。この電流値は負であるから、図32(c)の検出パルスF12およびF13に対し、閾値Vthを超えた検出信号V12及びV13が得られる。よって、第2検出モード判定回路13は回転成功と正しく判定を行い、補正駆動パルスFPは出力されず、次の通常駆動パルス出力時には前回と同じ駆動力の通常駆動パルスSPを出力する。
一方、ロータ10の回転が失敗した場合の動作は次のとおりである。第5の実施形態において、ロータ10が回転出来なかった場合のコイルに発生する電流波形および電圧波形図は、第2の実施形態においてロータ10が回転出来なかった場合のコイルに発生する電流波形および電圧波形図である図12と同じであるため、これを用いて説明することとする。図12(a)は、この場合の慣性モーメントの大きな指針が付けられた場合のコイル9に誘導される電流波形であり、図12(b)はこのときにコイル9の一方の端子1に発生する電圧波形、図12(c)はコイル9の他方の端子2に発生する電圧波形である。
まず図32(a)に示すように正秒から通常駆動パルスSPがコイル9の端子O1に加えられ、図12(a)に示す電流波形c1が発生する。そして正秒から5ms経過した時点で第1検出モードが開始され、図32(b)に示す検出パルスB5が、その1ms後には検出パルスB6がコイル9に印加される。このとき、ロータ10が回転に失敗しているため、図12(a)に示す電流値が正であるような電流波形c5が現れる。そのため、図12(c)に示すように誘起電圧V5,V6はしきい値Vthを超え、二つの検出信号がしきい値Vthを超えたことで、第2検出モードに移行する。
続く第2検出モードでは、図32(c)に示す幅が0.0625msと小さい検出パルスF7が正秒より7ms経過時点でコイル9に印加される。このとき、図12(a)に示すように電流波形は領域c5にあり、その電流値は正であるため、誘起電圧V7が閾値Vthを超えることはない。引き続き、図32(c)に示す検出パルスF8乃至F12が1ms毎にコイル9に同様に印加される。このとき、第1の検出モード及び第2の検出モードを通じて、コイルに印加された検出パルスは全て幅が0.0625msと小さいものであり、電磁ブレーキが発生しやすく、ロータ10の自由振動が抑制されている。そのため、電流波形の領域c5を経過した時点でロータ10はほぼ停止し、図12(a)に示すように、負方向の電流値を示さない。従って、図12(b)に示すように検出パルスF8乃至F12に対して得られる誘起電圧V8からV12もまた、しきい値Vthを超えない。
検出パルスF7乃至F12による6回の検出中に、しきい値Vthを超える検出信号が二回得られなかったため、第2検出モードは打ち切られる。よって、第2検出モード判定回路13は回転失敗と正しく判定を行い、補正駆動パルスFPが出力され、次の通常駆動パルス出力時には通常駆動パルス発生回路3から前回よりも1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスSP2を出力する。よって時計が止まってしまうことはない。
以上のように、第5の実施形態では、ロータ10が回転に成功した場合には、第1検出モードによるしきい値Vthを超える検出信号が遅れて得られ、回転に失敗した場合には、第1検出モードによるしきい値Vthを超える検出信号が通常駆動パルスSPの直後に得られるというタイミングの差を利用するように、第1検出モードの前半と後半とで検出パルスの幅を変更し、回転成功の場合は電磁ブレーキを弱め、誤検出による消費電力の増加を抑えるとともに、回転失敗の場合は電磁ブレーキを作用させて回転成功と誤判定することを防止している。
以上の動作についてフローチャート図を用いて説明する。図34は第5の実施形態の電子時計におけるロータ10の回転検出方法を示すフローチャート図で、正秒毎の動作を示したものである。正秒のタイミングで通常駆動パルスSPが出力され(ステップST1)、正秒から5ms後に第1検出モードでの回転検出が開始される(ステップST2)。第1検出モードにおいて、正秒からの経過時間が7.0ms未満かどうか判定し(ステップST3)、経過時間が7.0ms未満ならば幅が0.0625msの検出パルスを出力し(ステップST4)、経過時間が7.0ms以上ならば幅が0.25msの検出パルスを出力する(ステップST5)。ST3〜ST5の過程は第1検出モードが終了するまで繰り返される(ステップST6)。第1検出モードが終了すると第2検出モードが開始される(ステップST7)。第2検出モードでは検出パルスの幅を0.0625msに設定し出力する(ステップST8)。そして所定期間内で検出信号が検出されるかどうかを判定し(ステップST9)、検出された場合には回転成功と判定し補正駆動パルスFPを出力させず、次の通常駆動パルス出力時には前回と同じ駆動力の通常駆動パルスSPを出力する(ステップST10)。所定期間内で検出信号が検出されない場合は回転失敗と判定し補正駆動パルスFPを出力すると同時に、次の正秒からは1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスを出力するようにする(ステップST11)。これにより当該秒の動作を完了し次の正秒を待って再び先頭から開始する。
なお、上記説明は、本実施形態の一例を示したものであり、種々の変形が可能である。例えば、第1の検出モードにおける検出パルスの幅を変更するタイミング等は、本実施形態を適用しようとする実際の機器に合わせて変更してよい。
[第6実施形態:第1検出モードの前半の検出結果による変更]
次に、本発明の第6の実施形態を説明する。第6の実施形態は、第1検出モードを前半と後半とに分け、前半に得られた検出結果に応じて検出パルスの幅を変更する例である。この例も第5の実施形態と同様、ロータの回転成功の場合と、回転失敗の場合とで、第1検出モードにおいて検出信号が検出されるタイミングが異なることを利用して、回転成功の場合は電磁ブレーキを弱め、誤検出による消費電力の増加を抑えるとともに、回転失敗の場合は電磁ブレーキにより回転成功と誤判定することを防止するものである。以下図面に基づいて詳述する。
図35は第6の実施形態の電子時計の回路構成を示すブロック線図、図36は第6の実施形態の電子時計の回路が発生するパルス波形図、図37は第6の実施形態の電子時計に慣性モーメントの大きな指針が付き、ロータ10が回転出来た場合のコイルに発生する電流波形および電圧波形図、図38はロータ10が回転できなかった場合のコイルに発生する電流波形及び電圧波形図、図39は第6の実施形態の電子時計のフローチャート図である。なお従来例および第1乃至第5の実施形態で説明したものと同じ構成要素には同じ番号をつけて説明を省略する。
図35において20はコイル9とロータ10より構成されたステップモータ、1は発振回路、2は分周回路、3は通常駆動パルス発生回路、4は補正駆動パルス発生回路、5は第1検出パルス発生回路であり分周回路2の信号を基に第1検出モードを行うための検出パルスB5〜B12を出力する。図36(b)及び(b2)に示すように、検出パルスB5及びB6は0.625ms幅のパルスであるが、正秒から7ms後以降の検出パルスB7からB12は0.625ms幅のパルスの場合(同図(b))、0.25ms幅のパルスの場合(同図(b2))の2種類があり、正秒より5ms後から12msまで1ms毎に出力する。6は第2検出パルス発生回路であり、分周回路2の信号を基に第2検出モードで用いる検出パルスF7〜F14を出力する。検出パルスF7〜F14は図36(c)に示すように、0.0625ms幅のパルスであり、正秒より7ms後から14msまで1ms毎に出力される。
7はパルス選択回路、8はドライバ回路、9はコイル、10はロータ、11は検出回路、12は検出回路11の検出信号を基に第1検出モードの判定を行う第1検出モード判定回路、13は検出回路11の検出信号を基に第2検出モードの判定を行う第2検出モード判定回路である。本実施形態では、第1検出モード判定回路12が検出パルス変更要因検出回路140を兼用する構成となっている。
156は検出パルス選択回路であり、第1検出パルス発生回路5で発生するパルス幅の異なる検出パルスを第1検出モード判定回路12の出力に基づいて選択し、出力するように制御する。即ち、検出パルス選択回路156は、検出パルスの幅を第1検出モード判定回路の出力で変更できるように第1検出パルス発生回路5を制御する検出パルス制御手段である。
続いて上記構成の動作について説明する。パルス選択回路7は、正秒の時点で通常駆動パルス発生回路3から出力される通常駆動パルスを選択してステップモータ20を駆動する。そして正秒から5ms後に第1検出モードが開始される。第1検出モードではパルス選択回路7は第1検出パルス発生回路5から出力される検出パルスを出力し、コイル9のインピーダンスを変化させるようステップモータ20を制御する。そして検出回路11は検出パルスB5〜B12によってコイル9に発生する誘起電圧の検出を行い、しきい値Vthを超える誘起電圧を検出すると検出信号を出力する。その一方で、パルス選択回路7は第1検出モード判定回路12に対して判定動作を開始するよう指示する。第1検出モード判定回路12は、検出回路11からの検出信号の入力によって第1検出モードでの検出信号の有無の判定を行うものであり、検出回路11から検出信号が3回発生された場合に検出と判定され、直ちに第1検出パルス発生回路5から出力される検出パルスを停止し、第1検出モードの動作を終了するとともに補正駆動パルスFPを発生しないようにパルス選択回路7へ通知し、第2検出モード判定回路13の動作の開始を指示することにより第2検出モードに移行する。ただし検出パルスB5〜B12によって検出信号がひとつも発生しないか、またはひとつまたはふたつしか発生しない場合は回転失敗と判定して第1検出モードの動作を終了するとともに第2検出モードに移行せず、補正駆動パルスFPが出力され、次の通常駆動パルス出力時には通常駆動パルス発生回路3から前回よりも1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスを出力する。
なお、第1検出モードは検出パルスB5およびB6を含む前半と、その他のパルスを含む後半とに区分されており、前半の第1検出モードの検出結果で後半の第1検出モードの検出信号の検出方法が変わってくる。すなわち、前半の第1検出モードに含まれる検出パルスB5およびB6のいずれかまたは両方に検出信号が発生した場合は、回転に失敗している可能性が高いことから、後半の第1検出モードでは図36(b)の検出パルスB7乃至B12、すなわち、幅が0.0625msと小さいパルスが出力され、電磁ブレーキを作用させる。一方、前半の第1検出モードに含まれる検出パルスB5およびB6のいずれにも検出信号が発生しなかった場合は、回転に成功している可能性が高いことから、後半の第1検出モードでは図36(b2)の検出パルスB7乃至B12、すなわち、幅が0.25msと大きいパルスが出力され、電磁ブレーキが抑制される。
第2検出モードに移行すると、パルス選択回路7は第2検出パルス発生回路6から出力される検出パルスを出力し、ステップモータ20の制御を行う。そして検出回路11は検出パルスによってコイル9に発生する誘起電圧の検出を行い、しきい値Vthを超える誘起電圧を検出すると検出信号を出力する。第2検出モード判定回路13は検出回路11の検出信号を受けて、検出信号が2回発生した場合は回転成功と判定して直ちに第2検出パルス発生回路6から出力される検出パルスを停止し第2検出モードの動作を停止するとともに、補正駆動パルスFPを出力しないようにパルス選択回路7を制御する。ただし検出パルスF7〜F14によって発生する検出信号は最大6回の検出をもって終了し、その間に検出信号がひとつも発生しないか、またはひとつしか発生しない場合は回転失敗と判定して補正駆動パルスFPを出力する。
以上のように、第6の実施形態では第1検出モードを前半と後半の回転検出期間に分け、前半の回転検出期間に得られた検出結果に応じて後半の回転検出期間における検出パルスの幅を変更するようにした。すなわち、前半の回転検出期間で検出信号が検出された場合には後半の回転検出期間の検出パルスの幅を0.0625msと小さくし、電磁ブレーキを発生させ、ロータ10の自由振動を抑制する。そして、前半の回転検出期間で検出信号が検出されなかった場合には後半の回転検出期間では検出パルスの幅を0.25msと大きくし、電磁ブレーキが働きにくくしてロータ10の自由振動が抑制されにくくする。
上記の動作での実際の回転検出の方法を図36乃至図38に即して説明する。図37(a)は、慣性モーメントの大きな指針が付けられた場合のコイル9に誘導される電流波形であり、ロータ10の回転が成功した場合の波形を示している。図37(b)はこのときにコイル9の一方の端子1に発生する電圧波形、図37(c)はコイル9の他方の端子2に発生する電圧波形である。
まず図36(a)に示すように正秒から通常駆動パルスSPがコイル9の端子O1に加えられ、ロータが回転し、図37(a)に示す電流波形c1が発生する。正秒から5ms経過した時点で第1検出モードが開始され、図36(b)に示す検出パルスB5が、その1ms後には検出パルスB6がコイル9に印加される。この時点では、図37(a)に示すように電流波形c2の領域にあり、電流値が負であるため、図37(c)に示すように誘起電圧V5,V6はしきい値Vthを超えない。前半の回転検出期間において、すなわち、検出パルスB5およびB6に対して検出信号が得られなかったため、後半の回転検出期間においては、図36(b2)に示す検出パルスB7乃至B12が選択される。
そして、7msを経過した時点では、図37(a)に示す電流波形c3の領域となり、電流値が正となる。そのため、図36(b2)に示す検出パルスB7,B8,B9に対しては図33(c)に示すように誘起電圧V7,V8,V9がしきい値Vthを超えた検出信号となる。誘起電圧V7,V8,V9の三つの検出信号が閾値Vthを超えたことで、第2検出モードに移行する。
ここで、正秒から7ms以降の第1検出モードにおける検出パルスであるB7,B8,B9はその幅が0.25msと大きくなっており、電磁ブレーキが働きにくく、ロータ10の自由振動を抑制しにくい。そのため、この後の電流波形がつぶれにくく、ロータ10の回転を正確に検出しやすくなっている。
そして、第2検出モードに移行したことにより、続く正秒より10msの時点以降では、図36(c)に示す検出パルスF10がコイル9に印加される。正秒から10msから11msの時点では、図37(a)に示すように、電流波形は領域c3にあり、その電流値は正である。そのため、検出パルスF10及びF11によっては図37(b)に示すように、誘起電圧V10及びV11はしきい値Vthを超えない。正秒から12msを経過すると、前述したとおり、第1の検出モードにおいて電磁ブレーキが弱められ、ロータ10の自由振動が抑制されにくくなっていたため、図37(a)に示すように、電流波形に領域c4が出現する。この電流値は負であるから、図36(c)の検出パルスF12およびF13に対し、図37(b)に示すようにしきい値Vthを超えた検出信号V12及びV13が得られる。よって、第2検出モード判定回路13は回転成功と正しく判定を行い、補正駆動パルスFPは出力されず、次の通常駆動パルス出力時には前回と同じ駆動力の通常駆動パルスSPを出力する。
一方、ロータ10の回転が失敗した場合の動作は次のとおりである。図38(a)は、この場合の慣性モーメントの大きな指針が付けられた場合のコイル9に誘導される電流波形であり、図38(b)はこのときにコイル9の一方の端子1に発生する電圧波形、図38(c)はコイル9の他方の端子2に発生する電圧波形である。
まず図36(a)に示すように正秒から通常駆動パルスSPがコイル9の端子O1に加えられ、図38(a)に示す電流波形c1が発生する。そして正秒から5ms経過した時点で第1検出モードが開始され、図36(b)に示す検出パルスB5が、その1ms後には検出パルスB6がコイル9に印加される。このとき、ロータ10が回転に失敗しているため、図38(a)に示す電流値が正であるような電流波形c5が現れる。そのため、図38(c)に示すように誘起電圧V5,V6はしきい値Vthを超える。前半の回転検出期間において、すなわち、検出パルスB5およびB6の双方に対して検出信号が得られたため、後半の回転検出期間においては、図36(b)に示す検出パルスB7乃至B12が選択される。引き続き正秒より7msの時点で印加される検出パルスB7に対しても、図38(c)に示すようにしきい値Vthを超える誘起電圧V7が得られ、三つの検出信号がしきい値Vthを超えたことで、第2検出モードに移行する。
続く第2検出モードでは、図36(c)に示す幅が0.0625msと小さい検出パルスF8が正秒より8ms経過時点でコイル9に印加される。このとき、図38(a)に示すように電流波形は領域c5にあり、その電流値は正であるため、誘起電圧V8が閾値Vthを超えることはない。引き続き、図36(c)に示す検出パルスF9乃至F13が1ms毎にコイル9に同様に印加される。このとき、第1の検出モード及び第2の検出モードを通じて、コイルに印加された検出パルスは全て幅が0.0625msと小さいものであり、電磁ブレーキが発生しやすく、ロータ10の自由振動が抑制されている。そのため、電流波形の領域c5を経過した時点でロータ10はほぼ停止し、図38(a)に示すように、負方向の電流値を示さない。従って、図38(b)に示すように検出パルスF9乃至F13に対して得られる誘起電圧V9からV13もまた、しきい値Vthを超えない。
検出パルスF8乃至F13による6回の検出中に、しきい値Vthを超える検出信号が二回得られなかったため、第2検出モードは打ち切られる。よって、第2検出モード判定回路13は回転失敗と正しく判定を行い、補正駆動パルスFPが出力され、次の通常駆動パルス出力時には通常駆動パルス発生回路3から前回よりも1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスSP2を出力する。よって時計が止まってしまうことはない。
以上のように、第6の実施形態では、ロータ10が回転に成功した場合には、第1検出モードによるしきい値Vthを超える検出信号が遅れて得られ、回転に失敗した場合には、第1検出モードによるしきい値Vthを超える検出信号が通常駆動パルスSPの直後に得られるというタイミングの差を利用するように、第1検出モードを前半と後半の回転検出期間に分け、前半の回転検出期間に得られた検出結果に応じて後半の回転検出期間における検出パルスの幅を変更するようにすることで、回転成功の場合は電磁ブレーキを弱め、誤検出による消費電力の増加を抑えるとともに、回転失敗の場合は電磁ブレーキを作用させて回転成功と誤判定することを防止している。
以上の動作についてフローチャート図を用いて説明する。図39は第6の実施形態の電子時計におけるロータ10の回転検出方法を示すフローチャート図で、正秒毎の動作を示したものである。正秒のタイミングで通常駆動パルスSPが出力され(ステップST1)、正秒から5ms後に第1検出モードでの回転検出が開始される(ステップST2)。第1検出モードにおいて正秒から5.0msの時点及び6.0msの時点ではまず検出パルスの幅を0.0625msに設定し出力する(ステップST3)。ここで5.0msあるいは6.0msで検出信号があるかないかで正秒から7.0ms以降の第1検出モードでの検出パルスの幅の設定が変わってくる(ステップST4)。5.0msの時点あるいは6.0msの時点で検出信号がある場合は、7.0ms以降において幅が0.0625msの検出パルスを出力し(ステップST5)、5.0msあるいは6.0msで検出信号がない場合は、7.0ms以降において幅が0.25msの検出パルスを出力する(ステップST6)。第1検出モードが終了すると第2検出モードが開始される(ステップST7)。第2検出モードでは検出パルスの幅を0.0625msに設定し出力する(ステップST8)。所定期間内で検出信号が検出されるかどうかを判定し(ステップST9)、検出された場合には回転成功と判定し補正駆動パルスFPを出力させず、次の通常駆動パルス出力時には前回と同じ駆動力の通常駆動パルスSPを出力する(ステップST10)。所定期間内で検出信号が検出されない場合は回転失敗と判定し補正駆動パルスFPを出力すると同時に、次の正秒からは1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスを出力するようにする(ステップST11)。これにより当該秒の動作を完了し次の正秒を待って再び先頭から開始する。
なお、上記説明は、本実施形態の一例を示したものであり、種々の変形が可能である。例えば、第1の検出モードの前半と後半の回転検出区間を区分するタイミングや、第1の検出モードにおいて第2の検出モードに移行するために必要となる検出信号の数等は本実施形態を適用しようとする実際の機器に合わせて変更してよい。また、上述の例では、第1の検出モードの前半において、少なくとも一度検出信号が検出されるか否かに応じて第1の検出モードの後半における検出パルス幅を選択したが、これに替え、第1の検出モードの前半において、任意の複数回検出信号が検出されることを条件として第1の検出モードの後半における検出パルス幅を選択するようにしてもよい。
[第7実施形態:検出モードを3つ設け、第1検出モードの検出結果による変更]
次に、本発明の第7の実施形態を説明する。第7の実施形態は、検出モードを第1乃至第3の3つ設け、第1の検出モードで得られた検出結果に応じて第2の検出モードにおける検出パルスの幅を変更する例である。この例は、ロータの回転成功の場合と、回転失敗の場合とで、駆動信号の直後に実行される第1検出モードにおいて検出信号の検出の有無に違いがあることを利用して、回転成功の場合は電磁ブレーキを弱め、誤検出による消費電力の増加を抑えるとともに、回転失敗の場合は電磁ブレーキを作用させて回転成功と誤判定することを防止するものである。以下図面に基づいて詳述する。
図40は第7の実施形態の電子時計の回路構成を示すブロック線図、図41は第6の実施形態の電子時計の回路が発生するパルス波形図、図42は第7の実施形態の電子時計に慣性モーメントの大きな指針が付き、ロータ10が回転出来た場合のコイルに発生する電流波形および電圧波形図、図43はロータ10が回転できなかった場合のコイルに発生する電流波形及び電圧波形図、図44は第7の実施形態の電子時計のフローチャート図である。なお従来例および第1乃至第6の実施形態で説明したものと同じ構成要素には同じ番号をつけて説明を省略する。
図40において20はコイル9とロータ10より構成されたステップモータ、1は発振回路、2は分周回路、3は通常駆動パルス発生回路、4は補正駆動パルス発生回路、5は第1検出パルス発生回路である。本実施形態では、第1検出パルス発生回路5は、分周回路2の信号を基に第2検出モードを行うための検出パルスB6乃至12を出力する。図41(b)及び(b2)に示すように、検出パルスB6乃至12は、0.625ms幅のパルスの場合(同図(b))、0.25ms幅のパルスの場合(同図(b2))の2種類があり、正秒より6ms後から12msまで1ms毎に出力する。6は第2検出パルス発生回路である。本実施形態では、第2検出パルス発生回路6は、分周回路2の信号を基に第1検出モード及び第3検出モードで用いる検出パルスF5〜F14を出力する。検出パルスF5〜F14は図41(c)に示すように、0.0625ms幅のパルスであり、正秒より5ms後から14msまで1ms毎に出力される。
7はパルス選択回路、8はドライバ回路、9はコイル、10はロータ、11は検出回路、12は検出回路11の検出信号を基に第1検出モードの判定を行う第1検出モード判定回路、13は検出回路11の検出信号を基に第2検出モードの判定を行う第2検出モード判定回路、18は検出回路11の検出信号を基に第3検出モードの判定を行う第3検出モード判定回路である。本実施形態では、第1検出モード判定回路12が検出パルス変更要因検出回路140を兼用する構成となっている。
157は検出パルス選択回路であり、第1検出パルス発生回路5で発生するパルス幅の異なる検出パルスを1検出モード判定回路12の出力に基づいて選択し、出力するように制御する。即ち、検出パルス選択回路157は、検出パルスの幅を第1検出モード判定回路の出力で変更できるように第1検出パルス発生回路5を制御する検出パルス制御手段である。
続いて上記構成の動作について説明する。パルス選択回路7は、正秒の時点で通常駆動パルス発生回路3から出力される通常駆動パルスを選択してステップモータ20を駆動する。そして正秒から5ms後に第1検出モードが開始される。第1検出モードではパルス選択回路7は第2検出パルス発生回路6から出力される検出パルスF5を出力し、コイル9のインピーダンスを変化させるようステップモータ20を制御する。そして検出回路11は検出パルスF5によってコイル9に発生する誘起電圧の検出を行い、しきい値Vthを超える誘起電圧を検出すると検出信号を出力する。その一方で、パルス選択回路7は第1検出モード判定回路12に対して判定動作を開始するよう指示する。第1検出モード判定回路は、検出回路11からの検出信号の入力に応じて、検出パルス選択回路157に信号を出力し、第2の検出モードにおける検出パルスの幅を変更する。第1検出モードは、その検出信号の有無にかかわらず所定の回数の検出パルス(この例では1回)を出力した後終了し、第2の検出モードへと移行する。
第2の検出モードでは、パルス選択回路7は第1検出パルス発生回路5から出力される検出パルスを出力し、ステップモータ20の制御を行う。第2検出モード判定回路13は、検出回路11からの検出信号の入力によって第2の検出モードでの検出信号の有無の判定を行うものであり、検出回路11から検出信号が2回発生された場合に検出と判定され、直ちに第1検出パルス発生回路5から出力される検出パルスを停止し、第2検出モードの動作を終了するとともに補正駆動パルスFPを発生しないようにパルス選択回路7へ通知し、第3検出モード判定回路18の動作の開始を指示することにより第3検出モードに移行する。ただし検出パルスB6〜B12によって検出信号がひとつも発生しないか、またはひとつしか発生しない場合は回転失敗と判定して第2検出モードの動作を終了するとともに第3検出モードに移行せず、補正駆動パルスFPが出力され、次の通常駆動パルス出力時には通常駆動パルス発生回路3から前回よりも1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスを出力する。
なお、第2検出モードにおいて使用される検出パルスは幅が0.0625msと小さいパルス(図41(b))と幅が0.25msと大きいパルス(図41(b2))の二種が用意されており、第1の検出モードにおける検出結果に応じていずれが用いられるかが異なってくる。すなわち、第1の検出モードに含まれる検出パルスF5に検出信号が発生した場合は、回転に成功している可能性が高いことから、第2の検出モードでは図41(b2)の検出パルスB6乃至B12、すなわち、幅が0.25msと大きいパルスが出力され、電磁ブレーキが抑制される。一方、第1の検出モードに含まれる検出パルスF5に検出信号が発生しなかった場合は、回転に失敗している可能性が高いことから、第2の検出モードでは図41(b)の検出パルスB6乃至B12、すなわち、幅が0.0625msと小さいパルスが出力され、電磁ブレーキを作用させる。
第3検出モードに移行すると、パルス選択回路7は第2検出パルス発生回路6から出力される検出パルスを出力し、ステップモータ20の制御を行う。そして検出回路11は検出パルスによってコイル9に発生する誘起電圧の検出を行い、しきい値Vthを超える誘起電圧を検出すると検出信号を出力する。第3検出モード判定回路18は検出回路11の検出信号を受けて、検出信号が2回発生した場合は回転成功と判定して直ちに第2検出パルス発生回路6から出力される検出パルスを停止し第3検出モードの動作を停止するとともに、補正駆動パルスFPを出力しないようにパルス選択回路7を制御する。ただし第3検出モードにおいて検出パルスF6〜F14によって発生する検出信号は最大6回の検出をもって終了し、その間に検出信号がひとつも発生しないか、またはひとつしか発生しない場合は回転失敗と判定して補正駆動パルスFPを出力する。
以上のように、第7の実施形態では検出モードを第1乃至第3の3つ設け、第1の検出モードで得られた検出結果に応じて第2の検出モードにおける検出パルスの幅を変更するようにした。すなわち、第1の検出モードで検出信号が検出された場合には、第2の検出モードでの検出パルスの幅を0.25msと大きくし、電磁ブレーキが働きにくくしてロータ10の自由振動が抑制されにくくする。そして、第1の検出モードで検出信号が検出されなかった場合には第2の検出モードでの検出パルスの幅を0.0625msと小さくし、電磁ブレーキを発生させ、ロータ10の自由振動を抑制する。
上記の動作での実際の回転検出の方法を図41乃至図43に即して説明する。図42(a)は、慣性モーメントの大きな指針が付けられた場合のコイル9に誘導される電流波形であり、ロータ10の回転が成功した場合の波形を示している。図42(b)はこのときにコイル9の一方の端子1に発生する電圧波形、図42(c)はコイル9の他方の端子2に発生する電圧波形である。
まず図41(a)に示すように正秒から通常駆動パルスSPがコイル9の端子O1に加えられ、ロータが回転し、図42(a)に示す電流波形c1が発生する。正秒から5ms経過した時点で第1の検出モードが開始され、図41(c)に示す検出パルスF5がコイル9に印加される。この時点では、図42(a)に示すように電流波形c2の領域にあり、電流値が負であるため、図42(b)に示すように誘起電圧V5はしきい値Vthを超え、検出信号が検出される。そのため、続く第2の検出モードでは、図41(b2)に示す検出パルスB6乃至B12が選択される。
続く正秒から6msが経過した時点では、図41(b2)に示す検出パルスB6がコイル9に印加される。この時点では、図42(a)に示すように、電流波形はいまだ領域c2にあり、電流値が負であるため、図42(c)に示す誘起電圧V6はしきい値Vthを超えない。
そして、7msを経過した時点では、図42(a)に示す電流波形c3の領域となり、電流値が正となる。そのため、図41(b2)に示す検出パルスB7,B8に対しては図42(c)に示すように誘起電圧V7,V8がしきい値Vthを超えた検出信号となる。誘起電圧V7,V8の二つの検出信号が閾値Vthを超えたことで、第3検出モードに移行する。
ここで、正秒から7ms以降の第2の検出モードにおける検出パルスであるB6,B7,B8はその幅が0.25msと大きくなっており、電磁ブレーキが働きにくく、ロータ10の自由振動を抑制しにくい。そのため、この後の電流波形がつぶれにくく、ロータ10の回転を正確に検出しやすくなっている。
そして、第3の検出モードに移行したことにより、続く正秒より9msの時点では、図41(c)に示す検出パルスF9がコイル9に印加される。正秒から9msから11msの時点では、図42(a)に示すように、電流波形は領域c3にあり、その電流値は正である。そのため、検出パルスF9によっては図42(b)に示すように、誘起電圧V9はしきい値Vthを超えない。検出パルスF10及びF11についても同様である。正秒から12msを経過すると、前述したとおり、第2の検出モードにおいて電磁ブレーキが弱められ、ロータ10の自由振動が抑制されにくくなっていたため、図42(a)に示すように、電流波形に領域c4が出現する。この電流値は負であるから、図41(c)の検出パルスF12およびF13に対し、図42(b)に示すように閾値Vthを超えた検出信号V12及びV13が得られる。よって、第2検出モード判定回路13は回転成功と正しく判定を行い、補正駆動パルスFPは出力されず、次の通常駆動パルス出力時には前回と同じ駆動力の通常駆動パルスSPを出力する。
一方、ロータ10の回転が失敗した場合の動作は次のとおりである。図43(a)は、この場合の慣性モーメントの大きな指針が付けられた場合のコイル9に誘導される電流波形であり、図43(b)はこのときにコイル9の一方の端子1に発生する電圧波形、図43(c)はコイル9の他方の端子2に発生する電圧波形である。
まず図41(a)に示すように正秒から通常駆動パルスSPがコイル9の端子O1に加えられ、図43(a)に示す電流波形c1が発生する。そして正秒から5ms経過した時点で第1検出モードが開始され、図41(c)に示す検出パルスF5がコイル9に印加される。このとき、ロータ10が回転に失敗しているため、図43(a)に示す電流値が正であるような電流波形c5が現れる。そのため、図43(b)に示すように誘起電圧V5はしきい値Vthを超えない。第1の検出モードにおいて検出信号が検出されなかったため、続く第2の検出モードでは、図41(b)に示す検出パルスB6乃至B12が選択される。
第2の検出モードとなり、続く正秒から6msが経過した時点では、図41(b)に示す検出パルスB6が、さらに続いて検出パルスB7がコイル9に印加される。この時点では、図43(a)に示すように、電流波形はいまだ領域c5にあり、電流値が正であるため、図43(c)に示す誘起電圧V6,V7はしきい値Vthを超える。誘起電圧V6,V6の二つの検出信号が閾値Vthを超えたことで、第3検出モードに移行する。
続く第3検出モードでは、図43(b)に示す検出パルスF8が正秒より8ms経過時点でコイル9に印加される。このとき、図43(a)に示すように電流波形は領域c5にあり、その電流値は正であるため、誘起電圧V8が閾値Vthを超えることはない。引き続き、図41(c)に示す検出パルスF9乃至F13が1ms毎にコイル9に同様に印加される。このとき、第1の検出モード乃至第3の検出モードを通じて、コイルに印加された検出パルスは全て幅が0.0625msと小さいものであり、電磁ブレーキが発生しやすく、ロータ10の自由振動が抑制されている。そのため、電流波形の領域c5を経過した時点でロータ10はほぼ停止し、図43(a)に示すように、負方向の電流値を示さない。従って、図43(b)に示すように検出パルスF9乃至F13に対して得られる誘起電圧V9からV13もまた、しきい値Vthを超えない。
検出パルスF8乃至F13による6回の検出中に、しきい値Vthを超える検出信号が二回得られなかったため、第3の検出モードは打ち切られる。よって、第3検出モード判定回路18は回転失敗と正しく判定を行い、補正駆動パルスFPが出力され、次の通常駆動パルス出力時には通常駆動パルス発生回路3から前回よりも1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスSP2を出力する。よって時計が止まってしまうことはない。
以上のように、第7の実施形態では、ロータ10が回転に成功した場合には、通常駆動パルスSPの直後に実行される第1検出モードによりしきい値Vthを超える検出信号が得られるが、回転に失敗した場合には、第1検出モードによるしきい値Vthを超える検出信号が得られないという差を利用して、回転成功の場合は電磁ブレーキを弱め、誤検出による消費電力の増加を抑えるとともに、回転失敗の場合は電磁ブレーキを作用させて回転成功と誤判定することを防止している。
以上の動作についてフローチャート図を用いて説明する。図44は第7の実施形態の電子時計におけるロータ10の回転検出方法を示すフローチャート図で、正秒毎の動作を示したものである。正秒のタイミングで通常駆動パルスSPが出力され(ステップST1)、正秒から5ms後に第1検出モードでの回転検出が開始される(ステップST2)。第1検出モードでは検出パルスの幅を0.0625msに設定し出力する(ステップST3)。第1検出モードが終了すると第2検出モードが開始される(ステップST4)。ここで第1検出モードにおいて検出信号があるかないかで第2検出モードでの検出パルスの幅の設定が変わってくる(ステップST5)。第1検出モードにおいて検出信号がある場合は、第2検出モードにおいて幅が0.25msの検出パルスを出力し(ステップST6)、第1検出モードにおいて検出信号がない場合は、第2検出モードにおいて幅が0.0625msの検出パルスを出力する(ステップST7)。第2検出モードが終了すると第3検出モードが開始される(ステップST8)。第3検出モードでは検出パルスの幅を0.0625msに設定し出力する(ステップST9)。所定期間内で検出信号が検出されるかどうかを判定し(ステップST10)、検出された場合には回転成功と判定し補正駆動パルスFPを出力させず、次の通常駆動パルス出力時には前回と同じ駆動力の通常駆動パルスSPを出力する(ステップST11)。所定期間内で検出信号が検出されない場合は回転失敗と判定し補正駆動パルスFPを出力すると同時に、次の正秒からは1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスを出力するようにする(ステップST12)。これにより当該秒の動作を完了し次の正秒を待って再び先頭から開始する。
なお、上記説明は、本実施形態の一例を示したものであり、種々の変形が可能である。例えば、第1の検出モードで実行する検出パルスの数は1つに限られず、複数としてもよい。その場合、第2の検出モードにおける検出パルスの幅を変更する条件は適宜定めて良く、例えば、複数の検出パルスに対し所定の数の検出信号が得られることや、全ての検出パルスに対し所定の数の検出信号が得られることを条件として良い。
[第8実施形態:第1検出モードの前半の検出結果によるダミーパルスの出力]
次に、本発明の第8の実施形態を説明する。第8の実施形態は、第1検出モードを前半と後半とに分け、前半に得られた検出結果に応じてダミーパルスを出力する例である。ここで、ダミーパルスとは、検出パルスであって、通常の検出パルス同様に、コイルを含む閉ループの状態をハイインピーダンスの状態にするものであるが、それによりコイルに誘起される誘起電圧を検出信号として用いないものを指している。この例は第2、第5、第6の実施形態と同様、ロータの回転成功の場合と、回転失敗の場合とで、第1検出モードにおいて検出信号が検出されるタイミングが異なることを利用して、回転成功の場合は電磁ブレーキを弱め、誤検出による消費電力の増加を抑えるとともに、回転失敗の場合は電磁ブレーキにより回転成功と誤判定することを防止するものである。以下図面に基づいて詳述する。
第8の実施形態の電子時計の回路構成を示すブロック線図は、第6の実施形態の電子時計の回路構成を示すブロック線図である図35と同じであるため、これを用いて説明することとする。図45は第8の実施形態の電子時計の回路が発生するパルス波形図、図46は第8の実施形態の電子時計に慣性モーメントの大きな指針が付き、ロータ10が回転出来た場合のコイルに発生する電流波形および電圧波形図、図47は第8の実施形態の電子時計のフローチャート図である。なお従来例および第1乃至第7の実施形態で説明したものと同じ構成要素には同じ番号をつけて説明を省略する。
図35についての説明は、第6の実施形態において説明したものと同様であるから、重複する部分についてはそちらを参照されたい。本実施形態では、第1検出パルス発生回路が発生する検出パルスが、図45(b)及び(b2)に示すように、ダミーパルスD6.5乃至D11.5を含むもの(同図(b2))と含まないもの(同図(b))の2種類がある点が第6の実施形態と異なる。ダミーパルスD6.5乃至D11.5は、正秒より6.5ms後から11.5msまで1ms毎に出力される。本実施形態でも、第1検出モード判定回路12が検出パルス変更要因検出回路140を兼用する構成となっている。
検出パルス選択回路156は、第1検出パルス発生回路5で発生するダミーパルスの出力の有無を第1検出モード判定回路12の出力に基づいて選択し、制御する。即ち、検出パルス選択回路156は、ダミーパルスの出力の有無を第1検出モード判定回路の出力で変更できるように第1検出パルス発生回路5を制御する検出パルス制御手段である。ダミーパルスが、通常の検出パルスの間に出力されるものであることに留意すれば、検出パルス選択回路156は、第1検出モード判定回路の出力で、第1検出パルス発生回路5から発生される検出パルスの頻度を制御する検出パルス制御手段であるということもできる。
続いて上記構成の動作について説明する。パルス選択回路7は、正秒の時点で通常駆動パルス発生回路3から出力される通常駆動パルスを選択してステップモータ20を駆動する。そして正秒から5ms後に第1検出モードが開始される。第1検出モードではパルス選択回路7は第1検出パルス発生回路5から出力される検出パルスを出力し、コイル9のインピーダンスを変化させるようステップモータ20を制御する。そして検出回路11は検出パルスB5〜B12によってコイル9に発生する誘起電圧の検出を行い、しきい値Vthを超える誘起電圧を検出すると検出信号を出力する。その一方で、パルス選択回路7は第1検出モード判定回路12に対して判定動作を開始するよう指示する。第1検出モード判定回路12は、検出回路11からの検出信号の入力によって第1検出モードでの検出信号の有無の判定を行うものであり、検出回路11から検出信号が3回発生された場合に検出と判定され、直ちに第1検出パルス発生回路5から出力される検出パルスを停止し、第1検出モードの動作を終了するとともに補正駆動パルスFPを発生しないようにパルス選択回路7へ通知し、第2検出モード判定回路13の動作の開始を指示することにより第2検出モードに移行する。ただし検出パルスB5〜B12によって検出信号がひとつも発生しないか、またはひとつまたはふたつしか発生しない場合は回転失敗と判定して第1検出モードの動作を終了するとともに第2検出モードに移行せず、補正駆動パルスFPが出力され、次の通常駆動パルス出力時には通常駆動パルス発生回路3から前回よりも1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスを出力する。
なお、第1検出モードは検出パルスB5およびB6を含む前半と、その他のパルスを含む後半とに区分されており、前半の第1検出モードの検出結果で後半の第1検出モードの検出信号の検出方法が変わってくる。すなわち、前半の第1検出モードに含まれる検出パルスB5およびB6のいずれかまたは両方に検出信号が発生した場合は、回転に失敗している可能性が高いことから、後半の第1検出モードでは図45(b)のようにダミーパルスは発生させない。その結果、B7乃至B12の検出回路11による検出に用いられる幅が0.0625msと小さいパルスのみが出力され、電磁ブレーキを作用させる。一方、前半の第1検出モードに含まれる検出パルスB5およびB6のいずれにも検出信号が発生しなかった場合は、回転に成功している可能性が高いことから、後半の第1検出モードでは図45(b2)のダミーパルスD6.5乃至D11.5が出力される。その結果、通常の検出パルスB7乃至B12に加えてダミーパルスD6.5乃至D11.5が出力されるから、コイル9を含む閉ループがハイインピーダンスの状態となる時間の割合が長くなり、電磁ブレーキが抑制される。なお、本実施形態では、ダミーパルスD6.5乃至D11.5は、通常の検出パルスB7乃至B12と同様の幅が0.0625msのパルスである。
第2検出モードに移行すると、パルス選択回路7は第2検出パルス発生回路6から出力される検出パルスを出力し、ステップモータ20の制御を行う。そして検出回路11は検出パルスによってコイル9に発生する誘起電圧の検出を行い、しきい値Vthを超える誘起電圧を検出すると検出信号を出力する。第2検出モード判定回路13は検出回路11の検出信号を受けて、検出信号が2回発生した場合は回転成功と判定して直ちに第2検出パルス発生回路6から出力される検出パルスを停止し第2検出モードの動作を停止するとともに、補正駆動パルスFPを出力しないようにパルス選択回路7を制御する。ただし検出パルスF7〜F14によって発生する検出信号は最大6回の検出をもって終了し、その間に検出信号がひとつも発生しないか、またはひとつしか発生しない場合は回転失敗と判定して補正駆動パルスFPを出力する。
以上のように、第8の実施形態では第1検出モードを前半と後半の回転検出期間に分け、前半の回転検出期間に得られた検出結果に応じて後半の回転検出期間におけるダミーパルスの有無を変更するようにした。すなわち、前半の回転検出期間で検出信号が検出された場合には後半の回転検出期間においてダミーパルスを発生させず、電磁ブレーキを作用させ、ロータ10の自由振動を抑制する。そして、前半の回転検出期間で検出信号が検出されなかった場合には後半の回転検出期間でダミーパルスを発生させ、電磁ブレーキが働きにくくしてロータ10の自由振動が抑制されにくくする。
上記の動作での実際の回転検出の方法を図45、図46及び図38に即して説明する。図46(a)は、慣性モーメントの大きな指針が付けられた場合のコイル9に誘導される電流波形であり、ロータ10の回転が成功した場合の波形を示している。図46(b)はこのときにコイル9の一方の端子1に発生する電圧波形、図46(c)はコイル9の他方の端子2に発生する電圧波形である。
まず図45(a)に示すように正秒から通常駆動パルスSPがコイル9の端子O1に加えられ、ロータが回転し、図46(a)に示す電流波形c1が発生する。正秒から5ms経過した時点で第1検出モードが開始され、図45(b)に示す検出パルスB5が、その1ms後には検出パルスB6がコイル9に印加される。この時点では、図46(a)に示すように電流波形c2の領域にあり、電流値が負であるため、図46(c)に示すように誘起電圧V5,V6はしきい値Vthを超えない。前半の回転検出期間において、すなわち、検出パルスB5およびB6に対して検出信号が得られなかったため、後半の回転検出期間においては、図45(b2)に示すダミーパルスD6.5乃至D11.5を含む検出パルスB7乃至B12が選択される。
そして、7msを経過した時点では、図46(a)に示す電流波形c3の領域となり、電流値が正となる。そのため、図45(b2)に示す検出パルスB7,B8,B9に対しては図46(c)に示すように誘起電圧V7,V8,V9がしきい値Vthを超えた検出信号となる。誘起電圧V7,V8,V9の三つの検出信号が閾値Vthを超えたことで、第2検出モードに移行する。
ここで、正秒から6.5ms以降の第1検出モードにおいて、ダミーパルスD6.5乃至D8.5が出力されているため、電磁ブレーキが働きにくく、ロータ10の自由振動を抑制しにくい。そのため、この後の電流波形がつぶれにくく、ロータ10の回転を正確に検出しやすくなっている。なお、ダミーパルスD6.5乃至D8.5による誘起電圧は、検出回路11における検出信号の検出対象としては用いられないので、図46(c)では、これらを検出対象として用いられる誘起電圧と区別するため、破線で図示した。
そして、第2検出モードに移行したことにより、続く正秒より10msの時点以降では、図45(c)に示す検出パルスF10がコイル9に印加される。正秒から10msから11msの時点では、図46(a)に示すように、電流波形は領域c3にあり、その電流値は正である。そのため、検出パルスF10及びF11によっては図46(b)に示すように、誘起電圧V10及びV11はしきい値Vthを超えない。正秒から12msを経過すると、前述したとおり、第1の検出モードにおいて電磁ブレーキが弱められ、ロータ10の自由振動が抑制されにくくなっていたため、図46(a)に示すように、電流波形に領域c4が出現する。この電流値は負であるから、図45(c)の検出パルスF12およびF13に対し、図46(b)に示すようにしきい値Vthを超えた検出信号V12及びV13が得られる。よって、第2検出モード判定回路13は回転成功と正しく判定を行い、補正駆動パルスFPは出力されず、次の通常駆動パルス出力時には前回と同じ駆動力の通常駆動パルスSPを出力する。
一方、ロータ10の回転が失敗した場合の動作は次のとおりである。第8の実施形態において、ロータ10が回転出来なかった場合のコイルに発生する電流波形および電圧波形図は、第6の実施形態においてロータ10が回転出来なかった場合のコイルに発生する電流波形および電圧波形図である図38と同じであるため、これを用いて説明することとする。図38(a)は、この場合の慣性モーメントの大きな指針が付けられた場合のコイル9に誘導される電流波形であり、図38(b)はこのときにコイル9の一方の端子1に発生する電圧波形、図38(c)はコイル9の他方の端子2に発生する電圧波形である。
まず図45(a)に示すように正秒から通常駆動パルスSPがコイル9の端子O1に加えられ、図38(a)に示す電流波形c1が発生する。そして正秒から5ms経過した時点で第1検出モードが開始され、図45(b)に示す検出パルスB5が、その1ms後には検出パルスB6がコイル9に印加される。このとき、ロータ10が回転に失敗しているため、図38(a)に示す電流値が正であるような電流波形c5が現れる。そのため、図38(c)に示すように誘起電圧V5,V6はしきい値Vthを超える。前半の回転検出期間において、すなわち、検出パルスB5およびB6の双方に対して検出信号が得られたため、後半の回転検出期間においては、図45(b)に示す検出パルスB7乃至B12が選択され、ダミーパルスは出力されない。引き続き正秒より7msの時点で印加される検出パルスB7に対しても、図38(c)に示すようにしきい値Vthを超える誘起電圧V7が得られ、3つの検出信号がしきい値Vthを超えたことで、第2検出モードに移行する。
続く第2検出モードでは、図45(c)に示す検出パルスF8が正秒より8ms経過時点でコイル9に印加される。このとき、図38(a)に示すように電流波形は領域c5にあり、その電流値は正であるため、誘起電圧V8が閾値Vthを超えることはない。引き続き、図45(c)に示す検出パルスF9乃至F13が1ms毎にコイル9に同様に印加される。このとき、第1の検出モード及び第2の検出モードを通じて、コイルに印加された検出パルスは全て幅が0.0625msと小さいものであり、ダミーパルスも出力されないので、電磁ブレーキが発生しやすく、ロータ10の自由振動が抑制されている。そのため、電流波形の領域c5を経過した時点でロータ10はほぼ停止し、図38(a)に示すように、負方向の電流値を示さない。従って、図38(b)に示すように検出パルスF9乃至F13に対して得られる誘起電圧V9からV13もまた、しきい値Vthを超えない。
検出パルスF8乃至F13による6回の検出中に、しきい値Vthを超える検出信号が2回得られなかったため、第2検出モードは打ち切られる。よって、第2検出モード判定回路13は回転失敗と正しく判定を行い、補正駆動パルスFPが出力され、次の通常駆動パルス出力時には通常駆動パルス発生回路3から前回よりも1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスSP2を出力する。よって時計が止まってしまうことはない。
以上のように、第8の実施形態では、ロータ10が回転に成功した場合には、第1検出モードによるしきい値Vthを超える検出信号が遅れて得られ、回転に失敗した場合には、第1検出モードによるしきい値Vthを超える検出信号が通常駆動パルスSPの直後に得られるというタイミングの差を利用するように、第1検出モードを前半と後半の回転検出期間に分け、前半の回転検出期間に得られた検出結果に応じて後半の回転検出期間におけるダミーパルスの出力の有無を変更するようにすることで、回転成功の場合は電磁ブレーキを弱め、誤検出による消費電力の増加を抑えるとともに、回転失敗の場合は電磁ブレーキを作用させて回転成功と誤判定することを防止している。
以上の動作についてフローチャート図を用いて説明する。図47は第8の実施形態の電子時計におけるロータ10の回転検出方法を示すフローチャート図で、正秒毎の動作を示したものである。正秒のタイミングで通常駆動パルスSPが出力され(ステップST1)、正秒から5ms後に第1検出モードでの回転検出が開始される(ステップST2)。第1検出モードにおいて正秒から5.0msの時点及び6.0msの時点では幅が0.0625msの検出パルスが出力される(ステップST3)。ここで5.0msの時点あるいは6.0msの時点で検出信号があるかないかで6.5ms以降の第1検出モードでのダミーパルス使用不使用の設定が変わってくる(ステップST4)。5.0msの時点あるいは6.0msの時点で検出信号がある場合は、6.5ms以降においてダミーパルスを出力せず、検出パルスのみを出力し(ステップST5)、5.0msの時点あるいは6.0msの時点で検出信号がない場合は、6.5ms以降において検出パルスと同時にダミーパルスを出力する(ステップST6)。第1検出モードが終了すると第2検出モードが開始される(ステップST7)。第2検出モードでは幅が0.0625msの検出パルスが出力される(ステップST8)。所定期間内で検出信号が検出されるかどうかを判定し(ステップST9)、検出された場合には回転成功と判定し補正駆動パルスFPを出力させず、次の通常駆動パルス出力時には前回と同じ駆動力の通常駆動パルスSPを出力する(ステップST10)。所定期間内で検出信号が検出されない場合は回転失敗と判定し補正駆動パルスFPを出力すると同時に、次の正秒からは1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスを出力するようにする(ステップST11)。これにより当該秒の動作を完了し次の正秒を待って再び先頭から開始する。
なお、上記説明は、本実施形態の一例を示したものであり、種々の変形が可能である。特に、ダミーパルスを出力する頻度やタイミング、ダミーパルスの幅をこの例と異なるものとしても差し支えない。例えば、上述の例ではダミーパルスを通常の検出パルス1つに対し、その0.5ms後に1つ出力するようにしたが、通常の検出パルス1つに対し2以上のダミーパルスを任意のタイミングで出力してもよい。また、ダミーパルスの幅を通常の検出パルスと異なるものとしてもよい。その他にも、当然に第6の実施形態で説明したと同様の変形を行ってもよい。
[第9実施形態:第1検出モードの前半の検出結果による変更]
次に、本発明の第9の実施形態を説明する。第9の実施形態は、第1の検出モードを前半と後半とに分け、前半に得られた検出結果に応じて第1検出モードにおける検出信号の検出後にダミーパルスを出力する例である。この例も第2、第5、第6、第8の実施形態と同様、ロータの回転成功の場合と、回転失敗の場合とで、第1検出モードにおいて検出信号が検出されるタイミングが異なることを利用して、回転成功の場合は電磁ブレーキを弱め、誤検出による消費電力の増加を抑えるとともに、回転失敗の場合は電磁ブレーキにより回転成功と誤判定することを防止するものである。以下図面に基づいて詳述する。
第9の実施形態の電子時計の回路構成を示すブロック線図は、第6の実施形態の電子時計の回路構成を示すブロック線図である図35と同じであるため、これを用いて説明することとする。図48は第9の実施形態の電子時計の回路が発生するパルス波形図、図49は第9の実施形態の電子時計に慣性モーメントの大きな指針が付き、ロータ10が回転出来た場合のコイルに発生する電流波形および電圧波形図、図50は第9の実施形態の電子時計のフローチャート図である。なお従来例および第1乃至第8の実施形態で説明したものと同じ構成要素には同じ番号をつけて説明を省略する。
図35についての説明は、第6の実施形態において説明したものと同様であるから、重複する部分についてはそちらを参照されたい。本実施形態では、第1検出パルス発生回路が発生する検出パルスが、図48(b)に示す、幅が0.0625msと小さい通常の検出パルスB5乃至B12と、同図(b2)に示す、幅が0.25msと大きいダミーパルスD5乃至D12の2種類がある点が第6の実施形態と異なる。ダミーパルスD5乃至D12は、正秒より5ms後から12msまで1ms毎に出力され、その出力のタイミングは通常の検出パルスB5乃至B12と違いはない。本実施形態でも、第1検出モード判定回路12が検出パルス変更要因検出回路140を兼用する構成となっている。
検出パルス選択回路156は、第1検出パルス発生回路5で発生するダミーパルスの出力の有無を第1検出モード判定回路12の出力に基づいて選択し、制御する。即ち、検出パルス選択回路156は、ダミーパルスの出力の有無を第1検出モード判定回路の出力で変更できるように第1検出パルス発生回路5を制御する検出パルス制御手段である。
続いて上記構成の動作について説明する。パルス選択回路7は、正秒の時点で通常駆動パルス発生回路3から出力される通常駆動パルスを選択してステップモータ20を駆動する。そして正秒から5ms後に第1検出モードが開始される。第1検出モードではパルス選択回路7は第1検出パルス発生回路5から出力される検出パルスを出力し、コイル9のインピーダンスを変化させるようステップモータ20を制御する。そして検出回路11は検出パルスB5〜B12によってコイル9に発生する誘起電圧の検出を行い、しきい値Vthを超える誘起電圧を検出すると検出信号を出力する。その一方で、パルス選択回路7は第1検出モード判定回路12に対して判定動作を開始するよう指示する。第1検出モード判定回路12は、検出回路11からの検出信号の入力によって第1検出モードでの検出信号の有無の判定を行うものであり、検出回路11から検出信号が2回発生された場合に検出と判定され、直ちに第1検出パルス発生回路5から出力される検出パルスを停止し、第1検出モードの動作を終了するとともに補正駆動パルスFPを発生しないようにパルス選択回路7へ通知し、第2検出モード判定回路13の動作の開始を指示することにより第2検出モードに移行する。ただし検出パルスB5〜B12によって検出信号がひとつも発生しないか、またはひとつしか発生しない場合は回転失敗と判定して第1検出モードの動作を終了するとともに第2検出モードに移行せず、補正駆動パルスFPが出力され、次の通常駆動パルス出力時には通常駆動パルス発生回路3から前回よりも1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスを出力する。
なお、第1検出モードは検出パルスB5およびB6を含む前半と、その他のパルスを含む後半とに区分されており、前半の第1検出モードにおいて検出結果が得られたか否か、すなわち、検出パルスB5およびB6により2回の検出信号が得られたか否かで、後半の第1検出モードにおけるダミーパルスの使用の有無が変わってくる。すなわち、前半の第1検出モードに含まれる検出パルスB5およびB6の両方に検出信号が発生し、第1検出モードにおける検出が終了した場合は、直ちに第2の検出モードへと移行し、ダミーパルスD5乃至D12は使用されない。その結果、出力される検出パルスは全て幅が0.0625msと小さいパルスとなり、電磁ブレーキが作用する。一方、前半の第1検出モードにおける検出が終了しなかった場合は、回転に成功している可能性が高いことから、後半の第1検出モードでは、回転検出の終了後に幅が0.25msと大きいダミーパルスD5乃至D12が出力され、電磁ブレーキが抑制される。本実施形態では、回転検出の終了後、すなわち、検出信号が2回検出された後に、引き続き到来するタイミングに該当するダミーパルスD5乃至D12を2回出力した後、第2の検出モードに移行するようにしている。
第2の検出モードに移行すると、パルス選択回路7は第2検出パルス発生回路6から出力される検出パルスを出力し、ステップモータ20の制御を行う。そして検出回路11は検出パルスによってコイル9に発生する誘起電圧の検出を行い、しきい値Vthを超える誘起電圧を検出すると検出信号を出力する。第2検出モード判定回路13は検出回路11の検出信号を受けて、検出信号が2回発生した場合は回転成功と判定して直ちに第2検出パルス発生回路6から出力される検出パルスを停止し第2検出モードの動作を停止するとともに、補正駆動パルスFPを出力しないようにパルス選択回路7を制御する。ただし検出パルスF7〜F14によって発生する検出信号は最大6回の検出をもって終了し、その間に検出信号がひとつも発生しないか、またはひとつしか発生しない場合は回転失敗と判定して補正駆動パルスFPを出力する。
以上のように、第9の実施形態では第1検出モードを前半と後半の回転検出期間に分け、前半の回転検出期間に検出が終了するか否かに応じて後半の回転検出期間におけるダミーパルスの使用の有無を変更するようにした。すなわち、前半の回転検出期間で検出信号が2回検出された場合には直ちに第2の検出モードへと移行してダミーパルスを使用せず、電磁ブレーキを発生させ、ロータ10の自由振動を抑制する。そして、前半の回転検出期間で検出信号が2回検出された場合には、後半の回転検出期間で検出信号が2回検出された後、さらに幅が0.25msと大きいダミーパルスを2回出力し、電磁ブレーキが働きにくくしてロータ10の自由振動が抑制されにくくする。
上記の動作での実際の回転検出の方法を図48、図49及び図12に即して説明する。図49(a)は、慣性モーメントの大きな指針が付けられた場合のコイル9に誘導される電流波形であり、ロータ10の回転が成功した場合の波形を示している。図49(b)はこのときにコイル9の一方の端子1に発生する電圧波形、図49(c)はコイル9の他方の端子2に発生する電圧波形である。
まず図48(a)に示すように正秒から通常駆動パルスSPがコイル9の端子O1に加えられ、ロータが回転し、図49(a)に示す電流波形c1が発生する。正秒から5ms経過した時点で第1検出モードが開始され、図48(b)に示す検出パルスB5が、その1ms後には検出パルスB6がコイル9に印加される。この時点では、図49(a)に示すように電流波形c2の領域にあり、電流値が負であるため、図49(c)に示すように誘起電圧V5,V6はしきい値Vthを超えない。前半の回転検出期間において、すなわち、検出パルスB5およびB6の双方に対して検出信号が得られなかったため、後半の回転検出期間においては、図36(b)に示す検出パルスB7乃至B12による回転検出の終了後、図36(b2)に示すダミーパルスD7乃至D12が出力されるように制御される。
そして、7msを経過した時点では、図49(a)に示す電流波形c3の領域となり、電流値が正となる。そのため、図48(b)に示す検出パルスB7,B8に対しては図49(c)に示すように誘起電圧V7,V8がしきい値Vthを超えた検出信号となる。誘起電圧V7,V8の二つの検出信号が閾値Vthを超えたことで、第1検出モードにおける回転検出は終了である。しかしながら、この例では前半の回転検出期間において回転検出が終了しなかったため、引き続き、図48(b2)に示すダミーパルスが出力される。すなわち、回転検出が終了したタイミングの次のタイミングである正秒から9ms経過時点でダミーパルスD9が出力され、さらにその1ms後のタイミングでダミーパルスD10が出力される。ここで、ダミーパルスであるD9,D10はその幅が0.25msと大きくなっており、電磁ブレーキが働きにくく、ロータ10の自由振動を抑制しにくい。そのため、この後の電流波形がつぶれにくく、ロータ10の回転を正確に検出しやすくなっている。ダミーパルスD9及びD10の2つが出力されたことで、第2検出モードに移行する。なお、ダミーパルスD9及びD10による誘起電圧は、検出回路11における検出信号の検出対象としては用いられないので、図49(c)では、これらを検出対象として用いられる誘起電圧と区別するため、破線で図示した(図中では、パルス幅が大きいものであることを示すため、線分が上下方向に積み重ねられているかのように示されている)。
そして、第2検出モードに移行したことにより、続く正秒より11msの時点以降では、図48(c)に示す検出パルスF11がコイル9に印加される。この時点では、図41(a)に示すように、電流波形は領域c3にあり、その電流値は正である。そのため、検出パルスF11によっては図49(b)に示すように、誘起電圧V11はしきい値Vthを超えない。正秒から12msを経過すると、前述したとおり、第1の検出モードにおいて電磁ブレーキが弱められ、ロータ10の自由振動が抑制されにくくなっていたため、図49(a)に示すように、電流波形に領域c4が出現する。この電流値は負であるから、図48(c)の検出パルスF12およびF13に対し、図49(b)に示すようにしきい値Vthを超えた検出信号V12及びV13が得られる。よって、第2検出モード判定回路13は回転成功と正しく判定を行い、補正駆動パルスFPは出力されず、次の通常駆動パルス出力時には前回と同じ駆動力の通常駆動パルスSPを出力する。
一方、ロータ10の回転が失敗した場合の動作は次のとおりである。第9の実施形態において、ロータ10が回転出来なかった場合のコイルに発生する電流波形および電圧波形図は、第2の実施形態においてロータ10が回転出来なかった場合のコイルに発生する電流波形および電圧波形図である図12と同じであるため、これを用いて説明することとする。図12(a)は、この場合の慣性モーメントの大きな指針が付けられた場合のコイル9に誘導される電流波形であり、図12(b)はこのときにコイル9の一方の端子1に発生する電圧波形、図12(c)はコイル9の他方の端子2に発生する電圧波形である。
まず図48(a)に示すように正秒から通常駆動パルスSPがコイル9の端子O1に加えられ、図12(a)に示す電流波形c1が発生する。そして正秒から5ms経過した時点で第1検出モードが開始され、図48(b)に示す検出パルスB5が、その1ms後には検出パルスB6がコイル9に印加される。このとき、ロータ10が回転に失敗しているため、図12(a)に示す電流値が正であるような電流波形c5が現れる。そのため、図12(c)に示すように誘起電圧V5,V6はしきい値Vthを超える。前半の回転検出期間において回転検出が終了した、すなわち、検出パルスB5およびB6に対して誘起電圧V5およびV6の2回の検出信号が得られたため、図48(b2)に示すダミーパルスは使用されず、直ちに第2の検出モードへと移行する。
続く第2検出モードでは、図48(c)に示す幅が0.0625msと小さい検出パルスF7が正秒より7ms経過時点でコイル9に印加される。このとき、図12(a)に示すように電流波形は領域c5にあり、その電流値は正であるため、誘起電圧V7が閾値Vthを超えることはない。引き続き、図48(c)に示す検出パルスF8乃至F12が1ms毎にコイル9に同様に印加される。このとき、第1の検出モード及び第2の検出モードを通じて、コイルに印加された検出パルスは全て幅が0.0625msと小さいものであり、電磁ブレーキが発生しやすく、ロータ10の自由振動が抑制されている。そのため、電流波形の領域c5を経過した時点でロータ10はほぼ停止し、図12(a)に示すように、負方向の電流値を示さない。従って、図12(b)に示すように検出パルスF8乃至F12に対して得られる誘起電圧V8からV12もまた、しきい値Vthを超えない。
検出パルスF7乃至F12による6回の検出中に、しきい値Vthを超える検出信号が二回得られなかったため、第2検出モードは打ち切られる。よって、第2検出モード判定回路13は回転失敗と正しく判定を行い、補正駆動パルスFPが出力され、次の通常駆動パルス出力時には通常駆動パルス発生回路3から前回よりも1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスSP2を出力する。よって時計が止まってしまうことはない。
以上のように、第9の実施形態では、ロータ10が回転に成功した場合には、第1検出モードによるしきい値Vthを超える検出信号が遅れて得られ、回転に失敗した場合には、第1検出モードによるしきい値Vthを超える検出信号が通常駆動パルスSPの直後に得られるというタイミングの差を利用するように、第1検出モードを前半と後半の回転検出期間に分け、前半の回転検出期間に回転検出が終了するか否かに応じてダミーパルスの使用の有無を変更するようにすることで、回転成功の場合は電磁ブレーキを弱め、誤検出による消費電力の増加を抑えるとともに、回転失敗の場合は電磁ブレーキを作用させて回転成功と誤判定することを防止している。
以上の動作についてフローチャート図を用いて説明する。図50は第9の実施形態の電子時計におけるロータ10の回転検出方法を示すフローチャート図で、正秒毎の動作を示したものである。正秒のタイミングで通常駆動パルスSPが出力され(ステップST1)、正秒から5ms後に第1検出モードでの回転検出が開始される(ステップST2)。第1検出モードにおいて正秒から5.0msの時点及び6.0msの時点では幅が0.0625msの検出パルスが出力される(ステップST3)。ここで5.0msの時点及び6.0msの時点で検出信号があるかないかで第1検出モード終了後においてダミーパルス使用不使用の設定が変わってくる(ステップST4)。5.0msの時点及び6.0msの時点で検出信号がある場合は、第1検出モード終了後においてダミーパルスを出力せず、(ステップST5)、5.0msの時点及び6.0msの時点で検出信号がない場合は、第1検出モード終了後においてダミーパルスを出力する(ステップST6)。第2検出モードが開始されると(ステップST7)、幅が0.0625msの検出パルスが出力される(ステップST8)。所定期間内で検出信号が検出されるかどうかを判定し(ステップST9)、検出された場合には回転成功と判定し補正駆動パルスFPを出力させず、次の通常駆動パルス出力時には前回と同じ駆動力の通常駆動パルスSPを出力する(ステップST10)。所定期間内で検出信号が検出されない場合は回転失敗と判定し補正駆動パルスFPを出力すると同時に、次の正秒からは1ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスを出力するようにする(ステップST11)。これにより当該秒の動作を完了し次の正秒を待って再び先頭から開始する。
なお、上記説明は、本実施形態の一例を示したものであり、種々の変形が可能である。例えば、ダミーパルスの幅やタイミング、出力回数等を変更してもよい。また、ダミーパルスの使用の有無を、第1の検出モードの前半において回転検出が終了するか否かではなく、第1の検出モードの前半において検出信号が得られるか否かで判断するなどしてもよい。
以上説明したとおり、本発明の各実施形態では、検出パルス変更要因検出手段からの検出信号に応じて、検出パルス発生回路から出力される検出パルスのパルス幅または頻度を変更するように制御することが共通の特徴となっている。このことは、検出パルスのパルス幅または頻度が正秒からの経過時間や、回転検出手段の検出状態、電源電圧等の要因に応じて動的に変化することを意味している。すなわち、例えば、電子時計であって、ロータの回転を検出するための検出パルスの幅や頻度を変更できるように構成されているが、例えば工場出荷時の調整などの初期設定によりパルスの幅や頻度がある値に固定されるようなものは、検出パルス変更要因検出手段からの検出信号に応じて、検出パルス発生回路から出力される検出パルスのパルス幅または頻度を変更するとは言えない。
以上、本発明の実施形態を図面により詳述したが、各実施形態は本発明の例示にしか過ぎず、本発明は実施形態の構成にのみ限定されるものではない。したがって本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれることはもちろんである。
例えば、図3、図8、図13、図17、図31、図35、図40、に示すブロック線図は一例であり、上述した動作を行うものであれば他の構成を備えていても良い。ブロック図のシステムを構成する方法としては、ランダムロジックによる制御でもマイクロコンピュータによる制御でも良い。パルス選択回路7をマイクロコンピュータで構成し、その他の回路はランダムロジックで構成するような構成でも良い。このようにすれば、多機種への適用における変更も比較的容易に実施できる。
なお、以上の実施形態では、最小の実効電力で駆動するために約256回、同じランクの通常駆動パルスで正常に回転を検出すると一つ下のランクに駆動力を低減するようになっている。
また、電流波形は、ステップモータの電気的特性や駆動パルスの電圧値等によりその波形、すなわち出力レベルや時間的応答が変化するが、実施形態中の第一検出パルスの判定回数、第二検出パルスの判定回数、第二検出モードの打ち切り回数(第二検出パルスの出力個数)、閾値Vth等を電流波形に応じて適切な値とすることで、電流波形に依らずに本実施形態の効果を得ることができる。