JP5654502B2 - 電子時計 - Google Patents

Description

本発明は、ステップモータの制御方法及びステップモータを有する電子時計に関するものであり、特にステップモータの駆動電力を低減する為の電力回収を行う制御方法、及びその制御手段を備えた電子時計に関するものである。

従来、腕時計等の電子時計は、指針駆動を行う為のステップモータを有し、水晶発振子等を用いた発振回路からの基準信号から生成された駆動パルスにより、秒針等を運針させるようにしている。なお、以降では電子時計においてステップモータにより駆動される指針等の部材を一括して表示体と呼ぶ。

また近年では、太陽電池等の発電システムと充電可能なリチウムイオン等の二次電池を組み合わせ、電池の廃棄や交換の不要な電子時計も多く市販されている。

これらの電子時計においては、小型薄型を実現する為、搭載可能な電源が限られているので、長時間安定した動作を行う為にはステップモータ等によって消費される電力を出来るだけ低減することが必要である。

この為、従来より、ステップモータを駆動する為に用いられた電力の一部を回収することにより、消費電力を低減する制御手段を備えた電子時計が提案されている（例えば、特許文献１参照）。以下、図面に基づいて特許文献１より、従来の電力回収制御手段を備えた電子時計を説明する。

図８（ａ）は、特許文献１に開示された従来の電力回収制御手段を備えた電子時計の構成を示すブロック図である。１１ａは発振回路１１１、分周回路１１２、駆動パルス出力回路１１３から構成されるモータ制御回路であり、発振回路１１１で生成した基準信号を分周回路１１２で分周して各種タイミング信号を生成し、駆動パルス出力回路１１３はそのタイミング信号を受けて、駆動パルスＳ１を出力する。３は駆動パルスＳ１を入力し、駆動パルスＳ２を出力するモータドライバー、４は駆動パルスＳ２を元に指針５を運針させるステップモータである。１ａは、モータ制御回路１１ａとモータドライバー３からなる計時回路であり、リチウムイオン等の二次電池からなる電源２により動作エネルギーを得る。

図８（ｂ）は、前記モータドライバー３の構成を示す等価回路図である。２１ｐは制御信号φｐ１をゲート入力し、ソースが電源２のプラス側に接続され、ドレイン側がＯＵＴ１端子に接続されたＰＭＯＳトランジスタであり、２１ｎは制御信号φｎ１をゲート入力し、ソースが電源２のマイナス側に接続され、ドレイン側がＯＵＴ１端子に接続されたＮＭＯＳトランジスタであり、各ソースドレイン間には、ＭＯＳトランジスタの構造上生じる寄生ダイオード２３ｐと２３ｎが接続される。また、２２ｐは制御信号φｐ２をゲート入力し、ソースが電源２のプラス側に接続され、ドレイン側がＯＵＴ２端子に接続されたＰＭＯＳトランジスタであり、２２ｎは制御信号φｎ２をゲート入力し、ソースが電源２のマイナス側に接続され、ドレイン側がＯＵＴ２端子に接続されたＮＭＯＳトランジスタであり、各ソースドレイン間には、ＭＯＳトランジスタの構造上生じる寄生ダイオード２４ｐと２４ｎが接続される。ＯＵＴ１端子とＯＵＴ２端子の間には、前記ステップモータ４を構成するコイル２５とそのコイル２５の直列抵抗成分２６が直列に接続される。尚、ＭＯＳトランジスタ２１ｐ、２１ｎ、２２ｐ、２２ｎの各ゲートに入力される制御信号φｐ１、φｎ１、φｐ２、φｎ２は、前記駆動パルスＳ１を構成する信号である。

図８（ｃ）に、前記制御信号φｐ１、φｎ１、φｐ２、φｎ２、ＯＵＴ１端子、ＯＵＴ２端子の信号波形と、コイル２５に流れる電流波形をタイミングチャートとして示した。以下に、このタイミングチャートに基づき、図８（ｂ）に示した従来の電力回収制御手段を備えた電子時計のモータドライバー３の動作を説明する。通常（時刻ｔ０より前）、制御信号φｐ１、φｎ１、φｐ２、φｎ２はＬｏｗレベルに保持される為、ＰＭＯＳトランジスタ２１ｐ及び２２ｐはオンし、ＮＭＯＳトランジスタ２１ｎ及び２２ｎはオフする。これにより、ＯＵＴ１端子及びＯＵＴ２端子が共にＧＮＤ（＋）で同電位になる為、コイル２５に流れる電流はゼロである。

時刻ｔ０になると、制御信号φｐ１及びφｎ１がＨｉｇｈレベルになる為、ＰＭＯＳトランジスタ２１ｐはオフし、ＮＭＯＳトランジスタ２１ｎはオンする。これにより、ＯＵＴ１端子がＬｏｗレベル、ＯＵＴ２端子がＨｉｇｈレベルとなる為、コイル２５に電流が流れる。即ち、コイル２５に発生した磁界により、前記ステップモータ４を構成するロータ（図示せず）が回転する。時刻ｔ１に制御信号φｐ１及びφｎ１がＬｏｗレベルになると、ＯＵＴ１端子及びＯＵＴ２端子が共にＧＮＤ（＋）で同電位になる為、コイル２５への通電は遮断される。しかし、ロータが慣性により回転していることによる誘起電流が発生している。ロータが所定の停止位置に向かって回転し、その後自由振動によりコイル２５を通るロータが発する磁束が変化し、その変化の方向によってコイル２５に流れる誘起電流の向きも変化する。

時刻ｔ２に、制御信号φｐ１及びφｐ２をＨｉｇｈレベルにすると、ＰＭＯＳトランジスタ２１ｐ及び２２ｐがオフとなるので、コイル２５に誘起電流が流れなくなる。この電流の急激な変化により、コイル２５に大きな逆起電力が発生する。このときの逆起電圧が電源２より高くなると、コイル２５と電源２を接続するように設けられる寄生ダイオード２３ｐ、２３ｎ、２４ｐ、２４ｎを介して、コイル２５から電源２に電流が流れることで、電源２が充電される。

次に時刻ｔ３に、制御信号φｐ１及びφｎ１がＬｏｗレベルになると、ＰＭＯＳトランジスタ２１ｐ及び２２ｐがオンとなるので、コイル２５に誘起電流が流れる。この電流の急激な変化により、コイル２５に時刻ｔ２とは逆極性の逆起電力が発生する。このときの逆起電圧が電源２より高くなると、時刻ｔ２と同様に電源２が充電される。このような動作は、ロータによってコイル２５に誘起電力が発生している間、例えば時刻ｔ４まで連続して続けることにより、前記ステップモータ４を駆動する為に用いられた電力の一部を回収することが出来る。

時刻ｔ４では、制御信号φｐ１、φｎ１、φｐ２、φｎ２はＬｏｗレベルになる為、ＰＭＯＳトランジスタ２１ｐ及び２２ｐはオンし、ＮＭＯＳトランジスタ２１ｎ及び２２ｎはオフする。これにより、ＯＵＴ１端子及びＯＵＴ２端子が共にＧＮＤ（＋）で同電位になると共に、ロータの自由振動も停止しているため、コイル２５に流れる電流はゼロである。

次に、時刻ｔ５になると、制御信号φｐ２及びφｎ２がＨｉｇｈレベルになる為、ＰＭＯＳトランジスタ２２ｐ及びＮＭＯＳトランジスタ２１ｎはオフし、ＰＭＯＳトランジスタ２１ｐ及びＮＭＯＳトランジスタ２２ｎはオンする。これにより、ＯＵＴ１端子がＨｉｇｈレベル、ＯＵＴ２端子がＬｏｗレベルとなる為、時刻ｔ０とは逆向きにコイル２５に電流が流れる。以降、時刻ｔ６より上記と同様に電力回収動作を行う。

また、電子時計に用いられるステップモータでは、ロータが正常に回転したか否かを検出する回転検出が行われる場合がある。特許文献２に記載されているように、この回転検出は、ロータを回転させるための出力である駆動パルスを出力したのち、ロータが慣性で回転していることによる誘起電流の電流波形を検知することにより行われる。ロータが正常に回転していることがある一定期間連続で検出された場合には、駆動パルスの出力を下げ、消費電力を削減する。ロータが回転していなかった場合には、ロータを回転させるための補正パルスを出力し、ロータを確実に回転させることにより電子時計の遅れが防止されるとともに、駆動パルスの出力を上げ、次回以降の動作においてロータを確実に回転させる。

このとき、駆動パルスの出力の程度は、駆動パルスが出力可能な期間における、実際に駆動パルスが出力された期間の比で表現され、デューティ比と呼ばれる。電子時計において上述の制御が行われた場合、ロータを正常に回転させうる最も低いデューティ比が自動的に選択され、出力される。

特許第３６５３８５０号公報 特公平８−３３４５７号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の技術は、ＰＭＯＳトランジスタ２１ｐ及び２２ｐをオンオフすることにより発生するコイル２５の逆起電圧が、電源２の電圧に加え、前記寄生ダイオード２３ｐと２４ｎの２段分の順方向電圧（約１Ｖ）、もしくは２４ｐと２３ｎの２段分を介した順方向電圧（約１Ｖ）分の電圧が発生しなければ、コイル２５から電源２に充電することが出来ない為、回収効率が非常に低い恐れがある。また、コイル２５で発生する逆起電圧が、回収可能となる程度よりも低い場合でも、前記ＰＭＯＳトランジスタ２１ｐ及び２２ｐをオンオフする動作をし続ける為、時間的にも無駄が多い。

また、特許文献１の電力回収動作は、モータのコイルに電源電圧を重畳するものであると同時に、慣性により回転しているロータの運動エネルギーを電力として回収するものであるため、ロータに対しブレーキとして働く。そのため、電力回収動作を行うと、電源電圧が重畳されるためにコイルより取り出せる電流値が変化し、また、慣性で回転しているロータにより発生する誘起電流の電流波形が変化することから、回転検出において誤検出がなされる恐れがある。しかしながら、特許文献１においては、回転検出については何ら考慮されていない。

本発明の目的は上記問題点を解決し、より効率良く且つ無駄の無い動作で電力回収を行うことが出来るシステムを提供することである。

また、本発明のさらなる目的は、回転検出において誤検出を生じることなく電力回収を行うことができるシステムを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の電力回収を行う制御手段を備えた電子時計は、下記記載の構成を採用する。

電源と、表示体を駆動するステップモータと、該モータを駆動するモータドライバーと、該モータドライバーに対し前記モータを制御する為の制御信号を出力するモータ制御回路と、前記モータドライバーに対して前記モータを駆動する為の駆動パルスを出力する駆動パルス出力回路と、前記駆動パルス出力後の前記モータのロータの自由振動による誘起電流波形のピーク地点近傍において、前記ロータが回転しない程度の回収パルスを出力させる回収パルス出力回路と、を有する電子時計であって、該モータ制御回路は、前記駆動パルスと前記回収パルスを切り替え出力し、前記回収パルス出力時に前記誘起電流の電力が前記電源に回生される構成。

これにより、ロータが回転したことによるコイルに発生した誘起電力のうち、回収可能であるタイミングのみで回収制御を行うことが出来る為、無駄なく迅速に電力回収が可能である。また、モータドライバーの寄生ダイオードを介さずに回収することが出来る為、効率良く電力回収が可能である。

また、前記誘起電流波形の検出に使用するための検出パルスを前記ステップモータ制御回路に出力する回転検出パルス出力回路と、前記回転検出パルスにより検出した前記誘起電流波形により前記ステップモータの回転の有無を判定する回転検出回路と、前記回転検出回路における回転の有無の誤判定を防止するため、前記回転検出パルス出力回路と、前記回収パルス出力回路の動作を制御する調整回路と、を有する構成。

これにより、回転検出において誤検出を生じることなく電力回収を行うことができる。このより詳細な構成として、以下のものがある。

前記回転検出パルス出力回路は、前記駆動パルスにより生じた電流波形と同極性の誘起電流波形を検出するための第１検出パルスと、その後に出力される、前記駆動パルスにより生じた電流波形と反対極性の誘起電流波形を検出するための第２検出パルスと、を出力し、前記調整回路は、前記回収パルス出力回路が、前記第１検出パルスによる検出の終了後に前記回収パルスを出力し、所定期間経過後に、前記回転検出パルス出力回路が、前記第２検出パルスの出力を開始するように制御する構成。

前記回転検出パルス出力回路は、前記ステップモータの回転の有無を予備的に検出する予備検出を行うための予備検出パルスと、前記予備検出の後に前記ステップモータの回転の有無を検出する本検出を行うための本検出パルスを出力し、前記調整回路は、前記予備検出により前記回転検出手段が非回転であることを検出した場合に、前記回収パルス出力回路からの回収パルスの出力を禁止する構成。

前記回転検出回路は前記誘起電流波形の検出感度を変更する感度設定回路を有し、前記調整回路は、前記回収パルス出力回路から回収パルスが出力された場合に、前記感度設定回路が検出感度を上げるように制御する構成。

また、前記調整回路は、前記駆動パルスのデューティ比が前記電源の電源電圧に応じてあらかじめ定められた安定デューティ比と等しい場合に、前記回転検出パルス出力回路が前記回収パルスを出力するように制御する構成。

これにより、変化する電源電圧の幅広い領域において効率のよい電力回収が実現されると同時に、回収パルスを出力することによる悪影響を低減することができる。

さらに、本発明は、次にあげる構成を含んでいてもよい。それらは次の通りである。

前記電源の電圧を検出する電源電圧検出回路を有し、該電源電圧検出回路の検出結果に基づき、前記回収パルス出力回路が前記回収パルスのパルス幅を制御する構成。

また、前記電源電圧検出回路の検出結果に基づき、前記回収パルス出力回路が前記回収パルスの出力タイミングを制御する構成。

上記の如く本発明によれば、ステップモータによる電力回収を行う制御手段を備えた電子時計において、より効率良く且つ無駄の無い動作で電力回収を行うことが出来るシステムを提供することが出来る。また、回転検出において誤検出を生じることなく電力回収を行うことができるシステムを提供することができる。

本発明の第１の実施形態の電力回収制御手段を備えた電子時計の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の動作を示すタイミングチャート図である。 本発明の第１の実施形態において、回収パルスの出力タイミングがピーク近傍から大きく外れた場合の動作を示すタイミングチャート図である。 本発明の第１の実施形態のモータドライバーの状態を示す等価回路図であって、ｔ１０より前の状態を示すものである。 本発明の第１の実施形態のモータドライバーの状態を示す等価回路図であって、ｔ１０−ｔ１１間の状態を示すものである。 本発明の第１の実施形態のモータドライバーの状態を示す等価回路図であって、ｔ１２直前の状態を示すものである。 本発明の第１の実施形態のモータドライバーの状態を示す等価回路図であって、ｔ１２−ｔ１３間の状態を示すものである。 本発明の第１の実施形態のモータドライバーの状態を示す等価回路図であって、図２（ｂ）のｔ１８直前の状態を示すものである。 本発明の第１の実施形態のモータドライバーの状態を示す等価回路図であって、図２（ｂ）のｔ１８−ｔ１９間の状態を示すものである。 本発明の第２の実施形態の電力回収制御手段を備えた電子時計の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態の動作を示すタイミングチャート図である。 本発明の第３の実施形態の電力回収制御手段を備えた電子時計の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態の動作を示すタイミングチャート図である。 従来の電力回収制御手段を備えた電子時計の構成を示すブロック図である。 従来のモータドライバーの構成を示す等価回路図である。 従来の電力回収制御手段を備えた電子時計の動作を示すタイミングチャート図である。 比較例において、ロータが非回転である場合において、ステップモータに生じる電流波形と、ステップモータのコイルの両端の端子に印加されるパルスを示すタイミングチャートである。 第４の実施形態において、ロータが非回転である場合において、ステップモータに生じる電流波形と、ステップモータのコイルの両端の端子に印加されるパルスを示すタイミングチャートである。 第５の実施形態において、ロータが回転した場合において、ステップモータに生じる電流波形と、ステップモータのコイルの両端の端子に印加されるパルスを示すタイミングチャートである。 第５の実施形態において、ロータが非回転の場合において、ステップモータに生じる電流波形と、ステップモータのコイルの両端の端子に印加されるパルスを示すタイミングチャートである。 第５の実施形態において、予備検出においてロータが回転したと予測されたが、本検出において、ロータが非回転と検出される場合のステップモータに生じる電流波形と、ステップモータのコイルの両端の端子に印加されるパルスを示すタイミングチャートである。 第５の実施形態において、予備検出においてロータが非回転であると予測されたが、本検出において、ロータが回転と検出される場合のステップモータに生じる電流波形と、ステップモータのコイルの両端の端子に印加されるパルスを示すタイミングチャートである。 第６の実施形態において、ロータが回転した場合において、ステップモータに生じる電流波形と、ステップモータのコイルの両端の端子に印加されるパルスを示すタイミングチャートである。 検出抵抗を切り替えることにより閾値電圧を変更する感度設定回路の例を示す図である。 駆動パルスのデューティ比が安定デューティ比である場合に回収パルスを出力する制御のフロー図である。

以下図面により本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の電力回収制御手段を備えた電子時計の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。図２（ａ）〜（ｂ）は本発明の第１の実施形態の動作を示すタイミングチャートである。図３（ａ）〜（ｆ）は本発明の第１の実施形態におけるモータドライバーの動作状態を示す説明図である。図４は本発明の電力回収制御手段を備えた電子時計の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。図５は本発明の第２の実施形態の動作を示すタイミングチャートである。図６は本発明の電力回収制御手段を備えた電子時計の第３の実施形態の構成を示すブロック図である。図７は本発明の第３の実施形態の動作を示すタイミングチャートである。

図１に基づいて本発明の電力回収制御手段を備えた電子時計の第１の実施形態を説明する。尚、従来例の図８（ａ）と同じ部分は同じ符号を付して説明を省略する。

図１において、１１４は分周回路１１２で生成された各種タイミング信号を受けて、回収パルスＳ３を出力する回収パルス出力回路である。６は前記駆動パルス出力回路１１３からの駆動パルスＳ１と前記回収パルスＳ３を入力して、前記モータドライバー３へいずれかを選択出力するセレクタである。すなわち、駆動パルスＳ１と回収パルスＳ３とは、セレクタにより切り替え出力される。

次に、図２（ａ）、図３（ａ）〜（ｄ）に基づいて本発明の第１の実施形態による動作を説明する。

図２（ａ）において、通常（時刻ｔ１０より前）、ＯＵＴ１端子及びＯＵＴ２端子が共にＧＮＤ（＋）で同電位になっているため、前記モータドライバー３は図３（ａ）に示すような等価回路状態となっている。即ち、前記ＰＭＯＳトランジスタ２１ｐと２２ｐが共にオンしているため、それぞれ低抵抗２１０ｐ、２２０ｐで示される。また、前記ＮＭＯＳトランジスタ２１ｎと２２ｎは共にオフしているため、それぞれ前記寄生ダイオード２３ｎと２４ｎで示される。この場合、ＯＵＴ１端子及びＯＵＴ２端子が共にＧＮＤ（＋）で同電位になる為、コイル２５に流れる電流はゼロである。

時刻ｔ１０になると、前記駆動パルス出力回路１１３からの駆動パルスＳ１が、セレクタ６によりモータドライバー３から駆動パルスとして選択出力され、ＯＵＴ１端子がＬｏｗレベル、ＯＵＴ２端子がＨｉｇｈレベルとなるため、コイル２５に電流が流れて前記ステップモータ４が回転し、指針５が１ステップ進む。この時、前記モータドライバー３は図３（ｂ）に示すような等価回路状態となっている。即ち、前記ＰＭＯＳトランジスタ２２ｐと、前記ＮＭＯＳトランジスタ２１ｎが共にオンしているため、それぞれ低抵抗２２０ｐ、２１０ｎで示される。また、前記ＰＭＯＳトランジスタ２１ｐと前記ＮＭＯＳトランジスタ２２ｎは共にオフしているため、それぞれ前記寄生ダイオード２３ｐと２４ｎで示される。モータドライバー３に流れる電流３１は、前記電源２から、低抵抗２２０ｐ→ＯＵＴ２端子→直列抵抗成分２６→コイル２５→ＯＵＴ１端子→低抵抗２１０ｎの方向で流れ、消費する方向である。

時刻ｔ１１になると、前記駆動パルスＳ１が停止し、ＯＵＴ１端子及びＯＵＴ２端子が共にＧＮＤ（＋）で同電位になる為、コイル２５への通電は遮断される。しかし、ロータが慣性により回転していることによる誘起電流が発生している。

この誘起電流がピーク付近になる時刻ｔ１２の直前において、前記モータドライバー３は図３（ｃ）に示すような等価回路状態となっている。即ち、前記ＰＭＯＳトランジスタ２１ｐと２２ｐが共にオンしているため、それぞれ低抵抗２１０ｐ、２２０ｐで示される。また、前記ＮＭＯＳトランジスタ２１ｎと２２ｎは共にオフしているため、それぞれ前記寄生ダイオード２３ｎと２４ｎで示される。モータドライバー３に流れる電流３２は、コイル２５から、ＯＵＴ１端子→低抵抗２１０ｐ→低抵抗２２０ｐ→ＯＵＴ２端子→直列抵抗成分２６の方向で流れる、ロータの自由振動によって発生する誘起電流である。

時刻ｔ１２になると、前記誘起電流がピーク近傍となり、最も効率良く電力回収出来る状態となる。ここで、前記回収パルス出力回路１１４からの回収パルスＳ３が、セレクタ６によりモータドライバー３から回収パルスとして選択出力され、前記ステップモータ４を回転させるための時刻ｔ１０からｔ１１の駆動パルスとは逆となる、ＯＵＴ１端子がＨｉｇｈレベル、ＯＵＴ２端子がＬｏｗレベルとする。この時、前記モータドライバー３は図３（ｄ）に示すような等価回路状態となっている。即ち、前記ＰＭＯＳトランジスタ２１ｐと、前記ＮＭＯＳトランジスタ２２ｎが共にオンしているため、それぞれ低抵抗２１０ｐ、２２０ｎで示される。また、前記ＰＭＯＳトランジスタ２２ｐと前記ＮＭＯＳトランジスタ２１ｎは共にオフしているため、それぞれ前記寄生ダイオード２４ｐと２３ｎで示される。

この時、起電力を発生しているコイル２５と電源２が、低抵抗２１０ｐと低抵抗２２０ｎと直列抵抗成分２６を介して並列接続される構成となる。即ち、前記モータドライバー３には、前記コイル２５からＯＵＴ１端子→低抵抗２１０ｐ→電源２→低抵抗２２０ｎ→ＯＵＴ２端子→直列抵抗成分２６の方向で流れる電流３３と、前記電源２から低抵抗２１０ｐ→ＯＵＴ１端子→コイル２５→直列抵抗成分２６→ＯＵＴ２端子→低抵抗２２０ｎの方向で流れる電流３４が合成された電流が流れるが、前記誘起電流がピーク近傍で非常に多いため、電流３３が支配的となる。前記電流３３は電源２を充電、即ち電力を回収する方向である。

時刻ｔ１３になると、前記回収パルスＳ３が停止し、ＯＵＴ１端子及びＯＵＴ２端子が共にＧＮＤ（＋）で同電位になる為、コイル２５への通電は遮断される。しかし、ロータが慣性により回転していることによる誘起電流が未だ若干残っているため、前記モータドライバー３は図３（ｃ）に示すような等価回路状態に戻り、電力回収動作は終了する。

尚、時刻ｔ１２からｔ１３の回収パルスの時間幅は、出願人の実験測定により、１ｍｓ未満程度が適正と考えている。１ｍｓ以上であると、前記ステップモータ４が回転してしまう恐れがあることに加え、コイル２５に生じている回収可能な誘起電力が少なくなり、図３（ｄ）における、電力を回収する方向である電流３３に対し、電力を消費する方向である電流３４が支配的になってしまうからである。

また、時刻ｔ１４からｔ１５は、前記時刻ｔ１０からｔ１１の駆動パルスとは逆にＯＵＴ１端子がＨｉｇｈレベル、ＯＵＴ２端子がＬｏｗレベルとなるため、コイル２５に前記駆動パルスとは逆向きに電流が流れて前記ステップモータ４が回転し、指針５が１ステップ進む。時刻ｔ１６からｔ１７は、前記時刻ｔ１２からｔ１３の回収パルスとは逆にＯＵＴ１端子がＬｏｗレベル、ＯＵＴ２端子がＨｉｇｈレベルとする。即ち、前記時刻ｔ１０からｔ１３の駆動パルス出力制御と回収パルス出力制御の極性が逆になっただけであるので、詳細な説明は省略する。

ところで、前記回収パルスが、ロータが慣性により回転していることによる誘起電流のピーク近傍から大きく外れた場合の動作について、図２（ｂ）と図３（ｅ）〜（ｆ）に基づき説明する。

図２（ｂ）において、時刻ｔ１０からｔ１１の駆動パルス出力後、ロータが慣性により回転していることによる誘起電流が発生している時刻ｔ１８の直前において、前記モータドライバー３は図３（ｅ）に示すような等価回路状態となっている。この時、モータドライバー３に流れる電流３５は、コイル２５から、直列抵抗成分２６→ＯＵＴ２端子→低抵抗２２０ｐ→低抵抗２１０ｐ→ＯＵＴ１端子の方向、即ち前記電流３２と逆方向である。

時刻ｔ１８になり、前記回収パルス出力回路１１４からの回収パルスＳ３が、セレクタ６によりモータドライバー３から回収パルスとして選択出力され、前記ステップモータ４を回転させるための時刻ｔ１０からｔ１１の駆動パルスとは逆となる、ＯＵＴ１端子がＨｉｇｈレベル、ＯＵＴ２端子がＬｏｗレベルとする。この時、前記モータドライバー３は図３（ｆ）に示すような等価回路状態となっている。

この時、起電力を発生しているコイル２５と電源２が、低抵抗２１０ｐと低抵抗２２０ｎと直列抵抗成分２６を介して直列接続される構成となる。即ち、前記モータドライバー３には、前記コイル２５から直列抵抗成分２６→ＯＵＴ２端子→低抵抗２２０ｎ→電源２→低抵抗２１０ｐ→ＯＵＴ１端子の方向で流れる電流３６と、前記電源２から低抵抗２１０ｐ→ＯＵＴ１端子→コイル２５→直列抵抗成分２６→ＯＵＴ２端子→低抵抗２２０ｎの方向で流れる電流３７が合成された電流が流れることになり、前記電源２は充電されず、回収パルスが出力される時刻ｔ１９まで、逆に電力を消費する方向となってしまう。

従って、前記回収パルスは、図２（ａ）の時刻ｔ１２からｔ１３に示されるように、誘起電流のピーク近傍で出力するのが望ましいことが分かる。

次に、図４、図５に基づいて本発明の電力回収制御手段を備えた電子時計の第２の実施形態を説明する。

図４において、７は前記電源２の電圧を検出する電源電圧検出回路であり、その結果を前記回収パルス出力回路１１４へ出力する。

次に、図５に基づいて本発明の第２の実施形態による動作を説明する。

図５において、通常（時刻ｔ２０より前）、ＯＵＴ１端子及びＯＵＴ２端子が共にＧＮＤ（＋）で同電位になっているため、コイル２５に流れる電流はゼロである。

時刻ｔ２０になると、電源電圧検出回路７の結果に基づき、電源電圧４１のレベルに対応した前記駆動パルス出力回路１１３からの駆動パルスＳ１が、セレクタ６によりモータドライバー３に駆動パルスとして選択出力され、ＯＵＴ１端子がＬｏｗレベル、ＯＵＴ２端子がＨｉｇｈレベルとなるため、コイル２５に電流が流れて前記ステップモータ４が回転し、指針５が１ステップ進む。

時刻ｔ２１になると、前記駆動パルスＳ１が停止し、ＯＵＴ１端子及びＯＵＴ２端子が共にＧＮＤ（＋）で同電位になる為、コイル２５への通電は遮断される。しかし、ロータが慣性により回転していることによる誘起電流が発生している。

ところで、この誘起電流は電源電圧により幅や大きさが異なる。例えば、電圧が高い電源電圧４１のレベルの場合、ロータの自由振動が強くなり、誘起電流のピーク付近の幅が広くなる。即ち、電力を回収できる時間が増えるので、それに合わせて前記回収パルス出力回路１１４が制御され、幅の広い回収パルスＳ３が、セレクタ６によりモータドライバー３に回収パルスとして選択出力される（時刻ｔ２２から時刻ｔ２３）。

また、この誘起電流は電源電圧によりピークが発生する時間が異なる。例えば、電圧が高い電源電圧４１のレベルの場合、ロータの自由振動が強くなり、誘起電流のピークが駆動パルス（時刻ｔ２０からｔ２１）に近くなるので、それに合わせて前記回収パルス出力回路１１４が制御され、適正なタイミングにて回収パルスＳ３が、セレクタ６によりモータドライバー３に回収パルスとして選択出力される。

時刻ｔ２８になると、例えば前記ステップモータ４を回転させたことによる電源電圧低下、或いはその他時計機能を使用したことによる電源電圧低下が生じ、電源電圧４２のレベルの状態が生じたとする。

時刻ｔ２４になると、電源電圧検出回路７の結果に基づき、電源電圧４２のレベルに対応した前記駆動パルス出力回路１１３からの駆動パルスＳ１が、セレクタ６によりモータドライバー３に駆動パルスとして選択出力され、ＯＵＴ１端子がＨｉｇｈレベル、ＯＵＴ２端子がＬｏｗレベルとなるため、コイル２５に電流が流れて前記ステップモータ４が回転し、指針５が１ステップ進む。

時刻ｔ２５になると、前記駆動パルスＳ１が停止し、ＯＵＴ１端子及びＯＵＴ２端子が共にＧＮＤ（＋）で同電位になる為、コイル２５への通電は遮断される。しかし、ロータが慣性により回転していることによる誘起電流が発生している。

電圧が低い電源電圧４２のレベルの場合、ロータの自由振動が弱くなり、誘起電流のピーク付近の幅が狭くなる。即ち、電力を回収できる時間が減るので、それに合わせて前記回収パルス出力回路１１４が制御され、幅の狭い回収パルスＳ３が、セレクタ６によりモータドライバー３に回収パルスとして選択出力される（時刻ｔ２６から時刻ｔ２７）。

また、電圧が低い電源電圧４２のレベルの場合、ロータの自由振動が弱くなり、誘起電流のピークが駆動パルス（時刻ｔ２４からｔ２５）から遠くなるので、それに合わせて前記回収パルス出力回路１１４が制御され、適正なタイミングにて回収パルスＳ３が、セレクタ６によりモータドライバー３に回収パルスとして選択出力される。

次に、図６、図７に基づいて本発明の電力回収制御手段を備えた電子時計の第３の実施形態を説明する。

図６において、１１５は前記ステップモータ４の回転／非回転を判別するための回転検出パルスＳ４を出力する回転検出パルス出力回路である。９はステップモータ４が回転したことによる誘起電流のうち、駆動パルスによる電流と同極性の誘起電流をモータドライバー３より検出する（第１検出モード）第１電流波形検出回路、１０は前記ステップモータ４が回転したことによる誘起電流のうち、駆動パルスによる電流と反対の極性の誘起電流をモータドライバー３より検出する（第２検出モード）第２電流波形検出回路である。８は前記第１電流波形検出回路９と前記第２電流波形検出回路１０の検出信号を受けて、前記ステップモータ４の回転／非回転を判別する回転検出回路であり、その結果を前記回収パルス出力回路１１４へ出力する。

尚、前記第１検出モードと第２検出モードによりステップモータの回転／非回転を判別する方法に関しては、本出願人によって前述の特許文献２に開示されている為、詳細な説明は省略する。

次に、図７に基づいて本発明の第３の実施形態による動作を説明する。

図７において、通常（時刻ｔ３０より前）、ＯＵＴ１端子及びＯＵＴ２端子が共にＧＮＤ（＋）で同電位になっているため、コイル２５に流れる電流はゼロである。

時刻ｔ３０になると、電源電圧検出回路７の結果に基づき、電源電圧４３のレベルに対応した前記駆動パルス出力回路１１３からの駆動パルスＳ１が、セレクタ６によりモータドライバー３に駆動パルスとして選択出力され、ＯＵＴ１端子がＬｏｗレベル、ＯＵＴ２端子がＨｉｇｈレベルとなるため、コイル２５に電流が流れて前記ステップモータ４が回転し、指針５が１ステップ進む。

時刻ｔ３１になると、前記駆動パルスＳ１が停止し、ＯＵＴ１端子及びＯＵＴ２端子が共にＧＮＤ（＋）で同電位になる為、コイル２５への通電は遮断される。しかし、ロータが慣性により回転していることによる誘起電流が発生している。

時刻ｔ３２になると、前記ステップモータ４の回転／非回転を判別する為の回転検出パルスＳ４が、セレクタ６によりモータドライバー３に回転検出パルスとして選択出力される。この結果、前記駆動パルスと同極性の誘起電流が、前記第１電流波形検出回路が備える検出抵抗（図示せず）により電圧変換され、ＯＵＴ２端子がＬｏｗレベルに変化することで回転検出信号となる。時刻ｔ３３になると、前記回転検出パルスが停止し、ＯＵＴ１端子及びＯＵＴ２端子が共にＧＮＤ（＋）で同電位になる。これを予め定めた所定回数だけ繰り返し、第１電流波形検出回路による検出を終了する。

この検出終了直後の時刻ｔ３４に、前記回収パルス出力回路１１４からの回収パルスＳ３が、セレクタ６によりモータドライバー３から回収パルスとして選択出力され、前記ステップモータ４を回転させるための時刻ｔ３０からｔ３１の駆動パルスとは逆となる、ＯＵＴ１端子がＨｉｇｈレベル、ＯＵＴ２端子がＬｏｗレベルとする。これにより、電力回収を行う。

時刻ｔ３５になると、前記回収パルスＳ３が停止し、ＯＵＴ１端子及びＯＵＴ２端子が共にＧＮＤ（＋）で同電位になる為、電力回収動作は終了する。

更に、時刻ｔ３６になると、前記ステップモータ４の回転／非回転を判別する為の回転検出パルスＳ４が、セレクタ６によりモータドライバー３に回転検出パルスとして選択出力される。この結果、前記駆動パルスと反対極性の誘起電流が、前記第２電流波形検出回路が備える検出抵抗（図示せず）により電圧変換され、ＯＵＴ１端子がＬｏｗレベルに変化することで回転検出信号となる。時刻ｔ３７になると、前記回転検出パルスが停止し、ＯＵＴ１端子及びＯＵＴ２端子が共にＧＮＤ（＋）で同電位になる。これを予め定めた所定回数だけ繰り返し、第２電流波形検出回路による検出を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、ステップモータの回転検出に影響を与えることなく、簡素な構成でより効率良く且つ無駄の無い動作で電力回収を行うことができ、消費電力を低減した電子時計が実現できる。

なお、上述した回転検出パルス出力回路１１５及び回収パルス出力回路１１４から出力されるパルスのタイミングは、調整回路１２により制御される。すなわち、調整回路１２は、回転検出回路８における回転の有無の誤判定を防止するため、回転検出パルス出力回路１１５と、回収パルス出力回路１１４の動作を制御するものである。本実施形態では、調整回路１２は回転検出パルス出力回路１１５及び回収パルス出力回路１１４から出力されるパルスのタイミングを制御するものであるが、以降説明する実施形態の電子時計が行うように、各パルスの有無を制御するものであってもよいし、回転検出回路８における検出の閾値を制御するものであってもよい（図６中では破線による矢印で示した）。

また、調整回路１２は必ずしも回転検出パルス出力回路１１５、回収パルス出力回路１１４及び回転検出回路８から独立して設けられている必要はなく、回転検出パルス出力回路１１５、回収パルス出力回路１１４及び回転検出回路８が相互に通信を行い制御を行うようそれぞれの回路に設けられたものであってもよい。

続いて、以下に説明する実施形態では、回転検出パルスの出力タイミングが可変である場合に、回転検出において誤検出を生じることなく電力回収を行う例を説明する。

最初に、本発明の第４の実施形態を図９、図１０を用いて説明する。なお、本実施形態の電力回収手段を備えた電子時計の構成は、先に説明した第３の実施形態のものと同様であるため、図６を本実施形態の電子時計の構成を示すブロック図として援用する。

まず、本実施形態における電子時計の動作を説明する前に、図９を用いて、電力回収を行うことにより、回転検出において誤検出を生じるケースを比較例として説明する。図９は、比較例において、ロータが非回転である場合において、ステップモータ４に生じる電流波形と、ステップモータ４のコイルの両端の端子に印加されるパルスを示すタイミングチャートである。図中（ａ）は、コイルに生じる誘起電流の電流波形、（ｂ）はコイルの一方の端子ＯＵＴ１における電位、（ｃ）はコイルの他方の端子ＯＵＴ２における電位を示している。

まず、正秒毎に、ステップモータ４のロータを回転させるための駆動パルスＳＰが出力され、それにより電流波形ｃ１が生じる。この例では、ロータは回転に至らなかったものとする。なお、駆動パルスＳＰが櫛歯状の波形となっているのは、駆動パルスＳＰのデューティ比が最大値より小さな値となっているため、駆動パルスＳＰの出力期間に対し、実際に駆動パルスＳＰが出力されている期間が短くなっているためである。電流波形ｃ１の形状は、駆動パルスＳＰの形状に対応して鋸歯状となっている。

その後、正秒より５ｍｓ経過後に、回転検出のための第１検出モードが開始され、端子ＯＵＴ２に１ｍｓ毎に回転検出パルスが印加される。この回転検出パルスは、端子ＯＵＴ２側がＬレベルとなる向きに誘起電流が発生していることを検出するものであり、端子ＯＵＴ２側において検出された電圧値が閾値電圧Ｖｔｈより小さい（すなわち、検出された電圧値の絶対値が閾値電圧Ｖｔｈの絶対値より大きい）場合に検出成功と判定する。そして、第１検出モードにおいて、２回検出に成功したならば、次に説明する第２検出モードに移行するものとなっている。本例では、正秒より５ｍｓ及び６ｍｓの時点で電流波形ｃ５が正となっているため、回転検出パルスＶ５及びＶ６において検出に成功することとなる。

その後、第２検出モードに移行し、端子ＯＵＴ１に１ｍｓごとに回転検出パルスが印加される。この回転検出パルスは、端子ＯＵＴ１側がＬレベルとなる向きに誘起電流が発生していることを検出するものであり、端子ＯＵＴ１側において検出された電圧値が閾値電圧Ｖｔｈより小さい（すなわち、検出された電圧値の絶対値が閾値電圧Ｖｔｈの絶対値より大きい）場合に検出成功と判定する。そして、第２検出モードとしてあらかじめ定められた期間（本例では６ｍｓ）内に、検出に成功すれば、ロータが回転したものと判定するようになっている。本例では、回転検出パルスＶ７が第２検出モードの検出パルスであり、正秒より７ｍｓの時点での電流波形ｃ６が負となっているため、回転検出パルスＶ７において検出に成功したものと判断されている。

また、図中ＲＰは回収パルスである。

ここで、同図（ａ）より容易にみて取れるように、電流波形は、回収パルスＲＰが出力されていなければ、電流波形ｃ５及びｃ７がなだらかに連続する波形となるため、負となることがなく、第２検出モードにおいて検出成功と判定されることはないので、ロータが非回転であることが正しく検出される。ところが、回収パルスＲＰが印加されている時点では、ステップモータ４のコイルに電源電圧が重畳されることになるため、その値が負となる電流波形ｃ６が生じており、そのために回転検出パルスＶ７において検出成功と判定される。その結果、ロータが非回転であるにもかかわらず回転と誤判定され、電子時計に遅れが生じることとなってしまう。

図１０は、上記の点を考慮した本実施形態において、ロータが非回転である場合において、ステップモータ４に生じる電流波形と、ステップモータ４のコイルの両端の端子に印加されるパルスを示すタイミングチャートである。

まず、正秒毎に駆動パルスＳＰが端子ＯＵＴ１に出力され、それにより電流波形ｃ１が発生する。そして、正秒より５ｍｓ経過時点より第１検出モードが開始され、回転検出パルスＶ５，Ｖ６が出力される。この両パルスは電流波形ｃ５により検出成功と判定される。２回検出に成功したため、第２検出モードに移行する点は、先の比較例と同様である。

本実施形態の電子時計では、回収パルスＲＰを第１検出モードの検出に成功した直後に出力するとともに、回収パルスＲＰによる第２検出モードでの誤検出を防止するため、一定期間第２検出モードでの回転検出パルスの出力を禁止する。換言すれば、本実施形態の電子時計は、駆動パルスＳＰによる電流波形と同極性の誘起電流波形を検出するための第１検出パルス（＝第１検出モードにおける回転検出パルス）による検出終了後に回収パルスＲＰを出力し、所定期間経過後に、駆動パルスＳＰによる電流波形と反対極性の誘起電流波形を検出するための第２検出パルス（＝第２検出モードにおける回転検出パルス）の出力を開始させる。

このようにすることにより、回収パルスＲＰによる影響が除去され、誤判定が防止される。この例では、回収パルスＲＰが出力されてから１ｍｓの間、第２検出モードでの回転検出パルスの出力が禁止される。そのため、第２検出モードでの回転検出パルスは、正秒から７ｍｓ経過時においては出力されず、正秒から８ｍｓ経過時点より出力される（図中Ｖ８，Ｖ９，Ｖ１０，Ｖ１１，Ｖ１２及びＶ１３）。これらの回転検出パルスは、電流波形ｃ７が正であるためいずれも検出に失敗し、第２検出モードの期間である６ｍｓ内に検出に成功しなかったため、ロータが非回転であると正しく判定される。

続いて、本発明の第５の実施形態を図１１、図１２を用いて説明する。なお、本実施形態の電力回収手段を備えた電子時計の構成についても、先に説明した第３の実施形態のものと同様であるため、図６を本実施形態の電子時計の構成を示すブロック図として援用する。

図１１は、本実施形態において、ロータが回転した場合において、ステップモータ４に生じる電流波形と、ステップモータ４のコイルの両端の端子に印加されるパルスを示すタイミングチャートである。

まず、正秒毎に駆動パルスＳＰが端子ＯＵＴ１に出力され、それにより電流波形ｃ１が発生する。

そして、本実施形態では、正秒より５ｍｓ経過時に、第１検出モードによる回転検出パルスＶ５を出力する。この回転検出パルスＶ５は、先の第４の実施形態における第１検出モードとは異なり、端子ＯＵＴ２側がＬレベルとなる向きに誘起電流が発生していることを検出するものであり、端子ＯＵＴ２側において検出された電圧値が閾値電圧Ｖｔｈより小さい（すなわち、検出された電圧値の絶対値が閾値電圧Ｖｔｈの絶対値より大きい）場合に回転である可能性が高いと判定する。この検出は、ロータが正常に回転している場合に、駆動パルスＳＰによる電流波形ｃ１の直後に、電流値が負となる電流波形ｃ２が発生することから、この電流波形ｃ２を検知するものであり、かかる電流波形ｃ２が検知されたならば、ロータが回転している可能性が高いのである。換言するならば、本実施形態の第１検出モードは、ロータの回転の有無を予備的に検出する予備検出を行うための予備検出パルスを出力するモードである。本実施形態の電子時計は、この第１検出モードによる検出により、簡易に回転の成否を判定し、回転の可能性が低い場合、すなわち、電流波形ｃ２が検知できなかった場合には誤検出を防止するため回収パルスＲＰの出力を禁止するように構成されているものである。すなわち、予備検出モードにおける予備検出により、回転検出回路８（図６参照）がロータが非回転であることを検出した場合には、調整回路１２（図６参照）は回収パルス出力回路１１４（図６参照）からの回収パルスＲＰの出力を禁止する。この例では、回転検出パルスＶ５は電流波形ｃ２により、回転である可能性が高いと判定され、回収パルスＲＰの出力は禁止されない。

続いて、正秒より６ｍｓ経過時点より第２検出モードが開始され、回転検出パルスＶ６，Ｖ７が出力される。この第２検出モードは、先の第４の実施形態における第１検出モードと同様であり、端子ＯＵＴ１側がＬレベルとなる向きに誘起電流が発生していることを検出するものである。この例では、電流波形ｃ３により回転検出パルスＶ６，Ｖ７による検出は成功と判定される。２回検出に成功したため、続く第３検出モードに移行する。

一方、回収パルスＲＰは、第１検出モードによる検出が成功しているために出力され、電力回収が行われる。回収パルスＲＰの出力タイミングは、回収効率が高くなるよう選択され、例えば、電流波形ｃ３のピーク位置付近となるようにあらかじめ定められる。なお、回収パルスＲＰの出力タイミングを、第２検出モードによる検出が成功した直後としてもよい。

さらに、第３検出モードがこの例では正秒より８ｍｓ経過時点より開始される。この第３検出モードは、先の第４の実施形態における第２検出モードと同様であり、端子ＯＵＴ１側がＬレベルとなる向きに誘起電流が発生していることを検出するものである。この例では、回転検出パルスＶ８は未だ電流値が正である電流波形ｃ３を検出するものであるため、検出に失敗するが、続く回転検出パルスＶ９は電流値が負である電流波形ｃ４を検出するものであるため、検出に成功する。そして、第３検出モードにおいて検出に成功したことから、ロータが回転していると正しく判定される。以上の説明の通り、本実施形態では、第２検出モード及び第３検出モードは、予備検出の後、さらにロータの回転の有無を検出するモードである。換言するならば、本実施形態の第２検出モード及び第３検出モードは、予備検出の後にロータの回転の有無を検出する本検出を行うための本検出パルスを出力するモードである。第２検出モード及び第３検出モードにおいて出力される回転検出パルス、この場合は、回転検出パルスＶ６乃至Ｖ９が本検出パルスに該当する。

図１２は、本実施形態において、ロータが非回転の場合において、ステップモータ４に生じる電流波形と、ステップモータ４のコイルの両端の端子に印加されるパルスを示すタイミングチャートである。

この場合、同図に示すように、駆動パルスＳＰによる電流波形ｃ１の直後から電流値が正である電流波形ｃ５が現れ、図１１に示したような、電流値が負となる電流波形が現れない。そのため、第１検出モードにおける回転検出パルスＶ５による検出は失敗し、回収パルスＲＰの出力が禁止される。

続く第２検出モードでは、回転検出パルスＶ６，Ｖ７は電流値が正である電流波形ｃ５を検知するため、いずれも検出に成功する。そして、２回検出に成功したため、続く第３検出モードに移行する。一方、回収パルスＲＰは、第１検出モードによる検出が失敗しているために出力されない。

そのため、第３検出モードにおいては、回収パルスＲＰの影響による誤検出が生じることはない。そして、第３検出モードでの回転検出パルスＶ８乃至Ｖ１３は、電流波形ｃ５の電流値が正であることからいずれも検出に失敗し、結果、ロータが非回転であると正しく判定される。

なお、本実施形態における予備検出は、ロータの回転の有無を予備的に検出する、すなわち、ロータの回転及び非回転の可能性が高いことを予測するものであって、実際のロータの回転及び非回転の確定的な判定は、本検出によらなければならない。すなわち、予備検出においてロータの回転の可能性が高いと予測されたにもかかわらず、ロータが非回転であったことを本検出にて検出する場合、あるいは、予備検出においてロータが非回転である可能性が高いと予測されたにもかかわらず、ロータが回転したことを本検出にて検出する場合があり得る。

図１３は、本実施形態において、予備検出においてロータが回転したと予測されたが、本検出において、ロータが非回転と検出される場合のステップモータに生じる電流波形と、ステップモータのコイルの両端の端子に印加されるパルスを示すタイミングチャートである。

同図中（ａ）に示した電流波形は、電源電圧が低下したり、外力の作用や姿勢の変化等の影響により運針にばらつきが生じ、わずかに駆動力が低下した等の場合に発生する電流波形である。この場合、同図に示すように、駆動パルスＳＰによる電流波形ｃ１の直後に、電流値が負となる電流波形ｃ２が現れる。そのため、第１検出モードにおける回転検出パルスＶ５による検出は成功と判断される。そのため、この場合、予備検出においてはロータは回転している可能性が高いと判断され、回収パルスＲＰの出力は禁止されない。

続く第２検出モードでは、回転検出パルスＶ６，Ｖ７は電流値が正である電流波形ｃ５を検知するため、いずれも検出に成功する。そして、２回検出に成功したため、続く第３検出モードに移行するとともに、回収パルスＲＰが電流波形ｃ３のピーク位置付近と予測されるタイミング若しくは第２検出モードによる検出が成功した直後に出力され、電力の回収が行われる。

しかしながら、第３検出モードにて出力される回転検出パルスＶ８乃至Ｖ１３では、電流波形ｃ５の電流値が正であるためいずれも検出に失敗する。そして、第３検出モードの期間である６ｍｓ内に検出に成功しなかったため、ロータが非回転であると正しく判定される。すなわち、本検出において、ロータが非回転であることが正しく判定されるのである。

このとき、ロータが実際には非回転であるにも関わらず回収パルスＲＰが出力されることになる。しかしながら、本例のように、電流波形ｃ２が生じる場合には、続く電流波形ｃ５における電流波形の電流値は高いものとなり、しかも、回収パルスＲＰはロータが回転しない程度の弱いパルスであることから、図示のように、第３検出モードにおいて、電流波形の電流値が負となることはない。そのため、本検出においては、ロータが非回転であることが正しく判定される。

図１４は、本実施形態において、予備検出においてロータが非回転であると予測されたが、本検出において、ロータが回転と検出される場合のステップモータに生じる電流波形と、ステップモータのコイルの両端の端子に印加されるパルスを示すタイミングチャートである。

同図中（ａ）に示した電流波形は、例えばカレンダ機構を駆動する等、一時的に大きな負荷が生じた場合に発生する。一時的に大きな負荷が生じた場合には、駆動パルスのデューティ比は、ロータを正常に回転させうる最も低いデューティ比ではなく、一時的に高いデューティ比となる。そして、カレンダ機構等の駆動を終えた後も、しばらくの間はこの高いデューティ比が維持される。このような場合、同図に示すように、駆動パルスＳＰによる電流波形ｃ１の直後に、電流値が負となる電流波形は現れない。そのため、第１検出モードにおける回転検出パルスＶ５による検出は失敗し、予備検出においてはロータは非回転の可能性が高いと判断され、回収パルスＲＰの出力が禁止される。

続く第２検出モードでは、回転検出パルスＶ６，Ｖ７は電流値が正である電流波形ｃ３を検知するため、いずれも検出に成功する。そして、２回検出に成功したため、続く第３検出モードに移行する。このとき、回収パルスＲＰはその出力が禁止されているため、出力されない。

そして、続く第３検出モードにて出力される回転検出パルスＶ８において、電流値が負である電流波形ｃ４を検出するため、検出は成功と判断される。第３検出モードにおいて検出に成功したため、この場合、ロータは回転していると正しく判断される。すなわち、本検出において、ロータが回転したことが正しく判定されるのである。

このとき、ロータが実際には回転であるにも関わらず回収パルスＲＰが出力されないため、電力の回生はできないことになる。しかしながら、本例のように、駆動パルスＳＰのデューティ比が高い状態において、ロータが回転していることを一定期間連続で正しく検出していれば、駆動パルスＳＰのデューティ比が下げられる。その結果、ロータの駆動に要する電力は少なくなり、また、電流波形も図１１（ａ）に示したものとなることから、電力の回生がおこなわれるようになる。すなわち、結果的に低消費電力化が達成されることになる。

続いて、本発明の第６の実施形態を図１５、図１６を用いて説明する。なお、本実施形態の電力回収手段を備えた電子時計の構成についても、先に説明した第３の実施形態のものと同様であるため、図６を本実施形態の電子時計の構成を示すブロック図として援用する。

図１５は、本実施形態において、ロータが回転した場合において、ステップモータ４に生じる電流波形と、ステップモータ４のコイルの両端の端子に印加されるパルスを示すタイミングチャートである。

まず、正秒毎に駆動パルスＳＰが端子ＯＵＴ１に出力され、それにより電流波形ｃ１が発生する。

そして、本実施形態では、正秒より５ｍｓ経過時に、第１検出モードによる回転検出パルスＶ５を出力する。この第１検出モードは、先の第４の実施形態における第１検出モードと同様であり、端子ＯＵＴ１側がＬレベルとなる向きに誘起電流が発生していることを検出するものである。このとき、端子ＯＵＴ２側において検出された電圧値と比較する閾値電圧Ｖｔｈ１は、先の第４の実施形態における第１検出モードにおける閾値電圧Ｖｔｈと同様の値である。この例では、正秒より５ｍｓ及び６ｍｓ経過時点における回転検出パルスＶ５及びＶ６においては、電流波形ｃ２の電流値が負であるため検出に失敗するが、続く回転検出パルスＶ７及びＶ８による検出は電流波形ｃ３の電流値が正であるため成功と判定される。そして、第１検出モードにおいて２回検出に成功したため、第２検出モードへと移行する。

一方、回収パルスＲＰは、本実施形態では、第１検出モードによる検出が成功した直後、この例では、回転検出パルスＶ８の出力後に出力される。なお、回収パルスＲＰを、回収効率が高くなるようあらかじめ定めたタイミングで出力するようにしてもよい。

ここで、前述の通り、回収パルスＲＰは、ロータに対するブレーキとして作用するため、ロータはその回転運動エネルギーを失い、以降のロータにより発生する誘起電流の電流波形は小さくなる。図示の例では、電流波形ｃ４の値（絶対値）は、回収パルスＲＰが出力されない場合に比して小さくなるため、その検出が難しくなる。

また、図１５の（ａ）に示す電流波形と先の実施形態において示した図１１の（ａ）に示す電流波形とはその形状が異なっており、そのピーク位置が異なる。これは、電子時計においては、衝撃等の外力やその姿勢の変化等の種々の要因により運針のばらつきが生じるため、正秒毎に得られる電流波形が必ずしも同一とはならないためである。そのため、上述の方法によっても、回収パルスＲＰを、必ず電流波形ｃ３のピーク位置で出力できるわけではなく、図１５に示すようにずれる場合がある。そして、電流波形ｃ３のピーク位置でないタイミングで回収パルスが出力されると、続く電流波形ｃ４の値（絶対値）が小さくなり、より一層その検出が難しくなることになる。

そこで、本実施形態では、電流波形ｃ４を検出するための検出感度を変更する。すなわち、回収パルスＲＰが出力されている場合に、第２検出モードにおいて、端子ＯＵＴ２側がＬレベルとなる向きに誘起電流が発生していることを検出するための検出感度を上げる。

なお、検出感度を変更する方法は特に限定されない。例えば、回転検出のための回路において、あらかじめ閾値電圧を発生する電圧レギュレータを複数用意しておき、回転検出において入力された電圧値を閾値電圧と比較するコンパレータの閾値電圧を切り替えるようにすればよい。この場合、閾値電圧の絶対値が小さいほど、検出感度が高いことになる。図１５に示した例は、この閾値電圧をＶｔｈ１とＶｔｈ２の２種用意し、相互に切り替える例である。あるいは、コイルの端子に接続される検出抵抗の抵抗値を変化させることにより、発生する誘起電圧の絶対値を変化させてもよい。例えば、抵抗値の異なる複数の検出抵抗を切り替え可能にコイルの端子に接続しておき、高抵抗の検出抵抗に切り替えるようにすれば、誘起電圧が高くなり検出が容易になる。この場合、コイルの端子に接続される検出抵抗の抵抗値が大きいほど、検出感度が高いことになる。図１５に即して説明するならば、回収パルスＲＰが出力されている場合の第２検出モードにおいて、高抵抗の検出抵抗に切り替えることにより、図中（ｂ）の回転検出パルスＶ９及びＶ１０の絶対値が大きなものとなり、検出が容易となる。さらに、上述の閾値電圧を切り替えることと、検出抵抗の抵抗値を変化させることの両方を同時に行ってもよい。なお、これらの検出感度を変更するための回路を以下、感度設定回路と称する。

図１６は、検出抵抗を切り替えることにより検出抵抗を変化させ、検出感度を変更する感度設定回路の例を示す図である。図中８１は検出抵抗切り替え回路、８２はコンパレータ回路である。

検出抵抗切り替え回路８１には、ＰＭＯＳトランジスタ８３ａ乃至８３ｄを介し、検出抵抗８４ａ乃至８４ｄがそれぞれ接続されている。そして、図示の通り、検出抵抗８４ａ及び８４ｂは端子ＯＵＴ１に、検出抵抗８４ｃ及び８４ｄは端子ＯＵＴ２にそれぞれ並列に接続されている。また、検出抵抗８４ａと８４ｂ、検出抵抗８４ｃと８４ｄはそれぞれ抵抗値が異なっている。この例では、検出抵抗８４ａ及び８４ｃの抵抗値よりも、検出抵抗８４ｂ及び８４ｄの抵抗値の方が大きいため、検出抵抗８４ｂ又は８４ｄを選択した場合の検出感度は、検出抵抗８４ａ又は８４ｃを選択した場合の検出感度より高い。

この例では、ＰＭＯＳトランジスタ８３ａ乃至８３ｄを適宜切り替えることにより、回転検出に用いる検出抵抗８４ａ乃至８４ｄが切り替えられ、それにより検出感度を変更することができる。例えば、図１５に示した例に即して説明するならば、第１検出モードにおいては、端子ＯＵＴ２側において電圧を検出する際に検出抵抗８４ｃを選択すべくＰＭＯＳトランジスタ８３ｃをＯＮとする。同様に、回収パルスＲＰが出力されている場合の第２検出モードにおいては、端子ＯＵＴ１側において電圧を検出する際に検出抵抗８４ｂを選択すべく、ＰＭＯＳトランジスタ８３ｂをＯＮとする。これにより、検出感度が高いものとなる。回収パルスＲＰが出力されていなければ、第２検出モードにおいて検出抵抗８４ａを選択すべく、ＰＭＯＳトランジスタ８３ａをＯＮとすればよい。端子間の極性が反転した場合も同様にして検出感度が選択される。

コンパレータ回路８２は、端子ＯＵＴ１及びＯＵＴ２にそれぞれ対応してコンパレータが設けられた構造となっており、制御線からの制御信号φｃ１により、閾値電圧が切り替えられるようになっている。なお、コンパレータにおける閾値電圧を切り替える必要がなければ、閾値電圧は固定とし、図示の制御線を省略してもよい。

さらに、以上説明した各実施形態において、回収パルスは、駆動パルスのデューティ比が、電源電圧に応じてあらかじめ定められたデューティ比である安定デューティ比にあるときに出力するようにしてもよい。

すでに説明したとおり、駆動パルスのデューティ比は、ロータを正常に回転させうる最も低いデューティ比が自動的に選択され、出力される。このデューティ比を安定デューティ比と呼んでおり、ロータを駆動する時点での電源電圧と、ロータにより駆動される針等の機構の質量や形状などの負荷及び、ロータやコイル等のモータの構成により決定される。そのため、電子時計の設計若しくは試作の段階で、電源電圧に応じた安定デューティ比をあらかじめ実験的に求めておくことが可能である。なお、安定デューティ比は、必ずしも一つには限られず、電子時計の駆動に伴う電源電圧の低下に応じて、複数用意しておいてもよい。その数には特段の制限はないが、一般的な電子時計の使用中において現れる安定デューティ比は２乃至５程度であるから、これに応じて安定デューティ比を２乃至５程度求めておくのが好ましく、本発明の各実施形態においては、４としている。

図１７は、駆動パルスのデューティ比が安定デューティ比である場合に回収パルスを出力する制御のフロー図である。

まず、ステップＳ１において電子時計の現時点での電源電圧を検出する。この検出は、図６における電源電圧検出回路７の検出結果を用いるとよい。続いて、ステップＳ２で、検出された電源電圧に応じて、あらかじめ実験的に求めておいた安定デューティ比を選択する。そして、ステップＳ３において、運針タイミングであるか否か、すなわち、現時点が毎正秒であるか否かを判断し、運針タイミングであれば、続くステップＳ４へと進み、そうでなければ、運針タイミングが到来するまで待機する。

ステップＳ４では、モータ駆動パルスを出力し、ステップモータ４を回転させる。このとき、駆動パルスにおけるデューティ比は、前述した方法により決定されたものである。すなわち、ロータが正常に回転していることがある一定期間連続で検出された場合には、デューティ比を下げ、また、ロータが非回転であった場合にはデューティ比を上げる制御が行われることにより選択されるデューティ比である。

ステップＳ５では、回収パルスを出力するタイミングであるか否かが判断される。このとき、回収パルスを出力するタイミングは電子時計の設計に応じて定めるとよい。例えば、前述の第１の実施形態のように、誘起電流がピーク付近になる時刻をあらかじめ実験的に求めておき、その時刻を回収パルスを出力するタイミングとしてよい。また、前述の第２の実施形態のように、回収パルスを出力するタイミングを、電源電圧の検出結果に応じて異なるものとしてもよい。さらに、前述の第４の実施形態のように、第１検出モードによる回転検出の終了後に回収パルスを出力するようにしてもよい。回収パルスを出力するタイミングであれば続くステップＳ６へと進み、そうでなければ、かかるタイミングが到来するまで待機する。

ステップＳ６では、ステップＳ２で選択された安定デューティ比と、現在選択されている駆動パルスのデューティ比とを比較し、両者が等しい場合にはステップＳ７へと進み回収パルスを出力する。一方、ステップＳ６で両者が等しくないと判断された場合には、回収パルスは出力されない。

このように構成することで、変化する電源電圧の幅広い領域において効率のよい電力回収が実現される。また同時に、回収パルスは安定した動作がなされているときにのみ出力されるので、回収パルスを出力することによる悪影響、例えば、回転検出における誤判定がなされる可能性等を低減することができる。

一例として、前述の第１の実施形態において、駆動パルスのデューティ比が安定デューティ比である場合に回収パルスを出力する制御を、デューティ比が２２／３２、２３／３２、２４／３２及び２５／３２である場合を安定デューティ比として設定した場合に、かかる構成を有しない場合に比して、およそ５〜６％の消費電力の削減を見た。なお、デューティ比を表現する際の表記として、ｎ／ｍとあるのは、駆動パルスを出力しうる期間全体の長さをｍとした際に、実際に駆動パルスが出力されている期間がｎであることを示す。

尚、本発明の実施例では秒を１秒ごとに歩進させるステップモータの動作で説明したが、当然秒修正時やその他機能を実現する際の高速歩進時にも適用出来る。また、提示したブロック図や回路部品構成、タイミングチャート図はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更することが出来る。

Claims (6)

1. 電源と、表示体を駆動するステップモータと、
   該モータを駆動するモータドライバーと、
   該モータドライバーに対し前記モータを制御する為の制御信号を出力するモータ制御回路と、
   前記モータドライバーに対して前記モータを駆動する為の駆動パルスを出力する駆動パルス出力回路と、
   前記駆動パルス出力後の前記モータのロータの自由振動による誘起電流波形のピーク地点近傍において、前記ロータが回転しない程度の回収パルスを出力させる回収パルス出力回路と、
   を有する電子時計であって、
   該モータ制御回路は、前記駆動パルスと前記回収パルスを切り替え出力し、前記回収パルス出力時に前記誘起電流の電力が前記電源に回生される電子時計。
2. 前記誘起電流波形の検出に使用するための検出パルスを前記ステップモータ制御回路に出力する回転検出パルス出力回路と、
   前記回転検出パルスにより検出した前記誘起電流波形により前記ステップモータの回転の有無を判定する回転検出回路と、
   前記回転検出回路における回転の有無の誤判定を防止するため、前記回転検出パルス出力回路と、前記回収パルス出力回路の動作を制御する調整回路と、
   を有する請求項１記載の電子時計。
3. 前記回転検出パルス出力回路は、前記駆動パルスにより生じた電流波形と同極性の誘起電流波形を検出するための第１検出パルスと、その後に出力される、前記駆動パルスにより生じた電流波形と反対極性の誘起電流波形を検出するための第２検出パルスと、を出力し、
   前記調整回路は、前記回収パルス出力回路が、前記第１検出パルスによる検出の終了後に前記回収パルスを出力し、所定期間経過後に、前記回転検出パルス出力回路が、前記第２検出パルスの出力を開始するように制御する
   請求項２記載の電子時計。
4. 前記回転検出パルス出力回路は、前記ステップモータの回転の有無を予備的に検出する予備検出を行うための予備検出パルスと、前記予備検出の後に前記ステップモータの回転の有無を検出する本検出を行うための本検出パルスを出力し、
   前記調整回路は、前記予備検出により前記回転検出手段が非回転であることを検出した場合に、前記回収パルス出力回路からの回収パルスの出力を禁止する
   請求項２記載の電子時計。
5. 前記回転検出回路は前記誘起電流波形の検出感度を変更する感度設定回路を有し、
   前記調整回路は、前記回収パルス出力回路から回収パルスが出力された場合に、前記感度設定回路が検出感度を上げるように制御する
   請求項２記載の電子時計。
6. 前記調整回路は、前記駆動パルスのデューティ比が前記電源の電源電圧に応じてあらかじめ定められた安定デューティ比と等しい場合に、前記回転検出パルス出力回路が前記回収パルスを出力するように制御する
   請求項１乃至５のいずれかに記載の電子時計。

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