JP6546038B2 - 電子時計および電子時計の制御方法 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態に係る電子時計1の構成を示すブロック図である。また、図2は、本実施形態に係る電子時計1の概略断面図である。
なお、本実施形態の電子時計1は、指針で時刻をアナログ表示するアナログ電子時計である。
図2に示すように、電子時計1は、ソーラーパネル104、文字板121、時針122、分針123、秒針124、指針軸126、基板131、風防141、裏蓋142、ベゼル143、ケース144、およびベルト145を含んで構成される。図2において、電子時計1のベルト145の縁と平行な方向をx軸方向、x軸と垂直な方向をy軸方向、電子時計1の厚み方向をz軸方向とする。
ソーラーパネル104は、文字板121と基板131との間に配置されている。なお、ソーラーパネル104が半透明の透過型の場合、ソーラーパネル104は、文字板121と風防141との間に配置されていてもよい。
なお、図1および図2に示した例では、モータ111によって駆動される回転体として、時針122、分針123、および秒針124を示したが、回転体は、数字や曜日等の文字が印字された円盤であってもよい。
ベゼル143は、風防141の周りに取り付けられた部品である。ベゼル143は、風防141の保護、防水性の確保する機能、または電子時計1の表示機能を補う印字等を有している。
ベルト145は、利用者の手首(腕)に装着されるために使用される。
入力部113は、ユーザによる操作の入力を受け付け、受け付けた操作内容を示す情報を制御回路103に出力する。入力部113は、竜頭(りゅうず)、ボタンである。また、入力部113は、不図示の携帯端末から情報を受信する通信装置を有していてもよい。
分周回路102は、発振回路101から入力された発振信号を分周して通常運針時に用いられる通常信号と、早送り運針時に用いられる早送り信号とを生成する。通常運針時に用いられる通常信号の駆動周波数は、例えば1[Hz]である。ここで、時刻表示において、時針と分針と秒針とを駆動することを、通常運針(第1の運針速度による駆動)といい、指針を早送りして駆動することを、早送り運針(第2の運針速度による駆動)という。早送り信号の限界駆動周波数は、例えば256[Hz]である。なお、限界駆動周波数
とは、モータ111が脱調現象を生じない最大の駆動周波数である。また、駆動周波数とは、モータ111を駆動するパルス信号の周波数である。分周回路102は、生成した通常信号と早送り信号とを制御回路103に出力する。
制御回路103は、入力部113から早送りを示す情報が入力された場合、早送りパルスを生成する指示(以下、早送り指示という)を、早送りパルス生成部108に出力する。また、制御回路103は、入力部113から早送りを示す情報が入力されていない場合、通常送りパルスを生成する指示(以下、通常送り指示という)を、通常送りパルス生成部109に出力する。また、制御回路103は、回転検出判定回路112から入力された情報に基づいて、通常送りパルス信号を補正する必要があると判定した場合、パルス信号を補正するようにパルス幅を調整し、またはパルス信号の数を調整する補助駆動パルス信号の生成指示を、補助駆動パルス生成部110に出力する。
さらに、制御回路103は、回転検出判定回路112から入力された誘起信号のパターンに基づいて、モータ111の回転状況を判定する。制御回路103は、判定した結果に基づいて、補正駆動を行う必要がある場合、補助駆動パルス生成部110に補正指示(以下、補助駆動指示という)を示す情報を出力する。
二次電池105は、ソーラーパネル104から供給された電気エネルギーが、制御回路103の制御によって充電される電池である。二次電池105は、制御回路103に電力を供給する。
定電圧回路107は、制御回路103から供給された電圧を、電源電圧の変動に依存しない所定の定電圧に変換し、変換した定電圧を早送りパルス生成部108に供給する。所定の定電圧とは、例えば2.3[V]である。
なお、二次電池105の電圧をそのまま早送り動作に用いない理由は、駆動電圧を2.8[V]、駆動周波数を128[Hz]で指針125を駆動すると、モータ111に供給されるエネルギーが大きすぎるためモータ111に脱調現象が生じる場合があるからである。
なお、通常送りの動作を定電圧の2.3[V]より高い電圧値の二次電池105の電圧で駆動した場合、駆動周波数が1[Hz]であるため、十分なロータ202(図3参照)の静止時間が得られることで、モータ111に脱調現象は、ほぼ生じない。このため、電子時計1は、二次電池105の電圧で通常送り動作を行っても、指針を安定して動作させることができる。
図3は、本実施形態に係るモータ111の構成図である。
図3に示すように、モータ111は、ロータ収容用貫通孔203を有するステータ201、ロータ収容用貫通孔203に回転可能に配設されたロータ202、ステータ201と接合された磁心208、磁心208に巻回されたコイル209を備えている。
モータ111では、ステータ201及び磁心208が、ネジ(図示せず)あるいは熱カシメによって地板(図示せず)に固定され、互いに接合される。コイル209は、第1端子OUT1、第2端子OUT2を有している。
これにより、可飽和部210、211が飽和して磁気抵抗が大きくなり、その後、ステータ201に生じた磁極とロータ202の磁極との相互作用によって、ロータ202は反計回り方向に180度回転し、磁極軸Aが角度θ1位置で安定的に停止する。図3に示す例の角度θ1は、x軸に対して約225度である。
図4は、本実施形態に係る二次電池105における電圧値の変化の一例を説明する図である。図4において、横軸は二次電池105の容量[mAh]、縦軸は電圧値[V]である。曲線g301は、二次電池105の電圧値対容量の関係を示している。図4に示す例では、ソーラーパネル104に光が照射されて、二次電池105が満(フル)充電された後、再充電が行われていない場合の例である。
容量がc2〜c3の期間を、第2の期間とすると、第1の期間と第2の期間との比は、約4対6程度である。従来技術では、この第1の期間、二次電池105の電圧を定電圧に変換していたため、符号g311が示す領域の電気エネルギーを有効に利用できていなかった。一方、本実施形態では、この第1の期間の電気エネルギーを、通常送りパルス信号に用いることで、有効利用することができる。
図5は、本実施形態に係る通常送りと早送りについて説明する図である。
図5に示すように、通常送りの場合は、電池電圧でモータ111を駆動し、このため駆動電圧の平均電圧値が2.6[V]である。このとき回転可能なレベルまでパルス幅を短くする駆動制御が取られている場合、指針を駆動するときのモータ111による消費電力が、1[μW]であるなら、駆動電圧の平均電圧値が2.6[V]の場合、消費電流は、約0.38[μA](=1[μW]/2.6[V])である。また、通常送りの場合、駆動周波数は、1[Hz]である。
このように、本実施形態では、通常送りを電池電圧で駆動するため、定電圧で駆動する場合と比較して、消費電流を約0.05[μA](=0.43[μA]−0.38[μA])低減することができる。消費電流を低減することで、フル充電された二次電池105により駆動できる時間を長くすることができる。充電中も通常送りによって電流が消費されていたので、通常送りの消費電流を低減することで、二次電池105への充電時間を短縮することができる。一般的に、時計の大きさが小さい女性用の電子時計1では、ソーラーパネル104の大きさが、男性用の電子時計1より小さい。このような場合、通常送りのときの消費電流の低減によって、充電時間の短縮と、二次電池105の電力による使用可能時間が伸びる効果は、利用者にとって非常に大きなメリットとなる。
また、回転可能なレベルまでパルス幅を短くする駆動制御でなく、回転に余裕がある範囲までパルス幅を短くする駆動制御においても同程度の有意差を維持することができる。
なお、本実施形態では、早送りの駆動周波数を16[Hz]以上で使用する。
図6は、本実施形態に係る電子時計1の通常送りと早送りにおける処理の手順のフローチャートである。
(ステップS1)制御回路103は、入力部113から早送りを示す情報が入力されたか否かを判別する。制御回路103は、早送りを示す情報が入力された場合、早送りを行うと判別(ステップS1;YES)し、ステップS3に進める。また、制御回路103は早送りを示す情報が入力されていない場合、早送りを行わないと判別(ステップS1;NO)し、ステップS2に進める。
電子時計1は、上述した通常送りの処理を1秒に一回行い、入力部113から早送りの指示があったときに早送りの処理を行う。
なお、従来技術に係る電子時計は、ソーラーパネル、二次電池、制御回路、電源電圧検出回路、定電圧回路、早送りパルス生成部、通常送りパルス生成部、補助駆動パルス生成部、モータ、回転検出判定回路、入力部、文字板、および指針を有している。
図1に示した電子時計1との差異は、通常送りで用いられる電圧である。また、電源電圧検出回路は、所定の時間間隔で、二次電池の電圧を計測し、計測した電圧値を示す情報を制御回路に出力しているとする。
(ステップS11)制御回路は、電源電圧検出回路から二次電池の電圧値を示す情報を受け取ることで、二次電池の電圧値を検出する。
(ステップS12)制御回路は、二次電池の電圧値が2.3[V]より高い電圧値であるか否かを判別する。制御回路は、2.3[V]より高い電圧値であると判別した場合(ステップS12;YES)、ステップS13に進め、2.3[V]以下の電圧値であると判別した場合(ステップS13;NO)、ステップS14に進める。
もモータ111の脱調を抑えることができる。したがって、本実施形態によれば、低消費化と高速化とを同時に達成できる早送り駆動可能な電子時計1を提供することができる。
この構成によって、本実施形態の電子時計1は、通常送りの場合は、計時に応じた速さで指針や円盤を回転させ、早送りの場合は、通常送りの場合より速く、指針や円盤を所定の位置に回転させることができる。
この構成によって、本実施形態の電子時計1は、指針や円盤の脱調を抑制できる。
この構成によって、本実施形態の電子時計1は、早送りで駆動させる指針や円盤を、正回転方向または逆回転方向に回転させて、指針や円盤を所定の位置に回転させることができる。
第1実施形態では、制御回路が、通常送りを電池電圧で駆動し、電池電圧の電圧値(以下、電池電圧値ともいう)が定電圧(例えば2.3V)の電圧値(以下、定電圧値ともいう)より高い場合に電池電圧で早送りし、電池電圧値が定電圧値以下の場合に低電圧で早送りする例を説明した。本実施形態では、電池電圧値に対する2つの閾値を用いて、制御回路が通常送りと早送りを制御する例を説明する。
また、電子時計1Aは、端末3と接続されて、端末3から指示を受け取る。なお、本実施形態では、電子時計1Aが端末3と近距離通信、例えばBluetooth(登録商標) LE(Low Energy、以下、BLEという)規格の通信方式によって無線通信を行う例を説明するが、通信方式は、他の無線通信方式であってもよく、有線通信方式であってもよい。
まず、端末3について説明する。
端末3は、BLE規格の通信方式の通信機能を有する端末であり、例えばスマートフォン、タブレット端末、携帯ゲーム機器等である。
端末3は、制御部301、通信部302、アンテナ303、表示部304、タッチパネル部305を備えている。
アンテナ303は、通信部302が出力する2.4[GHz]帯の電気信号を電波として空間に送信する。また、アンテナ303は、電子時計1Aが送信した2.4[GHz]帯の電波を受信し、受信した電波を電気信号に変換して通信部302に出力する。
タッチパネル部305は、表示部304の上に設けられているタッチパネル方式のセンサであり、利用者による操作を検出し、検出した操作結果を制御部301に出力する。
次に、電子時計1Aについて説明する。
二次電池105は、ソーラーパネル104(ソーラーセルともいう)から供給された電気エネルギーが充電された電圧VBの電力を、制御回路103Aに供給し、電源電圧検出回路106に出力する。
定電圧回路107Aは、変換した定電圧を早送りパルス生成部108Aと通常送りパルス生成部109Aに供給する。
モータ1111は、早送りパルス生成部108Aが出力した早送りパルス信号、または通常送りパルス生成部109Aが出力した通常送りパルス信号に応じて、時針122を駆動する。
モータ1112は、早送りパルス生成部108Aが出力した早送りパルス信号、または通常送りパルス生成部109Aが出力した通常送りパルス信号に応じて、分針123を駆動する。
モータ1113は、早送りパルス生成部108Aが出力した早送りパルス信号、または通常送りパルス生成部109Aが出力した通常送りパルス信号に応じて、秒針124を駆動する。
なお、第1実施形態においても、電池電圧VBが定電圧VCより高い場合は、秒針124のみ電池電圧VBで駆動し、分針123および時針122を定電圧VCで駆動するようにしてもよい。
なお、上述した各閾値の値は一例であり、これに限られない。第1閾値Vref1の電圧値は、例えば2.4〜2.2[V]の範囲の値であってもよく、第2閾値Vref2の電圧値は、例えば2.1〜1.9[V]の範囲の値であってもよい。
なお、制御回路103Aは、例えば現在の表示時刻と、入力部113Aが出力した時刻合わせのための時刻とを比較することで、モータ111を正転させるか逆転させるか判別するようにしてもよい。
入力部113Aは、通信部1131、アンテナ1132を備えている。
通信部1131は、制御回路103Aの制御に応じて、アンテナ1132を介して端末3との通信を行う。
アンテナ1132は、通信部1131が出力する2.4[GHz]帯の電気信号を電波として空間に送信する。また、アンテナ1132は、端末3が送信した2.4[GHz]帯の電波を受信し、受信した電波を電気信号に変換して通信部1131に出力する。
なお、入力部113Aは、竜頭やプッシュスイッチ等を備えていてもよい。利用者は、竜頭を操作して時刻合わせを行うようにしてもよく、または、時刻合わせの指示を、端末3を操作して行い、端末3から電子時計1Aに早送り指示を送信するようにしてもよい。
一方、早送りパルス生成部108Aには、電池電圧VBが第1閾値Vref1より大きい場合、定電圧回路107Aを介して定電圧VCが供給される。また、早送りパルス生成部108Aには、電池電圧VBが第1閾値Vref1以下かつ第2閾値Vref2以上の場合、電池電圧VBが供給される。さらに、早送りパルス生成部108Aには、電池電圧VBが第2閾値Vref2より小さい場合、電池電圧VBおよび定電圧VCが供給されない。
次に、電池電圧値と通常送りとの関係、電池電圧値と早送りとの関係を説明する。
図12は、本実施形態に係る電池電圧値と通常送りとの関係、電池電圧値と早送りとの関係を説明する図である。図12の縦軸と横軸は、図4と同様である。
次に、電子時計1Aの通常送りと早送りにおける処理の手順を説明する。
図13は、本実施形態に係る電子時計1Aの通常送りと早送りにおける処理の手順のフローチャートである。
(ステップS102)制御回路103Aは、受け取った電池電圧値と第1閾値Vref1および第2閾値Vref2とを比較する。
(ステップS111)制御回路103Aは、通常送りパルス生成部109Aに電池電圧VBを用いて通常送りパルスを生成する指示DNを出力し、生成された通常送りパルスを用いて秒針124を低電圧動作モードで通常送り駆動する。低電圧動作モードによる通常送り処理終了後、制御回路103Aは、ステップS101に処理を戻す。
次に、本実施形態の変形例を説明する。
図14は、本実施形態の変形例における早送り駆動中の二次電池105の電圧降下の例と、早送りパルスの例を示す図である。
時刻を合わせるときに早送りを行うと、図14の曲線g401に示すように、早送り駆動中、二次電池105の電圧が時刻と共に下がっていく。
このため、制御回路103Aは、早送り駆動中の電圧値を電源電圧検出回路106から取得する。そして、制御回路103Aは、取得した電圧値に応じて、図14の符号g411で囲んだ領域に示すように、パルス幅(L1、L2、L3)を変更する指示を早送りパルス生成部108Aに出力する。
早送りパルス生成部108Aは、制御回路103Aが出力したパルス幅を変更する指示に応じて、時刻と共にパルス幅を変更する。
二次電池105の電圧値がV1のとき、デューティ比が50%であるとする。
早送りパルス生成部108Aは、二次電池105の電圧値がV1のとき、パルス幅がL1{=(1/fH)/2}の早送りパルス信号を生成する。
二次電池105の電圧値がV1からV2(V2はV1未満)に下がったとき、早送りパルス生成部108Aは、パルス幅がL2{=(V1×(1/fH)/2)/V2}の早送りパルス信号を生成する。電圧値がV2のときのパルス幅L2は、電圧値V1のときのパルス幅L1よりV1/V2だけ長い。
さらに、二次電池105の電圧値がV2からV3(V3はV2未満)に下がったとき、早送りパルス生成部108Aは、パルス幅がL3{=(V1×(1/fH)/2)/V3}の早送りパルス信号を生成する。電圧値がV3のときのパルス幅L3は、電圧値V1のときのパルス幅L1よりV1/V3だけ長い。
なお、一般的に、早送りを行って時刻合わせを行う場合、数秒〜数十秒、長くても1分以内で作業が終了する。このため、電圧が低下しても、例えば1分の間、早送り駆動を行えれば、時刻合わせを行うことが可能になる。
変形例において、二次電池105の電圧が第2閾値Vref2以下になった場合であっても、例えば1分の間、二次電池105の電圧値に応じて早送りパルス幅を変更して早送り駆動を行うようにしてもよい。
また、早送り駆動時の二次電池105の電圧値と時刻との関係を予め求めておき、図14に示すように、二次電池105の電圧値と時刻と早送りパルス幅とを対応付けて記憶部115に記憶させておいてもよい。この場合、制御回路103Aは、早送り駆動開始時の二次電池105の電圧値を取得し、取得した電圧値と、早送り駆動を開始してからの時刻とに応じたパルス幅を記憶部115から読み出すようにしてもよい。
例えば、電圧値が2.3[V]のとき、早送りパルス幅は約3.90[msec]であり、電圧値が2.25[V]のとき、早送りパルス幅は約3.99[msec]{=(2.3×(1/128)/2)/2.25}である。
なお、時刻は、早送り駆動が開始されたときから計測された時間である。例えば、早送り駆動が2.3[V]から開始された場合、制御回路103Aは、時刻t0を開始時間とし、時間(t1−t0)経過時に電圧値が2.25[V]に下がっているものとし、早送りパルス幅3.99[msec]を読み出す。
なお、本実施形態では、デューティ比が50%の例として示したが、動作が安定する範囲でデューティ比を変更しても良い。
また、二次電池は、蓄電池であり、または所定の容量以上の電解コンデンサであってもよい。
Claims (8)
- ソーラー電源と、
前記ソーラー電源から供給された電力を用いて、定電圧を生成する定電圧回路と、
第1の運針速度と、前記第1の運針速度より速い第2の運針速度とによって回転体を駆動して計時する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記第1の運針速度の場合に、前記ソーラー電源の電圧で前記回転体を駆動し、
前記第2の運針速度の場合に、前記定電圧および前記ソーラー電源の電圧のうち一方の電圧で前記回転体を駆動するように選択する、電子時計。 - 前記回転体は、時針、分針、および秒針を備え、
前記時針、前記分針、前記秒針それぞれを駆動する複数のモータ、を備え、
前記制御回路は、
前記第1の運針速度の場合に、前記時針、前記分針、および前記秒針を前記ソーラー電源の電圧で駆動する、請求項1に記載の電子時計。 - 前記制御回路は、
前記ソーラー電源の電圧値を判別するための第1閾値と前記第1閾値より小さい第2閾値との2つの閾値を有し、
前記ソーラー電源の電圧値と前記2つの閾値とを比較し、比較した結果に応じて前記第2の運針速度の場合に用いる電圧を切り替える、請求項1または請求項2に記載の電子時計。 - 前記ソーラー電源の電圧値を検出する検出部、を備え、
前記制御回路は、
検出された前記ソーラー電源の電圧値が前記第1閾値より大きい場合に、前記第1の運針速度による駆動を前記ソーラー電源の電圧で駆動し、前記第2の運針速度による駆動を前記定電圧で行い、
検出された前記ソーラー電源の電圧値が前記第1閾値以下かつ前記第2閾値以上の場合に、前記第1の運針速度による駆動および前記第2の運針速度による駆動を前記ソーラー電源の電圧で行い、
検出された前記ソーラー電源の電圧値が前記第2閾値未満の場合に、前記第1の運針速度による駆動を前記ソーラー電源の電圧値より小さい電圧で行い、前記第2の運針速度による駆動を停止させるように切り換える、請求項3に記載の電子時計。 - 指示を受け付ける入力部、を備え、
前記検出部は、
前記入力部が受け付けた指示が前記第2の運針速度による駆動を行う指示である場合、前記ソーラー電源の電圧値を検出する、請求項4に記載の電子時計。 - 前記第2の運針速度による駆動は、駆動パルス幅が前記第2の運針速度の進行に伴って長くなる、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電子時計。
- 前記第2の運針速度で駆動させる前記回転体は、正転および逆転動作を含み、
前記制御回路は、
前記第1閾値および前記第2閾値それぞれの値を、正転または逆転動作に応じて選択および変更のうち少なくとも1つを行う、請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の電子時計。 - ソーラー電源の電圧値を判別するための第1閾値と前記第1閾値より小さい第2閾値との2つの閾値を有し、第1の運針速度と、前記第1の運針速度より速い第2の運針速度とによって回転体を駆動して計時する電子時計の制御方法であって、
定電圧回路が、前記ソーラー電源から供給された電力を用いて、定電圧を生成する定電圧手順と、
制御回路が、前記第1の運針速度の場合に、前記ソーラー電源の電圧で前記回転体を駆動する手順と、
前記制御回路が、前記ソーラー電源の電圧値が前記第1閾値より大きい場合に、前記第1の運針速度による駆動を前記ソーラー電源の電圧で駆動し、前記第2の運針速度による駆動を前記定電圧で行う手順と、
前記制御回路が、前記ソーラー電源の電圧値が前記第1閾値以下かつ第2閾値以上場合に、前記第1の運針速度による駆動および前記第2の運針速度による駆動を前記ソーラー電源の電圧で行う手順と、
前記制御回路が、前記ソーラー電源の電圧値が前記第2閾値未満の場合に、前記第1の運針速度による駆動を前記ソーラー電源の電圧値より小さい電圧で行い、前記第2の運針速度による駆動を停止させるように切り換える手順と、
を含む電子時計の制御方法。
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