JPS5819584A - アナログ電子時計のロータ位置判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアナログ電子時計に関し、Ｉｍにその電気機械
俊換器であるステップモータのａ−夕の位置を判定する
方式に関する。さらに詳述すれば。

ロータの位置判定によシ常にステップ毫−夕を最適なパ
ルス巾で駆動し、アナログ電子時計の低消費電力を実現
しようとする本のである。

従来、一般に使用されているアナログ電子時計の夛示機
構は第１図に示す如く構成されている。

ステータ１．コイル７、ロータ６によって構成されるス
テップモータの出力は、５香車５．４香車４．３番車５
，２１１車２に伝達され１秒針１分針時針、カレンダー
機構を駆動している。一方この表示機構を駆動する丸め
の回路構成社第２図の如く１発ｆｉＷＡ路”　ｍ　分１
１［１Ｉｉ路１１　、　Ａ　＃　Ｘ　合ｄ１回路１２．
ステップモータ駆動回路１ｓで構成され。

励磁コイル１４には１秒毎に電流の向きが変わる駆動パ
ルスが加えられ、２極に着磁されたロータは、１秒毎に
１８０°ａ転し輪列を駆動してゆく。

しかし、ヒの従来Ｏｌｌｌ横路では一定幅の駆動パルス
しかモータに供給でＩｔいＯで２例えばカレンダー機構
を駆動する如く大きい負荷が加わる場合でも、ステップ
モータが正常な回転態動を行なえるように充分なる安全
率を持ってパルス巾が設定されている。そのためモータ
の駆動に消費される電流は多大なものであシ、＠に通常
の低負荷時にあっては全く無駄な電流を消費している。

ｔた低温下ＫＴｏつては電池内部抵抗の増加により電源
電圧がダウンするため、これによる毫−夕出力トルクの
減少を考慮してあらかじめ十分余裕のある出力トルクが
出されるようモータの駆動パルス巾を設定しておく必要
がある。これも通常温度下にあっては無駄な電波消費と
なっている。さらに経年資化による摩擦負荷の増大も、
１ｉ１１様にあらかじめ考慮しておく必要がある。いず
れにしても。

モータの正常１転駆動の安全性を高度に維持するために
墨書以上の消費電潰があり、これがステップモータが組
込まれたアナ四ダ電子時計の低消費電力化の大きな妨け
となっていた。これを解決する手段として１通常は従来
より短いパルス巾で駆動し、１１転し九場合は前と同じ
巾のパルスかあるいはさらに中の狭いパルスを供給し、
常に負荷状態と毫−タの出力トルク状態に応じた最適Ｏ
パルス巾でステップ篭−夕を駆動しようとする方法が考
えられている。こうした最適パルス巾でＯＩＩ動を実現
する上で最も重１１７！ことは１０−タが一転し九か否
かを判定すること１にある。これまでにロータ回転検出
の方法として様々な方法が提案されてきたが大きく分類
して、■ロータの過渡振動によって生ずる誘起電圧を検
出する方法、■四−タの停止している位置を判定する方
法の２種に大別できる。前者はすでＫｌｌ用化されてい
る方法であるが、ロータの遇ＭＩＩ動という極めて不安
定な現象を検出するため１種々のレベル設定、タイミン
グ設定尋、非常に微妙であ）＆量産化する上での負荷が
大きい、一方後者杜、ロータの動きを観察する必費がな
く、ロータが停止していふという最も安定した所で回転
を判定する丸め、前者の様な事がなく容易に回転判定が
できる。このよう愈青景から、ロータの位置を判定する
ヒとによってゆ一夕の回転・非回転を測定する方法の導
入が持たれている。

従来、０−夕の位置検出の：Ｊ法として、ロータの位置
の違いによって生ずるコイルのインダクタンスの違いを
、検出電＃ｌの立上１０違いとして取出し、ロータの位
置を判定しようとする方法が提案されている。

こＯ方法は第５図ｅ　＠　ａ図に示す如く一体瀞ステー
タに％有な可飽和部１９−ａ　、　１　？−’ｂを通る
磁束の方向が、０−夕１６の停止位置によって異なる仁
とを利用すゐものである。すなわち第５図の場合、コイ
ル１５を図の如く励磁すると、コイルによって生ずる磁
束２２−ａ　、　２２−１）は可飽和部１９−ａ、１９
−ｂを通ろうとするが、この方向にはすでに飽和又は飽
和に近い状態になるため、１１束が通りに〈＜、コイル
のインダクタンスは小さい値を示す、−１第４図の場合
にはロータの極性が反対Ｋｅっているため第５図の場合
とは逆にコイルのインダクタンスは大きい値を示す。

このインダクタンスの違いを検出電流の立上）の違いと
して取）出すわけであるが、この従来の手法を第Ｓ図に
示す、−図中２３はステップ彎−タのコイル、２４は抵
抗素子、２５．２＆、２７゜２８．２９．３０はスイッ
チング素子である。

−図中、（→はコイルがｏｙｙされ、ロータが安定位ｆ
Ｋ止まっている状態を示す、（ｂ）は（ロ）の状態から
スイッチング素子！Ｓ、３０がＯＭすることによって電
流がコイル２ｓと、＃コイルと回路上直列に接続され九
抵抗素子２４を流れ始める。この時の抵抗素子２４０片
儒Ｏ端子Ｘ点の電位は第６図（６）の如く波形を示す、
′＆お（ａ）は検出パルスであシ図中Ｔｌｌは検出パル
ス巾である。（ｂ）ａ検出電流波形であＪ）ｌａｐ　　
はコイルインダクタンスが小さい場合の検出電ｆＩ１ｗ
ｌＷ４をｈ　　Ｌｍｑｌ　　ａコイルインダクタンスが
大きい場合Ｏ検出電流波形を示している。（０）図にお
いて拡マーｐ　社コイルインダクタンスの小さい場合の
検出電圧（１点の電位）を示しｈ　ｖｓｑ　　はコイル
インダクタンスの大きい場合の検出電圧を示して馳る。

このマーｐ　とマーｑＯ最大値Ｏ中間に検出素子のスレ
ッショルド電位ｖｔｈ　　を設定するＯで、Ｖｓｐとｖ
ｓｑ　ｆＣは十分電位差が必要である。ところがこの従
来例においては、検出パルスによってコイルを励磁する
とき。

コイルと直列に検出抵抗が入る大め、検出電圧Ｔａｐ、
マ―ｑの差拡わずかしか得られｔｋい、ζＯえめＴａｐ
、マーｑを判定すゐ検出素子の基準電位マｔｈの値のば
らつきを厳しく制限する必要が生ずる。

従って検出素子としてばらつきの大きいインバータのス
レッシ曹−ルド電位を利用する方法では量童上でのばら
つきを考えると無理が生じ、素子数が多くしかも消費電
流の大きいコンパレーターをＩＯ内部に構成しなければ
ならなくなる。これはＸＯの構成をいえずらに複雑にし
、を九低消費電力という点からも好ましくない、ｔたマ
”ｐａＶｓｑ　　の差が小さい大め検出パルスを正逆２
方向に出しこの時得られる２つの検出電圧の差を比較し
ようとすゐ方法も提案されているが１片方の電位をサン
プルホールドする必要性があり、アナ胃グ信号処理とｆ
ｋゐため回路構成が複雑になる都の問題が生じ実用化に
は至っていない、さらに最−大ｔ＆倉問題点として、Ｘ
Ｏの外に外付の検出抵抗を必要とすることがある。該方
法の検出原理から容易Ｋｌｌ解されるように検出抵値の
ばらつきは卸。

検出電圧マｓｐ、Ｖｓｑ□ばらつきにつながるため。

検出抵抗値の精度は少々くと４数−程度に紘押え込ｔｔ
ｋければならない、ｌｌ知のようＫｘｃ内部に構ＦＩ１
．されゐ拡散抵抗値のばらつきは少なくとも５０チ〜１
００９Ｇと非常に大きく精度の良い検出抵抗をｘＣ内部
に構成するととは不可能である。これはｘａＯ外に検出
抵抗として外付は抵抗を用量しなければならないことを
意味し、昨今の様に薄部が至上命令とされる電子時計に
シいては極めて不利である。を九コスト的１に厘からも
、外付は抵抗を喪することは好ましく１い。

本発明はかかる従来Ｏ欠点を除去し、外付抵抗を必要と
せず、しかも検出電圧マーＰｅ”ｑの差を大きくシ、容
易にロータの位置０４１定が可能ｅ■−タ位置検出方式
を提供し、アナ四ダ電子時計の低消費電力化に寄与しよ
うとするものである。以下図ｆｌｌｉｆＫ基づいて本発
明の詳細な説明してゆく。

第７図はステップモータのコイルを励磁した時の電流を
立上りを示す図であＬ　１１１図中、１１Ｐ　　は第３
図の如く可飽和部がすでに飽和している方向にさらに磁
束を通そうとする如くコイルガ励磁される時の電流の立
上りを示してｉる。この場合磁気抵抗が大きく、すなわ
ちコイルのインダクタンスが小さいため電流は急歇愈立
上）を示している。

ｉｓｑ　　は第４図の如く可飽和部がすでに飽和してい
る方向と反対の方向に磁束を通そうとする如くコイルが
励磁される時の電流の立上りを示している。この場合磁
気抵抗が小さく、すなわちコイルのインダクタンスが大
きいため電流はｒＪまで壜だらかな立上りを示している
。ｒ点以降はコイルの励１１により可飽和部が反対方向
に再び飽和するためインダクタンスが急に小さくなり、
電流は急激に立上ってゆ＜、＊験から得られた具体的−
＆値を示すと、ヌテータ内径７１ｍｂメテータ厚さく１
５１１町飽和部の最小幅Ｊｓ＋＋ａ１ｍｍｂロータ内径
ｔ５−、ロータ厚さａ５四、コイル巻数−１００００タ
ーン、コイル直流抵抗１７１０．電源電圧ｔＳＶのとき
第７図における！東はテｘ−＋−ａ９５墓臓。

！−ｍａ２ｓｍＨのときｐ点、９点における電流はそれ
ぞれｉｐ中９７．μム＃　１ｑ　：　’Ｊ　Ｏμムであ
った。すなわち検出パルスとしてＴｓ＝（Ｌ２５ｍｓｅ
ｃのパルス幅でコイルに電流を流せば、ロータの磁極位
電に応じてＩＰ中！７μム　、　　ｉｑ＊ｓｏμムのい
ずれかの電流値を取るため、これを判別すればロータの
位置を判定したことになる。すなわち回転したか否かを
判定できる０本発明は、この電流の違いを、外付は抵抗
を必要とせずに検出電圧の波形の違いとして容品に識別
するととを可能とした亀のである。

第８図は本発明による駆ｌ１ｌＩｌ路の構成例を示すも
のでｓａｏ、ａｔ、＊ｚ、ａｓ紘スイッナスイツチング
素子４０．４１がＰチャンネルＭｏ１ｌ）ランジスタ（
以下ア−ＭＯ８と略す）％４２＃４ｓが罵チャンネルＭ
０８トランジスタ（以下罵−ＭＯ日と略す）であ）マ！
＞１）ｔｉｐ−ＸＯ８のソース電位、　Ｗａｓ　　ｔｆ
璽−ＸＯ８のソース電位を示す、４４．４５は高抵抗値
（例えば１ＭΩ）を有する抵抗素子である。ｔたＯｎ、
Ｏ−はコイルの両端を示している。第９図は本発明〇−
爽施例を示すタイ電ングチャートであ’）　’　＊　ｂ
ｅ　’　ａ　’の各々の信号紘第８図における？−ＭＯ
８，Ｍ−ＭＯＢのグーＦ信号を示す、該タイ電ングチャ
ートから容易に理解されるようにΦは検出パルスの幅を
示し、また■線検出区間を示して−ゐ、ｌ［？図の如く
のタイ之ングチセートを構成した場合の動作を第１０図
に示す、同図中、０）は第９図の■の区間に和尚し、４
０のＰ−ＭＯＢ、４５のＮ−ＭＯＢがＯＭし検出電＠４
６が流れている図である。この状態から■の区間に至る
と、　ｆＰ）に示した如く４２のＰ−ＭＯＢがＯＭする
仁とによってコイルの一端であるＯｓｔ＆子が７８８　
　と短絡されゐ。

この時コイルに流れている電流は急激に減少しようとす
るためコイルの他の一端である０３端子には高電位が発
生する。〇一端子に高電位が発生すると周知のようにＰ
−ＭＯＢのサブストレートとドレインとの間には、第９
図（ロ）の４９，５０４Ｃ示し九如く寄生ダイオードが
形成されているので。

０、端子の電位はクリップされ、電流が４７の如くのル
ープで流れる。電流が４７のループで流れるにつれ、コ
イルにたくわえられていたエネルギーが解放されてゆく
、これに伴い０■端子の電位が下がろうとするわけであ
るが、この電位が５０の寄生ダイオードでクリップされ
る電位以下に下がってくると、今度は電流が第９図に（
ハ）に示し九如く、高抵抗素子４５を通！７．４８のル
ープで電流が流れる。この′場合は抵抗素子４５は非常
に高い抵抗値＜　ｇｉｔえば１ＭΩ）をもつのでＯ＊’
ｊｉｌ子の電位は急激にＶＳＳ　　の電位に近づいてゆ
く、この時の電流の様子と０１端子の電圧の様子を示し
えものが［１１図である。同図中（ａ）は検出パルス波
形（ｂ）は電流波形、（Ｃ）はＯ＠端子の電圧波形であ
る。

検出電ｆｉｉｔ４ｐ、ｉａｑに対応してｓｏｍｆｉ子に
検出電圧波形ｖｓｐ、Ｖｓｑが得られるので、　Ｖｓｐ
、Ｖｓｑを判定すればロータの位置が判定できるととに
なる。Ｔａｐ、Ｖｓｑの識別方法であるが（ｃ）に示し
た如く検出パルス終了時からある一定時間経過後（図で
はΔｔ）に０３端子の電位−が検出素子の基準電位ｖｔ
ｈ　　よシ高いか、低いかを判定すればよい。

実験で得られた具体的な数値を示すと、前述の如くノ水
準のステップモータで゛検出パルスをａ１６ｍｓｅｃに
設定した場合Δｔ−［Ｌ１２ｌ１１式の時Ｖｓｐｗｔ８
Ｖ、Ｖｓｑ−α５ｖ　であシ判定するのに十分な電位差
が得られる０本発明による方法によれば。

従来の方法に比べｈ　５〜４倍程程度電位差が得られ、
ロータの位置の判定が非常に容易になる。すなわちＶｓ
ｐ、Ｖｓｑの差が大きいので検出素子の基準電位のばら
つきも比較的許容でき、従来は検出素子として使用して
いた・コンパレータに変えて。

例えばインバータのスレッショールド電位を利用する）
どの消費電流が少なくて、しかも回路上の負担が少ない
方法で代用すること本可能となる。

またＶｓ＋ｐ、Ｖａｑの差が大きいということは、モー
タによるばらつきの許容範囲も広くなることを意味し、
量責上での効果は非常に大きい、さらに本発明による最
も大きな効果はｘＯＯ外に構成する外付は抵抗が不要と
なることがあげられる。第８図における高抵抗素子４４
．４５は実験によると５００にΩ以上では検出電圧の波
形にほとんど影響を及ばさ力いため１例えば１ＭΩ程度
に設定しておけば精度よく作）込むことは全く必ｌ１１
なくなる。従って工０内部に構成でき、外付は抵抗は不
要である。！たこの高抵抗素子を全く取り除いた第１２
図の如くの回路構成にして４１．検出電圧の波形はほと
んど影響されず１本発明の効果に何ら変わるところはな
い、いずれの回路構成にしてもＩＣの外に外付は抵抗素
子を設ける会費はなく。

Ｘａの内部のロジック構成を変えただけで、ロータの位
置の判定が可能となる。従って昨今の様に薄型が至上命
令とされるアナログ電子時計では極めて有利であり、ま
九コスト的な面からも大きなメリットである。

以上の説明においては、検出パルス終了時においてコイ
ルの一端をＶＳ＋Ｓ　　電位に短絡させる方法で説明を
加えたが、以下に説明する如＜　ＶＤＤ　　電位に短落
させる方法であってもよい、ｌ［１５図は。

高抵抗素子４４．４５をコイル両端である０、。

０畠からＶＤＸＩ　　＠に落とし九回路構成例を示すも
ので、９１４図はこれを態動するタイ２ングチヤートを
示す、第１４図のａ’、ｂ’、ｏ’、ａ’は１Ｉｔｓ図
におけるＰ−ＭＯＢ、１１−Ｍ０８０ゲート信号を示し
ている。すなわち■の区間は４゜のＦ−ＭＯＢ、４５０
Ｍ−ＭｏｌｌがＯＮする区間であ〕検出パルス幅を示し
Φの区間は＝イル端子である０■を検出パルス終了と同
時にＰ−ＭＯ８４１をＯＮさせることによってＶＤＤ　
　電位に短絡させている。この場合コイルの他の一端で
あるｏｌ−の電圧を判定することＫなる。以下の判定手
法は前述の判定方法と全く同−原理によって成立つ本の
であるためここで改めてその判定する手法を膵述するの
は避ける。

以上説明してきた如く１本発明によれば、工０の外部に
外付は抵抗を必をとせず検出電圧の差を大きく取り出せ
ることが可能である。従って検出孝子については、素子
数も多く消費電流の大きいコンパレータを構成する会費
がなく回路上の負担の少ないインバータのスレッショー
ルド電位によって判定することが可能であり１回路上の
負担は著るしく軽減される。′！た従来、Ｘａの外部に
検出抵抗として外付けを会費としていたが１本発明によ
れば外付は抵抗の必要性は全くなく電子時計の薄型化、
低コスト化に寄与する。さらにこのロータ位置の判定手
法をパルス幅制御機能のロータ回転・非回転の判定に利
用すれば、繁雑々種々のレベル設定、タイミング設定等
負担の多いロータの誘起電圧を検出する手法を取らずに
１回転・非回転の判定ができ容易にパルス幅制御が実現
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はアナレグ電子時計のヌテツブモータと輸列構造
を示す図、第２図は従来のヌテツブモータ駆動回路、第
３図、第４図はステツブモータ動作説明図。第５図は従
来のロータ位置検出手法を説明する回路図、第６図は従
来の検出手法による検出電流波形、検出電圧波形、第７
図は検出電流の立上りを示す図、第８図は本発明を実現
するための回路構成の一例、第９図は本発明の一実施例
を示すタイミングチャート、第１０図は本発明の詳細な
説明する回路図、第１１図は本発明による検出電ｆＮ、
検出電圧の一例、第１２図は本発明を実現する回路構成
の他の例、第１５図は本発明を実現する回路構成のさら
に他の一例、第１４図は本発明の他の爽施例を示すタイ
ミングチャート。 １・・・ステータ　　　　　２−２香車ト・・３香車　
　　　　　４−・４香車５・・・５香車　　　　　　　
６−ロータ７・・・コイル　　　　　　１０・・・発振
回路１１・・・分８＠路 １２−・パルス巾合成回路 １３−モータ駆動回路 １４．１５−コイル　　１６・−ロータ゛１７−・ステ
ータ １Ｂ−ａ、１８−ｂ−外ノツチ １　？−ａ　、　１９−ｂ−＝可飽和部２０−　ａ　、
　２０−　ｂ−内ノツチ２１−ａ、　２１−ｂ、　２２
−ａ　、２２−ｂ−・磁束 ２５・−コイル　　　　　２４・−抵抗素子２５．２６
，２７．２Ｂ、２９．５０ ・−スイッチング素子 ５８・・・コイル ４０．４１−Ｆ−ＭＯ８ ４２４３−１１４３−１ ｌ−，４５−・抵抗素子 ４６．４７．４８−検出電流ループ ４９．５０−・・寄生ダイオード 以上 出願人　株式会社　諏訪精工舎 代理人最上　務 第３図 菫　６１目 箇’Ｔｌ刀 １ 菫８陽 ｓｓ （＜） 菖１０ １　日 ５ （０） θ １％０響　　　　　　箇〜（恥　　　（Ｖｔｚ菌

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 検出パルスとしてコイルに電流を流すことによってロー
   タの位置を判定する機能を有するアナログ電子時計に於
   て、該検出パルスの終了後、ｖＩコ４ルｔ）一端をｖａ
   ｎ電位又はＶＢＢ電位に！絡し。 検出パルス終了時から一定時間経過後の該コイルの他の
   一端に発生する電圧を識別することによってロータの位
   置を判定するアナログ電子時計。