JPS6243149B2

JPS6243149B2 -

Info

Publication number: JPS6243149B2
Application number: JP56068825A
Authority: JP
Inventors: Jiro Ito
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1981-05-07
Filing date: 1981-05-07
Publication date: 1987-09-11
Also published as: JPS57182680A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はアナログ電子時計に関し、特にその電
気機械変換機構であるステツプモータのロータの
位置を判定する方式に関する。さらに詳述すれば
ロータの位置を判定することにより、常にステツ
プモータ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化を実現しようとするもので
ある。

第１図は、従来一般に使用され、本発明にも使
用されているアナログ電子時計のステツプモータ
を示す。第１図に示す如くステツプモータはコイ
ル１，２極に着磁されたロータ２、ステータ３で
構成され、ステータ３は内ノツチ５−ａ，５−
ｂ，外ノツチ４−ａ，４−ｂを持つている。コイ
ルが励磁されない時は２つの内ノツチを結ぶ方向
とほぼ90゜をなす方向でロータ２が停止してい
る。コイル１には第２図の如く、極性の異なるパ
ルスが通常1sec毎に交互に出され、ロータ２が
180゜ずつ回転し、輪列を駆動してゆく。従来、
この駆動パルスは第２図に示した如く、負荷状
態、モータの出力状態とは無関係に常に一定巾の
パルスが加えられている（第２図においては
6.8m sec）。この駆動パルス巾は、例えばカレン
ダー機構を駆動する場合の如く、大きな負荷が加
わる場合でも、ステツプモータが正常な回転駆動
を行なえるように十分なる安定率をもつて設定さ
れている。そのため、特に通常の低負荷時にあつ
ては相当無駄な電流が消費されている。また低温
下にあ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、これによるモータ出力トルク
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が設
定されている。これも通常温度下にあつては無駄
な消費電流となつている。さらに経年変化による
摩擦負荷の増大も、同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、モータの正常回
転駆動の安全性を高度に維持するために必要以上
の消費電流があり、これがアナログ電子時計の低
消費電力化の大きな妨げとなつていた。これを解
決する手段として、通常は従来より短いパルス巾
と駆動し、回転した場合次のパルスは前と同じパ
ルスかあるいはさらに巾の狭いパルスを供給し、
常に負荷状態とモータの出力トルク状態に応じた
最適のパルス巾でステツプモータを駆動しようと
する方法が考えられている。こうした最適パルス
巾での駆動を実現する上で最も重要なことは“ロ
ータが回転した否かを判定する”ことにある。従
来、この回転・非回転判定のために、ロータの位
置を判定する方法が提案されている。この方法は
第３図に示す如く、駆動パルス６が印加され、こ
の駆動パルスによるロータの過渡振動が終了しロ
ータが静止している時に、検出パルス７によつて
ロータの位置を判定し、所望の位置にきていない
時には補正パルス８を出し正常な運針を確保しよ
うとするものである。さてこのロータ位置判定の
方法であるが、今ロータが第４図の如くの位置に
あつたとすると駆動パルスによつてコイルを励磁
した時には、駆動パルスによる磁束１３が図の如
く発生する。この時、駆動パルスが十分大きけれ
ばロータは180゜回転し、第５図ａの如くの位置
をとる。今第５図ａの状態でロータの位置を判定
するために検出パルスが出されると、この検出パ
ルスによつて発生する磁束１５は、外ノツチ１２
−ａ，１２−ｂの近傍では、ロータ磁石が発生す
る磁束１４−ａ，１４−ｂを打ち消そうとする方
向であるため、磁気抵抗は小さく従つてコイルの
インダクタンスは大きく、検出パルスによる電流
はなだらかな立上りを示す。反対に駆動パルス巾
が不十分でロータが回転せず、第５図ｂの如くの
位置をとつた時を考えてみる。この場合外ノツチ
近傍に於てはロータ磁石から発生する磁束がaN
の場合とは反対になり、検出パルスによる磁束の
方向と同一になるため磁気抵抗は大きく、従つて
コイルのインダクタンスは小さくなる。このため
検出パルスによる電流は急激な立上りを示す。こ
の検出電流の立上りの違いを判定することにより
ロータの位置が判定され、ロータの回転・非回転
が判定されるわけである。

ところが周知のようにパルス巾制御機能はロー
タを回転させるのに必要な最小のパルス巾を常に
供給するよう機能するため、駆動パルス印加後の
ロータ位置は第５図ａの状態かまたはｂの状態だ
けではなく第６図の如くの位置をとる場合が発生
する。これはロータの磁極の中心位置が中立点、
すなわち２つの内ノツチ１１−ａ，１１−ｂを結
ぶ方向で停止してしまつているものである（この
現象を以後中間止まりと呼ぶことにする）。この
位置は安定点ではないため、何らかの外乱、例え
ば機械的な振動、磁気的な外乱等があれば、すぐ
にどちらかの安定点に落ちようとするわけである
がこのような外乱が全くない場合はいつまでも中
立点で止まつていようとする。さてこの状態で検
出パルスが出されたとすると、ロータ磁石から発
生する磁束１８−ａ，１８−ｂは外ノツチ近傍に
於ては、検出パルスによる磁束１９と反対になつ
ている。この状態は第５図ａのロータが回転した
場合と磁気的に同様な状態である。従つて検出パ
ルスによる電流はロータが回転した場合と同様な
だらかな立上りを示し、ロータが回転したと判定
されてしまう。ロータが回転したと判定される
と、補正パルスは出されないまま１秒後に極性が
反対になつた次の駆動パルスが出されるため、ロ
ータは元の位置に引き戻され、結局時計は２秒遅
れとなつてしまう。表示する時刻が正規の時刻よ
り遅れることは精度が絶対的な使命であるクオー
ツ時計においては致命的な欠陥となつてしまう。
またこの中間止まりの現象はパルス巾制御におい
て、パルス列としてあらかじめ用意してあるパル
ス巾の数が多ければ多いほど、また経年変化等に
よつて輪列の負荷が大きくなればなるほど、さら
にまた温度が低くなればなるほど（潤滑油の粘性
が高くなるため）、発生確率が高くなり、従つて
運針の遅れの発生の可能性が高くなつてゆく。

本発明はかかる従来の欠点を除去し、絶対的な
運針の信頼性を確保しつつロータの回転・非回転
を判別し、ステツプモータの低消費電力化に寄与
しようとするものである。具体的には、駆動パル
ス印加後にロータの位置を静的な安定点に落とす
安定化パルスを印加することにより中間止まりの
現象をなくし、検出の絶対的な信頼性を確保しよ
うとするものである。以下、本発明を図に基いて
詳細に説明してゆく。

第７図は本発明の一実施例で、コイルに印加す
るパルス波形を示すものである。同図中、２０は
駆動パルスであり、あらかじめ用意されたいくつ
かのパルス巾の中から、その時の輪列の負荷状態
とモータの出力トルク状態から最も適するであろ
うと予想される駆動パルス巾が出力される。今こ
の時のロータの位置が第４図に示す如くの状態に
あつたとすると、駆動パルスによつて発生する磁
束１３によつてロータは半時計方向に回転しよう
とする。駆動パルスによる出力トルクが大きい時
は第５図ａに示した如くロータは回転し、不十分
の場合は第５図ｂに示す如くの状態を示している
はずである。ところがすでに説明した如く、ロー
タは第５図ａ又はｂの状態ばかりでなく、第６図
の如くロータの磁極の中心が２つの内ノツチを結
ぶ線上、すなわち中立点で止まつてしまういわゆ
る中間止まりが発生する。これが偶数秒遅れの原
因となつていた。本発明は第７図に一例を示した
如く駆動パルス２０を印加した後、パルス２１に
よつて磁気的な外乱を加え（以後このパルスを安
定化パルスと呼ぶ）、たとえ中間止まりが発生し
てもロータをいずれか一方の静的な安定点に落と
そうとするものである。実際、第６図の如く中間
止まりを起こしている状態は極めて不安定な状態
であり、きつかけがあればいつでも落ちようとし
ているため、わずかの巾の安定化パルスを印加し
ただけで静的な安定点に落ちてしまう。安定化パ
ルスが印加された後に、第７図の如く検出パルス
２２が出されるが、この時には第６図の如くの中
間止まりを発生している心配はなく、第５図のａ
又はｂのいずれかの状態となつている。従つて、
検出の信頼性は絶対であり、非回転と判定されて
も、第７図に点線で示した如くの補正パルス２３
が出され、正常な運針が確保される。

次に安定化パルスを出す方向であるが、第７図
においては安定化パルスを駆動パルスと同一方向
に出したが、第８図の如く安定化パルス２５を駆
動パルス２４とは反対の方向に出す場合も考えら
れる。しかしこの場合、検出パルス２６によるロ
ータの位置判定は安定化パルス２５による残留磁
束等の磁気的履歴の影響を受けるため、検出が不
安定になつてしまう。さらにこの第８図の例にお
いては、中間止まりが発生した場合ロータはほと
んど非回転側に落ちるため、補正パルス２７が出
される確率が高くなり低消費電流化の点から好ま
しくない。このような理由から安定化パルスは第
７図の如く駆動パルスと同一方向に出すのが良く
こうすることによつて検出パルスによるロータ位
置判定が安定する。さらに中間止まりを発生した
場合でも、ロータは安定化パルスによつてほとん
ど回転側に落とされるため補正パルスが出される
確率が低くなり、より一層の低消費電力化につな
がる。また安定化パルスが加わることによつて消
費電流が増加することが懸念されるが、中間止ま
りを起こしている状態は極めて不安定な状態であ
り、わずかのきつかけさえあればいつでも静的な
安定点に落ちようとしているため、この安定化パ
ルスの巾は微少でよい。従つて安定化パルスによ
る消費電流がステツプモータの消費電流に影響を
及ぼすような心配はほとんどない。

次に本発明を具体化する回路構成について説明
する。第９図は本発明の一実施例を示す回路構成
の一例を示すブロツク図であり、２８発振回路、
２９分周回路、３０パルス巾合成回路、３１モー
タ駆動回路、３２ステツプモータ、３３検出回路
である。発振回路２８、分周回路２９、パルス巾
合成回路３０は本発明を実現する上で不可欠の構
成要素ではあるが、これらは論理的に容易に構成
されるのでここで詳述するのは避ける。第１０図
は本発明の一実施例を示すモータ駆動回路３１、
検出回路３３の具体的な回路構成を示すものであ
る。同図中、３５，３６はＰチヤンネル
MOSFET、３７，３８はＮチヤンネル
MOSFET、４２，４３はNAND素子であり各々
３５，３６のＰチヤンネルMOSFETのゲート端
子へ接続されている。以上でモータ駆動回路が構
成されている。３９，４０はＮチヤンネル
MOSFETで各々のドレインはコイル３４をはさ
み込む形で接続され、一方ソースは抵抗素子４１
を介して接地されている。抵抗素子の一端Ｚはイ
ンバータで構成される検出素子４４へ接続され、
さらにこの検出素子の出力はインバータ４５で波
形整形され、OR素子４６を通つて、５１のフリ
ツプフロツプ回路のセツト端子へと接続されてい
る。フリツプフロツプ回路の出力５３はNAND素
子４２，４３と結線されている。以上で検出回路
が構成されている。第１１図は第１０図における
入力端子ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｉへ入力
する信号の一例を示したものである。第１１図に
おいて、Ｔ_D1，Ｔ_D2，Ｔ_D3はスツプモータを駆動
するための駆動パルスの巾を示すものであり、例
えば2.44、2.93、3.17、3.42、3.66m sec等多数用
意されているパルス巾の中で最も適すると予想さ
れるパルス巾が出力される。Ｔ_Aは本発明の核心
をなす安定化パルスの巾を、またＴ_Lは駆動パル
スと安定化パルスによつて動いたロータの過渡振
動が終るまでの待ち時間をしている。Tsは検出
パルス巾であり、ロータの位置を判定するために
出されるパルス巾を決めている。例えばTs＝
0.25m sec。Ｔ_Fは検出パルスによつて流れる電
流を検出する区間である。Ｔ_Mはロータが回転し
なかつたと判定された時に出されるパルス巾の大
きい補正用の駆動パルスを決定していて、例えば
Ｔ_M＝6.8m secに設定する。また同図中Vzは第１
０図におけるＺ点の電位を示し、Q₅₃は第１０図
におけるフリツプフロツプ回路の出力端子５３の
信号を示している。

次に第１１図のタイムチヤートに沿つて第１０
図の動作説明を行なう。まず最初にＴ_Dなる巾を
持つた区間ではＰチヤンネルMOSFET３５、Ｎ
チヤンネルMOSFET３８がONし、コイル３４が
励磁される。またＴ_Aなる巾をもつた安定化パル
スが出される時も同様な動作をする。この安定化
パルスＴ_Aによつて、たとえ中間止まりを発生し
ていてもロータはいずれかの静的な安定点に落と
される。従つて安定化パルスＴ_Aが加えられＴ_L時
間経過後においては、ロータは過渡振動を終え、
いずれかの静的な安定点で停止している。今ロー
タが回転していたとする。この状態でTsなる巾
を持つた検出パルスによつてコイルに電流を流す
と、この検出パルスはロータを吸引する方向であ
るためインダクタンスは大きく電流の立上りは小
さい。電流の立上り途中でＴ_Fの区間になると、
３５，３８はOFFされ代わりに３７，４０のＮ
チヤンネルMOSFETがONするため、コイルに流
れていた電流が急激に抵抗素子４１を介して流れ
るためＺ点にはね返り電圧が発生するが、電流の
立上りが小さかつたのでＺ点の電位Vzの最大値
Vs₁は検出素子のスレツシヨールド電位Vthを越
えず、検出素子の出力は“Ｈ”、従つてフリツプ
フロツプ回路の入力端子５２は“Ｌ”のままとな
る。フリツプフロツプ回路５１のリセツト端子は
リセツト信号ｇによつてあらかじめリセツトされ
ているので出力Q₅₃は“Ｌ”を出したままとな
る。従つて補正パルスＴ_MはNAND素子４２によ
りカツトされるので出力されない。１秒経過後の
Ｔ_D2なるパルス巾を持つた区間ではＰチヤンネル
MOSFET３６、ＮチヤンネルMOSFET３７が
ONし、Ｔ_D2なるパルス巾を持つて励磁される。
今度は何らかの理由で回転しなかつたとする。安
定化パルスＴ_Aが出されてＴ_L時間経過後はロータ
は完全に静止していてこの状態でTsなる巾を持
つた検出パルスが出されると、インダクタンスは
小さいので、電流は急激な立上りを示す。区間Ｔ
_Fに至つて３６，３７がOFFされ、代わつてＮチ
ヤンネルMOSFET３８，３９がONすると第１１
図のVzの如くはね返り電圧Vs₂を生ずる。Vs₂は
検出素子のスレツシヨールド電位Vthを越えるも
のであるため、検出素子の出力からは“Ｌ”が出
力される。従つてフリツプフロツプ５１のセツト
端子５２が“Ｈ”になり、フリツプフロツプ回路
の出力５３は“Ｈ”となつてNAND素子４３を通
して補正パルスＴ_Mが出力される。このＴ_Mは安全
率を見込んで十分に長いパルスであるので、ロー
タは180゜回転し正常な運針が確保される。以後
の動作は以上２つの動作のいずれかが繰返されス
テツプモータが駆動されてゆく。

なお第１０図の実施例では検出素子としてイン
バータ４４を使用したが、コンパレータで判定し
てもよいし、シユミツトトリガ回路のスレツシヨ
ールド電位を利用して判定してもよい。また第１
０図においては検出抵抗素子４１を１つ使用し
て、この抵抗素子の一端であるＺ点の電位を検出
するよう回路が構成されていたが、第１２図の如
く、コイル両端に２つの検出抵抗６０，６１を構
成する方法であつてもよい。この場合、コイルの
両端０_１又は０_２の電位を検出することになる。

今までの説明においては、本発明の核心をなす
安定化パルスは単数であるとしたが、第１３図に
一例を示す様に、安定化パルス６４，６５を複数
個印加するよう構成しても本発明の効果に何ら変
わる所がなく、本発明の域を出るものではない。

以上説明してきた如く本発明によれば、駆動パ
ルス印加後にロータ位置を静的な安定点に落とす
安定化パルスを印加することにより、従来運針の
遅れの原因となつていた中間止まりの発生をなく
し、運針の絶対的な信頼性を確保することができ
る。また安定化パルスの巾は微少巾でよいため、
安定化パルスを加えたことによる消費電流の増加
も心配なく、また何らのコストアツプの要因もな
くアナログ電子時計に応用でき、極めて実用性の
高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はアナログ電子時計のステツプモータを
示す図。第２図は従来のステツプモータ駆動波
形。第３図は従来のステツプモータの駆動波形。
第４図、第５図ａ，ｂ、第６図はステツプモータ
の動作図。第７図は本発明の一実施例を示すステ
ツプモータの駆動波形。第８図はステツプモータ
の駆動波形の例。第９図は本発明を実現するアナ
ログ電子時計のブロツク図。第１０図は本発明を
実現するモータ駆動回路、検出回路の一構成例。
第１１図は第１０図の回路を動作を説明するタイ
ミングチヤートの一例。第１２図は本発明を実現
する回路構成の他の一例、第１３図は本発明の他
の実施例を示すステツプモータの駆動波形。１，３４，６２……コイル、２，９……ロー
タ、３，１０……ステータ、４−ａ，４−ｂ，１
２−ａ，１２−ｂ……外ノツチ、５−ａ，５−
ｂ，１１−ａ，１１−ｂ……内ノツチ、６……駆
動パルス、７……検出パルス、８……補正パル
ス、１３……駆動パルスによる磁束、１５，１
７，１９……検出パルスによる磁束、１４−ａ，
１４−ｂ，１６−ａ，１６−ｂ，１８−ａ，１８
−ｂ……ロータ磁石から発生する磁束、２０，２
４……駆動パルス、２１，２５……安定化パル
ス、２２，２６……検出パルス、２３，２７……
補正パルス、２８……発振回路、２９……分周回
路、３０……パルス巾合成回路、３１……モータ
駆動回路、３２……ステツプモータ、３３……検
出回路、４１……検出抵抗、４４……検出素子、
５４，５５……ＰチヤンネルMOSFET、５６，
５７，５８，５９……ＮチヤンネルMOSFET、
６０，６１……検出抵抗素子、６３……駆動パル
ス、６４，６５……安定化パルス、６６……検出
パルス、６７……補正パルス。

Claims

【特許請求の範囲】

１ロータ２と前記ロータの位置決めをなすノツ
チ５ａ，５ｂを内周に形成した１体ステータとを
有するステツプモータを備えるアナログ電子時計
において、発振回路２８の出力を分周する分周回
路２９と、前記分周回路の出力信号にもとづいて
前記ロータを駆動する駆動パルス２０、前記駆動
パルスと同極性で前記駆動パルス印加終了後前記
ロータが停止した後供給される安定化パルス２
１、検出パルス２２及び前記駆動パルスより実効
力の大きな補正パルス２３の各パルスを順番に出
力するモータ駆動回路３１と、前記検出パルスの
出力に同期して前記ステツプモータの駆動コイル
３４に発生する誘起電圧から前記ステツプモータ
の回転・非回転を検出する検出回路３３とからな
り、前記モータ駆動回路は前記検出回路が前記ス
テツプモータの非回転を検出したときのみ前記補
正パルスを出力するゲート手段４３を備えること
を特徴とするアナログ電子時計。