JPS627989B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 電子時計用パルスモーターの駆動回路につい
て、定常時は低出力で良いため比較的狭いパルス
巾の駆動パルスとして消費電流を低減し、曜日送
り負荷時、衝撃負荷時等の異常時を駆動コイルの
誘起電圧によつて検出してパルス巾を広く設定
し、高出力とする方式及び、駆動パルスを定常時
と異常時が相異なる変調度の高周波パルスとし、
異常時に駆動電流ピーク値を定常時より高く設定
し、高出力を得る方式等が提案されている。

しかるに上記方式ではいずれも異常時を検出し
て高出力とした後の制御が充分ではない。すなわ
ち負荷がかかるとパルスモーターの回転子の角速
度が低下するため駆動コイルの誘起電圧の振巾は
低下し、位相は遅れ、ここで検出回路は異常時と
して検出し、駆動パルス巾又は変調度が変化して
高出力となる。したがつて駆動力は増加し負荷に
打勝つて正常動作をするが、これに伴つて回転子
の角速度は増加し、駆動コイルの誘起電圧の振
巾、位相はほぼ定常時と等しくなる。しかるにサ
ンプリング検出の位相が固定されているため、検
出回路は無負荷の定常状態にもどつたものと判定
して次の駆動パルスを低出力の定常駆動パルスに
切換えてしまい、所定の高出力を連続して発生で
きず、負荷に対して充分な補償効果が得られない
欠点がある。また駆動コイルのサンプリング検出
位相は一定の誘起電圧波形の振巾、位相を基準に
設定してあるためパルスモーターの回転子の慣性
モーメント、回転子磁力、回転子の静止位置、駆
動コイルの巻数、電気機械結合係数が異なると、
所定の誘起電圧の振巾、位相との差が発生する
が、この差が大きくなると検出回路は検出でき
ず、制御が不可能となる。これを防止するにはパ
ルスモーター各部の公差をきびしく設定する必要
があり量産性が悪くなる欠点を有している。

本発明は上述の欠点のない負荷に対して充分な
補償効果を有し、安定度も高く量産性も良い低消
費電力のパルスモーター駆動回路を提供するもの
である。

本発明は定常時と異常時で相異なる駆動パルス
が駆動コイルに印加される時計用パルスモーター
駆動回路に於て、２つ以上の相異なるサンプルパ
ルスを発生するサンプルパルス発生回路を有する
ことを特徴とする時計用パルスモーター駆動回路
を提供するものである。

本発明は該サンプルパルス発生回路が該定常時
と異常時で相異なるサンプルパルスを発生するこ
とを特徴とする時計用パルスモーター駆動回路を
提供するものである。

本発明は該サンプルパルス発生回路が電源印加
時に位相の異なるサンプルパルスを駆動パルスに
同期して順次発生し、該駆動コイルの誘起電圧を
検出回路がサンプル検出して該サンプルパルスの
位相を固定することを特徴とする時計用パルスモ
ーター駆動回路を提供するものである。

以下実施例について説明する。

第１図は従来の駆動回路を用いた水晶時計の主
要構成図で、１０１は水晶発振回路、１０２は分
周回路、１０３は波形変換回路、１０４は駆動回
路、１０５は検出回路、１０６はパルスモーター
であり、第２図は本発明の一実施例の主要構成図
で、１０７は水晶発振回路、１０８は分周回路、
１０９は波形変換回路、１１０は駆動回路、１１
１はカウンター、１１２は移相回路、１１３はサ
ンプルパルス発生回路、１１４は検出回路、１１
５はパルスモーターで、１１６は回転子、１１
７，１１８は固定子、１１９は駆動コイルを示
す。第３図、第４図は第２図の一具体例である。
第５図、第６図は定常時の各部の波形図、第７図
は異常時の各部の波形図、第８図は電源印加時の
駆動コイルの誘起電圧とサンプリングパルスの関
係を示す図で、第９図は定常時と異常時の駆動コ
イルの誘起電圧とサンプリングパルスの関係を示
す図である。

第３図に於て、水晶発振回路１０７は水晶振動
子２０１、帰還抵抗２０２、インバーター２０
３、外付容量２０４，２０５よりなり、分周回路
はインバーター２０６、フリツプフロツプ（以下
FFと略記する）２０７，２０８，２０９，２１
０，２１１よりなり、FF２１１の出力φ₁₄，₁₄
は各々波形変換回路１０９のFF２１２，２１３
の入力に、FF２０９の出力₁₁はリセツト端子
R₁，R₂に印加され、各出力φ_１，φ_２は、第５
図の如くパルス巾τの交互パルスとなる。FF２
０８の出力φ₁₀は波形変換回路１０９の選択回路
２１５の入力の１つに、又φ₁₀及びFF２０８の
入力φ_９はゲート回路２１４を介して選択回路２
１５の他の入力にφ_９＋φ₁₀として印加されてい
る。検出回路１１４からの制御信号によつて選択
回路２１５の出力として定常時はφ₁₀が発生す
る。φ₁₀は波形変換回路１０９の出力φ_１，φ_２
を入力とするゲート回路２１６，２１７の他の入
力に印加され、φ_１，φ_２は変調されて、ゲート
回路２１６，２１７の出力は第５図のφ_３，φ_４
の如くに高周波パルスを含んだ駆動パルスとな
る。φ_３，φ_４はサンプリングパルス発生回路１
１３のサンプル値化パルス出力φ_７，φ_８を入力
とするゲート回路２１８，２１９の他の入力に印
加され、合成されてサンプル値化パルスを含んだ
出力φ_５，φ_６となる。波形変換回路１０９の各
出力φ_３，φ_４，φ_５，φ_６は各々駆動回路１１
０の入力となつている。駆動回路１１０はMOS
トランジスタ（以下MOSTと略記する）２２
０，２２１，２２２，２２３よりなりMOST２
２０，２２１の共通ドレインは駆動コイル２２４
のａ端子に、MOST２２２，２２３の共通ドレ
インはｂ端子に接続されておりφ_３はMOST２
２２、φ_４はMOST２２０、φ_５はMOST２２
１、φ_６はMOST２２３の各ゲートに印加され
ている。検出回路１１４の検出インバーター２２
５は駆動コイル２２４のａ端子に、検出インバー
ター２２６はｂ端子に接続されている。各インバ
ーターの出力はゲート回路２２８の入力の１つに
接続され、他の入力にはサンプリングパルス発出
回路からのサンプリング検出パルスφ₂₀，φ₂₁が
印加されている。

駆動コイル２２４に印加される駆動パルス電圧
は第５図Vabの如くに高周波パルスを含んだ交互
電圧となり、駆動電流はIabの如くになる。ここ
に駆動パルス電圧が切れた後に駆動電流が零にな
る期間はサンプル値化パルスφ_７、又はφ_８が印
加されており、駆動コイルの両端ａ，ｂには第６
図の如くサンプル値化された駆動コイルの誘起電
圧及び駆動パルス電圧が交互に現われ、前述の如
く検出インバーター２２５，２２６に印加され、
出力φ₂₃，φ₂₄は、誘起電圧の検出パルス及び駆
動パルスとなり、誘起電圧はサンプル検出パルス
φ₂₀，φ₂₁によりサンプル検出され合成されて選
択回路２２８の出力φ₁₅としてFF２２９のリセ
ツト端子R₃に印加される。一方セツト端子S₃に
はORゲート２２７によりφ_１＋φ_２が印加され
ており、φ_１＋φ_２により出力F₃＝１にセツ
ト、検出出力φ₁₅によりF₃＝０にリセツトされ、
第６図φ₂₆の如くになり、φ₂₆はゲート回路２３
１の入力の一つに印加され、通常は他の入力に印
加されたANDゲート２３０出力φ₁₂，φ₁₃は出力
として発生せず、ゲート回路２３１出力をリセツ
ト端子R₄入力とするFF２３２の出力F₄＝１に保
持されている。スイツチＳ２３６は電源印加時以
外はｄ側に接続されており、出力F₄により選択
回路２１５出力は前述の如くφ₁₀が発生してい
る。

変調された駆動パルスφ_３がMOSTのゲート
に印加されるとMOST２２０はオフ、MOST２
２１はオンとなつているため駆動コイル２２４に
は前述した如くVabなる電圧が加わり、駆動電流
波形はIabの如くに駆動コイルのインダクタンス
の磁気エネルギを有効に利用することにより連続
した波形となる。電流の波高値は変調度を変える
ことによつて任意に設定できる。実施例では定常
時の駆動パルスの変調度を50％としているが特に
これに限定されるものではない。変調駆動パルス
が切れた後は駆動コイルに蓄積された磁気エネル
ギーの放電電流が流れるが、これも駆動に有効に
利用し、かつ、インダクタンスによるスパイク電
圧発生の防止のため数ミリ秒は駆動コイルを電気
的に短絡し、次にMOST２２１のゲートにφ_５
を印加してτ′だけMOST２２１をオフにし、パ
ルスモーターの回転子が所定の角度回転したとき
の角速度を誘起電圧の振巾、位相から検出用イン
バーター２２５、ゲート回路２２８でサンプル検
出し、その後ふたたび駆動コイルを電気的に短絡
することにより回転子の安定度を高めている。

駆動コイルのサンプリング検出位相を特定の誘
起電圧波形の振巾、位相を基準に固定してしまう
と前述した如く制御不可能となる場合も発生する
が本発明は以下に述べる方法により検出位相を最
適点に設定して安定な動作を可能としている。

まず第３図のスイツチＳ２３６をｃ側（Ｖ_DD）
に接続した後電源を回路に印加する。選択回路２
１５はFF２３２出力F₄＝１と同じ出力φ₁₀を発
生する。このスイツチはカウンターで電源印加後
一定時間後ｄ側からｃ側へ切換わる如く動作する
ように構成することも可能である。第４図に於て
カウンター回路１１１のFF２４１，２４２，２
４３の各出力P₁＝P₂＝０、P₃＝１に、またFF２
３７出力F₈＝１にFF２３８及びゲート回路２４
０により発生するセツトパルスによりセツトされ
る。

パルスモーターは定常駆動パルスにより駆動さ
れ、F₈＝１であるからφ_１＋φ_２パルスがゲー
ト回路２３９を介してFF２４１の入力に印加さ
れ、リングカウンター構成としてあるため、P₁＝
１、P₂＝P₃＝０となる。サンプリングパルス発生
回路１１３のゲート回路２５９，２６０出力は
各々定常時のサンプル値化パルスφ₁₈、サンプル
検出パルスφ₁₉であり、φ₂₂＝１であるので選択
回路２６１ａ，２６１ｂの各出力φ₂₄，φ₂₅とな
り、サンプル値化パルスはφ_７，φ_８、サンプル
検出パルスはφ₂₀，φ₂₁の交互パルス（第５図参
照）となる。これらのサンプリングパルスは移相
回路１１２の各FF出力より合成される。サンプ
ル値化パルスφ₁₈＝Q_{3 ５}、サンプル検出パルス
φ₁₉＝Q_{4 ５}となり、第８図でφ₁₈＝φ₂₉、φ₁₉
＝φ₃₂すなわちサンプル値化時間はｔ＝t₃〜t₅、
検出時間はｔ＝t₄〜t₅となる。駆動コイルの誘起
電圧がEa，Ebの実線φ₄₃の如くなつたものとす
れば、サンプル値化された誘起電圧はφ₂₇の如く
になるが、サンプル検出時間内で振巾が所定の値
以下であるため検出信号φ₁₅は発生せず、次のφ
_１＋φ_２パルスでカウンター１１１の出力P₁＝
０、P₂＝１、P₃＝０となり、φ₁₈＝Q_{4 ６}＝φ
₃₀、φ₁₉＝Q_{5 ６}＝φ₃₃すなわちサンプル値化時
間はｔ＝t₄〜t₆、検出時間はｔ＝t₅〜t₆と、右側へ
シフトする。サンプル値化された誘起電圧はφ₂₈
の如くになり、サンプル検出時間内に、所定の振
巾以上となつて検出信号φ₁₅が発生しカウンター
１１１内のFF２３７の出力F₈＝０にリセツトさ
れ、以後φ_１＋φ_２はゲート回路２３９を通過で
きず、カウンター内容はP₁＝０、P₂＝１、P₃＝０
に固定され、サンプル値化パルス、サンプル検出
パルスの位相も固定される。誘起電圧がφ₄₄の如
く左側へシフトしていればサンプル値化パルスφ
₂₉、サンプル検出パルスφ₃₂で検出されP₁＝１、
P₂＝P₃＝０に固定され、φ₄₅の如く右側へシフト
していれば、φ₃₁，φ₃₄で検出され、P₁＝P₂＝
０、P₃＝１に固定され、各パルスの位相も固定さ
れる。説明の簡単化のためカウンター１１１内の
直列接続されたFFが３個の例を示したが、個数
には特に限定されず多くする程制御範囲は広くな
る。サンプル値化パルス、サンプル検出パルスの
位相が固定した後にスイツチＳをｄ側へ接続する
が、前述した如く数秒から数十秒程度のカウンタ
ーで構成しても良い。以上はすべて無負荷状態で
あるが、負荷が加わつた異常時はパルスモーター
の回転子の回転速度が減少するため第９図の
Ea′，Eb′の定常状態の波形φ₄₆に比較して位相が
右側へずれ、振巾も減少し、誘起電圧はφ₄₇の如
くになるとサンプル値化された誘起電圧はφ₃₅の
点線の如くなり検出パルスでは検出できなくなり
検出信号φ₁₅は発生せず、φ_１＋φ_２により第３
図検出回路１１４のFF２２９出力F₃＝φ₂₆＝１
となり、FF２３２の出力F₄＝０にリセツトさ
れ、選択回路２１５出力はφ_９＋φ₁₀となり第７
図の如く駆動電流Iab′のピーク値が上昇し駆動力
が増加する。したがつて回転子の回転速度は上昇
し第９図のφ₄₈の如くになり、サンプル値化パル
ス、サンプル検出パルスが固定していると負荷状
態でありながら検出信号が発生して定常駆動パル
スとなつてしまうが本実施例では異常時のサンプ
ル値化パルスφ₁₆、サンプル検出パルスφ₁₇（第
４図参照）を定常時と位相が異なるように設定し
て誤動作を防止している。検出回路のFF２３２
出力F₄により選択回路２１５及びサンプリング
パルス発生回路１１３の選択回路２６０，２６１
を切換えることにより駆動パルス及びサンプリン
グパルス両方の制御を行なつている。第９図の如
く定常時にｔ＝t₄〜t₆でサンプル値化されφ₃₅と
なつたものが異常時ではφ₃₆の如く左側へシフト
してｔ＝t₂〜t₄でサンプル値化されφ₃₆となる。
サンプル値化パルスはφ₃₈、サンプル検出パルス
はφ₄₁となるが定常時でのサンプル値化時間に応
じてφ₃₇とφ₄₀、φ₃₉とφ₄₂の如くにも切換わるこ
とになる。

負荷が加わつていればこの状態が保持されるわ
けであるが、無負荷になれば、回転子の角速度は
さらに上昇して第９図のφ₄₉（二点鎖線）の如く
に誘起電圧の位相が右側へシフトし、振巾も大き
くなり、検出出力が発生するからFF２２９出力
F₃＝０、R₄＝０となるが検出回路１１４のFF２
３３，２３４，２３５により遅延し、駆動パルス
が２個印加された後にFF２３５出力F₇によりFF
２３２の出力F₄＝１にセツトされるまで定常状
態にもどらない。すなわち検出インバーター２２
５，２２６が連続して検出出力を発生したときに
切換わる如く設定してあるため安定度が高い。実
施例では駆動電圧と同一の正の誘起電圧（例えば
第８図Ea，EbのＧ点）を検出したが、負の誘起
電圧（例えば第８図EabのＨ点）を用いてもよ
く、サンプル値化パルスφ_７，φ_８、サンプル検
出パルスφ₂₀，φ₂₁を入れかえ適当に右側へシフ
トすればよい。また実施例では誘起電圧をサンプ
ル検出したが、誘起電圧による電流を検出しても
よく、駆動回路のMOSTの電圧降下を検出して
もよい。また駆動コイルの誘起気電圧をサンプル
検出した例を示したが、新たに検出コイルを設け
ても、他の検出素子を用いても良いことは勿論で
ある。

本方式を使用すれば回転子磁力、静止位置、駆
動コイルの巻数、電気機械結合係数等の差異によ
る誘起電圧の振巾、位相の差があつてもサンプリ
ング位相が最適値にシフトするため適用範囲が広
がり、パルスモーター各部の公差もゆるく設定で
きるため実用上の効果はきわめて大きい。また定
常時と異常時でサンプリング位相を変えたため、
負荷に対して充分な補償効果が得られる。

したがつて定常時は低消費電流でよく、曜日送
り負荷時は１日のうち１時間以内であるため平均
して電圧1.5V駆動で消費電流0.5μＡ以下での動
作が可能となつた。

なお実施例では異常時を負荷時としたが、例え
ば電池電圧の低下による駆動力の補償効果もあ
る。

実施例では、パルス巾を変えずに定常時、異常
時ともに変調パルスとしたが、例えば定常時は変
調パルス駆動とし、異常時を定常パルス駆動とし
てもよく、また定常時も変調駆動とせず、定常の
駆動とし、異常時にパルス巾を広く設定して駆動
力を増加させてもよいことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の駆動回路の主要構成ブロツク
図、第２図は本発明の一実施例の主要構成ブロツ
ク図、第３図、第４図は本発明の一具体的回路
図、第５図、第６図は定常時の各部の波形図、第
７図は異常時の各部の波形図、第８図は電源印加
時の駆動コイルの誘起電圧とサンプリングパルス
の関係を示す波形図、第９図は定常時と異常時の
駆動コイルの誘起電圧とサンプリングパルスの関
係を示す波形図である。 １０１，１０７……発振回路、１０２，１０８
……分周回路、１０３，１０９……波形変換回
路、１０４，１１０……駆動回路、１０６，１１
５……パルスモーター、１１１……カウンター、
１１２……移相回路、１１３……サンプルパルス
発生回路、１１４……検出回路、１１６……回転
子、１１７，１１８……固定子、１１９，２２４
……駆動コイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 発振回路、分周回路、パルスモータ駆動回
   路、駆動コイル及びロータを含むパルスモータ、
   前記パルスモータへの駆動パルス印加終了後に前
   記駆動コイルに発生する誘起電圧を検出する検出
   回路該検出回路の検出信号に従つて異なる駆動力
   の駆動パルスを発生する波形変換回路を備えた電
   子時計において、前記検出回路は前記駆動コイル
   両端に接続された検出用インバータ及び該検出用
   インバータ出力を入力とするゲート手段を有し、
   更に前記ゲート手段を制御して該検出用インバー
   タ出力を通過させるための複数の位相の異なるサ
   ンプルパルスを発生し、前記検出用インバータの
   負荷検出出力信号により前記サンプルパルスを切
   換制御する選択回路をサンプルパルス発生回路を
   具備することを特徴とする電子時計。