WO2023062857A1 - アナログ電子時計 - Google Patents

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WO2023062857A1
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rotor
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宮内則雄
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宮内則雄
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    • G—PHYSICS
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    • G04C3/00—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
    • G04C3/14—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means incorporating a stepping motor
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C9/00—Electrically-actuated devices for setting the time-indicating means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/10—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
    • H02K37/12—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K37/14—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
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    • H02K37/00—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/24—Structural association with auxiliary mechanical devices

Definitions

  • the present invention relates to an analog electronic timepiece having a step hand movement function and a sweep hand movement function.
  • the conventional stepping motor 9 shares a rotor 93, a stepping motor 91 having no holding torque, and a stator 91a consisting of a coil 91e and a yoke 91b with a pair of slits 91c and a pair of inner notches 91d. It is composed of a stepping motor 92 having no holding torque and a stator 92a comprising a coil 92e and a yoke 92b having a pair of slits 92c and a pair of inner notches 92d.
  • the magnetic pole direction of the rotor 93 is in the direction 93a, the coil 91e is energized, then the coil 92e is energized, the coil 91e is deenergized, the coil 91e is energized in the opposite direction, and then the coil 91e is energized in the opposite direction.
  • De-energizing the coil 92e then energizing the coil 92e in the opposite direction, de-energizing the coil 91e, de-energizing the coil 92e, and then energizing the coil 92e in the reverse direction for a short time.
  • the rotor 93 rotates in steps of 360 degrees per second, and the second hand moves in steps of 1 second due to the reduction gear train ratio of 1/60.
  • the magnetic pole direction of the rotor 93 is in the direction of 93a. Energizing in the opposite direction, then de-energizing the coil 92e, then energizing the coil 92e in the reverse direction with continuous pulses, then de-energizing the coil 91e, and then energizing the coil 91e with continuous pulses. , the rotor 93 sweeps 360 degrees in 1 second, and the second hand sweeps for 1 second due to the deceleration gear train ratio of 1/60.
  • the structure of the conventional step motor will be described with reference to a plan view (a) and a cross-sectional view taken along line AA of the conventional step motor shown in FIG.
  • the conventional stepping motor 7 comprises a rotor 70 comprising a two-pole permanent magnet 70a and a stator 71 comprising a yoke 72 and a coil 73 magnetically coupled to the permanent magnet 70a.
  • the yoke 72 is formed with a pair of steps 75a and 75b in a holding torque generating portion 75 facing the rotor hole 74. As shown in FIG.
  • the conventional rotor 8 comprises a rotor shaft 8a, a pinion 8b and a permanent magnet 8c provided on the rotor shaft 8a.
  • a stepping motor consisting of a rotor consisting of a two-pole permanent magnet, an integral plate-like yoke having a rotor hole for receiving the rotor and magnetically coupled to the rotor, and a stator consisting of a coil fixed to the yoke. is step driven and sweep driven, and in an analog electronic timepiece having a step hand movement function and a sweep hand movement function, the sweep hand movement function is achieved by sweep driving the step motor through angular velocity control based on a step motor model.
  • the load torque of the step motor model is corrected every 180 degrees from the angular velocity calculated by the step motor model and the zero cross rotor angle of the back electromotive force generated in the coil.
  • a holding torque reducing coil for reducing holding torque is arranged in the bridge near the rotor hole of the step motor stator. During sweep driving, a DC current is applied to the holding torque reducing coil to reduce the holding torque. be done.
  • the rotor of the step motor has inertia.
  • the yoke of the step motor is composed of a holding torque portion including a structure for generating holding torque and a yoke portion excluding the holding torque portion. is a stepping motor.
  • the GPS time signal or long-wave time signal is received to correct the deviation of the second hand.
  • FIG. 1 is a drive circuit diagram of a step motor according to the present invention
  • FIG. 1 is a plan view (a) and a cross-sectional view (b) taken along line AA of a step motor according to the present invention
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotor of a step motor according to the present invention
  • FIG. 4 is a time change diagram of set angular velocity (a), sweep drive pulse (b), angular velocity (c), and angle (d) according to the present invention
  • FIG. It is a driver diagram according to the present invention.
  • FIG. 1 is a drive circuit diagram of a step motor according to the present invention
  • FIG. 1 is a plan view (a) and a cross-sectional view (b) taken along line AA of a step motor according to the present invention
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotor of a step motor according to the present invention
  • FIG. 4 is a time change diagram of set angular velocity (a
  • FIG. 4 is a driver diagram of a holding torque reduction coil according to the present invention. It is a plan view (a) and a cross-sectional view (b) taken along line AA of a conventional stepping motor.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a rotor of a conventional stepping motor;
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a step motor of a conventional analog electronic timepiece;
  • FIG. 2 shows a plan view (a) and a cross-sectional view (b) taken along the line AA of the step motor according to the present invention.
  • a stepping motor according to the present invention is composed of a rotor 25 composed of two-pole permanent magnets, and a stator 21 composed of a coil 24 and a yoke 22.
  • a pair of holding torque reduction coils 2a and 2b, which are formed (23a) thinner than the yoke portion 22c and for reducing holding torque, are provided on the bridges 22a and 22b of the yoke 22 of the stator 21, respectively, During sweep driving, as shown in FIG.
  • a direct current is applied from the p-type MOS 61 of the gate 61a to the series-connected holding torque reduction coils 2a (60a) and 2b (60b) in order to reduce the holding torque.
  • the DC magnetic field due to the DC current is in the clockwise direction 20a, 20b.
  • the DC magnetic field can be counter-clockwise.
  • the rotation direction of the rotor 25 is counterclockwise 25a, and the stationary angles 25b and 25c of the rotor 25 due to the holding torque and the zero cross angle 25d of the back electromotive force generated in the coil 17a of the step motor 17 shown in FIG. , 25e are shown.
  • the rotor of the step motor according to the present invention shown in FIG. 3 will be described.
  • the rotor 3 according to the present invention is provided with a rotor shaft 3a, a pinion 3b, a permanent magnet 3c, and a disk-shaped inertia 3d on the rotor shaft 3a.
  • the drive circuit diagram of the step motor according to the present invention shown in FIG. 1 and the drive circuit diagram shown in FIG. Time change diagrams of set angular velocity (a), sweep drive pulse (b), angular velocity (c), and angle (d) according to the present invention, a driver diagram according to the present invention shown in FIG.
  • An embodiment of the present invention will be described using a driver diagram of a holding torque reduction coil according to the invention.
  • a step motor drive circuit 1 includes a step drive/sweep drive switching means 10, a sweep drive circuit 11 switched by the step drive/sweep drive switching means 10, a step drive pulse generating means 12, a driver A, 16, driver B, and 20. Also shown in FIG. 1 are stepper motor 17 (STM), coil 17a, and series connected holding torque reduction coils 20b, 20c.
  • the step drive pulse generating means 12 outputs a drive pulse 12a to the drivers A and 16, a drive current is applied to the coil 17a to the STM 17, and the step motor STM 17 rotates in steps.
  • the driver A, 16 shown in FIG. Push-pull connection is made by a type MOS 54 .
  • step drive when the drive is off, with respect to power supply 55 and ground 56, gate 51a is low, p-type MOS 51 is on, gate 52a is low, n-type MOS 52 is off, gate 53a is low, p-type MOS 53a is on, the gate 54a is low, and the n-type MOS 54 is turned off.
  • the set angular velocity/initial angle/initial drive pulse width command 13 of the sweep drive circuit 11 outputs an initial drive pulse width 13a, a set angular velocity 13b, and an initial angle 13c.
  • the initial angle 13c is obtained by inputting the output 12a of the step drive pulse generating means, and judging from the previous output 12a the stationary position 25b or 25c of the rotor 25 of the stepping motor 2 shown in FIG. It is determined.
  • the STM model 19 inputs an angular velocity 19b, an angle 19c, a drive current 19e, and a drive pulse width 142a, executes a simulation in real time, and performs a sweep drive shown in FIG.
  • Angular velocity 19a, angle 19c, and drive current 19d are output at 42b immediately before the end of the pause period 42a of the sweep drive pulse of pulse (b).
  • angular velocity 19b and drive current 19e On the other hand, the angular velocity 19a is input to the subtractor 141, the set angular velocity 13b is subtracted, and a signal 141a is obtained.
  • the output 15b of the proportionalor 15a having the proportional constant KP and the output 15d of the integrator 15c having the integral constant KI are input to the adder 15e, and the adder 142 outputs the output 15f of the adder 15e. and the initial drive pulse width 13a are added to generate a sweep drive pulse width 142a.
  • the sweep drive pulse width 142a is input to the STM model 19 and at the same time to the sweep drive pulse generator circuit 190 which inputs the angle 19c, and the sweep drive pulse generator circuit 190 outputs the sign of the sweep drive pulse width 142a. , based on whether the angle 19c is within 0 to .pi. .
  • L is the self-inductance of the drive coil
  • K is the back EMF constant (identical to the torque constant)
  • R is the drive coil resistance
  • V is the supply voltage
  • Vs(i) is the drop voltage of the drive MOS.
  • the sign of the power supply voltage V is determined by the sign of the sweep drive pulse width 142a and the four combinations of the rotor angle ⁇ within 0 to ⁇ radians and ⁇ to 2 ⁇ radians.
  • the STM model 19 calculates the following two equations in real time.
  • the zero-cross angle detector 18 detects the zero-cross angle from the back electromotive force generated across the coil 17a by the voltages 18a and 18b across the coil 17a during the stop time of the drive pulse width 142a, and detects the zero-cross angle 18c ( , the angle 25d or 25e of the rotor 25 of the stepping motor 2 shown in FIG. Then, the load torque TL is corrected every 180 degrees from the following formula.
  • T L ⁇ J ⁇ d 2 ⁇ /dt 2 ⁇ r ⁇ d ⁇ /dt ⁇ Ts ⁇ sin ⁇ 2 ⁇ ( ⁇ 0 ) ⁇
  • time change diagrams of the set angular velocity command (a), the sweep drive pulse (b), the angular velocity (c), and the angle (d) according to the present invention shown in FIG. 4 will be described.
  • the set angular velocity command ⁇ 0, 13a output by the set angular velocity/initial angle/initial drive pulse width command 13 of the sweep drive circuit 11 shown in FIG. Since it is set to 30, it becomes ⁇ [radian/second] 41.
  • the STM model 19 outputs an angular velocity 19a, an angle 19c, and a current 19d just before the end 42b of the stop period 42a of the sweep drive pulse sdp,42.
  • the angular velocity ⁇ changes with time 43, and at the angle at which the holding torque is generated, the angular velocity ⁇ deviates from ⁇ [radian/second] and becomes a chevron-shaped time change 43a.
  • the angle ⁇ changes with time 44, and at the angle at which the holding torque is generated, a chevron-shaped time change 44a is generated.
  • the time is adjusted by receiving a GPS time signal or a long-wave time signal at any time.
  • the moment of inertia J of the rotor 3 according to the present invention shown in FIG. 3 is set to about 60 times that of the conventional rotor.
  • the thickness of the portion that generates the holding torque is set to 1/2.5 of the thickness of the magnet, and is set to about 1/5 of the holding torque of the conventional step motor 7.
  • a DC current to 2b (20c, 60b)
  • a magnetic field is applied in the circumferential direction of the rotor bore, and the holding torque is further reduced to 1/2. /10.
  • Analog electronic timepieces can be wristwatches, table clocks or wall clocks.
  • step drive pulse generation means 19 STM model 190 sweep drive pulse generation circuit 2 7 9 17 step motor 3 8 25 70 93 rotor 21 71 91a 92a stator 22 72 91b 92b yoke 24 50 73 91e 92e coil 2a 2b 20b, 20c, 60a, 60b holding torque reducing coil 23 holding torque portion 24a 24b 75a 75b step 91d 92d inner notch

Landscapes

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Control Of Stepping Motors (AREA)
  • Electromechanical Clocks (AREA)

Abstract

アナログ電子時計にスイープ運針機能を加えることにある。ロータにイナーシャを設けた、運針用ステップモータを角速度制御する。ステップモータモデルは、当該ステップモータの運動方程式と回路方程式をリアルタイムで計算する。設定π（ラジアン／秒）の角速度と該ステップモータモデルが出力する角速度の差を比例積分して生成したスイープドライブパルス幅でスイープドライブすると同時に、該スイープドライブパルス幅を該ステップモータモデルへ入力する。ステップモータのコイルからの逆起電圧のゼロクロスのロータ角度と算出する角速度から負荷トルクの補正を行う。ヨークのブリッジに設けたコイルに直流電流を印可して、ステップモータの保持トルクを縮小する。スイープ運針後の時間ずれは、ＧＰＳ時刻信号または長波時刻信号を用いて修正する。 図１

Description

アナログ電子時計
本発明は、ステップ運針機能とスイープ運針機能を有するアナログ電子時計に関する。
従来のアナログ電子時計において、該アナログ電子時計に搭載されたステップモータを、ステップドライブとスイープドライブする方法について説明する。
図９に示す、従来のアナログ電子時計のステップモータの構成図を説明する。従来のステップモータ９は、ロータ９３を共有し、コイル９１ｅと、１対のスリット９１ｃと1対の内ノッチ９１ｄの付いたヨーク９１ｂからなるステータ９１ａの、保持トルクを持たないステップモータ９１と、コイル９２ｅと、1対のスリット９２ｃと1対の内ノッチ９２ｄの付いたヨーク９２ｂからなるステータ９２ａの、保持トルクを持たないステップモータ９２から構成されている。
まず、ステップモータ９のステップドライブを説明する。ロータ９３の磁極方向は９３ａ方向にあって、コイル９１ｅを通電し、次に、９２ｅを通電して、その後、コイル９１ｅの通電を止め、次に、コイル９１ｅを逆方向へ通電し、その後、コイル９２ｅの通電を止め、次に、コイル９２ｅを逆方向へ通電し、その後、コイル９１ｅの通電を止め、次に、コイル９２ｅの通電を止め、その後、コイル９２ｅを逆方向に短時間通電すると、１秒間にロータ９３は３６０度、ステップ回転し、１／６０の減速輪列比によって、秒針は１秒ステップ運針する。
次に、ステップモータ９のスイープドライブを説明する。ロータ９３の磁極方向は９３ａ方向にあって、コイル９１ｅを連続パルスによって通電し、次に、９２ｅを連続パルスによって通電し、その後、コイル９１ｅの通電を止め、次に、コイル９１ｅを連続パルスによって逆方向へ通電し、その後、コイル９２ｅの通電を止め、次に、コイル９２ｅを連続パルスによって逆方向へ通電し、その後、コイル９１ｅの通電を止め、次に、コイル９１ｅを連続パルスによって通電すると、１秒間にロータ９３は３６０度、スイープ回転し、減速輪列比１／６０によって、秒針は１秒スイープ運針する。
図７に示す、従来のステップモータの平面図（ａ）とＡ－Ａ断面図により、該従来のステップモータの構造を説明する。該従来のステップモータ７は２極の永久磁石７０ａからなるロータ７０と、該永久磁石７０ａに磁気結合する、ヨーク７２とコイル７３からなるステータ７１から構成されている。該ヨーク７２には、ロータ穴７４に面し、保持トルク発生部７５に１対の段差７５ａと７５ｂが形成されている。
図８に示す、従来のロータを説明する。該従来のロータ８は、ロータシャフト８ａ、カナ８ｂと該ロータシャフト８ａに設けられた永久磁石８ｃからなっている。
特開２０１３－１２２３９０ 特開２０１７－０４６３９３
二階堂旦他、電気学会、ＭＡＧ－７７－２３、（１９７７）
しかしながら、従来のアナログ電子時計には、保持トルクを持たないステップモータを２個使用する必要があるために、耐衝撃性がないことと、製造コストに課題があった。さらに、スイープドライブは連続パルスによってオープン制御されるので、ロータの２π（ラジアン／秒）の角速度に安定性がない欠点があった。
２極の永久磁石からなるロータと、該ロータが入るロータ穴を有し、該ロータに磁気結合する一体で板状のヨークと、該ヨークに固定されたコイルからなるステータから構成されるステップモータを、ステップドライブとスイープドライブして、ステップ運針機能とスイープ運針機能を有するアナログ電子時計において、該スイープ運針機能は、該ステップモータをステップモータモデルに基づく角速度制御によってスイープドライブすることによって達成される。
前記ステップモータモデルの負荷トルクは、該ステップモータモデルが算出する角速度と前記コイルに発生する逆起電圧のゼロクロスのロータ角度とから、１８０度おきに修正される。
前記ステップモータのステータのロータ穴付近のブリッジには、保持トルクを縮小するための、保持トルク縮小コイルが配置され、スイープドライブ時、該保持トルク縮小コイルに直流電流が印加され、保持トルクが縮小される。
前記ステップモータの前記ロータは、イナーシャを有している。
前記ステップモータのヨークは、保持トルクを生ぜしめる構造を含む保持トルク部と該保持トルク部を除くヨーク部から成り、該保持トルク部は該ヨーク部より薄く、該ヨーク部の厚み方向の中心に位置するステップモータである。
前記スイープ運針直後、ＧＰＳ時刻信号あるいは長波時刻信号を受信し、秒針のずれを修正する。
秒針のステップ運針と安定なスイープ運針を達成できる。
本発明に係わるステップモータのドライブ回路図である。 本発明に係わるステップモータの平面図（ａ）とＡ－Ａ断面図（ｂ）である。 本発明に係わるステップモータのロータの断面図である。 本発明に係わる設定角速度（ａ）、スイープドライブパルス（ｂ）、角速度（ｃ）、角度（ｄ）の時間変化図である。 本発明に係わるドライバ図である。 本発明に係わる保持トルク縮小コイルのドライバ図である。 従来のステップモータの平面図（ａ）とＡ－Ａ断面図（ｂ）である。 従来のステップモータのロータの断面図である。 従来のアナログ電子時計のステップモータの構成図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳述する。
図２に本発明に係わるステップモータの平面図（ａ）とＡ－Ａ断面図（ｂ）を示す。本発明に係わるステップモータは、２極の永久磁石からなるロータ２５と、コイル２４とヨーク２２からなるステータ２１から構成されており、ヨーク２２の保持トルク部２３は、ヨーク部２２ｃの中心に、該ヨーク部２２ｃより薄く形成（２３ａ）されており、保持トルクを縮小するための、１対の保持トルク縮小コイル２ａと２ｂが、それぞれ、ステータ２１のヨーク２２のブリッジ２２ａと２２ｂに設けられ、スイープドライブ時、図６に示すように、ゲート６１ａのｐ型ＭＯＳ６１から、保持トルクを縮小するために、直列接続する該保持トルク縮小コイル２ａ（６０ａ）、２ｂ（６０ｂ）へ直流電流が印可され、該直流電流による直流磁界は、時計回り方向２０ａ、２０ｂになる。あるいは、該直流磁界は、時計逆回りでも、可能である。なお、ロータ２５の回転方向は、反時計回り２５ａであって、保持トルクによるロータ２５の静止角度２５ｂ、２５ｃと、図１に示す、ステップモータ１７のコイル１７ａに生じる逆起電圧のゼロクロス角度２５ｄ、２５ｅが示されている。
図３に示す、本発明に係わるステップモータのロータを説明する。該本発明に係わるロータ３は、ロータシャフト３ａ、該ロータシャフト３ａに、カナ３ｂと永久磁石３ｃに加え、円盤状のイナーシャ３ｄが設けられている。
図１に示す、本発明に係わるステップモータのドライブ回路図と、図４に示す、
本発明に係わる設定角速度（ａ）、スイープドライブパルス（ｂ）、角速度（ｃ）、角度（ｄ）の時間変化図、図５に示す、本発明に係わるドライバ図と、図６に示す、本発明に係わる保持トルク縮小コイルのドライバ図を使って、本発明の実施例を説明する。
本発明に係わるステップモータのドライブ回路１は、ステップドライブ・スイープドライブ切換手段１０、該ステップドライブ・スイープドライブ切換手段１０によって、切り換えられる、スイープドライブ回路１１、ステップドライブパルス発生手段１２、ドライバＡ、１６、ドライバＢ、２０から構成されている。図１には、また、ステップモータ１７（ＳＴＭ）、コイル１７ａ、直列接続する保持トルク縮小コイル２０ｂ、２０ｃが示されている。
まず、ステップドライブを説明する。前記ステップドライブ・スイープドライブ切換手段１０によって、ステップドライブパルス発生手段１２は、ドライバＡ、１６にドライブパルス１２ａを出力し、コイル１７ａにドライブ電流がＳＴＭ１７へ印可され、ステップモータＳＴＭ１７はステップ回転する。
図５において、図１に示すドライバＡ、１６は、コイル５０（１７ａ）に、ゲート５１ａを持つｐ型ＭＯＳ５１、ゲート５２ａを持つｎ型ＭＯＳ５２、ゲート５３ａを持つｐ型ＭＯＳ５３、ゲート５４ａを持つｎ型ＭＯＳ５４によって、プッシュプル接続されている。ステップドライブでは、ドライブオフ時、電源５５とグラウンド５６に対して、ゲート５１ａはローで、ｐ型ＭＯＳ５１がオン、ゲート５２ａはローで、ｎ型ＭＯＳ５２がオフ、ゲート５３ａはローで、ｐ型ＭＯＳ５３ａがオン、ゲート５４ａはロートで、ｎ型ＭＯＳ５４がオフになる。
次に、スイープドライブを説明する。ステップドライブ・スイープドライブ切換手段１０の出力するによって、スイープドライブ回路１１の、設定角速度・初期角度・初期ドライブパルス幅指令１３は、初期ドライブパルス幅１３ａ、設定角速度１３ｂ、初期角度１３ｃを出力する。なお、該初期角度１３ｃは、ステップドライブパルス発生手段の出力１２ａを入力し、直前の出力１２ａから、図２に示すステップモータ２のロータ２５の静止位置２５ｂまたは２５ｃのいずれかを判断して、決定される。ＳＴＭモデル１９は、角速度１９ｂ、角度１９ｃ、ドライブ電流１９ｅ、ドライブパルス幅１４２ａを入力し、リアルタイムで、シミュレーションを実行し、該ドライブパルス幅１４２ａから所定時間後である、図４に示す、スイープドライブパルス（ｂ）のスイープドライブパルスの休止期間４２ａの終了直前４２ｂで、角速度１９ａ、角度１９ｃ、ドライブ電流１９ｄを出力し、角速度１９ａとドライブ電流１９ｄは、それぞれ、ＬＰＦ（ローパスフィルター）１９１、１９２を通して、角速度１９ｂとドライブ電流１９ｅとなる。一方、角速度１９ａは、減算器１４１に入力し、設定角速度１３ｂを減算し、信号１４１ａとなり、該信号１４１ａは、比例積分器１５に入力する。該比例積分器１５において、比例定数ＫＰを有する比例器１５ａの出力１５ｂと積分定数ＫＩを有する積分器１５ｃの出力１５ｄを加算器１５ｅに入力し、加算器１４２は、該加算器１５ｅの出力１５ｆと初期ドライブパルス幅１３ａを加算し、スイープドライブパルス幅１４２ａが生成される。該スイープドライブパルス幅１４２ａは、ＳＴＭモデル１９に入力すると同時に、角度１９ｃを入力する、スイープドライブパルス発生回路１９０に入力し、該スイープドライブパルス発生回路１９０は、該スイープドライブパルス幅１４２ａの符号と、該角度１９ｃが０からπラジアン以内か、πから２πラジアン以内かに基づく、スイープドライブパルス１９０ａをドライバＡ、１６に入力し、コイル１７ａにドライブ電流が印可され、ステップモータＳＴＭ１７はスイープドライブする。
ステップモータＳＴＭモデル１９の機能を説明する。スイープドライブパルス時では、該ＳＴＭモデル１９はリアルタイムで次の２つの方程式を計算する。
Ｊ・ｄ２θ／ｄｔ２＋ｒ・ｄθ／ｄｔ
＝Ｋ・ｉ・ｓｉｎθ－Ｔｓ・ｓｉｎ｛２・（θ－θ０）｝－ＴＬ　　　
Ｌ・ｄｉ／ｄｔ＋Ｋ・ｓｉｎθ・ｄθ／ｄｔ＋Ｒ・ｉ
＝Ｖ－Ｖｓ（ｉ）　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　
ここで、前者の方程式において、Ｊはロータの慣性モーメント、θはロータ角度、ｔは時間、ｒは摩擦係数、Ｋはトルク定数、ｉはコイル電流、Ｔｓは保持トルク定数、θ０はロータの保持トルク平衡安定角度、ＴＬは負荷トルクである。後者の方程式において、Ｌはドライブコイルの自己インダクタンス、Ｋは逆起電圧定数（トルク定数と同一）、Ｒはドライブコイル抵抗、Ｖは電源電圧、Ｖｓ（ｉ）はドライブＭＯＳのドロップ電圧である。電源電圧Ｖの符号は、スイープドライブパルス幅１４２ａの符号と、ロータ角度θが０からπラジアン以内か、πから2πラジアン以内かの４個の組み合わせのいずれになるかで、決定する。
ドライブパルス停止時では、該ＳＴＭモデル１９はリアルタイムで次の２つの方程式を計算する。
Ｊ・ｄ２θ／ｄｔ２＋ｒ・ｄθ／ｄｔ
＝Ｋ・ｉ・ｓｉｎθ－Ｔｓ・ｓｉｎ｛２・（θ－θ０）｝－ＴＬ　　　
Ｌ・ｄｉ／ｄｔ＋Ｋ・ｓｉｎθ・ｄθ／ｄｔ＋Ｒｏｆｆ・ｉ＝０
ここで、図1に示す、ドライバＡがオフになることに対応して、ＲはＲｏｆｆへ変更され、Ｒｏｆｆは、例えば、Ｒの１０３倍にする。
スイープドライブパルス幅１４２ａの停止時間においては、ｐ型ＭＯＳのゲート５１ａはハイ、ｎ型ＭＯＳのゲート５２ａはロー、ｐ型ＭＯＳのゲート５３ａはハイ、ｎ型ＭＯＳ５４のゲート５４ａはローになり、すべてのＭＯＳはオフとなる。ゼロクロス角度検出１８は、ドライブパルス幅１４２ａの停止時間に、コイル１７ａの両端の電圧１８ａと１８ｂによる、該コイル１７ａの両端間に生ずる逆起電圧から、ゼロクロス角度を検出し、ゼロクロス角度１８ｃ（なお、図２に示すステップモータ２のロータ２５の角度２５ｄまたは２５ｅのいずれかとなるが、逆起電圧の立ち上がりか立下りかのどちらかでゼロクロスになるかで判別される）を、ＳＴＭモデル１９に入力し、次の式から、負荷トルクＴＬを１８０度おきに補正する。
ＴＬ　＝－Ｊ・ｄ２θ／ｄｔ２－ｒ・ｄθ／ｄｔ－Ｔｓ・ｓｉｎ｛２・（θ－θ０）｝
次に、図４に示す、本発明に係わる設定角速度指令（ａ）、スイープドライブパルス（ｂ）、角速度（ｃ）、角度（ｄ）の時間変化図を説明する。角速度指令（ａ）において、図１に示す、スイープドライブ回路１１の、設定角速度・初期角度・初期ドライブパルス幅指令１３の出力する、設定角速度指令ω０、１３ａは、減速輪列比が１／３０に設定さているので、π［ラジアン／秒］４１となる。スイープドライブパルス（ｂ）において、スイープドライブパルスｓｄｐ、４２の停止期間４２ａの終了直前４２ｂで、前記ＳＴＭモデル１９は、角速度１９ａ、角度１９ｃ、電流１９ｄを出力する。角速度（ｃ）において、角速度ωは時間変化４３になり、保持トルクが生ずる角度では、角速度ωはπ［ラジアン／秒］からずれ、山形の時間変化４３ａとなる。角度（ｄ）において、角度θは時間変化４４になり、保持トルクが生ずる角度で、山形の時間変化４４ａを生じて、スイープ時の角速度の制御性能は、設定角速度指令ω０の１％程度であって、秒針の遅れもしくは進みは、随時、ＧＰＳ時刻信号あるいは長波時刻信号を受信し、時刻修正を行う。
図３に示す、本発明に係わるロータ３の慣性モーメントＪは、従来のロータの６０倍程度に設定される。また、図２に示す、本発明に係わるステップモータ２の保持トルクを生ぜしめるための、段差２４ａと２４ｂは、それぞれ、図７に示す、従来のステップモータの段差７５ａと７５ｂの１／２にし、さらに、該保持トルクを生ぜしめる部の厚みを磁石厚みの１／２．５にして、従来のステップモータ７の保持トルクの１／５程度に設定される。また、スイープドライブ時、図６に示す、ゲート６１をローに、ｐ型ＭＯＳ６１をオンにして、ヨーク２２のブリッジ２２ａと２２ｂに設けた、直列接続する保持トルク縮小コイル２ａ（２０ｂ、６０ａ）と２ｂ（２０ｃ、６０ｂ）に直流電流を印可することによって、ロータ穴の円周方向に磁界を印加し、保持トルクはさらに１／２にされ、トータルで、従来のステップモータ７の保持トルクの１／１０にされる。
以上の詳細な説明により示されたように、本発明の電子時計によれば、従来の、２個のステップモータを利用した電子時計に比べ、ステップモータ1個だけで、ステップ運針とスイープ運針が可能である。アナログ電子時計としては、腕時計、置時計または柱時計等が可能である。
１　ドライブ回路
１１　スイープドライブ回路
１２　ステップドライブパルス発生手段
１９　ＳＴＭモデル
１９０　スイープドライブパルス発生回路
２　７　９　１７　ステップモータ
３　８　２５　７０　９３　ロータ
２１　７１　９１ａ　９２ａ　ステータ
２２　７２　９１ｂ　９２ｂ　ヨーク
２４　５０　７３　９１ｅ　９２ｅ　コイル
２ａ　２ｂ　２０ｂ，２０ｃ，６０ａ、６０ｂ　保持トルク縮小コイル
２３　保持トルク部
２４ａ　２４ｂ　７５ａ　７５ｂ　段差
９１ｄ　９２ｄ　内ノッチ
 
 
 
 
 
 

Claims (6)

  1. ２極の永久磁石からなるロータと、該ロータが入るロータ穴を有し、該ロータに磁気結合する一体で板状のヨークと、該ヨークに固定されたコイルからなるステータから構成されるステップモータを、ステップドライブとスイープドライブして、ステップ運針機能とスイープ運針機能を有するアナログ電子時計において、該スイープ運針機能は、該ステップモータをステップモータモデルに基づく角速度制御でスイープドライブすることによって達成されることを特徴とするアナログ電子時計。
  2. 前記ステップモータモデルの負荷トルクは、該ステップモータモデルが算出する角速度と前記コイルに発生する逆起電圧のゼロクロスのロータ角度とから、１８０度おきに修正されることを特徴とする請求項１に記載のアナログ電子時計。
  3. 前記ステップモータのステータのロータ穴付近のブリッジには、保持トルクを縮小するための、保持トルク縮小コイルが配置され、スイープドライブ時、該保持トルク縮小コイルに直流電流が印加し、保持トルクが縮小されることを特徴とする請求項１乃至２に記載のアナログ電子時計。
  4. 前記ステップモータの前記ロータは、イナーシャを有していることを特徴とする請求項１乃至３に記載のアナログ電子時計。
  5. 前記ステップモータのヨークは、保持トルクを生ぜしめる構造を含む保持トルク部と該保持トルク部を除くヨーク部から成り、該保持トルク部は該ヨーク部より薄く、該ヨーク部の厚み方向の中心に位置するステップモータであることを特徴とする請求項１乃至４に記載のアナログ電子時計。
  6. 前記スイープ運針直後、ＧＰＳ時刻信号あるいは長波時刻信号を受信し、秒針のずれを修正することを特徴とする請求項１乃至５に記載のアナログ電子時計。
     
     
     
     
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