JPS5913971A - アナログ電子時計 - Google Patents

アナログ電子時計

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JPS5913971A
JPS5913971A JP12334282A JP12334282A JPS5913971A JP S5913971 A JPS5913971 A JP S5913971A JP 12334282 A JP12334282 A JP 12334282A JP 12334282 A JP12334282 A JP 12334282A JP S5913971 A JPS5913971 A JP S5913971A
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JP
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pulse
rotor
resistance
voltage
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JP12334282A
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Kenji Sakamoto
研二 坂本
Jiro Ito
治郎 伊藤
Masuo Kitano
北野 倍生
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Seiko Epson Corp
Suwa Seikosha KK
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Suwa Seikosha KK
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Publication date
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Publication of JPS5913971A publication Critical patent/JPS5913971A/ja
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    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04CELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C3/00Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
    • G04C3/14Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means incorporating a stepping motor
    • G04C3/143Means to reduce power consumption by reducing pulse width or amplitude and related problems, e.g. detection of unwanted or missing step

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

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】 本発明は検出パルスによってロータの回転・非回転を検
出し、常に最適なパルス巾によってモータを駆動し、低
消費電力化を実現しようとするアナログ電子時計に関す
る。
従来、検出パルスによってステップモータのコイルに電
流を流し、ロータの回転・非回転を判定し、ステップモ
ータに供給する通常時の駆11+ パルスの巾なコント
ロールする駆動方法が提案されている。これは常にステ
ップモータの出力トルク状態と輪列の負荷状態に合致す
る最適なパルス巾を供給し、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、検出パルスによってロータの回転・非回転の
判定を行なおうとする場合の、コイルに印加するパルス
波形を示すものである。1は駆動パルスであり、その時
のモータの出力トルク状態と輪列の負荷状態とから最も
適するであろうと予想されるパルス巾で出力される。2
は検出パルスであり、該パルスによりロータの回転・非
回転が判定される。3は検出パルスによってロータが非
回転と判定された場合、運針を正常に戻すために出力さ
れる補正パルスである。
ここで検出パルスによる回転判定の原理について簡単に
述べておく。今、駆動パルス1が出力される前にロータ
の磁極の位置が第2図の様な位置にあったとする。駆動
パルス1が出力されるとコイルが励磁され、これによる
磁束が8の如く発生する。駆動パルス1がロータを回転
させるのに十分な巾を持っている場合には、ロータは回
転し第3図(α)の様な位置となり、また不十分な場合
にはロータは回転せず同図(b)の様な位置となる。ま
ずロータが回転した場合(第3図(a))を考えてみる
と、外7ノチ7− a 、 7−b近傍の可飽和部に於
てはロータ磁石による磁束9が左から右へと通過してい
る。この状態で検出パルス2によってコイルが励磁され
ると、これによる磁束10が図の如く発生し、過飽和部
を通過しようとする。この時過飽和部に於ては、前記磁
束10はロータ磁石による磁束9を打ち消そうとする方
向にあるため磁気抵抗は小さく、従ってコイルのインダ
クタンスは大きくなる。このため検出パルスによる電流
(以後検出電流と呼ぶ)は第5図(α)の25(25’
)の様に緩やかな立上りを示す。一方、第3図(b)の
如くロータが非回転である場合、ロータ磁石による磁束
11は可飽和部を右から左へ通過している。
この状態で検出パルスによる磁束12が可飽和部を通過
しようとすると、この方向にはすでに磁束が飽和かある
いはほとんど飽和に近い状態にあるため磁束は通過しに
くい、即ち磁気抵抗は高い。
従ってコイルのインダクタンスは小さく、検出電流は第
5図(a)の24 (24’ )の様に急激な立上りを
示す。この第5図(α)の電流の立上りの違いを判定す
れば、ロータの回転・非回転を判定することができる。
第4図はこの電流の立上りの違いを判定するための従来
の回路構成を示すものである。同図中、14.15はP
チャンネルMosymT(以後Pゲートと略す)、16
.17,20.21はNチャンオルMO8FET(以後
Nゲートと略す)、18.19はロータの回転9非回転
を判定するための抵抗素子(以後、検出抵抗と呼ぶ)全
示す。
今、検出電流が22のループで流れたとする。
Pデー1−14 、 Nゲート17がOFFすることに
より検出パルスが終了すると同時にNゲート16.21
をONして検出電流を23の様に検出抵抗9に流すと、
検出抵抗の両端には電流値に比例した電圧が発生する。
第5図(b)はこの時の02点の電圧(即ち検出電圧)
を示したものであり、26.27はそれぞれ非回転・回
転の場合の検出電圧波形である。検出電流のピーク値i
u、irと検出電圧のピーク値Vu 、Vrとの間には
、18.19の検出抵抗の値をR8とすれば、 Vu+Rs i  、  Vr+Rs i r   =
il)の関係が成立つ。このvu、vrをコンパレータ
等の電圧比較素子によって、基準電圧vthより高いか
低いかを判定すればロータの回転・非回転を判定するこ
とができる。さて、この従来の方法に於ては、(1)式
の如<Vu、V7は検出抵抗R8に比例するため、検出
抵抗値のばらつきは即検出電圧のばらつきとなって現わ
れる。従って検出抵抗値を精度良く作り込む必要がある
。この検出抵抗は時計の小型化、薄型化、ローコストと
いう要請から、P−拡散、P+拡散、イオン注入等によ
ってIO内部に構成したいわけであるが、工a内部に作
り込む抵抗は製造条件によってばらつきが極めて激しく
、精度良く作り込むことは不可能である(例えばP″拡
散場合±50〜100%、イオン注入の場合でも±20
%程度の抵抗値のばらつきを考慮しなくてはならない)
従って、この方法をとるならば検出抵抗は工0の外に設
けなければならない。これは時計の小型化、薄型化、ロ
ーコストという要請に対し極めて不利である。また、コ
イル仕様のばらつきやステータ、ロータ等の機械的寸法
のばらつき等の理由により検出電流がばらつくと、検出
抵抗は固定であるため、(1)式で示される如く即検出
電圧のばらつきとなって現われる。この様子を示したも
のが第6図である。同図(a)の如く、何らかの理由に
より検出電流のピーク値がiu−”iu’  、 :r
−”ir’とシフトしてしまった場合、検出電圧もやは
りVs−V’u’。
vr→■r′ とシフトしくb)の如<’7thによっ
てVw’も回転と判定される最悪の状態も予想される。
たとえここまで極端な例に至らずとも、各々のステップ
モータの検出電流のばらつきは即回転判定のマージンを
狭くすることにつながるため、コイル仕様やロータ・ス
テータ等の機械的寸法のばらつき等を考慮して諸定数の
設定をしなければならず、設計・実験−Lの負荷が大き
い。こうしたことは時計ムーブメントの標準化、IOの
標準化を推進してゆく一トで大きな妨げとなっている。
本発明の目的は、かかる従来の欠点を除表し、工0の外
に外付は抵抗を必要としない回転検出回路を提供し、時
計の小型化、薄型化、ローコストを実現しようとするも
のである。本発明のさらに他の目的は、個々のステップ
モータに最も合致する検出抵抗を設定することによって
、ステップモータの特性のばらつきを吸収することであ
る。本発明のさらに他の目的は、単一仕様の丁0をあら
ゆる一体ステータ型ステップモータのパルス巾制御シス
テムに適用可能ならしめ、工0の標準化に寄与すること
にある。
具体的には、工C内部に作り込まれる抵抗値がその製造
条件によりばらつきを示すことを考慮しながら、この抵
抗値がある範囲内で論理的に可変できるよう構成してい
る。そして時計に電池が投入された時、又はす七ノドが
解除された時に、ステップモータに合致する最も適切な
検出抵抗値を選択的に自動設定することによって上記の
目的を達している。
以下、実施例に従い、本発明全詳述する。
第7図は本発明の構成例を示すブロック図である。同図
中32は発振回路、63は分周回路、34はパルス巾合
成回路、35は検出抵抗設定回路、66は回転検出回路
、37は駆動回路、38はステップモータ、39は輪列
を表わす。
第8図は本発明を実現する駆動回路、検出回路の一実施
例である。45.44はPゲート、45.46はNゲー
トである。また、47〜54は並列に構成された検出抵
抗素子であり、55〜62はAND回路である。また、
63〜70は検出抵抗自動設定のスイッチング素子とな
るNゲートである。81 、S2.S3.S4はこのN
ゲートのコントロール信号であり、検出抵抗が選択的に
設定できるよう構成されている。即ち、5i=1(論理
レベルH)でNゲートがONL、てr1抵抗素子が選択
され、S 1= O(論理レベルL)でOFFして非選
択となる。r2〜r4についテモ同m テある。従って
コントロール信号S1〜S4と検出抵抗値Rsとの関係
は次式で示される。
また、e、eは検出抵抗Rsを01端子または02端子
のどちら側に設定するかを決定する信号である。即ち、
e−0(τ=1)で01側に設定され、e−1(晋=0
)で02側に設定される。
なお、01− (11’ 、 02−02’  間の検
出抵抗値をそれぞれ異なる値に設定することも可能であ
るが、コイルを流れる電流の方向によって特性の相違は
ないため、異なる検出抵抗値を設定することはさほど意
味を持たない。従って、今後は01−01′間及び02
−02′間の検出抵抗は同じ値に設定するものとして説
明してゆく。
また、第9図に検出抵抗設定回路の一実施例を示す。
次に、抵抗値設定の一実施例として、r1〜r4の値を
それぞれ50にΩ、30にΩ、25にΩ。
20にΩとした場合について述べる。また、MOSFE
TのON抵抗であるが、工0内部への作り込みによるば
らつきを考慮して1.6 KΩ〜10にΩとして計算す
る。この値は現在の工程能力からして十分実績のある値
である。こうしたMOSFETのON抵抗のばらつき、
及び各抵抗素子の作り込みのばらつき(±20%)を考
慮した場合の、第8図におけるコントロール信号と検出
抵抗値との関係を第1表に示す。ここで、RsMAX。
Rs typ 、 Rs min  はそれぞれ、作り
込みのばらつきが最大、ばらつきなし、最小の各場合に
おける検出抵抗値を表わす。
〔第1表〕 今、非回転時の検出電圧のピーク値VUが電源電圧V 
DDに等しくなるような検出抵抗値が15にΩであった
とすると、本実施例の場合、ばらつきMIN、typ、
min  に応じてそれぞれ検出抵抗156にΩ、15
.6 KΩ、159にΩが設定される。例えば156に
ΩがFfflされている場合には、MOSFETのコン
トロール信号81,82、S3 、 S4はそれぞれH
,H,L、Hとなっている。このように、並列にならべ
られた抵抗素子によって検出抵抗を自動設定する方式に
於ては、MOSFETのON抵抗値をも考慮した検出抵
抗の自動設定が可能である。
次に、検出抵抗自動設定の動作について詳しく説明する
第10図は本発明の一実施例を示すタイミングチャート
であり、第8図における各端子の信号波形を示している
。同図中区間Aは検出抵抗の設定区間であり、この区間
の中で個々のステップモータに合った検出抵抗値R8が
設定される。区間A以降は、通常の動作区間であり、回
転・非回転の判定をしなからモータの出力トルク状態と
輪列のftk 前状態に合った最適のパルス巾でステッ
プモータが駆動される。本発明はこの通常動作区間につ
いて規定するものではないので、ここで詳述するのは避
ける。また、検出抵抗設定区間Aは、例えば電池が投入
された直後、又はリセットが解除された直後などに設け
られている。この区間Aに於て、PJ:j、Pi2はロ
ータの位置を確実に所望の位置においておくための大出
力パルス(以後、初期化パルスと呼ぶ)であり、Pθは
初期化パルスPi1による磁気的ヒステリシス状態をコ
ントロールするための消磁パルス、Psi、Ps2.・
°・・Psnは検出抵抗設定のための検出パルスである
実験的に使用したパルス巾を示t トP i 1 = 
P i 2:=(,8?1Ieec、p6==Q、7r
nfl[1e、Psi、Ps2−s。
Psn = 0.36 mBBcである。
ここで初期化パルスP71 、Pi2、消磁パルスPe
、検出パルスP s 、Psi 〜Psnの果たす役割
について、ステータ可飽和部の磁気ヒステリシス曲線で
説明する。第11図は、該ヒステリシス曲線を示してい
る。図中、Ho及び−Hoはロータが静的安定位置にあ
る時、ロータ磁石によって可飽和部に加わる磁界の強さ
を示している。今、初期化パルスp7+を印加する前に
ロータの磁極の位置が第12図の如くであったとする。
同図に於て、矢印79を磁界の正方向と定義すると、こ
の状態は可飽和部に−H8の磁界が加わっている状態で
あるので、第11図のヒステリシス曲線の/、l線上の
一点を示していることになる。このx’ y’ Mj上
のどこの点をとるかは磁気的な履歴に依存する。今、初
期化パルスP41を印加する前にX′の位置にあったと
する。初期化パルスPi+が印加され、第13図の如く
ロータを回転させる方向に磁束81が発生したとする。
このPilは大出力パルスであるためロータは必ず回転
し、第14図の様な位置になる。この時第11図の磁気
ヒステリシス曲線上に於ては、矢印82の様な履歴をた
どりzv縁線上一点に至る。この線上のどの位置を取る
かについては、ロータが回転した時に発生する過渡振動
の大小に依存する。例えば第21図はpatパルスを加
えた時のコイルに流れる電流波形を示1.たものである
が、(α)の如くpz+パルスが比較的短く過渡振動に
よる誘起電流が大きい時は、磁気ヒステリシス曲線上の
V点に近い点に位置し、反対に(b)の如くPi1パル
スが比較的広く過渡振動による誘起電流が小さい時は、
X点に近い点に位置する。前に示したP i + = 
6.8g1fl&の如き大出力パルスでは、2点に近い
位置になっているはずである。
ここまでの説明においては、初期化パルスp7+を出力
する前のロータの位置と、初期化パルスp<+による磁
束の方向が第13図の様になっている場合、即ちロータ
が回転する方向にPiiを印加するということで説明し
てきた。しかしリセット解除後の最初の1秒間は運針し
ないようにする必要があるので、検出抵抗の設定区間を
リセット解除直後にとったなら、初期化パルスp7+に
よる電流の方向はりセットされる直前の電流の方向と同
じでなくてはならない。従ってこの場合には、pz+は
ロータを回転させる方向ではなく、ロータを引き付けて
おく方向に印加されることになる。従ってこの時の磁気
的状態は、第11図のヒステリンス曲線−J二において
は、Pi1出力の前にはX点の位置にあり、出力後もや
はり3点に位置する。
いずれの場合においてもPi1出力後の磁気ヒステリシ
ス状態は第11図X点にあることになる。
次に消磁パルスpeの役割りについて説明する。
この消磁パルスPθは初期化パルスp(+とは反対の方
向に印加される。第15図はこの状態を示したものであ
り、83は消磁パルスPθによる磁束を示し、その方向
は正方向(」一方向)である。
この消磁パルスPθはパルス巾が小さく(例えばQ、 
7 tn8oc)、ロータを回転させるには不十分であ
るためロータは回転せず第16図の様な位置になる。こ
の時の磁気ヒステリシス状態であるが、第11図におい
てX点から矢印84の如くのハーブをたどりV点に至る
次に検出パルスPs1 、Ps2 譬* e Psnの
動作について説明する。該検出パルスは消磁パルスPθ
と同方向に印加される。第17図はこの時のロータの状
態と、検出パルスによる磁束85の方向を示すもので、
方向は正方向(+方向)である。この時、磁気ヒステリ
シス状態は第11図のV点から矢印86の如くループを
たどり、再びV点に戻る。この時可飽和部における透磁
率μ−dB/dHが小さく磁気抵抗が大きいためコイル
のインダクタンスは小さくなる。従って、検出パルスに
よる電流の立上りは急激なものとなる。
次に区間A′における第2の初期化パルスP(2の動作
について説明する。第18図はPi2が印加された時の
ロータの位置と、Pi2による磁束87を示したもので
ある。p72は大出力パルスであるためロータは必ず回
転し、第19図の様にその向きが変わる。この時磁気ヒ
ステリシス状態は、第11図の矢印88の如くループを
たどり22点に至る。
次に区間AIの検出パル72日の動作について説明する
。第20図は、Psが印加された時のロータの位置と、
P8による磁束89を示したものである。この時磁気ヒ
ステリシス状態は、第11図の矢印90の如くループを
たどり再び22点に戻る。この時透磁率μが大きく磁気
抵抗が小さいため、コイルのインダクタンスは大きくな
る。従って検出パルスPsによる電流はなだらかな立上
りを示す。
以上が、検出抵抗設定区間Aにおける初期化パルスp<
+、ps2、消磁パルスpe、検出パルスP8、Psl
・・・Panの動作説明である。
次に第10図のタイミングチャートに従って、検出抵抗
設定区間Aにおける検出抵抗設定動作の説明をする。ま
ず、区間A′における検出パルスPet  Ps2.・
・・Psnの動作から説明する。
検出パルスPalが出力されると、コントロール信号8
1.S2.S!’、84はそれぞれHlH,H,Hを出
力し、抵抗素子r1〜τ4がすべとなる。検出パルスに
よる電流は第8図41の如くのループで流れ、検出パル
ス終了後は42の如くのループで検出抵抗を流れるので
、コイルの−端である02端子に検出電流に比例した電
圧が発生ずる。これが第10図の02端子の電圧71で
ある。次に2番目の検出パルスPs2が出力されると、
s  、   、  5.s4はそれぞれL 、 H、
H,Hを出力し、この時02端子には電圧72が発生す
る。以下は同様にして検出パルスを出す毎に検出抵抗が
段階的に増加してゆくので、検出電圧も75,74.7
51・・・76の如くこの増加に比例して大きくなって
ゆく。検出抵抗が増加してゆくと、76の如くやがて検
出電圧が基準電圧y tb’を超える時がくる。この基
準電圧v tb’を電源電圧VDDあるいはこれになる
べく近い値に設定しておけば、以後の通常動作時の回転
・非回転時の検出電圧Vr、Vuの差を大きくでき、従
って回転・非回転の判定のマージンを大きくとれる。よ
って基準電圧V th’  (−V DD)を初めて超
えるM、FEを与える検出抵抗値が、そのステップモー
タの特性に最も適合する検出抵抗値となる。検出抵抗値
が段階的に増大した時の02端子の電圧即ち検出電圧の
増大してゆく様子を示したものが第22図である。同図
においてV snが初めて基準電圧v th’  (−
V DD )を超える電圧であり、V anを与える検
出抵抗値が最適検出抵抗として設定される。
次に区間Aの中の区間A′の動作について説明する。こ
の区間A#は、区間A′で設定された検出抵抗値が適当
なものであることを確認する区間である。前述の様に、
第二の初期化パルスP(2は大出力パルスであるのでロ
ータは必らず回転する。従って検出パルスP8による検
出電流はなだらかな立上りを示すので、区間A′で設定
された検出抵抗Rsを介して検出電流を流すと、検出電
圧は第10図の77の如くピーク値の小さいものとなる
。第23図の91はこの電圧波形の拡大図を示すもので
ある。同図の如く検出電圧91のピーク値Vrが基準電
圧vthより小さいことが確認されれば、区間A′で設
定した検出抵抗の値が適当であったことが確認される(
同図中の点線の電圧波形121は区間A′の検出パルス
PBnによって発生した検出電圧波形である)。
以上の説明に於ては、検出抵抗を小さい方から段階的に
増大してゆきながら最適な検出抵抗を探す手法で説明し
たが、逆に検出抵抗を大きい方から段階的に減少してゆ
く方法をとっても本発明の目的を達成する上で何ら変わ
る所はない。第24図は該手法を取った場合の検出電圧
の変化を示したものである。同図に於て、検出電圧波形
は、検出抵抗を段階的に減少してゆくにつれ93−94
→95−・・・→98→99と変わってゆく。
VCはPゲートのダイオード特性によりクリップされる
電圧であり、検出電圧のピーク値はvcで規制される。
検出電圧のピーク値がv th’を初めて下まわる時が
128である。この時の抵抗値を検出抵抗として設定し
てもよいし、また、一つ前の検出電圧127(ピーク値
Vsn−1)を与える抵抗値を検出抵抗として設定して
もよい。
また、以上の説明に於ては、第8図の如く検出抵抗素子
をr+ 、r2 、r5 、r4の4個並列に構成する
例を示したが、4個に規定されるわけではなく、一般に
複数個構成すれば、本発明の目的を達することができる
第25図は本発明を実現する他の回路構成例を示すもの
であるが、同図の様に検出抵抗素子r1、r2 、r5
 、r4をV DD側に接続しても論理的には全く同様
であり、本発明の効果に何ら変わる所はない。
以上説明してきた如く、本発明によれば、検出抵抗は工
0内部で論理的に設定されるため、外付は抵抗を必要と
せず、時計の小型化・薄型化・ローコストという要求に
応えることができる。
また、ステップモータのばらつきによって検出電流にば
らつきが生じる場合でも、回転時の検出電流波形と非回
転時の検出電流波形とで相対的な差がありさえすれば、
ロータの回転・非回転の判別が可能である。従って量産
時でのばらつきを吸収するという意味で、量産上の効果
は極めて大きい。
さらにまた、ひとつの10であらゆる仕様の一体ステー
タ型のステップモータに適用でき、工0の標準化の実現
に寄与する。
本発明は以上の様に、わずかなデジタル回路を付加する
だけで、他にコストアップの要因となり得るものは何も
なく、その効果は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図(」コイルに印加するパルス波形を示す図。 第2.第6図(σ) 、 (b)はステップモータの動
作説明図。 第4図は従来の駆動回路と検出回路。 第5.第6図は(a)が検出電流波形、(b)が検出電
圧波形を示す図。 第7図は本発明の構成例を示すブロック図。 第8図は本発明の一実施例を示す回路構成図。 第9図は検出抵抗設定のための回路図。 第10図は第8図のタイミングヂャート。 第11図は磁気ヒステリンス曲線を示す図。 第12,1ろ、14,15,16,17゜1(,19,
20図はステップモータの動作説明図。 第21 図(a) l (b)は、P1パルスによって
コイルに流れる電流波形を示す図。 第22図は検出電圧波形の変動を示す図。 第23図は区間A′の検出パルス2日による検出電圧波
形を示す図。 第24図は検出電圧波形の変動を示す図。 第25図は本発明を実現する他の回路構成例。 1・・・駆動パルス    2・・・検出パルス5・・
・補正パルス    4・・ローフ5・・・ステータ 
     6・・内ノツチ7・・・外ノノヂ    4
0・・・コイル以  」二 出願人  株式会社諏訪精工舎 代理人  弁理士 最−L  務 斜 36 計 第11 図 渫1λ図          字13図朱陶図    
      球IS図 第164          第(q図C!>e 1718図             第円区孝20囚

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 少なくともステータ、ロータ、コイルにより構成される
    ステップモータを有し、前記コイルに流した検出電流の
    値を検出抵抗に発生する電圧に変換することによってロ
    ータの回転・非回転を判定し、かつ前記検出抵抗の抵抗
    値が論理的に設定可能であるよう構成されたアナログ電
    子時計に於て、該検出抵抗は並列に並べられた複数個の
    抵抗素子と、該抵抗素子の各々に直列に接続されたスイ
    ッチング素子とから構成されることを特徴とするアナロ
    グ電子時計。
JP12334282A 1982-07-15 1982-07-15 アナログ電子時計 Granted JPS5913971A (ja)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022090772A (ja) * 2020-12-08 2022-06-20 シチズン時計株式会社 電子時計

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