JPS6146473Y2 - - Google Patents

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JPS6146473Y2
JPS6146473Y2 JP16068480U JP16068480U JPS6146473Y2 JP S6146473 Y2 JPS6146473 Y2 JP S6146473Y2 JP 16068480 U JP16068480 U JP 16068480U JP 16068480 U JP16068480 U JP 16068480U JP S6146473 Y2 JPS6146473 Y2 JP S6146473Y2
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drive
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案は電子腕時計に関し、特にその電気機械
変換機構であるパルスモーターの駆動回路の改良
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an electronic wristwatch, and more particularly to an improvement in a drive circuit for a pulse motor, which is an electromechanical conversion mechanism thereof.

水晶振動子を時間標準振動子とした謂る水晶腕
時計が実用化されて以来、数多くの技術革新や改
良により次第に生産数量の増加と低価格化により
現在この水晶腕時計が広く普及するに至つた。し
かしながら指針表示式のアナログ水晶腕時計にお
いては、水晶振動子、電子回路関係の技術革新は
めざましく、これに比し電気機械変換機構の立ち
遅れが目立つてきている。即ちコスト面では水晶
腕時計構成要素の内これが大きなウエイトをしめ
ているし、又性能面では特に消費電力の殆んど大
部分がこの電気機械変換機構で消費され水晶腕時
計の長寿命化、もしくは電池の小型化による時計
体の小型、薄型化の大きなネツクとなつてきてい
る。
Since the so-called quartz wristwatch, which uses a quartz oscillator as a time standard oscillator, was put into practical use, numerous technological innovations and improvements have gradually increased production volume and lowered prices, leading to the widespread use of quartz wristwatches today. However, in analog quartz wristwatches with pointer displays, technological innovations related to crystal oscillators and electronic circuits have been remarkable, but compared to this, electromechanical conversion mechanisms have lagged behind. In other words, from a cost standpoint, this component plays a large role among the components of a quartz wristwatch, and from a performance standpoint, most of the power consumption is consumed by this electromechanical conversion mechanism, which increases the lifespan of the quartz wristwatch or increases battery life. Due to miniaturization, watch bodies are becoming smaller and thinner, which is becoming a major problem.

本考案はこれら上記諸欠点を改良するため電気
機械変換機構として二極ローター形パルスモータ
ーを採用し、これを最適形状化することによりパ
ルスモーターを無調整化し、低コスト化を図ると
ともに、このパルスモーターに適した駆動方式を
採用することにより低電力で安定作動を可能にし
たものであり、以下実施例につき図に従つて詳説
する。
In order to improve the above-mentioned drawbacks, the present invention adopts a two-pole rotor type pulse motor as an electromechanical conversion mechanism, and by optimizing the shape of the motor, it eliminates the need for adjustment of the pulse motor and reduces costs. By adopting a drive system suitable for the motor, stable operation is possible with low power.Examples will be explained in detail below with reference to the drawings.

第1図は、本考案に係るパルスモーターの1例
を示す。
FIG. 1 shows an example of a pulse motor according to the present invention.

第1図において1は2極に着磁された永久磁石
製のローターで、このローター1をはさんでステ
ータ2,3が対向して配置されているが、これら
のステーター2,3はそれぞれコイル4を巻いた
継鉄5に接続して1組のステーターを構成してい
る。ステーター2,3はローター1が一定方向に
回転できる様にローター1の中心に対しステータ
ー2,3の円弧部2a,3aをXだけ偏心させ、
ローター1の静止時の磁極(NおよびS)位置を
ステーター2,3の一方にずらしている。この種
のパルスモーターは従来から実用化されており第
2図に示す様な回路ブロツクで駆動されていた。
10は水晶振動子であり、発振回路11により駆
動され、この周波数は分周器12により分周さ
れ、波形整形器13で適当な時間間隔で適当な時
間幅の180゜位相の異なる2つのパルスが成形さ
れる。
In Fig. 1, reference numeral 1 denotes a rotor made of a permanent magnet magnetized into two poles, and stators 2 and 3 are arranged facing each other with this rotor 1 in between.These stators 2 and 3 each have a coil. 4 is connected to a wound yoke 5 to form a set of stators. The stators 2 and 3 have their arcuate portions 2a and 3a eccentric by X with respect to the center of the rotor 1 so that the rotor 1 can rotate in a fixed direction.
The magnetic pole (N and S) positions of the rotor 1 when it is at rest are shifted to one of the stators 2 and 3. This type of pulse motor has been in practical use for some time and was driven by a circuit block as shown in FIG.
Reference numeral 10 denotes a crystal oscillator, which is driven by an oscillation circuit 11, whose frequency is divided by a frequency divider 12, and a waveform shaper 13 which generates two pulses having an appropriate time width and a 180° phase difference at an appropriate time interval. is formed.

その一例として2″毎7.8m secのパルスを考え
以下これについて説明していく。このパルスを
CMOSインバーターで構成されるドライバー1
4,15に入力し、その出力をコイル4の端子4
a,4bに供給する。第3図はこのドライバー部
の詳細図であり、一方のインバーター14の入力
端子16に18なる信号を印加すると矢印19で
示す様に電流が流れ、逆に他方のインバーター1
5の入力端子17に同様の信号を印加すると矢印
19と対称的なルートに電流が流れる。即ち両イ
ンバーターの入力端子16,17に交互に信号を
印加することによりコイル4に流れる電流を交互
に反転させることができ、具体的には1秒毎に交
互に反転する7.8m secの電流をコイル4に流す
ことができる。このような駆動回路により第1図
のステツプモーターのステーター2,3にはN
極、S極が交互に発生し、ローター1の磁極と反
撥、吸引によりローター7を180゜ずつ回転させ
ることができる。そしてこのローター1の回転は
中間車6を介して4番車6に伝達され、さらに3
番車8、2番車9、さらには図示しないが筒カ
ナ、筒車、カレンダー機構に伝達され、時計、分
針、秒針、カレンダー等からなる指示機構を作動
させる。
As an example, we will consider a pulse of 7.8 m sec every 2" and explain this below.
Driver 1 consisting of CMOS inverter
4 and 15, and the output is sent to terminal 4 of coil 4.
a, 4b. FIG. 3 is a detailed diagram of this driver section. When a signal 18 is applied to the input terminal 16 of one inverter 14, a current flows as indicated by an arrow 19, and conversely, a current flows to the input terminal 16 of one inverter 14.
When a similar signal is applied to the input terminal 17 of 5, a current flows in a route symmetrical to arrow 19. That is, by applying signals alternately to the input terminals 16 and 17 of both inverters, the current flowing through the coil 4 can be alternately reversed. Specifically, a current of 7.8 m sec that is alternately reversed every second can be reversed. It can be passed through the coil 4. With such a drive circuit, N is applied to the stators 2 and 3 of the step motor shown in Figure 1.
Pole and S pole are generated alternately, and the rotor 7 can be rotated 180 degrees by repulsion and attraction with the magnetic pole of the rotor 1. The rotation of the rotor 1 is transmitted to the fourth wheel 6 via the intermediate wheel 6, and then to the third wheel 6.
The signal is transmitted to the pinion wheel 8, the second wheel 9, and further to the cylinder pinion, hour wheel, and calendar mechanism (not shown), and operates an indicating mechanism consisting of a clock, minute hand, second hand, calendar, etc.

第1図のパルスモーターは原理的には以上の説
明の如く作動し、これを電子腕時計の変換機構と
して用いてきた。
The pulse motor shown in FIG. 1 operates in principle as explained above, and has been used as a conversion mechanism for electronic wristwatches.

本考案は、このパルスモーターを以下に説明す
る駆動方式により非常な低電力化を図つたもので
以下に詳述する。
The present invention aims at extremely low power consumption of this pulse motor using the drive method described below, and will be described in detail below.

第5図のドライブ回路で端子17にハイレベル
信号を、端子16に信号18で印加して矢印19
の如く電流を流したとき、MOSトランジスタ1
5にはチヤネルインピーダンスによつて駆動電流
に基づく電圧降下が生じ、端子4bでこの電流に
相当する信号を検出することができる。その電流
波形は、例えば第4図の実線で示した波形20の
如くになる。この電流波形20の大きな特徴は図
でも明らかなように途中で電流値の減少する部分
(へこみ)がある点で、この様に電流変化が激し
いのは駆動回路によつて印加された電圧に基づい
て生ずる電流の他に駆動されたローターの回転に
よつてコイルに誘起電流が重畳されるためで、電
流波形のへこみはこの誘起電流の最大になる部分
であり、この条件を満すのはコイル内の磁界変化
の最大のとき、即ちローターの磁極が両ステータ
ーの隙間(δ,δ部)を通過するときにほぼ
対応する。
In the drive circuit shown in FIG. 5, a high level signal is applied to the terminal 17, a signal 18 is applied to the terminal 16, and the arrow 19
When a current flows as shown in MOS transistor 1
5, a voltage drop based on the drive current occurs due to the channel impedance, and a signal corresponding to this current can be detected at the terminal 4b. The current waveform is, for example, a waveform 20 shown by a solid line in FIG. As is clear from the figure, the major feature of this current waveform 20 is that there is a part (indentation) where the current value decreases in the middle, and the reason why the current changes rapidly is due to the voltage applied by the drive circuit. This is because an induced current is superimposed on the coil due to the rotation of the driven rotor, in addition to the current generated by the rotor, and the dent in the current waveform is the part where this induced current is maximum. This corresponds approximately to the time when the magnetic field change within the range is maximum, that is, when the magnetic pole of the rotor passes through the gap (δ 1 , δ 2 part) between both stators.

以上は、パルスモーターが無負荷状態において
の作動であるが、モーターに負荷をかけると電流
波形は変化する。その状態が第4図点線で示した
波形21であり、さらには波形22となる。この
内、波形22は臨界負荷状態での電流波形例を示
しており、これ以上の負荷に対してはローターは
回転を完結し得ない。これらローターの回転と駆
動電流波形の特性を合わせて考慮する時、前記2
つの動作特性には明らかな相関が見られる。無負
荷状態では電流波形のへこみ即ちローターの磁極
がステーターの隙間を通過する付近まで電流を流
せば、モーターはローターの回転を完結する。若
しくは、波形のへこみよりも十分手前で電流を切
つても回転を完結する場合もある。負荷が増せば
ローターの回転が完結する臨界点は電流波形上に
おいて、無負荷状態の時よりも多少後方にずれ
る。これはステーターに対し回転を完結するロー
ターの機械的臨界角が無負荷状態の時より多少増
すからである。また電流波形のへこみは、負荷が
増すにつれて後方にずれ、ローターの回転立上り
が遅くなる事を示す。ここで述べる無負荷状態、
負荷状態とは、具体的には例えば日車、曜車等の
カレンダ機構が非動作状態或いは動作状態にある
事によつてモーターに加わる負荷が変化する場合
を指す。以上の事実によつてモーターに印加すべ
き駆動信号の十分なパルス幅は負荷の大きさに応
じて変動し、一定ではない。又、モーターの構造
及びコイル、コアその他の各定数が一定のパルス
モーターにあつては、各負荷状態での電流波形
と、その時ローターの回転を完結するに必要十分
なパルス幅は、ほぼ一義的に定まり従つてまた同
一機種モーターでは各負荷状態において電流波形
上に必要なパルス幅の点を一対一に対応させる事
が可能となる。第4図において負荷時の波形20
は負荷が加つた時の余裕をもつてはいるが、無負
荷時には大量の無駄な電流を流していることにな
り、7.8m secのパルス幅は最大負荷時のパルス
幅に設定されている事がわかる。
The above is the operation of the pulse motor in a no-load state, but when a load is applied to the motor, the current waveform changes. This state is a waveform 21 shown by a dotted line in FIG. 4, and further a waveform 22. Among these, waveform 22 shows an example of a current waveform under a critical load state, and the rotor cannot complete rotation under a load greater than this. When considering the characteristics of the rotor rotation and drive current waveform, the above 2.
There is a clear correlation between the two operating characteristics. Under no-load conditions, the motor completes rotor rotation when the current flows to a point where the current waveform reaches a dent, that is, the rotor's magnetic poles pass through the stator gap. Alternatively, rotation may be completed even if the current is cut off well before the waveform depression. As the load increases, the critical point at which the rotor completes its rotation will shift somewhat further back on the current waveform than in the no-load state. This is because the mechanical critical angle of the rotor that completes its rotation with respect to the stator is somewhat larger than when it is under no load. Additionally, the dent in the current waveform shifts backward as the load increases, indicating that the rotor starts to rotate more slowly. The no-load state described here,
Specifically, the load state refers to a case where the load applied to the motor changes due to, for example, a calendar mechanism such as a date wheel or a day wheel being in an inactive state or in an active state. Due to the above facts, the sufficient pulse width of the drive signal to be applied to the motor varies depending on the size of the load and is not constant. In addition, in the case of a pulse motor whose motor structure, coil, core, and other constants are constant, the current waveform under each load condition and the pulse width necessary and sufficient to complete the rotation of the rotor at that time are almost unique. Therefore, for motors of the same model, it is possible to match the required pulse width points on the current waveform on a one-to-one basis in each load state. In Figure 4, waveform 20 under load
Although it has a margin when a load is applied, a large amount of wasted current flows when there is no load, so the pulse width of 7.8 m sec is set to the pulse width at maximum load. I understand.

本考案の駆動方式はこの欠点に着眼し、無負荷
時、負荷時にかかわらずモーター駆動電流の波形
からローターの回転状態を検出して、必要以上の
駆動電流を遮断する事により負荷の大きさに応じ
て駆動パルス幅を変化させ、常に最低の消費電力
で駆動させる様にしたもので、その駆動回路の一
例を第5図に示し、そのタイムチヤートを第6図
に示す。端子23,24は第2図の従来の回路図
の端子16,17に相当し、第6図A,Bなる信
号を印加する。即ち水晶振動子10、発振回路1
1、分周器12、波形成形回路13は本考案にお
いても同様に用いている。即ち夫々位相は180゜
異なるが2秒毎に7.8m secのパルスを印加す
る。今端子23の出力は第6図Dの最初のパルス
に示す様にHIGHからLOWに変化する。他方の
NANDゲート26の出力はHIGHであるからコイ
ル4には端子4aから4bへ電流が流れ、前述の
様にMOSトランジスタのチヤネルインピーダン
スによつて駆動電流に基づく内部電圧降下が生じ
端子4aには第6図Cの最初のパルスに示す様に
コイルに流れる電流波形が観測される。即ち
NANDゲート25と26がコイルに電流を供給す
るゲート回路100を構成する。この電流波形を
トランスミツシヨンゲートで構成したアナログス
イツチ27,28により4a端子と4b端子を交
互に選択し増幅器29により増幅する。増幅器2
9の入力信号、出力信号をそれぞれ第6図E,F
に示す。
The drive system of the present invention focuses on this drawback, and detects the rotational state of the rotor from the waveform of the motor drive current, regardless of whether it is under no load or under load, and cuts off the drive current that exceeds the necessary level, thereby reducing the load size. The driving pulse width is changed accordingly, so that the driving circuit is always driven with the lowest power consumption. An example of the driving circuit is shown in FIG. 5, and a time chart thereof is shown in FIG. 6. Terminals 23 and 24 correspond to terminals 16 and 17 in the conventional circuit diagram of FIG. 2, and apply signals A and B in FIG. 6. That is, crystal resonator 10, oscillation circuit 1
1, the frequency divider 12 and the waveform shaping circuit 13 are similarly used in the present invention. That is, although the phases differ by 180 degrees, a pulse of 7.8 m sec is applied every 2 seconds. The output of terminal 23 now changes from HIGH to LOW as shown in the first pulse of FIG. 6D. the other
Since the output of the NAND gate 26 is HIGH, a current flows in the coil 4 from the terminal 4a to 4b, and as mentioned above, an internal voltage drop based on the drive current occurs due to the channel impedance of the MOS transistor, and the sixth The waveform of the current flowing through the coil is observed as shown in the first pulse of Figure C. That is,
NAND gates 25 and 26 constitute a gate circuit 100 that supplies current to the coil. This current waveform is alternately selected between terminals 4a and 4b by analog switches 27 and 28 constituted by transmission gates, and is amplified by an amplifier 29. amplifier 2
The input signal and output signal of 9 are shown in Fig. 6 E and F, respectively.
Shown below.

第5図中101はローター位置検出回路であ
り、各々の部品を以下に説明する。30は、遅延
回路であつてクロツク33により予め設定された
時間だけ増幅器29の出力信号をサンプリングし
て遅延させてやる。31は増幅器29の出力と遅
延回路30の出力とを入力とし、2つの入力信号
レベルの高低を判別してHIGH又はLOWの出力を
発生する比較回路であつて差動増幅器等からな
る。32は上述したように、負荷の変動に応じて
変化する比較器31の出力に基づいて、時間基準
34により無用なモーター駆動パルスの幅を遮断
してやる判断回路である。尚、判断回路32の出
力はHで示したように駆動パルスAが印加される
のに同期して立ち上がりNANDゲート25,26
を開状態にし、比較回路31の出力により電流波
形CもしくはEのへこみ位置(この点まで電流を
印加すればローター回路転を完結する)を検出し
て、判断回路32の出力を立上げてNANDゲート
25,26を遮断することにより、必要最小限の
駆動電流を供給するよう形成した。尚、クロツク
34と第11図に示す比較回路31の出力信号5
3の2つの信号から第6図Hの出力信号を形成す
る回路は例えば、特開昭50−64717号に提示され
るような1つのS−Rフリツプフロツプを用いる
ことによつてより容易に達成出来る。
Reference numeral 101 in FIG. 5 is a rotor position detection circuit, and each component will be explained below. Reference numeral 30 denotes a delay circuit which samples the output signal of the amplifier 29 and delays it by a time preset by a clock 33. Reference numeral 31 is a comparator circuit which receives the output of the amplifier 29 and the output of the delay circuit 30, and determines whether the two input signal levels are high or low to generate a HIGH or LOW output, and is composed of a differential amplifier or the like. As mentioned above, 32 is a judgment circuit that cuts off the width of unnecessary motor drive pulses using the time reference 34 based on the output of the comparator 31 which changes according to load fluctuations. Incidentally, as shown by H, the output of the judgment circuit 32 rises in synchronization with the application of the drive pulse A, and the NAND gates 25 and 26
Open state, detect the concave position of the current waveform C or E by the output of the comparator circuit 31 (the rotor circuit rotation is completed if the current is applied up to this point), and raise the output of the judgment circuit 32 to make the NAND By cutting off the gates 25 and 26, the minimum necessary drive current is supplied. Note that the clock 34 and the output signal 5 of the comparator circuit 31 shown in FIG.
The circuit for forming the output signal of FIG. 6H from the two signals of FIG. .

以上のように増幅器29、遅延回路30、比較
器31、判断回路32がローター位置検出回路を
構成している。遅延回路30には後述するバケツ
リレー型電荷転送素子が用いられている。第3図
中駆動用MOSトランジスタ14,15のチヤネ
ルインピーダンスは電源電圧(1.3〜1.8V)及び
モーターコイルの抵抗(2KΩ〜5KΩ)等から効
率を考慮して数十Ω程度に設定している。この時
コイルに流れる電流は最大でも数百μA、従つ
て、トランジスタのチヤネルインピーダンスに基
づく電圧降下、即ち検出される電流波形の振幅は
数mVからせいぜい20〜30mV程度である。第7
図は増幅器29をCMOSで構成した場合の一例を
示す。35及び36は第5図27,28に対応す
るアナログスイツチ即ちトランスミツシヨンゲー
トであり、各スイツチのON,OFF制御は、それ
ぞれ14,15のトランジスタの内でモーター駆
動電流が流れる側を選択する様に行なう。この時
スイツチ35,36の出力端子は互いに接続され
ており4a、又は4bの内、選択された側の点と
同電位にあり、その値は前記説明から、回路のプ
ラス電源電位を+Vとすると、+V−数10mVに
なる。37は、検出信号の電位を後段増幅器の入
力動作電位まで移すため、AC結合容量であり、
後段の負荷抵抗とも併せて、信号周波数に比較し
て十分大きな時定数が得られる様な容量値であ
る。39,40はPチヤネル及びnチヤネルの
MOSFETであつて互いに制御ゲート同志ドレイ
ン同志が接続されていると共に出力端子から入力
端子へ抵抗を通して負帰還がかけられている。こ
れによつてCMOSの増幅器が構成される。増幅器
の利得は、後段の比較器に対し、該比較器がパル
ス制御時間に較べて十分速く動作できる様な入力
信号を与えればよく大体20dBから30dB程度。第
8図、第9図はAC結合容量37を使わずに電圧
レベルをシフトする回路の例である。42,43
は直列に接続された抵抗であつて、接続点電位が
増幅器の待期状態電位に等しくなる様に値を設定
した分圧抵抗である。又42,43の抵抗値は帰
還抵抗38に対し十分小さく選ぶ。第9図は第8
図を更に改良した回路の一例で、44は増幅器の
待期状態における出力レベルが本来の待期レベル
の近くにあるか否かを検出する回路で、出力レベ
ルが待期レベルから大幅にはずれると、負帰還用
トランジスタ45を通して入力点の待期レベルを
上下に移動制御する。第10図は遅延回路30の
一般例である。46,47は直列に接続された
CMOS構造の双方向性アナログスイツチ即ちトラ
ンスミツシヨンゲートである。トランスミツシヨ
ンゲートの段数は必要に応じて更に増す事も可能
であり遅延条件に従つて段数を設定する。各トラ
ンスミツシヨンゲートほ出力端子には、アナログ
信号に相当する電荷を蓄積するための容量性負荷
48,49が結合してある。トランスミツシヨン
ゲート46,47は遅延条件に従つて順次スイツ
チングを繰り返し、入力端子41に供給されたア
ナログ信号を一定時間遅延し出力端子50に出力
させる。しかし、コンデンサーの場合電荷の転送
損失が大きいので、本考案ではバケツリレー型電
荷転送素子で構成したアナログデータのシフトレ
ジスタを用いたものであり、それを第14図に示
す。第14図中a,b,c,dはシフトレジスタ
各段に対応する電極で各電極は1つおきに結合し
ておりそれぞれφ,φなるクロツクパルスが
印加される。gは電極a,b,c,dと半導体層
fとを絶縁する酸化膜、eは図に示す如く前記電
極に対して非対称に配置されたP型の謂るバケツ
を形成している。前記半導体層fは、この時n型
半導体から成る。第15図は、蓄積モードにおけ
る各レジスタのエネルギー準位とアナログ信号に
対応する各バケツ内の電荷蓄積状態を示す。第1
6図は、データ転送モードにおけるエネルギー準
位と電荷の転送状況を示す。第3図の状態では電
極bにより低い電圧を印加する事によつてbの電
極下のバケツのエネルギー準位を隣のバケツ部よ
りも下げている。φ,φに対し、交互に電圧
パルスを印加する事によつてバケツ内の蓄積情報
は順次シフトしていく事がわかる。終端にMOS
型FET或はその他の電圧検出器を接続し、前記
シフトレジスタと後段のアナログ回路との結合を
行なう。従つて第5図の回路にこのバケツリレー
型電荷転送素子で構成したシフトレジスターを用
いる場合は、第14図のシフトレジスターの電極
aに増幅器の出力を接続して入力とし、また電極
dをシフトレジスターの出力として、比較器31
に接続される。この際レベルの一致のためにシフ
トレジスターの終端にMOS型FET等を設けるこ
とは上述の通りである。第11図はこれら信号の
タイムチヤートを表わし、51は端子41に供給
された入力信号波形、52は端子50に出力され
る遅延信号である。第12図はこれを更に模型化
した波形で54は容量負荷48の端子に表われる
波形、52は出力端子50に表われる波形であつ
て、トランスミツシヨンゲート46のスイツチン
グに応じて入力信号をサンプルした階段状の波形
となる。比較器31は、増幅器29及び遅延回路
30の出力即ち第11図の波形51と52のレベ
ル比較を行ない、52のレベルが51のレベルよ
りも高い時、HIGHレベル出力を、逆の時には
LOWレベル出力を出す。第11図53に波形を
示す。第11図から明らかに比較器出力信号のレ
ベル反転位置は、モーター駆動電流51のピーク
若しくは極値を示す点に対応する。同一規格のパ
ルスモーターにあつては、各負荷状態に対する駆
動電流波形と該電流波形上の回転動作臨界点(モ
ーターが回転を完結する為の最小パルス位置)は
一義的に定まるから、比較器31の出力即ち波形
53の立上り又は立下り位置を知つて各負荷に対
し必要なパルス幅を決定できる。又は時計信号を
基準として波形53の立上り、立下り位置の変動
を検出する事により、各負荷時の必要最小パルス
幅の設定が可能となる。ブロツク32は係る制御
回路を示すもので端子34は時間基準信号であ
る。第13図は本考案になる電子時計によるパル
スモーター駆動電流波形の一例を示すものであ
る。図中54は無負荷状態、55,56は負荷状
態の電流波形で56は55よりも更に負荷を増し
た場合である。破線はパルス幅制御をしない場合
の電流波形の想像図である。なおCMOS増幅器2
9及び比較器31はクロツクドゲート又はインヒ
ビツトゲートと共に構成され、パルスモーターの
駆動時のみ作動する様に構成し、無駄な電流をカ
ツトすることも当然可能である。上述の如く、本
考案はパルスモーター駆動時の無駄な電流を遮断
することにより低電力化をはかるとともに、モー
ターに流れる電流を検出するための他の特別な機
械的な手段等を必要とすることなく、さらに制御
回路内の増幅器もCMOSで構成するとともに必要
なときのみ増幅器が作動するように制御回路部で
の合理化、低電力化をはかつたものである。
As described above, the amplifier 29, delay circuit 30, comparator 31, and judgment circuit 32 constitute the rotor position detection circuit. The delay circuit 30 uses a bucket brigade type charge transfer element, which will be described later. In FIG. 3, the channel impedance of the driving MOS transistors 14 and 15 is set to about several tens of ohms in consideration of efficiency from the power supply voltage (1.3 to 1.8 V) and the resistance of the motor coil (2K to 5K). At this time, the current flowing through the coil is several hundred μA at most, and therefore the voltage drop based on the channel impedance of the transistor, that is, the amplitude of the detected current waveform is from several mV to about 20 to 30 mV at most. 7th
The figure shows an example in which the amplifier 29 is constructed of CMOS. Reference numerals 35 and 36 are analog switches, that is, transmission gates corresponding to 27 and 28 in FIG. Do it as you like. At this time, the output terminals of switches 35 and 36 are connected to each other and are at the same potential as the selected point of 4a or 4b, and the value is determined from the above explanation, assuming that the positive power supply potential of the circuit is +V. , +V - becomes several 10mV. 37 is an AC coupling capacitor for transferring the potential of the detection signal to the input operating potential of the downstream amplifier;
Together with the load resistance in the subsequent stage, the capacitance value is such that a sufficiently large time constant compared to the signal frequency can be obtained. 39 and 40 are P channel and N channel
It is a MOSFET whose control gates and drains are connected to each other, and negative feedback is applied from the output terminal to the input terminal through a resistor. This constitutes a CMOS amplifier. The gain of the amplifier is approximately 20 dB to 30 dB, as long as it provides an input signal to the subsequent comparator that allows the comparator to operate sufficiently faster than the pulse control time. FIGS. 8 and 9 are examples of circuits that shift the voltage level without using the AC coupling capacitance 37. 42, 43
is a resistor connected in series and is a voltage dividing resistor whose value is set so that the potential at the connection point is equal to the standby state potential of the amplifier. Further, the resistance values of 42 and 43 are selected to be sufficiently smaller than the feedback resistor 38. Figure 9 is the 8th
This is an example of a circuit that has been further improved from the diagram. 44 is a circuit that detects whether the output level of the amplifier in the standby state is close to the original standby level, and if the output level deviates significantly from the standby level. , the waiting level of the input point is controlled to move up and down through the negative feedback transistor 45. FIG. 10 shows a general example of the delay circuit 30. 46 and 47 are connected in series
It is a bidirectional analog switch or transmission gate with CMOS structure. The number of stages of transmission gates can be further increased if necessary, and the number of stages is set according to the delay conditions. Capacitive loads 48 and 49 are coupled to the output terminal of each transmission gate for storing charge corresponding to an analog signal. The transmission gates 46 and 47 sequentially repeat switching according to the delay conditions, delaying the analog signal supplied to the input terminal 41 for a certain period of time, and outputting the delayed analog signal to the output terminal 50. However, in the case of a capacitor, the charge transfer loss is large, so in the present invention, an analog data shift register composed of a bucket brigade type charge transfer element is used, which is shown in FIG. In FIG. 14, electrodes a, b, c, and d correspond to each stage of the shift register, and each electrode is connected to every other stage, and clock pulses φ 1 and φ 2 are applied, respectively. g is an oxide film insulating the semiconductor layer f from the electrodes a, b, c, and d, and e is a so-called P-type bucket arranged asymmetrically with respect to the electrodes, as shown in the figure. At this time, the semiconductor layer f is made of an n-type semiconductor. FIG. 15 shows the energy level of each register in the accumulation mode and the charge accumulation state in each bucket corresponding to the analog signal. 1st
FIG. 6 shows the energy level and charge transfer situation in the data transfer mode. In the state shown in FIG. 3, by applying a lower voltage to electrode b, the energy level of the bucket under electrode b is lowered than that of the adjacent bucket part. It can be seen that by alternately applying voltage pulses to φ 1 and φ 2 , the accumulated information in the bucket is sequentially shifted. MOS at the end
A type FET or other voltage detector is connected to couple the shift register with the subsequent analog circuit. Therefore, when using a shift register composed of this bucket brigade type charge transfer element in the circuit shown in FIG. 5, the output of the amplifier is connected to electrode a of the shift register shown in FIG. As the output of the register, comparator 31
connected to. At this time, as described above, a MOS type FET or the like is provided at the end of the shift register in order to match the levels. FIG. 11 shows a time chart of these signals, where 51 is the input signal waveform supplied to the terminal 41, and 52 is the delayed signal outputted to the terminal 50. FIG. 12 shows waveforms that are further modeled. 54 is the waveform that appears at the terminal of the capacitive load 48, and 52 is the waveform that appears at the output terminal 50. The result is a sampled step-like waveform. The comparator 31 compares the levels of the outputs of the amplifier 29 and the delay circuit 30, that is, the waveforms 51 and 52 in FIG.
Outputs LOW level output. The waveform is shown in FIG. 1153. It is clear from FIG. 11 that the level inversion position of the comparator output signal corresponds to the point indicating the peak or extreme value of the motor drive current 51. For pulse motors of the same standard, the drive current waveform for each load state and the rotation critical point on the current waveform (minimum pulse position for the motor to complete rotation) are uniquely determined, so the comparator 31 By knowing the output of the waveform 53, that is, the rising or falling position of the waveform 53, the necessary pulse width for each load can be determined. Alternatively, by detecting fluctuations in the rising and falling positions of the waveform 53 with reference to the clock signal, it is possible to set the required minimum pulse width at each load. Block 32 represents such a control circuit, and terminal 34 is a time reference signal. FIG. 13 shows an example of a pulse motor drive current waveform by the electronic timepiece according to the present invention. In the figure, 54 is the current waveform in the no-load state, 55 and 56 are the current waveforms in the loaded state, and 56 is the current waveform when the load is further increased than 55. The broken line is an imaginary diagram of the current waveform without pulse width control. Note that CMOS amplifier 2
9 and the comparator 31 are configured together with a clocked gate or an inhibit gate, and can be configured to operate only when the pulse motor is driven, thereby cutting unnecessary current. As mentioned above, the present invention aims to reduce power consumption by cutting off unnecessary current when driving a pulse motor, and also requires other special mechanical means to detect the current flowing to the motor. In addition, the amplifier in the control circuit is also constructed of CMOS, and the control circuit is streamlined and has low power so that the amplifier operates only when necessary.

以上本考案はパルスモーターの最適駆動化をは
かり低コストで安定な消費電力の少ない電気機械
変換機構を実現し、これにより電子腕時計の低コ
スト化長寿命化、又は小型化をはかることができ
た。特に本考案によれば駆動電流が印加されたと
きコイルに発生する誘起波形を増幅し、その増幅
出力と遅延回路を通した遅延出力信号とを比較器
の入力としてローター位置を検出するに際して、
遅延回路にバケツリレー型電荷転送素子を用いた
ので、電荷転送ロスのない正確なローター位置検
出ができる。また、他の時計回路とともに集積化
できるので製造組立における回路の扱いが容易に
なるメリツトがある。
As described above, the present invention aims to optimize the drive of the pulse motor and realize a low-cost, stable electromechanical conversion mechanism with low power consumption, thereby making it possible to reduce the cost, extend the lifespan, or downsize electronic wristwatches. . In particular, according to the present invention, the induced waveform generated in the coil when a drive current is applied is amplified, and the amplified output and the delayed output signal passed through the delay circuit are used as inputs of a comparator to detect the rotor position.
Since a bucket brigade type charge transfer element is used in the delay circuit, accurate rotor position detection without charge transfer loss is possible. Furthermore, since it can be integrated with other timepiece circuits, it has the advantage that the circuit can be easily handled during manufacturing and assembly.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本考案に係るパルスモーター、輪列
を示す図である。第2図は、従来の電子時計の電
子回路ブロツク図である。第3図は第2図駆動回
路の詳細図である。第4図は、第3図の電流波形
図である。第5図、第7図〜第9図、第14図
は、本考案になる電子時計の1回路例を示し、第
6図、第11図〜第13図は、そのタイムチヤー
ト及び電流波形図である。第15図、第16図は
第14図におけるポテンシヤルの分布を示す。第
10図は遅延回路の一般例を示す回路図。
FIG. 1 is a diagram showing a pulse motor and a wheel train according to the present invention. FIG. 2 is an electronic circuit block diagram of a conventional electronic timepiece. FIG. 3 is a detailed diagram of the drive circuit of FIG. 2. FIG. 4 is a current waveform diagram of FIG. 3. 5, 7 to 9, and 14 show one example of the circuit of the electronic timepiece according to the present invention, and FIGS. 6, 11 to 13, time charts and current waveform diagrams. It is. 15 and 16 show the potential distribution in FIG. 14. FIG. 10 is a circuit diagram showing a general example of a delay circuit.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 発振回路、前記発振回路の出力信号を分周する
分周器、前記分周器の出力信号にもずいて駆動パ
ルスを形成するパルス信号を出力する波形成形回
路、前記パルス信号により作動する駆動回路、ス
テーターとローターとコイルからなり前記駆動回
路により駆動されるパルスモーターとを備えた電
子時計において、前記駆動回路は前記パルス信号
にもとずいて前記コイルに駆動パルスを印加する
ゲート回路100と、前記駆動パルスにより前記
ローターが駆動されたとき前記コイルに発生する
誘起電流からローター位置を検出するローター位
置検出回路101とからなり、前記ローター位置
検出回路は前記コイルの端子部の各々に接続され
前記パルス信号により交互に導通状態に制御され
る2個のアナログスイツチ27,28と、前記ア
ナログスイツチに接続されるCMOS増幅器29
と、前記増幅器の出力信号を遅延させるバケツリ
レー型電荷転送素子よりなる遅延回路30と、前
記増幅器の出力信号と前記遅延回路の出力信号を
入力して出力電圧の変位点から前記ローター位置
を検出する比較器31と、前記比較器により前記
ローターが所定角度回転したことを検出したとき
前記ゲート回路を遮断する信号を出力する判断回
路32とからなることを特徴とする電子時計。
an oscillation circuit, a frequency divider that divides the output signal of the oscillation circuit, a waveform shaping circuit that outputs a pulse signal that forms a drive pulse based on the output signal of the frequency divider, and a drive circuit that operates based on the pulse signal. , an electronic timepiece comprising a stator, a rotor, and a pulse motor including a coil and driven by the drive circuit, wherein the drive circuit includes a gate circuit 100 that applies a drive pulse to the coil based on the pulse signal; The rotor position detection circuit 101 detects the rotor position from the induced current generated in the coil when the rotor is driven by the drive pulse, and the rotor position detection circuit 101 is connected to each of the terminal portions of the coil. Two analog switches 27 and 28 which are alternately controlled to be conductive by pulse signals, and a CMOS amplifier 29 connected to the analog switches.
and a delay circuit 30 consisting of a bucket brigade type charge transfer element that delays the output signal of the amplifier, and detects the rotor position from the displacement point of the output voltage by inputting the output signal of the amplifier and the output signal of the delay circuit. and a determination circuit 32 that outputs a signal to cut off the gate circuit when the comparator detects that the rotor has rotated by a predetermined angle.
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