JPS6261909B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子腕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ーの駆動方式に関す
る。

水晶振動子を時間標準振動子としたいわゆる水
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うち、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
小型化による腕時計の小型、薄型化の大きなネツ
クとなつてきている。

さらにステツプモーターを変換器とし１秒１ス
テツプ作動としたときたとえば過大な衝撃により
ローターのミスリが起きると少なくとも１秒反転
パルスモーターの場合２秒の遅れが発生し水晶時
計という高精度時計にとつては無視できない誤差
が突然発生する。

従来はかかるローターのミスリを防止するため
に衝撃時を予想して駆動力の設定をしており、通
常時においては必要以上のパルスを流していた。
従来の構造を第１図乃至第４図を用いて説明す
る。

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
テーター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
方向に回転できるようにローター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。この種のステツプモーターは従来から実用
化されており、第２図に示すような回路で駆動さ
れていた。１０は水晶振動子であり、発振回路１
１により駆動され、その周波数は分周器１２によ
り分周され、波形整流器１３で適当な時間間隔の
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。その一例は、２秒毎7.8ｍsecのパ
ルスである。これをCMOSインバータで構成され
るドライバー１４，１５に入力し、その出力をコ
イル４の端子４ａ，４ｂに供給される。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で示すように電流が流れ、逆に
他方のインバータ１５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7.8ｍsecの電流
をコイル４に流すことができる。このような駆動
電流により、第１図のステツプモータのステータ
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１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
図示してない筒カナ、筒車、カレンダー機構に伝
達され、時針、分針、秒針、カレンダー等からな
る指示機構を作動させる。

ところで、第３図のドライブ回路で、端子１６
に信号１８を印加し矢印の如く電流を流したと
き、MOSトランジスタ１５′チヤンネルインピー
ダンスによる内部ドロツプにより、コイルの一端
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、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、このよう
に電流変化が激しいので、駆動されたロータの回
転によつてコイルに誘起電流が流れるためで、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、この条件を満たすのはコイル内の磁束変
化の最大のとき、即ちローターの磁極が両ステー
タのスキマ（δ_１、δ_２部）を通過するときであ
る。

以上はステツプモータは無負過状態での作動で
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図に点線で示した波形２
１であり、さらには、波形２２となる。負荷に耐
えるのは、この波形２２が限界で、この以上の負
荷をかけるとロータは停止する。

この最大負荷時の電流波形は、へこみを若干通
過した時駆動パルスが切れた状態である。また、
無負荷時の作動状態を実験で調べると、電流波形
のへこみ以前で駆動パルスを切つても作動するこ
とがわかる。これは、ローター１の停止時の安定
位置から両ステーター間の隙間δ_１―δ_２部を通
過した直後にローター１の中立位置Ｎ，Ｐがあり
（第１図参照）、この中立位置以前ではローター１
は前の安定位置にもどり、中立位置を過ぎるとロ
ーター１は次の安定位置に至るか、無負荷状態で
はローター１がステーターの隙間δ_１、δ_２部を
通過する以前に駆動パルスを切つても起動力によ
り十分中立位置を越えることができるのに対し、
負荷が加わつてくるとローター１が中立位置を乗
り越えるまで駆動力を与える必要があるためと推
測される。そうすると無負荷時の波形２０は負荷
が加わつたときの余裕をもつてはいるが、逆に大
量の無駄な電流を流していることになる。

本発明は、この無駄電流の浪費欠点と上述のロ
ーターの作動に着眼し電流波形を検出し、ロータ
ーへの負荷の大きさに応じて駆動パルスを変化さ
せることにより、常に最低の消費電力で駆動させ
ることを目的としたものである。

以下本発明を第５図乃至第８図により説明す
る。

第５図は、電流波形検出の実験回路である。２
３は第３図で説明したと同じステツプモーター駆
動回路で２個のＣ―MOSインバーター２４，２
５の出力間にモーターコイル２６が接続されてい
る。前述した様に、一方のインバーター２４の入
力に図の様に駆動パルスを与えると、図の矢印２
７のように電流が流れてローターを駆動する。こ
のときインバーター２５の出力端子２８には、
MOSトランジスタ２５′のインピーダンスによる
内部ドロツプにより、コイル２６に流れる電流波
形が検出できる。

第６図は、第５図の回路のタイムチヤートであ
り、Ａ，Ｂ，Ｃは各々第５図中のＡ、Ｂ、Ｃ点の
出力波形である。

Ａはインバーター２５の出力端子即ち、この電
流波形を示したものである。但し、図を見易くす
るためＡは他の波形Ｂ，Ｃ以上に拡大して示して
ある。この電流波形をＣ―MOSインバータによ
る増幅器２９を通すと、第６図Ｂの如く電流波形
を微分して増幅された波形を得る。これをさらに
インバータ３０を通すと、第６図を得る。

この様に、第５図の検出回路は電流波形の変化
をとらえることができるので、第６図に示すよう
に電流波形のへこみ部A′がインバーター３０の
出力波形であるＣにおいてはC′で検出すること
ができる。従つてローターにかかる負荷変動によ
る電流波形の変化は、この検出回路でとらえるこ
とが可能である。

本発明はこのように駆動コイルの出力波形によ
り、ローターの回転状況が検出することを利用
し、それに応じた駆動パルスを供給するものであ
る。第７図に具体的な回路例を示す。

第７図ｂの電子回路は、ローターのミス動作を
補償する特徴を有する。即ち、衝撃等による過負
荷、極端な交流磁場に遭遇したとき、これを検出
し直ちにこれを補正する補償回路が設けられてい
る。

第７図ａにおいて、３１は水晶振動子（もちろ
ん他の振動子でもかまわない）であり、３２はそ
の発振回路、３３は分周回路、３４は制御信号発
生器であり、その出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，
Ｇは第８図のタイムチヤートの同符号に示した如
くである。これらの回路は、特に具体的な回路図
で示す必要はないであろう。以下駆動回路につい
ては第７図ｂの詳細な図により説明する。本駆動
回路は、電流波形の増幅回路３５、検出回路３
６、ミス作動の補償回路３７、雑音検出回路３
８、重負荷検出回路３９、駆動制御回路４０とか
ら構成されており、増幅回路３５はコイル４１の
両端Ｌ，Ｍに発生する電流波形をアナログスイツ
チ４２により選択して、Ｃ―MOSインバータに
よる増幅器４３により増幅される。なお、この増
幅器４３での電力損失を少なくするため、インバ
ータ４４はクロツクゲート型を用い、電流波形の
発生時のみ増幅器として作動させる。検出回路３
６は、増幅回路で得られた信号をフリツプフロツ
プ４５，４６により分周し、前述の電流波形のへ
こみ部を検出する。ミス作動補償回路３７はロー
ターが一度ミスすると次の信号では反転パルスで
あるので、ローターは全く駆動されず、この時電
流波形は矩形波になるため、検出回路３６の出力
は全く変化しないので、これを検出して補償用の
駆動パルスを形成する。雑音検出回路３６と重負
荷検出回路３９については本発明に関係しないの
で説明を省略する。

第８図中、Ａは駆動回路が形成する出力波形で
あり、Ｂは雑音検出回路３８の基準信号、Ｃは重
負荷検出回路３９の基準信号である。Ｄはトラン
スミツシヨンゲート４２の選択信号であり、Ｅは
検出部３６及びミス動作の補償回路３７に用いら
れるFFのリセツト信号、Ｆはミス動作補償時の
補償信号の出力同期信号。Ｇは補償信号である。

また信号は検出回路３６の出力信号であり、
ａはFF４８の出力信号、Ｊ，Ｋは各々ミス動作
補償回路３７と重負荷検出回路３９の出力。Ｌ，
Ｍはコイル４１の両端の出力である。尚第８図中
説明の便宜上ａ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍの各信号は非作
動状態のときを示している。

第７図の回路と第８図のタイムチヤートを用い
て具体的な作動を以下に説明する。

最初にローターが正常動作したときについて述
べる。ローターが正常動作したときについては増
幅回路３５の出力は第６図ｃの如く２個のパルス
となる。検出回路３６のフリツプフロツプ４５、
リセツト信号Ｅによつて初期設定されている。増
幅回路から第６図ｃの２個のパルスが入力される
とパルスの立下がりをフリツプフロツプ４５，４
６でカウントして出力Ｉを反転させ補償回路３７
のゲート４７をオン状態にする。その結果出力波
形ＡもHighなのでゲート４７の出力は反転しフ
リツプフロツプ４８の出力が反転（Lowから
High）するのでゲート４９はオフ状態を保ち補
償用のＧ信号は出力されず出力ＪはHigh状態の
ままである。このとき駆動制御回路４０のゲート
６０には重負荷検出回路３９を通過した出力信号
Ａがゲート６０のＫ信号端子に入力されてゲート
回路５０を介して駆動回路５５に供給される。

もしローターが非回転の場合は、ローターの回
転がないので誘起電圧が発生せず、そのためコイ
ル端の出力は第６図ａの点線で示したような波形
となり、増幅器３５からの出力は１つのパルス
（第６図ｃの２番目のパルスに相当）しか出力さ
れない。そのめフリツプフロツプ４６の出力Ｉは
信号Ａの範囲では反転されるゲート４７はオフ状
態となる。従つて補償回路３７のゲート４７から
フリツプフロツプ４８に信号が入力されず、フリ
ツプフロツプ４８はＥ信号によつてリセツトされ
た状態を保ち、その結果ゲート４９はオン状態に
なる。そのためＪ端子にはＧ信号が出力される。
Ｇ信号は駆動制御回路３９のゲート６０のＪ信号
端子を通過して、ゲート回路５０を介して駆動回
路５５に供給される。尚補償信号となるＧ信号の
極性はゲート回路５０の入力信号となるＦ信号に
よつてローターを駆動できる方向に設定される。
即ち駆動信号ＡのときのＦ信号の極性と補償信号
Ｇの最初のパルス信号の時点での極性は反転し、
更に２個目の補償信号のときに再度Ｆ信号の極性
を反転させている。これにより確実にローターを
回転させることができる。即ちＪ信号、Ｋ信号が
コイル端に供給されるとき、Ｌ信号、Ｍ信号とな
つてローターを作動させるものである。

本発明はステツプモータを変換機構とする電子
腕時計においてステツプモータのローターのミス
作動を補償しているので、ステツプモータの駆動
パルスは必要最少限で済ませることができ安定で
精度の高い腕時計を実現するとともに消費電力を
大幅に減少し電子腕時計の長寿命化、小型化を実
現するものでその工業上の価値は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のステツプモータと輪列構成
を示す図であり、第２図は、従来の電子腕時計の
回路構成を示す図であり、第３図は、その駆動回
路部の詳細図であり、第４図は、従来の駆動電流
波形であり、第５図は、本発明の電流検出回路の
一実施例であり、第６図は、そのタイムチヤート
であり、第７図ａ，ｂは、本発明のステツプモー
タ駆動回路の一実施例であり、第８図は、そのタ
イムチヤートである。 １…ローター、２，３…ステーター、４…コイ
ル、１０…水晶振動子、２９…増幅器、３１…水
晶振動子、３２…発振回路、３３…分周回路、３
４…制御信号発生器、３５…増幅回路、３６…検
出回路、３７…ミス作動補償回路、３８…雑音検
出回路、３９…重負荷検出回路、４０…駆動制御
回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 発振回路、前記発振回路からの出力信号を分
   周する分周回路、前記分周回路の出力信号に基づ
   いた駆動パルスにより作動する駆動回路、コイル
   とステータと永久磁石ローターから成り前記駆動
   回路によつて駆動されるステツプモータ、前記ス
   テツプモータにより駆動される輪列を有する電子
   時計において、前記コイルに接続され前記コイル
   に発生する誘起電流を検出して増幅する増幅回
   路、前記増幅回路に接続されるとともに前記増幅
   回路の出力信号から前記永久磁石ローターの回転
   非回転を検出する検出回路、前記検出回路と前記
   駆動回路の間に接続され前記検出回路が前記永久
   磁石ローターの非回転を検出したとき前記駆動パ
   ルスよりパルス幅が大きな補償信号を次の駆動パ
   ルスが印加される前に発生する補償回路、前記補
   償回路と前記駆動回路の間に接続され、前記検出
   回路が前記永久磁石ローターの非回転を検出した
   とき前記永久磁石ローターを回転させる極性で前
   記補償信号を前記駆動回路に出力するゲート回路
   を備えたことを特徴とした電子時計。