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JP7073849B2 - モーター制御回路、ムーブメント、電子時計 - Google Patents

モーター制御回路、ムーブメント、電子時計 Download PDF

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Description

本発明は、モーター制御回路、ムーブメントおよび電子時計に関する。
モーターのコイルへの電流の供給を、コイルに流れる電流の2つの閾値間でオン及びオフして、そのオン時間またはオフ時間からモーターのローターの位置を推定してモーターの回転を制御する技術が知られている。
このような回転制御方法では、極性の切り替えは下記の3パターンのいずれかの方法がとられる。
第1の方法は、電流の最大閾値と最小閾値とを一定とし、その間でモーターの駆動をオン及びオフして、オン期間とオフ期間の両方から極性の切り替えのタイミングを決定するものである。
第2の方法は、電流の最大閾値とオフ期間を一定として、オン期間から極性の切り替えのタイミングを決定するものである。
第3の方法は、電流の最小閾値とオン期間を一定として、オフ期間から極性の切り替えのタイミングを決定するものである。
特表2009-542186号公報
上記第1~3の方法のうち、制御回路を簡単にするためには、オフ期間またはオン期間のみが変数となる第2または第3の方法が有利である。
しかし、電流波形の立ち上がり、立下りが急激となる状態では、頻繁に駆動手段がオンとオフとを繰り返し、その際に生じる貫通電流や充放電電流で消費電流が増大することがある。
本発明の目的は、制御回路を簡単にでき、消費電流も低減できるモーター制御回路、ムーブメントおよび電子時計を提供することにある。
本発明のモーター制御回路は、オン状態とオフ状態とを有し、モーターのコイルに駆動信号を出力して前記モーターを駆動する駆動手段と、前記コイルに流れる電流が下限電流値より小さいことを検出する下限検出手段と、前記コイルに流れる電流が上限電流値より大きいことを検出する上限検出手段と、前記駆動手段を前記オフ状態にした後、前記下限検出手段の検出結果により前記駆動手段を前記オン状態にし、前記駆動手段を前記オン状態にしてから所定時間経過後に、前記上限検出手段によって前記コイルに流れる前記電流が前記上限電流値より大きいことが検出された場合に、前記駆動手段を前記オフ状態にする駆動制御手段と、前記駆動手段を前記オフ状態にしてからの経過時間であるオフ時間が極性切替条件に該当する場合、前記駆動信号の極性を切り替える極性切替手段と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、駆動制御手段は、所定時間経過前に、コイルを流れる電流が上限電流値を超えても、その時点では駆動手段をオフ状態にせず、所定時間経過後にオフ状態にする。このため、駆動手段をオン状態にしてからの経過時間であるオン時間として、前記所定時間分は最小限確保されるため、駆動手段が短時間でオフ状態とされることを防止できる。したがって、電流と、上限電流値および下限電流値との比較のみで、駆動手段をオン状態及びオフ状態に制御する場合に比べて、駆動手段のオン状態及びオフ状態の切替頻度を減少でき、消費電流を低減できる。
また、駆動手段をオフ状態にしてからの経過時間であるオフ時間に基づいて、極性の切り替えタイミングを決定しているので、制御回路を簡単にできる。例えば、2極のローターを備えるモーターにおいて、ローターの回転角度が駆動の極性を切り替える180°付近となった場合は、電流の立ち上がり時間が短くなるので、実質的にオン時間が最小値(所定時間)に固定される。このため、前述の第3の方法と同等になり、オフ時間だけで極性の切り替えタイミングを決めることができる。
本発明のモーター制御回路は、オン状態とオフ状態とを有し、モーターのコイルに駆動信号を出力して前記モーターを駆動する駆動手段と、前記コイルに流れる電流が下限電流値より小さいことを検出する下限検出手段と、前記コイルに流れる電流が上限電流値より大きいことを検出する上限検出手段と、前記駆動手段を前記オフ状態にしてから所定時間経過後に、前記下限検出手段によって前記コイルに流れる前記電流が前記下限電流値より小さいことが検出された場合に、前記駆動手段を前記オン状態にし、前記駆動手段を前記オン状態にした後、前記上限検出手段によって前記コイルに流れる前記電流が前記上限電流値より大きいことが検出された場合に、前記駆動手段を前記オフ状態にする駆動制御手段と、前記駆動手段を前記オン状態にしてからの経過時間であるオン時間が極性切替条件に該当する場合、前記駆動信号の極性を切り替える極性切替手段と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、駆動制御手段は、所定時間経過前に、コイルを流れる電流が下限電流値を下回っても、その時点では駆動手段をオン状態にせず、所定時間経過後にオン状態にする。このため、駆動手段をオフ状態にしてからの経過時間であるオフ時間として、前記所定時間分は最小限確保されるため、駆動手段が短時間でオン状態とされることを防止できる。したがって、電流と、上限電流値および下限電流値との比較のみで、駆動手段をオン状態及びオフ状態に制御する場合に比べて、駆動手段のオン状態及びオフ状態の切替頻度を減少でき、消費電流を低減できる。
また、駆動手段をオン状態にしてからの経過時間であるオン時間に基づいて、極性の切り替えタイミングを決定しているので、制御回路を簡単にできる。例えば、2極のローターを備えるモーターにおいて、オン時間に制限が無いと、ローターの回転角度が駆動の極性を切り替える180°付近となった場合のオフ時間は短いので、実質的にオフ時間が最小値(所定時間)に固定される。このため、前述の第2の方法と同等になり、オン時間だけで極性の切り替えタイミングを決めることができる。
本発明のモーター制御回路において、前記極性切替手段は、前記オフ時間が第1設定時間を超えている場合に、前記極性切替条件に該当したと判定することが好ましい。
駆動手段をオン状態及びオフ状態に制御して複数の駆動信号をコイルに入力することによってローターを1ステップ分回転する場合、ローターの回転角度と駆動手段のオフ時間は連動しており、ローターの回転し始めは駆動手段のオフ時間は短く、ローターが回転終了に近づくと長くなる。したがって、駆動手段のオフ時間が第1設定時間を超えた時点で、ローターの1ステップ分の回転が終了したことを判定できる。このタイミングで駆動信号の極性を切り替えることで、モーターの次のステップの駆動によって、ローターをさらに1ステップ分、回転することができる。
本発明のモーター制御回路において、前記極性切替手段は、前記オン時間が第2設定時間未満となった場合に、前記極性切替条件に該当したと判定することが好ましい。
駆動手段をオン状態及びオフ状態に制御して複数の駆動信号をコイルに入力することによってローターを1ステップ分回転する場合、ローターの回転角度と駆動手段のオン時間は連動しており、ローターの回転し始めは駆動手段のオン時間は長く、ローターが回転終了に近づくと短くなる。したがって、駆動手段のオン時間が第2設定時間未満となった時点で、ローターの1ステップ分の回転が終了したことを判定できる。このタイミングで駆動信号の極性を切り替えることで、モーターの次のステップの駆動によって、ローターをさらに1ステップ分、回転することができる。
本発明のモーター制御回路において、前記極性切替手段は、駆動開始時からの経過時間が所定時間未満の場合、または、駆動開始時からの前記駆動手段の前記オン状態と前記オフ状態との切り替え回数が所定回数未満の場合は、前記駆動信号の極性の切り替えを実行しないことが好ましい。
モーターの駆動開始直後には、停止していたローターを駆動するために負担がかかることなどで、ローターが1ステップ分回転する前に、一時的に極性切替条件に該当する可能性がある。本発明では、極性切替手段は、駆動開始時から所定時間経過する前、あるいは、駆動手段のオン状態及びオフ状態の切り替え回数が所定回数未満の場合に、駆動信号の極性の切り替えを行わないため、一時的に極性切替条件に該当してローターが1ステップ分回転していない状態で極性切替を行う誤動作を防止できる。
本発明のモーター制御回路において、前記極性切替手段は、極性切替時からの経過時間が所定時間未満の場合、または、極性切替時からの前記駆動手段の前記オン状態と前記オフ状態との切り替え回数が所定回数未満の場合は、前記駆動信号の極性の切り替えを実行しないことが好ましい。
モーターの駆動信号の極性切替開始直後に、条件によっては、ローターが1ステップ分回転する前に、一時的に極性切替条件に該当する可能性がある。本発明では、極性切替手段は、極性切替時から所定時間経過する前、あるいは、駆動手段のオン状態及びオフ状態の切り替え回数が所定回数未満の場合に、駆動信号の極性の切り替えを行わないため、一時的に極性切替条件に該当してローターが1ステップ分回転していない状態で極性切替を行う誤動作を防止できる。
本発明のムーブメントは、前記モーター制御回路を備えることを特徴とする。
このムーブメントによれば、前記モーター制御回路を備えているので、制御回路を簡単にでき、消費電流も低減できるムーブメントを実現できる。
本発明の電子時計において、前記ムーブメントを備えることを特徴とする。
この電子時計によれば、前記モーター制御回路を備えたムーブメントを備えるため、制御回路を簡単にでき、消費電流も低減できる電子時計を実現できる。
第1実施形態の電子時計を示す正面図。 第1実施形態の電子時計の回路構成を示す回路図。 第1実施形態の電子時計のモーターの構成を示す図。 第1実施形態の電子時計のICの構成を示す構成図。 第1実施形態のモーター制御回路の構成を示す回路図。 第1実施形態のドライバーおよび検出回路の構成を示す回路図。 第1実施形態のモーター制御処理を説明するフローチャート。 第1実施形態のモーター制御処理の動作を示すタイミングチャート。 第2実施形態のモーター制御回路の構成を示す回路図。 第2実施形態のモーター制御処理を説明するフローチャート。 第2実施形態のモーター制御処理の動作を示すタイミングチャート。 第3実施形態のモーター制御回路の構成を示す回路図。 第3実施形態のモーター制御処理を説明するフローチャート。 第3実施形態のモーター制御処理の動作を示すタイミングチャート。 第4実施形態の電子時計を示す正面図。 第4実施形態の電子時計の回路構成を示す回路図。 第4実施形態の電子時計のICの構成を示す回路図。 第4実施形態のモーター制御処理を説明するフローチャート。 第5実施形態のモーター制御処理を説明するフローチャート。
以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態を説明する。
まず、本発明のモーター駆動制御の理論について説明する。
モーターに流れる電流が上限電流値Imaxを超えたら駆動手段をオフ状態とし、下限電流値Iminより下がったら駆動手段をオン状態とするように制御すると、ImaxとIminの差が、ImaxやImin自体の電流値に比べて十分小さい場合、コイル両端の電圧Vcとコイル抵抗R、コイルのインダクタンスL、駆動電流i、誘起電圧Vの間には、Vc=R*i+L*di/dt+Vの関係がある。駆動手段をオン状態としてからの経過時間であるオン時間Tonと、オフ状態としてからの経過時間であるオフ時間Toffとが十分短ければ、i≒(Imax+Imin)/2となる。駆動手段がオン状態の時は、電源電圧をEとするとVc=Eなので、
E=R*i+L*di/dt+V…(1)
となる。また、オン時間Tonが十分短ければ、
di/dt=(Imax-Imin)/Ton…(2)
となり、駆動OFF時は、Vc=0なので、
0=R*i+L*di/dt+V…(3)
となる。また、オフ時間Toffが十分短ければ、
di/dt=(Imin-Imax)/Toff…(4)
となる。以上の(1)~(4)により、
V=E*Ton/(Ton+Toff)-R*i…(5)
となり、誘起電圧はローターの回転位置と相関があるので、式(5)によりImaxとIminを固定すればTon、Toffの関係からローターの回転位置を推定して、相の切り換え、つまり駆動信号の極性の切り替えを最適なタイミングで実行することができる。
ここで、TonとIminを固定した場合、Tonが十分小さければ、Imax≒Imin≒iとなるので、Toffのみからローターの回転位置を推定して、駆動信号の極性の切り替えを最適なタイミングで実行することができる。
また、ToffとImaxを固定した場合、Toffが十分小さければImax≒Imin≒iとなるので、Tonのみからローターの回転位置を推定して、駆動信号の極性の切り替えを最適なタイミングで実行することができる。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態の電子時計1を図面に基づいて説明する。
電子時計1は、図1に示すように、ユーザーの手首に装着される腕時計であり、外装ケース2と、円板状の文字板3と、図示略のムーブメントと、ムーブメント内に設けられたステッピングモーター13(図2参照、以下、モーター13と略す)で駆動される指針である秒針5、分針6、時針7と、操作部材であるりゅうず8およびボタン9とを備える。
[電子時計の回路構成]
電子時計1は、図2に示すように、信号源である水晶振動子11と、電源である電池12と、ボタン9の操作に連動してオン、オフされるスイッチS1と、りゅうず8の引き出し操作に連動してオン、オフされるスイッチS2と、モーター13と、時計用のIC20とを備えている。
[モーターの構成]
図3に示すように、モーター13は、ステーター131と、コイル130と、ローター133とを備える。コイル130の両端は、後述するドライバー51の出力端子O1、O2に導通され、ローター133は、径方向に2極に着磁された磁石である。したがって、モーター13は、電子時計用に用いられる2極単相ステッピングモーターであり、後述するように、IC20の出力端子O1、O2から出力されるモーター駆動パルス(駆動信号)によって駆動される。
また、秒針5、分針6、時針7は、図示略の輪列で連動しており、モーター13により駆動され、秒、分、時を表示する。なお、本実施形態では、1つのモーター13で、秒針5、分針6、時針7を駆動しているが、例えば、秒針5を駆動するモーターと、分針6および時針7を駆動するモーターのように複数のモーターを設けてもよい。
図2に示すように、IC20は、水晶振動子11が接続される接続端子OSC1、OSC2と、スイッチS1、S2が接続される入出力端子P1、P2と、電池12が接続される電源端子VDD、VSSと、モーター13のコイル130に接続される出力端子O1、O2とを備える。
なお、本実施形態では、電池12のプラス電極を、高電位側の電源端子VDDに接続し、マイナス電極を低電位側の電源端子VSSに接続し、低電位側の電源端子VSSをグランド(基準電位)に設定している。
水晶振動子11は、後述する発振回路21で駆動されて発振信号を発生する。
電池12は、一次電池または二次電池で構成される。二次電池の場合は、図示略のソーラーセルなどによって充電される。
スイッチS1は、電子時計1の2時位置にあるボタン9に連動して入力され、例えば、ボタン9が押されている状態ではオン状態となり、ボタン9が押されていない状態ではオフ状態となる。
スイッチS2は、りゅうず8の引き出しに連動したスライドスイッチである。本実施形態では、りゅうず8が1段目に引き出された状態でオン状態となり、0段目ではオフ状態となる。
[ICの回路構成]
IC20は、図4に示すように、発振回路21と、分周回路22と、電子時計1の制御用のCPU(中央処理装置:Central Processing Unit)23と、ROM(Read Only Memory)24と、入出力回路26と、バス(BUS)27と、モーター制御回路30とを備えている。
発振回路21は、基準信号源である水晶振動子11を高周波発振させ、この高周波発振で発生する所定周波数(32768Hz)の発振信号を分周回路22に出力する。
分周回路22は、発振回路21の出力を分周してCPU23にタイミング信号(クロック信号)を供給する。
ROM24は、CPU23で実行される各種プログラムを収納している。本実施形態では、ROM24は、基本時計機能などを実現するためのプログラムを収納している。
CPU23は、ROM24に収納されたプログラムを実行し、前記各機能を実現する。
入出力回路26は、入出力端子P1、P2の状態をバス27に出力する。バス27は、CPU23、入出力回路26、モーター制御回路30間のデータ転送などに用いられる。
モーター制御回路30は、バス27を通してCPU23から入力される命令により、所定の駆動信号(駆動パルス)を出力する。
[モーター制御回路の構成]
モーター制御回路30は、図5に示すように、第1タイマー31、第2タイマー32、ステップ数制御回路36、微分回路371、デコーダー38、SRラッチ回路39、フリップフロップ40、AND回路41、42、OR回路44、45と、ドライバー及び検出回路50とを備える。
第1タイマー31は、モーター13のコイル130への電流を供給する時間(後述するドライバー51のオン時間)の最小時間t1を計測するタイマーである。第1タイマー31の出力TM1は、第1タイマー31のリセット端子RがLレベルになってリセット状態が解除されてから、時間t1後にHレベルになる。
第2タイマー32は、モーター13のコイル130に流す電流の極性を切り替えるための条件となる判定時間t2を計測するタイマーである。すなわち、この判定時間t2が、第1設定時間である。第2タイマー32の出力TM2は、第2タイマー32のリセット端子RがLレベルになってリセット状態が解除されてから、時間t2後にHレベルになる。
ドライバー及び検出回路50はモーター13のコイル130に電流を供給するともに、コイル130に流れる電流値が所定値を超えているか判定する回路である。ドライバー及び検出回路50の詳細は、図6を参照して後述する。
ステップ数制御回路36は、プリセッタブルダウンカウンターを含み、駆動期間信号DONを出力する。ステップ数制御回路36は、設定信号により設定されたプリセッタブルダウンカウンターのプリセット値が、クロック信号CLでダウンカウントされて0になるまで、駆動期間信号DONをHレベルとし、プリセッタブルダウンカウンターが0になると駆動期間信号DONをLレベルとする。
なお、ステップ数制御回路36に入力する設定信号は、例えばCPU23からバス27を介して入力される。
デコーダー38は、後述する駆動信号出力のON/OFFを切り替える信号TON、駆動信号の極性を切り替える駆動極性信号PL、ドライバー51の作動および停止を制御する駆動期間信号DONが入力され、こられの信号の状態に応じて、後述する図8のタイミングチャートに示すように、ドライバー及び検出回路50に、ゲート信号P1、P2、N1、N2、N3、N4を出力する。したがって、駆動手段であるドライバー51の駆動を制御する駆動制御手段は、デコーダー38を備えて構成される。
微分回路371は、駆動極性信号PLの立ち上がり、及び立下り毎に微分パルスを出力する。
AND回路41は、ドライバー及び検出回路50の出力DT2と、第1タイマー31の出力TM1とが入力される。
AND回路42は、ドライバー及び検出回路50の出力DT1と、第2タイマー32の出力TM2とが入力される。
OR回路44は、ドライバー及び検出回路50の出力DT1が反転された信号と、ステップ数制御回路36の出力DONが反転された信号とが入力される。
SRラッチ回路39は、セット端子SにOR回路44の出力が入力され、リセット端子RにAND回路41の出力が入力される。SRラッチ回路39は、出力端子QからON/OFF切り替え信号TONを出力する。SRラッチ回路39の出力TONは、デコーダー38、OR回路45および第2タイマー32のリセット端子Rに入力される。
フリップフロップ40は、クロック端子CにAND回路42の出力が入力される。フリップフロップ40は、出力端子Qから駆動極性信号PLを出力する。
OR回路45は、ステップ数制御回路36の出力DONの反転信号と、SRラッチ回路39から出力される信号TONの反転信号とが入力される。OR回路45の出力は、第1タイマー31のリセット端子Rに入力される。
[ドライバー及び検出回路の構成]
ドライバー及び検出回路50は、図6に示すように、ドライバー51と、電流検出回路61とを備える。
ドライバー51は、2つのPchトランジスター52、53と、4つのNchトランジスター54、55、56、57と、2つの検出抵抗58,59とを備える。各トランジスター52~57は、デコーダー38から出力されるゲート信号P1、P2、N1、N2、N3、N4によって制御され、モーター13のコイル130に正逆両方向の電流を供給する。したがって、ドライバー51は、モーター13のコイル130に駆動信号を出力してモーター13を駆動する駆動手段である。
電流検出回路61は、第1基準電圧発生回路62と、第2基準電圧発生回路63と、コンパレーター641、642、651、652と、複合ゲート68、69とを備えている。複合ゲート68は、図6に示すAND回路661、662およびOR回路680を組み合わせたものと同等の機能を備える一つの素子である。複合ゲート69は、AND回路671、672およびOR回路690を組み合わせたものと同等の機能を備える一つの素子である。
コンパレーター641、642は、抵抗値R1、R2の検出抵抗58、59の両端に発生する電圧と、第1基準電圧発生回路62の電圧とをそれぞれ比較する。
AND回路661には駆動極性信号PLが反転入力され、AND回路662には駆動極性信号PLがそのまま入力されているため、駆動極性信号PLによって選択されたコンパレーター641、642の一方の出力が出力DT1として出力される。
コンパレーター651、652は、抵抗値R1、R2の検出抵抗58、59の両端に発生する電圧と、第2基準電圧発生回路63の電圧とをそれぞれ比較する。
AND回路671には駆動極性信号PLが反転入力され、AND回路672には駆動極性信号PLがそのまま入力されているため、駆動極性信号PLによって選択されたコンパレーター651、652の一方の出力が出力DT2として出力される。
第1基準電圧発生回路62は、コイル130に流れる電流が下限電流値Iminの場合に、検出抵抗58、59の両端に発生する電圧に相当する電位を出力するように設定されている。
したがって、コイル130に流れる電流Iが下限電流値Imin以上の場合は、検出抵抗58、59の両端に発生する電圧が第1基準電圧発生回路62の出力電圧を上回るため、検出信号DT1がHレベルとなる。一方、電流Iが下限電流値Iminを下回っている場合は、検出信号DT1がLレベルとなる。したがって、電流検出回路61の第1基準電圧発生回路62、コンパレーター641、642、複合ゲート68は、コイル130に流れる電流Iが下限電流値Iminより小さいことを検出する下限検出手段である。
第2基準電圧発生回路63は、上限電流値Imaxに相当する電圧を発生する。したがって、電流検出回路61の出力DT2は、コイル130に流れる電流Iが上限電流値Imaxを超えた場合にHレベルとなり、上限電流値Imax以下の場合にLレベルとなる。このため、電流検出回路61の第2基準電圧発生回路63、コンパレーター651、652、複合ゲート69は、コイル130に流れる電流Iが上限電流値Imaxを超えたことを検出する上限検出手段である。
[モーター制御回路の制御処理]
次に、本実施形態のモーター制御回路30による制御について、図7のフローチャートと、図8のタイミングチャートを用いて説明する。
[モーター制御回路の動作]
IC20のCPU23は、モーター13の駆動制御を開始すると、指針の移動量を設定する設定信号をモーター制御回路30のステップ数制御回路36に出力する。例えば、秒針5を1秒運針するためのステップ数が「5」であった場合、CPU23は、1秒毎に、ステップ数制御回路36の設定値nを「5」に設定する信号を出力する(SA1)。
なお、CPU23が設定信号を出力してステップ数制御回路36の設定値nを設定した後は、モーター制御回路30内の各回路によって、以下の制御が実行される。すなわち、CPU23は、モーター13を駆動するタイミングで、その駆動量を設定する設定信号をモーター制御回路30に出力するだけでよい。
設定信号により、設定値n=5がステップ数制御回路36に設定されると、ステップ数制御回路36の出力DONがHレベルになり、デコーダー38は、ゲート信号P1、P2、N1、N2、N3、N4によってモーター13のドライバー51をオンし(SA2)、コイル130に正方向の電流が流れる。なお、フローチャートおよび以下の説明において、ドライバー51をオンするとは、コイル130に駆動電流を流すことができるオン状態にドライバー51を制御することを意味し、ドライバー51をオフするとは、コイル130に駆動電流を流すことができないオフ状態にドライバー51を制御することを意味する。
本実施形態では、図8のタイミングチャートで出力DONがHレベルとなった直後は、P1がLレベル、P2がHレベルのため、Pchトランジスター52がオン、Pchトランジスター53がオフされる。また、N1~N3がLレベル、N4がHレベルのため、Nchトランジスター54、55、56がオフ、Nchトランジスター57がオンされる。このため、電流は、Pchトランジスター52、端子O1、コイル130、端子O2、検出抵抗59、Nchトランジスター57を流れる。本実施形態では、端子O1から端子O2に向かってコイル130を流れる電流を、正方向の電流としている。また、本実施形態では、コイル130に出力される駆動信号(駆動電流)は、第1の極性および第2の極性に切り替えられ、第1の極性の場合に、コイル130に正方向の電流が流れるものとしている。したがって、コイル130に正方向の電流が流れる状態は、第1の極性の駆動信号を出力するようにドライバー51がオン状態に制御された状態である。
次に、第1タイマー31の出力TM1のレベルにより、第1タイマー31の作動後、所定時間t1が経過したか否かを判定する(SA3)。第1タイマー31は、後述するように、ドライバー51がオンとなった時点で作動を開始するため、SA3ではドライバー51がオンとなってから所定時間t1が経過したか否かを判定する。SA3でNOと判定された場合は、SA3の処理を繰り返して実行する。
SA3でYESと判定した場合、電流検出回路61は、コイル130を流れる電流Iが、上限電流値Imaxを超えたか否かを判定する(ステップSA4)。電流検出回路61は、検出抵抗58、59に発生する電圧が、第1基準電圧発生回路62の基準電圧を超えるまでは(SA4でNO)、SA4の判定処理を継続する。
一方、SA4でYESと判定した場合は、SA2でドライバー51をオンしてからの経過時間がt1以上であり、かつ、電流Iが上限電流値Imaxを超えたことになる。
すなわち、SRラッチ回路39の出力TONがHレベルに変化すると、OR回路45の出力がHレベルからLレベルに変化し、第1タイマー31のリセット状態が解除される。
このため、第1タイマー31は、時間t1の経過計測を開始し、時間t1が経過する迄はLレベルの信号を出力し続け、時間t1の経過時、つまりSA3でYESと判定した場合にHレベルの信号を出力する。AND回路41の出力は、出力TM1および電流検出回路61の出力DT2の両方がHレベルとなった時点でHレベルに変化する。
AND回路41の出力がHレベルに変化すると、SRラッチ回路39はリセットされ、出力TONがLレベルに変化する。このため、デコーダー38は、ゲート信号P1、P2、N1、N2、N3、N4によってドライバー51をオフする(SA5)。具体的には、P1がHレベル、P2がHレベル、N1がHレベル、N2がLレベル、N3がHレベル、N4がHレベルとなる。このため、コイル130の両端が電源端子VSSに接続されて短絡され、ドライバー51からコイル130への電流Iの供給も停止する。したがって、コイル130に電流が流れていない状態は、ドライバー51がオフ状態に制御された状態である。本実施形態では、Pchトランジスター52、53およびNchトランジスター55をオフ、Nchトランジスター54、56、57をオンにした状態を、ドライバー51の第1の極性でのオフ状態としている。
この際、信号TONがLレベルに変化すると、第2タイマー32のリセットを解除し、第2タイマー32のタイマー計測が開始する。また、ドライバー51がオンされて信号TONがHレベルに変化すると、第2タイマー32がリセットされて時間t2の計測が停止する。
次に、電流検出回路61は、コイル130を流れる電流Iが下限電流値Iminを下回ったか否かを判定する(SA6)。そして、SA6でYESと判定されると、ドライバー51のオフ時間(駆動手段のオフ時間)が第1設定時間t2を超えているか否かが判定される(SA7)。すなわち、ドライバー51をオフしてから、電流IがIminを下回るまでの経過時間(OFF時間)が時間t2以下であればSA7でNOと判定され、時間t2を超えていればSA7でYESと判定される。具体的には、電流Iが下限電流値Iminを下回り、SA6でYESと判定したタイミングで、出力TM2がHレベルであれば、ドライバー51のオフ時間が第1設定時間t2を超えていると判定でき、出力TM2がLレベルであれば、時間t2を超えていないと判定できる。
SA7でNOと判定された場合は、極性の切り替えは行われず、SA2に戻り、ドライバー51をオンしてモーター13を駆動する。
すなわち、第2タイマー32は、出力TONがLレベルになると、リセットが解除されて時間t2の計測を開始し、時間t2が経過した時点で、第2タイマー32の出力TM2はHレベルになる。
電流Iが下限電流値Iminを下回ると、検出信号DT1がLレベルに変化する。この際、第2タイマー32で計測するオフ時間が時間t2未満であれば、第2タイマー32の出力TM2はLレベルに維持されているため、検出信号DT1のレベルが変化しても、AND回路42の出力はLレベルに維持され、フリップフロップ40から出力される駆動極性信号PLも同じレベルに維持される。したがって、極性の切り替えは実行されず、検出信号DT1がLレベルに変化してSRラッチ回路39の出力TONがHレベルに変化することによるドライバー51のオンが実行される。
ドライバー51のオフ時間が第1設定時間t2を超えて、SA7でYESと判定された場合、フリップフロップ40は駆動極性信号PLの信号レベルを切り替えて極性の切り替えが行われる(SA8)。
第2タイマー32の出力TM2は、ドライバー51がオフされてから第1設定時間t2を超えるまではLレベルであり、第1設定時間t2を超えた時点でHレベルとなる。また、検出信号DT1はドライバー51がオフされた時点ではHレベルであり、電流Iが低下して下限電流値Imin未満に低下した時点でLレベルとなる。したがって、AND回路42の出力は、図8に示すように、出力TM2がLレベルの間は、Lレベルに維持され、出力TM2がHレベルに変化した時点でHレベルに変化する。さらに、電流Iが下限電流値Iminを下回って検出信号DT1がLレベルに変化すると、AND回路42の出力はHレベルからLレベルに変化する。フリップフロップ40は、AND回路42のHレベルからLレベルの立ち下がりのクロック信号が入力されると、駆動極性信号PLの状態が反転し、デコーダー38は駆動信号の極性を切り替えるようにドライバー51を制御する。なお、ドライバー51のオフ時間とローター133の回転角には相関があるため、時間t2はローター133が約180°回転したときに発生する値に基づいて設定すればよい。
したがって、本実施形態では、極性切替条件となる第1設定時間t2を計測する第2タイマー32と、電流Iが下限電流値Imin未満であることを検出する電流検出回路61と、これらの検出結果からクロック信号を出力するAND回路42と、AND回路42の出力信号に応じて、駆動信号の極性を切り替えるようにドライバー51を制御するフリップフロップ40およびデコーダー38によって、極性切替手段が構成される。
駆動極性信号PLの状態が反転して極性が切り替えられると、駆動極性信号PLが入力されている微分回路371から信号が出力され、この信号がステップ数制御回路36のクロック信号CLとして入力され、残りステップ数を1減らす(SA9)。
ステップ数制御回路36は、残りステップ数が0になったかを確認し(SA10)、SA10でNOの場合(nが0ではなかった場合)は、駆動期間信号TDをHレベルに維持する。このため、SA2に戻り、デコーダー38からの信号によってドライバー51がオンされる。ただし、駆動極性信号PLが反転しているので、デコーダー38は、コイル130を流れる電流が前回までと逆方向となるように設定されたゲート信号を出力する。具体的には、P1がHレベル、P2がLレベル、N1,N2,N4がLレベル、N3がHレベルとなる。これにより、Pchトランジスター52がオフ、Pchトランジスター53がオンされる。また、Nchトランジスター54、55、57がオフ、Nchトランジスター56がオンされる。このため、電流は、Pchトランジスター53、端子O2、コイル130、端子O1、検出抵抗58、Nchトランジスター56を流れる。したがって、コイル130に出力される駆動信号(駆動電流)は、第2の極性であり、コイル130に正方向と逆方向である負方向の電流が流れる。したがって、コイル130に負方向の電流が流れる状態は、第2の極性の駆動信号を出力するようにドライバー51がオン状態に制御された状態である。
図8に示すように、各ゲート信号P1、P2、N1、N2、N3、N4は、n=5,3,1の場合と、n=4,2の場合とで、コイル130を流れる電流の方向つまり極性が異なるように設定されている。
なお、本実施形態において、ドライバー51の第2の極性でのオフ状態は、P1がHレベル、P2がHレベル、N1がLレベル、N2がHレベル、N3がHレベル、N4がHレベルである。すなわち、Pchトランジスター52、53およびNchトランジスター54をオフ、Nchトランジスター55、56、57をオンにした状態を、ドライバー51の第2の極性でのオフ状態としている。この第2の極性でのオフ状態においても、コイル130の両端が電源端子VSSに接続されて短絡され、ドライバー51からコイル130への電流Iの供給が停止する。
SA10でYESの場合、ステップ数制御回路36は、駆動期間信号DONをLレベルとし、モーター13の駆動制御が終了する。
したがって、SA2~SA10を繰り返すことで、図8に示すような制御が実行される。すなわち、電流Iが下限電流値Iminを下回るとドライバー51がオンされ、このドライバー51のオンからの経過時間が時間t1を超え、電流Iが上限電流値Imaxを超えるとドライバー51がオフされる。そして、ドライバー51のオフ時間が時間t2を超えていない状態で電流Iが下限電流値Iminを下回ると、ドライバー51を再度オンする。したがって、同じ極性のままで、ドライバー51のオンと、オフとが繰り返される。
そして、ドライバー51のオフ時間が時間t2を超えている状態で電流Iが下限電流値Iminを下回った時点で、極性を切り替え、かつ、残りステップ数を-1とし、ステップ数が0でなければ、図8に示すように、極性が異なる点以外は前述したものと同じ駆動制御を行う。そして、ステップ数が0になると、モーター13の駆動制御も終了する。
なお、各タイマー31、32で計測するt1、t2は、モーター13の特性や駆動電圧などに応じて設定すればよいが、例えば、所定時間t1=50μsec、第1設定時間t2=150μsec等に設定される。
[第1実施形態の効果]
本実施形態のモーター制御回路30によれば、ドライバー51をオンしてから時間t1以上経過し、かつ、電流Iが上限電流値Imaxを超えた場合に、ドライバー51をオフしている。ローター133が駆動の極性を切り替える180°付近まで回転していれば、電流Iの立上り時間が短くなるが、電流Iの立上り時間が短くなった場合でも、最小時間t1はドライバー51のオン状態を維持するため、電流Iと、上限電流値Imax、下限電流値Iminとの比較のみで駆動制御した場合に比べて、ドライバー51のオン、オフの頻度を減少でき、消費電流を低減できる。
また、ローター133が駆動の極性を切り替える180°付近まで回転していれば、電流Iの立上り時間が短くなり、実質的にオン時間が最小時間t1に固定される。このため、ドライバー51のオフ時間が第1設定時間t2を超えたか否かのみで、極性の切り替えタイミングを決めることができるため、モーター制御回路30の構成を簡単にすることができる。
モーター制御回路30は、論理素子を用いた専用の回路で構成しているので、低電圧駆動および低消費電力化を実現でき、特に腕時計のような携帯型の電子時計1に適したものにできる。
[第1変形例]
なお、第1実施形態では、ドライバー51のオン期間のみに所定時間t1を設定したが、オフ期間にも所定時間を設定してもよい。すなわち、図7のSA5と、SA6との間に、ドライバー51のオフから所定時間経過したかの判定処理を追加し、所定時間が経過した場合に、SA6以下の処理を実行すればよい。
この場合、ドライバー51のオフ期間も所定時間以上となるため、ドライバー51のオン、オフの頻度をさらに減少でき、消費電流をさらに低減できる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について、図9~11を参照して説明する。なお、第2実施形態において、第1実施形態と同一または同様の構成には同一符号を付し、説明を省略または簡略する。
[構成の説明]
第2実施形態では、図9に示すモーター制御回路30Bを用いている点が、第1実施形態と相違する。第2実施形態のモーター制御回路30Bも、第1実施形態と同じく電子時計1のモーター13の駆動を制御する。
モーター制御回路30Bは、モーター制御回路30に対して、第1タイマー31B、第2タイマー32B、AND回路41B、42B、OR回路44B、45Bの構成が相違する。また、モーター制御回路30Bは、第3タイマー33Bと、OR回路46B、47Bが追加されている点でモーター制御回路30と相違する。その他の構成は、モーター制御回路30と同様である。
第1タイマー31Bは、ドライバー51をオフして、モーター13のコイル130への電流供給を停止している時間の最小時間(Toff min)t21を計測するタイマーである。第1タイマー31Bの出力TM21は、第1タイマー31Bのリセット端子Rに入力される信号がLレベルになってリセット状態が解除されてから、時間t21後にHレベルになる。
第2タイマー32Bは、ドライバー51をオンして、モーター13のコイル130への電流を供給している時間(Ton時間)t22を計測するタイマーである。この時間t22が第2設定時間であり、後述するように、モーター13のコイル130に流す電流の極性を切り替えるための条件となる。第2タイマー32Bの出力TM22は、第2タイマー32Bのリセット端子Rに入力される信号がHレベルになってリセット状態が解除されてから、時間t22後にHレベルになる。
第3タイマー33Bは、コイル130に流す電流の極性を切り替える判定を禁止する禁止時間t23を計測するタイマーである。第3タイマー33Bの出力TM23は、第3タイマー33Bのリセット端子Rに入力される信号がLレベルになってリセット状態が解除されてから、時間t23後にHレベルになる。
モーター制御回路30Bのドライバー及び検出回路50、ステップ数制御回路36、デコーダー38、微分回路371の構成および動作はモーター制御回路30と同じである。
AND回路41Bは、ドライバー及び検出回路50の出力DT1の反転信号と、第1タイマー31Bの出力TM21とが入力される。AND回路41Bの出力は、駆動期間信号DONの反転信号と共に、OR回路44Bに入力される。OR回路44Bの出力は、SRラッチ回路39のセット端子Sに入力される。
AND回路42Bは、ドライバー及び検出回路50の出力DT2と、第2タイマー32Bの出力TM22の反転信号と、第3タイマー33Bの出力TM23とが入力される。AND回路42Bの出力は、フリップフロップ40のクロック端子に入力される。
OR回路45Bは、SRラッチ回路39の出力TONと、出力DONの反転信号とが入力され、OR回路45Bの出力信号は第1タイマー31Bのリセット端子Rに入力される。
OR回路46Bは、出力TONの反転信号と、出力DONの反転信号とが入力され、OR回路46Bの出力信号は第2タイマー32Bのリセット端子に入力される。
OR回路47Bは、微分回路371から出力されるクロック信号CLと、出力DONの反転信号とが入力され、OR回路47Bの出力は第3タイマー33Bのリセット端子Rに入力される。
[第2実施形態の動作]
次に、第2実施形態のモーター制御回路30Bによる制御について、図10のフローチャートと、図11のタイミングチャートを用いて説明する。
第2実施形態においても、第1実施形態と同じく、CPU23から設定信号が入力されると、モーター制御回路30Bは駆動を開始し、ステップ数制御回路36にステップ数(例えば5)を設定する(SB1)。
ステップ数制御回路36は、駆動期間信号DONをHレベルとし、デコーダー38は、ゲート信号P1、P2、N1~N4を制御することで、ドライバー51をオンして電流Iをコイル130に供給する(SB2)。
次に、電流検出回路61は、コイル130を流れる電流Iが上限電流値Imaxを超えたか否かを判定する(SB3)。電流検出回路61は、前述したように、検出抵抗58、59に発生する電圧が、第2基準電圧発生回路63で発生した基準電圧を超えるまでは(SB3でNO)、SB3の判定処理を継続する。
一方、SB3でYESと判定すると、電流検出回路61は検出信号DT2をHレベルに変更し、SRラッチ回路39にリセット信号が入力されて信号TONがLレベルになる。デコーダー38は、信号TONがLレベルになると、ゲート信号を制御してドライバー51をオフする(SB4)。
次に、各ステップの最初から時間t23以上経過したか否かを判定する(SB5)。時間t23を計測する第3タイマー33Bは、出力DONがHレベルになった際(n=5のステップ開始時)と、微分回路371からクロック信号CLが出力された時点つまり極性の切り替えが行われた際に、リセットが解除されて時間計測を開始する。
したがって、第3タイマー33Bの出力TM23がLレベルであれば、各ステップの開始からの経過時間が時間t23未満であり、SB5でNOと判定される。一方、第3タイマー33Bの出力TM23がHレベルであれば、各ステップの開始からの経過時間が時間t23以上であり、SB5でYESと判定される。
SB5でYESの場合、ドライバー51のオン時間が第2設定時間t22未満であるか否かを判定する(SB6)。第2タイマー32Bは、信号TONがHレベルに変化するとリセットが解除されて時間計測を開始し、計測時間が時間t22未満では出力TM22はLレベルであり、時間t22以上になると出力TM22はHレベルとなる。したがって、電流Iが上限電流値Imaxを超えてSB3でYESと判定され、SB4でドライバー51がオフされたタイミングで出力TM22がLレベルであれば、ドライバー51のオン時間が第2設定時間t22未満となり、SB6でYESと判定され、HレベルであればNOと判定される。
SB5でNOの場合、または、SB6でNOの場合は、ドライバー51をオフしてから所定時間t21以上経過したかを判定する(SB7)。SB7でNOの場合は、時間t21が経過するまで、つまり第1タイマー31Bの出力TM21がHレベルに変化するまで、SB7の判定を継続して待機する。
SB7でYESと判定された場合、電流検出回路61は、電流Iが下限電流値Iminを下回ったか否かを判定する(SB8)。
そして、SB8でYESと判定された場合、つまり、ドライバー51のオフから時間t21以上経過して、出力TM21がHレベルとなり、電流Iが下限電流値Iminを下回って出力DT1がLレベルに変化した場合、AND回路41BおよびOR回路44Bの出力がHレベルとなり、SRラッチ回路39の出力TONがHレベルに変化するため、デコーダー38はドライバー51をオンにする(SB2)。以下、SB6でYESと判定するまで、モーター制御回路30BはSB2~SB8を繰り返す。
SB6でYESの場合、時間t23以上は経過しており出力TM23がHレベルであり、電流Iが上限電流値Imaxを超えて検出信号DT2がHレベルになり、オン時間が時間t22未満で出力TM22がLレベルであるため、AND回路42Bの出力がHレベルとなる。このため、フリップフロップ40にクロック信号が入力され、駆動極性信号PLが反転して極性が切り替わる(SB9)。したがって、第2実施形態では、第2タイマー32B、第3タイマー33B、電流検出回路61、AND回路42B、フリップフロップ40、デコーダー38によって、極性切替条件に該当することを判定して駆動信号の極性を切り替える極性切替手段が構成される。
また、駆動極性信号PLの反転により、微分回路371からクロック信号CLが出力され、ステップ数制御回路36は残りステップを1減らし(SB10)、残りステップが0になるまで(SB11でYESとなるまで)、SB2~SB11を繰り返すことで、図11に示すように、モーター13を正常に駆動できる。
なお、前述したように、ドライバー51つまりモーター13のオン時間とローター133の回転角には相関があるため、第2設定時間t22をローター133が1ステップで回転すべき所定角度(例えば2極ローターであれば約180°)回転したときに発生する値に基づいて設定している。したがって、オン時間が第2設定時間t22未満になれば、ローター133が所定角度回転したことを検出できる。ただし、図11に示すように、各ステップの開始直後等には、ローター133が所定角度回転していなくても、オン時間が一時的に時間t22を下回ることがある。この場合の誤判定を防止するため、モーター制御回路30Bは、極性切替の判定を禁止する禁止時間t23を設定し、禁止時間t23を経過してからオン時間と第2設定時間t22とを比較するように制御している。このため、図11に示すように、モーター13を正常に駆動できる。
なお、各タイマー31B、32B、33Bで計測するt21、t22、t23は、モーター13の特性や駆動電圧などに応じて設定すればよいが、例えば、t21=50μsec、t22=50μsec、t23=1msec等に設定される。
[第2実施形態の効果]
第2実施形態によれば、ドライバー51をオフしてから時間t21以上経過し、かつ、電流Iが下限電流値Iminを下回った場合に、ドライバー51をオンしている。このため、電流Iの立下がり時間が短くなった場合でも、最小時間t21はドライバー51のオフ状態を維持するため、電流Iと、上限電流値Imax、下限電流値Iminとの比較のみで駆動制御した場合に比べて、ドライバー51のオン、オフの頻度を減少でき、消費電流を低減できる。
また、オン時間に制限が無いため、ローター133が駆動の極性を切り替える180°付近まで回転していれば、オフ時間が短いので、実質的にオフ時間が最小時間t21に固定される。このため、ドライバー51のオン時間が第2設定時間t22未満か否かのみで、極性の切り替えタイミングを決めることができるため、モーター制御回路30Bの構成を簡単にすることができる。
モーター制御回路30Bは、各ステップの開始時から極性切替を行わない禁止時間t23を設定しているので、各ステップの開始直後に、ドライバー51のオン時間が一時的に短くなった場合でも、誤って極性切替を実行することを防止できる。
モーター制御回路30Bは、電流検出回路61以外は、タイマー31B~33Bを設けて駆動手段のオン時間やオフ時間等を検出するだけで、各制御を行うことができるので、モーター制御回路30Bを簡易化できる。
[第2変形例]
なお、第2実施形態では、極性切替実行の誤判定を防止するために禁止時間t23を設定していたが、ドライバー51のオン、オフの切り替え回数で判定してもよい。すなわち、ドライバー51のオン、オフの切り替え回数が閾値(例えば5回)未満の場合には極性切替を禁止し、閾値以上の場合に極性切替を実行可能としてもよい。この場合は、第3タイマー33Bの代わりにカウンターを設け、出力TONの変化の回数をカウントすればよい。
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について、図12~14を参照して説明する。なお、第3実施形態は、第2実施形態における極性切替の禁止時間t23の設定を無くしたものであるため、第2実施形態の構成および処理と同一または同様の構成には同一符号を付し、説明を省略または簡略する。
モーター制御回路30Cは、モーター制御回路30Bに対して、第3タイマー33Bと、第3タイマー33Bのリセット端子に接続されたOR回路47Bを備えていない点で相違する。その他の構成は、モーター制御回路30Bと同じである。
[第3実施形態の動作]
次に、第3実施形態のモーター制御回路30Cによる制御について、図13のフローチャートと、図14のタイミングチャートを用いて説明する。図13のフローチャートに示すように、モーター制御回路30Cは、まず、第2実施形態の図10のフローチャートのSB1~SB4と同じ処理SB1~SB4を実行する。
第2実施形態のモーター制御回路30Bでは、SB4の後、SB5により、第3タイマー33Bによる極性切替判定の禁止時間t23を経過したかを判定していた。一方、第3実施形態のモーター制御回路30Cは、第3タイマー33Bを備えていないため、SB5の処理は行わない。このため、モーター制御回路30Cは、SB4の後、SB6~SB11の処理を実行する。
図14に示すように、モーター13の種類や駆動する指針の回転モーメントなどの設定によっては、ドライバー51のオン期間が徐々に短くなり、禁止時間t23を設定しなくても、誤判定する可能性が殆どない場合がある。このような場合には、モーター制御回路30Bの代わりにモーター制御回路30Cを用いることができる。
[第3実施形態の効果]
第3実施形態によれば、前記第2実施形態と同様の効果が得られる。
さらに、モーター制御回路30Cは、モーター制御回路30Bに比べて、第3タイマー33B、OR回路47Bを不要にできるので、回路構成を簡易にでき、コストを低減できる。
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態について、図15~18を参照して説明する。
第4実施形態の電子時計1Dは、図15に示すように、ワールドタイム機能を有するアナログ電子時計である。電子時計1Dは、センター針である分針6Dおよび時針7Dと、6時側に配置された秒針5Dと、タイムゾーンを指示する都市針4Dと、りゅうず8Dと、ボタン9A,9Bとを備える。
図16に示すように、電子時計1Dは、第1実施形態の電子時計1と同様に、信号源である水晶振動子11と、電源である電池12と、ボタン9A,9Bの操作に連動してオン、オフされるプッシュスイッチS1、S2と、りゅうず8Dの引き出しに連動してオン、オフされるスライドスイッチS3,S4と、第1モーター14、第2モーター15、第3モーター16と、時計用のIC20Dとを備えている。
第1モーター14、第2モーター15、第3モーター16は、第1実施形態のモーター13と同様のステッピングモーターであるため、説明を省略する。
秒針5Dは、第1モーター14によって運針され、時刻の秒を指示する。都市針4Dは、第2モーター15によって運針され、設定されたタイムゾーンの代表都市を指示する。分針6Dおよび時針7Dは、第3モーター16によって連動して運針される。このため、分針6Dは1周180分割で分を表示し、時針7Dは1周2160分割で時を表示する。
図16に示すように、IC20Dは、水晶振動子11が接続される接続端子OSC1、OSC2と、スイッチS1~S4が接続される入出力端子K1~K4と、電池12が接続される電源端子VDD、VSSと、各モーター14~16のコイル130に接続される出力端子O1~O6が設けられている。
[ICの回路構成]
図17に示すように、IC20Dは、発振回路21と、分周回路22と、電子時計1の制御用のCPU23と、ROM24と、入出力回路26と、BUS27とを備える。さらに、IC20Dは、第1モーター14を駆動する第1モーター制御回路30Dと、第2モーター15を駆動する第2モーター制御回路30Eと、第3モーター16を駆動する第3モーター制御回路30Fと、電流検出回路61とを備えている。
発振回路21、分周回路22、CPU23、ROM24、入出力回路26、バス27は第1実施形態と同様の構成であるため、説明を省略する。
第1モーター制御回路30Dは、1秒毎に第1モーター14を駆動するため、腕時計等で採用されている低消費電力化が可能な制御回路とされている。すなわち、第1モーター制御回路30Dは、パルス幅が小さい主駆動パルスを出力後、第1モーター14のコイル130の誘起電圧を測定してローター133が回転したか否かを検出し、非回転の場合には、主駆動パルスに比べて大きなパルス幅で固定された補正駆動パルス(固定パルス)を出力してローター133を確実に回転させるように制御する。
ここで、外部磁界が検出されないときには、第1モーター制御回路30Dは、前述の主駆動パルスを出力後、回転検出を行い、非回転の場合に補正駆動パルスを出力する低消費電力駆動制御を実行する。また、外部磁界が検出された場合は、第1モーター制御回路30Dは、主駆動パルスの代わりに補正駆動パルス(固定パルス)を出力し、ローター133を確実に回転させる。この場合、ローター133の回転検出は行う必要が無い。
第2モーター制御回路30Eは、固定パルスで第2モーター15を駆動し、正転および逆転も可能とされている。
電子時計1Dでは、ボタン9Aを押すと、第2モーター制御回路30Eは、都市針4Dを正転方向(時計回り方向)に移動させ、次のタイムゾーンの都市名を指示させる。また、ボタン9Bを押すと、第2モーター制御回路30Eは、都市針4Dを逆転方向(反時計回り方向)に移動させ、次のタイムゾーンの都市名を指示させる。
なお、タイムゾーンは通常1時間毎に設定されるため、ボタン9A、9Bを押す毎に、タイムゾーンは1時間毎変更される。ただし、UTCに対して、+5.5時間のタイムゾーンに設定されるインドのように、1時間毎ではないタイムゾーンを設定可能にしてもよい。この場合は、ボタン9A、9Bを押す毎に、設定されたタイムゾーンにおける次のタイムゾーンに選択すればよい。
第3モーター制御回路30Fは、前記第1~3実施形態と同じドライバー51を備えている。ただし、前記実施形態のモーター制御回路30、30B、30Cは、ドライバー51のトランジスター52~57を駆動するロジック回路を備えていたが、本実施形態ではドライバー51のトランジスター52~57を駆動するロジック回路は設けられていない。本実施形態では、CPU23は、バス27を介して直接各トランジスター52~57を制御することで、第3モーター16の駆動を制御している。このため、第4実施形態では、CPU23によって、駆動制御手段、極性切替手段、駆動停止手段が構成されている。
また、第3モーター制御回路30Fには、電流検出回路61が並設されている。電流検出回路61は、前記各実施形態と同じ構成であるため、説明を省略する。
電流検出回路61の検出結果の出力DT1、DT2は、バス27を介してCPU23で検出され、CPU23は、この出力DT1、DT2に応じて、第3モーター制御回路30Fのドライバー51を制御する。
第3モーター制御回路30Fは、通常運針時には、第3モーター16を20秒毎に運針する。この際、分針6Dは、360/180=2度ずつ運針し、時針7Dは360/2160=1/6度ずつ運針する。
また、第3モーター制御回路30Fは、ボタン9A,9Bによるタイムゾーンの変更操作時には、変更されたタイムゾーンに応じて分針6D、時針7Dを運針する。例えば、ボタン9Aによって、タイムゾーンが1時間進められた場合は、連動して分針6D、時針7Dを+60分だけ運針する。
次に、第4実施形態の電子時計1Dにおける動作を、図18のフローチャートを用いて説明する。
CPU23は、ボタン9Aのプッシュ操作により、IC20Dの入出力端子K1端子に接続されたスイッチS1の入力を検出すると、第2モーター制御回路30Eから駆動パルスを出力させて、都市針4Dを1ステップ正転(時計回り方向である右回転)させる(SD1)。この際、CPU23は、都市針4Dの移動に連動し、分針6Dおよび時針7Dの駆動が完了するまでのステップ総数である完了ステップ数を設定し、ステップ数をカウントする変数nを0に初期化する。
例えば、都市針4Dが1時間進められたタイムゾーンを指示した場合、CPU23は、完了ステップ数を、分針6Dおよび時針7Dを+60分運針させるステップ数である180に設定する。また、CPU23は、都市針4Dが30分進められたタイムゾーンを指示した場合、完了ステップ数は90に設定する。
また、都市針4Dが1時間戻すタイムゾーンを指示した場合、CPU23は、完了ステップ数を180×11=1980に設定する。本実施形態では、第3モーター制御回路30Fで駆動される分針6Dおよび時針7Dは、正転方向のみに運針可能に設定されているため、都市針4Dを1時間戻した場合、分針6Dおよび時針7Dは、12時間制であるため、11時間分、正転方向に運針する。
次に、CPU23は、分針6Dおよび時針7Dの早送り制御を開始し(SD2)、時分針用である第3モーター制御回路30Fのドライバー51をオンする(SD3)。
CPU23は、ドライバー51をオンした後、所定時間t41が経過したか否かを判定する(SD4)。所定時間t41は、第1実施形態の所定時間t1と同じく、オン時間の最小時間を設定するものであり、例えば50μsecに設定される。CPU23は、SD4でNOと判定した場合、SD4の判定処理を継続する。
CPU23は、SD4でYESと判定した場合、コイル130に流れる電流Iを電流検出回路61で検出し、電流Iが上限電流値Imaxよりも大きくなったか否かを判定する(SD5)。CPU23は、SD5でNOと判定した場合、SD5の判定処理を継続する。
CPU23は、SD5でYESと判定した場合、ドライバー51をオフする(SD6)。
CPU23は、ドライバー51をオフした後、所定時間t42が経過したか否かを判定する(SD7)。所定時間t42は、第2実施形態の所定時間t21と同じく、オフ時間の最小時間を設定するものであり、例えば50μsecに設定される。CPU23は、SD7でNOと判定した場合、SD7の判定処理を継続する。
CPU23は、SD7でYESと判定した場合、コイル130に流れる電流Iが下限電流値Iminより小さくなったか否かを判定する(SD8)。CPU23は、SD8でNOと判定した場合、SD8の判定処理を継続する。
CPU23は、SD8でYESと判定した場合、駆動開始後の1ステップ目であるか否かを判定する(SD9)。
CPU23は、SD9でYESと判定した場合、ドライバー51のオンおよびオフの切り替え回数が、所定回数である5回以上であるか否かを判定する(SD10)。本実施形態では、SD3のドライバー51のオンから開始されるため、CPU23は、オンが3回、オフが2回行われた場合に、SD10でYESと判定する。なお、SD10の判定回数は、第2実施形態のSB5の禁止時間t23と同じく、駆動信号の極性の切替を実行しない期間を設定するものである。したがって、SD10の判定回数は5回に限らず、モーター13の特性や負荷(指針の回転モーメントなど)に応じた所定の回数に設定すればよい。
CPU23は、SD10でNOと判定した場合は、SD3~SD10の処理を繰り返す。
CPU23は、SD9でNOの場合と、SD10でYESの場合は、ドライバー51をオフしてから電流Iが下限電流値Iminを下回るまでのオフ時間が時間t43よりも大きいか否かを判定する(SD11)。第1実施形態と同様に、ローター133が180°回転した場合、ドライバー51のオフ時間が長くなる。
このため、本実施形態では、SD11において、オフ時間が時間t43よりも長いかを判定することで、ローター133が回転したかを判定している。したがって、時間t43は、時間t2と同じ極性切替を判定する第1設定時間であり、例えば、150μsecに設定される。
CPU23は、SD11でNOと判定した場合は、SD3~SD11の処理を繰り返す。
また、SD11でYESと判定した場合、CPU23は、極性を切り替え(SD12)、ステップ数nに1を加算する(SD13)。そして、CPU23は、ステップ数nが完了ステップ数(例えば180)になったか否かを判定し(SD14)、SD14でNOの場合は、SD3に戻って分針6D、時針7Dの早送りを継続する。SD14でYESの場合、CPU23は、タイムゾーンの変更分(例えば1時間分)に対応する分針6D、時針7Dの早送りが終了していると判断し、駆動を終了する。
[第4実施形態の効果]
第4実施形態によれば、前記第1~3実施形態と同様の効果が得られる。
すなわち、モーター制御回路30Dは、ドライバー51のオン時間を所定時間t41以上とし、オフ時間を所定時間t42以上に制御しているので、ドライバー51のオン、オフの頻度を減少でき、消費電流を低減できる。
また、第1実施形態と同様に、ドライバー51のオフ時間が第1設定時間t43より大きいか否かで、極性の切り替えタイミングを決めることができるため、ドライバー51の駆動制御を簡単に行うことができる。
さらに、1ステップ目には、SD10の判定処理を行っているので、駆動開始直後に、誤って極性切替処理を実行することを防止できる。
また、モーター制御回路30Dは、ドライバー51の駆動制御を行う専用のロジック回路は設けずに、CPU23がドライバー51を制御しているので、容易に構成することができる。
[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態について、図19を参照して説明する。
第5実施形態は、第4実施形態の電子時計1Dにおける制御フローを変更したものである。したがって、電子時計1Dの構成などは第4実施形態と同じであるため、説明を省略する。
第5実施形態は、図19に示すように、ドライバー51のオン時間が時間t52よりも短くなった場合に極性を切り替える点が、主に第4実施形態と相違するものである。
このため、図19の時分針の早送り制御(SE1~SE6)は、図18に示す第4実施形態のSD1~SD6までの制御と同一であるため、説明を省略する。
第5実施形態では、時分針用のドライバー51をオフした後、1ステップ目であるかを判定し(SE7)、SE7でYESと判定した場合は、ドライバー51のオンおよびオフの切り替え回数が5回以上であるか否かを判定する(SE8)。SE7,SE8の処理は、第4実施形態のSD9、SD10と同じく、駆動開始のための負荷がかかる1ステップ目に、極性切替処理の禁止期間を設定するものである。
CPU23は、SE7でNOの場合と、SE8でYESの場合は、ドライバー51をオンしてから電流Iが上限電流値Imaxを上回るまでのオン時間が時間t52未満であるか否かを判定する(SE9)。時間t52は、第2実施形態の時間t22と同じく、ローター133が180°回転したこと、つまり極性切替条件に該当したか否かを判定する第2設定時間である。
CPU23は、SE9でNOの場合と、SE8でNOの場合、第2,3実施形態と同様に、ドライバー51をオフしてから所定時間t51以上経過したかを判定する(SE10)。SE10でNOの場合は、時間t51が経過するまで、SE10の判定を継続して待機する。
SE10でYESと判定された場合、CPU23は、電流Iが下限電流値Iminを下回ったか否かを判定する(SE11)。SE11でNOの場合は、SE11の判定を継続して待機する。
SE11でYESと判定された場合、CPU23は、ドライバー51をオンにする(SE3)。以下、SE9でYESと判定するまで、CPU23はSE3~SE11を繰り返す。
CPU23は、SE9でYESと判定した場合、極性を切り替え(SE12)、ステップ数nに1を加算する(SE13)。そして、CPU23は、ステップ数nが完了ステップ数(例えば180)になったか否かを判定し(SE14)、SE14でNOの場合は、SE10に戻って分針6D、時針7Dの早送りを継続する。SE14でYESの場合、CPU23は、タイムゾーンの変更分(例えば1時間分)に相当する分針6D、時針7Dの早送りが終了していると判断して駆動を終了する。
[第5実施形態の効果]
第5実施形態によれば、前記第4実施形態や第2実施形態と同様の効果が得られる。
[他の実施形態]
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、第1実施形態においても、極性切替処理の禁止期間を設定してもよい。また、第2~5実施形態では、極性切替処理の禁止期間の設定を無くしてもよい。すなわち、制御対象となるモーターの特性などに応じて、禁止期間の有無を設定すればよい。
前記各実施形態では、電子時計1は、腕時計タイプのものであるが、例えば、置時計であってもよい。また、本発明のモーター制御回路は、時計の指針を駆動するモーターを制御するものに限定されず、各種計器で計測値を指示する指針用のモーター用の制御回路等にも適用できる。
1、1D…電子時計、4D…都市針、5、5D…秒針、6…分針、6D…分針、7、7D…時針、13…ステッピングモーター、130…コイル、131…ステーター、133…ローター、14…第1モーター、15…第2モーター、16…第3モーター、23…CPU、30、30B、30C…モーター制御回路、30D…第1モーター制御回路、30E…第2モーター制御回路、30F…第3モーター制御回路、31、31B…第1タイマー、32、32B…第2タイマー、33B…第3タイマー、36…ステップ数制御回路、371…微分回路、38…デコーダー、39…SRラッチ回路、40…フリップフロップ、50…ドライバー及び検出回路、51…ドライバー、61…電流検出回路、62…第1基準電圧発生回路、63…第2基準電圧発生回路。

Claims (9)

  1. コイルを備え、指針を駆動するモーターと、
    オン状態とオフ状態とを有し、前記コイルに駆動信号を出力して前記モーターを駆動する駆動手段と、
    前記コイルに流れる電流が下限電流値より小さいことを検出する下限検出手段と、
    前記コイルに流れる電流が上限電流値より大きいことを検出する上限検出手段と、
    前記駆動手段を前記オフ状態にした後、前記下限検出手段の検出結果により前記駆動手段を前記オン状態にし、
    前記駆動手段を前記オン状態にしてから所定時間経過後に、前記上限検出手段によって前記コイルに流れる前記電流が前記上限電流値より大きいことが検出された場合に、前記駆動手段を前記オフ状態にする駆動制御手段と、
    前記駆動手段を前記オフ状態にしてからの経過時間であるオフ時間が極性切替条件に該当する場合、前記駆動信号の極性を切り替える極性切替手段と、を備える
    ことを特徴とするムーブメント
  2. コイルを備え、指針を駆動するモーターと、
    オン状態とオフ状態とを有し、前記コイルに駆動信号を出力して前記モーターを駆動する駆動手段と、
    前記コイルに流れる電流が下限電流値より小さいことを検出する下限検出手段と、
    前記コイルに流れる電流が上限電流値より大きいことを検出する上限検出手段と、
    前記駆動手段を前記オフ状態にしてから所定時間経過後に、前記下限検出手段によって前記コイルに流れる前記電流が前記下限電流値より小さいことが検出された場合に、前記駆動手段を前記オン状態にし、
    前記駆動手段を前記オン状態にした後、前記上限検出手段によって前記コイルに流れる前記電流が前記上限電流値より大きいことが検出された場合に、前記駆動手段を前記オフ状態にする駆動制御手段と、
    前記駆動手段を前記オン状態にしてからの経過時間であるオン時間が極性切替条件に該当する場合、前記駆動信号の極性を切り替える極性切替手段と、を備える
    ことを特徴とするムーブメント
  3. 請求項1に記載のムーブメントにおいて、
    前記極性切替手段は、前記オフ時間が第1設定時間を超えている場合に、前記極性切替条件に該当したと判定する
    ことを特徴とするムーブメント
  4. 請求項2に記載のムーブメントにおいて、
    前記極性切替手段は、前記オン時間が第2設定時間未満となった場合に、前記極性切替条件に該当したと判定する
    ことを特徴とするムーブメント
  5. 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のムーブメントにおいて、
    前記極性切替手段は、駆動開始時からの経過時間が所定時間未満の場合、または、駆動開始時からの前記駆動手段の前記オン状態と前記オフ状態との切り替え回数が所定回数未満の場合は、前記駆動信号の極性の切り替えを実行しない
    ことを特徴とするムーブメント
  6. 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のムーブメントにおいて、
    前記極性切替手段は、極性切替時からの経過時間が所定時間未満の場合、または、極性切替時からの前記駆動手段の前記オン状態と前記オフ状態との切り替え回数が所定回数未満の場合は、前記駆動信号の極性の切り替えを実行しない
    ことを特徴とするムーブメント
  7. 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のムーブメントを備えることを特徴とする電子時計
  8. オン状態とオフ状態とを有し、モーターのコイルに駆動信号を出力して前記モーターを駆動する駆動手段と、
    前記コイルに流れる電流が下限電流値より小さいことを検出する下限検出手段と、
    前記コイルに流れる電流が上限電流値より大きいことを検出する上限検出手段と、
    前記駆動手段を前記オフ状態にした後、前記下限検出手段の検出結果により前記駆動手段を前記オン状態にし、
    前記駆動手段を前記オン状態にしてから所定時間経過後に、前記上限検出手段によって前記コイルに流れる前記電流が前記上限電流値より大きいことが検出された場合に、前記駆動手段を前記オフ状態にする駆動制御手段と、
    前記駆動手段を前記オフ状態にしてからの経過時間であるオフ時間が極性切替条件に該当する場合、前記駆動信号の極性を切り替える極性切替手段と、を備える
    ことを特徴とするモーター制御回路。
  9. オン状態とオフ状態とを有し、モーターのコイルに駆動信号を出力して前記モーターを駆動する駆動手段と、
    前記コイルに流れる電流が下限電流値より小さいことを検出する下限検出手段と、
    前記コイルに流れる電流が上限電流値より大きいことを検出する上限検出手段と、
    前記駆動手段を前記オフ状態にしてから所定時間経過後に、前記下限検出手段によって前記コイルに流れる前記電流が前記下限電流値より小さいことが検出された場合に、前記駆動手段を前記オン状態にし、
    前記駆動手段を前記オン状態にした後、前記上限検出手段によって前記コイルに流れる前記電流が前記上限電流値より大きいことが検出された場合に、前記駆動手段を前記オフ状態にする駆動制御手段と、
    前記駆動手段を前記オン状態にしてからの経過時間であるオン時間が極性切替条件に該当する場合、前記駆動信号の極性を切り替える極性切替手段と、を備える
    ことを特徴とするモーター制御回路。
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