JP2021032885A - 電気機械式時計 - Google Patents

Abstract

【課題】大量の電気エネルギーを消費することなく、衝撃発生時のロータの不要な動きを抑制する電気機械式時計を提供する。【解決手段】電気機械モータ４は、ステータの磁気回路１０が貫通する２つのコイルＢ１，Ｂ２で形成され、第１のコイルＢ１は、電圧検出回路ＣＤ１，ＣＤ２に接続され、電圧検出回路ＣＤ１，ＣＤ２は、モータのステッピング機能モードでは、駆動パルスの合間の時間間隔中に第１のコイルＢ１において誘起される電圧を検出することが可能であるように、特に、これらの時間間隔中にロータ１８によって不要なステップが実行されるかどうかを検出することが可能であるように、構成され、スイッチＴ１，Ｔ２，Ｔ３は、時間間隔のそれぞれの最中に第２のコイルＢ２を短絡させるように、電子制御回路ＣＥＣによって制御され、これにより、駆動パルスの合間にロータ１８が一時的に位置するアイドル位置に、ロータ１８を受動的に保持する。【選択図】図１

Description

本発明は、アナログディスプレイを備える電気機械式時計であって、衝撃が発生した場合に、このアナログディスプレイの望ましくないずれが起きやすい電気機械式時計に関する。特に、本発明は、衝撃が発生した場合に、不要なステップすなわち非規約ステップを検出することを可能にしつつ、かかる電気機械式時計をよりロバストにするためのシステムに関するものである。

電気機械式時計で衝撃が発生した場合の不要なステップのリスクの問題は古くから知られており、この問題に対して様々なソリューションが提供されている。

特許文献１は、モータに供給される駆動パルスの合間の時間間隔中に、ステッピングモータのシングルコイルの両端に接続された衝撃検出ユニットによって、電気機械式時計が受ける衝撃を検出するための対策を講じたシステムについて提案している。これは、衝撃の発生時に指針が動くと、その結果として永久磁石ロータが動くことによって、コイルにおいて電気信号が発生し、これを衝撃検出ユニットで検出できるからである。コイルにおいて発生した電気信号によりロータの不要な動きを検出することに続いて、ステッピングモータが１つ以上の不要なステップを実行しないように、ロータをブロックする電気パルスを送信するための対策を講じている。このソリューションにはいくつかの欠点がある。第一に、ロータの動きによってコイルにおいて誘起される電気信号を検出するための回路にコイルを接続するには、コイルの非常に高いインピーダンスを維持することが必要となり、その結果、コイルに電流が流れない可能性がある。従って、このソリューションによって、駆動パルスの合間の時間間隔中に、そのような動きによって発生する電流を用いてロータの不要な動きを抑制することを有効にはできない。従って、この状態では、電気機械モータは、時計が受け得る衝撃または他の急激な加速の影響を受けやすく、そのような事象を、アナログディスプレイの不要な動き、ひいてはこのアナログディスプレイに機械的に連結されたロータの不要な動きを事象が引き起こすときに検出できるとしても、影響を受けやすい。第二に、このシステムは、時計が衝撃を受けたかどうかを検出し、次に、ロータをブロックするパルスを生成することによってこの情報に反応するための対策を講じている。従って、モータが少なくとも１つの不要なステップを実行するのを防ぐには、反応が遅すぎたり、かつ／または不十分であったりする可能性がある。さらに、ブロッキングパルスで不要なステップを防ぐことができない場合には、このブロッキングパルスによって、第２の不要なステップが発生する。最後に、ブロッキングパルスを生成することは、大量の電気エネルギーを消費し得る。迅速な検出および可能な限り迅速な反応を確保するために、検出閾値を比較的低く設定する場合には、ブロッキングパルスが頻繁に生成されるので、これにより電気機械式時計のバッテリ寿命が短くなる。

特許文献２は、やはり、上記で引用した文献で提案されているタイプのシステムについて記載している。この場合は、アナログディスプレイの不要な動き、すなわちステッピングモータに運動学的に連結された少なくとも１つのインジケータの不要な動きを引き起こす衝撃を時計が受けたときに、ステッピングモータのシングルコイルにおいて誘起される電圧を検出できるように、電気機械モータの少なくとも１つの電気端子に接続される衝撃検出回路のための対策を講じている。この場合、さらに、衝撃の検出に続いてブロッキングパルスを生成するための対策を講じている。これを実施すると、前述の文献に関連して記載したものと同じ問題が生じる。また、衝撃検出回路は、その後に補償ステップを生成することができるように、必要なステップが実行されていないかどうかを検出するように構成されてもよいことにも留意すべきである。

なお、ステッピングモータの不要なステップ、およびそのような不要なステップ時のロータの回転方向、をカウントすることを可能とする装置が提案されていることに留意すべきである。ロータの１つ以上の不要なステップを引き起こした衝撃の後に、修正ステップによるか、または不要なステップの方向がアナログディスプレイを駆動するための方向である場合には、アナログディスプレイを駆動するための駆動パルスを周期的に生成するモータの制御によって、不要なステップの数に対応した数の駆動パルスを抑制することによるか、いずれかにより、アナログディスプレイにおいて発生した誤差を適切な方法で修正することが可能である。このようなソリューションによれば、衝撃が検出されたときに電気信号を用いてロータを電気的にブロックする必要がなくなり、ひいては、時計の電子回路の十分に迅速かつ強力な反応を提供する必要がなくなる。このソリューションには、アナログディスプレイを形成するインジケータが示し得るアンバランスな質量が制限されないという利点がある。しかしながら、モータのコイルにおいて誘起される電気信号の検出によって不要なステップをカウントするこれらの手段は、衝撃が発生した場合に、ステッピングモータが「自然な」形で、そのような不要なステップに受動的に抵抗することを可能としない。これにより、電気機械式時計の電力消費が増加する。

特許文献３は、２つのコイルを備えた単相ステッピングモータについて開示している。この文献の教示によれば、２つのコイルは、ロータが優先方向と呼ばれる第１の方向に回転することを可能とする強力なパルスを生成するように、直列に構成され、次に、ロータが優先方向とは反対の方向に回転することを可能とするパルスを生成するように、並列に構成される。ロータを一方向または他方向に駆動するためのパルスの合間に、衝撃が発生した場合にロータを制動し、ひいては不要なステップの数を制限するために、２つのコイルを短絡させるための対策を講じている。衝撃または不要なステップを検出するための回路は設けられておらず、かつ、そのような不要なステップを修正するための回路は設けられていない。状況および提供される駆動モードによって、不要なステップの後に、修正ステップまたは誤方向の２つのステップが「自然に続く」。これにより、衝撃後に３ステップの誤差が残り得る。

欧州特許第１６９３７２０号明細書 欧州特許第３１７１２３１号明細書 欧州特許第００２６００２号明細書

本発明の目的は、上記の技術的問題を解決することである。

この目的のため、本発明は、電気機械式時計に関し、これの電気機械モータは、磁気回路およびこの磁気回路が貫通する第１のコイルを含むステータと、磁気回路に結合された永久磁石を備えたロータと、で形成されており、この磁気回路は、時計のアナログディスプレイに機械的に結合されたロータの、少なくとも１つの最小エネルギー位置を規定している。第１のコイルは、電気機械モータのステッピング機能モードでは、モータに供給される駆動パルスの合間の時間間隔中にこの第１のコイルにおいて誘起される何らかの電圧を検出するように構成された電圧検出回路に、特に、これらの時間間隔中にロータによって非規約ステップが実行されるかどうかを検出するように構成された電圧検出回路に、接続されることが可能であるように構成されている。次に、電気機械モータは、磁気回路が貫通する第２のコイルを含む。さらに、電気機械式時計は、少なくとも１つのスイッチを備え、このスイッチは、電気機械モータのステッピング機能モードでは、前記の時間間隔のうちの時間間隔中に第１のコイルを電圧検出回路に接続するように、かつ、これらの時間間隔のそれぞれの少なくとも主部分中に第２のコイルを短絡させるように、電子制御回路によって制御される。

第１の主な変形例では、電気機械式時計は、すべての前記の時間間隔中に第１のコイルを電圧検出回路に接続するように、かつ、前記の時間間隔のそれぞれの少なくとも主部分中に第２のコイルを短絡させるように、構成される。

第２の主な変形例では、検出回路およびスイッチ群は、第１のコイルおよび第２のコイルのそれぞれを電圧検出回路の少なくとも一部に接続することができるように構成される。次に、スイッチ群は、前記の時間間隔のそれぞれの最中に、第１のコイルおよび第２のコイルのいずれか一方を電圧検出回路に接続するように、かつ、その時間間隔の少なくとも主部分中に、これらの第１のコイルおよび第２のコイルの他方を短絡させるように、構成されるとともに、電子制御回路によって制御される。

本発明による電気機械式時計の特徴により、衝撃時のモータの何らかの不要なステップの検出が、電圧検出回路に接続された第１のコイルおよび第２のコイルの少なくとも一方によって維持され、さらに、これらの２つのコイルの他方を駆動パルスの外側で短絡させることによって、ロータは受動的にブロックされる。これにより、衝撃が発生した場合の何らかの不要なステップの数は大幅に減少し、それでも衝撃時に不要なステップが実行された場合でも、それの検出の確保が維持されることによって、第一に、アナログディスプレイで発生した誤差を次に修正することが可能となり、第二に、必要に応じて２つのコイルの一方によってブロッキングパルスを生成することにより、衝撃に対するモータの耐性をさらに高めることが可能となる。

本発明について、決して限定するものではない例として提示される添付の図面を用いて、より詳細に以下で説明する。

図１は、本発明による電気機械式時計の一実施形態を概略的に示している。 図２は、３つのスイッチを有する回路の様々な状態を提示するとともに、その結果としての、図１の時計の電気機械モータのステータを形成する２つのコイルの構成を提示する表である。

図１および２を参照して、本発明による電気機械式時計２の一実施形態について、以下で説明する。

電気機械式時計２は、
− 特に時針６および分針８を有するアナログディスプレイＡＤと、
− 磁気回路１０および磁気回路を形成するコア１４が貫通するコイルＢ１を含むステータと、磁気回路に磁気的に結合された永久磁石２０を備えたロータ１８と、で形成された電気機械モータ４であって、そのロータは、アナログディスプレイに機械的に結合されている、電気機械モータ４と、
− 電気機械モータに電力供給するための、２つの部分ＣＡ１およびＣＡ２で示す電源回路であって、電源回路の２つの部分は、電気機械モータの第１の電気端子Ｍ１と第２の電気端子Ｍ２にそれぞれ接続されている、電源回路と、
− 電気機械モータを制御するための電子回路であって、電気機械モータのステッピング機能モードでは、要求に応じて、電源回路が、駆動パルス間に非ゼロの時間間隔を有して駆動パルスを生成するように、構成された電子制御回路ＣＥＣと、
− 図示の変形例では、第１の電気端子Ｍ１と第２の電気端子Ｍ２にそれぞれ接続された２つの部分ＣＤ１およびＣＤ２を有する電圧検出回路であって、前記の時間間隔中にコイルＢ１において誘起される電圧を検出することが可能であるように構成された、特に、この誘起電圧に基づいて、これらの時間間隔中にロータ１８によって不要なステップが実行されるかどうかを検出することが可能であるように構成された、検出回路と、を備える。

電気機械モータ４は、ステッピング型のものであり、磁気回路１０は、ロータ１８について、少なくとも１つの最小エネルギー位置を規定しており、電力供給がないときに動いているロータは、この最小エネルギー位置に向かって回転し、電力供給がないとき、すなわち、要求に応じて電源回路により供給される駆動パルスがないときには、ロータは、この最小エネルギー位置に留まる。それぞれの最小エネルギー位置は、電力供給がないときのロータについて、「アイドル位置」とも呼ばれる安定位置を規定している。従って、駆動パルスの合間の時間間隔中に、コイルＢ１において誘起される電圧によって、ロータが一時的に位置するアイドル位置から回転しているかどうかを検出することが可能である。

先行技術のいくつかの文献、特に技術的背景において引用した文献では、ステッピングモータを作動させるための２つの駆動パルスの合間に少なくとも１つの不要なステップすなわち非規約ステップが実行されたかどうかを判断することを目的として、電気機械式時計のステッピングモータのコイルにおいて誘起される電気信号を検出するため、および検出された誘起電気信号を処理するための回路の、種々の実施形態について記載している。また、先行技術のこれらの文献は、前述のように、非規約の回転が検出されたら直ちに不要なステップの実行を防ぐための様々な可能な反応について、ならびに／または、その結果として生じるアナログディスプレイの誤差を修正するために、不要なステップおよび対応する回転方向をカウントすることについて、も記載している。これらの種々の実施形態および可能な反応は、コイルにおいて誘起される電圧を検出するための回路ＣＤ１およびＣＡ２、ならびに電子制御回路ＣＥＣにおいて、実施することができる。なお、変形例では、２つの電気端子Ｍ１、Ｍ２の一方のみが、誘起電圧を検出するための回路に接続されることに留意すべきであり、この場合、誘起電圧を検出するための回路は、１つの部分ＣＤ１またはＣＤ２のみを含む。

本発明によれば、電気機械モータのステータは、磁気回路１０が貫通する、特に図１に示すようなコア１４が貫通する、コイルＢ２をさらに含む。次に、一般的に、電気機械式時計２は、少なくとも１つのスイッチを備え、このスイッチは、電気機械モータ４のステッピング機能モードでは、前記の時間間隔のそれぞれの少なくとも主部分中にコイルＢ２を短絡させるように、電子制御回路ＣＥＣによって制御される。なお、電気機械モータの他の構成では、コイルＢ２は、これに貫通する磁気回路の第２のコアを有し得ることに留意すべきである。ロータの永久磁石は磁気回路に磁気的に結合されるので、この永久磁石は、個々の２つのコアによって２つのコイルＢ１およびＢ２に磁気的に結合される。

図面を参照して説明される好ましい実施形態では、電気機械式時計は、複数のスイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３を備え、これらは、駆動パルスの最中にコイルＢ１とコイルＢ２を直列または並列のいずれかに構成することができるように、構成されるとともに、電子制御回路ＣＥＣによって制御される。さらに、駆動パルスの合間の時間間隔中に、コイルＢ２を短絡させてコイルＢ１における電圧を検出するか、またはコイルＢ１を短絡させてコイルＢ２における電圧を検出するか、いずれかが可能である。図２に提示する表は、電子制御回路ＣＥＣが生成する３つのデジタル信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３によりそれぞれ制御される３つのスイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３の様々な有効な状態について、コイルＢ１およびＢ２の対応する構成を提供している。従って、前記の時間間隔中に電圧検出回路に接続されるコイルは、コイルＢ１またはコイルＢ２のいずれかであり、これらの時間間隔中に短絡させるコイルは、それぞれコイルＢ２またはコイルＢ１のいずれかである。（「Ｆ」で示す）閉じたスイッチは、導通状態にあり、（「Ｏ」で示す）開いたスイッチは、非導通状態にある。

前述の変形例では、２つのコイルの一方のみが、図１に示すような検出回路の２つの部分ＣＤ１およびＣＤ２の一方または他方で形成される検出回路ＣＤに接続されてよい。この変形例では、駆動パルスの合間の時間間隔の少なくとも主部分中に、検出回路ＣＤに接続可能なコイルを、このコイルに接続するとともに、前記の時間間隔の少なくとも主部分中に、ロータの何らかの非規約の動きを制動するために、ひいては不要なステップを阻止するか、またはその数を制限するために、他方のコイルを短絡させる。

コイルＢ１とＢ２の直列構成は、好ましくは、通常のステッピング機能モードで電気機械モータに駆動パルスを印加するときに用いられ、この直列構成によって、消費される電気エネルギーを最小限に抑えることが可能となる。コイルＢ１とＢ２の並列構成は、好ましくは、特に時刻を調整する場合またはアナログディスプレイＡＤの修正操作時に、加速機能モードで、すなわち比較的高速で、電気機械モータに駆動パルスを印加するときに用いられる。また、電気機械モータに供給される何らかの駆動パルスの最中に、２つのコイルの一方のみに供給するための対策を必要に応じて講じることも可能であることに留意すべきである。

２ 電気機械式時計
４ 電気機械モータ
６ 時針
８ 分針
１０ 磁気回路
１４ 磁気回路を形成するコア
１８ ロータ
２０ 永久磁石
ＡＤ アナログディスプレイ
Ｂ１ コイル
Ｂ２ コイル
ＣＡ１ 電源回路の部分
ＣＡ２ 電源回路の部分
ＣＤ１ 電圧検出回路の部分
ＣＤ２ 電圧検出回路の部分
ＣＥＣ 電子制御回路
Ｍ１ 第１の電気端子
Ｍ２ 第２の電気端子
Ｓ１ デジタル信号
Ｓ２ デジタル信号
Ｓ３ デジタル信号
Ｔ１ スイッチ
Ｔ２ スイッチ
Ｔ３ スイッチ

Claims (4)

1. 電気機械式時計（２）であって、
   アナログディスプレイ（ＡＤ）と、
   磁気回路（１０）および前記磁気回路が貫通するコイル（Ｂ１）を含むステータと、前記磁気回路に結合された永久磁石（２０）を備えたロータ（１８）と、で形成された電気機械モータ（４）であって、前記磁気回路は、前記ロータの少なくとも１つの最小エネルギー位置を規定しており、前記ロータは、前記アナログディスプレイに機械的に結合されている、電気機械モータと、
   前記電気機械モータに電力供給するための電源回路（ＣＡ１，ＣＡ２）であって、前記電気機械モータの第１の電気端子（Ｍ１）および第２の電気端子（Ｍ２）に接続されている、電源回路と、
   前記電気機械モータを制御するための電子回路であって、前記電気機械モータのステッピング機能モードでは、要求に応じて、前記電源回路が、駆動パルス間に非ゼロの時間間隔を有して駆動パルスを生成するように、構成された電子制御回路（ＣＥＣ）と、
   前記時間間隔中に前記コイル（Ｂ１）において誘起される電圧を検出することが可能であるように構成された電圧検出回路（ＣＤ１，ＣＤ２）であって、特に、前記誘起電圧に基づいて、前記時間間隔中に前記ロータ（１８）によってステップが実行されるかどうかを検出することが可能であるように構成された、電圧検出回路と、を備える電気機械式時計において、
   前記コイルは第１のコイル（Ｂ１）であり、前記電気機械モータの前記ステータは、前記磁気回路（１０）が貫通する第２のコイル（Ｂ２）をさらに含む、ことと、
   前記電気機械式時計は、少なくとも１つのスイッチ（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）を備え、前記スイッチは、前記電気機械モータの前記ステッピング機能モードでは、前記時間間隔のうちの時間間隔中に前記第１のコイルを前記電圧検出回路に接続するように、かつ、前記時間間隔のそれぞれの少なくとも主部分中に前記第２のコイルを短絡させるように、前記電子制御回路（ＣＥＣ）によって制御される、こと、を特徴とする電気機械式時計。
2. すべての前記時間間隔中に前記第１のコイルを前記電圧検出回路に接続するように、かつ、前記時間間隔のそれぞれの少なくとも主部分中に前記第２のコイルを短絡させるように、構成されることを特徴とする、請求項１に記載の電気機械式時計（２）。
3. 前記検出回路およびスイッチ群（Ｔ２，Ｔ３）は、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルのそれぞれを前記電圧検出回路の少なくとも一部（ＣＤ１，ＣＤ２）に接続することができるように構成されることと、
   前記スイッチ群は、前記時間間隔のそれぞれの最中に、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルのいずれか一方を前記電圧検出回路に接続するように、かつ、前記時間間隔の少なくとも主部分中に、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルの他方を短絡させるように、構成されるとともに、前記電子制御回路（ＣＥＣ）によって制御されること、を特徴とする、請求項１に記載の電気機械式時計（２）。
4. 前記電気機械式時計は、複数のスイッチ（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）を備え、前記スイッチは、前記駆動パルスの最中に前記第１のコイル（Ｂ１）と前記第２のコイル（Ｂ２）を直列または並列のいずれかに構成することができるように、構成されるとともに、前記電子制御回路（ＣＥＣ）によって制御される、ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気機械式時計。

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