特許 6243505 衝撃検出回路およびその動作のための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6243505

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】衝撃検出回路およびその動作のための方法

(51)【国際特許分類】

   G04C 3/14 20060101AFI20171127BHJP

   H02P 8/02 20060101ALI20171127BHJP

【ＦＩ】

   G04C3/14 X

   H02P8/02

【請求項の数】9

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-224816(P2016-224816)

(22)【出願日】2016年11月18日

(65)【公開番号】特開2017-96950(P2017-96950A)

(43)【公開日】2017年6月1日

【審査請求日】2016年11月18日

(31)【優先権主張番号】15195209.0

(32)【優先日】2015年11月18日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】591048416

【氏名又は名称】ウーテーアー・エス・アー・マニファクチュール・オロロジェール・スイス

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(72)【発明者】

【氏名】フランソワ・クロプフェンスタイン

(72)【発明者】

【氏名】イェルク・ベルトウド

(72)【発明者】

【氏名】ニコラ・ジャンネ

(72)【発明者】

【氏名】イヴ・ゴダ

(72)【発明者】

【氏名】ティエリ・ボネ

【審査官】 深田 高義

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５７−０１６３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００２５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５８−０７７４８７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１１−１１７９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−１１００７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／１１０６０２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭５４−１５５０７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−０６６８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２０３１９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０４Ｃ ３／１４

Ｈ０２Ｐ ８／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表示装置を駆動するモータ（４）のために、物理量を表す信号を生成することが可能な演算ユニット（５）を備えた電子装置（１）であって、前記モータは、磁気回路（４ｂ）内のロータ（４ａ）と、１つの正端子と１つの負端子である２つの端子（Ｍｏｔ１，Ｍｏｔ２）と、を有し、前記２つの端子を介して前記演算ユニットは前記モータを制御し、当該電子装置は、２つの衝撃検出回路（７）をさらに備え、各々の前記衝撃検出回路は、前記モータに作用した外部衝撃を検出するために、前記演算ユニットと前記モータの端子との間に接続されており、
前記モータは、基準角度位置に設定された第１の安定平衡位置と、前記第１の安定平衡位置から１８０°に設定された第２の安定平衡位置と、を有し、回転方向のそれぞれについて、前記モータのロータを前の角度位置に戻すことがもはや不可能となる最大角度位置を有し、
前記演算ユニットは、アルゴリズムを用いて、衝撃の後に、前記衝撃検出回路で検出された誘起電圧を分析することにより前記ロータの回転方向を検出し、前記誘起電圧の極性とは逆極性のブロッキングパルスを伝送させることが可能であり、
前記ブロッキングパルスは、５８．５ｍｓの最大持続時間を有し、衝撃誘起による前記ロータの回転を前記最大角度位置に達する前に停止させて、所定の角度位置に戻すことを可能とする、ことを特徴とする電子装置。

【請求項2】

前記ブロッキングパルスは、２５％から１００％まで変化するチョッピングレートを有することを特徴とする、請求項１に記載の電子装置。

【請求項3】

前記ブロッキングパルスは、少なくとも第１（Ｐｈ１）と第２（Ｐｈ２）の異なる時間相を有し、各時間相は異なるチョッピングレートを示すことが可能である、ことを特徴とする、請求項２に記載の電子装置。

【請求項4】

前記第２の相は、前記第１の相よりも長い持続時間を有することを特徴とする、請求項３に記載の電子装置。

【請求項5】

前記第２の相は、前記第１の相よりも２倍長い持続期間を有することを特徴とする、請求項４に記載の電子装置。

【請求項6】

前記衝撃検出回路（７）は、検出感度の調整を可能とするように構成された選択部（７１）を有することを特徴とする、請求項１に記載の電子装置。

【請求項7】

前記選択部は、５０から６００ミリボルトまでの範囲の感度を可能とすることを特徴とする、請求項６に記載の電子装置。

【請求項8】

前記モータ（４）は、電流が流れるときに前記磁気回路においてコイルによって発生する主磁束の軸に対して、前記コイルに電流が流れないときの前記ロータの前記安定平衡位置が３０から９０度の角度に設定されるように、構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電子装置。

【請求項9】

前記ブロッキングパルスは、前記モータ（４）に対して、その前記端子のどちらか一方を介して伝送されることを特徴とする、請求項１に記載の電子装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、表示装置を駆動するモータのために、物理量を表す信号を生成することが可能な演算ユニットを備えた電子装置に関するものであり、モータは、１つの正端子と１つの負端子である２つの端子を有し、これを介して演算ユニットはモータを制御し、電子装置は、さらに、モータに作用した外部衝撃を検出するために、演算ユニットとモータ端子との間に接続された少なくとも１つの衝撃検出回路を備える。

【背景技術】

【0002】

電気機械式時計ムーブメントがその内部に配置されたケースを備える時計が知られている。そのようなムーブメントは、水晶振動子系によって刻時される。時、秒などの時刻指標を表示するために、回転駆動されるモータに指針が取り付けられている。使用されるモータは、ステッピングモータとも呼ばれるＬａｖｅｔ型モータである。このようなモータでは、磁気回路の空隙において、円筒形の磁気ロータによって径方向磁界を発生させ、磁気回路に巻回されたコイルの端子は、一般的には集積回路である制御回路に接続されており、制御回路により電流パルスを供給して、各パルスによってロータを１ステップ進める。コイルは、極細ワイヤによって形成されており、磁気回路の一部を内部に収容する中空の絶縁チューブ上に巻回されている。

【0003】

時計の内部に配置されるこのようなモータは、時計が落とされたことまたはユーザの激しい動きに起因し得る衝撃を受ける。この場合、そのような衝撃は、モータの動作を一時的に中断させるおそれがある。そのような中断は、ロータの慣性による制御されない動きからなり、少なくとも１ステップを飛ばす原因となる。

【0004】

その結果、指針によって提供される時刻表示は、もはや正確ではなくなる可能性がある。

【0005】

これを克服するために、衝撃検出システムがある。これを実現するために、電子装置で、衝撃発生時にモータによって誘起される電圧を測定することを担う。実際に、ロータの変位（回転）の影響によって誘起電圧が発生する。この誘起電圧を、検出回路によって検出し、誘起電圧を所定の閾値と比較する。電圧が閾値よりも高い場合には、検出回路は、衝撃が発生したと推定して、その情報を制御ユニットに伝送する。

【0006】

衝撃に応じて、制御ユニットは、衝撃によって生じるロータの回転をいずれも阻止するために用いられるブロッキングパルスを、モータに伝送する。

【0007】

ブロッキングパルスは、指針の位置に誤差が生じないように、ロータが明確に規定された位置でブロックされることを可能とするものでなければならない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、より高速かつより正確に衝撃の検出を可能とする、モータ用の衝撃検出装置を設けることを提案することにより、従来技術の欠点を克服することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この目的のため、本発明は、表示装置を駆動するモータのために、物理量を表す信号を生成することが可能な演算ユニットを備えた電子装置に関し、モータは、磁気回路内のロータと、１つの正端子と１つの負端子である２つの端子と、を有し、これらの端子を介して演算ユニットはモータを制御し、電子装置は、２つの衝撃検出回路をさらに備え、各々の検出回路は、モータに作用した外部衝撃を検出するために、演算ユニットとモータ端子との間に接続されており、
モータは、基準角度位置に設定された第１の安定平衡位置と、第１の安定角度位置から１８０°に設定された第２の安定平衡位置と、を有し、回転方向のそれぞれについて、モータロータを前の角度位置に戻すことがもはや不可能となる最大角度位置を有し、
演算ユニットは、アルゴリズムを用いて、衝撃の後に、検出回路で検出された誘起電圧を分析することによりロータの回転方向を検出し、誘起電圧の極性とは逆極性のブロッキングパルスを伝送させることが可能である、電子装置において、
ブロッキングパルスは、５８．５ｍｓの最大持続時間を有し、衝撃誘起によるロータの回転を最大角度位置に達する前に停止させて、所定の角度位置に戻すことを可能とする、ことを特徴とする。

【0010】

第１の有利な実施形態では、ブロッキングパルスは、２５％から１００％まで変化するチョッピングレートまたはチョッピングレベルを有する。

【0011】

第２の有利な実施形態では、ブロッキングパルスは、少なくとも第１と第２の異なる時間相または時相を有し、各相は異なるチョッピングレートを示すことが可能である。

【0012】

第３の有利な実施形態では、第２の相は、第１の相よりも長い持続時間を有する。

【0013】

第４の有利な実施形態では、第２の相は、第１の相よりも２倍長い持続期間を有する。

【0014】

第５の有利な実施形態では、衝撃検出回路は、検出感度の調整を可能とするように構成された選択部を有する。

【0015】

他の有利な実施形態では、選択部は、５０から６００ミリボルトまでの範囲の感度を可能とする。

【0016】

他の有利な実施形態では、モータは、そのロータの安定平衡位置がコイル発生磁束の主磁束軸に対して９０°の角度に位置決めされて、最大角度位置は、回転方向のそれぞれについて、基準位置に対して２７０°であるように、構成されている。

【0017】

他の有利な実施形態では、モータは、そのロータの安定平衡位置が安定コイル発生磁束の主磁束軸に対して少なくとも３０°の角度に位置決めされて、最大角度位置は、回転方向のそれぞれについて、基準位置に対して少なくとも１２０°であるように、構成されている。

【0018】

他の有利な実施形態では、ブロッキングパルスは、モータに対して、その接続端子のどちらか一方を介して伝送される。

【0019】

本発明の目的、利点、および特徴は、単なる非限定的な例として提示されるとともに添付の図面で示される本発明の少なくとも１つの実施形態についての以下の詳細な説明において、より明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、本発明に係る電子装置の概略図を示している。

【図2】図２は、本発明に係る衝撃検出回路の詳細図を示している。

【図3】図３は、本発明に係る衝撃検出回路の詳細図を示している。

【図4】図４は、本発明に係るモータを概略的に示している。

【図5】図５は、本発明に係るモータを概略的に示している。

【図6】図６は、本発明に係るモータを概略的に示している。

【図7】図７は、本発明に係る電子装置についてのフロー図を示している。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明は、より高速かつより正確に衝撃の検出を可能とする、モータ用の衝撃検出装置を提供するという趣旨によるものである。

【0022】

図１は、電子式ムーブメントの概略図を示している。このムーブメントまたは電子装置１は、水晶振動子系３によって刻時される制御モジュール２を備える。時、秒などの時刻指標を表示するために、回転駆動されるモータ４に指針が取り付けられている。使用されるモータは、ステッピングモータとも呼ばれるＬａｖｅｔ型モータであって、２つの接続端子Ｍｏｔ１およびＭｏｔ２を有している。このようなモータでは、磁気回路４ｂの空隙において、円筒形の磁気ロータ４ａによって径方向磁界を発生させ、磁気回路に巻回されたコイルの端子は、一般的には集積回路である制御モジュールに接続されており、制御モジュールによって端子に電流パルスを順次供給して、各パルスによりロータを１ステップ進める。コイルは、極細ワイヤによって形成されており、磁気回路の一部を内部に収容する中空の絶縁チューブ上に巻回されている。また、このモータは、図４に示すように、２つの安定平衡位置４ｃを有する。制御モジュール２は、一般的には演算ユニット５を有する。本アセンブリは、セル電池またはバッテリなどの電源ユニット８によって通電される。電源ユニットは、電源電圧Ｖｄｄを供給する。さらに接地端子Ｖｓｓを備える。

【0023】

このようなモータは、２つの安定平衡位置、すなわち、電力供給の停止時にロータが自然に動いて至る２つの位置を有する。

【0024】

図３に示す制御モジュール２は、さらに、少なくとも１つの衝撃検出回路７を含む検出ユニット６を有する。衝撃検出回路７は、衝撃が発生したかどうか判断するために用いられる。こうして衝撃が検出された場合には、これに対処して制御モジュール２が動作し、ロータが回転し始めるのを阻止するためのブロッキングパルスを伝送することができる。衝撃検出回路は、モータ端子の少なくとも一方の出力に配置される。以下の説明では、モータの負端子Ｍｏｔ２に接続された衝撃検出回路７を例にとる。各モータ端子Ｍｏｔ１、Ｍｏｔ２で、電圧Ｖｍｏｔを測定する。各端子Ｍｏｔ１、Ｍｏｔ２に、モータバッファが配置されており、これらのモータバッファは、フリップフロップＢ１、Ｂ２、および直列に接続された２つの異なるタイプのトランジスタを有し、図３に示すように、トランジスタのゲートは、フリップフロップに接続されている。これらのバッファは、モータのコイルに、それを回転させる正電流または負電流のいずれかを流すために用いられる。

【0025】

図２では、衝撃検出回路７は、モータ４の端子Ｍｏｔ２に直接接続された選択部７１を有し得るということに留意すべきである。この選択部７１は、比較部７２に接続された出力を有する。比較部７２は、衝撃が検出されたか否かを示す信号を供給するために、演算ユニット５に接続されている。

【0026】

選択部は、多位置スイッチの形態のセレクタ７１ａに関連付けられた一連の直列接続された抵抗器Ｒｉを有する。セレクタ７１ａは、出力と、抵抗器Ｒｉにそれぞれ関連付けられた複数の選択点ｐｉと、を有する。セレクタ７１ａは、さらに、このセレクタの出力を選択点ｐｉの１つに接続するためのフリップフロップ７１ｂを有する。こうして、フリップフロップ７１ｂは、誘起電圧の高低を検出することで、衝撃の強弱を検出するように、衝撃検出器の感度を変更することを可能とする。本発明によれば、直列抵抗列Ｒｉは、５０から６００ミリボルトの範囲の感度を有するものと考えられる。セレクタ７１ａの出力は、比較部７２に接続される電圧Ｖ１である。比較部７２は、比較器７２ｂを有し、その正入力は、セレクタ７１ａの出力に接続されており、その負入力は、５０ｍＶの基準電圧Ｖｒｅｆである。比較器７２ｂは、出力Ｓｈ＿ｏｕｔ２を供給する。抵抗列Ｒｉは、衝撃検出器をアクティブにすることが可能なトランジスタＴによって制御される。本発明によれば、有利には、衝撃が発生した場合にロータ４ａを制御する制御アルゴリズムに関連付けるために、図３に示すように、Ｌａｖｅｔ型モータの各端子Ｍｏｔ１、Ｍｏｔ２に衝撃検出回路７が設けられる。

【0027】

第１のステップで、制御モジュール２は、衝撃の回転方向を検出するようにプログラムされている。これを実現するために、両方の衝撃検出回路７を用いる。それぞれの衝撃検出回路７がモータ端子に接続されていることで、衝撃が発生した場合に、ロータが回転して、衝撃検出回路７に誘起電圧を発生させる。これらの衝撃検出回路７は、衝撃が発生したことを示す情報を制御モジュール２に伝送する。情報が届く順序によって、ロータの回転を検出することは容易である。いずれか一方の検出器により正の誘起電圧のみが検出されるので、ロータの回転方向を推定することが可能である。

【0028】

実際に、制御モジュール２は、衝撃検出回路７によって伝送される情報を、自身で解釈することを可能とするプログラムを備えている。これを実現するために、そのプログラムは、衝撃検出回路７の作動によって衝撃の回転方向を特定する。

【0029】

衝撃の発生時には、ロータ４ａが回転して誘起電圧が生じ、その誘起電圧が正の場合には、ロータ４ａは時計回りに回転しており、誘起電圧が負の場合には、ロータ４ａは反時計回りに回転している。当然のことながら、図４に示すように、ロータが、最初に、その安定平衡位置４ｃの１つにあるときに、衝撃検出が発生する。

【0030】

衝撃の回転方向の検出の後に続いて、その衝撃の影響を解消するために、衝撃補償手順を適用することが可能である。実際に、本発明は、有利には、衝撃の影響を可能な限り解消または抑制するための補償手順を提案する。

【0031】

この補償手順は、制御ユニット２によって、モータにブロッキング信号を印加することにある。このブロッキング信号は、衝撃が発生した場合のロータ４ａの回転を打ち消す信号である。

【0032】

ブロッキング信号は、ロータに作用するように、モータ４の接続端子の少なくとも一方に伝送されるパルスである。このパルスは、ロータ４ａに対して衝撃の作用とは逆の作用を可能とするものと定義される。従って、ロータが、これを時計回りに回転させる衝撃を受けた場合には、ブロッキング信号は、その信号がロータを反時計回りに駆動するように構成されているパルスであり、また、その逆も同様である。

【0033】

本発明によれば、有利には、ブロッキング信号すなわちブロッキングパルスは、ロータを望ましい位置に動かすように構成される。実際に、ロータ４ａが衝撃によって動かされる場合、これは、モータに接続された装置が動かされることを意味し、その装置は、指針を駆動する輪列からなる。結果的に、指針の位置に変化が生じることで、時刻情報表示に誤差が生じる。

【0034】

従って、ブロッキングパルスは、衝撃に続くロータの回転を阻止するだけではなく、衝撃が終了してブロッキングパルスが停止したときにロータがその最初の安定位置に戻ることも確保するように構成される。

【0035】

衝撃の発生時にロータ４ａを望ましい位置に戻すこの目的は、副次的な目的の達成を伴う。実際に、この種のモータでは、ロータ４ａの復帰不能点と呼ばれる既知の角度位置があり、これをロータが越えると、その初期位置に戻すことがもはや不可能となる角度位置と定義される。

【0036】

実際に、ロータが回転すると、これにより、速度ひいては慣性モーメントが高まる。従って、ある特定の角度位置に達すると、ロータ４ａを望ましい位置に戻すことは物理的に不可能となる。この最大角度位置は、モータの構成に依存する。実際に、モータはそれぞれ、少なくとも２つのガイドスロット４ｄまたは位置決めノッチを有する。これらのガイドスロット４ｄは、ある角度位置に配置されて、ロータの安定平衡位置を規定している。最大角度位置は、コイルによって発生する主磁束の方向に対するこれらのガイドスロット４ｄの位置に依存する。従って、図５に示すように、２つのガイドスロットが９０度の位置に配置されている場合には、最大角度位置は、２７０度すなわちガイドスロットの一方の角度位置である。図６に示すように、ガイドスロットが４５度の位置に配置されている場合には、最大角度位置は１３５度である。

【0037】

本発明によれば、衝撃が発生した場合に、ブロッキングパルスは、ロータが最大角度位置を越えることなく望ましい位置に戻ることを可能とするように構成されている。これに関して、ブロッキングパルスは、複数の相を有するパルスである。この複数の相によって、ブロッキングパルスの特性に変更を加えることが可能となる。

【0038】

本例では、ブロッキングパルスは２相を有し、第１の相Ｐｈ１は、保持トルクの強さが最大である強い相とすることができ、第２の相Ｐｈ２では、それほど保持トルクは強くはない。

【0039】

パルスによって発生させる保持トルクの強さを変化させるために、チョッピングレートは、すなわちパルスのデューティサイクルを変化させるように構成される。パルスは、チョッピングレートに応じて、強さが増減することで、ロータに及ぼす効果の重大さが増減する。本発明によれば、チョッピングレートは、２５％から１００％まで変化するように構成される。これにより、高チョッピングレートの第１のブロッキングパルス相と、低チョッピングレートの第２の相と、を有することが有利であり得る。

【0040】

また、持続時間の異なる相を提供することが可能である。例えば、第１の相Ｐｈ１は、短時間であるが高チョッピングレートであり、第２の相Ｐｈ２は、持続時間がより長いがチョッピングレートはより低い。

【0041】

好ましい例では、第２の相は、第１の相の持続時間の２倍に等しい持続時間を有する。このとき、第１の相は、１９．５ミリ秒の最大持続時間を有する。その場合、ブロッキングパルスの全持続時間は、図７に示すように、最大で５８．５ミリ秒である。

【0042】

こうして、その極性がロータ４ａの回転の極性とは逆であるブロッキングパルスを伝送することによって、ロータの回転を停止させ、それを望ましい位置に戻すことが可能となる。

【0043】

この望ましい位置に一度なれば、ロータは、パルスが停止したときに、自然にその最初の安定平衡位置に向かって動く。

【0044】

しかしながら、有利には、安定平衡位置に向かうこの動きを検出する変形例が提供される。これを実現するために、衝撃検出回路は、最大感度を有するように調整される。これを実現するために、フリップフロップ７１ｂは、直列抵抗列Ｒｉに作用して、この場合は５０ｍＶである最低感度を選択するように、切り替えられる。

【0045】

この低感度によって、安定平衡位置に動くときのロータの非常に小さな動きの後の誘起電圧を測定することが可能となる。このとき、誘起電圧の正または負の符号に応じて、どちらの安定平衡位置にロータが動いたのかを判断することが可能となる。従って、演算ユニット５は、この情報を、時刻情報のために考慮することができる。

【0046】

本明細書に記載の発明の種々の実施形態に対して、本発明の範囲から逸脱することなく、当業者に自明な種々の変更および／または改良を実施できることは明らかであろう。

【符号の説明】

【0047】

１ 電子装置（ムーブメント）
２ 制御モジュール
３ 水晶振動子系
４ モータ
４ａ ロータ
４ｂ 磁気回路
４ｃ 安定平衡位置
４ｄ ガイドスロット
５ 演算ユニット
６ 検出ユニット
７ 衝撃検出回路
７１ 選択部
７１ａ セレクタ
７１ｂ フリップフロップ
７２ 比較部
７２ｂ 比較器
８ 電源ユニット
Ｂ１ フリップフロップ
Ｂ２ フリップフロップ
Ｍｏｔ１ モータの接続端子（正端子）
Ｍｏｔ２ モータの接続端子（負端子）
ｐｉ 選択点
Ｐｈ１ ブロッキングパルスの第１の相
Ｐｈ２ ブロッキングパルスの第２の相
Ｒ１ 抵抗器
Ｒ２ 抵抗器
Ｒ３ 抵抗器
Ｒ４ 抵抗器
Ｓｈ＿ｏｕｔ１ 比較器の出力
Ｓｈ＿ｏｕｔ２ 比較器の出力
Ｔ トランジスタ
Ｖ１ セレクタの出力
Ｖｄｄ 電源電圧
Ｖｍｏｔ モータ端子の電圧
Ｖｒｅｆ 基準電圧
Ｖｓｓ 接地端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】