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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023058083
(43)【公開日】2023-04-25
(54)【発明の名称】アナログ電子時計
(51)【国際特許分類】
G04C 3/14 20060101AFI20230418BHJP
G04C 9/00 20060101ALI20230418BHJP
H02K 37/24 20060101ALI20230418BHJP
H02K 37/14 20060101ALI20230418BHJP
【ＦＩ】
G04C3/14 S
G04C9/00 301A
H02K37/24 U
H02K37/14 V
H02K37/14 F
【審査請求】有
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021167842
(22)【出願日】2021-10-13
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2022-03-08
(71)【出願人】
【識別番号】303019868
【氏名又は名称】宮内 則雄
(72)【発明者】
【氏名】宮内 則雄
【テーマコード（参考）】
2F101
【Ｆターム（参考）】
2F101BA06
2F101BE02
2F101CJ11
(57)【要約】
【課題】アナログ電子時計にスイープ運針機能を加えることにある。
【解決手段】ロータにイナーシャを設けた、運針用ステップモータを角速度制御する。ステップモータモデルは、当該ステップモータの運動方程式と回路方程式をリアルタイムで計算する。設定π（ラジアン／秒）の角速度と該ステップモータモデルが出力する角速度の差を比例積分して生成したスイープドライブパルス幅でスイープドライブすると同時に、該スイープドライブパルス幅を該ステップモータモデルへ入力する。ステップモータのコイルからの逆起電圧のゼロクロスのロータ角度と算出する角速度から負荷トルクの補正を行う。ヨークのブリッジに設けたコイルに直流電流を印加して、ステップモータの保持トルクを縮小する。
【選択図】 図１
【解決手段】ロータにイナーシャを設けた、運針用ステップモータを角速度制御する。ステップモータモデルは、当該ステップモータの運動方程式と回路方程式をリアルタイムで計算する。設定π（ラジアン／秒）の角速度と該ステップモータモデルが出力する角速度の差を比例積分して生成したスイープドライブパルス幅でスイープドライブすると同時に、該スイープドライブパルス幅を該ステップモータモデルへ入力する。ステップモータのコイルからの逆起電圧のゼロクロスのロータ角度と算出する角速度から負荷トルクの補正を行う。ヨークのブリッジに設けたコイルに直流電流を印加して、ステップモータの保持トルクを縮小する。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
２極の永久磁石からなるロータと、該ロータが入るロータ穴を有し、該ロータに磁気結合する一体で板状のヨークと、該ヨークに固定されたコイルからなるステータから構成されるステップモータを、ステップドライブとスイープドライブして、ステップ運針機能とスイープ運針機能を有するアナログ電子時計において、該スイープ運針機能は、該ステップモータをステップモータモデルに基づく角速度制御でスイープドライブすることによって達成されることを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項2】
前記ステップモータモデルの負荷トルクは、該ステップモータモデルが算出する角速度と前記コイルに発生する逆起電圧のゼロクロスのロータ角度とから、１８０度おきに修正されることを特徴とする請求項１に記載のアナログ電子時計。
【請求項3】
前記ステップモータのステータのロータ穴付近のブリッジには、保持トルクを縮小するための、保持トルク縮小コイルが配置され、スイープドライブ時、該保持トルク縮小コイルに直流電流が印可し、保持トルクが縮小されることを特徴とする請求項１乃至２に記載のアナログ電子時計。
【請求項4】
前記ステップモータの前記ロータは、イナーシャを有していることを特徴とする請求項１乃至３に記載のアナログ電子時計。
【請求項5】
前記ステップモータのヨークは、保持トルクを生ぜしめる構造を含む保持トルク部と該保持トルク部を除くヨーク部から成り、該保持トルク部は該ヨーク部より薄く、該ヨーク部の厚み方向の中心に位置するステップモータであることを特徴とする請求項１乃至４に記載のアナログ電子時計。
【請求項6】
前記スイープ運針直後、ＧＰＳ時刻信号あるいは長波時刻信号を受信し、秒針のずれを修正することを特徴とする請求項１乃至５に記載のアナログ電子時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ステップ運針機能とスイープ運針機能を有するアナログ電子時計に関する。
【背景技術】
【0002】
従来のアナログ電子時計において、該アナログ電子時計に搭載されたステップモータを、ステップドライブとスイープドライブする方法について説明する。
【0003】
図９に示す、従来のアナログ電子時計のステップモータの構成図を説明する。従来のステップモータ９は、ロータ９３を共有し、コイル９１ｅと、１対のスリット９１ｃと1対の内ノッチ９１ｄの付いたヨーク９１ｂからなるステータ９１ａの、保持トルクを持たないステップモータ９１と、コイル９２ｅと、1対のスリット９２ｃと1対の内ノッチ９２ｄの付いたヨーク９２ｂからなるステータ９２ａの、保持トルクを持たないステップモータ９２から構成されている。
【0004】
まず、ステップモータ９のステップドライブを説明する。ロータ９３の磁極方向は９３ａ方向にあって、コイル９１ｅを通電し、次に、９２ｅを通電して、その後、コイル９１ｅの通電を止め、次に、コイル９１ｅを逆方向へ通電し、その後、コイル９２ｅの通電を止め、次に、コイル９２ｅを逆方向へ通電し、その後、コイル９１ｅの通電を止め、次に、コイル９２ｅの通電を止め、その後、コイル９２ｅを逆方向に短時間通電すると、１秒間にロータ９３は３６０度、ステップ回転し、１／６０の減速輪列比によって、秒針は１秒ステップ運針する。
【0005】
次に、ステップモータ９のスイープドライブを説明する。ロータ９３の磁極方向は９３ａ方向にあって、コイル９１ｅを連続パルスによって通電し、次に、９２ｅを連続パルスによって通電し、その後、コイル９１ｅの通電を止め、次に、コイル９１ｅを連続パルスによって逆方向へ通電し、その後、コイル９２ｅの通電を止め、次に、コイル９２ｅを連続パルスによって逆方向へ通電し、その後、コイル９１ｅの通電を止め、次に、コイル９１ｅを連続パルスによって通電すると、１秒間にロータ９３は３６０度、スイープ回転し、減速輪列比１／６０によって、秒針は１秒スイープ運針する。
【0006】
図７に示す、従来のステップモータの平面図（ａ）とＡ－Ａ断面図により、該従来のステップモータの構造を説明する。該従来のステップモータ７は２極の永久磁石７０ａからなるロータ７０と、該永久磁石７０ａに磁気結合する、ヨーク７２とコイル７３からなるステータ７１から構成されている。該ヨーク７２には、ロータ穴７４に面し、保持トルク発生部７５に１対の段差７５ａと７５ｂが形成されている。
【0007】
図８に示す、従来のロータを説明する。該従来のロータ８は、ロータシャフト８ａ、カナ８ｂと該ロータシャフト８ａに設けられた永久磁石８ｃからなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開２０１３－１２２３９０
【特許文献2】特開２０１７－０４６３９３
【非特許文献】
【0009】
【非特許文献1】二階堂旦他、電気学会、ＭＡＧ－７７－２３、（１９７７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、従来のアナログ電子時計には、保持トルクを持たないステップモータを２個使用する必要があるために、耐衝撃性がないことと、製造コストに課題があった。さらに、スイープドライブは連続パルスによってオープン制御されるので、ロータの２π（ラジアン／秒）の角速度に安定性がない欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【0011】
２極の永久磁石からなるロータと、該ロータが入るロータ穴を有し、該ロータに磁気結合する一体で板状のヨークと、該ヨークに固定されたコイルからなるステータから構成されるステップモータを、ステップドライブとスイープドライブして、ステップ運針機能とスイープ運針機能を有するアナログ電子時計において、該スイープ運針機能は、該ステップモータをステップモータモデルに基づく角速度制御によってスイープドライブすることによって達成される。
【0012】
前記ステップモータモデルの負荷トルクは、該ステップモータモデルが算出する角速度と前記コイルに発生する逆起電圧のゼロクロスのロータ角度とから、１８０度おきに修正される。
【0013】
前記ステップモータのステータのロータ穴付近のブリッジには、保持トルクを縮小するための、保持トルク縮小コイルが配置され、スイープドライブ時、該保持トルク縮小コイルに直流電流が印可され、保持トルクが縮小される。
【0014】
前記ステップモータの前記ロータは、イナーシャを有している。
【0015】
前記ステップモータのヨークは、保持トルクを生ぜしめる構造を含む保持トルク部と該保持トルク部を除くヨーク部から成り、該保持トルク部は該ヨーク部より薄く、該ヨーク部の厚み方向の中心に位置するステップモータである。
【0016】
前記スイープ運針直後、ＧＰＳ時刻信号あるいは長波時刻信号を受信し、秒針のずれを修正する。
【発明の効果】
【0017】
秒針のステップ運針と安定なスイープ運針を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明に係わるステップモータのドライブ回路図である。
【図2】本発明に係わるステップモータの平面図（ａ）とＡ－Ａ断面図（ｂ）である。
【図3】本発明に係わるステップモータのロータの断面図である。
【図4】本発明に係わる設定角速度（ａ）、スイープドライブパルス（ｂ）、角速度（ｃ）、角度（ｄ）の時間変化図である。
【図5】本発明に係わるドライバ図である。
【図6】本発明に係わる保持トルク縮小コイルのドライバ図である。
【図7】従来のステップモータの平面図（ａ）とＡ－Ａ断面図（ｂ）である。
【図8】従来のステップモータのロータの断面図である。
【図9】従来のアナログ電子時計のステップモータの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳述する。
【実施例0020】
図２に本発明に係わるステップモータの平面図（ａ）とＡ－Ａ断面図（ｂ）を示す。本発明に係わるステップモータは、２極の永久磁石からなるロータ２５と、コイル２４とヨーク２２からなるステータ２１から構成されており、ヨーク２２の保持トルク部２３は、ヨーク部２２ｃの中心に、該ヨーク部２２ｃより薄く形成（２３ａ）されており、保持トルクを縮小するための、１対の保持トルク縮小コイル２ａと２ｂが、それぞれ、ステータ２１のヨーク２２のブリッジ２２ａと２２ｂに設けられ、スイープドライブ時、図６に示すように、ゲート６１ａのｐ型ＭＯＳ６１から、保持トルクを縮小するために、直列接続する該保持トルク縮小コイル２ａ（６０ａ）、２ｂ（６０ｂ）へ直流電流が印可され、該直流電流による直流磁界は、時計回り方向２０ａ、２０ｂになる。あるいは、該直流磁界は、時計逆回りでも、可能である。なお、ロータ２５の回転方向は、反時計回り２５ａであって、保持トルクによるロータ２５の静止角度２５ｂ、２５ｃと、図１に示す、ステップモータ１７のコイル１７ａに生じる逆起電圧のゼロクロス角度２５ｄ、２５ｅが示されている。
【0021】
図３に示す、本発明に係わるステップモータのロータを説明する。該本発明に係わるロータ３は、ロータシャフト３ａ、該ロータシャフト３ａに、カナ３ｂと永久磁石３ｃに加え、円盤状のイナーシャ３ｄが設けられている。
【0022】
図１に示す、本発明に係わるステップモータのドライブ回路図と、図４に示す、
本発明に係わる設定角速度（ａ）、スイープドライブパルス（ｂ）、角速度（ｃ）、角度（ｄ）の時間変化図、図５に示す、本発明に係わるドライバ図と、図６に示す、本発明に係わる保持トルク縮小コイルのドライバ図を使って、本発明の実施例を説明する。
本発明に係わる設定角速度（ａ）、スイープドライブパルス（ｂ）、角速度（ｃ）、角度（ｄ）の時間変化図、図５に示す、本発明に係わるドライバ図と、図６に示す、本発明に係わる保持トルク縮小コイルのドライバ図を使って、本発明の実施例を説明する。
【0023】
本発明に係わるステップモータのドライブ回路１は、ステップドライブ・スイープドライブ切換手段１０、該ステップドライブ・スイープドライブ切換手段１０によって、切り換えられる、スイープドライブ回路１１、ステップドライブパルス発生手段１２、ドライバＡ、１６、ドライバＢ、２０から構成されている。図１には、また、ステップモータ１７（ＳＴＭ）、コイル１７ａ、直列接続する保持トルク縮小コイル２０ｂ、２０ｃが示されている。
【0024】
まず、ステップドライブを説明する。前記ステップドライブ・スイープドライブ切換手段１０によって、ステップドライブパルス発生手段１２は、ドライバＡ、１６にドライブパルス１２ａを出力し、コイル１７ａにドライブ電流がＳＴＭ１７へ印可され、ステップモータＳＴＭ１７はステップ回転する。
【0025】
図５において、図１に示すドライバＡ、１６は、コイル５０（１７ａ）に、ゲート５１ａを持つｐ型ＭＯＳ５１、ゲート５２ａを持つｎ型ＭＯＳ５２、ゲート５３ａを持つｐ型ＭＯＳ５３、ゲート５４ａを持つｎ型ＭＯＳ５４によって、プッシュプル接続されている。ステップドライブでは、ドライブオフ時、電源５５とグラウンド５６に対して、ゲート５１ａはローで、ｐ型ＭＯＳ５１がオン、ゲート５２ａはローで、ｎ型ＭＯＳ５２がオフ、ゲート５３ａはローで、ｐ型ＭＯＳ５３ａがオン、ゲート５４ａはロートで、ｎ型ＭＯＳ５４がオフになる。
【0026】
次に、スイープドライブを説明する。ステップドライブ・スイープドライブ切換手段１０の出力するによって、スイープドライブ回路１１の、設定角速度・初期角度・初期ドライブパルス幅指令１３は、初期ドライブパルス幅１３ａ、設定角速度１３ｂ、初期角度１３ｃを出力する。なお、該初期角度１３ｃは、ステップドライブパルス発生手段の出力１２ａを入力し、直前の出力１２ａから、図２に示すステップモータ２のロータ２５の静止位置２５ｂまたは２５ｃのいずれかを判断して、決定される。ＳＴＭモデル１９は、角速度１９ｂ、角度１９ｃ、ドライブ電流１９ｅ、ドライブパルス幅１４２ａを入力し、リアルタイムで、シミュレーションを実行し、該ドライブパルス幅１４２ａから所定時間後である、図４に示す、スイープドライブパルス（ｂ）のスイープドライブパルスの休止期間４２ａの終了直前４２ｂで、角速度１９ａ、角度１９ｃ、ドライブ電流１９ｄを出力し、角速度１９ａとドライブ電流１９ｄは、それぞれ、ＬＰＦ（ローパスフィルター）１９１、１９２を通して、角速度１９ｂとドライブ電流１９ｅとなる。一方、角速度１９ａは、減算器１４１に入力し、設定角速度１３ｂを減算し、信号１４１ａとなり、該信号１４１ａは、比例積分器１５に入力する。該比例積分器１５において、比例定数ＫＰを有する比例器１５ａの出力１５ｂと積分定数ＫＩを有する積分器１５ｃの出力１５ｄを加算器１５ｅに入力し、加算器１４２は、該加算器１５ｅの出力１５ｆと初期ドライブパルス幅１３ａを加算し、スイープドライブパルス幅１４２ａが生成される。該スイープドライブパルス幅１４２ａは、ＳＴＭモデル１９に入力すると同時に、角度１９ｃを入力する、スイープドライブパルス発生手段２１に入力し、該スイープドライブパルス発生手段１９０は、該スイープドライブパルス幅１４２ａの符号と、該角度１９ｃが０からπラジアン以内か、πから２πラジアン以内かに基づく、スイープドライブパルス１９０ａをドライバＡ、１６に入力し、コイル１７ａにドライブ電流が印可され、ステップモータＳＴＭ１７はスイープドライブする。
【0027】
ステップモータＳＴＭモデル１９の機能を説明する。スイープドライブパルス時では、該ＳＴＭモデル１９はリアルタイムで次の２つの方程式を計算する。
Ｊ・ｄ２θ／ｄｔ２＋ｒ・ｄθ／ｄｔ
＝Ｋ・ｉ・ｓｉｎθ－Ｔｓ・ｓｉｎ｛２・（θ－θ０）｝－ＴＬ
Ｌ・ｄｉ・ｄｔ＋Ｋ・ｓｉｎθ・ｄθ／ｄｔ＋Ｒ・ｉ
＝Ｖ－Ｖｓ（ｉ）
ここで、前者の方程式において、Ｊはロータの慣性モーメント、θはロータ角度、ｔは時間、ｒは摩擦係数、Ｋはトルク定数、ｉはコイル電流、Ｔｓは保持トルク定数、θ０はロータの保持トルク平衡安定角度、ＴＬは負荷トルクである。後者の方程式において、Ｌはドライブコイルの自己インダクタンス、Ｋは逆起電圧定数（トルク定数と同一）、Ｒはドライブコイル抵抗、Ｖは電源電圧、Ｖｓ（ｉ）はドライブＭＯＳのドロップ電圧である。電源電圧Ｖの符号は、スイープドライブパルス幅１４２ａの符号と、ロータ角度θが０からπラジアン以内か、πから2πラジアン以内かの４個の組み合わせのいずれになるかで、決定する。
ドライブパルス停止時では、該ＳＴＭモデル１９はリアルタイムで次の２つの方程式を計算する。
Ｊ・ｄ２θ／ｄｔ２＋ｒ・ｄθ／ｄｔ
＝Ｋ・ｉ・ｓｉｎθ－Ｔｓ・ｓｉｎ｛２・（θ－θ０）｝－ＴＬ
Ｌ・ｄｉ・ｄｔ＋Ｋ・ｓｉｎθ・ｄθ／ｄｔ＋Ｒｏｆｆ・ｉ＝０
ここで、図1に示す、ドライバＡがオフになることに対応して、ＲはＲｏｆｆへ変更され、Ｒｏｆｆは、例えば、Ｒの１０３倍にする。
Ｊ・ｄ２θ／ｄｔ２＋ｒ・ｄθ／ｄｔ
＝Ｋ・ｉ・ｓｉｎθ－Ｔｓ・ｓｉｎ｛２・（θ－θ０）｝－ＴＬ
Ｌ・ｄｉ・ｄｔ＋Ｋ・ｓｉｎθ・ｄθ／ｄｔ＋Ｒ・ｉ
＝Ｖ－Ｖｓ（ｉ）
ここで、前者の方程式において、Ｊはロータの慣性モーメント、θはロータ角度、ｔは時間、ｒは摩擦係数、Ｋはトルク定数、ｉはコイル電流、Ｔｓは保持トルク定数、θ０はロータの保持トルク平衡安定角度、ＴＬは負荷トルクである。後者の方程式において、Ｌはドライブコイルの自己インダクタンス、Ｋは逆起電圧定数（トルク定数と同一）、Ｒはドライブコイル抵抗、Ｖは電源電圧、Ｖｓ（ｉ）はドライブＭＯＳのドロップ電圧である。電源電圧Ｖの符号は、スイープドライブパルス幅１４２ａの符号と、ロータ角度θが０からπラジアン以内か、πから2πラジアン以内かの４個の組み合わせのいずれになるかで、決定する。
ドライブパルス停止時では、該ＳＴＭモデル１９はリアルタイムで次の２つの方程式を計算する。
Ｊ・ｄ２θ／ｄｔ２＋ｒ・ｄθ／ｄｔ
＝Ｋ・ｉ・ｓｉｎθ－Ｔｓ・ｓｉｎ｛２・（θ－θ０）｝－ＴＬ
Ｌ・ｄｉ・ｄｔ＋Ｋ・ｓｉｎθ・ｄθ／ｄｔ＋Ｒｏｆｆ・ｉ＝０
ここで、図1に示す、ドライバＡがオフになることに対応して、ＲはＲｏｆｆへ変更され、Ｒｏｆｆは、例えば、Ｒの１０３倍にする。
【0028】
スイープドライブパルス幅１４２ａの停止時間においては、ｐ型ＭＯＳのゲート５１ａはハイ、ｎ型ＭＯＳのゲート５２ａはロー、ｐ型ＭＯＳのゲート５３ａはハイ、ｎ型ＭＯＳ５４のゲート５４ａはローになり、すべてのＭＯＳはオフとなる。ゼロクロス角度検出１８は、ドライブパルス幅１４２ａの停止時間に、コイル１７ａの両端の電圧１８ａと１８ｂによる、該コイル１７ａの両端間に生ずる逆起電圧から、ゼロクロス角度を検出し、ゼロクロス角度１８ｃ（なお、図２に示すステップモータ２のロータ２５の角度２５ｄまたは２５ｅのいずれかとなるが、逆起電圧の立ち上がりか立下りかのどちらかでゼロクロスになるかで判別される）を、ＳＴＭモデル１９に入力し、次の式から、負荷トルクＴＬを１８０度おきに補正する。
ＴＬ ＝－Ｊ・ｄ２θ／ｄｔ２－ｒ・ｄθ／ｄｔ－Ｔｓ・ｓｉｎ｛２・（θ－θ０）｝
ＴＬ ＝－Ｊ・ｄ２θ／ｄｔ２－ｒ・ｄθ／ｄｔ－Ｔｓ・ｓｉｎ｛２・（θ－θ０）｝
【0029】
次に、図４に示す、本発明に係わる設定角速度指令（ａ）、スイープドライブパルス（ｂ）、角速度（ｃ）、角度（ｄ）の時間変化図を説明する。角速度指令（ａ）において、図１に示す、スイープドライブ回路１１の、設定角速度・初期角度・初期ドライブパルス幅指令１３の出力する、設定角速度指令ω０、１３ａは、減速輪列比が１／３０に設定さているので、π［ラジアン／秒］４１となる。スイープドライブパルス（ｂ）において、スイープドライブパルスｓｄｐ、４２の停止期間４２ａの終了直前４２ｂで、前記ＳＴＭモデル１９は、角速度１９ａ、角度１９ｃ、電流１９ｄを出力する。角速度（ｃ）において、角速度ωは時間変化４３になり、保持トルクが生ずる角度では、角速度ωはπ［ラジアン／秒］からずれ、山形の時間変化４３ａとなる。角度（ｄ）において、角度θは時間変化４４になり、保持トルクが生ずる角度で、山形の時間変化４４ａを生じて、スイープ時の角速度の制御性能は、設定角速度指令ω０の１％程度であって、秒針の遅れもしくは進みは、随時、ＧＰＳ時刻信号あるいは長波時刻信号を受信し、時刻修正を行う。
【0030】
図３に示す、本発明に係わるロータ３の慣性モーメントＪは、従来のロータの６０倍程度に設定される。また、図２に示す、本発明に係わるステップモータ２の保持トルクを生ぜしめるための、段差２４ａと２４ｂは、それぞれ、図７に示す、従来のステップモータの段差７５ａと７５ｂの１／２にし、さらに、該保持トルクを生ぜしめる部の厚みを磁石厚みの１／２．５にして、従来のステップモータ７の保持トルクの１／５程度に設定される。また、スイープドライブ時、図６に示す、ゲート６１をローに、ｐ型ＭＯＳ６１をオンにして、ヨーク２２のブリッジ２２ａと２２ｂに設けた、直列接続する保持トルク縮小コイル２ａ（２０ｂ、６０ａ）と２ｂ（２０ｃ、６０ｂ）に直流電流を印可することによって、ロータ穴の円周方向に磁界を印可し、保持トルクはさらに１／２にされ、トータルで、従来のステップモータ７の保持トルクの１／１０にされる。
【産業上の利用可能性】
【0031】
以上の詳細な説明により示されたように、本発明の電子時計によれば、従来の、２個のステップモータを利用した電子時計に比べ、ステップモータ1個だけで、ステップ運針とスイープ運針が可能である。アナログ電子時計としては、腕時計、置時計または柱時計等が可能である。
【符号の説明】
【0032】
１ ドライブ回路
１１ スイープドライブ回路
１２ ステップドライブパルス発生手段
１９ ＳＴＭモデル
１９０ スイープドライブパルス発生手段
２ ７ ９ １７ ステップモータ
３ ８ ２５ ７０ ９３ ロータ
２１ ７１ ９１ａ ９２ａ ステータ
２２ ７２ ９１ｂ ９２ｂ ヨーク
２４ ５０ ７３ ９１ｅ ９２ｅ コイル
２ａ ２ｂ ２０ｂ，２０ｃ，６０ａ、６０ｂ 保持トルク縮小コイル
２３ 保持トルク部
２４ａ ２４ｂ ７５ａ ７５ｂ 段差
９１ｄ ９２ｄ 内ノッチ
１１ スイープドライブ回路
１２ ステップドライブパルス発生手段
１９ ＳＴＭモデル
１９０ スイープドライブパルス発生手段
２ ７ ９ １７ ステップモータ
３ ８ ２５ ７０ ９３ ロータ
２１ ７１ ９１ａ ９２ａ ステータ
２２ ７２ ９１ｂ ９２ｂ ヨーク
２４ ５０ ７３ ９１ｅ ９２ｅ コイル
２ａ ２ｂ ２０ｂ，２０ｃ，６０ａ、６０ｂ 保持トルク縮小コイル
２３ 保持トルク部
２４ａ ２４ｂ ７５ａ ７５ｂ 段差
９１ｄ ９２ｄ 内ノッチ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【手続補正書】
【提出日】2021-12-22
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
２極の永久磁石からなり、イナーシャを有しているロータと、該ロータが入るロータ穴を有し、該ロータに磁気結合する一体で板状の、保持トルクを生ぜしめる構造を含む保持トルク部と該保持トルク部を除くヨーク部から成り、該保持トルク部は該ヨーク部より薄く、該ヨーク部の厚み方向の中心に位置するヨークと、該ヨークに固定されたコイルからなるステータから構成されるステップモータを、ステップドライブとスイープドライブして、ステップ運針機能とスイープ運針機能を有する、前記ロータから秒針までの減速輪列比が１／３０のアナログ電子時計において、該スイープ運針機能は、該ステップモータをステップモータモデル（該ステップモータモデルは、スイープドライブ回路の設定角速度・初期角度・初期ドライブパルス幅指令が出力した、ステップパルス発生手段からの直前出力から判断された初期角度、初期ドライブパルス幅を入力して、リアルタイムで次の方程式、
Ｊ・ｄ ２ θ／ｄｔ ２ ＋ｒ・ｄθ／ｄｔ
＝Ｋ・ｉ・ｓｉｎθ－Ｔｓ・ｓｉｎ｛２・（θ－θ ０ ）｝－Ｔ Ｌ
Ｌ・ｄｉ／ｄｔ＋Ｋ・ｓｉｎθ・ｄθ／ｄｔ＋Ｒ・ｉ
＝Ｖ－Ｖｓ（ｉ）
（ここで、 スイープドライブパルス時、前者の方程式において、Ｊはロータの慣性モーメント、θはロータ角度、ｔは時間、ｒは摩擦係数、Ｋはトルク定数、ｉはコイル電流、Ｔｓは保持トルク定数、θ ０ はロータの保持トルク平衡安定角度、Ｔ Ｌ は負荷トルクである。後者の方程式において、Ｌはドライブコイルの自己インダクタンス、Ｋは逆起電圧定数（トルク定数と同一）、Ｒはドライブコイル抵抗、Ｖは電源電圧、Ｖｓ（ｉ）はドライブＭＯＳのドロップ電圧である。スイープドライブパルス停止時、Ｒは、ドライバがオフになることに対応して、例えば、Ｒの１０ ３ 倍のＲｏｆｆへ、Ｖ、Ｖｓ（ｉ）は０へ変更される）を計算し、ロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを出力し、その後は、スイープドライブパルス幅と、該ステップモータモデルが出力したロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを入力して、前記方程式を計算し、ロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを出力していく。）に基づく、前記ステップモータをドライブするドライバへ、スイープドライブパルスを出力するスイープドライブパルス発生回路へ、前記スイープドライブパルス幅を、ロータの前記設定角速度と、前記ステップモータモデルが出力したロータ角速度ｄθ／ｄｔの差の比例と積分の加算から生成して、該スイープドライブパルス幅とロータ角度θを入力する角速度制御でスイープドライブすることによって達成されることを特徴とするアナログ電子時計。
Ｊ・ｄ ２ θ／ｄｔ ２ ＋ｒ・ｄθ／ｄｔ
＝Ｋ・ｉ・ｓｉｎθ－Ｔｓ・ｓｉｎ｛２・（θ－θ ０ ）｝－Ｔ Ｌ
Ｌ・ｄｉ／ｄｔ＋Ｋ・ｓｉｎθ・ｄθ／ｄｔ＋Ｒ・ｉ
＝Ｖ－Ｖｓ（ｉ）
（ここで、 スイープドライブパルス時、前者の方程式において、Ｊはロータの慣性モーメント、θはロータ角度、ｔは時間、ｒは摩擦係数、Ｋはトルク定数、ｉはコイル電流、Ｔｓは保持トルク定数、θ ０ はロータの保持トルク平衡安定角度、Ｔ Ｌ は負荷トルクである。後者の方程式において、Ｌはドライブコイルの自己インダクタンス、Ｋは逆起電圧定数（トルク定数と同一）、Ｒはドライブコイル抵抗、Ｖは電源電圧、Ｖｓ（ｉ）はドライブＭＯＳのドロップ電圧である。スイープドライブパルス停止時、Ｒは、ドライバがオフになることに対応して、例えば、Ｒの１０ ３ 倍のＲｏｆｆへ、Ｖ、Ｖｓ（ｉ）は０へ変更される）を計算し、ロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを出力し、その後は、スイープドライブパルス幅と、該ステップモータモデルが出力したロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを入力して、前記方程式を計算し、ロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを出力していく。）に基づく、前記ステップモータをドライブするドライバへ、スイープドライブパルスを出力するスイープドライブパルス発生回路へ、前記スイープドライブパルス幅を、ロータの前記設定角速度と、前記ステップモータモデルが出力したロータ角速度ｄθ／ｄｔの差の比例と積分の加算から生成して、該スイープドライブパルス幅とロータ角度θを入力する角速度制御でスイープドライブすることによって達成されることを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項2】
前記ステップモータモデルの負荷トルクは、該ステップモータモデルが算出する角速度と前記コイルに発生する逆起電圧のゼロクロスのロータ角度とから、１８０度おきに修正されることを特徴とする請求項１に記載のアナログ電子時計。
【請求項3】
前記ステップモータのステータのロータ穴付近のブリッジには、保持トルクを縮小するための、保持トルク縮小コイルが配置され、スイープドライブ時、該保持トルク縮小コイルに直流電流が印加し、保持トルクが縮小されることを特徴とする請求項１乃至２に記載のアナログ電子時計。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0011】
２極の永久磁石からなり、イナーシャを有しているロータと、該ロータが入るロータ穴を有し、該ロータに磁気結合する一体で板状の、保持トルクを生ぜしめる構造を含む保持トルク部と該保持トルク部を除くヨーク部から成り、該保持トルク部は該ヨーク部より薄く、該ヨーク部の厚み方向の中心に位置するヨークと、該ヨークに固定されたコイルからなるステータから構成されるステップモータを、ステップドライブとスイープドライブして、ステップ運針機能とスイープ運針機能を有する、前記ロータから秒針までの減速輪列比が１／３０のアナログ電子時計において、該スイープ運針機能は、該ステップモータをステップモータモデル（該ステップモータモデルは、スイープドライブ回路の設定角速度・初期角度・初期ドライブパルス幅指令が出力した、ステップパルス発生手段からの直前出力から判断された初期角度、初期ドライブパルス幅を入力して、リアルタイムで次の方程式、
Ｊ・ｄ ２ θ／ｄｔ ２ ＋ｒ・ｄθ／ｄｔ
＝Ｋ・ｉ・ｓｉｎθ－Ｔｓ・ｓｉｎ｛２・（θ－θ ０ ）｝－Ｔ Ｌ
Ｌ・ｄｉ／ｄｔ＋Ｋ・ｓｉｎθ・ｄθ／ｄｔ＋Ｒ・ｉ
＝Ｖ－Ｖｓ（ｉ）
（ここで、 スイープドライブパルス時、前者の方程式において、Ｊはロータの慣性モーメント、θはロータ角度、ｔは時間、ｒは摩擦係数、Ｋはトルク定数、ｉはコイル電流、Ｔｓは保持トルク定数、θ ０ はロータの保持トルク平衡安定角度、Ｔ Ｌ は負荷トルクである。後者の方程式において、Ｌはドライブコイルの自己インダクタンス、Ｋは逆起電圧定数（トルク定数と同一）、Ｒはドライブコイル抵抗、Ｖは電源電圧、Ｖｓ（ｉ）はドライブＭＯＳのドロップ電圧である。スイープドライブパルス停止時、Ｒは、ドライバがオフになることに対応して、例えば、Ｒの１０ ３ 倍のＲｏｆｆへ、Ｖ、Ｖｓ（ｉ）は０へ変更される）を計算し、ロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを出力し、その後は、スイープドライブパルス幅と、該ステップモータモデルが出力したロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを入力して、前記方程式を計算し、ロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを出力していく。）に基づく、前記ステップモータをドライブするドライバへ、スイープドライブパルスを出力するスイープドライブパルス発生回路へ、前記スイープドライブパルス幅を、ロータの前記設定角速度と、前記ステップモータモデルが出力したロータ角速度ｄθ／ｄｔの差の比例と積分の加算から生成して、該スイープドライブパルス幅とロータ角度θを入力する角速度制御でスイープドライブすることによって達成される。
Ｊ・ｄ ２ θ／ｄｔ ２ ＋ｒ・ｄθ／ｄｔ
＝Ｋ・ｉ・ｓｉｎθ－Ｔｓ・ｓｉｎ｛２・（θ－θ ０ ）｝－Ｔ Ｌ
Ｌ・ｄｉ／ｄｔ＋Ｋ・ｓｉｎθ・ｄθ／ｄｔ＋Ｒ・ｉ
＝Ｖ－Ｖｓ（ｉ）
（ここで、 スイープドライブパルス時、前者の方程式において、Ｊはロータの慣性モーメント、θはロータ角度、ｔは時間、ｒは摩擦係数、Ｋはトルク定数、ｉはコイル電流、Ｔｓは保持トルク定数、θ ０ はロータの保持トルク平衡安定角度、Ｔ Ｌ は負荷トルクである。後者の方程式において、Ｌはドライブコイルの自己インダクタンス、Ｋは逆起電圧定数（トルク定数と同一）、Ｒはドライブコイル抵抗、Ｖは電源電圧、Ｖｓ（ｉ）はドライブＭＯＳのドロップ電圧である。スイープドライブパルス停止時、Ｒは、ドライバがオフになることに対応して、例えば、Ｒの１０ ３ 倍のＲｏｆｆへ、Ｖ、Ｖｓ（ｉ）は０へ変更される）を計算し、ロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを出力し、その後は、スイープドライブパルス幅と、該ステップモータモデルが出力したロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを入力して、前記方程式を計算し、ロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを出力していく。）に基づく、前記ステップモータをドライブするドライバへ、スイープドライブパルスを出力するスイープドライブパルス発生回路へ、前記スイープドライブパルス幅を、ロータの前記設定角速度と、前記ステップモータモデルが出力したロータ角速度ｄθ／ｄｔの差の比例と積分の加算から生成して、該スイープドライブパルス幅とロータ角度θを入力する角速度制御でスイープドライブすることによって達成される。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0013】
前記ステップモータのステータのロータ穴付近のブリッジには、保持トルクを縮小するための、保持トルク縮小コイルが配置され、スイープドライブ時、該保持トルク縮小コイルに直流電流が印加され、保持トルクが縮小される。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0020】
図２に本発明に係わるステップモータの平面図（ａ）とＡ－Ａ断面図（ｂ）を示す。本発明に係わるステップモータは、２極の永久磁石からなるロータ２５と、コイル２４とヨーク２２からなるステータ２１から構成されており、ヨーク２２の保持トルク部２３は、ヨーク部２２ｃの中心に、該ヨーク部２２ｃより薄く形成（２３ａ）されており、保持トルクを縮小するための、１対の保持トルク縮小コイル２ａと２ｂが、それぞれ、ステータ２１のヨーク２２のブリッジ２２ａと２２ｂに設けられ、スイープドライブ時、図６に示すように、ゲート６１ａのｐ型ＭＯＳ６１から、保持トルクを縮小するために、直列接続する該保持トルク縮小コイル２ａ（６０ａ）、２ｂ（６０ｂ）へ直流電流が印加され、該直流電流による直流磁界は、時計回り方向２０ａ、２０ｂになる。あるいは、該直流磁界は、時計逆回りでも、可能である。なお、ロータ２５の回転方向は、反時計回り２５ａであって、保持トルクによるロータ２５の静止角度２５ｂ、２５ｃと、図１に示す、ステップモータ１７のコイル１７ａに生じる逆起電圧のゼロクロス角度２５ｄ、２５ｅが示されている。
【手続補正9】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0024】
まず、ステップドライブを説明する。前記ステップドライブ・スイープドライブ切換手段１０によって、ステップドライブパルス発生手段１２は、ドライバＡ、１６にドライブパルス１２ａを出力し、コイル１７ａにドライブ電流がＳＴＭ１７へ印加され、ステップモータＳＴＭ１７はステップ回転する。
【手続補正10】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0026】
次に、スイープドライブを説明する。ステップドライブ・スイープドライブ切換手段１０の出力するによって、スイープドライブ回路１１の、設定角速度・初期角度・初期ドライブパルス幅指令１３は、初期ドライブパルス幅１３ａ、設定角速度１３ｂ、初期角度１３ｃを出力する。なお、該初期角度１３ｃは、ステップドライブパルス発生手段の出力１２ａを入力し、直前の出力１２ａから、図２に示すステップモータ２のロータ２５の静止位置２５ｂまたは２５ｃのいずれかを判断して、決定される。ＳＴＭモデル１９は、角速度１９ｂ、角度１９ｃ、ドライブ電流１９ｅ、ドライブパルス幅１４２ａを入力し、リアルタイムで、シミュレーションを実行し、該ドライブパルス幅１４２ａから所定時間後である、図４に示す、スイープドライブパルス（ｂ）のスイープドライブパルスの休止期間４２ａの終了直前４２ｂで、角速度１９ａ、角度１９ｃ、ドライブ電流１９ｄを出力し、角速度１９ａとドライブ電流１９ｄは、それぞれ、ＬＰＦ（ローパスフィルター）１９１、１９２を通して、角速度１９ｂとドライブ電流１９ｅとなる。一方、角速度１９ａは、減算器１４１に入力し、設定角速度１３ｂを減算し、信号１４１ａとなり、該信号１４１ａは、比例積分器１５に入力する。該比例積分器１５において、比例定数ＫＰを有する比例器１５ａの出力１５ｂと積分定数ＫＩを有する積分器１５ｃの出力１５ｄを加算器１５ｅに入力し、加算器１４２は、該加算器１５ｅの出力１５ｆと初期ドライブパルス幅１３ａを加算し、スイープドライブパルス幅１４２ａが生成される。該スイープドライブパルス幅１４２ａは、ＳＴＭモデル１９に入力すると同時に、角度１９ｃを入力する、スイープドライブパルス発生回路１９０に入力し、該スイープドライブパルス発生回路１９０は、該スイープドライブパルス幅１４２ａの符号と、該角度１９ｃが０からπラジアン以内か、πから２πラジアン以内かに基づく、スイープドライブパルス１９０ａをドライバＡ、１６に入力し、コイル１７ａにドライブ電流が印加され、ステップモータＳＴＭ１７はスイープドライブする。
【手続補正11】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0027】
ステップモータＳＴＭモデル１９の機能を説明する。スイープドライブパルス時では、該ＳＴＭモデル１９はリアルタイムで次の２つの方程式を計算する。
Ｊ・ｄ２θ／ｄｔ２＋ｒ・ｄθ／ｄｔ
＝Ｋ・ｉ・ｓｉｎθ－Ｔｓ・ｓｉｎ｛２・（θ－θ０）｝－ＴＬ
Ｌ・ｄｉ／ｄｔ＋Ｋ・ｓｉｎθ・ｄθ／ｄｔ＋Ｒ・ｉ
＝Ｖ－Ｖｓ（ｉ）
ここで、前者の方程式において、Ｊはロータの慣性モーメント、θはロータ角度、ｔは時間、ｒは摩擦係数、Ｋはトルク定数、ｉはコイル電流、Ｔｓは保持トルク定数、θ０はロータの保持トルク平衡安定角度、ＴＬは負荷トルクである。後者の方程式において、Ｌはドライブコイルの自己インダクタンス、Ｋは逆起電圧定数（トルク定数と同一）、Ｒはドライブコイル抵抗、Ｖは電源電圧、Ｖｓ（ｉ）はドライブＭＯＳのドロップ電圧である。電源電圧Ｖの符号は、スイープドライブパルス幅１４２ａの符号と、ロータ角度θが０からπラジアン以内か、πから2πラジアン以内かの４個の組み合わせのいずれになるかで、決定する。
ドライブパルス停止時では、該ＳＴＭモデル１９はリアルタイムで次の２つの方程式を計算する。
Ｊ・ｄ２θ／ｄｔ２＋ｒ・ｄθ／ｄｔ
＝Ｋ・ｉ・ｓｉｎθ－Ｔｓ・ｓｉｎ｛２・（θ－θ０）｝－ＴＬ
Ｌ・ｄｉ／ｄｔ＋Ｋ・ｓｉｎθ・ｄθ／ｄｔ＋Ｒｏｆｆ・ｉ＝０
ここで、図1に示す、ドライバＡがオフになることに対応して、ＲはＲｏｆｆへ変更され、Ｒｏｆｆは、例えば、Ｒの１０３倍にする。
Ｊ・ｄ２θ／ｄｔ２＋ｒ・ｄθ／ｄｔ
＝Ｋ・ｉ・ｓｉｎθ－Ｔｓ・ｓｉｎ｛２・（θ－θ０）｝－ＴＬ
Ｌ・ｄｉ／ｄｔ＋Ｋ・ｓｉｎθ・ｄθ／ｄｔ＋Ｒ・ｉ
＝Ｖ－Ｖｓ（ｉ）
ここで、前者の方程式において、Ｊはロータの慣性モーメント、θはロータ角度、ｔは時間、ｒは摩擦係数、Ｋはトルク定数、ｉはコイル電流、Ｔｓは保持トルク定数、θ０はロータの保持トルク平衡安定角度、ＴＬは負荷トルクである。後者の方程式において、Ｌはドライブコイルの自己インダクタンス、Ｋは逆起電圧定数（トルク定数と同一）、Ｒはドライブコイル抵抗、Ｖは電源電圧、Ｖｓ（ｉ）はドライブＭＯＳのドロップ電圧である。電源電圧Ｖの符号は、スイープドライブパルス幅１４２ａの符号と、ロータ角度θが０からπラジアン以内か、πから2πラジアン以内かの４個の組み合わせのいずれになるかで、決定する。
ドライブパルス停止時では、該ＳＴＭモデル１９はリアルタイムで次の２つの方程式を計算する。
Ｊ・ｄ２θ／ｄｔ２＋ｒ・ｄθ／ｄｔ
＝Ｋ・ｉ・ｓｉｎθ－Ｔｓ・ｓｉｎ｛２・（θ－θ０）｝－ＴＬ
Ｌ・ｄｉ／ｄｔ＋Ｋ・ｓｉｎθ・ｄθ／ｄｔ＋Ｒｏｆｆ・ｉ＝０
ここで、図1に示す、ドライバＡがオフになることに対応して、ＲはＲｏｆｆへ変更され、Ｒｏｆｆは、例えば、Ｒの１０３倍にする。
【手続補正12】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0030】
図３に示す、本発明に係わるロータ３の慣性モーメントＪは、従来のロータの６０倍程度に設定される。また、図２に示す、本発明に係わるステップモータ２の保持トルクを生ぜしめるための、段差２４ａと２４ｂは、それぞれ、図７に示す、従来のステップモータの段差７５ａと７５ｂの１／２にし、さらに、該保持トルクを生ぜしめる部の厚みを磁石厚みの１／２．５にして、従来のステップモータ７の保持トルクの１／５程度に設定される。また、スイープドライブ時、図６に示す、ゲート６１をローに、ｐ型ＭＯＳ６１をオンにして、ヨーク２２のブリッジ２２ａと２２ｂに設けた、直列接続する保持トルク縮小コイル２ａ（２０ｂ、６０ａ）と２ｂ（２０ｃ、６０ｂ）に直流電流を印加することによって、ロータ穴の円周方向に磁界を印加し、保持トルクはさらに１／２にされ、トータルで、従来のステップモータ７の保持トルクの１／１０にされる。
【手続補正13】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0032】
１ ドライブ回路
１１ スイープドライブ回路
１２ ステップドライブパルス発生手段
１９ ＳＴＭモデル
１９０ スイープドライブパルス発生回路
２ ７ ９ １７ ステップモータ
３ ８ ２５ ７０ ９３ ロータ
２１ ７１ ９１ａ ９２ａ ステータ
２２ ７２ ９１ｂ ９２ｂ ヨーク
２４ ５０ ７３ ９１ｅ ９２ｅ コイル
２ａ ２ｂ ２０ｂ，２０ｃ，６０ａ、６０ｂ 保持トルク縮小コイル
２３ 保持トルク部
２４ａ ２４ｂ ７５ａ ７５ｂ 段差
９１ｄ ９２ｄ 内ノッチ
１１ スイープドライブ回路
１２ ステップドライブパルス発生手段
１９ ＳＴＭモデル
１９０ スイープドライブパルス発生回路
２ ７ ９ １７ ステップモータ
３ ８ ２５ ７０ ９３ ロータ
２１ ７１ ９１ａ ９２ａ ステータ
２２ ７２ ９１ｂ ９２ｂ ヨーク
２４ ５０ ７３ ９１ｅ ９２ｅ コイル
２ａ ２ｂ ２０ｂ，２０ｃ，６０ａ、６０ｂ 保持トルク縮小コイル
２３ 保持トルク部
２４ａ ２４ｂ ７５ａ ７５ｂ 段差
９１ｄ ９２ｄ 内ノッチ
【手続補正書】
【提出日】2022-02-04
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
２極の永久磁石からなり、イナーシャを有しているロータと、該ロータが入るロータ穴を有し、該ロータに磁気結合する一体で板状の、保持トルクを生ぜしめる構造を含む保持トルク部と該保持トルク部を除くヨーク部から成り、該保持トルク部は該ヨーク部より薄く、該ヨーク部の厚み方向の中心に位置するヨークと、該ヨークに固定されたコイルからなるステータから構成されるステップモータを、ステップドライブとスイープドライブして、ステップ運針機能とスイープ運針機能を有する、前記ロータから秒針までの減速輪列比が１／３０のアナログ電子時計において、
該スイープ運針機能は、ステップモータモデル
該ステップモータモデルは、スイープドライブ回路の設定角速度・初期角度・初期ドライブパルス幅指令が出力した、ステップパルス発生手段からの直前出力から判断された初期角度、初期ドライブパルス幅を入力して、リアルタイムで次の方程式、
Ｊ・ｄ ２ θ／ｄｔ ２ ＋ｒ・ｄθ／ｄｔ
＝Ｋ・ｉ・ｓｉｎθ－Ｔｓ・ｓｉｎ｛２・（θ－θ ０ ）｝－Ｔ Ｌ
Ｌ・ｄｉ／ｄｔ＋Ｋ・ｓｉｎθ・ｄθ／ｄｔ＋Ｒ・ｉ
＝Ｖ－Ｖｓ（ｉ）
ここで、 スイープドライブパルス時、前者の方程式において、Ｊはロータの慣性モーメント、θはロータ角度、ｔは時間、ｒは摩擦係数、Ｋはトルク定数、ｉはコイル電流、Ｔｓは保持トルク定数、θ ０ はロータの保持トルク平衡安定角度、Ｔ Ｌ は負荷トルクである。後者の方程式において、Ｌはドライブコイルの自己インダクタンス、Ｋは逆起電圧定数（トルク定数と同一）、Ｒはドライブコイル抵抗、Ｖは電源電圧、Ｖｓ（ｉ）はドライブＭＯＳのドロップ電圧である。スイープドライブパルス停止時、Ｒは、ドライバがオフになることに対応して、例えば、Ｒの１０ ３ 倍のＲｏｆｆへ、Ｖ、Ｖｓ（ｉ）は０へ変更される。 を計算し、ロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを出力し、その後は、スイープドライブパルス幅と、該ステップモータモデルが出力したロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを入力して、前記方程式を計算し、ロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを出力していく。
に基づき、
さらに、ロータの前記設定角速度と前記ステップモータモデルが出力した前記ロータ角速度ｄθ／ｄｔの差の比例と積分の加算から生成した前記スイープドライブパルス幅と、前記ロータ角度θに基づき、スイープドライブパルス発生回路はドライバへ、スイープドライブパルスを入力する角速度制御で該ドライバが前記ステップモータをスイープドライブすることによって達成されることを特徴とするアナログ電子時計。
該スイープ運針機能は、ステップモータモデル
該ステップモータモデルは、スイープドライブ回路の設定角速度・初期角度・初期ドライブパルス幅指令が出力した、ステップパルス発生手段からの直前出力から判断された初期角度、初期ドライブパルス幅を入力して、リアルタイムで次の方程式、
Ｊ・ｄ ２ θ／ｄｔ ２ ＋ｒ・ｄθ／ｄｔ
＝Ｋ・ｉ・ｓｉｎθ－Ｔｓ・ｓｉｎ｛２・（θ－θ ０ ）｝－Ｔ Ｌ
Ｌ・ｄｉ／ｄｔ＋Ｋ・ｓｉｎθ・ｄθ／ｄｔ＋Ｒ・ｉ
＝Ｖ－Ｖｓ（ｉ）
ここで、 スイープドライブパルス時、前者の方程式において、Ｊはロータの慣性モーメント、θはロータ角度、ｔは時間、ｒは摩擦係数、Ｋはトルク定数、ｉはコイル電流、Ｔｓは保持トルク定数、θ ０ はロータの保持トルク平衡安定角度、Ｔ Ｌ は負荷トルクである。後者の方程式において、Ｌはドライブコイルの自己インダクタンス、Ｋは逆起電圧定数（トルク定数と同一）、Ｒはドライブコイル抵抗、Ｖは電源電圧、Ｖｓ（ｉ）はドライブＭＯＳのドロップ電圧である。スイープドライブパルス停止時、Ｒは、ドライバがオフになることに対応して、例えば、Ｒの１０ ３ 倍のＲｏｆｆへ、Ｖ、Ｖｓ（ｉ）は０へ変更される。 を計算し、ロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを出力し、その後は、スイープドライブパルス幅と、該ステップモータモデルが出力したロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを入力して、前記方程式を計算し、ロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを出力していく。
に基づき、
さらに、ロータの前記設定角速度と前記ステップモータモデルが出力した前記ロータ角速度ｄθ／ｄｔの差の比例と積分の加算から生成した前記スイープドライブパルス幅と、前記ロータ角度θに基づき、スイープドライブパルス発生回路はドライバへ、スイープドライブパルスを入力する角速度制御で該ドライバが前記ステップモータをスイープドライブすることによって達成されることを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項2】
前記ステップモータモデルの負荷トルクは、前記コイルの両端間に生ずる逆起電圧から、ゼロクロスのロータ角度を検出し、該ゼロクロスのロータ角度を前記ステップモータモデルに入力し、次の式、
Ｔ Ｌ ＝－Ｊ・ｄ ２ θ／ｄｔ ２ －ｒ・ｄθ／ｄｔ－Ｔ Ｓ・ ｓｉｎ｛２・（θ－θ ０ ）｝
から、１８０度おきに補正されることを特徴とする請求項１に記載のアナログ電子時計。
Ｔ Ｌ ＝－Ｊ・ｄ ２ θ／ｄｔ ２ －ｒ・ｄθ／ｄｔ－Ｔ Ｓ・ ｓｉｎ｛２・（θ－θ ０ ）｝
から、１８０度おきに補正されることを特徴とする請求項１に記載のアナログ電子時計。
【請求項3】
前記ステップモータのステータのヨークのブリッジには、保持トルクを縮小するための、保持トルク縮小コイルを設け、スイープドライブ時、該保持トルク縮小コイルに直流電流を印加し、保持トルクが縮小されることを特徴とする請求項１乃至２に記載のアナログ電子時計。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0011】
２極の永久磁石からなり、イナーシャを有しているロータと、該ロータが入るロータ穴を有し、該ロータに磁気結合する一体で板状の、保持トルクを生ぜしめる構造を含む保持トルク部と該保持トルク部を除くヨーク部から成り、該保持トルク部は該ヨーク部より薄く、該ヨーク部の厚み方向の中心に位置するヨークと、該ヨークに固定されたコイルからなるステータから構成されるステップモータを、ステップドライブとスイープドライブして、ステップ運針機能とスイープ運針機能を有する、前記ロータから秒針までの減速輪列比が１／３０のアナログ電子時計において、
該スイープ運針機能は、ステップモータモデル
該ステップモータモデルは、スイープドライブ回路の設定角速度・初期角度・初期ドライブパルス幅指令が出力した、ステップパルス発生手段からの直前出力から判断された初期角度、初期ドライブパルス幅を入力して、リアルタイムで次の方程式、
Ｊ・ｄ ２ θ／ｄｔ ２ ＋ｒ・ｄθ／ｄｔ
＝Ｋ・ｉ・ｓｉｎθ－Ｔｓ・ｓｉｎ｛２・（θ－θ ０ ）｝－Ｔ Ｌ
Ｌ・ｄｉ／ｄｔ＋Ｋ・ｓｉｎθ・ｄθ／ｄｔ＋Ｒ・ｉ
＝Ｖ－Ｖｓ（ｉ）
ここで、 スイープドライブパルス時、前者の方程式において、Ｊはロータの慣性モーメント、θはロータ角度、ｔは時間、ｒは摩擦係数、Ｋはトルク定数、ｉはコイル電流、Ｔｓは保持トルク定数、θ ０ はロータの保持トルク平衡安定角度、Ｔ Ｌ は負荷トルクである。後者の方程式において、Ｌはドライブコイルの自己インダクタンス、Ｋは逆起電圧定数（トルク定数と同一）、Ｒはドライブコイル抵抗、Ｖは電源電圧、Ｖｓ（ｉ）はドライブＭＯＳのドロップ電圧である。スイープドライブパルス停止時、Ｒは、ドライバがオフになることに対応して、例えば、Ｒの１０ ３ 倍のＲｏｆｆへ、Ｖ、Ｖｓ（ｉ）は０へ変更される。 を計算し、ロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを出力し、その後は、スイープドライブパルス幅と、該ステップモータモデルが出力したロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを入力して、前記方程式を計算し、ロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを出力していく。
に基づき、
さらに、ロータの前記設定角速度と前記ステップモータモデルが出力した前記ロータ角速度ｄθ／ｄｔの差の比例と積分の加算から生成した前記スイープドライブパルス幅と、前記ロータ角度θに基づき、スイープドライブパルス発生回路はドライバへ、スイープドライブパルスを入力する角速度制御で該ドライバが前記ステップモータをスイープドライブすることによって達成される。
該スイープ運針機能は、ステップモータモデル
該ステップモータモデルは、スイープドライブ回路の設定角速度・初期角度・初期ドライブパルス幅指令が出力した、ステップパルス発生手段からの直前出力から判断された初期角度、初期ドライブパルス幅を入力して、リアルタイムで次の方程式、
Ｊ・ｄ ２ θ／ｄｔ ２ ＋ｒ・ｄθ／ｄｔ
＝Ｋ・ｉ・ｓｉｎθ－Ｔｓ・ｓｉｎ｛２・（θ－θ ０ ）｝－Ｔ Ｌ
Ｌ・ｄｉ／ｄｔ＋Ｋ・ｓｉｎθ・ｄθ／ｄｔ＋Ｒ・ｉ
＝Ｖ－Ｖｓ（ｉ）
ここで、 スイープドライブパルス時、前者の方程式において、Ｊはロータの慣性モーメント、θはロータ角度、ｔは時間、ｒは摩擦係数、Ｋはトルク定数、ｉはコイル電流、Ｔｓは保持トルク定数、θ ０ はロータの保持トルク平衡安定角度、Ｔ Ｌ は負荷トルクである。後者の方程式において、Ｌはドライブコイルの自己インダクタンス、Ｋは逆起電圧定数（トルク定数と同一）、Ｒはドライブコイル抵抗、Ｖは電源電圧、Ｖｓ（ｉ）はドライブＭＯＳのドロップ電圧である。スイープドライブパルス停止時、Ｒは、ドライバがオフになることに対応して、例えば、Ｒの１０ ３ 倍のＲｏｆｆへ、Ｖ、Ｖｓ（ｉ）は０へ変更される。 を計算し、ロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを出力し、その後は、スイープドライブパルス幅と、該ステップモータモデルが出力したロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを入力して、前記方程式を計算し、ロータ角度θ、ロータ角速度ｄθ／ｄｔとコイル電流ｉを出力していく。
に基づき、
さらに、ロータの前記設定角速度と前記ステップモータモデルが出力した前記ロータ角速度ｄθ／ｄｔの差の比例と積分の加算から生成した前記スイープドライブパルス幅と、前記ロータ角度θに基づき、スイープドライブパルス発生回路はドライバへ、スイープドライブパルスを入力する角速度制御で該ドライバが前記ステップモータをスイープドライブすることによって達成される。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0012】
前記ステップモータモデルの負荷トルクは、前記コイルの両端間に生ずる逆起電圧から、ゼロクロスのロータ角度を検出し、該ゼロクロスのロータ角度を前記ステップモータモデルに入力し、次の式、
Ｔ Ｌ ＝－Ｊ・ｄ ２ θ／ｄｔ ２ －ｒ・ｄθ／ｄｔ－Ｔ Ｓ・ ｓｉｎ｛２・（θ－θ ０ ）｝
から、１８０度おきに補正される。
Ｔ Ｌ ＝－Ｊ・ｄ ２ θ／ｄｔ ２ －ｒ・ｄθ／ｄｔ－Ｔ Ｓ・ ｓｉｎ｛２・（θ－θ ０ ）｝
から、１８０度おきに補正される。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0013】
前記ステップモータのステータのヨークのブリッジには、保持トルクを縮小するための、保持トルク縮小コイルを設け、スイープドライブ時、該保持トルク縮小コイルに直流電流を印加し、保持トルクが縮小される。