(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的エネルギ源と、前記機械的エネルギ源によって駆動され誘起電力を発生して電気的エネルギを供給する発電機と、前記電気的エネルギにより駆動されて前記発電機の回転周期を制御する回転制御装置とを備える電子機器において、
前記回転制御装置は、
時間標準源からの信号に基づいて基準信号を発生する基準信号発生装置と、
前記発電機のロータの回転検出信号を出力する回転検出回路と、
前記基準信号と前記回転検出信号とに基づいて前記発電機の回転周期を制御する強ブレーキ制御用と弱ブレーキ制御用のブレーキ制御信号を出力する制動制御回路と、
前記発電機の両端を閉ループ状態に接続可能なスイッチと、を備え、
前記制動制御回路は、
前記スイッチに印加されるデューティ比および周波数の少なくとも一方が異なる強ブレーキ制御用および弱ブレーキ制御用に設定された２種類以上のチョッピング信号であって、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号および弱ブレーキ制御用のチョッピング信号の各々において前記発電機のロータの回転周波数の５倍以上の周波数を有するチョッピング信号を発生し、かつ前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号を前記スイッチに印加する強ブレーキ開始タイミングおよび前記弱ブレーキ制御用のチョッピング信号を前記スイッチに印加する弱ブレーキ開始タイミングの少なくとも一方を前記発電機のロータの回転検出信号に同期させ、且つ前記同期させられた前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号または前記弱ブレーキ制御用のチョッピング信号の開始タイミングも前記発電機のロータの回転検出信号に同期させて前記発電機をチョッピング制御するチョッピング信号発生部を、
を備えて構成されていることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
請求項１に記載の電子機器において、
前記チョッピング信号発生部は、前記スイッチに印加するチョッピング信号を強ブレーキ制御用から弱ブレーキ制御用に切り換える弱ブレーキ開始タイミング、または、前記スイッチに印加するチョッピング信号を弱ブレーキ制御用から強ブレーキ制御用に切り換える強ブレーキ開始タイミングを、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号、または、弱ブレーキ制御用のチョッピング信号に同期させていることを特徴とする電子機器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電子機器において、
前記チョッピング信号発生部は、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号の出力を基準信号の１周期以上に渡って継続可能に構成されていることを特徴とする電子機器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の電子機器は、計時装置であることを特徴とする電子機器。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の電子機器は、オルゴールまたはメトロノームであることを特徴とする電子機器。
【請求項６】
機械的エネルギ源と、前記機械的エネルギ源によって駆動され、誘起電力を発生して電気的エネルギを供給する発電機と、前記電気的エネルギにより駆動されて前記発電機の回転周期を制御する回転制御装置と、時刻を表示する時刻表示装置とを備える電子制御式機械時計において、
前記回転制御装置は、
時間標準源からの信号に基づいて基準信号を発生する基準信号発生装置と、
前記発電機のロータの回転検出信号を出力する回転検出回路と、
前記基準信号と前記回転検出信号とに基づいて前記発電機の回転周期を制御する強ブレーキ制御用と弱ブレーキ制御用のブレーキ制御信号を出力する制動制御回路と、
前記発電機の両端を閉ループ状態に接続可能なスイッチと、を備え、
前記制動制御回路は、
前記スイッチに印加されるデューティ比および周波数の少なくとも一方が異なる強ブレーキ制御用および弱ブレーキ制御用に設定された２種類以上のチョッピング信号であって、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号および弱ブレーキ制御用のチョッピング信号の各々において前記発電機のロータの回転周波数の５倍以上の周波数を有するチョッピング信号を発生し、かつ前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号を前記スイッチに印加する強ブレーキ開始タイミングおよび前記弱ブレーキ制御用のチョッピング信号を前記スイッチに印加する弱ブレーキ開始タイミングの少なくとも一方を前記発電機のロータの回転検出信号に同期させ、且つ前記同期させられた前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号または前記弱ブレーキ制御用のチョッピング信号の開始タイミングも前記発電機のロータの回転検出信号に同期させて前記発電機をチョッピング制御するチョッピング信号発生部を、
を備えて構成されていることを特徴とする電子制御式機械時計。
【請求項７】
請求項６に記載の電子制御式機械時計において、
前記チョッピング信号発生部は、前記スイッチに印加するチョッピング信号を強ブレーキ制御用から弱ブレーキ制御用に切り換える弱ブレーキ開始タイミング、または、前記スイッチに印加するチョッピング信号を弱ブレーキ制御用から強ブレーキ制御用に切り換える強ブレーキ開始タイミングを、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号、または、弱ブレーキ制御用のチョッピング信号に同期させていることを特徴とする電子制御式機械時計。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の電子制御式機械時計において、
前記チョッピング信号発生部は、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号の出力を基準信号の１周期以上に渡って継続可能に構成されていることを特徴とする電子制御式機械時計。
【請求項９】
機械的エネルギ源と、前記機械的エネルギ源によって駆動され、誘起電力を発生して電気的エネルギを供給する発電機と、前記電気的エネルギにより駆動されて前記発電機の回転周期を制御する回転制御装置とを備える電子機器の制御方法において、
前記回転制御装置は、時間標準源からの信号に基づいて基準信号を発生する基準信号発生装置と、前記発電機のロータの回転検出信号を出力する回転検出回路と、前記基準信号と前記回転検出信号とに基づいて前記発電機の回転周期を制御する強ブレーキ制御用と弱ブレーキ制御用のブレーキ制御信号を出力する制動制御回路と、前記発電機の両端を閉ループ状態に接続可能なスイッチと、を備え、前記制動制御回路は、前記スイッチに印加されるデューティ比および周波数の少なくとも一方が異なる強ブレーキ制御用および弱ブレーキ制御用に設定された２種類以上のチョッピング信号であって、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号および弱ブレーキ制御用のチョッピング信号の各々において前記発電機のロータの回転周波数の５倍以上の周波数を有するチョッピング信号を発生するチョッピング信号発生部を備えているとともに、前記発電機のロータの回転検出信号が入力された際に、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号を前記スイッチに印加するとともに、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号を開始させることを特徴とする電子機器の制御方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の電子機器の制御方法において、
前記回転制御装置は、前記基準信号が入力された際に、前記スイッチに印加するチョッピング信号を、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号に同期して弱ブレーキ制御用のチョッピング信号に切り換えることを特徴とする電子機器の制御方法。
【請求項１１】
機械的エネルギ源と、前記機械的エネルギ源によって駆動されて誘起電力を発生して電気的エネルギを供給する発電機と、前記電気的エネルギにより駆動されて前記発電機の回転周期を制御する回転制御装置と、時刻を表示する時刻表示装置とを備える電子制御式機械時計の制御方法において、
前記回転制御装置は、時間標準源からの信号に基づいて基準信号を発生する基準信号発生装置と、前記発電機のロータの回転検出信号を出力する回転検出回路と、前記基準信号と前記回転検出信号とに基づいて前記発電機の回転周期を制御する強ブレーキ制御用と弱ブレーキ制御用のブレーキ制御信号を出力する制動制御回路と、前記発電機の両端を閉ループ状態に接続可能なスイッチと、を備え、前記制動制御回路は、前記スイッチに印加されるデューティ比および周波数の少なくとも一方が異なる強ブレーキ制御用および弱ブレーキ制御用に設定された２種類以上のチョッピング信号であって、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号および弱ブレーキ制御用のチョッピング信号の各々において前記発電機のロータの回転周波数の５倍以上の周波数を有するチョッピング信号を発生するチョッピング信号発生部を備えているとともに、前記発電機のロータの回転検出信号が入力された際に、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号を前記スイッチに印加するとともに、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号を開始させることを特徴とする電子制御式機械時計の制御方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電子制御式機械時計の制御方法において、
前記回転制御装置は、前記基準信号が入力された際に、前記スイッチに印加するチョッピング信号を、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号に同期して弱ブレーキ制御用のチョッピング信号に切り換えることを特徴とする電子制御式機械時計の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゼンマイ等の機械的エネルギ源の機械的エネルギを発電機で電気的エネルギに変換し、その電気的エネルギにより回転制御装置を作動させて発電機の回転周期を制御することにより、指針等の作動部を正確に駆動する電子機器、電子制御式機械時計およびそれらの制御方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
ゼンマイが開放する時の機械的エネルギを発電機で電気的エネルギに変換し、その電気的エネルギにより回転制御装置を作動させて発電機のコイルに流れる電流値を制御することにより、輪列に固定される指針を正確に駆動して正確に時刻を表示する電子制御式機械時計として、特公平７−１１９８１２号公報に記載されたものが知られている。
【０００３】
この特公平７−１１９８１２号公報に記載された発明では、水晶振動子などからの基準信号の周期で周期的に互いに続いて生じる複数の第１時間点の各々において、ブレーキオフ制御を行うとともに、前記基準信号の周期の中で第１時間点から隔置された第２時間点で、ブレーキオン制御を行っており、基準周期の１周期の中で、必ずブレーキオン制御とブレーキオフ制御とを行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ある基準周期の第２時間点で開始されたブレーキオン制御は、発電機の回転状態に関わらず、次の基準周期の第１時間点の時にブレーキオフ制御に強制的に切り換えられるため、状態によっては十分なブレーキ量を与えることができず、調速するまでに時間が掛かるという問題があった。
【０００５】
特に、本出願人は、前記特公平７−１１９８１２号公報に記載された発明と異なり、チョッピング信号を印加することで発電機をチョッピング制御し、ブレーキトルクを増加させながら発電電力の低下を抑える制御方法を開発していた。しかし、このようなチョッピング信号を用いたブレーキ制御時に、特公平７−１１９８１２号公報に記載された発明のように、各基準周期に合わせてブレーキ制御が切り替わると、チョッピング信号の周期に関係なく切り替わってしまい、精度の良いブレーキ制御を行えない可能性がある。
【０００６】
また、電子制御式機械時計に限らず、ゼンマイやゴムなどの機械的エネルギ源によって回転制御される部分を有するオルゴールやメトロノーム、おもちゃ、電気かみそりなどの各種電子機器においても、精度の良いブレーキ制御を行って各作動部、例えばオルゴールのドラムやメトロノームの振子の作動を精度良くしたいという要望は常に生じていた。
【０００７】
本発明の目的は、チョッピング信号を用いたブレーキ制御を行っている場合に、確実かつ十分なブレーキ量を与えることができ、調速制御の応答性を高め、安定した制御を行うことができる電子機器、電子制御式機械時計およびそれらの制御方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の電子機器は、機械的エネルギ源と、前記機械的エネルギ源によって駆動され誘起電力を発生して電気的エネルギを供給する発電機と、前記電気的エネルギにより駆動されて前記発電機の回転周期を制御する回転制御装置とを備える電子機器において、前記回転制御装置は、時間標準源からの信号に基づいて基準信号を発生する基準信号発生装置と、前記発電機のロータの回転検出信号を出力する回転検出回路と、前記基準信号と前記回転検出信号とに基づいて前記発電機の回転周期を制御する強ブレーキ制御用と弱ブレーキ制御用のブレーキ制御信号を出力する制動制御回路と、前記発電機の両端を閉ループ状態に接続可能なスイッチと、を備え、前記制動制御回路は、前記スイッチに印加されるデューティ比および周波数の少なくとも一方が異なる強ブレーキ制御用および弱ブレーキ制御用に設定された２種類以上のチョッピング信号であって、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号および弱ブレーキ制御用のチョッピング信号の各々において前記発電機のロータの回転周波数の５倍以上の周波数を有するチョッピング信号を発生し、かつ前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号を前記スイッチに印加する強ブレーキ開始タイミングおよび前記弱ブレーキ制御用のチョッピング信号を前記スイッチに印加する弱ブレーキ開始タイミングの少なくとも一方を前記発電機のロータの回転検出信号に同期させ、且つ前記同期させられた前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号または前記弱ブレーキ制御用のチョッピング信号の開始タイミングも前記発電機のロータの回転検出信号に同期させて前記発電機をチョッピング制御するチョッピング信号発生部を、
を備えて構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明では、例えば強ブレーキ開始タイミングをロータの回転検出信号に同期させ、且つ前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号の開始タイミングも前記ロータの回転検出信号に同期させているので、回転検出信号の入力によって強ブレーキ状態になると同時に強ブレーキを即座にかつ確実に掛けることができ、調速制御を安定して行うことができるとともに、応答性も早くすることができる。また、この場合、弱ブレーキ開始タイミングもロータの回転検出信号に同期させていれば、強ブレーキ状態から弱ブレーキ状態への移行タイミングを、強ブレーキ制御用のチョッピング信号の１周期が終わってからにすることができ、ブレーキ量の制御精度を向上することができる。
【００１０】
なお、本発明においては、強ブレーキ用チョピング信号の開始タイミングのみをロータの回転検出信号に同期させてもよく、弱ブレーキ用チョピング信号の開始タイミングのみをロータの回転検出信号に同期させてもよく、さらには、強ブレーキ用チョピング信号の開始タイミングおよび弱ブレーキ用チョピング信号の開始タイミングの両方をロータの回転検出信号に同期させてもよい。
【００１１】
この際、前記チョッピング信号発生部は、前記スイッチに印加するチョッピング信号を強ブレーキ制御用から弱ブレーキ制御用に切り換える弱ブレーキ開始タイミング、または、前記スイッチに印加するチョッピング信号を弱ブレーキ制御用から強ブレーキ制御用に切り換える強ブレーキ開始タイミングを、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号、または、弱ブレーキ制御用のチョッピング信号の開始タイミングに同期させているものである。なお、本発明において、チョッピング制御とは、発電機のロータに比べて高い周波数の制御信号（チョッピング信号）を用いて、発電機の両端を閉ループにしたり開ループにしたりする制御である。そして、この制御に用いられるチョッピング信号（制御信号）は、周波数が例えばロータの回転周波数の５〜１５０倍であるような信号である。
【００１２】
このようにすれば、強ブレーキ状態から弱ブレーキ状態への移行タイミングや、弱ブレーキ状態から強ブレーキ状態への移行タイミングが、強ブレーキ制御用または弱ブレーキ制御用のチョッピング信号の１周期が終わってからになるため、強ブレーキ制御時あるいは弱ブレーキ制御時のチョッピング信号を必ずその周期に応じた時間だけ掛けることができ、ブレーキ量を各周期の整数倍で制御することができ、制御精度をより一層向上することができる。
【００１３】
なお、前記スイッチによる閉ループ状態とは、閉ループ状態ではない場合と比べて発電機に加わるブレーキ力が大きくなる状態であればよく、閉ループとされた回路上に、例えばスイッチと発電機との間等に、抵抗素子等が設けられていてもよい。但し、閉ループ状態は、各発電機の端子間を容易に同電位にできてショートブレーキを効率的に掛けられる点で、発電機の各端子間を直接短絡して構成することが好ましい。
【００１４】
また、前記チョッピング信号発生部は、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号の出力を基準信号の１周期以上に渡って継続可能に構成されていることが好ましい。
【００１５】
このように構成されていれば、特に発電機の回転速度が高い際に、連続して強ブレーキ制御を行うこともできるため、１周期の間に必ずブレーキオフ制御が組み込まれる特公平７−１１９８１２号公報に記載の発明に比べて、迅速にかつ効率的に調速制御を行うことができる。
【００１６】
また、前記電子機器は、計時装置や、オルゴールまたはメトロノームであることが好ましい。これらによれば、持続時間が長くかつ正確に回転制御される計時装置やオルゴールまたはメトロノームを提供することができる。
【００１７】
請求項６に記載の電子制御式機械時計は、機械的エネルギ源と、前記機械的エネルギ源によって駆動され、誘起電力を発生して電気的エネルギを供給する発電機と、前記電気的エネルギにより駆動されて前記発電機の回転周期を制御する回転制御装置と、時刻を表示する時刻表示装置とを備える電子制御式機械時計において、
前記回転制御装置は、時間標準源からの信号に基づいて基準信号を発生する基準信号発生装置と、前記発電機のロータの回転検出信号を出力する回転検出回路と、前記基準信号と前記回転検出信号とに基づいて前記発電機の回転周期を制御する強ブレーキ制御用と弱ブレーキ制御用のブレーキ制御信号を出力する制動制御回路と、前記発電機の両端を閉ループ状態に接続可能なスイッチと、を備え、
前記制動制御回路は、前記スイッチに印加されるデューティ比および周波数の少なくとも一方が異なる強ブレーキ制御用および弱ブレーキ制御用に設定された２種類以上のチョッピング信号であって、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号および弱ブレーキ制御用のチョッピング信号の各々において前記発電機のロータの回転周波数の５倍以上の周波数を有するチョッピング信号を発生し、かつ前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号を前記スイッチに印加する強ブレーキ開始タイミングおよび前記弱ブレーキ制御用のチョッピング信号を前記スイッチに印加する弱ブレーキ開始タイミングの少なくとも一方を前記発電機のロータの回転検出信号に同期させ、且つ前記同期させられた前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号または前記弱ブレーキ制御用のチョッピング信号の開始タイミングも前記発電機のロータの回転検出信号に同期させて前記発電機をチョッピング制御するチョッピング信号発生部を、
を備えて構成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明では、例えば強ブレーキ開始タイミングをロータの回転検出信号に同期させ、且つ前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号の開始タイミングも前記ロータの回転検出信号に同期させているので、回転検出信号の入力によって強ブレーキ状態になると同時に強いブレーキを即座にかつ確実に掛けることができ、調速制御を安定して行うことができるとともに、応答性も早くすることができる。このため、特に調速精度が指針の指示精度につながる電子制御式機械時計においても、調速精度を非常に高くでき、高精度の時計を提供することができる。また、この場合、弱ブレーキ開始タイミングをロータの回転検出信号に同期させていれば、強ブレーキ状態から弱ブレーキ状態への移行タイミングを、強ブレーキ制御用のチョッピング信号の１周期が終わってからにすることができ、ブレーキ量の制御精度を向上することができる。
【００１９】
この際も、前記チョッピング信号発生部は、前記スイッチに印加するチョッピング信号を強ブレーキ制御用から弱ブレーキ制御用に切り換える弱ブレーキ開始タイミング、または、前記スイッチに印加するチョッピング信号を弱ブレーキ制御用から強ブレーキ制御用に切り換える強ブレーキ開始タイミングを、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号、または、弱ブレーキ制御用のチョッピング信号の開始タイミングに同期させているものである。
【００２０】
このようにすれば、強ブレーキ状態から弱ブレーキ状態への移行タイミングや、弱ブレーキ状態から強ブレーキ状態への移行タイミングが、強ブレーキ制御用または弱ブレーキ制御用のチョッピング信号の１周期が終わってからになるため、強ブレーキ制御時あるいは弱ブレーキ制御時のチョッピング信号を必ずその周期に応じた時間だけ掛けることができ、ブレーキ量を各周期の整数倍で制御することができ、制御精度をより一層向上することができる。このため、電子制御式機械時計の指示精度もより一層高くすることができる。
【００２１】
また、前記チョッピング信号発生部は、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号の出力を基準信号の１周期以上に渡って継続可能に構成されていることが好ましい。
【００２２】
このように構成されていれば、特に発電機の回転速度が高い際に、連続して強ブレーキ制御を行うこともできるため、１周期の間に必ずブレーキオフ制御が組み込まれる特公平７−１１９８１２号公報に記載の発明に比べて、迅速にかつ効率的に調速制御を行うことができる。このため、電子制御式機械時計において、ゼンマイを巻き上げた直後のように、機械的エネルギが非常に高い場合でも、迅速に調速することができ、指示誤差の発生を抑えることができる。
【００２３】
請求項９に記載の電子機器の制御方法は、機械的エネルギ源と、前記機械的エネルギ源によって駆動され、誘起電力を発生して電気的エネルギを供給する発電機と、前記電気的エネルギにより駆動されて前記発電機の回転周期を制御する回転制御装置とを備える電子機器の制御方法において、
前記回転制御装置は、時間標準源からの信号に基づいて基準信号を発生する基準信号発生装置と、前記発電機のロータの回転検出信号を出力する回転検出回路と、前記基準信号と前記回転検出信号とに基づいて前記発電機の回転周期を制御する強ブレーキ制御用と弱ブレーキ制御用のブレーキ制御信号を出力する制動制御回路と、前記発電機の両端を閉ループ状態に接続可能なスイッチと、を備え、前記制動制御回路は、前記スイッチに印加されるデューティ比および周波数の少なくとも一方が異なる強ブレーキ制御用および弱ブレーキ制御用に設定された２種類以上のチョッピング信号であって、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号および弱ブレーキ制御用のチョッピング信号の各々において前記発電機のロータの回転周波数の５倍以上の周波数を有するチョッピング信号を発生するチョッピング信号発生部を備えているとともに、前記発電機のロータの回転検出信号が入力された際に、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号を前記スイッチに印加するとともに、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号を開始させることを特徴とするものである。
【００２４】
この際、前記回転制御装置は、前記基準信号が入力された際に、前記スイッチに印加するチョッピング信号を、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号に同期して弱ブレーキ制御用のチョッピング信号に切り換えることが好ましい。
【００２５】
本発明においても、強ブレーキ開始タイミングをロータの回転検出信号に同期させ、且つ前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号の開始タイミングも前記ロータの回転検出信号に同期させているので、回転検出信号の入力によって強ブレーキ状態になると同時に強いブレーキを即座にかつ確実に掛けることができ、調速制御を安定して行うことができるとともに、応答性も早くすることができる。
【００２６】
請求項１１に記載の電子制御式機械時計の制御方法は、機械的エネルギ源と、前記機械的エネルギ源によって駆動されて誘起電力を発生して電気的エネルギを供給する発電機と、前記電気的エネルギにより駆動されて前記発電機の回転周期を制御する回転制御装置と、時刻を表示する時刻表示装置とを備える電子制御式機械時計の制御方法において、
前記回転制御装置は、時間標準源からの信号に基づいて基準信号を発生する基準信号発生装置と、前記発電機のロータの回転検出信号を出力する回転検出回路と、前記基準信号と前記回転検出信号とに基づいて前記発電機の回転周期を制御する強ブレーキ制御用と弱ブレーキ制御用のブレーキ制御信号を出力する制動制御回路と、前記発電機の両端を閉ループ状態に接続可能なスイッチと、を備え、前記制動制御回路は、前記スイッチに印加されるデューティ比および周波数の少なくとも一方が異なる強ブレーキ制御用および弱ブレーキ制御用に設定された２種類以上のチョッピング信号であって、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号および弱ブレーキ制御用のチョッピング信号の各々において前記発電機のロータの回転周波数の５倍以上の周波数を有するチョッピング信号を発生するチョッピング信号発生部を備えているとともに、前記発電機のロータの回転検出信号が入力された際に、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号を前記スイッチに印加するとともに、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号を開始させることを特徴とするものである。
【００２７】
この際、前記回転制御装置は、前記基準信号が入力された際に、前記スイッチに印加するチョッピング信号を、前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号に同期して弱ブレーキ制御用のチョッピング信号に切り換えることが好ましい。
【００２８】
本発明においても、強ブレーキ開始タイミングをロータの回転検出信号に同期させ、且つ前記強ブレーキ制御用のチョッピング信号の開始タイミングも前記ロータの回転検出信号に同期させているので、回転検出信号の入力によって強ブレーキ状態になると同時に強いブレーキを即座にかつ確実に掛けることができ、調速制御を安定して行うことができるとともに、応答性も早くすることができる。このため、時計の指示精度もより一層向上することができる。
【００２９】
なお、各チョッピング信号の周波数は、対象となる発電機の特性等に応じて適宜設定できるが、例えば５００〜１０００Hz程度の周波数の高い弱ブレーキ制御用のチョッピング信号と、１０〜１００Hz程度の周波数の低い強ブレーキ制御用のチョッピング信号とを用いればよい。
【００３０】
さらに、周波数だけではなくデューティ比も異なるチョッピング信号を用いてチョッピング制御してもよい。特に、強ブレーキ制御時には、周波数が低くデューティ比が高いチョッピング信号を用い、弱ブレーキ制御時には、周波数が高くデューティ比が小さいチョッピング信号を用いれば、効率的にブレーキ制御を行うことができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１は、本発明の第１実施形態の電子制御式機械時計の構成を示すブロック図である。
【００３３】
電子制御式機械時計は、機械的エネルギ源としてのゼンマイ１ａと、ゼンマイ１ａのトルクを発電機２０に伝達する機械エネルギー伝達装置である増速輪列（番車）７と、増速輪列７に連結されて時刻表示を行う時刻表示装置である指針１３とを備えている。
【００３４】
発電機２０は、増速輪列７を介してゼンマイ１ａによって駆動され、誘起電力を発生して電気的エネルギを供給する。この発電機２０からの交流出力は、昇圧整流、全波整流、半波整流、トランジスタ整流等からなる整流回路２１を通して昇圧、整流され、コンデンサ（電源回路）２２に充電供給される。
【００３５】
このコンデンサ２２から供給される電力によって回転制御装置５０が駆動され、この回転制御装置５０により発電機２０が調速制御されている。回転制御装置５０は、発振回路５１、分周回路５２、ロータの回転検出回路５３、ブレーキの制動制御回路５５を備えて構成され、図２にも示すように、発電機２０に設けられたブレーキ回路１２０を制御することで、発電機２０を調速している。
【００３６】
ブレーキ回路１２０は、発電機２０で発電された交流信号（交流電流）が出力される第１の出力端子ＭＧ１、第２の出力端子ＭＧ２を短絡等によって閉ループさせてショートブレーキを掛ける第１および第２のスイッチ１２１，１２２により構成され、調速機を兼用した発電機２０に組み込まれている。
【００３７】
第１のスイッチ１２１は、第２の出力端子ＭＧ２にゲートが接続されたＰｃｈの第１の電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）１２６と、制動制御回路５５からのチョッピング信号（チョッピングパルス）ＣＨ３がゲートに入力される第２の電界効果型トランジスタ１２７とが並列に接続されて構成され、第１の出力端子ＭＧ１とコンデンサ２２の第１の入力端子２２ａとの間に配置されている。
【００３８】
また、第２のスイッチ１２２は、第１の出力端子ＭＧ１にゲートが接続されたＰｃｈの第３の電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）１２８と、制動制御回路５５からのチョッピング信号（チョッピングパルス）ＣＨ３がゲートに入力される第４の電界効果型トランジスタ１２９とが並列に接続されて構成され、第１のスイッチ１２１と同様に、第１の出力端子ＭＧ１とコンデンサ２２の第１の入力端子２２ａとの間に配置されている。
【００３９】
発電機２０の各出力端子ＭＧ１，ＭＧ２と、コンデンサ２２の第２の入力端子２２ｂとの間には、昇圧用のコンデンサ１２３、ダイオード１２４，１２５がそれぞれ配置されている。
【００４０】
これらの発電機２０に接続された昇圧用のコンデンサ１２３、ダイオード１２４，１２５、第１のスイッチ１２１、第２のスイッチ１２２を備えて倍電圧整流回路２１（図１では整流回路２１）が構成されている。そして、この整流回路２１で整流された直流信号は、整流回路２１から各入力端子２２ａ，２２ｂを介してコンデンサ２２に充電される。
【００４１】
なお、ダイオード１２４，１２５としては、一方向に電流を流す一方向性素子であればよく、その種類は問わない。特に、電子制御式機械時計では、発電機２０の起電圧が小さいため、ダイオード１２５としては降下電圧Ｖｆが小さいショットキーバリアダイオードを用いることが好ましい。また、ダイオード１２４としては、逆リーク電流が小さいシリコンダイオードを用いることが好ましい。
【００４２】
回転制御装置５０の発振回路５１は、図３にも示すように、時間標準源である水晶振動子５１Ａを用いて発振信号（３２７６８Hz）を出力し、この発振信号は１２段のフリップフロップからなる分周回路５２によってある一定周期まで分周される。分周回路５２の１２段目の出力Ｑ１２は、８Hzの基準信号ｆｓとして出力されている。従って、発振回路５１および分周回路５２により、基準信号発生装置が構成されている。なお、分周回路５２の出力Ｑ４は２０４８Hz、出力Ｑ５は１０２４Hz、出力Ｑ６は５１２Hz、出力Ｑ７は２５６Hzの各信号を出力している。
【００４３】
回転検出回路５３は、発電機２０に接続された波形整形回路６１とモノマルチバイブレータ６２とで構成されている。波形整形回路６１は、アンプ、コンパレータで構成され、発電機２０のロータの回転に伴い出力される正弦波を矩形波に変換する。モノマルチバイブレータ６２は、ある周期以下のパルスだけを通過させるバンドパス・フィルターとして機能し、ノイズを除去した回転検出信号ＦＧ１を出力する。
【００４４】
制動制御回路５５は、アップダウンカウンタ５４と、同期回路７０と、チョッピング信号発生部８０とを備えている。
【００４５】
アップダウンカウンタ５４のアップカウント入力およびダウンカウント入力には、回転検出回路５３の回転検出信号ＦＧ１および分周回路５２からの基準信号ｆｓが同期回路７０を介してそれぞれ入力されている。
【００４６】
同期回路７０は、図３にも示すように、４つのフリップフロップ７１やＡＮＤゲート７２からなり、分周回路５２の４段目の出力（２０４８Hz）や５段目の出力（１０２４Hz）の信号を利用して、回転検出信号ＦＧ１を基準信号ｆｓ（８Hz）に同期させるとともに、これらの各信号パルスが重なって出力されないように調整している。
【００４７】
アップダウンカウンタ５４は、４ビットのカウンタで構成されている。アップダウンカウンタ５４のアップカウント入力には、前記回転検出信号ＦＧ１に基づく信号（ＵＣＬ：アップカウント信号）が同期回路７０から入力され、ダウンカウント入力には、前記基準信号ｆｓに基づく信号（ＤＣＬ：ダウンカウント信号）が同期回路７０から入力される。これにより、基準信号ｆｓおよび回転検出信号ＦＧ１の計数と、その差の算出とが同時に行えるようになっている。
【００４８】
なお、このアップダウンカウンタ５４には、４つのデータ入力端子（プリセット端子）Ａ〜Ｄが設けられており、端子Ａ，Ｂ，ＤにＨレベル信号が入力されていることで、アップダウンカウンタ５４の初期値（プリセット値）がカウンタ値「１１」に設定されている。
【００４９】
また、アップダウンカウンタ５４のＬＯＡＤ入力端子には、コンデンサ２２に接続されてコンデンサ２２に最初に電力が供給された際に、システムリセット信号ＳＲを出力する初期化回路９１が接続されている。なお、本実施形態では、初期化回路９１は、コンデンサ２２の充電電圧が所定電圧になるまではＨレベルの信号を出力し、所定電圧以上になればＬレベルの信号を出力するように構成されている。
【００５０】
アップダウンカウンタ５４は、ＬＯＡＤ入力つまりシステムリセット信号ＳＲがＬレベルになるまでは、アップダウン入力を受け付けないため、アップダウンカウンタ５４のカウンタ値は「１１」に維持される。
【００５１】
アップダウンカウンタ５４は、４ビットの出力ＱＡ〜ＱＤを有している。従って、カウンタ値が「１２」以上であれば、３，４ビット目の出力ＱＣ，ＱＤは共にＨレベル信号を出力し、カウンタ値が「１１」以下であれば、３，４ビット目の出力ＱＣ，ＱＤの少なくとも一方は必ずＬレベル信号を出力する。
【００５２】
従って、出力ＱＣ，ＱＤが入力されるＡＮＤゲート１１０の出力ＬＢＳは、アップダウンカウンタ５４のカウンタ値が「１２」以上であればＨレベル信号となり、カウンタ値が「１１」以下であればＬレベル信号となる。この出力ＬＢＳは、チョッピング信号発生部８０に接続されている。
【００５３】
なお、出力ＱＡ〜ＱＤが入力されたＮＡＮＤゲート１１１およびＯＲゲート１１２の各出力は、同期回路７０からの出力が入力されるＮＡＮＤゲート１０２にそれぞれ入力されている。従って、例えばアップカウント信号の入力が複数個続いてカウンタ値が「１５」になると、ＮＡＮＤゲート１１１からはＬレベル信号が出力され、さらにアップカウント信号がＮＡＮＤゲート１０２に入力されても、その入力はキャンセルされてアップダウンカウンタ５４にアップカウント信号がそれ以上入力されないように設定されている。同様に、カウンタ値が「０」になると、ＯＲゲート１１２からはＬレベル信号が出力されるため、ダウンカウント信号の入力はキャンセルされる。これにより、カウンタ値が「１５」を越えて「０」になったり、「０」を越えて「１５」になったりしないように設定されている。
【００５４】
チョッピング信号発生部８０は、第１のチョッピング信号ＣＨ１１を出力する第１チョッピング信号発生手段８１と、第２のチョッピング信号ＣＨ２１を出力する第２チョッピング信号発生手段８５と、ＡＮＤゲート１１０からの出力ＬＢＳに応じて各チョッピング信号ＣＨ１１，２１を切り換えて出力する切替回路１００とを備えて構成されている。
【００５５】
第１チョッピング信号発生手段８１は、３つのＡＮＤゲート８２〜８４で構成され、分周回路５２の出力Ｑ４〜Ｑ７を利用して第１のチョッピング信号ＣＨ１１を出力するように構成されている。
【００５６】
第２チョッピング信号発生手段８５は、分周回路５２の出力Ｑ６をクロック入力とし、かつ信号ＵＣＬでリセットされる１／５分周回路で構成され、第２のチョッピング信号ＣＨ２１を出力するように構成されている。
【００５７】
切替回路１００は、前記アップダウンカウンタ５４からの出力ＬＢＳがデータ入力とされ、チョッピング信号ＣＨ２１がクロック入力とされてブレーキ状態および非ブレーキ状態の切替信号ＬＢＳ１を出力するフリップフロップ８６と、切替信号ＬＢＳ１の状態によって弱ブレーキ制御用のチョッピング信号（前記第１のチョッピング信号ＣＨ１１を反転した信号）や、強ブレーキ制御用のチョッピング信号（第２のチョッピング信号ＣＨ２１を反転した信号）をチョッピング信号ＣＨ３１として出力する各ＡＮＤゲート８７，８８およびＮＯＲゲート８９とを備えている。
【００５８】
従って、チョッピング信号発生部８０のＮＯＲゲート８９からの出力ＣＨ３１は、図４，５に示すように、周波数が高く（２５６Hz）、デューティ比（１周期におけるブレーキ期間、つまりＬレベル期間の長さ）が小さな弱ブレーキ制御用のチョッピング信号（第１のチョッピング信号ＣＨ１１を反転した信号）と、周波数が低く（５１２／５＝１０２．４Hz）、デューティ比が大きな強ブレーキ制御用のチョッピング信号（第２のチョッピング信号ＣＨ２１を反転した信号）とが出力ＬＢＳ１によって切り換えられてチョッピング信号ＣＨ３１として出力されている。
【００５９】
このチョッピング信号ＣＨ３１は、ブレーキ回路１２０の各トランジスタ１２７，１２９に入力されている。従って、チョッピング信号ＣＨ３１がＬレベル信号となっている時には、各トランジスタ１２７，１２９つまりスイッチ１２１，１２２はオン状態に維持され、発電機２０がショートされて閉ループ状態となり、ブレーキが掛かる。
【００６０】
一方、チョッピング信号ＣＨ３１がＨレベル信号となっている時には、スイッチ１２１，１２２はオフ状態に維持され、発電機２０にはブレーキが加わらない。従って、チョッピング信号ＣＨ３１によって発電機２０をチョッピング制御することができる。
【００６１】
次に、本実施形態における動作を図４，５，６のタイミングチャートと、図７のフローチャートとを参照して説明する。
【００６２】
発電機２０が作動し始めて、初期化回路９１からＬレベルのシステムリセット信号ＳＲがアップダウンカウンタ５４のＬＯＡＤ入力に入力されると（Ｓ１１）、回転検出信号ＦＧ１に基づくアップカウント信号（ＵＣＬ）と、基準信号ｆｓに基づくダウンカウント信号（ＤＣＬ）とがアップダウンカウンタ５４でカウントされる（Ｓ１２）。これらの各信号は、同期回路７０によって同時にカウンタ５４に入力されないように設定されている。
【００６３】
このため、初期カウント値が「１１」に設定されている状態から、アップカウント信号（ＵＣＬ）が入力されるとカウンタ値は「１２」となり、出力ＬＢＳがＨレベル信号となり、チョッピング信号発生部８０のフリップフロップ８６に出力される。同時に、ＵＣＬによって第２チョッピング信号発生手段（１／５分周回路）８５がリセットされ、フリップフロップ８６のクロック回路にパルス信号が入力される。このため、ＵＣＬが入力されてカウンタ値が「１２」になると、フリップフロップ８６の出力ＬＢＳ１も即座にＨレベル信号に切り替わる。
【００６４】
一方、ダウンカウント信号（ＤＣＬ）が入力されてカウンタ値が「１１」に戻った場合には、出力ＬＢＳはＬレベル信号となる。但し、フリップフロップ８６の出力ＬＢＳ１は、チョッピング信号ＣＨ２１に同期して変化するため、図５に示すように、ＤＣＬが入力されても即座にＬレベルに切り替わることはなく、チョッピング信号ＣＨ２１の１周期が終了した時にＬレベル信号に切り替わる。
【００６５】
そして、チョッピング信号発生部８０では、フリップフロップ８６の出力ＬＢＳ１からＬレベル信号が出力されている場合（カウント値「１１」以下）には、ＡＮＤゲート８８からの出力もＬレベル信号に維持されるため、ＮＯＲゲート８９からのチョッピング信号ＣＨ３１は出力ＣＨ１１が反転したチョッピング信号、つまりＨレベル信号（ブレーキオフ時間）が長く、Ｌレベル信号（ブレーキオン時間）が短いデューティ比（スイッチ１２１，１２２をオンしている比率）の小さな弱ブレーキ制御用のチョッピング信号となる。従って、基準周期におけるブレーキオン時間が短くなり、発電機２０に対しては、ほとんどブレーキが掛けられない、つまり発電電力を優先した弱ブレーキ制御が行われる（Ｓ１３，Ｓ１５）。
【００６６】
一方、フリップフロップ８６の出力ＬＢＳ１からＨレベル信号が出力されている場合（カウント値「１２」以上）には、ＡＮＤゲート８７からの出力はＬレベル信号に維持されるため、ＮＯＲゲート８９からのチョッピング信号ＣＨ３１は出力ＣＨ２１が反転したチョッピング信号、つまりデューティ比が大きくかつ周波数が前記弱ブレーキ制御用のチョッピング信号に比べて小さな強ブレーキ制御用のチョッピング信号となる。従って、基準周期におけるブレーキオン時間が長くなり、発電機２０に対しては強ブレーキ制御が行われるが、一定周期でブレーキがオフされるためにチョッピング制御が行われ、発電電力の低下を抑えつつ制動トルクを向上することができる（Ｓ１３，１４）。
【００６７】
従って、図６にも示すように、強ブレーキ制御の開始時は、ロータの回転検出信号ＦＧ１に基づくアップカウント信号（ＵＣＬ）に同期するが、強ブレーキ制御の終了時つまり弱ブレーキ制御の開始時は、基準信号ｆｓに基づくダウンカウント信号（ＤＣＬ）には同期せず、チョッピング信号ＣＨ３１の１周期が終了するまで待って開始される。この際、強ブレーキ時のチョッピング信号ＣＨ３１は、ロータの回転検出信号ＦＧ１に同期しているため、強ブレーキ時のチョッピング信号ＣＨ３１の１周期終了時に切り替わる弱ブレーキ制御開始タイミングも、ロータの回転検出信号ＦＧ１に同期していることになる。
【００６８】
但し、弱ブレーキ時のチョッピング信号ＣＨ３１（出力ＣＨ１１の反転信号）は、ロータの回転検出信号ＦＧ１に同期せずに出力されているため、開始タイミングは同期していても、実際のチョッピングのタイミングはロータの回転検出信号ＦＧ１には同期していない。
【００６９】
なお、倍電圧整流回路２１では、次のようにして発電機２０で発電した電荷をコンデンサ２２に充電している。すなわち、第１の出力端子ＭＧ１の極性が「−」で第２の出力端子ＭＧ２の極性が「＋」の時には、第１の電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）１２６がオフされ、第３の電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）１２８がオンされる。このため、発電機２０で発生した誘起電圧の電荷は、第２の出力端子ＭＧ２、コンデンサ１２３、ダイオード１２５、第１の出力端子ＭＧ１の回路によって例えば０．１μＦのコンデンサ１２３に充電されるとともに、第２の出力端子ＭＧ２、第２のスイッチ１２２、第１の入力端子２２ａ、コンデンサ２２、第２の入力端子２２ｂ、ダイオード１２４，１２５、第１の出力端子ＭＧ１の回路によって例えば１０μＦのコンデンサ２２に充電される。
【００７０】
一方、第１の出力端子ＭＧ１の極性が「＋」で第２の出力端子ＭＧ２の極性が「−」に切り替わると、第１の電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）１２６がオンされ、第３の電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）１２８がオフされる。このため、図２に示す「コンデンサ１２３→第２の出力端子ＭＧ２→発電機２０→第１の出力端子ＭＧ１→スイッチ１２１→第１の入力端子２２ａ→コンデンサ２２→第２の入力端子２２ｂ→ダイオード１２４→コンデンサ１２３」の回路によって、発電機２０で発生した誘起電圧と、コンデンサ１２３の充電電圧とが加えられた電圧でコンデンサ２２が充電される。
【００７１】
なお、各々の状態で、チョッピングパルスにより発電機２０の両端が短絡し、開放されると、コイルの両端に高電圧が誘起され、この高い充電電圧によって電源回路（コンデンサ）２２を充電することで充電効率が向上する。
【００７２】
そして、ゼンマイ１ａのトルクが大きくて発電機２０の回転速度が大きい場合などでは、アップカウント信号によりカウンタ値が「１２」になった後に、さらにアップカウント信号が入力されることがある。この場合には、カウンタ値は「１３」となり、前記出力ＬＢＳはＨレベルを維持するため、チョッピング信号ＣＨ３１により一定周期でブレーキがオフされながらブレーキが掛けられる強ブレーキ制御が行われる。この強ブレーキ制御は、基準信号ｆｓの１周期に関係なく、アップダウンカウンタ５４のカウンタ値が「１１」以下に低下するまで継続される。
【００７３】
そして、ブレーキが掛けられたことにより、発電機２０の回転速度が低下し、回転検出信号ＦＧ１が入力される前に基準信号ｆｓ（ダウンカウント信号）が２回入力されると、カウンタ値は「１２」、「１１」と低下し、「１１」になった際にブレーキが解除される弱ブレーキ制御に切り替えられる。
【００７４】
このような制御を行うと、発電機２０が設定された回転スピード近くになり、アップカウント信号と、ダウンカウント信号とが交互に入力されて、カウンタ値が「１２」と「１１」とを繰り返すロック状態に移行する。この際は、カウンタ値に応じて強ブレーキ制御及び弱ブレーキ制御が繰り返される。つまり、ロータが１回転する基準周期の１周期の期間にデューティ比が大きいチョッピング信号と、デューティ比が小さいチョッピング信号とがスイッチ１２１，１２２に印加されてチョッピング制御が行われる。
【００７５】
さらに、ゼンマイ１ａがほどけてそのトルクが小さくなると、ダウンカウント信号（ＤＣＬ）が連続して入力され、例えばカウンタ値が「１１」、「１０」と低下する場合がある。この際、出力ＬＢＳ１はＬレベルを維持するため、チョッピング信号ＣＨ３１も弱ブレーキ制御用の信号が継続して出力される。これにより、強ブレーキを掛けずに発電機２０の回転速度を基準速度に制御することになる。
【００７６】
さらに、ゼンマイ１ａがほどけると、弱ブレーキ制御のみであってもダウンカウント値が多く入力されるようになり、カウント値が「１０」以下の小さな値になると、ゼンマイ１ａのトルクが低下したと判断し、運針を停止したり、非常に低速にしたり、さらにはブザー、ランプ等を鳴らしたり、点灯させることで、利用者にゼンマイ１ａを再度巻き上げるように促す。
【００７７】
従って、アップダウンカウンタ５４の出力ＬＢＳからＨレベル信号が出力し、フリップフロップ８６の出力ＬＢＳ１からもＨレベル信号が出ている間は、デューティ比の大きなチョッピング信号による強ブレーキ制御が行われ、出力ＬＢＳからＬレベル信号が出力し、フリップフロップ８６の出力ＬＢＳ１からもＬレベル信号が出ている間は、デューティ比の小さなチョッピング信号による弱ブレーキ制御が行われる。従って、アップダウンカウンタ５４、より直接的にはフリップフロップ８６によって強ブレーキ制御と弱ブレーキ制御とが切り替えられる。
【００７８】
そして、発電機２０のＭＧ１，ＭＧ２からは、磁束の変化に応じた交流波形が出力される。この際、出力ＬＢＳ１の信号に応じて周波数およびデューティ比の異なるチョッピング信号ＣＨ３１がスイッチ１２１，１２２に適宜印加され、出力ＬＢＳ１がＨレベル信号を出力した時、つまり強ブレーキ制御時には、各チョッピングサイクル内におけるショートブレーキ時間が長くなってブレーキ量が増えて発電機２０は減速される。そして、ブレーキが掛かる分、発電量も低下するが、このショートブレーキ時に蓄えられたエネルギーを、チョッピング信号ＣＨ３１によりスイッチ１２１，１２２をオフした際に出力してチョッピング昇圧することができるため、ショートブレーキ時の発電量低下を補うことができ、発電電力の低下を抑えながら、制動トルクを増加することができる。
【００７９】
逆に、出力ＬＢＳ１がＬレベル信号を出力した際、つまり弱ブレーキ制御時には、各チョッピングサイクル内におけるショートブレーキ時間が短くなってブレーキ量が減って発電機２０は増速される。この際も、チョッピング信号ＣＨ３１によりスイッチ１２１，１２２をオンからオフした際にチョッピング昇圧することができるので、まったくブレーキを掛けずに制御した場合に比べても発電電力を向上させることができる。
【００８０】
そして、発電機２０からの交流出力は、倍電圧整流回路２１によって昇圧、整流されて電源回路（コンデンサ）２２に充電され、この電源回路２２により回転制御装置５０が駆動される。
【００８１】
このような本実施形態によれば、次のような効果がある。
【００８２】
(1) ブレーキ時のチョッピング信号ＣＨ３１の開始タイミングをロータの回転検出信号ＦＧ１に基づくアップカウント信号（ＵＣＬ）に同期させているので、ＵＣＬの入力によって強ブレーキ制御状態になると同時に強いブレーキを即座にかつ確実に掛けることができ、調速制御を安定して行うことができるとともに、応答性も早くすることができる。
【００８３】
(2) その上、強ブレーキ制御状態から弱ブレーキ制御状態への移行は、基準信号に基づくダウンカウント信号（ＤＣＬ）が入力されても即座に移行せず、強ブレーキ制御用のチョッピング信号ＣＨ３１の周期に同期して切り替わるため、強ブレーキ制御時のチョッピング信号ＣＨ３１を必ずその周期に応じた時間だけスイッチ１２１，１２２に加えることができるため、ブレーキ量の換算が容易になり、調速制御の精度をより一層向上することができる。
【００８４】
(3) アップダウンカウンタ５４のカウンタ値が「１２」以上であれば強ブレーキ制御を継続するため、例えば、ゼンマイ１ａのトルクが大きく、発電機２０のロータ回転速度が高い場合に、迅速に基準速度まで減速することができ、基準信号の１周期の間に必ずブレーキオンおよびブレーキオフ制御を行う場合に比べて、調速制御の応答性を高めることができる。
【００８５】
同様に、アップダウンカウンタ５４のカウンタ値が「１１」以下であれば弱ブレーキ制御を継続するため、ゼンマイ１ａのトルクが低下して発電機２０のロータ回転速度が低くなった場合でも、強いブレーキを掛けないことで基準速度に戻すことができ、この場合も基準信号の１周期の間に必ずブレーキオンおよびブレーキオフ制御を行う場合に比べて、調速制御の応答性を高めることができる。
【００８６】
(4) 強いブレーキおよび弱いブレーキの切替制御を、デューティ比および周波数の異なる２種類のチョッピング信号ＣＨ３１を用いて行っているので、充電電圧（発電電圧）を低下させることなくブレーキ（制動トルク）を大きくすることができる。特に、強ブレーキ制御時にはデューティ比が大きくかつチョッピング周波数が小さなチョッピング信号を用いて制御しているので、充電電圧の低下を抑えながら制動トルクを大きくすることができ、システムの安定性を維持しながら、効率的なブレーキ制御を行うことができる。これにより、電子制御式機械時計の持続時間も長くすることができる。
【００８７】
すわなち、発電機２０の両端を短絡可能なスイッチを設け、このスイッチにチョッピング信号を印加して発電機２０をチョッピング制御した場合、図１１〜１４に示すように、駆動トルク（ブレーキトルク、制動トルク）はチョッピング周波数が低いほど、またデューティ比が高いほど高くなり、充電電圧（発電電圧）はチョッピング周波数が高いほど高くなるがデューティ比が高くなってもそれほど低下せず、逆に５０Hz以上の周波数ではデューティ比が０．８程度になるまでは充電電圧が高くなる。従って、チョッピング信号ＣＨ３１の周波数およびデューティ比を本実施形態のように調整すれば、充電電圧（発電電圧）を低下することなく、ブレーキを大きくすることができ、効果的な調速制御を行うことができる。なお、図１１，１２は、チョッピング信号の周波数を、２５，５０，１００，５００，１０００Ｈｚの５段階に切り替えた場合であり、図１３，１４は、周波数を３２，６４，１２８，２５６，５１２，１０２４Ｈｚの６段階に切り替えた場合であり、それぞれ各デューティー比でのコンデンサ２２の充電電圧（発電電圧）および駆動トルクを測定したものである。
【００８８】
(5) 回転検出信号ＦＧ１に基づくアップカウント信号（ＵＣＬ）と、基準信号ｆｓに基づくダウンカウント信号（ＤＣＬ）とをアップダウンカウンタ５４に入力することで、それらの各信号の位相の進みまたは遅れを検出し、その結果に基づいてその直後の１基準周期の期間のブレーキ制御を行っているので、モータ速度に短期的なふらつきがあったとしても、時計においては、長時間にわたって認識できるような時間の進み、遅れを無くすことができ、高精度の調速制御が行えて時刻指示精度も高めることができる。
【００８９】
(6) 倍電圧整流回路２１は、各端子ＭＧ１，ＭＧ２にゲートが接続された第１，３の電界効果型トランジスタ１２６，１２８を用いて整流制御を行っているので、コンパレータ等を用いる必要が無く、構成が簡単になって部品点数を少なくでき、かつコンパレータの消費電力による充電効率の低下も防止できる。さらに、発電機２０の端子電圧（出力端子ＭＧ１，ＭＧ２の電圧）を利用して電界効果型トランジスタ１２６，１２８のオン、オフを制御しているので、発電機２０の端子の極性に同期して各電界効果型トランジスタ１２６，１２８を制御することができ、整流効率を向上することができる。
【００９０】
(7) また、チョッピング制御される第２，４の電界効果型トランジスタ１２７，１２９を各トランジスタ１２６，１２８に並列に接続することで、チョッピング制御を独立して行うことができ、かつ構成も簡易にできる。従って、構成が簡易で、発電機２０の極性に同期し、かつ昇圧しながらチョッピング整流を行える倍電圧整流回路２１を提供することができる。
【００９１】
(8) 整流回路２１では、コンデンサ１２３を用いた昇圧に加えて、チョッピングによる昇圧を行うことができるので、整流回路２１の直流出力電圧つまりコンデンサ２２への充電電圧を高めることができ、充電効率を向上することができる。
【００９２】
(9) ４ビットのアップダウンカウンタ５４を用いているので、１６個のカウント値をカウントすることができる。このため、アップカウンタ信号が続けて入力された場合などに、その入力値を累積してカウントすることができ、設定された範囲つまりアップカウンタ信号やダウンカウンタ信号が連続して入力されてカウンタ値が「１５」や「０」になるまでの範囲では、その累積誤差を補正することができる。このため、仮に発電機２０の回転速度が基準速度から大きく外れても、ロック状態になるまでは時間が掛かるが、その累積誤差を確実に補正して発電機２０の回転速度を基準速度に戻すことができ、長期的には正確な運針を維持することができる。
【００９３】
(10)強ブレーキ制御と弱ブレーキ制御の切替は、カウンタ値が「１１」以下であるか「１２」以上であるかのみで設定され、ブレーキ時間等を別途設定する必要もないため、回転制御装置５０をシンプルな構成にでき、部品コストや製造コストを低減でき、電子制御式機械時計を安価に提供できる。
【００９４】
次に本発明の第２実施形態について、図８〜１０を参照して説明する。なお、本実施形態において、前述の第１実施形態と同一もしくは同様の構成部分には、同一符号を付し、説明を省略あるいは簡略する。
【００９５】
本実施形態は、強ブレーキ制御時と弱ブレーキ制御時のチョッピング信号ＣＨ３２の周波数が同じになるように、前記第１実施形態のチョッピング信号発生部８０とは構成が異なるチョッピング信号発生部１８０を用いたものである。
【００９６】
具体的には、チョッピング信号発生部１８０は、アップカウント信号（ＵＣＬ）によってリセットされる分周回路１８１を備えている。
【００９７】
分周回路１８１は、分周回路５２の出力Ｑ３（４０９６Hz）をクロック入力とし、Ｑ４ａ（２０４８Hz）〜Ｑ７ａ（２５６Hz）の信号を出力するものである。
【００９８】
さらに、チョッピング信号発生部１８０は、３つのＡＮＤゲート８２〜８４で構成され、分周回路１８１の出力Ｑ４ａ〜Ｑ７ａを利用して第１のチョッピング信号ＣＨ１２を出力する第１チョッピング信号発生手段８１と、２つのＯＲゲート１８６，１８７で構成され、分周回路１８１の出力Ｑ４ａ〜Ｑ７ａを利用して第２のチョッピング信号ＣＨ２２を出力する第２チョッピング信号発生手段１８５と、第２のチョッピング信号ＣＨ２２に同期して切替信号ＬＢＳ２を出力するフリップフロップ８６等を含む前記第１実施形態と同様の切替回路１００とを備えている。
【００９９】
従って、チョッピング信号発生部１８０のＮＯＲゲート８９からの出力ＣＨ３２は、図９，１０に示すように、デューティ比が小さな弱ブレーキ制御用のチョッピング信号（第１のチョッピング信号ＣＨ１２を反転した信号）と、この信号と周波数は同一であるが、デューティ比が大きな強ブレーキ制御用のチョッピング信号（第２のチョッピング信号ＣＨ２２を反転した信号）とが出力ＬＢＳ２によって切り換えられてチョッピング信号ＣＨ３２として出力されている。
【０１００】
このチョッピング信号ＣＨ３２は、各トランジスタ１２７，１２９に入力されている。従って、チョッピング信号ＣＨ３２がＬレベル信号となっている時は、各トランジスタ１２７，１２９つまりスイッチ１２１，１２２はオン状態に維持され、発電機２０がショートされて閉ループ状態とされ、ブレーキが掛かる。
【０１０１】
一方、チョッピング信号ＣＨ３２がＨレベル信号となっている時は、スイッチ１２１，１２２はオフ状態に維持され、発電機２０にはブレーキが加わらない。従って、チョッピング信号ＣＨ３２によって発電機２０をチョッピング制御することができる。
【０１０２】
次に、本実施形態における動作を図９，１０のタイミングチャートを参照して説明する。
【０１０３】
発電機２０が作動し始めて、初期化回路９１からＬレベルのシステムリセット信号ＳＲがアップダウンカウンタ５４のＬＯＡＤ入力に入力されると、回転検出信号ＦＧ１に基づくアップカウント信号（ＵＣＬ）と、基準信号ｆｓに基づくダウンカウント信号（ＤＣＬ）とがアップダウンカウンタ５４でカウントされる。
【０１０４】
初期カウント値が「１１」に設定されている状態から、アップカウント信号（ＵＣＬ）が入力されるとカウンタ値は「１２」となり、出力ＬＢＳがＨレベル信号となり、チョッピング信号発生部１８０のフリップフロップ８６に出力される。同時に、ＵＣＬによって分周回路１８１がリセットされ、各出力Ｑ４ａ〜Ｑ７ａがそのＵＣＬに同期して新たなタイミングで出力される。
【０１０５】
そして、分周回路１８１がリセットされることで、出力ＣＨ２２からフリップフロップ８６のクロック回路に最初のパルス信号が入力される。このため、アップカウント信号（ＵＣＬ）が入力されてカウンタ値が「１２」になると、フリップフロップ８６の出力ＬＢＳ２も即座にＨレベル信号に切り替わる。
【０１０６】
一方、ダウンカウント信号（ＤＣＬ）が入力されてカウンタ値が「１１」に戻った場合には、出力ＬＢＳはＬレベル信号となる。但し、フリップフロップ８６の出力ＬＢＳ２は、前記第１実施形態と同様に、ＣＨ２２に同期して変化するため、図１０に示すように、ＤＣＬが入力されても即座にＬレベルに切り替わることはなく、チョッピング信号ＣＨ２２の１周期が終了した時にＬレベル信号に切り替わる。
【０１０７】
そして、チョッピング信号発生部１８０では、フリップフロップ８６の出力ＬＢＳ２からＬレベル信号が出力されている場合（カウント値「１１」以下）には、ＡＮＤゲート８８からの出力もＬレベル信号に維持されるため、ＮＯＲゲート８９からの出力ＣＨ３２は出力ＣＨ１２が反転したチョッピング信号、つまりデューティ比の小さなチョッピング信号となる。従って、基準周期におけるブレーキオン時間が短くなり、発電機２０に対しては、ほとんどブレーキが掛けられない、つまり発電電力を優先した弱ブレーキ制御が行われる。
【０１０８】
一方、フリップフロップ８６の出力ＬＢＳ２からＨレベル信号が出力されている場合（カウント値「１２」以上）には、ＡＮＤゲート８７からの出力はＬレベル信号に維持されるため、ＮＯＲゲート８９からの出力ＣＨ３２は出力ＣＨ２２が反転したチョッピング信号、つまりデューティ比の大きなチョッピング信号となる。従って、基準周期におけるブレーキオン時間が長くなり、発電機２０に対しては強ブレーキ制御が行われるが、一定周期でブレーキがオフされるためにチョッピング制御が行われ、発電電力の低下を抑えつつ制動トルクを向上することができる。
【０１０９】
従って、本実施形態においても、強ブレーキ制御の開始時は、ロータの回転検出信号ＦＧ１に基づくアップカウント信号（ＵＣＬ）に同期するが、強ブレーキ制御の終了時つまり弱ブレーキ制御の開始時は、基準信号ｆｓに基づくダウンカウント信号（ＤＣＬ）には同期せず、チョッピング出力ＣＨ３２の１周期が終了するまで待って開始され、前記第１実施形態と同様に、各チョッピング信号で調速制御が行われる。
【０１１０】
すなわち、強ブレーキおよび弱ブレーキの切替を制御するフリップフロップ８６の出力は、出力ＣＨ２２に同期して出力される。そして、この出力ＣＨ２２は、ロータの回転検出信号ＦＧ１に基づくアップカウント信号（ＵＣＬ）によってリセットされる分周回路１８１からの信号を用いて作られており、回転検出信号ＦＧ１に同期して出力されている。従って、弱ブレーキから強ブレーキに変化する強ブレーキ開始タイミングと、強ブレーキから弱ブレーキに変化する弱ブレーキ開始タイミングとは、共にロータの回転検出信号ＦＧ１に同期している。
【０１１１】
さらに、弱ブレーキ制御用のチョッピング信号（第１のチョッピング信号ＣＨ１２を反転した信号）と、強ブレーキ制御用のチョッピング信号（第２のチョッピング信号ＣＨ２２を反転した信号）とは、共に、ロータの回転検出信号ＦＧ１によってリセットされる分周回路１８１からの信号を利用して作られているため、それぞれの信号によるチョッピングのタイミングは、いずれもロータの回転検出信号ＦＧ１には同期している。
【０１１２】
このような本実施形態でも、前記第１実施形態の(1) 〜(3),(5) 〜(10)と同じ作用効果を奏することができる。
【０１１３】
さらに、弱ブレーキ制御開始タイミングと、弱ブレーキ制御時に用いられるチョッピング信号（第１のチョッピング信号ＣＨ１２を反転した信号）ＣＨ３１とが共にロータの回転検出信号ＦＧ１に同期しているので、弱ブレーキ制御に切り替わったときに、弱ブレーキ制御用のチョッピング信号も１周期の始めからスタートするため、弱ブレーキ制御時のチョッピング信号ＣＨ３１も、必ずその周期に応じた時間だけスイッチ１２１，１２２に加えることができる。従って、弱ブレーキ時においてもブレーキ量の換算が容易になり、調速制御の精度をより一層向上することができる。
【０１１４】
なお、本発明は各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。
【０１１５】
例えば、前記実施形態では、４ビットのアップダウンカウンタ５４を用いていたが、３ビット以下のアップダウンカウンタを用いてもよいし、５ビット以上のアップダウンカウンタを用いても良い。ビット数が大きなアップダウンカウンタを用いれば、カウントできる値が増えるため、累積誤差を記憶できる範囲が大きくでき、特に発電機２０の起動直後等の非ロック状態での制御が有利になる。一方で、ビット数の小さなカウンタを用いれば、累積誤差を記憶できる範囲が小さくなるが、特にロック状態になればアップおよびダウンを繰り返すことになるため、１ビットのカウンタでも対応できるとともに、コストを低減できる利点がある。
【０１１６】
また、制動制御回路５５としては、アップダウンカウンタを用いたものに限らず、基準信号用ｆｓおよび回転検出信号ＦＧ１用にそれぞれ設けた第１および第２の計数手段と、各計数手段の計数値を比較する比較回路とで構成されたものでもよい。ただし、アップダウンカウンタ５４を用いたほうが回路構成が簡易になるという利点がある。さらに、制動制御回路５５としては、発電機２０の回転周期を検出してその回転周期に基づいて強ブレーキ制御および弱ブレーキ制御を切り替えることができるものであればよく、その具体的構成は実施にあたって適宜設定すればよい。
【０１１７】
さらに、前記第１実施形態ではデューティ比および周波数の異なる２種類のチョッピング信号ＣＨ３１を用いてブレーキ制御をし、第２実施形態ではデューティ比のみが異なる２種類のチョッピング信号ＣＨ３２を用いてブレーキ制御をしていたが、周波数のみが異なるチョッピング信号を用いてブレーキ制御してもよい。さらに、例えば、アップダウンカウンタのカウンタ値の大きさに応じて、強ブレーキ制御用のチョッピング信号を複数のものから選択して切り換える等することで、デューティ比や周波数が異なる３種類以上のチョッピング信号を用いてもよい。
【０１１８】
また、本発明においては、強ブレーキ開始タイミングのみをロータの回転検出信号に同期させてもよく、弱ブレーキ開始タイミングのみをロータの回転検出信号に同期させてもよく、さらには、強ブレーキ開始タイミングおよび弱ブレーキ開始タイミングの両方をロータの回転検出信号に同期させてもよく、これらは実施にあたって適宜設定すればよい。
【０１１９】
また、整流回路２１、ブレーキ回路１２０、回転制御装置５０、チョッピング信号発生部８０，１８０等の具体的な構成は前記各実施形態に限らず、実施にあたって適宜設定すればよい。特に、整流回路２１としては、例えば３倍以上の昇圧が可能な昇圧回路を組み込んで構成してもよく、発電機や整流回路を組み込む電子制御式機械時計の種類等に応じて適宜設定すればよい。
【０１２０】
さらに、前記各実施形態におけるチョッピング信号の周波数は、実施にあたって適宜設定すればよいが、例えば５０Hz（発電機２０のロータの回転周波数の５倍）程度以上あれば、充電電圧を一定値以上に維持しながら、ブレーキ性能を向上できる。また、チョッピング信号のデューティ比も実施にあたって適宜設定すればよい。
【０１２１】
また、本発明は、前記実施形態のような電子制御式機械時計に適用するものに限らず、置き時計、クロック等の各種時計、携帯型時計、携帯型の血圧計、携帯電話機、ページャ、万歩計、電卓、携帯用パーソナルコンピュータ、電子手帳、携帯ラジオ、オルゴール、メトロノーム、電気かみそり等にも適用することができる。特に、本発明では、発電機の回転速度を一定速度に効率的に制御でき、かつ発電電圧も一定以上に維持することができるため、各種電子機器を安定してかつ長時間作動させることができる。
【０１２２】
例えば、本発明をオルゴールに適用する場合には、前記実施形態における輪列７の歯車で、回転円板や回転ドラム（シリンダ）を回転させ、この回転ドラムなどに植設されたピンで振動板を弾いて音を発生させるようにすればよい。この場合も、時計の針と同様に回転ドラムなどを一定速度で回転させることができ、かつ長時間作動させ続けることができるため、正確な演奏を長時間行うことができる。
【０１２３】
また、本発明をメトロノームに適用する場合にも、輪列の歯車にメトロノーム音発信車を付け、その車の回転により、メトロノーム音片を弾いて周期的なメトロノーム音を発音させるようにすればよい。
【０１２４】
さらに、本発明は、発電機２０のロータが一定の回転速度に制御される場合だけでなく、何段階かの設定回転速度に制御される場合にも適用することができる。例えば、メトロノームは、各種のテンポに対応した音を発生させる必要があり、１分間に６０拍の場合もあれば、７２拍や１２０拍の場合もある。これらの場合には、回転制御される発電機２０の回転数がそれぞれ６０拍、７２拍、１２０拍に対応する回転数に制御されるように発電機２０の制御回転数を可変できるようにすればよい。この制御回転数を変化させるには、例えば、基準信号発生装置の分周段を適宜切り換えて基準信号の周期を可変することなどで可能になる。
【０１２５】
また、発電機２０を駆動する機械的エネルギ源としては、ゼンマイ１ａに限らず、ゴム、スプリング、重錘、圧縮空気などの流体等でもよく、本発明を適用する対象などに応じて適宜設定すればよい。さらに、これらの機械的エネルギ源に機械的エネルギを入力する手段としては、手巻き、回転錘、位置エネルギ、気圧変化、風力、波力、水力、温度差等でもよい。
【０１２６】
また、ゼンマイ１ａなどの機械的エネルギ源からの機械的エネルギを発電機２０に伝達する機械エネルギー伝達装置としては、前記実施形態のような輪列７（歯車）に限らず、摩擦車、ベルト（タイミングベルト等）及びプーリ、チェーン及びスプロケットホイール、ラック及びピニオン、カムなどを利用したものでもよく、本発明を適用する電子機器や電子制御式機械時計の種類などに応じて適宜設定すればよい。
【０１２７】
また、時刻表示装置としては、指針１４に限らず、円板、円環状や円弧形状のものを用いてもよい。さらに、液晶パネル等を用いたデジタル表示式の時刻表示装置を用いてもよい。
【０１２８】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の電子機器、電子制御式機械時計およびそれらの制御方法によれば、チョッピング信号を用いたブレーキ制御を行っている場合に、確実かつ十分なブレーキ量を与えることができ、調速制御の応答性を高め、安定した制御を行うことができるという効果がある。
【０１２９】
特に、本発明の電子制御式機械時計によれば、安定した調速制御を行うことができるため、時刻指示精度も高めることができ、高精度の時計にすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における電子制御式機械時計の要部の構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態の電子制御式機械時計の構成を示す回路図である。
【図３】第１実施形態の回転制御装置の回路構成を示す図である。
【図４】第１実施形態のチョッピング信号発生部におけるタイミングチャートである。
【図５】第１実施形態のチョッピング信号発生部におけるタイミングチャートである。
【図６】第１実施形態のチョッピング信号発生部におけるタイミングチャートである。
【図７】第１実施形態における制御方法を示すフローチャートである。
【図８】第２実施形態の回転制御装置の回路構成を示す図である。
【図９】第２実施形態のチョッピング信号発生部におけるタイミングチャートである。
【図１０】第２実施形態のチョッピング信号発生部におけるタイミングチャートである。
【図１１】チョッピング周波数と駆動トルクとの関係を示すグラフである。
【図１２】チョッピング周波数と充電電圧との関係を示すグラフである。
【図１３】チョッピング周波数と駆動トルクとの関係を示すグラフである。
【図１４】チョッピング周波数と充電電圧との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  ゼンマイ
７  増速輪列
１３  指針
２０  発電機
２１  倍電圧整流回路
２２  電源回路（コンデンサ）
５０  回転制御装置
５１  発振回路
５１Ａ  水晶振動子
５２  分周回路
５３  回転検出回路
５４  アップダウンカウンタ
５５  制動制御回路
６１  波形整形回路
６２  モノマルチバイブレータ
７０  同期回路
８０  チョッピング信号発生部
８１  第１チョッピング信号発生手段
８２〜８４  ＡＮＤゲート
８５  第２チョッピング信号発生手段
８６  フリップフロップ
８７  ＡＮＤゲート
８８  ＡＮＤゲート
８９  ＮＯＲゲート
９１  初期化回路
１００  切替回路
１２０  ブレーキ回路
１２１，１２２  スイッチ
１２３  コンデンサ
１２４，１２５  ダイオード
１２６〜１２９  電界効果型トランジスタ
１８０  チョッピング信号発生部
１８１  分周回路
１８５  第２チョッピング信号発生手段
１８６，１８７  ＯＲゲート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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