JPH0221293A - 電磁駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、振子等の駆動に用いられる電磁駆動回路に関
するものである。

〔従来の技術］ 例えば、時計の振り子を一つのコイルで検出および駆動
する駆動回路として、第８図に示すものがある。

この回路においては、振り子に固着した永久磁石の通過
によってコイルＬ２に誘起電圧が生じ、これが基準電圧
を越えると、トランジスタＴ２がオフになり、トランジ
スタＴ１がオンになってコイルＬ２に駆動電流が流れる
。このトランジスタＴ１のオン時間ｔはコンデンサＣお
よび抵抗Ｒ１の時定数によって決まるものである。

磁石を効率よく駆動するためには、誘起電圧の極大点で
駆動するのが好ましく、このタイミングで駆動するため
に、基準電圧および駆動時間ｔを予め一定値に設定して
いる。

［解決しようとする課題］ 上記の回路構成は、集積化が困難であり、小形化あるい
は低コスト化に反するものであった。

また基準電圧は、振り子の長さや周期等の違いにより、
そのつど適正値に設定しなければならず、調整作業が煩
雑であった。

さらに、振り子を停止状態から起動する場合、撮り子の
振れを定常状態に安定させることが極めて困難であった
。

本発明は上記従来の課題に対してなされたものであり、
容易に集積化ができ、振り子の長さや周期によらず基Ｉ
ｆｌ電圧を自動的に最適値に設定することができ、しか
も、振り子の振れを停止状態から素早く定常状態に安定
させることのできる電磁駆動回路を提供することを目的
としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、永久磁石を検出および駆動するコイルと、基
！ｆＩ電圧を生じる可変の基準電圧源と、上記コイルの
誘導電圧が上記基準電圧を越えたときに出力を生じる比
較回路と、この比較回路からの出力発生に応答して駆動
パルスを発生するパルス発生回路と、上記駆動パルスに
よって動作し上記コイルに駆動電流を流す駆動回路と、
上記可変の基準電圧源の基準電圧を指定するアップダウ
ン可能な計数回路と、上記計数回路のアップまたはダウ
ンモードの指定を制御する制御回路と、上記計数回路へ
クロック信号を供給するクロック回路とを有する電磁駆
動回路により、上記目的を達成するものである。

［実施例］ 以下、図面により本発明の一実施例の説明を行つ。

第１図において、ＬＬは振り子の永久磁石を検出および
駆動するコイル、ＶＲは可変の基準電圧源、ＣＭは上記
コイルＬＬに発生する誘起電圧を上記基準電圧源ＶＲの
基準電圧と比較し、上記誘起電圧が上記基僧電圧を越え
たときに出力を発生する比較回路、ＰＧはこの比較回路
ＣＭの出力に応答して所定幅のパルスを発生するパルス
発生回路、ＤＲは上記パルスに応答して上記コイルＬＬ
に電流を流す駆動回路、ＴＭは所定期間上記パルス発生
回路ＰＣからパルスが生じないときに出力するタイマー
回路、Ｗはこのタイマー回路ＴＭの出力によりワンショ
ットパルスを発生するワンショット回路、ＣＴはその出
力により上記可変の基４電圧ｉＶＲの基Ｌ＄−電圧を設
定するアップダウン可能な計数回路、ＣＮＴは上記パル
ス発゛生回路ＰＧの出力および上記タイマー回路ＴＭの
出力に対応して上記計数回路ＣＴのアップおよびダウン
モトを制御する制御回路である。ＣＬは発振回路、分周
回路、出力回路により構成され、上記計数回路ＣＴにク
ロックパルスを供給するクロック回路であり、本例を時
計に適用する場合、上記クロックパルスにはモーターへ
の出力パルス等を利用することができる。

上記各要素は、コイルＬＬを除いていずれも集積化可能
であり、回路の小形化および低コスト化に対して極めて
有効である。

次に、第２図に示したタイムチャートに従って上記回路
の動作を説明する。

なお、第２図に示したａ　％　ｆは、第１図のａ〜ｆ点
の状態を示したものである ａ点におけるコイルＬＬの誘起電圧が、基準電圧ｉＶＲ
の電圧Ｖ　ｎ−１を越えると、比較回路ＣＭから出力が
生じ、この出力に応答して、パルス発生回路ＰＣから所
定の電圧値のパルスが所定の期間発生する。このパルス
により駆動回路ＤＲを通してコイルＬＬに電流が流れ、
永久磁石（図示せず）に駆動エネルギーを与える。この
パルスは同時に、制御回路ＣＮＴのＲＳフリップフロッ
プをセットして計数回路ＣＴをアップモードに設定する
とともに、タイマー回路ＴＭをリセットする。

この状態でクロック回路ＣＬからクロックパルスが生じ
ると、計数回路ＣＴは１カウントだけカウントアツプさ
れ、計数回路ＣＴの計数値はｎ　−１からｎに変化し、
この計数値により、基準電圧［ＶＲの電圧はＶ　ｎ−１
からＶｎへと上昇する。

引き続きパルス発生回路ＰＧから２回パルスが生じてい
るが、このパルスは基本的にはタイマー回路ＴＭをリセ
ットするだけであり、基準電圧はｖｎを維持したままで
ある。

次にクロック回路ＣＬから生じるクロックバルスにより
、計数回路ＣＴの計数値がｎ＋１になるとともに、基準
電圧、ＩＶＲの基準電圧がＶｎ＋１になる。すなわち、
クロック回路ＣＬからのクロックパルスによってのみ基
準電圧源ＶＲは基準電圧の変更が可能である。

基準電圧源ＶＲの基準電圧がＶ　ｎ＋１に設定された後
、所定時間比較回路ＣＭから出力が生じないと、タイマ
ー回路ＴＭに出力が生じ、この出力によりワンショット
回路Ｗがトリガされてワンショットパルスか生じ、この
ワンショットパルスにより制御回路ＣＮＴかリセットさ
れ、この制御回路ＣＮＴの出力により、計数回路ＣＴは
ダウンカウントモードに設定される。

この状態でクロック回路ＣＬからクロックパルスが生じ
ると、計数回路ＣＴは１カウントだけダウンカウントさ
れて計数値がｎになり、この計数値により、基準電圧源
ＶＲの基準電圧はＶｎへと下降する。

以上のように、基準電圧と誘起電圧の大きさを比較して
、誘起電圧の方が大きいときには基準電圧を１ステツプ
上昇させ、誘起電圧の方が小さいとき（上記実施例では
、所定時間誘起電圧の方が小さいとき）には基準電圧を
１ステツプ下降させることにより、基準電圧源ＶＲの基
準電圧は自動的に最適電圧へ設定される。

ところで、振り子を停止状態から起動する場合、基準電
圧源の基準電圧は、定常状態に達するまで徐々に上昇し
てゆく。しかし、この上昇速度が速すぎたりあるいは遅
すぎると、最適なタイミングで振り子に駆動エネルギー
を供給することができないことや、充分な駆動エネルギ
ーを振り子に供給できないことなどの理由から、安定し
て振り子を駆動することができない。

本例では、クロック回路ＣＬから任意の周期でクロック
パルスを発生させ、任意の速度で上記基準電圧を上昇さ
せることができるため、最適な駆動条件で振り子を駆動
させ、起動俊速やかに振り子の振れを安定させることが
できる。

通常上記クロックパルスの１周期は、振り子の１周期の
数倍程度が好ましい。例えば、振り子の１周期が０．５
〜１．５秒のとき、クロックパルスの１周期は２〜８秒
程度が好ましい。

特に上記の例では、時計のモーターの駆動パルスをクロ
ックパルスとして用いており、通常その周期は１〜２秒
程度のため、クロックパルスに適しており、しかも特別
にクロックパルス発生用の分周回路等を追加する必用も
ない。

なお、上記実施例では、計数回路ＣＴのアップモード、
ダウンモードともに、クロック回路がらのクロックパル
スにより計数動作を行っていたが、アップモードときの
みクロックパルスを用い、ダウンモードでは例えばワン
ショット回路Ｗからの出力パルス等を用いてもよい。

また、計数回路ＣＴには、アップダウンカウンターの他
に、加減算回路等を用いることができる。

つぎにパルス発生回路ＰＣの具体例について説明する。

第３図において、Ｇ　　、Ｇ　　はゲート回路、Ｆｌは
フリップフロップ回路、ＩＮはインバータである。Ｗ、
Ｗ４はワンショットパルス発主回路で、それぞれのパル
ス幅はｔｌ、ｔ２に設定しである。なお第１図と同一符
号は同一のものを示す。

以上の構成において、比較回路ＣＭから出力が発生しな
い状態では、ゲート回路Ｇ３の出力によってワンショッ
トパルス発生回路Ｗ　、Ｗ　がそれぞれセットおよびリ
セットされている。　そこでコイルＬＬの誘起電圧が第
４図■のように基準電圧Ｖ　を越えると、比較回路ＣＭ
から第４図■「 のように出力が発生し、ゲート回路Ｇ３を介してワンシ
ョットパルス発生回路Ｗ、Ｗ４のセット、リセットが解
除される。そのためワンショットパルス発生回路Ｗ３の
出力は第４図■のように時間ｔｌ後に“じに反転し、こ
れによってワンショットパルス発生回路Ｗ４がトリガさ
れ、その出力からは時間ｔ２の幅のパルスが発生する。

こうしてワンショットパルス発生回路Ｗ　、Ｗ　が発振
し、ワンショットパルス発生回路Ｗ３の出力からは第４
図■の駆動パルス列が発生する。この駆動パルス列の最
初のパルスの立上りによってフリップフロップ回路Ｆ１
がトリガされ、その出力Ｑが第４図■のように“１“に
保持される。したがってゲート回路Ｇ３の出力は第４図
■のように、比較回路ＣＭの出力発生から“１°に保持
され、ゲート回路Ｇ４からは第４図■のように駆動ノく
ルス列が発生する。この駆動パルス列によってトランジ
スタを用いた駆動回路ＤＲがオンになり、コイルＬＬに
駆動電流が流れるものである。

上記駆動パルス列はフリ・ツブフロップ回路Ｆ１のクロ
ック人力に供給されており、その立上り（こよって比較
回路ＣＭの出力状態の判定が行われる。

そのため、比較回路ＣＭから出力が発生して０る間は上
記駆動パルス列が発生してコイルＬＬが駆動される。

そして誘起電圧が基準電圧ｖ、以下になって比較回路Ｃ
Ｍの出力が停止すると、その後最初に発生する駆動パル
スの立上りによってフリップフロップ回路Ｆ　の出力が
“０”に反転して駆動＜　７レス列が停止し、コイルＬ
Ｌの駆動が停止する。

以上のように、誘起電圧が基準電圧ｖ、を越えている間
コイルに駆動電流が流れるものである。

パルス発生回路ＰＧとして上記の回路を用いる場合には
、ゲート回路Ｇ１の出力を第１図のゲート回路Ｇの人力
、タイマ回路ＴＭのリセット入力およびフリップフロッ
プ回路Ｆのセット人力とするものである。

ところで、上記の説明では省略したが、ワンショットパ
ルス発生回路Ｗ　の出力幅ｔ２は以下のように設定しで
ある。コイルＬＬは駆動パルス列によって駆動されるた
め、このパルスが途切れたときにＮ４図■のようにリン
ギングｒが通常１ｍＳ程度生じる。このリンギングの発
生中はコイルＬＬの誘起電圧が不安定になるため、この
間につぎの駆動パルスが発生してフリップフロップ回路
Ｆ１によって比較回路ＣＭの出力判定が行なわれると、
誤動作の危険性がある。そこで誘起電圧が安定した状態
でつぎの駆動パルスが発生するように、ワンショットパ
ルス発生回路Ｗ４の出力幅ｔ２を数ｍｓ程度に設定して
おくものである。

なおコイルを駆動する場合には、数ｍｓ程度の駆動停止
時間が存在しても、永久磁石の付勢に影響はなく、無視
できるものである。

上記の実施例では、駆動開始タイミングおよび駆動停止
タイミングを決定する基準電圧Ｖ　を同「 じ電圧にしたが、両者を異ならせて駆動終了タイミング
を調整するようにしてもよい。例えば、基４Ｔ＆圧をフ
リップフロップ回路Ｆ１の出力によって第４図■のよう
に電圧ｖｒｌに切り換えることによって、最後の駆動パ
ルスを発生しなくすることができる。これによって駆動
時間のより細かな調整か可能になるものである。

ところで一般に誘起電圧の振幅は電源電圧の変動によっ
て影響を受けるものである。誘起電圧の振幅が変動する
と、基準電圧を越えるタイミングがずれ、ひいては駆動
タイミングおよび駆動時間の変動を引き起す結果となっ
てしまう。そこで、電源変動による影響を小さくするた
めに、基Ｉ＄雷電圧　を、電圧変動の影響が小さな、低
めの電圧「 に設定しておき、比較回路からの出力を遅延回路（図示
せず）によって一定時間だけ遅らせ、この時点から駆動
を開始するようにしてもよい。例えば、第４図■のよう
に、基／＄電圧を低い電圧■ｒ２に設定しておくことに
より、誘起電圧が電圧ｖｒ２を越えたときに比較回路か
ら出力が発生するが、これを遅延回路によって時間ｔ。

だけ遅らせてフリップフロップ回路Ｆ　およびゲート回
路Ｇ３に供給するものである。これによって、電源電圧
の変動による影響を小さくでき、しかも最適のタイミン
グおよび駆動時間でコイルを駆動することができるもの
である。

つぎにパルス発生回路ＰＧの他の例について説明する。

第５図において、Ｆ２はフリップフロップ回路、Ｗ５〜
Ｗ８はワンショットパルス発生回路で、ワンショットパ
ルス発生回路Ｗ６は出力パルス幅が可変のプログラマブ
ルワンショット回路を用いており、ワンショットパルス
発生回路Ｗ５゜ｗ　　、ｗ　　のパルス幅はそれぞれｔ
　　、ｔｓ。

ｔ　に設定しである。ＣＴ　ｔはアップダウンカランタ
である。

以上の構成において、カウンタＣＴ１の内容がＵになっ
ていてこれによりワンショットパルス発主回路Ｗ６のパ
ルス幅がｔ４に設定されているものとする。

そこで誘起電圧が基準電圧Ｖ　を越えると、比「 較回路ＣＭから第６図■のように出力が発生して、ワン
ショットパルス発生回路Ｗ５がトリガされ、幅ｔ３のパ
ルスが発生する。このパルスの立下りによってワンショ
ットパルス発生回路Ｗ６から幅ｔ４の駆動パルスが発生
し、駆動回路ＤＲがオンになってコイルＬＬに駆動電流
が流れる。

この駆動パルスの立下りによってワンショットパルス発
生回路Ｗ７から幅ｔ５のパルスが発生し、その立下りに
よってフリップフロップ回路Ｆ２およびワンショットパ
ルス発生回路、Ｗ、８がトリガされる。フリップフロッ
プ回路Ｆ２のＤ入力には比較回路ＣＭの出力を供給して
あり、この出力状態がフリップフロップ回路Ｆ２に読み
込まれる。すなわち、ワンショットパルス発生回路Ｗ７
からのパルスの立下り時点における誘起電圧のレベルが
基準電圧Ｖ　を越えているかどうかの判定が行わ「 れる。基準電圧を越えている場合には、フリップフロッ
プ回路Ｆ２の出力が“１”になり、カウンタＣＴ１がア
ップモードになる。すなわちこの場合には、駆動パルス
幅が短く、かつ誘起電圧の極大点を中心にして効率よく
発生していないと判定されるものである。

一方、ワンショットパルス発生回路Ｗ７からのパルスの
立下りによってワンショットパルス発生回路Ｗ８から幅
ｔｅのパルスが発生し、これがカウンタＣＴ１のクロッ
ク入力となる。これによってカウンタＣＴｌの内容が一
つアップし、第６図ｐのように（ｕ＋１）となる。その
ためワンショットパルス発生回路Ｗ６のパルス幅が前回
より長い幅に設定される。

したがって次回は、駆動パルス幅が長くなり、駆動パル
スのパルス幅の補正が行われる。

この動作が繰り返されて、カウンタの内容がｍになり、
駆動パルス幅が第６図■のようにｔ４になったとする。

このときのワンショットパルス発生回路Ｗ７からのパル
スの立下り時点における誘起電圧レベルが基準電圧以下
になると、フリップフロップ回路Ｆ２出力が第６図■の
ように“０“に反転し、カウンタＣＴ１がダウンモード
になる。

そのためカウンタＣＴｌの内容が（ｍ−１）にダウンし
、次回の駆動パルス幅が１段階短くなる。

したがって駆動パルス幅はｔ　′およびそれよす１段階
短い幅に交互に切り換えられて安定する。

このように駆動パルス幅が自動的に最適のタイミングで
所定幅に安定し、一定の振り角に安定させることかでき
るものである なお上記の例では、駆動パルス幅のみを調整するように
したが、これに限らずワンショットパルス発生回路Ｗ　
、Ｗ　としてプログラマブルワンショット回路を用い、
これらのパルス幅もカウンタＣＴ１の内容に応じて適宜
調整するようにしてもよい。例えば、振子の振り角を小
さく設定したい場合には、安定状態では誘起電圧の振幅
が第７図ａのように小さく、かつ変化が緩慢になるため
、時間ｔ３〜ｔ５は同図示のようにやや長めの状態で安
定させる必要がある。また振子の振り角を大きく設定し
たい場合には、安定状態では、第７図すのように、誘起
電圧の振幅が大きくなり、がっその変化も急峻になり、
駆動パルスの幅も短くてよい。そのため、時間ｔ　　−
ｔ　５は第７図ａのそれに比べて相対的に短い時間で安
定させる必要がある。

第７図ａの状態と第７図すの状態とでは、時間ｔａ、ｔ
ｓに対する時間ｔ４の比率が異なり、この比率を調整す
ることによって、安定する振り角が設定されるものであ
る。例えば第７図すの状態で安定させたい場合には、各
時間が同図示の比率になるようにワンショットパルス発
生回路Ｗ５〜Ｗ７のパルス幅を設定しておき、カウンタ
ＣＴ　１の内容に応じて、この比率を保って各パルス幅
が変更されるように設定しておく。

そこで以下のようにして時間ｔ３〜ｔ５を自動的に調整
することによって、所望の振り角に安定させるものであ
る。初期状態におけるカウンタＣＴ１の内容によってワ
ンショットパルス発生回路Ｗ５〜Ｗ７のパルス幅が第７
図すの値に設定されているものとする。この状態で電源
を投入すると、振子が振動を開始するが、最初は振り角
が小さいため、第７図ａに近い誘起電圧が発生する。そ
のためワンショットパルス発生回路Ｗ７からのパルスの
立下り時点では、誘起電圧は基準電圧を越えており、駆
動パルス幅が短いと判定されてカウンタＣＴ　　の内容
が１つアップされ、時間ｔ３〜ｔ５が１段階長い時間に
設定される。この動作が繰り返されて時間ｔ３〜ｔ５が
段階的に増大していく。こうして駆動パルス幅が次第に
増大していくものであるが、これに追随して、振子の振
り角がやや遅れて次第に大きくなっていき、それに連れ
て誘起電圧の振幅も増大していく。

そのため、ある時点において駆動パルス幅が過剰となり
、カウンタＣＴ１がダウンモードに切り換わり、時間ｔ
　　−ｔ　５が減少していく。これに追随して、振子の
振り角がやや遅れて小さくなっていく。

以上の動作が繰り返されることによって第７図すの状態
に近づいていき、最終的にこの状態で安定することにな
る。すなわち、誘起電圧の極大点において、最適の駆動
パルス幅で効率よく駆動が行われるように自動調整が行
われるのである。

ところで、ワンショットパルス発生回路Ｗ７のパルス幅
ｔ５は、誘起電圧のレベル判定のタイミングが、誘起電
圧の最も判定のし易い箇所で行われるように設定してお
くものであるが、先に述べたリンギングも考慮して設定
しである。

上記の実施例では、駆動開始タイミングを決める基準電
圧および駆動終了後の誘起電圧レベルの判定のための基
準電圧を同じ電圧Ｖ　にしたが、後者をカウンタＣＴ　
ｔの内容に応じて変更するようにしてもよい。例えば、
基準電圧をワンショットパルス発生回路Ｗ６〜Ｗ８から
の出力パルスが発生している間だけカウンタＣＴ１の内
容に応じた電圧に切り換えるものである。これは、ワン
ショットパルス発生回路Ｗ７のパルス幅を調整すること
と等価の意味を有している。

なお電源電圧の変動等を考慮しなければ、ワンショット
パルス発生回路Ｗ５は必ずしも必要とせず、比較回路Ｃ
Ｍの出力を直接ワンショットパルス発生回路Ｗ６に供給
するようにしてもよい。

さらに上記の実施例では、１駆動パルスごとにカウンタ
ＣＴ１にクロックパルスを供給するようにしたが、例え
ばカウンタＣＴ１のアップ／ダウンモードが３駆動パル
ス連続して一定であった場合に初めてカウンタＣＴ１の
内容を一つアップするようにしてもよい。ダウンモード
の場合も同様である。

この場合には、ワンショットパルス発生回路Ｗ　および
カウンタＣＴ１間に３進のカウンタを設け、このカウン
タをフリップフロップ回路Ｆ２の出力レベルが反転する
ごとにリセットするように構成すればよい。これによっ
て、ノイズ等による誤動作を防止することができる。

〔効果］ 本発明によれば、回路要素を集積化できるため、回路の
小形化あるいは低コスト化が容易に実現できる。

また、比較回路の出力状態に対応して基準電圧源の電圧
を上下させるため、自動的に振り子の振れを安定化する
ことができる。

さらに、振り子の停止状態からの起動に際し、クロック
回路からのクロックパルスにより、任意の速度で基準電
圧を上昇させることができるため、速やかに振り子の振
れを定常状態に安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した電気回路図、第２図
は第１図に示した電気回路の電圧波形図、第３図は第１
図の電気回路図の一部を詳細に示した電気回路図、第４
図は第３図に示した電気回路の電圧波形図、第５図は第
３図の他の例を示した電気回路図、第６図および第７図
哄第５図に示した電気回路の電圧波形図、第８図は従来
例の電気回路図である。 以上 出願人　　株式会社　精　工　舎

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 永久磁石を検出および駆動するコイルと、 基準電圧を生じる可変の基準電圧源と、 上記コイルの誘導電圧が上記基準電圧を越えたときに出
   力を生じる比較回路と、 この比較回路からの出力発生に応答して駆動パルスを発
   生するパルス発生回路と、 上記駆動パルスによって動作し上記コイルに駆動電流を
   流す駆動回路と、 上記可変の基準電圧源の基準電圧を指定するアップダウ
   ン可能な計数回路と、 上記計数回路のアップまたはダウンモードの指定を制御
   する制御回路と、 上記計数回路へクロック信号を供給するクロック回路 とを有することを特徴とする電磁駆動回路。