JPH0514239B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 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、振子に固着した永久磁
石の通過によつてコイル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がオンになつてコ
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
時定数によつ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、小型化
および低コスト化に反するものであつた。

また上記の回路によつて、振子を停止状態から
起動する場合には、一定周期で幅ｔの駆動パルス
が発生するが、これは通常駆動時のパルスと同じ
ものであるため、１パルスで引き起すことのでき
る振幅は小さいものである。しかもコイルL₂に
生じる誘起電圧の振幅が低いため、この誘起電圧
の発生に同期して駆動パルスを発生することがで
きず、第８図の回路構成の時定数によつて決まる
長い周期で駆動パルスが発生することになる。そ
のため駆動パルスによつて引き起された振動が減
衰してしまい、振子の振動に同期した駆動に至ら
ず、所望する振り角が得られないという欠点があ
つた。

また基準電圧および駆動パルス幅は固定のた
め、振子の振り角や周期に応じてその都度基準電
圧および駆動パルス幅を適正値に設定しなければ
ならず、そのための調整作業が煩雑なものであつ
た。

本発明の第１の目的は、１コイルで永久磁石の
検出および駆動を行うものにおいて、大半の回路
構成の集積化を可能にするところにある。

本発明の第２の目的は、停止状態から確実に所
望に振り角まで起動できるようにするところにあ
る。

本発明の第３の目的は、自動的に基準電圧を最
適に調整できるようにしたところにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、永久磁石の検出および駆動を行うコ
イルの誘起電圧が基準電圧を越えたときに出力を
発生する比較回路を設け、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
生回路を設け、この駆動パルスによつてコイルに
駆動電流を流すもので、誘起電圧が規定レベル以
下の状態が一定時間以上続いたときに起動パルス
を発生して永久磁石に大きな駆動力を付与するこ
とにより第１および第２の目的を達成している。

また、上記比較回路からの出力を受けて上記誘
起電圧の振幅に応じて基準電圧を制御することに
より第３の目的を達成している。

［実施例］ 第１図において、V_rは基準電圧源で、基準電
圧が可変のものである。CMは比較回路で、コイ
ルL₁の誘起電圧が基準電圧v_rを越えたときに出力
を発生するものである。Ｔはトランジスタからな
る駆動回路である。TMはタイマ回路で、そのタ
イマ時間は振子の１周期よりも長い時間に設定し
てある。PGはパルス発生回路で、最適のタイミ
ングおよびパルス幅の駆動パルスを発生するもの
で、その詳細については後述する。W₁は誤動作
防止のためのマスク用のワンシヨツト回路、W₂
は起動パルスを発生するためのワンシヨツト回路
からなる起動回路、G₁，G₂はゲート回路、CTは
基準電圧を調整するためのアツプダウンカウンタ
で、制御回路を構成するものである。このカウン
タCTおよびタイマ回路TMによつて検出回路DT
を構成している。

つぎに動作について第２図を参照しながら説明
する。まず電源投入時における動作について説明
する。電源投入によつて初期リセツト動作が行わ
れ、カウンタCTおよびタイマ回路TMがリセツ
トされる。カウンタCTのリセツトによつて基準
電圧源V_rは最も低いレベルの基準電圧に設定さ
れる。一方、カウンタCTの出力端子ｐは“１”
になり、起動回路W₂が動作可能状態になる。

またタイマ回路TMには端子CLから一定周期
のクロツクパルスが供給され、振子の１周期より
長い時間を計時したときに出力を発生する。

いま振子は停止しているため、コイルL₁から
誘起電圧が発生せず、タイマ回路TMにリセツト
はかからない。そのため所定時間後にタイマ回路
TMから出力が発生し、起動回路W₂がトリガさ
れて第２図のように、通常駆動パルスより長い
幅の起動パルスが発生する。この起動パルスによ
つて駆動回路Ｔがオンになり、コイルL₁に電流
が流れて振子が起動される。このときの起動パル
ス幅は通常時より長いため、大きい起動力が付与
され、振子が大きく振動する。

このときコイルL₁に生じる誘起電圧は第２図
のように、基準電圧v_rを越え、比較回路CMか
らは第２図のように出力が発生する。しかしな
がら、この出力は、上記起動パルスおよびこの起
動パルスの立下りによつて生じるワンシヨツト回
路W₁からのパルス（第２図）によつてゲート
回路G₁の通過を禁止される。

上記起動によつて振子が振られてコイルL₁の
誘起電圧が基準電圧v_rを越えると、比較回路CM
から第２図のように出力が生じ、パルス発生回
路PGがトリガされて第２図の通常駆動パルス
が発生する。この駆動パルスによつて駆動回路Ｔ
がオンしてコイルL₁に駆動電流が流れて振子が
同期的に駆動される。

一方、ゲート回路G₁からの上記出力によつて
タイマ回路TMがリセツトされるとともにカウン
タCTが１つアツプカウントし、基準電圧源V_rの
基準電圧が１レベル上昇する。またカウンタCT
の端子Ｐが“０”に反転し、起動回路W₂は不動
作状態に保持される。

上記動作が繰り返され、コイルL₁の誘起電圧
が基準電圧を越えるごとにカウンタCTがカウン
トアツプしていき、基準電圧が上昇していく。そ
して誘起電圧が基準電圧に達しなくなると、比較
回路CMから出力が発生しなくなり、タイマ回路
TMのリセツトが行われないため、一定時間後に
タイマ回路TMから出力が発生し、カウンタCT
が１つダウンカウントする。このとき起動回路
W₂もトリガされるが、端子ｐからの出力によつ
て不動作状態に保持されているため、起動パルス
は発生しない。

カウンタCTの上記ダウンカウントによつて基
準電圧が１レベル低下する。

この動作によつて基準電圧が最適の値に自動設
定され、振子が所望の振幅で振動することになる
のである。

なお上記の実施例では、説明を簡単にするため
に駆動パルスが１パルス発生するごとに基準電圧
を上昇させるようにしたが、実際には、駆動パル
スがｎ（ｎ＝２、３…）回以上連続して発生した
ときに基準電圧を１段階上昇させるのが好まし
い。この場合には、駆動パルスの発生数を計数す
るｎ進のカウンタ（図示せず）等を用いてｎパル
スを計数したときに１パルスを発生する回路を設
け、この出力をカウンタCTのアツプカウント入
力とする。そしてタイマ回路TMの出力によつて
上記ｎ進カウンタをリセツトするものである。

またカウンタCTの内容に応じてタイマ回路
TMのタイマ時間を変えるようにしてもよい。つ
まり、短周期の振子を駆動する場合には、一般に
誘起電圧の振幅が大きくなり、したがつてカウン
タCTの内容が大きくなるのである。そこでカウ
ンタCTの内容が大きい場合には振子の周期が短
いものとみなし、タイマ時間を短い時間に切り換
えるものである。

つぎにパルス発生回路PGの具体例について説
明する。第３図において、G₃，G₄はゲート回路、
F₁はフリツプフロツプ回路、INはインバータで
ある。W₃，W₄はワンシヨツトパルス発生回路
で、それぞれのパルス幅はt₁，t₂に設定してあ
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
つてワンシヨツトパルス発生回路W₃，W₄がそれ
ぞれセツトおよびリセツトされている。

そこでコイルL₁の誘起電圧が第４図のよう
に基準電圧v_r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
してワンシヨツトパルス発生回路W₃，W₄のセツ
ト、リセツトが解除される。そのためワンシヨツ
トパルス発生回路W₃の出力は第４図のように
時間t₁後に“０”に反転し、これによつてワンシ
ヨツトパルス発生回路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
てワンシヨツトパルス発生回路W₃，W₄が発振
し、ワンシヨツトパルス発生回路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つてフリツ
プフロツプ回路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。したがつ
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図のように駆動パルス
列が発生する。この駆動パルス列によつてトラン
ジスタＴがオンになり、コイルL₁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プフロツプ回路F₁
のクロツク入力に供給されており、その立上りに
よつて比較回路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
いる間は上記駆動パルス列が発生してコイルL₁
が駆動される。

そして誘起電圧が基準電圧v_r以下になつて比較
回路CM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つてフリツプフロツ
プ回路F₁の出力が“０”に反転して駆動パルス
列が停止し、コイルL₁の駆動が停止する。

以上のように、誘起電圧が基準電圧v_r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の入力、タイマ回路TMのリセツト入力
およびフリツプフロツプ回路Ｆのセツト入力とす
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
ヨツトパルス発生回路W₄の出力幅t₂は以下のよ
うに設定してある。コイルL₁は駆動パルス列に
よつて駆動されるため、このパルスが途切れたと
きに第４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
L₁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ツプフロツプ回路
F₁によつて比較回路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、ワンシヨツトパルス発生回路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_r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、基準
電圧をフリツプフロツプ回路F₁の出力によつて
第４図のように電圧v_r1に切り換えることによ
つて、最後の駆動パルスを発生しなくすることが
できる。これによつて駆動時間のより細かい調整
が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
動によつ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つてしまう。そこで、
電源変動による影響を小さくするために、基準電
圧v_rを、電圧変動の影響が小さい、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）によつ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、基準電圧を低い電圧v_r2
に設定しておくことにより、誘起電圧が電圧v_r2
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つて時間t₀だけ遅らせてフリ
ツプフロツプ回路F₁およびゲート回路G₃に供給
するものである。これによつて、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はフリツプフロツ
プ回路、W₅〜W₈はワンシヨツトパルス発生回路
で、ワンシヨツトパルス発生回路W₆は出力パル
ス幅が可変のプログラマブルワンシヨツト回路を
用いており、ワンシヨツトパルス発生回路W₅，
W₇，W₈のパルス幅はそれぞれt₃，T₅，t₆に設定
してある。CT₁はアツプダウンカウンタである。

以上の構成において、カウンタCT₁の内容がｕ
になつていてこれによりワンシヨツトパルス発生
回路W₄のパルス幅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_r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、
ワンシヨツトパルス発生回路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
よつてワンシヨツトパルス発生回路W₆から幅t₄
の駆動パルスが発生し、トランジスタＴがオンに
なつてコイルL₁に駆動電流が流れる。

この駆動パルスの立下りによつてワンシヨツト
パルス発生回路W₇から幅t₅のパルスが発生し、
その立下りによつてフリツプフロツプ回路F₂お
よびワンシヨツトパルス発生回路W₈がトリガさ
れる。フリツプフロツプ回路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
がフリツプフロツプ回路F₂に読み込まれる。す
なわち、ワンシヨツトパルス発生回路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_r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、フリツプフ
ロツプ回路F₂の出力が“１”になり、カウンタ
CT₁がアツプモードになる。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、ワンシヨツトパルス発生回路W₇からの
パルスの立下りによつてワンシヨツトパルス発生
回路W₈から幅t₆のパルスが発生し、これがカウ
ンタCT₁のクロツク入力となる。これによつてカ
ウンタCT１の内容が一つアツプし、第６図ｐの
ように（ｕ＋１）となる。そのためワンシヨツト
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。

したがつて次回は、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
なつたとする。このときのワンシヨツトパルス発
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、フリツプ
フロツプ回路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CT₁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。

したがつて駆動パルス幅はt₄′およびそれより
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
せることができるものである。

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ヨツトパル
ス発生回路W₅，W₇としてプログラマブルワンシ
ヨツト回路を用い、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ｂのよ
うに、誘起電圧の振幅が大きくなり、かつその変
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t₃〜t₅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ｂの状態とでは、時間
t₃，t₅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つて、安定する振り角が設定
されるものである。例えば第７図ｂ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
ようにワンシヨツトパルス発生回路W₅〜W₇のパ
ルス幅を設定しておき、カウンタCT₁の内容に応
じて、この比率を保つ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
調整することによつて、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
内容によつてワンシヨツトパルス発生回路W₅〜
W₇のパルス幅が第７図ｂ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
めワンシヨツトパルス発生回路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
CT₁の内容が１つアツプされ、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
次第に大きくなつていき、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t₃〜t₅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つてい
く。

以上の動作が繰り返されることによつて第７図
ｂ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、ワンシヨツトパルス発生回路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られ
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てある。

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vrにしたが、後
者をカウンタCT₁の内容に応じて変更するように
してもよい。例えば、基準電圧をワンシヨツトパ
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、ワンシヨツトパ
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。

なお電源電圧を変動等を考慮しなければ、ワン
シヨツトパルス発生回路W₅は必ずしも必要とせ
ず、比較回路CMの出力を直接ワンシヨツトパル
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にクロツクパルスを供給するように
したが、例えばカウンタCT₁のアツプ／ダウンモ
ードが３駆動パルス連続して一定であつた場合に
初めてカウンタCT₁の内容を一つアツプするよう
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、ワンシヨツトパルス発生回路Ｗ
８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ツプフロツプ回路F₂の
出力レベルが反転するごとにリセツトするように
構成すればよい。これによつて、ノイズ等による
誤動作を防止することができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、コイルの誘起電圧が基準電圧
を越えたときに比較回路から出力を発生させ、こ
の出力に応答してコイルを駆動するもので、上記
誘起電圧が規定レベル以下の状態が一定時間以上
続いたときに、大きな駆動力を付与する起動パル
スを発生するようにしたので、回路構成の大半を
集積化することができ、低コスト化の上で大きな
効果を発揮し、かつ電源投入時あるいは外力等に
よつて永久磁石が停止していても永久磁石を自起
動させることができる。しかも何らかの障害物に
よつて永久磁石が押えられている状態にあつて
も、一定時間ごとに発生する起動パルスによる電
流の消費だけで済み、無駄な消費電流を極力抑え
ることができる。

また誘起電圧の振幅に応じて基準電圧を制御す
ることによつて、誘起電圧の極大点以外において
駆動パルスが発生する不都合を解消することがで
き、常に誘起電圧の極大点において効率良く駆動
されるように自動制御が行われ、永久磁石を安定
した振幅で効率よく駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した論理回路
図、第２図は第１図の動作説明のための電圧波形
図、第３図は第１図の一部を詳細に示した論理回
路図、第４図は第３図の動作説明のための電圧波
形図、第５図は第３図の他の例を示した論理回路
図、第６図および第７図は第５図の動作説明のた
めの電圧波形図、第８図は従来の駆動回路例を示
した電気回路図である。 L₁……コイル、V_r……基準電圧源、CM……比
較回路、PG……パルス発生回路、TM……タイ
マ回路、Ｔ……駆動回路、CT……制御回路、
DT……検出回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 永久磁石を検出および駆動するコイルと、基
   準電圧を生じる基準電圧源と、上記コイルの誘起
   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
   記駆動パルスによつて動作し上記コイルに駆動電
   流を流す駆動回路と、上記比較回路の出力を受け
   上記誘起電圧の振幅が規定レベル以下の状態が一
   定時間以上続いたことを検出する検出回路と、こ
   の検出回路からの検出出力によつて上記駆動パル
   スより大きな駆動力を与える起動パルスを発生し
   て上記駆動回路に供給する起動回路とからなる電
   磁駆動回路。 ２ 永久磁石を検出および駆動するコイルと、基
   準電圧が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
   記駆動パルスによつて動作し上記コイルに駆動電
   流を流す駆動回路と、上記比較回路の出力を受け
   上記誘起電圧の振幅に応じて上記基準電圧を制御
   する制御回路と、上記比較回路から一定時間以上
   出力が発生しなかつたときに出力を発生するタイ
   マ回路と、上記制御回路によつて上記基準電圧が
   最も低いレベルに設定されている状態で上記タイ
   マ回路から出力が発生したときに上記駆動パルス
   より大きな駆動力を与える起動パルスを発生して
   上記駆動回路に供給する起動回路とからなる電磁
   駆動回路。