JPH01250890A - 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〕 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Ｒ，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］ 」二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った。

また上記の回路によって、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って決まる
長い周期で駆動パルスが発生することになる。そのため
駆動パルスによっ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った。

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章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った。

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の振り
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
スによっ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、■　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Ｌｌの誘起電
圧が基準電圧ｖｒ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
長い時間に設定しである。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。Ｗ＋は誤動作防
止のためのマスク用のワンショット回路、Ｗ２は起動パ
ルスを発生するためのワンショット回路からなる起動回
路、Ｇ　　、Ｇ　　はゲート回路、ＣＴはｌ電圧を調整
するためのアッ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
によって検出回路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
によって初期リセット動作が行われ、カウンタＣＴおよ
びタイマ回路ＴＭがリセットされる。カウンタＣＴのリ
セットによってＷｆ電圧源Ｖ　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ッ
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にリセットはかからない。

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
動パルスによって駆動回路Ｔがオンになり、コイルＬｌ
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、大きな起動力が付与され、
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　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。しかしなから、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って
生じるワンショット回路Ｗ１からのパルス（第２図■）
によってゲート回路Ｇ１の通過を禁止される。

上記起動によって振子が振られてコイルＬ１の誘起電圧
が基準電圧■　を越えると、比較回路Ｃ「 Ｍから第２図■のように出力が生じ、パルス発生回路Ｐ
Ｇ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って駆動回路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ってタイマ回
路ＴＭがリセットされるとともにカウンタＣＴが１つア
ップカウントし、基準電圧源Ｖ。

の基準電圧がルベル上昇する。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のリセッ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Ｗ
２もトリガされるが、端子ｐからの出力によって不動作
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って基準電圧が
ルベル低下する。

この動作によっ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・
・・）回置上連続して発生したときに基塾電圧を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のアップカウント入力とする。そしてタイマ回路Ｔ
Ｍの出力によって上記ｎ進カウンタをリセットするもの
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、したがってカウンタＣＴの内容が大きくなるもの
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、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　
、Ｗ　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１　．１　　に設置２ 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Ｗ３゜Ｗ４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Ｌ１の誘起電圧が第４図■のように基準電
圧■　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Ｗ３　、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ｔ１後に“０”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、Ｗ４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Ｆｌ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■のように駆動パルス
列が発生する。この駆動パルス列によってトランジスタ
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ップフロップ回路Ｆ１のクロッ
ク入力に供給されており、その立上りによって比較回路
ＣＭの出力状態の判定が行われる。

羊のため、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　以下になって比「 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ってフリップフロップ回路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　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Ｌ１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
間にっ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Ｌ＄雷電圧　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
ップフロップ回路Ｆｌの出力によって第４図■のように
電圧ｖｒ１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、基準電圧Ｖ　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、基準電圧を低い電圧ｖｒ２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
１０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、Ｗ　−
Ｗ８はワンショットパルス発生口路で、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
　　、Ｔ　　。

ｔ　に設定しである。ＣＴｌ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ＣＴ　ｔ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生回路Ｗ　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Ｃ
Ｍ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、’ｈ％　ｉ　３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、トランジスタＴがオンになってコイル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Ｗ８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■　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Ｗ　から幅
ｔ６のパルスが発生し、これがカウンタＣＴ、のクロッ
ク入力となる。これによってカウンタＣＴＩの内容が一
つアップし、第６図ｐのように（ｕ＋ｌ）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、駆動ノ４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１４−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ＣＴｌがダウンモー
ドになる。

そのためカウンタＣＴ　ｔ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Ｗ５
．Ｗ７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ｔ　　−ｔ　５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、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図すの状態とでは、時間ｔ３．ｔ
５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
ＣＴ１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ｔ　　−ｔ　５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ＣＴ、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１　−１
５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ＣＴ　　がダウンモードに切り換わり、時間
ｔ　　””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ＣＴ　ｌ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ＣＴｌ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Ｗ８および
カウンタＣ７１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。

［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
よっ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って永久磁
石が押えられている状態にあっても、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
よって、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。 Ｌｌ・・・コイル ■　・・・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 以　　上 出願人　　株式会社　精　工　舎

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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っ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. （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
   力が発生しなかったときに出力を発生するタイマ回路と
   、上記制御回路によっ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。