JPH0519116B2 - - 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、小形
化あるいは低コスト化に反するものであつた。

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つた。

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

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
期によらず基準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、永久磁石の変位を検出するとともに
この永久磁石を変位させるための駆動電流を流す
コイルと、可変の基準電圧を生じる基準電圧源
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、上記比較回路
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
基準電圧源の基準電圧をその計数値に基いて指定
するアツプダウン可能な計数回路と、上記比較回
路からの出力発生に基いて上記計数回路をアツプ
モードに設定し、上記比較回路から一定期間以上
出力が生じないときに上記計数回路をダウンモー
ドに設定する制御回路とを有する電磁駆動回路と
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
う。

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
起電圧が上記基準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PG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
力によりワンシヨツトパルスを発生するワンシヨ
ツト回路、CTはその出力により上記可変の基準
電圧源VRの基準電圧を設定するアツプダウン可
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のアツプおよびダウンモード
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にクロツクパルスを供給するクロツク回路で
あり、本例を時計に適用する場合、上記クロツク
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ヤートに従つて
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
圧源VRの電圧Vn−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PG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フリツプフロツプをセ
ツトして計数回路CTをアツプモードに設定する
とともに、タイマー回路TMをリセツトする。

この状態でクロツク回路CLはクロツクパルス
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、基準電圧源
VRの電圧はVn−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をリセツトするだけであり、基準電圧は
Vnを維持したままである。

次にクロツク回路CLから生じるクロツクパル
スにより、計数回路CTの計数値がｎ＋１になる
とともに、基準電圧源VRの基準電圧がVn＋１に
なる。すなわち、クロツク回路CLからのクロツ
クパルスによつてのみ基準電圧源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Vn＋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
よりワンシヨツト回路Ｗがトリガされてワンシヨ
ツトパルスが生じ、このワンシヨツトパルスによ
り制御回路CNTがリセツトされ、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。

この状態でクロツク回路CLからクロツクパル
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、クロツク回路CLから任意の周期で
クロツ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、起動後速やかに振り
子の振れを安定させることができる。

通常上記クロツクパルスの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、クロツクパルスの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
スをクロツ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、クロツクパルスに適
しており、しかも特別にクロツクパルス発生用の
分周回路等を追加する必要もない。

なお、上記実施例では、計数回路CTのアツプ
モード、ダウンモードともに、クロツク回路から
のクロツクパルスにより計数動作を行つていた
が、アツプモードときのみクロツクパルスを用
い、ダウンモードでは例えばワンシヨツト回路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、アツプダウンカウン
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LL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LL
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LL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LL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_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、駆動回路DRがオンにな
つてコイル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の状態を第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v_r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。

なお電源電圧の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
W₈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。

［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。

【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図は第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。 LL……コイル、VR……基準電圧源、CM……
比較回路、PG……パルス発生回路、DR……駆動
回路、CT……計数回路、CNT…制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 永久磁石の変位を検出するとともにこの永久
   磁石を変位させるための駆動電流を流すコイル
   と、 可変の基準電圧を生じる基準電圧源と、 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、 上記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、 上記基準電圧源の基準電圧をその計数値に基い
   て指定するアツプダウン可能な計数回路と、 上記比較回路からの出力発生に基いて上記計数
   回路をアツプモードに設定し、上記比較回路から
   一定期間以上出力が生じないときに上記計数回路
   をダウンモードに設定する制御回路と を有することを特徴とする電磁駆動回路。