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电子机器、机械表、电子机器的控制和设计方法

申请号 CN02106539.X 申请日 2002-02-27 公开(公告)号 CN1190713C 公开(公告)日 2005-02-23
申请人 精工爱普生株式会社; 发明人 清水荣作; 小池邦夫; 中村英典;
摘要 本 发明 的目的在于提供一种能够防止因 制动 控制而使发 电机 停止的 电子 机器。作为电子机器的电子控制式 机械表 ,具有由 发条 驱动而发电的发电机和由该 电能 驱动并控制上述发电机的旋转周期的旋转控制装置。旋转控制装置具有:将基准 信号 和与发电机的旋转周期对应的旋转检测信号比较来进行发电机的制动控制的制动控制装置;当发电机的旋转周期大于比基准周期长的第1设定周期时,将发电机的制动量设定为第1制动设定值而防止发电机停止的发电机停止防止装置。当发电机的旋转周期长时,用第1制动设定值控制发电机。第1制动设定值是制动量为0等小的制动量,可以防止发电机的停止。
权利要求

1、一种电子机器,具有机械能源、由上述机械能源驱动而发生 感应电势并供给电能的发电机和由上述电能驱动并控制上述发电机 的旋转周期的旋转控制装置,其特征在于:
上述旋转控制装置具有:
将根据来自时间标准源的信号发生的基准信号和与上述发电机 的旋转周期对应的旋转检测信号比较来进行上述发电机的制动控制 的制动控制装置;
测定上述发电机的旋转周期,当该旋转周期大于比基准周期长的 第1设定周期时,将上述发电机的制动量设定为第1制动设定值,从 而防止发电机停止的发电机停止防止装置。
2、权利要求1所述的电子机器,其特征在于,上述第1制动设 定值设定为将制动量设为零的值。
3、权利要求1所述的电子机器,其特征在于,上述第1制动设 定值设定为在上述制动控制装置可设定的制动量中最小制动量以下 的值。
4、权利要求1~3任一项所述的电子机器,其特征在于,上述发 电机停止防止装置将发电机的制动量设定为第1制动设定值而使其与 发电机的旋转周期同步。
5、权利要求1所述的电子机器,其特征在于:
求出若不将发电机的制动量切换到第1制动设定值发电机便停止 的周期,并将其作为上限周期,而且,求出若将发电机的制动量切换 到第1制动设定值发电机便起振的周期,并将其作为下限周期,上述 第1设定周期在上限和下限周期之间进行设定。
6、一种电子控制式机械表,具有机械能源、由上述机械能源驱 动而发生感应电势并供给电能的发电机、由上述电能驱动并控制上述 发电机的旋转周期的旋转控制装置和与上述发电机的旋转连动工作 的时间显示装置,其特征在于:
上述旋转控制装置具有:
将根据来自时间标准源的信号发生的基准信号和与上述发电机 的旋转周期对应的旋转检测信号比较来进行上述发电机的制动控制 的制动控制装置;
测定上述发电机的旋转周期,当该旋转周期大于比基准周期长的 第1设定周期时,将上述发电机的制动量设定为第1制动设定值,从 而防止发电机停止的发电机停止防止装置。
7、一种电子机器的控制方法,该电子机器具有机械能源、由上 述机械能源驱动而发生感应电势并供给电能的发电机和由上述电能 驱动并控制上述发电机的旋转周期的旋转控制装置,其特征在于:
将根据来自时间标准源的信号发生的基准信号和与上述发电机 的旋转周期对应的旋转检测信号比较来进行上述发电机的制动控 制,同时,
当上述发电机的旋转周期大于比基准周期长的第1设定周期时, 将上述发电机的制动量设定为第1制动设定值,从而防止发电机停 止。
8、一种电子机器的设计方法,该电子机器具有机械能源、由上 述机械能源驱动而发生感应电势并供给电能的发电机和由上述电能 驱动并控制上述发电机的旋转周期的旋转控制装置,
该电子机器构成为将根据来自时间标准源的信号发生的基准信 号和与上述发电机的旋转周期对应的旋转检测信号比较来进行上述 发电机的制动控制,同时,当上述发电机的旋转周期大于比基准周期 长的第1设定周期时,将上述发电机的制动量设定为第1制动设定 值,从而防止发电机停止,其特征在于:
求出若不将发电机的制动量切换到第1制动设定值发电机便停止 的周期,并将其作为上限周期,而且,求出若将发电机的制动量切换 到第1制动设定值发电机便起振的周期,并将其作为下限周期,上述 第1设定周期在上限和下限周期之间进行设定。

说明书全文

技术领域

发明涉及电子机器、电子控制式机械表、电子机器的控制方法 和电子机器的设计方法,详细地说,涉及具有机械能源、由上述机械 能源驱动而发生感应电势并供给电能的发电机和由上述电能驱动并 控制上述发电机的旋转周期的旋转控制装置的电子机器、电子控制式 机械表和电子机器的控制方法和电子机器的设计方法。

背景技术

作为电子控制式机械表,已知的有特公平7-119812公报中记载 的机械表,该机械表利用发电机将发条松开时的机械能变换成电能, 利用该电能使旋转控制装置工作,控制流过发电机线圈的电流值,由 此,正确驱动固定在齿轮链上的指针来正确地显示时间。
在这样的电子控制式机械表中,将根据来自晶体振荡器等的时间 标准源的信号发生的基准信号和与发电机的旋转周期对应的旋转检 测信号比较来设定发电机的制动量(例如,进行制动的时间),从而 对发电机进行调速。
即,当发电机的旋转周期比基准信号短时,通过使制动时间与该 相位差对应延长,使发电机的旋转周期变长而与基准周期同步,从而 实现调速。
但是,当因外界干扰等原因而使发电机的旋转周期突然变短时, 为了消除指示误差,制动控制装置进行制动的时间变长,使发电机的 旋转周期明显延长,向着使发电机停止的方向进行控制。
因此,尽管是因外界干扰等原因而使发电机的旋转周期暂时变 短,还是加给与该速度对应的很大的制动量(制动对间长),有使发 电机停止之虞。
发电机一旦停止,因齿轮转矩的影响,需要加非常大的转矩才能 使发电机再次转动。因此,只要发条不上满或不是接近上满的状态, 发电机就会停止,存在发电机持续时间短的问题。
此外,因发条处在接近上满的状态,故即使发电机再次转动,发 电机开始转动之前多少需要一点时间,所以,存在与发电机转动连动 的指针会产生指示误差的问题。
这样的制动结果造成发电机停止的问题不仅是电子控制式机械 表,对于具有利用发条或橡胶等机械能源进行转动控制的部分的音乐 盒或节拍器、玩具、电动剃须刀等各种电子机器,当进行高精度制动 控制的各动作部、例如音乐盒中的鼓膜或节拍器中的振子进行高精度 动作时,都有可能发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子机器、电子控制式机械表和电子 机器的控制方法和电子机器的设计方法,能够防止因制动控制而使发 电机停止。
本发明的第1方面是一种具有机械能源、由上述机械能源驱动而 发生感应电势并供给电能的发电机和由上述电能驱动并控制上述发 电机的旋转周期的旋转控制装置的电子机器,其特征在于,上述旋转 控制装置具有:将根据来自时间标准源的信号发生的基准信号和与上 述发电机的旋转周期对应的旋转检测信号比较来进行上述发电机的 制动控制的制动控制装置;测定上述发电机的旋转周期,当该旋转周 期大于比基准周期长的第1设定周期时,将上述发电机的制动量设定 为第1制动设定值,从而防止发电机停止的发电机停止防止装置。
这时,上述第1制动设定值设定为使制动量为零的值或小于上述 制动控制装置可设定的制动量中的最小制动量的值。
在本发明中,当发电机的旋转周期长且在第1设定周期之上时, 将制动量设定为第1制动设定值来控制发电机。这里,第1制动设定 值例如是制动量为0或最小制动量以下的小制动量,所以,若用第1 制动设定值进行控制,只要发条不松,就可以防止发电机停止。
此外,上述发电机停止防止装置最好将发电机的制动量设定为第 1制动设定值而使其与发电机的旋转周期同步。
若按照这样的结构,一旦检测出第1设定周期之上的旋转周期, 就立即将制动量设定为第1制动设定值,所以,能够迅速地进行控制。
进而,求出若不将发电机的制动量切换到第1制动设定值发电机 便停止的周期,并将其作为上限周期,而且,求出若将发电机的制动 量切换到第1制动设定值发电机便起振的周期,并将其作为下限周 期,上述第1设定周期最好在上限和下限周期之间进行设定。
再有,这里,发电机起振是指反复出现这样的状态,即在一个基 准周期以上加制动,反之,在一个基准周期之内什么都不加的状态, 换言之,是指实际发电机的旋转周期的变动幅度相对发电机的基准周 期的比例大的情况。例如,当基准周期为8Hz时,变幅达到6~10Hz, 即达到基准周期的例如20%以上的变幅。因此,不起振的状态是指在 一个周期内加若干次制动,发电机的旋转周期的变幅在规定范围内 (例如,8Hz±1Hz,不到基准周期的15%)的状态。
当用来产生制动小的第1制动设定值的第1设定周期短(接近 基准周期的值)时,在加足够的制动力之前,因制动无效或非常小, 故容易起振。
另一方面,当第1设定周期长(比基准周期大很多的值)时,在 变更第1设定制动设定值之前,发电机恐怕会停止。
因此,若根据使用本发明的电子机器的情况,将第1设定周期设 定在不出现这样的起振状态或停止状态的周期上,则可以进行可靠的 控制,使其不出现起振状态或停止状态。
本发明的电子控制式机械表具有机械能源、由上述机械能源驱动 而发生感应电势并供给电能的发电机、由上述电能驱动并控制上述发 电机的旋转周期的旋转控制装置和与上述发电机的旋转连动工作的 时间显示装置,其特征在于,上述旋转控制装置具有:将根据来自时 间标准源的信号发生的基准信号和与上述发电机的旋转周期对应的 旋转检测信号比较来进行上述发电机的制动控制的制动控制装置;测 定上述发电机的旋转周期,当该旋转周期大于比基准周期长的第1设 定周期时,将上述发电机的制动量设定为第1制动设定值,从而防止 发电机停止的发电机停止防止装置。
这里,时间显示装置是指使用与从机械能源向发电机传送机械能 的齿轮等能量传送装置结合的指针等指示时间的装置。
若按照本发明的电子控制式机械表,因可以防止发电机停止,故 能够提供持续时间长的机械表,同时,因可以防止发电机一旦停止后 再起动,故能够消除时间指示装置(指针)的指示误差。
在这样的电子控制式机械表中,上述第1制动设定值最好设定为 使制动量为零的值或小于上述制动控制装置可设定的制动量中的最 小制动量的值。
在本发明中,当发电机的旋转周期长且在第1设定周期之上时, 将制动量设定为第1制动设定值来控制发电机。这里,第1制动设定 值例如是制动量为0或最小制动量以下的小制动量,所以,若用第1 制动设定值进行控制,只要发条等机械能源的能量还存在,就可以防 止发电机停止。
此外,在本发明的电子控制式机械表中,上述发电机停止防止装 置最好将发电机的制动量设定为第1制动设定值而使其与发电机的旋 转周期同步。
若按照这样的结构,一旦检测出第1设定周期之上的旋转周期, 就立即将制动量设定为第1制动设定值,所以,能够迅速地进行控制。
进而,求出若不将发电机的制动量切换到第1制动设定值发电机 便停止的周期,并将其作为上限周期,而且,求出若将发电机的制动 量切换到第1制动设定值发电机便起振的周期,并将其作为下限周 期,上述第1设定周期最好在上限和下限周期之间进行设定。
再有,这里,如前所述,发电机起振是指发电机的旋转周期的变 动幅度大的情况。即,在指针式(模拟式)的电子控制式机械表中, 指针不是以恒定的速度移动,使用者会发现其动作时快时慢。
当用来产生制动力小的第1制动设定值的第1设定周期短(接近 基准周期的值)时,在加足够的制动力之前,因制动无效或非常小, 故容易起振。
另一方面,当第1设定周期长(比基准周期大很多的值)时,在 变更第1设定制动设定值之前,发电机有停止之虞。
因此,若根据使用本发明的电子机器的情况,将第1设定周期设 定在不出现这样的起振状态或停止状态的周期上,则可以进行可靠的 控制,使其不出现起振状态或停止状态。
此外,上述电子机器最好是计时装置、音乐盒或或节拍器。若如 此,则可以提供在有外界干扰时发电机不停止,能正确进行旋转控制 的计时装置、音乐盒或或节拍器。
若将这样的由记录媒体或因特网等通信装置提供的本发明的控 制程序安装在电子机器中,当发电机的旋转周期变长且在第1设定周 期以上时,使用第1制动设定值的制动量进行制动控制,所以,可以 可靠地防止发电机停止。因此,在工作状态下能够进行正确的旋转控 制。
进而,该程序可以通过CD-ROM等记录媒体或因特网等通信装置 装入电子机器中,所以,可以与各电子机器的特性等对应简单地设定 该第1设定周期,并使其达到最佳化。能够进行更精确的旋转控制。
本发明的电子机器的控制方法,该电子机器具有机械能源、由上 述机械能源驱动而发生感应电势并供给电能的发电机和由上述电能 驱动并控制上述发电机的旋转周期的旋转控制装置,其特征在于:将 根据来自时间标准源的信号发生的基准信号和与上述发电机的旋转 周期对应的旋转检测信号比较来进行上述发电机的制动控制,同时, 当上述发电机的旋转周期大于比基准周期长的第1设定周期时,将上 述发电机的制动量设定为第1制动设定值,从而防止发电机停止。
在本发明中,当发电机的旋转周期变长且在第1设定周期以上 时,使用第1制动设定值的制动量进行制动控制,所以,能够可靠地 防止发电机停止。
本发明的电子机器的设计方法,该电子机器具有机械能源、由上 述机械能源驱动而发生感应电势并供给电能的发电机和由上述电能 驱动并控制上述发电机的旋转周期的旋转控制装置,该电子机器构成 为将根据来自时间标准源的信号发生的基准信号和与上述发电机的 旋转周期对应的旋转检测信号比较来进行上述发电机的制动控制,同 时,当上述发电机的旋转周期大于比基准周期长的第1设定周期时, 将上述发电机的制动量设定为第1制动设定值,从而防止发电机停 止,其特征在于:求出若不将发电机的制动量切换到第1制动设定值 发电机便停止的周期,并将其作为上限周期,而且,求出若将发电机 的制动量切换到第1制动设定值发电机便起振的周期,并将其作为下 限周期,上述第1设定周期在上限和下限周期之间进行设定。
当作为用来产生制动量小的第1制动设定值的基准的第1设定周 期设定成不适当的值时,发电机容易起振或停止。
变成这样的起振状态或停止状态的周期因电子机器的种类或制 动力的设定等而变化,但是,若按照本发明的设计方法,因实际求出 各周期,故能够恰当地设定第1设定周期,不会出现起振状态或发电 机的停止状态。
附图说明:
图1是表示本发明的一实施形态的电子控制式机械表的主要部分 的构成的方框图
图2是表示上述实施形态的电子控制式机械表的构成的电路图。
图3是表示上述实施形态的制动控制信号生成电路的构成的电路 图。
图4是上述实施形态的可逆计数器的时序图。
图5是上述实施形态的斩波信号发生部的时序图。
图6是上述实施形态的斩波信号发生部的时序图。
图7是上述实施形态的制动控制信号生成电路的时序图。
图8是说明上述实施形态的动作的流程图
发明的具体实施方式
图1示出本发明的一实施形态的电子控制式机械表的方框图。
电子控制式机械表具有作为机械能源的发条1、作为将发条1的 转矩传送给发电机2的能量传送装置的加速齿轮3和与加速齿轮3连 接并进行时间指示的指针4。
发电机2经加速齿轮3由发条1驱动,产生感应电压而供给电 能。从该发电机2输出的交流电压通过由升压整流、全波整流、半波 整流、晶体管整流等形成的整流电路5升压、整流后对由电容器等构 成的电源电路6进行充电并供给电能。
再有,在本实施形态中,如图2所示,发电机2设有包含整流电 路5的制动电路20。该制动电路20具有与输入发电机2发出的交流 信号(交流电流)的第1交流输入端子MG1连接的第1开关21和与 输入上述交流信号的第2交流输入端子MG2连接的第2开关22,通 过使这些开关21、22同时导通,使第1、第2交流输入端子MG1、MG2 短路,处于闭环状态,形成短路制动。
第1开关21由栅极与第2交流输入端子MG2连接的Pch的第1 场效应晶体管(FET)26和后述的斩波信号发生部80的斩波信号(斩 波脉冲)CH5输入到其栅极的第2场效应晶体管27并联连接构成。
此外,第2开关22由栅极与第1交流输入端子MG1连接的Pch 的第3场效应晶体管(FET)28和斩波信号发生部80的斩波信号CH5 输入到其栅极的第4场效应晶体管29并联连接构成。
而且,与发电机2连接的升压用电容器23、二极管24、25和开 关21、22构成倍压整流电路5。再有,作为二极管24、25,不管什 么种类,只要是单方向流过电流的单向元件即可。特别是在电子控制 式机械表中,因发电机2的电动势小,所以,作为二极管24、25, 最好使用压降Vf和反向漏电流小的肖特基势垒二极管或二极管。 由该整流电路5整流的直流信号对电源电路(电容器)6充电。
上述制动电路20由利用电源电路供给的电力驱动的旋转控制装 置50控制。该旋转控制装置50如图1所示,由震荡电路51、检测 电路52和控制电路53构成。
震荡电路51使用作为时间标准源的晶体振荡器51A并输出震荡
检测电路52由与发电机2连接的波形整形电路61和单稳多谐振 荡器62构成。波形整形电路61由放大器和比较器构成,将正弦波变 换成矩形波。单稳多谐振荡器62起只使某一周期以下的脉冲通过的 带通滤波器的作用,输出除去了噪声的旋转检测信号FG1。
控制电路53如图1所示,具有作为制动控制装置的制动控制装 置55和作为发电机停止防止装置的发电机停止防止装置56。而且, 制动控制装置55如图2所示,具有可逆计数器60、同步电路70和斩 波信号发生部80。
可逆计数器60的加计数输入和减计数输入分别经同步电路70输 入检测电路52的旋转检测信号FG1和从分频电路54来的基准信号 fs。
同步电路70由4个触发器71、与72和与非门73构成,利用 分频电路54的第5级输出Q5(1024Hz)和第6级输出Q6(512Hz) 的信号,使旋转检测信号FG1与基准信号同步,同时,调整各信号脉 冲,使其输出时不重叠。
可逆计数器60由4位计数器构成。可逆计数器60的加计数输入 从同步电路70输入基于上述旋转检测信号FG1的信号,减计数输入 从同步电路70输入基于上述基准信号fs的信号。因此,基准信号fs 和旋转检测信号FG1的计数和七差的算出同时进行。
再有,该可逆计数器60设有4个数据输入端子(预置位端子)A~ D,通过向端子A~C输入H电平信号,可以将可逆计数器60的初始 值(预置位值)设定成计数值7。
此外,可逆计数器60的LOAD(加载)输入端子与电源电路6连接, 再与和电源电路6的电压对应输出系统复位信号SR的初始化电90。 再有,在本实施形态中,初始化电路90构成为在电源电路60的充电 电压达到规定电压之前输出H电平的信号,当大于规定电压时输出L 电平的信号。
可逆计数器60在LOAD输入变成L电平之前,即在输出系统复位 信号SR之前,不接受加计数输入,所以,可逆计数器60的计数值维 持在‘7’。
可逆计数器60具有4位输出QA~QD。因此,当计数值小于7时, 第4位输出QD输出L电平信号。当大于8时输出H电平信号。该输 持在‘7’。
可逆计数器60具有4位输出QA~QD。因此,当计数值小于7时, 第4位输出QD输出L电平信号。当大于8时输出H电平信号。该输 出QD与斩波信号发生部80连接。
再有,输入了输出QA~QD的与非门74和或门75的各输出分别 输入输入有同步电路70的输出的与非门73。因此,设定成当例如连 续输入多个加计数信号而使计数值变成15时,从与非门74输出L电 平的信号,即使再向与非门73输入加计数信号,其输入无效,不能 再向可逆计数器60输入加计数信号。同样,当计数值为‘0’时,因 从或门75输出L电平的信号,故减计数信号的输入无效。因此,设 定成不会出现当计数值超过‘15’时变成‘0’,或超过‘0’时变成 ‘15’的现象。
斩波信号发生部80具有利用分频电路54的输出Q5~Q8输出第1 斩波信号CH1的与门82、输出第2斩波信号CH2的或门83、利用可 逆计数器60的输出QD等输出成为制动控制信号的斩波信号CH3的制 动控制信号生成电路81、输入斩波信号CH2、CH3的各与门84和输 入各与门84的输出CH4及上述输出CH1的或非门85。
该斩波信号发生部80的或非门5的输出CH5输入到Pch晶体管 27、29的栅极。因此,在斩波输出CH5为L电平的期间,晶体管27、 29维持导通状态,发电机2被短路而加上制动。
另一方面,在斩波输出CH5为H电平的期间,对发电机2不加制 动。因此,可以利用输出CH5的斩波信号对发电机2进行斩波控制。
这里,上述各斩波信号CH1、CH2的占空比是在该斩波信号的1 个周期内对发电机2加制动的时间的比率,在本实施形态中,是在各 斩波信号CH1、CH2的一周期内电平为H的时间的比率。
制动控制信号生成电路81如图3所示,由旋转周期检测电路 200、制动量校正电路300和信号选择电路400构成。
旋转周期检测电路200具有输入分频电路54的输出Q7(256Hz) 和后述的触发器210的反相输出XQ(图中由Q上面横线表示)的与 门209、将该与门209的输出作为时钟输入并将与门72的输出FG2 作为清零输入的6级分频电路201、与门202~206、或非门207和或 门208。
与门202和或非门207分别输入分频电路01的各输出F2~F5 和输出F6的反相信号。
与门203输入与门202的输出反相信号和输出F6的反相信号。 与门204输入输出F3、F6。与门502输入输出F2的反相信号和或非 门207的输出,与门206输入输出F2和或非门207的输出。
或门208输入与门202、205的信号。
再有,输出FG2与旋转检测信号FG1的上升沿大致同步,即变成 旋转检测信号FG1的一个周期一次输出的脉冲信号。
进而,旋转周期检测电路200具有将与门204的输出作为时钟输 入将输出FG2的反相信号作为清零输入且将常时为H电平的信号作为 数据输入的触发器210、分别将与门203、或门208和与门206的各 输出作为数据输入将旋转检测信号FG1作为时钟输入的触发器211~ 213。
而且,这样构成的旋转周期检测电路200可以检测旋转检测信号 FG1的旋转周期,并利用各触发器211~213输出该检测出的旋转周 期。
具体地说,在本实施形态中,设输出SP1在转子的旋转周期不到 117ms时为‘H’,除此之外为‘L’。同样,设各输出SP2只有在旋 转周期是117~132ms(大于117ms且小于132ms,以下同)时为‘H’, 输出SP3只有在旋转周期是132~140ms时为‘H’。此外,触发器 210的输出Q只有在旋转周期大于140ms时为‘H’,所以,其反相 信号XQ(SP4的反相信号XSP4)通常为‘H’,只有在旋转周期大于 140ms时为‘L’。
即,可以检测出共4级旋转周期,即以基准周期(8Hz=125ms) 为中心,与基准周期大致相符(旋转周期为117~132ms)的为一级, 比该周期短的方向上的一级(旋转周期不到117ms)和比该周期长的 方向上的两级(旋转周期是132~140ms和大于140ms)。
制动量校正电路300由或非门301、与非门302构成,利用分频 电路54的各输出Q9~Q12输出图6所示的各校正信号H01、H02。
此外,信号选择电路400由或门401、与门402~404和或门405 构成,将可逆计数器60的输出QD、各输出SP1~SP3和各校正信号 H01~H02合成,利用与SP1~SP3中变成H电平的信号对应的校正信 号H01、H02,对输出QD进行调整,再输出各制动控制信号CH3。
再有,当输出SP2变成H电平信号时,输出QD不校正,直接作 为制动控制信号CH3。此外,当旋转周期大于140ms时,因SP1~SP3 全部是L电平信号,故制动控制信号CH3也变成L电平信号。
此外,各校正信号H01、H02是与旋转周期检测电路200的输出 SP1~SP3、即转子的旋转周期对应,对因可逆计数器60的输出QD 而变化的制动控制信号CH3的从H电平到L电平的变化时间、即从加 强制动的控制(强制动控制)到加弱制动的控制(弱制动控制)的变 化时间进行校正的信号。
即,校正信号H01如图6、7所示,设定成与输出Q12的上升沿 对应变成H电平的信号,并在Q8(128Hz)的一个周期、即大约7.8ms 之后变成L电平的信号。
另一方面,校正信号H02设定成以输出Q12的上升沿为基准,在 Q8(128Hz)的一个周期、即大约7.8ms之前变成L电平的信号,并 与输出Q12的上升沿对应变成H电平的信号。
再有,在本发明中,所谓强制动和弱制动是相对而言,是指强制 动比弱制动的制动力强。各制动的具体制动力、即斩波制动信号的占 空比或频率可以在实施时进行适当设定。
其次,参照图4~7的流程图和图8的流程图说明本实施形态的 动作。
当发电机2开始起动,从初始化电路90向可逆计数器60的LOAD 输入输入L电平的系统复位信号SR时,如图4所示,可逆计数器60 对基于旋转检测信号FG1的加计数信号和基于基准信号fs的减计数 信号进行计数(步骤1,以下将‘步骤’简化为‘S’)。这些信号 设定成不通过同步电路70同时输入计数器60。
因此,当输入加计数信号时,计数值从初始计数值设定为‘7’ 的状态变成‘8’,从输出QD来的H电平信号输出给斩波信号发生部 80的制动控制信号生成电路81。
另一方面,若输入减计数信号使计数值回到‘7’,则从输出QD 输出L电平信号。
在斩波信号发生部80的制动控制信号生成电路81中,如图5所 示,利用分频电路54的输出Q5~Q8输出各斩波信号CH!、CH2。
此外,制动信号CH3根据输入到制动控制信号生成电路81的可 逆计数器60的输出QD来输出。这时,在制动控制信号生成电路81 中,以一个周期为单位检测转子的旋转周期(S2),根据该检测出的 旋转周期,向制动控制信号CH3加给规定的校正信号H01、H02来调 整强制动时间。
即,如图7所示,当转子的旋转周期不到117ms时(基准信号 fs=8Hz、比旋转周期125ms短时,S3),SP1变成H电平,所以,制 动控制信号CH3变成用或门401将输出QD和校正信号H01合成后的 信号,即下降时间比输出QD的下降时间慢出相当于校正信号H01的 时间(图7的时间t1),即,加强制动的强制动时间变成延长了的 信号(S4)。
同样,当转子的旋转周期是117~132ms时(大致和基准信号的 周期相同,S5),因SP2变成H电平,故制动控制信号CH3变成为输 出QD直接输出的信号(S6)。
此外,当转子的旋转周期是132~140ms时(比基准信号的周期 长,S7),因SP3变成H电平,故制动控制信号CH3变成用与门406 将输出QD和校正信号H02合成后的信号,即下降时间比输出QD的下 降时间快出相当于校正信号H02的时间(图7的时间t2),即,强 制动时间变成缩短了的信号(S8)。
进而,当转子的旋转周期大于140ms时(S9),因XSP4变成L 电平,故SP1~SP3全部变成L电平,制动控制信号CH3也变成L电 平信号(S10)。
而且,利用与该旋转周期对应校正了的制动控制信号CH3进行制 动控制(S11)。
具体地说,当制动控制信号CH3输出L电平的信号时,输出CH4 也变成L电平。因此,如图5所示,从或非门85来的输出CH5变成 将输出CH1反相后的斩波信号,即H电平的期间(不加制动时间)长, 是15/16,L电平的期间(加制动时间)短,是1/16,即变成进行弱 制动控制的占空比(开关21、22导通的比率)小(1/16)的斩波信 号。因此,对发电机2进行优先考虑发电功率的弱制动控制。
另一方面,当制动控制信号CH3输出H电平的信号时(计数值大 于‘8’),从与门84直接输出斩波信号CH2,输出CH4与斩波信号 CH2相同。因此,从或非门85来的输出CH5变成将输出CH2反相后 的斩波信号,即H电平的期间(不加制动时间)短,是1/16,L电平 的期间(加制动时间)长,是15/16,即变成进行弱制动控制的占空 比大(15/16)的斩波信号。因此,斩波信号CH5对发电机2加短路 制动的L电平信号的总时间变长,对发电机2进行强制动控制,但因 斩波信号CH5以一定的周期变成H电平而停止短路制动而进行斩波控 制,所以,可以提高制动转矩又能抑制发电功率的降低。
因此,在可逆计数器60的输出QD为H电平信号的期间,可以 进行由占空比大的斩波信号引起的强制动控制,在L电平信号的期 间,可以进行由占空比小的斩波信号引起的弱制动控制。即,利用作 为制动控制装置的可逆计数器60交替进行强制动控制和弱制动控 制。
这时,如前所述,由旋转周期检测电路200检测出转子的旋转检 测信号FG1,将该旋转周期划分成与基准信号大致相等,或比它短(1 级)或长(2级),共4个等级,并与其对应,用制动控制信号CH3 去调整进行强制动控制的时间、即H电平信号的期间。
即,当旋转检测信号FG1的旋转周期比基准信号周期短时(不到 117ms),使制动控制信号CH3比输出QD的下降时间慢出相当于校正 信号H01的时间,即,强制动控制时间变成延长了的信号。因此,因 转子加比通常强的强制动,故能迅速地将其调整到基准周期。
另一方面,当旋转检测信号FG1的旋转周期比基准信号的周期长 时(132~140ms),通过加校正信号H02,使制动控制信号CH3比输 出QD的下降时间快出相当于校正信号H02的时间,即,弱制动控制 时间变成缩短了的信号。因此,因转子的制动力弱,转子的旋转速度 上升,故能迅速地将其调整到基准周期。
通过反复进行这样的制动控制,发电机2接近设定的旋转速度, 如图4所示,交替输入加计数信号和减计数信号,使其转移到计数值 重复为‘8’和‘7’的定状态。这时,与计数值和旋转周期对应反 复进行强制动控制和弱制动控制。
此外,在因外界干扰使转子的旋转周期变得非常短,结果持续进 行强制动控制等情况下,当转子的旋转周期大于140ms时,制动控制 信号CH3与输出QD无关,始终是L电平的信号,直到转子的旋转周 期小于1430ms。因此,即使输出QD变成H电平,当转子的旋转周期 长时,也不转到强制动控制,而继续进行弱制动控制,所以,可以可 靠地防止转子的停止。
因此,在本实施形态中,利用具有旋转周期检测电路200、制动 量校正电路300和信号选择电路400的制动控制信号生成电路81构 成制动量校正装置(制动控制装置55),与发电机2的旋转周期对 应对制动量进行校正(加校正信号H01、H02),同时,构成发电机 停止防止装置56,当发电机2的旋转周期长且大于140ms时,继续 进行弱制动控制,优先防止发电机2的停止。
此外,在本实施形态中,第1设定周期是140ms,第1制动设定 值设定成由占空比1/16的斩波信号决定的制动量。
若按照本实施形态,具有以下效果。
(1)当在制动控制信号生成电路81中生成控制发电机2的制动 的制动控制信号CH3时,检测转子的旋转周期,当该旋转周期大于第 1设定周期(140ms)时,制动控制信号CH3是L电平信号,因设有 发电机停止防止装置56,利用占空比为1/16的斩波信号进行弱制动 控制,所以,即使在旋转周期长的状态下进行制动控制,也可以可靠 地防止发电机2停止。
因此,可以防止因制动加过头而使发电机2停止从而使续时间变 短,可以确保电子控制式机械表的持续时间达到设计的要求。
此外,发电机2一旦停止,也不会再起动,所以,可以消除指针 4的指示误差。
(2)当在制动控制信号生成电路81中生成制动控制信号CH3 时,因利用与转子的旋转周期对应选择的校正信号H01、H02适当调 整制动控制信号,故能够迅速地将转子的旋转周期调整到基准信号附 近。
由此,因可以进行与基准周期无关而与发电机2的旋转周期对应 的最佳制动控制,故与必须在一个基准周期中进行制动和停止制动的 控制的情况相比,可以给出可靠且足够的制动量,可以提高调速控制 的响应特性。因此,可以减小发电机2的转子的旋转周期的离散,可 以使发电机2以大致恒定的速度稳定地旋转。
(3)当校正制动量时,设定制动量的旋转周期实际上是加制动 前的周期,在加制动的时刻,制动太强,发电机2有可能停止,所以, 校正量不能动态地设定,而在本实施形态中,因设有发电机停止防止 装置56,故可以防止发电机2停止而与校正量的设定无关。因此, 可以动态地设定制动量的校正值,可以进一步提高调速控制的响应特 性。
(4)因在强制动控制时使用占空比大的斩波信号进行控制,故 可以在抑制充电电压降低的同时增大制动转矩,可以在维持系统稳定 性的同时有效地进行制动控制。由此,可以延长电子控制式机械表的 持续时间。
(5)因在弱制动控制时使用占空比小的斩波信号进行斩波控 制,故可以进一步提高加弱制动期间的充电电压。
(6)因强制动控制和弱制动控制的切换只将计数值设定成小于 ‘7’或大于‘8’,故可以使旋转控制装置50的构成简单化,可以 降低部件成本和制造成本,可以提高廉价的电子控制式机械表。
(7)因输入加计数信号的时间与发电机2的旋转速度对应变 化,故计数值为‘8’的期间、即加制动的时间可以自动调整,因此, 特别是在加计数信号和减计数信号交替输入的锁定状态下,可以进行 响应速度快的稳定的控制。
(8)因作为制动控制装置使用可逆计数器60,故可以在对各加 计数信号和减计数信号进行计数的同时自动地算出各计数值的差,所 以,结构简单而且可以简单地求出各计数值的差。
(9)因使用4位可逆计数器60,故可以得到16个计数值。因 此,当在持续输入加计数信号等情况下,可以累积该输入值并进行计 数,可以在设定的范围、即连续输入加计数信号或减计数信号使计数 值变成‘15’或‘0’的范围内,校正该累积误差。因此,即使发电 机2的旋转速度大大偏离基准速度,虽然达到锁定状态需要时间,但 可以可靠地校正该累积误差,使发电机2的旋转速度回到基准速度, 可以长时间维持指针正确地走动。
(10)因设置初始化电路90,在发电机2起动时的电源电路6 充电到规定的电压之前不进行制动控制,不对发电机2加制动,所 以,可以使电源电路6的充电优先,可以使由电源电路6驱动的旋转 控制装置50得到迅速稳定的驱动,可以提高其后的旋转控制的稳定 性。
(11)因制动控制信号生成电路81使用各种逻辑电路形成,故 可以实现电路的小型化和低功耗。特别,因旋转周期检测电路200利 用触发器210~213等,故与使用其它的旋转检测器等情况相比,可 以使电路结构简单化,而且,其数据也容易利用。
进而,因制动控制信号生成电路81兼用作为与发电机2的旋转 周期对应校正制动量的制动量校正装置和持续进行弱制动控制使发 电机2的停止防止优先的发电机停止防止装置56,故与用别的电路 来构成上述电路的情况相比,可以使电路结构简单化,可以降低成 本。
再有,本发明不限于上述各实施形态,在能达到本发明的目的的 范围内,各种变形或改良都包含在本发明之内。
例如,斩波信号发生部80中的斩波信号的占空比可以不象上述 实施形态那样,限定为1/16或15/16,例如,也可以是14/16等其 它值。进而,斩波信号的占空比可以是28/32、31/32等,占空比的 变化也可以不是16个等级,而是32个等级。这时,作为强制动控制 时使用的斩波信号,其占空比最好在0.75~0.97左右的范围内,其 中,0.75~0.89左右的范围可以进一步提高充电电压,0.90~0.97 的高范围可以进一步提高制动力。
进而,在各实施形态中,弱制动控制时使用的斩波信号例如可以 在占空比为1/16~1/32左右的低范围内。总之,各斩波信号的占空 比或频率可以在实施时适当设定。这时,例如若将频率设定为500~ 1100Hz的高范围内的频率,则可以进一步提高充电电压。另一方面, 若是25~50Hz的低范围内的频率,则可以进一步提高制动力。因此, 通过同时改变各斩波信号的占空比和频率,可以进一步提高充电电压 或制动力。
此外,作为发电机停止防止装置56中的第1制动设定值,可以 使用弱制动控制时使用的值(占空比为1/16~1/32左右的低斩波信 号),也可以将制动量成比这更小的值,甚而可以将制动量设定为0 (零)。
当旋转周期大于第1设定周期(例如140ms)时,该第1制动量 设定值只要是能够防止发电机2停止的值就行,具体地说,可以与使 用本发明的电子机器对应,根据实验等来进行适当的设定。
此外,当用可逆计数器60的计数值来切换斩波信号时,不必象 上述实施形态那样,计数值在小于‘8’、等于‘8’、大于‘9’这3 个等级中切换,例如,也可以在小于‘8’、‘8~9’、‘10~15’ 中切换,这些值可以在实施时进行适当设定。
作为制动控制装置,虽然使用了4位可逆计数器60,但可以使 用3位以下的可逆计数器,也可以使用5位以上的可逆计数器。若使 用位数较大的可逆计数器,因计数值增加,故能够扩大可存储累积误 差的范围,特别对发电机2刚起动后等非锁定状态的控制有利。另一 方面,若使用位数小的可逆计数器,虽然可存储累积误差的范围变 小,但是,特别在锁定状态下,因其处于重复进行加计数和减计数的 状态,故即使是1位计数器也可以满足要求,同时还具有能够降低成 本的优点。
此外,作为制动控制装置不限于可逆计数器,也可以是由分别设 有基准信号fs用和旋转检测信号FG1用的第1和第2计数装置和比 较各计数装置的计数值的比较电路构成的装置。但是,使用可逆计数 器60具有电路结构简单的优点。
进而,作为制动控制装置可以是检测发电机2的发电电压或旋转 周期(速度)等,并根据该检测值来控制制动的装置,其具体构成可 以在实施中进行适当设定。
进而,在上述实施形态中,在强制动控制时,使用占空比或频率 不同的2种斩波信号来进行制动控制,但是,也可以使用3种以上占 空比或频率不同的斩波信号。进而,也可以不逐级改变频率或占空 比,而象频率调制那样连续改变频率。
当象这样使用3种以上或连续变化的频率或占空比的斩波信号 进行制动控制时,发电机停止防止控制时的第1制动设定值可以利用 等于或小于各制动控制信号中制动量最小的值的值。
但是,并不限于最小制动量的值,只要是发电机2不停止的制动 量,也可以把比最小制动量大的制动量作为第1制动设定值。
此外,在上述实施形态中,使用斩波信号控制转子的制动力,但 是,也可以不使用斩波信号去控制制动。例如,也可以使从制动控制 信号生成电路81来的制动控制信号CH3通过反相器反相后变成制动 信号CH5,由此,当制动控制信号CH3为H电平时,继续加制动,当 为L电平时,停止制动,这样来进行控制。
这时,第1制动设定值可以设定为停止制动、即制动量为0。
进而,在上述各实施形态中,使用2种斩波信号进行强制动控制 和弱制动控制,但是,也可以通过使用了斩波信号的强制动控制和完 全停止制动的停止制动控制来进行调速。这时,第1制动设定值可以 设定为停止制动、即制动量为0。
进而,由制动量校正电路300设定的校正值不限于上述实施形态 的2个等级,1级以上即可,可以在实施时适当设定。例如,在上述 各实施形态中,以基准周期为中心,除对与该基准周期大致相同的周 期不加校正之外,对比基准周期短和长的情况都进行校正,但是,也 可以只对比基准周期短的情况进行校正。这时,作为校正值,可以用 1级(包含不校正的情况是2级)进行调整,也可以用2级以上近消 调整。但是,若象上述各实施形态那样,对比基准周期短和长的情况 都进行校正,则具有能更迅速进行调速控制的优点。
此外,校正值可以设定成与发电机的旋转周期对应连续变化。这 时,可以进行更精细的调整。但是,若象上述各实施形态那样,预先 设定校正值,则具有能使制动量校正电路300的结构简单的优点。
此外,由旋转周期检测电路200检测出的旋转周期可以与该校正 等级对应来适当设定。
进而,由制动量校正电路300设定的校正信号H01、H02的具体 校正量或利用该校正信号H01、H02的旋转周期的范围可以在实施时 进行适当设定。
进而,在本发明中,不一定非要采用利用校正信号H01、H02来 校正制动量的构成,也可以直接利用输出QD来切换加制动(包含强 制动)和不加制动(包含弱制动),这样来进行制动控制。这时,也 可以构成为与该制动控制无关,当旋转周期大于第1设定周期时,利 用发电机停止防止装置56,通过停止制动来防止发电机2的停止。
此外,整流电路5、制动电路20、控制电路53、斩波信号发生 部80等的具体构成不限于上述各实施形态,只要能使用斩波控制等 对电子控制式机械表进行制动控制即可。特别是,作为整流电路5, 不限于利用了斩波升压的上述实施形态的构成,例如,也可以通过装 号使各晶体管导通,从而使发电机2的两端闭环,这时,在该回路上 配置电阻元件。总之,只要开关能使发电机2的两端闭环即可。
此外,本发明不限于只适用于象上述实施形态那样的电子控制式 机械表,也可以适用于座钟、钟表等各种时钟、便携式时钟、便携式 血压计、便携式电话机、寻呼机、步数计、计算器、携带用个人计算 机、电子笔记本、携带式收音机、音乐盒、节拍器和电动剃须刀等各 种电子机器。
例如,若将本发明适用于音乐盒,可以使发电机长时间工作而不 停止,可以长时间进行正确的演奏。
此外,当将本发明适用于节拍器时,可以在一系列齿轮的一个齿 轮上安装发出节拍音的轮子,通过该轮子的转动,弹拨节拍器音片, 从而发出周期的节拍音。再有,节拍器必须发出与各种速度对应的声 音,这时,可以通过改变晶体振荡器的分频级数,使震荡电路来的基 准信号的周期可变来实现。
此外,发电机停止防止装置56工作的第1设定周期不限于 140ms,只要根据使用本发明的电子机器的种类进行适当设定即可。
而且,当设计该第1设定周期时,实际上是根据实验等求出若不 将发电机2的制动量切换到第1制动设定值发电机便停止的周期和若 将发电机2的制动量切换到第1制动设定值发电机2便起振的周期, 只要将周期设定在它们之间即可。
进而,机械能源也不限于发条,可以是橡胶、弹簧、重锤等,可 以根据使用本发明的对象等进行适当设定。
此外,作为将机械能从发条等机械能源传送给发电机的能量传送 装置,不限于象上述各实施形态那样的系列齿轮,也可以是使用了摩 擦轮、皮带和滑轮、链条和链齿轮、齿条小齿轮凸轮等的装置, 可以根据使用本发明的电子机器的种类进行适当设定。
此外,本发明的旋转控制装置可以由硬件构成并预先组装在电子 机器内,但当电子机器具有计算机功能、即具有CPU(中央处理装置)、 存储器硬盘等时,也可以通过经CD-ROM等记录媒体或因特网等通 信装置装入(安装)控制程序,使用软件来实现旋转控制装置。
如上所述,若按照本发明的电子机器、电子控制式机械表、电子 机器的控制方法和设计方法,可以 机器内,但当电子机器具有计算机功能、即具有CPU(中央处理装置)、 存储器或硬盘等时,也可以通过经CD-ROM等记录媒体或因特网等通 信装置装入(安装)控制程序,使用软件来实现旋转控制装置。
如上所述,若按照本发明的电子机器、电子控制式机械表、电子 机器的控制程序、记录媒体、电子机器的控制方法和设计方法,可以 可靠地防止因制动控制而使发电机停止,可以提高调速控制的响应特 性,进行稳定的控制。
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