CN101158845B - 包括用于确定时钟的模拟指示器的角位置的装置的时钟 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及包括用于确定时钟的模拟指示器的角位置的装置的时钟，时钟包括通过减速齿轮系(8、9、10、11、12、13)驱动至少一个指针的马达，和用于检测形成了减速齿轮系的部分的中间轮(9)的至少一个角参考位置的装置(22)。检测装置被提供用于在中间轮正占据角参考位置(α)时提供具有第一值的信号且用于在中间轮(9)正占据第二角参考位置(γ)时提供具有第二值的信号。时钟进一步包括识别装置(32)和比较装置(33)以用于基于由检测装置(22)提供的信号在中间轮(9)的每转内至少确定一次中间轮的真实位置是否实际上对应于其理论位置。
Description
技术领域
本发明一般地涉及提供有包括至少一个可移动指示器的模拟显示装置且包括用于检测可移动指示器已走的步的装置的时钟。本发明更特定地涉及此类时钟，其中步的检测用于检查可移动指示器的角位置。
背景技术
已知带有模拟显示件的电子时钟，它包括内部数字时计作为在面盘上方旋转的指针的补充。此内部时计被与控制指针的向前移动的相同的电子脉冲来计时。在原理上，指针和时计以同步方式向前移动。也已知将此类内部时计用于多功能表，其中相同的指针用于指示时间或第二条信息，例如闹警时间。实际上，如果在指针为显示第二条信息而被占用时希望能持续计数逝去的时间，则内部时计是必需的。当指针然后返回到其时间显示功能时，在内部时计内包含的数据将允许它们被复位到准确的时间。
然而，如果希望像刚才所描述的应用令人满意，则必须能防止出现在由表的指针所显示的时间和由内部时计所给出的时间之间的任何差异。已知例如如果表经历了震动或因为电磁或甚至机械扰动(例如齿轮系内的灰尘)，则可能发生此差异。因为这些扰动，一些时钟的马达丢步。因此，每个模拟时钟易于显示出在控制脉冲的计数和指针的角位置之间的差异。如果此差异不及时修正，则它可能增加到导致完全错误的指示的程度。此外，在多功能时钟中，指针必须取决于被指示的量的变化不仅能向前移动而且能向后移动。进一步地，当功能改变时，多功能时钟的指针必须能向前或向后快速地改变位置。为满足此约束，多功能时钟的指针一般地每个由它们自己的马达驱动。因此，作为以上描述的单一的内部时计的替代，多功能时钟一般地包括计数/倒计数电路，以用于每个指针的马达的控制脉冲。此外，将理解的是，多功能时钟的马达必须满足相当地更大的应力。在此情况中，任何差异的风险，或换言之指针不同步的风险对于多功能时钟也比任 何其他时钟显著地更高。
为克服刚才所描述的问题，已知以检测指针的真实位置来完成马达控制脉冲计数/倒计数。特别地，欧洲专利No0841538披露了包括驱动模拟显示件的表机芯的时钟。此表机芯包括旋转固定到指针的一个的轮和用于检测轮的位置的磁传感器。为允许这样的检测，轮板在多个位置处覆盖有限定了复杂图案的磁性膜，使得磁传感器取决于是否与以磁性膜覆盖的位置相对而提供1或0的信号。时钟进一步包括用于从1和0的次序确定指针的位置是否实际上对应于理论位置的电子装置。在此后者文献中披露的设备具有一些缺点。特别地，对于丢步的检测仅能回顾地发生。此外，将轮板覆盖以切割为磁性膜的图案的操作仅能增加制造成本。
欧洲专利No0952426披露了另一个解决方法，该方法解决了相同的技术问题。此文献也披露了包括旋转地固定到指针的一个的轮的时钟机芯。此轮由具有至少一个位于旋转轴线和圆周之间的中间区域内的孔的板形成。时钟进一步包括用于检测轮的角位置的设备。此设备包括感性或容性传感器，传感器布置为使得当轮占据特定的位置时传感器位于板内的孔的正上方。传感器对于紧邻定位的金属的量的变化敏感。由传感器感测到信号的幅值因此取决于传感器的位置是与完全的段或是相反地与轮板内的孔相对而变化。设备进一步包括用于在每步后存储信号幅值的存储器和用于从所存储的数据回顾地确定板内的孔位于传感器正上方的时刻的电子数据处理装置。
刚才所描述的现有的解决方法也具有一些缺点。特别地，其角位置被检测的轮与和指针相同的节奏旋转。如果轮板仅具有单一的孔，则轮或指针的角位置仅在每转中被感测一次。已知在通常的时钟中，期望指针每转具有最少六十步。因此在能确认指针的位置前可能需要等待60步。此外，指针对应于单一的步的旋转幅值非常有限(最多六度)。在这样的条件下，传感器从一步到下一步仅检测到微小的信号强度改变，且不能可靠地检测孔通过传感器正上方的时刻。这是为何根据现有技术指针的位置确定不能实时地而是回顾地发生的原因。
欧洲专利No1662343披露了包括用于检测参考位置的光学传感器的时钟。类似于前述的时钟，此时钟包括时钟机芯，时钟机芯包括旋转地固定到指针的一个的轮。此轮与中间轮组的小齿轮啮合，中 间轮组自身被步进马达驱动。齿轮齿数比使得在指针的每转期间中间轮组完成整数次旋转。固定到指针的轮和中间轮组的轮部分地交迭。这两个轮每个由具有形成在两个轮的交迭区内的孔的板形成。在这样的条件下，一旦在固定到指针的轮的每次旋转期间两个轮的孔处于确切的重叠位置。两个孔的位置的此周期性重合限定了指针的参考位置。光学传感器也布置在两个孔重合的位置处。光学传感器由布置在两个轮的任一侧的光源和光传感器形成，使得除两个孔位于彼此的延伸中时之外，来自光源的光不能到达光传感器。由光传感器提供的信号用于确定对应于指针通过其参考位置的时刻。
与固定到指针的轮的情况不同，马达的每步产生了中间轮孔的相对地大的移动。在这样的条件下，由传感器检测到的信号强度在马达的一个步和下一个步之间实际上从全部过渡到无。因此理论上可以实时检测指针通过其参考位置的准确时刻。然而，实际上参考位置仅在指针的每转被检测一次。通过前述文献中的时钟机芯，因此在能确认指针的位置前，可能需要等待马达完成60步或更多。
日本专利No58131583的摘要披露了包括带有指针的时钟机芯的时钟。时钟包括用于检测指针的一个的角位置的设备。此设备包括固定到指针的磁体和一系列绕面盘的圆周布置且相互分开对应于指针的两步的间隔的簧片触点。如果假定指针每转完成60步，则时钟将必须包括30个簧片触点。此特征导致制造成本的增加且仅适合于相对地大尺寸的时钟。
日本专利No2003107174的摘要披露了这样的时钟，其中步进马达提供有用于在每个控制电路脉冲后确认马达实际上已完成了一步的电子检测装置。此解决方法也具有一些缺点。的确，在时钟马达内的电磁场由为线圈加电的电脉冲和随转子旋转的磁体二者产生。在这样的条件下，由马达所经历的一次丢步仅导致在由电子装置检测的信号内相对地适中的变化。因此，在此现有文献中建议的解决方法要求实施足够灵敏的且因此相对地复杂的检测系统。此外，任何在表附近所发生的电磁干扰易于导致检测系统内的错误。
发明内容
本发明的目的是通过提供根据权利要求1所述的时钟来克服刚才所描述的缺点。
将理解的是，在本发明中，中间轮每完成一转，比较装置能确认中间轮的真实位置至少一次。此外，已知在减速齿轮系中，使中间轮完成一转所必需的转子转数小于使可移动指示器完成一转所必需的转数。在这样的条件下，意外损失一步和检测此事件之间的延迟与现有技术的设备相比降低。
根据本发明的有利的实施例，使中间轮完成一转所必需的转子转数不超过10。因此特征，对中间轮的真实位置和计数装置的状态之间的任何差异的检测以不超过十个转子转数的延迟(几乎实时地)发生。
根据本发明的另一个有利变体，使用固定到中间轮且占据相对于中间轮的轴线的偏心位置的磁体和布置在磁体的轨迹上的相对的一点处以检测磁体的通过的磁传感器来检测至少一个角参考位置。
根据本发明的再另一个有利变体，时钟马达是步进马达且时钟进一步包括用于存储由检测装置在对应于中间轮的至少一个完整转的期间内提供的信号的第一存储器装置，且提供了识别和比较装置以基于由第一存储器装置存储的信号建立第一计数装置的特定状态和角参考位置之间的对应。因为使得中间轮完成一转所必需的马达步数有限，所以用于实施此特征所必需的存储器大小是完全合理的。
根据本发明的再另一个有利变体，中间轮的一个完整转对应于至少三个马达步。实际上，与如果一个完整转对应于仅两个马达步时将发生的情形相反，当马达每转进行至少三步时，可以辨识向前步和向后步。
根据本发明的另一个有利变体，在马达完成每转时，中间轮被驱动通过的恒定的角度等于2∏/N，其中N≤10。
根据本发明的再另一个有利变体，马达是步进马达，包括提供为用于在每步时旋转通过2∏/n的角的转子，使得中间轮可以连续地确切地占据n*N个不同的角位置。
根据本发明的再另一个有利变体，3≤n*N≤10。
根据本发明的再另一个有利变体，n*N＝4或n*N＝6。
附图说明
通过阅读如下的仅通过非限制性例子给出的描述且参考附图将清楚本发明的其他特征和优点，各图为：
图1是根据本发明的实施例的形成了时钟的部分的时钟机芯的截面视图；
图2A是图1的时钟机芯的中间轮的示意图，图示了由所述的轮承载的磁体由于步进马达的动作可能占据的四个位置；
图2B是示出了在多种情况中由磁传感器提供的从1和从0的顺序的表；
图3是用于控制马达步的装置和用于弥补丢失的步的装置的流程图。
具体实施方式
在图1的截面中示出了时钟的机芯，时钟包括中间心轴(arbour)2，两个管(参考为3和4)绕心轴2旋转，所述的管同心地安装以分别承载分针和时针(未示出)。在图1的机芯中，两个指针相互独立地由两个马达驱动(其中仅转子示出且在图1中分别参考为7和14)。这些步进马达可以被向后和向前控制，且与它们配合的时钟机芯因此适合于用在多功能时钟内。第一马达7通过第一减速齿轮系驱动时针，第一减速齿轮系由马达小齿轮8、中间轮9和中间轮9的小齿轮10、轮11和轮11的小齿轮12和最后小时轮13形成。第二马达14通过第二减速齿轮系驱动分针，第二减速齿轮系由马达小齿轮15、中间轮16和中间轮16的小齿轮17、轮18和轮18的小齿轮19和最后分钟轮20形成。以下的描述将集中在将马达7连接到时针的第一运动链中。然而，将理解的是，相同的解释也应用于驱动分钟轮的第二运动链。
驱动时针的马达是步进马达，其转子7设计为每步完成一次旋转。中间轮9和马达小齿轮8之间的齿轮齿数比为4∶1。中间轮9因此设计为以每四个马达步一转的节律旋转。也应指出的是在以上描述的机芯中，小时轮和分钟轮都设计为每180个马达步完成一转。
图1也示出了固定到中间轮9的板下方的小磁体21。磁体21固定到轮的外边缘附近，但被从轮的齿部后移。磁体因此固定到中间轮且每转它通过簧片微接触器(在后文中通过缩写MR和图中的参考数字22指示)的正上方一次。MR形成了安装在印刷电路23上的电子部件的部分，印刷电路自身固定在马达夹板下方。MR22的位置选择为使得在中间轮9的每转中磁体21经过正对MR22处一次。也应指出的是，在本发明的实施例中，形成了驱动分钟轮的齿轮系的部分的中间轮16承载了第二磁体21′，它用于激活参考为22′的第二MR。
应理解的是，在此例子中描述的MR必须具有小尺寸。然而，存在足够小以适合这样的应用的MR。特别地，例如由ASULAB SA，CH-2074，Marin，Switzerland开发的MicroReed-14。
簧片接触器是对磁场敏感的触点。此触点在存在足够强的磁场时闭合，但如果磁场不超过一定阈值则保持断开。因此簧片接触器使其自身用作静磁传感器，用于检测其强度超过一定值的磁场的存在。其机芯刚才已描述的时钟因此包括两个参考为22和22′的MR。它也包括连接到MR且与MR形成了磁场检测装置的电子装置。这些磁场检测装置用于提供二进制信号，信号的值取决于触点的断开/闭合状态。在如下的描述中，值“1”将归因于当触点闭合时由检测装置提供的信号，且值“0”将归因于当触点断开时由检测装置提供的信号。
根据前述的约定，由磁场检测装置提供的信息可以与反应了马达控制的每步后传感器状态的一系列1和0相关。因为中间轮9每四个马达步完成一转，所以1和0的顺序应以四步的周期规则地重复，假定运行方向无任何反转。回忆到，根据本发明，当中间轮占据第一角位置时，检测装置提供具有第一值的信号，且当中间轮占据第二角位置时，检测装置提供具有不同于第一值的第二值的信号。图2示出了在形成了此例子的主题的实施例中磁体21可能占据的四个位置α、β、γ和δ。当磁体2 1占据位置α时，它位于MR22正上方。在此位置，MR处的磁场的强度处于最大值，且接触器因此必须在此位置闭合。当磁体占据位置α时，由检测装置提供的信号值因此为“1”。相反地，当磁体21占据位置γ时，它与MR22之间分开的距离处于最大值，且因此接触器必须在此第二位置断开。因此，当磁体占据位置γ时，由检测装置提供的信号的值为“0”。
至于在磁体处于两个其他位置(位置β和δ)时，信号的值可能具有一些个数的变体。的确，在后者的这两个位置中，MR处的磁场的强度是处于位置α的强度和位置γ的强度之间的中间强度。先验的，由检测装置提供的信号可能因此同样容易地具有值“0”和值“1”。图2B的表格描述了本发明的三个变体。在这些变化的第一个中(表格中的行A)，可见MR仅在位置α处当磁体21位于MR的正上方时闭合。MR在磁体的其他三个位置保持断开。这些位置因此对应于三个连续的0。变化A对应于使用相对地弱的磁体，磁体仅在紧邻触点时闭合触点。在所示的第二个变体中(行B)，可见MR在磁体21的位置α和β处闭合，且MR在位置γ和δ处断开。在MR的位置处磁场的强度理论上在位置β和位置δ处是相同的。然而，因为迟滞，刚允许MR 闭合的磁场的临界强度高于刚允许MR断开的磁场的临界强度。这是为什么对于相同的磁场强度，当磁体从位置α到位置β时足以将触点保持闭合，但当磁体从位置γ到位置δ时不足以再次闭合触点。应指出的是，图2B中的表格不考虑运行方向反转的可能性。在这样的情形中，马达向后旋转，则可以说变体B被反转。换言之，触点在位置δ处闭合且在位置β处断开。然而，旋转的方向对触点在位置α和位置γ无影响。最后，在所示出的第三个变体中(行C)，可见磁体21的位置δ、α和β对应于三个连续的1，且仅0与位置γ相关。将理解的是，情况C对应于使用相对地强的磁体。
为制成形成此例子的主题的时钟，部件优选地定尺寸为使得检测装置提供符合变体B的信号。然而，此时钟的某些范例可以对应于变体A或变体C。的确，如果以通常的公差工作，根据变体B定尺寸的范例实际上具有变体A或变体C的特征的概率降低但不降低到零。根据本发明的有利的特征，在范例之间的此类变化不构成问题。的确，用于检测中间轮的角参考位置的装置可以基于如下原理。在存在三个连续的1(变体C)时，这些1的第二个对应于磁体21的α位置。在存在两个连续的1(变体B)时，这些1的第一个对应于磁体的α位置。在1不连续的情况(变体A)时，这些隔离的1对应于磁体的α位置。
图3是用于控制、检查和修正中间轮的位置的装置的流程图。可见此例子的时钟实际上包括用于检测两个中间轮的位置的装置，一个装置与时针相关且另一个与分针相关。如下的解释仅参考与时针相关的中间轮9给出。然而，将理解的是，相同的解释也应用于检测其他中间轮16的位置。
图3中的图示出了中间轮9，它由马达7的小齿轮8驱动。马达7以已知的方式服从由控制电路30提供的脉冲，控制电路30包括石英振荡器和分频器36。控制电路用于使马达转子向前或向后一步一步旋转。图中也示出了计数器/倒计数器31，它也接收由控制电路30提供到马达的信号。每次控制电路产生导致一个向前步的脉冲，则计数器/倒计数器31增加一个单位，且每次控制电路产生一个向后步的脉冲，则计数器/倒计数器31减少一个单位。计数器/倒计数器31是以4为模的计数器。在此条件下，在无任何事件时，在计数器31的四个 可能的状态和由中间轮9占据的四个位置之间必然存在单值的对应。
图3中的图也示出了双状态磁传感器，它由簧片接触器22和与之相关的电源装置形成。磁传感器产生了由1和0的系列形成的信号，信号对应于控制电路30的每个脉冲后MR的闭合或断开状态。来自磁传感器的信号发送到参考为35的RAM存储器，它存储了信号所具有的最后的N个值。在此例子中，因为每四步重复信号的顺序，可以将存储限制为两个值。识别装置32可从此信息识别对应于中间轮9的参考位置α的步。根据前述解释，识别装置基于例如如下原理。在存在三个连续的1时，这些1的第二个对应于中间轮9的α位置。如果1不连续，则隔离的1对应于中间轮9的α位置。根据有利的变体，除位置α外，识别装置32也用于通过根据相同的原理分析连续的0的系列来识别中间轮的位置γ。
也提供了比较装置33以将由识别装置32所确定的中间轮9的位置与其中轮根据计数器/倒计数器31应理论上处于的位置进行比较。在这两条信息之间的任何不一致将指示马达丢失至少一步。在这些条件下，比较装置33将以本领域一般技术人员已知的方式将信号发送到另外的脉冲生成器34，以使得马达弥补它所丢失的步。根据前述描述，识别装置32回顾地识别了对应于α位置的步。然而，仅需要等待在一系列1后的第一个0以知道中间轮9的位置α对应于哪个步。在无任何马达的反转旋转方向时，识别延迟因此不超过两步的持续时间。在此例子中，此延迟对应于时针的4度的定位误差。识别装置因此实际上实时工作。
图3的图示出了本发明的时钟包括第二计数器/倒计数器37。它是以180为模的计数器/倒计数器。类似于计数器31，计数器37由控制电路30所提供的每个脉冲而每次增加或减少1。因此在计数器37的180个可能的状态和由指针绕面盘所占据的180个位置之间存在单值的对应。也可见计数器/倒计数器37连接到非易失性存储器38。非易失性存储器38的功能是例如当驱动时钟的电池(未示出)被更换时存储时针的位置。因此，只要由电池提供的电源电压落到阈值以下，则计数器/倒计数器37将其内容传递到非易失性EEPROM存储器38。一旦表的电池已替换，则计数器37读取非易失性存储器38内的指针位置且因此返回到对应于指针的真实位置的状态。在此阶段，即使表 走慢也保存了指针的位置和计数器37的状态之间的关系。佩戴表的人因此仅需要以已知的方式使用控制柄以将表复位到正确的时间。
如在本发明的情况中，当刚才所描述的特征与其中至少两个马达每个驱动独立的指针的表相关时，则该特征是特别地有利的。的确，对于这样的表，在指针去同步以显示不同于时间的信息时，可能发生电池故障。在这样的情况下，将指针的每个的位置保存在非易失性存储器内允许将表复位到正确的时间，而不必采取对指针的再次同步。
本领域一般技术人员将理解的是，为使计数器/倒计数器37的状态对应于时针的位置，则此时针的位置必须首先被初始化。然而，初始化不必在每次电池更换后重复，因为计数器/倒计数器37的状态被保存在非易失性存储器38内。因此，单一的初始化可足以保证表在其整个寿命内工作。
也应理解的是，图3的图是流程图。在图中出现的不同的方框因此不一般地对应于不同的设备。在所描述的实施例的优选的变体中，参考图3所描述的所有任务实际上由单一的由此编程且集成在时钟内的微控制器完成。
也将理解的是，可以对形成了此描述的主题的实施例进行对于本领域一般技术人员显见的多种改变和/或改进，而不偏离由附带的权利要求书所限定的本发明的范围。特别地，作为由分频器36所提供的控制脉冲来增加计数器/倒计数器37的替代，计数器/倒计数器37可以由识别装置32作为由检测装置22提供的信号的函数来增加。此变体可保证计数器37的状态实际上对应于指针的位置。即使马达7被阻止使得弥补脉冲不可运行也是这样。
此外，本发明不限制于使用与簧片接触器相关的磁体。如果中间轮9由绝缘材料制成，则例如可以以金属零件替换固定到轮的磁体且提供感性或容性传感器来检测金属零件在传感器上方的通过。相反地，如果中间轮9由金属制成，则可以使用与布置在中间轮的板内靠近其外周的孔相关的此相同类型的传感器。
进一步地，驱动包括中间轮9的减速齿轮系的马达不必是步进马达。本领域一般技术人员将理解，例如同步马达的任何其他类型的马达可以代替步进马达使用。
Claims (9)
1.时钟，其包括与包括至少一个可移动指示器的模拟显示件相关的时钟机芯，所述的时钟机芯包括至少一个马达(7)和提供用于控制所述的马达的脉冲的控制装置(30)，所述的马达被提供用于通过减速齿轮系(8、9、10、11、12、13)驱动所述的可移动指示器，所述的齿轮系包括在马达(7)和固定到可移动指示器的第二轮(13)之间的中间轮(9)，减速齿轮系被提供用于在马达所完成每转时驱动中间轮通过恒定的角，时钟进一步包括检查装置(21、22、31、32、33、35)以确定可移动指示器的实际移动是否对应于由控制装置(30)提供的信号，和包括连接到检查装置的修正装置(34)，修正装置(34)被提供用于控制马达以修正可移动指示器的位置，
该时钟的特征在于，检查装置包括用于检测中间轮(9)的至少一个角参考位置的检测装置(22)，所述的检测装置被提供用于在中间轮占据所述的角参考位置(α)时提供具有第一值的信号，且用于在中间轮占据第二角位置(γ)时提供具有不同于第一值的第二值的信号，该时钟进一步的特征在于，检查装置包括第一计数装置(31)以用于计数由控制装置(30)提供的脉冲，和识别装置(32)和比较装置(33)以用于基于由检测装置(22)提供的信号在中间轮(9)的每转至少确定一次中间轮的真实位置是否实际上对应于第一计数装置(31)的状态。
2.根据权利要求1所述的时钟，其特征在于，在马达完成每转时，中间轮被驱动通过的恒定的角度等于2∏/N，其中N≤10。
3.根据权利要求2所述的时钟，其特征在于，马达是步进马达，包括提供为用于在每步时旋转通过2∏/n的角的转子(7)，使得中间轮(9)可以连续地确切地占据n*N个不同的角位置。
4.根据权利要求3所述的时钟，其特征在于，3≤n*N≤10。
5.根据权利要求4所述的时钟，其特征在于，n*N＝4或n*N＝6。
6.根据权利要求1所述的时钟，其特征在于，检查装置包括提供为用于存储由检测装置(22)在对应于中间轮(9)的至少一个完整转的期间内提供的信号的第一存储器装置(35)，且识别装置和比较装置被提供用于基于由第一存储器装置(35)存储的信号识别第一计数装置(31)的对应于角参考位置(α)的状态。
7.根据权利要求6所述的时钟，其特征在于，识别装置和比较装置也被提供用于识别第一计数装置(31)的对应于第二角位置(γ)的状态。
8.根据前述权利要求的任一项所述的时钟，其特征在于，用于检测中间轮的至少一个参考位置的所述的装置包括固定到中间轮(9)且占据了相对于所述的轮的偏心位置的磁体(21)，使得中间轮的每个角位置对应于磁体的不同的位置，且进一步包括与中间轮相对地布置的磁传感器(22)，使得当磁体占据角参考位置(α)时，磁传感器(22)提供所述的具有第一值的信号，且使得当磁体占据第二角位置(γ)时，磁传感器(22)提供所述的具有第二值的信号。
9.根据权利要求1所述的时钟，其特征在于，时钟包括第二计数装置(37)以用于计数由控制装置(30)提供的脉冲，和第二存储器装置(38)以用于存储可移动指示器的位置，所述的第二存储器装置包括非易失性存储器(38)，以用于在时钟停止运行时保持第二计数装置(37)的状态记录。
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