CN106849778A - 冲击检测电路及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于马达的电子装置，该马达用于驱动显示装置，该电子装置包括能够生成代表实际强度的信号的计算单元，马达包括磁路中的转子，和一正一负两个端子，计算单元经由所述两个端子控制马达，电子装置还包括至少一个冲击检测电路，其连接在计算单元与马达端子之间以用于检测施加至马达的外部冲击，马达具有布置在基准角位置处的第一稳定平衡位置和布置在离所述第一稳定角位置180处的第二稳定平衡位置，以及对于每个旋转方向的最大角位置，从所述最大角位置马达转子无法返回至前一角位置。计算单元能利用算法在冲击之后通过分析由检测电路检测出的感应电压来检测转子的旋转方向，并引起发送极性与感应电压相反的阻止脉冲。

Description

冲击检测电路及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种用于马达——该马达用于驱动显示装置——的电子装置，该电子装置包括能够产生代表实际强度(physical magnitude)的信号的计算单元，所述马达包括一正一负两个端子，所述计算单元经由所述端子控制所述马达，所述电子装置还包括连接在所述计算单元与所述马达端子之间以用于检测施加至所述马达的外部冲击的至少一个冲击检测电路。

背景技术

已知包括其内设置有电子机械钟表机芯的外壳的钟表。这种机芯通过石英振荡器系统计时。为了显示诸如小时和秒钟的时间指示，将指针安装在马达上以被旋转驱动。所使用的马达为Lavet型马达，也称为步进马达。在这些马达中，圆筒形的充磁转子在磁路的气隙中形成径向磁场，在所述磁路上卷绕有线圈，该线圈的端子与供给电流脉冲的控制电路——通常为集成电路——连接，每个脉冲都使转子前移一步。线圈由卷绕在中空绝缘管上的极细的导线形成，磁路的一部分容纳在所述绝缘管中。

位于手表内部的这些马达承受可能由于手表坠落或由于使用者的猛烈移动而引起的冲击。这些冲击然后容易破坏马达的操作。这些破坏包括转子或多个转子的不受控运动，藉此它们的惯性引起至少一步的跳跃(skipping)。

因此，很可能由指针提供的时间指示不再准确。

为了克服此问题，存在冲击检测系统。为实现该系统，电子装置负责测量马达在冲击期间诱发的张力。事实上，在转子的移位(旋转)的影响下，产生感应电压。该感应电压由检测电路检测，所述检测电路将感应电压与预定阈值进行比较。如果电压高于所述阈值，则检测电路推断已发生冲击并且将该信息传输到控制单元。

响应于该冲击，控制单元向马达发送用来阻止冲击引起的转子的任何旋转的阻止脉冲。

阻止脉冲必须能够将转子限制在明确界定的位置以使得指针的位置不会发生误差。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种允许以更快和更精确的方式检测冲击的用于马达的冲击检测装置，从而克服现有技术的缺陷。

为此，本发明涉及一种用于马达的电子装置，所述马达用于驱动显示装置，所述电子装置包括能够生成代表实际强度/物理量大小的信号的计算单元，所述马达包括磁路中的转子，和一正一负两个端子，所述计算单元经由所述两个端子控制所述马达，所述电子装置还包括两个冲击检测电路，每个检测电路连接在所述计算单元与所述马达端子之间以用于检测施加至所述马达的外部冲击，

所述马达具有布置在基准角位置处的第一稳定平衡位置和布置在离所述第一稳定角位置180°处的第二稳定平衡位置，以及对于每个旋转方向的最大角位置，其中从所述最大角位置马达转子无法返回至前一角位置，

所述计算单元可利用算法在冲击之后通过分析所述检测电路检测出的感应电压来检测转子的旋转方向，并引起发送极性与感应电压相反的阻止脉冲，

所述阻止脉冲具有58.5ms的最长持续时间，从而允许冲击诱发的转子的旋转停止并且在达到最大角位置之前返回至预定的角位置。

在第一有利实施例中，所述阻止脉冲具有从25％至100％不等的斩波率或斩波水平。

在第二有利实施例中，所述阻止脉冲至少包括不同的第一和第二时间相位或时相，每个时间相位能够呈现不同的斩波率。

在第三有利实施例中，所述第二相位具有比所述第一相位更长的持续时间。

在第四有利实施例中，第二相位具有比所述第一相位长两倍的持续时间。

在第五有利实施例中，所述冲击检测电路包括适配为允许调节检测灵敏度的选择部分。

在另一有利实施例中，所述选择部分允许从50至600毫伏的灵敏度范围。

在另一有利实施例中，所述马达设置成使得所述转子的稳定平衡位置定位成与产生磁通量的线圈的主轴线成90°的角度，对于各旋转方向，所述最大角位置与所述基准位置成270°。

在另一有利实施例中，所述马达设置成使得所述转子的稳定平衡位置定位成与产生磁通量的稳定线圈的主轴线成至少30°的角度，对于各旋转方向，所述最大角位置与所述基准位置成至少120°。

在另一有利实施例中，所述阻止脉冲经由其连接端子中的一个或另一个发送到所述马达。

附图说明

本发明的目的、优点和特征将在对本发明的至少一个实施例的如下详细描述中更清楚地显现，所述至少一个实施例仅通过非限制性的示例的方式给出并通过附图示出，在所述附图中：

-图1示出根据本发明的电子装置的总图。

-图2和3示出根据本发明的冲击检测电路的详图。

-图4至6示意性地表示根据本发明的马达。

-图7表示根据本发明的电子装置的流程图。

具体实施方式

本发明从提供一种允许以更快和更精确的方式检测冲击的用于马达的冲击检测装置的总体思路入手。

图1表示电子机芯的示意图。该机芯或电子装置1包括通过石英振荡器系统3(OSC)计时的控制模块2。为了显示诸如小时和秒钟的时间指示，指针安装在马达4上以被旋转驱动。所使用的马达是Lavet马达，也称为步进马达，该马达包括两个连接端子Mot1和Mot2。在这些马达中，圆筒形的充磁转子4a在磁路4b的气隙中形成径向磁场，在所述磁路上卷绕有线圈，该线圈的端子与依次向端子供给电流脉冲的控制模块——通常为集成电路——连接，每个脉冲都使转子前移一步。线圈由卷绕在中空绝缘管上的极细的导线形成，磁路的一部分容纳在所述绝缘管中。该马达还具有如图4所示的两个稳定平衡位置4c。控制模块2通常包括计算单元5。该组件由诸如电池单元或电池的电源单元8供电。电源单元供应供给电压Vdd。还存在接地端子Vss。

这种马达具有两个稳定平衡位置，即在电源失效的情况下转子自然地移动到的两个位置。

图3所示的控制模块2还包括检测单元6，该检测单元包括至少一个冲击检测电路7。冲击检测电路7用于判断是否已发生冲击。因此，如果检测到冲击，则控制模块2能相应地作用并且发送阻止脉冲以防止转子开始旋转。冲击检测电路布置在至少一个马达端子的输出端处。以下说明将以与马达的负极端子Mot2连接的冲击检测电路7为例。在各马达端子Mot1、Mot2处测量电压Vmot。在各端子Mot1、Mot2处设置了马达缓冲器，这些马达缓冲器包括触发器B1、B2和串联连接的两个不同类型的晶体管，所述晶体管的栅极如图3所示与触发器连接。缓冲器用于使正电流或负电流从马达线圈通过以使马达旋转。

在图2中，注意到冲击检测电路7可包括与马达4的端子Mot2直接连接的选择部分71。该选择部分71具有与比较部分72连接的输出端。比较部分72与计算单元5连接以便提供指示是否检测到冲击的信号。

选择部分包括与形式为多档位开关的选择器71a相关联的一组串联连接的电阻器Ri。选择器71a包括输出端和各自与电阻器Ri相关联的多个选择点pi。选择器71a还包括用于将该选择器的输出端与其中一个选择点pi连接的触发器71b。触发器71b因此允许修改冲击检测器的灵敏度以便检测更高或更低的感应电压和因此更强或更弱的冲击。根据本发明，电阻器组Ri被计算为具有从50至60毫伏的灵敏度范围。选择器71a的输出端是与比较部分72连接的电压端V1。比较部分72包括比较器72b，该比较器的正输入端与选择器71a的输出端连接且该比较器的负输入端处于50mV的基准电压Vref下(未示出)。比较器72b提供输出Sh_out2。电阻器组Ri由可激活冲击检测器的晶体管T控制。有利地，根据本发明，Lavet马达的各端子Mot1、Mot2设置有冲击检测电路7以便与控制算法相关联，该控制算法在冲击的情况下控制转子4a，如图3所示。

在第一步骤中，控制模块2被编程为检测冲击的旋转方向。为了实现这一点，使用两个冲击检测电路7。每个冲击检测电路7与马达端子连接，使得在冲击的情况下，转子转动而在冲击检测电路7中产生感应电压。这些冲击检测电路7向控制模块2发送指示已发生冲击的信息项。根据信息到达的次序，容易检测转子的旋转。由于仅正感应电压由一个或另一个检测器检测，所以可推断转子的旋转方向。

事实上，控制模块2设置有允许其解译由冲击检测电路7发送的信息的程序。为了实现这一点，该程序根据冲击检测电路7的激活来确定冲击的旋转方向。

在冲击期间，转子4a旋转，出现感应电压，从而如果感应电压为正，则转子4a顺时针旋转，而如果感应电压为负，则转子4a逆时针旋转。当然，冲击检测在转子最初处于其稳定平衡位置4c之一时发生，如图4所示。

在检测冲击的旋转方向之后，然后可以应用冲击补偿协议以便撤销所述冲击的效应。事实上，本发明有利地提出补偿协议以尽可能抵消或限制冲击效应。

该补偿协议在于借助于控制单元2向马达施加阻止信号。该阻止信号是在冲击的情况下抵消转子4a的旋转的信号。

阻止信号是发送到马达4的至少一个连接端子以便作用在转子上的脉冲。该脉冲被限定为产生与转子4a上的冲击相反的作用。因此，如果转子承受冲击而使其顺时针旋转，则阻止信号是其信号适配为逆时针驱动转子的脉冲，并且反之亦然。

有利地，根据本发明，阻止信号——即阻止脉冲——配置成使转子运动到期望位置。事实上，如果转子4a被冲击驱动，则这意味着与所述马达连接的设备被驱动；该设备包括驱动指针的齿轮系。因此，指针的位置发生变化并且因此在时间信息显示中出现误差。

因此，阻止脉冲配置成不仅阻止转子在冲击之后的旋转，而且确保转子在冲击结束并且阻止脉冲停止时返回其初始稳定位置。

这种使转子4a在冲击时返回至期望位置的目的使得必须实现第二目的。事实上，在这种马达中，已知转子4a的一角位置，该角位置称为止回点，并且被定义为是如果超出则转子无法再返回其初始位置的角位置。

事实上，随着转子旋转，转子加速并且因此惯性矩加大。因此，如果转子达到特定角位置，则转子4a物理上不可能返回期望位置。该最大角位置取决于马达的布置结构。事实上，每个马达都包括至少两个导向槽4d或定位缺口。这些导向槽4d设置在一角位置处并且限定出转子的稳定平衡位置。最大角位置取决于这些导向槽4d相对于由线圈产生的主磁通的方向的位置。因此，如图5所示，在两个导向槽成90度设置的情况下，最大角位置为270度，即，其中一个导向槽的角位置。在导向槽如图6所示成45度设置的情况下，最大角位置为135度。

根据本发明，在冲击的情况下，阻止脉冲配置成允许转子返回期望位置而不经过最大角位置。在这方面，阻止脉冲是设置有多个相位的脉冲。该多个相位提供修改阻止脉冲的特性的可能性。

在本例中，阻止脉冲包括两个相位，第一相位Ph1可以是增强相位，即，在该相位期间保持/制动转矩(retaining torque)的强度最大，而第二相位Ph2是制动转矩的强度不大的相位。

为了改变由脉冲形成的制动转矩的强度，斩波率(chopping rate)——即，脉冲占空比——设置成是变化的。取决于斩波率，脉冲的强度更大或更小以对转子有更重要或不重要的作用。根据本发明，斩波率设置成从25％至100％不等。因此，可能有利的是具有斩波率高的第一阻止脉冲相位和斩波率低的第二相位。

此外，可提供不同持续时间的相位。例如，第一相位Ph1较短但斩波率较高，而第二相位Ph2将具有较长的持续时间但斩波率较低。

在一个优选示例中，第二相位将具有等于第一相位的持续时间的两倍的持续时间。第一相位将具有19.5毫秒的最大持续时间。这种情况下，阻止脉冲的总持续时间最长将为58.5毫秒，如图7所示。

因此，发送极性与转子4a的旋转相反的阻止脉冲可以停止转子的旋转并使其返回期望位置。

一旦处于该期望位置，当脉冲已停止时转子便自然地朝其初始的稳定平衡位置移动。

然而，有利地提供了检测这种朝稳定平衡位置的移动的变型。为了实现这一点，脉冲检测电路被调节成具有最大灵敏度。为了实现这一点，触发器71b切换成作用在电阻器组Ri上并且选择最低灵敏度，这里为50mV。

该低灵敏度使得可以在转子移动到稳定平衡位置时测量转子的细微移动之后的感应电压。根据感应电压的正负标记，于是可以得知转子已移动到哪一个稳定平衡位置。因此，计算单元5可针对时间信息考虑该信息。

显然，在不脱离本发明的范围的情况下，可对在本说明书中所阐述的本发明的各种实施例作出对本领域的技术人员来说显而易见的各种修改和/或改进。

Claims (10)

1.一种用于马达(4)的电子装置(1)，该马达用于驱动显示装置，所述电子装置包括能够生成代表实际强度的信号的计算单元(5)，所述马达包括磁路(4b)中的转子(4a)和一正一负两个端子(Mot1，Mot2)，所述计算单元经由所述两个端子控制所述马达，所述电子装置还包括两个冲击检测电路(7)，每个冲击检测电路连接在所述计算单元与马达端子之间以用于检测施加至所述马达的外部冲击，

所述马达具有布置在基准角位置处的第一稳定平衡位置和布置在距离所述第一稳定角位置180°处的第二稳定平衡位置，以及对于每个旋转方向的最大角位置，其中从所述最大角位置马达转子无法返回至前一角位置，

所述计算单元能利用算法在冲击之后通过分析由所述检测电路检测出的感应电压来检测转子的旋转方向，并引起发送极性与感应电压相反的阻止脉冲，

其特征在于，所述阻止脉冲具有58.5ms的最长持续时间，从而允许冲击诱发的转子的旋转停止并且在达到最大角位置之前返回至预定的角位置。

2.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述阻止脉冲具有从25％至100％不等的斩波率。

3.根据权利要求2所述的电子装置，其特征在于，所述阻止脉冲至少包括不同的第一时间相位(Ph1)和第二时间相位(Ph2)，每个时间相位能够呈现不同的斩波率。

4.根据权利要求3所述的电子装置，其特征在于，所述第二时间相位具有比所述第一时间相位更长的持续时间。

5.根据权利要求4所述的电子装置，其特征在于，所述第二时间相位具有比所述第一时间相位长两倍的持续时间。

6.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述冲击检测电路(7)包括适配为允许调节检测灵敏度的选择部分(71)。

7.根据权利要求6所述的电子装置，其特征在于，所述选择部分允许从50至600毫伏的灵敏度范围。

8.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述电子装置包括两个冲击检测电路。

9.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述马达(4)设置成使得：所述转子的稳定平衡位置在没有电流从线圈通过时布置成与在电流从所述线圈通过时由磁路中的所述线圈产生的主磁通的轴线成30至90度的角度。

10.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述阻止脉冲经由所述马达(4)的连接端子中的一个或另一个发送到所述马达。