CN106909061A - 包括具有可确定的角位置的轮副的钟表 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钟表，包括：‑钟表机芯，该钟表机芯设置有模拟显示机构和至少一个与模拟显示机构的转动指示器一体转动的轮副(MB)，该轮副包括导电板(PT)，导电板基本上正交于所述轮副的转动轴线延伸并穿透有至少一个孔(OV)，‑用于检测所述孔的基准角位置的检测装置，该检测装置包括平面的并布置在与轮副平行的平面内的第一电极(E1)、第二电极(E2)和共用电极(Em)，共用电极沿着第一电极的一部分和第二电极的一部分布置，所述孔至少部分地：‑在称为第一不均衡位置的位置位于第一电极上方或下方，‑在称为均衡位置的位置位于第一电极和第二电极上方或下方，‑在称为第二不均衡位置的位置位于第二电极上方或下方。

Description

包括具有可确定的角位置的轮副的钟表
技术领域
本发明涉及包括钟表机芯的钟表的技术领域，该钟表机芯设置有模拟显示机构和至少一个与该模拟显示机构的转动指示器一体转动的轮副。
背景技术
为了确定这种轮副的角位置，从EP专利0952426已知为该轮副提供由特殊材料制成的表面层以及位于介于轮副的转动轴线和其外周之间的中间区域上的通孔。当轮副处于基准位置时，关于该轮副静止的接近传感器直接定位在该孔上方或下方。该传感器能够感应该特殊材料并提供取决于所述材料附近的变化的测量信号。因此，当孔从传感器上方经过时，该测量信号具有特殊的形状，例如尖峰。
为了确定轮副所处的角位置，提出利用步进电机使轮副完成一次步进式转动，同时记录测量信号。上述尖峰由此表示轮副通过其基准位置。一旦已经在表示测量信号的曲线图中确定出基准位置，就能容易地由此推断出轮副的与曲线图上的另一点相对应的角位置，特别是轮副的初始角位置，即其在开始转动之前的位置。
EP专利0952426提出使用电感式传感器或电容式传感器，然而同时指出，电容式传感器比电感式传感器对于环境和对于由制造和装配公差引起的干扰更加敏感。电容式传感器尤其是受轮副和传感器之间的沿着轮副的转动轴线的轴向间隙影响。该轴向间隙越大，尖峰越宽：角基准位置的确定的精确度由此直接受轴向间隙影响。
发明内容
本发明的一个目的是，通过提出一种用于通过电容式传感器确定轮副的角位置的方案来克服上述缺点，该电容式传感器的精度不受轮副和传感器之间的轴向间隙的变化的影响。
为此，本发明涉及一种钟表，该钟表包括：
-钟表机芯，该钟表机芯设置有模拟显示机构和至少一个与所述模拟显示机构的转动指示器一体转动的轮副，所述轮副包括导电板，该导电板基本上正交于所述轮副的转动轴线延伸，并且穿透有至少一个孔，
-用于检测所述孔的基准角位置的检测装置，该检测装置包括至少一组平面电极，所述平面电极包括布置在与所述轮副平行的平面内的第一电极、第二电极和共用电极，所述共用电极沿着所述第一电极的一部分和所述第二电极的一部分布置，
所述孔至少部分地：
-在称为第一不均衡位置的位置位于所述第一电极上方或下方，
-在称为均衡位置的位置位于所述第一电极和所述第二电极上方或下方，
-在称为第二不均衡位置的位置位于所述第二电极上方或下方。
第一电极和共用电极形成具有电容量C1的第一电容器，第二电极和共用电极形成具有电容量C2的第二电容器。通过使用使轮副完成一次完整步进式转动的步进电机和产生表示作为步数的函数的的测量信号的测量电路，得到了具有最大值和最小值的曲线。当所述孔位于第一不均衡位置时观察到最小值；当所述孔位于第二不均衡位置时观察到最大值；当所述孔位于均衡位置时，曲线具有零值。
由于最大值和最小值的特征在于轮副的特定角位置，因此当已经在表示测量信号的曲线图上识别出最大值和最小值时，可以推断出轮副的与曲线图上的另一点相对应的角位置。尤其是，由此可以推断出轮副的初始角位置，即其在开始转动之前的位置，该位置是所要寻找的位置。
使用差动式电容测量，而不是如在现有技术中的使用单个电容测量，允许曲线的形状与轮副和电极之间的轴向间隙无关。因此，即使当轴向间隙很大时，也可以在曲线上精确地识别出最大值和最小值。另外，在曲线上识别出轮副的两个特征位置，而不是如在现有技术中的单个位置，使得对轮副的角位置的确定更加可靠。
另外，应注意，“平面电极”是指在一个平面上显著地沿着至少两个方向延伸的传导部分，如与棒形电极相对的那样。
另外，轮副板可以包括多个孔，检测装置可以包括多组上述类型的电极。在这种情况下，在轮副的一个特定位置，每个孔都布置成与一组电极的第一和第二电极相对。
另外，钟表可以以任何技术上可能的组合包括一个或多个下列特征。
在一个非限制性实施例中，全部三个电极都具有基本上相同的面积。该构型导致电容量C1和电容量C2之间显著的不均衡(disequilibrium)，以及由此曲线的最大值和最小值的幅值的很大的绝对值。另外，应注意，在电极的一些构型中，曲线在与最大值相对应的尖峰和与最小值相对应的低谷之间具有台阶(step)。一个台阶意味着一个区段，在该区段的两侧具有减小的斜率。刚刚已经描述的构型可以使该台阶的长度最小化。
在一个非限制性实施例中，在第一不均衡位置、均衡位置和第二不均衡位置，所述孔至少部分地位于共用电极上方或下方。该构型使得可以得到特别明显的尖峰和低谷。
在一个非限制性实施例中，在均衡位置，全部三个电极都位于所述孔上方或下方。轮副中的孔因此可以比全部电极小。该构型使得可以除去介于曲线的尖峰和低谷之间的任何台阶。
在一个非限制性实施例中，共用电极包括两个彼此电连接的平面的半电极(halfelectrode)，该半电极布置在由第一和第二电极形成的组件的两侧。
在一个非限制性实施例中，共用电极包括两个彼此电连接的平面的半电极，两个半电极布置在第一和第二电极之间。
在一个非限制性实施例中，第一电极和第二电极并排布置，共用电极基本上以沿着第一和第二电极的环形部分的形状延伸。该构型使得可以使用具有很大表面积的第一和第二电极，例如其总表面积基本上是所述孔的表面积的第一和第二电极。第一和第二电极的很大表面积导致曲线上的最大值和最小值的幅值的很大的绝对值。
本发明还涉及一种用于确定如前文所述的钟表的钟表机芯的轮副的角位置的方法，包括：
-例如利用步进电机使所述轮副步进式转动，
-与转动同时地，测量作为转动步数的函数的其中，C1是由第一电极和共用电极形成的电容器的电容量，C2是由第二电极和共用电极形成的电容器的电容量，
-检测表示测量结果的曲线上的最大值和最小值，
-借助所检测到的最大值和最小值确定轮副的角位置。
附图说明
从下面参考附图通过非限制性说明给出的描述中，可以清楚地发现其它特征和优点，图中：
-图1示出在本发明的第一实施例中的用于检测钟表的钟表机芯的转动轮副的角位置的检测装置，该检测装置叠置在所述轮副上方。
-图2a示出图1的检测装置，转动轮副位于在所述轮副从初始角位置开始完成一次完整转动期间所占据的第一角位置。
-图2b示出在轮副转动期间逐步得到的在与图2a中的轮副的位置相对应的状态下的测量曲线。
-图3a示出图1的检测装置，转动轮副位于在所述轮副从初始角位置开始完成一次完整转动期间所占据的第二角位置，该第二角位置称为第一不均衡位置。
-图3b示出在与图3a中的轮副的位置相对应的状态下的测量曲线。
-图4a示出图1的检测装置，转动轮副位于在所述轮副从初始角位置开始完成一次完整转动期间所占据的第三角位置，该第三角位置称为均衡位置。
-图4b示出在与图4a中的轮副的位置相对应的状态下的测量曲线。
-图5a示出图1的检测装置，转动轮副位于在所述轮副从初始角位置开始完成一次完整转动期间所占据的第四角位置，该第四角位置称为第二不均衡位置。
-图5b示出在与图5a中的轮副的位置相对应的状态下的测量曲线。
-图6a示出图1的检测装置，转动轮副位于在所述轮副从初始角位置开始完成一次完整转动期间所占据的第五角位置。
-图6b示出在与图6a中的轮副的位置相对应的状态下的测量曲线。
-图7a示出图1的检测装置，转动轮副在所述轮副完成一次完整转动之后返回初始角位置。
-图7b示出在与图7a中的轮副的位置相对应的状态下的测量曲线。
-图8示出根据本发明的第二实施例的一个这种装置。
-图9示出根据本发明的第三实施例的一个这种装置。
-图10示出根据本发明的第四实施例的一个这种装置。
-图11示出根据本发明的第五实施例的一个这种装置。
具体实施方式
本发明涉及一种包括钟表机芯的钟表。该钟表机芯包括圆盘形式的轮副MB，该轮副还包括限定了几何转动轴线的心轴。钟表机芯与模拟显示机构相关联，该模拟显示机构包括固定安装在该心轴上的转动指示器(未示出)。该指示器可以用于指示小时、分钟、秒或用于模拟显示的任何其它信息。
轮副MB包括导电板PT，该导电板PT基本上正交于轮副MB的转动轴线延伸。所述板PT穿透有环形部分形式的通孔OV，该通孔OV布置在介于板PT的外周和设置成用于心轴通过的中心孔之间的中间区域上。通孔OV例如延伸过120度。
与轮副MB相对地，在轮副MB的上方或下方定位有板PA，该板PA例如是半圆盘的形式。板PA基本上平行于轮副MB的板PT和正交于轮副MB的转动轴线延伸。有利地，板PA是印刷电路板(PCB)，在该印刷电路板上印刷有三个平面电极。与轮副不同，板PA是固定的：轮副因此能够相对于板PA转动。
板PA包括一组电极。该组电极包括三个平面电极，称为第一电极E1、第二电极E2和共用电极Em。三个电极E1、E2、Em采用环形部分的形式。共用电极Em沿着第一电极E1的一部分和第二电极E2的一部分布置，以与第一电极E1形成具有电容量C1的第一电容器并与第二电极E2形成具有电容量C2的第二电容器。由于板PT上存在孔OV，电容量C1、C2取决于轮副MB相对于电极E1、E2、Em的角位置。尤其是，当孔OV位于第一电极E1和共用电极Em上方或相应地第二电极E2和共用电极Em上方时，电容量C1或相应地C2最大，因为电荷从一个电极到另一个电极的转移不再由于板PT的导电材料的出现被促进。
图1示出这些电极E1、E2、Em在板PA上的第一构型。在该构型中，三个电极E1、E2、Em具有基本上相同的表面积，共用电极Em布置在第一电极E1和第二电极E2之间。另外，电极E1、E2、Em的总表面积基本上与孔OV的表面积相同。在图1所示的实施例中，孔OV延伸过120度，并且每个电极延伸过120/3*0.98＝38度(这些角特征当然不是限制性的)。由此存在轮副MB相对于板PA的这样一个角位置(图4a所示)：三个电极完全与孔OV相对，并且孔OV完全与电极E1、E2、Em相对。
为了确定轮副MB的初始角位置(该初始角位置在下面提出的非限制性示例中是图1的角位置)，提出使轮副MB围绕其转动轴线完成一次完整的步进式转动。该转动通过步进电机(未示出)实现。步进电机例如是双极“拉维特(Lavet)”型电机。从电机到轮副的传动装置(未示出)优选地由减速轮系形成。例如包括微控制器的电子测量电路布置成用于测量作为向轮副MB施加的步数的函数的的值和用于产生测量曲线CB。
图2a、3a、4a、5a、6a和7a示出在所述轮副MB从图1的位置开始完成一次完整转动期间轮副MB相对于板PA的连续的角位置。在图2a的位置，仅第一电极E1与轮副MB的孔OV相对。在图3a的位置，第一电极E1和共用电极Em与孔OV相对地定位。在图4a的位置，三个电极E1、E2、Em全都与该孔相对。在图5a的位置，共用电极Em和第二电极E2与该孔相对。在图6a的位置，仅第二电极E2与孔OV相对。最后，在图7a的位置，轮副MB返回其初始位置，三个电极E1、E2、Em都不与孔OV相对。
图2b、3b、4b、5b、6b和7b示出在与图2a、3a、4a、5a、6a和7a中由轮副MB占据的位置相对应的时刻的表示作为向轮副MB施加的步数N的函数的的测量曲线CB。
如图2b所示，从轮副MB的初始位置到图2a的位置，测量曲线CB具有零值。然后，如图3b所示，在图2a的位置和图3a的位置之间，的值减小。当且仅当电极E1和共用电极Em都与孔OV相对时，曲线CB达到最小值。
如图4b所示，在图3a的位置和图4a的位置之间，曲线CB的值增大，直到它们返回零值。然后，如图5b所示，在图4a的位置和图5a的位置之间，的值增大。当且仅当电极E2和共用电极Em都与孔OV相对时，曲线CB达到最大值。
然后，如图6b所示，在图5a的位置和图6a的位置之间，曲线CB的值减小并返回零值。最后，直到轮副MB返回其初始角位置，曲线CB具有零值。
然后使用曲线CB计算轮副MB的两个特征位置。在与图3a的位置相对应的第一特征位置，曲线CB具有最小值；在与图5a的位置相对应的第二特征位置，曲线CB具有最大值。由于可以从曲线CB确定达到与最小值相对应的位置和与最大值相对应的位置的步数，因此能容易地由此推断出轮副MB的初始位置。
与参考图1所提出的电极E1、E2、Em在板PA上的构型和/或孔OV在板PT上的构型不同的那些构型是可能的。
在图8的构型中，电极E1、E2、Em与图1的电极相似，但是孔OV仅延伸过80度(自然地，该角形孔不是限制性的)。因此不存在这样的轮副MB的角位置：三个电极全都与孔OV相对。该构型避免了在图7b中观察到的介于与最大值相对应的尖峰和与最小值相对应的低谷之间的台阶。
在图9的构型中，三个电极E1、E2、Em不具有相同的表面积：第一电极E1和第二电极E2具有相同的表面积，但是共用电极Em具有较大的表面积。在图9所示的实施例中，第一电极E1和第二电极E2延伸过10度，而共用电极Em延伸过18度(自然地，这些角度特征不是限制性的)。然而，孔OV延伸过120度：孔OV的表面积因此比电极E1、E2、Em的表面积之和大得多。
在图10的构型中，第一电极E1和第二电极E2并排，共用电极Em由两个电连接的半电极形成(未示出该连接)。半电极布置在由第一电极E1和第二电极E2形成的组件的两侧。应注意，替代地，两个半电极可以布置在第一电极E1和第二电极E2之间。
在图11的构型中，第一电极E1和第二电极E2并排，共用电极Em沿着电极E1和E2的外部部分布置。另外，第一电极E1和第二电极E2的总表面积基本上等于孔OV的表面积。因此不存在这样一个角位置：共用电极Em与孔OV相对。该构型允许增大第一电极E1和第二电极E2的表面积，由此增大测量曲线CB的尖峰和低谷的幅值。另外，该构型避免了在图7b中观察到的介于与最大值相对应的尖峰和与最小值相对应的低谷之间的台阶。
当然，本发明不限于所示示例，而能够具有对于本领域技术人员来说显而易见的各种变型和修改。例如，轮副MB可以穿透有K个孔OV，K≥2，板PA可以包括K组像上文提出的电极一样的三个电极。这将使得可以得到测量曲线的较大的绝对值尖峰和低谷幅值。

Claims (8)

1.一种钟表，包括：
-钟表机芯，该钟表机芯设置有模拟显示机构和至少一个与所述模拟显示机构的转动指示器一体转动的轮副(MB)，所述轮副(MB)包括导电板(PT)，该导电板(PT)基本上正交于所述轮副(MB)的转动轴线延伸，并且穿透有至少一个孔(OV)，
-用于检测所述孔(OV)的基准角位置的检测装置，该检测装置包括至少一组平面电极，所述平面电极包括布置在与所述轮副(MB)平行的平面内的第一电极(E1)、第二电极(E2)和共用电极(Em)，所述共用电极(Em)沿着所述第一电极(E1)的一部分和所述第二电极(E2)的一部分布置，
所述孔(OV)至少部分地：
-在称为第一不均衡位置的位置位于所述第一电极(E1)上方或下方，
-在称为均衡位置的位置位于所述第一电极(E1)和所述第二电极(E2)上方或下方，
-在称为第二不均衡位置的位置位于所述第二电极(E2)上方或下方。
2.根据权利要求1所述的钟表，其特征在于，全部三个电极(E1，E2，Em)都具有基本上相同的面积。
3.根据权利要求2所述的钟表，其特征在于，在所述第一不均衡位置、所述均衡位置和所述第二不均衡位置，所述孔(OV)至少部分地位于所述共用电极(Em)上方或下方。
4.根据权利要求3所述的钟表，其特征在于，在所述均衡位置，三个电极(E1，E2，Em)完全位于所述孔(OV)上方或下方。
5.根据权利要求1所述的钟表，其特征在于，所述共用电极(Em)包括两个彼此电连接的平面的半电极(Em1，Em2)，所述半电极(Em1，Em2)布置在由所述第一电极(E1)和所述第二电极(E2)形成的组件的两侧。
6.根据权利要求1所述的钟表，其特征在于，所述共用电极(Em)包括两个彼此电连接的平面的半电极(Em1，Em2)，所述半电极(Em1，Em2)布置在所述第一电极(E1)和所述第二电极(E2)之间。
7.根据权利要求1所述的钟表，其特征在于，所述第一电极(E1)和所述第二电极(E2)并排布置，所述共用电极(Em)基本上以沿着所述第一电极(E1)和所述第二电极(E2)的环形部分的形状延伸。
8.一种用于确定根据权利要求1所述的钟表的钟表机芯的轮副(MB)的角位置的方法，包括：
-使所述轮副(MB)步进式转动，
-与所述转动同时地，测量作为转动步数的函数的其中，C1是由第一电极(E1)和共用电极(Em)形成的电容器的电容量，C2是由第二电极(E2)和共用电极(Em)形成的电容器的电容量，
-检测表示测量结果的曲线(CB)上的最大值和最小值，
-借助所检测到的最大值和最小值确定所述轮副(MB)的角位置。
CN201611199326.7A 2014-12-23 2016-12-22 包括具有可确定的角位置的轮副的钟表 Active CN106909061B (zh)

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