CN1108544C

CN1108544C - 发电机由发条盒驱动的电子钟表

Info

Publication number: CN1108544C
Application number: CN97116145A
Authority: CN
Inventors: P·－A·法里尼; J·-J·波恩
Original assignee: Asulab AG
Current assignee: Asulab AG
Priority date: 1996-08-01
Filing date: 1997-08-01
Publication date: 2003-05-14
Anticipated expiration: 2017-08-01
Also published as: DE69703275T2; FR2752070B1; HK1009530A1; US5751666A; CN1176415A; FR2752070A1; DE69703275D1; JP4383551B2; EP0822470A1; SG60087A1; JPH1082870A; TW349190B; EP0822470B1

Abstract

本发明钟表的集成电路(11)具有比较装置(16，17，18)供将时基(12，13)的频率与发电机(1)的频率相比较用。由此产生的误差信号由一个逻辑线路(20)检测，从而可以验证该信号是否超过不同的阈值。超过这些值中两个时，发电机的电制动器(22)就可以控制得使秒针从发条盒(5)动动储备的某一耗尽程度起即刻定期转动相当于若干秒的角度，以便请戴表人对发条盒(5)的发条(6)再上条。

Description

发电机由发条盒驱动的电子钟表

本发明涉及一种电子钟表，这种电子种表的电源由可手动或自动上条的发条盒与交流发电机联接组成，用来经整流器供电给电子钟表的电子电路。

这种钟表在瑞士专利686332中公开过。该专利文献具体涉及一种可将发电机的转速控制到钟表正常工作相应的预定转速的控制电路，只要发条盒的能量足以维持所要求的转速值。

有的钟表配备有动力储备量指示器以便通知钟表的主人发条盒什么时候能量耗尽了，这类钟表是大家早已熟悉的了。这种指示器以本发明申请人的名义在欧洲专利申请EP0762243中公开过。

这种指示器大体上的工作方式如下。在正常运行期间，发电机直接与发条盒联接，力图转得过快，从而使所供应电压的频率高于所要求的按时钟石英运行的频率标准得出的频率值。因此，必须降低发电机的转速，这是通过定期短接发电机的线圈进行的。维持发电机在额定转速运行所需要的减速次数在发条开始松弛时颇多，随着发条中积蓄的能量的耗尽逐渐变少。

这样，就可以用这个减速次数来确定发条的能量什么时候再也不足以维持时钟正常工作。按照上述专利申请公开的原理，一连串减速的次数是在持续时间一定的连续时限内计数的，若在该时限期间的减速次数少于预定值，可以激发显示器来警告用户：动力储备快耗尽了。此外，还可以显示出动力储备量仍足以显示正确时间的小时数。

因此，现有技术的这种钟表，除了几枚指针处还应配备另一种器件，例如一个窗口，窗口后面是一个指示器，这个指示器必须以特殊的方式驱动，使其随动力储备量耗用状态的函数动作。

此外，有的电池驱动的电子钟表装有电池消耗程度指示器，指示器借助于其中一个指针特别是秒针的特定动作工作。这种电子钟表也是大家所熟悉的。通常，这些指示器是这样工作时：当电池电压降到预定的最小值以下时，秒针有一个中断的动作，例如，不是每秒钟搏动一次，而是每两秒种在表盘取两秒钟的搏动行程。

本发明的目的是提供这样的一种电子钟表，电子钟表的发电机由发条盒驱劝，因而无需设置专用的动力储备量消耗指示器，但另一方面，这个动力消耗，和一般的电动机驱动、电池供电的石英钟表的情况一样，可借助于秒针的特定动作指示出来。

因此，本发明的电子钟表包括：

一个交流电压发电机，接电子钟表的电子电路；

一个发条盒，与所述发电机联接，驱动所述发电机；

一套时间指针，也由所述发条盒驱动；

所述电子电路包括：

一个时基，用以提供标准频率信号；

比较装置，用以将所述时基的频率与所述交流电压的频率相比较，从而产生误差信号；

验证装置，与所述比较装置连接，供验证所述误差信号是否超越第一预定阈值；

减速装置，由所述验证装置控制，用以在所述误差信号超越所述第一预定阈值时，在电气上降低所述发电机的转速；

所述钟表的特征在于：

所述验证装置也用以验证所述误差信号是否超过大于所述第一预定阈值的第二预定阈值，并证实所述发条盒动力储备量的消耗程度，所述减速装置在超越所述第二阈值时也受到控制；

所述验证装置也配置成使其验证，所述误差信号超越所述第二预定阈值之后，所述误差信号是否在所述时段期满时控制所述减速装置的预定时间期间变得至少等于第三预定阈值；

从而使所述各指针在每次所述误差信号达到或超越所述预定第三阈值时以高于指示正确时间相应的转速转动来指示所述消耗状态。

由于这些特征，第二和第三阈值的超越使发电机的电气减速过程可以控制得使秒针从发条盒动力储备量消耗到某一程度起定期即刻转动相当于若干秒的角度，引起戴表人给发条盒上条。这样就可以取消辅助的专门用以显示动力储备量消耗情况的显示器。

阅读下面参照附图仅以举例的方式所作的说明可以清楚了解本发明的其它特征和优点。附图中：

图1是发条盒的上条/松条与所述发条盘转数的函数关系曲线图，示出了发条可加以利用的转矩的变化情况，特别示出了动力储备量的消耗情况；

图2是本发明钟表控制电路的简图；

图3是图2的控制电路中使用的可逆计数器的计数值作为时间的函数而变化的曲线图，以便说明控制电路的工作过程；

图4通过本发明钟表发电机的原理图示出了这类电机的另一个具体实施例。

图1示出了可用在具有本发明的发电机的电子钟表中的发条盒所产生的转矩的变化情况的一个例子。图中示出了发条盒在上条和松条的过程中，其克毫米转矩值作为其转数的函数而变化的情况。发条盒一圈通常相当于钟表大约8小时的运行时间。当然，所有这些值和以后给出的那些值仅仅是举例而已。

曲线A相当于上条曲线。曲线A从发条完全松弛的A1点开始，在发条盒转7圈的上条过程之后的最大上条点A2结束，发条盒在A2点处位能转矩约为1200克毫米。

曲线B是发条的松条曲线，在松条的过程中，发条盒给钟表提供能量。此曲线在转矩值约为1050克毫米(此转矩值之所以比A2点的转矩值减小是因为不可避免的机械损耗引起的)的B1点开始，在发条完全松弛的B2点结束，B2点当然与A1点重合。

应该指出的是，若钟表是自动上条的，则这些曲线会按加到钟表的各项动作的函数而变化，这时上条和松条两项操作随环境而变化，紧密一致。

图中还通过虚线T表示临界转矩值(C_临界)。只要发条盒能提供大于此临界值的转矩，发电机的转子就始终会达到时钟保持正确计时所需要的额定转速。举例说，这个临界值可能相当于发电机等于21.3赫的输出电压频率。

超过曲线B与虚线T的变点C_C，钟表一般就看成进入“能量耗尽”状态，钟表商通常把这种状态称之为“EOL”，这是从“End ofLife”寿终正寝这个术语引来的，从模拟一般石英表中电池寿命的结束引来的。在此实例中，C_C点位于发条对应于其大约5.3圈的松条程度的位置。EOL状态遍及整个第一阶段PFI，在此阶段期间，发电机在较长的时间间歇减速，从而通过钟表秒针的特殊动作特别是秒针的跳动动作告诉用户发条松条的情况。

PFI阶段占了发条盒大约0.75圈的幅度，如图1中的例子所示，接下去的阶段是叫做发电机“显著减速”阶段。在此阶段期间，发电机的转速保持在各指针的转动实际上达到戴表人难以觉察的转数值。此阶段持续到发条中积蓄的能量几乎全部耗尽为止(在实例中为转完第七圈之后)。

然而，钟表无轮是自动上条或手动上条，只要再上足以条就仍然可轻易起动起来。稍后将看到，可以根据电路设计时选取的某些参数使PFP阶段紧路在PFI阶段后面，或与PFI阶段间隔一时段I，后者为图1所示的情况。

此外，按照本发明稍后将参照图4更详细说明的另一个实施例，还可以在PFP阶段终了时采取磁力减速降低发电机转子转速的措施，例如最好借助安置在转子附近适当选取的距离的至少一个固定磁铁施加轻微的磁力定位转矩。这样安排可以使发条盒暂时停止转动，同时等待再次给发条自动或手动上条。

现在参看图2，图中示出了本发明钟表的简图。

钟表的发电机用方框1表示，它由一个磁化的转子2和至少一个线圈3组成。转子例如经虚线表示的齿轮系4与里面装有发条6的发条盒5机械联接。发条可用手动或自动绕制机械绕制，这是众所周知的，图中没有示出。齿轮系4也与一套由时针7、分针8和秒针9组成的报时指针联接。各指针按适当的齿轮传动比以一般方式彼此联接，并与发电机1的转子刚性联接，因而只要转子2转动，各指针就转动。

发电机1在其端子1a和1b供应例如频率为21.3赫(64/3赫)最大值为1.2伏的交流电压。发电机1接一个整流器，例如双交变整流器(double alternation rectifier)10，整流器的输出端接集成电路11，集成电路11的某些元件形成发电机1的转速控制电路。集成电路11的输入电压V_DD和V_SS是恒定的。应该指出的是，图2只示出集成电路11的那些实施本发明的原理所必不可少的元件。

石英12控制着形成集成电路11的一部分的一个振荡器，由这个振荡器给分频器13发送频率为32768赫的脉冲信号，时基即由这些元件构成。

分频器13的端子14提供的信号其频率相当于发电机1必须提供的使各指针7，8，9可正确报时的额定频率。在上述实例中，额定频率为21.3赫(64/3赫)。输出端14接可逆计数器16的递增计数输入端15。

发电机1的端子1a接比较器17的一个输入端，比较器17的另一个输入端接基准电压源18，例如接地。比较器17的输出端接可逆计数器16的逆减计数输入端19。

发电机端子1a处的电压一旦稍为超出地电位，比较器17就给可逆计数器16提供输出脉冲。因此，在此实例中，假设发电机1完全在对应于21.3赫频率的额定转速下转动，则可逆计数器16的计数值在发电机输出电压每一次交变终了时必须为0。

可逆计数器16的输出端接判定逻辑电路20。判定逻辑电路20根据稍后我们将回过来谈的某预定的标准的函数在端子21产生输出信号，所述标准是通过构成该判定逻辑电路的一定数量的基本门电路的接线提供的资料。本技术领域的行家们在研究本说明书之后熟悉这些标准，是会制作这种判定逻辑电路的，因此这里不再详述。

输出端21处出现的信号加到有选择地控制发电机1减速过程的开关元件22的控制极上。此开关元件22可以是个MOS晶体管，晶体管的源极/漏极通路连接在发电机1的端子1a与1b之间。

本发明的控制电路还采用叫做“启动”电路通常称之为POR(电源接通复位)电路的电路23。本领域的技术人员都知道，这种POR电路特别是设在大多数集成电路，而且特别是在电子钟表使用的那些集成电路中，供设定集成电路处于某种逻辑状态的元件，使逻辑电路加上电压时，这些元件可以按适当的逻辑状态工作。

在本发明的装置中，启动电路23有两个互补的输出端23a和23b，两个输出端在加到集成电路11上的电压分别在一个方向或另一个方向上超过预定值时改变逻辑电平。在所述实例中，忽略不计信号可能经受的任何滞后作用时，这个数值可能约为0.7伏。

具体就本发明而论，启动电路23的输出端23a接可逆计数器16，在其逻辑电平从“0”转到“1”时可逆计数器16的电平取“1”。

输出端23b接显著减速开关元件24。开关元件24可由PMOS晶体管组成，晶体管的漏/源极路径与电阻器25串联连接，这两个元件在一起构成了并联集成电路11电源端V_DD和V_SS的分路。当启动电路23输出端23的逻辑电平从“1”转到“0”时，开关元件导通。

本发明钟表的工作过程如下。

发条盒6的发条上条完毕之后，钟表正常工作，本发明的控制电路负责限制发电机1转速的任务，因为如果不加以限制，发电机可能会超速，直到高速驱动各指针情况下累积在发条中的能量耗尽为止。

减速控制晶体管22的存在使转速限制过程得以控制，晶体管22收到判断逻辑电路20来的相应信号时短接发电机的端子1a和1b，从而从电气上降低发电机的转速。判断逻辑电路20不断地分析可逆计数器16的计数值，一旦计数器16的计数值等于“-1”就给晶体管22提供控制信号。正是在这些情况下。发电机频率高于分频器13提供的频率，而且各指针7、8、9必然会转得过快。这时使晶体管22导通有用，以便使发电机的转速恢复到正确报时的相应额定转速。

因此，为了保持发电机1的额定转速，控制电路不断地将分频器13提供的标准频率与提供给发电机1的端子1a且由比较器17分析的电压的频率加以比较。

在所述的实例中，这种工作状态持续发条盘5大约5.3圈的时间(比大约40小时还长一点)，当然假设发条6不处在手动或自动再上条的情况。随着这一段时间的逐渐消逝，先后减速的频率逐渐减小。应该指出的是，在这种工作状态下，晶体管22反复对发电机11进行的短接并不干扰集成电路11的工作，在整流器10中设置电容值较大的两个电容器(图中未示出)就可以永久提供为此目的所需的电压。

当发条盒5产生的转矩值降到C_临界值(图1中的C_C点)时，发电机的转速达到其频率再也不足以使比较器17处理的脉冲补偿可逆计数器16源自分频器13的脉冲的程度，但发电机提供给集成电路11的电压仍足以使其工作。因此计数器的计数值增加到对应于例如其总的正容量(计数器益出值)的预定阈值，在本实例中，此数值可等于512，考虑到计数器16端子15处的信号促使其继续工作所使用的频率，这个值相当于24秒左右，判定逻辑20的接线也是为检测此预定阈值进行的。

因此，一旦达到此值，判定逻辑电路20就使减速晶体管22导通，以降低发电机1的转数。发电机1在递增/递减计数器16计数期间以低于额定转速的转速转动，各指针7，8，9比正确时间相应的转速慢，滞后的时间等于所述计数器的计数时间(filling time)(在该实例中为24秒)。

发电机1处于减速状态，因而提供给集成电路11的电压下降到低值，一旦整流器10的各充电电容器都充分放电，这个低值就变得小于集成电路11能仍然正确工作时的电压(一般为0.7伏)。除其它影响之外这还使减速晶体管22不导通，所述晶体管再也不接收来自判定逻辑电路20的控制信号。此外，由于集成电路各端子的电压下降到启动电路23作用应的电压值以下，信号在输出端23a和23b的逻辑电平倒转。

此后，发电机1可以加快转动，提供给集成电路11的电压可以上升，直到启动电路23再次起作用并促使端子23a和23b的逻辑电平在反方向上改变状态为止，这时集成电路11又开始工作了。

刚提到的这些操作是在PFI阶段刚开始时进行的，若发条6不上条，这些操作可持续到几个小时之久，石英表为电动机驱动式时，这时就转入“EOL”型式的间歇前进状态。钟表在此阶段的其余操作过程如图3中所示。图3中的a)示出了启动电路23输出端23a的逻辑电平在此操作阶段的变化情况。图3的b)部分示出了可逆计数器16中的计数值N(曲线C)如何可从端子23a和23b的POR信号如刚谈到的那样在反方向改变状态的时刻起发生的变化。此时刻以图3b)部分的t₀表示。

可以看到，信号POR(输出23)加到计数器16上。因此，当此信号在时间t₀转到1时，计数器16上的计数值转入+1。此外，判定逻辑电路20接分频器13，从分频器13接收确定在本实例中选取4秒的预定时限DP的时间信号。判定逻辑电路20还能在该预定时限DP终了、计数器16的计数值达到某一临界值(N＝N_临界)或经过这一值时给晶体管22提供控制信号。

尽管在PFI阶段发电机1总是在低于额定值的转速下转动，但还是以对正确时间的额定转速来说足够快的转速驱动各指针，至于秒针，行程角则足以产生使钟表的主人不难觉察到和驱使他重新上条的现象(该行程角一般为一次若干秒)。

然而，当发电机1在PFI阶段期间转动时，经比较器17提供给计数器16的脉冲，其频率总是比分频率13提供的频率低。于是计数器16正向计数。因此，判定逻辑电路20采用的标准旨在计数器的计数值在分频器13确定的预定时段DP期满之前达到或超越N_临界值时控制减速晶体管22。图3通过曲线C和D举例说明了这个过程。曲线C对应于正好在预定时段期满时达到N_临界值的情况。曲线D示出了在预定时段DP期满时计数器16的计数值N2远大于临界值的情况。于是当判定逻辑电路20在时段DP终了时控制减速晶体管22时，发电机1进入减速状态，提供给电路11的电压急剧下降到电路11停止工作的程度，减速晶体管22再次进入不导通状态，发电机再次重新起动，以间歇的方式驱动秒针。只要没有发生下列两种情况之一，这个过程可以反复进行。

第一种情况是用户对发条手动再上条或开始戴上钟表而使其运动作传递到发条上。在此情况下，计数器16中的累计值会下降，这是因为发电机1快速恢复到额定转速，以分频器13同样的节奏给计数器16发送脉冲的缘故。这种情况在图3中以曲线E表示。

另一种情况是动力储备量的消耗更为显著的情况。在此情况下，当发电机再起动时，其提供的电压再也不足以提供给集成电路11。还记得，在上述实例中，此相应的值为0.9伏。接着，操作过程进入图1以I表示的中间时段。在此时段期间，各指针总是以极慢的转速转动，晶体管22不能使发电机减速。

由于发电机的转速进一步下降，起动电路23会在例如提供给集成电路11的电压在下降的方向上超越0.7伏时就起作用。发生此情况时，端子23b处的信号转到“1”，从而使晶体管24导通。这使该晶体管24和电阻器25形成的分路连接在供电端V_DD与V_SS之间。分路的值选取得使此分路中形成的电流吸收一定量的能量，从而使发条盒5再也不能以戴表2能觉察到的速度驱动各指针。这个极慢的速率是在整个显著减速阶段PFP期间建立的，持续到动力储备量几乎全耗尽为止。

显著减速阶段PFP虽然是任选的，但可以告知戴表人完全停表的情况(这时秒针的转动慢到戴表人觉察不出的程度)。没有这个阶段，戴表人不注意时可能会以为钟表仍在运转，各指针虽然转速慢但仍然在往前走，戴表人仍然觉察得出，尤其是在紧接着间歇减速阶段PFI之后的某一段时间期间更是如此。此外，出于同样的理由，还是尽可能缩短时段I的持续时间(在该期间各指针已转动得相当慢，但仍转得流畅)，这可通过选取极接近集成电路仍能工作的最小电压和起动电路23的输出信号改变电平时的电压的值达到。

还应该指出的是，电阻器25的阻值必须选取得使其与晶体管24形成的分路不致于在戴表人从显著减速阶段PFP对发条5再上条时妨碍再起动过程。

图4示出了本发明可作为辅助件加到上述组件上以完全防止发电机1在显著减速阶段PFP终了时转动的另一个实施例。该实施例是在靠近发电机1的转子2周边安置一个或多个吸力极小但能对该转子施加轻微的定位转矩的磁体，该转矩必须小于发条盒在动力储备几乎完全耗尽时所能提供的转矩，以便不致于妨碍重新起动。

在图4例举示出的实施例中，以平面图示出的转子2由多个垂直于图面取向的磁体组成。这些磁体沿转子的周边南北极相间地交替配置。各磁体26也按同样的取向安置在转子旁边。

Claims

1.一种电子钟表，包括：

交流电压发电机(1)，接整流器(10)，用以给钟表的电子电路(11)供电；

发条盒(5，6)，与所述发电机(1)联接，供驱动所述发电机(1)用；

一套时间指针(7，8，9)，也由所述发条盒(5，6)驱动；

所述电子电路包括：

时基(11，12)，用以提供标准频率信号；

比较装置(16，17)，用以将所述时基(12，13)的频率与所述交流电压的频率相比较，从而产生误差信号；和

验证装置(20)，接所述比较装置(16，17)，用以验证所述误差信号是否超越第一预定阈值；和

减速装置(22)，由所述验证装置(20)控制，用以在所述误差信号超越所述第一预定阈值时对所述发电机(1)进行电气减速，

所述钟表的特征在于：

所述验证装置(20)还配置成使其也验证所述误差信号是否超越大于所述第一预定阈值的第二预定阈值，并证实所述发条盒(5，6)动力储备的预定耗尽程度，在超越所述第二阈值时所述减速装置(22)也受到控制；

所述验证装置(20)还配置成使其验证在超越所述第二预定阈值之后所述误差信号是否在预定的时间期间变得至少等于第三预定阈值，以便在所述时段期满时控制所述减速装置；

从而使所述各指针(7，8，9)在每次所述误差信号达到或超越所述第三预定阈值时以高于指示正确时间相应的转速转动，指示所述耗尽状态。

2.如权利要求1所述的钟表，其特征在于，所述比较装置包括一个可逆计数器(16)，其第一输入端(15)接收所述时基来的信号，其第二输入端(19)接收频率为所述发电机(1)提供的电压的瞬时频率的脉冲信号。

3.如权利要求2所述的钟表，其特征在于，所述可逆计数器(16)的第二输入端(19)接比较器(17)的输出端，比较器(17)的第一输入端接所述发电机(1)的输出端(1a)，比较器(17)的第二输入端接基准电压源(18)。

4.如权利要求2所述的钟表，其特征在于，所述验证装置(20)是一个线连逻辑电路，供有选择地根据其三个分别表示所述第一、第二和第三预定阈值的位置的函数分析所述可逆计数器(16)的输出。

5.如权利要求3所述的钟表，其特征在于，所述验证装置(20)是一个线连逻辑电路，供有选择地根据其三个分别表示所述第一、第二和第三预定阈值的位置的函数分析所述可逆计数器(16)的输出。

6.如权利要求1至5任一项所述的钟表，其中所述集成电路(11)有一个叫做POR电路的启动电路(23)，所述钟表的特征在于，它还有一个电阻分路(24，25)可以在所述启动电路(23)检测到所述整流器(10)提供的电压下降到预定值以下时有选择地连接所述整流器(10)的输出端。

7.如权利要求6所述的钟表，其特征在于，所述电阻分路由一个与开关元件(24)串联连接的电阻器(25)组成，开关元件(24)的开关状态由所述启动电路(23)控制，所述电阻器标定得使钟表可以在动力储备耗尽之后通过所述发条盒(5，6)的再上条重新启动。

8.如权利要求7所述的钟表，其特征在于，它还包括至少一个磁体(27)安置在所述发电机(1)附近，给所述发电机的转子(2)施加一个定位转矩，转矩的大小使钟表可以在动力储备完全耗尽之后通过对所述发条盒的再上条重新启动起来。