DE2658326A1

DE2658326A1 - Antriebsanordnung fuer einen schrittmotor einer uhr

Info

Publication number: DE2658326A1
Application number: DE19762658326
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Kato; Jinro Motoki
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1975-12-26
Filing date: 1976-12-23
Publication date: 1977-07-07
Also published as: JPS6243148B2; DE2658326C2; HK23483A; GB1554899A; JPS5280063A; US4112671A

Description

PATENTANWÄLTE

DR. CLAUS REINLÄNDER DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT

Orthstraße 12 ■ D-8000 München 60 · Telefon (089) 832024/5

Telex 5212744 · Telegramme Interpatent

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Citizen Watch Co., Ltd.

1-9-18, Nishishinjuku Shinjuku-ku, Tokyo, Japan

Antriebsanordnung für einen Schrittmotor einer Uhr

Priorität: 26. Dezember 1975 Japan 157169/75

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für einen Schrittmotor zur Verwendung beim Antrieb der Anzeige einer Uhr, wobei eine Rückwärtsdrehung des Schrittmotors ermöglicht werden soll.

Bekannt ist eine Kristalluhr, die mit einem SuperminiaturSchrittmotor versehen ist, in dem ein Räderwerk im Verhältnis zur Zählung eines Kristalloszillators abgestuft ist, um die Zeiger zu betätigen. Dabei ist jedoch die Einstellung des Sekundenzeigers der Uhr auf die Kormalzeit problematisch. Zwar kann das Vorstellen einer nachgehenden Uhr vergleichsweise einfach ausgeführt werden, da die Vorwärtsdrehung des Schrittmotors einen beliebigen Schnellvorschub der Zeiger ermöglicht, wenn die Antriebsintervalle verkürzt werden, jedoch kann ein sofortiges Einstellen nicht erhalten werden, wenn die Uhr vorgeht und nachgestellt werden muß, weil der Antrieb des Schrittmotors angehalten wird, bis die Normalzeit die eingestellte Zeit der Uhr erreicht hat.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebsanordnung für einen Schrittmotor zu schaffen, durch die der Motor rückwärts gedreht werden kann, indem eine

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"besondere Antriebswellenform angelegt wird. Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung schafft somit eine Antriebsanordnung für eine elektronische Uhr, bei der die Zeiger genau und leicht gestellt werden können. Die vereinfachte Zeitkorrektureinrichtung nach der Erfindung kann auch bei verschiedenen Arten von Uhren angewendet werden. Durch die größere Zahl der Bewegungsarten der Zeiger können besondere Informationen erhalten werden.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in der sind

Fig. T eine Ansicht eines Schrittmotors mit einer Antriebsanordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltbild der. Antriebsanordnung nach der Erfindung,

Fig. 3 ein Zeitdiagramm einer Antriebswellenform während Vorwärtsdrehung und der Drehstellungen des Rotors,

Fig. 4- bis 6 Zeitdiagramme verschiedener Arten von Antriebswellenformen während der Rückwärtsdrehung und der Drehstellungen des Eotors,

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Kristalluhr mit zwei Zeigern mit der Antriebsanordnung nach der Erfindung zum Einstellen der Zeiger,

Fig. 8 ein Detailschaltbild der Fig. 7 und

Fig. 9 bis 13 Zeitdiagramme zum Erläutern der Arbeitsweise der Schaltung in Fig. 8.

Gemäß Fig. T enthält der Schrittmotor einen Rotor 1, der aus einem scheibenförmigen Parmanentmagneten besteht und in Durchmesserrichtung magnetisiert ist, um zwei Pole zu erhalten. Ein Stator 2 besteht aus einer Platte aus

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weichmagnetischem Material, die in halbkreisförmige Teile 2a und 2b aufgeteilt ist, die um den Rotor über Schlitze 2c angeordnet sind. Eine einphasige Antriebsspule 3 ist um einen dünnen Teil 2d in einem magnetischen Kreis gewickelt.

Die halbkreisförmigen Teile 2a und 2b sind nicht auf einem

Kreis angeordnet, wie sich aus Fig. Λ ergibt, vielmehr weichen sie von der Kreisform derart ab, daß ungleichförmige Spalte am Umfang des Rotors 1 gebildet werden. Daraus ergibt sich, daß die Hagnetisierungsrichtung des Rotors in die Richtung 0 eingestellt ist, die gegenüber einer normalen Richtung geneigt ist. Diese Richtung 0 wird mit "statische stabile Stellung" in Bezug auf einen Drehwinkel bezeichnet und die Richtung des dargestellten Pfeiles wird als "Vorwärtsdrehrichtung des Rotors" betrachtet. Eine negative Gleichspannung wird an die Spulenanschlüsse A und B angelegt, so daß der Stator 2 magnetisiert wird, wobei der linke Teil der S-PoI und der rechte Teil der N-PoI sind. Als Ergebnis werden die Hagnetpole auf dem Rotor 1 durch die Pole des Stators angezogen, wodurch eine Drehung in Rückwärtsrichtung erfolgt und in der Richtung -Qa, die mit "magnetische stabile Stellung" bezeichnet wird, der Halte-Gleichgewichtszustand erreicht wird. Eine positive Gleichspannung wird an die Spule 3 angelegt, so daß der Stator in umgekehrter Richtung magnetisiert wird, und als Ergebnis wird der Rotor 1 zurückgezogen, wodurch er sich in positiver Richtung umTT-Ga bis zum Gleichgewicht dreht. Wenn dann die angelegte Spannung abgeschaltet wird, wird die Magnetisierungskraft eliminiert und der Rotor 1 dreht sich um Qa weiter, bis er eine neue statische stabile Stellung erreicht. Als Ergebnis wird der Rotor 1 um 180° aus dem Anfangszustand gedreht. Da die Polarität des Rotors 1 umgekehrt zum Anfangszustand mit Bezug auf den Stator 2 wird, muß eine negative Spannung an die Spule 3 angelegt werden, um den Rotor 1 um einen Schritt weiterzudrehen.

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Gemäß Fig. 2 enthält die Antriebsschaltung für den Schrittmotor eine Brückenschaltung, die aus zwei Paaren komplementärer Transistoren T1, T2 und T3, T4- besteht. Eingangsanschlüsse jzM -und ^2 werden auf demselben Potential (VDD oder VSS) gehalten, wenn der Schrittmotor nicht angetrieben wird. Auf diese Weise erhalten beide Anschlüsse A und B der Spule 3 das Potential VDD oder VSS, wodurch kein Strom fließt. Wenn das Potential der Eingangsanschlüsse so geändert wird, daß das Potential an einem der Spuienanschlüsse A und B geändert werden kann, entsteht zwischen den Anschlüssen A und B eine Antriebsspannung VAB, die im wesentlichen der Differenz von VDD und VSS gleich ist, so daß ein Antriebsstrom durch die Spule 3 fließt. Die Richtung des Antriebsstroms kann durch Ändern der Richtung der Spannung VAB in Abhängigkeit des Anlegens eines Eingangssignal an einen der Eingangs anschlüsse φΛ und φ2. geändert werden.

Die Zeitdiagramme der Fig. 3 bis 6 zeigen Änderungen der Antriebswellen VAB und des Drehwinkels θ des Rotors 1 in Abhängigkeit von der Zeit t. Es wird angenommen, daß der Rotor aus einer Stellung startet, in der er sich in Vorwärt sr ichtüng durch einen positiven Impuls dreht. Fig. 3 zeigt diese Drehung des Rotors 1 in Vorwärtsrichtung.

Wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde, wird der Rotor 1 um einen Schritt (/T Radiant) weitergestellt, wenn eine positive Impulsspannung angelegt wird. Wenn das Anlegen der Impulse gestoppt wird, weil das Fortschalten des Rotors 1 im wesentlichen ausgeführt ist, schwingt der Rotor 1 über, so daß eine gedämpfte Schwingung ausgeführt wird und schließlich eine statische stabile Stellung konvergierend erreicht wird. Das nächste Fortschalten des Rotors 1 wird in gleicher Weise durch einen negativen Impuls ausgeführt und dann werden dieselben Abläufe aufeinanderfolgend wiederholt. Die Impulse 4- und 5 können jeweils eine Gruppe von schmalen Impulsen mit derselben .Polarität sein, die einen einzelnen Impuls ersetzen.

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Pig. 4- zeigt das durch eine Rückwärtsdrehung bewirkte Fortschalten. Zuerst wird der Rotor 1 in die magnetische stabile Stellung in Rückwärtsrichtung durch einen negativen Impuls 6 gezogen und beschleunigt. Als nächstes wird der umgekehrte Impuls 7 angelegt, so daß der Rotor 1, der wegen der Trägheitsbewegung über die stabile Stellung läuft, zurückgezogen und dadurch in Rückwärtsrichtung beschleunigt und um -Ji weitergestellt wird.

Wenn der Antrieb des Schrittmotors beendet ist, konvergiert der Rotor 1 in die statische stabile Stellung, wobei er schwingt, so daß er in Rückwärtsrichtung fortgeschaltet wird. Das nächste Fortschalten nach rückwärts wird in gleicher Weise durch eine Gruppe von Impulsen 8 und 9 mit jeweils umgekehrter Polarität ausgeführt.

Fig. 5 zeigt eine andere Form einer Spannungswelle zum Antreiben des Schrittmotors in Rückwärtsrichtung mit einem ersten positiven Impuls 10, dessen Breite zu gering ist, um das Fortschalten des Rotors 1 in Vorwärtsrichtung zu vervollständigen. Ein zweiter Impuls 11 zieht an und beschleunigt die Bewegung zum Rückkehren in die Stellung -Oa und ein dritter Impuls 12 zieht zurück und beschleunigt die Drehung in die Stellung - (T. Die nachfolgende Rückwärtsdrehung wird durch eine Gruppe von Impulsen 13, 14 und 15 bewirkt.

Fig. 6 zeigt eine weitere Form einer Spannungswelle zum Antreiben des Schrittmotors in Rückwärtsrichtung, wobei zuerst ein Impuls 16 den Schrittmotor in Vorwärtsrichtung fortschaltet und dann Impulse 17 und 18 die Drehung beschleunigen, um eine Rückwärtsdrehung aufgrund der Rückführbewegung des Überschwingens auszuführen. Die folgendt-Rückwärtsdrehung wird durch eine Gruppe von Impulsen 19, 20 und 21 ausgeführt. In der Praxis sind die Spannungswellen durch die Induktanz der Spule 3 und die durch die .magnetische Bewegung verursachte Gegen-EMK komplizierter.

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Nachfolgend werden Versuchsdaten angegeben, die sich auf eine Kristallarmbanduhr mit Zeigern beziehen, bei der die Antriebsanordnung der Erfindung angewendet wird.

Der in Fig. 1 gezeigte Schrittmotor wird unter den folgenden Bedingungen verwendet.

Der Rotor besteht aus einem Samariumkobaltmagnet mit Anisotropieachse (16 Megagauß örsted als Energieprodukt) und mit äußeren Abmessungen von 1,6 φ χ 0,5 mm.

Der Stator besteht aus Permalloy mit 78% Ni und hat eine

Dicke von 0,75 innu Jeder Radius der halbkreisförmigen Teile 2a und 2b beträgt 1,1 mm. Die relative Abweichung an den halbkreisförmigen Teilen 2a und 2b beträgt bei dieser Anordnung 4-0 /u.' Der Teil 2d für den Spulenkern besteht auch aus Permalloy wie der andere Teil und hat Abmessungen von 1,0 χ 0,8 χ 10,7 nun· Die Spule besteht aus Kupferdraht mit 28/U φ und 1000 Windungen und hat einen Gleichstromwiderstand von 2,1 kOhm. Der Ausgang von dem Schrittmotor wird von einem Rotorritzel abgenommen und zu einem Zeigerwerk gegeben.

Ein Fortsehaltintervall des Schrittmotors beträgt eine Sekunde und das Ausgangsdrehmoment wird durch eine um 1/1800 verzögerte Stundenzeigerachse gemessen. Die Antriebsschaltung enthält CMOS-Transistoren. Die Spannung der Versorgungsquelle beträgt 1,5 V, wobei der Großteil der Antriebsspannung an die Spule angelegt wird. Bei dieser Ausführungsform werden die in Fig. 3 gezeigten Einzelimpulse für die Vorwärtsdrehung mit einer Breite von 1/128 see und eine Gruppe von Impulsen für die Rückwärtsdrehung verwendet, die aus den in Fig. 4 gezeigten Wellenformen bestehen, die den zweiten Impuls enthalten, der dem ersten Impuls mit einer Breite von 1/256 see gleich ist. Als Ergebnis werden ein Ausgangsdrehmoment von 4,5g*cm und ein durchschnittlicher Antriebsstrom von 2 /uA während der Vorwärtsdrehung und ein Ausgangsdrehmoment von 1,5g·cm und ein

*) Die Breite der die halbkreisförmigen Teile 2a und 2b trennenden Spalte 2c beträgt 0,15

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durchschnittliclier Antriebs strom von 1,5 bis 1,7 ,uA während der Rückwärtsdrehung erhalten.

Der Versuch zeigt, daß die Erfindung eine Rückwärtsdrehung eines Schrittmotors ermöglicht, wobei bisher angenommen wurde, daß ein Schrittmotor sich nur in Vorwärtsrichtung drehen kann.

Um den Schrittmotor in Rückwärtsrichtung gemäß der Erfindung zu drehen, wird ein Schrittmotorsystem verwendet, bei dem die in Fig. 1 oder 4- angegebene Wellenform getrennt derselben Antriebsspule durch Umschalten eines Steuerkreises zugeführt wird.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform einer elektronischen Uhr mit einer solchen Antriebsanordnung beschrieben. Fig. ist ein Schaltbild der Anordnung, das die Steuerung der Zeigereinstellung einer Kristalluhr mit zwei Zeigern ohne Sekundenzeiger zeigt, wobei deren Schrittmotor für eine lange Zeitdauer mit der üblichen Zeit angetrieben wird. 31 bezeichnet einen Kristalloszillator von 32768 Hz, 32 sind in Reihe geschaltete Frequenzteiler, wobei von jeder Stufe der Frequenzteiler ein Taktimpuls CH für den Schnellvorschub des Schrittmotors in Vorwärtsrichtung und ein Taktimpuls C12 für den Schnellvorschub des Schrittmotors in Rückwärtsrichtung abgegeben xverden. Die Periode des Endausgangssignals beträgt 30 see mit einer Impulsbreite von 1/128 see. Das Ausgangssignal läuft üblicherweise über ein UND-Tor 33» ein ODER-Tor 34- und einen Vorwärtsrichtungswellenformungskreis, um eine Antriebswellenform für die Vorwärtsrichtung zu erhalten, so daß diese Wellenform umgesetzt wird, wobei dadurch die umgesetzte Wellenform dem Antriebskreis 37» der in Fig. 2 gezeigt ist, zugeführt wird. Als Ergebnis schaltet der Schrittmotor 38 in Vorwärtsrichtung alle 30 see fort. Dann wird der Ausgang des Rotors auf das Räderwerk 39 übertragen, das mit dem Minuten- und Stundenzeiger verbunden ist. Es erfordert zwölf Stunden,

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d.h. 1440 Impulse, um das Zeigersystem vollständig zu drehen. 40 ist ein erster Korrektur-Steuerkreis und S1 ist ein Druckknopfschalter, der zur üblichen Zeit geöffnet ist und von Hand von der Außenseite der Uhr betätigt wird.

Ein kurzzeitiges Niederdrücken des Schalters S1 bewirkt einen Impuls in dem Differentialkreis 41, der über ODER-Tore 42 und 34 zu einem Vorwärtsrichtungs-Wellenformungskreis 35 gelangt und auf diese Weise ein zusätzlicher Vorwärtsdrehimpuls wird, um die Uhr um einen Schritt (30 see) weiterzustellen. Diese Arbeitsweise wird wiederholt, so daß der Zeiger beliebig weitergestellt werden kann. Wenn der Schalter S1 dauernd für eine längere Zeit niedergedrückt wird, beispielsweise mehr als 2 Sekunden, wird die Uhr so lange weitergestellt. Das Differentialausgangssignal wird um.zwei Sekunden mittels eines Verzögerungskreises 43 verzögert und ein R-S-Flip-Flop 44 wird eingestellt, so daß dessen Ausgangssignal Q der logische Wert "1" wird, wodurch ein UND-Tor 4,5 geöffnet wird. Durch dieses Tor geht der Taktimpuls CH mit 64 Hz für eine Schnellfortschaltung des Schrittmotors in Vorwärtsrichtung, so daß dieser zu einem schmalen Impuls für die Vorwärtsdrehung durch den Vorwärtsrichtungs-Wellenformungskreis wird,

wodurch die Uhr schnell fortschaltet. Wenn danach das Niederdrücken des Schaltknopfes beendet wird, wird der Schalter S1 geöffnet, so daß die in dem Inverter 46 umgekehrte Spannung den R-S-Flip-Flop rückstellt. Als Ergebnis wird das UND-Tor 45 geschlossen und die Schnellfortschaltung beendet. Nach dem Zeitpunkt, zu dem der Schalter S1 geöffnet wird, gibt der Differentialkreis 47 ein Ausgangssignal ab, um den Verzögerungskreis 43 zurückzustellen, wodurch die Steueranordnung 40 in ihren normalen Zustand zurückgeführt wird. Währenddessen wird das Ausgangssignal von dem Inverter 46 zu dem UND-Tor 33 abgegeben und das Ausgangssignal von der letzten Stufe des Frequenzteilers bei der Betätigung des Schalters S1 abgeschaltet. Dies

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ist der Grund, warum Fehler, wie ein Zählfehler, der durch ungenügende Überlappung des Teilerausgangssignals mit dem Schnellfortschaltsignal verursacht wird, verhindert werden. Wenn eine Vorwärtsdrehungs- Schnellfortschaltung von 22,5 see ausgeführt wird, führt der Stundenzeiger eine Drehung aus. Das Ausgangssignal von dem Kreis 48 wird dem Rückwärtsrichtungs-Wellenformungskreis 49 zugeführt, so daß die in den Fig. 4 bis 6 gezeigten Antriebswellen erhalten werden können, und wird dadurch über das ODER-Gate 36 an den Antriebskreis 37 angelegt, so daß sich der Schrittmotor in Rückwärtsrichtung dreht. Wenn der Schalter S2 für eine kurze Zeit niedergedrückt wird, wird der Schrittmotor in Rückwärtsrichtung um einen Schritt gedreht, und wenn der Schalter für eine lange Zeit niedergedrückt wird, wird die Schnellfortschaltung der Rückwärtsdrehung ausgeführt. Dies entspricht den obigen Erläuterungen. Die Geschwindigkeit der SehneHfortschaltung ist durch den Taktimpuls G12 bestimmt. Bei dieser Ausführungsform wird die Geschwindigkeit der Schnellfortschaltung mit der Hälfte der Impulsbreite von 1/256 see im Falle der Vorwärtsdreh-Schnellfortschaltung von 32 Hz angesetzt. Im Betrieb des Schalters S2 wird das UND-Tor 33 geöffnet, so daß ein übliches Fortschaltsignal abgeschaltet wird.

Fig. 8 ist ein Schaltbild, das die Hauptteile einer elektronischen Uhr zeigt, wobei das Schaltbild der Anordnung der Fig. 7 in weiteren Einzelheiten darstellt ist. Der Leistungssparkreis 50 der Fig. 7 ist in der Fig. 8 weggelassen. 31 bezeichnet einen Kristalloszillator, der ein Ausgangssignal Po mit 32768 Hz erzeugt. 32 ist ein Teilerkreis, der aus einer Kette von Teilern 100 besteht, die Kipp-Flip-Flops mit 15 Bits enthält, die in Kaskade geschaltet sind. Jede Ziffer eines Zählers 101 wird alle 30 see vorgeschoben, wenn ein 1-Hz-Signal des Ausgangs der letzten Stufe in der Kette der Teiler 100 empfangen wird. Ein Daten-Flip-Flop 102 empfängt als Eingang eines Datenanschlusses D ein 1/31-Hz-Signal des Ausgangs von der

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letzten Stufe an dem Zähler 101. Ein Daten-Flip-Flop 103 empfängt das Ausgangssignal Q von dem Daten-Flip-Flop 102 als Datenanschluß D.Des weiteren enthält der Teilerkreis ein NOR-Tor 104. Ton Zwischenstufen der Teilerkette 100 werden ein Taktimpuls Cl mit 128 Hz, ein Taktimpuls CH mit 64 Hz und ein.Taktimpuls C12 mit 32 Hz abgegeben. Des weiteren wird ein Taktimpuls ClJ mit 2 Hz von einer Zwischenstufe des Zählers 101 abgegeben. Der Taktimpuls Cl wird darüber hinaus zu jedem Takteingangsanschluß CL der Daten-Flip-Flops 102 und 103 gegeben. Ein NOR-Tor 104 empfängt das Ausgangssignal Q des Daten-Flip-Flops 102 und das Ausgangssignal Q des Daten-Flip-Flops 103 und. gibt ein Ausgangssignal P1 mit einem Zyklus von 30 see und mit einer Impulsbreite von 1/128 see ab.

33 bezeichnet ein UND-Tor und 34 bezeichnet ein ODER-Tor, wobei das Signal PI an den Vorwärts-Formungskreis 35 über das UlTD-Tor 33 und das ODER-Tor 34 abgegeben wird, wenn der Schrittmotor in Vorwärtsrichtung mit normaler Zeit gedreht wird. Der Vorwartsformungskreis 35 enthält ein ODER-Tor 105, einen Kipp-Flip-Flop 106 und UND-Tore 107 und 108. Wie in dem Zeitdiagramm der Fig. 9 gezeigt ist, wird das Signal PI in die Ausgangssignale QA und QÄ in dem Kipp-Flip-Flop 106 frequenzgeteilt. Dann erzeugen die UND-Tore 107 und 108 Signale P2 und P3 mit einer Periode von 60 see und einer Impulsbreite von 1/128 see, deren Phase um 7Γ Radiant gegeneinander verschoben sind. Diese Signale P2 und P3 werden über eine Gruppe von ODER-Toren 109 mit den ODER-Toren 109a und 109b zu einem Antriebskreis 37 mit Invertern 37a und 37b abgegeben, um die Signale PA und PB zu erzeugen. Die Signale PA und PB werden den Anschlüssen A und B über die Spule 3 zugeführt und dadurch wird ein positiver Impuls 4 und ein negativer Impuls 5 erhalten, deren Polaritäten abwechselnd jede 30 see umgekehrt werden und die Impulsbreiten von 1/128 see haben. Die Spule 3 wird durch jeden positiven und negativen Impuls 4 und 5 leitend, so daß der Schrittmotor wie oben erwähnt fortschaltet.

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Al

Nachfolgend -wird der Aufbau und die Wirkungsweise eines Korrektursteuerkreises 40 zum Ausführen einer Korrektur der Vorwärtsdrehung durch Betätigen des Schalters S1 beschrieben. Der Korrektursteuerkreis enthält einen Widerstand 110, um einen Kontaktanschluß des Schalters S1 mit einem Quellenpotential VSS zu verbinden. Ein Daten-Flip-Flop 111 verbindet den Kontaktanschluß des Schalters S1 mit dem Datenausgangsanschluß D. Der Daten-Flip-Flop 112 empfängt das Ausgangssignal Q von dem Daten-Flip-Flop als dessen Eingangsignal. Ein NOR-Tor 113 empfängt das Ausgangssignal ^1 des Daten-Flip-Flops 111 und das Ausgangssignal Q2 des Daten-Flip-Flops 112 als seine Eingangssignale. Ein UND-Tor 115 empfängt das Ausgangssignal Q1 von dem Daten-Flip-Flop 111 und das Signal C13. Ein Inverter 114 ist an den Kontaktanschluß des Schalters S1 angeschlossen. Der Kipp-Flip-Flop 116 empfängt das Ausgangssignal des UND-Tors als sein Eingangssignal und die Kipp-Flip-Flops 117 und 118 werden unterbrochen derart verbunden, daß sie das Ausgangssignal Q3 von dem Kipp-Flip-Flop 116 als ihre Eingangssignale empfangen können, wodurch Jeweils die Ausgangssignale Q4 und Q5 abgegeben werden. Ein Rückstell-Einstell-Flip-Flop 119, nachfolgend mit R-S-Flip-Flop bezeichnet, empfängt das Ausgangssignal Q5 des Kipp-Flip-Flops 118 als sein Einstelleingangssignal. Ein UND-Tor 120 empfängt das Ausgangssignal Q6 des R-S-Flip-Flops 119 und den Taktimpuls CH als seine Eingangssignale. Ein ODER-Tor 121 empfängt das Aus gangs signal jz(3 von dem UND-Tor 120 und das Ausgangssignal #1 von dem NOR-Tor 113-Jeder Takteingangsanschluß CL der Daten-Flip-Flops 111 und 112 ist derart angeschlossen, daß ein Taktimpuls zugeführt werden kann. Der Ausgang des Inverters 114 ist mit jedem Rückstellanschluß R der Kipp-Flip-Flops 116 bis 118 und des R-S-Flip-Flops119 verbunden. Das Signal P4 wird als Ausgangssignal von dem Korrektursteuerkreis 40 erhalten. Wie in dem Zeitdiagramm der Fig. 10 gezeigt ist, führt eine kurzzeitige Betätigung des Schalters S1 dazu, daß das Signal P

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auf den Dateneingangsanschluß D des Daten-Flip-Flops 111 gegeben wird, so daß das mit dem Taktimpuls Cl synchronisierte Ausgangssignal Q1 am Ausgang des Daten-Flip-Flops erhalten werden kann. Als Ergebnis wird das Ausgangssignal Q1 dem Eingang des Daten-Flip-Flops 112 zugeführt, wobei die Phasen der Ausgangssignale Q2 und Q1 um eine Periode des Taktimpulses Cl voneinander abweichen. Auf diese Weise wird ein Signal φΛ mit einer Impulsbreite von 1/128 see entsprechend einer Periode des Taktimpulses Cl von dem NOR-Tor 113 zur Zeit "§T = "L" und Q2 = "L" abgegeben. Hier bedeutet "L" "niedrig", d.h. einen logischen Spannungspegel VSS der Batteriespannung. Umgekehrt bezeichnet "H" "hoch", d.h. einen logischen Spannungspegel VDD, wie später beschrieben wird. Das Signal φΛ wird über ein ODER-Tor 121 abgegeben, so daß es über das ODER-Tor 34- als Signal P4 gleich φΛ abgegeben werden kann. Wenn das Signal QA gleich "H" (QB = "L") unter der Bedingung ist, daß das Ausgangssignal QA von dem Kipp-Flip-Flop 106 in dem Vorwärtsformungskreis 35 sich in einem Zustand unmittelbar vor der Betätigung des Schalters S1 befindet, wird ein positiver Impuls 4· als Spannung VAB an den Anschlüssen A und B erhalten. Wenn umgekehrt QA gleich "L" (QB = "H") unter der Bedingung ist, daß das Ausgangssignal QA von dem Kipp-Flip-Flop 106 sich in einem Zustand unmittelbar vor der Betätigung des Schalters S1 befindet, wird ein negativer Impuls 5 als Spannung VAB an den Anschlüssen A und B erhalten. Eine Vorwärtsdrehkorrektur zum Fortschalten der Uhr um einen Schritt (30 see) pro Impuls wird mittels eines positiven Impulses 4 und eines negativen Impulses 5 ausgeführt, wobei die Polarität abwechselnd pro Vorgang für eine kurze Zeit des Schalters S1 mit einer Impulsbreite von 1/128 see geändert wird. Die Zeiger können beliebig durch Wiederholen dieser Betätigung fortgeschaltet werden. Wenn der Schalter S1 für eine lange Zeitdauer niedergedrückt wird, d.h. bei dieser Ausführungsform mehr als etwa 2 see, können die Zeiger wesentlich vorrücken. Mit anderen Worten werden der positive

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Impuls 4- und der negative Impuls 5 an die Spule 3 als Spannung VAB an den Anschlüssen A und B, wie dies in dem Zeitdiagramm der Fig. 10 gezeigt ist, unmittelbar nach dem Niederdrücken des Schalters S1 angelegt. Bei dem in- dem Zeitdiagramm der Fig.H gezeigten Betrieb wird der Taktimpuls C13 zu dem UND-Tor 115 zu dem Zeitpunkt abgegeben, zu dem das Ausgangssignal Q1 von dem Daten-Flip-Flop 111 Q1 = "H" durch den Taktimpuls Cl wird. Der Taktimpuls C13 wird mittels der Kipp-Flip-Flops

bis 118 frequenzgeteilt, bevor das

Signal P = "L" wird. Die Frequenzteilung veranlaßt den Kipp-Flip-Flop 118, daß das Signal Q5 = "H" im Verlauf von Δ T (etwa 2 see) wird, nachdem das Signal des Schalters S1 P = "H" wird. Dann wird der R-S-Flip-Flop 119 auf Q6 = "H" durch das Ausgangssignal Q5 eingestellt.Von dem Zeitpunkt von Q6 = "H" wird das Signal des Schalters S1 P = "L", so daß der Taktimpuls CH bewirken kann, daß das über das UND-Tor 120 von dem ODER-Tor 121 abgegebene Signal P4- = φ2. wird und dadurch über das ODER-Tor 34· zu dem Vorwärtsformungskreis 35 abgegeben wird. Als Ergebnis werden der Vorwärtsformungskreis 35» die ODER-Torgruppe 109 und die Antriebsschaltung 37 aufeinanderfolgend betätigt, so daß der Spule 3 die Spannung an den Anschlüssen A und B zugeführt wird, d.h. die Vellenformsignale, die aus einem einzelnen negativen Impuls 5 und kontinuierlichen und wiederholten positiven Impulsen 4-a und negativen Impulsen 5a bestehen, wie in Fig. 11 gezeigt ist, und zwar in dem Falle des Ausgangssignals QA = "L" unmittelbar vor dem Niederdrücken des Schalters S1, wodurch die Zeiger wesentlichen weitergestellt werden.

Während der Betätigung des Schalters S1 arbeitet das UND-Tor, so daß das Signal P1 von dem Teilerkreis 32 nicht an den Vorwärtsformungskreis 35 gegeben wird.

Als nächstes werden der Aufbau und die Wirkungsweise des Korrektursteuerkreises 48 zum Ausführen einer Rückwärtsdrehkorrektur durch die Betätigung des Schalters S2

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- fr -

/r

beschrieben. Der Korrektursteuerkreis 48 enthält einen Widerstand 122 zum Verbinden eines Kontaktanschlusses des Schalters S2 mit einem Quellenpötential VSS. Der Daten-Flip-Flop 123 verbindet den Kontaktanschluß des Schalters £>2 mit dem-Dateneingangsanschluß D. Der Daten-Flip-Flop 124 empfängt das Ausgangssignal Q7 von dem Daten-Flip-Flop "123. Ein NOR-Tor 125 empfängt das Ausgangssignal Q7 von dem Daten-Flip-Flop 123 und das Ausgangssignal Q8 von dem Daten-Flip-Flop 124, um ein Signal #3 abzugeben. Ein UND-Tor 126 empfängt das Signal q, den Taktimpuls Cl und die Ausgangssignäle §7 und §8, um ein Signal P6 abzugeben. Ein UND-Tor 128 empfängt das Ausgangssignar Q7d.es Daten-Flip-Flops und das Signal C13· Ein Inverter 127 ist mit dem Kontaktanschluß des Schalters S2 verbunden. Ein Kipp-Flip-Flop 129 empfängt das Ausgangssignal von dem UND-Tor 128. Kipp-Flip-Flops I30 und I3I sind unterbrochen derart verbunden, daß sie das Ausgangs— signal Q9 von dem Daten-Flip-Flop empfangen können. Ein R-S-Flip-Flop 132 empfängt das Ausgangssignal des Kipp-Flip-Flops als dessen Einstelleingangssignal. Ein UND-Tor 133 empfängt das Ausgangssignal Q12 von dem R-S-Flip-Flop 132 und Taktimpulse €11 und C12. Ein ODER-Tor 134-empfängt das Ausgangssignal jzf4 von dem UND-Tor und das Aus gangs signal jzf3 von dem NOR-Tor 125. Ein UND-Tor 135 empfängt das Ausgangssignal P5 von dem ODER-Tor 134 und das Ausgangssignal Q12 von dem R-S-Flip-Flop 132, um ein Signal P7 als dessen Ausgangssignal abzugeben. Jeder Takteingangsanschluß CL der Daten-Flip-Flops 123 und 124 ist derart angeschaltet, daß der Taktimpuls Cl zugeführt werden kann. Der Ausgang des Inverters 127 ist mit jedem Rückstellanschluß der Flip-Flops 129 bis 132 verbunden.

Der Rückwärtsformungskreis 49 enthält ein UND-Tor 136 zum Empfangen des Ausgangssignals P5 von dem ODER-Tor 134 und des Taktimpulses Cl als dessen Eingangssignale und gibt

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ein Signal P8 als Ausgangssignal ab. Ein Inverter empfängt das Signal P8 als sein Eingangssignal. Ein UND-Tor 138 empfängt das Ausgangssignal des Inverters 137 und das Ausgangssignal P5 des ODER-Tors 134- als seine Eingangssignale und gibt ein Signal P9 als Ausgangssignal ab. Ein UND-Tor 139 empfängt das Signal P9 und das Ausgangssignal QB von dem Eipp-Flip-Flop 106. Ein UND-Tor 140 empfängt das Signal P8 und das Ausgangssignal QB. Ein UND-Tor 141 empfängt das Signal P9 und das Ausgangssignal QA von dem Kipp-Flip-Flop. Ein UND- Tor 142 empfängt das Signal P8 und das Ausgangssignal QA. Beide Ausgangssignale von den UND-Toren 139 und 142 werden den jeweiligen Eingängen des ODER-Tors 109a zugeführt. Beide Ausgangssignale von den UND-Toren 140 und 141 werden den jeweiligen Eingängen des ODER-Tors 109b zugeführt.

Die Arbeitsweise der Rückwärtsdrehkorrektur ist in dem Ze it diagramm der Fig. 12 gezeigt. Wenn der Schalter S2 für eine kurze Zeitdauer niedergedrückt wird, wird das Signal q zu dem Dateneingangsanschluß CL des Daten-Flip-Flops 123 abgegeben, so daß das mit dem Taktimpuls Cl synchronisierte Signal Q7 von dem Ausgang des Daten-Flip-Flops 123 erhalten werden kann. Dann wird das Ausgangssignal Q8, dessen Phase von dem Taktimpuls um eine Periode abweicht, durch das Ausgangssignal Q7 abgegeben. Auf diese Weise wird zum Zeitpunkt von .§7 = "L" und Q2 = ¹¹L" das Signal ^3 mit einer Impulsbreite von 1/128 see entsprechend einer Periode des Taktimpulses Cl von dem NOR-Tor 125 abgegeben. Als Ergebnis wird das Signal jzP5 über die ODER-Tore 134 und 105 zum Eingang des Kipp-Flip-Flops 106 als Signal P5 = ^5 abgegeben. Währenddessen wird das Ausgangssignal P6 von dem UND-Tor 126 nur zur Zeit von §7 = "H", §8 = "H" und Cl = "H" abgegeben. Das Ausgangssignal P6 ist dann ein einzelner Impuls mit einer Impulsbreite von 1/256 see, der kurz vor Erzeugung des Signals ^3 abgegeben wird. Wenn deshalb der Schalter S2 gedruckt wird, wird das Signal P6 sofort erzeugt, so daß das Ausgangssignal QA von dem Kipp-Flip-Flop 106

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umgekehrt werden kann. Wie in Pig. 12 gezeigt ist, kann beispielsweise das Signal QA nach "L" durch das Signal P6 im Falle von QA = "H" vor dem Drücken des Schalters S2 umgekehrt werden. Das nach dem Signal P6 erzeugte Signal P5 erzeugt mittels eines UND-Tors 136, eines Inverters 137 und eines UND-Tors 138 des Eückwärtsformungskreises 4-9 die Signale P8 und P9 mit einer Impulsbreite von 1/256 see, die in der Phase voneinander innerhalb 1/128 see abweichen, wenn das Signal P5 "H" ist. Auf diese Weise werden die Signale P8 und P9 durch die Ausgangssignale QA und QB des Kipp-Flip-Flops 106 und der ÜND-Tore 139 bis 142 weitergegeben, so daß ein Impulspaar aus dem negativen Impuls 6 und dem positiven Impuls 7» deren Polaritäten augenblicklich geändert werden, über die ODER-Torgruppe 109 und den Antriebskreis 37 an die Anschlüsse A und B der Spule 3 gegeben wird, wie durch VAB in Fig. 12 gezeigt ist, wodurch der Rotor des Schrittmotors um einen Schritt gedreht wird. Als Ergebnis können die Zeiger der Uhr um 30 see bei jeder Betätigung des Schalters S2 zurückgestellt werden.

Wenn des weiteren der Schalter S2 dauernd für eine längere Zeit gedrückt wird, d.h. bei dieser Ausführungsform mehr als etwa 2 Sekunden, können die Zeiger der Uhr über einen weiten Bereich verzögert werden. Unmittelbar nach dem Drücken des Schalters S2 wird ein Impulspaar mit dem negativen Impuls 6 und dem positiven Impuls 7 der Spule 3 zugeführt, so daß der Rotor des Schrittmotors um einen Schritt rückwärts gedreht werden kann. Wenn der Schalter S2 weiter dauernd gedrückt wird, wird der Taktimpuls C13 an das UND-Tor 128 zu dem Zeitpunkt abgegeben, zu dem das Ausgangssignal des Daten-Flip-Flops 123 Q7 = "H" durch den Taktimpuls Cl wird, wie in dem Zeitdiagramm der Fig. 13 gezeigt ist, um mittels der Kipp-Flip-Flops 129 bis 131 eine Frequenzteilung auszuführen, bis das Signal q = "L" wird. Zusätzlich wird das Signal des Kipp-Flip-Flops 131 Q11 = "H" und der R-S-Flip-Flop 132 wird auf das Signal Q12 = "H" im Verlauf von Δ τ (etwa 2 sec) rückgestellt, nachdem der Schalter S2 q = "H"

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wird. Als Ergebnis werden nur in der Zeitdauer von dem Zeitpunkt des Signals Q12 = "H", d.h. dem Signal q des Schalters zu dem Zeitpunkt, zu dem jeder der KLip-Flops bis 139 zurückgestellt wird, die Taktimpulse CH und C12 über ein UND-Tor 133 und ein ODER-Tor 134 zu dem Rückwärtsformungskreis 49 als P5 = j^4 abgegeben. Ein UND-Tor 136, ein Inverter 137 und ein UND-Tor 138 arbeiten derart, daß die Signale P8 und P9*mit voneinander abweichender Phase und einer Impulsbreite von 1/256 see innerhalb des Bereichs einer Impulsbreite von 1/128 see erzeugt werden können. Deshalb werden die Signale P8 und P9 durch die Ausgangssignale QA und QB des Kipp-Flip-Flops 106 und der UND-Tore 139 bis 142 weitergeleitet. Wie durch VAB in Fig. 13 gezeigt ist, werden der negative Impuls 6 und der positive Impuls 7 an die Anschlüsse A und B der Spule über die ODER-Torgruppe 109 und den Antriebskreis 37 zum Zeitpunkt des Drückens des Schalters S2 angelegt. Nach dem Verstreichen von etwa 2 Sekunden (4ϊ) wird ein Impulspaar mit dem positiven Impuls 8 und dem negativen Impuls angelegt. Dann wird der Betrieb fortgesetzt, um in Intervallen von 1/32 see mit derartiger Polarität wiederholt zu werden, wie in der Zeichnung gezeigt ist, bis das Drücken des Schalters S2 aufhört, wodurch die Spannung VAB an die Anschlüsse A und B angelegt wird. Während des Korrekturvorgangs wird das Signal P 1 nicht an den Vorwärtsformungskreis 35 mittels des UND-Tors 33 abgegeben. Schließlich kann ein Korrekturvorgang ausgeführt werden, um die Zeiger der Uhr in einem weiten Bereich nachgehen zu lassen. 50 bezeichnet einen Leistungssparkreis zum Ausschalten eines Leistungsverbrauchs der Batteriezelle, während die Uhr nicht in Betrieb ist, beispielsweise während des Versands. Wenn die Schalter S1 und S2 gleichzeitig geschlossen sind, wird ein Ausgangssignal des UND-Tors 5I durch die Signale ρ und q. erzeugt, so daß das Ausgangssignal durch einen Haltekreis 52 festgehalten wird, wodurch ein Übertragungstor 53 offengehalten wird. Als Ergebnis schaltet

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die Batteriezelle E als Versorgungsquelle nur in bezug auf den Schwingungskreis J1 und für das Aufrechterhalten des gehaltenen Zustands, wie später beschrieben, unnötige Kreise ab. Wenn die Schwingung aufhört, wird der Leistungsverbrauch fast null, insbesondere bei den CMOS-Kreisen, da die meisten Schaltungsbedingungen gehalten werden. Die Zeiger können genau nach dem Verstreichen einer bestimmten Zeit von dem Zeitpunkt der Freigabe des gehaltenen Zustands geführt werden und der Frequenzteiler 32 kann durch das Aus gangs signal von dem Inverter 5^ iⁿ eiern gehaltenen Zustand zurückgestellt werden. Wenn es erwünscht ist, den Zeiger wieder zu führen, veranlaßt einer der Schalter S1 und S2, daß das ElU-Signal ρ oder q über das ODER-Tor 55 geht, um den Haltekreis 52 zu löschen. Dann kann sich die Schwingungsversorgungsquelle erholen, so daß das Bückstellen des Frequenzteilers freigegeben wird, um diesen in den normalen Betriebszustand zurückzuführen. Die Anordnung ermöglicht es, die Uhr im Aufbau sehr einfach und in den Abmessungen sehr klein auszuführen, da komplizierte Einrichtungen zum Stellen der Zeiger nicht erforderlich sind.

Vorangehend ist eine Ausführungsform beschrieben worden, bei der die Rückwärtsdrehanordnung nach der Erfindung zur Zeigerkorrektur angewendet ist, wobei der praktische Anwendungsbereich sehr breit ist, da neue Anzeigewirkungen erhalten werden können. Beispielsweise kann die Tatsache gemeldet werden, daß die Zeit des Auswechselns der Batterie erreicht ist, indem die Erschöpfung der darin gespeicherten Energie mittels eines Sensors festgestellt wird, um den Sekundenzeiger zwei Schritte fortzuschalten und ihn einen Schritt pro Sekunde zurückzustellen und ihn um drei Schritte bei jeder geraden Sekunde vorzuschalten und um einen Schritt bei jeder ungeraden Sekunde zurückzustellen. Des weiteren ergibt die Erfindung die Möglichkeit, daß eine Einstelldifferenz der Zeit in einer Weltuhr automatisch korrigiert wird. Auch kann eine Uhr geschaffen werden, die zum Umschalten

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verwendet wird, ebenso wie eine Uhr geschaffen werden kann, deren Zeiger rückwärts gedreht werden. Deshalb ist die Antriebsanordnung für einen Schrittmotor nach der Erfindung in der Praxis sehr wertvoll. Wenn geeignete Wellenformen ausgewählt werden, kann die Erfindung auch bei anderen Schrittmotoren angewendet werden, beispielsweise einem Schrittmotor, dessen Rotor mehrpolig ist oder in axialer Richtung magnetisiert ist, oder der in einem Schritt eine volle Drehung ausführt.

Leerse ite

Claims

Patentansprüche

Λ_Ψ Antriebsanordnung für einen Schrittmotor in einer Uhr mit einer einphasigen Spule und einem Permanentmagnetrotor, der in Vorwärtsrichtung durch eine Vorwärtsdrehantriebsspannung fortgeschaltet wird, die aus einem einzelnen Impuls oder mehreren Impulsen mit derselben Polarität besteht, gekennzeichnet durch einen Steuerkreis, der· zwischen einen Frequenzteiler und einen Antriebskreis für den Schrittmotor geschaltet ist, um mehrere Antriebsspannungsimpulse zum Drehen des Rotors des Schrittmotors in Rückwärtsrichtung einschließlich eines Impulses, der die Rückwärtsrichtungbewegung des Rotors bei jedem Schritt des Rotors verzögert, anzulegen und dadurch den Rotor in Rückwärt sri chtung fort zus ehalt en.
2. Antriebsanordnung für einen Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückwärtsrichtungs-Antriebsspannungsimpuls eine geringere Breite als der Antriebsimpuls für die Vorwärtsrichtung hat und daß ein erster Impuls, der den Rotor in Rückwärtsrichtung zieht, und ein zweiter Impuls, der dem ersten Impuls folgt und eine von dem ersten Impuls unterschiedliche Polarität aufweist, vorgesehen sind.
3. Antriebsanordnung für einen Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsspannungsimpuls für die Vorwärtsdrehung von einem normalen Ausgangssignal eines Zeithaltekreises in der Uhr abgeleitet ist und daß der Antriebsspannungsimpuls für die Rückwärtsdrehung von dem Steuerkreis abgeleitet ist, der mit Ausnahme zu einer normalen Zeit arbeitet, wodurch ein Räderwerk für einen Zeiger angetrieben wird.
4. Antriebsanordnung für einen Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Frequenzteiler verbundener Oszillator im Nichtbetriebszustand mittels eines Haltekreises gehalten ist, um Leistungsverbrauch einzusparen.

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