DE2658326C2

DE2658326C2 - Antriebsanordnung für einen Schrittmotor einer Uhr

Info

Publication number: DE2658326C2
Application number: DE2658326A
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Higashimurayama Tokyo Kato; Jinro Houya Tokyo 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: 1983-03-24
Also published as: HK23483A; JPS6243148B2; US4112671A; GB1554899A; JPS5280063A; DE2658326A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art 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 Superminiatur-Schrittmotor 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 Normalzeit 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.

Es ist auch bereits ein Schrittschaltmotor für eine elektronische Uhr vorgeschlagen worden, der mit einer Schalteinrichtung versehen ist, die einem Antriebskreis Vorwärts- und Rückwärtsimpulse zuführt (DE-PS 26 11 319). Dabei haben die Impulse für die Rückwärtsdrehung dieselbe Wellenform wie der Impuls für die Anfangsrückwärtsdrehung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebsanordnung für einen Schrittmotor einer Uhr zu schaffen, durch welche die Zuverlässigkeit der Rückwärtsdrehung des Motors erhöht wird, indem eine 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 E-findung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in der ist

F i g. 1 eine Ansicht eines Schrittmotors mit einer Antriebsanordnung nach der Erfindung,

F i g. 2 ein Schaltbild der Antriebsanordnung nach der Erfindung,

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

F i g. 4 bis 6 Zeitdiagramme verschiedener Arten von Antriebswellen während der Rückwärtsdrehung und der Drehstellungen des Rotors,

F i g. 7 ein Blockschaltbild einer Kristalluhr mit zwei Zeigern mit der Antriebsanordnung nach der Erfindung zum Einstellen der Zeiger,
F i g. 8 ein Detailschild der F i g. 7 und Fig.9 bis 13 Zeitdiagramme zum Erläutern der Arbeitsweise der Schaltung in F i g. 8.

Gemäß F i g. 1 enthält der Schriftmotor einen Rotor 1, der aus einem scheibenförmigen Permanentmagneten besteht und in Durchmesserrichtung magnetisiert ist, um zwei Pole zu erhalten. Ein Stator 2 besteht aus einer Platte aus weichmagnetischem Material, die in halbkreisförmige Teile 2a und 2b aufgeteilt ist, die um den Rotor über Schlitze 2c angeordnet sind. Eine einphasige Antriebsphase 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 F i g. 1 ergibt, vielmehr weichen sie von der Kreisform derart ab, daß ungleichförmige Spalte am Umfang des Rotors 1 gebildet werden. Daraus ergibt sich, daß die Magnetisierungsrichtung des Rotors in die Richtung θ eingestellt ist, die gegenüber einer normalen Richtung geneigt ist. Diese Richtung θ 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 Magnetpole 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 er-

reicht wird. Eine positive Gleichspannung wird an die Spule 3 angelegt, so daß der Stator 2 in umgekehrter Richtung magnetisiert wird, und als Ergebnis wird der Rotor 1 zurückgezogen, wodurch er sich in positiver Richtung um π — Ba bis zum Gleichgewicht dreht Wenn dann die angelegte Spannung abgeschaltet wird, wird die Magnetisierungskraft eliminiert und der Rotor 1 dreht sich um Ba weiter, bis er eine neue statische stabile Stellung erreicht. Als Ergebnis wird der Rotor 1 um 180° SMS dem Anfangszustand gedreht Da die Polaritä* 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.

Gemäß Fig.2 enthält die Antriebsschaltung für den Schrittmotor eine Brückenschaltung, die aus zwei Paaren komplementärer Transistoren Ti, T2 und T3, T4 besteht. Eingangsanschlüsse Φ 1 und Φ 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 EingangsanschlUsse so geändert wird, daß das Potential an einem der Spulenanschlus.se 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 jo Spannung VAB in Abhängigkeit des Anlegens eines Eingangssignals an einen der Eingangsanschlüsse Φ 1 und Φ 2 geändert werden.

Die Zeitdiagramme der F i g. 3 bis 6 zeigen Änderungen der Antriebswellen V>4ßund 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 Vorwärtsrichtung durch einen positiven Impuls dreht. F i g. 3 zeigt diese Drehung des Rotors 1 in Vorwärtsrichtung.

Wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde, wird der Rotor 1 um einen Schritt (π 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.

Fig.4 zeigt das durch eine Rückwärtsdrehung bewirkte Fortschalten. Zuersn 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 — π weitr_:rgeslellt 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 forteeschaltet wird. Das nächste Fortschalten nach rückwärts wird in gleicher Weise durch eine Gruppe von Impulsen 8 und 9 mit jeweils umgekehrter Polarität ausgeführt

F i g. 5 zeigt eine andere Form einer Spannungswelle zum Antrieben 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 -Ba und ein dritter Impuls 12 zieht zurück und beschleunigt die Drehung in die Stellung —π. Die nachfolgende Rückwärtsdrehung wird durch eine Gruppe von Impulsen 13,14 und 15 bewirkt F i g. 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 folgende 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.

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

Der in F i g. 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 · 0,5 mm.

Der Stator besteht aus Permalloy mit 78% Ni und hat eine Dicke von 0,75 mm. Jeder Radius der halbkreisförmigen Teile 2a und 2b beträgt 1,1 mm. Die relative Abweichung an den halbkreisförmigen Teilen 2s und 2b beträgt bei dieser Anordnung 40 μ. Die Breite der die halbkreisförmigen Teile 2a und 2b trennenden Spalte 2c beträgt 0,15 mm. Der Teil 2c/für den Spulenkern besteht auch aus Permalloy wie der andere Teil und hat Abmessungen von 1,0 χ 0,8 χ 10,7 mm. Die Spule besteht aus Kupferdraht mit 28 μ 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 Fortschaltintervall des Schrittmotors beträgt eine Sekunde und das Ausgangsdrehmoment wird durch eine um '/,goo 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 F i g. 3 gezeigten Einzelimpulse für die Vorwärtsdrehung mit einer Breite von V;28 see und eine Gruppe von Impulsen für die Rückwärtsdrehung verwendet, die aus den in F i g. 4 gezeigten Wellenformen bestehen, die den zweiten Impuls enthalten, der dem ersten Impuls mit einer Breite von V256 see gleich ist. Als Ergebnis werden ein Ausgangsdrehmoment von 4,5 g χ cm und ein durchschnittlicher Antriebsstrom von 2 μΑ während der v'orwärtsdrehung und ein Ausgangsdrehmoment von 1,5 g χ cm und ein durchschnittlicher Antriebsstrom von 1,5 bis 1,7 μA während der Rückwärtsdreihung erhalten. Der Versuch zeigt, daß die Erfindung eine Rückwärts-

• drehung 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 F i g. 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.7 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 32 768 Hz, 32 sind in Reihe geschaltete Frequenzteiler wobei von jeder Stufe der Frequenzteiler ein Taktimpuls Cl 1 für den Schnellvorschub des Schrittmotors in Vorwärtsrichtung und ein Taktimpuls Cl 2 für den Schnellvorschub des Schrittmotors in Rückwärtsrichtung abgegeben werden. Die Periode des Endausgangssignals beträgt 30 see mit einer Impulsbreite von V128 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, 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 Sl 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 d^;e Uhr so lange weitergestellt Das Differentialausgar.gssignal wird um zwei Sekunden mittels eines Verzögerungkreises 43 verzögert und ein R-S- Flip-Flop 44 wird eingestellt, so daß dessen Ausgangssignai Q der iogische Wert »1« wird, wodurch ein UND-Tor 45 geöffnet wird. Durch dieses Tor geht der Taktimpuls Cl 1 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 51 &o geöffnet so daß die in dem Inverter 46 umgekehrte Spannung den Ä-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 Ausgangssignai 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 32 bei der Betätigung des Schalters S1 abgeschaltet. Dies 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 F i g. 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 52 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 Schnellfortschaltung ist durch den Taktimpuls C/12 bestimmt. Bei dieser Ausführungsform wird die Geschwindigkeit der Schnellfortschaltung mit der Hälfte der Impulsbreite von V256 see im Falle der Vorwärtsdreh-Schnellfortschaltung von 32 Hz angesetzt. Im Betrieb des Schalters 52 wird das UND-Tor 33 geöffnet so daß ein übliches Fortschaltsignal abgeschaltet wird.

F i g. 8 ist ein Schaltbild, das die Hauptteile einer elektronischen Uhr zeigt, wobei das Schaltbild der Anordnung der F i g. 7 in weiteren Einzelheiten dargestellt ist Der Leistungssparkreis 50 der F i g. 7 ist in der Fig.8 weggelassen. 31 bezeichnet einen Kristalloszillator, der ein Ausgangssignal Po mit 32 768 Hz erzeugt. 32 ist ein Teilerkreis, der aus einer Kette von Teilern 100 besteht, die Kipp-FIip-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 Z?einV3i-Hz-Signal des Ausgangs von der 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. Von Zwischenstufen der Teilerkette 100 werden ein Taktimpuls C/mit 128 Hz, ein Taktimpuls Cl 1 mit 64 Hz und ein Taktimpuls CI2 mit 32 Hz abgegeben. Des weiteren wird ein Taktimpuls C/3 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 Pi mit einem Zyklus von 30 see und mit einer Impulsbreite von'/i28secab.

33 bezeichnet ein UND-Tor und 34 bezeichnet ein ODER-Tor, wobei das Signal Plan den Vorwärts-Formungskreis 35 über das UND-Tor 33 und das ODER-Tor 34 abgegeben wird, wenn der Schrittmotor in Vorwärtsrichtung mit normaler Zeit gedreht wird. Der Vorwärtsformungskreis 35 enthält ein ODER-Tor 105, einen Kipp-Flip-Flop 106 und UND-Tore 107 und 108. Wie in dem Zeitdiagramm der F i g. 9 gezeigt ist,

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wird das Signal P1 in die Ausgangssignale QA und QÄ in dem Kipp-Flip-Flop 106 frequenzgeteilt. Dann erzeugen die UND-Tore 107 und 108 Signale P2 und P 3 mit einer Periode von 60 see und einer Impulsbreite von V)28 see, deren Phase um π Radiant gegeneinander verschoben sind. Diese Signale P2 und P3 werden über eine Gruppe von ODER-Toren 109 mit den ODER-Toren 109a und 1096 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 Vi 28 see haben. Die Spule 3 wird durch jeden positiven und negativen Impuls 4 und 5 leitend, so daß der Schrittmotor wie oben erwähnt fortschaltet

Nachfolgend wird der Aufbau und die Wirkungsweise eines Korrektursteuerkreises 40 zum Ausführen einer Korrektur der Vorwärtsdrehung durch Betätigen des Schalters 51 beschrieben. Der Korrektursteuerkreis enthält einen Widerstand 110, um einen Kontaktanschluß des Schalters Sl mit einem Quellenpotential VSS zu verbinden. Ein Daten-Flip-Flop 111 verbindet den Kontaktanschluß des Schalters Sl mit dem Datenausgangsanschluß D. Der Daten-Flip-Flop 112 empfängt das Ausgangssignal Q von dem Daten-Flip-Flop 111 als dessen Eingangssignal. Ein NOR-Tor 113 empfängt das Ausgangssignal Q1 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 C/3. 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 Q 3 von dem Kipp-Flip-Flop 116 als ihre Eingangssignale empfangen können, wodurch jeweils die Ausgangssignale QA und Q5 abgegeben werden. Ein Rückstell-Einstell-Flip-Flop 119, nachfolgend mit Ä-S-Füp-Flop bezeichnet, empfängt das Ausgangssignal Q 5 des Kipp-Flip-Flops 118 als sein Einstelleingangssignal. Ein UND-Tor 120 empfängt das Ausgangssignal Q 6 des Ä-S-Flip-Flops 119 und den Taktimpuls CH als seine Eingangssignale. Ein ODER-Tor 121 empfängt das Ausgangssignal Φ 3 von dem UND-Tor 120 und das Ausgangssignal Φ 1 von dem NOR-Tor 113. Jeder Takteingangsanschluß CL der Daten-Flip-Flops 111 und 112 ist derart angeschlossen, so 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-Flops 119 verbunden. Das Signa! P 4 wird als Ausgangssignal von dem Korrektursteuerkreis 40 erhalten. Wie in dem Zeitdiagramm der F i g. 10 gezeigt ist, führt eine kurzzeitige Betätigung des Schalters S1 dazu, daß das Signal P auf den Dateneingangsanschluß D des Daten-Flip-Flops 111 gegeben wird, so daß das mit dem Taktimpuls Cl synchronisierte Ausgangssignal Ql am Ausgang des Daten-Flip-Flops 111 erhalten werden kann. Als Ergebnis wird das Ausgangssignal Q1 dem Eingang des Daten-Flip-Flops 112 zugeführt, wobei die Phasen der Ausgangssignale Q 2 und Q1 um eine Periode des Taktimpulses CI voneinander abweichen. Auf diese Weise wird ein Signal Φ1 mit einer Impulsbreite von ¹A₂S see entsprechend einer Periode des Taktimpulses C/von dem NOR-Tor 113 zur Zeit

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60 Qi= »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 Φ 1 wird über ein ODER-Tor 121 abgegeben, so daß es über das ODER-Tor 34 als Signal PA gleich Φ 1 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 Sl 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 '/,28SeC 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 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 F i g. 11 gezeigten Betrieb wird der Taktimpuls Cl 3 zu dem UND-Tor 115 zu dem Zeitpunkt abgegeben, zu dem das Ausgangssignal Q1 von dem Daten-Flip-Flop 111 Qi= »H« durch den Taktimpuls Cl wird. Der Taktimpuls Cl3 wird mittels der Kipp-Flip-Flops 116 bis 118 frequenzgeteilt, bevor das Signal P = »L« wird. Die Frequenzteilung veranlaßt den Kipp-Flip-Flop 118, daß das Signal Q 5 = »H« im Verlauf von Δ Τ (etwa 2 see) wird, nachdem das Signal des Schalters SlP= »H« wird. Dann wird der R-S-Flip-Flop 119 auf Q 6 = »H« durch das Ausgangssignal Q 5 eingestellt Von dem Zeitpunkt von Q 6 = »H« wird das Signal des Schalters SiP= »L«, so daß der Taktimpuls Cl 1 bewirken kann, daß das über das UND-Tor 120 von dem ODER-Tor 121 abgegebene Signal PA = Φ 2 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 Wellenformsignale, die aus einem einzelnen negativen Impuls 5 und kontinuierlichen und wiederholten positiven Impulsen Aa und negativen Impulsen 5a bestehen, wie in F i g. 11 gezeigt ist, und zwar in dem Falle des Ausgangssignals QA = »L« unmittelbar vor dem Niederdrücken des Schalters Sl, wodurch die Zeiger im wesentlichen wcitergestellt werden.

Während der Betätigung des Schalters Sl 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 Wirkungs-

weise des Korrektursteuerkreises 48 zum Ausführen einer Rückwärtsdrehkorrektur durch die Betätigung des Schalters 52 beschrieben. Der Korrektursteuerkreis 48 enthält einen Widerstand 122 zum Verbinden eines Kontaktanschlusses des Schalters 52 mit einem Quellenpotential VSS. Der Daten-Flip-Flop 123 verbindet den Kontaktanschluß des Schalters 52 mit dem Dateneinangsanschluß D. Der Daten-Flip-Flop 124 empfängt das Ausgangssignal Q 7 von dem Daten-Flip-Flop 123. Ein NOR-Tor 125 empfängt das Ausgangssi- gnal Q 7 von dem Daten-Flip-Flop 123 und das Ausgangssignal Q 8 von dem Daten-Flip-Flop 124, um ein Signal Φ 3 abzugeben. Ein UND-Tor 126 empfängt das Signal q, den Taktimpuls C/und die Ausgangssignale Q 7 und Q 8, um ein Signal P6 abzugeben. Ein UND-Tor 128 empfängt das Ausgangssignal <?7 des Daten-Füp-Flops und das Signal C/3. Ein Inverter 127 ist mit dem Kontaktanschluß des Schalters 52 verbunden. Ein Kipp-Flip-Flop 129 empfängt das Ausgangssignal von dem UND-Tor 128. Kipp-Flip-Flops 130 und 131 sind unterbrochen derart verbunden, daß sie das Ausgangssignal Q 9 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 Ä-5-Flip-Flop 132 und Taktimpulse CIX und Cl 2. Ein ODER-Tor 134 empfängt das Ausgangssignal Φ 4 von dem UND-Tor und das Ausgangssignal Φ 3 von dem NOR-Tor 125. Ein UND-Tor 135 empfängt das Ausgangssignal P5 von dem ODER-Tor 134 und das Ausgangssignal Q12 von dem7?-5-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 -to dessen Eingangssignale und gibt ein Signal Pi als Ausgangssignal ab. Ein Inverter empfängt das Signal PS als sein Eingangssignal. Ein UND-Tor 138 empfängt das Ausgangssignal des Inverters 137 und das Ausgangssignal PS des ODER-Tors 134 als seine Eingangssignale und gibt ein Signal P 9 als Ausgangssignal ab. Ein UND-Tor 139 empfängt das Signal P9 und das Ausgangssignal QB von dem Kipp-Flip-Flop 106. Ein UND-Tor 140 empfängt das Signal PS 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 PS 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 109Ö zugeführt.

Die Arbeitsweise der Rückwärtsdrehkorrektur ist in dem Zeitdiagramm der Fig. 12 gezeigt Wenn der Schalter 52 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 Q 7 von dem Ausgang des Daten-Flip-Flops 123 erhalten werden kann. Dann wird das Ausgangssignal Q 8, dessen Phase von dem Taktimpuls um eine Periode abweicht, durch das Ausgangssignal Q 7 abgegeben. Auf diese Weise wird zum Zeitpunkt von Q7 ·= »L« und Q2 = »L« das Signal Φ 3 mit einer Impulsbreite von ¹Am see entsprechend einer Periode des Taktimpulses Cl von dem NOR-Tor 125 abgegeben. Als Ergebnis wird das Signal Φ 3 über die ODER-Tore 134 und 105 zum Eingang des Kipp-Flip-Flops 106 als Signal PS — Φ 5 abgegeben. Währenddessen wird das Ausgangssignal Pß von dem UND-Tor 126 nur zur Zeit von Q 7 - »H«, QS = »H« und Cl = »H« abgegeben. Das Ausgangssignal P6 ist dann ein einzelner Impuls mit einer Impulsbreite von V₂M see, der kurz vor Erzeugung des Signals Φ 3 abgegeben wird. Wenn deshalb der Schalter 52 gedrückt wird, wird das Signal P 6 sofort erzeugt, so daß das Ausgangssignal QA von dem Kipp-Flip-Flop 106 umgekehrt werden kann. Wie in F i g. 12 gezeigt ist, kann beispielsweise das Signa! QA nach »L« durch das Signal P6 im Falle von QA = »H« vor dem Drücken des Schalters 52 umgekehrt werden. Das nach dem Signal P6 erzeugte Signal PS erzeugt mittels eines UND-Tors 136, eines Inverters 137 und eines UND-Tors 138 des Rückwärtsformungskreises 49 die Signale PS und P9 mit einer Impulsbreite von V₂K see, die in der Phase voneinander innerhalb ¹Am see abweichen, wenn das Signal PS »H« ist Auf diese Weise werden die Signale PS und P9 durch die Ausgangssignale QA und QB des Kipp-Flip-Flops 106 und der UND-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 52 zurückgestellt werden.

Wenn des weiteren der Schalter 52 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 52 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 52 weiter dauernd gedrückt wird, wird der Taktimpuls Cl 3 an das UND-Tor 128 zu dem Zeitpunkt abgegeben, zu dem das Ausgangssignal des Daten-Flip-Flops 123 Q? = »H« durch den Taktimpuls C/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-F!ip-F!Qps 131 QU = »H« und der R-S-Flip-Flop 132 wird auf das Signal Q12 = »H« im Verlauf von Δ Τ (etwa 2 see) rückgestellt, nachdem der Schalter 52 q = »H« 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 Flip-Flops 129 bis 139 zurückgestellt wird, die Taktimpulse CIi und Cl 2 über ein UND-Tor 133 und ein ODER-Tor 134 zu dem Rückwärtsformungskreis 49 als P5 = Φ 4 abgegeben. Ein UND-Tor 136, ein Inverter 137 und ein UND-Tor 138 arbeiten derart, daß die Signale PS und P9 mit voneinander abweichender Phase und einer Impulsbreite von V₂K see innerhalb des Bereichs einer Impulsbreite von ¹A₂S see erzeugt werden können. Deshalb werden die Signale Pb 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 3 über die ODER-Torgruppe 109 und den Antriebskreis 37 zu-n Zeitpunkt des Drückens des Schalters 52 angelegt. Nach dem Verstreichen von etwa 2 Sekunden (Δ T) wird ein Impulspaar mit dem positiven Impuls 8 und dem negativen Impuls 9 angelegt. Dann wird der Betrieb fortgesetzt, um in Intervallen von V32 see mit derartiger Polarität wiederholt zu werden, wie in der Zeichnung gezeigt ist, bis das Drücken des Schalters S 2 aufhört, wodurch die Spannung VAB an die Anschlüsse A und B angelegt wird. Während des K.orrekturvorgangs wird das Signal PX 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 51 und S 2 gleichzeitig geschlossen sind, wird ein Ausgangssignal des UND-Tors 51 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 die Batteriezelle E als Versorgungsquelle nur in bezug auf den Schwingungskreis 31 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 Ausgangssignal von dem Inverter 54 in dem gehaltenen Zustand zurückgestellt werden. Wenn es erwünscht ist, den Zeiger wieder zu führen, veranlaßt einer der Schalter 51 und 52, deß das EIN-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 Rückstellen 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 gemeidet 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 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.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Antriebsanordnung für einen Schrittmotor einer Uhr, der eine Spule, einen Stator und einen mit einem Permanentmagnet versehenen Rotor aufweist, und mit einem Antriebskreis, der von einem Steuerkreis gesteuert ist, um der Spule Vorwärts- und Rückwärtsdrehimpulse zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebskreis (37) von einem solchen Steuerkreis (48) gesteuert ist, der wahlweise einen Vorwärtsdrehimpuls in Form eines einzelnen Impulses oder eine Gruppe von Vorwärtsdrehimpulsen mit derselben Polarität für jedes Fortschalten des Rotor« in Vorwärtsdrehung und eine Gruppe von Rückwärtsdrehimpulsen mit is gemischter Polarität und mit wenigstens einem den Rotor in Rückwärtsdrehung beschleunigeten Impuls (8, 9, 11, 12, 17, 18) für jedes Fortschaiten des Rotors in Rückwärtsdrehrichtung anlegt

2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe der Rückwärtsdrehimpulse einen ersten Impuls (8) und einen zweiten Impuls (9), der dem ersten Impuls folgt und unterschiedliche Polarität zu dem ersten Impuls hat, enthält.

3. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe der Rückwärtsdrehimpulse einen ersten Impuls (10), einen zweiten Impuls (U) mit zum ersten Impuls unterschiedlicher Polarität und einen dritten Impuls (12) mit derselben Polarität wie der erste Impuls enthält

4. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wahlweise Betrieb des Steuerkreises mittels einer von Hand betätigten Schaltereinrichtung gesteuert wird.

5. Antriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von Hand betätigte Schalteinrichtung einen ersten Schalter (Si) zum Speisen der Spule mit dem Vorwärtsdrehimpuls bei jedem Fortschaiten des Rotors und einen zweiten Schalter (S 2) zum Speisen der Spule mit der Gruppe der Rückwärtsdrehimpulse bei jedem Fortschalten des Rotors enthält.