DE2733351A1

DE2733351A1 - Elektronische uhr

Info

Publication number: DE2733351A1
Application number: DE19772733351
Authority: DE
Inventors: Masaaki Mandai; Katsuhiko Sato; Masaharu Shida; Akira Torisawa; Makoto Ueda
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1977-03-16
Filing date: 1977-07-23
Publication date: 1978-09-21
Also published as: FR2384289A1; JPS53114467A; CH635719GA3; US4382691A; FR2384289B1; JPS6318148B2; HK18384A; SG65083G; CH635719B; DE2733351C2; GB1592892A

Description

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TELEX: 82 173Ο Meine Akte: D-4280

Kabushiki Kaisha Daini Seikosha Tokyo, Japan

Elektronische Uhr

Die Erfindung betrifft eine elektronische Uhr gemäß den Ober* begriff des Hauptanspruchs.

Der Aufbau einer Anzeigeeinheit einer bekannten Quarzkristalluhr ist in Fig. 1 näher erläutert. Bei einer derartigen Anzeigeeinheit wird das Ausgangssignal an ein zylindrisches Glied, ein zylindrisches Rad und einen Kalender-Mechanismus Übertragen, so daß ein Sekundenzeiger, ein Minutenzeiger und ein Stundenzeiger sowie die Kalendereinheit angesteuert werden. Bei Armbanduhren ist die Last, die sich gegenüber dem Schrittschaltmotorergibt, äußerst klein, und zwar mit Ausnahme derjenigen Zeit zum Umschalten des Kalenders, so daß das Drehmoment von lOg/cm des Sekundenrades zur Ansteuerung der Zeiger aus-

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reicht. Wenn jedoch der Kalender umgeschaltet werden soll, muß das Drehmoment um einige Male größer sein als es normalerweise notwendig ist. Die Zeit zum Umschalten des Kalenders bei einem 24 Stunden - Betrieb fUr die Tagesanzeige beträgt höchstens etwa 6 Stunden. Aus den dargelegten Gründen besteht bei den bekannten elektronischen Uhren somit das Problem, daß die elektrische Leistung, die den Antriebs- oder Steuermechanismus für den Kalender derart speist, daß dieser Antriebsmechanismus auf stabile Weise angetrieben wird, demzufolge immer von der Speisequelle zugeführt werden muß.

Der Aufbau des elektronischen Teils einer bekannten elektronischen Uhr ist in Fig. 2 erläutert. Bei dieser Schaltung wird ein Signal von 32, 768 kHz, welches von einer Oszillatorschaltung erzeugt wird, durch eine Frequenzteilerschaltung in ein 1-Sekundensignal umgewandelt. Das 1-Sekundensignal wird durch eine Impulsbreiten-Kombinationsschaltung in ein Signal mit einer Dauer von 8 Millisekunden und einer Periode von 2 Sekunden umgewandelt; somit wird ein Signal, welches die gleiche Periode und Impulsbreite aufweist, jedoch um eine Sekunde phasenverschoben ist, an die Eingänge von Invertern angelegt. Infolgedessen wird ein invertierter Impuls, der die Richtung des Stromes ändert, jede Sekunde an eine Wicklung des Motors bzw. Schrittschaltmotors angelegt, damit der Rotor, der zwei Pole aufweist, in einer Richtung gedreht wird. Auf diese Weise wird die Breite des Steuerimpulses einer derartigen elektronischen Uhr durch das erforderliche maximale Drehmoment fur das normal vorliegende Drehmoment bestimmt. In demjenigen Zeitintervall, in welchem kein derart großes Drehmoment erforderlich ist, wird somit elektrische Leistung vergeudet. Dies hat dazu gefuhrt,

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daß keine Energieeinsparung bezüglich der Leistung der elektronischen Uhr möglich ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Uhr der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die angegebenen Nachteile und Schwierigkeiten vermeidet. Insbesondere soll durch die erfindungsgemäße elektronische Uhr eine Leistungseinsparung ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße elektronische Uhr wird unter Bezugnahme auf eine analoge elektronische Uhr beschrieben. Bei der erfindungsgemäßen elektronischen Uhr wird vorteilhafterweise der Energieverbrauch des vorgesehenen Schrittschaltmotors reduziert. Der Schrittschaltmotor wird durch einen Impuls angetrieben, der gegenüber den bekannten elektronischen Uhren eine kleinere Impulsbreite hat; daraufhin wird ein erfaßter Impuls an eine Wicklung (des Schrittschaltmotors) angelegt, damit die Drehung des Rotors bestimmt wird. Die Drehung des Rotors wird aufgrund einer Spannung an einen Widerstand erfaßt, der in Serie zur Wicklung liegt. Wenn der Rotor sich nicht in genügendem Maße dreht, wird eine Korrektur durch den Antrieb des Motors aufgrund eines Impulses ausgeführt, der eine größere Impulsbreite hat.

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Ib folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektronischen Uhr zur Erläuterung weiterer Merkmale anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anzeigeeinheit einer bekannten analogen Quarzkristalluhr,

Fig. 2 den Schaltungsaufbau einer bekannten elektronischen Uhr,

Fig. 3 die Strom-Wellenfor« bei einem Üblichen Schrittschaltmotor,

Fig. 4 bis 6 die Arbeitsweise eines Schrittschaltmotors,

Fig. 7 die Strom-Wellenform des Rotors des Schrittschaltmotors im betriebslosen Zustand,

Fig. 8 das Verhältnis zwischen dem verbrauchten Strom, dem Ausgangsdrehmoment und der Antriebsimpulsbreite des Schrittschaltmotors,

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer AusfOhrungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Uhr,

Fig.10 eine Ausfuhrungsform mit einer Steuerschaltung, einer Kontrollschaltung und einer Detektorschaltung,

Fig.11 ein Zeitdiagramm für die Schaltung nach Fig. 10,

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Fig. 12 die Spannung an de« Detektor-Anschluß,

Fig. 13 eine weitere Ausfuhrungsform nit einer Steuer- und Detektorschaltung, und

Fig. 14 ein Zeitdiagraam für die AusfOhrungsform nach Fig. 13*

Die in Fig. 1 dargestellte Anzeigeeinheit bzw. Räderwerkeinheit einer bekannten analogen Quarzkristalluhr enthält einen Motor ait eines Stator 1, einer Wicklung 7 und einen Rotor 6, wobei die Ausgangsdrehung des Motors auf ein fünftes Rad 5, ein viertes Rad 4, ein drittes Rad 3 und ein zweites Rad 2 Obertragen wird. Diese Ausgangsdrehung bzw. dieser Ausgang wird auf ein zylindrisches Glied, ein zylindrisches Rad und einen Kalendermechanismus Übertragen, so daß ein Sekundenzeiger, ein Minutenzeiger, ein Stundenzeiger und ein Kalender angetrieben werden.

Der Aufbau der elektronischen Schaltung einer bekannten Uhr ist in Fig. 2 gezeigt. Dabei wird das Signal mit 32,768 kHz einer Oszillatorschaltung 10 durch eine Frequenzteilerschaltung 11 in ein 1-Sekunden-Signal umgewandelt. Durch eine Impulsbrei ten-Koabinationsschaltung 12 wird ein Signal erhalten, welches die gleiche Periode und Impulsbreite hat, jedoch um eine Sekunde phasenverschoben ist und welches an die Eingänge 15 und 16 von Invertern 13a und 13b angelegt wird. Demzufolge wird ein invertierter Impuls, welcher die Richtung des Stromes ändert, jeweils nach einer Sekunde an eine Wicklung 14 angelegt, infolgedessen der mit zwei Polen versehene Rotor 6 sich in einer

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Richtung dreht. Fig. 3 zeigt die Strom-Wellenform eines derartigen Schrittschaltmotors.

In Fig. 4 ist ein Schrittschaltmotor dargestellt, dessen Stator 1 einen integralen Körper bildet und dessen magnetischer Kreis, der in Fig. 5 und 6 mit 17 bezeichnet ist, leicht gesättigt werden kann. Der Stator steht mit der Wicklung 7 Über einen Magnetkern in magnetischer Kopplung. Um die Richtung der Drehung des Rotors 16 zu bestimmen, der zwei Magnetpole aufweist, die in Richtung seines Durchmessers vorgesehen sind, ist eine Einkerbung 18 im Stator 1 ausgebildet, die aus zwei Abschnitten 18a, 18b besteht. Fig. 4 zeigt den Zustand des Schrittschaltmotors, in welchem der Strom gerade an die Wicklung 7 angelegt wird. Wenn kein Strom an die Wicklung 7 angelegt wird, verbleibt der Rotor 6 stationär an einer Position, die einen Winkel von etwa 90 zwischen einer Auskerbung 18a und den Magnetpolen des Rotors festlegt, wie in Fig. 4 eingezeichnet ist. Wenn unter dieser Bedingung in der Wicklung 7 ein Strom in Richtung des Pfeiles fließt, ergibt sich der magnetische Feldverlauf bezüglich der Pole N und S im Stator 1, wie dies in Fig. 4 eingezeichnet ist, so daß der Rotor 6 sich im Uhrzeigersinn dreht, indem sich die Pole gegeneinander zurückstoßen. Wenn der durch die Wicklung 7 fließende Strom unterbrochen wird, stellt sich der Rotor 6 in den umgekehrten Zustand bezüglich der Magnetpole und der vorerwähnten Stellung ein. Danach dreht sich der Rotor 7 aufeinanderfolgend im Uhrzeigersinn, weil ein Strom in entgegengesetzter Richtung fließt. Da der bei der erfindungsgemäßen elektronischen Uhr verwendete Schrittschaltmotor als ein integraler Korper mit einem sätti-

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gungsfahigen Abschnitt 17 α, b ausgebildet ist, hat der durch die Wicklung 7 fließende Strom eine Charakteristik mit einer langsam ansteigenden Kurve, wie dies aus Fig. 3 hervorgeht. Der Grund dafür liegt darin, daß der magnetische Widerstand des Nagnetkreises, der von der Wicklung 7 aus gesehen wird, sehr klein ist, bevor der sttttigungsfähige Abschnitt 17 a, b des Motors nicht gesättigt wird, so daß die Zeitkonstante τ der Serienschaltung aus dem Widerstand und der Wicklung sehr groß ist. Die Gleichung für diese Bedingung ist folgendermaßen:

T«= L/R, «it L=

Somit ergibt sich folgende Gleichung:

T = N²ARxR.)

L ist dabei die Induktivität der Wicklung 7, N die Zahl der Windungen der Wicklung 7 und Rb der Magnetische Widerstand.

Wenn der *ättigungsfähige Abschnitt 17 des Stators gesättigt ist, ist die Permeabilität des Abschnitts die gleiche wie bei Luft. Demzufolge erhöht sich der Magnetische Widerstand Rm und die Zeitkonstante τ des Hagnetkreises wird klein; die Welle des StroMes steigt entsprechend Fig. 3 plötzlich an. Die Erfassung der Drehung oder Nichtdrehung des Rotors 6, insbesondere Im Hinblick auf eine elektronische Armbanduhr, wird bei der erfindungsgemttßen elektronischen Uhr als Differenz zwischen der Zeitkonstante des Kreises, bestehend aus de« Widerstand und der Wicklung,erfaßt, die in Serie liegen. Der Grund

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zur Erzeugung der Differenz der Zeitkonstanten wird nachfolgend angegeben.

Fig. 5 veranschaulicht das Magnetfeld zu dem Zeitpunkt, an welchen der Strom durch die Wicklung 7 fließt. Der Rotor 6 befindet sich dabei in einer Position, aus der er gegenüber den Magnetpolen drehfähig ist. Der magnetische Fluß, der in Fig. mit 20 angegeben ist und aus den Abschnitten 20a, 20b besteht, ergibt sich aufgrund des Rotors 6. Der Über die Wicklung 7 fließende magnetische Fluß, der praktisch besteht, ist jedoch vernachlässigt. Die Abschnitte des magnetischen Flusses 20a und 20b werden durch die sättigungsfähigen Abschnitte 17a, 17b des Stators 1 hervorgerufen und haben eine Richtung entsprechend der Pfeilmarkierung. Dieser sättigungsfähige Abschnitt 17 ist in den meisten Fällen nicht vollständig gesättigt. Unter dieser Bedingung fließt der Strom in Richtung der Markierung durch die Wicklung 7, so daß sich der Rotor 6 im Uhrzeigersinn dreht. Der magnetische Fluß 19a und 19b, der durch die Wicklung 17 hervorgerufen wird, wird zu dem magnetischen Fluß 20a und 20b hinzuaddiert, der durch den Rotor 6 in den sättigungsfähigen Abschnitten 17a und 17b erzeugt wird, so daß der sättigungsfähige Abschnitt 17 des Stators 1 sich sehr schnell sättigt. Danach wird der magnetische Fluß, der ausreichend ist, um den Rotor 6 zu drehen, erzeugt. Dieser magnetische Fluß ist jedoch in Fig. 5 nicht eingezeichnet. Fig. 7 zeigt die Wellenform des Stromes, der durch die Wicklung 7 fließt und der mit 22 bezeichnet ist.

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Fig. 6 zeigt die Bedingung für den magnetischen Fluß, in welches der Stroe durch die Wicklung 7 zu einen Zeitpunkt fließt, an welche· der Rotor 6 aus Mehreren Gründen nicht rotieren kann und in die ursprüngliche Stellung zurückkehren kann. Da-■it sich der Rotor 6 dreht, miß ie allgemeinen ein Stros durch die Wicklung 7 entgegen der Richtung fließen, die durch die Pfeile gezeigt ist, d.h. in gleicher Richtung, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Da jedoch in dieses Fall ein invertierter Wechselstrom an die Wicklung 7 bei jeder Drehung angelegt wird, tritt diese Bedingung immer dann auf, wenn der Rotor 6 sich nicht drehen kann. Da sich in diesem Fall der Rotor 6 nicht drehen kann, ist die Richtung des magnetischen Flusses, der durch den Rotor 6 erzeugt wird, die gleiche, wie in Fig. 5 gezeigt ist.Weil in dieses Fall der Stromfluß in entgegengesetzter Richtung zu der Strosrichtung in Fig. 5 vorliegt, ergibt sich die Richtung des magnetischen Flusses entsprechend der Richtung 21a und 21b in Fig. 6. In den sättigungsfähigen Abschnitten 17a und 17b heben sich die magnetischen FlUsse, die vos Rotor 6 und der Wicklung 7 erzeugt werden, gegenseitig auf, so daß zur Sättigung des Abschnitts 17, bestehend aus den Bereichen 17a und 17b, ein längeres Zeitintervall erforderlich wird. Fig. 7 zeigt diesen Zustand durch die Kurve 23. Bei dieser AusfUhrungsfors beträgt das Zeitintervall D, d.h. das Zeitintervall vor der Sättigung des Abschnittes 17 in Fig. 7 eine Millisekunde, vorausgesetzt daß der Durchmesser der Wicklung 0,23, die Zahl der Windungen 10000, der Wicklungs-Serienwiderstand 3 kil, der Durchmesser des Rotors 1,3 und die sinisale Breite des sättigungsfähigen Abschnitts 0,1 betragen. Aus den Wellenforsen 22 und 23 der Ströme in

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Fig. 7 ist ersichtlich, daß die Induktivität der Wicklung klein ist, wenn der Rotor 6 sich in Bereich C in Fig. 7 dreht, während diese Induktivität während der Nichtdrehung des Rotors groß ist. Bei den beschriebenen Schrittschaltnotor wird die Ersatzinduktivität fUr den Bereich D L = 5H gewählt, wenn sich der Rotor entsprechend der Wellenform 22 dreht, während die Ersatzinduktivität L = 4OH beträgt, was der Wellenform 23 während des nichtdrehenden Zustande des Rotors entspricht. Wenn zun Beispiel der Widerstand r ein passives Elenent fUr die Erfassung der Drehung und der Wicklungs-Serienwiderstand R in Serie zur Induktivität Über die Speisequelle V_ß geschaltet sind, wird eine Änderung der Induktivität leicht durch die Spannung erfaßt, die an Widerstandselenent for die Erfassung der Drehung auftritt, wenn der Schwellwert V.. eines MOS-In-

tn

verters erfaßt wird, d.h. eine Spannung von 1/2 V . Wenn die

Spannung an Widerstand r=l/2 V ist, läßt sich folgende Gleichung aufstellen:

(1/2) V_{0 s} r/(R+r) . [1 - e

Wenn R = 5 kil, t = 1 nsec, L = 4H sind, dann ergibt sich r = 29 klL Für den Fall der Stronwelle 22 entsprechend Fig. 7 beträgt die Sättigungszeit etwa 0,4 nsec. Wenn für die Gleichung r s 3 kfi, t = 0,4 nsec, L = 5H gewählt werden, ergibt sich der Widerstand r = 7,1 kil. Dies bedeutet, daß der erfaßbare Bereich des die Drehung feststellenden Widerstandselenents zwischen 7,1 kilund 29 kHliegt. Dieses Ergebnis stimmt nit den aus Experimenten erhaltenen Ergebnis überein. Bei der erläuterten AusfUhrungsforn der erfindungsgenäßen

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elektronischen Uhr wird somit das Widerstandselement als Detektorelement verwendet. Es ist jedoch auch möglich, dieses Element durch ein passives Element zu ersetzen, beispielsweise eine Wicklung, einen Kondensator oder ein aktives Element, wie beispielsweise durch einen MOS-Transistor.

Die Drehung bzw. Nichtdrehung des Rotors 6 wird somit durch Anlegen eines Detektor- oder Erfassungssignals festgelegt, so daß es möglich ist, den Rotor mit einem niedrigen Drehmoment durch Anlegen eines Impulses anzusteuern, der eine kleine Impulsbreite hat; ebenfalls ist es möglich, ein hohes Drehmoment durch einen Impuls mit einer großen Impulsbreite fUr eine Nichtdrehung des Motors hervorzurufen.

Die Bestimmung des Impulses mit kleiner Impulsbreite und des Impulses mit großer Impulsbreite kann aus der Impulsbreite der Strom-Drehmoment-Kurve nach Fig. 8 erfolgen. Der Impuls ■it einer kleinen Impulsbreite t, wird durch ein minimales Drehmoment festgelegt, welches für eine normale Pendel- oder Drehbewegung gewählt ist und die Art des Motors ist so bestimmt, daß ein maximaler Wirkungsgrad mit dieser Impulsbreite erhalten wird, sowie eine möglichst weitgehende Reduzierung des Stromverbrauchs. Der Impuls mit einer großen Impulsbreite t« fUr eine Korrektursteuerung bestimmt die Breite t«, welche ein maximales Drehmoment sicherstellt, wobei diese Impulsbreite bei einer Armbanduhr gewährleistet wird. Somit läßt sich eine elektronische Armbanduhr mit sehr geringer Leistungsaufnahme im Vergleich zu bekannten Armbanduhren erreichen, indem die Impulsbreiten t. und t« gemäß vorstehender Beschreibung be-

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stiaat bzw. festgelegt werden.

Die Erfassung der Drehung des Rotors bei der elektronischen Uhr geaäß der Erfindung beruht auf der Erfassung einer Induktivitätsänderung ohne Verwendung einer speziellen Verstärkerstufe. Fig. 7 zeigt die einfache Methode, ait welcher diese Erfassung bzw. Feststellung der Rotordrehung ausgeführt wird, wobei der Gleichstroawiderstand, dessen Wert nahezu gleich denjenigen der Wicklung 7 oder auch größer als derjenige der Wicklung 7 ist, zeitweilig in Serienschaltung zur Wicklung 7 geschaltet wird, so daß eine Spannung an den Widerstand angelegt wird, die sich aufgrund des Spannungsteilerverhältnisses zwischen der Impedanz der Wicklung 7 und dea Widerstand ergibt.

Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltung der Uhr. Eine Quarzkristall- bzw. Kristall-Oszillatorschaltung 51 erzeugt ein Signal, welches als Noraalsignal für die Uhr verwendet wird. Eine Frequenzteilerschaltung 52 besteht aus vielstufigen Flipflops, die das Ausgangssignal der Oszillatorschaltung bis auf eine Sekunde herabteilen können, welches in der Uhr erforderlich ist. Eine Schaltung 53 zur Iapulsbreitenkoabinierung, d.h. zur Zusamenfassung der Impulse, empfängt ein Ausgangssignal von jede· Flipflop der Frequenzteilerschaltung 52, ein normales Steueriapulssignal «it der erforderlichen Impulsbreite for den Antrieb, ein Antriebsiepulssignal für einen korrigierenden Antrieb, ein Detektor-Iapulssignal ait einer für die Erfassung notwendigen Impulsbreite, ein Signal zur Festlegung des Zeitintervalls zwischen dea noraalen Steueriapuls und dea Detektoriapuls sowie ein

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Signal zur Einstellung des Zeitintervalls zwischen den Detektor impuls und des Korrektur-Steuerimpuls, usw.

Eine Steuerschaltung 54 liefert den normalen Antriebsimpuls, den Detektorimpuls oder den korrigierenden Antriebsinpuls als invertierten Impuls an den Schrittschaltmotor.

Der Rotor des Schrittschaltmotors 55 wird durch Anlegen des normalen Antriebsinpulses in Drehung versetzt, wenn die Last niedrig ist. Der Rotor wird Jedoch nicht gedreht, wenn die Last hoch ist, so daß es möglich ist, entweder den Drehzustand oder Nichtdrehzustand des Rotors aus der Differenz der Zeitkonstanten des Kreises, bestehend aus den Widerstand und der Wicklung, abhängig von dem vorstehenden Zustand durch Anlegen des Erfassung*- oder Detektorsignals an die Steuerschaltung 54 zu erfassen. Wenn demzufolge die Last des Motors aus irgendwelchen Gründen zunimmt, und der Rotor zum Zeitpunkt der Anlegung des normalen Antriebsinpulses nicht gedreht wird, wird entweder der Drehzustand oder Nichtdrehzustand des Rotors durch Anlegen des Detektorimpulses unmittelbar nach Anlegen des Antriebsinpulses festgestellt. Wenn sich der Rotor nicht dreht, wird in diesen Fall der Korrektur-Antriebsinpuls nit einer größeren Impulsbreite von einer Kontrollschaltung 56 ftlr einen Korrekturantrieb bzw. eine Korrektursteuerung an den Rotor angelegt. Im Falle einer elektronischen Armbanduhr wird gemäß der Erfindung die Richtung des Detektorimpulses gleich der Richtung des Antriebsinpulses gewählt, jedoch ist es auch Möglich, die Richtung des Antriebsinpulses entgegengesetzt zu wählen.

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Bei der erläuterten AusfOhrungsforn läßt sich die Schaltung 53 zur Impulsbreitenkombination (Impulsbreitenänderung) dadurch hinsichtlich des Aufbaus einfach gestalten, daß direkt die Inpulse verwendet werden, beispielsweise Impulse mit 1 msec, 3,9 msec, 7,8 msec, 31 msec, die von der Oszillatorschaltung 51 erzeugt werden, wobei die Oszillatorschaltung mit 32,768 kHz schwingt; das Ausgangssignal dieser Oszillatorschaltung wird dabei durch die Teilerschaltung geteilt. Einzelheiten der Schaltung 53 sind aus diese· Grund nicht angegeben.

Fig. 10 zeigt eine Ausfuhrungsform einer Motor-Kontrollschaltung 100. Die Steuer- oder Antriebsschaltung 54 besteht aus NAND-Gattern 64a, 64b, eine* Flipflop 65, Steuerinvertern 66a, 66b und 67a, 67b. Der Schrittschaltmotor 55 weist eine Wicklung 72 auf. Die Detektorschaltung 57 (Fig. 9) enthält Inverter 70a, 70b, 70c, einen Transistor 69 als Schaltelement, und ein Widerstandseleaent 68. Die Kontrollschaltung 56 besteht aus einem Flipflop 71 und einem ODER-Gatter 63.

Fig. 11 zeigt ein Zeitdiagramm der an Bauteilen der Schaltung nach Fig. 10 auftretenden Signale. An Anschlüsse 60, 61 und wird zeitweilig der normale Antriebsimpuls, der Detektorimpuls und der Korrektur-Antriebsimpuls angelegt, wie in Fig. 11a, 11b und lic gezeigt ist. Diese Signale werden durch das ODER-Gatter 63 kombiniert und deren Phasen werden durch das Flipflop 65 und die NAND-Gatter 64a, 64b selektiert. Diese Signale werden dann Über die Inverter 66a, 66b und 67a, 67b an den Anschluß der Wicklung 72 angelegt. Wird angenommen, daß sich der Rotor normal um einen Schritt aufgrund des Antriebs-

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impulses 71α dreht, dann haben die Magnetpole das in Fig. 6 gezeigte Verhältnis zum Zeitpunkt des Anlegens des Detektorimpulses 72a. Demzufolge hat die Wellenform des durch die Wicklung fließenden Stroms an diesem Zeitpunkt die gleiche Wellenform wie in Fig. 7 durch die Bezugsziffer 23 dargestellt ist, wobei diese Kurve langsam ansteigt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Transistor 69 gesperrt und der Widerstand 68 ist in Serie zur Wicklung 72 geschaltet, so daß sich die Wellenform des Stroms deutlich von derjenigen nach Fig. 7 unterscheidet. Der ansteigende Abschnitt ähnelt sich jedoch jeweils in diesen Wellenformen. Zwischen den Anschlüssen des Widerstands tritt eine Spannungswelle auf, die dem Strom proportional ist, jedoch steigt diese Spannungswelle innerhalb der Impulsbreite des Detektorimpulses nicht auf die Schwellenspannung V.. des Inverters 70a an, wie dies auch bei der Kurve 74a in Fig. der Fall ist. Demzufolge bleibt das Signal am Setz-Anschluß S des Flipflops 71 unverändert. Infolgedessen wird kein Korrekturimpuls 73a erzeugt. Wenn der Rotor nicht um einen Schritt durch den Antriebsimpuls 71b aus irgendwelchen Gründen gedreht werden kann, haben die Magnetpole das in Fig. 5 gezeigte Verhältnis zum Zeitpunkt des Anlegens des Detektorimpulses 72b, so daß die Strom-Wellenform eine ahnliche Wellenform wie in Fig. 12 dargestellt hat, die eine kurze Anstiegszeit besitzt. Demzufolge invertiert die Klemmenspannung am Widerstand 68 den Ausgang, wenn der Schwellwert des Inverters 70a erreicht wird, wie dies in Fig. 12 durch die Bezugsziffer 74b gezeigt ist. Infolgedessen wird das Detektorsignal 75a an den S-Eingang des Flipflops 71 angelegt, wodurch gleichzeitig das Ausgangssignal Q ansteigt bzw. erhöht wird. Aufgrund dieses Sig-

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nals wird der Korrekturimpuls 73b erzeugt, während das Signal am Anschluß 62 verschwindet (das betreffeode Impulssignal fällt ab), so daß die Korrektursteuerung wirksam wird, bis das Flipflop 71 zurückgestellt wird. Bei der Ausfuhrung einer Korrektur ist der Transistor 69 durchgeschaltet, wie beim normalen Betrieb, so daß durch den Widerstand 68 keine Leistung verbraucht wird, wobei der Widerstand 68 kurzgeschlossen ist.

Bei der erfindungsgemäßen elektronischen Uhr werden sowohl der Widerstand 68 als auch der Transistor 69 als passives Element fUr die Erfassung (der Drehung des Rotors) bzw. als Schaltelement verwendet. Es ist jedoch möglich, den MOS-Transistor als aktives Element fUr die Erfassung der Drehung zu benutzen. In diesem Fall kann der Widerstand 68 gemäß Fig. 10 entfallen, indem der Widerstand des MOS-Transistors im EIN-Zustand auf nahezu Null gewählt wird, während der Widerstand des Transistors in AUS-Zustand 15 kilbeträgt.

Die Fig. 13 und 14 zeigen eine weitere AusfUhrungsform der Erfindung mit der Detektorschaltung, der Steuerschaltung und dem betreffenden Zeitdiagramm. Das Prinzip der Erfassung der Drehung des Rotors ist ähnlich der vorstehend beschriebenen AusfUhrungsform. Dabei bilden zwei Transistorpaare 66a, 66b und 67a, 67b einen Inverter und werden getrennt gesteuert. Das Widerstandselement 68 liegt Über Transistoren 76a, 76b parallel zu den Transistoren 66b, 67b; der selektive EIN- und AUS-Betrieb der Transistoren ermöglicht einen Energieverbrauch durch den Widerstand 68 während der normalen Steuer- oder Antriebszeit und während der korrigierenden Antriebszeit·

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Χλ

Die logischen Schaltungen zur Erzeugung der Taktimpulse, beispielsweise der Taktimpulse h, i, j, k entsprechend Fig. 14 sind nicht dargestellt.

Während der Steuer- oder Antriebszeit T₁ und der korrigierenden Antriebszeit T« befinden sich die Transistoren 66a und 67b im EIN-Zustand, während die Übrigen Transistoren gesperrt sind.

ζ.

Demzufolge fließt ein Strom vom Transistor 66a Über die Wicklung 72 zum Transistor 67b. Zum Zeitpunkt T«, an welchem der Detektorimpuls erzeugt wird, befinden sich die Transistoren 66a und 67b im EIN-Zustand, so daß der Strom von der Wicklung 72 Über den Transistor 76b zum Widerstand 68 fließt. Aufgrund dieses Stromflusses kann die Schaltung den Zustand auf gleiche Weise erfassen, wie dies vorstehend beschrieben ist. Das gleiche trifft auf die Taktzeiten 1., Tg und T, zu, zu welchen die Phase invertiert ist.

Da die Erzeugung des Detektorimpulses und des korrigierenden Antriebsimpulses, d.h. die Erzeugung der Vorderflanke dieser Impulse zur gleichen Zeit erfolgt, wird die Impulsbreite des korrigierenden Impulses zur Ansteuerung des Schrittschaltmotors maximal, so daß darauf geachtet werden muß, weil die Anstiegszeit durch die Impulsbreite des Detektorimpulses verkürzt wird.

Da erfindungsgemäß die Drehung bzw. Nichtdrehung des Rotors aus der Strom- oder der Spannungscharakteristik desselben dadurch erfaßt wird, daß der Detektorimpuls an die Wicklung angelegt wird, ist es möglich, den Zustand des Rotors ohne Xnde-

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rung eines bestehenden oder bekannten Schrittschaltmotors zu erfassen. Daher kann die korrigierende Steuerung bzw. der korrigierende Antrieb durch einen Korrektur-Steuerimpuls mit höherer Leistung als bei der normalen Belastung durch das den Stillstand anzeigende Signal ausgeführt werden, wobei die ungUnstigste Bedingung dann vorliegt, wenn der Ausgang des Motors der Breite des Steuerimpulses entspricht, während der er

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bei normaler Lastbedingung nicht anhält. Auf diese Weise unterbricht die Uhr niemals ihren Betrieb, auch wenn der ungUnstigste Energieverbrauch weiterhin in solchem Maße vorliegt, daß die zur Steuerung aufgrund des Korrektur-Steuerimpulses erforderliche Leistung zu der normalen Antriebsleistung hinzugefügt wird. Somit kann gegenüber den bekannten Schaltungen fUr elektronische Uhren der Leistungsverbrauch auf etwa 60 % reduziert werden, wodurch sich ein beachtlicher Vorteil ergibt. Wenn außerdem die Differenz der Sättigungszeit des magnetischen Kreises des Schrittschaltmotors, der als ein einziger Körper aufgebaut ist, erfaßt werden soll, müssen eile Schaltelemente in des Kreis aus Schaltelementen sit Ausnahme eines Widerstandselemente bestehen. Der Wert dieses Widerstands liegt im Bereich zwischen 7,1 kilund 29 k&. Die Widerstandselemente können als integrierte Schaltung vorgesehen sein. Daher können zusätzliche Teile zur Kontrolle der Impulsbreite entfallen, wodurch eine einfachere und billigere Herstellung des Schaltkreises möglich ist. Außerdem ist es möglich, daß er zur Korrektur von Unterschieden zwischen den Widerständen aufgrund von Unterschieden während der Herstellung der integrierten Schaltung sowie unterschiedlicher Anwendungsgebiete von IC-Motoren verwendet wird. Alle Schal-

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tungen können bei der erfindungsgenäßen elektronischen Uhr in Fora einer integrierten Schaltung vorgesehen werden, wenn das aktive Element als Detektor-Element benutzt wird. Eine derartige Vereinfachung läßt sich durch den beschriebenen Schaltungsaufbau erreichen. Die Schaltung nach Fig. 13 beseitigt das Erfordernis an einen Transistor mit großer Kapazität fUr die Erfassung der Rotordrehung. Da alle Schaltung in gleichen Maße in einer Chip-Größe hergestellt werden können, wie dies bei den bekannten Schaltungen möglich ist, wird eine Erhöhung der Herstellungskosten verhindert ebenso wie die Beseitigung des Nachteils der bekannten Schaltungen dahingehend, daß sich die Chip-Größe erweitert, damit ein hoher Steuerstrom durch den Transistor 69 fließen kann.

Da die Schwellenspannung V.. durch die Verwendung eines C-MOS-logischen Elements als binäres logisches Element fUr die Detektorschaltung immer die Hälfte der Speiseenergie ist, unterliegt die Detektorschaltung nicht dem Einfluß der Schwankung der Speisequelle; aufgrund des C-MOS-Aufbaus werden somit die vorstehend genannten Probleme beseitigt.

Der wesentliche, eine Energieeinsparung bewirkende Effekt ist insbesondere bei der Verwendung der erfindungsgenäßen Schaltung bei elektronischen Uhren wesentlich.

Die Erfindung schafft somit eine elektronische Uhr mit einer Oszillatorschaltung zur Lieferung eines Zeitnormalsignals, einer Frequenzteilerschaltung zur Teilung des Normalsignals, einer Schaltung zur Kombination von Impulsen bzw. Impulsbreiten,

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die notwendig sind, um den Schrittschaltmotor anzusteuern, wobei die Impulse mit dem Ausgangssignal der Frequenzteilerschaltung kombiniert werden, mit einer Schaltung zur Steuerung des Schrittschaltmotors durch einen Antriebsimpuls sowie einer Kontrollschaltung für den Schrittschaltmotor, die den Steuerimpuls empfängt, wobei wenigstens drei Impulsarten in der Schaltung zur Impulskombination zusammengefaßt werden. Vorzugsweise empfängt die Impulse kombinierende Schaltung den normalen Antriebsimpuls, einen Detektorimpuls und einen Korrektur-Antriebsimpuls. Die Steuerschaltung des Schrittschaltmotors besteht aus mehreren Gattern und die Detektorschaltung enthält ein passives Detektorelement sowie ein Schaltelement als Detektoranschluß, welches mit dem Detektoreiement verbunden ist. Die Detektorschaltung kann anstelle des passiven Detektorelements ein aktives Detektorelement aufweisen, welches den Detektoranschluß bildet. Wenn eine Teilsponnung von der Speisespannung das Schrittschaltmotor« an dessen Wicklung erfaßt wird und das Detektorelement den Stillstand des Rotors erfaßt, wird der Korrektur-Antriebsimpuls an die Steuerschaltung fUr den Schrittschaltmotor angelegt.

Die Detektorschaltung kann ein passives Element aufweisen, welches in Serie «it der Wicklung des Schrittschaltmotor« geschaltet ist und welches außerdem parallel zu dem Schaltelement liegt; der Eingang des binären logischen Elements der Detektorschaltung ist mit dem passiven Element verbunden.

Vorzugsweise kann die Detektorschaltung ein aktives Detektoreiement und ein binäres logisches Element oufweisen, wobei das aktive Element in Serie «it der Wicklung des Schrittschaltmotors geschaltet und der Eingang des binären logischen Elementes an

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das aktive Element angeschlossen ist. Ein Anschluß des Detektorelements ist Ober ein Schaltelements an die Wicklung des Schrittschaltmotors angeschlossen, während der Eingang des binären Elements mit dem Detektorelement verbunden ist.

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Claims

Patentansprüche

\J Elektronische Uhr mit einer Oszillatorschaltung zur Erzeugung eines Zeitnormalsignals, einer Frequenzteilerschaltung zur Teilung des Normalsignals, einer Schaltung zur Zusammenfassung bzw. Kombinierung von Impulsen zur Steuerung eines Schrittschaltmotors durch das Ausgangssignal der Frequenzteilerschaltung,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Detektorschaltung (57) zur Erfassung der Stellung des Rotors (6) eines Schrittschaltmotors vorgesehen ist, wobei die Differenz der Induktivität der Wicklung erfaßt wird, und daß eine Steuerschaltung (54) zur Steuerung bzw. zum Antrieb des Schrittschaltmotors (55), die durch ein Ausgangssignal der Detektorschaltung gesteuert ist, angeordnet ist.
2. Elektronische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (53) zur Zusammenfassung von wenigstens

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INSPECTED

drei Impulsarten einen normalen Antriebsimpuls, einen Detektorimpuls und einen Korrektur-Antriebsimpuls empfängt, daß die Steuerschaltung (54) für den Schrittschaltmotor aus mehreren Gatterschaltungen besteht, daß die Detektor Schaltung (57) ein passives Detektorelement (68, 69) aufweist, wobei das Schaltelement (69) als Detektoranschluß mit dem Detektorelement verbunden ist.
3. Elektronische Uhr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (57) anstelle des passiven Detektorelements ein aktives Detektorelement aufweist, welches den Detektoranschluß bildet.
4. Elektronische Uhr nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung zur Erfassung einer Teilspannung der an der Wicklung des Schrittschaltmotors anliegenden Spannung und das Detektorelement zur Erfassung eines Stillstandes des Rotors vorgesehen sind und daß bei Erfassung dieser Teilspannung und des Stillstandes des Rotors ein Korrektur-Antriebsimpuls an die Steuerschaltung (54) angelegt wird.
5. Elektronische Uhr nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (57) ein passives Element (68), ein Schaltelement (69) und ein binäres logisches Element (71) als Detektorelement aufweist, daß das passive Element (68) in Serie mit der Wicklung (72) des Schrittschaltmotors sowie parallel zu dem Schaltelement geschaltet ist, während der Eingang des

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binären logischen Elements an das passive Element angeschlossen ist.
6. Elektronische Uhr nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung ein aktives Detektorelement und ein binäres logisches Element enthält, daß das aktive Element in Serie mit der Wicklung des Schrittschaltmotors und der Eingang des binären logischen Elements an das aktive Element geschaltet sind.
7. Elektronische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung ein Detektorelement, ein Schaltelement und ein binäres logisches Element enthält, daß ein Anschluß des Detektorelements Über das Schaltelement mit der Wicklung des Schrittschaltmotors verbunden ist und daß der Eingang des binären Elements an das Detektorelement angeschlossen ist.
8. Elektronische Uhr nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das binäre Element ein C-MOS-Element ist.
9. Elektronische Uhr nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor des Schrittschaltmotors aus permanentmagnetischem Material besteht und zwei Pole aufweist, daß der Stator den Rotor umschließt, daß der Wicklung ein Magnetkern zugeordnet ist, der magnetisch ■it den Stator gekoppelt ist und daß der Stator als Integra-

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ler Körper nit einen sättigungsfähigen magnetischen Kreis ausgebildet ist.
10. Elektronische Uhr nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektorelement auf einem integrierten Schaltungschip zusammen mit einer anderen Schaltung angeordnet ist.
11. Elektronische Uhr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Zwischenanschluß (90) an den Detektorelement (68) vorgesehen ist.

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