DE2745052A1

DE2745052A1 - Elektronische uhr

Info

Publication number: DE2745052A1
Application number: DE19772745052
Authority: DE
Inventors: Minoru Hosokawa; Hiroshi Ishii; Yoshikazu Kawamura; Sakiho Okazaki
Original assignee: Suwa Seikosha KK
Current assignee: Suwa Seikosha KK
Priority date: 1976-10-06
Filing date: 1977-10-06
Publication date: 1978-04-20
Also published as: MY8100338A; US4212156A; GB1557408A; CH633939B; US4522507A; CH640387GA3; US4715725A; US4370065A; CH633939GA3; JPS6217198B2; US4599005A; DE2745052C2; US5038329A; JPS5345575A; HK9481A; CH640387B; DE2759956C1

Description

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAM&» ZWIRNER · HIRSCH

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN 9 7 A R HR

Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radeckestraße 43 Telefon (089) 885605/885604 Telex 05-212515 Postadresse Wiesbaden: Patentccnsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 45 Telefon (06121) 562945/561998 Telex 04-184257

KABUSHIKI KAISHA SUWA SEIKOSHA 77/8750

3-4, 4-chome, Ginza, Chuo-ku
Tokyo, Japan

Elektronische Uhr

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München: Kremer ■ Or. Weser · Hirsch — Wiesbaden: Blumbach · Or. Bergen ■ Zwirner

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine elektronische Uhr, Insbesondere Armbanduhr, und zwar ein Treibsystem eines elektromechanischen Wandlermechanismus.

Die sogenannte Quarzkristall-Armbanduhr, bei der ein Quarzkrlstallschwinger als Zeitnormal verwendet wird, ist seit ihrem praktischen Einsatz aufgrund ihrer hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit weitläufig benutzt worden. Inzwischen hat diese Quarzkristall-Armbanduhr eine beträchtliche technologische Neuerung durchgemacht. Obwohl ihr Energieverbrauch zu Beginn 20 μ\Ι betrug, wurde ihr Energieverbrauch auf derzeit etwa 5 /iV reduziert. Davon werden 1,5 bis 2/lV in einer Oszillatorschaltung des Quarzkristallschwingers, einer Frequenzteilerschaltung usw. verbraucht, und 3 bis 3,5/'W werden im elektromechanischen Wandlermechanismus verbraucht. Da der Energieverbrauch im elektromechanischen Wandler 60 bis 70# des gesamten Energieverbrauchs ausmacht, wäre es wirksam, den Energieverbrauch in diesem elektromechanischen Wandler zu reduzieren, um in Zukurf t den Energieverbrauch in Quarzkristall-Armbanduhren noch weiter zu verringern. Es ist jedoch schwierig, die Umwandlungsart zu verbessern und den Umwandlungsgrad zu erhöhen, da der Umwandlungsgrad bei derzeitigen elektromechanischen Wandlern beträchtlich hoch 1st. Da ein herkömmlicher elektromechanischer Wandlermechanismus einem zusätzlichen Me-

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chanismus wie einem Kalendermechanismus standhalten mußte sowie Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Magnetismus usw., und einem von außen kommenden Druck wie Vibration, Schock usw., wurde er so ausgelegt, daß er selbst im ungünstigsten Zustand zufriedenstellend arbeitete. Deshalb wurde verlangt, daß der Wandlermechanismus eine bestimmte Last unter einer bestimmten Treibbedingung aushält. Jedoch befinden sich Uhren praktisch nur etwa 4 oder 5 Stunden pro Tag in einem solchen Lastzustand und 20 Stunden lang in einem Zustand praktisch ohne Last. Wenn sich Uhren immer in einem lastfreien Zustand befinden, braucht der Wandlermechanismus nicht dazu ausgelegt zu sein, einer großen Last standzuhalten, und man kann den Energieverbrauch reduzieren. Da sich Uhren Jedoch für kurze Zeit in einer harten Umgebung befinden, war es erforderlich, einen Wandlermechanismus zu verwenden, der hohe elektrische Energie liefert und ein hohes Ausgangsmoment zu erhalten, um mit einer solchen Umgebung fertig zu werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Energieverbrauch in einem solchen Wandlermechanismus zu reduzieren und eine große Zuverlässigkeit zu erhalten.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet und im Unteranspruch vorteilhaft weitergebildet.

Dem erfindungsgemäßen Prinzip entsprechend wird ein Wandler bei kleiner Last mit geringer elektrischer Energie und bei

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großer Last mit hoher elektrischer Energie getrieben. Somit ist gegenüber der geschilderten Unzulänglichkeit eine Verbesserung erreicht und der Energieverbrauch im Wandlermechanismus ist stark reduziert. Überdies wird dieser Wandlermechanismus gänzlich durch elektronische Einrichtungen getrieben, ohne die Verwendung mechanischer Einrichtungen. Dieser Wandlermechanismus kann auch einen stabilen Antrieb realisieren, wobei man mit verschiedenen Arten von Wandlermechanismen und Ungleichmäßigkeiten aufgrund der Massenproduktion fertig wird.

Es folgt eine Beschreibung der Erfindung. Zunächst werden ein Schrittmotor und seine Arbeitsweise als Beispiel eines elektromechanischen Wandlers ftlr eine elektronische Armbanduhr beschrieben. Dann folgt eine Erläuterung des Erfindungsgegenstandes auf der Basis dieses Schrittmotors. Schließlich werden erfindungsgemäße Ausftihrungsformen ausführlich erläutert. In den Zeichnungen zeigei :

Fig. 1 eine AusfUhrungsform eines Schrittmotors, der bei einer erfindungsgemäßen elektronischen Uhr verwendet werden kann;

Fig. 2 und 3 eine herkömmliche Schaltung;

Fig. 4 Wellenformen in der Spule zum Treiben des Schrittmotors in einer herkömmlichen Uhr;

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Pig. 5 eine Beziehung zwischen dem Energieverbrauch und dem Ausgangsdrehmoment in Abhängigkeit von der Treibimpuls breite eines Schrittmotors;

Fig. 6 Wellenformen des Spulenstroms, der auftritt, wenn der Motor mit einem schmaleren Impuls als dem herkömmlichen Treibimpuls getrieben wird;

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Uhr;

Fig. 8 eine Zeitdarstellung von Motortreibimpulsen, wie sie von der erfindungsgemäßen Schaltung erzeugt werden;

Fig. 9 eine Ausführungsform der in Fig. 8 gezeigten Blockschaltung;

Fig. 10 Zeitdarstellungen für einen Lastdetektorteil in Fig. 9;

Fig. 11 eine weitere Ausführungsform eines Schrittmotors, der für die erfindungsgemäße Uhr verwendbar ist;

Fig. 12 Wellenformen des Spulenstroms, der auftritt, wenn der Schrittmotor mit einem schmalen Impuls getrieben wird;

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Fig. 13 bis 18 weitere AusfUhrungsformen des Lastdetektorteils in Fig. 9; und

Fig. 19 die Änderung der Spulenstromwellenformen, die auftreten, wenn auf die erfindungsgemäße elektronische Uhr ein Oleichstrommagnetfeld einwirkt.

In den Zeichnungen bedeuten:

25 eine Oszillatorschaltung

26 eine Teilerschaltung

27 eine Treiberschaltung

28 einen Motor

29 eine Detektorschaltung zur Beurteilung der Motorlast

30 eine Steuerschaltung

31, 32 und 33 Treibsignale mit schmaler Impulsbreite

34 ein Korrektursignal

35 ein Treibsignal mit großer Impulsbreite

59 einen Standardiinpuls zur Beurteilung der Last

60 ein Detektorsignal zu lastfreier Zeit

61 ein Detektorsignal zur Zeit einer Last.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Schrittmotors für elektronische Armbanduhren. Hierbei ist 1 ein Permanentmagnetrotor, der so magnetisiert ist, daß er zwei Pole aufweist, und dieser Rotor 1 ist zwischen gegenüberliegenden Statoren 2 und 3 angeordnet. Diese Statoren 2 und 3, die je mit einem Joch 5 verbunden sind,

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um das eine Spule 4 gewickelt ist, bilden ein Statorpaar. Der Rotor 1 und die kreisbogenförmigen Teile 2a und ^a der Statoren 2 und j5 sind nicht koaxial, damit der Rotor 1 in der festgelegten Richtung gedreht werden kann, und zu der Zeit, zu welcher der Rotor 1 ruht, sind die Positionen der Pole (N und S) auf eine Seite der Statoren 2 und 3 geglitten. Diese Art Schrittmotor ist bereits praktisch verwendet und mit einer Schaltung getrieben worden, wie sie als Blockschaltbild in Fig. 2 dargestellt ist. Hierbei ist 10 ein Quarzkristallschwinger, der durch eine Oszillatorschaltung 11 getrieben wirdj deren Frequenz wird durch einen Frequenzteiler 12 herabgeteilt. Eine Vorrichtung 13 dient der Wellenformung und formt zwei Impulse, die Je eine bestimmte Zeitdauer in einem bestimmten Zeitintervall aufweisen und deren Phasen um l80° gegeneinander verzögert sind.

Als Beispiel der erwähnten Impulse wird ein alle zwei Sekunden auftretender Impuls mit einer Dauer von 7*8 msec beschrieben. Diese Impulse werden aus C-MOS-Invertern aufgebauten Treibern 14 und 15 zugeführt, und deren Ausgangssignale werden Anschlüssen 4a und 4b der Spule 4 geliefert. Fig. 3 ist eine ausführliche Darstellung dieses Treiberteils. Wenn einem Eingangsanschluß 16 des einen Inverters 14 ein Signal 18 zugeführt wird, fließt Strom in Richtung eines Pfeils 19, und. wenn ein solches Signal einem Eingangsanschluß des anderen Inverters 15 zugeführt wird, fließt der Strom in einer zum

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Pfeil 19 symmetrischen Richtung. Der in die Spule 4 fließende Strom kann nämlich invertiert werden, indem Signale abwechselnd den Eingangsanschlüssen 16 und 17 der beiden Inverter 14 und zugeführt werden. Genauer gesagt kann der 7*8 msec dauernde Strom, der abwechselnd jede Sekunde invertiert wird, in der Spule 4 fließen. Durch eine solche Treibschaltung werden die Statoren 2 und 3 des Schrittmotors in Pig. I so magnetisiert, daß sie abwechselnd einen N-PoI und einen S-PoI bilden und den Magnetpol des Rotors 1 abstoßen und anziehen; und der Rotor wird um l8o° gedreht. Diese Drehung des Rotors 1 wird mit Hilfe eines Zwischenrades 6 mit Trieb auf ein Sekundenrad 7 mit Trieb übertragen und ferner auf ein Kleinbodenrad 8 mit Trieb und ein Minutenrad mit Trieb und mit Minutenrohr 9» und letztlich auf einen Stundenradtrieb, ein Stundenrad und einen Kalendermechanismus, die in dieser Figur nicht dargestellt sind. Infolgedessen wird ein Anzeigemechanismus mit einem Stundenzeiger, einem Minutenzeiger, einem Kalender usw. betätigt.

Der Schrittmotor in Pig. I ist grundsätzlich gemäß obiger Beschreibung betrieben worden und ist als Wandlermechanismus für eine elektronische Armbanduhr benutzt worden.

Wenn in der Treibschaltung in PIg. 3 Strom dadurch in Richtung des Pfeils 19 fließt, daß ein Signal hohen Pegels an den Anschluß 17 und das Signal 18 an den Anschluß 16 angelegt wer-

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don, entsteht ein Spannungsabfall aufgrund des Treibstroms entsprechend einem Kanalwiderstand im MOS-Transistor 15, und vom Anschluß 4b kann eine Signalwellenform entsprechend diesem Strom festgestellt werden. Ein Beispiel der Stromwellenform ist in Pig. 4 dargestellt. Hierin bedeutet Abschnitt A einen Treibabschnitt von 7*8 msec, und der im Abschnitt A fließende Strom wird im Motor verbraucht. Wie Fig. 4 zeigt, ist die Stromwellenform im Abschnitt A kompliziert, und zwar aufgrund des induzierten Stroms, der in der Spule durch Drehung des angetriebenen Motors zusätzlich zu Jenem Strom fließt, welcher auf der von der Treibschaltung zugeführten Spannung beruht. Ein Abschnitt B ist der Abschnitt nach Anlegen des Treibimpulses, und aufgrund von Trägheit und Schwingen fährt der Rotor mit seiner Drehung fort, bis er bei einer stabilen Position stehenbleibt. Da die P-Kanal-MOS-Transistoren der treibenden Inverter 14 und 15 in diesem Abschnitt EIN sind, fließt zu dieser Zeit der Strom, der entsprechend der genannten Bewegung des Rotors induziert wird, in der Schleife aus der Spule 4 und diesen Transistoren zur Spule 4. Aus den genannten Gründen pulsiert die Wellenform im Abschnitt B in Pig. 4. Deshalb unterscheidet sich das Aussehen der Wellenformen von Treibstrom und induziertem Strom nach dem Treiben entsprechend den Drehpositionen des Rotors.

Wellenform 20 und 20' folgen unter Bedingungen aufeinander, in denen die Last am Rotor extrem klein ist. Wellenformen 22

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und 22' folgen aufeinander unter Bedingungen, In welchen die Rotorlast groß ist und der Rotor nahezu die Grenze seines Arbeitens erreicht. Wellenformen 21 und 21'folgen unter Bedingungen aufeinander, in denen etwa die Hälfte der maximal zugelassenen Last auftritt. Betrachtet man diese Wellenformen, so sieht man, daß sie mit zunehmender Last nach rechts straff gezogen werden, da die Drehung des Rotors mit zunehmender Last langsamer wird. Dies bestätigt experimentell, daß die Schwingungszahl des in der stabilen Position anhaltenden Rotors niedrig ist und deren Amplitude klein wird. Betrachtet man dieses Phänomen umgekehrt, kann man verstehen, daß der Motor durch den Treibimpuls mit einer Breite von weniger als 7*8 msec getrieben werden kann, wenn sich der Rotor immer in lastfreiem Zustand befindet. Tatsächlich kann der Motor betrieben werden und wird das Ausgangsdrehmoment reduziert, wenn die Impulsbreite schmaler wird. Dies ist in Pig· 5 gezeigt. Fig. 5 zeigt eine Kennlinie T des Ausgangsdrehmomentes und eine Kennlinie I des Energieverbrauchs in

in der Breite Abhängigkeit von einem/veränderlichen Treibimpuls. Die zuvor genannte Treibimpulsbreite von 7»8 msec entspricht P₂ In Pig. 5. P₂ ist die Impulsbreite, Tp das Ausgangsdrehmoment und Ip der Energieverbrauch. Dieses Ausgangsdrehmoment ist so bestimmt, daß es mit einer Last fertig wird, wie man sie bei einer Uhr antrifft, wie zuvor ausgeführt worden ist. Wenn jedoch die Last am Rotor klein ist oder vernachlässigt werden kann, kann das Ausgangsdrehmoment kleiner werden und

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kann die Treibimpulsbreite schmaler gemacht werden, und somit kann der Energieverbrauch niedrig sein. Wenn der Motor beispielsweise mit einer Impulsbreite P« getrieben wird, ist das Ausgangsdrehmoment T und der Energieverbrauch I«. Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit diesem Punkt. Indem irgendeine Last am Rotor ermittelt wird, wird der Motor mit einer schmalen Impulsbreite betrieben, wenn keine oder eine geringe Last am Rotor auftritt, oder mit einer großen Impulsbreite, wenn eine große Last auftritt. Die Erfindung versucht, den Energieverbrauch durch diese Methode zu rationalisieren und zu reduzieren. Wie bereits erwähnt worden ist, hat eine Energieverbrauchsverringerung eine große Auswirkung, da sich eine Uhr meist in einem praktisch lastfreiem Zustand befindet. Beispielsweise wird gemäß Fig. 5 der Motor während eines lastfreien Zustands (20 Stunden lang) mit der Impulsbreite P. oder während eines Zustands großer Last (während 4 Stunden) mit der Impulsbreite P₂ getrieben, und I₁ zu Ig verhalten sich wie 1 zu 2 (I₁ / Ig - 1/2). Der mittlere Energieverbrauch 1st folgendermaßen:

I₁ χ 20 + I₀ χ 4 14

_{1 0}

¹ "^ « if I₂ » 0.58

Somit liegt der Energieverbrauch unter 60j£ von Jenem Energieverbrauch, welcher auftritt, wenn der Motor mit der herkömmlichen Methode zu allen zeiten mit der Impulsbreite Pg getrieben wird, und der Energieverbrauch 1st stark reduziert.

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Die Methode zur Peststellung dieser Lastarten ist ein wichtiger Punkt der Erfindung. Diese Methode wird als nächstes beschrieben. Betrachtet man die Wellenform des in der Spule fließenden Stroms (Pig. 4) findet man, daß sich die Wellenform mit zunehmender Last ändert. Die Stellen, an denen die Wellenform im Treibabschnitt A ein Maximum oder ein Minimum erreicht, verschiebt sich mit zunehmender Last nach rechts. Obwohl man die Größe der Last ermitteln kann, wenn man diesem Punkt Beachtung schenkt, ist der Änderungsbetrag dieser Wellenform extrem klein, und es 1st schwierig, Unregelmäßigkeiten aufgrund der Massenproduktion aufzufangen, und außerdem ist eine extrem empfindliche Steuerung erforderlich.

Deshalb befaßt sich die vorliegende Erfindung mit dem Abschnitt B nach Anlegen des Treibimpulses. Auch im Abschnitt B verschiebt sich die Position, in welcher die Wellenform das erste Mal ihr Minimum erreicht, mit zunehmender Last nach rechts, überdies beträgt der Änderungsbetrag der Wellenform ein Mehrfaches des Änderungsbetrages im Abschnitt A. Daher ist die Methode, den Lastbetrag durch die Wellenform des induzierten Stroms im Abschnitt B zu ermitteln, leichter und zuverlässiger als im Abschnitt A. Dieselben Aussagen gelten für den Pail, daß die Treibimpulsbreite schmaler gemacht wird. Der entsprechende Zustand ist in Pig. 6 gezeigt. Ein Antrieb gemäß Fig. 6 kann nur einer kleinen Last standhalten, da seine Treibimpulsbreite schmaler als in Pig. 4 ist. Die Beziehung zwischen einer Treibstromwellenform 2} In einem lastfreien

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Zustand und einer Wellenform 23' eines induzierten Stroms nach dem Antreiben im selben Zustand und zwischen einer Treibstromwellenform 24 im Zustand einer Last, welche die Betriebsgrenze erreicht, und einer Wellenform 24' eines induzierten Stroms nach dem Antreiben im selben Zustand ist Jedoch zu den Beziehungen zwischen den Wellenformen in Fig. 4 analog. Auch in diesem Fall wird eine Last durch die zuvor genannte Methode ermittelt. Erfindungsgemäß wird Jedoch der Motor gewöhnlich unter Annahme eines lastfreien Zustands durch schmale Treibimpulse angetrieben, wird der Betrag der Last immer aus der Wellenform des induzierten Stroms nach dem Treiben ermittelt und wird der anfängliche Antrieb mit einer schmalen Treibimpulsbreite fortgesetzt, wenn die Last klein ist. Wenn die Last zunimmt und der Antrieb des Motors die Grenze des Antriebs mit der schmalen Antriebsimpulsbreite erreicht, wird der Motor während einer bestimmten Zeitdauer vom folgenden Antrieb ab mit einer großen Treib impulsbreite angetrieben und kehrt dann zum ursprünglichen Antrieb mit der schmalen Treibimpulsbreite zurück. Dieses Prinzip der vorliegenden Erfindung wird in Verbindung mit Fig. 7 ausführlich erläutert.

Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild vom Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. 25 ist ein als Zeitnormal arbeitender Schwinger. 26 ist eine Schaltungsanordnung mit einer Oszillatorschaltung, einer Teilerschaltung usw. 27 ist eine Treiber-

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berschaltung zum Treiben eines Schrittmotors 28. Der bisher beschriebene Aufbau ist der gleiche wie bei herkömmlichen elektronischen Uhren. 29 ist eine Lastdetektorschaltung, welche die Last entsprechend der Wellenform des induzierten Stroms nach Anlegen des Treibimpulses ermittelt, wie es im Zusammenhang mit den Pig. 4 und 6 erläutert worden ist. Eine Steuerschaltung 30 steuert den Antrieb des Schrittmotors 28 entsprechend dem Lastzustand, wie er von der Lastdetektorschaltung 29 ermittelt worden ist, um den schmalen Treibimpuls zur lastfreien Zeit und den breiten Impuls beim Vorliegen einer Last zu liefern.

Fig. 8, in welcher diese Steuerungsmethode erläutert ist, zeigt den Zustand der Treibimpulse. 31 und 32 sind Impulse und zeigen den Zustand der zugeführten Impulse, wie sie im Absatz über den Schrittmotor erwähnt worden sind. Die Impulse 31 und 32 sind schmale Impulse im lastfreien Zustand. Nachdem diese Impulse 31 und 32 zugeführt worden sind, ermittelt die Detektorschaltung den Lastzustand und stellt einen Zustand ohne Last oder mit kleiner Last fest. Da als Lastzustand nach dem Impuls 31 keine Last festgestellt worden ist, wird entschieden, daß der nächste Impuls 32 eine kleine Impulsbreite hat. Und da als Lastzustand nach dem Impuls 32 ebenfalls ein lastfreier Zustand festgestellt wird, wird entschieden, daß der nächste Impuls 33 ebenfalls eine kleine Impulsbreite aufweist. Und nach dem Impuls 33 wird dann ein

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Lastzustand großer Last festgestellt. In diesem Fall wird einige 10 msec nach dem Impuls 33 ein zweiter Treibimpuls 34 großer Impulsbreite angelegt, der die gleiche Polarität (d. h., die gleiche Stromrichtung) wie der Impuls 33 aufweist. Was die Zahl der konstanten Impulse betrifft, werden Impulse 35 und mit großer Impulsbreite angelegt, und dann wieder Impulse 37, 38 ... mit schmaler Impulsbreite wie die ersten Impulse.

Zur Beziehung zwischen den Impulsen 33 und 34 ist zu sagen: Wenn durch den Antrieb mit dem Impuls 33 der Lastzustand festgestellt worden ist, wird einige 10 msec danach der Impuls 34 mit großer Impulsbreite zugeführt. Der Grund für das Anlegen des Impulses 34 ist der, daß es schwierig ist zu entscheiden, ob der Rotor getrieben wird oder nicht, wenn nach dem Impuls ein Zustand großer Last festgestellt worden ist. Denn die Wellenform des induzierten Stroms gemäß Fig. 6 ist entsprechend der Tatsache, daß die Last sich erhöht hat, nach rechts verschoben und reduziert. Wenn andererseits der Rotor nicht getrieben wird, fließt der induzierte Strom nicht. Wenn Jedoch die Last beinahe an der Grenze liegt und der Rotor mit Schwierigkeiten gedreht wird, ist es schwer zu unterscheiden, ob der Rotor angetrieben worden ist oder nicht.

Wenn die Last allmählich zunimmt, kann der Motor, obwohl eine große Last festgestellt worden ist, zu diesem Moment vom Impuls 33 getrieben werden. Wenn die Last rasch ansteigt und

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festgestellt wird, daß sie zu groß 1st, um den Motor mit schmaler Impulsbreite anzutreiben, wird der Rotor vom Impuls 33 nicht getrieben. Somit ist es schwierig, die beiden Fälle zu unterscheiden. Mit einigem Spielraum gilt: Der Lastzustand nach dem Impuls 33 wird ermittelt, wenn die Last nahezu an der Grenze ist oder der Rotor mit Schwierigkeit getrieben worden ist und somit ist es leicht, den Impuls 34 zuzuführen. In dem Fall, in welchem der Rotor durch den Impuls 33 getrieben worden ist, erhält der Impuls 34 die Gegenphase des regulären Impulses, und der Rotor wird nicht getrieben, da der Impuls 34 ein Impuls mit der gleichen Richtung wie der Impuls 33 ist. Wenn der Rotor vom Impuls 33 nicht getrieben wird, wird er vom Impuls 34 getrieben. In diesem Fall wird der Rotor einige 10 msec später getrieben, was man bei der Bewegung des Sekundenzeigers Jedoch nicht sichtbar feststellt, und es ist nicht nötig, sich deswegen über die Schwierigkeit des Ablesens der Uhr zu beunruhigen.

Was den Grund dafür betrifft, den Aufbau zu verwenden, bei dem nach Feststellung des Lastzustandes breite Impulse wie die Impulse 35 und 36 zugeführt werden, bis sie eine bestimmte Impulszahl erreicht haben, so ist die größte Last für den Rotor die Last, welche der Kalendermechanismus darstellt, und diese dauert drei oder vier Stunden, so daß, wenn wieder der schmale Impuls zugeführt wird, der Zustand großer Last erneut festgestellt wird. Wenn dieser Fall wiederholt wird,

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werden deshalb bei Jeder Drehung des Rotors zwei Impulse geliefert, und der Energieverbrauch wird groß und der geringe Energieverbrauch wird nicht erreicht.

Außerdem wird die Last für den Rotor nicht nur durch die durch den Kalendermechanismus gebildete Last erzeugt sondern auch durch eine vorübergehende atmosphärische Last, wie ein Magnetfeld, eine niedrige Temperatur usw. In diesem Fall sollte die Anzahl der aufeinanderfolgenden Impulse mit großer Impulsbreite so klein wie möglich sein. Unter Beachtung eines solchen Phänomens sollte die Anzahl der aufeinanderfolgenden Impulse zwischen einigen 10 Sekunden und einigen 10 Minuten festgelegt sein. Das Wesen der Erfindung ist vorausgehend erläutert worden. Als nächstes wird eine konkrete Ausfiihrungsform der Erfindung beschriebe! .

Pig. 9 stellt ein Beispiel der Schaltung zum Steuern der Treibimpulse und der Lastdetektorschaltung gemäß der Erfindung dar. Dabei bedeuten: 25 eine Oszillatorschaltung, 26 eine Teilerschaltung, 28 einen Motor und eine Treibschaltung und 29 eine Schaltung zur Ermittlung des Lastzustandes des Motors. Die Schaltungselemente lassen sich folgendermaßen erläutern. Das Ausgangsignal eines NAND-Gatters 39 ist ein Takt zur Formung schmaler Impulse für den Antrieb des Motors im lastfreien Zustand, von dem der Taktimpuls 5 msec nach dem Abfall eines Ein-Sekunden-Signals ausgegeben wird.

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Zu diesem Zeitpunkt gibt ein Verzögerungs-Flipflop 42 5 msec später das Ein-Sekunden-Signal, und am Ausgang des Gatters 46 werden die schmalen Impulse mit der Impulsbreite von 5 msec erzeugt. Ein Verzögerungs-Flipflop 44 empfängt eine Takteingabe von 128 Hz, und die Ausgabe des Flipflops 44 erfolgt 7,8 msec später als die Eingabe des Ein-Sekunden-Signals. Deshalb kann man am Ausgang eines Gatters 47 einen Impuls mit der Impulsbreite 7,8 msec erhalten, bei dem es sich um einen breiten Impuls zum Antreiben beim Vorliegen einer Belastung handelt. Ein Gatter 40 bildet einen Taktgeber zur Erzeugung des Impulses, der zwischen dem lastfreien Zustand und dem Zustand großer Last unterscheidet, bis ein recht kleiner Teil einer Stromwellenforra erscheint, die durch die Rotordrehung genau nach dem Anlegen der Treibimpulse erzeugt wird. Die Ausgänge von 48 und 43 erhalten den Normalimpuls, um auf die gleiche Welse wie die Flipflops 42 und 44 zu entscheiden.

In Fig. 10 1st die Wellenform 58 ein schmaler Impuls vom Ausgang des Gatters 46 und die Wellenform 59 ist der Normalimpuls zur Beurteilung des Gatters 48. Ein Gatter 41 ist die Schaltung zur Erzeugung des Korrekturimpulses, deren Impuls ein breiter Impuls mit der Impulsbreite 7*8 msec ist und der 30 msec später für den Impuls des Gatters 46 und 47 erzeugt wird. Ein Beispiel 1st bei 66 in Fig. 10 gezeigt. Ein EIngangsanschluQ 57 des Gatters 41 erhält ein Korrektursignal,

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wie es nachfolgend beschrieben ist. Nur wenn das Korrektursignal H (auf hohem Wert) ist, erzeugt der Ausgang des Gatters 41 den Korrekturimpuls und liefert diesen an die nächsten Stufen. Das Eingangssignal der Gatter 39* 40 und 41 ist das Signal zum Erhalt dieses Impulses und wird dadurch erzeugt, daß die Ausgabe eines Zählers 26 geeignet kombiniert wird. Gatter 89 und 49 dienen dazu, Jedem der Treibinverter 14 und 15 Signale zu liefern. Deshalb fließt im Schrittmotor ein Strom, der in Jeder Sekunde wechselt. Wenn der Korrekturimpuls 41 am Ausgangsanschluß in dem Zustand erzeugt worden ist, in welchem der Zähler 52 auf Null steht, sendet ein Gatter 50 die Zählereingabe zu einem Zähler 52 aus. Wenn der Zähler 52 zu zählen beginnt, befindet sich das Gatter 50 im Zustand AUS, bis der Ausgang des Zählers 52 auf Null zurückkehrt. Wenn der Zähler 52 durch das Ausgangssignal des Gatters 50 im Zustand der Zählens ist, ist das Gatter 5I offen und es wird dem Zähler 52 als Zählsignal ein Zwei-Sekunden-Signal zugeführt, bis der Ausgang des Zählers 52 auf Null zurückkehrt. Der erwähnte Zähler 52 ist auf eine Periode zwischen einigen 10 Sekunden und einigen 10 Minuten eingestellt, so daß er einen Zeitschalter für den Zweck darstellt, mit der Ausgabe des Breitimpulstreibsignals während dieser Periode nach der Peststellung, daß der Motor sich im Lastzustand befindet, fortzufahren. Das Gatter 47 erhält das Ausgangssignal des Zählers 52 als Gattereingabe und gibt im Zustand des Zählens den breiten Impuls an die nächsten Stufen. Der Block 29 stellt ein Beispiel einer Schaltung dar, welche die Motor-

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last durch den Treibzustand des Motors nach Anlegen des Treibimpulses ermittelt. 53 und 54 sind Ubertragungsgatter, die dem Treibsignal gemäß abv/echselnd das Ausgangssignal der treibenden Inverter 14 und 15 auswählen. Die Ausgangssignale der Übertragungsgatter 53 und 54 werden kombiniert und mit Hilfe eines Kondensators auf den Eingang eines Differenzierverstärkers 55 gegeben.

Unter den Ausgangssignalen der ubertragungsgatter 53 und 54 sind die Wellenformen des lastfreien Zustande und des Lastzustandes in Fig. 10 als 60 und 61 gezeigt. In diesem Fall arbeitet die Differenzierschaltung als Detektor, der den Spitzenzustand feststellt. Das Signal, welches das Ausgangssignal der Differenzierschaltung darstellt, wird ferner mit Hilfe eines Inverters zu einer Rechteckwelle, die bei jeder Spitze invertiert. Man erhält somit eine Wellenform 62 für die Wellenform 60 und eine Wellenform 64 für die Wellenform 61. 56 ist eine Schaltung zur Ermittlung der Abfallposition nach dem Treibimpuls 62 und für die Wellenform 64 erhält man die Wellenform 65· Wenn diese Abfallposition im Normalimpuls 59 für die Beurteilung enthalten 1st, wird entschieden, daß ein lastfreier Zustand vorliegt, und wenn diese Abfallposition nicht in diesem Impuls 59 liegt, wird entschieden, daß der Lastzustand vorliegt. 65 1st offensichtlich als Lastzustand bewertet worden und 57 geht auf H (hohen Pegel). FUr die Wellenform 6l wird der Korrekturimpuls 66 kontinuierlich

bei 66 angelegt, und die Drehung des Rotors ist/vollendet. Es ist

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Jedoch möglich, daß die Drehung des Rotors vollendet ist, bevor, wie zuvor erwähnt, 66 angelegt ist. Der Korrekturimpuls 66 wird mit Hilfe des Gatters 50 in den Zähler 52 eingegeben, und das Gatter 51 befindet sich im Zustand EIN, und somit beginnt der Zähler 52 zu zählen. Danach wird für eine begrenzte Zeit das Gatter 57 im Zustand EIN gehalten, und das Treibsignal mit der großen Impulsbreite wird fortwährend zugeführt. Während der breite Impuls zugeführt wird, befindet sich 57 im Zustand L (niedriger Wert), und der Korrekturimpuls wird nicht ausgegeben. Denn wenn der breite Impuls zugeführt wird, wird davon ausgegangen, daß der Motor genügend Ausgangsdrehmoment aufweist. Außer dem Differenzierverstärker 55 können verschiedene Methoden als Schaltung zur Ermittlung des Spitzenwertzustandes vorgesehen sein.

Fig. 18 zeigt ein Blockschaltbild einer Spitzenwertdetektorschaltung, bei der eine Verzögerungsschaltung verwendet wird. 53 und 54 sind Übertragungsgatter und 80 ist ein genereller Verstärker anstelle von 55 in Pig. 9· 8l ist eine Verzögerungs-BChaltung. 82 kennzeichnet einen Komparator, dem als Eingangssignale das Ausgangssignal des Verstärkers 80 und das der Verzögerungsschaltung 8l zugeführt werden.

Die Pig. 13 und 14 zeigen eine Ausführungsform des Verstärkers 80. Die zuvor erwähnten Wellen 23, 24 usw. zur Ermittlung des Motorantriebs sind Signale zwischen einigen mV und einigen

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zehn mV, die um den Energiequellenpegel herum erzeugt werden. Die Spannung dieser Signale wird durch Widerstände 66 und 67 geteilt und auf den Eingangstreibpegel des Verstärkers umgewandelt. Am Anschluß 68 erscheint die Wellenform 76 in Pig. 16.

Fig. 14 stellt eine gegenüber Pig. Ij5 verbesserte Schaltung dar, bei der anstelle des Widerstandes 67 ein MOS-Transistor eingesetzt ist und die eine RUckkopplungsschaltung zur Steuerung der Kanalimpedanz des Transistors 69 aufweist, damit der Eingangspegel des Verstärkers den Treibpegel erreicht. Block

70 ist eine Schaltung zur Feststellung des Ausgangspegels.

Pig. 15 ist eine Ausführungsform der Verzögerungsschaltung

71 und 73 sind Übertragungsgatter. 72 und 74 sind Lastkondensatoren· In diesem Fall wird das Eingangssignal 76 des Anschlusses 68 wie 77 am Ausgangsanschluß verzögert.

Fig. 17 zeigt ein Modelldiagramm dieser Wellenformen. Das Eingangssignal 76 wird dem Kondensator 72 über das tlbertragungsgatter 73 zugeführt. Wenn die Wellenformen 76 und 77 eingegeben werden, gibt der Komparator 82 das als 78 gezeigte

Rechtecksignal aus. Als Verzögerungsschaltung ist Flg. 15 ge-

eignet. Es ist jedoch auch eine Eimer-Ketten-Schaltung geeignet, da die Frequenz des Eingangssignals relativ niedrig ist. Es ist sicher, daß die erfindungsgemäße Methode zur Laster- *) (BBD = eine ladungsgekoppelte Halbleitervorrichtung)

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mittlung gegenüber einem Schock oder einem Magnetfeld, die auf eine Uhr einwirken, wirksam ist.

Pig. 19 zeigt die Stromwellenformen, die festgestellt werden, wenn ein Gleichstromraagnetfeld in Richtung der Schrittmotor-.spule angelegt ist. Die Wellenform 83 erscheint, wenn die Richtung des Treibmagnetfeldes entgegengesetzt zur Richtung des im Motorkern verursachten Magnetfeldes ist. Die Wellenform 84 erscheint, wenn beide Magnetfelder die gleiche Richtung haben. Bei 85 und 84 ist das äußere Magnetfeld der Wellenformen 85 und 86 Null, und man kann sie als nahezu gleiche Wellenformen ansehen. Die Wellenformen 87 und 88 erscheinen, wenn das äußere Magnetfeld 40 Gauss beträgt. Je stärker das äußere Magnetfeld wird, umso langsamer ist die Wirkung der Wellenform zwischen der Wellenform 87 und der Wellenform 83, und die Wirkung hat die gleiche Eigenschaft wie die Wirkung im Zustand großer Last. Bei der erfindungsgemäßen Uhrenschaltung ist deshalb die Wirkung wirksam auf den Einfluß eines äußeren Magnetfeldes, und es besteht experimentelle Übereinstimmung, daß der Widerstand gegen das äußere Magnetfeld der gleiohe wie bei einer herkömmlichen Uhr ist. Im Fall von 87 in Fig. 19 wird das als 87' gezeigte Korrektursignal hinzugefügt, weil eine recht kleine Position der Wellenform nach dem Normalimpuls für die Entscheidung auftrat. Es ist sehr leicht, aus der vorausgehenden Erläuterung den Schluß zu ziehen, daß die vorliegende

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Erfindung eine gute Wirkung hinsichtlich der Schockwiderstandsfähigkeit aufweist.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen gegenüber der vorausgehenden Beschreibung möglich. Beispielsweise ist der elektromechanische Wandlermechanismus nicht auf den erwähnten Schrittmotor begrenzt. Es ist möglich, einen reoht ähnlichen Aufbau zu verwirklichen mit einem Schrittmotor, wie er in Fig. 11 gezeigt ist. Der Schrittmotor in Fig. 11 weist einen Rotor 100 auf, der aus einem Permanentmagneten hergestellt ist, und der Stator 101 unterscheidet sich von dem der Fig. 1 in dem Punkt, daß er als ein Körper ohne Spalt hergestellt ist, wobei die Kerben 102 und 103 gebildet sind, um die statische Position festzulegen. 104 ist eine Treibspule. Da bei diesem Schrittmotor der Stator 101 als ein Körper hergestellt ist, unterscheidet sich der induzierte Strom nach dem Antreiben, wie er in Fig. 12 gezeigt ist, etwas von dem der Fig. k und 6. Die Beziehung zwischen den Wellenformen 105 und 105'für den lastfreien Zustand und den Wellenformen 106 und 106' für den Lastzustand ist im wesentlichen die gleiche wie bei den Fig. 4 und 6, und sie kann in der gleichen Weise realisiert werden.

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Claims

Patentansprüche

( Iy Elektronische Uhr mit einem eine elektromagnetische Spule aufweisenden elektromechanischen Wandler, dadurch gekennzeichnet, daß eine Detektoreinrichtung (29) vorgesehen 1st, die nach dem Ende eines Treibsignals den Zustand der mechanischen Last für den Wandler (1-9; 101 - 104) aus der induzierten Spannung oder dem induzierten Strom der elektromechanischen Spule (4; 104) ermittelt, daß der elektromechanischen Spule im Zustand geringer Last ein energiearmes Treibsignal und im Zustand hoher Last ein energiereiches Treibsignal zugeführt wird und eine entsprechende elektromechanische Umwandlung erfolgt.
2. Elektronische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das energiearme und das energiereiche Treibsignal eine vorbestimmte kleine bzw. große Impulsbreite aufweisen und daß der elektromechanische Wandler im Zustand kleiner oder keiner Last vom energiearmen Treibsignal kleiner Impulsbreite und im Zustand großer Last vom energiereichen Treibsignal großer Impulsbreite getrieben wird.

8O981S/0675