DE2753732C2

DE2753732C2 - Rotorsteuerung

Info

Publication number: DE2753732C2
Application number: DE19772753732
Authority: DE
Inventors: Jörg 7732 Niedereschach Benz; Jens 7220 Schwenningen Haberer; Helmut Ing.(Grad.) Stechmann
Original assignee: Kienzle Uhrenfabriken GmbH
Current assignee: Kienzle Uhrenfabriken GmbH
Priority date: 1977-12-02
Filing date: 1977-12-02
Publication date: 1986-04-24
Also published as: DE2753732A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotorsteuerung bei einem kleinen Schrittschaltmotor, wobei der Statorspule von einer Steuerstufe Impulse wechselnder Polarität zugeführt werden und die Steuerstufe von Rechteckimpulsen angesteuert wird.

Bei Quarzuhren werden die Schwingungen eines Quarzoszillators über mehrere Teilerstufen geteilt bis auf eine Ausgangsfrequenz von beispielsweise 0,5 oder 1 Hz. Diese von einer Steuerstufe gelieferten Ausgangsimpulse wechselnder Polarität werden der Stanrspule eines kleinen Schrittschalunotors zugeführt Hierbei ist

ίο es bekannt, daß der Schrittschaltmotor bei jedem Impuls einen Drehschritt von 180° ausführt. Der sich drehende Rotor treibt das Zeigerwerk der Uhr an. Üblicherweise weisen die Ausgangsimpulse eine Rechteckform auf. Bei einem bipolaren Ausgang der Steuerstufe ist es bekannt, daß der eine Rechteckimpuls eine Impulsdauer von 0,5 see aufweist, sich daran eine Impulspause von ebenfalls 0,5 see anschließt und sodann ein Rechteckimpuls entgegengesetzter Polarität auftritt dessen Dauer ebenfalls 0,5 see beträgt

Es hat sich gezeigt daß diese Rechteckimpulse ein Eigenschwingen des Rotors bewirken, was sich in einem relativ lauten Geräusch äußert Um dieses Eigenschwingungsverhalten des Rotors zu dämpfen, ist es bekannt mechanische Dämpfungsmittel vorzusehen, wie beispielsweise eine Trägheitsmasse, welche lose auf der Rotorwelle aufgesteckt ist Diese mechanischen Dämpfungsmittel haben sich nicht bewährt, da sie zum einen kein reproduzierbares Dämpfungsverhalten aufweisen, sich die Dämpfung im Laufe der Zeit ändert und außerdem durch sie das Trägheitsmoment des Rotors erhöht wird.

Zur Dämpfung des Eigenschwingungsverhaltens wurde bereits vorgeschlagen, die Abfallsflanke der jeweiligen Antriebsimpulse treppenförmig abfallen zu lassen.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Maßnahme nur bedingt zu einem Erfoig führt Das Eigenschwingen des Rotors wird, wie sich gezeigt hat, in erster Linie angefacht durch die steile Anstiegsflanke der jeweiligen Antriebsimpulse. Das stufenförmige A'btdingenlassen des jeweiligen Antriebsimpulses bewirk«, lediglich, daß die Rotorschwingungen etwas gedämpft werden, führt jedoch nicht dazu, diese Schwingungen zu verhindern. Durch die vorbeschriebene Maßnahme werden die Fortschaltgeräusche nicht merkbar gedämpft, denn die großen Beschleunigungen des Rotors zu Beginn des Drehschritts sind maßgeblich mitbestimmend für das Fortschaltgeräusch.

Es besteht die Aufgabe, die Rotorsteuerung so auszubilden, daß die vorerwähnten Rotorschwingungen praktisch nicht auftreten und ein Fortschaltgeräusch praktisch nicht merkbar ist

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß der Rotor insgesamt eine nahezu gleichförmige Drehbewegung ausführt, also die Beschleunigungen und Verzögerungen zu Beginn und am Ende jedes Drehschritts sehr gering sind.

Im Sinne eines Dreiecksgenerators gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch beispielsweise ein Trapezgenerator zu verstehen, der Impulse mit abgeflachter Anstiegs- und Abfallflanke liefert. Hierunter ist auch ein Sinusgenerator zu verstehen, dessen Ausgangsimpulsc

b5 einen nahezu sinusförmigen Verlauf aufweisen. Maßgebend iit. das Trägheitsmoment des Rotors klein zu hallen.
Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand

der Zeichnungen erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein erstes Schaltungsbeispiel, dessen Kurvenformen in F i g. 2 dargestellt sind;

F i g. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, dessen Kurvenformen die F i g. 4 zeigt und

F i g. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel mit einem Kurvenverlauf nach F i g. 6.

Von der Endstufe der nicht dargestellten Teilerschaltung werden dein Eingang 1 der Steuerstufe Impulse gemäß Fig.2a) zugeführt. Es handelt sich hierbei ζ. Β. ίο um unipolare Impulse, deren Dauer 0,5 see beträgt bei einem Impuls-Pausenverhältnis von I : 1. Die Impulse gemäß F i g. 2a) werden einem Zeitglied zugeführt, welches aus den Transistoren T_x und Ti und dem Kondensator 2 besteht. Die Transistoren Ti und Ti bilden hierbei eine Inverterstufe. Der Ausgang dieser Inverterstufe liegt am Gate einer Gegentakttreiberstufe, bestehend aus den Transistoren Tj und Γ* Die Gate-Spannung der Treiberstufe weist hierbei einen Verlauf gemäß F i g. 2b) auf. Der resultierende Treiberstrom sind die Impulse in F i g. 2c), weiche angenähert Dreiecksform aufweisen.

Um ein Entladen des Kondensators 2 über die Inverterausgangswiderstände zu verhindern, ist eine Sperrdiode 3 zwischen dem Kondensator 2 und den Transistoren Τ· und T2 vorgesehen. Der Treiberausgangsstrom der Treiberstufe Ti, Tj durchfließt die Spule 4 in Richtung des einen Pfeils.

Um einen bipolaren Ausgangsstrom zu erhalten, ist symmetrisch zu der vorbeschriebenen Schaltung eine weitere Schaltung vorgesehen, welche mit dem Eingang 1 über einen Inverter 5 verbunden ist. Während der Pausen der Impulse gemäß F i g. 2a wird die Inverterstufe Tb. Tj angesteuert, welche zusammen mit dem Kondensator 6 ein Zeitglied bildet. Am Gatter der Treiberstufe T₈, Tc, entsteht dadurch eine Treiberspannung entsprechend phasenverschoben zu Fig.2b. Der daraus resultierende Treiberstrom entspricht den Impulsen gemäß Fig.2c, jedoch mit umgekehrter Stromflußrichtung und phasenverschoben dazu um die Impulsdauer t = T/2 bzw. „τ. Auch hier ist eine die Entladung des Kondensators 6 über die Inverterausgangswiderstände verhindernde Diode 7 vorgesehen.

Es hat sich gezeigt, daß die Ausgangsimpulse auch Trapezform aufweisen können. Im vorgenannten Beispiel beträgt die Impulsdauer t für jeweils einen Impuls etwa '/2 Sekunde. Bei einem trapezförmigen Impuls sollte die Anstiegsflanke länger als 0.5 msec dauern. Gleiches gilt auch für die Abfallflanke. Gleichgültig, ob Dreiecks- oder Trapezimp'ilse vorliegen, sollte die Dauer der Anstiegsflanke gleich oder größer sein im Vergleich zur Dauer der Abst'egsflanke. Es ist also von Bedeutung, eine relativ flache Anstiegsflanke zu erhalten, während die Abfallsflanke dazu relativ steil abfallen kann.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 beträgt in einem Spannungsbereich von 4 bis 14 Volt der Spitzenstrom 7 mA, was zu einem Durchschnittsstrom von 3.5 mA bei nahezu dreieckförmigen Ausgangsimpulsen gemäß F i g. 2c führt. Das optimale Rotorträgheitsmoment betrug 0.008 gern-, bo

Es hat sich eine starke Dämpfung der Fortschaltgeräusche ergeben. Eigenschwingungen des Rotors waren praktisch nicht feststellbar. Durch den Kurvenverlauf werden Rückschlagspannungen im Bereich der Treiberstufen vermieden. bi

Es ist noch zu erwähnen, daß die Größe der Kondensatoren 2 und 6 im pF-Bereich liegt, so daß diese Kondensatoren inteerierbarsind.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 3 und 4 ist nur eine Hälfte der Steuerstufe gezeigt Die rechte Hälfte ist identisch aufgebaut wobei die Gates der Eingangstransistoren der rechten Hälfte verbunden sind mit den Gates der Eingangstransistoren der linken Hälfte über jeweils einen Inverter.

Am Gate-Eingang der Treiberstufe Tu Ts sind mehrere Transistoren T_to bis Tj₄ angeschlossen. Weiterhin ist zur positiven Spannungsquelle ein Widerstand 8 geschaltet Die Transistoren Tio bis Tu werden aufeinanderfolgend zu- und abgeschaltet, wobei sich die Steuerimpulse gemäß F i g. 4a bis 4e überlappen. Der an T_!0 anliegende Steuerimpuls ist in Fig.4a dargestellt Der Steuerimpuls für Tu beginnt hierzu später, wie Fig.4b zeigt Hierdurch wird erreicht, daß die Gate-Spannung für die Treiberstufe sich treppenförmig auf- und abbaut, was dazu führt, daß der Treiberstrom einen treppenförmigen Verlauf erhält wie dies die F i g. 4f zeigt Je mehr Transistoren Tio bis Tu vorgesehen werden, um so feiner kann die Abstufung gewählt we'-.sn. Die parallel geschalteten Transistoren Tio bis TU biidf π zusammen mit dem Widerstand 8 einen Spannungsteiler. Die Impulse gemäß F i g. 4a bis 4e werden von einer nicht dargestellten Logik erzeugt.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 sind zum Transistor Ti5 der Treiberstufe Ti,, Tie mehrere Transistoren Ti7, Tig... T_n zu einem Brückenzweig parallel geschaltet. Zur Erzeugung einer stufenförmigen Flanke des Antriebsimpulses werden die Transistoren mit ihren verschiedenen Innenwiderständen nacheinander durchgeschaltet, wie dies durch die Spannungen Uc in F i g. 6 verdeutlicht wird. Der daraus resultierende Gesamtwiderstand der Ausgangstransistoren bildet mit dem Motorwiderstand ein Spannungsteilerverhältnis. Bei entsprechender Abstufung der parallelgeschalteten Ausgangstransistoren wird der Spannungsabfall an der Motorspule stufenförmig erhöht bzw. abgesenkt. Dies ist in F i g. 6 unten gezeigt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rotorsteuerung bei einem kleinen Schrittschaltmotor, wobei der Statorspule von einer Steuerstufe Impulse wechselnder Polarität zugeführt werden und die Steuerstufe von Rechteckimpulsen angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstufe ein Dreiecksgenerator ist, dessen bipolare Dreiecksimpulse etwa symmetrisch ausgebildet sind.

2. Rotorsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Anstiegsflanke gleich oder größer ist der Dauer der Abfallsflanke des Impulses.

3. Rotorsteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Anstiegsflanke gleich oder größer 0,5 msec, beträgt.

4. Rotorstiuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß der Spitzenstrom im Bereich von 4 bis 14 Volt kleiner als 10 raA ist, der Motor ein Trägheitsmoment von maximal 0,03 gern² aufweist und pro Impuls einen Drehschritt von 180° ausführt

5. Rotorsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenstrom etwa 7 mA beträgt und das Trägheitsmoment im Bereich von etwa 0,001 gern² liegt

6. Rotorsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne' daß die Dreiecksform des Ausgangsimpulses annähernd dargestellt wird durch stufenförmige Flanken, wobei die Anzahl der Stufen für eine Flanke größer 5 ist.

7. Schaltung für eine RotorsK jerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Gate einer Gegentakttreiberstufe (T₄, T₅) der Ausgang eines Zeitglieds anliegt, das aus einer Inverterstufe (Tu Ti) und einem Kondensator (2) besteht.

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Inverterstufe (T\, TJ) und dem Kondensator (2) eine Sperrdiode (3) geschaltei ist.

9. Schaltung für eine Rotorsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß am Gate einer Gegentakttreiberstufe (T*. Tt) eine Parallelschaltung mehrerer Steuertransistoren (T,o bis Tu) liegt, die mit einem Widerstand (8) einen Spannungsteiler bilden und die aufeinanderfolgend zu- und abgeschaltet werden.

10. Schaltung für eine Rotorsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu einem Transistor (Τ\%) einer Gegentakttreiberstufe (Tu, Tie) mehrere Transistoren (Tv bis T_n) parallel geschaltet sind, die aufeinanderfolgend zu- und abgeschaltet werden.

11. Schaltung nach einem der Ansprüche 7 bis l0, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Anschluß der Rotorspule (4) an einer weiteren Gegentaktstufe einer weiteren identischen Schaltung angeschlossen ist, deren Ansteuerung um 180° phasenverschoben ist.