DE2817601A1

DE2817601A1 - Elektronische uhr

Info

Publication number: DE2817601A1
Application number: DE19782817601
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Asano; Masaaki Mandai; Katsuhiko Satoh; Masaharu Shida; Akira Torisawa; Makoto Ueda
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1977-04-23
Filing date: 1978-04-21
Publication date: 1978-10-26
Also published as: GB1592894A; CH628772B; HK18484A; JPS53132380A; FR2388323B1; CH628772GA3; SG64983G; US4312059A; FR2388323A1; JPS6115380B2

Description

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH . ο - βο3< unterpfaff.nhofen 18. 4. 1978

PATENTANWALT I . ^S/^lei

• 1+ . TELEFON

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TELEXi B2I730

Meine Akte: D-4402

Kabushiki Kaisha Daini Seiko sh.a Tokio, Japan

Elektronische Uhr

Die Erfindung betrifft eine elektronische Uhr gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Bei einer elektronischen Uhr mit Analoganzeige, deren Anzeige- oder Schaltmechanismus nachfolgend unter Bezugnahme auf !"ig. 1 beschrieben wird, ist die Belastung des Schrittmotors mit Ausnahme des Zeitraums, innerhalb welchem der Kalender weitergeschaltet wird, sehr klein, infolgedessen ein Drehmoment von 10 g · cm für das

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Sekundenrad ausreichend ist. Wenn jedoch der Kalender geschaltet wird, muß das Drehmoment um einige Male höher sein als es im ITormalfall erforderlich ist. Bei einem 24-Stundenbetrieb der Uhr beträgt die erforderliche Zeit zum Weiterschalten des Kalenders höchstens etwa 6 Stunden. Die bekannten elektronischen Uhren haben den Hachteil, daß die elektrische Leistung, die für das Weiterschalten des Kalenders an den Antriebsmechanismus angelegt werden muß, damit dieser in einem stabilen Zustand betrieben wird, ständig von der Speisequelle zugeführt werden muß. Die elektronische Schaltung der Uhr, die im folgenden unter Bezugnahme auf ELg. 2 erläutert ist, muß demzufolge einen Antriebsimpuls mit einer Antriebsimpulsbreite abgeben, dessen Breite durch das erforderliche maximale Drehmoment als Richtwert festgelegt ist. In dem Zeitintervall, in welchem kein großes Drehmoment erforderlich ist, wird somit Energie vergeudet. Eine Einsparung an Leistung ist damit bei den bekannten elektronischen Uhren nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Uhr zu schaffen, welche die vorstehend angegebenen Haehteile und Schwierigkeiten vermeidet und bei der insbesondere eine Reduzierung des Leistungsverbrauchs möglich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Um die Nachteile der bekannten elektronischen Uhren zu beseitigen, wird erfindungsgemäß der Schrittmotor mit einem Impuls angetrieben, der eine kleinere Impulsbreite als der Antriebsimpuls bekannter elektronischen Uhren hatj anschließend wird ein Detektorimpuls an die Wicklung des Schrittmotors angelegt, um festzustellen, ob sich der Rotor dreht. Die Drehung des Rotors wird durch einen Span-

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. 6.

nungswert erfaßt, der an einem Widerstand erzeugt wird, welcher in Serie zur Wicklung liegt. Falls sich der Rotor nicht dreht, wird eine Korrektur dadurch ausgeführt, daß der Motor mit einem Impuls größerer Impulsbreite angesteuert wird.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform einer elektronischen Ohr nach der Erfindung anhand von Zeichnungen zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den Anzeige- bzw. Schaltmechanismus einer "Ohr mit Analoganzeige,

Fig. 2 den Schaltungsaufbau einer bekannten elektronischen Uhr,

Fig. 3 den Stromverlauf bei einem bekannten Schrittmotor,

· 4·'» 5 lind 6 Darstellungen zur Erläuterung der Arbeits weise des Schrittmotors,

Fig. 7 den Stromverlauf bei einer normalen Drehung des Rotors und im Stillstand des Rotors,

Fig. 8 ein Gesamtschaltbild einer Ausführungsform der elektronischen Uhr nach der Erfindung,

Fig. 9 eine Ausführungsform einer Antriebsschaltung, einer Steuerschaltung und einer Detektorschaltung,

Fig. 10 ein Zeitdiagramm von Signalen in der Schaltung nach Fig. 8, und

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Pig. 11 den Spannungsverlauf an einem Detektoranschluß.

Fig. 1 zeigt einen Inzeige- oder Schaltmechanismus einer bekannten elektronischen Uhr mit Analoganzeige, die einen Schwinger in Form eines Kristalls verwendet. Der Motor weist einen Stator 1, eine Wicklung 7 und einen Rotor 6 auf; die Ausgangsleistung des Motors wird über ein fünftes Rad 5» ein viertes Rad 4, ein drittes Rad 3 und ein zweites Rad 2 übertragen. Obgleich es nicht dargestellt ist, wird diese Ausgangsleistung dann zu einem zylindrischen Glied, einem zylindrischen Rad und einem Kalender-Mechanismus übertragen, so daß ein Sekundenzeiger, ein Minutenzeiger, ein Stundenzeiger und der Kalender entsprechend gesteuert bzw. geschaltet werden.

Fig. 2 zeigt die Schaltung einer bekannten elektronischen Uhr. Eine Oszillatorschaltung 10 erzeugt ein Signal von $2,768 KHz, welches durch eine Irequenzteilerschaltung 11 in ein 1-Sekunden-Signal umgewandelt wird. Das Sekunden-Signal wird durch eine Schaltung, die Impulse kombiniert, in ein Signal mit 8 msec (Impulsbreite) und einer Periode von 2 see umgewandelt; somit ergibt die Schaltung 12 Impulse unterschiedlicher Impulsbreite gegenüber den ihr zugeführten Eingangsimpulsen. Auf diese Weise _wera_{eil Z}wei Signalemit der gleichen !Periode und Impulsbreite, jedoch niteiner HiasenverSchiebung von 1 Sekunde an den Eingang 15 bzw. 16 von Invertern 1$a bzw. 13b angelegt. Als Ergebnis wird ein invertierter Impuls, der die Richtung des Stromes ändert, jede Sekunde an eine Wicklung 14 angelegt, so daß der zwei Pole aufweisende Rotor 6 in einer Richtung gedreht wird. Fig. 3 zeigt den Stromverlauf. Auf diese Weise wird die Impulsbreite des Antriebsimpulses der bekannten elektronischen Uhr abhängig· von

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dem maximalen Drehmoment als Richtwert eingestellt. Die sich bei der bekannten elektronischen Uhr ergebenden Nachteile sind eingangs erwähnt.

Der in Fig. 4 gezeigte Schrittmotor weist einen Stator auf, der einen integralen Körper bildet und einen magnetischen Kreis 17 aufweist, welcher leicht sättigungsfähig ist. Der Stator steht über die Wicklung 7 in magnetischer Kopplung mit dem Magnetkern. Zur Bestimmung der Richtung der Drehung des Rotors 6, der zwei Magnetpole in Richtung seines Durchmessers aufweist, ist eine Auskerbung 18 im Stator ausgebildet. Pig. 4 zeigt den Zustand, in welchem gerade ein Strom an die Wicklung angelegt ist. Wenn kein Strom an die Wicklung 7 angelegt wird, verbleibt der Rotor 6 stationär in einer Position, in welcher ein 90 -Winkel zwischen der Auskerbung 18 und den Magnetpolen des Rotors eingehalten wird. Wenn in diesem Zustand in der Wicklung 7 ein Strom in Richtung des eingetragenen Pfeiles fließt, ergeben sich die Magnetpole im Stator 1 entsprechend Fig. 4, infolgedessen sich der Rotor 6 dadurch im Uhrzeigersinn dreht, daß 'sich die Pole gegenseitig abstoßen. Wenn der durch die Wicklung 7 fließende Strom unterbrochen wird, bleibt der Rotor 6 in einem gegenüber Fig. 4 umgekehrten Zustand, wobei auch die Magnetpole die gegenüber Fig. 4 entgegengesetzte Lage einnehmen. Daraufhin dreht sich, der Rotor € weiterhin im Uhrzeigersinn aufgrund des in entgegengesetzter Richtung fließenden Stromes. Da der Schrittmotor, der bei der erfindungsgemäßen elektronischen Uhr verwendet wird, als ein integraler Körper ausgebildet ist und einen sättigungsfähigen Abschnitt 17 aufweist, zeigt der durch die Wicklung fließende Strom eine Charakteristik mit einem langsamen Anstieg, wie in Fig. 3 dargestellt ist.

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.9-

Der Grund hierfür ist, daß vor der Sättigung des Abschnitts 17 des Stators 1 der magnetische Widerstand des Magnetkreises, von der Wicklung 7 gesehen, sehr klein ist, so daß die Zeitkonstante u der Serienschaltung aus dem Widerstand und der Wicklung sehr groß ist. Dieser Zustand läßt sich durch folgende Gleichung ausdrucken:

T = L/R, L V

Dadurch ergibt sich folgende Gleichung: T = M²Z(R · R_m)

In vorstehender Gleichung ist L die Induktivität der Wicklung 7» N die Windungszahl der Wicklung 7 und R_m der magnetische Widerstand.

Wenn der sättigungsfähige Abschnitt 17 des Stators 1 gesättigt ist, ist die Permeabilität dieses Abschnitts gleich der in Luft. Demzufolge erhöht sich der magnetische Widerstand B und die Zeitkonstante L des Kreises wird klein und der Strom steigt schnell an, wie dies durch die Kurve in Fig. 3 gezeigt ist.

Bei der erfindungsgemäßen elektronischen Uhr wird die Feststellung der Drehung oder ITichtdrehung des Rotors 6, insbesondere bei elektronischen Armbanduhren als Differenz der Zeitkonstante der Schaltung festgestellt, die den Widerstand und die in Serie zum Widerstand liegende Wicklung umfaßt. Der Grund für die Erzeugung der Differenz der Zeitkonstanten wird im folgenden beschrieben.

Fig. 5 zeigt ein Magnetfeld zum Zeitpunkt eines Stromflusses durch die Wicklung 7· In !"ig· 5 nimmt der Rotor 6 eine Position ein, in der er gegen die Magnetpole drehfähig ist. Der Magnetfluß 20 ergibt sich auf-

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grund des Rotors 6. Der Magnetfluß, der die Wicklung 7 schneidet und tatsächlich besteht, ist in diesem Pail vernachlässigt. Die Magnetflüsse 20a und 20b ergeben sich durch die sattigungsfähigen Abschnitte 17a und 17b des Stators und haben die durch den Pfeil gekennzeichnete Richtung. Der Abschnitt 17 befindet sich jedoch in den meisten Fällen nicht im gesättigten Zustand.

In diesem Zustand fließt der Strom in Richtung des Pfeiles durch die Wicklung 7» infolgedessen sich der Rotor 6 im Uhrzeigersinn dreht. Die durch die Wicklung hervorgerufenen Magnetflüsse 19a und 19b addieren sich zu den Magnetflüssen 20a und 20b, die durch den Rotor in den sattigungsfähigen Abschnitten 17a und 17b erzeugt werden, so daß sich der Abschnitt 17 des Stators 1 schnell sättigt. Danach wird ein Magnetfluß erzeugt, der ausreicht, um den Rotor 6 drehen zu lassen. Dies ist jedoch in I¹Xg. nicht dargestellt. Pig. 7 zeigt den Stromverlauf durch die Wicklung 7> wobei dieser Strom mit 22 bezeichnet ist.

Fig. 6 zeigt den Zustand des Magnetflusses, in welchem der Strom durch die Wicklung 7 zu einem Zeitpunkt fließt, wenn sich der Rotor 6 aus verschiedenen Gründen nicht drehen kann und in die Ursprungsstellung zurückgekehrt ist. Um den Rotor 6 drehen zu lassen, muß im allgemeinen ein Strom in der Wicklung 7 in entgegengesetzter Richtung zu dem Pfeil fließen, d.h. in der gleichen Richtung in Pig. 6, wie Pig. 5 zeigt. Da jedoch in diesem Pail ein invertierter Wechselstrom an die Wicklung 7 für jede Drehung angelegt wird, tritt dieser Zustand immer auf, wenn sich der Rotor 6 nicht drehen kann. Wenn sich der Rotor 6 in diesem Zustand nicht drehen kann, ergibt sich die Richtung des Magnetflusses infolge des Rotors 6 derart, wie dies in Pig. 5 dargestellt ist.

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Da der Strom jedoch, in der zur S¹Ig. 5 entgegengesetzten Richtung in diesem Fall fließt, ergibt sich die Richtung der Magnetflüsse derart, wie dies durch, die Bezugszeichen 21a und 21b in Pig. 6 gezeigt ist. In den sättigungsfänigen Abschnitten 17a und 17b heben sich die Magnetflüsse, die vom Rotor 6 und der Wicklung 7 erzeugt werden, gegenseitig auf, infolgedessen für die Sättigung des Abschnitts 17 des Stators 1 ein längerer Zeitraum erforderlich ist. Fig. 7 zeigt diesen Zustand durch das Bezugszeichen 23. Bei der dargestellten Ausführungsform des Schrittmotors ergibt sich der Zeitraum D, bevor der Abschnitt 17 des Stators 1 gesättigt wird, zu D = 1 msec (Fig. 7)j wenn der Durchmesser des Vicklungsdrahtes 0,23 mm, die Zahl der Windungen 10 000, der Serienwiderstand der Wicklungen 3 kiT und der Durchmesser des Rotors 1,3 mm beträgt, wobei die minimale Breite des sättigungsfähigen Abschnitts 0,1 mm ist. Die Karvenverläufe 22 und 23 der beiden Ströme in Fig. 7 zeigen, daß die Wicklungsinduktivität klein ist, wenn sich der Rotor 6 im Bereich C in Fig. 7 dreht, während die Induktivität groß ist, wenn sich der Rotor nicht dreht bzw. still steht. In dem beschriebenen Schrittmotor beträgt der Ersatzwiderstand für den Bereich D L = 5 H für den Strom 22 im Falle einer Drehung des Rotors und L = 40 H für den Strom 23 während des Stillstands. Wenn beispielsweise der Widerstand "r" ein passives Element für die Feststellung der Drehung darstellt und mit dem Wicklungsserienwiderstand R in Serie zur Induktivität . der Wicklung geschaltet Bind und diese Schaltung an die Speisequelle VD angeschlossen ist, läßt sich eine Änderung der Induktivität leicht durch die Spannung feststellen, die am Widerstandselement r auftritt, indem der Schwellwert V., eines MOS-Inverters, d.h. 1/2 V erfaßt wird. Aus der Tatsache, daß die am Widerstand r erzeugte Spannung 1/2 V ist, läßt sich folgende Gleichung aufstellen:

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■Al.

1/2 VD = r/(R + r) · £i - exp /- (E + r) ·

Für R = 5 kn, t = 1 msec, L = M- H ergibt sich r = 29 kil. I¹Ur den Stromverlauf 22 in Fig. 7 "beträgt die Sättigungszeit etwa 0,4 msec. Aus vorstehender Gleichung ergibt sich somit für E = 3 kn, t = 0,6 msec, L = 5 H, der Widerstand r = 7»1 kQ . Dies bedeutet, daß der erfaßbare Bereich des Detektorwiderstandselements r zwischen 7/1 kQ und 29 kfl Hegt. Dieses Ergebnis stimmt mit dem Ergebnis überein, welches in Experimenten erhalten trarde. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung wird somit das Widerstandselement r als Detektorelement verwendet. Es ist jedoch auch möglich, das Detektorelement als passives Element zu gestalten, beispielsweise als Wicklung, Kondensator, oder auch als aktives Element, beispielsweise als MOS-Transistor.

Vorstehende Beschreibung zeigt, daß die Drehung oder Mchtdrehung des Rotors 6 dadurch festgestellt wird, daß ein Detektorsignal angelegt wird, infolgedessen es möglich ist, den Rotor durch Anlegen eines Impulses mit kleiner Impulsbreite mit niedrigem Drehmoment anzutreiben, wie auch den Motor in einem Korrekturbetrieb mit hohem Drehmoment durch Anlegen eines Impulses mit großer Impulsbreite zu betreiben, falls eine Hichtdrehung des Rotors bzw. Motors festgestellt wurde.

Vom Standpunkt des magnetischen Nachweises ist es jedoch nicht immer so zufriedenstellend, den Schrittmotor ständig exakt anzutreiben.

Im folgenden wird Bezug genommen auf die Charakteristik des magnetischen Nachweises, d.h. auf den oberen Wert

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des äußeren Magnetfeldes, in dem sich ein Schrittmotor normalerweise dreht, wenn der Schrittmotor in einem bestimmten Magnetfeld sich befindet.

Die Faktoren zur Bestimmung eines magnetischen Nachweises bzw. der magnetischen "Überprüfung eines Schrittmotors sind folgende beiden Faktoren:

1. die magnetische Sättigung des Vicklungskerns _t

2. die Fehldrehung oder Stellung eines Rotors, d.h. ein Überlaufen oder ein Zurücklaufen des Rotors.

Der Faktor 1 wird durch die Querschnittsfläche des Kerns, das Material, die Form, d.h. durch die jeweilige Konstruktion des Schrittmotors bestimmt, wodurch die Unregelmäßigkeit sehr klein ist und eine Stabilität erreichbar ist, -wenn ein magnetischer Nachweis oder eine magnetische Prüfung vollständig durch den Faktor bestimmt ist. Eine Prüfung bezüglich des Faktors 2 ist dagegen nicht so einfach wie die des Faktors Ί.

Wenn ein Magnetfeld an einen Schrittmotor von außen angelegt wird, wird auch ein Magnetfeld an den Stator in bestimmter Richtung angelegt, wenn kein Strom an die Wicklung angelegt, wird, wodurch die Sättigungszeit für den Sättigungsmagnetkreis und der Zustand der Bewegung des Rotors durch die Richtung eines umgekehrten Impulses geändert wird; außerdem ist der Zeitpunkt, an welchem ein Antriebsimpuls abgebrochen bzw. beendet wird und der Bewegungszustand unterschiedlich bei Vorliegen eines äußeren Magnetfeldes und ITichtvörliegen eines äußeren Magnetfeldes.

Daher muß der Rotor nach einer Schrittbewegung des Motors mit einer verringerten Schwingung an einer bestimmten Stelle verbleiben, jedoch hat der Rotor

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eine überschüssige Bewegungsenergie, um an einer stationären Stelle durch die Taktgebung eines Impulses zu bleiben, der beendet wird; dies hat zur Folge, daß der Rotor- häufig in Richtung auf die nächste Stationäre Stellung weiterläuft oder sich in Richtung auf die vorherige Lage zurückdreht.

Wenn bei der Herstellung eines Schrittmotors eine magnetische Prüfung der Charakteristiken abhängig vom Paktor 2 ausgeführt wird, sind Paktoren wie die Porm, die magnetische Charakteristik des Stators, der Widerstand und die Zahl der Windungen der Wicklung sowie der magnetische Eopplungszustand zwischen Stator und Wicklung schwierig festzustellen, infolgedessen Unregelmäßigkeiten größer xirerden, die Qualität schlechter wird und der Wert der magnetischen Prüfungscharakteristik wesentlich geringer

Gemäß vorstehender Beschreibung ist es somit wünschenswert, daß die Zeitsteuerung eines Impulses, der abgeschnitten oder beendet wird, dann ausgeführt werden sollte, nachdem die zusätzliche oder überschüssige Bewegungsenergie des Rotors verbraucht ist. Wenn daher die magnetische Prüfungscharakteristik aufgrund des Faktors 2 bezüglich eines Impulses mit der Impulsbreite A schlecht ist, dann ist diese magnetische Prüfungscharakteristik besser, wenn ein Impuls mit größerer Impulsbreite angelegt wird, da die magnetische Prüfungseigenschaft nicht durch den Paktor 2 bestimmt ist.

Wenn eine Impulsbreite, mit der ein maximaler Wirkungsgrad des Schrittmotors erreichbar ist, für einen Korrektur-Antrieb simpuls ausgewählt wird, kann die magnetische Prüfungscharakteristik zu diesem Zeitpunkt durch den Paktor 2 bestimmt sein. Daher kann sich der Rotor nicht

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drehen, wenn ein Magnetfeld von außen an einen Schrittmotor angelegt wird. Wenn der Eotor durch, einen Korrektur-Antrieb simpuls angesteuert wird, falls sich der Rotor infolge des normalen Antrieb simpulses nicht gedreht hat, wird danach ein Detektorimpuls angelegt, um festzustellen, ob sich der Rotor aufgrund des Korrektur-Antriebsimpulses normal dreht oder nicht. Palis die Information erhalten wird, daß sich der Rotor nicht dreht, wird ein zweiter Korrektur-Antriebsimpuls mit längerer Impulsbreite angelegt, wodurch der Rotor in Drehung versetzt wird und es möglich ist, die magnetische Prüfungscharakteristik , .bzw. die magnetische Prüfungse'igenschaft, zu gewährleisten. Ein sequentielles Anlegen eines Korrekturimpulses an die Wicklung entsprechend vorstehender Beschreibung eignet sich sehr gut für die Erzeugung einer magnetischen Prüfungscharakteristik; darüber hinaus ist es dadurch möglich, einen Motor mit geringerer Leistung zu erhalten, injiem ein Impuls ausgewählt wird, aufgrund dessen das Drehmoment von Schritt zu Schritt erhöht wird.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Detektorabschnitt der elektronischen Uhr derart angesteuert wird, daß er eine Induktivitätsänderung ohne Einsatz anderer, spezieller Verstärker feststellt. Pig, 7 zeigt eine sehr einfache Methode zur Realisierung der Peststellung, ob sich der Rotor dreht oder nicht, wobei ein Gleichstromwiderstand, dessen Wert nahezu gleich oder größer dem der Wicklung 7 ist, zeitweilig in Serie zur Wicklung 7 geschaltet wird, so daß eine Spannung an dem Widerstand erzeugt, wird, die sich durch das Spannungsteilerverhältnis aufgrund der Induktivität der Wicklung und des Widerstandes ergibt.

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. /ffc.

JFig. 8 zeigt das Blockschaltbild der gesamten Schaltung der elektronischen Uhr. Eine Kristall-Oszillatorschaltung 51 liefert ein Signal, welches als Standartoder Normalsignal der Uhr verwendet wird. Eine Irquenzteilerschaltung 52 besteht aus in mehr Stufen angeordneten Flipflops und teilt das Ausgangssignal der Oszillatorschaltung in ein 1-Sekundensignal. Eine Schaltung 53» welche Impulse kombiniert, empfängt die Ausgänge der Flipflops der Frequenzteilerschaltung und liefert einen normalen Antriebsimpuls mit der für den Normalantrieb erforderlichen Impulsbreite, ein Antriebsimpulssignal für den Korrekturantrieb und ein Detektor-Impulssignal mit einer Dauer, die für die Feststellung, ob eine Drehung oder ITichtdrehung des Rotors vorliegt, ausreicht; ferner liefert sie ein das Zeitintervall zwischen dem normalen Antriebsimpuls und dem Detektorimpuls festlegendes Setz-Signal und ein Signal, welches das Zeitintervall zwischen dem Detektorimpuls und dem Korrekturimpuls festlegt, usw.

Eine Antriebsschaltung 5A gibt den normalen Antriebsimpuls, den Detektorimpuls oder den Korrekturimpuls als invertierten Impuls an den Schrittmotor weiter.

Der Rotor des Schrittmotors, der in KLg. 8 mit ^ bezeichnet ist, wird durch den normalen Antriebsimpuls mit einem kleinen Drehmoment betrieben. Diese Schaltung erfaßt die Drehung oder Hichtdrehung bzw. den Stillstand des Rotors durch die Differenz der Induktivität der Wicklung des Schrittmotors, d.h. einen Differenzwert aufgrund der Drehung und der Fichtdrehung des Rotors, nach Anlegen eines Detektorsignals an eine Detektorschaltung 57· In. dem Fall, in welchem der Rotor während des Anlegens eines normalen

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Antriebsimpulses nicht gedreht wird, wird ein Korrektur-Antrieb bzw. eine Korrektursteuerung dadurch ausgeführt,' daß ein Korrektur-Antriebsimpuls mit größerer Impulsbreite von einer Steuerschaltung' 56 während des Stillstands des Motors angeleg^^r(nachdem~ durch das Anlegen des Detektorimpulses nach dem normalen Antriebsimpuls der Stillstand des Rotors erfaßt wurde. Außerdem wird ein Detektorimpuls angelegt und gemäß vorstehender Beschreibung der Schrittmotor durch einen zweiten, längeren Korrektur-Antriebsimpuls angetrieben, falls sich der Rotor immer noch im Stillstand befindet. Die vorstehende Arbeitsweise wird nacheinander ausgeführt, bis sich der Rotor genau normal dreht. Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird die Richtung des Detektorimpulses in der gleichen Richtung wie die des Antriebsimpulses bestimmt, und zwar kurz bevor eine Umkehrung der Richtung des Detektorimpulses möglich ist.

Die Schaltung 53 zur Kombinierung von Impulsen, d.h. zur Erzeugung von Impulsen verschiedener Impulsbreite verwendet Impulse mit 3, msec, 3»9 msec, 7»8 msec, 15,6 msec, 31,2 msec und 62,5 msec, die durch die Teilerschaltung von der Quarzkristall-Öszillatorschaltung 51 erhalten werden, die mit 32,768 KHz schwingt. Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform einer Motorsteuerschaltung 100, die bei der Ausführungsform nach Fig. 8 verwendet wird. Eine Antriebssteuerschaltung 54 (I¹Ig. 8) besteht aus NAND-Gliedern 67, 68, einem Flipflop 66, Steuer invert em 79a,, 79b, 80a und 80b (Fig. 9). Der Motor 55 weist die mit 81 bezeichnete Wicklung auf. Die Detektorschaltung 57 besteht aus Invertern 70, 72a, 72b, 73» sowie UND-Gliedern 69, 74-, 75 f einem NAND-Glied 71, einem RS-Flipflop 76, einem ΪΓ-Kanal MOS~Feldeffekttransistor.83 als Schaltelement und einem Widerstandselement 82. Die Steuerschaltung

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enthält ein Flipflop 77 und 78 sowie ein ODER-Glied 65.

Fig. 10 zeigt ein Zeitdiagramm von Signalen, die in der in Fig. 9 dargestellten Schaltung erzeugt werden. Die Taktsteuerung des normalen Antriebsimpulses, des Detektorimpulses, Korrektur-Antriebsimpulses, des zweiten Detektorimpulses und des zweiten Korrektur-Antriebsimpulses ist derart, wie in Fig. 10 gezeigt, wobei die vorstellend genannten Impulse in der Reihenfolge an die Anschlüsse 60 bis 64- in Fig. 9 angelegt werden. Wenn zuerst der normale Antriebsimpuls an den Anschluß 60 angelegt wird, wird der Ausgang des D-Flipflops 66 invertiert und ein Signal dieses Flipflaps geht durch das ODER-Glied 65 hindurch. Ein Ausgang der beiden HAHD-Glieder 67 und 68 wird auf "1" geschaltet; wenn der Ausgang des MAUD-Gliedes 68 "1" wird, fließt ein Strom zur VD, dem P-Kanal MOS-Feldeffekttransistor 79b, dem ίΓ-Kanal MOS-Feldeffekttransistor 83 und VS. Nach Anlegen eines Detektorimpulses am Anschluß 61 gelangt das Signal aufgrund des Detektorimpulses nicht durch das Flipflop 66, so daß der Ausgang des HAND-Glieds 68 "1" wird und ein Strom zur Wicklung über den vorstehend angegebenen gleichen Kanal fließt. In diesem Fall wird eine Gate-Spannung des IT-Kanal MOS-Feldeffekttransistors 83 auf "1" gehalten, d.h. im Sperr-Zustand, wodurch ein Strom durch das Widerstandselement 82 zum Punkt VS fließt. Der Stromverlauf, d.h. die Stromwelle zu diesem Zeitpunkt ist unterschiedlich, da der Widerstand 82 in Serie zur Wicklung 81 geschaltet ist, während die Stromkurven am Anfangspunkt nahezu gleich sind· Daher kann eine Drehung oder Nichtdrehung durch den Induktivitätswert der Wicklung erfaßt werden, d.h. durch Feststellung der Spannung am Punkt h (vgl. Fig. 9). Wenn die Spannung am Punkt h kleiner als der Schwellwert eines Inverters 72b ist, wird

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festgestellt, daß der Rotor durch den normalen Antriebsimpuls gedreht wird, so daß ein Ausgang eines Inverters 72b den Vert "D" annimmt; es ergibt sich keine Änderung danach in einem der anderen Schaltkreise. Wenn dagegen die Spannung am Punkt h größer als der Schwellwert des Inverters 72b ist, wird festgestellt, daß sich der Rotor durch den normalen Antriebsimpuls nicht drehen läßt, so daß der Ausgang des Inverters 72a ein Signal "1" abgibt, infolgedessen am Ausgang des UND-Glieds 74- ein Signal "1" erhalten wird, und das RS-Flipflop 78 sowie das RS-Flipflop 76 gesetzt werden.

Ein Ausgangssignal Q wird zu einem Signal "1", bis ein Rückstellimpuls vom Anschluß 62 einen niedrigen Wert annimmt, wenn das Flipflop 78 gesetzt ist, infolgedessen am Ausgang des NAND-Glieds 68 ein Signal "1" durch das ODER-Glied 65 erzeugt wirdj da der Ausgang des Flipflops 66 nicht umgeschaltet ist, fließt ein Strom zur Wicklung 81 und der Rotor wird angetrieben.

Wenn ein zweiter Detektorimpuls an den Anschluß 63 angelegt wird, ergibt sich am Ausgang des NAND-Glieds 71 ein Signal "0", da das Flipflop 76 gesetzt war und der Ausgang Q liefert das Signal "1", wodurch ein Signal "1" über den Inverter 73 an das ODER«-Glied 65 angelegt wird; demzufolge ergibt sich am Ausgang des UND-Glieds 69 das Signal ¹¹O" unabhängig von dem anderen Eingang. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ausgangssignal des D-Flipflops 66 nicht umgeschaltet, wodurch am Ausgang des NAND-Glieds ein Signal "1" abgegeben wird; daraufhin fließt ein Strom zum Punkt VD, zum P-Kanal MOS-Feldeffekttransistor 80a, zur Wicklung 81, dem IT-Kanal MOS-Feldeffekttransistor 79b, dem Widerstand 82 und zum Anschluß VS (der Feldeffekttransistor 83 wird im Sperrzustand gehalten). Wenn an

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diesem Zeitpunkt der Rotor nicht gedreht wird, liefert der Inverter 72a ein Ausgangssignal "1", das Flipflop 77 ist gesetzt, so daß der Ausgang Q weiterhin das Signal "1" abgibt, bis der Rückstellimpuls am Anschluß 64 auf einen niedrigen Pegel umschaltet; der Rotor dreht sich aufgrund des an die Wicklung 81 über den gleichen Kanal angelegten Stromes. Wenn der Ausgang des Inverters 72a das Signal "1" aufgrund des zweiten Detektorimpulses abgibt, liefert das UND-Gatter 74 ein Signal "0", da der Anschluß 62 ein Signal "O" empfängt, infolgedessen das Flipflop 78 nicht umgeschaltet wird. Das Flipflop 76 wird durch den nächsten normalen Antriebsimpuls zurückgestellt und in einem Bereitschaftszustand gehalten. Die in Fig. 9 dargestellte Schaltung wird durch Wiederholung des vorstehend erwähnten, schrittweisen Betriebs betrieben.

Bei der ferfindungsgemäßen Schaltung werden sowohl der Widerstand -Θ8 als auch der Feldeffekttransistor 83 als passives Element verwendet, und zwar der Widerstand ßsQ zur Feststellung der Drehung bzw. Nlchtdrehung und der Feldeffekttransistor 83 als Schaltelement.

Es ist jedoch auch möglich, den MOS-Transistor als aktives Element für die Rotor-Drehungsfeststellung zu verwenden. In diesem Fall kann das Widerstandselement .82 (Fig. 9) entfallen, indem ein Ein-Widerstand des MOS-Transistors mit einem Wert von nahezu 0 gewählt wird, während dessen Sperrwiderstandswert 15 kil betragen muß.

Gemäß vorstehender Beschreibung wird bei der erfindungsgemäßen Schaltung die Drehung oder Hichtdrehung des Rotors durch den Strom oder die Spannungscharakteristik des Rotors erfaßt, indem ein Detektorimpuls

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an die Wicklung angelegt wird; es ist möglich., den Zustand des Eotors festzustellen, ohne daß eine Änderung des vorhandenen Schrittmotors erfolgen muß. Daher kann der Korrekturantrieb durch einen Korrektur-Antriebsimpuls für eine höhere Leistung gegenüber der normalen Last aufgrund eines die Bichtdrehung anzeigenden Signals ausgeführt werden, wenn ein ungünstiger Zustand mit Sicherheit festgestellt oder garantiert wird, falls der Motor mit einem Impuls mit einer Impulsbreite angetrieben wird, aufgrund dessen er sich im normalen Lastzustand dreht. Dadurch ist es möglich, zu verhindern, daß der Betrieb der Ohr nicht unterbrochen wird, auch wenn ein ungünstiger Betriebszustand oder Belastungszustand bestehen bleibt, indem zu der normalen Antriebsleistung diejenige Leistung durch den korrigierenden Antriebsimpuls hinzugegeben wird, die für einen Antrieb des Motors erforderlich ist.

Im Vergleich zu den bekannten Schaltungen kann durch die Erfindung die Leistungsaufnahme auf etwa 60 % reduziert werden, wodurch ein bemerkenswerter Effekt erreicht wird. Wenn darüber hinaus die Sättigungszeitdifferenz des Magnetkreises des aus einem Körper gebildeten Schrittmotors erfaßt werden soll, werden alle Schaltelemente in dem Kreis durch Schaltelemente mit Ausnahme eines Widerstandselements gebildet. Der Wert dieses Widerstands liegt zwischen 7,1 kQ.und 29 kfl; die Widerstandselemente können in !Form einer integrierten Schaltung vorgesehen werden. Daher sind zusätzliche Teile zur Steuerung der Impulsbreite nicht erforderlich, wodurch eine Kostenerhöhung der Schaltung verhindert werden kann. Darüber hinaus ist es möglich, daß die Schaltung zur Korrektur von Diskrepanzen zwischen Widerständen

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. aa.

aufgrund von Unterschieden bei der Herstellung von integrierten Schaltungen oder auch bei unterschiedlicher Anwendung bezüglich der Motore in Verbindung mit integrierten Schaltungen benützt v/erden.

Vorteilhaft ist, daß alle Teile der Schaltungen als integrierte Schaltung ausgebildet werden können, wenn das aktive Element als Detektorelement benützt wird.

Da der Schwellwert V^ immer die Hälfte der Spannung der Speisequelle aufgrund der Verwendung von C-MOS logischen Elementen als binäre logische Elemente für die Detektorschaltung ist, ist die Detektorschaltung nicht der Speisequelle ' ausgesetzt, wodurch sich die vorstehenden Probleme im Falle eines C-MOS-Aufbaus beseitigen lassen.

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Claims

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH o· βο»4 υ_Ντ_ΕΒΡΐΆΐ.«ΝΗο«Ν 18. 4. 1978

PATENTANWALT . ß/lei

CNDLIOH. POSTFACH Ο·βΟΙ4 UNTERPrAFFENHOFEN

MÜNCHEN

TELEXl »21730

Meine Akte: D-4402

Kabushiki Kaisha Daini Seiko sha Tokio, Japan

Patentansprüche

hm)Elektronische Uhr, mit einer Oszillatorschaltung zur Erzeugung eines Zeitnormalsignals, einer Teilerschaltung zum Empfang des Zeitnormalsignals, und mit einem Schrittmotor und einer Antriebsschaltung für den Schrittmotor, dadurch gekennzeichnet, daß eine Detektorschaltung (57) zur Peststellung einer Differenz der Wicklungsinduktivität des Schrittmotors zur Erfassung einer Rotorlage vorgesehen ist, daß eine Steuerschaltung (5*0 angeordnet ist, die durch das Ausgangssignal der Detektorschaltung steuerbar ist, und daß eine Schaltung (53) zur Kombinierung von Impulsen unterschiedlicher Impulsbreite . zur Abgabe eines Korrektur-Steuerimpulses vorgesehen ist.

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2. Elektronische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektorelement der Detektorschaltung (57) aus einem passiven Element (82), einem Schaltelement (83) umd einem binären logischen Element besteht, daß das passive Element (82) in Serie zur Wicklung (81) des Schrittmotors und parallel zum Schaltelement (83) geschaltet ist und daß ein Eingang des binären logischen Elements mit dem passiven Element (82) verbunden ist.
3- Elektronische Uhr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektorelement der Detektorschaltung (57) aus einem aktiven Element und einem binären logischen Element besteht, daß das aktive Element in Serie zur Wicklung des Schrittmotors geschaltet ist und daß ein Eingang des binären logischen Elements mit dem aktiven Element verbunden ist.
4·. Elektronische Uhr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschluß des Detektorelements an die Wicklung des Schrittmotors über das Schaltelement angeschlossen ist und daß ein Eingang des binären logischen Elements mit dem Detektorelement verbunden ist.
5· Elektronische Uhr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das binäre logische Element aus einem C-MOS logischen Element besteht.
6. Elektronische Uhr nach einem der vorangehenden Ansprüche, ■ dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor des Schrittmotors (55) aus einem Permanentmagnetglied mit wenigstens zwei Polen besteht, daß der Stator den Rotor umgibt, daß die Wick-

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lung (81) einen Kern umgibt, der magnetisch mit dem Stator gekoppelt ist und daß der Stator aus einem einzigen Körper "bestellt oder durch einen Kontakt durch einen gesättigten Magnetkreis gebildet ist.
7- Elektronische Uhr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (57) mi* anderen Schaltungsteilen als IC-Element ausgebildet ist.
8. Elektronische Uhr nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein zwischenliegender Anschluß vorgesehen ist.

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