DE2817648A1

DE2817648A1 - Elektronische uhr

Info

Publication number: DE2817648A1
Application number: DE19782817648
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: FR2388330A1; FR2388330B1; CH631594GA3; JPS53132382A; JPS6115381B2; US4276626A; GB1592899A; CH631594B

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Uhr gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Die Steuerimpulsbreite bekannter elektronischer Uhren, wie sie nachfolgend unter Bezugnahme auf Pig. 1 bis 3 erläutert v/erden, beträgt üblicherweise z.B. 7j8 msec, wenn Faktoren, wie beispielsweise der Wicklungsv/iderstand, die Wicklungszahl, die Größe desSchrittmotors in geeigneter Weise ausgewählt V/erden, so daß der Schrittmotor in einem stabilen Zustand auch dann angesteuert wird, wenn die Last oder Belastung der Zahnräder groß ist, wenn sich die Zahnräder in einem Magnetfeld befinden, wenn der Innenwider-

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stand der Batterie sich bei einer sehr niedrigen Temperatur stark erhöht hat oder wenn die Batteriespannung aufgrund eines Erschöpfungszustandes der Batterie abgesunken ist. Wenn aber ^e^-ⁿ großes Drehmoment nicht notwendig ist, wird ein zu hoher Energieverbrauch aus der Batterie verursacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Uhr zu schaffen, welche die vorstehend angegebenen ÜTaohteile und Schwierigkeiten beseitigt und bei der insbesondere der Energieverbrauch des Schrittmotors reduziert werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unter ansprächen.

Bei der erfindungsgemäßen elektronischen Uhr wird der Schrittmotor oder Schrittschaltmotor durch Impulse mit kleinerer Impulsbreite als bei üblichen Uhren angesteuert. Ein stabiler oder Dreh_Zustand des Rotors wird durch einen Spannungswert eines Widerstands erfaßt, nachdem ein Erfassungsimpuls an eine Wicklung angelegt wird; der Widerstand ist zu einer Wicklung in Serie geschaltet. Ein Impulssignal mit größerer Breite wird an den Schrittmotor angelegt, wenn sich der Rotor im stabilen Zustand befindet, wodurch die Drehung des Rotors korrigiert wird.

Die erfindungsgemäße Uhr weist eine Einrichtung zur Reduzierung des Energieverbrauchs des Schrittmotors auf. .

Im folgenden werden die experimentellen Werte erläutert, die sich bei der erfindungsgemäßen Uhr ergeben haben. Bei einer üblichen elektonischen Uhr mit einer Steuerimpulsbreite von 7>8 msec liegt ein durchschnittlicher Stromverbrauch des Schrittmotors von etwa 1,5/^A vor, d.h. bei einer Uhr mit Kalender. Bei der erfindungsgemäßen

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TJlir mit einer normalen Steuerimpulsbreite von 2,9 msec und einer Korrektursteuerimpulsbreite von 7 »8 msec liegt ein durchschnittlicher Stromverbrauch des Schrittmotors von 0,69/λ.A im Falle einer Kalender-Uhr vor. Dadurch ergibt sich erfindungsgemäß ein Leistungsverbrauch von etwa 4,6 % gegenüber den üblichen Uhren und es ist möglich, eine beträchtliche Energieeinsparung zu erreichen.

Bei der erfindungsgemäßen Ohr wird ein Erfassungsimpuls an eine wicklung angelegt, wodurch eine Drehung oder 3Hichtdrehung des Rotors durch die Stromcharakteristik oder ein Spannungssignal festgestellt wird; dadurch ist es möglich, festzustellen, ob eine Drehung oder Michtdrehung vorliegt, ohne daß eine Änderung des Schrittmotors notwendig ist. Die Steuerimpulsbreite des Schrittmotors ist derart gewählt, daß der Schrittmotor im normalen Belastungszustand nicht angehalten wird. Wenn beispielsweise ein ungünstiger Betriebszustand für die Uhr vorliegt, wird der Schrittmotor korrigierend durch einen Korrektur steuerimpuls angesteuert, nachdem ein einen Stillstand des Rotors anzeigendes Signal erfaßt wird. Daher wird in einem derartigen ungünstigen Betriebszustand der Schrittmotor tatsächlich nicht angehalten und es ergibt sich ein durchschnittlicher, zusätzlicher Leistungsverbrauch in Form einer kleinen Erfassungsenergie (für den Erfassungsimpuls) und eine Korrektur st euer energie, die im normalen Steuer- und Kalender-Schaltzustand hervorgerufen wird. Daher ist eine Leistungsreduzierung möglich.

Zur Erfassung der Sättigungszeitdifferenz des übergesättigten Abschnitts des Stators, der einen einzigen Körper darstellt, ändert sich der Widerstandswert des Widerstands zwischen 7,1 KD.und 29 KO. Die diese Sättigungszeitdifferenz feststellende Schaltung der elektronischen Uhr be-

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steht aus Schaltelementen in Form von Transistoren, wobei ein Teil dieser Schaltung mit Ausnahme der Schaltelemente ein einziges Viderstandselement bildet, dessen Wert in dem vorstehend angegebenen Bereich liegt. Damit ist es möglich, das Viderstandselement in einer integrierten Schaltung vorzusehen, wodurch alle Elemente in einer integrierten Schaltung angeordnet in die integrierte Schaltung eingesetzt werden können. Daher ist es nicht notwendig, äußere Teile zur Steuerung der Impulsbreite vorzusehen, wodurch auf einfache Weise eine Kostensenkung erreichbar ist. Außerdem ist es möglich, Unregelmäßigkeiten des Widerstandswertes im Herstellungsprozeß der integrierten Schaltung zu korrigieren und Schrittmotoren anderer Art dadurch zu verwenden, daß ein Zwischenanschluß für das Widerstandselement in der integrierten Schaltung vorgesehen wird und der Widerstandswert dieses Widerstands entsprechend gewählt wird; außerdem kann an der integrierten Schaltung eine Verlängerungsleitung befestigt werden. Wenn ein aktives Element als Detektor- oder Erfassungselement verwendet wird, sind alle Schaltkreise in der integrierten Schaltung ausgebildet. Eine Schwellenspannung V, J₁ hat jeweils den halben Wert gegenüber der Speisequelle infolge der Verwendung eines C-MOS logischen Elements als binäres logisches Element zur Bildung des Detektorkreises, wodurch es möglich ist, eine Detektorschaltung zu schaffen, die eine Beeinträchtigung infolge einer Unregelmäßigkeit der Spannung der Speisequelle beseitigt; infolgedessen können alle Sehaltkreise durch C-MOS-Schaltungen gebildet werden. Die elektronische Uhr mit dem Schrittmotor weist außerdem eine Wicklung auf, die eine unterschiedliche Induktivität im Falle einer Drehung oder eines Stillstandes des Rotors aufweist; dabei sind keine Verbin-

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düngen zum Kotor des Schrittmotors erforderlich.

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

!"ig. 1 eine Ansicht einer üblichen elektronischen Quarzuhr,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer elektronischen Quarzuhr,

Fig. 3 den Stromwellenverlauf bei einem Schrittmotor einer elektronischen Quarzuhr,

Fig. 5 his 6 Ansichten auf den Schrittmotor der erfindungsgemäßen elektronischen Uhr zur Erläuterung der Arbeitsweise des Schrittmotors,

Fig. 7 Stromwellenformen bei stillstehendem und drehen . dem Rotor,

Fig. 8 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen dem Stromverbrauch, dem Ausgangsdrehmoment und der Steuerimpulsbreite,

Fig. 9 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen elektronischen Ohr,

Fig.10 die Motorsteuerschaltung,

Fig.11 ein Zeitdiagramm für Signale an Stellen in der Schaltung nach Fig. 10, und

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12 den am Anschluß eines Widerstandselements erhaltenen Signalverlauf.

Im folgenden wird die Erfindung als Beispiel anhand einer analogen elektronischen Armbanduhr erläutert. Vor Erläuterung der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 "bis 3 eine bekannte elektronische Uhr beschrieben. Der Anzeigemechanismus üblicher Kristalluhren vom analogen Typ ist in Fig. 1 dargestellt. Der Ausgang des Motors, der aus einem Stator 1, einer Wicklung 7 und einem Rotor 6 besteht, wird über verschiedene Zahnräder 2, 3» 4- und 5 übertragen; ein Sekundenzeiger, ein Minutenzeiger, ein Stundenzeiger und ein Kalender werden durch diese Zahnräder in Verbindung mit nicht gezeigten, weiteren Zahnrädern angetrieben.

Der Leistungs- oder Energieverbrauch einer Armbanduhr ist sehr klein mit Ausnahme des Zustandes, in welchem der Kalender weitergeschaltet wird; so reicht für den Normalzustand für das Sekundenrad ein Drehmoment von 1,0 g*cm aus, während das doppelte Drehmoment zum ■ Veiterschalten des Kalenders erforderlich ist. Bei 24- Stunden beträgt die Zeit zum Veiterschalten des Kalenders nur 6 Stunden, jedoch muß eine beachtliche Leistung zur Steuerung der Uhrenbewegung an den Schrittmotor angelegt werden.

Fig. 2 zeigt die Schaltung einer bekannten elektonischen Uhr. Ein Signal von etwa 32 KHz, das von einer Oszillatorschaltung 10 abgegeben wird, wird durch eine Frequenzteilerschaltung 11 in ein Sekundensignal umge- wandelt. Das Sekundensignal wird weiter durch eine impulskombinierende Schaltung 12 in ein Signal umgewandelt,

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welches einer Impulsdauer von 7»⁸ msec und Periode von 2 see hat.·Αη Eingangsanschlüsse 15» 16 von Steuer-Invertern 13a, 13t> (Fig. 2) wird ein Signal angelegt, welches die gleiche Impulsperiode und Impulsbreite hat, jedoch um eine Sekunde phasenverschoben ist, sd daß ein invertierter Impuls, der sich jede Sekunde ändert, an eine Wicklung 14 angelegt wird. Der Rotor 16, der zwei Pole aufweist, beginnt sich in einer !Richtung zu drehen. Der Stromverlauf des durch die Wicklung fließenden Stromes für dieses Beispiel ist in Fig. 3 gezeigt. Bei einer derartigen elektronischen Uhr ergeben sich die eingangs beschriebenen Nachteile.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße elektronische Uhr näher erläutert. Gemäß Fig. 4 weist die Uhr einen Motor mit einem Stator 1 auf, der als integraler Körper ausgebildet ist und gemäß den Zeichnungen einöi magnetischen Weg oder magnetischen Kreis 17 aufweist, "der leicht sättigbar ist. Der Stator steht über die Wicklung 7 in magnetischer Kopplung mit dem Magnetkern. Zur Bestimmung der Drehrichtung des Rotors 6, der zwei Magnetpole in Richtung seines Durchmessers aufweist, ist eine Auskerbung 18 im Stator 1 ausgebildet. Fig. 4 zeigt den Zustand, in welchem der eüäctrische Strom gerade an die Wicklung 7 angelegt wird. Wenn kein Strom an die Wicklung 7 angelegt wird, bleibt der Rotor 6 stationär in einer Stellung, in der ein Winkel von etwa 90° zwischen der Auskerbung 18 und den Magnetpolen des Rotors vorliegt. Wenn in diesem Zustand in der Wicklung 7 ein Strom in Richtung des in der Zeichnung eingetragenen Pfeiles fließt, dann werden die Magnetpole im Stator 1 entsprechend Fig. 4 erzeugt und der Rotor 6 dreht sich im Uhrzeigersinn infolge der gegenseitigen ^Abstoßung der Pole. Wenn der durch die Wicklung 7 fließende Strom unterbrochen wird,

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verbleibt der Rotor 6 im entgegengesetzten Zustand, wobei die Magnetpole gegenüber I¹Ig. 4- vertauscht sind. Danach dreht sich der Rotor 7 weiterhin im Uhrzeigersinn infolge eines in entgegengesetzter Richtung fließenden Stromes und der Rotor 7 dreht sich weiterhin im Uhrzeigersinn durch Umkehrung der Richtung des elektrischen Stromes, der an die Wicklung 7 angelegt wird. Da der bei der erfindungsgemäßen elektronischen Uhr verwendete Schrittmotor einen einzigen integralen Körper bildet, der einen sättigungsfähigen Abschnitt 17 aufweist, zeigt die Stromwellenform des durch die Wicklung 7 fließenden Stroms eine Charakteristik in Forn einer langsam ansteigenden Kurve, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist. Der Grund dafür ist, daß der magnetische Widerstand des Magnetkreises, von der Wicklung 7 her gesehen, sehr klein ist, wenn der sättigungsfähige Abschnitt 17 cLes Stators nicht gesättigt ist. Demzufolge wird die Zeitkonstante der Serienschaltung aus dem Widerstand und der Wicklung sehr groß. Die Gleichung für diesen Zustand ist im folgenden angegeben: L = LZB, L s» H²ZEm
Daraus ergibt sich:
X= H²Z(R · Rm).

L gibt die Induktivität der Wicklung 7, H die Windungszahl der Wicklung 7 und Rm den magnetischen Widerstand an.

Wenn der sättigungsfähige Abschnitt 17 des Stators 1 gesättigt ist, ergibt sich in diesem Abschnitt die gleiche Permeabilität wie in der Luft. Demzufolge erhöht sich der magnetische Widerstand Rm und die Zeitkonstante E dieses Kreises wird klein, infolgedessen der Strom steil ansteigt, wie in !"ig. 3 gezeigt ist.

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Die Feststellung oder Erfassung der Drehung bzw. Fichtdrehung des Rotors 6 in einer elektronischen .Armbanduhr wird als die Differenz der Zeitkonstante der Schaltung beschrieben, der aus dem Widerstand und der in Serie geschalteten Wicklung besteht. Der Grund zur Erzeugung der Differenz der Zeitkonstanten wird im folgenden angegeben.

Fig. 5 "veranschaulicht ein Magnetfeld zu dem Zeitpunkt, zu welchem der Strom durch die Wicklung 7 fließt. In Fig. 5 befindet sich der Rotor 6 in der Position, in der er sich gegen die Magnetpole dreht. Der Magnetfluß 20 ergibt sich infolge des Rotors 6. Der Magnetfluß, der die Wicklung 7 schneidet, besteht praktisch, jedoch wird dies in diesem Fall vernachlässigt. Die Magnetflüsse 20a und 20b ergeben sich durch die sättigungsfähigen Abschnitte 17a und 17b des Stators 1 und sind in.der Richtung der Pfeilmarkierung gerichtet. Der sättigungsfähige Abschnitt 17 befindet sich in den meisten Fällen im nichtgesättigten Zustand. In diesem Zustand fließt der Strom in Richtung.des Pfeiles durch die Wicklung 7j so daß sich der Rotor 6 im Uhrzeigersinn dreht. Die Magnetflüsse 19a und 19h, die von der Wicklung 17 erzeugt werden, addieren sich zu den Magnetflüssen 20a und 20b, die vom Rotor 6 in den Sättigungsabschnitten 17a und 17b erzeugt werden, so daß sich der Abschnitt 17 des Stators 1 schnell sättigt.

Danach wird das für die Drehung des Rotors 6 ausreichende Magnetfeld erzeugt. Dies ist jedoch in Fig. 5 nicht gezeigt. Fig. 7 zeigt die Wellenform des Stromes, der durch die Wicklung fließt und mit 22 bezeichnet ist.

Fig. 6 zeigt den Zustand des Magnetflusses, in welchem der

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Strom durch, die Wicklung 7 zu einem Zeitpunkt fließt, an welchem der Rotor 6 aus verschiedenen Gründen nicht rotieren kann und in die Ursprungsstellung zurückgekehrt ist. Um den Rotor 6 zu drehen, muß der Strom in der Wicklung 7 in der zum Pfeil entgegengesetzten Richtung fließen, d.h.*in der gleichen Richtung, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Da jedoch in diesem Fall ein alternierend invertierter Strom an die Wicklung 7 hei jeder Umdrehung angelegt wird, tritt dieser Zustand auf, wenn der Motor 6 nicht gedreht werden kann. Da der Rotor 6 sich, in diesem Fall nicht drehen kann, ist die Richtung des Magnetflusses des Rotors 6 die gleiche wie in Fig. 5 gezeigt ist. Da der Strom in der entgegengesetzten Richtung gegenüber Fig. 5 fließt, ergibt sich die Richtung der Magnetflüsse, wie durch die Bezugszeichen 21a und 21"b veranschaulicht ist. In den sättigungsfähigen Abschnitten 17a und 17b heben sich die entsprechend vom Rotor 6 und der Wicklung 7 erzeugten Magnetflüsse gegenseitig auf, so daß zur Sättigung des Abschnitts 17 des Stators 1 eine längere Zeit erforderlich ist. Fig. 7 zeigt diesen Zustand durch das Bezugszeichen 23. Bei dieser Ausführungsform beträgt das Zeitintervall D, bevor der Abschnitt 17 des Stators 1 gesättigt wird, 1 msec. Dabei beträgt dej? Durchmesser der Wicklung 0,2^f die Windungszahl 10000, der Wicklungsserienwiderstand 3 kXl, der Durchmesser des Rotors 17p und die minimale Breite des sättigungsfähigen Abschnitts 0,1 mn.

Aufgrund der Wellenformen 22 und 23 der beiden Ströme in Fig. 7 ist ersichtlich, daß die Induktivität der Wicklung klein ist, wenn sich der Rotor 6 im Bereich 0 in Fig. 7 dreht, während die Induktivität während der Zeit der Nichtdrehung groß ist. Bei dem beschriebenen Schrittmotor wurde die Ersatz- Induktivität in dem

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Bereich D zu L = 5 H für die Stromwellenform 22 während der Drehung des Eotors gewählt, während sie 1 = 40 H für die Wellenform 23 während des Stillstandes gewählt wurde. Wenn beispielsweise der Widerstand "r" ein passives Element für die Feststellung der Drehung bzw. Mchtdrehung des Rotors ist und der Wicklungsserienwiderstand "R" fin Serie zur Induktivität) an die Spannungsversorgung VD geschaltet werden, wird eine Änderung der Induktivität leicht durch die Spannung erfaßt, die am Widerstandselement "r" auftritt, in^dem die Schwellenspannung V., des MOS-Inverters erfaßt wird, d.h. 1/2 V . Aus der Tatsache, daß die Spannung am Widerstand r die 1/2 V ist, läßt sich folgende Gleichung aufstellen:

(1/2) · VD = r/(E+r) '[ 1-Exp {- (R+r) · t/LjJ Wenn R = 5 k£l, t = 1 msec, L = 4 H sind, ergibt sich r = 29 k£i. Mir den Stromverlauf 22 in Pig. beträgt die Sättigungszeit etwa 0,4 msec. Demzufolge ergibt sich für die Gleichung bei E = 3 kil, t = 0,4 msec, L = 5 Ξ, der Widerstand r zu 7»1 kX2. Dies'bedeutet, daß der erfaßbare Bereich des erfassenden Widerstandselements zwischen 7»1 k-Ω. und 29 kil liegt. Dieses Ergebnis stimmt mit dem experimentell erhaltenen Ergebnis überein. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird das Widerstandselement als Detektorelement verwendet. Es ist jedoch auch möglich, anstelle dieses Elements ein passives Element, beispielsweise eine Wicklung, einen Kondensator oder ein aktives Element, beispielsweise einen MOS-Transistor zu verwenden.

Aus vorstehender Beschreibung ist ersichtlich, daß das Vorliegen der Drehung oder Nichtdrehung des Eotors dadurch bestimmt wird, daß ein Detektorsignal angelegt

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wird, so daß es möglich, ist, den Rotor mit einem niedrigeren Drehmoment durch Inlegen eines Impulses mit einer kürzeren Impulsbreite anzusteuern, so daß es ferner möglich ist, die Steuerung bei hohem Drehmoment durch einen Impuls zu verbessern, der eine lange Impulsbreite für den nichtdrehenden Motor hat.

Die Bestimmung der beiden Impulse mit kurzer und mit langer Impulsbreite kann durch die Impulsbreiten- und die vorliegende Momentenkurve gemäß Fig. 8 erfolgen. Der Impuls mit kleinerer Impulsbreite T^ wird durch, das minimale Dr ehmomentbe stürmt, welches für die normale Pendelbewegung erforderlich ist und der Motor ist so ausgelegt, daß ein maximaler Wirkungsgrad mit dieser Impulsbreite ebenso erreichbar ist, wie eine möglichst große Reduzierung des Stromverbrauchs. Der Impuls mit langer Impulsbreite T^ ⁱ^^{r die} Korrektursteuerung kat eine Impulsbreite, Vielehe sicherstellt, daß ein maximales Drehmoment, beispielsweise bei einer Armbanduhr, erreichbar ist. Dadurch läßt sich eine elektronische Armbanduhr mit sehrniedrigem Energieverbrauch im Gegensatz zu den üblichen Uhren erhalten, wenn die Steuerimpulse bzw. Impulsbreiten T^, und T₂ gemäß vorstehender Beschreibung gewählt werden. Mit 24 ist der Stromverlauf und mit 25 der Drehmomentverlauf angegeben. Die Feststellung bei der erfindungsgemäßen elektronischen Uhr durch den Detektorabschnitt beruht auf der Erfassung einer Induktivitätsänderung ohne Verwendung spezieller Verstärker. In Fig. 7 ist eine sehr einfache Methode zur Realisierung dieser Erfassung dargestellt, wobei ein Gleichstromwiderstand mit einem Vert, der nahezu gleich dem Vert des Gleichstromwiderstands der Wicklung oder größer als letzterer ist, zeitweilig in Serienschal-

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tung zur Wicklung 7 geschaltet wird, so daß eine Spannung am Widerstand angelegt wird, die sich, durch das Spannungsteilerverhältnis der Impedanz der Wicklung 7 und des Widerstands ergibt.

Pig. 9 zeigt ein Blockschaltbild der gesamten elektronischen Uhr. Eine Kristall-Oszillator-Schaltung 51 gibt ein Oszillatorsignal ab, -welches als Standard-bzw.Normalsignal der Uhr verwendet wird. Eine Frequenzteilerschaltung 52 besteht aus mehreren Stufen von Flipflops, welche das Ausgangssignal der Oszillatorschaltung bis auf ein 1-Sekunden-Signal herabteilen, das in der Uhr benötigt wird. Eine Schaltung 53 zur Impulsbreitenkombinierung kombiniert die Ausgangssignale der Flipflops der Frequenzteilerschaltung, ein normales Steuerimpulssignal mit der erforderlichen Impulsbreite für die Ansteuerung, ein Steuerimpulssignal für eine Korrektursteuerung, ein Detektor-Impulssignal mit einer für die Erfassung erforderlichen Impulsbreite, ein ein Zeitintervall zwischen dem normalen Steuerimpuls und dem Detektorimpuls setzendes Signal und ein ein Zeitintervall zwischen dem Detektorimpuls und dem korrigierenden Steuerimpuls setzendes Signal, usw.

Eine Steuerschaltung 54· liefert den normalen Steuerimpuls, den Detektorimpuls oder den Korrektursteuerimpuls als invertierten Impuls an den Schrittmotor.

Der Rotor des Schrittmotors ^ wird durch Anlegen des normalen Steuerimpulses in Drehung versetzt, wenn die Last niedrig ist. Wenn die Last hoch ist, wird jedoch der Rotor nicht gedreht, so daß es möglich ist, entweder den Drehzustand oder Stillstandszustand des

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Rotors aus dem Differenzsignal der Wicklung zu erfassen, das von dem vorerwähnten Zustand abhängt, in^,dem das Detektorsignal an die Detektorschaltung 57 angelegt wird. Venn demzufolge sich die Last des Motors aus irgendwelchen Gründen erhöht und der Rotor während des Zeitpunkts des Anlegens des normalen Steuerimpulses nicht gedreht wird, wird entweder der drehende oder nichtdrehende Zustand des Rotors dadurch erfaßt, daß der Detektorimpuls unmittelbar nach dem Steuerimpuls angelegt wird. Wenn in diesem Fall der Rotor nicht dreht, wird der Korrektur-Steuerimpuls mit einer größeren Impulsbreite an den Rotor von der Steuerschaltung 56 für die Korrektursteuerung angelegt. Bei der dargestellten Ausführungsform der elektronischen Uhr wird die Richtung des Detektorimpulses so gewählt, daß sie die gleiche Richtung wie der Steuerimpuls hat, jedoch ist es auch möglich, die Richtung des Steuerimpulses umzukehren.

Bei der dargestellten Ausführungsform kann die impulsbreitenkombinierende Schaltung 53 dadurch einfach aufgebaut sein, daß direkt die Impulse von beispielsweise 1 msec, 3 »9 msec, 7*8 msec und 31 msec verwendet werden, die am Ausgang der Kristall-Oszillatorschaltung 51 erhalten werden, welche mit 32,768 KHz schwingt, indem dieses Signal geteilt wird. Einzelheiten dieser Schaltung sind nicht dargestellt. Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform der Motor-Steuerschaltung 100. Die Antriebs schaltung 54- besteht aus NAUD-Gattern 64a, 64b, einem Plipflop 65, Steuerinvertern 66a, 66b und 67a, 67b. Der in Pig. 9 mit 55 bezeichnete Motor weist die mit angegebene Wicklung auf. Die Detektorschaltung ^ enthält Inverter 70a, 70b und 70c, einen Transistor 69 als Schaltelement und ein Widerstandselement 68. Die Steuer-

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schaltung 56 (Pig. 9) bestellt gemäß Pig. 10 aus einem Flipflop 71A, 71B, einem ODER-Gatter 63, einem bis Ή zählenden Zähler 58 und einem TJUD-Gatter 59» wobei das Flipflop 71B einen einen Inhibiteingang sperrenden Kreis enthält, der in der Zeichnung nicht gezeigt ist, so daß ein Ausgangssignal h einen hohen Wert annimmt, wenn der Inhibiteingang an diesen Kreis angelegt wird.

Fig. 11 zeigt ein Zeitdiagramm jedes Abschnitts a bis i der Schaltung nach Fig. 10. Ein normaler Steuer- oder Antriebsimpuls von 3»9 msec, ein Detektorimpuls von 1,0 msec und ein Korrektur-Steuerimpuls werden gemäß Fig. 11 an die Anschlüsse 60, 61 und 62 (Fig. 10) angelegt. Diese Signale werden durch das TJUD-Gatter 59 und das ODER-Gatter 63 kombiniert und auch deren Phasen werden durch das Flipflop 65 und HAETD-Gatter 64a, 64b ausgewählt. Diese Signale werden an den Anschluß der Wicklung 72 über die Steuerinverter 66a, 66b und 67a, 67b entsprechend der Darstellung bei e und d in Fig. angelegt. Andererseits erfassen die Inverter 70a, 70b, 70c, der Transistor 69 und der Widerstand 68 die Drehung oder den Stillstand des Rotors durch diesen Detektorimpuls, wobei ein Ausgangssignal der Detektorschaltung an das Flipflop 71A und 71B sowie den Zähler 58 angelegt wird; infolgedessen wird der Korrekturimpuls gesteuert bzw. erzeugt und zu dem UND-Gatter 59 und ODER-Gatter als Rückkopplungssteuersignal angelegt.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Erfindung beschrieben, wenn ein normaler Steuer- oder Antriebsimpuls an den Anschluß 60a angelegt wird, so daß ein normaler Steuerimpuls 71A gemäß den Zeichnungen an den Wicklungsanschluß d angelegt wird, wodurch der Rotor normalerweise um einen Schritt gedreht wird, so daß das

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Signal h zu diesem Zeitpunkt auf hohem Pegel liegt. Wenn ein Detektorimpuls 72a an den Vicklungsanschluß d angelegt wird, nehmen ein Magnetpol des Rotors 6 und ein Magnetpol des Stators 1 den in .Fig, 6 gezeigten Zustand ein. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Anfangspunkt der Stromwellenform der Wicklung 72 oder Wicklung 7 auf einem niedrigen Wert, infolgedessen der Zustand sehr ähnlich dem Startzustand ist, der in Fig. 7 bezüglich der Kurve 23 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich weiterhin der Transistor 69 im AUS-Zustand, wodurch die Wicklung 72 in Serie zum Widerstand 68 geschaltet ist; eine Detektorspannun_v5 Vr, die am Anschluß f des Widerstands 68 auftritt, nimmt einen dem Strom in der Wicklung 72 fließenden proportionalen Wert an. Dabei hat der Detektorimpuls eine Impulsbreite von t = 1,0 msec und es ist möglich, einen Schwellwert V., des Inverters 70a zu erhalten, wie er in Fig. 11 und 12 mit 74-a bezeichnet ist.

Demzufolge wird der Wert des Eingangs signals am SETZ-Anschluß S des Flipflops 71A nicht geändert und wird auf dem niedrigen Pegel beibehalten, wodurch ein korrigierender Steuerimpuls nicht erzeugt wird. Zu diesem Zeitpunkt liegt das Eingangssignal des Zählers 58 auf niedrigem Pegel ähnlich dem Pegel des Eingangssignals am SETZ-Anschluß S des Flipflops, wodurch ein Ausgangssignal h des Flipflops 71B auf hohem Pegel gehalten wird.

Wenn sich beispielsxfeise der Rotor 6 nicht dreht, obgleich ein normaler Antriebsimpuls 71t> an den Wicklungsanschluß e angelegt wird und ein Detektorimpuls 72b an- diesen Wicklungsanschluß angelegt wird, nimmt ein Magnetpol des Rotors 6 und ein Magnetpol des Stators 1 die in Fig. 5 gezeigte Lage ein; der Verlauf des Stromes der Wick-

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- γι -

•/ft.

lung 72 hat somit einen schnellen Startzustand, was im Gegensatz dazu steht, wenn der Eotor 6 normal gedreht wird, wodurch ein Zustand auftritt, der ähnlich dem Startzustand der Kurve 22 in Fig. 7 ist. Entsprechend der Wirkung des Transistors 69 wird eine Detektorspannung Vr am Anschluß f des Widerstands 68 abgege"ben. Die Detektorspannung Vr übersteigt den Schwellwert V-J₁ des Inverters 70a, wie in Fig. 11 und 12 durch den Wert 74-b angegeben ist. Dadurch wird ein Ausgangssignal des Inverters 70a vom Inverter 70b invertiert, wodurch ein Impulssignal 75 ^m Ausgang g des Inverters 70b auftritt. Der Wert des Eingangssignals am SETZ-Anschluß S des Flipflops 7IA wird vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel infolge des Impulssignals 75 geändert; zu diesem Zeitpunkt wird ein Korrektur-Steuerimpuls an den Anschluß 60 angelegt, wodurch ein Korrektur-Steuerimpuls 73b an den Wicklungsanschluß e über das ODEE-Gatter 63, Flipflop 65, NAND-Gatter 64-a, 64b und die Steuerinverter 66a, 66b und 67a, 67b für den Schrittmotor angelegt werden, demzufolge sich der Eotor 6 normal dreht. Der Zähler zählt einen Impuls; der Ausgang des Zählers 58 wird auf.niedrigem Pegel gehalten, bis der Zähler N gezählt hat. Andererseits wird ein Eingangssignal mit hohem Pegel an den SETZ-Anschluß S des Flipflops 7IB angelegt; der Wert Ή des Zählers 58 ist größer als "2", wodurch ein Eingangssignal vom Eeset-Anschluß E des Flipflops 7IB auf niedrigem Pegel gehalten wird. Weiterhin wird ein Eingangssignal mit hohem Pegel an den SETZ-Anschluß S-;des Flipflops 71B angelegt und das Ausgangssignal des Flipflops 71B wird vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel geschaltet, wobei das Ausgangssignal mit niedrigem Pegel dann an das UtiD-Gatter als Eingangssignal angelegt wird, infolgedessen ein

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ao·

Ausgangssignal i des UND-Gatters 59 solange auf niedrigem Pegel gehalten wird, bis der Ausgang des Flipflops 7IB hohen Pegel annimmt, wenn ein Eingangssignal mit hohem Pegel an den Anschluß 60 angelegt wird. Der normale Steuerimpuls wird nicht an die Wicklungsanschlüsse d und e angelegt, bis der Zähler 58 den Zählerinhalt oder Wert Ή hat und bis ein Eingangssignal hohen Pegels an den Rückstellanschluß R des Flipflops 7IB angelegt wird und bis das Ausgangssignal h auf den hohen Pegel geschaltet wird. Der Detektorimpuls Vr, der dem Impuls 74-b entspricht, wird immer am Anschluß f des Widerstandselements 68 als Folge eines Detektorimpulses erfaßt, da ein normaler Stuerimpuls nicht an die Wicklungsanschlüsse d und e angelegt wird; der Rotor 6 wird durch Anlegen des Korrektur-Steuerimpulses an den Vicklungsanschlüssen d und e nur während des Zählerinhalts mit dem Wert IT im Zähler 58 kontinuierlich gedreht. Wenn der Inhalt des Zählers 58 den Zählerwert Ή erreicht hat, wird ein Eingangssignal des UND-Gatters 59 vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel umgeschaltet und auf diesem Pegel gehalten. Wenn ein normaler Steuerimpuls an den Anschluß 60 angelegt wird, wird der normale Steuerimpuls zum Wicklungsanschluß d und e geführt und danach wird die Arbeits weise durch Peststellung der Drehung und des Stillstandszustandes des Motors entsprechend dem Detektorimpuls wiederholt.

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Claims

Geimeciiig DIPL.-PHYS. F. ENDLICH d · β₀₃₄ HKa^jÄMfiUKu 12. 4. 1978

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Patentansprüche

) Elektronische Uhr mit einer Oszillatorschaltung, einem Frequenzteiler und einem Schrittmotor, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (12, 53) zur Kombinierung von Impulsen und eine Detektorschaltung (57) zur Feststellung einer Drehung bzw. eines Stillstandes des Rotors (6) des Schrittschaltmotors vorgesehen sind und daß eine Steuerschaltung (56) zur Abgabe eines Korrektur-Steuerimpulses angeordnet ist, wobei der Korrektur-Steuerimpuls kontinuierlich an den Schrittmotor angelegt wird, wenn die Detektorschaltung einen Stillstandszustand des Rotors des Schrittmotors erfaßt hat.

Elektronische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (53) zur Kombinierung von Impulsen mit der Korrekturimpulse abgebenden Steuerschaltung (56)

809843/1005

und der die normalen Steuerimpulse liefernden Antriebsschaltung (5^0 verbunden ist.

3· Elektronische Uhr nach Anspruch Λ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (57) mit der die Korrekturxmpulse abgebenden Schaltung (56), der die Impulse kombinierenden Schaltung (53) und dem Schrittmotor (55) verbunden ist.

8 0 9 H & 3 / 1 Π 0 S