DE2929323A1

DE2929323A1 - Elektronische uhr

Info

Publication number: DE2929323A1
Application number: DE19792929323
Authority: DE
Inventors: Masaaki Mandai; Shuji Otawa; Katsuhiko Sato; Masaharu Shida; Akira Torisawa; Makoto Ueda
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1978-07-19
Filing date: 1979-07-19
Publication date: 1980-02-07
Also published as: FR2431722B1; GB2026216B; CH640385B; JPS6156792B2; GB2026216A; CH640385GA3; US4321520A; DE2929323C2; FR2431722A1; JPS5515054A; HK18884A; SG64683G

Description

Elektronische Uhr

Die Erfindung betrifft eine elektronische Uhr gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei bekannten elektronischen Uhren muß die Größe eines eingeprägten Antriebsimpulses derart gewühlt sein, daß sie eine Aktivierung (ein Ausgangssignal) des Motors in jedem Zustand gewährleistet, der bei der Uhr auftreten kann. Dabei muß ein Überschuß für eine Kalender-Belastung, einen Innenwiderstand der Batterie und ein Spannungsabfall der letzten Betriebszeitspanne einer Batterie enthalten sein, so daß ein Antrieb mit

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einer Impulsbreite ausgeführt werden muß, der einen Überschuß, d.h. eine zu große Impulsbreite hat.

Zur Verbesserung des bekannten Antriebsverfahrens wurde ein weiteres Verfahren vorgeschlagen, mit welchem ein Schrittmotor in normalen Zustand durch eine Impulsbreite ohne Überschuß (an Impulsbreite) angetrieben wird, wobei eine Detektorschaltung enthalten ist, welche den Drehzustand bzw. Stillstand des Rotors erfasst und ein Korrekturantrieb mit der üblichen Impulsbreite nur dann ausgeführt wird, wenn festgestellt wird, daß der Rotor sich nicht dreht.

Zur Beurteilung einer Drehung bzw. Nichtdrehung eines Rotors wird ein Verfahren verwendet, bei welchem eine Eigenschaft einen Unterschied in der Erzeugung der Elektrizität zwischen einem Drehzustand und einem nicht drehenden Zustand liefert, und zwar wegen der Schwierigkeit, einen Detektor außerhalb vorzusehen, der die Drehung bzw. Nichtdrehung des Rotors erfasst, sowie wegen der Erfordernisse der Kosten, Miniaturisierung und der Reduzierung der Dicke einer Uhr.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Uhr zu schaffen, welche die vorstehend angegebenen Nachteile und Schwierigkeiten zumindest weitgehend beseitigt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße elektronische Uhr enthält ein Antriebssystem mit geringem Leistungsverbrauch elektrischer Leistung und eine Einrichtung zur Erfassung eines Magnetfeldes, die von gleicher Konstruktion sind. Alle Elemente, die zur Erfassung vorgesehen sind, sind die üblicherweise verwendeten Elemente; ein Scholtungsbereich

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ist auf einfache Weise in einer integrierten Schaltung vorgesehen; als. Kostenfaktor kommt nur die Größe eines Chips in Betracht. Der vorstehende Aufbau ist jedoch nicht nachteilig, da die Größe eines Chips und die Kosten eines Chips infolge der technischen Weiterentwicklung beträchtlich gesunken sind.

Aufgrund des niedrige Leistung benötigenden Antriebssystems kann die Batteriekapazität für eine angemessene Batterielebensdauer reduziert werden und es kann eine Miniaturisierung der Batteriegröße erreicht werden. Da der Rotor im äußeren Magnetfeld schwer anzuhalten ist, muß die magnetisch sichere Konstruktion nicht stark sein> außerdem kann die magnetisch sichere Konstruktion entfallen. Daher ist vom Gesichtspunkt der Miniaturisierung die erfindungsgemäße elektronische Uhr vorteilhaft im Hinblick auf eine Dickenreduzierung, auf geringere Kosten und auf eine höhere Qualität der elektronischen Uhr selbst.

Die Erfindung schafft somit ein Antriebssystem für einen Schrittmotor, der sich insbesondere für elektronische Uhren eignet. Die Erfindung schafft ein Korrekturantriebssystem für einen Schrittmotor, insbesondere einen Schrittmotor äußerst kleiner Größe für eine elektronische Uhr, der geringe Leistung erfordert; der Schrittmotor wird im Normalzustand mit einer geringen elektrischen Leistung angetrieben und vermag einen Korrekturantrieb mit einer größeren elektrischen Leistung gegenüber dem Normalzustand auszuführen, wenn sich der Rotor aus irgendeinem Grund nicht dreht, um den elektromechanischen Wirkungsgrad des Schrittmotors selbst zu verbessern.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung zum Korrekturantrieb ist

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es wichtig, wie ein Drehzustand bzw. Nichtdrehzustand des Rotors
erfasst wird und wie verhindert wird, daß der Rotor bei äußeren
Bedingungen, beispielsweise einem Nagnetfeld, angehalten wird.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsforroen der elektronischen Uhr anhand der Zeichnung zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1(A) und 1 (B) eine Perspektivansicht eines bekannten Schrittmotors für eine elektronische Uhr sowie die Darstellung der Wellenform eines Antriebsimpulses,

Fig. 2 eine Darstellung des Zustandes des Magnetkerns und des Magnetfeldes,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Stromwelle des Schrittmotors,

Fig. 4 eine Antriebsschaltung und eine Erfassungsschaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 5 einen charakteristischen Verlauf einer Gegen-Wechselstrommagnet-Charakteristik als Funktion der Impulsbreite,

Fig. 6 den Antriebsimpuls einer bekannten Korrektur-Impulsanordnung, Fig. 7 die Schaltung von Antriebserfassungskreisen gemäß der Erfindung,

Fig. 8 ein Zeitdiagramm eines Beispiels eines Signals an jedem Punkt der Schaltung nach Fig. 7,

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Fig. 9 ein Zeitdiagramm der Signale an jedem Punkt der Schaltung nach Fig.7 für eine abgewandelte AusfUhrungsform,

Fig.10 Kurven zur Veranschaulichung des Ansprechverhaltens der Erfassungsspannung und des Drehwinkels des Rotors,

Fig.11 Kurven zur Veranschaulichung von Unterschieden zwischen dem Drehwinkel und der Erfassungsspannung im Drehzustand bzw. Nichtdrehzustand dee Rotors,

Fig.12 eine Wellenform der Erfassungsspannung bei der Erfindung, Fig.13 ein Symbol eines N-Kanal-Transistors, Fig.14 eine Ersatzschaltung des N-Kanal-Transistors, Fig.15 ein Ersatzschaltbild für die Erfindung,

Fig.16(A) eine vergrößerte Darstellung des Punktes der Spannungswelle in Fig.12,

Fig. 16(B) die Wellenform der Erfassungsspannung bei einem Wechselstrom-Magnetfeld gemäß der Erfindung,

Fig.16(C) eine Darstellung des Schalteffektes bei vorliegender Erfindung,

Fig. 17 eine Kurve des Drehmoments abhängig von der Impulsbreite,

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Fig. 18 eine Darstellung der Wellenform des Antriebsimpulses der erfindungsgemäßen Korrektur-Antriebsanordnung,

Fig. 19(A) eine Aufsicht auf eine elektronische Uhr,

Fig. 19(B) ein Blockschaltbild der erfindungsgemdßen elektronischen Uhr,

Fig. 20(A) eine Schaltung des Antriebs-Erfassungsabschnitts in Fig. 19(B),

Fig. 2O(B) die Schaltung einer Ausführungsform des Steuerbereichs nach Fig. 19(ß),

Fig. 21(Α) ein Zeitdiagramm eines Beispiels des Ausgangssignals eines Wellenform-Kombinationsabschnitts nach Fig.l9(ß),

Fig. 21(Β) ein Schaltungsschema einer Ausführungsform des Steuerabschnitts, dessen Eingang in Fig. 21(A) dargestellt ist,

Fig. 22(A) ein Zeitdiagramm für das Ausgangssignal einer abgewandelten Ausführungsform des Signal-Kombinationsabschnitts nach Fig.l9(ß) und

Fig. 22(B) die Schaltung einer abgewandelten Ausführungsform des Steuerabschnitts, dessen Eingang in Fig. 22(A) dargestellt ist.

In Fig. !(Α) ist ein Schrittmotor für den Betrieb einer elektronischen Uhr dargestellt, der auch bei der erfindungsgemüßen elektronischen Uhr verwendet wird. In Fig.l(ß) ist ein Beispiel eines invertierten Impulses

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gezeigt, der zum Antrieb des Schrittmotors bekannter Art verwendet wird.

Durch Anlegen eines Antriebsimpulses nach Fig.l(ß) an eine Wicklung 3 wird ein Stator 1 magnetisiert und ein Rotor 2 um 180 durch Repulsion und eine Anziehungskraft zwischen dem Rotor 2 und Magnetpolen gedreht.

Wie eingangs erwähnt, wird die Breite des zugefUhrten Antriebsimpulses üblicherweise derart gewählt, daß sich der Motor unter jeder Bedingung dreht, d.h. ein Ausgangssignal abgibt, die bei einer Uhr auftritt. Bei dieser Methode muß ein Überschuß für eine Kalender-Belastung, für einen Innenwiderstand der Batterie und einen Spannungsabfall in dem letzten Intervall des Batteriebetriebs enthalten sein, so daß ein Antrieb mit einer Impulsbreite erfolgen muß , die einen Überschuß aufweist, d.h. zo groß für den Normalbetrieb ist·

Fig. 3 zeigt eine Stromwelle bei einem üblichen Schrittmotor. Ein Abschnitt α entspricht der Zeit, wenn ein Antriebsimpuls (Treiberimpuls) eingeprägt wird, während b einen Strom darstellt, der nach Einprägung eines Antriebsimpulses erzeugt wird, und zwar aufgrund eines induzierten Stromes durch eine Schwingung des Rotors. Die Welle b. nach Fig.3 liegt in dem Fall einer Drehung des Rotors vor und b~ ist die Wellenform, die sich bei einer Nichtdrehung des Rotors ergibt.

Eine Antriebs- oder Treiber-Schaltung ist in Fig. 4(A) dargestellt und weist Inverter 4 und 5 auf, die aus einem N-Kanal-Feldeffekttransistor bzw. P-Kanal-Feldeffekttransistor bestehen; eine Wicklung 3 ist an einen Ausgang letzerer Transistoren geschaltet. Nachdem ein Antriebs-

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impuls aufgeprägt wird, ändert sich kurz der Zustand der Spule 3 durch den Transistor, der aus dem Inverter gebildet wird. Dann fließt ein Strom über einen Abschnitt, der in Fig.3 durch b dargestellt ist, infolge der Schwingung des Rotors, b. entspricht der Wellenform im Drehzustand, b« ist die Wellenform des nicht drehenden Zustands des Rotors, wobei eine Spannung als Produkt des EIN-Widerstands des Antriebstransistors und des Stromes infolge der Schwingung des Rotors erzeugt wird.

Diese Spannung wird in eine Spannung in gleicher Richtung durch ein Ubertragungsgatter umgewandelt. Dann wird ein Vergleich der Basisspannung und der Spitzenspannung durch einen Spannungskomperator ausgeführt und die Drehung bzw. der Stillstand des Rotors festgestellt, wobei bei Feststellung eines Stillstand-Zustandes des Rotors ein Korrekturantrieb ausgeführt wird. Wenn bei dieser Methode eine

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elektronische Uhr in einem Wechselstrom-Magnetfeld angeordnet ist, und ein äußeres Magnetfeld eine Spannung in einer Wicklung induziert, und wenn die Spannung als externes Geräusch dem erfassenden Signal hinzugefügt wird, wobei die Drehung bzw. Nichtdrehung des Rotors durch eine induzierte Spannung infolge der Rotordrehung erfasst wird, können Fehler in der Erfassung auftreten sowie Fehler hinsichtlich des Rotors, so daß die Uhr außer Takt gerät, d.h. letztlich falsch geht. Fig. 5 ist eine grafische Darstellung der Wechselstrom-Magnetr

Charakteristik gegenüber der Antriebsimpulsbreite eines Schrittmotors.

Da ein niedriger elektrischer Verbrauch bei einer elektronischen Uhr erforderlich ist, wird die Antriebs-Impulsbreite möglichst kurz gewählt. Die magnetische Nachweis-Charakteristik bei diesem normalen Antriebsimpuls wurde schlechter gewählt, um dieses Korrektur-^Antriebs-

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System für eine Uhr zu verwenden und eine antimagnetische Charakteristik zu erhalten; dabei nuß die magnetisch sichere Anordnung besser als vorher sein. Obgleich eine Stromeinsparung möglich ist, ist es erforderlich, eine Schutzplatte für eine magnetisch sichere Anordnung hinzuzufügen, was ein Hindernis fUr die Miniaturisierung darstellt und hohe Kosten verursacht.

Mit der Erfindung sollen die vorstehend angegebenen Nachteile und Schwierigkeiten des bekannten Korrektur-Antriebssystemes beseitigt werden, da es einen Impuls mit normaler Impulsbreite benützt, so daß die Uhr in einem Magnetfeld angehalten wird. Gemäß der Erfindung wird der Eintritt der Uhr in ein Magnetfeld erfasst und ein Schrittmotor mit einer Impulsbreite angetrieben, die stark gegenüber dem externen Magnetfeld ist. Außerdem wird erfindungsgemäß eine antimagnetische Eigenschaft erhalten, die besser als bei einem Antriebssystem ist, welches einen festen Impuls benutzt.

Erfindungsgemäß wird eine Spannung, die in einer Spule 3 induziert wird, in der Periode erfasst, in welcher sich der Rotor nicht dreht, d.h. in dem Abschnitt des Antriebsimpulses mit der Impulsbreite a (Fig.3) und in der Zeit mit Ausnahme des Abschnitts b, d.h. vom Beginn der Abnahme der Schwingung bzw. Drehung des Rotors bis zur Unterbrechung des Stromes. Wenn das Signal erfasst wird, wird der Eintritt der Uhr in ein Magnetfeld erfasst und die Impulsbreite so eingestellt, daß der Rotor schwer zum Halten gebracht wird, wodurch die antimagnetische Charakteristik verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird eine in der Wicklung 3 eines Schrittmotors induzierte Spannung erfasst, ohne daß ein Element zur Erfassung eines Magnetfeldes, beispielsweise ein Hall-Effekt-Element oder ein Element

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mit einem magnetischen Widerstand benutzt wird. Im folgenden wird auf eine Spannung Bezug genommen, die in der Wicklung 3 induziert wird, wenn der Schrittmotor in ein Wechsel-Magnetfeld plaziert wird.

Fig. 2 ist eine typische Darstellung einer Wicklung und eines Magnetkerns eines Stators.

Eine Wicklung, die bei einem Schrittmotor verwendet wird, hat normalerweise eine schlanke Form. Daher wird das externe Magnetfeld leicht auf die V/icklung konzentriert und es wird etwa ein Zehnfaches der Flußdichte erhalten, obgleich ein Unterschied durch die Farm vorliegt.

Eine in der Wicklung 3 induzierte Spannung ν ergibt sich zu:

v= -n. d 0 / dt .. (l), wobei η die Windungszahl der Wicklung 3 und 0 der Fluß im Magnetkern 7 sind.

Material des Magnetkerns 45 permalloy

Länge des Magnetkerns 12 mm

Querschnitt des Magnetkerns 0,8 mm χ 0,8 rom

Zahl der Wicklungen der Spule 10.000 Windungen.

Nimmt man an, daß die Flußdichte im Magnetkern das Zehnfache derjenigen zur Außenseite ist, wenn ein Magnetkern die in vorstehender Tabelle angegebenen Werte hat, dann ergibt sich der Fluß im Magnetkern nach folgender Gleichung:

Φ = 10 χ S χ B χ sin W t (2) ,

wobei S die Querschnittsgröße und die magnetische Induktion B der Spitzenwert der Flußdichte des Wechselstrom-Magnetfeldes sind.

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vs-IOxnxSxBxU/xcosWt

= -IO χ 1 χ 10⁴(Windungen) χ 0,64 χ 10⁴(πι²) χ B χ lO^wb/M²) χ 2 % χ 50(Hz) χ cos M t

_2
= -6,4 χ 10 χ B χ cos W t £v3

= -0,02 χ B cosU/t {yX

Diese Gleichung ergibt sich aus den Gleichungen (l) und (2). Daher beträgt die Flußdichte B des externen Magnetfeldes 2 Gauss, ν = -0,4 cos IVt

Zur Feststellung der externen Magnetflußdichte und zur Steuerung des Antriebsimpulses fUr den Schrittmotor muß eine in dieser Wicklung erzeugte Spannung erfasst werden.

Ausfuhrungsbeispiel 1

Durch Hinzufügung einer Erfassungsschaltung fUr ein Wechsel-Magnetfeld zu dem gegenüber bekannterweise ergänzten Antriebssystem vor Einprägen eines Antriebsimpulses wird vorliegende Erfindung erreicht.

Die Erfassung eines externen Magnetfeldes wird durch Erfassung einer Spannung erreicht, die in der Wicklung 3 erzeugt wird, und zwar mit Hilfe eines Spannungskomperators über ein Übertragungsglied, bevor ein Antriebsimpuls in eine Schaltung nach Fig.4 (A) eingeprägt wird.

Fig. 4(B) stellt eine Erfassungsschaltung entsprechend Fig.4(A) dar, bei welcher jede gate-Elektrode des P-Kanal-Feldeffekttransistors und N-Kanal-Feldeffekttransistors, die aus Invertern bestehen können, und wobei ein Inverter aus drei Stufen besteht, jeweils den Sperroder AUS-Zustand annehmen. Wenn festgestellt wird, daß die Uhr in ein Magnetfeld eintritt, wird die Wicklung 3 "geöffnet" und die Empfind-

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lichkeit der Erfassung des Nagnetfeldes wird verbessert. Die anderen Operationen mit Ausnahme der vorstehend erwähnten Operation sind die gleichen wie beschrieben wurde.

Fig. 5 zeigt die Änderungen der wechselstrom-antimagnetischen Eigenschaft, wenn die Breite eines Antriebsimpulses für den Schrittmotor geändert wird.

Gemäß der Erfindung kann somit bei Eintritt einer Uhr in ein Magnetfeld ein Schrittmotor mit einer Impulsbreite, der seine Spitze an einer Domäne 8 hat, oder mit einer Impulsbreite entsprechend einer Domäne 9 angetrieben werden, wodurch die antimagnetische Wechselstrom-Charakteristik verbessert wird.

Fig. 6 gibt ein Zeitdiagratnm des Antriebsimpulses wieder. Mit α ist der normale Antriebsimpuls und mit b die Zeit der Feststellung einer Drehung des Rotors angegeben, während c einen Korrekturimpuls darstellt/ der verwendet wird, wenn sich der Rotor durch den Impuls a nicht dreht; b¹ gibt die Ruhezeit des Rotors wieder, während d der Erfassungszeit für ein Magnetfeld entspricht. Wenn festgestellt wird, daß sich die Uhr während des Abschnitts d in einem Magnetfeld befindet, wird eine Operation mit einem Antriebsimpuls e ausgeführt, der einen längeren Impuls darstellt, als die Impulse α und c.

Ausfuhrungsbeispiel 2

Im folgenden wird auf eine zweite Ausführungsform Bezug genommen, bei der Verbesserungen im Hinblick auf die Behandlung von Informationen über die Drehung und Nichtdrehung und in der Art und V/eise der Verstärkung eines Erfassungssignals vorliegen.

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Die in Fig.7 dargestellte Schaltung zeigt einen Antriebsabschnitt und einen Erfassungsabschnitt für die Drehung und Nichtdrehung und einen Erfassungsabschnitt für das Magnetfeld. Gemäß der Erfindung ist ein weiterer Verstärker nicht erforderlich, indem eine in einer Wicklung induzierte Spannung intermittierend einem Element mit hoher Impedanz eingeprägt wird und alle Schaltungsabschnitte sehr leicht in Form einer integrierten Schaltung aufgebaut werden können; somit besteht kein Grund einer Kostenerhöhung; nur die Größe eines integrierten Schaltungschips wird geringfügig vergrößert und die Stabilität der Arbeitsweise ist gewährleistet. Daher eignet sich die erfindungsgemäße Anordnung zum Einsatz in einar Uhr.

Im folgenden wird auf das Prinzip der Erfassung eines Signals gemäß der Erfindung Bezug genommen.

P-MOS-Feldeffekt-gate-Elektroden 10 und 12 sowie N-MOSFET-gate-Elektroden 11 und 13 bilden gemäß Fig.7 Glieder, welche denen entsprechen, die in Fig. 4(A) durch Inverter 4 und 5 gebildet sind. Ausgänge 18 und 19 der Steuer-Inverter sind an eine Wicklung 3 und an ein Element hoher Impedanz angeschlossen, d.h. an einen Detektor-Widerstand 16, der durch einen Widerstand und gate-Elektroden 14 und 15 gebildet ist. Ein Verbindungspunkt 20 des Detektor-Widerstands 16 ist an einen Eingang eines logischen Elements mit Binärwert angeschlossen, das mit 17 bezeichnet ist und eine vorbestimmte Schwellenspannung hat.

Fig. 8 zeigt die Eingangssignale an jeder gate-Elektrode. Ein Antriebsimpuls wird während der Periode T- der Wicklung 3 aufgeprägt. Da nur die gate-Elektrode 10 und 13 im EIN-Zustand sind, fließt ein Strom von einer elektrischen Quelle entsprechend dem Pfeil 21 (Fig.7). Vorausge-

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setzt, daß nur die gate-Elektroden 14 und 13 im EIN-Zustand sind, wie dies im Takt -T. dargestellt ist, wird zu diesen

Zeitpunkt ein geschlossener Kreis 22 gebildet, welcher die Wicklungen 3 und den Detektorwiderstand 16 beinhaltet.

Wenn eine in der Wicklung 3 durch eine Drehung des Rotors 2 induzierte Spannung mit e bezeichnet ist, der kombinierte Innenwiderstand der Wicklung 3, der gate-Elektrode 14 und 13 mit r bezeichnet wird und der Widerstand des Detektor-Widerstands 16 mit R bezeichnet wird, dann ergibt sich eine Spannung V^₀ am Verbindungspunkt 20 zu: V₂₀ = eR/(R+r), wenn R^> x, V^ = e.

Wenn R ^> r, dann kann V„ als die induzierte Spannung in der Wicklung betrachtet werden.

Fig. 10 zeigt ein Beispiel der Wellenform von V^_n bei einem Detektorwiderstand von 50k £i. und einem Wicklungswiderstand von 2,8k Λ. nit einer Windungszahl von 9.800, wobei der Schrittmotor sich beinahe im lastfreien Zustand befindet. Diese induzierte Spannungswelle liefert einen Drehwinkel, wie in Fig.10 gezeigt ist. Da die Last des Schrittmotors zunimmt, fällt die Spitze der induzierten Spannungswelle allmäh lieh ab, so daß eine ähnliche Form beibehalten wird und der Drehbzw. Schwingzyklus wird länger.

In Fig. 11 ist eine induzierte Spannungsform und der Drehwinkel des Rotors bei maximaler Last bzw. Überbelastung durch die Kurve α bzw. b dargestellt.

Zum Zeitpunkt maximaler Last ist die Drehung des Rotors klein; nach

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einer Schrittdrehung liegt keine Schwingung vor, wodurch die Unregelmäßigkeit der induzierten Spannung sehr klein ist. Zum Zeitpunkt der überlastung gemäß der Kurve b wird eine hohe Spitzenspannung in negativer Richtung induziert, wenn der Rotor zur Startposition zurückkommt.

Es gibt viele Arten und Mittel zur Unterscheidung einer Drehung von einer Nichtdrehung durch eine induzierte Spannungswelle, jedoch ist die beste Methode, das Vorliegen einer Spitze q zu erfassen (Fig.10), und zwar wegen der Einfachheit und der Sicherheit der Schaltung.

Eine Erfassung wird nach einigen m-Sekunden zum Ausschalten eines Fehlers durch eine Spitze ρ nach Einprägen eines Antriebsimpulses eingeleitet; eine induzierte Spannung bleibt auf einem vorbestimmten Wert, wodurch der Rotor als nicht drehend erfasst wird. Obgleich bei dieser Methode sich der Rotor zum Zeitpunkt maximaler Last dreht, wird er als nicht drehend beurteilt. Wenn diese Detektorschaltung in einem Korrekturantriebssystem benutzt wird, dreht sich der Rotor nicht zu weit, nur die Korrekturimpulse in gleicher Richtung führen zu einer größeren Drehung.

Ein Grundprinzip der Arbeitsweise der Erfassung gemäß der Erfindung ist vorstehend erläutert.

Im folgenden wird die Wirkung beschrieben, die durch intermittierendes Schalten eines Elements mit hoher Impedanz und eines Elements mit niedriger Impedanz nach Einprägen eines Antriebsimpulses erreicht wird, wobei bei dieser Ausführungsform eine Schaltung mit hohem Widerstandswert und eine Schaltung mit niedrigem Widerstandswert vorgesehen sind.

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In der in Fig.7 gezeigten Weise ist ein hoher Detektorwiderstand 16 in Serie neben einer Antriebsschaltung vorgesehen und ein Strom in einer Bremsschaltung ist kleiner im Vergleich zu dem Fall ohne Detektorwiderstand 16. Die beiden Schaltungen werden während der Bremszeit des Motors geschaltet. Ein Zeitdiagramm für diese Zeitspanne ist in Fig.9 dargestellt. In dem Betrieb entsprechend dem vorstehend erwähnten Zustand tritt eine plötzliche Änderung des Stromes in der Bremsschaltung auf. Die Wicklung des Motors kann jedoch der Stromänderung nicht folgen, da ihre Induktivität größer ist und es ist ein Ansprechen mit einer Verzögerung erster Ordnung der Zeitkonstante r = -p— durch den Widerstand R der Bremsschaltung und eine Induktivität L der Wicklung dargestellt.

Eine an beiden Seiten des Erfassungswiderstandes 16 erzeugte Spannung beträgt mehrere mV bei der Bremsschaltung nach Fig.4(A). In der in Fig. 7 gezeigten Schaltung wird an beiden Seiten des Detektorwiderstandes 16, der einen wesentlich höheren Widerstand hat, eine Spitzenspannung 2v zum Zeitpunkt der Änderung zur Bremsschaltung erzeugt, der durch den Detektorwiderstand 16 hindurchgeht, wobei die Wicklung versucht, den Stromfluß in der Bremszeit aufrechtzuerhalten.

Diese Spannung reduziert sich daher mit der Zeitkonstante ^C und es ergibt sich eine Spannung mit dem in Fig. 10 gezeigten Verlauf. Die Spannung an diesem Zeitpunkt ist in Fig. 12 dargestellt.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht in einer Verstärkung einer Spannung, die durch den Motor während der Bremszeit induziert wird, indem der Widerstandswert der Schaltung verändert wird, welcher das Bremsen des Rotors ausführt; eine Spitzenspannung gemäß Fig.10 beträgt mehr als IV, obgleich eine Spitzenspannung 9 der Wellenform, die in Fig.10 gezeigt ist, etwa 0,4 V beträgt. Da eine Spitzenspannung

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von mehr als IV bei dieser Ausführungsform erhalten wird, kann eine Spannung von 0,5 - 1,0 V, weiche die höchste Empfindlichkeit des Komparators bewirkt, benutzt werden. Daher wird die Konzipierung eines Konverters einfach und die Fläche eines Inverters in einer integrierten Schaltung wird kleiner.

Außerdem kann ein binäres logisches Element 17 gemäß Fig.7 aus einem Inverter bestehen, das als C-MOS-Element einfachsten Aufbau hat, und kann direkt an einem Eingang eines Flip-Flops eingesetzt werden.

Bei dieser Ausführungsform ist der Aufbau eines binären logischen Elements zur Erfassung schwierig, wenn der Erfassungs- oder Detektorwiderstand zu klein ist, da das Detektorsignal niedrig ist. Da ein Widerstandswert größer als ein vorbestimmter Wert ist, erhöht sich die Detektorspannung wegen der konstanten elektrischen Leistung bzw. Speisung nicht. Gemäß einem Versuch, bei welchem ein Motor mit einer Wicklung, die eine Induktivität von 11 Henry hat, und ein Wicklungsgleichstromwiderstand von 3k.fl. vorliegen, wird beim Schalten des Bremskreises mit einer Frequenz von 1 mSek. und einer Periode von 50/O nach Einprägen eines Antriebsimpulses eine Spitzenspannung an einem Detektorwiderstand von mehr als 20k/}, mit einem Wert von 1,5v erhalten,* bei der Erfassung unter Verwendung eines Komparators, dessen Schwellwertspannung 0,5v beträgt,wird^in Erfassungssignal,

wenn 90/S des Ausganges, der nicht zu einer Drehung führt, erzeugt. Bei der Methode, bei welcher ein Impuls im Normalzustand kurze Impulsbreite hat und ein Korrekturantrieb ausgeführt wird, sobald eine Last als zu groß ausgeführt wird, was erfindungsgemäß durch einen Ausgang einer Detektorschaltung festgestellt wird, d.h. durch Einsatz dieser Methode bei einem Antriebssystem mit geringer elektrischer Leistung, läßt sich eine sehr

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stabile Operation erhalten und der Schaltungsaufbau kann vereinfacht werden; nur die Gatterschaltung für eine Irapulszusaromensetzung ist wegen der Vergrößerung einer integrierten Schaltung etwas kompliziert. Die Operation der Erfassungsschaltung ist sehr stabil, da sie keinen Kondensator enthält und nur einen Widerstand, dessen Toleranz groß ist, sowie ein analoges Element, wobei alle diese Elemente digitale Elemente darstellen.

Nachfolgend wird auf die Arbeitsweise der Verstärkung eines Signals durch Schalten eines Kreises mit hohem Widerstand und eines Kreises mit niedrigem Widerstand Bezug genommen.

Fig. 13 zeigt das Schaltbild eines N-Kanal-Feldeffekttransistors, im folgenden kurz N-Glied bezeichnet. Fig. 14 gibt ein Ersatz-Schaltbild der Schaltung nach Fig.13 wieder. Ein Schalter 40 wird durch ein gate-Signal in den EIN- und AUS-Betrieb geschaltet. Mit 39 ist ein Widerstand im EIN-Zustand des Glieds dargestellt, während mit 41 eine Diode zwischen einem Substrat und einer drain-Elektrode bezeichnet ist, die durch einen P-N-Übergang verbunden sind. Der Kondensator 42 bildet die Summe der gesamten P-N-Ubergangskapazitäten zwischen dem Substrat und der drain-Elektrode, der Kapazität zwischen der drain- und gate-Elektrode, einer Weg-Kapazität und einer Befestigungs-Kapazität, usw.

Ein Ersatzschaltbild für diese Erfassungsart ist in Fig.15 dargestellt, wenn diese Ersatzschaltung durch ein P-Glied und ein N-Glied nach Fig.7 ersetzt ist und eine Batterie als Kondensator großer Kapazität und ideale elektrische Quelle angenommen wird.

Mit 43 ist eine Spannung V bezeichnet, die durch ein externes Magnetfeld oder durch die Rotorschwingung erzeugt wird, mit 44 eine Wicklung, die

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einen Motor bildet, dessen Induktivität L Henry beträgt, mit 45 ein Innenwiderstand der Wicklung mit γΛ und mit 47 ein Kreis-Wählschalter bezeichnet, während mit 46 der EIN-Widerstand γΝ_Π. des N-Glieds bezeichnet wird.

rN-O. wird vernachlässigt, da dieser Wert kleiner als der Widerstand der Wicklung ist. Mit 48 ist eine Kapazität angegeben, die in gleicher Weise am N-Glied und P-Glied vorliegt und die Summe des N-Glieds und P-Glieds 22 darstellt, d.h. C Farad.

Mit 49 ist der Erfassungswiderstand mit R-Ω. angegeben, während mit 50 und 52 parasitäre Dioden zwischen dem Substrat und der Drain-Elektrode der N- und P-Glieder vorliegen. Mit 51 ist eine Antriebsbatterie, eine Silberbatterie mit Vr* = 1,57 ν bezeichnet.

Eine Ausgangsspannung an einem Anschluß 53 ergibt eine Erfassungs- bzw. Detektorspannung VR und wird an das Spannungsdetektorelement angelegt.

Wenn ein Wählschalter 47, der auf der Ersatzschaltung nach Fig. 15 basiert, verändert, d.h. umgeschaltet wird, kann das Ansprechverhalten auf logische WaLse ermittelt werden:

a²>b

[1- [w (a ^ b) sinhtöt + coshu>t} e~^at]

2.) ä² = b

V_R = E

3.) a²< b

^vr ^{= E [1} ~ T^ ^(a - Hr- ^b) ^s±nu}t ^{+ costt/t}i ^e"^at

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a - -j.

la* - bl , D - 1 - β" L

^r to

to ist die Verbindungszeit des Kreises mit niedrigem Widerstand und t ist die Zeit.

Die Kurve für VR obiger Gleichung ist in Fig. 16a dargestellt. Für die Berechnung aufgrund einer der Ausführungsformen ergibt sich die Zeit, nach welcher VR die Spitzenspannung erreicht, zu etwa 30 Sekunden, die Spitzenspannung beträgt 4,2 ν und die Verstärkung beträgt etwa 42 bei folgenden Voraussetzungen: L = Il Henry, C = 75 pF, R = 150 k Ώ. , r = 2,8 kΛ- , Vo = 0,1 V, to = ^ .

Damit wird eine Verstärkung des Erfassungssignals leicht ausgeführt, ohne daß ein Verstärker für das Analogsignal benützt wird. Es wird jedoch angenommen, daß to = °° und die Zeit des Kreises mit niedrigem Widerstand für diesen theoretischen Wert unbegrenzt sind und in der Praxis ein geschlossener Kreis mit großem Widerstand und ein geschlossener Kreis mit niedrigem Widerstand alternativ geschaltet werden. Die Zeit bis zur Konstantenspannung durch den Kreis mit hohem Widerstand ist kurz, während die Zeit bis zur konstanten Spannung durch den Kreis mit niedrigem Widerstand infolge einer großen Zeitkonstante lang ist.

Im Falle eines geschlossenen Kreises mit hohem Widerstand wird der Wert VRS nahezu eine konstante Spannung innerhalb von etwa 0,2 Millisekunden, während bei einem Kreis mit niedrigem Widerstand die Zeitkonstante desselben sich durch "V = l/r mit T? = 3,9 Millisekunden ergibt. Wenn der Kreis mit niedrigem Widerstand 3,9 Millisekunden andauert, werden daher nur 63 % der_konstanten Spannung erreicht.

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Wenn diese Anordnung als Erfassungseinheit für ein externes Magnetfeld verwendet wird, ist es imstande, leicht ein Magnet-, feld im Falle einer großen Verstärkung zu erfassen.

Im allgemeinen sind die Frequenzen des Wechselmagnetfeldes 50 Hz oder 60 Hz, was übliche Frequenzen darstellen, deren ^ Zyklen 20 Millisekunden oder 16, 7 Millisekunden betragen; hierbei liegen die geeigneten Schaltzeiten zur Erfassung des stärksten Magnetfeldes vor.

Fig. 16B zeigt den Fall, in welchem die Zeit für den Kreis mit hohem Widerstand 0,5 Millisekunden beträgt, während das zeitintervall für den Kreis mit niedrigem Widerstand 1,5 Millisekunden unter der erwähnten Bedingung gegenüber einem Wechselmagnetfeld mit 50 Hz beträgt.

Der Faktor zur Verstärkung des Erfassungsignals beträgt zu dieser Zeit in der angegebenen theoretischen Gleichung etwa das fünfzehnfache.

Fig. 16C zeigt diesen Zustand; eine Gerade 55 repräsentiert eine Spannung, die in der Wicklung dann erzeugt wird, wenn kein Schalten erfolgt, während die Gerade 56 die Spannung repräsentiert, wenn ein Kreis mit niedrigem Widerstand über 0,5 Millisekunden vorliegt sowie ein Kreis mit hohem Widerstand über eine Zeitdauer von 0,5 Millisekunden, die ges ehaltet werden und deren Verstärkungsfaktor etwa 5 beträgt.

Wie vorstehend erwähnt ist, kann für die Erfassung eines Wechselmagnetfeldes mit üblicher Frequenz eine Schaltdauer für einen Kreis mit hohem Widerstand und einen Kreis mit niedrigem Widerstand nicht lange gewählt werden. Die Dauer des Kreises mit niedrigem Widerstand muß größer als die für den Kreis mit hohem Widerstand für eine Vergrößerung der Verstärkungsrate der Erfassungsspannung sein.

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Wie erwähnt, ist ein Analogverstärker, der schwierig in Form von C-MOS-IC-Chips für Uhren hergestellt werden kann, nicht notwendig, da die Verstärkung des Erfassungsignals nur mit dem Schalten der Kreise ausgeführt wird, wodurch die Erfassung des Wechselmagnetfeldes mit einem Komparator ausgeführt wird, der niedrige und hohe Werte der Spannung im Vergleich zur Basisspannung feststellt.

Da eine Verstärkung von mehr als das Zehnfache erhalten wird, ist eine Beurteilung bei der SchweLlwertspannung des C-MOS-Inverters möglich; daher liegt eine Überlegenheit im Hinblick auf den Leistungsverbrauch aller Schaltungen vor sowie im Hinblick auf die Bildung der Schaltungen und die Fläche bzw. den Raum von IC-Elementen. Obgleich ein Widerstand als Impedanzelement zur Erfassung bei dieser Ausführungsform verwendet wird, ist eine identische Erfassung mit einem kapazitiven oder induktiven Bauteil möglich.

Da alle Erfassungselemente in der C-MOS-IC-Schaltung bei dieser AusfUhrungsform enthalten sind, wird die Charakteristik eines nicht sättigungsfähigen Abschnitts eines Puffer-Transistors als aktives Element benutzt.

Obgleich eine Impedanz gemäß vorstehender Beschreibung verwendet wird, besteht keine Schwierigkeit, ein aktives Element zu verwenden.

Bei der praktischen Bildung der Schaltung ist es von allgemeinem Interesse, daß der Ein-Widerstand des Puffer-Transistors als Kreis mit niedrigem Widerstand verwendet wird und daß ein eindiffundierter Widerstand in dem IC-Element als Kreis mit hohem Widerstand verwendet wird, sowie ein C-MOS-Inverter oder ein Komparator als spannungserfassendes Element.

Obgleich bei vorliegender Erfindung ein hoher Widerstand im Falle eines Kreises mit hohem Widerstand zugeschaltet ist, kann dieser hohe Widerstand ein unendlicher Widerstand sein,

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wobei dieser Widerstand vorzugsweise in Form eines offenen Kreises vorgesehen wird. Da in diesem Fall ferner eine parasitäre Kapazität vorliegt, kann wegen dieses kapazitiven Bauteils nicht unbegrenzt verstärkt werden und es ist eine Erfassung gemäß vorstehender Beschreibung möglichin diesem Fall ergibt sich als Vorteil die Einfachheit der Zeitbildung der Schaltungen.

Wenn in diesem Beispiel der Wert des Erfassungswiderstandes klein ist, wird die Verstärkung nicht nach dieser Methode ausgeführt.

Wenn ein Erfassungswiderstand größer als das Fünffache des Wicklungswiderstandes ist, wird die Verstärkung im allgemeinen größer als 1.

Zum Zeitpunkt der Konzipierung dieser Methode als Erfassungssystem für die Drehung und Nichtdrehung des Rotors ist ein wesentlicher Punkt die Einstellung des Widerstands für die Erfassung, d.h. des Widerstands 16 und der Erfassungsspannung für den Spannungsdetektor. Da diese Erfassungsschaltung außerdem für die Erfassung des Magnetfeldes allgemein benutzt wird, besteht ein geringer Faktor, der Schwierigkeiten bei dem Aufbau der Schaltungen bereitet,wenn sie gleichzeitig bei einem Schrittmotor verwendet werden, der in einem Korrekturantriebssystem angetrieben wird. Der Detektorwiderstand 16 und ein Detektor werden bei der Erfassung der Drehung des Rotors auf optimale Werte im Hinblick auf die Induktivität des Schrittschaltmotors, den Gleichstromwiderstand und die magnetischen Kreise usw. gesetzt.

Da ein Schrittmotor leicht durch eine höhere Empfindlichkeit einer Magnetfeld-Erfassungsschaltung angetrieben wird, werden zwei Arten von Erfassungsspannungen gesetzt und es ist möglich, zwei Spannungen zur Einstellung einer bevorzugten Spannung aus-

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zuwählen, d.h. die Spannung wird niedriger gesetzt, wenn eine Magnetfelderfassung erfolgt und höher eingestellt, wenn eine Drehung des Rotors erfaßt wird.

Die Einstellung und das Schalten der beiden Werte des Erfassungswiderstandes ist somit möglich. Bei einer Magnetfelderfassung ist die Empfindlichkeit höher, da der Wert des Erfassungswiderstandes größer wird. Die Festlegung der zwei Werte des Erfassungswiderstandes wird daher leichter, indem ein Erfassungs-Widerstandwert unendlich eingestellt wird, d.h. daß ein offener Kreis bei der Spannungserfassung der Wicklung gebildet wird. Wie durch die Beschreibung der theoretischen Formeln klargestellt ist, kann die Verstärkung auch durch das Verhältnis der Schaltzeit des Kreises mit hoher Impedanz und des Kreises mit niedriger Impedanz gesteuert werden, so daß die Empfindlichkeit der magnetischen Erfassung dadurch erhöht werden kann, daß die Zeitdauer des Kreises mit niedriger Impedanz länger als die Zeitdauer des Kreises mit hoher Impedanz während der Magnetfelderfassung gestaltet wird. In diesem Fall werden der Erfassungswiderstand und die Erfassungsspannung gemeinsam bei beiden Erfassungsarten verwendet.

Die Empfindlichkeit der Magnetfelderfassung, die so hoch wie möglich gewählt wird, wird durch Kombination aller vorstehend erwähnten Methoden erreicht. Wenn ein Wechselmagnetfeld erfaßt wird, wird die Erfassung der Drehung eines Rotors danach nicht erforderlich, da ein Antriebsimpuls bestimmt ist. Wenn die Dreherfassungsschaltung in diesem Fall arbeitet, wird die durch die Schwingung des Rotors induzierte Spannung durch den Einfluß des äußeren Magnetfeldes gestört. Da die Möglichkeit besteht, daß der Rotor als nichtdrehend erfaßt wird, wenn er sich dreht, könnte es besser sein, daß die Dreherfassung nach Erfassung des externen Magnetfeldes vom Gesichtspunkt der Stabilität der Schaltung und des Stromverbrauches verhindert wird.

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Ausfuhrungsbeispiel 3:

Bei der unter Bezugnahme auf das zweite Ausführungsbeispiel beschriebenen Korrekturantriebsanordnung ist die Impulsbreite des normalen Antriebsimpulses festgesetzt. Diese dritte Ausführungsform hat das Ziel, ein Antriebssystem zu schaffen, das einen normalen Antriebsimpuls verwendet, dessen Breite so kurz wie möglich zum Zwecke eines geringen Leistungsverbrauches des Schrittmotors im Vergleich zu dem unter Bezugnahme auf die zweite Ausführungsform beschriebnenen System ist.

Fig. 17 ist eine graphische Darstellung, die das Verhältnis einer Antriebsimpulsbreite und des Drehmomentes bei dieser Ausführungsform verwendeten Schrittmotors darstellt. Im Falle des Antriebs mit einem festen Impuls ist die Impulsbreite auf einen Punkt α gesetzt,um ein maximales Drehmoment T des Schrittmotors sicherzustellen. Wie in Bezug auf die zweite Ausfuhrungsform erwähnt ist, wird beim Korrekturantrieb die normale Antriebsimpulsbreite auf a2 oder a3 gesetzt, wenn der Punkt T das Drehmoment ist, das für den Antrieb des Kalenders erforderlich ist. Da ein Korrekturimpuls hinzugefügt wird, wenn sich der Rotor mit dem normalen Antiebsimpuls nicht dreht, werden viele Korrekturimpulse zugeführt; weiterhin ergibt sich ein Stromverbrauch durch die zusätzliche Zuführung dieser beiden Impulse. Im Zeitintervall ohne Belastung dreht sich der Rotor mit einer Impulsbreite a_Q; wenn der Antrieb mit einer Impulsbreite a~ ausgeführt wird, ist eine weitere Reduzierung der elektrischen Leistungsaufnahme möglich. Dies beinhaltet den Zweck dieser Ausführungsform, deren Arbeitsweise in Fig. gezeigt ist.

Normalerweise wird der Rotor mit einer Impulsbreite a_Q angetrieben; wenn sich der Rotor nicht mit einem Impuls mit der Breite a_Q aufgrund des Vorliegens einer Kalender-Belastung dreht, stellt die Erfassungsschaltung fest, daß sich der Rotor nicht dreht und

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sofort wird der Rotor durch einen Korrekturantriebsimpuls angetrieben..Die Impulsbreite zu diesem Zeitpunkt ist in Fig. 17 mit α bezeichnet. Die Impulsbreite des nächsten Impulses a» nach einer Sekunde, dessen Impulsbreite geringfügig größer als die des Impulses a~ ist, wird automatisch als normaler Antriebsimpuls gesetzt, wonach der Antriebsimpuls dem Schrittmotor zugeführt wird.

Gemäß der graphischen Darstellung nach Fig. 17 wird das Kalender-Drehmoment T nicht erreicht, auch nicht mit dem

qc

Impuls a,; der Rotor hält wiederum an und wird durch einen Korrekturimpuls α angetrieben. Dann wird nach einer Sekunde automatisch ein normaler Antriebsimpuls mit der Breite a„ erzeugt und das Ausgangsdrehmoment ist in diesem Fall größer als das Kalenderdrehmoment T , so daß der Schrittmotor mit einer Impulsbreite a- angetrieben wird.

Die Impulsbreite a_? bleibt weiterhin bestehen, auch wenn die Belastung durch den Kalender nicht mehr vorliegt, so daß es ein Nachteil für die Reduzierung des Leistungsverbrauches darstellt. Bei Hinzufügung einer Schaltung, die einen Antriebsimpuls jede N-Sekunden verkürzt, wird somit der Impuls auf die Impulsbreite a, nach einem N-fachen Auftreten des Ausgangssignals a~ zurückverbracht. Wenn a, kontinuierlich N-mal erzeugt würde, wird der Impuls auf a~ reduziert.

Entsprechend dieser Antriebsart kann ein bekannter Schrittmotor mit geringerer Leistungsaufnahme angetrieben werden. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist die Impulsbreite kürzer, wodurch die Wechselstrom-Antimagneteigenschaft schlechter wird. Wie bei den vorstehenden Ausführungsformen erwähnt ist, wird erfindungsgemäß eine Magnetfeld-Erfassungseinrichtung vor dem Aufprägen eines norm alen Antriebsimpulses betrieben und - wenn der Zustand auftritt, in welchem ein Magnetfeld erfaßt wird - wird diese Korrekturantriebsschaltung gesperrt und die normale Antriebs-

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impulsbreite wird auf dem Spitzenpunkt eines Bereichs 8 oder Bereichs 9 nach Fig. 5 gesetzt, d.h. auf den maximalen Punkt der antimagnetischen Eigenschaft.

Dadurch wird ein Schrittmotor geschaffen, der durch einen äußeren Einfluß schwer zum Halt zu bringen ist und dessen elektrischer Verbrauch reduziert wird; außerdem wird eine Miniaturisierung erreicht und die Dicke wird reduziert, da keine Erhöhung der Zahl der Teile vorliegt; außerdem ergibt sich hinsichtlich der Kosten keine Erhöhung und es wird der Vorteil erreicht, daß trotz einer antimagnetischen Struktur der Motor nicht stark sein muß.

Der Einfluß des Wechselmagnetfeldes bei vorliegender Erfindung ist vorstehend bereits erwähnt worden. Im Falle eines Gleichstrommagnetfeldes tritt keine Fehloperation bei der Beurteilung einer Drehung oder Nichtdrehung auf. Obgleich eine Spannung in einer Wicklung durch die Wirkung im Falle des Wechselstrommagnetfeldes erzeugt wird, wird eine Spannung in der Wicklung im Falle eines Gleichstrommagnetfeldes nicht erzeugt.

Vorstehende Beschreibung bezieht sich auf einen Schrittmotor mit einem einstückig ausgebildeten Stator. Die ähnliche Wirkung wird jedoch auch bei jedem Schrittmotor erhalten, der einen Stator aufweist, der vom getrennten Typ ist oder bei einem Schrittmotor mit einphasigem Antrieb.

Fig. 19A zeigt ein Beispiel einer Uhr, bei der die Anordnung gemäß der Erfindung vorgesehen ist.

Mit 60 ist eine Grundplatte bezeichnet, mit 61 eine Wicklung, die einen Schrittmotor bildet, mit 62 ein Stator, der den Schrittmotor ergibt, und mit 63 ein Lagerglied für einen Rotor und für Getrieberäder. Außerdem ist eine Batterie 64 und ein Quarzkristallschwinger 65 vorgesehen. Mit 66 ist ein Schaltungsblock bezeichnet, auf welchem ein IC-Element befestigt ist und

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das aus Kunstharz gegossen ist; hinsichtlich der vorstehend beschriebenen Ausfuhrungsbeispiele 1 bis 3 ist nur das IC-Element unterschiedlich.

Fig. 19B ist ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung einer gesamten elektronischen Uhr.

Als ein Schwingerteil 90 ist ein Quarzkristallschwinger mit 32.768 Hz eingesetzt; ein Teiler 91 erzeugt ein Grundsignal mit 1 Hz durch eine fünfzehnstufige Teilung des Signals mit 32.768 Hz. Ein Abschnitt 95 zur Wellenform-Bildung gibt Impulse unterschiedlicher Breite ab, die zur Erfassung, zum Antrieb usw. erforderlich sind.

Ein Steuerabschnitt 92 prägt unterschiedliche Antriebsimpulse im Antriebsabschnitt entsprechend dem Vorliegen und Nichtvorliegen eines Erfassungsignals ein und treibt den Schrittmotor mit einem Impuls an, dessen Breite dem betreffenden Zustand angepaßt ist.

Die Fig. 2OA und 2OB zeigen Beispiele einer Antriebs- und Detektorschaltung in Blockschaltbildform entsprechend Fig. 19B. Eine P-Gate-Elektrode 21, 22 und N-Gate-Elektroden 23, 24 bzw. die zugeordneten Feldeffekttransistoren, bilen zwei Paare von C-MOS-Invertern und jeder Ausgang α und b ist an beide Anschlüsse einer Wicklung 20 angeschlossen; gleichzeitig sind sie an einen Anschluß eines Erfassungswiderstandes 28, 29 geschaltet. Andere Anschlüsse der Erfassungswiderstände 28 und 29 sind an Source-Eingänge von N-Gliedern 25 und 26 angeschlossen. Jeder positive Eingangsanschluß von Spannungskomparatoren 30 und 31 ist an einen Anschluß α bzw. b der Erfassungswiderstände 28 und 29 angeschlossen und die negativen Anschlüsse sind an einen Abgriff (Teilungspunkt) eines Basisspannungswiderstandes 34 geführt, während beide Ausgänge der Komparatoren und 31 an ein ODER-Glied 32 angelegt sind.

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Ein Anschluß des Basisspannungswiderstandes 34 ist über ein N-Glied 27 geerdet. Zwei Eingänge eines UND-Gliedes 33 sind an einen Ausgang eines ODER-Glieds 32 und an einen Gate-Anschluß des N-Glieds 27 angeschlossen. Gate-Anschlüsse 101 bis 107 von P- und N-Gliedern 21 bis 27 und ein Ausgang des UND-Glieds 33 sind an einen Steuerabschnitt 92 ( Fig. 19B) geschaltet. Anschlüsse mit den gleichen Bezugszeichen in Fig. 2OA und 20B sind miteinander verbunden.

Ein Flipflop ist ein an der negativen Flanke getriggertes Flipflop und über einen Inverter (NICHT-Glied 73) mit seinem Takteingang CL an einen Phasensteueranschluß 122 angeschlossen, während , ein Ausgang Q des Flipflops 74 mit einem UND-Glied 75, einem UND-Glied 76 verbunden ist, wobei ein Ausgang Q des Flipflops

74 an ein UND-Glied 77 und 78 angeschlossen ist. Ein Antriebsanschluß 121 ist mit einem UND-Glied 75 und dem UND-Glied 77 verbunden.Der Erfassungs-Eingangssignalanschluß 124 ist an UND-Glieder 76 und 78 angeschlossen. Ein Ausgang des UND-Glieds

75 ist über einen Inverter 79 (NICHT- bzw. Negationsglied) an einen Anschluß 101 geschaltet; außerdem ist der Ausgang des UND-Glieds 75 an ein NOR-Glied 81 geschaltet. Der Ausgang des UND-Glieds 76 ist an einen Anschluß 105 sowie an ein NOR-Glied 81 geschaltet. Der Ausgang des UND-Glieds 77 ist mit dem NOR-Glied 82 sowie über einen Inverter bzw. ein Negationsglied 80 an einen Anschluß 102 geschaltet. Der Ausgang des NOR-Glieds 81 ist an einen Anschluß 103 und der Ausgang des NOR-Glieds 82 an einen Anschluß 104 angeschlossen, während der Eingangsanschluß 124 mit dem Anschluß 107 verbunden ist.

Im folgenden wird auf die Arbeitsweise der in Fig. 2OB gezeigten Schaltung Bezug genommen. Ein Phasensteuerabschnitt 122 liefert ein Eingangssignal, das die Stromrichtung eines im Schrittmotor fließenden Stromes 24 invertiert; die Richtung des Antriebsimpulses und des Erfassungimpulses für den Schrittmotor 94 werden mit einem Impuls positiver Flanke entsprechend dem Negationsglied 73 invertisrt. Bei einer Uhr mit einem Einsekunden-Schritt-

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system wird ein Sekundenimpuls iS angelegt.

Das Verhältnis zwischen dem Eingang und dem Ausgang nach Fig.2OB in dem Fall, in welchem der Ausgang Q des Flipflops 74 einen Wert H (Spannung mit hohem Pegel) und den Wert L {niedriger Pegel) hat, ist in folgender Tabelle angegeben:

Tabelle 2

	Eingangs anschluß	124	Ausgangsanschluß	101	102	103	104	105	106	107
FP74	121	L	H	H	H	H	L	L	L
Q=H	L	L	L	H	L	H	L	L	L
Q=L	H	H	H	H	L	H	H	. L	H
L	L	H	H	H	H	L	L
L	L	H	L	H	L	L	L	^L I
H	H	H	H	H	L	L	H	H I i
L

Wenn ein Ausgangssignal gemäß der Tabelle 2 in einer Schaltung nach Fig. 2OA angelegt wird, erlangen die N-Glieder 23 und 24 den EIN-Zustand, wenn der Anschluß 121 auf den Wert L und der Anschluß 124 auf dem Wert L liegt, wodurch ein Kreis mit niedriger Impedanz hergestellt wird. Wenn der Ausgang Q auf dem Wert H liegt und der Anschluß 121 demWert H, der Anschluß 124 den Wert L hat, werden die P- und N-Glieder 21 bzw. 24 in den EIN-Zustand geschaltet und ein Strom fließt in der Wicklung 20, so daß der Schrittmotor 94 betätigt wird.

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Wenn der Anschluß 121 auf dem Wert L liegt, der Anschluß 124 auf dem Wert H, werden die N-Glieder 25 und 24 in den EIN-Zustand geschaltet und ein Erfassungwiderstand 28 in einen Kreis geschaltet; dann ergibt sich ein Kreis mit hoher Impedanz. Danach wird das N-Glied 107 in den EIN-Zustand geschaltet, woraufhin eine Basisspannung auf den negativen Eingang der Spannungskomparatorschaltungen 30 und 31 eingeprägt wird und ein Signal für eine Erfassung einer Drehung und Nichtdrehung oder ein Signal zur Erfassung eines Wechselstrommagnetfeldes am Anschluß 110 abgegeben wird.

Fig. 21B zeigt ein Beispiel des Steuerabschnitts 92 der Ausführungsbeispiele 1 und 2. Fig. 21A. zeigt eine Wellenform, die von dem Wellenform-Kombinationsabschnitt 95 erzeugt wird und an den Steuerabschnitt 92 angelegt wird, wobei die Wellenkombination in einer allgemeinen Gate-Schaltung (Gatterschaltung) gebildet wird.

PD, stellt einen normalen Antriebsimpuls mit 3,9 Millisekunden und PD„ einen normalen Antriebsimpuls mit 7,8 Millisekunden für einen Korrekturantrieb im Falle, daß die Last größer als das Ausgangsdrehmoment mit einem normalen Impuls von 3,9 Millisekunden während einer Nichtdrehung des Rotors ist. PD-repräsentiert eine Impulsbreite, die derart gewählt ist, daß die antimagnetische Eigenschaft am besten wird, wenn festgestellt wird, daß sich die Uhr in einem Wechselstrommagnetfeld befindet. Ein verstärkter Antrieb wird mit 15,6 Millisekunden ausgeführt. PS, ist bei dem Ausführungsbeispiel 1 nicht erforderlich und ist ein Impuls zur Erfassung bei der zweiten Ausführungsform. PS₂ ist ein Signal zur Bezeichnung eines Zeitintervalls, in welchem eine Didiung und Nichtdrehung eines Rotors erfaßt wird. Jeder Impuls nach Fig. 21A wird an einen Eingang in Fig. 21 angelegt. Der Impuls PD₃ wird an den Anschluß 140,der Impuls PS₂ an den Anschluß 142, der Impuls PD, an den Anschluß 143, der Impuls PD₂ an den Anschluß 144 und der Impuls PS, an einen Anschluß 145 angelegt; ein Ausgangssignal einer Erfassungs-

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schaltung wird an einen Anschluß 141 angelegt. Der Anschluß 141 ist über ein UND-Glied 15D.an den S-Eingang eines SR-Flipflops 150 und direkt an ein UND-Glied 152 geschaltet. Der Anschluß 142 ist über ein Negationsglied 157 an das UND-Glied 156 und gleichzeitig an einen Eingang des UND-Glieds 152 geschaltet, dessen Ausgang an den S-Eingang eines SR-Flipflops 151 geschaltet ist. Der Anschluß 143 ist an den R-Eingang des Flipflops 151 und an ein ODER-Glied 154 geschaltet. Der Ausgang Q des Flipflops 151 ist an das UND-Glied 153 geschaltet, dessen Ausgang an das ODER-Glied 154 angelegt ist; der Ausgang des ODER-Glieds 154 ist mit einem UND-ODER-Glied 155 verbunden. Die Ausgänge Q und Q des Flipflops 150 sind mit dem UND-ODER-Glied 155 verbunden und der Ausgang dieses Glieds 155 an einen Anschluß 146 für den Antriebsimpulsausgang geschaltet.

Der Ausgang Q des Flipflops 150 ist an ein UND-Glied 157 geschaltet. Ein Anschluß 145 ist über das UND-Glied 157 mit dem Anschluß 147 verbunden; wenn ein Magnetfeld erfaßt wird, wird das Flipflop 150 sofort gesetzt und alle Erfassungen werden gesperrt.

Im Normalbetrieb, wenn kein äußeres Wechselstrommagnetfeld anliegt, wird kein Ausgang von der Magnetfeld-Erfassungschaltung abgegeben und das SR-Flipflop wird nicht gesetzt. Daher wird der Impuls PD, mit 3,9 Millisekunden am Anschluß 146 über das ODER-Glied 154 erzeugt. Wenn ein Drehsignal des Rotors an den Anschluß 141 angelegt wird, wird das Flipflop 151 gesetzt und erzeugt am Ausgang Q den Pegel L, so daß der Impuls PD2 = 7,8 Millisekunden am Anschluß 146 nicht abgegeben wird. Wenn der Rotor sich jedoch nicht dreht, und kein Signal am Anschluß 141 erzeugt wird, wird das SR-Flipflop 151 nicht gesetzt und der Ausgang Q liegt auf dem Wert H. Somit wird der Impuls PD- = 7,8 Millisekunden am Anschluß 146 über das UND-Glied 153, das ODER-Glied 154 und das UND-ODER-Glied 155 abgegeben.

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Wenn eine Uhr in ein Wechselstrom-Magnetfeld eintritt und somit ein Erfassungsignal an einen Anschluß 141 angelegt wird, wird das Flipflop 150 gesetzt und dessen Ausgang Q nimmt den Wert H an, so daß ein Signal mit 15,6 Millisekunden vom Anschluß 140 über das UND-ODER-Glied 155 am Ausgang 146 erzeugt wird.

Der Ausgang 146 ist mit dem Eingang 121 der Antriebsschaltung verbunden und das Signal am Anschluß 147 wird einem Anschluß 124 der Antriebsschaltung zugeführt, wodurch der Antrieb des Schrittmotors mit einem Impuls verstärkt wird, dessen Breite 15,6 Millisekunden beträgt.

Nunmehr wird auf ein Beispiel der Schaltung gemäß der Ausführungsform 3 nach Fig. 22 Bezug genommen.

Fig. 22A ist ein Beispiel eines Steuerabschnitts 92, der auf der Basis des Schrittmotors nach Fig. 17 konzipiert ist. Eine Wellenform, deren Zeitablauf Fig. 22 entspricht, wird von der Wellenform-Kombinationsschaltung 95 in Fig. 19 erzeugt. Die Kombinationsschaltung 95 besteht aus einer entsprechenden Kombination von Gatterschaltungen, deren Eingänge Signale sind, die von dem Teilerabschnitt 91 erzeugt werden.

Nunmehr wird auf das Zeitdiagramm nach Fig. 22A Bezug genommen. Fig. 22A zeigt Impulse Pa_Q = 2,4 Millisekunden, Pa₁ = 2,9 Millisekunden, Pa~ = 3,4 Millisekunden, Pa- = 3,9 Millisekunden, die normale Antriebsimpulse darstellen; einer dieser Impulse wird automatisch entsprechend der Belastung des Schrittmotors gewählt und als normaler Antriebsimpuls PD. zugeführt. PD« ist ein Korrekturimpuls zum Wiederantrieb in dem Fall, in welchem sich der Rotor mit dem normalen Antriebsimpuls PD. nicht dreht und das maximale Drehmoment mit einer Impulsbreite von 7,8 Millisekunden gewährleistet wird.

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Die Breite des Impulses PD, wird so gewählt, daß sie am größten ist, wenn festgestellt wird, daß sich die Uhr im Magnetfeld befindet, d.h. diese Impulsbreite betrögt 15,6 Millisekunden.

PS, ist ein Eingangsimpuls zur Erfassung. Im Falle einer Wechselstrom-Magnetfelderfassung wird L = 0,5 Millisekunden und H = 1,5 Millisekunden mit einem Zyklus 1 :3 gewählt. Im Falle einer Dreherfassung beträgt die Impulsbreite 0,5 Millisekunden und der Zyklus beträgt 1:1. PS„ ist ein Impuls zur Festlegung einer Periode für die Erfassung der Rotordrehung, wobei die Erfassung nach Einprägen des normalen Antriebsimpulses PD, mit einer Impulsbreite von 9,8 Millisekunden mit einer Impulsbreite von 11,7 Millisekunden beginnt.

Ein Ausgang des Wellerform-Kombinationsabschnittes 95 ist an einen Anschluß nach Fig. 20B angeschlossen.

Der Impuls Pa₀ wird dem Anschluß 174, der Impuls Pa, dem Anschluß 175, Pa„ dem Anschluß 176, Pa- dem Anschluß 177, PD₂ einem Anschluß 173, PD- einem Anschluß 170, PS, einem Anschluß 168, PS₂ einem Anschluß 172 und einem Anschluß 171 ein Erfassungsausgangssignal von einem Erfassungsabschnitt zugeführt; ein Anschluß 178 ist mit einem Anschluß 121 nach Fig. 2OB verbunden, die eine Schaltung des Antriebsabschnittes 93 darstellt, während ein Anschluß 169 mit einem Anschluß nach Fig. 2OB in Verbindung steht.

Da der Aufbau und die Arbeitsweise der Anschlüsse 170 bis 173, des UND-Glieds 183, des Negationsglieds 184, des UND-Glieds 185, des SR-Flipflops 180, des SR-Flipflops 183, des UND-ODER-Glieds 182, des UND-Glieds 200 und des UND-Glieds 201 die gleichen wie unter Bezugnahme auf Fig. 21B erläutert ist, sind, wird die Arbeitsweise nicht nochmals erläutert.

Ein ODER-Glied 204, ein UND-Glied 205, ein UND-Glied 206, ein Flipflop 202 und ein Flipflop 203 bilden einen Vorwärts/Rück-

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wärts-Zähler mit zwei Bit. Ein Eingang des UND-Glieds 200 bewirkt den Aufwärts-Zählbetrieb und ein Eingang vom UND-Glied 186 den Abwärts(Rückwärts)-Zählbetrieb; die Ausgänge der Zähler sind Q_Q1 bzw. Q₁ des Flipflops 202 bzw. 203. Ein Ausgang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers ist mit einem Decoder 189 verbunden und der Ausgang PD, des Decoders ergibt sich wie folgt:

Tabelle 3

^Ql	^Qo	PD₁
0	0	^pao
0	1	^pai
1	0	^Pa2
1	1	^Pa3

Ein normaler Antriebsimpuls, der vom Decoder 189 erzeugt wird, ist gleich dem normalen Antriebsimpuls, wie er in Fig. 21B dargestellt ist, und wird an ein ODER-Glied 201 und an ein RS-Flipflop 181 angelegt.

Da der Eingang eines Erfassungssignals während der Operation durch den normalen Impuls PD, gesperrt wird, wird er über das Negationsglied 208 an das UND-Glied 209 angelegt; der Ausgang PS, erscheint nicht am Anschluß 169 zum Zeitpunkt des Einprägens des normalen Antriebsimpulses. Da der Ausgang des UND-Glieds am Anschluß 169 abgegeben wird, wenn ein Wechselstrommagnetfeld erfaßt wird, werden alle Erfassungen gesperrt.

Der Impuls Pa~ und der normale Antriebsimpuls PD, werden an ein exklusives NOR-Glied 188 angelegt; der Eingang wird gesperrt,

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wenn PD. = Pa_Q ist und der Eingang wird jede Sekunde an den N-Zähler 187 angelegt, wenn PO, nicht gleich Pa_Q ist.

Wenn der N-Zähler die Zählung N beendet hat, nimmt der Ausgang des N-Zählers 187 den Zustand H an und ein Signal, das mit dem Impuls PD, synchronisiert ist, wird an das ODER-Glied 204 angelegt, infolgedessen der Zähler rückwärts zählt.

Wenn der Rotor sich nicht dreht, wird der Impuls PD« an das UND-Glied 200 angelegt und der Zähler wird im Vorwärtsbetrieb betrieben, wobei sich die Impulsbreite von PD, schrittweise auf Pa,, Pa₂, Pa₃ ändert.

Die Erfindung schafft somit eine elektronische Uhr, insbesondere ein Antriebssystem für den Schrittmotor einer elektronischen Uhr, der einen Stator, eine Antriebswicklung und einen Rotor aufweist. Die Antriebseinrichtung zum Antrieb des Schrittmotors ändert ihren Zustand, wenn die Last des Motors sich ändert oder wenn der Motor in ein äußeres Magnetfeld plaziert wird.

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L e e r s e i t e

Claims

DIPL-PHYS. F. ENDLICH germer.ng 13. Julil?7? SVkn PATENTANWALT 9979323

I TELEFON: MÖNCHEN 84 36 38

1 PHONE:

DlPL -PHYS. F. ENDLICH. POSTFACH, D-8034 GERMERINQ

TELEX: 521730 pate D

Meine Akte: D-4644

Kabushiki Kaisha Daini Seikosha, Tokio, Japan

Patentansprüche

ί 1. Elektronische Uhr, mit einem Schrittmotor, bestehend aus einem Stator, einer Antriebswicklung und einem Rotor, und mit einer Antriebseinheit für den Schrittmotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand der Antriebseinheit bei einer Änderung der Kraft des Schrittmotors oder bei in einem äußeren Magnetfeld befindlichem Schrittmotor geändert wird.
2. Elektronische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dreherfassungseinheit vorgesehen ist, welche den Unterschied zwischen der Drehung und Nichtdrehung des Rotors des Schrittmotors durch die Differenz der in der Wicklung (3) durch eine Schwingung des Rotors induzierten Spannung erfaßt und daß eine Erfassungseinheit vorgesehen ist, welche den Einfluß eines externen Magnetfeldes durch die in der Wicklung induzierte Spannung feststellt.

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3. Elekronische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit zur Erfqssung des äußeren Magnetfeldes und die Einheit zur Erfassung einer Drehung und Nichtdrehung des Rotors durch ein und dieselbe Einheit gebildet sind.

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