DE2929323C2

DE2929323C2 - Elektronische Uhr

Info

Publication number: DE2929323C2
Application number: DE2929323A
Authority: DE
Inventors: Masaaki Mandai; Shuji Otawa; Katsuhiko Tokio/Tokyo Sato; Masaharu Shida; Akira Torisawa; Makato Ueda
Original assignee: Seiko Instruments And Electronics Ltd Tokio/tokyo; Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1978-07-19
Filing date: 1979-07-19
Publication date: 1984-12-13
Also published as: US4321520A; GB2026216B; CH640385B; SG64683G; CH640385GA3; FR2431722A1; FR2431722B1; DE2929323A1; HK18884A; JPS5515054A; JPS6156792B2; GB2026216A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Uhr mit einem Schrittmotor und einer Detektorschaltung zum Nachweis der Last des Schrittmotors entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bekannten Uhr dieser Art (DE-OS 27 45 052) können in Abhängigkeit von der nachgewiesenen Last Antriebsimpulse mit unterschiedlichen Impulsbreiten dem Schrittmotor zugeführt werden, um den Energieverbrauch zu verringern. Dabei wird durch die Detektorschaltung ein in der Wicklung durch den Rotor induzierter Strom nachgewiesen, der durch Schwingungen des Rotors unmittelbar nach Zufuhr eines Antriebsimpulses induziert wird. Dabei kann es jedoch vorkommen, daß die Detektorschaltung nicht richtig arbeitet, wenn beim Auftreten eines äußeren magnetischen Wechselfelds in der Wicklung eine zusätzliche Spannung durch das äußere Magnetfeld induziert wird, so daß die Detektorschaltung beispielsweise anzeigt, daß nach Zufuhr eines Antriebsimpulses eine Drehung des Rotors erfolgte, obwohl sich der Rotor tatsächlich nicht gedreht hat. Diese Schwierigkeit könnte dadurch in einem gewissen Umfang vermieden werden, wenn eine magnetische Abschirmplatte ausreichender Dicke Verwendung findet. Die Verwendung einer derartigen Abschirmplatte ergibt jedoch den Nachteil, daß dadurch die Dicke der Uhr vergrößert wird.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Uhr der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß mit einem möglichst geringen Aufwand erreicht werden kann, daß die Detektorschaltung auch beim Auftreten eines äußeren magnetischen Wechselfelds zuverlässig arbeitet, wobei innerhalb gewisser Grenzen keine besondere magnetische Abschirmung erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird bei einer elektronischen Uhr der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei einer derartigen Uhr ist deshalb keine Nachweiseinrichtung, wie ein Hall-Element zum Nachweis eines äußeren magnetischen Wechselfelds erforderlich und innerhalb gewisser Grenzen auch keine magnetische Abschirmung, was insbesondere für Uhren mit möglichst geringer Dicke vorteilhaft ist. Da durch die Detektorschaltung ein äußeres Magnetfeld nachgewiesen werden kann, nachdem sich der Rotor nach Zufuhr eines Antriebsimpulses wieder in einer Ruhelage befindet, also beispielsweise in einem Zeitintervall kurz vor der Zufuhr des nächsten Antriebsimpulses, können fehlerhafte Ausgangssignale der Detektorschaltung beim Nachweis, ob sich der Rotor gedreht hat oder nicht, vermieden werden, da dieser Nachweis unmittelbar nach der Zufuhr eines Antriebsimpulses erfolgen kann.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigt F i g. l(A) eine perspektivische Ansicht eines bekannten Schrittmotors;

Fig. l(B) aufeinanderfolgende Antriebsimpulse zum Antrieb des Schrittmotors in Fig. 1(A); F i g. 2 eine Darstellung des Magnetkerns des Schrittmotors in F i g. l(A) in einem äußeren Magnetfeld;

Fig.3 eine Darstellung von Stromwellen in der Wicklung des Schrittmotors in Fig. l(A) während und nach der Zufuhr eines Antriebsimpulses;

Fig.4 eine Antriebsschaltung mit einem Ausführungsbeispiel einer Detektorschaltung gemäß der Erfindung bei einem Schrittmotor der in F i g. 1 dargestellten Art; F i g. 5 eine antimagnetische Charakteristik;

F i g. 6 aufeinanderfolgende Antriebsimpulse zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung in F i g. 4(B); F i g. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Detektorschaltung gemäß der Erfindung; Fig. 8 und 9 Wellenformen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung in l-"i g. 7;

Fig. 10 und 11 den zeitlichen Verlauf der durch die Schaltung in F i g. 7 nachgewiesenen Spannung und die zeitliche Änderung des Drehwinkels des Rotors;

Fig. 12 eine Wellenform der nachgewiesenen Spannung bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 13 ein Symbol eines N-Kanal-Transistors; F i g. 14 ein Ersatzschaltbild des N-Kanal-Transislors;

F i g. 15 ein Ersatzschaltbild für eine Detektorschaltung gemäß der Erfindung; Fig. 16(A) eine vergrößerte Darstellung eines Bereichs der Spannungswellenform in Fig. 12; Fi g. 16(B) eine Wellenform der Nachweisspannung für ein magnetisches Wechselfeld;

Fig. !6(C) eine grafische Darstellung zur Erläuterung des Schalteffekts bei einer Detektorschaltung gemäß der Erfindung; F i g. 17 die Abhängigkeil des Drehmoments von der Impulsbreite der Antriebsimpulse des Schrittmotors;

Fig. 18 aufeinanderfolgende Antriebsimpulse bei Verwendung einer Detektorschaltung gemäß der Erfindung;

F i g. 19(A) einen Grundriß einer elektronischen Uhr mit einer Detektorschaltung gemäß der Erfindung; . Fig. 19(B)ein Blockschaltbild der elektrischen Schaltung dieser Uhr; F i g. 20(A) ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Detektorschaltung gemäß der Erfindung; F i g. 20(B) ein Ausführungsbeispiel der Steuerschaltung in F i g. 19(B); F i g. 21(A) in der Kombinationsschaltung in F i g. 19(B) erzeugte Wellcnformen; F i g. 21 (B) ein Schaltbild des Stcuerabschnitts, dessen Eingang in F i g. 21(A) dargestellt ist;

Fig. 22(A) Ausgangssignal einer abgewandelten Ausführungsforntder Wellenform-Kombinationsschaltung in Fig. 19(B);und

Fig.22(B) eine abgewandelte Ausführungsform des Steuerabschnitts, dessen Eingang in Fig. 22(A) dargestellt ist.

Durch Anlegen eines Antriebsimpulses nach Fig. l(B) an die Wicklung 3 des bekannten Schrittmotors in F i g. l(A) wird der Stator 1 magnetisiert und der Rotor 2 um 180" durch magnetische Abstoß- und Anziehungskräfte gedreht.

Wie eingangs erwähnt, wird die Breite des /ugefühnen Antriebsimpulses derart gewählt, daß der Rotor bei unterschiedlicher Last mit einer möglichst geringen Impulsbreite gedreht werden kann.

Fig.3 zeigt eine integrierte Stromwelle beim Antrieb des Schrittmotors in Fig. l(A). Ein Abschnitt a entspricht der Zeit, während der ein Antriebsimpuls angelegt wird. Während des folgenden Zeitabschnitts b wird ein Strom b\ bzw. bi durch Schwingungen des Rotors induziert. Die Welle b\ tritt bei einer Drehung des Rotors und £>2 bei einer Nichtdrehung des Rotors auf.

Eine Treiber-Schaltung ist in F i g. 4(A) dargestellt und weist Inverter 4 und 5 auf, die aus einem N-Kanal-Feldeffekltransistor bzw. P-Kanal-Feldeffekttransistor bestehen; die Wicklung 3 ist an einen Ausgang letzterer Transistoren geschaltet. Nachdem ein Antriebsimpuls aufgeprägt wird, fließt ein Strom im Abschnitt b in F i g. 3 infoige der Schwingungen des Rotors. Es wird eint Spannung entsprechend dem Produkt des ElN-Widerstands des Antriebstransistors und des Stromes infolge der Schwingungen des Rotors erzeugt.

Diese Spannung wird in eine Spannung in gleicher Richtung durch ein Übertragungsgatter umgewandelt. Dann wird ein Vergleich der Basisspannung und der Spitzenspannung durch einen Spannungskomparator ausgeführt und die erfolgte oder fehlende Drehung des Rotors festgestellt. Bei Feststellung einer fehlenden Drehung des Rotors wird ein Korrekturantrieb ausgeführt. Wenn bei dieser Methode durch ein äußeres Magnetfeld eine Spannung in der Wicklung induziert wird, die dem erfassenden Signal hinzugefügt wird, können Fehler in der Erfassung auftreten, so daß z. B. kein Korrekturimpuls zugeführt wird, obwohl der Rotor sich nach Zuführung eines normalen Antriebsimpulses nicht drehte.

F i g. 5 zeigt eine antimagnetische Charakteristik in Abhängigkeit von der Antriebsinipulsbreite eines Schrittmotors.

Im folgenden wird auf eine Spannung Bezug genommen, die in der Wicklung 3 induziert wird, wenn ein äußeres magnetisches Wechselfeld vorhanden ist.

F i g. 2 zeigt eine typische Form des Magnetkerns des Stators.

Bei einer schlanken Form des Magnetkernes beirägi die Flußdichte in dem Kern etwa ein Zehnfaches der äußeren Flußdichie.

Eine in der Wicklung induzierte Spannung Vergib! sich zu:

V= -n ■ άΦΙάΐ, (I)

wobei η die Windungszahl der Wicklung und iPder F⁷IuIl im Magnetkern 7 sind.

Material des Magnetkerns 45 Permalloy

Länge des Magnetkerns 12 mm

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

Zahl der Wicklungen der Spule 10 000 Windungen.

Nimmt man an, daß die Flußdichte im Magnetkern um das Zehnfache erhöht ist, wenn der Magnetkern die in vorstehender Tabelle angegebene Ausbildung hat, dann ergibt sich der Fluß im Magnetkern nach folgender Gleichung: _b0

Φ = 10 χ Λ' χ B χ sin<yf, (2)

wobei Sdie Querschnittsgröüe und öder Spitzenwert der FluCr'ichtc des magnetischen Wechselfelds sind.

V = — \0 χ η χ S χ B χ to χ cos «jt

= -10 χ 1 χ 10" (Windungen) χ 0,64 χ 10⁴(m²) χ ß χ K) * (Wb/m²) χ 2,τ χ 50(Hz) χ cos cot - —6.4 χ 10--' χ Ox coswi

—0,02 χ ß cos (Ot.

Diese Gleichung ergibt sich aus den Gleichungen (1) und (2).

Daher beträgt bei einer Flußdichte ßdes externen Magnetfeldes von 2 Gauß, die Spannung V= —0,4 cos on. Zur Feststellung der externen Magnetflußdichle und zur Steuerung des Antriebsimpulses für den Schrittmotor wird diese in der Wicklung erzeugte Spannung erfaßt.

Ausführungsbeispiel 1

ίο Der Nachweis des externen Magnetfeldes wird durch Erfassung der Spannung erreicht, die in der Wicklung 3 erzeugt wird, und zwar mit Hilfe eines Spannungskomparators über ein Übertragungsglied, bevor ein Antriebsimpuls der Schaltung nach F i g. 4(A) zugeführt wird.

Fig.4(B) stellt eine Erfassungsschaltung entsprechend Fig.4(A) dar, bei welcher jede gate-Elektrode des P-Kanal-Feldeffekttransistors und N-Kanal-Feldcffekttransistors.die aus Invertern bestehen können, und wobei ein Inverter aus drei Stufen besteht, jeweils den Sperr- oder AUS-Zustand annimmt. Wenn festgestellt wird, daß die Uhr in ein Magnetfeld gelangt, wird die Wicklung 3 geöffnet und die Empfindlichkeit der Erfassung des Magnetfeldes wird verbessert. Die anderen Operationen mit Ausnahme der vorstehend erwähnten Operationen sind die gleichen wie beschrieben wurde.

F i g. 5 zeigt die Änderung der antimagnetischen Eigenschaften, wenn die Breite der Antriebsimpulse für den Schrittmotor geändert wird.

Deshalb kann beim Auftreten eines magnetischen Wcchselfclds der Schrittmotor mit einer Impulsbreite entsprechend einem Scheitelwert im Bereich 8 oder im Bereich 9 angetrieben werden, wodurch die antimagnetischen Eigenschaften verbessert werden. F i g. 6 gibt ein Zeitdiagramm der Antriebsimpulse wieder. Mit a ist ein normaler Antriebsimpuls und mit b die Zeit der Feststellung einer Drehung des Rotors angegeben, während c einen Korrekurimpuls darstellt, der verwendet wird, wenn sich der Rotor durch den Impuls a nicht dreht; b gibt die Zeitspannen an, nach der der Rotor in eine Ruhestellung gelangt, während t/der Erfassungszeit für ein Magnetfeld entspricht. Wenn festgestellt wird, daß sich die Uhr während der Zeitspanne d in einem Magnetfeld befindet, wird ein Antriebsimpuls e zugeführt, der länger als die Impulse a und cdauert.

Ausführungsbeispiel 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 Weise der Verstärkung des Erfassungssignals vorliegen.

Die in Fig.7 dargestellte Schaltung zeigt einen Antriebsabschnitt und einen Erfassungsabschnitt für die Drehung und Nichtdrehung und einen Erfassungsabschnitt für das Magnetfeld. Vorteilhafterweise ist ein weiterer Verstärker nicht erforderlich, indem die in der Wicklung induzierte Spannung intermittierend einem Element mit hoher Impedanz eingeprägt wird. Alle Schaltungsabschnitte können in einer integrierten Schaltung vorgesehen werden, so daß nur die Größe eines integrierten Schaltungschips geringfügig vergrößert werden muß. Im folgenden wird auf das Prinzip der Erfassung bei diesem Ausführungsbeispiel Bezug genommen. P-MOS-Feldeffekt-Gatter 10 und 12 sowie N-MOSFET-Gatter 11 und 13 bilden gemäß Fig.7 Glieder, welche denen entsprechen, die in der bekannten Schaltung in Fig.4(A) durch Inverter 4 und 5 gebildet sind.· Ausgänge 18 und 19 der Steuer-Inverter sind an die Wicklung 3 und an ein Element hoher Impedanz angeschlossen, d. h. an einen Detektor-Widerstand 16, der durch einen Widerstand und Gatter 14 und 15 gebildet ist. Ein Verbindungspunkt 20 des Detektor-Widerstands 16 ist an einen Eingang eines binären logischen Elements 17 angeschlossen, das eine vorbestimmte Schwcllenspannung hat.

Fig.8 zeigt die Eingangssignale zu jedem Gatter. Ein Antriebsimpuls wird während der Periode Ti der Wicklung 3 zugeführt. Da nur die Gatter 10 und 13 im EIN-Zusiand sind, fließt ein Strom von einer Quelle

so entsprechend dem Pfeil 21 (F i g. 7). Vorausgesetzt, daß nur die Gatter 14 und 13 im EIN-Zustand sind, wie dies im Takt T₂ dargestellt ist, wird zu diesem Zeitpunkt ein geschlossener Kreis 22 gebildet, welcher die Wicklung 3 und den Deiekiorwidersiand 16 enthält.

Wenn eine in der Wicklung 3 durch eine Drehung des Rotors 2 induzierte Spannung mit e bezeichnet wird, der kombinierte Innenwiderstand der Wicklung 3 und der Gatter 14,13 mit r, sowie der Widerstand des Detektor-Widerstands 16 mit R bezeichnet wird, dann ergibt sich eine Spannung V₂₀ am Verbindungspunkt 20 zu:

Vx = eR/(R+rX wenn R > r. V₂₀ - e. Wenn R > r, dann kann V» als die in der Wicklung induzierte Spannung betrachtet werden.

eo F i g. 10 zeigt ein Beispiel der Wellenform von V₂₀ bei einem Detektorwiderstand von 50 ki2, einem Wicklungswiderstand von 23 kn und einer Windungszahl von 9800, wenn der Schrittmotor sich in beinahe lastfreiem Zustand befindet Diese induzierte Spannungswelle entspricht einem Drehwinkel θ in Fig. 10. Wenn die Last des Schrittmotors zunimmt, fällt die Spitze der induzierten Spannungswelle allmählich ab, so daß eine ähnliche Form beibehalten wird, aber der Schwingzyklus länger wird.

In F i g. 11 ist eine induzierte Spannungsform und der Drchwinkei des Rotors bei maximaler Last bzw. Überbelastung durch die Kurve a bzw. b dargestellt.

Zum Zeitpunkt maximaler Last erfolgt die Drehung des Rotors langsam; nach einer Schrittdrehung treten keine Schwingungen auf, wodurch die Unregelmäßigkeit der induzierten Spannung sehr klein ist Zum Zeitpunkt

. . - — —ι

der Überlastung gcinäU der Kurve h wird eine hohe Spitzenspiitiruing in negativer Richtung induziert, wenn der Rotor in die Ausgangstage zurückkommt.

\'.s gibt mehrere 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 (P i g. 10), und zwar wegen der Einfachheit und der Sicherheit der Schaltung.

Eine Erfassung wird nach einigen msec zum Ausschalten eines Kehlers durch eine Spitze ρ nach Einprägen eines Antriebsimpulses eingeleitet; die induzierte Spannung erreicht einen 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 io {

größeren Drehung. \

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 Schallung mit hohem Widerstandswert und eine Schaltung mit niedrigem Widerstandswert vorgesehen sind.

In der in Fi g. 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 Bremszeil des Rotors geschaltet. Ein Zeitdiagramm für diese Zeitspanne ist in F i g. 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 — — 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 F i g. 4(A). In der in F i g. 7 gezeigten Schaltung wird an beiden Seiten des Detektorwiderslandes 16, der einen wesentlich höheren Widerstand hat, eine Spitzenspannung 2 V zum Zeitpunkt der Änderung zur Bremsschaltung erzeugt, der durch den Detektorwiderstand 16 hindurchgeht, wobei die Wicklung 3 versucht, den Stromfluß in der Bremszeit aufrechtzuerhalten.

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

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besieht in einer Verstärkung der Spannung, die während der Bremszeit induziert wird, indem der Widerslandswert der Schaltung verändert wird, welcher das Bremsen des Rotors ausführt; die Spitzenspannung gemäß Fig. 10 kann mehr als 1 V betragen, obgleich die Spitzenspannung der Wellenform, die in Fi g. 10 gezeigt ist, etwa 0,4 V beträgt. Da eine Spitzenspannung von mehr als 1 V bei dieser Ausführungsform erhalten wird, kann eine Spannung von 0,5—1,0 V, welche 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 F i g. 7 aus einem Inverter bestehen, das als C-MOS-Elemenl 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 Deiekiorsignal niedrig ist. Da ein Widerstand größer als ein vorbestimmter Wert ist, erhöht sich die Detcktorspannung 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 3 kCl vorliegen, wird beim Schalten des Bremskreises mit einer Frequenz von 1 mSek. und einer Periode von 50% nach Einprägen eines Antriebsimpulses eine Spilzenspannung an einem Detektorwiderstand von mehr als 20 ki"2 mit einem Wert von 1,5 V erhalten; bei der Erfassung unter Verwendung eines Komparators, dessen Schwellwertspannung 0,5 V beträgt, wird ein Erfassungssignal, wenn 90% 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 F.insat? dieser Methode bei einem Antriebssystem mit geringer elektrischer Leistung, läßt sich eine sehr stabile Operation erhalten und der Schaltungsaufbau kann vereinfacht werden; nur die Gatterschaltung für eine Impulszusammensetzung 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. F i g. 14 gibt ein Ersatz-Schaltbild der Schaltung nach F i g. 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-Obergang verbunden sind. Der Kondensator 42 bildet die Summe der gesamten P-N-Übergangskapazitäten 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 Fi g. 7 ersetzt ist und eine Batterie als Kondensator großer Kapazität und ideale

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elektrische Quelle angenommen wird.

Mit 43 ist eine Spannung V₀ bezeichnet, die durch ein externes Magnetfeld oder durch die Rotorschwingung erzeugt wird, mit 44 eine Wicklung, die einen Motor bildet, dessen Induktivität L Henry beträgt, mit 45 ist ein Innenwiderstand der Wicklung mit γΩ und mit 47 ein Kreis-Wählschalter bezeichnet, während mit 46 der EIN-Widerstandr/Vndes N-Glieds bezeichnet wird.

WV Ω wird vernachlässigt, da dieser Wert kleiner als der Widerstand der Wicklung ist. Mit 48 ist eine Kapazität angegeben, die in gleicher Weise am N-Glicd und P-Glicd vorlicgl 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 ίο dem Substrat und der Drain-Elektrode der N- und P-Glicdcr vorliegen. Mil 51 ist eine Antriebsbattcrie, eine Silberbatterie mit Vd = 1,57 V bezeichnet.

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

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

1.) a²>b

V₁, - E Γΐ - (— (a - — b) sinh ωί + cosh ωλ e""'!. 2.) β² - b

V_k - E Tl - (l + at - -^ bt\ e-"l.

3.) a^l<b

mit

£ Tl - — (a - — b) sin «/ + cos ω/1 <
L ω \ r ) J

i/Ί. 1\ _A r+R
2 U OF;* °'TCR'

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

H 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,

ijj 45 die Spitzenspannung beträgt 4,2 V und die Verstärkung beträgt etwa 42 bei folgenden Voraussetzungen: L = 11

g Henry, C = 75 pF, R = 150 kΩ, r = 2,8 k^ V_n =■ 0,1 V, r„ = °°.

Damit wird eine Verstärkung des Erfassungssignals leicht ausgeführt, ohne daß ein Verstärker für das

φ Analogsignal benützt wird. Es wird jedoch angenomen, daß I» = °° und die Zeil des Kreises mit niedrigem

ff Widerstand für diesen theoretischen Wert unbegrenzt sind und in der Praxis ein geschlossener Kreis mit großem

;' so Widerstand und ein geschlossener Kreis mit niedrigem Widerstand alternativ geschaltet werden. Die Zeit bis zur

■f Konstantspannung durch den Kreis mit hohem Widerstand ist kurz, während die Zeit bis zur konstanten

ρ Spannung durch den Kreis mit niedrigem Widerstand infolge einer großen Zeitkonstante lang ist

If Im Falle eiues 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 r = Mr mit τ « 3,9 Millisekunden ergibt. Wenn der Kreis mit niedrigem Widerstand 3,9 Millisekunden andauert, werden daher nur 63% der konstanten Spannung erreicht

Wenn-diese Anordnung als Erfassungseinheit für ein externes Magnetfeld verwendet wird, ist es imstande, leicht ein Magnetfeld 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 Erfassungssignals beträgt zu dieser Zeit in der angegebenen theoretischen Gleichung etwa das Fünfzehnfache.

F i g. 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 geschaltet werden und deren Verstärkungsfaktor etwa 5 beträgt.

Wie vorstehend erwähnt ist, kann für die Erfassung eines Wechselmagnetfeldcs 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.

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 Erfassungssignals 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-lnverters 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 Ausführungsform 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-lnverter 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, 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 möglich.

In 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 Erfassungäwiderstand 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 Spannungsdetcktor. 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 Detcktorwidersiand 16 und ein Detektor 17 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 auszuwählen, 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-Widerstandswert 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 langer als die Zeitdauer des Kreises mit hoher Impedanz während der Magnetfeiderfassung 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 Antriebsmittel 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 μ 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

Ausführungsbeispiel 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 I

auf die zweite Ausführungsform beschriebenen System ist %

Fig. 17 ist eine graphische Darstellung, die das Verhältnis einer Antriebspulsbreite und des Drehmomentes |

bei dieser Ausführmgsform verwendeten Schrittmotors darstellt Im Falle des Antriebs mit einem festen Impuls s ist die Impulsbreite auf einen Punkt a gesetzt, um ein maximales Drehmoment T, des Schrittmotors sicherzustellen. Wie in Bezug auf die zweite Ausführungsform erwähnt ist. wird beim Korrekturantrieb die normale Antriebsimpulsbreite auf a 2 oder a 3 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 Antriebsimpuls 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 ao; wenn der Antrieb mit einer Impulsbreite ao ausgeführt wird, ist eine weitere Reduzierung der elektrischen Leistungsaufnahme möglich. Dies beinhaltet den Zweck dieser Ausführungsform, deren Arbeitsweise in F i g. 18 gezeigt ist.

Normalerweise wird der Rotor mit einer Impulsbreite an angetrieben; wenn sich der Rotor nicht mit einem is Impuls mit der Breite ao aufgrund des Vorliegens einer Kalender-Belastung dreht, stellt die Erfassungsschaltung, fest, daß sich der Rotor nicht dreht und sofort wird der Rotor durch einen Korrekturantriebsimpuls angetrieben. Die Impulsbreite zu diesem Zeitpunkt ist in F i g. 17 mit a bezeichnet. Die Impulsbreite des nächsten Impulses a\ nach einer Sekunde, dessen Impulsbreite geringfügig größer als die des Impulses a₀ ist, wird automatisch als normaler Antriebsimpuls gesetzt, wonach der Antriebsimpuls dem Schrittmotor zugeführt wird. Gemäß der graphischen Darstellung nach F i g. 17 wird das Kalender-Drehmoment T^. nicht erreicht, auch nicht mit dem Impuls a\; der Rotor hält wiederum an und wird durch einen Korrekturimpuls a angetrieben. Dann wird nach einer Sekunde automatisch ein normaler Antriebsimpuls mit der Breite a₂ erzeugt und das Ausgangsdrehmoment ist in diesem Fall größer als das Kahenderdrehmoment T^, so daß der Schrittmotor mit einer Impulsbreite at 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 /V-Sekunden verkürzt, wird somit der Impuls auf die Impulsbreite a, nach einem ΛΖ-fachen Auftreten des Ausgangssignals a? zurückverbracht. Wenn .71 kontinuierlich N-mal erzeugt würde, wird der Impuls auf a₀ reduziert.

Entsprechend dieser Antriebsart kann ein bekannter Schrittmotor mit geringerer Leistungsaufnahme angetrieben werden. Wie in F i g. 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 normalen Antriebsimpulses betrieben und — wenn der Zustand auftritt, in welchem ein Magnetfeld erfaßt wird — wird diese Korrekturantriebsschaltung gesperrt und die normale Antriebsimpulsbreite wird auf dem Spitzenpunkt eines Bereichs 8 oder Bereichs 9 nach F i g. 5 gesetzt, d. h. auf den maximalen Punkt der antimagnetischen Eigenschaft.

Dadurch wird ein Schrittmotor geschaffen, der durch einen äußeren Einfluß schwer zum Halten 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 Wechselmagnetfeldcs 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 70 ist eine Grundplatte bezeichnet, mit 71 eine Wicklung, mit 72 ein Stator und mit 73 ein Lagerglied für einen Rotor und für Getrieberäder. Außerdem ist eine Batterie 74 und ein Quarzkristallschwinger 75 vorgesehen. Mit 76 ist ein Schaltungsblock bezeichnet, auf welchem ein IC-Element befestigt ist und der aus Kunstharz gegossen ist; hinsichtlich der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele I 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 Erfassungssignals ein und treibt den Schrittmotor 94 mit einem Impuls an, dessen Breite dem betreffenden Zustand angepaßt ist.

Die F i g. 2OA und 20B zeigen Beispiele einer Antriebs- und Detektorschaltung in Blockschaltbildern entsprechend Fig. 19B. P-Galtcr 2), 22 und N-Gatter 23, 24 bilden zwei Paare von C-MOS-lnvertern und jeder Ausgang a 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-Gliedcrn 25 und 26 angeschlossen, leder positive Eingangsanschluß von Spannungskomparatoren 30 und 31 ist an einen Anschluß a b/.w. b der Erfassungswiderstände 28 und

angeschlossen und die negativen Anschlüsse sind an einen Abgriff (Teilungspunkt) eines Basisspannungswiderstandes 34 geführt, während beide Ausgänge der Komparatoren 30 und 31 an ein ODER-Glied 32 angelegt sind.

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-Gliedes 27 angeschlossen. Gate-Anschlüsse 101 bis 107 von P- und N-Glicdern 21 bis 27 und ein Ausgang des UND-Glieds 33 sind an den Steuerabschnitt 92 (F i g. 19B) geschaltet Anschlüsse mit den gleichen Bez-jgszeichen in F i g. 2OA und 2OB sind miteinander verbunden.

Ein Flipflop ist ein an der negativen Flanke getriggerte·: Flipflop und über einen Inverter (N ICHT-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 <?des FHpflops 74 an ein UND-Glied 77 und 78 angeschlossen ist. Ein Antriebsanschluß 12· 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-Gliedes 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. 20B gezeigten Schaltung Bezug genommen. Ein Phasensteuerabschnitt 122 liefert ein Eingangssignal, das die Stromrichtung im Schrittmotor invertiert; die Richtung des Antriebsimpulses und des Erfassungsimpulses für den Schrittmotor 94 werden mit einem Impuls positiver Flanke entsprechend dem Negationsglied 73 invertiert. Bei einer Uhr mit einem Einsekunden-Schrittsystem wird ein Sekundenimpuls iS angelegt

Das Verhältnis zwischen dem Eingang und dem Ausgang nach F i g. 20B in dem Fall, in welchem der Ausgang Q des FHpflops 74 einen Wert H (Spannung mit hohem Pegel) und den Wert L (niedriger Pegel) hat, ist in folgender Tabelle angegeben:

Tabelle 2

Wenn ein Ausgangssignal gemäß der Tabelle 2 in einer Schaltung nach F i g. 20A angelegt wird, erlangen die N-Glieder 23 und 24 den EIN-Zustand, wenn der Anschluß 121 auf dem Wert L und der Anschluß 124 auf dem Wert L liegt, wodurch ein Kreis mit niedriger Impedanz hergestellt wird. Wenn der Ausgang (?auf dem Wert H liegt und der Anschluß 121 dem Wert 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.

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 Erfassungswidersland 28 in einen Kreis geschaltet; dann ergibt sich ein Krci:i 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 Wechselstrommagnetfeldcs 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.

PDt stellt einen normalen Antriebsimpuls mit 3,9 Millisekunden und PCh einen normalen Antriebsimpuls mit 7,8 Millisekunden für einen Korrekturantrieb im Falle dar, daß die Last größer als das Ausgangsdrehmoment mit einem normalen Impuls von 3,9 Millisekunden während einer Nichtdrehung des Rotors ist. PD₃ 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. PSi 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 Drehung und Nichidrehung eines Rotors erfaßt wird. Jeder Impuls nach F i g. 21A wird an einen Eingang in F i g. 21 angelegt. Der Impuls PD) wird an den Anschluß 140, der Impuls PS2 an den Anschluß 142, der Impuls PDi an den Anschluß 143, der Impuls PD2 an den Anschluß 144 und der Impuls PSi an einen Anschluß 145 angelegt; ein Ausgangssignal einer Erfassungsschaltung wird an einen Anschluß 141 angelegt. Der Anschluß 141 ist über

FF 74	H	Eingangsanschluß	124	Ausgangsanschluß	102	103	104	105	106	107
		121	L	101	H	H	H	L	L	L
<?-		L	L	H	H	.L	H	L	L	L
	L	H	H	L	H	L	H	H	L.	H
		L	L	H	H	H	H	L	L	L
Q-		L	L	H	L	H	L	L	L	L
	H	H	H	H	H	L	L	H	H
	L	H

to 15 20 25 30 35 40

ein UND-Glied 150 an den S-Eingang eines SÄ-Flipflops 150 und direkt an ein UND-Giied 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 5-Eingang eines SÄ-Flipflops 151 geschaltet ist. Der Anschluß 143 ist an den /7-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-GIied 155 verbunden. Die Ausgänge Q und (?des Flipflops 150 sind mit dem UN D-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.

Jm Normalbetrieb, wenn kein äußeres Wechselstrommagnclfeld anliegt, wird kein Ausgang von der Magnetfeld-Erfassungsschaltung abgegeben und das SÄ-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 S/?-Flipflop 151 nicht gesetzt und der Ausgang Q liegt auf dem Wert H. Somit wird der Impuls PD₂ «= 7,8 Millisekunden am Anschluß 146 über das UND-Glied 153, das ODER-Glied 154 und das UND-ODER-GIied 155 abgegeben.

Wenn eine Uhr in ein Wechselstrom-Magnetfeld eintritt und somit ein Erfassungssignal 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-GIied 155 am Ausgang 146 erzeugt wird.

Der Ausgang 146 ist mit dem Eingang 121 der Antricbsschallung 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 F i g. 22 Bezug genommen.

F i g. 22A ist ein Beispiel eines Steuerabschnits 92, der auf der Basis des Schrittmotors nach F i g. 17 konzipiert ist. Eine Wellenform, deren Zeitablauf F i g. 22 entspricht, wird von der Wellenform-Kombinationsschaltung 95 in Fi g. 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 F i g. 22A Bezug genommen. F i g. 22A zeigt Impulse Pa^ = 2,4 Millisekunden, Pa\ = 2,9 Millisekunden, Pa₂ = 3,4 Millisekunden, Pas «· 3,9 Millisekunden, die normale Antriebsimpulse darstellen; einer dieser Impulse wird automatisch entsprechend der Belastung des Schrittmotors gewählt und als normaler Antriebsimpuls PD\ zugeführt. PD₂ 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.

Die Breite des Impulses PD₁ wird so gewählt, daß sie am größten ist, wenn festgestellt wird, daß sich die Uhr im Magnetfeld befindet, d. h.diese Impulsbreite beträgt 15.6 Millisekunden.

PS\ ist ein Eingangsimpuls zur Erfassung. Im Falle einer Wechselstrom-Magnctfelderfassung wird L - 0,5 Millisekunden und H = 1,5 Millisekunden mit einem Zyklus I : 3 gewühlt. Im Falle einer Dreherfassung beträgt die Impulsbreite 0,5 Millisekunden und der Zyklus beträgt 1:1. PS₂ 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 Wellenform-Kombinationsabschnittes 95 ist an einen Anschluß nach Fig.2OB angcschlos-

50

55

60

Der Impuls Pan wird dem Anschluß 174, der Impuls ftii dem Anschluß 175, Pa₂ dem Anschluß 176, Pas dem Anschluß 177, PD₁ einem Anschluß 173, PDj 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 F i g. 20B verbunden, die eine Schaltung des Antriebsabschnittes 93 darstellt, während ein Anschluß 169 mit einem Anschluß 124 nach F i g. 20B 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 Sff-Flipflops 183. des UND-ODER-Glieds 182, des UND-Glieds 200 und des UND-Glieds 201 die gleichen wie unter Bezugnahme auf F i g. 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/Rückwärts-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 Qbt bzw. Q, 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

PD₁

b5

0 I

Pa₀ Pa₁ Pai

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

Da der Eingang eines Erfassungssignals während der Operation durch den normalen Impuls PD₁ 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 Einprä^ens des normalen Antriebsimpulses. Da der Ausgang des UND-Glieds 209 am Anschluß 169 abgegeben wird, wenn ein Wechselstrommagnetfeld erfaßt wird, werden alle Erfassungen gesperrt

Der Impuls Paa und der normale Antriebsimpuls PD₁ werden an ein exklusives NOR-Glied 188 angelegt; der Eingang wird gesperrt, wenn PDi — Paa ist und der Eingang wird jede Sekunde an den N-Zähler J87 angelegt, wenn PDi nicht gleich Paa ist. ι ο

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 PDi synchronisiert ist, wird an das ODER-Glied 204 angelegt, infolgedessen der Zähler rückwärts zählt

Wenn der Rotor sich nicht dreht, wird der Impuls PD2 an das UND-Glied 200 angelegt und der Zähler wird im Vorwärtsbetrieb betrieben, wobei sich die Impulsbreite von PDi schrittweise auf Pai, Pa₂. Pa% 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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Hierzu 20 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronische Uhr mit einem Schrittmotor, bestehend aus einem Stator, einer Spule und einem Rotor, mit einer Treiberschaltung zur Zufuhr von Antriebsimpulsen an den Schrittmotor, mit einer Detektorschal tung zum Nachweis der Last des Schrittmotors und einer Steuerschaltung zur Erhöhung der Impulsbreite der Antriebsimpulse in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Detektorschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Detektorschaltung nachweisbar ist, daß der Schrittmotor einem äußeren magnetischen Wechselfeld ausgesetzt ist. indem eine durch das magnetische Wechselfeld in der Spule induzierte Spannung nachgewiesen wird, um die Steuerschaltung zu steuern.

ίο 2. Elektronische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Detektorschaltung nachweisbar ist, daß der Rotor durch die Antriebsimpulse nicht schrittweise gedreht werden kann, indem die durch Schwingungen des Rotors in der Spule induzierte Spannung nach Beendigung jedes Antriebsimpulses nachgewiesen wird.

3. Elektronische Uhr nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung eine Schalteinrichtung enthält, um wahlweise ein Element mit relativ hoher Impedanz über der Spule während des

Nachweises des äußeren Magnetfelds anzuschalten.

4. Elektronische Uhr nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Komparator vorgesehen ist, um die über dem Element mit höherer Impedanz erzeugte Spannung mit einer Bezugsspannung zu vergleichen und die Feldstärke des äußeren Magnetfelds zu berücksichtigen.