DE3026321A1

DE3026321A1 - Elektronische uhr

Info

Publication number: DE3026321A1
Application number: DE19803026321
Authority: DE
Inventors: Masaaki Mandai; Shuji Otawa; Katsuhiko Sato; Masaharu Shida; Makoto Ueda
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1979-07-13
Filing date: 1980-07-11
Publication date: 1981-01-29
Also published as: GB2054916B; HK64686A; SG21684G; JPS5612577A; US4437769A; FR2461400B1; CH646574GA3; GB2054916A; FR2461400A1

Description

PATENTANWALT"^" , ^GERMERING 9. Juli 1980 E/m

DlPL-PHYS. F. ENDLICH _GERMERING

MÖNCHEN M 3β 38

C^r_DRHSS: ^ENDLICH MÖNCHEN

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH, POSTFACH, D-6034 GERMERINQ

TELEX: 521730 pate d

Meine Akte: D-4786

Anmelder: Kabushiki Kaisha Daini Seikosha, Tokyo, Japan

Elektronische Uhr

Die Erfindung betrifft eine elektronische Uhr mit einer Wellenformschaltung und einer Treiberschaltung zum Antrieb eines Schrittmotors.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer bekannten elektronischen Uhr dieser Art. Die Schaltung enthält einen Schwingquarz 1, der an eine Oszillatorschaltung 2 angeschlossen ist, um Schwingungen mit einer Frequenz von 32 76 8 Hz. An die Oszillatorschaltung ist eine Frequenzteilerschaltung 3 angeschlossen, die Sekundensignale ah eine WeIlenformschaltung 4 abgibt, um einem Schrittmotor 6 über eine Treiberschaltung 5 Antriebsimpulse zuzuführen.

Fig. 2a zeigt eine perspektivische Ansicht eines derartigen Schrittmotors, der einen Stator 11, einen Rotor 12 und eine Spule 13 enthält. Fig. 2b zeigt eine Spannungswellenform, welche die von der Treiberschaltung an die Spule 13 angelegten Antriebsimpulse betrifft. Die Impulsdauer beträgt 6,8 msec und die Impulsfrequenz ein Impuls pro Sekunde.

Die in Fig. 3 dargestellten Schaltungen sind in einer integrierten Schaltung enthalten, an die eine Spannungsquelle 7 angeschlossen ist. Als Spannungsquelle findet im allgemeinen eine Silberbatterie Verwendung, deren Entladespannung von 1,5 V nahezu bis

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zum Ende der Lebensdauer der Batterie konstant ist. Um eine stabile Arbeitsweise der Schaltungen und des Schrittmotors zu gewährleisten, wird eine Nachweiseinrichtung zur Feststellung des Ladezustands der Batterie verwendet, um das Absinken der Betriebsspannung in Abhängigkeit von dem Ladezustand der Batterie festzustellen, so daß bei einer entsprechenden Anzeige ein Auswechseln der Batterie erfolgen kann. Deshalb ist es bei der Konstruktion des Schrittmotors nicht erforderlich, Änderungen der Betriebsspannungen aufgrund der Änderungen des Ladezustands der Batterie zu berücksichtigen .

Wenn dagegen eine Peroxid-Silberbatterie als Spannungsquelle verwendet wird, deren ursprüngliche Spannung 1,8 V beträgt, kann sich eine instabile Arbeitsweise des Schrittmotors ergeben. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, wird bei der Herstellung derartiger Batterien die Betriebsspannung mittels einer Silberbehandlung auf 1,5 V verringert. Dadurch ergibt sich jedoch der Nachteil, daß kein optimales Verhältnis von Ladekapazität zu Volumen der Batterie erzielt werden kann.

Andererseits besitzen Lithiumbatterien ein großes Verhältnis dieser Art, weisen aber den Nachteil auf, daß sie eine ungünstige Entladecharakteristik besitzen. Fig. 3 zeigt die Entladecharakteristik einer Lithiumbatterie. Die anfängliche Spannung von 3 V fällt nach einer verhältnismäßig kurzen Entladezeit auf 2,7 V, bleibt einige Zeit etwa konstant und fällt mit wachsender Entladezeit zunehmend stärker ab. Deshalb ist es sehr schwierig, Schrittmotoren der erwähnten Art mit einer derartigen Batterie stabil anzutreiben. Da die Stromstärke und das Ausgangsdrehmoment ebenfalls von der Spannung abhängen, ist es schwierig, den Schrittmotor in Bereichen mit sich ändernder Spannung anzutreiben. Wenn ferner ein Schrittmotor für 3 V mit üblichen Spannungsquellen angetrieben wird, muß eine Spule mit dünnem Draht gewickelt werden, um den Spulenwiderstand zu erhöhen, wodurch sich erhöhte Herstellungskosten ergeben .

Fig. 3b zeigt die Änderung der Batteriespannung in Abhängigkeit von der Entladezeit einer Silberbatterie oder Peroxidbatterie, die durch eine Solarbatterie aufgeladen wird. In diesem Fall ändert sich die Batteriespannung zwischen 1,57 V und 1,8 V, wenn eine

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durch einen Pfeil angedeutete wiederholte Aufladung und Entladung erfolgt. Um in diesem Fall eine stabile Arbeitsweise des Schrittmotors zu erzielen, kann eine Schaltung entsprechend Fig. 4 Verwendung finden.

Zusätzlich zu den Schaltungen in Fig. 1 ist eine Nachweisschaltung 9 für die Betriebsspannung der Spannungsquelle 7, sowie eine Steuerschaltung 8 vorgesehen, welche die Impulsbreite der Antriebsimpulse in Abhängigkeit von Änderungen der Betriebsspannung steuert, um die Antriebsimpulse bei höheren Betriebsspannungen zu verkürzen. Fig. 5a - 5d zeigen die Abhängigkeit der mittleren Stromstärke, des Drehmoments, des Wirkungsgrads bzw. der Scheitelstromstärke von der Betriebsspannung bei unterschiedlichen Impulsbreiten zwischen 6,8 und 2,4 msec. Wie aus Fig. 5a und 5b ersichtlich ist, kann sich beispielsweise zwischen 2,3 und 2,7 V eine instabile Arbeitsweise ergeben, so daß das erforderliche Ausgangsdrehmoment in diesem Spannungsbereich nicht erzeugt werden kann. Wie aus Fig. 5c ersichtlich ist, nimmt auch der Wirkungsgrad mit steigender Betriebsspannung ab, während entsprechend Fig. 5d der Scheitelstrom ansteigt. Es bestehen deshalb bei bekannten Antriebsverfahren wesentliche Schwierigkeiten im Hinblick auf die Verwendbarkeit geeigneter Batterien und die Ausbildung der Schaltungen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine elektronische Uhr unter möglichst weitgehender Vermeidung der erwähnten Nachteile und Schwierigkeiten derart zu verbessern, daß durch eine besondere Steuerung der Betriebsspannung eine stabile Arbeitsweise des Schrittmotors erzielt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Zusammenfassend sind deshalb wesentliche Merkmale der Erfindung in einer elektronischen Uhr mit einem Schrittmotor zu sehen, deren Antriebsschaltung eine Wellenformschaltung und eine Steuerschaltung zur Steuerung einer Treiberschaltung enthält, wobei an die Spannungsquelle eine Nachweisschaltung zur Feststellung von Änderungen der Betriebsspannung angeschlossen ist, um eine normale Wellenform oder eine zwischenzeitliche Wellenform dem Schrittmotor in Abhängigkeit von der Änderung der Betriebsspannung zuzuführen.

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Auf diese Weise kann der Energieverbrauch des Schrittmotors auf einem konstanten Wert gehalten werden, selbst wenn die von der Spannungsquelle erzeugte Betriebsspannung größer als die optimale Spannung für den Antrieb.des Schrittmotors ist, oder wenn sich die Betriebsspannung ändert.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bekannten elektronischen uhr mit einem Schrittmotor;

Fig. 2a und 2b eine perspektivische Ansicht eines bekannten Schrittmotors, bzw. die Wellenform zum Antrieb des Schrittmotors ;

Fig. 3a die Spannungscharakteristik einer Lithiumbatterie in Abhängigkeit von der Entladezeit;

Fig. 3b die Spannungscharakteristik einer Sekundärbatterie in Abhängigkeit von der Entladezeit;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer elektronischen Uhr mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 5a - 5d graphische Darstellungen der Abhängigkeit der Stromstärke, des Drehmoments, des Wirkungsgrads bzw. des Schei-.telstroms von der Spannung in bekannten Antriebs schaltun gen;

Fig. 6a ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betreffende Spannungswellenformen von Antriebsimpulsen;

Fig. 6b - 6f entsprechende Stromwellenformen;

Fig. 7a - 7d Charakteristiken des Schrittmotors in Abhängigkeit von der Spannung bei einer elektronischen Uhr gemäß der Erfindung;

Fig. 8a - 8c Ausführungsbeispiele der Spannungsnachweisschaltung in einer Uhr gemäß der Erfindung;

Fig. 9a ein Schaltbild der WeIlenformschaltung bei einer Uhr gemäß der Erfindung;

Fig. 9b ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Schaltung in Fig. 9a;

und
Fig. 10 ein Ausführungsbeispiel der Steuerschaltung und der

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- Sr--

Treiberschaltung bei einer elektronischen Uhr gemäß der Erfindung.

Die in Fig. 4 dargestellte Schaltung unterscheidet sich von bekannten Schaltungen dieser Art insbesondere durch eine unterschiedliche Ausbildung der Wellenformschaltung 4 und der Steuerschaltung 8. Die Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung soll zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 6a erfolgen. Fig. 6a «eigt Spannungswellenformen, die bei Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung zum Antrieb verwendet werden können. Durch Wiederholung dieser Wellenformen ergibt sich eine Impulsbreite eines Antriebsimpulses von insgesamt 6,8 msec. Wenn ein Antriebsimpuls Teile aufweist, in denen die Antriebsspannung O V auf der Basis einer Impulsbreite von 0,12 msec als Einheit beträgt, ändert sich die Rate der effektiven Antriebsimpulsbreiten (effektive Raten) bei 4/8, 5/8, 6/8, 7/8 und 8/8 von PD1 zu PD5.

Fig. 6b - 6f zeigen entsprechende Stromwellenformen, wenn der Schrittmotor mit Antriebsimpulsen entsprechend den Spannungswellenformen PD1 - PD5 angetrieben wird und die Betriebsspannung 3,2 V, 2,7 V, 2,2 V, 1,8 V bzw. 1,6 V beträgt. Aus den Darstellungen ist ersichtlich, daß die Umhüllende der Stromwellenformen in allen Fällen praktisch den gleichen Verlauf aufweist und als konstant angesehen werden kann.

Aus dem folgenden Grund sind die Stromwellenformen im wesentlichen gleich. Die Stromwellenformen in Fig. 6a - 6f zeigen den durch die Spannungsquelle verursachten Stromverlauf, wobei bei fehlender Antriebsspannung die Stromstärke gleich O ist. Durch die Spule des Schrittmotors fließt dabei jedoch ein Strom, gedämpft durch die Induktivität der Spule, durch die geschlossene Schleife mit der Treiberschaltung. Aufgrund der beschriebenen Eigenschaften erfolgt eine Mittelwertbildung bei der dem Rotor des Schrittmotors zugeführten Antriebsleistung. Wenn bei hoher Betriebsspannung ein Teil des Antriebsimpulses mit einem geeigneten effektiven Wert unterdrückt wird, ist die Antriebsleistung dieselbe wie in dem Fall, in dem der Schrittmotor durch einen normalen Antriebsimpuls bei geringer Betriebsspannung angetrieben wird.

Bei den in Fig. 6b - 6f dargestellten Fällen ist der Wert des mit

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der effektiven Rate des Antriebsimpulses multiplizierten Betriebsspannung praktisch konstant, so daß sich praktisch dieselbe Bewegung des Rotors ergibt. Deshalb sind die Stromwellenformen praktisch gleich.

Die Aussetzungsbreite der Antriebsinpulse wird entsprechend der Normung der elektrischen Antriebsleistung und der erforderlichen Antriebsleistung für den Rotor bestimmt. Je kurzer die Aussetzungsbreite eines Antriebsimpulses ist, desto besser wird die elektrische Antriebsleistung und die Antriebsleistung des Rotors im Vergleich zu der Zeitkonstanten angeglichen oder gemittelt, die nahezu durch die Induktivität und den Widerstand der Spule bestimmt wird.

Fig. 7a - 7d zeigen Charakteristiken des Schrittmotors in Abhängigkeit von der Spannung, wenn.der Schrittmotor mit den beschriebenen Spannungswellenformen angetrieben wird. Die Figuren zeigen die Abhängigkeit der mittleren Stromstärke, des Ausgangsdrehmoments (an dem Bodenrad und Ritzel), des Wirkungsgrads bzw. des Scheitelstroms des Schrittmotors in Abhängigkeit von der Spannung. Mit einem derartigen Antriebsverfahren kann der Schrittmotor in einem großen Bereich der Betriebsspannung stabil betrieben werden. Wenn die Spannungswellenformen PD1 - PD5 eine optimale Spannung aufweisen, können der Energieverbrauch, das Ausgangsdrehmoment und der Wirkungsgrad praktisch konstant gehalten werden. Entsprechend Fig. 7d kann der Scheitelstrom weitgehend konstant gehalten werden.

Im folgenden sollen die in dem Blockschaltbild in Fig. 4 enthaltenen Schaltungen näher erläutert werden, soweit diese für Zwecke der Erfindung unterschiedlich ausgebildet sind. Fig. 8a zeigt ein Schaltbild der Spannungsnachweisschaltung 9 und der Spannungsquelle 7 in Fig. 4 entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Als Spannungsquelle ist eine Batterie 33 vorgesehen, die als ideale Batterie 49 mit einer Batteriespannung VB in Reihenschaltung mit einem dem Innenwiderstand der Batterie entsprechenden Widerstand 48 dargestellt ist. Anschlüsse VD, VS sind die Anschlüsse der integrierten Schaltung. Mit Ausnahme der Batterie 33 ist die Spannungsnachweisschaltung in Fig. 8a in der integrierten Schaltung enthalten. Die Spannungsnachweisschaltung enthält einen

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Konparator 30, einen Bezugsspannungsgenerator 31 und einen Spannungsteiler 32. Der Konparator 30 vergleicht die Spannungen an seinen Eingängen I und I . Das Ausgangssignal des Komparator 30

ist hoch/ wenn I größer als I ist. Ein Inverter 34 dient als Puffer des Komparators und dient zur Umkehr des Ausgangssignals des Komparators. Das Ausgangssignal des Inverters ist mit Vcomp bezeichnet.

Da der Komparator im Betrieb Leistung verbraucht/ ist ein n-MOSFET 35 vorgesehen, der nur dann leitend ist/ wenn ein zugeführtes Signal ZO (Fig. 9b) hoch ist.

Der Bezugsspannungsgenerator 31 wird als äquivalente Batterie 38 mit der Spannung VO angesehen. Da zur Erzeugung der Bezugsspannung ebenfalls ein Betriebsstrom erforderlich ist, wird ein äquivalenter Schalter 37 geschlossen, wenn das Signal ZO hoch ist.

Der Bezugsspannungsgenerator 31 dient zum Nachweis des Ladezustands der Batterie. Der Ladezustand der Batterie wird nachgewiesen, indem die Differenz der Schwellenwertspannung zwischen zwei n-MOSFETs 90, 91 in Fig. 8b festgestellt wird. Der MOSFET 91 hat eine Schwellenwertspannung VTN. Der MOSFET 90 wird durch eine Ionenimplantation gesteuert und hat eine Schwellenwertspannung V¹TN und die Ausgangsspannung VO ist gegeben durch VO = VTN V¹TN. Obwohl sich die absoluten Werte von VTN und V¹TN entsprechend der Ladungsträgerdichte des Substrats, der Temperatur etc. ändern, kann der Wert VTN - V¹TN durch eine geeignete Ionenimplantation bei der Herstellung der integrierten Schaltung gesteuert werden. Der Schalter 37 wird betätigt, wenn das Steuersignal ZO der Gateelektrode des MOSFET 91 zugeführt wird.

Im folgenden soll die Arbeitsweise des Spannungsteilers 32 der Spannungsqelle erläutert werden. Wenn der Anschluß Z1 hoch ist, wird n-MOSFET 44 leitend. Wenn RB = 0 und derWiderstand des leitenden MOSFET 44 gleich 0 ist, ist VM = VB · R1/(RO+R1). Der Kompa-

ver
rator 30 gleicht die Spannungen VM und VO und berücksichtigt die

höhere Spannung.

Wenn sich die Antriebsspannung ändert, können die Spannungsteilerverhältnisse aufgrund der Widerstände RO bis R4 durch die folgenden Gleichungen ermittelt werden, wobei die nachzuweisenden Span-

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•4O>

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nungen beispielsweise 2,8 V, 2,2 V, 1,9 V und 1,6 V sind:

VD1 = 2,8 = (1+RO/RUVO

VD2 = 2,2 = [i+RO/(Ri+R2)j VO

VD3 = 1,9 = fi+R0/(R1+R2+R3)]V0

VD4 β 1,6 β (1+RO/(R1+R2+R3+R4)J VO

In den obigen Gleichungen kann VO entsprechend den obigen Ausführungen als konstanter Wert angesehen werden und die Widerstandsverhältnisse jeder Gleichung können durch die Längenverhältnisse entsprechend der Muster der integrierten Schaltung bestimmt werden. Deshalb kann eine sehr gute Temperaturcharakteristik der Nachweisspannungen VD1 - VD4 erzielt werden und die Widerstandsverhältnisse in jeder Gleichung werden nicht durch Parameter bei der Herstellung der integrierten Schaltung beeinflußt, so daß eine genaue Einstellung des Betrags von VD in jeder Gleichung möglich ist.

Fig. 8c zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Spannungsteilerschaltung der Spannungsquelle. Die SpannungsteiJatrschaltung in Fig. 8c unterscheidet sich von der Spannungsteilerschaltung in Fig. 8a hinsichtlich der Einstellung der Widerstände, besitzt aber diegleiche Arbeitsweise.

Fig. 9a zeigt ein Schaltbild der WeIlenformschaltung 4 in Fig. 4, die zum Zusammensetzen eines Signals dient, das zur Betätigung der Steuerschaltung 8 und der Nachweisschaltung 9 benötigt wird. Fig. 9b zeigt ein zugeordnetes Zeitdiagramm. Eine Oszillatorschaltung 50 erzeugt Bezugssignale mit einer Frequenz von 32 76 8 Hz mit Hilfe eines darin vorgesehenen Schwingquarzes. Die Frequenz der Bezugssignale wird durch Flipflops 51-55 unterteilt. Die unterteilten Signale werden mit Hilfe von Gattern 56-62 zur Erzeugung der erforderlichen Signale kombiniert. Ein Signal mit einer Periode von 1 Sekunde und der Impulsbreite von 6,8 msec wird in einer anderen nicht dargestellten Wellenformschaltung erzeugt und einem Eingangsanschluß ZD zugeführt.

Von der Wellenformschaltung werden vier Taktsignale Z1 - Z4, ein Signal ZO von 8 kHz und ein Signal ZR von 8 kHz mit einem Tastverhältnis von 1:3 erzeugt. Alle diese Signale werden durch ZD-Signale umhüllt, deren Impulsbreite 6,8 msec und deren Periode

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1 Sekunde beträgt. Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Steuerschaltung 8 und der Treiberschaltung 5 in Fig. 4. Das Signal Vco.._tp von der Nachweisschaltung 9 wird einem Eingang S eines Flipflops 72 zugeführt. Ein T-Flipflop 73 invertiert die Ausgangssignale abwechselnd durch 2D- Signale, die jede Sekunde zugeführt werden und erzeugt Spannungswellenformen mit Hilfe eines ODER-Gatters 74, die zum Antrieb des Schrittmotors dessen Spule 79 über Inverter 77, 78 und NAND-Gatter 75, 76 zugeführt werden.

Im folgenden soll die Arbeitsweise der gesamten Schaltung näher erläutert werden. Die Antriebs-Spannungswellenform an einer Verbindungsstelle 69 wird durch die Antriebssignale ZO zum Zeitpunkt T1 in Fig. 9b hoch und gleichzeitig wird der Spannungsnachweis durch das Signal Z2 eingeleitet. Das Flipflop 72 wurde vorher durch das Signal ZR zurückgestellt. Da das Signal Vcomp hoch ist, wenn die Betriebsspannung mehr als 2,2 V beträgt, wird Flipflop 72 eingestellt. Als Folge davon wird die Antriebs-Spannungswellenform bei mehr als 2,2 V Betriebsspannung niedrig und bei mehr als 2,2V Betriebsspannung zum Zeitpunkt T2 hoch. In entsprechender Weise werden die Antriebssignale ZO zu¹Zeitpunkten T3, T5 und T7 erzeugt und die Betriebsspannung wird in derselben Weise nachgewiesen. Die Antriebs-Spannungswellenform beim nächsten Takt wird niedrig, wenn die Betriebsspannung mehr als 1,9 V, 2,8 V und 1,6 V beträgt und wird hoch, wenn die Betriebsspannung weniger als 1,9 V, 2,8 V und 1,6 V beträgt. Als Folge davon ergeben sich die in Fig. 6a dargestellten Antriebs-Spannungswellenformen PD1 - PD5 während 0,98 msec, wenn die Betriebsspannungen über 2,8 V, 2,2 V, 1,9 V und 1,6 V und unter 1,6 V liegen. Antriebsimpulse von 6,8 msec Dauer werden durch siebenmalige Wiederholung des beschriebenen Vorgangs erzeugt.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist es deshalb möglich, bei Verwendung einer 1,5 V-Batterie bei stabiler Arbeitsweise des Schrittmotors ein konstantes Ausgangsdrehmoment, einen konstanten Energieverbrauch und einen konstanten Wirkungsgrad in einem Betriebsbereich zu erzielen, der um mehrfaches höher ist als bei bekannten Einrichtungen. Obwohl sich das Verhältnis der Aussetzungsdauer zur gesamten Dauer der Antriebsimpulse zwischen 4/8, 5/8, 6/8, 7/8 und 8/8 ändert, wenn

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- JtSL-

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vie bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel vier Niveaus der Antriebsspannung nachgewiesen werden, kann der Schrittmotor auch mit höheren Spannungen unter konstanten Bedingungen angetrieben werden, indem effektive Verhältnisse 1/8, 2/8, 3/8 ... vorgesehen verden.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft ferner einen für aine Batterie mit 1,5 V ausgelegten Schrittmotor, der mit einer Batterie von 3 V betrieben werden kann, beispielsweise mit einer Lithiumbatterie. Dabei können jedoch die nachzuweisenden Spannungsniveaus und die effektiven Verhältnisse der Antriebswellenformen verringert werden, beispielsweise bei der Verwendung von üblichen Silberoxidbatterien, deren Spannungsänderung 0,2 - 0,3 V beträgt. Gemäß der Erfindung kann deshalb der Schrittmotor mit einem konstanten Ausgangsdrehmoment und einem konstanten Wirkungsgrad automatisch in Abhängigkeit von einer veränderlichen Batteriespanaung durch optimale Kombination der Einstellung der nachzuweisenden Spannungsniveaus und der effektiven Verhältnisse der Antriebsimpulse angetrieben werden.

Da das Spannungsniveau, mit dem der Schrittmotor angetrieben wird, nachgewiesen werden kann, ergibt sich auch dann eine zuverlässige Arbeitsweise, wenn sich die Antriebsverhältnisse aufgrund einer Erhöhung des Innenwiderstands der Batterie ändern. Dies ist desnalb der Fall, weil der Strom zum Antrieb des Schrittmotors verursacht, daß die Spannung entsprechend dem Produkt der Stromstärke und dem Innenwiderstand der Batterie verringert wird, und eine 3rhöhung des Spannungsabfalls ein größeres effektives Verhältnis und eine Erniedrigung des Spannungsabfalls ein kleineres effektives Verhältnis verursacht. Deshalb bleibt die Antriebsleistung des Motors auch dann konstant, wenn sich der Innenwiderstand ändert. Sine besondere Schwierigkeit besteht bei elektronischen Uhren darin, daß bei geringen Temperaturen eine beträchtliche Verringerung des Antriebsdrehmoments auftritt. Da durch die Erfindung erreicht werden kann, daß das Antriebsdrehmoment bei niedrigen Temperaturen wesentlich weniger verringert wird, kann auch eine Verringerung der erforderlichen Antriebsleistung vorgesehen werden. Als Folge davon, kann das Drehmoment bei Raumtemperatur ebenfalls verringert und dadurch der erforderliche Stromverbrauch verringert werden.

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ORIGINAL INSPETD

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Da der Schrittmotor unter konstanten Bedingungen bei einer Änderung des Innenwiderstands der Batterie angetrieben werden kann, kann eine zufriedenstellende Arbeitsweise der Uhr auch bei niedrigen Temperaturen erzielt werden, wenn ein für 1,5 V ausgelegter Schrittmotor mit einer Silberbatterie angetrieben wird.

Der Spannungsnachweisvorgang und die Steuerung der Antriebsspannung bei 4 Niveaus erfolgt bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel mit einer Periode von 0,9 8 msec. Sieben Zyklen des Spannungsnachweisvorgangs und des Steuervorgangs der Antriebsspannung werden in dem Antriebsimpuls von 6,8 msec Dauer nachgewiesen. Da eine Einheit der intermittierenden Periode der antreibenden Spannungswellenform 0,12 msec beträgt, ist diese Zeitspanne kurz im Vergleich zu der gesamten Zeitdauer des Antriebsimpulses von 6,8 msec. Diese Aussetzungsbreite wird durch die Zeitkonstante bestimmt, welche von der Induktivität der Spule und deren Widerstand abhängt. Durch Aussetzungsbreiten der Spannungswellenform um eine kürzere Einheit als die Zeitkonstante kann erreicht werden, daß die Stromstärke in der Spule ,nicht 0 wird.

Obwohl bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Vergleich von Nachweisspannung und Bezugsspannung in der Reihenfolge 2,2 V, 1,9 V, 2,8 V, 1,6 V erfolgt, sind auch in diesem Zusammenhang Änderungen möglich. Ferner ist die Erfindung auch auf andere bekannte Konstruktionen von Schrittmotoren für elektronische Uhren an sich beliebiger Art anwendbar, die in Armbanduhren, Großuhren oder dergleichen Anwendung finden.

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COPY

ORIGINAL INSPECTED

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Elektronische Uhr mit einer Spannungsquelle, einer Oszillatorschaltung, einer Frequenzteilerschaltung, einer Wellenformschaltung zur Erzeugung einer Anzahl von Steuersignalen, die einer Steuerschaltung zugeführt werden, an die eine Treiberschaltung für einen Schrittmotor angeschlossen ist, wobei eine Antriebswellenform erzeugt wird, die ein Signal enthält, das der Spule des Schrittmotors zugeführt wird, sowie ein Signal zum Verbinden eines Anschlusses der Spule mit einem anderen Anschluß.

2. Elektronische Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spule (79) des Schrittmotors in Abhängigkeit von der von der Spannungsquelle (33) zugeführten Betriebsspannung normale Antriebsimpulse (PD5) oder mindestens eine Aussetzungsbreite aufweisende Spannungswellenformen (PD1- PD4) zuführbar sind.

3. Elektronische Uhr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zei chnet, daß die Spannungsquelle eine Lithiumbatterie ist.

4. Elektronische Uhr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle mit einer Aufladeeinrichtung verbunden ist.

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5. Elektronische Uhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nachweisschaltung (32,31,30) an die Spannungsquelle (33) zum Nachweis deren Betriebsspannung angeschlossen ist, um wahlweise die normale Spannungswellenform (PD5) oder Aussetzungsbreiten aufweisende Spannungswellenformen (PD1- PD4) in Abhängigkeit von Änderungen der Spannung der Spannungsquelle zuzuführen.

6. Elektronische Uhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichn et, daß die Periode der Verbindung des einen Anschlusses der Spule mit dem anderen Anschluß der Spule zu dem anderen Anschluß durch die intermittierende Spannungswellenform kürzer als die Zeitkonstante der Spule entsprechend deren Induktivität und Widerstand ist.

7. Elektronische Uhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachweisschaltung zum Nachweis der Betriebsspannung der Spannungsquelle dient, während der Spule des Schrittmotors eine Antriebsspannung zugeführt wird.

8. Elektronische Uhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, _t daß das Verhältnis der Zeitdauer der Zuführung einer Spannung zu der Gesamtdauer der Spannungszufuhr während einem Antriebsschritt wahlweise entsprechend der Betriebsspannung der Spannungsquelle eingestellt wird.

9. Elektronische Uhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachweis der Betriebsspannung und der Vorgang zur Erzeugung einer Antriebs-We Ilen form jeweils mehr als zweimal bei Erzeugung eines Antriebsimpulses durchgeführt werden.

10. Elektronische Uhr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Verhältnisse in einem Bereich zwischen 1 und 0,1 vorgesehen sind.

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