DE69807130T2

DE69807130T2 - Schrittmotorkontrollvorrichtung und- verfahrensowie Uhrwerk

Info

Publication number: DE69807130T2
Application number: DE69807130T
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Hara
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1998-02-09
Publication date: 2002-12-12
Anticipated expiration: 2018-02-10
Also published as: EP0859295A1; CN1190755A; JP3508444B2; HK1009858A1; JPH10225185A; DE69807130D1; US6108279A; EP0859295B1; CN1135451C

Description

Ein Schrittmotor, der manchmal auch als Impulsmotor, Inkrementalbewegungsmotor oder Digitalmotor bezeichnet wird, ist ein Typ von Motor, der durch Impulssignale angetrieben wird und häufig als Betätigungselement für digital gesteuerte Vorrichtungen verwendet wird. In letzter Zeit wurden kompakte elektronische Vorrichtungen oder Informationsanlagen entwickelt, die für den tragbaren Gebrauch geeignet sind, wobei häufig kleine und leichte Schrittmotoren als Betätigungselemente für diese Vorrichtungen oder Anlagen verwendet worden sind. Beispiele solcher elektronischen Vorrichtungen sind Zeitmeßvorrichtungen, wie z. B. elektronische Uhren, Zeitschalter und Chronographen. Fig. 7 zeigt ein Beispiel einer Zeitmeßvorrichtung, wie z. B. einer Armbanduhr, die einen Schrittmotor enthält. Die Zeitmeßvorrichtung 9 ist versehen mit einem Schrittmotor 10, einer Steuervorrichtung 20 zum Antreiben des Schrittmotors 10, einem Getriebezug 50 zum Übertragen der Bewegung des Schrittmotors, einem Sekundenzeiger 61, einem Minutenzeiger 62 und einem Stundenzeiger 63, die durch den Getriebezug 50 bewegt werden. Der Schrittmotor 10 umfaßt: eine Antriebsspule 11 zum Erzeugen einer magnetischen Kraft durch Antriebsimpulse, die von der Steuervorrichtung 20 angelegt werden; einen Stator 12, der durch die Antriebsspule 11 erregt wird; und einen Rotor 13, der durch das innerhalb des Stators 12 erregte Magnetfeld gedreht wird. Der Rotor 13 ist mit einem schreibenförmigen zweipoligen Permanentmagneten aufgebaut, um einen PM-(Permanentmagnet)-Rotationstyp-Schrittmotor 10 zu bilden. Der Stator 12 ist mit Magnetsättigungsteilen 17 versehen, um somit entgegengesetzte Pole zu erzeugen durch die von der Antriebsspule 11 in jeder der Phasen (Pole) 15 bzw. 16 um den Rotor 13 erzeugte Magnetkraft. Um die Drehrichtung des Rotors 13 zu definieren, sind ferner Innenkerben 18 an geeigneten Positionen am Innenumfang des Stators 12 vorgesehen, um ein Vorstreckmoment zu erzeugen und somit den Rotor 13 an geeigneten Positionen zu stoppen.
Die Drehung des Rotors 13 wird auf die jeweiligen Zeiger übertragen mittels des Getriebezuges 50, der umfaßt: ein fünftes Rad 51, das mit dem Rotor 13 über eine Spindel kämmt; ein viertes Rad 52; eine drittes Rad 53; ein Zentralrad 54; ein Minutenrad 55; und ein Stundenrad 56. Ein Sekundenzeiger 61 ist auf einer Welle des vierten Rades 52 montiert. Ein Minutenzeiger 62 ist auf dem Zentrumsrad 54 montiert, während ein Stundenzeiger 63 auf dem Stundenrad 56 montiert ist. Somit wird die Zeit angezeigt mittels dieser Zeiger, die sich synchron mit der Drehung des Rotors 13 bewegen. Selbstverständlich ist es möglich, weitere (nicht gezeigte) Übertragungssysteme für die Anzeige des Tages, des Monats und des Jahres anzuschließen.
Die Antriebsimpulse für die Zeitmeßvorrichtung 9 werden periodisch an den Schrittmotor 10 angelegt durch Zählen von Signalen mit einer Normfrequenz (Meßzeit), um die Zeit durch Drehen des Schrittmotors 10 anzuzeigen. Die Steuervorrichtung 20 dieses Beispiels zum Steuern des Schrittmotors 10 enthält eine Impulserzeugungsschaltung 22 zum Erzeugen von Normimpulsen mit einer Normfrequenz oder Impulssignalen mit verschiedenen Impulsbreiten oder Zeitabläufen mittels einer Norm-Schwingungsquelle 21, wie z. B. eines Quarzkristallschwingers. Die Steuervorrichtung 20 enthält ferner eine Steuerschaltung 23 zum Steuern des Schrittmotors 10 entsprechend verschiedenen Impulsen, die von der Impulserzeugungsschaltung 22 angelegt werden. Die Steuerschaltung 23 umfaßt eine Antriebssteuerschaltung 24 zum Steuern einer Antriebsschaltung und eine Detektorschaltung 25 zum Erfassen der Drehung. Die Antriebssteuerschaltung 24 umfaßt: einen Antriebsimpulszuführungsteil 24a zum Zuführen der Antriebsimpulse zur Antriebsspule 11 über die Antriebsschaltung zum Antreiben des Rotors 13, um den Schrittmotor 10 anzutreiben; einen Rotationserfassungsimpuls- Zuführungsteil 24b zum Erzeugen von Rotationserfassungsimpulsen nach den Antriebsimpulsen, um eine Induktionsspannung zum Erfassen der Rotation des Antriebsmotors 13 zu induzieren; einen Hilfsimpulszuführungsteil 24c zum Erzeugen von Hilfsimpulsen mit einer effektiven Leistung, die größer ist als diejenige der Rotationsimpulse, wenn sich der Antriebsrotor 13 nicht dreht; einen Entmagnetisierungsimpuls-Zuführungsteil 24d zum Erzeugen von Entmagnetisierungsimpulsen nach den Hilfsimpulsen, die eine zu den Hilfsimpulsen entgegengesetzte Polarität aufweisen, für eine Entmagnetisierung; und einen Pegelanpassungsteil 24e zum Anpassen der effektiven Leistung der Antriebsimpulse. Die Erfassungsschaltung 25 ist dafür konfiguriert, die Anwesenheit oder Abwesenheit der Rotation zu erfassen durch Vergleichen der induzierten Spannung für die Rotationserfassung, die durch die Rotationserfassungsimpulse erhalten wird, mit einem vorgegebenen Wert, um das Ergebnis der Erfassung zur Antriebsteuerschaltung 24 zurückzuführen.
Die Antriebsschaltung 30 zum Zuführen verschiedener Antriebsimpulse zum Schrittmotor 10 entsprechend der Steuerung der Antriebssteuerschaltung 24 enthält eine Brückenschaltung, die einen P-Kanal-MOS-Transistor 33a, einen N-Kanal-MOS-Transistor 32b, einen P-Kanal-MOS-Transistor 33d und einen N-Kanal-MOS-Transistor 32a enthält, welche in Serie verbunden sind. Sie ist dafür konfiguriert, die Steuerung der an den Schrittmotor 10 von einer Batterie 41 angelegten Leistung mittels der MOS-Transistoren zu steuern. Die Antriebsschaltung 30 ist mit Widerständen 35a und 35b zum Erfassen der Drehung versehen, die jeweils parallel mit den P-Kanal-MOS-Transistoren 33a bzw. 33b verbunden sind und in Serie mit den P-Kanal-MOS- Transistoren 34a und 34b verbunden sind. Die MOS-Transistoren 34a und 34b dienen zum Abtasten, wobei die Anordnung so beschaffen ist, daß sie Zerhackerimpulse an die Widerstände 35a und 35b anlegt. Dementsprechend ist es möglich, Antriebsimpulse mit entgegengesetzten Polaritäten oder Impulse zum Erfassen der Drehung des Rotors 13 an die Antriebsspule 11 anzulegen. Dies wird erreicht durch Anlegen von Steuerimpulsen mit verschiedenen Polaritäten und Impulsbreiten zu entsprechenden Zeitpunkten an die jeweiligen Gates der MOS-Transistoren 32a, 32b, 33a, 33b, 34a und 34b von den jeweiligen Impulszuführungsteilen 24a bis 24e der Antriebssteuerschaltung 24.
Fig. 8 zeigt die Gesamtoperation der Steuervorrichtung 20 in Form eines Flußdiagramms. Zuerst werden im Schritt ST1 Normimpulse zum Messen der Zeit gezählt, um eine Sekunde abzumessen. Nach Verstreichen einer Sekunde wird ein Antriebsimpuls im Schritt ST2 erzeugt, gesteuert vom Antriebszuführungsteil 24a. Anschließend wird im Schritt ST3 der Rotationserfassungsimpuls SP2 unter der Steuerung des Rotationserfassungsimpuls- Zuführungsteils 24b erzeugt, um die Rotation des Rotors 13 festzustellen durch Vergleichen der erhaltenen Spannung mit einem vorgegebenen Wert in der Erfassungsschaltung 25. Wenn keine Rotation festgestellt wird, wird eine Unterroutine ausgeführt, um den Rotor 13 unter Verwendung des Hilfsimpulses ohne Versagen zu drehen. In dieser Unterroutine wird zuerst im Schritt ST4 der Rotor 13 ohne Versagen gedreht durch Anlegen des Hilfsimpulses P2, der eine größere effektive Leistung aufweist, unter der Steuerung des Hilfsimpulszuführungsteils 24c. Wenn der Hilfsimpuls P2 erzeugt wird, wird der Entmagnetisierungsimpuls PE im Schritt ST5 unter der Steuerung des Entmagnetisierungsimpuls-Zuführungsteils 24d erzeugt.
Anschließend wird im Pegelanpassungsteil 24e die effektive Leistung des Antriebsimpulses P1, der als nächstes erzeugt werden soll, um ein Inkrement erhöht. Anschließend, nach der Ausführung dieser Schritte, kehrt die Operation zur Hauptroutine zurück, um die folgenden Prozesse auszuführen.
Wenn im Schritt ST3 die Drehung des Rotors 13 bestätigt wird, wird in einem Zähler n eine Addition im Schritt ST7 ausgeführt, ohne die obige Unterroutine auszuführen. Wenn anschließend im Schritt ST8 der Wert des Zählers n kleiner ist als der erste vorgegebene Wert NO, kehrt die Operation zum Schritt ST1 zurück, um die obenerwähnten Schritte zu wiederholen. Wenn der Wert im Zähler n gleich dem ersten vorgegebenen Wert NO ist, was anzeigt, daß der Rotor 13 eine Anzahl von Drehungen gleich dem ersten vorgegebenen Wert NO aufeinanderfolgend gedreht worden ist, wird im Schritt ST9 die effektive Leistung des nächsten Antriebsimpulses P1 um ein Inkrement reduziert unter Verwendung des Pegelanpassungsteils 24. Anschließend wird im Schritt ST10 der Zähler n auf 0 zurückgesetzt, um ihn für den nächsten Zyklus vorzubereiten.
Fig. 9 zeigt ein Zeitablaufdiagramm der Steuersignale, die an jedes der Gates GP1, GN1 und GS1 des P-Kanal-MOS-Transistors 33a, des N-Kanal- MOS-Transistors 32a und des P-Kanal-MOS-Transistors 34a anzulegen sind, um ein Magnetfeld mit einer Polarität einer Richtung in der Antriebsspule 11 zu induzieren. Fig. 9 zeigt ferner die Steuersignale, die an jedes der Gates GP2, GN2 und GS2 des P-Kanal-MOS-Transistors 33b, des N-Kanal- MOS-Transistors 32b und des P-Kanal-MOS-Transistors 34b anzulegen sind, um ein Magnetfeld mit einer entgegengesetzten Polarität in der Antriebsspule 11 zu induzieren. Die Vorrichtung 20 zum Steuern des Schrittmotors ist dafür konfiguriert, die Zeiger einmal in jeder Sekunde vorrücken zu lassen, um den Schrittmotor 10 der Zeitmeßvorrichtung 9 zu steuern, und um einen Zug von Steuersignalen zyklisch der Antriebsschaltung 30 zur Verfügung zu stellen. Zuerst wird zu einem Zeitpunkt t1 ein Steuersignal zum Erzeugen eines Antriebsimpulses P1 mit einer Impulsbreite von z. B. W10 vom Antriebsimpulszuführungsteil 24a der Antriebssteuerschaltung 24 angelegt. Das Signal wird an das Gate GN1 des N-Kanal-MOS-Transistors 32a und an das Gate GP1 des P-Kanal-MOS-Transistors 33a auf der Seite des Antriebspols angelegt. Nach dem Antriebsimpuls P1 wird zum Zeitpunkt t2 ein Steuerimpuls zum Erzeugen des Rotationserfassungsimpulses SP2 zum Erfassen der Drehung des Rotors 13 vom Rotationserfassungsimpuls- Zuführungsteil 24b der Antriebssteuerschaltung 24 angelegt. Dieser wird an das Gate GP1 des P-Kanal-MOS-Transistors 33a und an das Gate GS1 des MOS-Transistors 34a auf der Seite des Antriebspols angelegt. Der Rotationserfassungsimpuls SP2 ist ein Zerhackerimpuls mit einem Tastverhältnis von etwa 1/2. Er dient dazu, einen induzierten Strom zu erhalten, der in der Antriebsspule 11 induziert wird, als Ausgangsspannung des Rotationserfassungswiderstandes 35a, wenn der Rotor 13 gedreht wird. Anschließend wird die Ausgangsspannung des Rotationserfassungswiderstandes 35a mit dem vorgegebenen Wert in der Erfassungsschaltung 25 verglichen, um festzustellen, ob der Rotor 13 gedreht worden ist.
Wenn die durch den Rotationserfassungsimpuls SP2 induzierte Spannung nicht den vorgegebenen Wert erreicht, wird festgestellt, daß sich der Rotor 13 nicht gedreht hat, wobei im Schritt ST4 zum Zeitpunkt t3 ein Steuerimpuls zum Erzeugen des Hilfsimpulses P2 angelegt wird. Der Impuls P2 wird vom Hilfsimpulszuführungsteil 24C der Antriebssteuerschaltung 24 an das Gate GN des N-Kanal-MOS-Transistors 32a und an das Gate GP1 des P-Kanal- MOS-Transistors 33a auf der Seite des Antriebspols angelegt. Der Hilfsimpuls P2 ist ein Antriebsimpuls mit einer Impulsbreite W20 und einer effektiven Leistung, die größer ist als diejenige des Antriebsimpulses P1, und enthält ausreichend Energie, um den Rotor 13 ohne Versagen zu einer Drehung zu veranlassen. Wenn der Hilfsimpuls P2 erzeugt wird, wird als nächstes im Schritt ST5 zum Zeitpunkt t4 ein Steuerimpuls zum Erzeugen des Entmagnetisierungsimpulses PE angelegt. Der Impuls PE wird von Entmagnetisierungsimpuls-Zuführungsteil 24d der Antriebssteuerschaltung 24 an das Gate GN2 des N-Kanal-MOS-Transistors 33b und an das Gate GP2 des P-Kanal- MOS-Transistors 33b auf der Seite des entgegengesetzten Pols angelegt. Dieser Entmagnetisierungsimpuls PE dient zum Reduzieren des Restmagnetflusses des Stators 12 und der Antriebsspule 11. Dieser Fluß wird durch den Hilfsimpuls P2 erzeugt, der eine größere effektive Leistung aufweist, wobei die Reduktion erreicht wird durch Anlegen eines Impulses mit einer entgegengesetzten Polarität bezüglich des Hilfsimpulses P2. Nach Anlegen des Entmagnetisierungsimpulses PE ist ein Zyklus des Operationszuges zum Antreiben des Schrittmotors 10 um ein Drehwinkelinkrement abgeschlossen.
Zum Zeitpunkt t11 nach Verstreichen von einer Sekunde nach dem Zeitpunkt t1 beginnt der nächste Zyklus für das Drehen des Schrittmotors 10 um ein Drehwinkelinkrement. In diesem Zyklus wechseln die MOS-Transistoren 32b, 33b und 34b, die sich im vorangehenden Zyklus auf der gegenüberliegenden Seite befanden, zur Antriebspolseite. Ähnlich wie beim vorangehenden Zyklus wird zuerst zum Zeitpunkt t11 der Antriebsimpuls P1 erzeugt. Da jedoch im vorangehenden Zyklus ein Hilfsimpuls P2 erzeugt worden ist, wird vom Pegelanpassungsteil 24e ein Antriebsimpuls P1 ausgewählt, der eine um ein Inkrement erhöhte effektive Leistung aufweist. Ein Antriebsimpuls P1 wird zum Zeitpunkt t11 z. B. mit einer Impulsbreite W11 erzeugt, die breiter ist als diejenige des Antriebsimpulses im vorangehenden Zyklus. Ferner wird zum Zeitpunkt t12 ein Impuls SP2 zur Erfassung der Drehung erzeugt. Wenn hierdurch keine Drehung des Rotors 13 erfaßt wird, wird anschließend im Schritt T13 der Hilfsimpuls P2 erzeugt und danach zum Zeitpunkt t14 der Entmagnetisierungsimpuls PE erzeugt.
Im nächsten Zyklus beginnend zum Zeitpunkt t21 wird ein Antriebsimpuls P1 mit einer viel breiteren Impulsbreite W12 zum Zeitpunkt t21 erzeugt. Nach der Erfassung der Drehung des Rotors 13 aufgrund des Antriebsimpulses P1 mit einer höheren effektiven Leistung durch den zum Zeitpunkt t22 erzeugten Rotationserfassungsimpuls endet dieser Zyklus. Nachdem der Rotor 13 durch den Antriebsimpuls P1 mit der Impulsbreite W12 für eine vorgegebene Häufigkeit NO aufeinanderfolgend gedreht worden ist, wird im nächsten Zyklus, beginnend zum Zeitpunkt t13, ein Antriebsimpuls P1 erzeugt, der eine um ein Inkrement geringere effektive Leistung und z. B. eine Impulsbreite W11 aufweist.
Wie oben beschrieben worden ist, ist der Pegelanpassungsteil 24e dafür konfiguriert, einen Antriebsimpuls P1 mit einer geringen effektiven Leistung auszuwählen, die ausreicht, um den Rotor 13 aufeinanderfolgend zu drehen. Dies ermöglicht das Bereitstellen einer kleinen und dünnen Zeitmeßvorrichtung 9 mit langer Lebensdauer, die genaue Zeigerbewegungen mit einem geringen Stromverbrauch durchführen kann.
In letzter Zeit schreitet die Miniaturisierung von Zeitmeßvorrichtungen, wie z. B. einer Armbanduhr, voran, wobei sich ein reduzierter Raum für die Batterie ergibt, während die Lebensdauer der Zeitmeßvorrichtung verlängert wird. Um diese Ziele zu erreichen, ist es erforderlich, den Stromverbrauch des Schrittmotors weiter zu reduzieren. Ferner ist eine solche Zeitmeßvorrichtung als eine Armbanduhr entwickelt worden, die ohne eine Batterie angetrieben werden kann, indem ein Generator zum Erzeugen von Strom in Reaktion auf die Bewegung eines Arms des Benutzers und dergleichen eingebaut wird. Da eine solche selbstversorgende Zeitmeßvorrichtung die Fähigkeit haben muß, über viele Stunden kontinuierlich zu arbeiten, auch während sie bewegungslos ohne irgendeine Stromerzeugung ist, ist es eine wichtige Anforderung, den Stromverbrauch des Schrittmotors zu reduzieren.
Die elektrische Energie des Antriebsimpulses zum Antreiben des Schrittmotors wird reduziert unter Verwendung der obenerwähnten Steuervorrichtung oder des Steuerverfahrens. Eine weitere genauere Untersuchung, die von den Erfindern dieser Erfindung durchgeführt worden ist, hat jedoch gezeigt, daß in den Fällen, in denen der Hilfsimpuls aufgrund der Erfassung einer Nicht-Drehung des Rotors, die durch ein gewisses Maß an Drehmomentmangel hervorgerufen wird, erzeugt wird, während der Schrittmotor durch einen Antriebsimpuls mit nahezu dem minimalen Pegel an Drehmoment gedreht worden ist, es viele Fälle gibt, in denen der Drehmomentmangel selbst dann auftritt, wenn ein Antriebsimpuls mit einer um ein Inkrement größeren effektiven Leistung im nächsten Zyklus angelegt wird. Sobald daher ein Hilfsimpuls angelegt wird, tritt ein kontinuierlicher Drehmomentmangel auf, wobei in vielen Fällen eine Erhöhung von nur einem einzelnen Inkrement nicht ausreicht, wodurch anschließend ein Antriebsimpuls zu erzeugen ist, der zwei oder drei Inkremente größer ist. Es wird angenommen, daß ein solches Ergebnis hervorgerufen wird durch eine große Erhöhung der Eingriffsfast aufgrund kleiner Änderungen der Positionsbeziehung zwischen Radwellen und Lagern, oder Veränderungen der Eingriffsposition zwischen Rädern. Die Räder in einem Getriebezug unterliegen großen Drehmomentänderungen, wenn der Hilfsimpuls nach einem Antriebsimpuls angelegt wird, aufgrund eines Fehlers in der Zeigerbewegung. Nachdem ein Hilfsimpuls angelegt worden ist und sobald ein Antriebsimpulsenergiepegel um zwei oder drei Inkrementschritte angehoben worden ist, fällt der effektive Leistungspegel des Antriebsimpulses nach mehreren Umdrehungen um ein Inkrement ab. Zum Beispiel kehrt bei NO Umdrehungen der Antriebsimpuls schließlich nach weiteren aufeinanderfolgenden NO Umdrehungen schließlich auf den anfänglichen effektiven Leistungspegel zurück. Wenn jedoch die Eingriffslast während der obigen Sequenz zunimmt, steigt der Pegel der effektiven Leistung erneut um ein oder zwei Inkremente oder weiter an. Selbst nachdem der Rotor aufeinanderfolgend gedreht worden ist, um den Zustand des Getriebezuges wieder herzustellen, der vor dem Anlegen des Hilfsimpulses bestand, wodurch das für die Drehung erforderliche Drehmoment auf einen geringen Pegel reduziert wird, bleibt dementsprechend die effektive Leistung des Antriebsimpulses auf einem etwas größeren Pegel, z. B. ein oder zwei Inkremente oder mehr über der minimalen benötigten Leistung.
Ferner hat eine Untersuchung der Ursachen der Ausgabe des Hilfsimpulses gezeigt, daß in vielen Fällen Probleme verursacht wurden aufgrund einer zufälligen Erhöhung der Eingriffslast. Das heißt, da ein Getriebe zu 50 für die Übertragung genetischer Energie des Schrittmotors 10 zu den Zeigern aus mehreren Zahnrädern besteht, können Fälle auftreten, in denen die Eingriffslast periodisch zunimmt aufgrund der Toleranzen bei der Herstellung oder beim Montageprozeß dieser Zahnräder. Beim obenerwähnten Steuerverfahren nimmt die effektive Leistung des Antriebsimpulses um einen Inkrementschritt zu, wenn die Eingrifflast in nur einem Drehwinkelinkrement ansteigt, da der Hilfsimpuls erzeugt wird. Die effektive Leistung des Antriebsimpulses würde somit um zwei Inkrementpegel erhöht in dem Fall, in dem die Eingriffslast während zwei Drehwinkelinkrementen in einem gegebenen Betriebszyklus des Getriebezuges ansteigt. Wenn sich ferner der Zustand des Getriebezuges aufgrund des Drehmoments des Hilfsimpulses ändert, bleibt ein größeres Drehmoment für zwei oder drei Drehwinkelinkremente kontinuierlich erhalten. Obwohl daher in der vorangehenden Steuervorrichtung oder im Steuerverfahren ein Steuerverfahren verwendet wird, daß einen Antriebsimpuls mit einer solchen effektiven Leistung anlegen kann, die fähig ist, das minimale benötigte Drehmoment zum Drehen des Rotors auszuüben, wird in der Praxis in vielen Fällen immer ein Antriebsimpuls angelegt, der einen Energiepegel aufweist, der mehrere Inkrementpegel größer ist als erforderlich.
GB 2094517A bezieht sich auf Verbesserungen bezüglich analoger Zeitmeßvorrichtungen, die mit einem Schrittmotor angetrieben werden.
GB 2030734A beschreibt eine Lastmeßanordnung für einen Schrittmotor.
GB 2050005A bezieht sich auf elektronische Zeitmeßvorrichtungen mit einer analogen Anzeige, die durch einen elektrischen Schrittmotor angetrieben wird.
Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren zu schaffen, die die Antriebsleistung des Schrittmotors weiter reduzieren können durch Anlegen von Antriebsimpulsen mit einer möglichst geringen effektiven Leistung. Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist, eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren zu schaffen, die eine kleinere langlebige Zeitmeßvorrichtung oder eine Selbstversorgungstyp- Zeitmeßvorrichtung schaffen, die fähig sind, kontinuierlich die Zeit zu halten, selbst nachdem sie für mehrere Stunden bewegungslos gehalten worden sind.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen zum Steuern eines Schrittmotors, die einen mehrpoligen Rotor in Kooperation mit einem Stator mit einer Antriebsspule drehen kann, umfassend:
ein erstes Ansteuermittel zum Anlegen eines ersten Antriebsimpulses an die Antriebsspule, um den Rotor zu drehen;
ein Rotationserfassungsmittel, das erfaßt, ob der Rotor durch den ersten Antriebsimpuls gedreht worden ist;
ein Hilfsmittel zum Anlegen eines ersten Hilfsimpulses mit einer effektiven Leistung, die größer ist als diejenige des ersten Antriebsimpulses, wenn keine Drehung des Rotors erfaßt worden ist; und
ein Pegelanpassungsmittel zum inkrementellen Reduzieren der effektiven Leistung des ersten Antriebsimpulses, nachdem der Rotor mit einer ersten vorgegebenen Häufigkeit aufeinanderfolgend gedreht worden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner umfaßt:
ein zweites Ansteuermittel zum Anlegen eines zweiten Antriebsimpulses, nachdem der Hilfsimpuls angelegt worden ist, wobei der zweite Antriebsimpuls einen effektiven Leistungspegel aufweist, der nur ein oder einige Inkremente höher ist als der effektive Leistungspegel des ersten Antriebsimpulses, und wobei der Pegel des zweiten Antriebsimpulses durch das Pegelanpassungsmittel mit einer zweiten vorgegebenen Häufigkeit angepaßt wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Steuern eines Schrittmotors geschaffen, die einen mehrpoligen Rotor in Kooperation mit einem Stator mit einer Antriebsspule drehen kann, umfassend:
ein Ansteuermittel zum Anlegen eines ersten Antriebsimpulses an die Antriebsspule, um den Rotor zu drehen;
ein Rotationserfassungsmittel, das erfaßt, ob der Rotor durch den Antriebsimpuls gedreht worden ist;
ein Pegelanpassungsmittel zum inkrementellen Reduzieren der effektiven Leistung des ersten Antriebsimpulses, nachdem der Rotor mit einer ersten vorgegebenen Häufigkeit aufeinanderfolgend gedreht worden ist,
ein Hilfsmittel zum Anlegen eines Hilfsimpulses mit einer effektiven Leistung, die größer ist als diejenige des ersten Antriebsimpulses, wenn keine Drehung des Rotors erfaßt worden ist; und
ein Entmagnetisierungsimpuls-Beaufschlagungsmittel zum Anlegen eines Entmagnetisierungsimpulses mit zum Hilfsimpuls entgegengesetzter Polarität nach dem Anlegen des Hilfsimpulses,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner umfaßt:
ein Verzögerungsmittel zum Verzögern des Anlegens des Entmagnetisierungsimpulses bis unmittelbar vor dem nächsten Anlegen eines Antriebsimpulses.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern eines Schrittmotors geschaffen, das einen mehrpoligen Motor in Kooperation mit einem Stator mit einer Antriebsspule antreiben kann, umfassend:
einen ersten Ansteuerungsschritt zum Anlegen eines ersten Antriebsimpulses an die Antriebsspule, um den Rotor zu drehen;
einen Rotationserfassungsschritt, der erfaßt, ob der Rotor durch den ersten Antriebsimpuls gedreht worden ist;
einen Hilfsschritt zum Anlegen eines Hilfsimpulses mit einer effektiven Leistung, die größer ist als diejenige des ersten Antriebsimpulses, wenn keine Drehung des Rotors erfaßt worden ist; und
einen Pegelanpassungsschritt zum inkrementellen Reduzieren der effektiven Leistung des ersten Antriebsimpulses, nachdem der Rotor mit einer ersten vorgegebenen Häufigkeit aufeinanderfolgend gedreht worden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner umfaßt:
einen zweiten Ansteuerungsschritt zum Anlegen eines zweiten Antriebsimpulses, nachdem der Hilfsimpuls angelegt worden ist, wobei der zweite Antriebsimpuls einen effektiven Leistungspegel aufweist, der nur ein oder einige Inkremente höher ist als der effektive Leistungspegel des ersten Antriebsimpulses, wobei der Pegel des zweiten Antriebsimpulses mit einer zweiten vorgegebenen Häufigkeit angepaßt wird.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern eines Schrittmotors geschaffen, das einen mehrpoligen Motor in Kooperation mit einem Stator mit einer Antriebsspule antreiben kann, umfassend:
einen ersten Ansteuerungsschritt zum Anlegen eines Antriebsimpulses an die Antriebsspule, um den Rotor zu drehen;
einen Rotationserfassungsschritt, der erfaßt, ob der Rotor durch den Antriebsimpuls gedreht worden ist;
einen Pegelanpassungsschritt zum inkrementellen Reduzieren der effektiven Leistung des ersten Antriebsimpulses, nachdem der Rotor mit einer ersten vorgegebenen Häufigkeit aufeinanderfolgend gedreht worden ist,
einen Hilfsschritt zum Anlegen eines Hilfsimpulses mit einer effektiven Leistung, die größer ist als diejenige des Antriebsimpulses, wenn keine Drehung des Rotors erfaßt worden ist;
dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner umfaßt:
einen Entmagnetisierungsimpuls-Beaufschlagungsschritt zum Anlegen eines Entmagnetisierungsimpulses mit zum Hilfsimpuls entgegengesetzter Polarität nach dem Anlegen des Hilfsimpulses und unmittelbar vor dem nächsten Anlegen eines Antriebsimpulses.
Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lediglich beispielhaft und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 eine Zeichnung ist, die den allgemeinen Aufbau einer Zeitmeßvorrichtung zeigt, die einen Schrittmotor und eine Erzeugungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung enthält;
Fig. 2 ein Flußdiagramm ist, das das Steuerverfahren der in Fig. 1 gezeigten Steuervorrichtung darstellt;
Fig. 3 ein Zeitablaufdiagramm ist, das die Operation der in Fig. 1 gezeigten Steuervorrichtung darstellt;
Fig. 4 eine Zeichnung ist, die den allgemeinen Aufbau einer Zeitmeßvorrichtung zeigt, die einen Schrittmotor und eine Erzeugungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung enthält;
Fig. 5 ein Flußdiagramm ist, das das Steuerverfahren der in Fig. 4 gezeigten Steuervorrichtung darstellt;
Fig. 6 ein Zeitablaufdiagramm ist, das die Operation der in Fig. 4 gezeigten Steuervorrichtung darstellt;
Fig. 7 eine Zeichnung ist, die den allgemeinen Aufbau einer herkömmlichen Zeitmeßvorrichtung zeigt;
Fig. 8 ein Flußdiagramm ist, das das Steuerverfahren der in Fig. 7 gezeigten Steuervorrichtung darstellt;
Fig. 9 ein Zeitablaufdiagramm ist, das die Operation der Steuervorrichtung darstellt, die in der in Fig. 4 gezeigten Zeitmeßvorrichtung verwendet wird.
Um die Aufgaben der Erfindung zu lösen, ist diese Erfindung dafür konfiguriert, einen Antriebsimpuls mit einer etwas größeren effektiven Leistung nur für vorgegebene Perioden nach dem Erzeugen des Hilfsimpulses anzulegen.
Ferner ist sie dafür konfiguriert, einen Antriebsimpuls mit einer vorgegebenen geringeren effektiven Leistung nach dieser Periode anzulegen, statt die effektive Leistung des Antriebsimpulses in einer konstanten Weise zu erhöhen, wenn der Hilfsimpuls angelegt wird. In vielen Fällen würde das Drehmoment während mehrerer Umdrehungen des Rotors niedriger werden, da die Eingriffslast zum anfänglichen Zustand zurückkehrt, selbst im Fall einer erhöhten Eingriffslast aufgrund des Anlegens des Hilfsimpulses nach dem Antriebsimpuls. Ferner ist in vielen Fällen eine Erhöhung der Eingriffslast aufgrund einer Zahnradtoleranz darauf beschränkt, nur während eines oder mehrerer Drehwinkelinkremente aufzutreten. Das heißt, die Vorrichtung dieser Erfindung zum Steuern eines Schrittmotors, die einen mehrpoligen Rotor innerhalb eines Stators mit einer Antriebsspule in Drehung versetzen kann, ist dafür konfiguriert, ein zweites Antriebsmittel zum Anlegen eines zweiten Antriebsimpulses mit einem effektiven Leistungspegel um ein oder mehrere Inkremente höher als der effektive Leistungspegels eines ersten Antriebsimpulses bereitzustellen. Der Pegel des zweiten Antriebsimpulses wird durch ein Pegelanpassungsmittel mit einer zweiten vorgegebenen Häufigkeit angepaßt, nachdem der Hilfsimpuls angelegt worden ist. Dieses ist zusätzlich vorhanden zu: einem ersten Antriebsmittel zum Anlegen des ersten Antriebsimpulses an die Antriebsspule, um den Rotor zu drehen; einem Rotationserfassungsmittel zum Erfassen, ob der Rotor durch den ersten Antriebsimpuls gedreht worden ist; einem Hilfsmittel zum Anlegen des Hilfsimpulses mit einer effektiven Leistung, die größer ist als diejenige des ersten Antriebsimpulses, wenn keine Rotordrehung erfaßt wird; und einem Pegelanpassungsmittel zum inkrementellen Reduzieren der effektiven Leistung des ersten Antriebsimpulses, nachdem der Rotor mit einer ersten vorgegebenen Häufigkeit aufeinanderfolgend gedreht worden ist. Das zweite Antriebsmittel ist dafür konfiguriert, die effektive Leistung des Antriebsimpulses zu steuern durch Verändern der Impulsbreite des Antriebsimpulses oder durch Verändern der Spannung des Antriebsimpulses.
Ferner ist das Verfahren dieser Erfindung dafür konfiguriert, einen zweiten Ansteuerungsschritt bereitzustellen zum Anlegen eines zweiten Antriebsimpulses mit einem effektiven Leistungspegel, der um ein oder mehrere Inkremente höher ist als der effektive Leistungspegel eines ersten Antriebsimpulses. Der Pegel des zweiten Antriebsimpulses wird in einem Pegelanpassungsschritt mit einer zweiten vorgegebenen Häufigkeit angepaßt, nachdem der Hilfsimpuls angelegt worden ist. Dieser ist zusätzlich vorhanden zu: einem ersten Ansteuerungsschritt zum Anlegen des ersten Antriebsimpulses an die Antriebsspule, um den Rotor zu drehen; einem Rotationserfassungsschritt zum Erfassen, ob der Rotor durch den ersten Antriebsimpuls gedreht worden ist; einem Hilfsschritt zum Anlegen des Hilfsimpulses, der eine größere effektive Leistung aufweist als der erste Antriebsimpuls, wenn keine Rotordrehung erfaßt wird; und einem Pegelanpassungsschritt zum inkrementellen Reduzieren der effektiven Leistung des ersten Antriebsimpulses, nachdem der Rotor mit einem ersten vorgegebenen Häufigkeit aufeinanderfolgend gedreht worden ist.
Durch Vorsehen eines solchen zweiten Antriebsmittels oder eines zweiten Ansteuerungsschrittes, wie oben erwähnt, ist es möglich, Situationen zu handhaben, die einen Antriebsimpuls mit einer größeren effektiven Leistung nur für eine kurze Zeitspanne erfordern aufgrund einer erhöhten Eingriffslast des Getriebezuges, ohne die effektive Leistung des ersten Antriebsimpulses zu erhöhen. Die effektive Leistung des ersten Antriebsimpulses wird reduziert auf der Grundlage des aktuellen Ergebnisses der aufeinanderfolgenden Drehung des Rotors. Dementsprechend ist es möglich, eine weitere Reduktion des Stromverbrauchs des Schrittmotors zu erreichen. Das heißt, es reicht aus, den ersten Antriebsimpuls mit einem vorgegebenen minimalen benötigten Leistungspegel in der Zeitperiode anzulegen, in der die Zeiger durch einen Antriebsimpuls mit einer kleineren effektiven Leistung bewegt werden können. Trotzdem kann ein Zustand des aufeinanderfolgenden Anlegens des Hilfsimpulses vermieden werden, der tendenziell zu einer größeren Erhöhung des Stromverbrauchs führt. Das heißt, der zweite Antriebsimpuls mit einer größeren effektiven Leistung wird angelegt nach dem Hilfsimpuls in einem Rotordrehwinkelinkrement, in welchem die Last erhöht ist.
Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß es nur in einer sehr kurzen Periode von einer oder mehreren Inkrementperioden des Rotordrehwinkels erforderlich ist, einen Antriebsimpuls mit einer großen effektiven Leistung anzulegen in Folge einer erhöhten Eingriffslast aufgrund der obenerwähnten Ursachen, ist es möglich, eine Periode mit großer Eingriffslast zu handhaben durch Verlegen des Anlegezeitpunkts eines Entmagnetisierungsimpulses bis unmittelbar vor dem nächsten Antriebsimpuls, um somit die effektive Leistung des Antriebsimpulses wesentlich zu erhöhen. Das heißt, in der Vorrichtung dieser Erfindung zum Steuern des Schrittmotors ist es wirksam, ein Mittel zum Anlegen eines Entmagnetisierungsimpulses vorzusehen, der eine entgegengesetzte Polarität zum Hilfsimpuls aufweist, nach dem Anlegen des Hilfsimpulses und unmittelbar vor dem nächsten Antriebsimpuls. Dieses ist zusätzlich vorhanden zu: einem Antriebsmittel zum Anlegen des Antriebsimpulses, um den Rotor bezüglich der Antriebsspule zu drehen; einem Rotationserfassungsmittel zum Erfassen, ob der Rotor durch den Antriebsimpuls gedreht worden ist; einem Pegelanpassungsmittel zum inkrementellen Reduzieren der effektiven Leistung des ersten Antriebsimpulses, nachdem der Rotor mit einer ersten vorgegebenen Häufigkeit aufeinanderfolgend gedreht worden ist; und einem Hilfsmittel zum Anlegen des Hilfsimpulses mit einer effektiven Leistung, die größer ist als diejenige des Antriebsimpulses, wenn keine Rotordrehung erfaßt worden ist. Ferner ist es im Verfahren dieser Erfindung zum Steuern des Schrittmotors wirksam, einen Schritt zum Anlegen eines Entmagnetisierungsimpulses vorzusehen, der eine entgegengesetzte Polarität zum Hilfsimpuls aufweist, nach dem Anlegen des Hilfsimpulses und unmittelbaren vor dem nächsten Antriebsimpuls. Dieser ist zusätzlich vorhanden zu: einem Ansteuerungsschritt zum Anlegen des Antriebsimpulses, um den Rotor bezüglich der Antriebsspule zu drehen; einem Rotationserfassungsschritt zum Erfassen, ob der Rotor durch den Antriebsimpuls gedreht worden ist; einem Pegelanpassungsschritt zum inkrementellen Reduzieren der effektiven Leistung des ersten Antriebsimpulses, nachdem der Rotor mit einer ersten vorgegebenen Häufigkeit aufeinanderfolgend gedreht worden ist; und einem Hilfsschritt zum Anlegen des Hilfsimpulses, der eine effektive Leistung aufweist, die größer ist als diejenige des Antriebsimpulses, wenn keine Drehung des Rotors erfaßt worden ist.
Durch Vorsehen solcher Mittel zum Anlegen eines Entmagnetisierungsimpulses oder eines solchen Schrittes zum Anlegen eines Entmagnetisierungsimpulses ist es möglich, einen Antriebsimpuls mit einer wesentlich größeren effektiven Leistung nach dem Hilfsimpuls ohne unnötigen Stromverbrauch anzulegen. Dementsprechend ist es in anderen Zeitperioden als denjenigen mit erhöhter Eingriffslast möglich, einen Antriebsimpuls mit einer effektiven Leistung anzulegen, die auf den minimalen benötigten Pegel reduziert ist. Somit ist es möglich, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung bereitzustellen, die den Schrittmotor ohne Versagen antreiben können und den Stromverbrauch weiter reduzieren.
Wie oben erwähnt worden ist, ist es möglich, eine kleine langlebige hochgenaue Zeitmeßvorrichtung mit minimalem Stromverbrauch zu schaffen durch Verwirklichen einer Zeitmeßvorrichtung, die mit der Steuervorrichtung dieser Erfindung versehen ist. Ferner ist es möglich, eine Zeitmeßvorrichtung zu verwirklichen, die die Uhrzeiger für viele Stunden aufeinanderfolgend antreiben kann, selbst wenn sie bewegungslos gehalten wird, indem die Vorrichtung und das Verfahren zur Steuerung gemäß dieser Erfindung in einer Zeitmeßvorrichtung verwendet werden, die eine Stromerzeugungsvorrichtung enthält.
Ferner ist es möglich, das Verfahren dieser Erfindung zum Steuern eines Schrittmotors in Form einer logischen Schaltung zu schaffen, oder in Form einer Aufzeichnung auf einem computerlesbaren Medium, wie z. B. eines Programms zum Steuern eines Mikroprozessors. Es ist möglich, das Verfahren nicht nur auf eine Zeitmeßvorrichtung anzuwenden, sondern auch auf eine beliebige Vorrichtung, die das Antreiben eines Motors mit geringem Stromverbrauch und hoher Genauigkeit erfordert.

Erstes Beispiel

Im folgenden wird mit Bezug auf die Zeichnungen die Erfindung genauer beschrieben:
Fig. 1 zeigt den allgemeinen Aufbau einer Zeitmeßvorrichtung 1 gemäß dem ersten Beispiel der Erfindung. Die Zeitmeßvorrichtung 1 treibt einen Schrittmotor 10 mittels einer Steuervorrichtung 20 an. Sie ist so konfiguriert, daß sie die Uhrzeiger bewegt durch Übertragen der Bewegung eines Schrittmotors 10 auf einen Sekundenzeiger 61, einen Minutenzeiger 62 und einen Stundenzeiger 63 über einen Getriebezug 50. Der allgemeine Aufbau des Schrittmotors 10, des Getriebezuges 50 und der Steuervorrichtung 20 ist der gleiche wie derjenige, der in Fig. 7 beschrieben worden ist. Es werden daher ähnliche Bezugszeichen verwendet, um ähnliche Elemente zu bezeichnen, wobei deren Beschreibung im folgenden weggelassen wird.
Die Steuerschaltung 23, die in der Steuervorrichtung 20 der Zeitmeßvorrichtung 1 dieses Beispiels verwendet wird, ist ebenfalls mit einer Antriebssteuerschaltung 24 und einer Detektorschaltung 25 versehen. Die Antriebssteuerschaltung 24 umfaßt: einen ersten Antriebsimpulszuführungsteil 24a zum Zuführen des Antriebsimpulses P1 zur Antriebsspule 11 über die Antriebsschaltung 30; einen Rotationserfassungsimpuls-Zuführungsteil 24b zum Erzeugen des Rotationserfassungsimpulses SP2 nach den Antriebsimpulsen; einen Hilfsimpulszuführungsteil 24c zum Erzeugen des Hilfsimpulses, der eine größere effektive Leistung aufweist als der Antriebsimpuls; einen Entmagnetisierungsimpuls-Zuführungsteil 24d zum Erzeugen des Entmagnetisierungsimpulses PE nach den Hilfsimpulsen; einen Pegelanpassungsteil 24e mit der Fähigkeit zum Steuern der effektiven Leistung des Antriebsimpulses P1; und einen zweiten Antriebsimpulszuführungsteil 24f, der den zweiten Antriebsimpuls P11 zuführen kann, der eine effektive Leistung aufweist, die größer ist als diejenige des vom ersten Antriebsimpulszuführungsteil 24a zugeführten Antriebsimpulses P1. Der zweite Antriebsimpulszuführungsteil 24f ist dafür konfiguriert, einen zweiten Antriebsimpuls P11, der eine um mehrere Pegel größere effektive Leistung aufweist als der erste Antriebsimpuls P1, für eine zweite vorgegebene Häufigkeit (in diesem Beispiel ein Zyklus von MO Zeitpunkten) aufeinanderfolgend nach dem Hilfsimpuls anzulegen.
Ferner ist die Zeitmeßvorrichtung 1 der Erfindung dafür konfiguriert, elektrischen Strom von einer Batterie 41 an die Antriebsschaltung 30 der Steuervorrichtung 20 über eine Spannung-Hochsetz-Herabsetz-Schaltung 49 anzulegen. Die Spannungs-Hochsetz-Herabsetz-Schaltung 49 ist dafür konfiguriert, eine mehrstufige Hochsetzung und Herabsetzung durchzuführen unter Verwendung mehrerer Kondensatoren 49a, 49b und 49c. Dies stellt die Steuerspannung zur Verfügung, die an die Antriebsschaltung 30 mittels des Steuersignals φ11 von der Antriebssteuerschaltung 24 der Steuervorrichtung 20 angelegt wird. Ferner ist die Ausgangsspannung der Spannungs-Hochsetz-Herabsetz-Schaltungen 40 dafür konfiguriert, über eine an φ12 angeschlossene Überwachungsschaltung an die Antriebssteuerschaltung 24 angelegt zu werden, um somit die Ausgangsspannung zu überwachen. Dementsprechend wird die effektive Leistung des ersten Antriebsimpulses P1 und des zweiten Antriebsimpulses P11 ermittelt durch Steuern der Spannungs-Hochsetz-Herabsetz-Schaltungen 49 über den Pegelanpassungsteil 24e. Es ist möglich, die effektive Leistung des ersten Antriebsimpulses P1 und des zweiten Antriebsimpulses P11 mittels Impulsbreite und Spannung zu steuern. Somit ist es möglich, eine feine Steuerung der Antriebsleistung durchzuführen, um eine Leistungseinsparung zu verwirklichen durch Anlegen von Antriebsimpulsen mit geeigneter Leistung zum Drehen des Rotors 13.
Fig. 2 zeigt allgemein in einem Flußdiagramm das Verfahren zum Steuern eines Schrittmotors, das in der Zeitmeßvorrichtung dieses Beispiels verwendet wird. In diesem Flußdiagramm sind die gleichen Schritte wie diejenigen, die in Fig. 8 beschrieben sind, mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei deren genaue Beschreibung im folgenden weggelassen wird. Zuerst wird im Schritt ST1 eine Sekunde gemessen, um die Zeiger zu bewegen. In der Steuervorrichtung 20 wird anschließend im Schritt ST2 festgestellt, ob der Wert eines Zählers m die zweite vorgegebene Zahl MO erreicht hat. Wenn der Wert des Zählers m die zweite vorgegebene Zahl MO erreicht hat, rückt der Prozeß zum Schritt ST2 vor, um den Antriebsimpuls P1 entsprechend der Steuerung des ersten Antriebsimpulszuführungsteils 24a anzulegen.
Wenn andererseits der Zähler m noch nicht die zweite vorgegebene Zahl MO erreicht hat, rückt der Prozeß zum Schritt ST12 vor, um den zweiten Antriebsimpuls P11 mit einer größeren effektiven Leistung entsprechend der Steuerung des zweiten Antriebsimpulszuführungsteils 24f anstelle des ersten Antriebsimpulses P1 auszugeben. Anschließend wird im Schritt ST13 die Addition des Zählerwertes des Zählers m ausgeführt. Ein Hilfsimpuls P2 wird in vielen Fällen in einer solchen Zeitperiode angelegt, die eine geringe Effizienz aufweist aufgrund eines schlechten Eingriffzustands des Getriebezuges, der durch Montagetoleranzen und dergleichen hervorgerufen wird. Die Anzahl der Drehwinkelinkremente des Rotors, in denen die Eingriffslast aufgrund der obenerwähnten Gründe erhöht ist, ist in den meisten Fällen auf ein Inkrement oder längstens mehrere Inkremente begrenzt. Selbst wenn die Eingriffslast aufgrund einer Zustandsänderung des Getriebezuges, der durch das Anlegen des Hilfsimpulses P2 hervorgerufen wird, erhöht ist, kehrt die Eingriffslast in vielen Fällen nach mehreren Umdrehungen des Rotors zum ursprünglichen niedrigeren Pegel zurück. Somit ist es möglich, solche Perioden mit erhöhter Eingriffslast zu handhaben durch Anlegen des zweiten Antriebsimpulses P1, der eine etwas größere effektive Leistung aufweist, nach dem Hilfsimpuls P2. Danach ist es möglich, eine normale Zeigerbewegung mittels des ersten Antriebsimpulses P1 durchzuführen, der die kleinere effektive Leistung aufweist, die vorher angelegt worden ist.
Nach dem Anlegen des ersten oder des zweiten Antriebsimpulses P1 oder P11 wird ein Detektorimpuls SP2 im Schritt ST3 vom Rotationserfassungsimpuls-Zuführungsteil 24b angelegt. Dies dient zum Feststellen der Anwesenheit oder der Abwesenheit der normalen Rotordrehung durch die Erfassungsschaltung 25. Wenn anschließend festgestellt wird, daß sich der Rotor 13 nicht gedreht hat, wird der Hilfsimpuls P2 im Schritt ST4 vom Hilfsimpulszuführungsabschnitt 24c angelegt. Anschließend wird im Schritt ST5 der Entmagnetisierungsimpuls PE vom Entmagnetisierungsimpuls-Zuführungsteil 24d angelegt. Ferner wird im Schritt ST6 die effektive Leistung des Antriebsimpulses um einen Inkrementpegel erhöht. Anschließend wird der Zähler m zum Ausgeben des zweiten Antriebsimpulses P11 im Schritt ST15 initialisiert, um den zweiten Antriebsimpuls P11 im nächsten Zyklus auszugeben.
Wenn andererseits im Schritt ST3 eine Drehung des Rotors 13 festgestellt wird, wird der Zähler n des ersten Antriebsimpulses P1 im Schritt ST7 erhöht. Anschließend wird im Schritt ST8 ein Vergleich mit der ersten vorgegebenen Zahl NO durchgeführt, um die effektive Leistung des ersten Antriebsimpulses P1 zu reduzieren. Wenn der Wert im Zähler n gleich der ersten vorgegebenen Zahl NO ist, wird im Schritt ST9 die effektive Leistung des ersten Antriebsimpulses P1 um ein Inkrement reduziert. Anschließend wird der Zähler n im Schritt ST10 initialisiert.
Fig. 3 ist ein Zeitablaufdiagramm für die an den Schrittmotor 10 von der Steuervorrichtung dieser Ausführungsform angelegten Antriebsimpulse. Fig. 3 zeigt ähnlich der vorher erläuterten Fig. 9 die Steuersignale, die an die jeweiligen Gates GP1, GN1 und GS1 des P-Kanal-MOS-Transistors 33a, des N-Kanal-MOS-Transistors 32a und des P-Kanal-MOS-Transistors 34a anzulegen sind, um ein Magnetfeld mit einer Polarität einer bestimmten Richtung (Antriebspolseite) in der Antriebsspule 11 zu erregen. Ferner sind die Antriebsimpulse gezeigt, die an die jeweiligen Gates GP2, GN2 und GS2 des P-Kanal-MOS-Transistors 33b, des N-Kanal-MOS-Transistors 32b und des Transistors 34b anzulegen sind, um ein Magnetfeld mit einer Polarität der entgegengesetzten Richtung im Vergleich zu derjenigen des Antriebsseitenpols in der Antriebsspule 11 zu erregen. Es werden ähnliche Bezugszeichen verwendet, um ähnliche Elemente wie in Fig. 9 zu bezeichnen, wobei deren genaue Beschreibung im folgenden weggelassen wird.
Zuerst, wenn die Zeit im Schritt ST1 des obenerwähnten Flußdiagramms verstrichen ist, wird der erste Antriebsimpuls P1 mit einer Spannung V10 zum Zeitpunkt t41 ausgegeben, um den ersten Zyklus zu starten, da der Hilfsimpuls P2 noch auszugeben ist und ferner der Wert des Zählers m die zweite vorgegebene Zahl MO erreicht hat. Anschließend zum Zeitpunkt t42 im Schritt ST3 wird der Rotationserfassungsimpuls SP2 ausgegeben, wobei dann, wenn keine Rotation erfaßt wird, der Hilfsimpuls P2 zum Zeitpunkt t43 im Schritt ST4 ausgegeben wird. Nach der Ausgabe des Hilfsimpulses P2 wird ein Entmagnetisierungsimpuls PE zum Zeitpunkt t44 im Schritt ST5 ausgegeben, um einen Zyklus abzuschließen.
Nach dem Verstreichen einer Sekunde nach dem Zeitpunkt t41 wird der nächste Zyklus gestartet. Da der Hilfsimpuls P2 im vorangehenden Zyklus ausgegeben worden ist, ist der Zähler m auf 0 zurückgesetzt. Da in diesem Zyklus der Wert des Zählers m noch die zweite vorgegebene Zahl MO zu erreichen hat, wird ein zweiter Antriebsimpuls P11, der eine effektive Leistung höher oder größer als der erste Antriebsimpuls P1 aufweist, zum Zeitpunkt t51 im Schritt ST12 erzeugt. Da die Zeitmeßvorrichtung dieses Beispiels dafür konfiguriert ist, die Spannung in der Spannungs-Hochsetz- Herabsetz-Schaltung 49 anzupassen, wird ein Antriebsimpuls mit einer Spannung V11 höher als V10 als zweiter Antriebsimpuls P11 zum Zeitpunkt t51 erzeugt. Die Spannung eines an den Schrittmotor 10 von der Antriebsschaltung 30 anzulegenden Impulses wird ermittelt durch Steuern der von der Spannungs-Hochsetz-Herabsetz-Schaltung 49 angelegten Spannung. Um jedoch die Beschreibung zu vereinfachen, werden die Spannungen der Antriebsimpulse mit denjenigen der Impulse für die im Zeitablaufdiagramm gezeigte Steuerung angegeben.
Nach dem zweiten Antriebsimpuls P11 wird der Rotationserfassungsimpuls SP2 zum Zeitpunkt t52 im Schritt ST3 angelegt, um die Drehung des Rotors 13 festzustellen. In ähnlicher Weise wird im nächsten Zyklus der zweite Antriebsimpuls P11 zum Zeitpunkt t61 angelegt und der Rotationserfassungsimpuls SP2 zum Zeitpunkt t62 angelegt. Ferner wird im nächsten Zyklus der zweite Antriebsimpuls P11 zum Zeitpunkt t71 angelegt und der Rotationserfassungsimpuls SP2 zum Zeitpunkt t72 angelegt. In der Zeitmeßvorrichtung dieses Beispiels ist die zweite vorgegebene Zahl MO auf 3 gesetzt, wobei im nächsten Zyklus beginnend zum Zeitpunkt t81 der Zähler m des zweiten Antriebsimpulses P11 gleich 3 wird. Dementsprechend rückt im nächsten Zyklus, beginnend vom Zeitpunkt t81, der Prozeß vom Schritt ST11 zum Schritt ST2 vor, um zum Zeitpunkt t81 einen ersten Antriebsimpuls P1 mit einer Spannung V10' anzulegen. Die Spannung V10' besitzt eine effektive Leistung, die einen Pegel höher ist als diejenige im vorangehenden Zyklus, indem der Hilfsimpuls P2 (zum Zeitpunkt t43) angelegt wurde.
Wenn wie oben erwähnt die Last zum Antreiben des Rotors 13 höher wird und der Hilfsimpuls P2 angelegt wird, ist die herkömmliche Steuervorrichtung 20 dafür konfiguriert, einen solchen Zustand zu handhaben durch inkrementelles Anheben der effektiven Leistung des Antriebsimpulses (in diesem Fall des ersten Antriebsimpulses) P1 um einen Pegel bei jedem Mal. Die in der Zeitmeßvorrichtung dieses Beispiels verwendete Steuervorrichtung 20 ist jedoch dafür konfiguriert, den Zustand höherer Lasten zu handhaben durch anfängliches Erhöhen der effektiven Leistung des ersten Antriebsimpulses P1 um einen Pegel, anschließendes Anlegen des zweiten Antriebsimpulses P11 mit einer effektiven Leistung, die ein oder mehrere Inkremente höher ist als diejenige des ersten Antriebsimpulses P1. Wie vorher beschrieben worden ist, ist ein Großteil der Hauptursachen einer Lasterhöhung des Rotors 13 die erhöhte Eingriffslast des Getriebezuges aufgrund geringer Abmessungsunregelmäßigkeiten in Herstellungs- oder Montageprozessen. Ferner beruht ein Großteil der Ursachen einer dauerhaften höheren Last des Rotors 13 auf einem dauerhaften höheren Lastzustand der Eingriffslast, die durch eine Toleranz hervorgerufen wird oder aufgrund von etwas veränderten Eingriffsbedingungen ab dem Zeitpunkt eines kleineren Drehmomentantriebsimpulses, hervorgerufen durch das Anlegen des Hilfsimpulses mit größerem Drehmoment. Als Ergebnis treten solche Bedingungen häufig zyklisch auf, kehren jedoch tendenziell nach mehreren aufeinanderfolgenden Rotorumdrehungen zum Anfangszustand zurück, in welchem der Rotor durch das anfängliche Drehmoment gedreht werden kann. Somit ist die Anzahl der Drehwinkelinkremente, die Impulse mit größerer effektiver Leistung aufgrund einer erhöhten Last erfordern, klein. Wie in diesem Beispiel gezeigt, ist es dementsprechend möglich, während der Drehwinkelinkremente mit größerer Last ohne Rotationsfehler anzutreiben durch Anlegen von Antriebsimpulsen P11 mit etwas höherer effektiver Leistung als diejenige des Antriebsimpulses P1, der normalerweise nach dem Hilfsimpuls P2 angelegt wird. Da ferner keine Notwendigkeit besteht, die Hilfsimpulse mit sehr großem Drehmoment aufeinanderfolgend anzulegen, ist es möglich, den Zustand des Getriebezuges früher zurückzuführen, während der Stromverbrauch gleichzeitig reduziert wird. Nach dem Durchlaufen der Drehwinkelinkremente mit erhöhter Eingriffslast ist es möglich, den Rotor 13 anzutreiben durch Anlegen des Antriebsimpulses P1 mit minimaler effektiver Leistung. Somit ist es möglich, eine Situation zu vermeiden, wie sie im herkömmlichen Fall auftritt und in der immer Antriebsimpulse mit einer Energie angelegt werden, die ein oder zwei Inkrementpegel höher ist als die wirklich benötigte Energie. Dies ermöglicht, den Stromverbrauch im Schrittmotor weiter zu reduzieren.
Fig. 4 zeigt den allgemeinen Aufbau einer Zeitmeßvorrichtung gemäß einem zweiten Beispiel der Erfindung. Die Zeitmeßvorrichtung 1 dieses Beispiels hat nahezu den gleichen Aufbau wie diejenige, die im Fig. 1 beschrieben worden ist, so daß ähnliche Bezugszeichen verwendet werden, um ähnliche Teile zu bezeichnen, wobei deren Beschreibung im folgenden weggelassen wird. Die Steuerschaltung 23, die in der Zeitmeßvorrichtung 1 dieses Beispiels verwendet wird, ist versehen mit: einem Antriebsimpulszuführungsteil 24a zum Zuführen des Antriebsimpulses P1, einem Rotationserfassungsimpuls-Zuführungsteil 24b zum Erzeugen des Rotationserfassungsimpulses SP2, um die Rotation des Rotors 13 zu erfassen; und einem Hilfsimpulszuführungsteil 24c zum Erzeugen des Hilfsimpulses P2.
Der Hilfsimpulszuführungsteil 24c ist dafür konfiguriert, einen Hilfsimpuls P2 mit einer größeren effektiven Leistung anzulegen, wenn die Erfassungsschaltung 25 erfaßt hat, ob der Rotor 13 gedreht worden ist, ähnlich wie für die herkömmliche Schaltung beschrieben worden ist. Ferner ist der Entmagnetisierungsimpuls-Zuführungsteil 24d zum Steuern eines Entmagnetisierungspulses PE, der nach dem Hilfsimpuls P2 anzulegen ist, dafür konfiguriert, einen Entmagnetisierungsimpuls PE zu einem späteren Zeitpunkt unmittelbar vor dem nächsten Antriebsimpuls P1 anzulegen als im herkömmlichen Fall. Hierdurch wird die effektive Leistung des nächsten Antriebsimpulses P1 angehoben, um ausreichend Energie für die Drehung des Rotors 13 zu liefern. Dementsprechend ist es möglich, einen Antriebsimpuls mit einer wesentlich größeren effektiven Leistung in einem Zyklus anzulegen, der dem Hilfsimpuls P2 folgt, ohne die Energie des Antriebsimpulses P1 zu erhöhen, um das Drehwinkelinkrement mit erhöhter Eingriffslast zu überwinden, das den Rotationsfehler hervorruft. Da ferner die aufeinanderfolgende Anlegung des Hilfsimpulses P2 vermieden werden kann, ist es möglich, den Eingriffzustand zu veranlassen, früher zum Anfangszustand der niedrigen Eingriffslast zurückzukehren. Dementsprechend ist die Steuerschaltung 20 des Schrittmotors 10 dieses Beispiels dafür konfiguriert, den Schrittmotor 10 unter Verwendung des Antriebsimpulses P1 mit näherungsweise minimaler effektiver Leistung entsprechend der geringeren Eingriffslast anzutreiben, sobald die Drehwinkelinkremente mit erhöhter Last aufgrund einer Eingriffstoleranz oder einer Verschiebung einer Wellenposition überwunden sind.
Dies dient daher zum deutlichen Reduzieren des Auftretens des Anlegens des Antriebsimpulses P1 mit einer effektiven Leistung, die mehrere Pegel größer ist als der minimale Wert, wie in den herkömmlichen Fällen. Dies ermöglicht, den Stromverbrauch zum Antreiben des Schrittmotors weiter zu reduzieren.
Fig. 5 zeigt in einem Flußdiagramm ein Verfahren zum Steuern eines Schrittmotors 10, das in der Zeitmeßvorrichtung 1 dieses Beispiels verwendet wird. In diesem Flußdiagramm sind die gleichen Schritte wie diejenigen, die vorher beschrieben worden sind, mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei deren genaue Beschreibung im folgenden weggelassen wird. Zuerst wird im Schritt ST1 eine Sekunde gemessen, um die Zeiger zu bewegen. Nach Verstreichen einer Sekunde wird ein Antriebsimpuls P1 im Schritt ST2 erzeugt. Anschließend wird im Schritt ST3 der Rotationserfassungsimpuls SP2 erzeugt, um festzustellen, ob der Rotor 13 gedreht worden ist. Wenn keine Drehung festgestellt wird, wird die Unterroutine ausgeführt, um den Hilfsimpuls P2 anzulegen. In dieser Unterroutine wird im Schritt ST4 der Hilfsimpuls P2 mit einer großen effektiven Leistung angelegt. Anschließend wird der Entmagnetisierungsimpuls PE erzeugt, woraufhin die effektive Leistung des Antriebsimpulses P1 um einen Inkrementpegel erhöht wird. In diesem Beispiel wird der Zeitpunkt zum Ausgeben des Entmagnetisierungsimpulses PE durch den Entmagnetisierungsimpuls-Zuführungsteil 24d verzögert. Im Schritt ST21 wird die verstrichene Zeit gemessen, um den Entmagnetisierungsimpuls PE im Schritt ST5 unmittelbar vor dem Start des nächsten Zyklus oder unmittelbar vor der Ausgabe des nächsten Antriebsimpulses P1 auszugeben. Nach dem Ausgeben des Entmagnetisierungsimpulses PE, nachdem der Hilfsimpuls P2 angelegt worden ist, kehrt der Prozeß zur Hauptroutine zurück, um zum Schritt ST7 vorzurücken. Wie oben erwähnt worden ist, ist das Steuerverfahren in diesem Beispiel dafür konfiguriert, die effektive Leistung des Antriebsimpulses P1 um einen Inkrementpegel anzuheben, nachdem der Hilfsimpuls P2 angelegt worden ist. Ger Antrieb wird somit mit einer großen Leistung bewirkt unter Verwendung der Leistung des Entmagnetisierungsimpulses PE, um den Zustand zu verhindern, indem die effektive Leistung des Antriebsimpulses P1 um zwei oder mehr Pegel aufeinanderfolgend erhöht wird durch erneutes Anlegen des Hilfsimpulses.
Wenn andererseits die Drehung des Rotors 13 im Schritt ST3 festgestellt wird, wird die Unterroutine zum Ausgeben des Hilfsimpulses P2 nicht ausgeführt. Im Schritt ST7 wird der Wert im Zähler n erhöht und im Schritt ST8 mit der ersten vorgegebenen Zahl NO verglichen. Wenn der Wert im Zähler n gleich der vorgegebenen Zahl NO ist, wird im Schritt ST9 die effektive Leistung des Antriebsimpulses P1 weiter um ein Inkrement reduziert, um Stromeinsparungen zu erreichen, wobei der Zähler n im Schritt ST10 initialisiert wird.
Fig. 6 zeigt in einem Zeitablaufdiagramm den Antriebsimpuls, der von der Steuervorrichtung dieser Ausführungsform an den Schrittmotor 10 angelegt wird. In Fig. 6 sind ähnlich der Fig. 3 die Steuersignale gezeigt, die an die jeweiligen Gates GP1, GN1 und GS1 des P-Kanal-MOS-Transistors 33a, des N-Kanal-MOS-Transistors 32a und des P-Kanal-MOS-Transistors 34a anzulegen sind. Ferner zeigt Fig. 6 die Steuersignale, die an die jeweiligen Gates GP2, GN2 und GS2 des P-Kanal-MOS-Transistors 33b, des N-Kanal- MOS-Transistors 32b und des Transistors 34b anzulegen sind. Es werden ähnliche Bezugszeichen verwendet, um ähnliche Elemente wie die oben beschriebenen zu bezeichnen, wobei deren genaue Beschreibung im folgenden weggelassen wird.
Der anfängliche Zyklus beginnt zum Zeitpunkt t91 mit dem ersten Anlegen eines Antriebsimpulses P1 mit der Spannung V10 von der Antriebspolseite. Anschließend wird zum Zeitpunkt t92 ein Rotationserfassungsimpuls SP2 angelegt. Wenn der Rotor 13 aufgrund einer Eingriffstoleranz des Getriebezuges und dergleichen nicht rotiert, wird ein Hilfsimpuls P2 mit größerer effektiver Leistung von der Antriebspolseite zum Zeitpunkt t93 angelegt. Im Steuerverfahren dieses Beispiels wird anschließend im Schritt t94, unmittelbar vor dem Zeitpunkt t101, wenn der nächste Zyklus beginnt, ein Entmagnetisierungsimpuls PE von der entgegengesetzten Polseite angelegt. Unmittelbar nach der Ausgabe des Entmagnetisierungsimpulses PE beginnt der nächste Zyklus zum Ausgeben des nächsten Antriebsimpulses P1 auf der Antriebspolseite, die der entgegengesetzten Polseite des vorangehenden Zyklus entspricht. Dementsprechend umfassen der Entmagnetisierungsimpuls PE und der Antriebsimpuls P1 einen Impuls zum Antreiben des Rotors 13, der die effektive Leistung wesentlich erhöht, so daß es aufgrund der Ausgabe des Hilfsimpulses P2 möglich ist, den Rotor 13 zu drehen, selbst in Drehwinkelinkrementen mit erhöhter Eingrifflast.
Wenn durch Anlegen des Rotationserfassungsimpulses SP2 zum Zeitpunkt t102 eine Rotation erfaßt wird, wird im nächsten Zyklus zum Zeitpunkt t111 ein Antriebsimpuls P1 mit einer Spannung V10' angelegt, oder es wird ein Antriebsimpuls mit einer Energie angelegt, die einen Inkrementpegel höher ist als diejenige, die zum Zeitpunkt t93 vor dem Anlegen des Hilfsimpulses P2 angelegt worden ist. Wie beschrieben worden ist, ist es in der Steuervorrichtung und im Verfahren dieses Beispiels dann, wenn es unmöglich wird, den Rotor 13 zu drehen aufgrund einer vorübergehend erhöhten Eingrifflast, sofern nicht der Hilfsimpuls P2 verwendet wird, möglich, eine genaue Zeigerbewegung durchzuführen durch Überwinden eines Zustands mit hoher Eingrifflast, ohne die effektive Leistung des nächsten Antriebsimpulses P1 um eine Anzahl aufeinanderfolgender Inkrementpegel zu erhöhen.
Wie oben erwähnt worden ist, ist die Zeitmeßvorrichtung 1 dafür konfiguriert, einen Antriebsimpuls mit im wesentlichen höherer effektiver Leistung anzulegen, indem entweder der zweite Antriebsimpuls P11 mit größerer effektiver Leistung angelegt wird oder der Zeitpunkt des Entmagnetisierungsimpulses PE näher an den nächsten Antriebsimpuls P1 gebracht wird nach der Ausgabe des Hilfsimpulses P2. Dementsprechend hilft dies bei einer erhöhten Last, die durch eine Eingrifftoleranz hervorgerufen wird und die den Schrittmotor 10 nur für sehr kurze Zeitperioden beeinflußt, ohne eine Erhöhung der effektiven Leistung des Antriebsimpulses P1 um mehr als nötig zu erfordern. Wenn dementsprechend die Eingrifftoleranz zu den anfänglichen Zuständen zurückkehrt und die Last am Schrittmotor 10 reduziert, wird ein Niedrigpegel-Antriebsimpuls mit einer Energie angelegt, die etwa ein Inkrement höher ist als die vorgegebene effektive Leistung. Im Stand der Technik wird die effektive Leistung des Antriebsimpulses P1 um mehrere Inkrementpegel erhöht aufgrund sofortiger Lasterhöhungen, die durch die Eingrifftoleranz oder eine Verschiebung der Welle hervorgerufen wird, welche durch Anlegen des Hilfsimpulses nach einer solchen Lasterhöhung hervorgerufen werden, was dazu führt, daß der Antrieb des Schrittmotors 10 mit Antriebsimpulsen erfolgt, die eine größere Energie aufweisen als der minimale erforderliche Pegel. Im Gegensatz hierzu schafft diese Erfindung eine Möglichkeit, momentane Lasterhöhungen zu handhaben, während Antriebsimpulse mit einer effektiven Leistung des benötigten minimalen Pegels bereitgestellt werden, wenn die Last zum normalen Pegel zurückkehrt. Es ist somit möglich, den Stromverbrauch eines Schrittmotors im Vergleich zum Stand der Technik weiter zu reduzieren. Dies ergibt eine kleinere langlebige Zeitmeßvorrichtung und schafft eine Selbstversorgungstyp-Zeitmeßvorrichtung, die kontinuierlich arbeiten kann, selbst nachdem sie für eine lange Zeit bewegungslos gehalten worden ist. Ferner ist die Anwendung dieser Erfindung selbstverständlich nicht nur auf Zeitmeßvorrichtungen wie z. B. Armbanduhren beschränkt. Sie kann auch auf solche Mehrzweck-Zeitmeßvorrichtungen angewendet werden, wie z. B. Chronographen, oder andere Stromerzeugungssysteme, und auf Vorrichtungen, die allgemeinen einen Schrittmotor enthalten.
Ferner ist klar, daß die Signalformen des Antriebsimpulses P1, des Hilfsimpulses P2 und des Rotationserfassungsimpulses SP2 und dergleichen, wie sie gezeigt sind, lediglich beispielhaft sind und entsprechend den Eigenschaften des Schrittmotors 10 bestimmt werden können. Ferner ist klar, daß die Erfindung in ähnlicher Weise auf einen Schrittmotor mit drei oder mehr Phasen angewendet werden kann, obwohl in den obigen Beispielen die Erfindung mit Bezug auf einen Schrittmotor 10 mit zwei Phasen beschrieben worden ist, der für eine Zeitmeßvorrichtung geeignet ist. Ferner ist es möglich, Antriebsimpulse mit Impulsbreiten und Zeitabläufen anzulegen, die für jede Phase geeignet sind, anstelle der Anwendung einer gemeinsamen Steuerung. Ferner ist das Antriebssystem des Schrittmotors nicht auf die Ein- Phasen-Magnetisierung beschränkt, sondern kann selbstverständlich der Zwei-Phasen-Magnetisierung oder der Ein-Zwei-Phasen-Magnetisierung entsprechen.
Wie oben beschrieben worden ist, sind die Steuervorrichtung und das Steuerverfahren dieser Erfindung dafür konfiguriert, den Schrittmotor mit niedrigem Stromverbrauch anzusteuern durch allmähliches Reduzieren der effektiven Leistung der Antriebsimpulse, während der Schrittmotor erfolgreich durch den Antriebsimpuls mit der vorgegebenen effektiven Leistung gedreht wird. Selbst wenn die Last vorübergehend ansteigt, vielleicht aufgrund eines Einflusses der Eingrifftoleranz des Getriebezuges zum Übertragen der Antriebsleistung des Schrittmotors oder aufgrund der nachfolgend angelegten Hilfsimpulse mit großem Drehmoment, ermöglicht diese Erfindung, solche Zustände zu handhaben, ohne Erhöhung der effektiven Leistung der Antriebsimpulse selbst, die normalerweise angelegt wird. Dies ermöglicht, daß der Schrittmotor durch die Antriebsimpulse mit einer effektiven Leistung angetrieben wird, die auf ein Minimum reduziert ist. Dementsprechend treibt diese Erfindung den Schrittmotor mit einem viel geringeren Stromverbrauch an als die herkömmliche Anordnung. Die Erfindung schafft somit eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren, die für zukünftige Zeitmeßvorrichtungen geeignet sind, die auf eine kleine Größe und lange Lebensdauer zielen, und für Zeitmeßvorrichtungen, die einen Generator enthalten, so daß sie keine Batterien benötigen.
Die vorangehende Beschreibung ist lediglich beispielhaft, wobei für Fachleute klar ist, daß Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Vorrichtung (20) zum Steuern eines Schrittmotors (10), die einen mehrpoligen Rotor (13) in Kooperation mit einem Stator (12) mit einer Antriebsspule (11) drehen kann, umfassend:

ein erstes Ansteuermittel (24a) zum Anlegen eines ersten Antriebsimpulses (P1) an die Antriebsspule, um den Rotor zu drehen;

ein Rotationserfassungsmittel (24b), das erfaßt, ob der Rotor durch den ersten Antriebsimpuls gedreht worden ist;

ein Hilfsmittel (24c) zum Anlegen eines ersten Hilfsimpulses (P2) mit einer effektiven Leistung, die größer ist als diejenige des ersten Antriebsimpulses, wenn keine Drehung des Rotors erfaßt worden ist; und

ein Pegelanpassungsmittel (24e, 49) zum inkrementellen Reduzieren der effektiven Leistung des ersten Antriebsimpulses, nachdem der Rotor mit einer ersten vorgegebenen Häufigkeit aufeinanderfolgend gedreht worden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner umfaßt:

ein zweites Ansteuermittel (24f) zum Anlegen eines zweiten Antriebsimpulses (P11), nachdem der Hilfsimpuls angelegt worden ist, wobei der zweite Antriebsimpuls einen effektiven Leistungspegel aufweist, der nur ein oder einige Inkremente höher ist als der effektive Leistungspegel des ersten Antriebsimpulses, und wobei der Pegel des zweiten Antriebsimpulses durch das Pegelanpassungsmittel mit einer zweiten vorgegebenen Häufigkeit angepaßt wird.

2. Vorrichtung zum Steuern eines Schrittmotors nach Anspruch 1, bei der das zweite Ansteuermittel die effektive Leistung des zweiten Antriebsimpulses anpassen kann durch Verändern seiner Impulsbreite.

3. Vorrichtung zum Steuern eines Schrittmotors nach Anspruch 1, bei der das zweite Ansteuermittel die effektive Leistung des zweiten Antriebsimpulses anpassen kann durch Verändern seiner Spannung.

4. Vorrichtung (20) zum Steuern eines Schrittmotors (10), die einen mehrpoligen Rotor (13) in Kooperation mit einem Stator (12) mit einer Antriebsspule (11) drehen kann, umfassend:

ein Ansteuermittel (24a) zum Anlegen eines ersten Antriebsimpulses (P1) an die Antriebsspule, um den Rotor zu drehen;

ein Rotationserfassungsmittel (24b), das erfaßt, ob der Rotor durch den Antriebsimpuls gedreht worden ist;

ein Hilfsmittel (24c) zum Anlegen eines Hilfsimpulses (P2) mit einer effektiven Leistung, die größer ist als diejenige des ersten Antriebsimpulses, wenn keine Drehung des Rotors erfaßt worden ist; und

ein Entmagnetisierungsimpuls-Beaufschlagungsmittel (24d) zum Anlegen eines Entmagnetisierungsimpulses (PE) mit zum Hilfsimpuls entgegengesetzter Polarität nach dem Anlegen des Hilfsimpulses, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner umfaßt:

ein Verzögerungsmittel zum Verzögern des Anlegens des Entmagnetisierungsimpulses bis unmittelbar vor dem nächsten Anlegen eines Antriebsimpulses.

5. Verfahren zum Steuern eines Schrittmotors, das einen mehrpoligen Motor in Kooperation mit einem Stator mit einer Antriebsspule antreiben kann, umfassend:

einen ersten Ansteuerungsschritt zum Anlegen eines ersten Antriebsimpulses an die Antriebsspule, um den Rotor zu drehen;

einen Rotationserfassungsschritt, der erfaßt, ob der Rotor durch den ersten Antriebsimpuls gedreht worden ist;

einen Hilfsschritt zum Anlegen eines Hilfsimpulses mit einer effektiven Leistung, die größer ist als diejenige des ersten Antriebsimpulses, wenn keine Drehung des Rotors erfaßt worden ist; und

einen Pegelanpassungsschritt zum inkrementellen Reduzieren der effektiven Leistung des ersten Antriebsimpulses, nachdem der Rotor mit einer ersten vorgegebenen Häufigkeit aufeinanderfolgend gedreht worden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner umfaßt:

einen zweiten Ansteuerungsschritt zum Anlegen eines zweiten Antriebsimpulses, nachdem der Hilfsimpuls angelegt worden ist, wobei der zweite Antriebsimpuls einen effektiven Leistungspegel aufweist, der nur ein oder einige Inkremente höher ist als der effektive Leistungspegel des ersten Antriebsimpulses, wobei der Pegel des zweiten Antriebsimpulses mit einer zweiten vorgegebenen Häufigkeit angepaßt wird.

6. Verfahren zum Steuern eines Schrittmotors nach Anspruch 5, bei dem der zweite Ansteuerungsschritt die effektive Leistung des zweiten Antriebsimpulses anpaßt durch Verändern seiner Impulsbreite.

7. Verfahren zum Steuern eines Schrittmotors nach Anspruch 5, bei dem der zweite Ansteuerungsschritt die effektive Leistung des zweiten Antriebsimpulses anpaßt durch Verändern seiner Spannung.

8. Verfahren zum Steuern eines Schrittmotors, das einen mehrpoligen Motor in Kooperation mit einem Stator mit einer Antriebsspule antreiben kann, umfassend:

einen ersten Ansteuerungsschritt zum Anlegen eines Antriebsimpulses an die Antriebsspule, um den Rotor zu drehen;

einen Rotationserfassungsschritt, der erfaßt, ob der Rotor durch den Antriebsimpuls gedreht worden ist;

einen Hilfsschritt zum Anlegen eines Hilfsimpulses mit einer effektiven Leistung, die größer ist als diejenige des Antriebsimpulses, wenn keine Drehung des Rotors erfaßt worden ist;

dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner umfaßt:

einen Entmagnetisierungsimpuls-Beaufschlagungsschritt zum Anlegen eines Entmagnetisierungsimpulses mit zum Hilfsimpuls entgegengesetzter Polarität nach dem Anlegen des Hilfsimpulses und unmittelbar vor dem nächsten Anlegen eines Antriebsimpulses.

9. Zeitmeßvorrichtung, die umfaßt:

eine Vorrichtung zum Steuern eines Schrittmotors nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3;

einen Schrittmotor zum Antreiben der Uhrzeiger mittels Antriebsimpulsen; und

ein Impulserzeugungsmittel zum Anlegen von Impulssignalen, die mehrere Frequenzen aufweisen.