DE69817536T2 - Uhrwerk mit kapazitiver detektionsvorrichtung - Google Patents

Uhrwerk mit kapazitiver detektionsvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE69817536T2
DE69817536T2 DE69817536T DE69817536T DE69817536T2 DE 69817536 T2 DE69817536 T2 DE 69817536T2 DE 69817536 T DE69817536 T DE 69817536T DE 69817536 T DE69817536 T DE 69817536T DE 69817536 T2 DE69817536 T2 DE 69817536T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
rotor
fixed electrodes
movable element
sensor
timepiece according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69817536T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69817536T8 (de
DE69817536D1 (de
Inventor
Jean-Felix Perotto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
Original Assignee
ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ETA SA Manufacture Horlogere Suisse filed Critical ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
Application granted granted Critical
Publication of DE69817536D1 publication Critical patent/DE69817536D1/de
Publication of DE69817536T2 publication Critical patent/DE69817536T2/de
Publication of DE69817536T8 publication Critical patent/DE69817536T8/de
Active legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04GELECTRONIC TIME-PIECES
    • G04G21/00Input or output devices integrated in time-pieces
    • G04G21/08Touch switches specially adapted for time-pieces
    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04CELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C3/00Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
    • G04C3/001Electromechanical switches for setting or display
    • G04C3/007Electromechanical contact-making and breaking devices acting as pulse generators for setting
    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04CELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C3/00Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
    • G04C3/14Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means incorporating a stepping motor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromechanical Clocks (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Electric Clocks (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zeitmessgerät, insbesondere eine Uhr, die ein drehbares bewegliches Element und eine elektrische Vorrichtung zur kapazitiven Erfassung, die Positionen und/oder Bewegungen des beweglichen Elements erfasst, enthält, wobei die Erfassungsvorrichtung wenigstens einen kapazitiven Sensor mit einem festen Teil, der mit wenigstens zwei festen Elektroden versehen ist, und mit einem beweglichen Teil, der mit einem elektrisch leitenden Rotor versehen ist, der durch das bewegliche Element angetrieben wird und so beschaffen ist, dass er das elektrische Feld zwischen den festen Elektroden durch seine Drehposition beeinflusst, und elektronische Erfassungsmittel, die für Änderungen der Kapazität des Sensors empfindlich sind, umfasst, wobei die zwei festen Elektroden auf einem Substrat angeordnet und durch einen Zwischenraum voneinander getrennt sind.
  • Die Erfindung findet insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf die Steuerung von solchen Funktionen wie die manuelle Korrektur der Uhrzeit oder des Datums bei einer elektronischen Uhr mit Hilfe der herkömmlichen Schaltwelle, die mit einer äußeren Krone versehen ist, Anwendung. Gewöhnlich beruht die Erfassung der Dreh- und Verschiebungsbewegungen dieser Welle im Wesentlichen auf elektromechanischen Schaltern, die durch eine Anordnung von mit der Welle fest verbundenen Nocken betätigt werden, wobei diese Nocken auf flexible Kontaktstreifen einwirken, die feste Kontakte berühren, die im Allgemeinen auf einer gedruckten Schaltung vorgesehen sind, die weitere Bauelemente des Zeitmessgeräts umfasst.
  • Bei der Fertigung und der Montage dieser Schalter besteht das Hauptproblem in der Zuverlässigkeit des Schließens des elektrischen Kontakts, wozu eine sehr genaue Positionierung jedes Kontaktstreifens in Bezug auf den entsprechenden Nocken und in Bezug auf den entsprechenden festen Kontakt erforderlich ist. Es ist folglich notwendig, Funktionsprüfungen und gegebenenfalls bei der Montage jedes Zeitmessgeräts Einstellungen vorzunehmen. Diese Arbeitsgänge sind aufwändig und behindern in erheblichem Maße die Automatisierung der Montage der Uhren.
  • Ähnliche Probleme treten bei elektrischen Kontakten auf, die dazu bestimmt sind, besondere Positionen eines beweglichen Elements, beispielsweise die "Nullstellung" eines Zeigers eines Chronographen oder eines Datumsanzeigers zu erfassen.
  • Es wäre folglich wünschenswert, die oben erwähnten Schalter durch kontaktlose Vorrichtungen zu ersetzen, die zur Verwendung in Uhren geeignet sind.
  • In der Patentanmeldung DE 3 934 158 A1 ist ein Impulsgeber beschrieben, der zur Steuerung einer elektronischen Uhr in einem Haushaltsgerät verwendet werden kann, wobei dieser Impulsgeber in etwa einem kapazitiven Sensor der in der Einleitung weiter oben dargestellten Art entspricht. Ein scheibenförmiger Rotor, der um eine Achse senkrecht zu der Scheibe drehbar ist, trägt eine flache Elektrode mit zwei einander diametral gegenüberliegenden Sektoren, die einem flachen Stator zugewandt sind, der mit mehreren festen Elektroden versehen ist, die auf eine besondere Weise angeordnet und an elektronische Erfassungsschaltungen angeschlossen sind. Zwischen dem Stator und dem Rotor ist ein dünnes Dielektrikum platziert. Wenn sich der Rotor dreht, werden ausgehend von Änderungen der kapazitiven Kopplung, die durch die Elektrode des Rotors zwischen den verschiedenen Elektroden des Stators durch Verändern der Überdeckungsfläche zwischen dem Rotor und jeder festen Elektrode erzeugt werden, während die Dicke des Dielektrikums zwischen den Elektroden unverändert bleibt, Impulse erzeugt.
  • Eine derartige Konstruktion ist für Anwendungen in der Uhrenindustrie, insbesondere in Uhren, viel zu voluminös. Zum anderen muss der Rotor präzise montiert sein und eine Stabilität aufweisen, die ausreicht, damit der Abstand zwischen den Elektroden, d. h. die Dicke des Dielektrikums, unverändert bleibt.
  • In der Veröffentlichung der Patent Abstracts of Japan, Bd. 007, Nr. 270 (S. 240), ist in der Patentanmeldung JP 58-150 865 A eine kapazitive Drehbewegungserfassungseinrichtung beschrieben, die zwei ringförmige, feste Elektroden, die übereinander angeordnet und mit inneren Zähnen versehen sind, und eine drehbare Elektrode, die auf einer isolierenden Scheibe angebracht ist und äußere Zähne aufweist, die hoch genug sind, um den Zähnen der zwei festen Elektroden gleichzeitig gegenüberzuliegen, umfasst. Die Drehbewegung der Scheibe wird über die Änderungen der Kapazität zwischen den zwei festen Elektroden erfasst. Eine derartige Konstruktion, die dazu vorgesehen ist, die Drehbewegung eines Motors zu erfassen, ist zu voluminös, um in einer Uhr verwendet werden zu kön nen.
  • Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, indem sie eine zuverlässige kontaktlose Erfassungsvorrichtung schafft, die in einem Zeitmessgerät, etwa einer Uhr, verwendbar ist, wobei sie mit geringem Aufwand hergestellt und montiert werden kann und vorteilhaft auf die Korrektur der Uhrzeit oder des Datums oder auf die Erfassung einer besonderen Position eines drehbaren beweglichen Elements anwendbar ist.
  • Dazu wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Zeitmessgerät geschaffen, wie es im Anspruch 1 definiert ist.
  • Folglich wird die Erfassungseinrichtung im Wesentlichen durch eine Änderung der Kapazität auf Grund der Änderung des Abstands zwischen der gezahnten Umfangsoberfläche des Rotors und jeder festen Elektrode wirksam. Auf Grund ihres Charakters ist eine solche Vorrichtung in einer Form herstellbar, die Raum sparend ist und gleichzeitig einen niedrigen Verbrauch an elektrischer Energie aufweist, was einer Verwendung in einer Uhr entgegenkommt. Außerdem können ohne große Schwierigkeiten kapazitive Sensoren verwirklicht werden, die ermöglichen, eine hinreichend große Anzahl von aufeinander folgenden Winkelpositionen, beispielsweise acht oder zwölf Positionen pro Umdrehung, zu erfassen.
  • Der Rotor kann auf einem festen Potenzial gehalten werden, wobei seine Zähne so beschaffen sind, dass sie in dem elektrischen Feld zwischen den festen Elektroden eine Abschirmung bilden.
  • Da die zwei festen Elektroden koplanar auf einem Substrat sind, kann dieses Substrat vorteilhaft einen Teil eines Elements mit gedruckten Schaltungen des Zeitmessgeräts bilden, d. h. dass folglich ein Element verwendet wird, das bereits in einem elektronischen oder elektromechanischen Uhrwerk vorhanden ist.
  • Um den Abstand zwischen dem Rotor und den festen Elektroden konstant zu halten, kann vorgesehen sein, dass der Rotor mit dem beweglichen Element fest verbunden ist, das seinerseits einen Abstützzylinder aufweist, der sich an einer dielektrischen Schicht, die auf dem Substrat und/oder auf den festen Elektroden angeordnet ist, gleitend abstützt. Dies ermöglicht, jegliches Nachstellen des Sensors bei der Montage des beweglichen Teils zu vermeiden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Zeitmessgerät geschaffen, wie es im Anspruch 2 definiert ist.
  • Durch die gezahnte Form der Umfangsoberfläche des Rotors ist in diesem Fall die Änderung der Kapazität zwischen den Elektroden durch die Modulation der Dicke des Dielektrikums bedingt. Auch bei dieser Ausführung können sich die festen Elektroden auf demselben Substrat mit den gedruckten Schaltungen befinden, beispielsweise auf zwei einander gegenüberliegenden Rändern einer Öffnung des Substrats. Der Rotor kann isoliert sein und der Übertragung eines elektrischen Signals zwischen den zwei festen Elektroden dienen. Der Rotor ist dann auf einem erdfreien Potenzial.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Sensors, der ein Paar feste Elektroden umfasst, ist der Rotor eine bewegliche Elektrode, die mit den Erfassungsmitteln verbunden ist, wobei sich die Zähne des Rotors während seiner Drehung abwechselnd an der einen oder der anderen der festen Elektroden vorbeibewegen. Der Rotor bildet somit eine dritte Elektrode für die Zuführung eines Signals zu den zwei Kondensatoren, die er jeweils mit den beiden festen Elektroden bildet.
  • Damit die kontaktlose Erfassungsvorrichtung auch den Drehsinn des beweglichen Elements angeben kann, umfasst die Erfassungsvorrichtung vorzugsweise zwei der erwähnten kapazitiven Sensoren, die in Winkelrichtung so versetzt sind, dass sie jeweils Ausgangssignale liefern, die während der Drehung des beweglichen Elements um 90° phasenverschoben sind.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele deutlich, die sich auf die beigefügte Zeichnung bezieht, worin
  • 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung, genauer eine kontaktlose Vorrichtung zur Erfassung der Positionen eines drehbaren beweglichen Elements, schematisch darstellt, wobei diese Vorrichtung einen kapazitiven Sensor umfasst;
  • 2 eine Ansicht ähnlich jener der 1 ist, um eine weitere Position des beweglichen Elements zu veranschaulichen;
  • 3 eine schematische Querschnittansicht eines in der vorliegenden Erfindung verwendeten kapazitiven Sensors längs der Linie III-III von 4 ist;
  • 4 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung ist, die zwei kapazitive Sensoren umfasst, die einem dreh- und verschiebbaren beweglichen Element zugeordnet sind;
  • 5 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines kapazitiven Sensors ist;
  • 6 eine Ersatzschaltung des Sensors von 5 ist;
  • 7 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines kapazitiven Sensors ist;
  • 8 eine Ersatzschaltung des Sensors von 7 ist;
  • 9 eine schematische Schnittansicht noch einer weiteren Ausführungsform eines kapazitiven Sensors ist; und
  • 10 die elektrischen Signale zeigt, die während der Drehbewegung des beweglichen Elements in der Vorrichtung der 4 erhalten werden.
  • In dem Beispiel der 1 und 2 handelt es sich bei dem beweglichen Element, dessen Positionen erfasst werden sollen, um eine Welle 1, die beispielsweise die Schaltwelle zum Stellen der Uhrzeit einer Uhr oder eines anderen Zeitmessgeräts sein kann. Gleichwohl könnte dieses bewegliche Element ein anderes Teil eines Uhrwerks sein, beispielsweise eine Welle, die einen Sekundenzeiger, einen Minutenzeiger oder einen Stundenzeiger oder einen Zeiger eines Zählwerks eines Chronographen umfasst.
  • Der Welle 1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung ihrer Winkelpositionen zugeordnet, die einen kapazitiven Sensor 2 und elektronische Erfassungsmittel 3 umfasst, die das Signal verwenden, das der Sensor auf einer Ausgangsleitung 4 ausgibt. Der Sensor 2 umfasst einen beweglichen Teil, der aus einem Rotor 5 gebildet ist, der koaxial auf der Welle 1 befestigt ist, und einen unbeweglichen Teil, der im Wesentlichen aus zwei festen Elektroden 6 und 7 gebildet ist, die im vorliegenden Fall koplanar sind und auf der Unterseite eines isolierenden Substrats 8 parallel zur Achse des Rotors 5 aufgebracht sind. Dieser kann vorteilhaft eine Karte mit gedruckten Schaltungen sein, wie sie in der Mehrzahl der elektronischen oder elektromechanischen Uhren vorhanden ist, wobei diese Karte gewöhnlich parallel zum Zifferblatt der Uhr und zur Schaltwelle ist. Eine Spannungsquelle 9 ist in Reihe zwischen die Masse 10 und die erste Elektrode 6 geschaltet, um an diese eine Impulsspannung Ue anzulegen. Die zweite Elektrode 7 ist an die Leitung 4 angeschlossen, um ein Ausgangssignal abzugeben, das von der Kapazität zwischen den beiden Elektroden 6 und 7 abhängt.
  • Der Rotor 5 ist ein leitfähiges, sternförmiges Teil, vorzugsweise aus Metall. Seine Umfangsoberfläche weist im vorliegenden Fall vier Zähne 11 bis 14 auf, die in Winkelrichtung gleichmäßig beabstandet sind. Vorzugsweise ist er über die Welle 1 an die Masse 10 angeschlossen. Der Rotor befindet sich gegenüber dem Zwischenraum 15, der die Elektroden 6 und 7 voneinander trennt, und seine Zähne bewegen sich in geringer Entfernung an den Elektroden vorbei. Die Ge genwart und die Position des Rotors beeinflussen somit das elektrische Feld 16 und folglich die kapazitive Kopplung zwischen den Elektroden. Während sich die Welle 1 dreht, verändert sich die Kapazität des Sensors 2 periodisch, und das Ausgangssignal auf der Leitung 4 geht zu einem Minimum, in der Position der 1, in welcher der Rotor eine Abschirmung in dem elektrischen Feld bildet, und zu einem Maximum in der Position der 2 über, in welcher der Rotor praktisch keine Abschirmung bildet.
  • In den Erfassungsmitteln 3 wird das Ausgangssignal des Sensors an den invertierenden Eingang eines Verstärkers 16 angelegt, der parallel zu einem Integrationskondensator 17 mit der Kapazität Ci geschaltet ist. Am Ausgang 18 des Verstärkers 16 wird ein Rechteckimpulssignal der Spannung Us = (Cv/Ci)·Ue erhalten, wobei Cv die Kapazität zwischen den zwei Elektroden 6 und 7 ist. Jeder Impuls dieses Signals repräsentiert ein Vorbeibewegen eines der Zähne 11 bis 14 vor den Elektroden und folglich einen Schritt der Drehbewegung der Welle 1, wobei im vorliegenden Beispiel dieser Schritt eine viertel Umdrehung umfasst. Das Signal Us wird in einer Verarbeitungsschaltung 19 verwendet, die in bekannter Weise die angestrebte Funktion, beispielsweise das Stellen der Uhrzeit oder das Stellen des Datums der Uhr, steuert.
  • 3 veranschaulicht eine vorteilhafte Ausführungsform des kapazitiven Sensors 2, um eine festgelegte Entfernung, die außerdem so gering wie möglich ist, zwischen den Zähnen des Rotors 5 und den Elektroden 6 und 7 beizubehalten, damit die Kapazitätsänderungen des Sensors bei Bewegungen der Welle 1 so groß wie möglich sind und folglich leicht erfasst werden können. Eine dünne dielektrische Schicht 20 ist wenigstens auf einem Teil der Elektroden 6 und 7 sowie über den Zwischenraum 15, der sie voneinander trennt, aufgebracht. Diese Schicht kann beispielsweise aus einem Harzfilm gebildet sein, der eine Dicke von wenigen Mikrometern aufweist. In der Zeichnung ist diese Dicke offensichtlich übertrieben. Außerdem trägt die Welle 1 einen Abstützzylinder 21, der in einer ausreichenden Entfernung vom Rotor 5 angeordnet ist, um die Kapazität zwischen den Elektroden nicht zu beeinflussen. Die Welle 1 ist in Bezug auf das Substrat 8 so platziert, dass sich ihr Zylinder 21 leicht gegen die Schicht 20 stützt, die sich ebenfalls auf dem Substrat gegenüber dem Zylinder erstreckt. Die Oberflächen der Enden der Zähne 11 bis 14 des Rotors 5 können zylindrisch sein und den gleichen Radius wie der Zylinder 21 haben, so dass ihr Abstand zu den Elektroden 6 und 7 praktisch gleich der Dicke der dielektrischen Schicht 20 ist.
  • Die Vorteile einer derartigen Anordnung betreffen nicht nur die Qualität der erhaltenen Signale: Da sie faktisch den Abstand zwischen der Welle 1 und dem Substrat 8 bestimmt, ermöglicht sie eine leichtere Montage des Sensors 2 bei Vermeidung jeglicher Nachstellung. Insbesondere wird dann, wenn die Welle 1 die Schaltwelle einer Uhr ist, diese nach dem Substrat mit der gedruckten Schaltung 8 montiert. Dieses Letztere kann elastisch gehaltert sein, so dass es sich leicht gegen den Zylinder 21 der Welle stützt.
  • 4 veranschaulicht eine Ausführungsform, die neben dem kapazitiven Sensor 2 einen zweiten, ähnlichen kapazitiven Sensor 22 umfasst, um den Drehsinn der Welle 1 erfassen zu können. Der Sensor 22 umfasst einen auf der Welle 1 befestigten Rotor 25 und ein Paar Elektroden 26 und 27, die den Elektroden 6 und 7 völlig gleich sind und auf dem Substrat 8 neben diesen Letzteren aufgebracht sind. Diese Elektroden sind ebenfalls von der dielektrischen Schicht 20 bedeckt. Der Rotor 25 ist dem Rotor 5 völlig gleich, jedoch in Winkelrichtung um ein Viertel der Schrittweite der Zähne, d. h. im vorliegenden Fall um ein Sechzehntel der Umdrehung, versetzt, damit die Ausgangssignale des Sensors 22 zu jenen des Sensors 2 um 90° phasenverschoben sind. Die Signale dieser Art sind weiter unten mit Bezug auf 10 beschrieben. Wie üblich kann die Schaltwelle 1 der Uhr in Achsrichtung zwischen wenigstens zwei Positionen gleiten, wovon die eine, die in 4 mit durchgezogenen Linien dargestellt ist, eine Position zum Stellen der Uhrzeit ist. Die andere axiale Position der Welle ist eine neutrale Position, die in gestrichelten Linien dargestellt ist, in der sich die Welle 1, ohne die Zeiteinstellung der Uhr zu korrigieren, drehen kann. Der Rotor 25 des Sensors 22 befindet sich dann gegenüber den Elektroden 6 und 7 des Sensors 2, so dass der Sensor 2 aktiv ist, während der Sensor 22 inaktiv ist. Die Verarbeitungsschaltungen 19 erfassen diese Tatsache, wenn sich die Welle 1 dreht, und lösen keine Aktion aus. Wenn hingegen die beiden Sensoren 2 und 22 um 90° phasenverschobene Signale liefern, führen die Verarbeitungsschaltungen 19 eine Zeitkorrektur aus, deren Ausmaß durch die Anzahl der Schritte bestimmt ist, die von dem Sensor 2 angegeben wird, wobei der Richtungssinn durch die Reihenfolge bestimmt ist, in der die von den Sensoren 2 und 22 kommenden Signale aufeinander folgen.
  • Die 5 und 6 veranschaulichen eine weitere Ausführungsform eines kapazitiven Sensors, der anstelle jedes der weiter obenbeschriebenen Sensoren 2 und 22 verwendbar ist. Dieser Sensor 30 umfasst zwei feste Elektroden, die auf einem gemeinsamen isolierenden Substrat 33 angeordnet und an entsprechende Anschlussklemmen A und B angeschlossen sind. Jede Elektrode 31, 32 erstreckt sich vor allem über einander gegenüberliegenden Rändern einer Öffnung 34 des Substrats 33, um jeweils eine Elektrodenplatte 35, 36 zu bilden. Die Achse 37 der drehbaren Welle 1 erstreckt sich durch die Mitte der Öffnung 34 in der Mittelebene des Substrats, derart, dass sich der auf der Welle 1 befestigte Rotor 5 im Wesentlichen im gleichen Abstand zu jeder der Elektroden 31 und 32 befindet. Im vorliegenden Fall umfasst der Rotor 5 eine gerade Anzahl an Zähnen, er ist elektrisch isoliert und liegt auf einem erdfreien Potenzial, um als passive Übertragungseinrichtung für ein elektrisches Signal zwischen den zwei Elektroden zu dienen. Die Ersatzschaltung von 6 zeigt, dass die Kapazität des Sensors 30 der Reihenschaltung der veränderlichen Kapazitäten C1 und C2, die sich jeweils zwischen der Elektrode 31 und dem Rotor 5 oder zwischen dem Rotor 5 und der Elektrode 32 befinden, gleich ist. Die Kapazitäten C1 und C2 ändern sich beide durch die Änderung der Abstände und folglich der dielektrischen Zwischenräume zwischen dem leitfähigen Rotor und den Elektroden, wenn sich die Welle 1 dreht. Nötigenfalls kann die Welle 1 vom isolierenden Substrat 33 geführt werden. Selbstverständlich können ihr zwei Sensoren 30 zugeordnet sein, die um 90° phasenverschobene Signale abgeben, die ermöglichen, mittels eines Verfahrens analog zu jenem, das mit Bezug auf 4 beschrieben worden ist, auch den Drehsinn der Welle anzugeben.
  • Die 7 und 8 veranschaulichen einen kapazitiven Sensor 40, bei dem die gleichen Elemente 31 bis 37 wie bei dem Sensor 30 wiederzufinden sind, dessen Rotor 41, der verschieden ist, eine bewegliche Elektrode bildet, die über ein flexibles Plättchen 42, das auf einem Bund 43 des Rotors 41 reibt, mit einer Anschlussklemme D verbunden ist. Der Rotor umfasst eine ungerade Anzahl an Zähnen, beispielsweise drei Zähne 44, 45 und 46, die gleiche Winkelabstände aufweisen und sich folglich abwechselnd an der einen oder der anderen der Elektroden 31 und 32 vorbeibewegen. Folglich ist die Kapazität C1 maximal, wenn die Kapazität C2 minimal ist. Die Anschlussklemme D wird verwendet, um der beweglichen Elektrode, die von dem Rotor 41 gebildet wird, ein elektrisches Signal zuzuführen, wobei die Ausgangssignale über den Anschlussklemmen A und B abgegriffen werden. Auf diese Weise kann eine differenzielle Kapazität zwischen A und B sehr genau gemessen werden, wobei die parasitären Kapazitäten zwischen den verschiedenen Leitern und der Masse, die oftmals viel größer als C1 und C2 sind, beseitigt sind. Ein weiterer Vorteil des Sensors 40 besteht darin, dass seine Auflösung für eine Umdrehung des Rotors gleich dem Doppelten der Anzahl der Zähne ist. Beispielsweise wird eine Auflösung von zehn Schritten pro Umdrehung mit nur fünf Zähnen erzielt.
  • 9 veranschaulicht einen kapazitiven Sensor 50, der die gleichen Elemente 31 bis 37 und 41 bis 43 wie der weiter obenbeschriebene Sensor 40 aufweist, wobei aber in diesem Fall der Rotor 41 nur zwei Zähne 44 und 45 hat, die asymmetrisch angeordnet sind, wobei ihr Winkelabstand beispielsweise 135° beträgt. Daraus folgt, dass sich die Abfolge der an den Anschlussklemmen A und B abgegriffenen Signale je nachdem, ob sich die Welle 1 in die eine oder in die andere Richtung dreht, unterscheidet. Folglich können die Erfassungsmittel die Winkelpositionen und gleichzeitig den Drehsinn der Welle 1 mit Hilfe eines einzigen Sensors 50 bestimmen.
  • Es wird angemerkt, dass es möglich ist, das gleiche Ergebnis mit einem Rotor zu erzielen, der einander diametral gegenüberliegende Zähne aufweist, wenn die zwei Elektrodenplatten 35 und 36 nicht in Bezug auf die Achse 37 des Rotors einander diametral gegenüberliegend sind.
  • Das obere Diagramm der 10 zeigt die Änderung der Kapazität C1 des Sensors 2 und der Kapazität C2 des in 4 gezeigten Sensors 22 in Abhängigkeit vom Drehwinkel α der Welle 1. Diese zwei Signale sind um 90° phasenverschoben, wenn beispielsweise die Zähne 11 bis 14 der beiden Rotoren 5 und 25 wechselseitig im Drehsinn der Welle 1 sind. Außerdem sind in 10 die Rechteckimpulse der Spannungen Us1 und Us2 dargestellt, die für jeden Sensor erhalten werden, wie mit Bezug auf 1 beschrieben worden ist, und die den Erfassungsmitteln ermöglichen, die Schrittzahl und den Drehsinn der Welle 1 anzugeben.
  • Die obenbeschriebenen Beispiels zeigen, dass die vorliegende Erfindung ermöglicht, in ein Zeitmessgerät von geringer Größe, wie etwa eine Uhr, eine kontaktlose Erfassungsvorrichtung einzusetzen, die auf Grund ihrer Einfachheit und ihrer Zuverlässigkeit vorteilhaft die Vorrichtungen zur Erfassung der Drehbewegung mit elektrischen Kontakten ersetzt.

Claims (12)

  1. Zeitmeßgerät, das ein drehbares bewegliches Element (1) und eine elektrische Vorrichtung zur kapazitiven Erfassung, die Positionen und/oder Bewegungen des beweglichen Elements erfaßt, enthält, wobei die Erfassungsvorrichtung wenigstens einen kapazitiven Sensor (2, 22) mit einem festen Teil, der mit einem Paar fester Elektroden (6, 7; 26, 27) versehen ist, und einem beweglichen Teil, der mit einem elektrisch leitenden Rotor (5, 25) versehen ist, der durch das bewegliche Element angetrieben wird und so beschaffen ist, dass er das elektrische Feld zwischen den festen Elektroden durch seine Drehposition beeinflußt, und elektronische Erfassungsmittel (3), die für Änderungen der Kapazität des Sensors empfindlich sind, umfaßt, wobei die zwei festen Elektroden (6, 7; 26, 27) auf einem Substrat (8) koplanar sind und voneinander durch ein Intervall (15) getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des Rotors (5, 25) parallel zur Ebene der festen Elektroden und gegenüber dem Intervall angeordnet ist und dass jede feste Elektrode (6, 7, 26, 27) gegenüber einer Umfangsoberfläche des Rotors (5, 25) angeordnet ist, wobei die Oberfläche Zähne (1114) umfaßt, die so beschalten sind, dass sie sich während der Drehung des Rotors in der Nähe jeder Elektrode vorbeibewegen.
  2. Zeitmeßgerät, das ein drehbares bewegliches Element (1) und eine elektrische Vorrichtung zur kapazitiven Erfassung, die Positionen und/oder Bewegungen des beweglichen Elements erfaßt, enthält, wobei die Erfassungsvorrichtung wenigstens einen kapazitiven Sensor (30, 40) mit einem festen Teil, der mit wenigstens zwei festen Elektroden (31, 32) versehen ist, und einem beweglichen Teil, der mit einem elektrisch leitenden Rotor (5, 41) versehen ist, der durch das bewegliche Element angetrieben wird und so beschaffen ist, dass er das elektrische Feld zwischen den festen Elektroden durch seine Drehposition beeinflußt, und elektronische Erfassungsmittel (3), die für Änderungen der Kapazität des Sensors empfindlich sind, umfaßt, wobei die zwei festen Elektroden (31, 32) auf einem Substrat (33) angeordnet und voneinander durch einen Zwischenraum getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Elektroden zwei jeweilige gegenüberliegende Platten (35, 36) bilden, die durch den Zwischenraum getrennt sind, dass der Rotor (5, 25, 41) in dem Zwischenraum angeordnet ist, wobei seine Drehachse (37) zu den Platten parallel ist, und dass jede der Elektrodenplatten (35, 36) gegenüber einer Umfangsfläche des Rotors angeordnet ist, wobei die Oberfläche Zähne (1114, 4446) aufweist, die so angeordnet sind, dass sie sich während der Drehung des Rotors in der Nähe jede Elektrodenplatte vorbeibewegen.
  3. Zeitmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5) auf einem festen Potential gehalten wird und dass seine Zähne (1114) so beschaffen sind, dass sie in dem elektrischen Feld zwischen den festen Elektroden eine Abschirmung bilden.
  4. Zeitmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (1114, 4446) mit einer konstanten Winkelschrittweite um den Rotor verteilt sind.
  5. Zeitmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (33) eben ist und eine Öffnung (34) aufweist, in der der Rotor angeordnet ist, wobei sich die Elektrodenplatten (35, 36) längs der gegenüberliegenden Ränder der Öffnung erstrecken.
  6. Zeitmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (8, 33) einen Teil eines Elements mit gedruckten Schaltungen des Zeitmeßgeräts bildet.
  7. Zeitmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5, 25) mit dem beweglichen Element (1) fest verbunden ist, das seinerseits einen Abstützzylinder (21) aufweist, der sich an einer dielektrischen Schicht (20), die auf dem Substrat und/oder auf den festen Elektroden angeordnet ist, gleitend abstützt.
  8. Zeitmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5) isoliert ist und dazu dient, ein elektrisches Signal zwischen den zwei festen Elektroden zu übertragen.
  9. Zeitmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (41) eine bewegliche Elektrode ist, die mit den Erfassungsmitteln verbunden ist, und wobei sich die Zähne (44, 45, 46) des Rotors während seiner Drehung abwechselnd an der einen oder der anderen der festen Elektroden vorbeibewegen.
  10. Zeitmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung zwei kapazitive Sensoren (2, 22) umfaßt, die in Winkelrichtung in der Weise versetzt sind, dass sie jeweils Ausgangssignale liefern, die während der Drehung des beweglichen Elements um 90° phasenverschoben sind.
  11. Zeitmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare bewegliche Element (1) ein Steuerstift ist, der wenigstens zwei axiale Positionen besitzt, d. h. eine Position zum Einstellen der Uhrzeit, in der der kapazitive Sensor (22) aktiv ist, und wenigstens eine weitere Position, in der der Sensor inaktiv ist.
  12. Zeitmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare bewegliche Element (1) ein Anzeigeorgan ist, das eine Referenzposition hat, die von der Erfassungsvorrichtung erfaßt wird.
DE69817536T 1997-02-17 1998-02-16 Uhrwerk mit kapazitiver detektionsvorrichtung Active DE69817536T8 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9701813A FR2759792B1 (fr) 1997-02-17 1997-02-17 Piece d'horlogerie comportant un dispositif de detection sans contact
FR9701813 1997-02-17
PCT/CH1998/000057 WO1998036332A1 (fr) 1997-02-17 1998-02-16 Piece d'horlogerie comportant un dispositif de detection capacitif

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE69817536D1 DE69817536D1 (de) 2003-10-02
DE69817536T2 true DE69817536T2 (de) 2004-06-24
DE69817536T8 DE69817536T8 (de) 2004-12-30

Family

ID=9503792

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69817536T Active DE69817536T8 (de) 1997-02-17 1998-02-16 Uhrwerk mit kapazitiver detektionsvorrichtung

Country Status (9)

Country Link
US (1) US6252825B1 (de)
EP (1) EP0960361B1 (de)
JP (1) JP2001524206A (de)
CN (1) CN1119724C (de)
DE (1) DE69817536T8 (de)
FR (1) FR2759792B1 (de)
HK (1) HK1024064A1 (de)
TW (1) TW342472B (de)
WO (1) WO1998036332A1 (de)

Families Citing this family (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6868046B2 (en) 2000-11-17 2005-03-15 Asulab S.A. Electronic watch including capacitive keys on its crystal
DE60042333D1 (de) * 2000-11-17 2009-07-16 Asulab Sa Elektronische Uhr mit kapazitiven Tasten auf ihrem Abdeckglas
JP2002340506A (ja) * 2001-05-11 2002-11-27 Seiko Instruments Inc 位置検出装置及びこれを用いた時計針位置検出装置
US7589537B1 (en) * 2006-04-05 2009-09-15 3M Innovative Properties Company Device and method of monitoring ground connection of moving equipment with insulative bearing arrangement
DE102010046778B4 (de) * 2010-09-28 2017-11-02 Trw Automotive Electronics & Components Gmbh Kapazitiver Drehgeber
TWI489227B (zh) * 2013-05-06 2015-06-21 巨擘科技股份有限公司 腕錶結構、腕錶用的電子旋鈕以及顯示器型腕錶
US9753436B2 (en) 2013-06-11 2017-09-05 Apple Inc. Rotary input mechanism for an electronic device
JP6336583B2 (ja) * 2013-06-11 2018-06-06 アップル インコーポレイテッド 電子機器のための回転入力機構
US9627163B2 (en) 2013-08-09 2017-04-18 Apple Inc. Tactile switch for an electronic device
US11221697B2 (en) * 2013-08-28 2022-01-11 Apple Inc. Capacitive touch panel for sensing mechanical inputs to a device
WO2015088492A1 (en) 2013-12-10 2015-06-18 Apple Inc. Input friction mechanism for rotary inputs of electronic devices
EP2884239B1 (de) * 2013-12-13 2016-09-28 The Swatch Group Research and Development Ltd. Winkel- und Axialpositions-Sensoranordnung
WO2015122885A1 (en) 2014-02-12 2015-08-20 Bodhi Technology Ventures Llc Rejection of false turns of rotary inputs for electronic devices
GB2524523B (en) * 2014-03-25 2016-09-14 Sciteb Ltd Watches for use in time-dependent authentication systems, and methods of use thereof in authentication protocols
US10190891B1 (en) 2014-07-16 2019-01-29 Apple Inc. Optical encoder for detecting rotational and axial movement
KR102544557B1 (ko) 2014-09-02 2023-06-20 애플 인크. 웨어러블 전자 디바이스
US10114342B2 (en) 2014-09-11 2018-10-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Wearable device
KR20160030821A (ko) * 2014-09-11 2016-03-21 삼성전자주식회사 웨어러블 디바이스
EP3007013A1 (de) 2014-10-07 2016-04-13 The Swatch Group Research and Development Ltd. Positionssensor für einen Uhreneinstellschaft
EP3012692A1 (de) 2014-10-20 2016-04-27 The Swatch Group Research and Development Ltd. Positionssensor und Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Uhreneinstellschafts
EP3037898B1 (de) * 2014-12-23 2017-06-21 ETA SA Manufacture Horlogère Suisse Elektromechanisches gerät, das einen kapazitiven detektor der winkelposition eines mobilen elementes umfasst, und verfahren zur detektion der winkelposition eines mobilen elementes
WO2016141228A1 (en) 2015-03-05 2016-09-09 Apple Inc. Optical encoder with direction-dependent optical properties
US9651405B1 (en) 2015-03-06 2017-05-16 Apple Inc. Dynamic adjustment of a sampling rate for an optical encoder
KR101993073B1 (ko) 2015-03-08 2019-06-25 애플 인크. 회전가능 및 병진가능한 입력 메커니즘을 위한 압축성 밀봉부
US10018966B2 (en) 2015-04-24 2018-07-10 Apple Inc. Cover member for an input mechanism of an electronic device
US10503271B2 (en) * 2015-09-30 2019-12-10 Apple Inc. Proximity detection for an input mechanism of an electronic device
US11036318B2 (en) * 2015-09-30 2021-06-15 Apple Inc. Capacitive touch or proximity detection for crown
US10671222B2 (en) 2015-09-30 2020-06-02 Apple Inc. Touch sensor pattern for edge input detection
US9891651B2 (en) 2016-02-27 2018-02-13 Apple Inc. Rotatable input mechanism having adjustable output
US10551798B1 (en) 2016-05-17 2020-02-04 Apple Inc. Rotatable crown for an electronic device
US10061399B2 (en) * 2016-07-15 2018-08-28 Apple Inc. Capacitive gap sensor ring for an input device
US10019097B2 (en) 2016-07-25 2018-07-10 Apple Inc. Force-detecting input structure
EP3333646A1 (de) * 2016-12-06 2018-06-13 ETA SA Manufacture Horlogère Suisse Tragbarer gegenstand, der einen drehbaren steuerstab umfasst, dessen betätigung durch zwei induktionssensoren erkannt wird
EP3333645A1 (de) 2016-12-06 2018-06-13 ETA SA Manufacture Horlogère Suisse Tragbarer gegenstand, der einen drehbaren steuerstab umfasst, dessen betätigung durch die messung einer magnetischen induktion erfasst wird
US10664074B2 (en) 2017-06-19 2020-05-26 Apple Inc. Contact-sensitive crown for an electronic watch
US10962935B1 (en) 2017-07-18 2021-03-30 Apple Inc. Tri-axis force sensor
CN107329397B (zh) 2017-07-26 2023-06-20 歌尔科技有限公司 一种轻智能手表校准方法、装置和轻智能手表
US10203662B1 (en) 2017-09-25 2019-02-12 Apple Inc. Optical position sensor for a crown
CN112334867A (zh) * 2018-05-24 2021-02-05 纽约州立大学研究基金会 电容传感器
US11360440B2 (en) 2018-06-25 2022-06-14 Apple Inc. Crown for an electronic watch
US11561515B2 (en) 2018-08-02 2023-01-24 Apple Inc. Crown for an electronic watch
US11181863B2 (en) 2018-08-24 2021-11-23 Apple Inc. Conductive cap for watch crown
CN211293787U (zh) 2018-08-24 2020-08-18 苹果公司 电子表
US11194298B2 (en) 2018-08-30 2021-12-07 Apple Inc. Crown assembly for an electronic watch
CN209625187U (zh) 2018-08-30 2019-11-12 苹果公司 电子手表和电子设备
JP7110886B2 (ja) * 2018-10-02 2022-08-02 カシオ計算機株式会社 回転検出装置及び電子時計
US11194299B1 (en) 2019-02-12 2021-12-07 Apple Inc. Variable frictional feedback device for a digital crown of an electronic watch
US11157109B1 (en) 2019-09-06 2021-10-26 Apple Inc. Touch sensing with water rejection
US11662867B1 (en) 2020-05-30 2023-05-30 Apple Inc. Hover detection on a touch sensor panel
US11550268B2 (en) 2020-06-02 2023-01-10 Apple Inc. Switch module for electronic crown assembly
US11983035B2 (en) 2020-06-11 2024-05-14 Apple Inc. Electronic device
CN115755562A (zh) * 2022-12-09 2023-03-07 杭州精诚三和定时器实业有限公司 一种采用角度位移传感器设定闹响时间的闹钟
CN115808866A (zh) * 2022-12-09 2023-03-17 杭州精诚三和定时器实业有限公司 一种具有闹钟功能的计时器

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH342130A (de) 1956-04-14 1959-10-31 Wenczler & Heidenhain Abtastbare Skala mit Einrichtung zu ihrer Abtastung
JPS5398884A (en) 1977-02-09 1978-08-29 Seikosha Kk Counter
US4176458A (en) * 1978-03-27 1979-12-04 Dunn Christopher H Distance measuring apparatus
JPS58150865A (ja) * 1982-12-06 1983-09-07 Sony Corp 容量変化型回転状態検出装置の電極製造方法
DE3317463C2 (de) * 1983-05-13 1985-05-23 Forschungsgesellschaft für Uhren- und Feingeräte -Technik e.V., 7000 Stuttgart Berührungslose Zeigerpositionserfassungseinrichtung
JPS6042687A (ja) * 1983-08-18 1985-03-06 Seikosha Co Ltd アラ−ム時計
EP0226716A3 (de) * 1985-09-16 1989-01-11 Hewlett-Packard Company Kapazitives Weggebersystem
US4963829A (en) * 1988-03-21 1990-10-16 Wereb John A Shaft rotation analyzer using variable capacitance transducer maintained at a constant voltage
DE3934158A1 (de) * 1989-10-12 1991-04-25 Bosch Siemens Hausgeraete Digitaler kapazitiver impulsgenerator
DE9112592U1 (de) * 1991-10-10 1993-02-04 Papst-Motoren GmbH & Co KG, 7742 St Georgen Kapazitiv arbeitende Positionsmeßvorrichtung
GB2264784B (en) * 1992-02-26 1995-04-12 Kansei Kk Rotation angle sensor of electrostatic capacitance type
US5768088A (en) * 1996-03-04 1998-06-16 Eaton Corporation Continuously variable capacitive switch

Also Published As

Publication number Publication date
TW342472B (en) 1998-10-11
WO1998036332A1 (fr) 1998-08-20
JP2001524206A (ja) 2001-11-27
DE69817536T8 (de) 2004-12-30
US6252825B1 (en) 2001-06-26
EP0960361A1 (de) 1999-12-01
CN1119724C (zh) 2003-08-27
FR2759792B1 (fr) 1999-04-16
EP0960361B1 (de) 2003-08-27
HK1024064A1 (en) 2000-09-29
DE69817536D1 (de) 2003-10-02
FR2759792A1 (fr) 1998-08-21
CN1248332A (zh) 2000-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69817536T2 (de) Uhrwerk mit kapazitiver detektionsvorrichtung
EP0551066B1 (de) Kapazitiver Drehwinkelsensor
EP2095078B1 (de) Kapazitiver winkelkodierer und feedereinschub für bestückungsmaschinen von leiterplatten
DE3617335C2 (de)
EP3227161B1 (de) Sensorsystem für ein lenkrad eines kraftfahrzeugs, lenkrad mit einem solchen sensorsystem und verfahren zum betrieb eines solchen sensorsystems
EP0459118B1 (de) Kapazitiver Stellungsgeber
EP2265902B1 (de) Induktiver drehwinkelsensor und verfahren zum betrieb eines induktiven drehwinkelsensors
DE10204427B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation dynamischer Fehlersignale eines Chopped-Hall-Sensors
DE102008015837A1 (de) Positionsmessgerät und Verfahren zu dessen Betrieb
EP2270433B1 (de) Kapazitiver Drehwinkelsensor
DE3340782A1 (de) Kapazitive laengen- und winkelmesseinrichtung
DE3022956C2 (de) Meßeinrichtung zur Messung von Drehbewegungen
DE60318689T2 (de) Elektrische uhr
DE4311267A1 (de) Positionsgeber
DE2853505C2 (de) Vorrichtung zur manuellen Erzeugung elektrischer Impulse
EP0203275A2 (de) Inkrementaler Weggeber
EP0836072B1 (de) Drehgeber
DE2638055C3 (de) Quarzoszillator mit Frequenzeinstellvorrichtung
DE19931809C2 (de) Lenkwinkelsensor für ein Kraftfahrzeug
DE3740544C2 (de) Einrichtung zur Wandlung einer Weg- oder Winkelgröße in eine elektrische inkrementale oder digitale Größe
DE19716321C1 (de) Sensor zur Erfassung von Drehwinkeln
DE4034991C2 (de)
EP0711978A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer jeweiligen örtlichen Position eines Körpers durch kapazitive Abtastung
DE102013102543A1 (de) Drehgeber mit geringer Leistungsaufnahme
DE10360016B3 (de) Bedienvorrichtung mit digitalen Hallsensoren

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition