EP1609029A1 - Method for identifying the rotation of a stepper motor driving at least one hand of a clock - Google Patents

Method for identifying the rotation of a stepper motor driving at least one hand of a clock

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EP1609029A1
EP1609029A1 EP03780116A EP03780116A EP1609029A1 EP 1609029 A1 EP1609029 A1 EP 1609029A1 EP 03780116 A EP03780116 A EP 03780116A EP 03780116 A EP03780116 A EP 03780116A EP 1609029 A1 EP1609029 A1 EP 1609029A1
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EP
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voltage pulse
rotor
detection
detection voltage
drive voltage
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EP03780116A
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EP1609029B1 (en
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Hanna Brummack
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Junghans Uhren GmbH
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C3/00—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
    • G04C3/14—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means incorporating a stepping motor
    • G04C3/143—Means to reduce power consumption by reducing pulse width or amplitude and related problems, e.g. detection of unwanted or missing step

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting the rotation of a stepping motor having a red motor motor coil and at least one pointer of a clock driving a stepping motor according to the preamble of claim 1.
  • a two-pole stepper motor (Lavet motor) is usually used to drive the hands in an analog clock. This motor is controlled by drive voltage pulses that change their polarity at every step.
  • control In order to guarantee a safe function of the motor in the entire operating voltage range, when loaded with pointers of different moments of inertia and with different smoothness of the gear train, the control can either always deliver the energy that is sufficient for safe rotation in the worst case, or adaptive control are used to adapt the energy contained in the drive voltage pulse to the external conditions.
  • adaptive control is of great advantage, on the one hand to reduce the power consumption of the wristwatch as much as possible, and on the other hand because the voltage of the battery can fluctuate much more than with a watch with a battery.
  • Such an adaptive control is based, for. B. on the principle of rotation detection, ie the electronics have enough intelligence to recognize an executed motor step and only ever delivers as much energy as is actually necessary.
  • a certain number of possible drive voltage pulses with different energy content are usually available.
  • the selection of the current pulse is regulated via the rotation detection in such a way that the drive voltage pulse is followed by a detection phase. If the motor has not carried out the step, a stronger pulse is added to compensate for the loss of time and the control stage is increased by one. It is checked at regular intervals whether the control stage with the next lower energy content is again sufficient to drive the motor.
  • the dynamic rotation detection evaluates the voltage induced by the rotor movement, in particular the swinging out of the rotor in its new position. I.e. the detection phase takes place during or directly after the drive voltage pulse.
  • the disadvantage of this method is its voltage dependency. '' The signal depends on the operating voltage and can May not be evaluated in the entire operating voltage range according to the same criterion.
  • the static rotation detection is based on the determination of the polarity of the rotor.
  • the inductance of the motor coil depends on the position of the rotor, ie the inductance can be measured to determine whether the rotor is in its desired position.
  • the prerequisite for this method is that the rotor no longer vibrates, ie the detection takes place only significantly after the rotation. Disadvantage of this method What is important is that the rotor must not be in a central position in order to achieve a clear result.
  • the object of the invention is now to present a method for detecting the rotation of a stepping motor driving at least one hand of a clock, with which the position of the rotor of the motor can be determined even more reliably.
  • the invention is based generally on a method for detecting the rotation of a stepper motor having a rotor with a motor coil and driving at least one pointer of a clock, in which a drive voltage pulse and a first detection voltage pulse are output to the motor coil and in which a first impulse response is used this first detection voltage pulse the position of the rotor is determined.
  • a second detection voltage pulse with polarity opposite to the first detection voltage pulse is output to the motor coil and a second impulse response to the second detection voltage pulse is additionally used to determine the position of the rotor.
  • the invention provides that a stabilization voltage pulse preceding the first detection voltage pulse is output to the motor coil with polarity opposite to the drive voltage pulse.
  • the actual detection phase is therefore preceded by a stabilization phase in which the rotor is safely brought into a correctly detectable position.
  • the invention provides that the position of the rotor is determined from a comparison of the impulse responses. Deviations of the impulse responses with respect to the time course and / or amplitude indicate an incorrect position of the rotor.
  • asymmetries caused by manufacturing technology can also be easily eliminated.
  • a particularly simple variant of the invention provides that the amplitudes of the impulse responses are compared. It is therefore not necessary for the entire time course of the respective impulse responses to be compared with one another. Already from the amplitude of the respective impulse responses the information about the position of the rotor in the motor housing or in relation to the stator of the stepper motor is usually obtained.
  • a deviation of the actual position of the rotor from the target position is determined when the difference in the amplitudes of the impulse responses exceeds a predefinable threshold value.
  • the detection voltage pulse durations are approximately 1/10 of the drive voltage pulse durations. Typical values for the drive voltage pulse durations are 3-8 ms, and for the detection voltage pulse durations 0.5 ms.
  • the rotor of the stepper motor is then no longer moved substantially out of its stationary position by a detection voltage pulse, so that the measuring system delivers a clear measured value.
  • the second detection voltage pulse is output a plurality of detection voltage pulse durations after the first detection voltage pulse.
  • Interference vibrations of the rotor due to the first detection voltage pulse have largely subsided, so that no parasitic vibrations from the first detection phase have to be taken into account when evaluating the impulse response to the second detection voltage pulse.
  • the accuracy of the rotation detection method does not fundamentally depend on whether the stabilization voltage pulse leads or follows the drive voltage pulse, it has proven to be advantageous to have the stabilization voltage pulse follow the drive voltage pulse. Experimental investigations have shown that optimal results are achieved if the stabilizing voltage pulse is output a few drive voltage pulse durations after the drive voltage pulse.
  • the stabilization voltage pulse duration is approximately 10% -50% of the drive voltage pulse duration.
  • FIG. 1 shows a voltage pulse sequence according to the invention, as can be used, for example, in the Ronda Cal 775 stepper motor.
  • the invention relates to a novel variant of the static rotation detection.
  • two short detection voltage pulses 3, 4 of opposite polarity are output to the motor coil and the pulse responses are compared.
  • the detection phase begins approximately 180 ms after the drive voltage pulse 1.
  • the length T 3 , T 4 of the detection voltage pulses 3, 4 is approximately 0.5 ms, and the pause ⁇ t 3 between the detection tion voltage pulses 3, 4 approx. 8 ms.
  • the stepper motor Ronda Cal 775 is preceded by a resistance of 12 k ⁇ in order to keep the system constant for the time To influence measurement favorably.
  • the difference in amplitude of the two response pulses must exceed a predefinable threshold value so that an error is detected. This differential method significantly increases the reliability compared to a method that works with only one pulse or only one polarity.
  • the energy-optimized drive does not always ensure that the rotor is in one of the two stable positions at the time of detection. If he's in a
  • the middle position has stopped, the detection is at risk. If no error is detected even though the step has not been completed, the rotor will fall back on the next drive voltage pulse and the watch will lose 2 seconds.
  • the actual detection phase is preceded by an additional stabilization voltage pulse 2, which safely brings the rotor into a correctly detectable position.
  • This stabilization voltage pulse 2 is approximately 160 ms ahead of the first detection voltage pulse 3, ie it follows the drive voltage pulse 1 by approximately 15 ms ( ⁇ ti). Its length T 2 is dependent on the length Ti of the drive voltage pulse 1 and its polarity is opposite to that of the drive voltage pulse 1. If the rotor has remained in an undesired middle position, it will be brought back to its starting position by the stabilization voltage pulse 2.
  • the rotor Since the rotor, if it remains in such an unstable position, must always stop in front of or directly at the point of maximum potential energy for physical reasons, but never afterwards, it is from an energetic point of view it makes sense to choose this polarity for the stabilization voltage pulse 2 in opposition to that of the drive voltage pulse 1. If the same polarity as that of the drive voltage pulse 1 is selected, more energy would have to be applied in order to bring the rotor securely into a stable position.
  • the stabilization voltage pulse 2 has the function of preparing the next step.
  • the motor is premagnetized or the rotor is already pulled slightly in the direction of the next step, thereby taking the play out of the intermeshing gear wheels.
  • the next drive voltage pulse 1 again needs to apply less energy than would be necessary without the preceding stabilization voltage pulse 2. I.e. the energy used for stabilization is not lost, but contributes fully to the next movement.
  • the drive voltage pulse 1 is not chopped.
  • the length T of the stabilization voltage pulse 2 is approximately one third of the length Ti of the drive voltage pulse 1.

Abstract

The invention relates to a method for identifying the rotation of a stepper motor comprising a rotor provided with a motor coil and driving at least one hand of a clock. According to said method, a drive voltage pulse (1) and a first detection voltage pulse (3) are emitted from the motor coil, and the position of the rotor is determined on the basis of a first pulse response to the first detection voltage pulse (3). According to the invention, a second detection voltage pulse (4) with a polarity opposing that of the first detection voltage pulse (3) is emitted from the motor coil, and a second pulse response to the second detection voltage pulse (4) is also used to determine the position of the rotor. A stabilisation voltage pulse (2) with a polarity opposing that of the drive voltage pulse (1) and preceding the first detection voltage pulse (3) can also be emitted from the motor coil.

Description

Beschreibung description
Verfahren zur Dreherkennung eines wenigstens einen Zeiger einer Uhr antreibenden SchrittmotorsMethod for the rotation detection of a stepping motor driving at least one hand of a clock
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung der Drehung eines einen Roter mit einer Motorspule aufweisenden und wenigstens einen Zeiger einer Uhr antreibenden Schrittmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for detecting the rotation of a stepping motor having a red motor motor coil and at least one pointer of a clock driving a stepping motor according to the preamble of claim 1.
Üblicherweise wird für den Antrieb der Zeiger in einer analogen Uhr ein zweipoliger Schrittmotor (Lavet-Motor) verwendet. Angesteuert wird dieser Motor durch Antriebsspannungsi pulse, die bei jedem Schritt ihre Polarität wechseln.A two-pole stepper motor (Lavet motor) is usually used to drive the hands in an analog clock. This motor is controlled by drive voltage pulses that change their polarity at every step.
Um eine sichere Funktion des Motors im gesamten Betriebsspannungsbereich, bei Belastung mit Zeigern unterschiedlichen Trägheitsmoments und bei unterschiedlicher Leichtgängigkeit des Räderwerks zu garantieren, kann die Ansteuerung entweder immer die Energie liefern, die im schlechtesten Fall für eine sichere Drehung ausreicht, oder es kann eine adaptive Regelung zum Einsatz kommen, die die im Antriebsspannungsimpuls enthaltene Energie den äußeren Gegebenheiten anpasst .In order to guarantee a safe function of the motor in the entire operating voltage range, when loaded with pointers of different moments of inertia and with different smoothness of the gear train, the control can either always deliver the energy that is sufficient for safe rotation in the worst case, or adaptive control are used to adapt the energy contained in the drive voltage pulse to the external conditions.
Insbesondere bei solarbetriebenen Armbanduhren ist eine adaptive Regelung von großem Vorteil, zum einen um den Stromverbrauch der Armbanduhr so weit als möglich zu senken, und zum anderen weil die Spannung des Akkumulators sehr viel stärker schwanken kann als bei einer Uhr mit Batterie.In the case of solar-powered wristwatches in particular, adaptive control is of great advantage, on the one hand to reduce the power consumption of the wristwatch as much as possible, and on the other hand because the voltage of the battery can fluctuate much more than with a watch with a battery.
Eine solche adaptive Regelung beruht z. B. auf dem Prinzip der Dreherkennung, d. h. die Elektronik besitzt genügend Intelli- genz um einen ausgeführten Motorschritt zu erkennen und liefert immer nur so viel Energie wie tatsächlich notig ist.Such an adaptive control is based, for. B. on the principle of rotation detection, ie the electronics have enough intelligence to recognize an executed motor step and only ever delivers as much energy as is actually necessary.
Üblicherweise stehen eine bestimmte Anzahl möglicher Antriebs- spannungsimpulse mit unterschiedlichem Energiegehalt zur Verfügung. Die Auswahl des aktuellen Impulses wird über die Dreherkennung in der Weise geregelt, dass dem Antriebsspannungs- impuls eine Detektionsphase folgt. Hat der Motor den Schritt nicht ausgeführt, so wird ein stärkerer Impuls nachgeschoben, um den Zeitverlust auszugleichen, und die Ansteuerstufe um eins erhöht. In regelmäßigen Zeitabständen wird geprüft, ob die Ansteuerstufe mit dem nächstniedrigeren Energiegehalt wieder für den Antrieb des Motors ausreichend ist .A certain number of possible drive voltage pulses with different energy content are usually available. The selection of the current pulse is regulated via the rotation detection in such a way that the drive voltage pulse is followed by a detection phase. If the motor has not carried out the step, a stronger pulse is added to compensate for the loss of time and the control stage is increased by one. It is checked at regular intervals whether the control stage with the next lower energy content is again sufficient to drive the motor.
Es wird unterschieden zwischen dynamischer und statischer Dreherkennung .A distinction is made between dynamic and static rotation detection.
Die dynamische Dreherkennung wertet die durch die Rotorbewegung induzierte Spannung aus, insbesondere das Ausschwingen des Rotors in seiner neuen Stellung. D. h. die Detektionsphase findet während oder direkt im Anschluss an den Antriebsspan- nungsimpuls statt. Nachteil dieses Verfahrens ist seine Spannungsabhängigkeit. 'Das Signal ist von der Betriebsspannung abhängig und kann u. U. nicht im gesamten Betriebsspannungsbe- reich nach demselben Kriterium ausgewertet werden.The dynamic rotation detection evaluates the voltage induced by the rotor movement, in particular the swinging out of the rotor in its new position. I.e. the detection phase takes place during or directly after the drive voltage pulse. The disadvantage of this method is its voltage dependency. '' The signal depends on the operating voltage and can May not be evaluated in the entire operating voltage range according to the same criterion.
Die statische Dreherkennung beruht auf der Bestimmung der Polarität des Rotors. Die Induktivität der Motorspule ist abhängig von der Position des Rotors, d. h. durch die Messung der Induktivität kann bestimmt werden, ob sich der Rotor in seiner Sollposition befindet. Voraussetzung für dieses Verfahren ist, dass der Rotor nicht mehr schwingt, d. h. die Detektion findet erst deutlich nach der Drehung statt. Nachteil dieses Verf h- rens ist, dass der Rotor sich nicht in einer Mittelstellung befinden darf, um ein eindeutiges Ergebnis zu erzielen.The static rotation detection is based on the determination of the polarity of the rotor. The inductance of the motor coil depends on the position of the rotor, ie the inductance can be measured to determine whether the rotor is in its desired position. The prerequisite for this method is that the rotor no longer vibrates, ie the detection takes place only significantly after the rotation. Disadvantage of this method What is important is that the rotor must not be in a central position in order to achieve a clear result.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein Verfahren zur Erkennung der Drehung eines wenigstens einen Zeiger einer Uhr antreibenden Schrittmotors vorzustellen, mit dem die Stellung des Rotors des Motors noch verlässlicher ermittelt werden kann.The object of the invention is now to present a method for detecting the rotation of a stepping motor driving at least one hand of a clock, with which the position of the rotor of the motor can be determined even more reliably.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erkennung der Drehung eines einen Rotor mit einer Motorspule aufweisenden und wenigstens einen Zeiger einer Uhr antreibenden Schrittmotors mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method for detecting the rotation of a stepping motor having a rotor with a motor coil and driving at least one pointer of a clock with the features of patent claim 1.
Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments and developments of the invention are specified in the subclaims.
Die Erfindung geht ganz allgemein von einem Verfahren zur Erkennung der Drehung eines einen Rotor mit einer Motorspule aufweisenden und wenigstens einen Zeiger einer Uhr antreibenden Schrittmotors aus, bei dem ein Antriebsspannungsimpuls sowie ein erster Detektionsspannungsimpuls an die Motorspule ausgegeben werden und bei dem anhand einer ersten Impulsantwort auf diesen ersten Detektionsspannungsimpuls die Stellung des Rotors bestimmt wird.The invention is based generally on a method for detecting the rotation of a stepper motor having a rotor with a motor coil and driving at least one pointer of a clock, in which a drive voltage pulse and a first detection voltage pulse are output to the motor coil and in which a first impulse response is used this first detection voltage pulse the position of the rotor is determined.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein zweiter Detektionsspannungsimpuls mit zu dem ersten Detektionsspannungsimpuls gegensätzlicher Polarität an die Motorspule ausgegeben wird und eine zweite Impulsantwort auf den zweiten Detektionsspan- nungs-impuls zusätzlich zur Bestimmung der Stellung des Rotors verwendet wird. Durch diese Maßnahme wird die Verlässlichkeit gegenüber einer Methode, die mit nur einem Detektionsspan- nungs-impuls oder einer Methode mit mehreren Detektionsspan- nungsimpulsen mit nur einer Polarität arbeitet, deutlich" erhöht .According to the invention, it is provided that a second detection voltage pulse with polarity opposite to the first detection voltage pulse is output to the motor coil and a second impulse response to the second detection voltage pulse is additionally used to determine the position of the rotor. This measure increases the reliability compared to a method that can be carried out with only one detection chip. voltage pulse or a method with several detection voltage pulses with only one polarity, significantly " increased.
Alternativ oder zusätzlich zu dieser vorstehend beschriebenen Maßnahme sieht die Erfindung vor, dass ein dem ersten Detektionsspannungsimpuls vorausgehender Stabilisierungsspannungs- impuls mit zu dem Antriebsspannungsimpuls gegensätzlicher Polarität an die Motorspule ausgegeben wird. Der eigentlichen Detektionsphase geht somit eine Stabilisierungsphase voraus, in welcher der Rotor sicher in eine korrekt detektierbare Position verbracht wird. Selbst bei einem statischen Dreherkennungsverfahren, bei welchen nur die Impulsantwort eines einzigen Detektionsspannungsimpulses ausgewertet wird oder bei de- nen die Impulsantworten von mehreren gleichpoligen Detekti- onsspannungsimpulsen ausgewertet werden, lässt sich eine deutlich geringere Fehlerquote feststellen, wenn ein vorstehend beschriebener Stabilisierungsspannungsimpuls zur Anwendung kommt .As an alternative or in addition to this measure described above, the invention provides that a stabilization voltage pulse preceding the first detection voltage pulse is output to the motor coil with polarity opposite to the drive voltage pulse. The actual detection phase is therefore preceded by a stabilization phase in which the rotor is safely brought into a correctly detectable position. Even in the case of a static rotation detection method in which only the impulse response of a single detection voltage pulse is evaluated or in which the impulse responses from several equipolar detection voltage pulses are evaluated, a significantly lower error rate can be determined if a stabilization voltage pulse described above is used.
In einer bevorzugten Variante sieht die Erfindung vor, dass die Stellung des Rotors aus einem Vergleich der Impulsantworten bestimmt wird. Abweichungen der Impulsantworten hinsichtlich zeitlichem Verlauf und/oder Amplitude deuten auf eine Fehlstellung des Rotors hin. Jedoch können auch fertigungstechnisch bedingte Asymmetrien in einfacher Weise herausgerechnet werden.In a preferred variant, the invention provides that the position of the rotor is determined from a comparison of the impulse responses. Deviations of the impulse responses with respect to the time course and / or amplitude indicate an incorrect position of the rotor. However, asymmetries caused by manufacturing technology can also be easily eliminated.
Eine besonders einfache Variante der Erfindung sieht vor, dass die Amplituden der Impulsantworten verglichen werden. Es ist also nicht erforderlich, dass der gesamte zeitliche Verlauf der jeweiligen Impulsantworten miteinander verglichen wird. Schon aus der Amplitude der jeweiligen Impulsantworten lässt sich in der Regel bereits die Information über die Stellung des Rotors im Motorgehäuse bzw. in Bezug auf den Stator des Schrittmotors gewinnen.A particularly simple variant of the invention provides that the amplitudes of the impulse responses are compared. It is therefore not necessary for the entire time course of the respective impulse responses to be compared with one another. Already from the amplitude of the respective impulse responses the information about the position of the rotor in the motor housing or in relation to the stator of the stepper motor is usually obtained.
In besonderer Ausgestaltung dieser Variante ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Abweichung der Ist-Stellung des Rotors von der Soll -Stellung dann festgestellt wird, wenn die Differenz der Amplituden der Impulsantworten einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet.In a special embodiment of this variant, it is provided according to the invention that a deviation of the actual position of the rotor from the target position is determined when the difference in the amplitudes of the impulse responses exceeds a predefinable threshold value.
Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, die Detektionsspan- nungsimpulse erst mehrere Antriebsspannungsimpulsdauern nach dem Antriebsspannungsimpuls auszugeben, da der Rotor dann nicht mehr schwingt .It has proven to be advantageous to output the detection voltage pulses only several drive voltage pulse durations after the drive voltage pulse, since the rotor then no longer oscillates.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass die Detek- tionsspannungsimpulsdauern etwa 1/10 der Antriebsspannungsimpulsdauern betragen. Typische Werte für die Antriebsspannungs- impulsdauern sind 3-8 ms, und für die Detektionsspannungsim- pulsdauern 0,5 ms. Der Rotor des Schrittmotors wird dann durch einen Detektionsspannungsimpuls nicht mehr wesentlich aus seiner stationären Lage bewegt, sodass das Messsystem einen eindeutigen Messwert liefert.According to the invention, it is further provided that the detection voltage pulse durations are approximately 1/10 of the drive voltage pulse durations. Typical values for the drive voltage pulse durations are 3-8 ms, and for the detection voltage pulse durations 0.5 ms. The rotor of the stepper motor is then no longer moved substantially out of its stationary position by a detection voltage pulse, so that the measuring system delivers a clear measured value.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass der zweite Detektionsspannungsimpuls mehrere Detektionsspannungsimpulsdau- ern nach dem ersten Detektionsspannungsimpuls ausgegeben wird. Störschwingungen des Rotors aufgrund des ersten Detekti- onsspannungsimpulses sind weitgehend abgeklungen, sodass auch bei der Auswertung der Impulsantwort auf den zweiten Detektionsspannungsimpuls keine parasitären Schwingungen aus der ersten Detektionsphase berücksichtigt werden müssen. Oöwohl grundsatzlich die Genauigkeit des Dreherkennungsverfahrens nicht davon abhangt, ob der Stabilisierungsspannungsim- puls dem Antriebsspannungsimpuls voreilt oder nachfolgt, hat es sich als günstig herausgestellt, den Stabilisierungsspan- nungsimpuls dem Antriebsspannungsimpuls nachfolgen zu lassen. Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass optimale Ergebnisse dann erzielt werden, wenn der Stabilisierungsspan- nungsimpuls wenige Antriebsspannungsimpulsdauern nach dem Antriebsspannungsimpuls ausgegeben wird.According to the invention, it is further provided that the second detection voltage pulse is output a plurality of detection voltage pulse durations after the first detection voltage pulse. Interference vibrations of the rotor due to the first detection voltage pulse have largely subsided, so that no parasitic vibrations from the first detection phase have to be taken into account when evaluating the impulse response to the second detection voltage pulse. Although the accuracy of the rotation detection method does not fundamentally depend on whether the stabilization voltage pulse leads or follows the drive voltage pulse, it has proven to be advantageous to have the stabilization voltage pulse follow the drive voltage pulse. Experimental investigations have shown that optimal results are achieved if the stabilizing voltage pulse is output a few drive voltage pulse durations after the drive voltage pulse.
Besonders günstig ist es, wenn die Stabilisierungsspannungsim- pulsdauer etwa 10%-50% der Antriebsspannungsimpulsdauer beträgt .It is particularly favorable if the stabilization voltage pulse duration is approximately 10% -50% of the drive voltage pulse duration.
Die Erfindung wird nunmehr anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:The invention will now be described with reference to a drawing. Show it:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Spannungsimpulsfolge, wie sie bspw. bei dem Schrittmotor Werk Ronda Cal 775 verwen- det werden kann.1 shows a voltage pulse sequence according to the invention, as can be used, for example, in the Ronda Cal 775 stepper motor.
Gegenstand der Erfindung ist eine neuartige Variante der statischen Dreherkennung. Zur Detektion werden zwei kurze Detek- tionsspannungsimpulse 3, 4 gegensätzlicher Polarität an die Motorspule ausgegeben und die Impulsantworten verglichen.The invention relates to a novel variant of the static rotation detection. For the detection, two short detection voltage pulses 3, 4 of opposite polarity are output to the motor coil and the pulse responses are compared.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 beginnt die Detektionsphase ca. 180 ms nach dem Antriebsspannungsimpuls 1. Die Länge T3, T4 der Detektionsspannungsimpulse 3, 4 betragt ca. 0,5 ms, und die Pause Δt3 zwischen den Detek- tionsspannungsimpulsen 3 , 4 ca . 8 ms . In der Detektionsphase wird dem Schrittmotor Werk Ronda Cal 775 ein Widerstand von 12 kΩ vorgeschaltet, um die Zei konstanten des Systems für die Messung günstig zu beeinflussen. Die Amplitudendifferenz der beiden AntwortImpulse muss einen vorgebbaren Schwellenwert ü- berschreiten, damit ein Fehler detektiert wird. Durch diese differentielle Methode wird die Verlässlichkeit gegenüber ei- ner Methode, die mit nur einem Impuls oder nur einer Polarität arbeitet, deutlich erhöht.In the present exemplary embodiment according to FIG. 1, the detection phase begins approximately 180 ms after the drive voltage pulse 1. The length T 3 , T 4 of the detection voltage pulses 3, 4 is approximately 0.5 ms, and the pause Δt 3 between the detection tion voltage pulses 3, 4 approx. 8 ms. In the detection phase, the stepper motor Ronda Cal 775 is preceded by a resistance of 12 kΩ in order to keep the system constant for the time To influence measurement favorably. The difference in amplitude of the two response pulses must exceed a predefinable threshold value so that an error is detected. This differential method significantly increases the reliability compared to a method that works with only one pulse or only one polarity.
Durch den energieoptimierten Antrieb ist nicht in jedem Fall sichergestellt, dass der Rotor zum Zeitpunkt der Detektion in einer der beiden stabilen Positionen ist. Wenn er in einerThe energy-optimized drive does not always ensure that the rotor is in one of the two stable positions at the time of detection. If he's in a
Mittelstellung stehen geblieben ist, ist die Detektion gefährdet. Wenn kein Fehler festgestellt wird, obwohl der Schritt nicht vollständig ausgeführt wurde, fällt der Rotor beim nächsten Antriebsspannungsimpuls zurück und die Uhr verliert 2 Sekunden.If the middle position has stopped, the detection is at risk. If no error is detected even though the step has not been completed, the rotor will fall back on the next drive voltage pulse and the watch will lose 2 seconds.
Um diesen Fall zu vermeiden, geht der eigentlichen Detektionsphase ein zusätzlicher Stabilisierungsspannungsimpuls 2 voraus, der den Rotor sicher in eine korrekt detektierbare Posi- tion bringt. Dieser Stabilisierungsspannungsimpuls 2 liegt zeitlich ca. 160 ms vor dem ersten Detektionsspannungsimpuls 3, d. h. er folgt dem Antriebsspannungsimpuls 1 um ca. 15 ms nach (Δti) . Seine Länge T2 ist abhängig von der Länge Ti des Antriebsspannungsimpulses 1 und seine Polarität ist gegensätz- lieh zu der des Antriebsspannungsimpulses 1. Wenn der Rotor also in einer unerwünschten Mittelposition stehen geblieben ist, wird er durch den Stabilisierungsspannungsimpuls 2 wieder in seine Ausgangslage gebracht.In order to avoid this case, the actual detection phase is preceded by an additional stabilization voltage pulse 2, which safely brings the rotor into a correctly detectable position. This stabilization voltage pulse 2 is approximately 160 ms ahead of the first detection voltage pulse 3, ie it follows the drive voltage pulse 1 by approximately 15 ms (Δti). Its length T 2 is dependent on the length Ti of the drive voltage pulse 1 and its polarity is opposite to that of the drive voltage pulse 1. If the rotor has remained in an undesired middle position, it will be brought back to its starting position by the stabilization voltage pulse 2.
Da der Rotor, wenn er in einer solchen instabilen Position stehen bleibt, aus physikalischen Gründen immer vor oder direkt an dem Punkt maximaler potentieller Energie stehen bleiben muss, aber nie danach, ist es aus energetischer Sicht sinnvoll, diese Polarität für den Stabilisierungsspannungsimpuls 2 gegensätzlich zu der des Antriebsspannungsimpulses 1 zu wählen. Bei Wahl derselben Polarität wie die des Antriebsspannungsimpulses 1 müsste mehr Energie aufgebracht werden, um den Rotor sicher in eine stabile Lage zu bringen.Since the rotor, if it remains in such an unstable position, must always stop in front of or directly at the point of maximum potential energy for physical reasons, but never afterwards, it is from an energetic point of view it makes sense to choose this polarity for the stabilization voltage pulse 2 in opposition to that of the drive voltage pulse 1. If the same polarity as that of the drive voltage pulse 1 is selected, more energy would have to be applied in order to bring the rotor securely into a stable position.
Wenn der Rotor hingegen schon durch den Antriebsspannungsimpuls 1 sauber in seiner neuen Position angelangt ist, hat der Stabilisierungsspannungsimpuls 2 die Funktion, den nächsten Schritt vorzubereiten. Es tritt eine Vormagnetisierung des Motors ein oder der Rotor wird schon leicht in die Richtung des nächsten Schritts gezogen und nimmt dadurch das Spiel aus den ineinandergreifenden Zahnrädern. In der Folge braucht der nächste Antriebsspannungsimpuls 1 wiederum weniger Energie aufzubringen als ohne den vorausgehenden Stabilisierungsspannungsimpuls 2 nötig wäre. D. h. die zur Stabilisierung aufgebrachte Energie ist nicht verloren, sondern trägt in vollem Umfang zur nächsten Bewegung bei .If, on the other hand, the rotor has already reached its new position cleanly by the drive voltage pulse 1, the stabilization voltage pulse 2 has the function of preparing the next step. The motor is premagnetized or the rotor is already pulled slightly in the direction of the next step, thereby taking the play out of the intermeshing gear wheels. As a result, the next drive voltage pulse 1 again needs to apply less energy than would be necessary without the preceding stabilization voltage pulse 2. I.e. the energy used for stabilization is not lost, but contributes fully to the next movement.
Im vorliegenden Fall ist der Antriebsspannungsimpuls 1 nicht zerhackt. Die Länge T des Stabilisierungsspannungsimpulses 2 beträgt ungefähr ein Drittel der Länge Ti des Antriebsspannungsimpulses 1. In the present case, the drive voltage pulse 1 is not chopped. The length T of the stabilization voltage pulse 2 is approximately one third of the length Ti of the drive voltage pulse 1.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Antriebsspannungsimpuls1 drive voltage pulse
2 Stabilisierungsspannungsimpuls 3 erster Detektionsspannungsimpuls 4 zweiter Detektionsspannungsimpuls2 stabilization voltage pulse 3 first detection voltage pulse 4 second detection voltage pulse
Tx Antriebsspannungsimpulsdauer T2 StabilisierungsspannungsimpulsdauerT x drive voltage pulse duration T 2 stabilizing voltage pulse duration
T3 Impulsdauer des ersten DetektionsspannungsimpulsesT 3 pulse duration of the first detection voltage pulse
T4 Impulsdauer des zweiten DetektionsspannungsimpulsesT 4 pulse duration of the second detection voltage pulse
Δtx Zeitdifferenz zwischen Antriebsspannungsimpuls 1 undΔtx time difference between drive voltage pulse 1 and
Stabilisierungsspannungsimpuls 2 Δt2 Zeitdifferenz zwischenStabilizing voltage pulse 2 Δt 2 time difference between
Stabilisierungsspannungsimpuls 2 und erstem Detektionsspannungsimpuls 3 Δt3 Zeitdifferenz zwischen erstemStabilization voltage pulse 2 and the first detection voltage pulse 3 Δt 3 time difference between the first
Detektionsspannungsimpuls 3 und zweitem Detektionsspannungsimpuls 4 Detection voltage pulse 3 and second detection voltage pulse 4

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Erkennung der Drehung eines einen Rotor mit einer Motorspule aufweisenden und wenigstens einen Zeiger einer Uhr antreibenden Schrittmotors, bei dem ein Antriebsspannungsimpuls (1) sowie ein erster Detektionsspannungsimpuls (3) an die Motorspule ausgegeben werden und bei dem anhand einer ersten Impulsantwort auf den ersten Detektionsspannungsimpuls (3) die Stellung des Rotors be- stimmt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein zweiter Detektionsspannungsimpuls (4) mit zu dem erstem Detektionsspannungsimpuls (3) gegensätzlicher Polarität an die Motorspule ausgegeben wird und eine zweite Im- pulsantwort auf den zweiten Detektionsspannungsimpuls (4) zusätzlich zur Bestimmung der Stellung des Rotors verwendet wird und/oder dass ein dem ersten Detektionsspannungsimpuls (3) vorausgehender Stabilisierungsspannungsimpuls (2) mit zu dem An- triebsspannungsimpuls (1) gegensätzlicher Polarität an die Motorspule ausgegeben wird.1. A method for detecting the rotation of a stepper motor having a rotor with a motor coil and driving at least one pointer of a clock, in which a drive voltage pulse (1) and a first detection voltage pulse (3) are output to the motor coil and in which on the basis of a first impulse response the position of the rotor is determined for the first detection voltage pulse (3), characterized in that a second detection voltage pulse (4) with opposite polarity to the first detection voltage pulse (3) is output to the motor coil and a second impulse response to the second detection voltage pulse ( 4) is additionally used to determine the position of the rotor and / or that a stabilization voltage pulse (2) preceding the first detection voltage pulse (3) is output to the motor coil with polarity opposite to the drive voltage pulse (1).
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Stellung des Rotors aus einem Vergleich der Impulsantworten bestimmt wird.2. The method of claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the position of the rotor is determined from a comparison of the impulse responses.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Amp- lituden der Impulsantworten verglichen werden.3. The method of claim 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the amplitudes of the impulse responses are compared.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Ab- weichung der Ist-Stellung des Rotors von der Soll-Stellung festgestellt wird, wenn die Differenz der Amplituden der Impulsantworten einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet .4. The method according to claim 3, characterized in that an Ab- deviation of the actual position of the rotor from the target position is determined when the difference in the amplitudes of the impulse responses exceeds a predefinable threshold value.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die De- tektionsspannungsimpulse (3, 4) mehrere Antriebsspannungs- impulsdauern (Tλ) nach dem Antriebsspannungsimpuls (1) ausgegeben werden.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the detection voltage pulses (3, 4) a plurality of drive voltage pulse durations (T λ ) are output after the drive voltage pulse (1).
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die De- tektionsspannungsimpulsdauern (T3, T4) etwa ein Zehntel der Antriebsspannungsimpulsdauern (Ti) betragen.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the detection voltage pulse durations (T 3 , T 4 ) amount to approximately one tenth of the drive voltage pulse durations (Ti).
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der zweite Detektionsspannungsimpuls (4) mehrere Detekti - onsspannungsimpulsdauern (T3, T4) nach dem ersten Detektionsspannungsimpuls (3) ausgegeben wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the second detection voltage pulse (4) a plurality of detection voltage pulse durations (T 3 , T 4 ) is output after the first detection voltage pulse (3).
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Sta- bilisierungsspannungsimpuls (2) dem Antriebsspannungsimpuls (1) nachfolgt.8. The method according to any one of the preceding claims, that the stabilization voltage pulse (2) follows the drive voltage pulse (1).
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Sta- bilisierungsspannungsimpuls (2) wenige Antriebsspannungsimpulsdauern (Ti) nach dem Antriebsspannungsimpuls (1) ausgegeben wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the stabilizing voltage pulse (2) a few drive voltage pulse durations (Ti) after the drive voltage pulse (1) is output.
0. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Sta- bilisierungsspannungsimpulsdauer (T2) etwa 10% bis 50% der Antriebsspannungsimpulsdauer (Tx) beträgt. 0. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the stabilization voltage pulse duration (T 2 ) is approximately 10% to 50% of the drive voltage pulse duration (T x ).
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