DE2731785A1

DE2731785A1 - Anordnung zur drehrichtungsumkehr des zeigers einer elektronischen uhr

Info

Publication number: DE2731785A1
Application number: DE19772731785
Authority: DE
Inventors: Teruo Ito; Norio Takahashi
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1976-07-21
Filing date: 1977-07-14
Publication date: 1978-01-26
Also published as: FR2359445A1; JPS5312669A; US4157647A; GB1550052A

Description

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Meine Akte: D-4249

Kabushiki Kaisha Daini Seikosha Tokyo, Japan

Anordnung zur Drehrichtungsumkehr des Zeigers einer elektronischen Uhr

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Drehrichtungsunkehr des Zeigers einer elektronischen Uhr gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs·

Bei elektronischen Uhren treten Schwierigkeiten hinsichtlich der NichtausfUhrung einer Drehrichtungsumkehr des vorgesehenen Motors, beispielsweise bei der Zeitein- oder -verstellung_/ auf. Ein Schrittschaltmotor muß normalerweise für eine bestimmte Zahl von Drehungen in verzögerten Betrieb sein, damit eine Zeitkorrektur innerhalb einer kurzen Zeit erreicht wird. Wenn dagegen die Uhr vorgeht, muß der Schrittschaltmotor fUr ein bestimmtes Zeitintervall angehalten werden; dabei soll das Zeitintervall der Zeitkorrektur demjenigen Zeitintervall entsprechen, um welches die Uhr vorgeht. Al· Beispiel wird angeführt, daß die Uhr 10 Sekunden angehalten werden muß, wenn

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die Uhr 10 Sekunden vorgeht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Drehrichtungsumkehr des Zeigers einer elektronischen Uhr zu schaffen, mit der eine schnelle Zeitkorrektur im Falle einer zeitlichen Voreilung und einer zeitlichen Nacheilung ausführbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich aus den UntcransprUchen.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung soll insbesondere eine Rückstellung des Zeigers einer elektronischen Uhr dadurch möglich sein, daß eine gegenwirkende elektromotorische Kraft an den Schrittschaltmotor angelegt wird. Mit der erfindungsgemässen Anordnung läßt sich eine schnelle Zeitkorrektur der Uhren ermöglichen.

Während bei den bekannten elektronischen Uhren es notwendig ist, bei einer Zeitnacheilung un 1 Sekunde bei der Korrektur 1 Sekunde zu korrigieren, ist es bei der erfindungsgemäßen An-Ordnung möglich, 1 Sekunden durch eine Zeitkorrektur von weniger al« 20 Millisekunden zu korrigieren. Mit einer analogen Quarzuhr ist es außerdem möglich, eine Weltuhr alt einer Zeitvoreilung und einer Zeitnacheilung zwischen 1 Stunde und mehreren Stunden zu schaffen, die mit nur eine« Schalter ausgeführt sein kann, wodurch es möglich ist, automatisch die Weltzeiten zu korrigieren.

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Die Impulsbreite des den Motor ansteuernden Signals wird automatisch abhängig zur Last des Rotors gesteuert, da bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Drehstellung des Rotors erfaßt und der Rotor entsprechend bewegt wird. Außerdem fließt ein sehr kleiner Strom durch die Wicklung des Motors, wodurch eine hohe Lebensdauer der Batterie gewährleistet ist und auch eine Korrektur eines großen Zeitraumes leicht ausfuhrbar ist.

Im folgenden wird eine bevorzugte AusfUhrungsform der Erfindung anhand von Zeichnungen zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Schrittschaltmotor bekannter Art,

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Abhängigkeit des Stroms von der Stellung des Rotors eines bekannten Schrittschaltmotors,

Fig. 3 eine Anordnung zur Steuerung eines bekannten Schrittschaltmotors,

Fig. 4 eine Aufsicht auf den bei der erfindungsgemäßen Anordnung verwendeten Schrittschaltmotor, und

Fig. 5 eine bei der erfindungsgemäßen Anordnung verwendbare Steuerschaltung.

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In Fig. 1 ist ein Schrittschaltmotor dargestellt; Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen der Drehstellung des Rotors und dem elektrischen Strom, der an die Wicklung des Motors angelegt wird. Fig. 3 veranschaulicht ein Beispiel der Steuerschaltung für den Schrittschaltmotor. In Fig. 1 ist mit 1 der Stator bezeichnet, der aus einem Material mit guter magnetischer Permeabilität besteht. Mit 2 ist der Rotor angegeben, der durch einen Permanentmagneten gebildet wird. Die Bezugsziffer 3 bezeichnet die um den Stator 1 gewickelte Wicklung, welche den Magnetfluß induziert.

Wenn ein elektrischer Strom durch die Wicklung 3 fließt, damit der Rotor 2 sich normal dreht, ergibt sich die Form des elektrischen Stromes in der Wicklung 3 aufgrund einer Selbstinduktivität und einer gegenwirkenden elektromotorischen Kraft bei der Drehung des Rotors 2. Infolgedessen wird der Rotor um 180 gedreht, wodurch eine Schwingung durch einen Mittelpunkt dieses Rotors aufgrund der Trägheit des Rotors 3 auftritt, der einen magnetisch stabilen Punkt darstellt. Diese Bedingung ist durch die in Fig. 2 gezeigte Stromwelle dargestellt. In diesem Fall ist die Wellenform B größer als die Wellenform A, da der magnetisch stabile Punkt an einem um 180 voreilenden Punkt liegt.

Die Wellenform A verdeutlicht, daß der Rotor 3, der sich zu weit dreht, sich vor dem Winkel von 180 in der Drehrichtung ändert; die Welle B verdeutlicht, daß der Rotor 3 den Winkel von 180 Überschreitet und seine Drehrichtung umkehrt, wenn er den Winkel von 180 Überschritten hat, d.h. wenn er noch in der Nähe dieses Winkels von 180° liegt.

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Der Strom i~ noch Fig. 2 ergibt sich aus folgender Gleichung:

Speisespannung - Sättigungsspannung des Transistors

Gleichstromwiderstand der Wicklung

Der Transistor bildet die in Fig. 3 gezeigten Inverterschaltungen 7 und 8. Wenn der Wert des Stromes gleich dem Wert i_ nach Fig. 2 ist, ist das Änderungsverhältnis des Statorflusses Null.

Wenn nach den Fig. 1 und 2 zwischen A. und A2 eine Stromurakehrung erfolgt, wodurch die Drehrichtung des Rotors umgekehrt wird, ergibt sich die aus Fig. 4 ersichtliche Situation. Der Rotor wird durch den Magnetfluß B.. in Richtung der voll eingezeichneten Linie bzw. in Richtung des eingetragenen Pfeils bewegt. Der Rotor beginnt an einem Mittelpunkt zu schwingen, in dessen Nähe ein magnetisch stabiler Punkt liegt. Außerdem leitet der Rotor eine Drehung in entgegengesetzter Richtung ein, nämlich in Richtung des gestrichelt eingezeichneten Pfeils aufgrund der Erzeugung des Magnetflusses B«», wenn sich der Rotor zwischen den Stellen A. und A« befindet. Zu diesem Zeitpunkt wird der in Fig. 2 gezeigte Strom an die Wicklung ange legt; nachden die Drehung des Rotors in entgegengesetzter Richtung eingeleitet ist, wird diese Drehrichtung bzw. Drehung da durch fortgesetzt, daß ein entgegengesetzt fließender Magnetfluß erzeugt wird, wenn sich der Rotor zwischen den Positionen X- und X« befindet.

Ein Schrittschaltmotor wird normalerweise alt Jeweils einem Schritt bewegt; die Drehstellung des Rotors wird zu diese«

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Zeitpunkt durch einen Stromwert erfaßt, der an eine Wicklung angelegt wird, wodurch es möglich ist, den Rotor durch zeitabhängiges Anlegen eines umgekehrten Stromes an die Wicklung in entgegengesetzter Richtung drehen zu lassen.

Io folgenden wird die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung unter Bezugnahme auf die Fig. 5 erläutert. Gemäß Fig. sind Flipflops 4, 25 und 26 vorgesehen, welche den letzten Abschnitt der Stromwelle bestimmen. Weiterhin sind N-MOS-Transistoren 20, 21 und ein P-MOS-Transistor 22 vorgesehen, d.h. MOS-Transistoren von N- und P-Kana1typ.

Bei der Drehung in Normalrichtung ist das Signal am Ausgang Q des Flipflops 12 "1"; ein Schalter 33 verbleibt in geöffnetem Zustand und eine NOR-Schaltung 32 erzeugt ein Ausgangssignal "0".

Wird gemäß Fig. 5 an einen Eingang E ein Signal "1" angelegt, dann wird der RUckstellzustand der Flipflops 25, 26 durch eine NAND-Schaltung 10 und eine NICHT-Schaltung (inverter) 11 beendet. Ein P-Kana1 MOS-Transistor, der einen Inverter bzw. eine NICHT-Schaltung 15 bildet, wird durch das Flipflop 4 sowie NAND-Schaltungen 5, 6 in den EIN-Zustand geschaltet, wobei der N-Kanal MOS-Transistor, der eine NICHT-Schaltung 16 bildet, in den EIN-Zustand geschaltet wird. Demzufolge wird ein Stroa von der Speisequelle V₀₀ an den P-Kana1 MOS-Transistor, die Wicklung 3 und den N-Kanal MOS-Transistor 20 angelegt, wodurch der Schrittschaltaotor angesteuert wird; eine Richtung des Stroaes ist durch den Pfeil A dargestellt.

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-r-

In diesem Fall wird eine Vorspannung V„ fur den Transistor Über Vorspannungswiderstände 18, 19 erzeugt; der Wert dieser Vorspannung wird so eingestellt, daß der Sättigungsstrom des Transistors 20 gleich dem Strom i~ wird, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht.

Wenn der Strom nach Fig. 2, der gleich dem Strom i„ ist, an die Wicklung 3 angelegt wird, d.h. der Rotor um 180 gedreht wird, steigt die Spannung zwischen der Drain und Source des Transistors 20 an. Dann wird der Transistor 21 in den EIN-Zustand geschaltet, wodurch der Ausgang des Transistors 22 von "1" auf "0" geändert wird. Das Signal mit dem Wert "0" wird über NICHT-Schaltungen 23, 24 an das Flipflop 25 angelegt. Das Flipflop 25 invertiert seinen Ausgang durch dieses Signal von ¹¹O- in ¹¹I" und von "Ö" in ¹¹O". Der Ausgang der NICHT-Schaltung wird durch das Ausgangssignal des Flipflops 25 Über die UND-Schaltung 10 und die NICHT-Schaltung 11 von "1" in "O" geändert. Dadurch wird das Flipflop 12 invertiert und die Flipflops 25, 26 zurückgestellt; der Ausgang der NICHT- Schaltung 11 wird auf den Wert "1" zurUckverbracht. Der P-Kana1 MOS-Transistor, der die NICHT-Schaltung 14 bildet, wird durch dieses Ausgangssignal in den EIN-Zustand verbracht; das Flipflop 12 und die NAND-Schaltungen 5, 6 sowie gleichzeitig der die NICHT-Schaltung 15 bildende N-Kanal MOS-Transistor werden in den EIN-Zustand geschaltet, wodurch ein Strom in Richtung des Pfeiles B an die Wicklung 3 des Motors angelegt wird. Danach wird die vorstehend erläuterte Arbeitsweise wiederholt.

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In Fig. 2 wird der Rotor des Schrittschaltmotors in der Normalrichtung dadurch bewegt, daß ein Strom in entgegengesetzter Richtung angelegt wird, nachdem festgestellt wird, daß der Rotor sich an der Stelle X, befindet; außerdem kann der Rotor dadurch angehalten werden, daß das Signal E auf den Wert "O" umgeschaltet wird.

In folgenden wird die Drehung des Rotors des Schrittschaltmotors in entgegengesetzter Richtung beschrieben. Wenn der Schalter 33 aus dem geschlossenen Zustand wieder in den geöffneten Zustand verbracht wird und ein Eingangssignal E angelegt wird, wodurch ein Strom zu der Wicklung des Schrittschaltmotors in Richtung des Pfeiles A (Fig. 5) fließt, wird der Rotor in der Normalrichtung bewegt. Zu diesen Zeitpunkt wird der in Fig. 2 gezeigte Strom an die Wicklung 3 angelegt, wodurch die Transistoren 20, 21 und 22 und die NICHT-Schaltungen 23, 24 den gleichen Betrieb wie bei der erläuterten Arbeitsweise hervorrufen. Der Ausgang der RS-Flipflopschaltung, die aus einer NICHT-Schaltung 31 und einer NOR-Schaltung 32 besteht, ändert sich jedoch auf den Wert "1". Die Ausgänge einer UND-Schaltung 29 und einer NOR-Schaltung 30 liefern den Wert "0", w~nn der aus den Flipflops 25, 26 bestehende Zähler zwei Eingangsimpulse gezählt hat. Zwischen den Punkten A. und A- ergibt sich somit eine Taktsteuerung, in welcher ein invertierter Strom 8 fließt, wodurch die Drehrichtungsumkehrung eingeleitet wird. Zwischen den Abschnitten X, und X« ergibt sich eine Taktsteuerung derart, daß ein invertierter Stron fließt, nachdem die Drehrichtungsumkehr eingeleitet wurde; das RS-Flipflop wird durch das Ausgangssignal des Flipflops 26 zurückgestellt, wodurch der

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Umkehrvorgang, d.h. die Drehung in umgekehrter Richtung fortgeführt wird; die Drehung in umgekehrter Richtung wird dadurch angehalten, daß das Eingangssignal E auf den Wert "0" geändert wird.

Der Rotor wird somit in normaler Richtung oder in umgekehrter Richtung Über eine vorbestimmte Zeit oder Über bestimmte Schrit te dadurch gedreht, daß die Ausgangsimpulse von den Zähler gezählt werden; der Leistungsverbrauch kann schließlich dadurch reduziert werden, daß zwischen den Widerständen 18 und 19 ein Schaltelement vorgesehen wird. Es ist notwendig, den äußeren Widerstand anstelle eines Last-MOS-Transistors 22 einzusetzen, um die Genauigkeit der Einstellung des Stromes i- zu erhöhen.

Wesentlich ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung, daß der Rotor des Schrittschaltmotors ua einen Schritt in der Normalrichtung bewegt wird, bevor er in umgekehrter Richtung bewegt wird.

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Claims

Patentansprüche

/ 1/Anordnung zur Drehrichtungsumkehr des Zeigers einer elektronischen Uhr, mit einer Schaltung zur Erzeugung eines Zeitnormalsignals, die ein Quarzelement aufweist, mit einem Schrittschaltmotor, der durch das Zeitnormalsignal angesteuert wird und mit dem Zeiger gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (4, 5, 6, 10, 11, 15, 16, 18 bis 33) mit der Wicklung (3) des Schrittschaltmotors verbunden ist, die eine elektromotorsiche Gegenkraft für den Schrittschaltmotor zur Bewegung des Zeigers in entgegengesetzter Richtung erzeugt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Detektorschaltung zur Erfassung der gegenelektromotorischen Kraft vorgesehen ist.

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ORIGINAL INSPECTED
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung aus einem MOS-Transistor besteht.
4. Anordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der zu erfassenden gegenelektromotorischen Kraft im Bereich eines Wertes liegt, der sich ergibt aus

Speisespannung - Sättigungsspannung des Transistors . Gleichstromwiderstand des Schrittschaltmotors

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