DE2752880A1

DE2752880A1 - Schrittschaltmotor fuer elektronische uhren

Info

Publication number: DE2752880A1
Application number: DE19772752880
Authority: DE
Inventors: Masaharu Shida
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1976-12-07
Filing date: 1977-11-26
Publication date: 1978-06-08
Also published as: GB1571260A; SG44382G; JPS5370876A; CH628488B; US4205262A; HK51182A; FR2373817A1; DE2752880C2; CH628488GA3

Description

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH ».«,,., jntcfpfafi-enhcfen ₂2. November 1977 S/g

PATENTANWALT 275288Q

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Kabushiki Kaisha Daini Seikosha Tokyo, Japan

Schrittschaltmotor fUr elektronische Uhren

Die Erfindung betrifft einen Schrittschaltmotor für elektronische Uhren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Bei elektronischen Uhren wird im allgemeinen ein Schrittschaltmotor verwendet, der einen Rotor, bestehend aus einem Permanentmagneten, verwendet, dem ein Spannungsimpuls aufgeprägt wird, so daß der Rotor in Drehung versetzt wird. Ein derartiger Schrittschaltmotor, der in Verbindung mit Fig. 1 näher erläutert wird, weist eine magnetische oder mechanische Schalteinrichtung auf, um die Drehrichtung des Rotors zu bestimmen, d.h. um die Drehrichtung des Rotors festzulegen; es ist schwierig, mit einer derartigen Schalteinrichtung die

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Drehrichtung des Rotors einfach zu ändern.

Wenn jedoch eine Zeitnachstellung oder Verstellung der Uhr notwendig ist, würde sich der Einsatz eines umkehrbaren Schrittschaltmotors als äußerst günstig und sehr bequem erweisen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schrittschaltmotor für elektronische Uhren zu schaffen, der hinsichtlich seiner Drehrichtung umkehrbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Für den erfindungsgemäßen, umkehrbaren, d.h. reversiblen Schrittschaltmotor ist kein komplizierter Mechanismus erforderlich, der die Änderung der Drehrichtung ermöglicht. Eine Änderung dar Drehrichtung ist lediglich durch einfache Modifizierung der Schaltung des Motors erreichbar.

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

Fig. la den Aufbau eines bekannten Schrittschaltmotors,

Fig. Ib das an den Schrittschaltmotor anzulegende Spannungsimpulssignal zur Ausführung eines Bewegungsschrittes,

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Fig. 2 eine Signalwellenform eines Antriebsimpulses fUr einen Schrittschaltmotor,

Fig. 3 Darstellungen des Rotors zur Erläuterung der Arbeitsweise der Erfindung,

Fig. 4 ein Beispiel der Wellenform eines an die Wicklung des Schrittschaltmotors anzulegenden Stromes, und

Fig. 5 die Betätigungsschaltung fUr den umkehrbaren Schrittschaltmotor mit einer Schaltungseinheit zur Erfassung der Rotorposition.

Ein bekannter Schrittschaltmotor ist in Fig. la dargestellt und besteht aus einem Permanentmagnet-Rotor 1, wobei zur Drehung des Rotors ein Spannungsimpuls mit einer Periode T (Fig. Ib) an die Wicklung 2 angelegt wird, welcher den Schrittschaltmotor in Drehung versetzt. Der Schrittschaltmotor weist eine magnetische oder mechanische Schalteinrichtung auf, welche die Drehrichtung des Rotors festlegt, d.h. die Drehrichtung nicht ändern läßt; bei einem derartigen Schrittschaltmotor ist es äußerst schwierig, die Drehrichtung der Schalteinrichtung, d.h. deren Stellung zu ändern.

Im folgenden wird der erfindungsgemäße Schrittschaltmotor mit der zugeordneten Steuerschaltung näher erläutert. Fig. 2 zeigt ein Beispiel der Wellenformen der Impulse zum Antrieb des Motors. Aus den folgenden Erläuterungen geht hervor, daß erfindungsgemäß der Schrittschaltmotor, der sich normalerweise nur in einer Richtung dreht, durch Anlegen eines Impulses bezüglich der Drehrichtung

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umgekehrt werden kann, wobei dieser Impuls gegenüber dem Normalimpuls hinsichtlich der Phase entgegengesetzt ist und außerphasig ist und wobei letztgenannter Impuls direkt vor dem Normalimpuls angelegt wird. Auf diese Weise ergibt sich ein umkehrbarer Schrittschaltmotor für elektronische Uhren.

Nach Fig. 2 ist der Zeitabschnitt P- ein gegenphasiger Abschnitt, innerhalb welchem ein in Gegenphase liegender Impuls unmittelbar vor dem Normalimpuls P« angelegt wird. Das gegenseitige Verhältnis zwischen dem Rotor 1 und dem Stator 3 ist in Fig. 3a für das Zeitintervall P. dargestellt. Bei dieser Ausführungsform liegt ein Vorsprung 4 in einem Bereich der Oberfläche des Stators 3, der dem Rotor 1 gegenüberliegt. Der Rotor 3 hat zwei Magnetpole und die Richtung der Magnetpole ist so bestimmt, daß ein Winkel von etwa 45 gegenüber einer Achse 5 des Stators 3 eingehalten wird, solange der Rotor stillsteht. Wird ein Impuls P« an die Wicklung angelegt, dann ergibt sich eine Position der Magnetpole gegenüber dem Stator 3, wie in Fig. 3b gezeigt ist.

Die Magnetpole lassen somit den Rotor 1 aus einer Ruheposition in eine Richtung drehen, die durch einen Pfeil veranschaulicht ist. Wenn die Richtung, in welcher die Magnetpole des Rotors 1 liegen, mit der Achse des Stators 5 zusammenfällt, erfolgt ein Umschalten vom Impuls P„ auf den Impuls P_n* Zu diesem Zeitpunkt nimmt der Rotor 1 die in Fig. 3c gezeigte Position ein und öfet eine Drehkraft aus, die durch den Impuls P« aufgrund einer Massenkraft hervorgerufen wird. Der Impuls P« ruft zwei Magnetpole im Stator 3 hervor, wie dies aus Fig. 3c ersichtlich ist und bewirkt eine Beschleunigung des Rotors in Richtung auf die durch den Pfeil veranschaulichte Drehrichtung» Nach de® Anlegen des

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Impulses, d.h. nach Beendigung des Impulses verbleibt der Rotor 1 zum Zeitpunkt T- an der Position, die in Fig. 3d dargestellt ist; diese Drehposition unterscheidet sich gegenüber der Position in Fig. 3a um 180 . Wenn nunmehr ein Impuls mit einer Wellenform, die entgegengesetzte Phase zu der in Fig. 2 gezeigten Wellenform hat, angelegt wird, dreht sich der Rotor um 180 in der gleichen Richtung, wie vorstehend bei der Erläuterung der Arbeitsweise angegeben ist.

Die Drehrichtung des Rotors 1 ist in Fig. 3a dargestellt und liegt entgegengesetzt zu derjenigen Richtung, wenn der Normalimpuls angelegt wird, wobei dieser Impuls keinen Abschnitt P« (vgl. Fig. 2) aufweist. Da an der rechten Seite des Stators ein S-PoI und an der linken Seite ein N-PoI hervorgerufen wird, wird der Rotor 1 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht. Somit wird der Rotor hinsichtlich seiner Drehrichtung umgekehrt.

Der wesentlichste Punkt bei der Drehrichtungsumkehr des Schrittschaltmotors ist in der Zeitsteuerung zu sehen, mittels welcher die Impulswellenform nach Fig. 2 vom Impuls P« auf den Impuls P« umgeschaltet wird. Im Idealfall ist der Zeitpunkt, zu welchem die Ausrichtung der Magnetpole' mit der Achse des Stators zusammenfällt, besonders bedeutsam und zu beachten.

Wenn ein Lastzustand des Rotors in gewissem Umfang festliegt, ist es auch möglich, die Impulslänge des Impulses P« fest zu bestimmen.

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Wenn eine stabilere Umkehrung der Drehrichtung erwartet wird, ist es wünschenswert, daß die Position des Rotors 1 durch eine Detektoreinrichtung o. dgl. erfaßt wird, damit die Dauer des Impulses P_ variabel gestaltet werden kann.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 wird eine Ausführungsform einer Schaltung zur Erfassung der Position des Rotors näher erläutert. In Fig. 4 bezeichnet die Kurve (a) die Wellenform eines Spulenstroms in dem Fall, daß ein derartiger Impuls, durch den der Rotor in der Drehrichtung entsprechend Fig. 3b umgekehrt wird, der Wicklung zugeführt wird. Die Wellenform dieses Stromes tritt dann auf, wenn die Impulslänge des Impulses im Abschnitt P« nach Fig. 2 verlängert wird. Die Kurve (b) in gestrichelter Linie zeigt die Form des Wicklungsstromes, wenn die Drehrichtung des Rotors festliegt, d.h. wenn keine Umkehrung erfolgt. Die Differenz zwischen den Kurven (a) und (b) hängt von der gegenwirkenden elektromotorischen Spannung ab, die durch die Drehung des Rotors erzeugt wird, wobei deren Umhüllende betrachtet wird. Die gegen-elektromotorische Spannung bzw. EMK ergibt sich sich zu

e = k «w · Δ φ (1)

Dabei ist k eine Konstante, die von der Größe abhängt, wdie Winkelgeschwindigkeit des Rotors und AC^die Flußänderung aufgrund eines Magnetfelds mit einer Richtung, die in der Statorachse liegt, wobei das Magnetfeld bzw. diese Flußänderung über eine minimale Zeitspanne auftritt.

Die Kurven (a) und (b) fallen zwischen einem Punkt T„ und T.. zusammen. An den Zeitpunkten T~ und T., ist die gegen-elektromotorische Spannung e Null und w oder A d wird in der vorstehenden Gleichung

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gleich Null. Das heißt, daß in den Zeitintervall zwischen t_ bis t. der Rotor stillsteht und die Winkelgeschwindigkeit w Null ist.

Daraufhin beginnt sich der Rotor in Richtung auf die Statorachse umzukehren und erreicht den Punkt T«, an welchen eine elektromotorische Gegenspannung erzeugt wird. Aa Punkt T« ist die Winkelgeschwindigkeit w nicht Null, jedoch ist die Flußänderung A in Richtung der Statorachse gleich Null. Die Richtung der Magnetpole des Rotors fällt mit der Statorachse zusammen und das Magnetfeld des Rotors liefert innerhalb der minimalen Zeitspanne keine Flußänderung. Nach dem Zeitpunkt T« erfolgt wiederum eine Drehrichtungsumkehr des Rotors und der Rotor dreht sich Über die Statorachse um einen Winkel und zum Zeitpunkt T₄-, so daß die Winkelgeschwindigkeit w Null wird. Daraufhin dreht sich der Rotor normalerweise in Richtung auf die Statorachse, schwingt zu seiner Zentrierung bzw. Ausrichtung und steht dann in einem kurzen Zeitintervall still.

Vorstehende Beschreibung macht deutlich, daß der Zeitpunkt T« den idealen Zeitpunkt zur Umkehrung des Steuerimpulses von P« auf P₃ (Fig. 2) darstellt. Zum Zeitpunkt T₂ wird ein Stromwert dadurch erreicht, daß die der Wicklung eingeprägte Spannung durch einen Gleichstrom-Widerstandswert der Wicklung und eines festen Widerstands geteilt wird. Wenn daher erfaßt wird, daß der Wicklungsstrom diesen Wert erreicht, wird der Steuerimpuls umgekehrt.

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In Fig. 5 ist eineBlockschaltung für den Schrittschaltmotor mit einer Drehrichtungsumkehr dargestellt. Der Steuerimpuls, dessen Impulsdauer, Phase und Frequenz durch eine Steuerschaltung 6 erfaßt bzw. kontrolliert wird, wird über einen Inverter 7 dem Schrittschaltmotor 8 zugeführt und steuert somit den Schrittschaltmotor 8 an. Wenn der V/icklungsstrom, der zu diesem Zeitpunkt fließt,
zum Widerstand 10 fließt, wird der Stromwert in einen Spannungswert umgewandelt. Der Spannungswert wird mit einem vorbestimmten Spannungswert in einer Spannungs-Detektorschaltung 9 verglichen. Wenn der erstere Spannungswert größer als der vorbestimmte Spannungswert ist, wird der Steuerschaltung 6 ein Signal zugeführt
und der Steuerimpuls wird invertiert, so daß der Rotor seine Drehrichtung ändert.

Claims

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Patentansprüche —

Schrittschaltmotor für elektronische Uhren, mit einem wenigstens zwei Pole aufweisenden Rotor und einem Stator aus einem Material mit hohem magnetischen Ubertragungsfaktor, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (9) zur direkten und indirekten Erfassung der Rotorposition vorgesehen ist und eine Steuerung von einem gegenphasigen Impuls auf einen Normalimpuls zur Umkehrung des Rotors in einen stabilen Zustand ausfuhrt.
2. Schrittschaltmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (9) mit einer Steuerschaltung (6) zur Zeitsteuerung der an die Wicklung des Schrittschaltmotors angelegten Impulse verbunden ist.

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ORIGINAL INSPECTED
3. Schrittschaltmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (9) mit einem Widerstand (1O) verbunden ist.
4. Schrittschaltmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (6) über Inverter (7) an die Wicklung des Schrittschaltmotors angeschlossen ist.
5. Verfahren zur Steuerung der Drehrichtung eines Schrittschaltmotors nach wenigstens einem der vorcngehenden Ansprüche, wobei der Schrittschaltmotor durch eine Impulsreihe angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor zur Bestimmung seiner Drehrichtung durch einen vor dem Normalimpuls erzeugten Impuls lagemäßig eingestellt wird, daß der Rotor durch Anlegen eines gegenphasigen Impulses kurz vor Anlegen des Normalimpulses aus einer Ruheposition bzw. ursprünglichen Position in eine magnetisch horizontale Position verbracht wird und daß dann der Rotor durch den Normalimpuls invertiert wird, wodurch ein nachfolgender Nadelimpuls invertiert wird.

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