DE2854084A1

DE2854084A1 - Anordnung zum nachholen von durch den schrittmotor eines zeitmessgeraetes nicht ausgefuehrten schritten

Info

Publication number: DE2854084A1
Application number: DE19782854084
Authority: DE
Inventors: Bernard Maire
Original assignee: Ebauches Electroniques SA
Current assignee: Ebauches Electroniques SA
Priority date: 1977-12-20
Filing date: 1978-12-14
Publication date: 1979-06-21
Also published as: JPS54116976A; CH625384B; CH625384GA3; DE2854084B2; US4300223A

Description

285408*

PATENTANWÄLTE

DR. ERNST STURAi

DR. HORST J¹IUNHaRD

wchd, -..j, Lccpoidsü-. 20/IV

EBAUCHES ELECTR0NIQUE3 S.A. Marin / Schweiz

Anordnung zum Nachholen von durch den Schrittmotor eines Zeitmessgerätes nicht ausgeführten Schritten

909825/0644

Anordnung zum Nachholen von durch den Schrittmotor eines Zeitmaeagerätes nicht ausgeführten Schritten

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Nachholen won durch den Motor eines ZeitniBssgerätBs nicht ausgeführten Schritten mit einem als Zeitbaais verwendeten Oszillator, mit einer mit dam genannten Oszilllator gekoppelten Frequenzteilerkatts, mit einer Impulsformsrschaltung für die von dar Teilerkette gelieferten Impulse und mit einer Schaltung, um gesteuert durch die genannte Impulsformerschaltung Motorstromimpulse an den Schrittmotor abzugeben.

Das Prinzip der Erfindung ist allgemein, es wird jedoch nachfolgend für Binen bestimmten Fall erklärt, in welchem der Schrittmotor ein Lavet-Motor ist. UiB Fig. 1 zeigt, besteht ein solcher Motor aus einem zylindrischen Permanentmegneten 1, dar den Rotor bildet und in einen magnetischen Kreis 2 eingefügt ist, der mit einar Erregerspule 3 bewickelt ist. Dieser Motor benötigt bipolare Steuerimpulse, da man bei jeder Halbdrehung des Rotors die Polarität des Magnetkreises umkehren muss.

Wenn bei einem solchen Motor ein Schritt nicht ausgeführt wird, ist sein Rotor beim nächsten Steuerimpuls bereits in seiner stabilen elektromagnetischen Lage, so dass ar sich nicht dreht. Man verliert also auf diese Weise zwei Schritte. Dieser Fehler kann schwerwiegend werden bei Uhren, bei welchen die Zeit zwischen zwei flotorimpulsen relativ lang ist. Dies ist z.B. der Fall bei Uhren, welche nur Stunden- und Minutenzeiger aufweisen.

Um das Prinzip zu verstehen, auf welchem die Erfindung beruht, soll zunächst abgeklärt werden, wie sich der vom Motor aufgenommene Strom in den verschiedenen nachfolgenden Fällen verhält.

909825/08^4

Fig. 2 zeigt ein Oszillogramm des Stromes, der won einem normal drehenden Motor aufgenommen udrd. Zur Zeit t = G wird ein Impuls der Dauer T_Q an die Erregerspule angelegt« Mährend des Zeitabschnittes a beginnt der Rotor zu drehen und der Strom nimmt ungefähr exponentiell zu. Während des Zeitabschnittes b dreht der Rotor und erzeugt eine Gegen-EMK, welche den Strom zu vermindern trachtet. Bei c erreicht der Rotor aeina neue Stellung · Die Gegen-EMK uiird Null und der Strom nimmt bis zum Ende des Motorimpulses zu.

Fig« 3 zeigt ein Oszillogramm das Stromes, der von einem Motor aufgenommen uird, dessen Rotor blockiert ist. In diesem Falle subtrahiert sich die magneto-motorische Kraft des Permanentmagneten des Rotors van der magneto-motoriechsn Kraft der Spule und das Eisen des magnetischen Kreises oder der Kern ist nicht gesättigt. Der Anstieg des Stromes erfolgt exponentiell mit der Form EXP-(R.t/L), uiobai die Zeitkonstante L/R relativ grosa ist im l/erleich zur Dauer des Rotorimpulses« Die Fig. 4 zeigt₍ dass die Polarität des Magneten entgegengesetzt zu jener der Spule ist. Fig« 5 zeigt, daaa sich die Ampereutindungen des Magneten von jßnen der Spule subtrahieren, so dass die Induktion B klein ist.

Fig« 6 zeigt ein Oszillogramm des Stromes eines Motors, dessen Rotor schon in der neuen Lage ist. Man sieht, dass der Strom rasch ansteigt, ωβϋ die Selbstinduktivität der Schaltung schwach ist. Dies erklärt sich durch die Sättigung des magnetischen Kreises« Die Fig. 7 zeigt, dass die Polarität des Rotors die gleiche Richtung hat uie jene des K_Brnes, während Fig. 8 zeigt, dass sich die Ampereuindungen des Magneten zu jenen der Spule hinzuaddieren, so dass die Induktion B hoch ist, uas die Sättigung des Kernes bewirkt.

Ulenn man die drei obigen Fälle, deran Stromoszillogramme die Fig. 2, 3 und zeigen« miteinander vergleicht, sieht man, dass dar Strom, z.B. 2 ms nach Beginn des Clotorimpulees gemessen, ungefähr zweimal so gross ist in dem Falle,

809825/0844

in welchem der Rotor beim Eintrffen des Motorimpulses (Fig. 6) schon in Stallung ist, v/erglichen mit dam Strom in dan Fig. 2 und 3, Folglich ermöglicht eine Messung, welche ungefähr zuiei Willisekunden nach Beginn des Motorimpulses durchgeführt uird, das Nichtdrahen des Motors zu detektieren. Die Dauer der Messung soll sehr kurz sein, damit der Stromverbrauch der Messschaltung vernachlässigbar bleibt.

Es ist daher ein Zweck der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung vorzusehen, welche das Nichtdrshen eines Schrittmotors detektiart und der Piatorlogik Bine Information liefert, uialche das Nachholen der nicht ausgeführten Schritte erlaubt.

Dia erfindungsgemässe Anordnung zeichnet sich aua durch Mittel zur Messung des an den Motor abgegebenen Stromes} durch Mittel zum Vergleich des gemessenen Stromes mit einem Bezugauert, um einen Impuls zu erzeugen* der daa Nichtdrehen des Motors anzeigt, tuenn der genannte Strom den Bezugewert Übersteigt} und durch auf den genannten Impuls ansprechende Korrekturmittel, um mindestens einen zusätzlichen Impuls an den Motor zu liefern·

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung, deren Fig· 1 bi· θ bereite erwähnt wurden, näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt» Die Fig. 1 das Schaltbild eines Lavet-Schrittmotors; Die Fig. 2 das Stromoszillogramm eines Lavat-Motors, der normal dreht} Die Fig. 3 das Stromoszillogramm eines Lavet-Motors, dessen Rotor blockiert ist}

Die Fig. 4 dia Polaritätsbeziehungen zwischen Rotor und Magnetkreis eines Lavet-Schrittmotors, dessen Rotor blockiert ist} Die Fig. 5 das Induktionsdiagramm des Magnetkreise eines Lavet-Motors mit blockiertem Rotor in Abhängigkeit der Amperewindungen der Erregerspul·} Die Fig. 6 das Stromoszillogramm eines Lavet-Motors, dessen Rotor bereits in Stellung ist} 109825/0844

_? 28B4084

Die Fi. 7 die Polaritätsbeziehungen zuischsn Rotor und Magnetkreis eines Lavet-Motors, dessen Rotor bereits in Stellung ist} Die Tig· β ein Induktionsdiagramm des Magnetkreises eines Levet-Motors, dessen Rotor bereite in Stellung ist, in Abhängigkeit der Ampereuiindungen der Erregerspule;

Die Fig· 9 das Schaltbild eines Anordnung zur Detektion und zum Nachholen gemäss der Erfindung; und Die Fig* 10 ein Impulsdiagramm der Signale in der Anordnung nach Fig. 9.

Die Schaltung nach Fig. 9 weist einen Oszillator 15 auf, der mit einer FrequenztBilerketta 16 verbunden ist, deren Ausgang 1 mit einem ersten Eingang eines UND-Tores A verbunden ist, dessen Ausgang 14 mit dem Eingang einer Motorlogik 17 verbunden ist. Die beiden Ausgänge der Logik 17 steuern die Transistoren T1, T2 bezui. T3, T4 einer Brückenschaltung, welche den Schrittmotor 18 speist. Die Brückenschaltung ist über einen Messuiiderstand Hm mit Masse verbunden. Ein zweiter Ausgang 2 der Teilerkette 16 ist mit dem RUckstelleingang R eines D-Flip-Flope FF1 verbunden, dessen Eingang D mit dem logischen Pegel "1" und dessen Takteingang Cl mit dem ersten Ausgang 1 der Teilerkette 16 verbunden ist. Der Ausgang 3 von FF1 ist mit dem Takteingang Cl eines D-Flip-Flops FF2 verbunden, dessen Eingang D auf Pegel "1" 1st und dessen RUckstelleingang R mit dem Ausgang eines Inverters 11 verbunden ist, dessen Eingang an einem dritten Ausgang 4 der Teilerkette 16 angeschlossen ist. Der Ausgang Ei von FF2 ist einerseits mit einem ersten Eingang eines UND-Tores B und anderseits mit dem Gatter Bines Transistors T5 verbunden, der in Serie mit zwei Widerständen R1 und R2 zwischen die Speisespannung und Masse geschaltet ist. Die widerstände R1 und R2 sind ebenfalls in Serie geschaltet, wobei der letztgenannte einstellbar ist. Der zweite Eingang das Tores B ist mit dBm Ausgang 13 einer Vergleichsschaltung 19 verbunden» deren direkter Eingang mit dem gemeinsamen Punkt der Transistoren

90Ö825/08U

T2 und T4 und des Messwiderstandes Rm verbunden ist. Der invertierte Eingang dar Uerglaichsschaltung ist mit dem gemeinsamen Punkt der Widerstände R1 und R2 verbunden. Der Ausgang 6 des Tores B ist mit dem Takteingang Cl eines D-Flip-Flops FF3 verbunden, dessen Eingang D auf dem logischen Pegel "1" ist und dessen RückstellBingang R mit dem Ausgang 9 eines NAND-Tores C verbunden ist. Der Ausgang 7 van FF3 ist mit den RückstelleingängBn R von zuei D-Flip-Flops FF4 und FF5 verbunden. Die Eingänge D von FF4 und FF5 sind mit den jeweiligen Ausgängen Q von FF4 bezu/. FF5 verbunden. Der Takteingang Cl von FF4 erhält das Ausgangssignal 8 eines Inverters 12, dessen Eingang mit einem vierten Ausgang der Teilerkette 16 verbunden ist. Der Ausgang Q von FF4 ist einerseits über βϊπβπ Inverter 13 mit dem Takteingang Cl von FF5 und anderseits mit einem ersten Eingang 11 von Tor C verbunden. Der Ausgang Q von FF5 ist mit dem zuleiten Eingang 12 des Tores C verbunden. Endlich ist noch der Ausgang 10 (Q) von FF4 mit dem zweiten Eingang des Tores A verbunden»

Die Arbeitsmeise der Schaltung von Fig. 9 uird nun mit Hilfe des Impulsdiagrammes von Fig. 10 erläutert. Darin sind die Signale mit den gleichen Ziffern (1 bis 14) bezeichnet, wie sie in Fig„ 9 verwendet u/erden, um den Punkt in der Schaltung anzugeben, wo sie vorkommen.

Hede ansteigende Flanke des Signales an 1 mit einer Repetitionsfrequenz von z.B. 1 Hz bewirkt das Kippen von FF1, dessen Ausgang 3 (*Q) von "1" auf "0" geht. Der Rückstelleingang R des gleichen Flip-Flops erhält vom Ausgang 2 der Teilerkette 16 ein Signal von z.B. 256 Hz. Jedesmal, wenn dieses Signal von "I¹¹ auf "0" geht, wird FF1 zurückgestellt, so dass sein Ausgang 3 in seinen ursprünglichen Zustand "1" zurückkehrt, und dies 1,95 ms (1/2 Periode des 256 Hz-Signales) nach seinem Kippen. Das Signal 3 ist daher ein gegen "0" gehender Impuls von 1,95 ms Dauer. Wenn der Ausgang 3 von "O" auf "1"

909825/0844

"JBT-

geht, kippt FF2, dessen Ausgang 5 (q) von "O" auf "1" geht. Der Rückstelleingang R von FF2 erhält über den Inverter 11 vom dritten Ausgang 4 der Teilerkette 16 ein Signal von z.B. 16 3Θ4 Hz. Daraus ergibt sich, dass, weil der Ausgang 4 von "Q" auf "1" geht, FF2 zurück in seinen ursprünglichen Zustand gestellt u/ird, und ziuar 30,5 ,us (i/2 Periode des 16 384 Hz-Signalas) nach seinem Kippen, Man erhält daher auf 5 einen Impuls von 30,5,us Dauer, der das Tor B und das Oeffnen des Transistors T5 steuert. Folglich definiert die Dauer von 30,5/Us des Impulses an 5 die Dauer der Strommessung. Während dieses Zeitabschnittes ist T5 leitend und dar invertierte Eingang der vergleichsschaltung 19 luird auf einen Bezugspegel gebracht, der durch die Widerstände R1 und R2 bestimmt ist. Gleichzeitig wird der Spannungsabfall durch den flotorstrom i über dem Messwiderstand Rm an den direkten Eingang der Vergleichsschaltung 19 angelegt. Wenn die Spannung über Rm grosser ist als jene über R2, geht der Ausgang 13 von Vergleichsschaltung 19 auf Pegel "1". Dies entspricht dem Falle von Fig. 6, bei welchem der Rotor beim Eintreffen des Motorimpulses bereits in Stellung ist, d.h« einem Nichtdrehen des Motors. In allen andern Fällen ist der Ausgang 13 der Vergleichsschaltung 19 auf

Pegel "0". Wenn der Ausgang 13 auf Pegel "1" ist, erhält man an Ausgang 6 von Tor B einen Taktimpuls, der das Kippen von FF3 bewirkt, dessen Ausgang 7 (Q) von "0" auf "1" geht und die RückstellBingängB R* von FF4 und FF5 freigibt. Der Flip-Flop FF4 erhält von einem vierten Ausgang der Teilerkette 16 über den Inverter 12 einen Taktimpuls 8. Die Wiederholungsfrequenz dieses Signalas ist z.B. 16 Hz. FF4 und FF5 bilden zusammen einen Binärzähler, der mit einer Frequenz von 16 Hz zu zählen beginnt nach dem Eintreffen des ersten Taktimpulses B, der nach der Freigabe der Eingänge R von FF4 und FF5 erscheint. Zum Zeitpunkt t4, in welchem die Ausgänge 11 und 12 gleichzeitig "1" werden, geht der Ausgang 9 von Tor C auf "0", uas die Rückstellung von

909825/O8U

Flip-Flop FF3 bewirkt, dessen Ausgang 7 auf "0" gaht, was auch den Zähler FF4, FF5 zurückstellt, dessen Ausgang 10 im Zeitpunkt t5 auf "1" geht. Der Abstand t5-t4 wird bewirkt durch die Laufzeit des Signales zwischen dem Ausgang von Tor C und dem Uebergang won "0" auf "1" des Ausganges 10 uon FF4. Der Ausgang 10 bleibt dann dauernd auf Pegel "1", was das Tor A öffnet, so dass dessen Ausgang 14 nur noch uom Signal 1 am Ausgang der Teilerkette 16 abhängig ist. Beim Eintreffen des Messimpulses an 5 befindet sich der Rotor bereits in Stellung , so dass der auf 14 zum Zeitpunkt ti ankommende Impuls den Rotor nicht dreht. Daraus ergibt sich, dass dBr Pegel am Ausgang 13 der Vergleichsschaltung 19 auf "1" ist, u/as über Flip-Flop FF3 den Start einer Zählsequenz der Flip-Flops FF4 und FF5 bewirkt. Da worn Zeitpunkt ti weg der Ausgang 1 von Teilerkette 16 für eine Dauer uon 0,5 Sekunden auf Pegel "1" ist, ist der Ausgang 14 uon Tor A während dieses Zeitinterualles nur v/om Ausgang 10 won FF4 abhängig. Im Zeitpunkt t3 geht der Ausgang 10 uon "0" auf ¹M", wiB auch im Zeitpunkt t5, für den Ausgang 14 gilt daher das Gleiche. Der Motor erhält also zwei Korrekturimpulse mit der Frequenz 16 Hz, einen zum Zeitpunkt t3 und einen zum Zeitpunkt t5, und zwar immer, wenn der Motor einen Schritt nicht ausgeführt hat. Die zwei nicht ausgeführten Schritte sind also nachgeholt und das Zeitmessgerät weist keine Gangabueichung auf.

Es ist klar, dass die Schaltung nach Fig. 9, wie sie oben beschrieben wurde _t nur ein Ausführungsbsispisl einer Schaltung zur Detektion das Nichtdrehena eines Schrittmotors und zum Nachholen der nicht ausgeführten Schritte darstellt. Insbesondere kann die Nachholfrequenz uon 16 Hz abweichen, die Dauer des Messimpulses verschieden sein uon 30,5/Us und die Messung kann zu einer andern Zeit als 2 me nach Beginn des flotorimpulses Brfolgen. Auch ist es klar, dass die Vergleichsschaltung ein anderes als das in Fig. 9 gezeigte Konzept haben kann. Sie kann z.B. basieren auf äinem Bezugssignal, das uon einer

909825/0844

won der Speisespannung abhängigen Stromquelle geliefert rnird, damit der S_Bzugs-

strom allfälligen AenderungBn dieser Spannung folgt. Auch ist es möglich,

für die NachhplimpulsB die Ampereuiindungen zu erhöhen oder auch die Dauer dieser Impulse zu verlängern.

909825/084;

Λ7.

Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

(1 .^Anordnung zum Nachholen v/on durch den Motor eines Zeitmassgerätes nicht ausgeführten Schritten mit einem als Zeitbasis verwendeten Oszillator, mit einer mit dem genannten Oszillator gekoppelten Frequenzteilerkette, mit einer Impulsformerschaltung für die uon der Teilerkette gelieferten Impulse und mit einer Schaltung, um gesteuert durch die genannte Impulsformerschaltung Motorstromimpulse an den Schrittmotor abzugeben, gekennzeichnet durch Mittel zur Messung des an den Motor abgegebenen Stromes} durch Mittel zum Vergleich des gemessenen Stromes mit einem Bezugsuiert, um einen Impuls zu erzeugen, der das Nichtdrehen dea Motors anzeigt, ωβηη der genannte Strom uom Bezugsuert abweicht j und durch auf den genannten Impuls ansprechende Korrekturmittel, welche dem Motor mindestens einen zusätzlichen Impuls liefern.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner Mittel aufweist, um bei jedem Motorimpuls einen Steuerimpuls für die genannten l/ergleichsmittel zu erzeugen.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Bezugsuert einem Pegel entspricht, der durch den gemessenen Strom erreicht uiird, wenn der vorausgegangene Motorimpuls keine Drehung des Motors bewirkt hat·

4* Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Korrekturmittel einen durch den das Nichtdrehen des Motors angebenden Impuls batMtigten Flip-Flop und einen Zähler aufweisen, luelcher durch das Ausgangssignal des genannten Flip-Flops eingeschaltet wird und uon einem Ausgang der

•0982S/03A4

ORIGINAL INSPECTED

Tsilerkette abgegebene Impulse zählt, um dem Motor zwei zusätzliche Impulse zu liefern.

5« Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der genannten Nachholimpulse höher ist als jene der durch die Teilerkette an die Impulsfarmerschaltung gelieferten Impulse.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Vergleichsmittel einB Bazugssignalquelle, eine mit der genannten Quelle und Messmitteln i/erbundene Vergleichsschaltung und einen Unterbrehcer aufweisen, um in Abhängigkeit v/am genannten Steuerimpuls das genannte Bezugssignal an die Vergleichsschaltung anzulegen.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Bezugssignalquelle eine von der Speisespannung abhängige Stromquelle ist, wobei die Vergleichsschaltung eine Stromuergleichaschaltung ist,

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Bezugseignalquelle eine won der Speisespannung abhängig· Spannungsquelle ist, wobei die Vergleichsschaltung Bine Spannungauergleichaschaltung ist.

909825/0844