DE2854084B2

DE2854084B2 - Anordnung zum Nachholen von durch den Schrittmotor eines Zeitmeßgerates nicht ausgeführten Schritten

Info

Publication number: DE2854084B2
Application number: DE2854084A
Authority: DE
Inventors: Bernard Marin Maire (Schweiz)
Original assignee: Ebauches Electroniques SA
Current assignee: Ebauches Electroniques SA
Priority date: 1977-12-20
Filing date: 1978-12-14
Publication date: 1980-04-24
Also published as: JPS54116976A; CH625384B; DE2854084A1; CH625384GA3; US4300223A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Nachholen von durch den Motor eines Zeitmeßgerätes nicht ausgeführten Schritten mit einem als Zeitbasis verwendeten Oszillator, mil einer mit dem genannten Oszillator gekoppelten Frequenzteilerkette, mit einer Impulsformerschaltung für die von der 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 einen bestimmten Fall erklärt, in welchem der Schrittmotor ein Lavet-Motor ist. Wie F i g. 1 zeigt, besieht ein solcher Motor aus einem zylindrischen Permanentmagneten 1, der den Rotor bildet und in einen magnetischen Kreis 2 eingefügt ist, der mit einer 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 er sich nicht dreht. Man verliert also auf diese Weise zwei Schritte. Dieser Fehler kann schwerwiegend werden bei Uhren, bei welchen die Zeit zwischen zwei Motorimpulsen 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.

F i g. 2 zeigt ein Oszillogramm des Stromes, der von einem normal drehenden Motor aufgenommen wird. Zur Zeit ( = 0 wird ein Impuls der Dauer Td an die Erregerspule angelegt. Während 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-EM K, welche den Strom zu vermindern trachtet. Bei c erreicht der Rotor seine neue Stellung. Die Gegen-EMK wird Null und der Strom nimmt bis zum End?" des Motorimpulses zu.

F i g. 3 zeigt ein Oszillogramm des Stromes, der von einem Motor aufgenommen wird, dessen Rotor blockiert ist. In diesem Falle subtrahiert sich die magneto-motorische Kraft des Permanentmagneten des Rotors von der magneto-motorischen 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), wobei die Zeitkonstante L/R relativ groß ist im Vergleich zur Dauer des Motorimpulses. Die Fig.4 zeigt, daß die Polarität des Magneten entgegengesetzt zu jener der SDule ist. Fig.5 zeigt, daß sich die Amperewindungen des Magneten von jenen der Spule subtrahieren, so daß die Induktion ßklein 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, weil 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 wie jene des Kernes, während F i g. 8 zeigt, daß sich die Amperewindungen des Magneten zu jenen der Spule hinzuaddieren, so daß die Induktion B hoch ist, was die Sättigung des Keines bewirkt.

Wenn man die drei obigen Fälle, deren Stromoszillogramme die Fig. 2, 3 und 6 zeigen, miteinander vergleicht, sieht man, daß der Strom, z. B. 2 ms nach Beginn des Motorimpulses gemessen, ungefähr zweimal

so groß ist in dem Falle, in welchem der Rotor beim Eintreffen des Motorimpulses (F i g. 6) schon in Stellung ist, verglichen mit dem Strom in den Fig.2 und 3. Folglich ermöglicht eine Messung, welche ungefähr zwei Millisekunden nach Beginn des Motorimpulses durchgeführt wird, das Nichtdrehen des Motors zu detektieren. Die Dauer der Messung soll sehr kurz sein, damit der Stromverbrauch der Meßschaltung vernachlässigbar bleibt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung vorzusehen, welche das Nichtdrehen eines Schrittmotors detektiert und der Motorlogik eine Information liefert, welche das Nachholen der nicht ausgeführten Schritte eiiaubt.

Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich aus durch Mittel zur Messung des an den Motor abgegebenen. Stromes; durch Mittel zum Vergleich des gemessenen Stromes mit einem Bezugswert, um einen Impuls zu erzeugen, der das Nichtdrehen des Motors anzeigt, wenn der genannte Strom vom Bezugswert abweicht; und durch auf den genannten Impuls ansprechende Korrekturmittel, welche '-em Motor mindestens einen zusätzlichen Impuls liefern.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung, deren F i g. 1 bis 8 bereits erwähnt wurden, näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt die

F i g. t das Schaltbild eines Lavet-Schrittmotors, die

Fig.2 das Stromoszillogramm eines Lavet-Motors, der normal dreht, die

Fig.3 das Stromoszillogramm eines Lavet-Motors, dessen Rotor blockiert ist, die

F i g. 4 die Polaritätsbeziehungen zwischen Rotor und Magnetkreis eines Lavet-Schrittmotors, dessen Rotor J5 blockiert ist, die

Fig.5 das Induktionsdiagramm des Magnetkreises eines Lavet-Motors mit blockiertem Rotor in Abhängigkeit der Amperewindungen der Erregerspule, die

Fig.6 d;s Stromoszillogiramm eines Lavet-Motors, dessen Rotor bereits in Stellung ist, die

F i g. 7 die Polaritätsbeziehungen zwischen Rotor und Magnetkreis eines Lavet-Motors, dessen Rotor bereits in Stellung ist, die

Fig.8 ein Induktionsdiagramm des Magnetkreises eines Lavet-Motors, dessen Rotortereits in Stellung ist, in Abhängigkeit der Amperewindungen der Erregerspule, die

F i g. 9 das Schaltbild einer Anordnung zur Detektion und zum Nachholen getröB der Erfindung, und die

Fig. 10 ein Impulsdiagramm der Signale in der Anordnung nach F i g. 9.

Die Schaltung nach Fig.9 weist einen Oszillator 15 auf, der mit einer Frequenzteilerkette 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 Ti, T2 bzw. 7*3, 7*4 einer Brückenschaltung, welche den Schrittmotor 18 speist Die Brückenschaltung ist w¹ über einen Meßwiderstand Rm mit Masse verbunden. Ein zweiter Ausgang 2 der Teilerkette 16 ist mit dem Rückstelleingang Weines D-Flip-Flops FFl 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 FFl ist mit dem Takteingang O eines D-Flip-Flops FF2 verbunden, dessen EitsE.-:r-g D ;>u·' Pegel »1« ist und dessen Rückstelleingang R mit dem Ausgang eines Inverters /1 verbunden ist, dessen Eingang an einem dritten Ausgang 4 der Teilerkette 16 angeschlossen ist Der Ausgang 5 von FF2 ist einerseits mit einem ersten Eingang eines UND-Tores B und anderseits mit dem Gatter eines Transistors 7*5 verbunden, der in Serie mit zwei Widerständen R 1 und R 2 zwischen die Speisespannung und Masse geschaltet ist Die Widerstände R 1 und R 2 sind ebenfalls in Serie geschaltet, wobei der letztgenannte einstellbar ist Der zweite Eingang des Tores B ist mit dem Ausgang 13 einer Vergleichsschaltung 19 verbunden, deren direkter Eingang mit dem gemeinsamen Punkt der Transistoren T2 und 7*4 und des Meßwiderstandes Rm verbunden ist. Der invertierte Eingang der Vergleichsschaltung ist mit dem gemeinsamen Punkt der Widerstände R\ und R 2 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 Rückstelleingang K mit dem Ausgang 9 ei" :s NAND-Tores C verbunden ist. Der Ausgang 7 von FF3 ist mit den Rückstelleingängen R von zwei D-FIip-Flops FF4 und FF5 verbunden. Die Eingänge D von FF4 und FF5sind mit den jeweiligen Ausgängen Q von FF4 bzw. FF5 verbunden. Der Takteingang Cl von FF4 erhält das Ausgangssignal 8 eines Inverters /2, dessen Eingang mit einem vierten Ausgang der Teilerkette 16 verbunden ist Der Ausgang Q von FF4 ist einerseits über einen Inverter /3 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 zweiten Eingang 12 des Tores C verbunden. Endlich ist noch der Ausgang 10 (Q) von FF4 mit dem zweiten Eingang des Tores A verbunden.

Die Arbeitsweise der Schaltung von F i g. 9 wird nun mit Hilfe des Impulsdiagrammes von Fig. 10 erläutert Darin sind die Signale mit den gleichen Ziffern (1 bis 14) bezeichnet, wie sie in F i g. 9 verwendet werden, um den Punkt in der Schaltung anzugeben, wo sie vorkommen.

Jede ansteigende Flanke des Signals an 1 mit einer R?petitionsfrequenz von z. B. l_Hz bewirkt das Kippen von FFl, 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 /on »1«. auf »0« geht, wird FFl zurückgestellt, so daß sein Ausgang3 in seinen ursprünglichen Zustand »1« zurückkehrt, und dies 1,95 ms ('/2 Periode des 256-Hz-Signals) nach seinem Kippen. Das Signal 3 ist daher ein gegen »0« gehender Impuls von 1,95 ms Dauer. Wenn der Ausgang 3 von »0« auf»1« geht, kippt FF2, dessen Ausgang 5 (Q) von »0« auf »1« geht. Der Rückstelleingang R von FF2 erhält über den Inverter /1 vom dritten Ausgang 4 der Teilerkette 16 ein Signal von z.B. 16 384Hz. Daraus ergibt sich, daß, «/eil der Ausgang 4 von »0« auf »1« geht, FF2 zurück in seinen ursprünglichen Zustand gestellt wird, und zwar 30,5 μ5 ('/2 Periode des 16 384-Hz-Signals) nach seinem Kippen. Man erhält daher auf 5 einen impuls von 30,5 μβ Dauer, der das Tor B und das öffnen des Transistors Γ5 steuert Folglich definiert die Dauer von 30,5 μ$ des Impulses an 5 die Dauer der Strommessung. Während dieses Zeitabschnittes ist 7*5 leitend und der invertierte Eingang der Vergleichsschaltung 19 wird auf einen Bezugspegel gebracht, der dur.h die Widerstände Ri und R 2 bestimmt ist. Gleichzeitig wird der Spannungsabfall durch den Motorstrom /über dem Meßwiderstand Rm an den direkten Eingang der Vergleichsschaltung 19

angelegt. Wenn die Spannung über Rm größer ist als jene über R 2, 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 Ausgange von Tor Seinen Taktimpuls, der das Kippen von FF3 bewirkt, dessen Ausgang_7 (Q) von »0« auf »1« geht und die Rückstelleingänge R von FF4 und FF5 freigibt. Der Flip-Flop FF4 erhält von einem vierten Ausgang der Teilerkette 16 über den Inverter /2 einen Taktimpuls 8. Die Wiederholungsfrequenz dieses Signals 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 8, der nach der Freigabe der Eingänge R von FF4 üTiu FF5 crscnCint. ^urn *.χΐίρϋίίι\ί ?-*, in welchem die Ausgänge 11 und 12 gleichzeitig »1« werden, geht der Ausgang 9 von Tor Cauf »0«, was die Rückstellung von Flip-Flop FF3 bewirkt, dessen Ausgang 7 auf »0« geht, was auch der Zähler FF4, FF5 zurückstellt, dessen Ausgang 10 im Zeitpunkt 15 auf »1« geht. Der Abstand J5-/4 wird bewirkt durch die Laufzeit des Signals zwischen dem Ausgang von Tor C und dem Übergang von »0« auf »I« des Ausganges 10 von FF4. Der Ausgang 10 bleibt dann dauernd auf Pegel »1«, was das Tor A öffnet, so daß dessen Ausgang 14 nur noch vom Signal I 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 11 ankommende Impuls den Rotor nicht dreht. Daraus ergibt sich, daß der Pegel am Ausgang 13 der Vergleichsschaltung 19 auf »I« ist, was über Flip-Flop FF3 den Starl einer Zählsequenz der Flip-Flops FF4 und FF5 bewirkt. Da vom Zeitpunkt I1

·> weg der Ausgang 1 von Teilerkette 16 für eine Dauer von 0,5 Sekunden auf Pegel »1« ist, ist der Ausgang 14 von Tor A während dieses Zeitintervalles nur vom Ausgang 10 von FF4 abhängig. Im Zeitpunkt (3 geht der Ausgang 10 von »0« auf »1«, wie auch im Zeitpunkt

ίο f5, für den Ausgang 14 gilt daher das Gleiche. Der Motor erhält also zwei Korrekturimpulse mit der Frequenz 16 Hz, einen zum Zeitpunkt /3 und einen zum Zeilpunkt i5, und zwar immer, wenn der Motor einen Schritt nicht ausgeführt hat. Die zwei nicht ausgeführten

i') Schritte sind also nachgeholt und das Zeitmeßgerät weist keine Gangabweichung auf.

Es ist klar, daß die Schaltung nach F i g. 9, wie sie oben beschrieben wurde, nur ein Ausführungsbeispiel einer t-rCxtttiiitl^ ZUr L^CtCntiOri uCS ι ^iCiitvjrCiiCnS CiriC5 Schrittmotors und zum Nachholen der nicht ausgeführten Schritte darstellt. Insbesondere kann die Nachholfrequenz von 16 Hz abweichen, die Dauer des Meßimpulses verschieden sein von 30,5 μ5 und die Messung kann zu einer andern Zeit als 2 ms nach Beginn des Motorimpulses erfolgen. Auch ist es klar, daß die Vergleichsschaltung ein anderes als das in F i g. 9 gezeigte Konzept haben kann. Sie kann z. B. basieren auf ρ '\cm Bezugssignal, das von einer von der Speisespannung abhängigen Stromquelle geliefert wird,

so damit der Bezugsstrom allfälligen Änderungen dieser Spannung folgt. Auch ist es möglich, für die Nachholimpulse die Amperewindungen zu erhöhen oder auch die Dauer dieser Impulse zu verlängern.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Nachholen von durch den Motor eines Zeitmeßgerätes nicht ausgeführten Schritten mit einem als Zeitbasis verwendeten Oszillator, mit einer mit dem genannten Oszillator gekoppelten Frequenzteilerkette, mit einer Impulsformerschaltung für die von der Teilerkette gelieferten Impulse und mit einer Schaltung, um gesteuert ic 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 Bezugswert, um einen Impuls zu erzeugen, der das Nichtdrehen des Motors anzeigt, wenn der genannte Strom vom Bezugswert abweicht; und durch auf den genannten Impuls ansprechende Korrekturmittel, welche dem Motor mindestens einen zusät^ichen Impuls liefern.

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

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Bezugswert einem Pegel entspricht, der durch den gemessenen Strom erreicht wird, 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 Nichtdtehen d.s Motors angebenden Impuls betätigten Fliy-Flop und einen Zähler aufweisen, welcher durch das »usgangssignal des genannten Flip-Flops eingeschaltet wird und von einem Ausgang der Teilerkette 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 Impulsformerschaltung gelieferten Impulse.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Vergleichsmittel eine Bezugssignalquelle, eine mit der genannten Quelle und Meßmitteln verbundene Vergleichsschaltung und einen Unterbrecher aufweisen, um in Abhängigkeit vom genannten Steuerimpuls das genannte Bezugssignal an die Vergleichsschaltung anzulegen. w

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

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Bezugssignalquelle eine von der Speisespannung abhängige Spannungsquelle ist, wobei die Vergleichsschaltung eine Spannungsvergleichsschaltung ist.