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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung mit
einem Schrittmotor, wie ein Zeitsteuerungsgerät, und insbesondere eine elektronische
Vorrichtung, die einem Schrittmotor ermöglicht, in einem Schnellbewegungsvorgang
zu laufen.
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Stand der
Technik
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Ein
Schrittmotor wird auch als Impulsmotor, Schrittmotor, Schrittschaltmotor
oder Digitalmotor bezeichnet, und ist ein Motor, der von einem Impuls
angetrieben wird und als Stellglied für digitale Steuervorrichtungen
dient. Es wurden kompakte elektronische Geräte, die für tragbare Anwendungen geeignet sind,
entwickelt und Miniatur- und Leichtgewichtschrittmotoren finden
als Stellglied für
diese elektronischen Geräte
weitverbreitet Anwendung. Typisch für diese elektronischen Vorrichtungen
sind Zeitsteuerungsgeräte,
wie eine elektronische Uhr, ein Zeitschalter und eine Arbeitsschauuhr.
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In
einem Schrittmotor 10 zur Verwendung in einem solchen Zeitsteuerungsgerät, wie in 11 dargestellt,
wird ein scheibenförmiger
Rotor 13 mit zwei. Magnetpolen sequentiell in einem unitären Stator 12 gedreht,
der mit magnetischen gesättigten
Abschnitten 17 skizziert ist, deren äußerer Rand gekerbt ist, und
der Rotor 13 wird durch einen Antriebsimpuls mit einer
geeigneten Frequenz von zum Beispiel 1 Hz angetrieben, und die Drehkraft
des Rotors 13 treibt Uhrzeiger an. Zur Vermeidung eines
fehlerhaften Antriebs der Uhrzeiger ist wichtig zu überprüfen, dass sich
der Rotor 13 durch den Antriebsimpuls normal dreht, und
aus diesem Grund wird ein Strom oder eine Spannung erfasst, die
in einer Antriebspule durch die Drehung des Rotors 13 durch Rückkopplung
induziert wird, wie in 12 dargestellt ist.
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Wie
dargestellt, erscheint eine erste Spitze PM1, deren Polarität einem
Antriebsimpuls PW entgegengesetzt ist, als Strom (durch Rückkopplung
induzierter Strom), der durch die Drehung des Rotors 13 durch
Rückkopplung
induziert wird, wenn der Rotor 13 eine Position durchläuft, die
90 Grad von einer stabilen Position entfernt ist. Der Rotor 13 dreht
weiter, und wenn der Rotor 13 eine stabile Position B an der
Seite entgegengesetzter Polarität
durchläuft,
die eine Zielposition (in der entgegengesetzten Polarität) ist,
180 Grad entfernt, über
eine Position A hinaus, wo der durch Rückkopplung induzierte Strom
Null wird, erscheint eine große
erste Spitze PP1 mit derselben Polarität wie der Antriebsimpuls PW.
Zweite Spitzen PM2 und PP2 werden gemeinsam mit Schwingungen (Vibration)
erzeugt, bis sich der Rotor 13 stabilisiert und stoppt.
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Obwohl
die ersten Spitzen PM1 und PP1 einen starken Pegel haben, werden
sie von Ausgleichströmen
TW des Antriebsimpulses PW beeinflusst, und es ist schwierig, die
ersten Spitzen PM1 und PP1 zeitlich von dem Antriebsimpuls PW zu
trennen. Beim herkömmlichen
Uhrzeigerantrieb werden die zweiten Spitzen PM2 und PP2, obwohl
sie eine geringe Stärke
aufweisen, aber leicht zu trennen sind, durch einen Zerhackerimpuls
durch Zerhacken verstärkt
und als durch Rückkopplung
induzierter Strom aufgenommen und zum Erfassen der Drehung des Rotors verwendet.
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Heute
ist eine Reihe von Funktionen in einem Zeitsteuerungsgerät, wie einer
Armbanduhr, integriert, und in einer solchen Funktion wird ein Schrittmotor
schneller angetrieben als bei einem normalen Zeigerantrieb zum automatischen
oder manuellen Einstellen der Zeit. Ein Schnellbewegungsvorgang,
in dem der Schrittmotor schnell angetrieben wird, erfordert, dass
der Antriebsimpuls kurzfristig zugeführt wird. Für die Zeiteinstellung muss
die Uhr angetrieben werden, wobei darauf zu achten ist, dass es
zu keinem fehlerhaften Antrieb der Uhrzeiger kommt, das heißt, keine
erratische Drehung eines Rotors verursacht wird. JP-A-58116088 offenbart eine
Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische
Vorrichtung bereitzustellen, die einem Schrittmotor ermöglicht,
einen Schnellbewegungsvorgang zuverlässig auszuführen.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die
Erfindung ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche definiert.
Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den unabhängigen Ansprüchen definiert.
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Zu
diesem Zweck nimmt die elektronische Vorrichtung mit dem Schrittmotor
eine Energie, die durch die Drehung eines Rotors durch Rückkopplung induziert
wird, in Form eines Stroms oder einer Spannung auf, wenn dieser
in einem Schnellbewegungsvorgang betrieben wird, wodurch eine erste
Spitze erfasst wird, und führt
einen Antriebsimpuls für
einen Schnellbewegungsvorgang zu, während die Drehung des Rotors
geprüft
wird. Unter ersten Spitzen wird jene, die von derselben Polarität wie der
Antriebsimpuls, zeitlich spät
und leicht von dem Antriebsimpuls zu trennen ist, erfasst, so dass
ein Schnellbewegungsvorgang-Antriebsimpuls zuverlässig zu
einem richtigen Zeitpunkt ausgegeben wird.
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Insbesondere
enthält
die elektronische Vorrichtung einen Schrittmotor, umfassend einen
Stator mit einer Antriebsspule und einem drehbaren Mehrfachmagnetpol-Rotor,
eine Antriebseinheit zum Zuleiten eines Antriebsimpulses zu der
Antriebsspule, um den Rotor anzutreiben, eine Antriebssteuereinheit
zum Steuern der Antriebseinheit, um einen Schnellbewegungsvorgang-Antriebsimpuls
zuzuleiten, und eine Positionsdetektoreinheit zum Erfassen einer
ersten Energiespitze derselben Polarität wie der Antriebsimpuls unmittelbar
vor der ersten Spitze aus Energien, die als Reaktion auf die Drehung
des Rotors durch Rückkopplung
induziert werden, wobei die Antriebssteuereinheit den Ausgabezeitpunkt
des folgenden Antriebsimpulses auf der Basis des erfassten Zeitpunkts
der ersten Spitze steuert.
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Da
die erste Spitze früher
als eine zweite Spitze erfasst wird, die bei der Erfassung der Drehung
des herkömmlichen
Schrittmotors verwendet wird, erfolgt die Zeitsteuerung zum Zuleiten
des Antriebsimpulses früher,
und ein Schnellbewegungsvorgang wird schneller ausgeführt. Da
die erste Spitze derselben Polarität erfasst wird, wird sie leichter
von dem Antriebsimpuls getrennt als andere erste Spitzen, und das
Erfassen der ersten Spitze derselben Polarität bestätigt, dass der Rotor seine
stabile Position erreicht hat. Da bestätigt wird, dass der Rotor zuverlässig gedreht
hat, ermöglicht
das Zuleiten eines nächsten
Antriebsimpulses zu einem nächsten
geeigneten Zeitpunkt, dass der nächste
Antriebsimpuls in Übereinstimmung
mit der Drehrichtung des Rotors zugeleitet wird. Die Energie für den Schnellbewegungsvorgang
wird somit gespart.
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Da
der Schnellbewegungsvorgang-Antriebsimpuls zugeleitet wird, während die
Drehung oder Nicht-Drehung des Rotors überwacht wird, wird ein zuverlässiger Schnellbewegungsvorgang
ausgeführt,
ohne fehlerhaften Zeigerantrieb. Wenn die Drehzahl des Rotors aufgrund
des Schnellbewegungsvorgangs zunimmt, steigt die durch Rückkopplung
induzierte Energie, die der Drehung des Rotors zugeordnet ist, wodurch
die erste Spitze ansteigt, so dass es leichter wird, die Position
des Rotors auf Basis der durch Rückkopplung
induzierten Energie zu erfassen, und die Zeitpunkterfassung erfolgt
zuverlässig.
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Die
erste Spitze wird auch aus der durch Rückkopplung induzierten Energie
in der Antriebsspule erfasst. Bei einer Detektionsspule, die zusätzlich zu
der Antriebsspule im Stator des Schrittmotors angeordnet ist, erfasst
jedoch die Positiondetektionseinheit die durch Rückkopplung induzierte Energie
in der Detektionsspule, so dass die Wirkung des Antriebsimpulses
gesteuert wird, und der Antriebsimpuls und die erste Spitze sind
leicht voneinander zu trennen, und die Positionsprüfung des
Rotors wird einfach. Obwohl es möglich
sein kann, dass die Antriebsspule und die Detektionsspule getrennt
gewickelt sind, sind beide, die Antriebsspule und die Detektionsspule,
koaxial gewickelt, und in einem solchen Fall, ist zumindest eine
der zwei Spulen, die im Inneren gewickelt ist, vorzugsweise regelmäßig gewickelt.
Wenn die Antriebsspule außen
gewickelt ist, wird somit ihre Wirkung auf dem Schrittmotor gesteuert.
Wenn die Detektionsspule außen
gewickelt ist, wird die Detektionsfähigkeit der ersten Spitze stabilisiert,
da der Widerstand der Detektionsspule gesteuert ist.
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Die
Detektionsspule erfasst nicht nur einen Schnellbewegungsvorgang-Antriebsimpuls
zuverlässig,
sondern auch eine Energie, die durch Rückkopplung induziert wird,
wenn ein Antriebsimpuls für
eine Drehung mit normaler Geschwindigkeit zugeleitet wird, und daher
wird die Detektionsspule zum Erfassen der Position des Rotors bei
normaler Geschwindigkeit verwendet, zum Beispiel, wenn der Rotor durch
einen Antriebsimpuls von 1 Hz oder dergleichen angetrieben wird,
der für
den Zeigerantrieb des Zeitsteuerungsgeräts verwendet wird.
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Für ein wirksames
Erfassen der ersten Spitze derselben Polarität erfasst die Positionsdetektionseinheit
vorzugsweise eine durch Rückkopplung induzierte
Energie, die durch einen Zerhackerimpuls derselben Polarität wie der
unmittelbar vorangehende Antriebsimpuls verstärkt wird. Durch die Wahl mindestens
eines von Zeitpunkt, Frequenz und Austast verhältnis des Zerhackerimpulses,
abhängig
von der Impulsbreite des zugeleiteten Antriebsimpulses oder dergleichen,
wird die Wirkung von Ausgleichströmen und Hochfrequenzrauschen
(Störrauschen), die
dem Antriebsimpuls zuzuordnen sind, minimiert, und die Zeitpunkterfassung
wird somit zuverlässig ausgeführt.
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Basierend
auf dem unmittelbar vorangehenden Antriebsimpuls, zum Beispiel dem
Ausgabezeitpunkt und dem Endzeitpunkt des unmittelbar vorangehenden
Antriebsimpulses, wird eine Totzeit (Maskenzeit) eingestellt, in
der eine durch Rückkopplung induzierte
Energie, die der Drehung des Rotors zugeordnet ist, nicht erfasst
wird, um ein Signal zu maskieren, das der Positionsdetektoreinheit
durch die Antriebsspule oder die Detektionsspule zugeleitet wird,
und die Wirkung der Ausgleichströme
und des Störrauschens,
die dem Antriebsimpuls zugeschrieben werden, wird gesteuert, und
somit wird die Zeitpunkterfassung zuverlässig ausgeführt.
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Wenn
der Stator ein Einköperstator
mit einem magnetisch gesättigten
Abschnitt ist, ist die Änderung
in der durch Rückkopplung
induzierten Energie von einer Spitze in einer entgegengesetzten
Polarität
zu einer Spitze derselben Polarität mild, und es ist schwierig,
eine Nullspannung zu erfassen und einen bestimmten Zeitpunkt zu
bestimmen. Aus diesem Grund ermittelt die Positionsdetektoreinheit
vorzugsweise den erfassten Zeitpunkt durch einen direkten Vergleich
einer Energie, die als Reaktion auf die Drehung des Rotors durch
Rückkopplung
induziert wird, oder der durch einen Zerhacker verstärkten, durch
Rückkopplung
induzierten Energie, mit einem Referenzpegel. Obwohl ein Komparator
für den Vergleich
mit dem Referenzpegel verwendet werden kann, wird ein Schwellenwert
eines Inverters als Referenzwert (Referenzpegel) verwendet, um den
erfassten Zeitpunkt zu ermitteln, und diese Anordnung verringert
die Zahl von Schaltkreiselementen, wodurch der Energieverbrauch
sinkt.
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Nicht
nur in einer elektronischen Vorrichtung, die durch eine Primärbatterie
angetrieben wird, sondern auch in einer elektronischen Vorrichtung
mit einer darin enthaltenen Generationseinheit, die mit einer Energieversorgungseinheit
vom Lade- und Entladetyp ausgestattet ist, die eine Antriebseinheit
mit Energie versorgt, schwankt die zugeführte Versorgungsspannung. Wenn
die Versorgungsspannung steigt, steigt die Effektivwert-Energie
des Antriebsimpulses, wodurch die Drehzahl des Rotors erhöht wird und
es schwierig wird, die erste Spitze von dem Antriebsimpuls zu trennen,
und die Wirkung von Ausgleichströmen
und Störrauschen
wird markant. Wenn die Versorgungsspannung der Energieversorgungseinheit
ansteigt, leitet die Antriebssteuereinheit aus diesem Grund vorzugsweise
den Antriebsimpuls mit einer schmalen Impulsbreite zu, um die erste
Spitze zuverlässig
zu erfassen. Wenn die Versorgungsspannung der Energieversorgungseinheit
gering ist, leitet die Antriebssteuereinheit vorzugsweise den Antriebsimpuls
mit einer breiten Impulsbreite zu, um eine Effektivwert-Energie zu garantieren
und eine ausreichend starke erste Spitze zu erhalten. Wenn die Versorgungsspannung
der Energieversorgungseinheit deutlich abfällt, wird der Pegel der ersten
Spitze zu tief, um den erfassten Zeitpunkt zu ermitteln, und der Antriebsimpuls
wird vorzugsweise bei unveränderlichen
Zeitperioden zugeleitet, um den Schnellbewegungsvorgang zuverlässig auszuführen.
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Wenn
die Periode der Zeit, die von der Positionsdetektoreinheit erfasst
wird, kurz wird, wird die Wirkung des Antriebsimpulses auf die Erfassung
der ersten Spitze durch das Zuleiten des Antriebsimpulses mit einer
schmalen Impulsbreite von der Antriebssteuereinheit minimiert. Da
dies die Effektivwert-Energie des Antriebsimpulses verringert, wird die
Drehzahl des Schrittmotors im Schnellbewegungsvor gang stabilisiert.
Wenn andererseits die Periode der erfassten Zeit lang wird, gibt
es eine geringe Wirkung der Zuleitung des Antriebsimpulses mit breiter
Impulsbreite auf das Erfassen der erste Spitze, und die Drehzahl
im Schnellbewegungsvorgang wird somit durch Erhöhen der Effektivwert-Energie des Antriebsimpulses
erhöht.
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Wenn
die Impulsbreite des Antriebsimpulses zu breit ist, besteht die
Möglichkeit,
dass er als Bremse gegen die Drehrichtung des Rotors arbeitet. Typisch
für einen
solchen Fall ist, wenn der Antriebsimpuls länger dauert als das Erfassen
des Spitzenpunkts der durch Rückkopplung
induzierten Energie. Durch Extrahieren einer konstanten Zeit von
dem erfassten Zeitpunkt oder durch Zuleiten eines Antriebsimpulses,
der um ein bestimmtes Verhältnis
verkürzt ist,
nach dem erfassten Zeitpunkt wird der Antriebsimpuls frei von einer
Bremswirkung für
einen schnellen Antrieb zugeleitet. Zu diesem Zweck leitet die Antriebssteuereinheit
vorzugsweise einen Antriebsimpuls zu, der in der Impulsbreite um
eine vorbestimmte Zeit kürzer
ist als ein Zeitintervall zwischen der Ausgabe des Antriebsimpulses
und dem erfassten Zeitpunkt, zum Zeitpunkt des folgenden Antriebsimpulses.
Die Antriebssteuereinheit kann einen Antriebsimpuls, der in der
Impulsbreite kürzer
als und proportional zu einem Zeitintervall zwischen der Ausgabe
des Antriebsimpulses und dem erfassten Zeitpunkt ist, zum Zeitpunkt
des folgenden Antriebsimpulses zuleiten. Wenn die vorbestimmten
Antriebsimpulse mit stufenweise zunehmenden Impulsbreiten wählbar sind,
kann die Antriebssteuereinheit Antriebsimpulse mit stufenweise kürzer werdenden
Impulsbreiten zuleiten, abhängig
von dem Intervall, bis der erfasste Zeitpunkt ermittelt wird.
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Indem
der Antriebssteuereinheit ermöglicht wird,
den folgenden Antriebsimpuls nach einer vorbestimmten Verzögerung nach
dem Zeitpunkt zuzuleiten, der von der Positionsdetektoreinheit erfasst
wird, wird die Richtung der Schwingung (Richtung der Vibration)
des Rotors mit der Richtung des Antriebs durch den Antriebsimpuls
ausgerichtet, so dass die Energie für die Drehung des Rotors gespart
wird, und der Energieverbrauch während
des Schnellbewegungsvorgangs somit verringert wird.
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In
der elektronischen Vorrichtung, die die Drehung oder Nicht-Drehung
durch Erfassen der ersten Spitze der durch Rückkopplung induzierten Energie
erfasst, ist ein Verfahren wichtig, dass erforderlich ist, falls
eine Störung
beim Erfassen der ersten Spitze auftritt. Wenn die Antriebssteuereinheit
den Antriebsimpuls mit einer vorbestimmten Effektivwert-Energie
zuleiten kann, während
jedoch die Positionsdetektoreinheit nicht imstande ist, den Zeitpunkt
der ersten Spitze zu erfassen, ist es möglich, einen folgenden Antriebsimpuls,
der eine andere Polarität
als der unmittelbar vorangehende Antriebsimpuls hat, nach dem Verstreichen
einer vorbestimmten Zeit zuzuleiten, unter der Annahme, dass der
Rotor sich gedreht hat, wenn die Positionsdetektoreinheit keinen erfassten.
Zeitpunkt liefert. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit des
Schnellbewegungsvorgangs fortgesetzt, ohne sie sehr zu verringern.
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Zum
zuverlässigen
Erfassen der ersten Spitze der durch Rückkopplung induzierten Energie
ist ein größerer Wert
der durch Rückkopplung
induzierten Energie bevorzugt. Zu Beginn des Schnellbewegungsvorgangs
ist die durch Rückkopplung
induzierte Energie gering, da die Rotordrehzahl gering ist, und
die Wahrscheinlichkeit, den Anstieg oder die Abnahme in der durch
Rückkopplung
induzierten Energie, die Änderung
in der Polarität
und die erste Spitze zu erfassen, tendiert dazu, gering zu werden.
Aus diesem Grund wird eine Spannungserhöhungseinheit zum Erhöhen der
Versorgungsspannung (Quellenspannung), die der Antriebseinheit zugeleitet
wird, bereitgestellt, und die Antriebssteuereinheit bewirkt, dass
die Spannungserhöhungseinheit
die erhöhte Versorgungsspannung
zu Beginn des Schnellbewegungsvorgangs zu der Antriebseinheit leitet,
wodurch dem Rotor ermöglicht
wird, eine vorbestimmte Schnellbewegungsbetriebsgeschwindigkeit
zu erreichen.
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Da
die durch Rückkopplung
induzierte Energie zu Beginn des Schnellbewegungsvorgangs gering
ist, kann ein Erfassungsschwellenwert in der Positionsdetektoreinheit
zum Erfassen der durch Rückkopplung
induzierten Energie, die der Drehung des Rotors zugeordnet ist,
so eingestellt werden, dass er zu Beginn des Schnellbewegungsvorgangs
geringer ist.
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Wenn
eine Gruppe von Impulsen, einschließlich eines ersten Antriebsimpulses
zum Starten des Antriebs und einer Reihe von folgenden Antriebsimpulsen,
zu Beginn des Schnellbewegungsvorgangs zugeleitet wird, leitet die
Antriebssteuereinheit die Antriebsimpulse regelmäßig zu, und sobald eine vorbestimmte
Schnellbewegungsbetriebsgeschwindigkeit reibungslos erreicht ist,
wird der Antriebsimpuls zum erfassten Zeitpunkt der ersten Spitze
zugeleitet, so dass der Geschwindigkeitsanstieg unter einem zuverlässigen Zustand
erfolgt.
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Es
ist wichtig, dass die Antriebssteuereinheit zu Beginn des Schnellbewegungsvorgangs
den Antriebsimpuls mit einer Effektivwert-Energie zuleitet, die
gleich oder größer der
Effektivwert-Energie des Antriebsimpulses für eine normale Drehung ist,
um den Rotor zuverlässig
zu drehen.
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Wenn
zu Beginn des Schnellbewegungsvorgangs ein Restmagnetfluss des unmittelbar
vorangehenden Antriebsimpulsen im Stator vorhanden ist, ist eine
Erhöhung
der Rotordrehzahl schwierig. Zur Lösung dieses Problems leitet
die Antriebssteuereinheit vorzugsweise einen entmagnetisierenden
Impuls zu, dessen Polarität
jener des unmittelbar vorangehenden Antriebsimpulses für eine normale
Drehung entgegengesetzt ist, zu Beginn des Schnellbewegungsvorgangs,
um die Rotordrehzahl zu beschleunigen.
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Wenn
die Antriebssteuereinheit einen aus den vorbestimmten Antriebsimpulsen
mit stufenweise zunehmenden Effektivwert-Energien wählen kann, wählt und
leitet die Antriebssteuereinheit zu Beginn eines Schnellbewegungsvorgangs
Antriebsimpulse einzeln in steigender Größenordnung der Effektivwert-Energie
zu, von geringer bis großer
Energie, oder in abnehmender Größenordnung
der Effektivwert-Energie, von großer bis geringer Energie, bestimmt,
ob sich der Rotor gedreht hat, und führt den Schnellbewegungsvorgang
mit einem Antriebsimpuls aus, der eine minimale Effektivwert-Energie hat, die
noch imstande ist, den Rotor zu drehen.
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Das
Verhindern eines fehlerhaften Zeigerantriebs ist wichtig, wenn ein
Hochgeschwindigkeits-Schnellbewegungsvorgang gestoppt wird, in dem
der Antriebsimpuls auf der Basis des Phänomens der durch Rückkopplung
induzierten Energie ausgegeben wird, die durch den Schnellbewegungsvorgang
entsteht. Die Antriebssteuereinheit leitet vorzugsweise am Ende
eines Schnellbewegungsvorgangs einen Hilfsimpuls einer ausreichend
großen Effektivwert-Energie
oder einen regenerativen Impuls zum Regenerieren von Energie, die
vom Rotor durch Rückkopplung
induziert wird, oder beide Impulse zum Einschränken der Bewegung des Rotors
zu.
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Indern
der Antriebssteuereinheit ermöglicht wird,
dem Antriebsimpuls am Ende des Schnellbewegungsvorgangs regelmäßig und
nicht in Übereinstimmung
mit dem erfassten Zeitpunkt zuzuleiten, wird der Rotor zuverlässig in
den normalen Zeigerantriebsvorgang zurückgestellt.
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Die
Rotordrehzahl wird allmählich
verlangsamt, indem der Antriebssteuereinheit ermöglicht wird, den Antriebsimpuls
einer großen
Effektivwert-Energie oder den Antriebsimpuls eine Vielzahl von Nebenimpulsen
am Ende des Schnellbewegungsvorgangs zuzuleiten. Wenn ein folgender
Antriebsimpuls nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit nach dem er fassten
Zeitpunkt zugeleitet wird, kann die Verzögerungszeit am Ende des Schnellbewegungsvorgangs
gesteuert werden, um die Rotordrehzahl zu verlangsamen.
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Das
Verfahren zum Zuleiten des Antriebsimpulses in Übereinstimmung mit dem erfassten
Zeitpunkt der ersten Spitze der durch Rückkopplung induzierten Energie,
die der Drehung des Rotors zugeordnet ist, ist für einen gegenläufigen Schnellbewegungsvorgang
(Gegenlauf) bevorzugt. Im Gegenlauf erfasst die Positionsdetektoreinheit
den zweiten Zeitpunkt für
die Gegendrehung auf der Basis der durch Rückkopplung induzierten Energie,
die der Drehung des Rotors zugeordnet ist, und die Antriebssteuereinheit
steuert den Ausgabezeitpunkt des Antriebsimpulses für die Gegendrehung
auf der Basis des erfassten zweiten Zeitpunkts, um mit dem Gegenlauf zu
beginnen. Die Antriebssteuereinheit kann einen Hilfsimpuls einer
geringen Effektivwert-Energie, dessen Polarität zu einem Antriebsimpuls für eine Gegendrehung
entgegengesetzt ist, vor dem Start der Gegendrehung zuleiten, so
dass der Rotor in eine gegenläufige
Richtung gedreht werden kann.
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Da
die Rotorposition durch Ermitteln des Zeitpunkts der Spitze bekannt
ist, kann der Stoppzeitpunkt, der der abfallenden Flanke des Antriebsimpulses
entspricht, gesteuert werden, nachdem bestätigt wurde, dass sich der Rotor
gedreht hat. Insbesondere wird der Rotor, indem der Antriebssteuereinheit
ermöglicht
wird, den Antriebsimpuls auf der Basis des von der Positionsdetektoreinheit
erfassten Zeitpunkts zu stoppen, noch zuverlässiger gedreht, und das Auftreten
zum Beispiel einer Gegendrehung wird effizient ausgeschlossen. Diese
Anordnung ermöglicht
einen Hochgeschwindigkeits- und zuverlässigen Schnellbewegungsvorgang.
Selbst wenn die Versorgungsspannung variiert oder das Lastmoment
des Rotors variiert, wird der Antriebsimpuls einer ausreichenden
Effektivwert-Energie, bei dem diese Variationen ausgeglichen sind,
automatisch zu dem Schritt motor geleitet. Somit wird ein Schnellbewegungsvorgang
zuverlässig
ausgeführt.
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Zum
Ermitteln des Zeitpunkts der Spitze während der Zuleitung des Antriebsimpulses
leitet die Antriebssteuereinheit von der Antriebseinheit den Antriebsimpuls,
der aus eine Vielzahl von Nebenimpulsen besteht, am Ende eines Schnellbewegungsvorgangs
zu, so dass die Positionsdetektoreinheit eine durch Rückkopplung
induzierte Energie erfasst, die der Drehung des Rotors zugeordnet
ist, wenn die Nebenimpulse bei einem geringen Pegel sind.
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Durch
Anordnen einer Detektionsspule unabhängig von der Antriebsspule
wird die erste Spitze der durch Rückkopplung induzierten Energie
effizient in der Mitte der Zuleitung des Antriebsimpulses erfasst
und der Antriebsimpuls wird in Übereinstimmung
mit der Erfassung der Spitze gestoppt. Da der Antriebsimpuls nach
dem erfassten Zeitpunkt gestoppt wird, wird der Effekt der Ausgleichströme und des
Störrauschens
während
der Erfassung minimiert und somit ein zuverlässiger Schnellbewegungsvorgang
ausgeführt.
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Die
Positionsdetektoreinheit stellt eine vorbestimmte Zeitdauer nach
dem Ausgabezeitpunkt eines unmittelbar vorangehenden Antriebsimpulses
als Totzeit (Maskenzeit) ein, in der eine durch Rückkopplung
induzierte Energie, die der Drehung des Rotors zugeordnet ist, nicht
erfasst wird, und die Verwendung der Maskenzeit verhindert, dass
ein Rauschen oder dergleichen den Antriebsimpuls zeitweilig außer Kraft
setzt.
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Die
Antriebssteuereinheit stellt den Zeitpunkt zum Stoppen des Antriebsimpulses
nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit ein, wenn von der Positionsdetektoreinheit
kein erfasster Zeitpunkt bereitgestellt wird, und somit wird der
Schnellbewegungsvorgang kontinuierlich ausgeführt.
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Die
Effektivwert-Energie des Antriebsimpulses kann durch Verlängern der
Verzögerungszeit zwischen
dem erfassten Zeitpunkt und dem Stoppen des Antriebsimpulses am
Ende des Schnellbewegungsvorgangs erhöht werden, und die Drehung
des Rotors wird somit eingeschränkt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm, das ein Zeitsteuerungsgerät zeigt, das den Schrittmotor
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält.
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2 ist
eine Querschnittsansicht, die die Spule des Schrittmotors von 1 zeigt.
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3 zeigt
schematisch Spannungsvariationen in einer Antriebsspule und einer
Detektionsspule des Schrittmotors von 1.
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4 zeigt
schematisch Variationen in Strömen,
die in einem Einkörperstatur
und einem Zweikörperstator
durch Rückkopplung
induziert werden.
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5 ist
ein Zeitablaufdiagramm, das den Verlauf eines Schnellbewegungsvorgangs
zeigt, der in dem Zeitsteuerungsgerät ausgeführt wird, das in 1 dargestellt
ist.
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6 ist
ein Zeitablaufdiagramm, das den Prozess für den Start des Schnellbewegungsvorgangs
zeigt, der in dem Zeitsteuerungsgerät ausgeführt wird, das in 1 dargestellt
ist.
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7 ist
ein Flussdiagramm, das den Prozess für den Start des Schnellbewegungsvorgangs zeigt,
der in dem Zeitsteuerungsgerät
ausgeführt wird,
das in 1 dargestellt ist.
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8 ist
ein Zeitablaufdiagramm, das den Prozess für das Ende eines Schnellbewegungsvorgangs
zeigt, der in dem Zeitsteuerungsgerät ausgeführt wird, das in 1 dargestellt
ist.
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9 zeigt
schematisch die Spannungsvariationen in der Antriebsspule und der
Detektionsspule in dem Prozess zum Steuern des Stoppzeitpunktes eines
Antriebsimpulses in Übereinstimmung
mit einem erfassten Zeitpunkt in dem Zeitsteuerungsgerät, das in 1 dargestellt
ist.
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10 ist
ein Zeitablaufdiagramm, das den Prozess zum Steuern des Stoppzeitpunktes
eines Antriebsimpulses in Übereinstimmung
mit dem erfassten Zeitpunkt in dem Zeitsteuerungsgerät zeigt, das
in 1 dargestellt ist.
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11 zeigt
schematisch einen Rotor, der in einem Stator dreht.
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12 zeigt
schematisch die Stromvariation, die in der Antriebsspule stattfindet,
wenn der Rotor wie in 11 dargestellt dreht, und die
Variation in dem durch Rückkopplung
induzierten Strom, die gemeinsam damit stattfindet.
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Beste Ausführungsform
der Erfindung
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung nun
ausführlicher
besprochen. 1 zeigt ein Beispiel eines Zeitsteuerungsgeräts, wie
einer Armbanduhr, das einen Schrittmotor enthält. Das Zeitsteuerungsgerät 1 enthält einen
Schrittmotor 10, eine Steuereinheit 20 zum Antreiben
des Schrittmotors 10, ein Räderwerk 50 zum Übertragen
der Bewegung des Schrittmotors 10, und einen Sekundenzeiger 61,
einen Minutenzeiger 62 und einen Stundenzeiger 63,
die alle von dem Räderwerk 50 angetrieben
werden. Der Schrittmotor 10 enthält eine Antriebsspule 11,
die eine Magnetkraft als Reaktion auf einen Antriebsimpuls erzeugt, der von
der Steuereinheit 20 zugeleitet wird, einen Stator 12,
der durch die Antriebsspule 11 erregt wird, und einen Rotor 13,
der von dem Magnetfeld angetrieben wird, das in dem Stator 12 erzeugt
wird, und ist ein PM (Permanentmagnetdreh-) Schrittmotor 10,
in dem der Rotor 13 aus scheibenförmigen Zweipol-Permanentmagneten
konstruiert ist. Der Stator 12 ist mit magnetisch gesättigten
Abschnitten 17 versehen, so dass verschiedene Magnetpole
in Phasen (Polen) 15 und 16 um den Rotor 13 als
Reaktion auf die Magnetkraft erzeugt werden, die von der Antriebsspule 11 erzeugt
wird. Zur Steuerung der Drehrichtung des Rotors 13 ist
eine innere Kerbe 18 in dem inneren Umfang des Stators 12 an
einer geeigneten Position gebildet, um ein Versatzmoment zu erzeugen,
um den Rotor 13 an seiner angemessenen Position zu stoppen.
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Die
Drehbewegung des Rotors 13 in dem Schrittmotor 10 wird
mit Hilfe des Räderwerks 50, das
mit dem Rotor 13 über
Ritzel gekoppelt ist und aus dem fünften Rad und Ritzel 51,
vierten Rad und Ritzel 52, dritten Rad und Ritzel 53,
mittleren Rad und Ritzel 54, einem Minutenrad 55 und
einem Stundenrad 56 besteht, zu jedem Zeiger übertragen.
Dem Sekundenzeiger 61 ist mit der Welle des vierten Rades
und Ritzels 54 verbunden, der Minutenzeiger 62 ist
mit dem mittleren Rad und Ritzel 52 verbunden, und der
Stundenzeiger 63 ist mit dem Stundenrad 56 verbunden
und die Zeit wird von jedem Zeiger im Schritt mit der Drehung des
Rotors 13 angezeigt. Ein Übertragungssystem (nicht dargestellt)
zur Anzeige des Jahrs, des Monats und des Tages kann wahlweise mit
dem Räderwerk 50 verbunden
sein.
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In
dem Zeitsteuerungsgerät 1 wird
zur Anzeige der Zeit durch die Drehung des Schrittmotors 10 ein
Signal einer Referenzfrequenz (zeitlich) gezählt, so dass ein erhaltener
Antriebsimpuls regelmäßig dem
Schrittmotor 10 zugeleitet wird. Die Steuereinheit 20 zur
Steuerung des Schrittmotors 10 enthält eine Impulsbildungsschaltung 22,
die einen Referenzimpuls mit einer Referenzfrequenz und Impulssignale
mit verschiedenen Impulsbreiten und Zeitpunkten unter Verwendung
eines Referenzoszillators, wie eines Kristalloszillators 21,
erzeugt, eine Steuerschaltung 25 zur Steuerung des Schrittmotors 10 auf der
Basis einer Reihe von Impulssignalen, die durch die Impulsbildungsschaltung 22 zugeleitet
werden, und eine Detektorschaltung 75 zum Erfassen der Drehung
des Rotors.
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Die
Steuerschaltung 25 hat die Funktion, einen Antriebsimpuls
P1 mit einer Frequenz von 1 Hz zu der Antriebsspule 11 über eine
Antriebsschaltung zum Antreiben des Rotors 13 in dem Schrittmotor 10 für einen
normalen Zeigerantrieb zuzuleiten, die Funktion, einen Hilfsimpuls
P2 einer Effektivwert-Energie auszugeben, die größer als jene des Antriebsimpulses
ist, wenn der Antriebsrotor 13 nicht dreht, die Funktion,
einen regenerativen Impuls Pr zum Regenerieren der Energie des Rotors
nach dem Hilfsimpuls auszugeben, die Funktion, einen entmagnetisierenden
Impuls PE zum Entmagnetisieren auszugeben, der sich in seiner Polarität von dem
Hilfsimpuls P2 unterscheidet, und die Funktion, die Effektivwert-Energie
des Antriebsimpulses einzustellen. Die Steuerschaltung 25 hat
eine weitere Funktion, einen Antriebsimpuls PW für einen Schnellbewegungsvorgang
zuzuleiten, in dem der Rotor 13 bei einer höheren als
der. normalen Geschwindigkeit des Uhrzeigerantriebs angetrieben
wird. Die Steuerschaltung 25 hat auch die Funktion, den
Rotor 13 bei einer hohen Geschwindigkeit in die Richtung
entgegengesetzt zu der normalen Drehrichtung unter Verwendung des Antriebsimpulses
PW anzutreiben. Der Antriebsimpuls PW wird zu einem Zeitpunkt ausgegeben,
der von der Detektionsschaltung 75 erfasst wird.
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Die
Antriebsschaltung 30, die eine Reihe von Antriebsimpulsen
zu dem Schrittmotor 10 auf der Basis von Steuersignalen ϕo1
und ϕo2 von der Steuerschaltung 25 zuleitet, enthält eine
Brückenschaltung, die
aus einem n-Kanal-MOS-Transistor 33a und einem p-Kanal-MOS-Transistor 32a in
Serienverbindung, und einem n-Kanal-MOS-Transistor 33b und einem
p-Kanal-MOS-Transistor 32b in
Serienverbindung besteht, und durch diese Komponenten wird Energie
gesteuert, die eine Energieversorgung 41 zu der Antriebsspule 11 in
dem Schrittmotor 10 leitet.
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Ein
Spulenabschnitt 19 des Schrittmotors 10 dieses
Beispiels hat eine Detektionsspule 71, die gemeinsam mit
der Antriebsspule 11 gewickelt ist, und die Detektionsspule 71 ist
an eine Zerhackerschaltung 72 angeschlossen. Die Zerhackerschaltung 72 besteht
aus parallel verbundenen p-Kanal-MOS-Transistoren 73a und 73b und
verstärkt
die Spannungen, die in der Detektionsspule 71 als Reaktion
auf Zerhackerimpulse durch Rückkopplung
induziert werden, die in Form von Steuersignalen ϕt1 und ϕt2
von dem Zerhacker 77 der Detektionsschaltung 75 zugeleitet
werden. Die durch Rückkopplung
induzierte, durch den Zerhacker verstärkten Spannungen werden der
Detektionsschaltung 75 als Signale ϕk1 und ϕk2
zugeleitet, und einer Pegelbestimmung durch die Detektionsinverter 76a und 76b unterzogen,
und ein Positionsdetektor 78 bestimmt die Position des
Rotors auf der Basis des Ergebnisses der Pegelbestimmung.
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Das
Zeitsteuerungsgerät 1 dieses
Beispiels enthält
einen Generator 40 zum Laden der Energieversorgung 41 und
eine Spannungserhöhungsschaltung 49,
die den Spannungsausgang von der Energieversorgung 41 erhöht und diesen
zu der Antriebsschaltung 30 in der Steuereinheit 20 leitet.
Die Spannungserhöhungsschaltung 49 in
diesem Beispiel verwendet eine Vielzahl von Kondensatoren 49a, 49b und 49c zum
stufenweisen Erhöhen
oder Senken der Spannung, und ein Steuersignal ϕ11 von
der Steuerschaltung 25 in der Steuereinheit 20 stellt
die Spannung ein, die der Antriebsschaltung 30 zugeführt wird.
Die Ausgangsspannung der Spannungserhöhungsschaltung 49 wird
auch zu der Antriebssteuerschaltung 25 als Überwachungssignal ϕ12
gesendet und dadurch wird die Ausgangsspannung überwacht. Nicht nur die Spannung
des Antriebsimpulses P1 für den
normalen Zeigerantriebsvorgang, sondern auch die Spannung des Antriebsimpulses
PW für
den Schnellbewegungsvorgang wird gesteuert. Da die Effektivwert-Energie
der Antriebsimpulse P1 und PW in der Impulsbreite und dem Spannungspegel
gesteuert ist, ist eine Feinsteuerung der Antriebsenergie möglich, und
der Antriebsimpuls mit einer Energie, die zum Drehen des Rotors 13 geeignet
ist, wird zur Energieeinsparung zugeleitet, während ein Hochgeschwindigkeits-
und zuverlässiger
Schnellbewegungsvorgang ausgeführt
wird.
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
des Spulenabschnitts 19, der in dem Schrittmotor 10 dieses Beispiels
verwendet wird. 2(a) ist eine Schnittansicht
des Spulenabschnitts 19 entlang seiner Längsrichtung,
und 2(b) ist eine Schnittansicht des Spulenabschnitts 19 entlang
einer Ebene senkrecht zu der Längsrichtung.
In dem Spulenabschnitt 19 dieses Beispiels ist die Detektionsspule 71 um
einen magnetischen Kern 19a gewickelt und die Antriebsspule 11 ist
um die Detektionsspule 71 gewickelt. Die innere Detektionsspule 71 ist
regelmäßig gewickelt, so
dass ihre Oberfläche
allgemein gleichförmig
und flach ist, und selbst wenn die zwei Spulen koaxial gewickelt
sind, kommt es zu keinem Abfall in der Leistung der Antriebsspule 11,
die außen
gewickelt ist. Es ist absolut akzeptabel, die Antriebsspule 11 im
Inneren zu wickeln, und selbst in diesem Fall ist die innere Antriebsspule 11 vorzugsweise
regelmäßig gewickelt,
so dass Schwankungen im Widerstand in der Detektionsspule, die außen gewickelt
ist, gesteuert werden, um die durch Rückkopplung induzierte Energie
zuverlässig
zu erfassen. Obwohl die Antriebsspule 11 und die Detektionsspule 71 voneinander
getrennt sind während
aber die Antriebsspule 11 und die Detektionsspule 71 koaxial
gewickelt sind, wird Raum für
die Spulen gespart, und der Schrittmotor 10 wird kompakt.
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3 zeigt
eine Spannung, die in der Detektionsspule 71 als Reaktion
auf dem Antriebsimpuls PW, der an die Detektionsspule 11 angelegt
wird, durch Rückkopplung
induziert wird. Obwohl eine Störspitze
S gemeinsam mit Variationen in dem Antriebsimpuls PW in der Detektionsspule 71 auftritt, werden
keine Ausgleichströme,
wie der in 11 dargestellte, erzeugt, und
eine erste Spitze PP1 der durch Rückkopplung induzierten Energie
derselben Polarität
wie der Antriebsimpuls PW erscheint in einem einfach zu erfassenden
Zustand. In einem Antriebsverfahren kann die erste Spitze PP1 durch
jedes Mittel erfasst werden, und ein nächster Antriebsimpuls PW wird
in Übereinstimmung
mit dem Zeitpunkt (erfassten Zeitpunkt) erzeugt, und der Rotor 13 wird
bei hoher Geschwindigkeit in einem Schnellbewegungsvorgang gedreht.
Unter Berücksichtigung, dass
dieses Antriebsverfahren ermöglicht,
dass der Antriebsimpuls PW zum erfassten Zeitpunkt DT der ersten
Spitze zugeleitet wird, wird dieses Verfahren in der Folge als selbsterregender
Antriebsmodus bezeichnet, um Gegensatz zu einem Modus (regulären Antriebsmodus),
in dem der Antriebsimpuls PW regelmäßig auf der Basis einer vorbestimmten
Frequenz (Periode) zugeleitet wird.
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Es
ist auch möglich,
die erste Spitze der Energie zu erfassen, die in der Antriebsspule
und nicht in der Detektionsspule durch Rückkopplung induziert wird.
In einem solchen Fall wird es wichtig, die Breite des Antriebsimpulses
PW zu verschmälern
oder eine geeignete Totzeit einzustellen, um die Wirkung der Ausgleichströme TW zu
vermeiden, wie später
beschrieben wird. Gemäß der vorliegenden
Erfindung jedoch ist die Detektionsspule von der Antriebsspule getrennt.
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Im
selbsterregenden Antriebsmodus wird durch Erfassen der durch Rückkopplung
induzierten Energie, die durch die Drehung des Rotors 13 in Form
von Strom oder Spannung erregt wird, und durch Erfassen der ersten
Spitze PP1 zu einem späteren
Zeitpunkt, die leicht vom Antriebsimpuls zu trennen ist und dieselbe
Polarität
wie der Antriebsimpuls hat, aus den ersten Spitzen der durch Rückkopplung
induzierten Energie, die Position des Rotors 13 früher als
die zweite Spitze der durch Rückkopplung
induzierten Energie erfasst, die bei der Erfassung der Drehung des
herkömmlichen
Schrittmotors verwendet wird. Aus diesem Grund liegt der Ausgabezeitpunkt
der Zuleitung des Antriebsimpulses früher und der Schnellbewegungsvorgang
wird bei einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt. Da die erste Spitze, die
als erste nach der Zuleitung des Antriebsimpulses PW erscheint,
als erfasster Zeitpunkt DW verwendet wird, und da der Zeitpunkt
der Zuleitung des Antriebsimpulses auf der Basis des erfassten Zeitpunkts
DT bestimmt wird, wird die Zeit, die zum Erfassen der Position des
Rotors notwendig ist, garantiert, während die Zeit, die zum Ermitteln
des erfassten Zeitpunkts notwendig ist, minimiert wird. Mit einer
minimalen Zeitdauer wird die Position des Rotors 13 überprüft, während der
Antriebsimpuls PW ausgegeben wird, und ein Hochgeschwindigkeits- und
zuverlässiger
Schnellbewegungsvorgang ist möglich.
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Da
die Erfassung der ersten Spitze PP1 anzeigt, dass der Rotor 13 seine
stabile Position erreicht hat, wie bereits unter Bezugnahme auf 11 und 12 beschrieben
wurde, wird der Uhrzeigerantrieb zuverlässig ausgeführt. Es ist möglich, einen nächsten Antriebsimpuls
zu dem Zeitpunkt in Übereinstimmung
mit der Richtung des Rotors 13 zuzuleiten, da der Antriebsimpuls
PW ausgegeben wird, während
die Position des Rotors 13 überprüft wird, und die Effektivwert-Energie
des Antriebsimpulses wird gesenkt. Da die Impulsbreite PW des Antriebsimpulses
dadurch verschmälert
wird, wird die Trennung der ersten Spitze PP1 von dem Antriebsimpuls erleichtert,
und ein noch zuverlässiger
und Hochgeschwindigkeits-Schnellbewegungsvorgang ausgeführt.
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Zum
Erfassen der ersten Spitze PP1 derselben Polarität, kann die Polarität der durch
Rückkopplung
induzierten Energie erfasst werden, oder ein Punkt, an dem die durch
Rückkopplung
induzierte Energie auf Null fällt
(Nulldurchgang) kann erfasst werden. Wenn die Wirkung eines externen
Magnetfeldes oder Variationen im erfassten Pegel auftreten, liegt
der erfasste Zeitpunkt des Nulldurchgangs eher früher als
der Zeitpunkt, zu dem die durch Rückkopplung induzierte Spannung
tatsächlich
Null wird. Der Zeitpunkt des nächsten
Antriebsimpulses kann den Rotor 13 in die Gegenrichtung
drehen, die sich von der erwarteten Drehrichtung des Rotors 13 unterscheidet.
In dem Zeitsteuerungsgerät 1 dieses
Beispiels wird die durch Rückkopplung
induzierte Spannung, die durch die Zerhackerschaltung 72 in Übereinstimmung
mit einem Zerhackerimpuls derselben Polarität wie jener des unmittelbar
vorangehenden Antriebsimpulses PW verstärkt wird, mit den Schwellwerten
der Inverter 76a und 76b in der Detektorschaltung 75 verglichen.
Durch einen Vergleich der durch Rückkopplung induzierten Spannung
mit einem bestimmten Pegel (einem Spannungspegel oder einem Strompegel)
für die
Detektion, werden Variationen im Detektionspegel zuverlässig verhindert,
und die Positionsbestimmung, die die Position des Rotors 13 wiedergibt,
wird somit ausgeführt.
Da die durch Rückkopplung
induzierte Spannung, die der Drehung des Rotors 13 zugeordnet
ist, größer als
eine zusätzliche Spannung
eingestellt ist, die einem externen Magnetfeld zugeordnet ist, wird
die Wirkung des externen Magnetfeldes eliminiert. Der Detektionspegel
zur Bestimmung der durch Rückkopplung
induzierten Spannung (entsprechend dem Schwellenwert des Inverters)
wird nach Bedarf modifiziert oder gesteuert. Die Verwendung der
Pegelerfassung ermöglicht,
dass die Position des Rotors 13 genau und zuverlässig erfasst
wird. Durch Verwendung eines Komparators anstelle des Inverters
kann der Pegel der durch Rückkopplung
induzierten Spannung bestimmt werden, aber die Verwendung des Inverters
bietet eine geringere Komponentenanzahl von Schaltelementen. Die
Steuereinheit 20, die die Detektorschaltung 75 enthält, wird
bei geringen Kosten hergestellt, während ihr Energieverbrauch
gleichzeitig verringert wird.
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Unter
Bezugnahme auf 4 ist in dem Einkörperstator
mit den magnetisch gesättigten
Abschnitten 17, wie dem Stator 12 in diesem Beispiel, die
durch Rückkopplung
induzierte Spannung nicht in einer regelmäßigen Sinuswelle geformt, und
ihre Spannungsänderung
von einer Spitze PM1 in der entgegengesetzten Polarität zu einer
Spitze PP1 in derselben Polarität
ist gering. Das Erfassen des Nulldurchgangspunkts X1 in dem Einkörperstator
ist nicht so leicht wie in dem Zweikörperstator. Da ein bestimmter
Spannungspegel in diesem Beispiel erfasst wird, wird die erste Spitze
PP1 zuverlässig
aufgenommen.
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Ein
anderes Merkmal der durch Rückkopplung
induzierten Spannung als die erste Spitze PP1 kann auch aufgenommen
werden, um die Position des Rotors 13 zu erfassen, und
der Antriebsimpuls wird zu einem geeigneten Zeitpunkt in Übereinstimmung
mit dem Erfassungsergebnis zugeleitet.
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[Selbsterregender Antrieb
in der Mitte des Schnellbewegungsvorgangs]
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5 ist
ein Zeitablaufdiagramm, das ein Beispiel des Schnelllaufmodus zeigt,
der im selbsterregenden Modus ausgeführt wird. Zum Zeitpunkt t1 wird
ein Steuersignal ϕ01 zum Zuleiten des Antriebsimpulses
PW mit einer Impulsbreite W0 ausgegeben. Wenn der Antriebsimpuls
PW zum Zeitpunkt t2 endet (Übergang
von seinem hohen Pegel zu seinem niederen Pegel), erscheint eine
Störspitze
S, ein Hochfrequenzrauschen, in einem Signal ϕk1 in der Detektionsspule 71.
Der Zerhackerimpuls zur Zerhackerverstärkung der Spannung, die in
der Detektionsspule durch Rückkopplung
induziert wird, wird kontinuierlich vom Zeitpunkt t1, zu dem der
Antriebsimpuls Pw beginnt, bis zum Zeitpunkt t3, einer Maskenzeit τ0 nach dem
Zeitpunkt t1, zugeleitet. Die Störspitze
S ist nicht durch den Zerhacker verstärkt und kann den Detektionspegel
(die Schwellenwerte der Inverter 26) nicht erreichen. Da
eine vorbestimmte Zeit vom Ausgabezeitpunkt des unmittelbar vorangehenden
Antriebsimpulses als Totzeit (Maskenzeit) τ eingestellt ist, in der die
durch Rückkopplung
induzierte Energie, die der Drehung des Rotors zugeordnet ist, nicht
erfasst wird, wird zur Maskierung des Signals, das von der Detektionsspule
zu der Positionsdetektoreinheit zugeleitet wird, die Wirkung des
Störrauschens
S, das sich aus dem Antriebsimpuls ergibt, beseitigt, und der Detektionszeitpunkt
zuverlässig
garantiert. Der Zeitpunkt, zu dem auf die Maskenzeit τ Bezug genommen
wird, ist nicht auf den Ausgabezeitpunkt begrenzt, und als Alternative
kann die Maskenzeit τ beim
Endzeitpunkt des Antriebsimpulses oder bei einem anderen Zeitpunkt
beginnen. Dasselbe gilt, wenn die Spannung, die in der Antriebsspule
durch Rückkopplung
induziert wird, erfasst wird, und in diesem Fall wird die Maskenzeit τ so eingestellt,
dass sie lange genug ist, um einen Ausgleichstrom nicht zu erfassen,
der dem Antriebsimpuls zugeordnet ist, so dass der Detektionszeitpunkt zuverlässig garantiert
werden kann.
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Wenn
der Zerhackerimpuls derselben Polarität wie jener des Antriebsimpulses
PW zum Zeitpunkt t3 zugeleitet wird, basierend auf einem Signal ϕt1,
erscheint ein Pegel, der sich aus der durch Rückkopplung induzierten Spannung,
die durch die Detektionsspule 71 verstärkt ist, ergibt, in einem Signal ϕk1. Wenn
das Signal ϕk1 einen Detektionpegel L zum Zeitpunkt t4
erreicht, wird dann zu diesem Zeitpunkt als erfasster Zeitpunkt
DT ein nächster
Zyklus zur Ausgabe eines folgenden Antriebsimpulses PW gestartet.
Wenn der erfasste Zeitpunkt DT ermittelt wird, endet der Zerhackerimpuls.
Zumindest eines von Zeitpunkt, Frequenz und Austastverhältnis des
Zerhackerzeitpunkts wird vorzugsweise auf der Basis der Impulsbreite
des zugeleiteten Antriebsimpulses und auf der Basis, ob die Detektionsspule
oder die Antriebsspule verwendet wird, ausgewählt und vorzugsweise so eingestellt,
dass die Wirkung des Ausgleichstroms und des Störrauschens, das dem Antriebsimpuls
zugeordnet ist, eliminiert wird, und dass der erfasste Zeitpunkt
zuverlässig
erhalten wird.
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Der
nächste
Antriebsimpuls PW entgegengesetzter Polarität wird auf der Basis eines
Signals ϕ02 zum Zeitpunkt t5 mit einer vorbestimmten Zeitverzögerung d0
nach dem erfassten Zeitpunkt ausgegeben. Auf diese Weise wird in
dem selbsterregenden Antriebsmodus der Ausgabezeitpunkt des Antriebsimpulses
PW durch den erfassten Zeitpunkt DT bestimmt. Die Verzögerungszeit
d0 wird abhängig von
der Tätigkeit
des Rotors 13 eingestellt und eine geeignete Zeit kann
als Verzögerungszeit
d0 durch Simulation eingestellt werden, so dass die Richtung des
Rotors 13 zu einer nächsten
stabilen Position weist. Zum Zeitpunkt t6 nach der Maskenzeit τ0 von der
Ausgabe des nächsten
Antriebsimpulses PW, wird ein Zerhackerimpuls derselben Polarität wie jener
des Antriebsimpulses PW ausgegeben, und die durch Rückkopplung
induzierte Energie, die durch den Zerhackerimpuls verstärkt wurde,
erscheint in einem Signal ϕk2. Wenn der Pegel des Signals ϕk2 den
Detektionspegel L zum Zeitpunkt t7 erreicht, wird der erfasste Zeitpunkt
DT erhalten. In Übereinstimmung
mit dem erfassten Zeitpunkt DT (Zeitpunkt t7) wird ein nächster Zyklus
zum Zuleiten eines Antriebsimpulses zu einem nächsten Zeitpunkt gestartet.
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In
diesem Beispiel ist das Interval I1 von der Ausgabe des Antriebsimpulses
bis zum Ermitteln des erfassten Zeitpunkts DT im vorangehenden Zyklus länger als
das Intervall I2 im nächsten
Zyklus. Aus diesem Grund wird der Antriebsimpuls PW mit einer Impulsbreite
W1, die schmäler
als jene des vorangehenden Antriebsimpulses PW ist, zum Zeitpunkt
t8 zugeleitet, mit der Verzögerungszeit
d0 nach dem erfassten Zeitpunkt DT zum Zeitpunkt t7. Wenn die Periode
des Zeitpunkts DT, die von der Detektorschaltung 75 erfasst
wird, kürzer
wird, wird der Einfluss des Antriebsimpulses PW auf die Erfassung
der ersten Spitze PP1 eliminiert, indem der Antriebsimpuls PW mit
einer schmäleren
Impulsbreite W zugeleitet wird. Ferner wird durch Verschmälern der
Impulsbreite W die Maskenzeit τ verschmälert, und
der Schrittmotor wird bei einer hohen Geschwindigkeit angetrieben.
Wenn die Impulsbreite W verschmälert
wird, wird die Effektivwert-Energie des Antriebsimpulses PW verringert,
und der Schrittmotor wird somit automatisch so gesteuert, dass er
bei einer geeigneten Schnellbewegungsbetriebsgeschwindigkeit angetrieben
wird.
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Im
Gegensatz zu dem in 5 dargestellten Fall, hat die
Zuleitung des Antriebsimpulses mit einer breiten Impulsbreite nur
einen marginalen Einfluss auf die Erfassung der ersten Spitze, wenn
die Periode des erfassten Zeitpunkts DT jeden Zyklus länger wird,
und durch Erhöhen
der Effektivwert-Energie des Antriebsimpulses wird die Drehgeschwindigkeit des
Rotors 13 beschleunigt. Durch derartiges Steuern der Impulsbreite
W des Antriebsimpulses PW wird die Erfassung der elften Spitze garantiert,
während
eine automatische Steuerung ausgeführt wird, so dass der Schrittmotor
bei einer geeigneten Geschwindigkeit im Schnellbewegungsvorgang
angetrieben wird.
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Unter
Bezugnahme auf 5 liegt der Zeitpunkt, zu dem
die folgende durch Rückkopplung
induzierte Spannung erzeugt wird, früher, wenn die Impulsbreite
des Antriebsimpulses PW von WO bis W1 schmäler wird. Aus diesem Grund
wird die Maskenzeit von τ0
auf τ1 verkürzt, und
die Zerhackerverstärkung
wird zum Zeitpunkt t9 gestartet, der Maskenzeit τ1 nach dem Zeitpunkt t8, und
die erste Spitze, die zum Zeitpunkt t10 ausgegeben wird, wird zuverlässig zum
Ermitteln des erfassten Zeitpunkts DT aufgenommen.
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In
dem Zyklus, der zum Zeitpunkt t8 beginnt, wird das Intervall I3
vom Ausgang des Antriebsimpulses PW zum Zeit punkt t8 bis zur erfassten
Zeit DT schmäler.
In dem Zyklus, der zum Zeitpunkt t11 beginnt, wird der Antriebsimpuls
PW mit einer noch schmäleren
Impulsbreite W2 ausgegeben. Wenn der erfasste Zeitpunkt DT zum Zeitpunkt
t12 erhalten wird, wird der nächste
Zyklus nach einer verkürzten Verzögerungszeit
d1 gestartet, die in Übereinstimmung
mit der Impulsbreite W2 eingestellt ist, und der Antriebsimpuls
PW wird dann ausgegeben. Da jeder Zyklus zum Zuleiten eines Antriebsimpulses
PW auf diese Weise im selbsterregenden Antriebsmodus in diesem Beispiel
zeitlich variiert wird, wird die Verzögerungszeit d vorzugsweise
abhängig
von der Impulsbreite des Antriebsimpulses PW oder anderer Faktoren
gewählt,
so dass der nächste
Antriebsimpuls PW in Übereinstimmung
mit der Schwingungsrichtung (Vibrationsrichtung) des Rotors 13 zugeleitet wird.
Der nächste
Antriebsimpuls PW wird mit einer geeigneten Verzögerungszeit nach dem erfassten Zeitpunkt
zugeleitet, und die Schwingungsrichtung des Rotors und die Vorschubrichtung
(Antriebsrichtung) des Rotors sind so ausgerichtet, dass sich der Rotor
reibungslos dreht und die Energie, die dem Rotor 13 zugeführt wird,
gespart wird, und der Energieverbrauch im Schnellbewegungsvorgang
somit verringert wird.
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Es
werden mehrere Methoden zur Einstellung der Impulsbreite des Antriebsimpulses
PW in Betracht gezogen. Wenn der Antriebsimpuls PW so lange wie
das Intervall I1 oder I2 ist, dient er als Bremse gegen eine weitere
Drehung des Rotors 13 über
die stabile Position B. Die Impulsbreite des Antriebsimpulses PW
ist vorzugsweise kürzer
als das unmittelbar vorangehende Intervall I1. Zu diesem Zweck wird
in Betracht gezogen, dass die Impulsbreite W eines (i+n)-ten Antriebsimpulses
oder folgender Antriebsimpulse auf (Ii–i0) gesteuert wird, wobei
die vorbestimmte Zeit i0 für
ein Intervall Ii (i. Intervall) eingestellt ist, das gezählt wird.
Es wird auch in Betracht gezogen, dass I × α auf die Impulsbreite eines
nächsten
Antriebsimpulses eingestellt ist, wobei die geeignete Rate α mit (0<α<1) einge stellt ist. Es wird ferner in
Betracht gezogen, dass in einem anderen Steuerverfahren der Antriebsimpuls
stufenweise auf die kürzere
Impulsbreite Eins geschaltet wird, wenn das Intervall Ii kürzer wird,
wenn die Impulsbreiteen der Antriebsimpulse stufenweise gewählt werden.
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Da
das Zeitsteuerungsgerät 1 dieses
Beispiels den Generator 40 enthält, variiert die Versorgungsspannung,
die der Antriebsschaltung 30 zugeleitet wird. Selbst in
einer elektronischen Vorrichtung, die eine Primärbatterie verwendet, kann deren
Versorgungsspannung abhängig
vom Stromverbrauch variieren. Obwohl die Spannungserhöhungsschaltung 49 die
Variationen in der Spannung in einem solchen Fall steuern kann,
erfolgt ihre Spannungseinstellung stufenweise. Wenn die Versorgungsspannung
steigt, steigt die Effektivwert-Energie des Antriebsimpulses PW,
die Drehzahl des Rotors 13 wird erhöht, das Trennen der ersten
Spitze von dem Antriebsimpuls wird schwierig, und die Wirkung des Ausgleichstroms
und des Störrauschens
wird deutlich. Die Steuerschaltung 25 überwacht die Versorgungsspannung
der Energieversorgung und leitet einen Antriebsimpuls PW mit einer
schmalen Impulsbreite W zu, wenn die Versorgungsspannung steigt, um
zuverlässig
den erfassten Zeitpunkt DT zu erhalten. Wenn die Versorgungsspannung
der Energieversorgung fällt,
leitet die Steuerschaltung 25 vorzugsweise einen Antriebsimpuls
PW mit einer breiten Impulsbreite zu, um eine Effektivwert-Energie
zu garantieren und die Drehzahl des Rotors 13 zu erhöhen, so
dass eine ausreichend starke, durch Rückkopplung induzierte Spannung
erhalten wird. Die Steuerung der Impulsbreite ist vorteilhaft, um
die Schnellbewegungsbetriebsgeschwindigkeit konstant zu halten,
da der Antriebsimpuls mit der geringen Effektivwert-Energie, dessen
Impulsbreite schmal ist, zugeleitet wird, wenn die Versorgungsspannung steigt,
und der Antriebsimpuls mit der großen Effektivwert-Energie, dessen
Impulsbreite breit ist, zugeleitet wird, wenn die Versorgungsspannung
fällt.
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Die
Versorgungsspannung der Energieversorgung kann noch weiter fallen,
wodurch die Drehzahl des Rotors 13 verringert wird und
die durch Rückkopplung
induzierte Spannung gesenkt wird, die zu gering ist, um deren Pegel
erfassen zu können. Die
Steuerschaltung 25 geht zu einem regelmäßigen Antriebsmodus zum Zuleiten
des Antriebsimpulses PW bei einer unveränderlichen Periode über, wenn die
Spannung der Energieversorgung 41 extrem gering wird, und
leitet den Antriebsimpuls für
den Schnellbewegungsvorgang zu regelmäßigen Zeitpunkten zu, selbst
wenn kein erfasster Zeitpunkt erhalten wird, um den Schnellbewegungsvorgang
fortzusetzen.
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Insbesondere
kann im selbsterregenden Antrieb, in dem die erste Spitze PP1 durch
Bestimmen der Drehung oder Nicht-Drehung
des Rotors vor der Ausgabe eines nächsten Antriebsimpulses PW
erfasst wird, ein nächster
Zyklus zum Zuleiten des nächsten
Antriebsimpulses nicht begonnen werden, wenn der erfasste Zeitpunkt
nicht erhalten wird. Wenn kein erfasster Zeitpunkt von der Detektorschaltung 75 in
der Steuerschaltung dieses Beispiels erhalten wird, wird ein nächster Antriebsimpuls,
dessen Polarität
anders als jene des unmittelbar vorangehenden Antriebsimpulses PW
ist, nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit zugeleitet,
unter der Annahme, dass der Rotor 13 gedreht hat, und somit wird
die Schnellbewegungsbetriebsgeschwindigkeit aufrechterhalten.
-
Der
Prozess, der im Falle einer Störung
ausgeführt
wird, um den erfassten Zeitpunkt DT zu erhalten, ist nicht darauf
beschränkt,
und es ist annehmbar, dass ein Hilfsimpuls P2 mit ausreichend großer Effektivwert-Energie
und derselben Polarität
wie jene des unmittelbar vorangehenden Antriebsimpulses PW nach
dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit zugeleitet werden kann.
Mit dieser Anordnung wird der Rotor zuverlässig gedreht, und ein fehlerhafter Uhrzeigerantrieb wird
zuverlässig
ausgeschlossen. Als Alternative wird ein Magnetpolpositionsdetektionsverfahren
durchgeführt,
in dem ein Antriebsimpuls bei einem Pegel, der dem Rotor 13 eher
ein Schwingen als ein Drehen ermöglicht,
zugeleitet wird und die entsprechende durch Rückkopplung induzierte Spannung
erfasst wird, und nach der Prüfung der
Position des Rotors 13 wird ein Antriebsimpuls mit der
Polarität,
die mit der erfassten Position übereinstimmt,
zugeleitet, um den Schnellbewegungsvorgang fortzusetzen.
-
Als
Alternative wird die Bewegung des Rotors zu demselben Zeitpunkt
wie beim Zeigerantrieb normaler Geschwindigkeit aufgenommen, unter
der Annahme, dass kein Schnellbewegungsvorgang im selbsterregenden
Antriebsmodus ausgeführt
wird, wenn der erfasste Zeitpunkt DT nicht verfügbar ist. Insbesondere wird
die Drehung oder Nicht-Drehung des Rotors 13 durch Erfassen
einer zweiten Spitze PM2 oder PP2 der durch Rückkopplung induzierten Spannung
bestimmt, die der Bewegung des Rotors 13 zugeordnet ist.
Wenn der Rotor 13 nicht gedreht wird, leitet die Steuerschaltung 25 einen
Hilfsimpuls P2 mit einer ausreichend großen Effektivwert-Energie zu,
während
ein Antriebsimpuls einer stufenweise größeren Effektivwert-Energie
im Vergleich zu jener des unmittelbar vorangehenden Antriebsimpulses zugeleitet
wird, und auf diese Weise wird die Impulsbreitensteuerung für den normalen
Uhrzeigerantrieb im Schnellbewegungsvorgang ausgeführt. Wenn
der Antriebsimpuls mit der Effektivwert-Energie, die imstande ist,
den Rotor stabil anzutreiben, erhalten wird, kann der selbsterregende
Antriebsmodus zum Erfassen der ersten Spitze PP1 aufgerufen werden, um
die Schnellbewegungsbetriebsgeschwindigkeit zu erhöhen.
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[Start des Schnellbewegungsvorgangs]
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6 zeigt
ein Beispiel für
das Verfahren zum Starten des selbsterregenden Antriebsmodus. Zum
zuverlässigen
Erfassen der ersten Spitze PP1 der durch Rückkopplung induzierten Spannung
im selbsterregenden Antriebsmodus, ist der Wert der ersten Spitze
vorzugsweise groß.
Zu Beginn des Schnellbewegungsvorgangs (Anlaufzeit einschließlich des
ersten Antriebsimpulses zu Beginn des Antriebs und der folgenden
mehreren Impulse) ist die Drehzahl des Rotors 13 gering,
die durch Rückkopplung
induzierte Energie ist gering, und die erste Spitze ist nieder.
Die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Erfassung der ersten
Spitze ist daher eher gering. In diesem Beispiel erhöht die Spannungserhöhungsschaltung 49 die
Versorgungsspannung so, dass ein Antriebsimpuls PW mit einer hohen
Spannung V0, die höher
als eine Spannung V1 des folgenden Antriebsimpulses PW ist, zum
Zeitpunkt t21 ausgegeben wird, um den Rotor 13 zu beschleunigen. Eine
durch Rückkopplung
induzierte Spannung, die ausreichend hoch genug ist, um den Detektionspegel L
zu erreichen, wird zum Zeitpunkt t22 erhalten und der erfasste Zeitpunkt
DT wird somit erhalten. Der selbsterregende Antriebsmodus wird somit
ausgeführt,
wobei der Zeitpunkt t22 als Anfangspunkt für den nächsten Zyklus dient, und nach
einer geeigneten Verzögerungszeit
d wird der Antriebsimpuls PW der normalen Spannung V1 ausgegeben,
um den Schnellbewegungsvorgang fortzusetzen.
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Das
Verfahren zu Beginn des Schnellbewegungsvorgangs ist nicht darauf
beschränkt,
und es kann zum Beispiel der Detektionspegel L gesenkt werden, um
die durch Rückkopplung
induzierte Spannung zu Beginn des Schnellbewegungsvorgangs zu erfassen,
wobei berücksichtigt
wird, dass die durch Rückkopplung
induzierte Spannung zu Beginn des Schnellbewegungsvorgangs gering
ist. Die Steuerschaltung 25 kann den regelmäßigen Antriebsmodus
zum regelmäßigen Zuleiten
des Antriebsimpulses anstelle des selbsterregenden Antriebsmodus
wählen,
und kann zu dem selbsterregenden Antriebsmodus zu dem Moment übergehen,
wenn der Rotor 13 eine bestimmte Drehzahl erreicht.
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Um
einen fehlerhaften Uhrzeigerantrieb zu Beginn des Schnellbewegungsvorgangs
auszuschließen,
wird vorzugsweise auf die Effektivwert-Energie des Antriebsimpulses
P1 für
den normalen Zeigerantrieb Bezug genommen, der unmittelbar vor Beginn
des Schnellbewegungsvorgangs ausgeführt wurde, und ein Antriebsimpuls
PW mit einer Effektivwert-Energie, die gleich oder größer als
die Effektivwert-Energie des Antriebsimpulses P ist, wird vorzugsweise
zugeleitet, um den Rotor zuverlässig
zu drehen.
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Ein
Restmagnetfluss des unmittelbar vorangehenden Antriebsimpulses P1,
der im Stator 12 zu Beginn des Schnellbewegungsvorgangs
verbleibt, hindert den Rotor 13 an einer Erhöhung seiner
Drehzahl. Die Steuerschaltung 25 kann einen entmagnetisierenden
Impuls PE, dessen Polarität
jener des unmittelbar vorangehenden Antriebsimpulses P1 für die normale
Drehung entgegengesetzt ist, zu Beginn des Schnellbewegungsvorgangs
zuleiten, um den Stator 12 zu entmagnetisieren und somit
den Rotor 13 zu beschleunigen.
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Unter
Bezugnahme auf 7, wenn die Steuerschaltung 25 die
Funktion hat, eine Vielzahl von Antriebsimpulsen PW1–PWn mit
stufenweise zunehmenden Effektivwert-Energien im Sinne der Impulsbreite
oder dergleichen zuzuleiten, wählt
die Steuerschaltung 25 einen Antriebsimpuls PW minimaler
Effektivwert-Energie in Schritt ST1, leitet ihn in Schritt ST2 zu,
und erfasst die Position des Rotors 13 in Schritt ST3.
Wenn der Rotor 13 gedreht hat, startet die Steuerschaltung 25 den
Schnellbewegungsvorgang unter Annahme des Antriebsimpulses mit dieser
Effektivwert-Energie in Schritt ST4. Wenn andererseits der Rotor 13 nicht
dreht, wählt
die Steuerschaltung 25 einen Antriebsimpuls mit einer um
einen Grad höheren
Effektivwert-Energie in Schritt ST5 und leitet diesen zu. Diese
Schritte werden wiederholt, bis der Rotor 13 zu drehen
beginnt, und der Schnellbewegungsvorgang wird somit mit dem Antriebsimpuls mit
einer minimalen Effektivwert-Energie gestartet. Als Alternative
kann die Steuer schaltung 25 die Antriebsimpulse einzeln
in der Reihenfolge der Größe der Effektivwert-Energie,
von der großen
bis zur kleinen Energie, zuleiten, und ermittelt, wann der Rotor 13 mit
der Drehung aufhört,
und wählt
den Antriebsimpuls unmittelbar vor dem Drehungsstopp mit einer minimalen
Effektivwert-Energie, die noch imstande ist, den Rotor 13 zu
drehen, und leitet diesen zu.
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[Ende des Schnellbewegungsvorgangs]
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8 zeigt
ein Beispiel des Verfahrens zum Beenden des selbsterregenden Antriebsmodus,
in dem ein abschließender
Antriebsimpuls und mehrere Antriebsimpulse vor dem abschließenden Antriebsimpuls
am Ende des Schnellbewegungsvorgangs zugeleitet werden. Da der Schnellbewegungsvorgang
zum Einstellen des Zeitsteuerungsgeräts 1 auf die korrekte
Zeit in dem Zeitsteuerungsgerät 1 dieses Beispiels
verwendet wird, wird der Schnellbewegungsvorgang vorzugsweise innerhalb
eines vorbestimmten Zeitraums beendet. Insbesondere ist notwendig,
den Schrittmotor 10 ohne Freilauf am Ende des Schnellbewegungsvorgangs
zu stoppen und zu dem normalen Zeigerantrieb zu wechseln. In diesem Beispiel
leitet die Steuerschaltung 25 am Ende des Schnellbewegungsvorgangs
einen Hilfsimpuls P2 mit einer ausreichend großen Effektivwert-Energie zu und
des Weiteren einen regenerativen Impuls Pr zum Regenerieren der
durch Rückkupplung
induzierten Energie des Rotors 13, um den Rotor 13 einzuschränken. Davor
leitet die Steuerschaltung 25 einen Antriebsimpuls PW mit
einer großen
Effektivwert-Energie zu, der aus einer Vielzahl von Hilfsimpulse
P2 besteht, um die Drehzahl des Rotors 13 für ein sanftes
Stoppen zu verlangsamen. Die Kombination aus dem regenerativen Impuls
Pr und dem Antriebsimpuls PW kann den Schnellbewegungsvorgang beenden,
oder nur der regenerative Impuls Pr kann den Schnellbewegungsvorgang
beenden.
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Die
Steuerschaltung 25 dieses Beispiels gelangt in einen Ruhemodus,
sobald der erfasste Zeitpunkt DT zum Zeitpunkt t31 erhalten wird
und leitet einen kammförmigen
Antriebsimpuls PW mit einer großen
Effektivwert-Energie, der aus einer Vielzahl von Hilfsimpulsen PS
besteht, zum Zeitpunkt t32 nach einer geeigneten Verzögerungszeit
d3 zu. Dieser Antriebsimpuls schränkt den Rotor 13 länger ein, wobei
die Drehzahl des Rotors 13 allmählich verlangsamt wird, wodurch
eine Umgebung geschaffen wird, in der der Rotor 13 leicht
zu stoppen ist. Derselbe Prozess kann unter Verwendung eines Antriebsimpulses
großer
Breite mit einer großen
Effektivwert-Energie ausgeführt
werden.
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Zum
Zeitpunkt t33 wird nach einer geeigneten Maskenzeit τ die Zerhackerverstärkung ausgeführt, um
die durch Rückkopplung
induzierte Spannung zu erfassen, und der erfasste Zeitpunkt DT wird zum
Zeitpunkt t34 erhalten. In diesem Beispiel wird nach einer Verzögerungszeit
d4, die länger
als jene im vorangehenden Zyklus ist, der Antriebsimpuls PW zum
Stoppen zugeleitet, und der Zeitpunkt, zu dem der Rotor 13 schwingt,
weicht von dem Zeitpunkt ab, zu dem der Antriebsimpuls zugeleitet
wird, so dass die Drehenergie, die vom Rotor 13 gehalten
wird, verringert wird, um die Rotordrehzahl zu verlangsamen.
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Zum
Zeitpunkt t35, nach einer etwas längeren Verzögerungszeit d4, wird ein nächster Antriebsimpuls
PW zugeleitet, und die Zerhackerverstärkung wird zum Zeitpunkt t36
nach einer Maskenzeit τ gestartet,
um die durch Rückkopplung
induzierte Spannung zu erfassen. Zum Sperrschicht t37 erreicht die
durch Rückkopplung
induzierte Spannung den Detektionspegel L und der erfasste Zeitpunkt wird
erhalten, und zum Zeitpunkt t38 wird nach einer Verzögerungszeit
ein Hilfsimpuls P2 zum endgültigen Stoppen
des Rotors 13 zugeleitet, und anschließend wird ein regenerativer
Impuls Pr zum Zeitpunkt t39 zugeleitet. Der Hilfsimpuls P2 hat eine
Effektivwert-Energie mit sehr breiter Impulsbreite, die stark genug
ist, um den Rotor 13 zu einem nächsten Schrittwinkel zu drehen
und seinen Schrittwinkel zu halten. Durch anschließendes Zuleiten
des regenerativen Impulses Pr wird die Energie zum Schwingen des
Rotors 13 regeneriert, um den Rotor 13 zu stabilisieren.
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Wenn
der regenerative Impuls Pr zum Zeitpunkt t40 endet, wird der Rotor 13 an
einem ungefähren
vorbestimmten Schrittwinkel gestoppt und der Rotor 13 wird
durch einen 1 Hz Standardimpuls kontinuierlich angetrieben.
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Das
Verfahren zum Beenden des Schnellbewegungsvorgangs ist nicht darauf
beschränkt,
und wenn der Schnellbewegungsvorgang endet, wechselt die Steuerschaltung
vom selbsterregenden Antriebsmodus zu dem regelmäßigen Antriebsmodus, in dem
der Antriebsimpuls regelmäßig zugeleitet wird,
unabhängig
vom erfassten Zeitpunkt, und der Schnellbewegungsvorgang wird gestoppt,
nachdem der Rotor bei einer geeigneten Drehzahl in einem stabilisierten
Zustand gedreht wurde.
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Eine Übertragungsvorrichtung
mit einer geringen inversen Übertragungseffizienz
wird vorzugsweise als Pfad (Räderwerk)
zur Übertragung
der Rotorkraft des Schrittmotors auf eine angetriebene Einheit,
wie Zeiger, verwendet, so dass die Wirkung der Trägheit der
angetriebenen Einheit, die durch den Schrittmotor für die Uhrzeiger
und die Räderwerke angetrieben
wird, gesteuert ist. Die Technik der Übertragungsvorrichtung mit
einer geringen inversen Übertragungseffizienz
ist in der Japanischen Ungeprüften
Patentschrift Nr. 55-18925 und in der Japanischen Ungeprüften Patentschrift
Nr. 55-17275 offenbart.
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Der
selbsterregende Antriebsmodus wird zur Ausführung des Schnellbewegungsvorgangs
in Gegenrichtung (Gegenlauf) verwendet. Zum Starten des Gegenlaufs
stellt die Detektorschaltung 75 den zweiten erfassten Zeitpunkt,
zu dem mit der Drehung in Gegenrichtung begonnen werden kann, in Über einstimmung
mit der durch Rückkopplung
induzierten Spannung ein, und ein Antriebsimpuls zur Gegendrehung
wird zu diesem Zeitpunkt zugeleitet. Vor dem Beginn der Gegendrehung
leitet die Steuerschaltung in nützlicher
Weise einen Hilfsimpuls für
die Gegendrehung zu, dessen Polarität jener des ersten Antriebsimpulses
für die
Gegendrehung entgegengesetzt ist, und dessen Effektivwert-Energie
geringer ist, so dass eine reaktionäre Kraft dazu beiträgt, eine reibungslose
Drehung des Rotors 13 in die Gegenrichtung zu unterstützen.
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[Stoppsteuerung des Antriebsimpulses]
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9 und 10 zeigen
ein Beispiel, in dem die Impulsbreite des Antriebsimpulses PW durch
Erfassen der durch Rückkopplung
induzierten Spannung gesteuert wird. Da, wie zuvor beschrieben,
ein Erhalt des erfassten Zeitpunkts DT bestätigt, dass der Rotor 13 zu
einer vorbestimmten Position gedreht hat, wird die Steuerung des
Rotors 13 zuverlässig
durch Einstellen des Stoppzeitpunkts zum Stoppen des Antriebsimpulses
FW ausgeführt
(Übergang
von seinem hohen Pegel zu seinem niederen Pegel), nachdem der erfasste
Zeitpunkt DT erhalten wurde. Unter Bezugnahme auf 9 ist
ein Verhältnis
zwischen dem Antriebsimpuls PW, der in diesem Beispiel erhalten
wird, und der durch Rückkopplung induzierten
Spannung dargestellt. In diesem Beispiel wird der Antriebsimpuls
PW nach dem Erfassen der ersten Spitze PP1 nach dem Zuleiten des
Antriebsimpulses PW gestoppt. Da die Störspitze S beim Stoppen des
Antriebsimpulses PW nach der ersten Spitze PP1 erscheint, wird die
Wirkung der Störspitze
S gesteuert.
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10 zeigt
ein Beispiel für
den Prozess für den
selbsterregenden Antriebsmodus, einschließlich der Stoppsteuerung des
Antriebsimpulses. Wenn der Antriebsimpuls PW zum Zeitpunkt t51 ausgebeben wird,
wird der Zerhackerimpuls auf der Basis eines Steuersignals ϕt1
zum Zeitpunkt t52 nach einer geeigneten Maskenzeit τ5 ausgegeben.
Der Pegel der durch Rückkopplung
induzierten Spannung, verstärkt in Übereinstimmung
mit dem Zerhackerimpuls, erscheint in einem Signal ϕk1.
Die Maskenzeit τ5
wird auf einen geeigneten Zeitpunkt eingestellt, so dass das Störrauschen
und anderes Rauschen bei der Ausgabe des Antriebsimpulses PW nicht
aufgenommen wird. Wenn der Pegel der verstärkten, durch Rückkopplung
induzierten Spannung den Detektionspegel L zum Zeitpunkt t53 erreicht,
wird der erfasste Zeitpunkt DT erhalten. In diesem Beispiel ist die
Stoppzeit des Antriebsimpulses PW so eingestellt, dass sie mit dem
Moment übereinstimmt,
zu dem der erfasste Zeitpunkt DT erhalten wird, und der Antriebsimpuls
PW wird zum Zeitpunkt t53 gestoppt, und der nächste Zyklus zum Ausgeben eines
nächsten
Antriebsimpulses wird gleichzeitig begonnen. In diesem Beispiel
bestimmt der erfasste Zeitpunkt DT den Stoppzeitpunkt des Antriebsimpulses,
während gleichzeitig
der Ausgabezeitpunkt des nächsten
Antriebsimpulses bestimmt wird.
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Der
Zeitpunkt t54 wird nach einer geeigneten Verzögerungszeit d5 nach dem erfassten
Zeitpunkt DT als der Ausgabezeitpunkt des nächsten Antriebsimpulses PW
bestimmt, und der Antriebsimpuls PW wird ausgegeben. Wenn der erfasste
Zeitpunkt DT zum Zeitpunkt t55 auf dieselbe Weise wie zuvor als Reaktion
auf diesen Antriebsimpuls PW erhalten wird, wird dieser erfasste
Zeitpunkt DT als Stoppzeitpunkt bestimmt und der Antriebsimpuls
PW wird gestoppt. Der nächste
Zyklus wird auf dieselbe Weise ausgeführt, aber wenn die verstärkte, durch
Rückkopplung
induzierte Spannung aus irgendwelchen Gründen den Detektionspegel L
mit einer Verzögerung
in Bezug auf den Zeitpunkt t56 zu dem Moment, zu dem der Antriebsimpuls
ausgegeben wurde, erreicht, wird der erfasste Zeitpunkt DT zum Zeitpunkt t57
verschoben. Der Stoppzeitpunkt wird somit zum Zeitpunkt t57 verschoben
und der Antriebsimpuls PW wird in dieser Periode kontinuierlich
ausgegeben, und infolgedessen wird ein Antriebsimpuls PW mit einer
breiten Impulsbreite W ausgegeben.
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Im
selbsterregenden Antriebsmodus in diesem Beispiel wird der Ausgabezeitpunkt
des Antriebsimpulses PW auf der Basis des erfassten Zeitpunkts DT
bestimmt, und der Stoppzeitpunkt zum Stoppen des Antriebsimpulses
PW wird auch auf der. Basis des erfassten Zeitpunkts DT bestimmt.
Sowohl der Zeitpunkt als auch die Impulsbreite des Antriebsimpulses
PW werden in Übereinstimmung
mit dem Status des Rotors eingestellt, der Rotor 13 wird
zuverlässig
gedreht, und eine Gegendrehung oder dergleichen wird erfolgreich
ausgeschlossen. Diese Anordnung ermöglicht einen noch zuverlässigeren
Schnellbewegungsvorgang. Selbst wenn die Versorgungsspannung variiert
und selbst wenn das Lastmoment des Rotors variiert, wird ein Antriebsimpuls
mit einer ausreichenden Effektivwert-Energie, der diese Variationen
ausgleicht, automatisch dem Schrittmotor zugeführt, wodurch der Rotor in einer äußerst zuverlässigen Weise
angetrieben wird.
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Obwohl
dieses Beispiel die Detektionsspule 71 neben der Antriebsspule 11 in
der vorangehenden Besprechung verwendet, kann die Antriebsspule 11 verwendet
werden, um den erfassten Zeitpunkt während der Zuleitung des Antriebsimpulses
zu erhalten. Zu diesem Zweck kann die Steuerschaltung 25 einen Antriebsimpuls
zuleiten, der aus eine Vielzahl von Nebenimpulsen besteht, und die
durch Rückkopplung
induzierte Energie, die der Drehung des Rotors 13 zugeordnet
ist, kann während
eines Intervalls zwischen Nebenimpulsen erfasst werden, unter der
Bedingung, dass die Wirkung des Antriebsimpulses nicht oder marginal
vorhanden ist. Gemäß der Erfindung
jedoch ist die Detektionsspule von der Antriebsspule getrennt.
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Wenn
der erfasste Zeitpunkt aus irgendeinem Grund jedoch nicht verfügbar ist,
insbesondere, wenn der Antriebsimpuls PW zum Zeitpunkt t58 ausgegeben
wird, wird die durch Rückkopplung
induzierte Spannung durch den Zerhackerimpuls zum Zeitpunkt t59
nach einer Maskenzeit τ5
verstärkt,
aber die verstärkte,
durch Rückkopplung
induzierte Spannung erreicht den Detektionspegel L nicht, und in
einem solchen Fall wird der Antriebsimpuls gezwungen, zum Zeitpunkt
t60 zu dem Moment zu stoppen, zu dem eine maximale Impulsbreite
Wmax verstreicht. Ein nächster
Antriebsimpuls PW wird zum Zeitpunkt t61 ausgegeben, nachdem ein
geeignetes maximales Intervall Imax ab dem Zeitpunkt t58, zu dem
Moment, zu dem der Antriebsimpuls ausgegeben wurde, verstrichen
ist. Auf diese Weise stoppt die Steuerschaltung 25 den
Antriebsimpuls nach dem Verstreichen der vorbestimmten Zeit und
es wird mit dem nächsten
Zyklus begonnen und somit wird der Schnellbewegungsvorgang fortgesetzt.
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In
diesem selbsterregenden Antriebsmodus wird am Ende des Schnellbewegungsvorgangs
eine geeignete Verzögerungszeit
zwischen dem erfasste Zeitpunkt und dem Stopp des Antriebsimpulses
eingestellt, die eine Erweiterung der Impulsbreite des Antriebsimpulses
erzwingt und dadurch die Drehzahl des Rotors 13 allmählich verlangsamt.
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Wie
zuvor beschrieben, erfasst das Zeitsteuerungsgerät 1 in diesem Beispiel
die durch Rückkopplung
induzierte Spannung, die der Drehung des Rotors 13 zugeordnet
ist, um den Zeitpunkt (erfassten Zeitpunkt) einer anfänglichen
Spitze (ersten Spitze) zu erhalten, und steuert den Zeitpunkt zum
Ausgeben des folgenden Antriebsimpulses in Übereinstimmung mit dem erfassten
Zeitpunkt. Wie zuvor beschrieben, wird die Impulsbreite selbst des
Antriebsimpulses durch den erfassten Zeitpunkt gesteuert. Mit dieser
Anordnung wird der Rotor 13 zuverlässig gedreht, während der
Antriebsimpuls zu dem Zeitpunkt in Übereinstimmung mit der Drehzahl
des Rotors 13 zugleitet wird. Aus diesem Grund wird der Schnellbewegungsvorgang
mit einem geringen Energieverbrauch und bei einer stabilen hohen
Drehzahl ausgeführt.
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Die
Wellenformen des zuvor beschriebenen Antriebsimpulses PW, des Zerhackerimpulses
und des Hilfsimpulses P2 dienen nur dem Beispiel und sind in Übereinstimmung
mit den Eigenschaften des Schrittmotors 10 eingestellt,
der in dem Zeitsteuerungsgerät
verwendet wird. Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit
dem Zeitsteuerungsgerät
besprochen wurde, das einen bevorzugten Zweiphasen-Schrittmotor
verwendet, kann die vorliegende Erfindung bei einem Schrittmotor
mit drei Phasen oder mehr verwendet werden. Anstatt eine Steuerung
auszuführen,
die für
alle Phasen gemein ist, ist es möglich,
jeder Phase ihren entsprechenden Antriebsimpuls mit einer geeigneten
Impulsbreite zu einem geeigneten Zeitpunkt zuzuleiten. Das Antriebsverfahren
des Schrittmotors ist nicht auf eine 1-Phasen-Erregung beschränkt, und
kann eine 2-Phasen- oder 1-2-Phasenerregung sein. Die vorliegende
Erfindung ist nicht auf das Zeitsteuerungsgerät beschränkt, und kann bei einer Arbeitsschauuhr
und einer Multifunktionsuhr und anderen elektronischen Vorrichtungen
verwendet werden, die den Schrittmotor enthalten.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Wie
zuvor beschrieben, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung die erste Spitze der durch Rückkopplung induzierten Energie
erfasst, um die Position des Rotors zu bestimmen, und der nächste Antriebsimpuls
wird zu dem Zeitpunkt zugeleitet, der für die Position des Rotors geeignet
ist, ohne unnötige
Extrazeit aufzuwenden. Der Schrittmotor läuft im Schnellbewegungsvorgang
schnell, und somit wird eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt,
wie ein Zeitsteuerungsgerät,
die die Funktion einer automatischen Zeiteinstellung unter Verwendung
des Schrittmotors hat.