设置有发电机和用于调节该发电机的旋转频率的电路的钟表机芯的制作方法

1.本发明涉及设置有发电机和用于调节该发电机的旋转频率的电路的钟表机芯领域。
2.更具体地，本发明涉及一种钟表机芯，其包括发条盒、由至少一个发条盒驱动的模拟时间显示机构、和模拟显示机构的运行调节器模块。调节器模块包括连续旋转的发电机和用于调节该发电机——也就是说其转子——的角速度或等效的旋转频率的电路。更具体地，调节电路布置成能够调节转子的平均旋转频率，转子也由所述至少一个发条盒驱动并且运动学地连接到模拟显示机构，使得调节器模块能够调节其运行。另外，发电机旨在作为用于调节电路的供电电路的电能来源。


背景技术：

3.参考了文献ch 686 332的文献ep 935 177中描述了技术领域中所提及类型的钟表机芯。如该文献中所指出的，只要旨在驱动钟表机芯、即至少时间显示机构和发电机的发条盒具有与该钟表机芯(包括与其相关联的指示器)的正常工作范围相对应的上条率(winding rate)，发电机在没有制动的情况下就会旋转太快，也就是说其转子以大于设定速度的速度——或以等效方式，以大于设定频率的频率——自由旋转。调节电路与石英振荡器相关联，这允许以石英振荡器特有的精度确定设定频率。调节电路包括测量电路，该测量电路允许测量转子随时间的旋转，并因此检测发电机的平均旋转频率相对于由石英振荡器确定的设定频率的漂移。然后，调节电路被布置成当平均旋转频率的漂移大于给定的正值时能够通过暂时减小发电机的至少一个线圈的端子处的阻抗来产生转子的制动脉冲以便校正这种漂移。另外，调节电路被布置成能够检测由旋转的转子在所述至少一个线圈中产生的感应交流电压的过零，并产生在检测到该感应交流电压(以下称为“感应电压”)的过零之后分别触发的制动脉冲。
4.图1示出了这里考虑的类型的发电机的定子的两个端子处感应的电压的曲线图。正弦曲线2(部分以虚线表示)对应于当发电机的永磁转子基本上以设定的角速度旋转时在由至少一个线圈形成的定子的端子处感应的电压。数字信号4代表布置在定子的端子之间的开关的控制信号，状态“1”表示开关的闭合(接通)，其产生所述至少一个线圈的短路。每次短路都会导致定子的端子处的电压(由曲线6表示)基本上下降到零。开关的每次暂时闭合都会在发电机上产生一个制动脉冲，从而允许限制其转速，以便能够将其平均保持在设定的角速度。
5.从图1中可以看出，每个制动脉冲都在检测到感应电压过零时被快速触发，并且每个制动脉冲的持续时间都被安排为使得它在用于触发该制动脉冲的过零之后刚好在感应电压达到峰值之前结束。优选地，每个制动脉冲的持续时间都被安排为使得它在经整流的感应电压达到旨在用于由发电机再充电的供电电容(power supply capacity)的供电电压的值之前结束。因此，每个制动脉冲具有最大持续时间t1，其允许确保发电机在钟表机芯的
正常运行中可以实现其作为调节模块的电能来源的功能，并为此在感应电压信号的每个半周期中对供电电容进行再充电。因此，在感应电压信号过零后在感应电压信号的每个半周期中提供具有有限持续时间——例如至多是该信号的周期t0的六分之一(t1＝t0/6)——的单个制动脉冲。虽然可以以等于感应电压信号的频率两倍的频率向发电机施加制动脉冲，但是制动功率是有限的。这一事实的结果是钟表机芯的正常工作范围受到限制，因为必须限制连续施加至发电机的力矩，使得用于驱动该发电机的机械功率的有用部分(该有用部分在转子加速时可用)一直小于最大制动功率。由于钟表机芯通常设置有内部机械能量源，即它包括一个或多个发条盒，因此有限的制动功率导致有限的功率储备。


技术实现要素：

6.本发明的目的是通过提出一种上述类型的钟表机芯来克服上述问题，该机芯允许可以由发条盒提供的扭矩的更宽的操作范围并因此允许更大的功率储备。
7.为此，本发明涉及一种钟表机芯，该钟表机芯包括发条盒、模拟时间显示机构和用于调节模拟显示机构的运行的调节器模块，该调节器模块包括连续旋转的发电机和调节电路，发电机由具有被发条盒旋转的永磁体的转子形成并且包括形成定子的至少一个线圈，该定子连接到调节电路，该调节电路被布置成能够调节转子的平均旋转频率。然后，该钟表机芯包括连接到所述线圈并旨在为调节电路供电的供电电路，该供电电路包括用于对感应交流电压进行整流的整流器和在充电周期内由经由整流器感应的电压再充电的供电电容，在每个充电周期内所述感应电压达到峰值。另外，调节电路被布置成能够测量转子随时间的旋转，从而检测发电机的平均旋转频率相对于由与调节电路相关联的电子振荡器确定的设定频率的漂移，和/或旋转频率的变化，并且能够通过暂时减小所述至少一个线圈的端子处的阻抗来产生转子的制动脉冲，从而根据所述漂移和/或所述变化来制动转子以调节发电机的转速并因此调节模拟显示机构的操作。调节电路被布置成能够检测由旋转的转子在所述至少一个线圈中产生的感应交流电压的过零并产生第一制动脉冲，每个第一制动脉冲都在检测到感应电压的过零之后被触发，每个第一个制动脉冲的持续时间被安排为使得它在用于触发该第一制动脉冲的过零之后在感应交流电压达到峰值之前结束。根据本发明，调节电路被布置成能够进一步产生第二制动脉冲，每个第二制动脉冲在检测到供电电容的充电周期之一结束之后被触发，并且每个第二制动脉冲具有对于每个第二个制动脉冲被安排为在感应交流电压过零之前结束的持续时间。
8.在一优选变型中，每个第一制动脉冲都被设置成使得它在感应交流电压的绝对值达到旨在用于调节电路供电的供电电容的供电电压值之前结束。供电电容的充电周期是指对该供电电容直接再充电的周期和对结合在整流器中的额外电容再充电的周期两者，所述额外电容暂时储存发电机产生的电能，然后该电能特别是在感应电压的后半周期中被转移到供电电容。
9.归功于本发明的特征，发电机的制动功率可以借助于第二制动脉冲的产生来增大，而不会干扰发电机对供电电容的再充电，并且不会妨碍对感应电压信号过零的检测，从而允许对转子转数进行计数，以便能够确定发电机的几乎瞬时频率及其随时间的平均频率，从而能够在钟表机芯连续运转时经由对发电机转速的调节来确保当前时间的高精度指示。在一优选实施例中，本发明允许在由旋转的转子在该发电机的定子中感应的电压信号
的每个周期中产生两个第一制动脉冲和两个第二制动脉冲以制动发电机。
附图说明
10.下面将使用通过非限制性示例的方式给出的附图更详细地描述本发明，在附图中：
[0011]-已经描述过的图1示出了在钟表型发电机的定子的至少一个线圈中感应的电压和在通过经由所述至少一个线圈的短路的制动脉冲以根据现有技术的最大制动功率调节发电机的转速时在所述至少一个线圈的端子处的电压，每个制动脉冲都发生在感应电压信号的每个半周期的前半段内；
[0012]-图2示出了在钟表型发电机的定子的端子处感应的电压和以借助于经由形成定子的至少一个线圈的短路的制动脉冲而增大的制动功率根据本发明调节发电机的转速时这些端子之间的电压，每个制动脉冲都发生在感应电压信号的半周期的后半段内；
[0013]-图3示意性且部分地示出了根据本发明的钟表机芯的第一实施例。
具体实施方式
[0014]
参考图2和3，将描述根据本发明的钟表机芯12的第一实施例。一般而言，钟表机芯12包括发条盒14、被布置成能够驱动当前时间指示器(未示出)的模拟时间显示机构16、和用于调节模拟显示机构的运行的调节器模块，该调节器模块包括连续旋转的发电机18和调节电路20。发电机以已知的方式由被发条盒旋转的具有永磁体的转子和连接到调节电路的包括至少一个线圈的定子形成，所述调节电路被布置成能够调节转子的平均旋转频率。在图3所示的变型中，发电机包括一个或多个“晶片”型线圈(呈具有圆形轮廓或其它外部轮廓、例如梯形轮廓的扁平盘形状)。在多个线圈的情况下，所述线圈串联或并联连接，使得定子具有两个端子22和24。
[0015]
钟表机芯包括连接到定子并且旨在为调节电路供电的供电电路26。该供电电路包括：用于对通过转子在定子的线圈中旋转所产生的感应交流电压进行整流的“半波”整流器，该整流器由有源二极管/开关管30形成；和经由有源二极管通过感应电压充电的供电电容32。应注意，整流器可进一步包括升压器。因此，整流器在输入端处接收与定子的端子处的电压相对应的电压ub，并在输出端处向有源二极管提供与经整流的感应电压相对应的整流电压ug(在定子的端子之间不存在短路的情况下)。有源二极管30由晶体管34和比较器36形成，该比较器36的输出控制晶体管，该有源二极管通过构造布置成当输入电压ug大于输出电压ua加上预定阈值电压us(ug》ua us)时导通，因此，当有源二极管导通时，晶体管两端的电压降大于阈值电压。电压ua是由供电电容32提供的供电电压。阈值电压us例如具有介于10和20mv之间的值。该阈值电压是通过比较器34的非对称结构(已知技术)获得的。
[0016]
调节电路被布置成能够测量转子随时间的旋转，并因此检测发电机的平均旋转频率相对于由与调节电路相关联的电子振荡器确定的设定频率的漂移，和/或旋转频率的变化，并能够通过暂时减小定子的端子处的阻抗来产生转子的制动脉冲，从而根据所测量的漂移和/或检测到的变化来制动转子，以调节发电机18的转速，从而调节模拟显示机构16的操作。转子旋转的测量可以有利地以已知的方式通过检测定子端子处的感应电压信号2的过零来执行(见图2)。用于测量转子的旋转的电路和电子类型的振荡器(通常是石英振荡
器)是已知的并且在图3中没有示出。在所示的变型中，制动脉冲是借助于开关38产生的，该开关38布置在定子的端子22、24之间，该开关由控制单元40控制，该控制单元在不同的时间间隔期间闭合开关以便通过短路来产生制动脉冲。控制单元40是调节电路的一部分，并且它根据计划的调节方法特有的各种调节参数向开关38提供数字控制信号42。因此，特别是根据随着时间在转子的旋转中所检测的变化和/或所测量的漂移，控制电路40产生或多或少的制动脉冲。
[0017]
如上所述，本发明的目的是允许增大发电机的制动功率而不损害其为调节电路供电的功能并且不妨碍检测发电机的定子中的感应电压的过零，该检测可用于测量转子的旋转并且还可用于以已知方式产生第一制动脉冲，第一制动脉冲对应于产生第一制动脉冲的第一控制脉冲44，第一制动脉冲在检测到感应电压信号的过零之后被触发。
[0018]
当开关接通/导通时，图2中用曲线46表示的定子的端子处的电压ub基本上变为零，并且不再能测量感应电压。因此，每个第一控制脉冲44的持续时间t1被安排为使得由其产生的第一制动脉冲在用于触发该第一制动脉冲的过零之后在感应电压达到峰值之前结束，也就是说在感应电压信号2的半周期的前半段内结束。优选地，持续时间t1具有如下的最大值，即，该最大值确保每个第一制动脉冲在感应电压达到等于为调节电路的供电而提供的供电电压ua的值之前结束(见图2)，以允许实现供电电容的最佳充电周期(charging period)，即尽可能长。发电机对供电电容的再充电分别在定子输出端处的电压信号ub中和在整流器28的输出端的电压信号ug中产生基本平坦区域，其对应于其间有源二极管接通/导通的供电电容的充电周期。感应电压和整流感应电压在每个充电周期内分别达到峰值和最大值。
[0019]
根据本发明，调节电路20被布置成除了第一制动脉冲之外还能够通过暂时减小定子的端子处的阻抗来产生第二制动脉冲，第二制动脉冲与产生第二制动脉冲的第二控制脉冲50相对应，阻抗的减小是如同对于第一制动脉冲那样通过闭合开关38使这些端子短路而实现的。第二制动脉冲均发生在感应电压越过峰值之后，即感应电压信号的半周期的后半段中，并且均在感应电压根据该峰值过零之前结束。更具体地，设想每个第二制动脉冲都发生在供电电容32的充电周期结束之后，以便不限制该充电周期，从而不降低发电机对供电电容再充电的效率。为此，调节电路20包括允许检测其间有源二极管30接通/导通并且供电电容因此被再充电的充电周期、并且更具体地检测这些充电周期的结束的检测电路48。
[0020]
检测电路48向控制单元40提供指示有源二极管30的状态的数字检测信号sd，该控制单元40管理定子的端子处的阻抗，该控制单元被布置成只要信号sd具有指示充电周期之一结束的转变就能够通过第二控制脉冲50的上升沿触发第二制动脉冲。因此，产生第二制动脉冲的控制信号42的每个第二脉冲50的上升沿有利地几乎立即跟随在检测到其间供电电容被再充电的充电周期之一结束之后。
[0021]
检测电路48包括放大器和反相器52，该反相器52在输入端处接收被供应到有源二极管30的晶体管34的比较器36的输出信号。应注意，晶体管34以p型mos技术(pmos)制造。因此，当比较器的输出信号处于“低”状态时，该晶体管是导通的。当该比较器在其负极端子接收发电机的整流电压ug并在其正极端子接收供电电压ua的情况下，当ug》ua us时，其状态为“低”并且晶体管接通。因此，在发电机给电源32再充电的每个充电周期内，比较器36提供“低”信号，并且当该充电周期结束时，比较器的输出信号从“低”状态切换到“高”状态，并且
反相放大器52的输出端处的模拟信号54从“高”状态切换到“低”状态。检测电路48进一步包括布置在反相放大器之后的特别是“施密特触发器”类型的具有滞后的模拟-数字转换器56(a/d转换器)。该a/d转换器向控制单元40提供数字检测信号sd，从而允许控制单元40通过检测信号sd的值的变化来接收供电电容的每个充电周期结束的信息。
[0022]
在检测电路的所示变型中，当信号sd的值从值“1”切换到值“0”(信号sd中的下降沿)时，充电周期结束。因此，在放大器不与反相器关联的变型中，信号sd的值“0”和值“1”(上升沿)之间的转换指示充电周期结束的时刻。如上所述，只要控制单元检测到充电周期的结束时刻，并且如果此时调节方法需要第二制动脉冲，则控制单元产生第二控制脉冲50，其上升沿(控制脉冲由控制信号42的值“1”给出的情形)与检测到的充电周期的结束时刻几乎同时发生。每个第二控制脉冲50的持续时间t2被安排为使得产生的第二制动脉冲在感应电压达到零值之前结束，从而该第二制动脉冲在感应电压信号2的半周期的后半段内(见图2)。应指出，图2仅示出了定子中的感应电压2和发电机18的定子的端子处的电压ub的一个周期，以及在该周期内产生三个制动脉冲的三个控制脉冲，即两个第一制动脉冲和一个第二制动脉冲，该第二制动脉冲出现在感应电压的正半周期中，如具有“半波”整流器的上述第一实施例所允许的那样。
[0023]
应注意，在第一实施例的上下文中，只要在感应电压每次过零之后感应电压的符号是已知的，就可以增加出现在感应电压的负半周期中的制动脉冲的持续时间，从而通过第三制动脉冲显著增大制动功率，每个第三制动脉冲都在感应电压越过极负值的时刻之前开始，并在该时刻之后结束。第三制动脉冲的持续时间尤其大于感应电压的周期的四分之一。然而，根据所使用的技术和所提供的电子电路，发电机对电容进行再充电要求在感应电压的每个半周期内对该电容进行再充电。为此目的，设想了本发明的第二优选实施例(未示出)，其中布置了“全波”整流器，该整流器以已知方式由两个有源二极管形成，有利地是在正半周期内变为导通的一个有源pmos二极管和一个有源nmos二极管(其在感应电压的负半周期内导通)。在发电机的端子22与传输电压ua的供电电容的正极端子v
dd
之间也布置有pmos二极管(也在第一实施例中使用)。该pmos二极管与类似于图3所示的检测电路48相关联。nmos二极管布置在发电机的端子22与供电电容的负极端子v
ss
之间。该nmos二极管布置在整流器中，以便在ug小于负us(也就是说ug《-us)时接通。另外，在发电机的端子24与供电电容32的端子v
dd
之间布置有额外的电容器(其值通常略小于供电电容的一半)。该额外的电容器在pmos二极管导通的正半周期内充电并且在nmos二极管导通的负半周期内放电，感应电压的每个周期仅发生一次向供电电容的能量转移，但转移的能量大约等于第一实施例中转移的能量的两倍。设置了第二检测电路，其类似于与有源pmos二极管相关联的第一检测电路。该第二检测电路被布置成向控制单元提供检测信号，从而使其能够在感应电压的负半周期内检测供电电容的充电周期何时结束、也就是说有源nmos二极管何时从导通状态切换到非导通状态，从而允许在这些负半周期中也产生根据本发明的第二制动脉冲。
[0024]
应注意，本发明允许在施加到该发电机的转子的力矩的宽范围内调节发电机18的转速，该范围大致在用于钟表机芯的正常操作的扭矩到仍然允许通过根据本发明的调节模块调节显示机构16的操作的最大扭矩的范围内。当扭矩最小、也就是说理论上不需要制动脉冲来在稳定的情况下将发电机的旋转保持在设定速度时，实际上不再进行调节，使得实际上用于钟表机芯的正常运行的扭矩略大于这样的最小扭矩。在第二实施例中，当力矩最
大时，发电机转子的角速度的调节需要在感应电压的每个半周期中产生第一制动脉冲和第二制动脉冲，这些第一和第二制动脉冲各自都有相应的最大持续时间。在力矩的这两个极值之间，有数种可能的用于调节发电机的平均频率的选项。特别地，可以通过减少第一制动脉冲和/或第二制动脉冲的持续时间来开始。也可以通过周期性地消除/抑制第一制动脉冲和/或第二制动脉冲来开始。在其中当力矩从其最大值减小时单位时间的第二制动脉冲的数量首先逐渐减少的特定变型中，在特定时刻达到中间力矩，对于该中间力矩，在发电机稳定运行时，仅需要第一制动脉冲。随着力矩继续减小，第一制动脉冲的持续时间和/或频率继而减小。因此可以理解，在本发明的背景下可以考虑调节方法的若干变型。
[0025]
本发明的中心点涉及调节模块布置成使得，必要时，可以在发电机的定子的端子之间感应的电压的每个正半周期(第一实施例)或每个半周期(第二实施例)中产生第一制动脉冲和第二制动脉冲，而不干扰发电机的电源对调节电路的供电电路再充电的功能，并且不会妨碍感应电压信号的连续过零的检测、用于测量转子的角速度并因此测量其频率(每秒转数)的检测、以及用于可选地以小的时间相移触发第一制动脉冲的检测。