專利名稱：電控機械時計及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了電控機械時計，它通過發(fā)生器將機械能量源如主彈簧或類似物的機械能轉(zhuǎn)化為電能并用電能驅(qū)動轉(zhuǎn)動控制裝置來控制發(fā)生器的轉(zhuǎn)動周期從而正確驅(qū)動固定在齒輪上的指針。
眾所周知，在日本審查專利公開NO.7-119812和日本未審查專利公開NO.8-101284中公開了一種電控機械時計，這種電控機械時計是由發(fā)生器將主彈簧放松時產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)換為電能并用電能驅(qū)動轉(zhuǎn)動控制裝置來控制流經(jīng)發(fā)生器線圈的電流值，從而準確地驅(qū)動固定在齒輪上的指針來正確地顯示時間。
然而，在上述的電控機械時計中，重要的是當主彈簧有較大扭矩時增大制動扭矩，同時為了增加持續(xù)時間而阻止產(chǎn)生的能量下降。
為此，日本審查專利公開NO.7-119812中公開的電控機械時計提出了一個角度范圍，在該范圍內(nèi)，關(guān)掉制動則轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度增大從而增加了每次轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一次即參考信號的一個周期產(chǎn)生的能量值，和另一角度范圍，在該范圍內(nèi)，施加制動則轉(zhuǎn)子低速旋轉(zhuǎn)，這樣當轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生的能量增大從而補償了施加制動時產(chǎn)生的能量的下降。
另外，《日本未審查專利公開》NO.8-101284中公開的電控機械時計增大了制動扭矩并且同時通過升壓電路的幾個階段提高發(fā)生器感應(yīng)能量的電壓以阻止產(chǎn)生的能量的下降。
然而，在日本審查專利公開NO.7-119812中公開的電控機械時計中，由于在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一次時，它必須由高轉(zhuǎn)速狀態(tài)切換到低轉(zhuǎn)速以至幾乎停止的狀態(tài)，所以就有一個問題，即在實際中很難實現(xiàn)這種速度的突變。尤其是，由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性通常是通過飛輪裝置來增加的，所以就有一個問題，即很難突然地改變速度。
另外，由于在施加制動的部分，產(chǎn)生的能量下降，所以增大制動扭矩來消除產(chǎn)生的能量下降有一定的局限。
另一方面，由于日本未審查專利公開NO.8-101284中公開的電控機械時計需要許多的開關(guān)和電容，所以費用的增加也是一個問題。
本發(fā)明的目的是提供一種電控機械時計，它能在增大發(fā)生器制動扭矩時使產(chǎn)生的能量仍保持在不低于預定值的水平，同時減少費用。
在根據(jù)權(quán)利要求1的本發(fā)明中，電控機械時計包括機械能量源；由機械能量源驅(qū)動的發(fā)生器，它經(jīng)齒輪耦合用于產(chǎn)生感應(yīng)能量并由第一和第二端提供電能；和與齒輪耦合的指針，它的轉(zhuǎn)動控制裝置由電能驅(qū)動來控制發(fā)生器的轉(zhuǎn)動周期，其特征在于包括能短路發(fā)生器相應(yīng)端的開關(guān)，其中轉(zhuǎn)動控制裝置通過斷續(xù)開關(guān)來斷續(xù)地控制發(fā)生器。
本發(fā)明的電控機械時計由主彈簧驅(qū)動指針和發(fā)生器，并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)，即通過轉(zhuǎn)動控制裝置給發(fā)生器實施制動來調(diào)節(jié)指針。
這時，發(fā)生器的轉(zhuǎn)動控制(制動控制)是通過將能短路發(fā)生器線圈兩端的開關(guān)置“導通”和“關(guān)”來斷續(xù)發(fā)生器而實現(xiàn)的。當開關(guān)置“導通(ON)”時，以斷續(xù)的方式將短路制動加到發(fā)生器上，同時能量貯存在發(fā)生器的線圈上。而當開關(guān)置“關(guān)(OFF)”時，發(fā)生器工作，儲存在線圈上的能量使產(chǎn)生的電壓升高。其結(jié)果是，當斷續(xù)地控制發(fā)生器時，由于施加制動產(chǎn)生的能量下降可以通過將開關(guān)置“關(guān)”時生成電壓的升高來補償。從而在保持產(chǎn)生的能量不低于預定值時增大制動扭矩，這樣就得到了一個持續(xù)時間長的電控機械時計。
這時，轉(zhuǎn)動控制裝置斷續(xù)開關(guān)的頻率優(yōu)選地至少是發(fā)生器轉(zhuǎn)子在設(shè)定的速度下產(chǎn)生的電壓波形的五倍，而且更優(yōu)選地，斷續(xù)頻率是發(fā)生器轉(zhuǎn)子在設(shè)定的速度下產(chǎn)生的電壓波形的5-100倍。
由于當斷續(xù)頻率低于生成電壓的波形的五倍時提高生成電壓的效果降低，所以斷續(xù)頻率最好至少為生成電壓的波形的五倍。
當斷續(xù)頻率至少為生成電壓的波形的100倍時，實現(xiàn)斷續(xù)的IC消耗大量的能量。這樣，斷續(xù)頻率優(yōu)選地為生成電壓的波形的100倍或更小。另外，當斷續(xù)頻率為生成電壓的波形的5-100倍時，由于扭矩的變化率與工作周期的變化率之比近似為預定值，所以可以很容易地實現(xiàn)控制。但是根據(jù)實際應(yīng)用和控制方法，斷續(xù)頻率也可設(shè)為低于5倍或高于100倍。
優(yōu)選地根據(jù)權(quán)利要求4的電控機械時計，包括第一和第二根供電線，它將發(fā)生器的電能給供電電路充電；其中開關(guān)包括分別跨接在發(fā)生器的第一和第二端與第一和第二根供電線之間的第一和第二開關(guān)，轉(zhuǎn)動控制裝置連續(xù)地將連接在發(fā)生器第一和第二端之一的開關(guān)置ON，同時斷續(xù)發(fā)生器另一端的開關(guān)。
這種結(jié)構(gòu)下，由于除了以斷續(xù)方式實現(xiàn)控制外，能量產(chǎn)生過程和發(fā)生器的轉(zhuǎn)動過程也可同時實現(xiàn)，這樣就可通過減少部件來降低成本，同時可通過控制斷續(xù)相應(yīng)的開關(guān)的時序來提高能量產(chǎn)生的效率。
同時，第一和第二開關(guān)優(yōu)選地包括相應(yīng)的晶體管。
另外，轉(zhuǎn)動控制裝置優(yōu)選地包括比較器，它將發(fā)生器產(chǎn)生的電壓波形和參考波形進行比較；比較電路，它將每個比較器的輸出和時間基準信號進行比較并輸出一個差值信號；信號輸出電路，它根據(jù)差值信號輸出脈寬可變的時鐘信號；和邏輯電路，它將時鐘信號和每個比較器的輸出進行“與”并輸出一個“與”后的信號送給晶體管。
在這種結(jié)構(gòu)下，用于斷續(xù)地控制晶體管的功耗可以減小，所以可以設(shè)置一個電路，使它適用于產(chǎn)生少量能量的時鐘發(fā)生器。
在根據(jù)權(quán)利要求7的電控機械時計中，第一開關(guān)包括第一場效應(yīng)晶體管，其有一個柵極與發(fā)生器的第二端相連，和與第一場效應(yīng)晶體管串聯(lián)的第二場效應(yīng)晶體管，其通過轉(zhuǎn)動控制裝置斷續(xù)；第二開關(guān)包括第三場效應(yīng)晶體管，其有一個柵極與發(fā)生器的第一端相連，和與第三場效應(yīng)晶體管串聯(lián)的第四場效應(yīng)晶體管，其通過轉(zhuǎn)動控制裝置斷續(xù)；第一和第二二極管，其分別跨接在發(fā)生器的第一和第二端與第一和第二根供電線之間。
在根據(jù)權(quán)利要求8的電控機械時計中，第一開關(guān)包括第一場效應(yīng)晶體管，其有一個柵極與發(fā)生器的第二端相連，和與第一場效應(yīng)晶體管串聯(lián)的第二場效應(yīng)晶體管，其通過轉(zhuǎn)動控制裝置斷續(xù)；第二開關(guān)包括第三場效應(yīng)晶體管，其有一個柵極與發(fā)生器的第一端相連，和與第三場效應(yīng)晶體管串聯(lián)的第四場效應(yīng)晶體管，其通過轉(zhuǎn)動控制裝置斷續(xù)；升壓電容，其跨接在發(fā)生器的第一和第二端中的一端與第一和第二根供電線中的一根之間；二極管，其跨接在發(fā)生器的第一和第二端的另一端與第一和第二根供電線中的另一根之間。
上述結(jié)構(gòu)的電控機械時計中，當發(fā)生器的第一端設(shè)為正，第二端設(shè)為負(電壓低于第一端)時，其柵極與第二端相連的第一場效應(yīng)管置為“導通”，其柵極與第一端相連的第三場效應(yīng)管置為“關(guān)”。其結(jié)果是，發(fā)生器產(chǎn)生的交流電流流經(jīng)由第一端、第一場效應(yīng)管，第一和第二供電線中的一根、供電電路、第一和第二供電線中的另一根和第二端形成的路徑。
當發(fā)生器的第二端設(shè)為正，第一端設(shè)為負(電壓低于第二端)時，其柵極與第一端相連的第三場效應(yīng)管置為“導通”，其柵極與第二端相連的第一場效應(yīng)管置為“關(guān)”。其結(jié)果是，發(fā)生器產(chǎn)生的交流電流流經(jīng)由第二端、第三場效應(yīng)管、第一和第二供電線中的一根、供電電路、第一和第二供電線中的另一根和第一端形成的路徑。
同時，第二和第四場效應(yīng)管根據(jù)輸入給它們的斷續(xù)信號重復地“導通”和“關(guān)”。由于第二和第四場效應(yīng)管與第一和第三場效應(yīng)管串聯(lián)，所以當?shù)谝缓偷谌龍鲂?yīng)管置“導通”時電流的流動與第二和第四場效應(yīng)管的開關(guān)狀態(tài)無關(guān)。但是，當?shù)谝缓偷谌龍鲂?yīng)管置“關(guān)”時在第二和第四場效應(yīng)管置“導通”時，電流的流動與斷續(xù)信號有關(guān)。因此當與“關(guān)”狀態(tài)的第一和第三場效應(yīng)管之一串聯(lián)的第二和第四場效應(yīng)管根據(jù)斷續(xù)信號為“導通”時，第一和第二開關(guān)都為“導通”，從而短路發(fā)生器的相應(yīng)端。
在這種工作原理下，制動控制可以通過斷續(xù)方式控制發(fā)生器，這樣施加制動時產(chǎn)生的能量下降可以通過開關(guān)置“關(guān)”時生成電壓的升高來補償，從而在生成能量保持在不低于預定值時，能增大制動扭矩，這樣得到了一個持續(xù)時間長的電控機械時計。另外，由于發(fā)生器通過連接在相應(yīng)端的第一和第三場效應(yīng)管整流，所以就不需要比較器和類似的器件，從而簡化了結(jié)構(gòu)同時由于消除了比較器的功耗而降低了充電效率。另外，由于利用了發(fā)生器的端電壓對場效應(yīng)管置“導通”和“關(guān)”，所以可以控制相應(yīng)的場效應(yīng)管與發(fā)生器兩端的極性同步，從而提高了整流效率。
在根據(jù)權(quán)利要求8的電控機械時計中，當升壓電容跨接在發(fā)生器的一端和一根供電線之間時，當電容連接的那端的電壓升高時，供電電路和升壓電容同時充電。而當發(fā)生器的另一端的電壓升高時，供電電路的充電電壓為升壓電容的充電電壓加上發(fā)生器感應(yīng)的電壓。
在根據(jù)權(quán)利要求9的電控機械時計中，轉(zhuǎn)動控制裝置包括斷續(xù)信號發(fā)生器，它產(chǎn)生至少兩種有不同占空比的斷續(xù)信號，并且該至少兩種具有不同占空比的斷續(xù)信號加到開關(guān)上從而斷續(xù)地控制發(fā)生器。
本發(fā)明中，當提供了能短路發(fā)生器兩端的開關(guān)并且通過給開關(guān)施加斷續(xù)信號來斷續(xù)地控制發(fā)生器時，雖然較低的斷續(xù)頻率和較高的占空比可以大大增加驅(qū)動扭矩(制動扭矩)并且較高的斷續(xù)頻率大大地增大了充電電壓(生成電壓)，但是即使占空比增加，它們也沒有很大的減小，相反的，我們發(fā)現(xiàn)，當斷續(xù)頻率不低于50Hz時，充電電壓升高，直到占空比約為0.8。這樣，至少需用兩種有不同占空比的斷續(xù)信號來斷續(xù)地控制發(fā)生器。
這時，轉(zhuǎn)動控制裝置最好包括制動控制裝置，其切換制動ON控制來檢測發(fā)生器的轉(zhuǎn)動周期并根據(jù)轉(zhuǎn)動周期給發(fā)生器實施制動，其切換制動OFF控制釋放制動，制動控制裝置將有不同占空比的斷續(xù)信號加到制動ON控制和制動OFF控制中的開關(guān)上，加在制動ON控制中的斷續(xù)信號的占空比比加在制動OFF控制中的斷續(xù)信號的占空比大。
本發(fā)明的電控機械時計由主彈簧驅(qū)動指針和發(fā)生器，并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)，即由轉(zhuǎn)動控制裝置給發(fā)生器實施制動來驅(qū)動指針。
這時，發(fā)生器的轉(zhuǎn)動控制是通過給能短路發(fā)生器線圈兩端的開關(guān)加斷續(xù)信號而將開關(guān)置“導通”和“關(guān)”，即通過斷續(xù)開關(guān)來實現(xiàn)的。當由斷續(xù)控制將開關(guān)置“ON”時，給發(fā)生器施加短路制動同時能量儲存在發(fā)生器的線圈中。而當開關(guān)置“關(guān)”時，發(fā)生器工作，儲存在線圈中的能量使產(chǎn)生的電壓升高。其結(jié)果是當在應(yīng)用制動中通過斷續(xù)方式控制發(fā)生器時，由施加制動引起的生成能量下降可以通過開關(guān)置“關(guān)”時生成電壓的升高來補償從而在消除生成能量的下降的同時可增大制動扭矩，這樣就得到了一個持續(xù)時間長的電控機械時計。
當制動ON控制即必須施加制動的控制是通過給開關(guān)加至少兩種有不同占空比的斷續(xù)信號來實現(xiàn)時，發(fā)生器的控制扭矩增大同時可以通過給開關(guān)加大占空比的斷續(xù)信號(開關(guān)置“導通”的時間更長)來消除生成能量的下降。
另外在制動OFF控制即釋放制動中，發(fā)生器的制動扭矩大大減小，同時可通過給開關(guān)加占空比小于上述信號的占空比的斷續(xù)信號來獲得足夠的生成能量。
在利用大占空比的斷續(xù)信號的方法實施制動，利用小占空比的斷續(xù)信號的方法釋放制動的應(yīng)用中，在消除了生成能量(給電容及其它的器件充電的能量)的下降的同時增大了制動扭矩，從而得到了一個持續(xù)時間長的電控機械時計。
雖然在正常情況下制動ON控制和制動OFF控制在發(fā)生器的每個參考周期各實現(xiàn)一次(轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一次的周期，或類似的周期)，但是在剛啟動發(fā)生器后的多個參考周期內(nèi)只有制動OFF控制工作。
另外，雖然各個斷續(xù)信號的占空比可以根據(jù)被控的發(fā)生器的特性及相似屬性而適當設(shè)置，但是可以只使用大占空比的斷續(xù)信號，如占空比為0.7-0.95，和小占空比的斷續(xù)信號，如占空比為0.1-0.3。
在權(quán)利要求11的電控機械時計中，轉(zhuǎn)動控制裝置包括產(chǎn)生斷續(xù)信號的斷續(xù)信號發(fā)生器和制動控制裝置，它切換制動ON控制來檢測發(fā)生器的轉(zhuǎn)動周期并根據(jù)轉(zhuǎn)動周期給發(fā)生器實施制動，它切換制動OFF控制釋放制動，制動控制裝置將斷續(xù)信號只加到制動ON控制中的開關(guān)上，從而對發(fā)生器進行斷續(xù)地控制。
由于斷續(xù)信號只加到制動ON控制中，在該情況下也需控制制動，所以發(fā)生器的制動扭矩增加的同時可以通過斷續(xù)方式抑制生成能量的下降。
另外，在權(quán)利要求12的電控機械時計中，轉(zhuǎn)動控制裝置包括斷續(xù)信號發(fā)生器，它產(chǎn)生至少兩種有不同頻率的斷續(xù)信號并且該至少兩種有不同頻率的斷續(xù)信號加到開關(guān)上，從而斷續(xù)地控制發(fā)生器。
這時，轉(zhuǎn)動控制裝置最好包括制動控制裝置，其切換制動ON控制來檢測發(fā)生器的轉(zhuǎn)動周期并根據(jù)轉(zhuǎn)動周期給發(fā)生器實施制動，切換制動OFF控制釋放制動，制動控制裝置將有不同頻率的斷續(xù)信號加到制動ON控制和制動OFF控制中的開關(guān)上，加在制動ON控制中的斷續(xù)信號的頻率比加在制動OFF控制中的斷續(xù)信號的頻率低。
當加到開關(guān)上的斷續(xù)信號的頻率較高時，驅(qū)動扭矩(制動扭矩)減小，這樣制動效果降低同時充電電壓(生成電壓)增加。另外，當斷續(xù)信號的頻率較低時，驅(qū)動扭矩增大，這樣與高頻率的情況相比制動效果增加同時充電電壓降低。但是，由于實現(xiàn)了斷續(xù)控制，所以與只執(zhí)行簡單的制動控制相比，充電電壓增大了。
因此，在需實施制動的制動ON控制中，發(fā)生器的制動扭矩可以通過給開關(guān)加低頻率的斷續(xù)信號來增大，同時通過斷續(xù)工作可以抑制生成能量的下降。
另一方面，在釋放制動的制動OFF控制中，發(fā)生器的制動扭矩可以通過給開關(guān)加比上述頻率高的斷續(xù)信號來大大減小，從而得到足夠的生成能量。
通過用低頻率的斷續(xù)信號實施制動而用高頻率的斷續(xù)信號釋放制動的方法來抑制生成能量的下降的同時，增大了制動扭矩，從而得到一個持續(xù)時間長的電控機械時計。
雖然相應(yīng)的斷續(xù)信號的頻率可以根據(jù)受控的發(fā)生器的特性和相似屬性來適當設(shè)置，但是可以只使用例如500-1000Hz的高頻斷續(xù)信號和如10-100Hz的低頻斷續(xù)信號。
另外，實現(xiàn)斷續(xù)控制的斷續(xù)信號不僅頻率不同而且占空比也不同。尤其是，在制動ON控制中用低頻率高占空比的斷續(xù)信號和在制動OFF控制中用高頻率低占空比的斷續(xù)信號，可以有效地實現(xiàn)制動控制。
在權(quán)利要求15的電控機械時計中，轉(zhuǎn)動控制裝置包括斷續(xù)信號發(fā)生器，它產(chǎn)生至少兩種有不同頻率的斷續(xù)信號；電壓感應(yīng)單元，它檢測由發(fā)生器充電的供電電壓，其中當電壓感應(yīng)單元檢測的供電電壓低于設(shè)定的值，具有第一頻率的斷續(xù)信號加到開關(guān)上，而當檢測到的供電電壓高于設(shè)定的值時，具有比第一頻率低的第二頻率的斷續(xù)信號加到開關(guān)上，從而斷續(xù)地控制發(fā)生器。
這時，轉(zhuǎn)動控制裝置最好包括制動控制裝置，它切換制動ON控制來檢測發(fā)生器的轉(zhuǎn)動周期并根據(jù)轉(zhuǎn)動周期給發(fā)生器實施制動，切換制動OFF控制釋放制動；斷續(xù)信號發(fā)生器產(chǎn)生兩種在第一和第二頻率下具有不同占空比的斷續(xù)信號。并且制動控制裝置根據(jù)供電電壓和不同的占空比選擇地將具有第一和第二頻率之一的斷續(xù)信號相應(yīng)地加到制動ON控制和制動OFF控制中的開關(guān)上。
上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明中，執(zhí)行發(fā)生器制動控制的斷續(xù)信號根據(jù)供電電壓(發(fā)生器給電容或類似物充電的電壓)切換為不同頻率的斷續(xù)信號。相應(yīng)地，當供電電壓低于設(shè)定的值時，斷續(xù)信號使制動扭矩降低，充電電壓升高，即充電優(yōu)先于制動效應(yīng)，而當供電電壓高于設(shè)定的值時，斷續(xù)信號使制動扭矩升高，充電電壓下降，即制動優(yōu)先于充電效應(yīng)，這樣根據(jù)充電狀態(tài)就正確地實現(xiàn)了制動控制。
另外，轉(zhuǎn)動控制裝置將在對發(fā)生器實施制動的制動ON控制和釋放制動的制動OFF控制之間切換的時序同步于根據(jù)斷續(xù)信號斷續(xù)開關(guān)的時序。
當制動時序與斷續(xù)信號的時序同步時，斷續(xù)信號也可作為步(pace)測量脈沖。
在權(quán)利要求18的電控機械時計中，轉(zhuǎn)動控制裝置包括轉(zhuǎn)動周期感應(yīng)裝置，它通過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號檢測轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動周期，在斷續(xù)的某一時刻將發(fā)生器的轉(zhuǎn)動波形的電壓與參考電壓比較，當轉(zhuǎn)動波形的電壓等于或小于參考電壓時，轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號置為低電平和高電平中的一種電平，當轉(zhuǎn)動波形電壓高于參考電壓時，轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號置為另一種電平。
這時，當斷續(xù)時序中與參考電壓比較的發(fā)生器轉(zhuǎn)動波形電壓連續(xù)n次等于或小于參考電壓時，轉(zhuǎn)動控制裝置將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號置為低電平和高電平中的一種電平，當斷續(xù)時序中與參考電壓比較的發(fā)生器轉(zhuǎn)動波形電壓連續(xù)m次大于參考電壓時，轉(zhuǎn)動控制裝置將轉(zhuǎn)子感應(yīng)信號置為低電平和高電平中的另一種電平。另外，n次和m次的設(shè)置優(yōu)選地是根據(jù)斷續(xù)頻率和疊加在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動波形上的噪聲頻率。
當以斷續(xù)方式控制發(fā)生器時，斷續(xù)脈沖疊加在發(fā)生器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動波形上。因此，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動波形在斷續(xù)脈沖疊加時(斷續(xù)執(zhí)行時序)與參考電壓進行比較，以便根據(jù)由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動波形得到的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動周期獲得一個矩形波信號(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號)。同時，如外部磁場(例如，頻率為50/60Hz的市電)和類似的噪聲也疊加在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動波形上，這樣就出現(xiàn)一個情況，即由于噪聲的影響使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動波形失真，不能正確地得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號。
為解決這個問題，當發(fā)生器的轉(zhuǎn)動波形連續(xù)n次等于或小于參考電壓時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號置為低電平和高電平中的一種電平，當在斷續(xù)時序中與參考電壓進行比較的發(fā)生器轉(zhuǎn)動波形電壓連續(xù)m次大于參考電壓時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號置為低電平和高電平中的另一種電平，這樣無論轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動感應(yīng)波形等于或小于參考電壓還是大于參考電壓，該電壓都能正確可靠地檢測到，從而消除了由于噪聲的影響而對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號錯誤地檢測。
另外，當發(fā)生器的轉(zhuǎn)動波形電壓在斷續(xù)時序中與參考電壓進行比較，其連續(xù)x次等于或小于參考電壓時，轉(zhuǎn)動控制裝置將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號置為低電平和高電平中的一種，當發(fā)生器的轉(zhuǎn)動波形電壓在斷續(xù)時序中與參考電壓進行比較，其y次大于參考電壓(可能不連續(xù))時，轉(zhuǎn)動控制裝置將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號置為低電平和高電平中的一種電平。x次和y次優(yōu)選地是根據(jù)斷續(xù)頻率和疊加在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動波形上的噪聲頻率而設(shè)置的。
無論轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動波形等于或小于參考電壓還是大于參考電壓，都可以正確可靠地檢測到，在這種情況下，消除了由于噪聲影響產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號的錯誤檢測。
另外，轉(zhuǎn)子控制裝置可采用PPL控制來控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動而且可用正/反計數(shù)器控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動。簡而言之，轉(zhuǎn)動控制裝置可以用任何方法控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，只要它是將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動波形與晶振產(chǎn)生的參考波形比較并對發(fā)生器實施轉(zhuǎn)動控制以減小它們之間的差值即可。
根據(jù)本發(fā)明的控制電控機械時計的方法，所述電控機械時計包括機械能量源；由機械能量源驅(qū)動的發(fā)生器，它經(jīng)齒輪耦合用于產(chǎn)生感應(yīng)能量并由第一和第二端提供電能；和與齒輪耦合的指針；轉(zhuǎn)動控制裝置，它由電能驅(qū)動來控制發(fā)生器的轉(zhuǎn)動周期；該方法包括幾個步驟比較根據(jù)時間基準源產(chǎn)生的參考信號和根據(jù)發(fā)生器的轉(zhuǎn)動周期輸出的轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號，根據(jù)轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號提前于參考信號的值斷續(xù)能使發(fā)生器相應(yīng)端短路的開關(guān)，以斷續(xù)方式對發(fā)生器實施制動控制。
根據(jù)上述控制方法，由于發(fā)生器的轉(zhuǎn)動控制(制動控制)是通過“導通”和“關(guān)”能短路發(fā)生器線圈兩端的開關(guān)而產(chǎn)生斷續(xù)而實現(xiàn)的，所以實施制動時產(chǎn)生的生成能量的下降可以通過開關(guān)“關(guān)”時生成電壓的升高來補償，從而在生成能量至少保持在預定值時，控制扭矩增大，這樣就得到一個持續(xù)時間長的電控機械時計。
在權(quán)利要求26的電控機械時計的控制方法中，所述電控機械時計包括機械能量源；由機械能量源驅(qū)動的發(fā)生器，它經(jīng)齒輪耦合用于產(chǎn)生感應(yīng)能量并由第一和第二端提供電能；和與齒輪耦合的指針；轉(zhuǎn)動控制裝置，它由電能驅(qū)動來控制發(fā)生器的轉(zhuǎn)動周期；該方法包括幾個步驟將根據(jù)時間基準源產(chǎn)生的參考信號和根據(jù)發(fā)生器的轉(zhuǎn)動周期輸出的轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號輸入給正/反計數(shù)器，將兩個信號之一置為正計數(shù)信號，另一信號置為倒計數(shù)信號，當正/反計數(shù)器的計數(shù)值為預設(shè)值時，以斷續(xù)方式對發(fā)生器實施制動，當計數(shù)值不是預設(shè)值時，不實施制動。
根據(jù)上述實施方法，當正/反計數(shù)器的計數(shù)值為設(shè)定值時，即當如主彈簧及類似的機械能量源的扭矩增大并且發(fā)生器的轉(zhuǎn)動超前時，以斷續(xù)方式連續(xù)地實施制動，直到消除計數(shù)值之差為止。其結(jié)果是，生成能量保持在不低與預定值時，制動扭矩增加，從而可以快速準確地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，這樣可以快速地執(zhí)行控制。另外，由于計數(shù)值的計數(shù)和比較是由正/反計數(shù)器同時實現(xiàn)的，所以可以簡化結(jié)構(gòu)并且簡單地確定出相應(yīng)計數(shù)值之差。
圖1是本發(fā)明第一實施方案的電控機械時計的主要部分的平面圖。
圖2是圖1的主要部分的剖面圖。
圖3是圖1的主要部分的剖面圖。
圖4是第一實施方案的功能的方框圖。
圖5是第一實施方案的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖6是第一實施方案的斷續(xù)充電電電路的電路圖。
圖7所示是第一實施方案的波形整形電路的一個實例。
圖8所示是第一實施方案的波形整形電路的另一實例。
圖9是第一實施方案的電路的波形圖。
圖10所示是第一實施方案的制動控制電路的比較器的工作過程。
圖11是第一實施方案的控制方法的流程圖。
圖12是第一實施方案的時序圖。
圖13是本發(fā)明第二實施方案的電控機械時計的主要部分的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖14是第二實施方案的電控機械時計的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖15是第二實施方案的整流電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖16是第二實施方案的正/反計數(shù)器的時序圖。
圖17是第二實施方案的斷續(xù)信號發(fā)生器的時序圖。
圖18所示是第二實施方案的發(fā)生器的輸出波形。
圖19是第二實施方案的控制方法的流程圖。
圖20是第二實施方案的時序圖。
圖21所示是作為第二實施方案的比較實例時，發(fā)生器的輸出波形。
圖22是第三實施方案的電控機械時計的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖23所示是第三實施方案的發(fā)生器的輸出波形。
圖24是第三實施方案的時序圖。
圖25是第四實施方案的電控機械時計的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖26是第四實施方案的電路的時序圖。
圖27所示是第四實施方案的發(fā)生器的輸出波形。
圖28是第五實施方案的電控機械時計的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖29是第五實施方案的電路的時序圖。
圖30是本發(fā)明的改進結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖31是本發(fā)明的斷續(xù)充電電路的變化情況下的電路圖。
圖32是本發(fā)明的斷續(xù)充電電路的變化情況下的電路圖。
圖33是本發(fā)明的斷續(xù)充電電路的變化情況下的電路圖。
圖34是本發(fā)明的斷續(xù)充電電路的變化情況下的電路圖。
圖35是本發(fā)明的斷續(xù)充電電路的變化情況下的電路圖。
圖36是本發(fā)明的斷續(xù)充電電路的變化情況下的電路圖。
圖37所示是本發(fā)明的波形整形電路的變化。
圖38是本發(fā)明的斷續(xù)整流電路的變化情況下的電路圖。
圖39所示是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)電路的變化的結(jié)構(gòu)。
圖40所示是說明轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)電路的工作原理。
圖41是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動波形的波形圖。
圖42所示是說明另一轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)電路的工作原理。
圖43是另一轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動波形的波形圖。
圖44是本發(fā)明的實例中的斷續(xù)充電電路的電路圖。
圖45的圖形表示本發(fā)明的實例中的斷續(xù)頻率和充電電壓之間的關(guān)系。
圖46的圖形表示本發(fā)明的實例中的斷續(xù)頻率和制動扭矩之間的關(guān)系。
依據(jù)


本發(fā)明的實施方案。
圖1是本發(fā)明第一實施方案的電控機械時計的主要部分平面圖，圖2和圖3是其剖面圖。
電控機械時計包括動桶1，它包括主彈簧1a，桶齒輪1b，桶軸1c和桶蓋1d。主彈簧1的外端固定在桶齒輪1b上，內(nèi)端固定在桶軸1c上，桶軸1c由主板2和齒輪系接收器3支撐并由棘輪螺釘5固定使它和棘輪4一起轉(zhuǎn)動。
棘輪4和定位銷6齒和，使它順時針轉(zhuǎn)動而不是逆時針轉(zhuǎn)動。由于通過順時針轉(zhuǎn)動棘輪4使主彈簧纏繞的方法與機械時計的自動或手動纏繞的方法相類似，所以不再贅述。
桶齒輪1b的轉(zhuǎn)動速度增加到初始速度的7倍后，桶齒輪的轉(zhuǎn)動傳遞給第二齒輪7，相應(yīng)的，速度增加到6.4倍后，傳遞給第三齒輪8，速度增加到9.375倍后，傳遞給第四齒輪9，速度增加到3倍后，傳遞給第五齒輪10，速度增加到10倍后，傳遞給第六齒輪11，最后速度增加到10倍后，傳遞給轉(zhuǎn)子12。這樣，桶齒輪1b的轉(zhuǎn)動總共增加到126000倍。
標準小齒輪7a固定在第二齒輪7上，分針13固定在標準小齒輪7a上，秒針固定在第四齒輪9上。因此，為使第二齒輪7和第四齒輪9以1rpm轉(zhuǎn)動，必須控制轉(zhuǎn)子12以5rpm的速度轉(zhuǎn)動。這時，桶齒輪1b以1/7rpm轉(zhuǎn)動。
電控機械時計包括發(fā)生器20，它包括轉(zhuǎn)子12，定子15和線包16。轉(zhuǎn)子12包括轉(zhuǎn)子磁鐵12a，轉(zhuǎn)子小齒輪12b，和轉(zhuǎn)子慣性盤12c。轉(zhuǎn)子慣性盤12c用來減小動桶1的驅(qū)動扭矩的變化產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)數(shù)的變化。定子15包括定子體15a和以40000圈纏繞在其上的定子線圈15b。
線包16包括磁芯16a和以110000圈纏繞在其上的線圈16b。定子體15a和磁芯16a包括PC玻莫合金。定子體15b和線圈16b相互串聯(lián)，這樣它們輸出的電壓需加上它們產(chǎn)生的電壓。
下面參照圖4至圖9說明電控機械時計的控制電路。
圖4是實施方案的功能原理方框圖。
發(fā)生器20輸出的交流電經(jīng)過整流電路21進行升壓和整流，整流電路21執(zhí)行升壓和整流，全波整流，半波整流和三極管整流等。負載22，例如控制轉(zhuǎn)動控制裝置的IC，晶振等，與整流電路21相連。為了便于說明，圖4所示的IC中的各個功能電路與負載22分開了。
制動電路23與發(fā)生器20相連，其中制動電阻23A和用作開關(guān)功能的N-溝道或P-溝道型晶體管串聯(lián)到制動電路23。VCO(壓控振蕩器)25包括發(fā)生器20和制動電路23。除了制動電阻23A，可在制動電路23中適當?shù)牟迦胍粋€二極管。
轉(zhuǎn)動控制裝置50與VCO25相連。
轉(zhuǎn)動控制裝置50包括振蕩電路51，分頻電路52，檢測轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動感應(yīng)電路53，相位比較電路(PC)54，低通濾波器(LPF)55和轉(zhuǎn)動控制電路56。
振蕩電路51輸出晶振51A產(chǎn)生的振蕩信號，振蕩信號由分頻電路52分頻到預定的頻率。分頻的信號輸出給相位比較電路54作為時間基準信號(參考頻率信號)fs，如為100Hz。可以用不同的參考標準振蕩源代替晶振51A產(chǎn)生參考信號。
轉(zhuǎn)動感應(yīng)電路53高阻接收VCO25的輸出波形，這樣發(fā)生器20不會影響它。它將該輸出轉(zhuǎn)換為矩形波脈沖fr并輸出給相位比較電路54。
相位比較電路54比較來自分頻電路52的時間基準信號fs的相位和來自轉(zhuǎn)動感應(yīng)電路53的矩形波脈沖fr的相位，并輸出一個差值信號作為兩個信號相位之差。差值信號在由LPF55濾掉高頻分量后輸出給制動控制電路56。
制動控制電路56根據(jù)上述信號將來自制動電路23的控制信號輸入給VCO25，通過它實現(xiàn)相位同步控制(PLL控制)。
圖5所示為本實施方案更具體的結(jié)構(gòu)。
本實施方案中，如圖中所示，斷續(xù)充電電路60作為制動電路23。如圖6所示，斷續(xù)充電電路60包括與發(fā)生器20的線圈15b、16b相連的兩個比較器61、62，給比較器61、62提供比較參考電壓Vref的電源63，輸出比較器61、62的輸出和制動控制電路56的時鐘輸出(控制信號)相“或”的結(jié)果的“或”電路64、65，與線圈15b、16b相連的場效應(yīng)管(FETs)66、67，它作為開關(guān)將“或”電路64、65的輸出加到其柵上，和與線圈15b、16b以及位于整流電路21中的電容21a相連的二極管68,69。FET66,67存在寄生二極管66A,67A。
電容21a的+極(第一根供電線端)置為電壓VDD，其一極(第二根供電線端)置為VTKN(V/TANK/Negative電池一極)。同理，電源63的一極和場效應(yīng)管66,67的源極也置為VTKN(第二根供電線端)。因此，斷續(xù)控制電路60通過控制場效應(yīng)管66,67使發(fā)生器20和VTNK端短路一次，以實現(xiàn)斷續(xù)升壓，這樣當場效應(yīng)管66,67打開時，發(fā)生器20的電壓比電壓VDD高。為此，比較器61,62比較生成的升壓電壓和電壓Vref，它被強行地置為VDD和VTNK之間的值。
斷續(xù)控制電路60中，比較器61,62的輸出也輸出給波形整形電路70。相應(yīng)地，轉(zhuǎn)動感應(yīng)電路53包括斷續(xù)充電電路60和波形整形電路70。
可以采用單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(單相型)，它包括如圖7所示電容72和電阻73，如圖8所示用計數(shù)器74和鎖存器75的結(jié)構(gòu)，或如波形整形電路70的結(jié)構(gòu)。
相位比較電路54包括模擬相位比較器，數(shù)字相位比較器和相似的比較器，還可以用使用CMOS IC的CMOS型相位比較器或類似的比較器。相位比較電路54檢測分頻電路52輸出的10Hz時間基準信號fs和波形整形電路70輸出的矩形波脈沖fr之間的相位差，并輸出差值信號。
差值信號輸入給電荷泵(CP)80并轉(zhuǎn)換電壓電平，其高頻分量被由電阻82和電容83組成的環(huán)路濾波器81去掉了。因此，LPF55包括電荷泵80和環(huán)路濾波器81。
環(huán)路濾波器81輸出的電平信號輸入給比較器90。一個三角波信號b輸入給比較器90，三角波信號是通過將振蕩電路51的信號經(jīng)三角波發(fā)生電路92轉(zhuǎn)換而獲得的，三角波發(fā)生電路92用分頻電路91將振蕩電路51輸出的信號分頻至50Hz-100KHz，并使用積分器。比較器90輸出根據(jù)環(huán)路濾波器81輸出的電平信號a和三角波信號b輸出矩形波脈沖c。因此，制動控制電路56包括比較器90，分頻電路91和三角波發(fā)生電路92。
如上所述，比較器90輸出的矩形波脈沖信號c作為時鐘信號CLK輸入給斷續(xù)充電電路60。
下面將參照圖9,10中的波形圖和圖11中的流程圖說明本實施方案的工作原理。
當主彈簧1a驅(qū)動發(fā)生器20的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，根據(jù)磁通的變化由線圈15b,16b輸出交流波形，這些輸入給比較器61,62，它將波形與電源63提供的參考電壓Vref比較。通過比較器61、62的比較，檢測到“導通”場效應(yīng)管66,67的極性的時序。
這樣，給電容21a升壓和充電及發(fā)生器20的斷續(xù)制動操作可以只通過給場效應(yīng)管66,67的柵輸入時鐘信號CLK來實現(xiàn)。但是，在只由時鐘信號的控制中，當時鐘信號為高電平時，場效應(yīng)管66,67同時“導通”并短路，而當時鐘信號為低電平時，電容21a經(jīng)寄生二極管66A,67A之一和二極管68,69之一的路徑充電。更具體的說，當AG1端為正電平時，電容21a經(jīng)寄生二極管67A至二極管68再經(jīng)由線圈15b,16b的路徑充電，而當AG2端為正電平時，電容21a經(jīng)寄生二極管66A至二極管69再經(jīng)由線圈15b,16b的路徑充電。
在這種情況下，由于兩個二極管在充電路徑中串聯(lián)，壓降值是相應(yīng)二極管的升壓VF的和。因此，只有在充電電壓高于壓降的值和電容21a的電勢之和時，電容21a充電。在電控機械時計的發(fā)生器產(chǎn)生電壓量少的情況下，這對于降低充電效率來說是一個很大的因素。
為解決上述問題，本實施方案通過預定了場效應(yīng)管66,67的時序提高充電效率而不是同時“開”“關(guān)”場效應(yīng)管。
即當AG1為從VTKN來看為+并且高于電壓Vref時，比較器61輸出高電平信號，這樣不考慮時鐘信號CLK，電路持續(xù)輸出高電平信號，從而場效應(yīng)管67由加在其柵上的電壓將其置“導通”。
另一方面，由于AG2＜電壓Vref，與AG2端相連的比較器61輸出低電平信號，或電路64輸出一個與時鐘信號同步的信號，場效應(yīng)管66反復開/關(guān)，并且AG1端斷續(xù)升壓。
當場效應(yīng)管開一次然后關(guān)一次時，充電路徑為AG1-二極管68-電容21a-VTNK-場效應(yīng)管67(由源極到漏電極)-AG2，并且路徑中去掉了寄生二極管67A，從而減少了壓降，提高了充電效率。
最好選擇電壓Vref的值作為發(fā)生器20給寄生電容21a斷續(xù)升壓和充電所生成的電壓的值。通常，電壓Vref設(shè)為高于VTKN幾百毫伏。當電壓Vref為高電平時，由于起始時間到比較器61,62開始工作之間的時間間隔增大，并且在這個時間間隔內(nèi)，兩個二極管在充電路徑中串聯(lián)，從而能量產(chǎn)生效率降低。
當場效應(yīng)管66置“導通”，由于場效應(yīng)管67也同時置“導通”，所以發(fā)生器20短路。其結(jié)果是，給發(fā)生器施加短路制動，并且生成的能量相應(yīng)地減少。但是，當“關(guān)”掉場效應(yīng)管66時，發(fā)生器20與VTKN短路，發(fā)生器20的電壓升高到大于VDD。因此，當“開”“關(guān)”場效應(yīng)管的斷續(xù)周期高于預定周期時，施加短路制動可以補償生成能量的下降，這樣在保持生成能量高于預定值的同時，增大制動扭矩。
當發(fā)生器20的輸出置為AG2端時，實現(xiàn)的過程與上述的過程相似，除了比較器61和晶體管66被上述過程中的比較器62和晶體管67代替之外。
斷續(xù)充電電路60的比較器61,62的輸出信號輸入給波形整形電路70并被轉(zhuǎn)換為矩形波脈沖fr。這樣，轉(zhuǎn)動感應(yīng)電路53包括斷續(xù)充電電路60，波形整形電路70檢測轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)動并輸出矩形波脈沖fr作為檢測信號(步驟1，下文中步驟縮寫為“S”)。
例如，圖7中所示的單穩(wěn)多諧振蕩器71通過只檢測一個極性(比較器62的輸出)來實現(xiàn)波形整形。更具體的說，單穩(wěn)多諧振蕩器在比較器62輸出的上升沿被觸發(fā)并輸出一個脈寬由CR確定的脈沖。由于CR的時間常數(shù)約設(shè)為時鐘信號CLK的一個周期的1.5倍，在由CR確定的脈沖時間內(nèi)，比較器62的下一個輸出的上升沿被輸入以觸發(fā)單穩(wěn)多諧振蕩器。因此，單穩(wěn)多諧振蕩器71連續(xù)地輸出高電平，直到在CR確定的時間的1.5T內(nèi)，不產(chǎn)生比較器62的上升沿為止，這樣就輸出一個根據(jù)發(fā)生器20的輸出信號產(chǎn)生的矩形波脈沖fr。但是，脈沖fr下降時間由CR的設(shè)定時間-極性檢測脈沖的高電平時間延遲，當如圖9中所示CR設(shè)為1.5T時，有1T(1.5T-0.5T)延遲。
另一方面，圖8中所示的波形整形電路70也通過只檢測一個極性(比較器61,62中任何一個的輸出)來實現(xiàn)波形整形。更具體的說，波形整形電路70包括計數(shù)器74，它只計數(shù)2T時間內(nèi)的時鐘信號并清除它，和鎖存裝置75，它鎖存計數(shù)器74的輸出。這樣設(shè)置計數(shù)器74和鎖存裝置75使它們可根據(jù)比較器61,62中任何一個的輸出被清除。例如，如圖9中所示，比較器65產(chǎn)生輸出，則鎖存裝置75和計數(shù)器74被清除，fr輸出低電平信號。當比較62不產(chǎn)生輸出時，fr由計數(shù)器74鎖存為高電平。
當比較器62再產(chǎn)生輸出時，鎖存信號被清除并且fr變?yōu)榈碗娖?，這樣可得到矩形波脈沖。當在設(shè)定給計數(shù)器的時間2T內(nèi)比較器62產(chǎn)生輸出時，不執(zhí)行鎖存操作。如圖9中所示，在這種情況下，矩形波脈沖fr上升到高電平的時間延遲設(shè)定給計數(shù)器的時間(2T)。
圖7,8中所示的波形整形電路70將比較器62的輸出通過延遲轉(zhuǎn)換成矩形波脈沖。這樣做就防止了設(shè)定給CR或計數(shù)器的時間內(nèi)不正確的脈沖的出現(xiàn)，因為在系統(tǒng)的起始時，比較器62的輸出通常不能和時鐘信號的周期同步，其輸出缺幾個脈沖，這時當輸出轉(zhuǎn)換成矩形波脈沖時，就產(chǎn)生了不正確的脈沖。根據(jù)脈沖缺少的程度可將CR和計數(shù)器的時間設(shè)為1.5-5T。延遲在控制中沒有任何影響。
上述整形后的矩形波脈沖fr由相位比較電路54(S2)將其與分頻電路52的時間基準信號fs比較，它們的差值信號經(jīng)由電荷泵80和環(huán)路濾波器81轉(zhuǎn)換成電平信號a。
如圖10所示，比較器90根據(jù)電平信號a和三角波發(fā)生電路92產(chǎn)生的三角波信號b輸出一個矩形波脈沖信號c。當根據(jù)轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)動的方波脈沖fr先于時間基準信號fs時，電平信號a置為低于標準電平，而當其滯后于時間基準信號時，電平信號a高于標準電平。
其結(jié)果是，當方波脈沖fr先于時間基準信號fs(S3)時，方波脈沖信號c在較長時間內(nèi)為高電平狀態(tài)，從而增加了斷續(xù)充電電路60中相應(yīng)的斷續(xù)周期中的短路制動時間，這樣制動量增大，發(fā)生器20的轉(zhuǎn)子12的速度減小(S4)。相反，當方波脈沖fr滯后時間基準信號fs時，方波脈沖信號c在較長時間內(nèi)為低電平狀態(tài)，從而減少了斷續(xù)充電電路60中相應(yīng)的斷續(xù)周期中的短路制動時間，這樣制動量減小，發(fā)生器20的轉(zhuǎn)子12的速度增大(S5)。上述制動控制的重復工作控制方波脈沖fr，這樣它與時間基準信號fs有關(guān)。
圖12中所示，為時間基準信號fs和圖4,5中所示的波形整形電路70輸出的方波脈沖fr及比較器10輸出的信號c之間的關(guān)系。即，根據(jù)時間基準信號fs和方波脈沖fr之間的相位差，比較器90輸出的信號c使短路制動時間增大從而增大制動量或使制動時間減少從而減小制動量。即，在圖12中所示的時間基準信號fs的周期T1,T2,T3內(nèi)進行比較，由于在周期T2內(nèi)方波脈沖fr的下降沿和下一個的基準頻率信號fs的下降沿之間的相位差小于周期T1內(nèi)的相位差，所以在周期T2隨后的下一個周期(周期T3)內(nèi)，比較器90的輸出信號c，與周期T1內(nèi)比較方波脈沖fr的下降沿和下一個參考頻率信號fs的下降沿之間的相位差的情況相比(即與周期T2相比)，減少了短路控制時間，從而減小了制動量。在時間基準信號fs的一個周期內(nèi)，輸出信號c為相同的波形，即波形具有相同的短路制動時間。本實施方案中，制動時間設(shè)為高電平，即當輸出信號c為高電平時，實施制動。
本實施方案可以得到以下效果。
1．由于VCO25包括發(fā)生器20和制動電路23，還有相位比較電路54和制動控制電路56，所以發(fā)生器20的轉(zhuǎn)動控制可用PLL控制。其結(jié)果是，由于在轉(zhuǎn)動電路23中是通過比較相應(yīng)周期內(nèi)的生成能量的波形來設(shè)定轉(zhuǎn)動電平的，所以當發(fā)生器20每次在鎖定范圍內(nèi)時，可以立刻產(chǎn)生反應(yīng)進行穩(wěn)定的控制，直到在某一時刻生成能量的波形有很大變化為止。
2．由于制動電路23包括斷續(xù)充電電路60且采用斷續(xù)方式實現(xiàn)制動控制，所以在生成能量至少保持在預定值時可以增大制動扭矩。其結(jié)果是，在保持系統(tǒng)穩(wěn)定的同時，可以有效地實施制動控制。
3．由于使用了斷續(xù)充電電路60，所以不只是制動控制而且經(jīng)整流電路21給電容21a充電(能量產(chǎn)生過程)和檢測發(fā)生器20的轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)動也是由斷續(xù)充電電路60實現(xiàn)。這樣，與由分別的電路實現(xiàn)相應(yīng)功能的情況相比，簡化了電路的結(jié)構(gòu)，通過減小部件數(shù)量降低成本，并且提高了工作效率。
4．由于斷續(xù)充電電路60控制“開”“關(guān)”相應(yīng)的場效應(yīng)管66，67的時序，并且在場效應(yīng)管66,67之一為連續(xù)導通的狀態(tài)下開關(guān)另一個場效應(yīng)管，所以可以減小充電路徑的壓降，并且提高能量產(chǎn)生效率。這是很有效的，因為當在電控機械時計中用必須體積小的發(fā)生器20時，提高了發(fā)生器20的能量產(chǎn)生效率。
5．由于提供了波形整形電路70，所以即使由于斷續(xù)充電電路60的電路結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而產(chǎn)生VCO25的輸出波形的變化，輸出波形的不同部分可由波形整形電路70吸收掉。其結(jié)果是，即使斷續(xù)充電電路60的電路結(jié)構(gòu)不同，轉(zhuǎn)動控制電路50可以共用，從而減少了部件成本。
6．當用低通濾波器(LPF)和比較器組成一個常規(guī)電路作為波形整形電路70時，經(jīng)斷續(xù)升壓的生成電壓的一部分給包括初級延時CR濾波器等的LPF充電。雖然這是降低電容21a充電效率的一個因素，但是由于本實施方案的波形整形電路70實施數(shù)字化處理，所以耗電電流可抑制為低電平，并可提高電容21a的充電效率。
下面，將說明本發(fā)明的第二實施方案。在本實施方案中，與上述方案相同的符號用來表示與上述實施方案相似或?qū)?yīng)的參數(shù)，在此不再贅述。
圖13是第二實施方案的電控機械時計的方框圖。
電控機械時計包括作為機械能量源的主彈簧1a，將主彈簧扭矩轉(zhuǎn)給發(fā)生器20的加速齒輪(齒輪7-11)和與加速齒輪耦合用來顯示時間的指針(分針13和秒針14)。
發(fā)生器20由主彈簧1a經(jīng)加速齒輪驅(qū)動并通過產(chǎn)生出的能量供電。發(fā)生器20輸出的交流經(jīng)整流電路21進行升壓和整流，整流電路21實現(xiàn)升壓和整流，全波整流，半波整流，三極管整流等并給包含電容的充電電路21a充電。
本實施方案中，如圖14所示，給發(fā)生器20提供了包括整流電路35的制動電路120。更具體的說，制動電路120包括第一和第二開關(guān)121，122，它們通過短路發(fā)生器20的輸出端第一端MG1和第二端MG2來實施短路制動。
本實施方案中，第一開關(guān)121包括第一P溝道場效應(yīng)管(FET)126，它有一個柵和第二端MG2相連，和第二場效應(yīng)管127，它有一個柵輸入的是后面將講到的斷續(xù)信號發(fā)生器180輸出的斷續(xù)信號(斷續(xù)脈沖)CH3，如圖15中所示，第一場效應(yīng)管126和第二場效應(yīng)管127串聯(lián)。
第二開關(guān)122包括第三P溝道場效應(yīng)管(FET)128，它有一個柵和第一端MG1相連，和第四場效應(yīng)管129，它有一個柵輸入的是斷續(xù)信號發(fā)生器180輸出的斷續(xù)信號(斷續(xù)脈沖)CH3，第三場效應(yīng)管128和第四場效應(yīng)管129串聯(lián)。
倍壓整流電路(簡化的同步升壓斷續(xù)整流電路)35包括升壓電容123，二極管124,125,第一開關(guān)121和與發(fā)生器20相連的第二開關(guān)122。任何一種電流沿一個方向流動的單向器件可以用作二極管124,125。特別是，電控機械時計中發(fā)生器20產(chǎn)生的電壓很小時，最好用壓降vf小的肖特基勢壘二極管作為二極管125。另外，最好用反向漏電壓小的硅二極管作為二極管124。
制動電路120由轉(zhuǎn)動控制裝置50控制，供電電路(電容)21a輸出的能量驅(qū)動轉(zhuǎn)動控制裝置。如圖13所示，轉(zhuǎn)動控制裝置50包括振蕩電路51，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)電路53和制動控制電路56。
振蕩電路51用晶振51A作為時間基準源輸出一個振蕩信號(32768Hz)，振蕩信號由含有12級觸發(fā)器的分頻電路52分頻到預定的頻率。分頻電路52的第12級的輸出Q12作為8Hz參考信號。
轉(zhuǎn)動感應(yīng)電路53包括與發(fā)生器20相連的波形整形電路161和單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器162。波形整形電路161包括放大器和比較器，并將正弦波轉(zhuǎn)換成方波。單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器162作為帶通濾波器，使某頻率或低于這一頻率的脈沖通過，并且輸出去噪聲的轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號FG1。
控制電路56包括作為制動控制電路的正/反計數(shù)器160，同步電路170和斷續(xù)信號發(fā)生器180。
轉(zhuǎn)動感應(yīng)電路53輸出的轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號FG1和分頻電路52輸出的參考信號fs經(jīng)同步電路170輸入給正/反計數(shù)器160的正計數(shù)輸入端和倒計數(shù)輸入端。
同步電路170包括4觸發(fā)器171，“與”門172和“與非”門173，并利用分頻電路52的第五級輸出Q5(1024Hz)和第六級輸出Q6(512Hz)同步轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號FG1和參考信號fs，同時進行調(diào)節(jié)以防止自疊加狀態(tài)中輸出相應(yīng)的信號脈沖。
正/反計數(shù)器160包括4位計數(shù)器。由同步電路1 70輸出的基于轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號FG1的信號輸入給正/反計數(shù)器160的正計數(shù)輸入端，由同步電路170輸出的基于參考信號fs的信號輸入給倒計數(shù)輸入端。在這種方式下，在參考信號fs和轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號FG1被計數(shù)的同時計算它們之間的差值。
正/反計數(shù)器160包括4個數(shù)據(jù)輸入端(預置端)A-D并將高電平信號輸入給A-C端，這樣正/反計數(shù)器的初始計數(shù)值(預置值)被設(shè)為7。
初始化電路190與正/反計數(shù)器160的負載(load)輸入端相連，它根據(jù)供電電路21a的電壓輸出系統(tǒng)復位信號SR，本實施方案中，初始化電路190輸出高電平信號直到供電電路21a的充電電壓為預定值為止，并且當充電電壓至少為預定值時，輸出低電平信號。
由于正/反計數(shù)器160直到load輸入端為低電平時，即直到輸出系統(tǒng)復位信號SR時，不接收正/反輸入，所以正/反計數(shù)器160的計數(shù)值保持為“7”。
正/反計數(shù)器160有4位輸出端QA-QD。因此，當計數(shù)值為7或小于7時，第四位輸出端輸出低電平信號，而當計數(shù)值為8或大于8時，輸出高電平信號。輸出端QD與斷續(xù)信號發(fā)生器180相連。
斷續(xù)信號發(fā)生器180包括第一斷續(xù)信號發(fā)生裝置181，它包括三個“與”門182-184。并利用分頻電路52的輸出Q5-Q8輸出第一斷續(xù)信號CH1；第二斷續(xù)信號發(fā)生裝置185，它包括兩個“或”門186-187，并利用分頻電路52的輸出Q5-Q8輸出第二斷續(xù)信號CH2；一個“與”門188，它輸入正/反計數(shù)器160的輸出QD和第二斷續(xù)信號發(fā)生器185的輸出CH2；和一個“或非門”189，它輸入“與”門188的輸出和第一斷續(xù)信號發(fā)生裝置的輸出CH1。
斷續(xù)信號發(fā)生器180的“或非”門189的輸出CH3輸入給第二和第四場效應(yīng)管127，129的柵極。因此，當CH3輸出低電平時，場效應(yīng)管127，129保持為“導通”狀態(tài)，這樣發(fā)生器20被短路并給它施加制動。
另一方面，當CH3輸出為高電平時，場效應(yīng)管127,129保持為“關(guān)”狀態(tài)，這樣不給發(fā)生器20施加制動。這樣，發(fā)生器20由CH3輸出的斷續(xù)信號斷續(xù)地控制。
下面，將參考圖16-圖18中的時序圖和圖19中的流程圖說明本實施方案的工作原理。
當發(fā)生器20開始工作，且由初試化電路190輸出的低頻電平系統(tǒng)復位信號SR輸入給正/反計數(shù)器160(S11)的LOAD輸入端時，正/反計數(shù)器160(S12)對基于轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號FG1的正計數(shù)信號(UP)和基于參考信號fs的倒計數(shù)信號(DOWN)計數(shù)。這兩個信號由同步電路170處理使它們不同時輸入給正/反計數(shù)器160。
其結(jié)果是，當初始值為7的情況下輸入正計數(shù)信號時，則計數(shù)值為“8”并且QD的輸出的高電平送給斷續(xù)信號發(fā)生器180的“與”門188。
另一方面，當輸入倒計數(shù)信號(DOWN)并且計數(shù)值返為“7”時，QD輸出低電平信號。
如圖17所示，在斷續(xù)信號發(fā)生器180中，利用分頻電路52的輸出Q5-Q8，第一斷續(xù)信號發(fā)生裝置181輸出CH1并且第二斷續(xù)信號發(fā)生裝置185輸出CH2。
當正/反計數(shù)器160的輸出端QD輸出低電平(計數(shù)值“7”或小于“7”)時，由于“與”門188的輸出也是低電平，所以“或非”門189的輸出CH3是將CH1反相獲得的斷續(xù)信號，即斷續(xù)信號的占空比小(場效應(yīng)管127,129置“導通”的比例)，即高電平信號(制動“關(guān)”時間)時間長而低電平信號(制動“導通”的時間)的時間短。因此，在一個參考周期內(nèi)，制動“導通”的時間減少了，以至于幾乎沒有制動施加給發(fā)生器20，即實現(xiàn)了優(yōu)先于能量發(fā)生的制動“關(guān)”控制(S13,S15)。
另一方面，當正/反計數(shù)器160的輸出端QD輸出高電平信號(計數(shù)值大于或等于“8”)時，由于“與”門188的輸出也是高電平，所以“或非”門189的輸出CH3作為斷續(xù)信號，它是將CH2反相得到的。這樣，斷續(xù)信號的占空比大，即低電平信號(制動“開”的時間)長而高電平信號(制動“關(guān)”的時間)時間短。因此，在參考周期內(nèi)，制動“開”的時間增大，給發(fā)生器20實施制動ON控制。但是，由于在預定周期內(nèi)制動為“關(guān)”，所以就實現(xiàn)了斷續(xù)控制，這樣在抑制了生成能量下降的同時提高了制動扭矩。(S13,S14)倍壓整流電路(簡化的同步升壓斷續(xù)整流電路)35將發(fā)生器20產(chǎn)生的電荷給供電電路21a充電，如下面所述。這樣，當?shù)谝欢薓G1的極性為“+”并且第二端MG2的極性為“-”時，第一場效應(yīng)管(FET)126被置為“導通”，第三場效應(yīng)管(FET)128被置為“關(guān)”。其結(jié)果是，由發(fā)生器20感應(yīng)的電壓的電荷經(jīng)圖15中所示的電路“④→③→⑦→④”給如0.1μF的電容123充電，同時經(jīng)電路“④→⑤→⑥→①→②→③→⑦→④”給如10μF的供電電路(電容)21a充電。
另一方面，當?shù)谝欢薓G1的極性切換為“-”并且第二端MG2的極性切換為“+”時，第一場效應(yīng)管(FET)126被置為“關(guān)”，第三場效應(yīng)管(FET)128被置為“開”。其結(jié)果是，發(fā)生器20感應(yīng)的電壓和給電容123充電的電壓之和所得的電壓經(jīng)圖15中所示的電路“電容123→④→⑦→⑥→①→②→③→電容123”給供電電路(電容)21a充電。
當發(fā)生器20的兩端被斷續(xù)脈沖短路，在此狀態(tài)下發(fā)生器20不工作時，在線圈兩端感應(yīng)一個高電壓，并且供電電路(電容)21a由高充電電壓充電，從而提高了充電效率。
當主彈簧1a有較大扭矩并且發(fā)生器20有高轉(zhuǎn)速時，由正計數(shù)信號(UP)使計數(shù)值為“8”后，正計數(shù)值還可被輸入。在這種情況下，計數(shù)值為“9”并且由斷續(xù)信號CH3實現(xiàn)的斷續(xù)信號制動ON控制使輸出QD保持為高電平。然后，發(fā)生器20的轉(zhuǎn)速由于施加了制動而有所下降。當參考信號fs(倒計數(shù)信號)在轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號FG1輸入之前輸入兩次時，計數(shù)值降為“8”和“7”，當計數(shù)值為“7”時，控制切換到轉(zhuǎn)動OFF控制以釋放制動。
當實現(xiàn)上述控制時，發(fā)生器20的轉(zhuǎn)速趨近設(shè)定的轉(zhuǎn)速并且操作接近鎖定狀態(tài)，該狀態(tài)中正計數(shù)信號(UP)和倒計數(shù)信號(DOWN)交替地輸入，并且計數(shù)值重復為“8”和“7”。同時，根據(jù)計數(shù)值制動被重復地置為“開”和“關(guān)”。這樣，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一次的一個參考周期內(nèi)，通過施加有大占空比的斷續(xù)信號和小占空比的斷續(xù)信號給場效應(yīng)管127,129而實現(xiàn)斷續(xù)控制。
另外，當主彈簧1a放松，其扭矩減小時，施加制動的時間逐漸減少，并且即使不加制動，發(fā)生器20的轉(zhuǎn)速趨近參考速度。
這樣，即使沒有施加制動，仍有許多倒計數(shù)值輸入，當計數(shù)值小于或等于“6”時，說明主彈簧1a的扭矩減小。這樣，用戶可停止指針工作，立即重新上緊主彈簧1a，指針在低速工作時，可讓蜂鳴器發(fā)聲或讓燈亮。
因此，當正/反計數(shù)器160的輸出端QD輸出高電平信號，根據(jù)大占空比的斷續(xù)信號實現(xiàn)制動ON控制，而當QD輸出低電平信號，根據(jù)小占空比的斷續(xù)信號實現(xiàn)制動OFF控制。這樣，制動ON控制和制動OFF控制由作為制動控制裝置的正/反計數(shù)器160進行切換。
本實施方案中，當輸出端QD輸出低電平信號時，斷續(xù)信號CH3被設(shè)置為使高電平時間∶低電平時間是15∶1，即，占空比為1/16=0.0625，而當輸出端QD輸出高電平信號時，斷續(xù)信號CH3被設(shè)置為使高電平時間∶低電平時間是1∶15，即，占空比為15/16=0.9375。
如圖18所示，發(fā)生器20的MG1,MG2端輸出根據(jù)磁通變化的交流波形。同時，根據(jù)輸出端QD輸出的信號，將頻率恒定和占空比不同的斷續(xù)信號CH3適當?shù)厥┘咏o場效應(yīng)管127,129。當輸出端QD輸出高電平信號時，即，當實施制動ON控制時，每個斷續(xù)周期內(nèi)短路制動時間增大，從而增大了制動量，減小了發(fā)生器20的轉(zhuǎn)速。雖然根據(jù)施加的制動量，生成的能量總量減少，但是可以通過輸出斷續(xù)信號“關(guān)”場效應(yīng)管127,129時，在短路制動中積累的能量而使能量斷續(xù)地升壓。相應(yīng)地，短路制動中生成能量的減小可以得到補償，這樣在抑制生成能量下降的同時，可以增大制動扭矩。
相反地，當輸出端QD輸出低電平信號時，即當實施制動OFF控制時，在每個斷續(xù)周期內(nèi)的短路制動時間減少，從而減小了制動量，增大了發(fā)生器20的轉(zhuǎn)速。由于當場效應(yīng)管127,129由“關(guān)”狀態(tài)切換到“開”狀態(tài)時，此時能量也斷續(xù)地升壓，這樣即使與實施控制的情況相比，此情況下沒有實施制動，生成能量可被提高。
發(fā)生器20輸出的交流由倍壓整流電路升壓和整流，并給供電電路(電容)21a充電，轉(zhuǎn)動控制裝置50由供電電路(電容)21a驅(qū)動。
由于正/反計數(shù)器160的輸出QD和斷續(xù)信號CH3都利用了輸出Q5-Q8和分頻電路52的Q12，即，由于斷續(xù)信號CH3的頻率設(shè)為輸出QD的頻率的整數(shù)倍，所以產(chǎn)生的輸出QD的輸出的變化，即制動ON控制和制動OFF控制切換的時序和斷續(xù)信號CH3互為同步。
圖20所示的是圖16-圖18中的時序圖說明的8Hz倒計數(shù)信號(DOWN),8Hz正計數(shù)信號(UP)和斷續(xù)信號(CH3)之間的關(guān)系。本實施方案中，斷續(xù)信號(CH3)與倒計數(shù)信號(DOWN)和正計數(shù)信號(UP)同步。然而，如圖20的斷續(xù)信號(CH3’)所示，斷續(xù)信號(CH3)與倒計數(shù)信號(DOWN)和正計數(shù)信號(UP)不同步，且其波形的起始為相應(yīng)信號(DOWN,UP)的某一周期內(nèi)的斷續(xù)信號(CH3’)的高電平或某一周期內(nèi)的斷續(xù)信號的低電平。本實施方案中，制動時間為低電平，這樣當斷續(xù)信號CH3為低電平時，實施制動。
另外，斷續(xù)信號不必與控制轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)動的速度同步，即，允許顯示正確時間的速度，只要轉(zhuǎn)子12以該速度轉(zhuǎn)動。更具體的說，斷續(xù)周期可以與設(shè)定速度同步，也可不同步，它們之間的關(guān)系不受任何限制。
本實施方案可得到下述結(jié)果。
7．基于轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號FG1的正計數(shù)信號(UP)和基于參考信號fs的倒計數(shù)信號(DOWN)輸入給正/反計數(shù)器160，在轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號FG1(正計數(shù)信號)的計數(shù)值大于參考信號fs(倒計數(shù)信號)的計數(shù)值的情況下(當正/反計數(shù)器的初始值為“7”，計數(shù)值為大于或等于“8”的情況)，由制動電路120連續(xù)地給發(fā)生器20施加制動，而在轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號FG1的計數(shù)值小于參考信號fs的計數(shù)值的情況下(計數(shù)值為小于或等于“7”的情況)，關(guān)掉發(fā)生器20的制動。其結(jié)果是，即使發(fā)生器20啟動時，發(fā)生器20的轉(zhuǎn)速大大偏離參考速度，轉(zhuǎn)速可立即逼近參考速度，從而提高了轉(zhuǎn)動控制的反應(yīng)。
8．而且，由于制動ON和制動OFF的控制是用兩種有不同占空比的斷續(xù)信號CH3實現(xiàn)的，所以可增大制動(制動扭矩)而不產(chǎn)生充電電壓(生成電壓)的下降。特別是，當實施制動時，由于發(fā)生器20是用大占空比的斷續(xù)信號控制，所以在消除充電電壓下降的同時可增大制動扭矩，從而在保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時可以有效地實施制動控制。在這種結(jié)構(gòu)下，也可延長電控機械時計的持續(xù)時間。
9．當不實施制動時，由于發(fā)生器20是用小占空比的斷續(xù)信號控制，所以在不實施制動時，充電電壓可以進一步地提高。
10．由于制動ON和制動OFF的控制的切換只與是否計數(shù)值是小于或等于“7”還是大于或等于“8”有關(guān)，而且制動時間等不需另設(shè)，所以轉(zhuǎn)動控制裝置50的結(jié)構(gòu)可以簡化，從而可減少部件成本和生產(chǎn)成本，這樣的電控機械時計的成本較低。
11．由于正計數(shù)信號(UP)輸入的時序根據(jù)發(fā)生器20的轉(zhuǎn)速而變化，所以計數(shù)值為“8”的時間，即實施制動的時間也可自動調(diào)制。其結(jié)果是，在鎖定狀態(tài)下即正計數(shù)信號(UP)和倒計數(shù)信號(DOWN)交替輸入的情況下，可實現(xiàn)具有快速反應(yīng)的穩(wěn)態(tài)控制。
12．由于正/反計數(shù)器160作為制動控制裝置，所以對相應(yīng)的正計數(shù)信號(UP)和倒計數(shù)信號(DOWN)的計數(shù)和對相應(yīng)計數(shù)值之差的比較可以同時自動地實現(xiàn)。其結(jié)果是，簡化結(jié)構(gòu)的同時也可簡單地確定相應(yīng)計數(shù)值之差。
13．由于采用4位正/反計數(shù)器160，可以有16個計數(shù)值。因此，當連續(xù)輸入正計數(shù)信號(UP)時，可以對輸入值進行累積計數(shù)，并且在設(shè)定范圍即在該范圍內(nèi)，正計數(shù)信號(UP)和倒計數(shù)信號(DOWN)連續(xù)地輸入并且不達到“15”或“1”，輸入值的累積誤差可被校正。其結(jié)果是，即使發(fā)生器的轉(zhuǎn)速大大偏離參考速度，可通過可靠地校正累積誤差使它回到參考速度，盡管這需要的時間為達到閉環(huán)狀態(tài)需要的時間，從而可在長時間運行下，使指針工作在正確的工作狀態(tài)。
14．由于在初始化電路190使發(fā)生器20啟動直到供電電路21a充電到預定值的時間內(nèi)，沒有產(chǎn)生制動控制，就沒有制動控制加給發(fā)生器20，所以供電電路21a的充電具有了優(yōu)先權(quán)。這樣，供電電路21a可以快速穩(wěn)定地驅(qū)動轉(zhuǎn)動控制裝置50，并且隨后執(zhí)行的轉(zhuǎn)動控制的穩(wěn)定性也得到了提高。
15．由于從輸出端QD輸出電平的時序的變化，即切換制動“開”和“關(guān)”控制的時序與斷續(xù)信號CH3由“開”狀態(tài)變?yōu)椤瓣P(guān)”狀態(tài)的時序同步，所以根據(jù)斷續(xù)信號CH3，發(fā)生器20在預定的間隔內(nèi)產(chǎn)生高電壓部分(毛刺部分)并且輸出也可作為時鐘的步測脈沖。
這樣，當輸出QD與斷續(xù)信號CH3不同步時，除了有預定周期的斷續(xù)信號CH3外發(fā)生器20根據(jù)輸出QD的變化也可產(chǎn)生高電壓部分，如圖21所示。其結(jié)果是，由于毛刺部分不總是在發(fā)生器輸出波形預定的間隔中輸出，所以它不能用作步測量脈沖，但是當如本實施方案中所示，輸出QD與斷續(xù)信號CH3同步時，毛刺部分也可用作步測量脈沖。
16．由于發(fā)生器20的整形控制由與MG1,MG2端相連的第一和第三場效應(yīng)管實現(xiàn)，所以不必用比較器等，而且簡化了結(jié)構(gòu)，也防止了由于比較器功耗帶來的充電效率的下降。另外，利用發(fā)生器20的電壓端來“開”“關(guān)”場效應(yīng)管126,128,可以控制它們與發(fā)生器20的兩端的極性一致，從而提高了整流效率。另外，由于受斷續(xù)控制的第二和第四場效應(yīng)管127,129和場效應(yīng)管126,128串聯(lián)，所以可以單獨實現(xiàn)斷續(xù)控制，從而簡化了結(jié)構(gòu)。因此，倍壓整流電路(簡化的同步升壓斷續(xù)整流電路)35的結(jié)構(gòu)簡單，它執(zhí)行斷續(xù)整流和發(fā)生器20的升壓極性同步。
下面，將參考圖22說明本發(fā)明的第三實施方案。本實施方案中，與上述相應(yīng)實施方案使用的相同的符號表示與上述實施方案相似或?qū)?yīng)的元件，在這不再贅述。
本實施方案的結(jié)構(gòu)是這樣的，即斷續(xù)信號發(fā)生器180只包括第二斷續(xù)信號發(fā)生裝置185而去掉了第一斷續(xù)信號發(fā)生裝置181，并且通過只在制動ON控制中施加斷續(xù)信號來實現(xiàn)斷續(xù)控制。
這樣，如圖23所示，由于在輸出端QD為低電平的情況下，斷續(xù)信號發(fā)生器180的輸出CH4保持高電平，不實施制動，所以場效應(yīng)管127,129保持“關(guān)”狀態(tài)并且發(fā)生器20如常輸出交流。另一方面，當輸出端QD為高電平并且實施制動(制動ON控制中)時，斷續(xù)信號發(fā)生器180的輸出CH4作為斷續(xù)信號，與第一實施方案的斷續(xù)信號相似，并實現(xiàn)了斷續(xù)控制。
圖24中所示的時序圖表示了8Hz倒計數(shù)信號(DOWN),8Hz正計數(shù)信號(UP)和斷續(xù)信號(CH4)之間的關(guān)系。雖然在本實施方案中斷續(xù)信號(CH4)也與倒計數(shù)信號(DOWN)的一個周期同步，但是斷續(xù)信號(CH4)可有如圖24中斷續(xù)信號(CH4’)所示的與倒計數(shù)信號(DOWN)不同步的波形，斷續(xù)信號(CH4)在倒計數(shù)信號(DOWN)的某個周期內(nèi)一斷續(xù)信號(CH4’)的高電平為起始并且在其某個周期內(nèi)一低電平為起始。本實施方案中，制動時間設(shè)為低電平，這樣當斷續(xù)信號CH4為低電平時，實施制動。
另外，如第二實施方案相同，在本實施方案中斷續(xù)信號也不需與設(shè)定給轉(zhuǎn)子12的速度同步。
本實施方案也可實現(xiàn)與第二實施方案(7),(8)(10)-(16)條相似的工作過程和工作效果。
17．另外，由于去掉了第一斷續(xù)信號發(fā)生裝置181，所以可以減少部件數(shù)量，降低費用。
下面將參考圖25說明本發(fā)明的第四實施方案。在本實施方案中，與上述相應(yīng)實施方案使用的相同的符號表示與上述實施方案相似或?qū)?yīng)的元件，在這不再贅述。
本實施方案是這樣的，即斷續(xù)信號發(fā)生器180中的第一斷續(xù)信號發(fā)生裝置181的輸出CH2的頻率不同于斷續(xù)信號發(fā)生器180中的第二斷續(xù)信號發(fā)生裝置185的輸出CH5的頻率，這樣可輸出兩種不同頻率的斷續(xù)信號作為斷續(xù)信號發(fā)生器180輸出的斷續(xù)信號CH6。
這樣，如圖26中所示，通過將分頻電路52的輸出Q4只輸入給第一斷續(xù)信號發(fā)生裝置181，使第一斷續(xù)信號發(fā)生裝置181的輸出CH5的頻率置為第二斷續(xù)信號發(fā)生裝置185的輸出CH2的頻率的兩倍。因此，根據(jù)輸出端QD的電平即根據(jù)是實施制動置“ON”控制還是制動“OFF”控制輸出，兩種有不同占空比和頻率的斷續(xù)信號被輸出作為斷續(xù)信號發(fā)生器180的輸出信號CH6，從而發(fā)生器20輸出圖27中所示的交流波形。
本實施方案中，斷續(xù)信號也不必與設(shè)定給轉(zhuǎn)子12的速度同步。
本實施方案可實現(xiàn)類似于第二實施方案(7)-(16)條的工作原理和工作效果。
18．另外在制動OFF控制中，斷續(xù)頻率為第二實施方案的兩倍。如圖45和圖46所示，當占空比相同時，較高的頻率可減小驅(qū)動扭矩同時可提高充電電壓。其結(jié)果是，與第一實施方案相比本實施方案在制動OFF控制中，可減弱制動效果(制動扭矩)，從而可更加提高充電電壓。
下面，將參照圖28說明本發(fā)明的第五實施方案。在本實施方案中，與上述相應(yīng)實施方案使用的相同的符號表示與上述實施方案相似或?qū)?yīng)的元件，在這里省略或簡化了對它們的說明。
本實施方案具有斷續(xù)信號發(fā)生器180，它包括輸出高頻斷續(xù)信號的高頻斷續(xù)信號發(fā)生器101，輸出低頻斷續(xù)信號的低頻斷續(xù)信號發(fā)生器102，作為電壓感應(yīng)單元用來檢測供電電路6的電壓的供電電壓感應(yīng)電路103和根據(jù)供電電路6的電壓切換并輸出高頻斷續(xù)信號發(fā)生器101的輸出CH7和低頻斷續(xù)信號發(fā)生器102的輸出CH3的開關(guān)裝置104。
相應(yīng)的斷續(xù)信號發(fā)生器101,102的結(jié)構(gòu)類似于第二實施方案的斷續(xù)信號發(fā)生器180，包括三個“與”門182-184，兩個“或”門186，187，輸入為“或”門187的輸出和正/反計數(shù)器160的輸出Q7的“與”門188，和輸入為“與”門188的輸出和“與”門184的輸出的“或非”門189。
由于高頻斷續(xù)信號發(fā)生裝置101利用了分頻電路52的輸出Q4-Q7，所以它輸出的斷續(xù)信號CH7的頻率高于利用分頻電路52的輸出Q5-Q8的低頻斷續(xù)信號發(fā)生裝置102的斷續(xù)信號的頻率。
當給供電電路(電容)21a充電的電壓低于設(shè)定值時，供電電壓感應(yīng)電路103輸出低電平信號，而當電壓高于設(shè)定值時，供電電壓感應(yīng)電路103輸出高電平信號。
開關(guān)裝置104包括兩個“與”門105,106，它們的輸入分別為供電電壓感應(yīng)電路103的信號和相應(yīng)的斷續(xù)信號發(fā)生裝置101,102的信號，和一個“或”門107，它的輸入為“與”門105,106的輸出。
當?shù)碗娖叫盘枏墓╇婋妷焊袘?yīng)電路103輸入時(當充電電壓低于設(shè)定值時)，通過將從供電電壓感應(yīng)電路103輸入給“與”門105的信號反相產(chǎn)生低電平信號來消除低頻斷續(xù)信號發(fā)生裝置102的輸出CH3，使得高頻斷續(xù)信號發(fā)生器101的輸出CH7由“或”門107輸出給場效應(yīng)管127,129。相反，當從供電電壓感應(yīng)電路103輸入高電平信號(當充電電壓高于設(shè)定值時)，通過該低電平信號消除高頻斷續(xù)信號發(fā)生裝置101的輸出CH7，使得低頻斷續(xù)信號發(fā)生裝置102的輸出CH3由“或”門107輸出給場效應(yīng)管127、129。
其結(jié)果是，當供電電壓低時，由高頻斷續(xù)信號CH7實現(xiàn)斷續(xù)制動控制，而當供電電壓高時，由低頻斷續(xù)信號CH3實現(xiàn)斷續(xù)制動控制。由于斷續(xù)信號CH3和CH7的占空比相同，相應(yīng)地當實現(xiàn)制動ON控制和制動OFF控制時，高頻斷續(xù)信號CH7有較低的驅(qū)動扭矩和較高的充電電壓，即它可先于充電實現(xiàn)制動，而低頻斷續(xù)信號CH3有較大的驅(qū)動扭矩和較低的充電電壓，即它可先于制動實現(xiàn)控制。
在本實施方案中，斷續(xù)信號也不必與設(shè)定給轉(zhuǎn)子12的速度同步。
本實施方案可實現(xiàn)類似于第二實施方案的(7)-(16)條的工作原理和工作效果。
19．另外，由于高頻斷續(xù)信號發(fā)生裝置101，低頻斷續(xù)信號發(fā)生裝置102，供電電壓感應(yīng)電路103和開關(guān)裝置104作為斷續(xù)信號發(fā)生器180，并且供電電壓值使斷續(xù)信號的頻率不同，所以可在相應(yīng)的充電狀態(tài)中，實現(xiàn)斷續(xù)控制，從而可更有效率地實現(xiàn)制動控制。
本實施方案不局限于上述各實施方案，并且本發(fā)明可包括本發(fā)明目的范圍內(nèi)的變化和改進等。
例如，轉(zhuǎn)動控制裝置50可以是一個F/V(頻率/速度)變換器100，它將波形整形電路輸出的頻率變換為速度信息。由于發(fā)生器20的轉(zhuǎn)速信息可通過F/V變換器100獲得，所以可控制發(fā)生器20的轉(zhuǎn)速使它接近設(shè)定的速度，即時間基準信號。其結(jié)果是，即使生成電壓的波形有很大的瞬間變化并偏離閉鎖范圍，仍可維持對發(fā)生器20的控制，由此構(gòu)造了更為穩(wěn)定的系統(tǒng)。
斷續(xù)充電電路60不局限于上述實施方案中所公開的斷續(xù)充電電路，例如，可用圖31中所示的斷續(xù)充電電路110，它包括檢測轉(zhuǎn)子12的極性的比較器111，斷續(xù)晶體管66，67的二極管112和電阻113。
上述實施方案中，由于比較器61,62用來檢測極性，所以供電電源63需將比較參考電壓Vref供給比較器61,62。但是本實施方案可不許要供電電壓。在斷續(xù)充電電路110中，晶體管66,67由線圈端電壓經(jīng)二極管112驅(qū)動，從而根據(jù)驅(qū)動它們的產(chǎn)生能量的線圈的極性，使晶體管66,67導通。為此，線圈端電壓必須比能驅(qū)動晶體管66,67的電壓(閾值電壓)與二極管112的導通電壓之和的電壓高。例如，當Vth=0.5V和二極管Vf=0.3時，由于滿足上述要求需0.8V，所以發(fā)生器20必須能產(chǎn)生約1.0--1.6v。其結(jié)果是，優(yōu)選地在上述實施方案的斷續(xù)充電電路60中不用二極管驅(qū)動晶體管66,67，因為由發(fā)生器20產(chǎn)生的小電壓就可更有效地實現(xiàn)斷續(xù)充電工作。
另外，斷續(xù)充電電路也可是這樣的，即圖6中所示的斷續(xù)充電電路60的晶體管66,67變?yōu)镻溝道型，而且晶體管66,67的位置由二極管68,69的位置替代，使它們與電容21a的“+”端(VDD)短路，這樣當晶體管66,67不工作時，電容21a的電壓升壓到小于VTNK的電壓。在這種情況下，比較器61,62的輸出由“與”電路將其與時鐘信號CLK的輸出“與”并且輸入給晶體管66,67的柵極。
同理，第二至第五實施方案中，第一和第二開關(guān)121,122的位置可由電容123和二極管124的位置替代，并使其位于電容21a的負端(Vss)(第二供電電源側(cè))。這樣，相應(yīng)開關(guān)121,122的晶體管126-129變?yōu)镹溝道型，并介于發(fā)生器20的MG1,MG2端和作為供電電壓的低電壓端第二根供電線端的電容21a(第二供電電源側(cè))的負端(Vss)之間。在這種情況下，電路設(shè)置為允許開關(guān)121,122與發(fā)生器20的負端相連以連續(xù)地被置“ON”，和允許開關(guān)121,122與發(fā)生器20的正端相連以斷續(xù)地被置“ON”。
第一實施方案可使用同時“開”和“關(guān)”晶體管66,67的斷續(xù)充電電路。
另外，在第一實施方案中可用圖32-36中所示的各斷續(xù)充電電路200,300,400,500,600。在斷續(xù)充電電路200-600中，用相同的符號與上述實施方案相似或?qū)?yīng)的元件，不再贅述。
圖32中所示的斷續(xù)充電電路200是這樣設(shè)置的，即電容201與發(fā)生器20的線圈和電容21a串聯(lián)，IC202與發(fā)生器20并聯(lián)，在IC202控制下執(zhí)行斷續(xù)的斷續(xù)開關(guān)203與發(fā)生器20并聯(lián)。有一個寄生二極管204與開關(guān)203并聯(lián)。
在斷續(xù)充電電路200中也可得到與第一實施方案的(2)條相似的效果，即提高制動扭矩的同時不產(chǎn)生生成電壓的下降，因為當通過“導通”開關(guān)203給發(fā)生器20實施短路制動時，給電容201充電，并且當開關(guān)203“關(guān)”斷時，電容201的儲能使生成電壓增大的能量給電容21a充電。另外，由于寄生電容204也作為升壓/整流電路的二極管，所以可減少部件數(shù)量，也可降低電路安裝成本。
圖33所示的斷續(xù)充電電路300與斷續(xù)充電電路200不同之處在于在斷續(xù)充電電路200增加了整流二極管301,302。
在成本方面，斷續(xù)充電電路300遜于斷續(xù)充電電路200，因為它增加了二極管301,302。但是，斷續(xù)充電電路200有一個缺點，即當開關(guān)203閉合并被短路時，由于電容201的電荷流向開關(guān)203，所以當短路時間增大時，生成電壓提高比下降。而斷續(xù)充電電路300有一優(yōu)點，即當開關(guān)203閉合時，它阻止了電容201的電荷流向開關(guān)203，所以與斷續(xù)充電電路200相比，它可提高升壓性能。
圖34中所示的斷續(xù)充電電路400提供了用于斷續(xù)充電電路300中開關(guān)203和二極管204,302組成的附加裝置。對發(fā)生器20的交流輸出的正負波執(zhí)行斷續(xù)。其結(jié)果是，可對發(fā)生器20的交流輸出的整個周期執(zhí)行升壓和制動控制，從而可進一步提高升壓性能和制動性能。
圖35所示的斷續(xù)充電電路500是一個倍壓整流電路，它能將兩倍于發(fā)生器20產(chǎn)生的電壓經(jīng)兩個電容501,502加到IC202上。
圖36所示的斷續(xù)充電電路600由具有整流二極管601的全波整流電路實現(xiàn)斷續(xù)。
雖然斷續(xù)充電電路500,600被設(shè)置為對全波實施斷續(xù)，它們也可設(shè)置為只對半波實施斷續(xù)。斷續(xù)充電電路300-600也可獲得與第一實施方案的(2)條相似的效果。
另外，轉(zhuǎn)動感應(yīng)電路53,LPF55和制動控制電路56的結(jié)構(gòu)不局限于第一實施方案中所示的由波形整形電路70，電荷泵80和環(huán)路濾波器81，比較器90，分頻電路91及三角波發(fā)生電路92組成的結(jié)構(gòu)，它們在實施時可適當?shù)卦O(shè)置。
例如，圖37中所示的鎖存裝置可用作波形整形電路70。如圖9中所示，雖然波形整形電路70由比較器61,62中的一個的輸出只對方波脈沖fr整形，但是圖37中所示的波形整形電路70在檢測AG1端極性(比較器62)的輸出的上升沿給鎖存裝置76施加鎖存，并且如圖9中所示，根據(jù)AG2端的比較器61的輸出復位。這種結(jié)構(gòu)有一個優(yōu)點，即雖然必須用兩個輸出，但沒有延時，并可正確地實現(xiàn)檢測。當根據(jù)AG1的輸出實施鎖存時，即使AG1的輸出產(chǎn)生缺少脈沖的現(xiàn)象，可以忽略。相應(yīng)地，可防止對方波脈沖fr的影響。
轉(zhuǎn)動控制裝置不局限于如第一實施方案中所示的采用PLL控制的轉(zhuǎn)動控制裝置和第二至第五實施方案中所示的采用正/反計數(shù)器160的轉(zhuǎn)動控制裝置，例如它可以只由F/V轉(zhuǎn)換器100的輸出控制轉(zhuǎn)速。這樣，實施時可適當?shù)卦O(shè)置。另外，發(fā)生器20不局限于兩極轉(zhuǎn)子，可以采用多極轉(zhuǎn)子的發(fā)生器。
雖然第二至第五實施方案用4位正/反計數(shù)器160作為制動控制裝置，但也可以用小于或等于三位和大于或等于五位的正/反計數(shù)器。由于采用較大位數(shù)的正/反計數(shù)器增加了計數(shù)值，所以可增大可儲存的累積誤差的范圍，這在發(fā)生器20剛啟動后的非鎖定狀態(tài)執(zhí)行控制中特別有益。另一方面，采用小位數(shù)的計數(shù)器有一好處，即雖然可儲存的累積誤差的范圍減小了，但由于在閉鎖狀態(tài)下，正計數(shù)和倒計數(shù)重復執(zhí)行，所以一位計數(shù)器就可實現(xiàn)工作并減少了成本。
制動控制裝置不局限于正/反計數(shù)器，它可包括第一和第二計數(shù)裝置，它們分別被加上參考信號fs和轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號FG1，和比較各計數(shù)裝置的計數(shù)值的比較電路。但是，采用正/反計數(shù)器16O的優(yōu)點在于可簡化電路結(jié)構(gòu)。另外，可采用任何結(jié)構(gòu)作為控制裝置，只要它能檢測發(fā)生器20的轉(zhuǎn)動周期并根據(jù)轉(zhuǎn)動周期切換制動ON控制和制動OFF控制。實施中可設(shè)置具體的結(jié)構(gòu)。
雖然在上述實施方案中制動控制是用兩種有不同占空比和不同周期的斷續(xù)信號實現(xiàn)的，也可以用三種或三種以上的有不同占空比和不同周期的斷續(xù)信號。
倍壓整流電路35，制動電路120，制動控制電路56，斷續(xù)發(fā)生器180等的具體結(jié)構(gòu)不局限于上述各實施方案中的結(jié)構(gòu)，可以用任何結(jié)構(gòu)，只要能斷續(xù)控制電控機械時計的發(fā)生器20即可。
例如，如圖38中所示，二極管125a可以取代電容123作為制動電路120的斷續(xù)整流電路35。這種情況下，由于沒有形成升壓電路，所以斷續(xù)整流電路35作為簡化的同步斷續(xù)整流電路。
另一方面，當?shù)谝欢薓G1的極性為“+”并且第二端MG2的極性為“-”時，第一場效應(yīng)管(FET)126被置為“開”，第三場效應(yīng)管(FET)128被置為“關(guān)”。其結(jié)果是，由發(fā)生器20產(chǎn)生的電壓的電荷經(jīng)圖38中所示的電路“④→⑤→⑥→①→②→③→⑦→④”給供電電路(電容)21a充電。
另一方面，當?shù)谝欢薓G1的極性切換為“-”并且第二端MG2的極性切換為“+”時，第一場效應(yīng)管(FET)126被置為“關(guān)”。第三場效應(yīng)管(FET)128被置為“導通”。其結(jié)果是，發(fā)生器20產(chǎn)生的電壓的電荷經(jīng)圖38中所示的電路“7→6→1→2→3→4→7”給供電電路(電容)21a充電。
實施時，上述個實施方案中的斷續(xù)信號的頻率可恰當?shù)卦O(shè)置。但是，如當周期為50Hz時或大于50Hz(約是發(fā)生器20的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動頻率的5倍)時，在將充電電壓保持為預定值或大于預定值的同時，可提高制動性能。另外實施時斷續(xù)信號的占空比可恰當?shù)卦O(shè)置。
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的頻率(參考信號)不局限于第一實施方案的10Hz和第二實施方案的8Hz，實施時可恰當?shù)卦O(shè)置。
如圖39所示的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)電路800可用作轉(zhuǎn)動感應(yīng)電路53以檢測轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動。即，當發(fā)生器20受斷續(xù)控制時，斷續(xù)脈沖疊加到發(fā)生器20的轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)動波形上。其結(jié)果是，在疊加斷續(xù)波形的時刻比較轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)動波形的電壓和參考電壓，從而由轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)動波形得到與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動周期相應(yīng)的方波信號(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號MGOUT)。同時，噪聲，如外部磁場(例如頻率為50/60Hz的市電)，可疊加在轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)動波形上，這樣就產(chǎn)生了一個現(xiàn)象，即由于噪聲的影響使轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)動波形變形，就不能得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號。
為解決上述問題，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)電路800包括轉(zhuǎn)子脈沖感應(yīng)電路181，用于檢測在斷續(xù)時刻轉(zhuǎn)子脈沖的電壓是否超過了參考電壓(閾值電壓V ROTD，例如0.5V)；連續(xù)檢測次數(shù)計數(shù)器802，它對由轉(zhuǎn)子脈沖感應(yīng)電路801連續(xù)檢測的電壓超過參考電壓的次數(shù)進行計數(shù)；比較電路803，它比較連續(xù)檢測次數(shù)計數(shù)器802的計數(shù)值和設(shè)定值n(如，3次)并檢測計數(shù)值是否大于設(shè)定值n；連續(xù)未檢測次數(shù)計數(shù)器804，它對轉(zhuǎn)子脈沖感應(yīng)電路801未連續(xù)檢測到的電壓超過參考電壓的次數(shù)進行計數(shù)；比較電路805，它比較連續(xù)未檢測次數(shù)計數(shù)器804的計數(shù)值和設(shè)定值m(如，3次)，并檢測計數(shù)值是否大于設(shè)定值m；和脈沖產(chǎn)生電路806，它根據(jù)比較電路803,805的比較結(jié)果輸出轉(zhuǎn)子感應(yīng)信號MGOUT。
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)電路800是這樣設(shè)置的，即在斷續(xù)脈沖的時序下比較轉(zhuǎn)動波形和參考電壓，對發(fā)生器20的轉(zhuǎn)動波形連續(xù)n次(3次)超過參考電壓(0.5V)計數(shù)時，MGOUT被設(shè)為低電平，而當未被連續(xù)m次檢測到時，則MGOUT被置為高電平。這種方式下，由于在轉(zhuǎn)子12旋轉(zhuǎn)一次時，MGOUT由高電平變?yōu)榈碗娖揭淮危钥梢钥煽康貦z測轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，如圖40所示。MGOUT與參考信號(如，8Hz)比較，根據(jù)兩者之差實施制動，從而可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)速。
雖然實施時可適當?shù)卦O(shè)置n,m，但也可根據(jù)疊加在轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)動周期上的噪聲頻率設(shè)置它們。例如，當50Hz的噪聲(1Vp-p正弦波)疊加到8Hz的轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)動波形(2Vp-p正弦波)上，并且斷續(xù)頻率為256Hz時，約50Hz噪聲的一個周期內(nèi)含有斷續(xù)頻率的5個周期。因此，即使噪聲疊加到轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)動波形上，可根據(jù)轉(zhuǎn)動波形的一半或一半以上(連續(xù)斷續(xù)頻率的3個周期的值)是否超過參考電壓來確定轉(zhuǎn)動波形是否超過參考電壓。因此，在本實施方案中，n,m設(shè)為3次。
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)電路提供有取代連續(xù)未檢測次數(shù)計數(shù)器804的計數(shù)器，無論是否連續(xù)發(fā)生，它都對超過參考電壓的轉(zhuǎn)動波形的未被檢測的次數(shù)進行計數(shù)，該電路可用作轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)電路800。這種情況下，可根據(jù)斷續(xù)頻率和疊加在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動頻率上的噪聲頻率設(shè)置連續(xù)檢測次數(shù)x(如，2次)和未檢測次數(shù)y(如，5次)。
轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)動的檢測考慮了疊加在轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)動波形上的噪聲，所以即使將鐘表用于易發(fā)生噪聲的環(huán)境中，也能正確地檢測轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)動。
圖15和圖38中所示的斷續(xù)整流電路35不局限于上述實施方案的電控機械時計，它可用于如各種手表，座鐘，鐘及類似物，便攜計步器，手提電話，尋呼機，計步表，便攜計算器，手提個人計算機，電子記事本，便攜收音機及類似物的時計中?？傊蓮V泛地用于消耗電能的電子設(shè)備中。同時，由于總的電路和機械系統(tǒng)可由發(fā)生器20驅(qū)動而不是用電池，所以不需要更換電池。
另外，由于不需要更換電池，可將本發(fā)明與其它能量產(chǎn)生機構(gòu)合并，例如，自纏繞(Self-winding)能量產(chǎn)生機構(gòu)和能量自生成設(shè)備，如太陽能電池，熱能產(chǎn)生設(shè)備等。
下面，將介紹一個實例來說明本發(fā)明的效果。
圖44中所示的斷續(xù)充電電路700用于實例的實驗。斷續(xù)充電電路700與圖33中所示的斷續(xù)充電電路300相似，設(shè)置為0.1μF的電容201與發(fā)生器20的線圈串聯(lián)以及與1μF的電容21a串聯(lián)并且斷續(xù)開關(guān)與發(fā)生器20并聯(lián)。另外，10MΩ電阻205置于IC的位置，同時還有整流二極管301,302。
當開關(guān)203的斷續(xù)頻率切換至頻率的5個段，即切換至25,50,100,500,1000Hz時，在表示開關(guān)置“導通”比率的工作周期的相應(yīng)值下，測量給電容21a充電的電壓(生成電壓)和驅(qū)動扭矩。圖45和46分別表示實驗的結(jié)果。發(fā)生器20的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動頻率設(shè)為10Hz。由于電控機械時計有IC202，它通常是由0.8V和80nA驅(qū)動，所以當電路700中以0.8V給電容21a充電時，80nA的電流流向10MΩ電阻205，這樣，充電電壓足以驅(qū)動IC202。
由圖45中所示的充電電壓的實驗結(jié)果可見，除了斷續(xù)頻率為25Hz的情況外，充電電壓高于0.8V，這樣，電壓可保持在預定值(0.8V)或高于預定值。
圖46所示為在圖45所示的斷續(xù)條件下，驅(qū)動發(fā)生器20的扭矩的測量結(jié)果。在10Hz下，需要驅(qū)動扭矩來轉(zhuǎn)動發(fā)生器，其類似于發(fā)生器20給主彈簧1a施加一個制動的扭矩。如圖46所示，可以發(fā)現(xiàn)，雖然驅(qū)動扭矩的上升曲線根據(jù)占空比增加的過程中的斷續(xù)頻率而不同，但是當占空比到0.9時，得到的驅(qū)動扭矩幾乎相同。
因此，當斷續(xù)頻率為50Hz，即至少5倍于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動頻率時，在保持充電電壓至少為預定值的同時，可提高制動性能，從而肯定了本發(fā)明是有效的。
即使斷續(xù)頻率為25Hz，當占空比等于或小于0.8V時，至少可充電0.8V。相應(yīng)地，通過恰當?shù)卦O(shè)置占空比，也可使用25Hz斷續(xù)頻率。
雖然本實驗中，斷續(xù)頻率只測到1000Hz，但可以設(shè)想，在更大的斷續(xù)頻率下，可得到相同的效果。但是，當斷續(xù)信號過大時，實現(xiàn)斷續(xù)的IC的功耗很大并且發(fā)生器產(chǎn)生的能量增大。因此，斷續(xù)頻率的上限最好設(shè)為1000Hz，即100倍于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動頻率。
圖45和46中所示的特性不局限于發(fā)生器20的轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)動頻率(參考信號)為10Hz的情況，在其它頻率下也有相似的走勢。相似地，實施時可適當設(shè)置轉(zhuǎn)動頻率，并且在其它轉(zhuǎn)動頻率下可得到相同的效果。
如上所述，本發(fā)明的電控機械時計，在保持生成能量不低于預定值時，可增大控制發(fā)生器的扭矩，而且還可減小成本。
權(quán)利要求
1．一種電控機械時計，包括機械能量源；由機械能量源驅(qū)動的發(fā)生器，它經(jīng)齒輪耦合產(chǎn)生感應(yīng)能量并從第一和第二端提供電能；與齒輪耦合的指針；和轉(zhuǎn)動控制裝置，它由電能驅(qū)動控制發(fā)生器的轉(zhuǎn)動周期，其特性在于包括能短路發(fā)生器相應(yīng)端的開關(guān)，和轉(zhuǎn)動控制裝置通過斷續(xù)開關(guān)來斷續(xù)地控制發(fā)生器。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的電控機械時計，其特性在于轉(zhuǎn)動控制裝置斷續(xù)開關(guān)的斷續(xù)頻率至少為發(fā)生器轉(zhuǎn)子在設(shè)定的速度下產(chǎn)生的電壓波形的5倍。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的電控機械時計，其特性在于斷續(xù)頻率為發(fā)生器轉(zhuǎn)子在設(shè)定的速度下產(chǎn)生的電壓波形的5至100倍。
4．根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的電控機械時計，其特性在于包括第一和第二根供電線，用于將發(fā)生器的電能給供電電路充電，所述開關(guān)包括分別跨接在發(fā)生器的第一和第二端與第一和第二根供電線之一之間的第一和第二開關(guān)，轉(zhuǎn)動控制裝置連續(xù)地將連接在發(fā)生器第一和第二端之一的所述開關(guān)置ON，同時斷續(xù)發(fā)生器另一端的開關(guān)。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的電控機械時計，其特性在于所述第一和第二開關(guān)分別由晶體管組成。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的電控機械時計，其特性在于轉(zhuǎn)動控制裝置包括比較器，它將發(fā)生器產(chǎn)生的電壓波形和參考波形進行比較；比較電路，它將每個比較器的輸出和時間基準信號進行比較并輸出一個差值信號；信號輸出電路，它根據(jù)差值信號輸出脈寬可變的時鐘信號；和邏輯電路，它將時鐘信號和每個比較器的輸出進行“與”并輸出一個“與”信號送給晶體管。
7．根據(jù)權(quán)利要求4的電控機械時計，其特性在于第一開關(guān)包括第一場效應(yīng)晶體管，其有一個柵極與發(fā)生器的第二端相連，和與第一場效應(yīng)晶體管串聯(lián)的第二場效應(yīng)晶體管，其通過轉(zhuǎn)動控制裝置斷續(xù)；第二開關(guān)包括第三場效應(yīng)晶體管，其有一個柵極與發(fā)生器的第一端相連，和與第三場效應(yīng)晶體管串聯(lián)的第四場效應(yīng)晶體管，其通過轉(zhuǎn)動控制裝置斷續(xù)；第一和第二二極管，其分別相應(yīng)地跨接在發(fā)生器的第一和第二端與第一和第二根供電線的另一個之間。
8．根據(jù)權(quán)利要求4的電控機械時計，其特性在于第一開關(guān)包括第一場效應(yīng)晶體管，其有一個柵極與發(fā)生器的第二端相連，和與第一場效應(yīng)晶體管串聯(lián)的第二場效應(yīng)晶體管，其通過轉(zhuǎn)動控制裝置斷續(xù)；第二開關(guān)包括第三場效應(yīng)晶體管，其有一個柵極與發(fā)生器的第一端相連，和與第三場效應(yīng)晶體管串聯(lián)的第四場效應(yīng)晶體管，其通過轉(zhuǎn)動控制裝置斷續(xù)；升壓電容，其跨接在發(fā)生器的第一和第二端中的一端與第一和第二根供電線中的一根之間；二極管，其跨接在發(fā)生器的第一和第二端中的另一端與第一和第二根供電線中的另一根之間。
9．根據(jù)權(quán)利要求1至8之一的電控機械時計，其特性在于轉(zhuǎn)動控制裝置包括斷續(xù)信號發(fā)生器，它產(chǎn)生至少兩種有不同占空比的斷續(xù)信號，該至少兩種有不同占空比的斷續(xù)信號加到開關(guān)上來斷續(xù)地控制發(fā)生器。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的電控機械時計，其特性在于轉(zhuǎn)動控制裝置包括制動控制裝置，其切換制動ON控制來檢測發(fā)生器的轉(zhuǎn)動周期并根據(jù)轉(zhuǎn)動周期給發(fā)生器實施制動，且其切換制動OFF控制釋放制動，所述制動控制裝置將有不同占空比的斷續(xù)信號加到制動ON控制和制動OFF控制中的開關(guān)上，加在制動ON控制中的斷續(xù)信號的占空比比加在制動OFF控制中的斷續(xù)信號的占空比大。
11．根據(jù)權(quán)利要求1至8之一的電控機械時計，其特性在于轉(zhuǎn)動控制裝置包括產(chǎn)生斷續(xù)信號的斷續(xù)信號發(fā)生器和制動控制裝置，它切換制動ON控制來檢測發(fā)生器的轉(zhuǎn)動周期并根據(jù)轉(zhuǎn)動周期給發(fā)生器實施制動，且切換制動OFF控制釋放制動，所述制動控制裝置將斷續(xù)信號只加到制動ON控制中的開關(guān)上，從而對發(fā)生器進行斷續(xù)地控制。
12．根據(jù)權(quán)利要求1至8之一的電控機械時計，其特性在于轉(zhuǎn)動控制裝置包括斷續(xù)信號發(fā)生器，它產(chǎn)生至少兩種有不同頻率的斷續(xù)信號并且該至少兩種有不同頻率的斷續(xù)信號加到開關(guān)上，從而對發(fā)生器進行斷續(xù)地控制。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的電控機械時計，其特性在于轉(zhuǎn)動控制裝置包括制動控制裝置，其切換制動ON控制來檢測發(fā)生器的轉(zhuǎn)動周期并根據(jù)轉(zhuǎn)動周期給發(fā)生器實施制動，其切換制動OFF控制釋放制動，制動控制裝置將有不同頻率的斷續(xù)信號加到制動ON控制和制動OFF控制中的開關(guān)上，加在制動ON控制中的斷續(xù)信號的頻率比加在制動OFF控制中的斷續(xù)信號的頻率低。
14．根據(jù)權(quán)利要求12或權(quán)利要求13的電控機械時計，其特性在于具有不同頻率的斷續(xù)信號還具有不同的占空比。
15．根據(jù)權(quán)利要求1至8之一的電控機械時計，其特性在于轉(zhuǎn)動控制裝置包括斷續(xù)信號發(fā)生器，它產(chǎn)生至少兩種有不同頻率的斷續(xù)信號；電壓感應(yīng)單元，它檢測由發(fā)生器充電的供電電壓，其中當電壓感應(yīng)單元檢測的供電電壓低于設(shè)定的值時，具有第一頻率的斷續(xù)信號加到開關(guān)上，同時當檢測到的供電電壓高于設(shè)定的值時，具有比第一頻率低的第二頻率的斷續(xù)信號加到開關(guān)上，從而斷續(xù)地控制發(fā)生器。
16．根據(jù)權(quán)利要求15的電控機械時計，其特性在于轉(zhuǎn)動控制裝置包括制動控制裝置，它切換制動ON控制來檢測發(fā)生器的轉(zhuǎn)動周期并根據(jù)轉(zhuǎn)動周期給發(fā)生器實施制動，切換制動OFF控制釋放制動，斷續(xù)信號發(fā)生器可產(chǎn)生兩種在第一和第二頻率下具有不同占空比的斷續(xù)信號，制動控制裝置根據(jù)供電電壓和不同的占空比將具有第一和第二頻率的斷續(xù)信號選擇一個分別加到制動ON控制和制動OFF控制中的開關(guān)上。
17．根據(jù)權(quán)利要求1至16之一的電控機械時計，其特性在于轉(zhuǎn)動控制裝置使在控制制動ON控制以給發(fā)生器實施制動和制動OFF控制來釋放制動之間切換的時序與根據(jù)斷續(xù)信號斷續(xù)地開關(guān)的時序同步。
18．根據(jù)權(quán)利要求1至17之一的電控機械時計，其特性在于轉(zhuǎn)動控制裝置包括轉(zhuǎn)動周期感應(yīng)裝置，它通過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號檢測轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動周期，在斷續(xù)的某一時刻將發(fā)生器的轉(zhuǎn)動波形的電壓與參考電壓比較，當轉(zhuǎn)動波形的電壓等于或小于參考電壓時，轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號置為低電平和高電平中的一種電平，當轉(zhuǎn)動波形電壓高于參考電壓時，轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號置為另一種電平。
19．根據(jù)權(quán)利要求18的電控機械時計，其特性在于當發(fā)生器的轉(zhuǎn)動波形電壓在斷續(xù)的過程中與參考電壓比較，其連續(xù)n次等于或小于參考電壓時，轉(zhuǎn)動控制裝置將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號置為低電平和高電平中的一種電平，當發(fā)生器的轉(zhuǎn)動波形電壓在斷續(xù)的過程中與參考電壓比較，其連續(xù)m次大于參考電壓時，轉(zhuǎn)動控制裝置將轉(zhuǎn)子感應(yīng)信號置為低電平和高電平中的另一種電平。
20．根據(jù)權(quán)利要求19的電控機械時計，其特性在于根據(jù)斷續(xù)頻率和疊加在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動波形上的噪聲頻率設(shè)定n次和m次。
21．根據(jù)權(quán)利要求18的電控機械時計，其特性在于當發(fā)生器的轉(zhuǎn)動波形在斷續(xù)的過程中與參考電壓比較，其連續(xù)x次等于或小于參考電壓時，轉(zhuǎn)動控制裝置將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號置為低電平和高電平中的一種電平，當發(fā)生器的轉(zhuǎn)動波形在斷續(xù)的過程中與參考電壓比較，其連續(xù)y次大于參考電壓時，轉(zhuǎn)動控制裝置將轉(zhuǎn)子感應(yīng)信號置為低電平和高電平中的另一種電平。
22．根據(jù)權(quán)利要求21的電控機械時計，其特性在于根據(jù)斷續(xù)頻率和疊加在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動波形上的噪聲頻率設(shè)定x次和y次。
23．根據(jù)權(quán)利要求1至22中的電控機械時計，其特性在于轉(zhuǎn)動控制裝置采用PPL控制來控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動。
24．根據(jù)權(quán)利要求1至22的電控機械時計，其特性在于轉(zhuǎn)動控制裝置采用正/反計數(shù)器來控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動。
25．一種控制電控機械時計的方法，所述時計包括機械能量源；由機械能量源驅(qū)動的發(fā)生器，它經(jīng)齒輪耦合產(chǎn)生感應(yīng)能量并由第一和第二端提供電能；與齒輪耦合的指針；和轉(zhuǎn)動控制裝置，它由電能驅(qū)動來控制發(fā)生器的轉(zhuǎn)動周期；其特性在于包括如下幾個步驟比較根據(jù)時間基準源產(chǎn)生的參考信號和根據(jù)發(fā)生器的轉(zhuǎn)動周期輸出的轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號，根據(jù)轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號提前于參考電壓的值斷續(xù)能使發(fā)生器相應(yīng)端短路的開關(guān)，以斷續(xù)方式對發(fā)生器實施制動控制。
26．一種控制電控機械時計的方法，所述時計包括機械能量源；由機械能量源驅(qū)動的發(fā)生器，它經(jīng)齒輪耦合產(chǎn)生感應(yīng)能量并由第一和第二端提供電能；與齒輪耦合的指針；和轉(zhuǎn)動控制裝置，它由電能驅(qū)動來控制發(fā)生器的轉(zhuǎn)動周期；其特性在于包括如下幾個步驟將根據(jù)時間基準源產(chǎn)生的參考信號和根據(jù)發(fā)生器的轉(zhuǎn)動周期輸出的轉(zhuǎn)動感應(yīng)信號輸入給正/反計數(shù)器，將兩個信號之一置為正計數(shù)信號，另一信號置為倒計數(shù)信號，當正/反計數(shù)器的計數(shù)值為預設(shè)值時，以斷續(xù)方式對發(fā)生器實施制動，當計數(shù)值不是預設(shè)值時，對發(fā)生器不實施制動。
全文摘要
本發(fā)明提供保持生成能量不低于預定值的同時,能增大發(fā)生器的制動扭矩并減小成本的電控機械時計。電控機械時計包括將經(jīng)齒輪傳送的主彈簧1a的機械能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)生器20,與齒輪耦合的指針和由轉(zhuǎn)換的電能驅(qū)動的控制發(fā)生器20的轉(zhuǎn)動周期的轉(zhuǎn)動控制裝置50。提供了能短路發(fā)生器20的兩端的開關(guān)并且由轉(zhuǎn)動控制裝置50斷續(xù)開關(guān)來斷續(xù)地控制發(fā)生器20。由于發(fā)生器20以斷續(xù)方式控制,所以可在保持生成電壓不低于預定值的同時提高制動扭矩并減少成本。
文檔編號G04C3/14GK1214477SQ98120819
公開日1999年4月21日 申請日期1998年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月30日
發(fā)明者小池邦夫, 清水榮作, 新川修, 高橋理 申請人:精工愛普生株式會社