[发明专利]用于时计设定杆的位置传感器

说明书

描述了用于确定时计中的可旋转元件(3)(诸如手表的设定杆)的瞬时角位置的电容式传感器。静止电极(11，12，13，21，22，23)被布置成与可旋转元件(3)的转子电极(5a，5b)一起形成第一差分电容对(1)和第二差分电容对(2)。传感器计算单元被配置为感测来自差分电容对(1，2)的差值，并且使用将差分电容值与角位置值相关联的预定信息从差值来评估可旋转元件(3)的角位置。

技术领域

本发明涉及一种感测时计的可旋转设定杆的位置和/或运动的领域。更具体地但非唯一地，本发明涉及适于感测时计设定杆的运动和/或位置的电容式传感器布置。

背景技术

在诸如机电时计的组合机械运动部分和电子控制电路的装置中，需要精确的传感器来感测旋转的机械部分的位置和/或运动。对于具有可旋转设定杆的手表，例如，需要精确和响应的传感器来检测设定杆的瞬时角位置和/或旋转，以使得可将佩戴者的偏好快速且准确地转换成由手表的电子控制系统使用的电子信息。特别是在可穿戴时计领域中，使这种传感器的精度和速度最大化，同时使功耗最小化是重要的。此外，诸如手表的设定杆的部件的小尺寸性质意味着旋转/运动传感器必须能够检测微小物体的微小移动，例如具有一毫米或甚至更小直径的设定杆的旋转。传感器部件同样必须很小，因为空间有限。这种传感器应当优选地是非接触的(contactless)，以便减少磨损，并且从而延长时计的使用寿命。传感器部件同样应易于制造。

现有技术

在美国专利US6252825中已经提出了非接触传感器，其描述了用于检测时计的设定杆的位置和/或运动的电容式传感器的使用。该设定杆设置有转子电极，其被成形为便于调节两个定子电极之间的电容。同样描述了一种实施例，其中两个这种电容被正交布置，以便传感器控制系统能够推断设定杆的旋转方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于确定时计的可旋转元件的瞬时角位置的电容式传感器，该电容式传感器包括多个定子电极，以及被布置为与可旋转元件一起旋转的至少一个转子电极，其中至少一个转子电极和定子电极被布置成在可旋转元件的旋转循环(cycle)期间在多个定子电极中的每一个定子电极之间提供电容，以使得电容中的每一个电容由于所述一个转子电极的影响而至少在所述旋转循环的一部分上变化，以及其中：至少一个转子电极包括第一转子电极和第二转子电极；电容包括第一差分电容对，所述第一差分电容对包括在旋转循环的第一部分期间形成在定子电极的第一定子电极和定子电极的第二定子电极之间的第一电容，以及在旋转循环的第二部分期间形成在第二定子电极和定子电极的第三定子电极之间的第二电容，第一电容具有第一瞬时电容值X₁，并且第二电容具有第二瞬时电容值X₂；并且电容包括第二差分电容对，所述第二差分电容对包括在旋转循环的第三部分期间形成在定子电极的第四电极和定子电极的第五电极之间的第三电容，以及在旋转循环的第四部分期间形成在第五定子电极和定子电极的第六定子电极之间的第四电容，第三电容具有第三瞬时电容值X₃，并且第四电容具有第四瞬时电容值X₄。电容值X₁、X₂、X₃和X₄取决于所述第一和第二转子电极的角度定位而变化。

所提出的新的解决方案能够更精确地测量可旋转元件的位置和/或运动，从而提供更精细的分辨率，而不需要更多数量的传感器的转子和/或定子电极。

在确定角位置上使用差分电容值进一步提高了电容式传感器对诸如寄生电容或由于湿度或温度改变而引起的变化等外部影响的抗干扰性，并且从而提高了其测量精度。根据本发明的优选实施例，转子电极由围绕其旋转轴线在任一侧上沿着直径对称地伸展的两个相同部分制成，以使得仅以+/-180度的精度来确定该位置。因此，仅提供增量传感器用于测量角位移或角速度，但不包括绝对角位置。