从CH-597,636已知一种钟表的运行机构，其中发条通过传动机构 驱动一时间指针和交流发电器。发电器向电压变换器电路提供电压，电 压变换器电路向电容元件提供电压，而电容元件向带有稳定振荡器的电 子基准电路和电子控制电路提供电压。电子控制电路包括一比较器逻辑 电路和一与比较器逻辑电路的输出相连并且其能耗通过比较器逻辑电路 控制的耗能电路。比较器逻辑电路的输入与电子基准电路相连，而其另 一输入则与发电器相连。比较器逻辑电路的设计是这样的，它将电子基 准电路来的一个时钟信号与发电器来的时钟信号相比较，并根据该比较 结果通过耗能电路的功耗大小来控制电子控制电路的功耗大小。在此方 式中，比较器电路还通过控制控制电路的能耗来控制发电器的动作并由 此控制时间指针的运动。
但是，根据CH-597,636的钟表运行机构中的耗能电路只能通过比 较器逻辑电路按两步来控制。也就是说，根据CH-597,636的耗能电路 要么为零要么为最大值。这就意味着发电器只能要么是以最大的力量来 制动，要么不受一点力。由此导致钟表运行机构中运行机构控制的剧烈 振荡。按这种方式，钟表运行机构的能源效率较差。
根据CH-597,636的电压变换器电路是一个整流器。它用二极管作 为整流器，这在手钟表技术中是比较典型的，例如在公开的GB-A- 2,158,274、EP-A-0,326,312、US-A-4,653,931、EP-A-0,467,667、EP-A- 0,326,313、EP-A-0,309,164和EP-A-0,241,219中都是如此。二极管是无 源元件。由于二极管的阈值电压，在钟表运行机构的整个运行时间内用 二极管作为整流器降低了钟表运行机构的能源效率。
在一种由发条通过传动机构驱动一时间指针和发电器的钟表运行机 构中，有一个问题就是只有有限的能量可以贮存在发条中。驱动钟表运 行机构所需的发条越多，钟表运行机构的运动保持时间就越短。必要的 驱动能是由钟表运行机构的机械驱动能、发电器的摩擦能和电能组成的。 发电器的电能输出由与发电器相连的耗能电子电路的能源消耗决定的。 还要说明的是发电器的摩擦能与发电器感应的电压有直接的关系。作为 粗略的估计，感应电压越大，发电器转子的质量也必须越大。但是，转 子的摩擦能和惯性运动也会随着转子质量的增加而增加。但是，较大的 转子惯性质量运动与相对较小的转子惯性质量运动相比是不利的。例如， 如果转子被一个力止动，惯性质量运动较大的运动就会比惯性质量运动 较小的运动在起动时慢得多。如果转子有一个较大的惯性质量运动，则 再次达到其正常转速所需的时间就较长。因此在转子的起动阶段存在电 容元件将被放电至低于驱动钟表的电子元件所需的电压的危险，这个危 险较之惯性质量运动较小的转子(其加速较快因而能更快地达到其正常 转速)要大。
但是，大的电能和机械能的损耗导致运动保持时间的缩短，或者是 使钟表运行机构有较大的发条，从而使得钟表运行机构的整个体积变大。

本发明的一个目的是提供一种钟表的运行机构，其发条通过一个传 动系统驱动一个时间指针和交流电压发电器，该传动系统的机构以一种 特定的能源效率方式驱动。
根据本发明的一个方面，提供了一种钟表的运行机构，其发条驱动 一时间指针和交流电压发电器(1)，其中：
发电器(1)向电压变换器电路(2)提供电压，电压变换器电路(2) 向第一电容元件(10)提供电压；
第一电容元件(10)向带有稳定振荡器(3、4)的电子基准电路(3、 4、5)和电子控制电路(6、7、8、9)供电；
其中电子控制电路(6、7、8、9)包括：
一比较器逻辑电路(6)，其一个输入与电子基准电路(3、4、5)相 连，另一个输入则通过一比较器级(7)和异电路(8)与发电器(1)相 连；和
一个耗能电路(9)，其与比较器逻辑电路(6)的输出相连，其功耗 可由比较器逻辑电路(6)控制；
其中比较器逻辑电路(6)设计成：
将来自电子基准电路(3、4、5)的时钟信号与发电器(1)产生的 时钟信号相比较，
比较器逻辑电路(6)根据时钟信号的比较结果，通过耗能电路(9) 功耗值来控制电子控制电路(6、7、8、9)的功耗，和
其中，按这种方式，比较器逻辑电路(6)通过对控制电路功耗的控 制而控制了发电器(1)的运行并由此控制了时间指针的工作；
其特征在于：
第一电容元件(10)至少在钟表运行机构第一次起动后即通过一个 或多个无源元件所充电，和
一旦第一电容元件(10)足以驱动有源单元或单元组，该无源元件 或元件组即被一个或多个有源单元所代替，或由并联电路分支上的一个 有源单元或多个有源单元补充，其中一个或多个有源单元在导通方向上 比无源元件或元件组有更小的电阻。
前述的钟表运行机构的特别好的能源效率通过使至少一个无源元件 用一个在导通方向上有更小电阻值的有源元件至少是间断地代替而实 现。按此方式，电压损失减少因而效率也提高了。
根据本发明的一个方面，无源元件是一个二极管，而附带的有源元 件是一个由比较器控制的开关。开关的电压损失至少是二极管电压损失 的数量级。
根据本发明的另一个方面，晶体管结构是按二极管和三极管两种功 能来使用的。这是特别优选的电路技术，且节省了空间。
根据本发明的另一个方面，保持运动的指针是特别好用的。
根据本发明的另一个方面，作为集成电路的电路结构在电路技术和 制造技术中有特别的优点，且节省空间。
附图说明
本发明的实施例通过附图来说明。
在图中，
图1是根据本发明的钟表运行机构电子部分的方框图；
图2是带有三倍压电路第一实施例的电压变换器电路的示意图；
图3是带有三倍压电路第二实施例的电压变换器电路的示意图；
图4是带有三倍压电路第三实施例的电压变换器电路的示意图；

在图1中，根据本发明的钟表运行机构的电子部分以方框图形式给 出。一交流电压发电器(1)与发条(未示出)通过传动机构(也未示出) 相连。传动机构驱动发电器(1)和时间指针(未示出)。发电器(1)的 交流电压的正常频率优选为2nHz，n可以是不为零的自然数。根据本发 明钟表运行机构的机械部分是现有技术。在此以CH-597,636为参考。
发电器(1)向电压变换器电路(2)提供电能。电压变换器电路(2) 向第一电容元件(10)提供电能。第一电容元件(10)向带有稳定振荡 器(3、4)的电子基准电路(3、4、5)和电子控制电路(6、7、8、9) 供电。稳定的振荡器(3、4)包括一石英谐振器(4)，其振荡确定了一 个基准频率。除了石英谐振器(4)和上述电路中的所有电容元件外，电 压变换器电路(2)、电子控制电路(6、7、8、9)以及电子基准电路(3、 5)放在一起作为集成电路11。在另一实施例中，电容元件也被集成在 集成电路11中。
电子控制电路(6、7、8、9)包含一比较器逻辑电路(6)。比较器 逻辑电路(6)的一个输入与电子基准电路(3、4、5)相连，另一个输 入则通过检测交流电压换向的比较器级(7)和异电路(8)与发电器(1) 相连。异电路(8)实际上是一个缓冲存储器，其防止脉冲同时输入到比 较器逻辑电路(6)的两个输入端。此外，电子控制电路(6、7、8、9) 包含一个耗能电路(9)，其与比较器逻辑电路(6)的输出，并由比较器 逻辑电路(6)控制其功耗。
耗能电路(9)由多个相同阻值的电阻构成。一个电阻的大小要小于 当所有电阻串联时产生的阻值。比较器逻辑电路(6)控制着耗能电路(9) 的功耗，它改变在电流通路中切换的电阻数目，电子控制电路(6、7、8、 9)的功耗在预定的值范围内可由电阻数目连续地控制。
还可以将耗能电路(9)制作为一个可控制的电流源。
比较器逻辑电路(6)将来自电子基准电路(3、4、5)的时钟信号 与发电器(1)来的时钟信号相比较。根据该比较结果，比较器逻辑电路 (6)通过耗能电路(9)功耗大小的控制来控制电子控制电路(6、7、8、 9)的功耗大小。按这种方式，通过对控制电路功耗的控制，发电器(1) 的操作以及时间指针的操作都得到了控制。该控制被设计成时间指针的 操作按照想要的模式与石英谐振器(4)的基准频率同步。
比较器逻辑电路(6)有一个计数器，其计数读取与发电器(1)和 电子基准电路(3、4、5)之间的速度或周期差一致。实际耗能电路(9) 的功耗根据计数器的计数读取来控制。根据计数器的状态，耗能电路(9) 消耗较多或较少的电能，由此给发电器较多或较少的负荷。每个计数读 取值被分配给一个耗能电路(9)中的预定的有效电阻的组合。这意味着 比较器逻辑电路(6)可以根据计数读取值将耗能电路(9)中的电阻单 独或以各种组合方式切换入或切换出有源通路。这也考虑了前述电阻在 一个或多个计数读取值没有一个被切换入有源通路的情况。
但是，控制受到的限制是，当达到特定的计数读取值时，发电器脉 冲的计数被中断。这是特别必要的，目的是为了使钟表运行机构的所有 电子元件无故障地启动，并考虑到发条在钟表运行机构完全停止后再上 紧的情况。如果比较器逻辑电路(6)和耗能电路(9)以如下方式配合， 即耗能电路(9)的功耗在预定计数读取值范围(例如0到16)保持为一 个最小值，并且当超出计数读取值的范围时其后的功耗按与计数读取值 成线性比例关系变化。在提出的例子中，这将意味着对超过16的计数， 耗能电路(9)的功耗将与增加的计数读取值成线性比例关系地增加，并 与减少的计数读取值成线性比例关系地减少。耗能电路(9)在上述计数 读取范围内功耗的最小化有一个结果，即发电器(1)的转子可以在例如 被压力止动的情况下加速而没有延迟。由于上面在对转子惯性质量运动 的解释中所讨论的原因，这种尽可能无延迟地和快速地加速到正常转速 正是人们所想要的。
为了使控制进一步稳定，脉冲计数可以被一个计数器的特定的最小读 数所中断。
钟表的运行机构还包括一个用于根据计数器读数指示钟表运行机构 贮能的组件。其指示是通过一个LCD来实现的。
电子基准电路(3、4、5)包含一个分频电器(5)，其连在稳定振荡 器(3、4)及与电子控制电路(6、7、8、9)的连线之间。该分频电路 (5)将石英谐振器(4)来的基准频率按设定的方式分频，以实现更为 简单的时间指示同步。
从图2到图4可见，电压变换器电路(2)执行整流器和三倍压电路 的功能。
一第一二极管(14)与发电器(1)和第一电容元件(10)串联。一 第一开关(19)与第一二极管(14)并联，但与发电器(1)和第一电容 元件(10)串联。第一开关(19)受第一比较器(21)的有源控制。
电压变换器电路还包含一三倍压电路(12、13、15、16、17、18、20、 23)，其输入侧与发电器(1)相耦连，其负载侧与第一电容元件(10) 以及第一开关(19)与第一二极管(14)的并联电路耦连。三倍压电路 (12、13、15、16、17、18、20、23)的负载端与同第一二极管(14) 位置相对的第一电容元件(10)一起接在接地结(22)。
第一比较器(21)将非地电位的第一电容元件(10)接点的电位与 非地电位的三倍压电路(12、13、15、16、17、18、20、23)负载端的 电位相比较。第一开关(19)只在第一电容元件(10)能够驱动第一比 较器(21)并且在三倍压电路(12、13、15、16、17、18、20、23)负 载侧的不接地连接端的电位高到足以对第一电容元件进一步充电时被第 一比较器(21)关闭。
第一开关(19)是第一场效应晶体管，并且其连接使得在其关闭状 态其结构的一部分起第一二极管(14)的作用。
发条、传动机构、发电器(1)、电压变换电路(2)以及电子控制电 路(6、7、8、9)设计成使发电器(1)在钟表运行机构的起动到第一电 容元件(10)充电到一预定值为止的期间内，其运转速度大于的其正常 转速。按这种方式，首先，第一电容元件(10)的充电是由第一二极管 (14)来完成的。
足以驱动第一比较器和驱动布置在三倍压电路(12、13、15、16、17、 18、20、23)(下面将更充分地说明)的第二比较器(20)的第一电容元 件(10)的电压值在此实施例中为0.6V。第一二极管(14)的压降为400mV。 第一电容元件一被充电到至少0.8V，就能实现电子基准电路(3、4、5) 和电子电路(6、7、8)无故障地完成其功能。第一比较器(21)闭合第 一开关(19)，即一旦由三倍压电路(12、13、15、16、17、18、20、23) 送来的电压高于第一电容元件(10)的电压，就断开第一场效应晶体管。 但是，第一场效应晶体管的沟道间压降只有10mV。电压损失显著地降低 了。一旦三倍压电路(12、13、15、16、17、18、20、23)来的电压降 到低于第一电容元件(10)的电压时，第一比较器(21)就闭合第一场 效应晶体管。如果三倍压电路(12、13、15、16、17、18、20、23)来 的电压再次升到足够高的值时，第一比较器(21)再次断开第一场效应 晶体管，如此等等。第一电容元件(10)只在钟表运行机构的起动阶段 通过第一二极管(14)充电，并带有大电压损失。随着运行机构的运行， 第一电容元件(10)仅通过第一场效应晶体管的沟道充电，这比通过第 一二极管(14)充电有明显的节电优点。按此方式，钟表运行机构的储 能可以更为经济地使用，钟表的走动时间也可以延长了。
根据现有技术的现状，不可能制作一个感应电压大于1.6V的微型发 电器。这意味着电压变换器电路(2)必须执行除整流功能之外的电压倍 增功能。前面已提及的倍压电路(12、13、15、16、17、18、20、23) 就用来实现此电压倍增功能。在本实施例中，电压倍增电路(12、13、15、 16、17、18、20、23)是一个三倍压电路。图2到图4所示是三倍压电 路的三个实施例。
在这种倍压电路中，存在前述的在所需二极管之间的电压降问题。 这个问题在图2到图4所示的实施例中通过针对第一二极管(14)间电 压降问题的相似方法得以解决。第二和第三电容元件(15、16)与发电 器(1)串联，发电器(1)位于第二电容元件(15)和第三元件(16) 之间。三倍压电路的第一实施例(见图2)还包含一第二二极管和一第二 开关(17)的并联电路，和一第三二极管(23)和一第三开关(18)的 并联电路。第二二极管(12)和第二开关(17)的并联电路串联于第二 电容元件(15)的发电器一侧端子和第三电容元件(16)的负载一侧端 子之间。第三二极管(23)和第三开关(18)的并联电路串联于在第三 电容元件(16)的发电器一侧端和第二电容元件(15)负载一侧端之间。 上面简要提及的第二比较器(20)控制第二和第三开关(17、18)。三倍 压电路的第一实施例还包括一第四二极管(14)，其串联于第二和第三电 容元件(15、16)负载端之间。
第二、第三和第四二极管(12、23、13)有相同的导通方向，第一 二极管(14)则连接成相反的导通方向。第二比较器(20)将发电器(1) 与第二电容元件(15)的连线的电位与第三电容元件(16)负载端子的 电位相比较。第二和/或第三开关(17)和(18)仅在第一电容元件(10) 的电压足以驱动第二比较器(20)并且发电器(1)提供的电位高到足以 对第二或第三电容元件(15、16)充电时由第二比较器(20)闭合。
第二开关(17)是一个第二场效应晶体管，而第三开关(18)是一 第三场效应晶体管。第二场效应晶体管的连接使得在其闭合状态时其结 构的一部分起第二二极管(12)使用。第三场效应晶体管的切换使得在 其闭合状态时其结构的一部分起第三二极管(23)使用。
第二场效应晶体管和第三场效应晶体管在钟表运行机构起动后闭 合。第二电容元件(15)和第三电容元件(16)的充电通过第二、第三 和第四二极管(12、23、13)来实现。第二比较器(20)在第一电容元 件(10)的电压达到最低值0.8V且发电器(1)送来的电压比第三电容 元件(16)的电压高时断开第二场效应晶体管和第三场效应晶体管。其 后，第二和第三电容元件(15、16)的充电由第二场效应晶体管和第三 场效应晶体管实现。电压损失的减少与上述在从第一二极管到第一场效 应晶体管的电压损失的减少一样。以相似的方式，第二和第三场效应晶 体管的断开和闭合是通过第二比较器(20)实现的。如果由发电器(1) 来的电压下降到低于第三电容元件(16)的电压时，第二比较器(20) 闭合第二和第三场效应晶体管。如果由发电器(1)来的电压上升到高于 第三电容元件(16)的电压时，第二和第三场效应晶体管断开，也就是 说，第二和第三开关(17、18)被闭合。与纯粹的二极管用途相比，在 三倍压电路中也实现了钟表运行机构储能的经济使用，由此增加了运行 机构的储能量。
图3所示是三倍压电路的第二实施例，与第一实施例相反，含有第 四二极管(13)的电路分支没有了。因为第四二极管(13)对于实现三 倍压电路的功能而言并不是必需的，三倍压电路的第二实施例还使电压 变换器电路(2)能可靠地实现其功能。当然，各二极管必须适合实际的 电路环境。这对于图4所示三倍压电路的第三实施例也是一样的，后者 只是有含有第四二极管(13)的电路分支，但没有含有第二二极管(12) 和第三二极管(23)的电路分支。三倍压电路的第四实施例只用单独的 第二开关(17)来替代三倍压电路第一实施例中第二二极管(12)和第 二开关(17)的并行电路，或是可能的情况下，只用单独的第三开关(18) 来替代第三二极管(23)和第三开关(18)的并行电路。
也可以用倍压电路来取代上述的三倍压电路。在这种情况下，必须 通过选择相应的电子元件来保证电压变换器电路(2)可以从发电器的最 小峰值电压0.5V起完成其功能。
还可以提供一可控倍压电路取代将发电器(1)的输出电压增加到一 个固定值的倍压电路。
调节电压变换器电路(2)和电子控制电路(6、7、8、9)以使耗能 电路(9)的功耗在电容元件(10、15、16)中任何一个被充电时都为最 小值。
此外，电压变换器电路(2)和电子控制电路(6、7、8、9)设计成 耗能电路(9)的功耗有规则地以3×10-2秒的间隔保持5×10-4秒的最 小值以使比较器(20、22)实现与其功能相应的电位比较。即，如果在 发电器负载超过发电器最小负载期间进行了电位比较，则比较器(20、21) 将就电容元件(10、15、16)充电可能性出现错误结果，因为它们将检 测到由于发电器电压在最小负载而减小的发电器电压。