Kontaktlos über eine elektronische Schaltung gesteuerter mechanischer Schwinger als Unruh eines zeithaltenden elektrischen Gerätes Es ist allgemein bekannt, dass die Antriebsimpulse zur Auf rechterhaltung der Schwingweite von Unruhen bzw. Pendeln mög lichst während des Durchschwingens der Unruh bzw. des Pendels durch ihre Nullage erfolgen sollen. Es lässt sich auch zeigen, dass unter Umständen der Antriebsimpuls aus mehreren, sehr kur zen Impulsen pro Halbschwingung bestehen darf, falls die Impul se symmetrisch zur Nullage des Schwingers erteilt werden.
Bei elektronischen Uhren bereitet es meist grosse Schwierigkeiten, der oben erwähnten reglagetechnisch bedingten Forderung Rech nung zu tragen und gleichzeitig alle anderen technischen Erfor dernisse, wie Gewinnung eines geeigneten Steuersignals, rich tige Form der Induktionsspannung usw., zu berücksichtigen. Die von Kontaktuhren her bekannten Unruh- bzw. Pendelantriebe sind nur in wenigen Fällen auf transistorgesteuerte Uhren ohne wei- teres übertragbar. In der Praxis erweisen sie sich je nach Art des verwendeten Steuerprinzips sogar als ungeeignet.
Die heute allgemein bekannten Unruhantriebe verwenden in der Regel einen oder mehrere
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Permanentmegnete zur Erzeugung eines konstanten elektromagnetischen Feldes, zu dem eine kreisförmige, dreieckförmige oder elliptische Spule Relativbewegungen auszuführen in der Lage ist. Bei bewegtem Schwinger wird in der Spule beim Durchgang durch das elektro magnetische Feld eine Spannung induziert. Diese kann bei Tran sistoren enthaltenden Uhren zur Steuerung der Antriebsimpulse Verwendung finden.
Die von den bekannten Unruhantrieben gelie ferten
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erweisen sich jedoch in der Praxis für diese Anwendung als mehr oder weniger ungeeignet. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass z.
B. die be kannte, auf der Unruh befestigte Dreieckspule im Zusammenwirken mit den beiden zylindrischen Permanentmagneten ein Signal lie fert, das zwar reglagetechnisch günstig ist, jedoch in seiner Gestalt nicht befriedigt, da, wie aus dem Diagramm nach Figur 1 hervorgeht, das die induzierte Spannung U in Abhängigkeit von der Zeit t darstellt, die Höcker 1 und 3 (bzw. 4 und 6) zu dem Höcker 2 (bzw. 5) im Verhältnis 1:2 stehen.
Da der Steuermecha nismus für den Unruhantrieb auf die Höcker 1, 3 und 5 anspricht, entsprechend der Polarität der Induktionsspannung, findet der Antriebsimpuls jeweils unter verschiedenen elektrischen Bedin- gungen statt. Dieser Umstand ist, wie der Erfindung zugrunde liegende Untersuchungen gezeigt haben, für die Gangstabilität von solchen Uhren sehr nachteilig. Bei anderen Anordnungen treten ähnliche Schwierigkeiten auf, bzw. liegt das Steuersignal unsymmetrisch zur Nullage des Schwingers.
Diese Ausführungen versagen daher ebenfalls.
Die Anordnung gemäss der Erfindung vermeidet nun diese Nach <B>teile, indes sie von dem Gedanken ausgeht, der Spule und den</B> Pernanentma,gneten eine ganz spezielle Form zu geben. Elektro- technisch gesehen besteht die Forderung darin, dass die Höcker 1, 3 und 5 gleiche Grösse aufweisen müssen,<B>um</B> einen gut ar beitenden Unruhantrieb zu erhalten.
Mit Permanentmagneten üblicher Art (z. B.<B>mit</B> kreiszylindri schen Abmessungen) und den bisher verwendeten Spulen ist dies <B>nicht möglich.</B> Zum <B>besseren</B> Verständnis <B>dieser These sei zu-</B> nächst das Entstehen des in dem Diagramm nach Figur 1 darge <B>stellten Signals mit einer üblichen,</B> zweischenkeligen <B>Flach-</B> spule im Zusammenwirken mit zwei kreiszylindrischen Magneten erklärt.
<B>Wird die als</B> senkrecht <B>zu den Feldern der Magnete A</B> und <B>B</B> und um 0 drehbar gedachte Spule Sp über den beiden Magneten in der Zeichenebene von links nach rechts bewegt, so wird zunächst beim Ueberstreichen des Magneten A (Nordpol) durch den Holm H2 der Höcker 1 induziert.
Kurze Zeit später stehen die beiden Holme H1 und H2 über den beiden Magneten A und B, wodurch der Höcker 2 induziert wird, der naturgemäss doppelt so gross ist wie der Höcker 1, da der magnetische Fluss durch die Spule jetzt doppelt so stark ist. Die Spule bewegt sich nun weiter und es überstreicht der Holm Hl den Magnet B (Südpol), wodurch der Höcker 3 induziert wird. Schwingt die Spule in der entgegengesetzten Richtung, das ist in der Zeichenebene<B>von</B> rechts nach links, so weist das Signal infolge der Richtungsänderung die umgekehrte Polarität auf; es entstehen sinngemäss die Höcker 4, 5 und 6.
Die Erfindung vermeidet nun die Spannungsunterschiedlichkeit der Höcker bei einem kontaktlos über eine elektronische Schal tung gesteuerten mechanischen Schwinger als Unruh eines zeit haltenden elektrischen Gerätes<B>mit</B> Steuer- und Antriebsspannung in einer<B>mit</B> der Unruh schwingenden Spule durch Relativbewegung des Spulensystems gegenüber Magnetfelderzeugern dadurch,
dass der geometrische Verlauf der aktiven Spulenseite bei der Rela- tivbewegung zu der<B>Form</B> der Magnetfelderzeuger so gewählt ist, dass das für die Grösse der erzeugten Inpulsspannungsteile mass- gebende Produkt aus Magnetfluss, Windungszahl und Geschwindigkeit der Spule unabhängig von der Anzahl der jeweils<B>von</B> Magnetfluss durchsetzten Spulenschenkel ist, derart, dass die Impulse gleiche oder nahezu gleiche Spitzenwerte der induzierten Spannung auf weisen.
Gemäss einer besonderen Ausführungsforn des Erfindungsgegenstan des besitzt die Antriebsspule, die als Flachspule ausgebildet und auf der Unruh befestigt ist, Rechtecksform, während die die elektromagnetischen Felder erzeugenden Elemente (Permanentmagne te) nicht kreisförmigen Querschnitt sondern eine längliche bzw. ovale Form besitzen.
In Abänderung dieser Ausführung kann jedes getischen Felder erzeugenden Elemente auch aus der<B>die</B> elektroma2 zwei kreisförmigen Querschnitten aufweisenden Permanentmagneten bestehen.
Durch die Erfindung wird bewirkt, dass Spulenschenkel und Per manentmagnete zur Symmetrieachse OP bestimmte Winkel einschliessen der magnetische Fluss durch die Spule gleiche Grösse aufweist, unabhängig davon, ob ein bzw. mehrere Magnete der Anordnung sich gerade zentrisch unter den Schenkeln der Spule befinden.
Es ist demnach dafür Sorge getragen, dass je nach dem, ob ein oder beide Schenkel vom Feld der Permanentmagnete erfasst wer den, die vom magnetischen Fluss durchflutete Fläche der Spulen schenkel gleich gross oder annähernd gleich gross ist (gleiche Permanentmagnete und gleiche Feldstärke in diesem Beispiel vor ausgesetzt). Ist dies der Fall, so sind die induzierten Spannun gen und die einzelnen Spannungshöcker von gleicher Grösse.
Die Erfindung, die insbesondere die Herstellung von Transistor- armbanduhren ermöglichen soll, wird anhand des in Figur 3 dar gestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert: <B>M</B> und M1 seien die "magnetischen Schwerpunkte" der Schenkel der Spule Sp, die in der skizzierten Lage mit den magnetischen Schwerpunkten der Magnete A und B zusammenfallen, deren Abstand vom Drehpunkt 0 mit r bezeichnet ist.
R und T sind die Strahlen vom Drehpunkt 0 durch M und Mt und d der von den Strahlen R und T eingeschlossenen Winkel.
Der Abstand r der beiden Punkte M und Mt ist so gewählt, dass bei Drehung der Spule um den Winkel oC (in der Zeichnung ist die Spule nach der Drehung um den Winkel c( strichpunktiert eingetragen) jeweils der zugehörige Spulen schenkel deckungsgleich mit dem Permanentmagneten ist. Dabei er- fasst der Schenkel etwa die doppelte Magnetfläche als in der <B>skizzierten Lage dargestellt ist. Somit ist auch der magneti-</B> <B>sche Fluss durch den einen</B> Schenkel <B>doppelt so gross wie in der</B> <B>skizzierten Lage.
Da der Fluss durch den anderen Schenkel je-</B> <B>doch 0 ist, ist der Gesamtfluss durch die Spule in beiden Lagen</B> <B>derselbe und daher auch die induzierte Spannung im gleichen</B> <B>Wert.</B> Selbstverständlich <B>lässt sich der gleiche Effekt auch mit an-</B> <B>deren</B> Spulenformen <B>realisieren, deren Schenkel nicht radial</B> <B>verlaufen, z. B. durch</B> Trapezspulen, Paralellogramme <B>usw.; es</B> <B>genügt unter</B> Umständen, <B>wenn nur ein Teil des</B> Spulenschenkels <B>nicht radial verläuft.
Diese</B> Formen <B>sind jedoch</B> fertigungstech- nisch <B>schwer zu realisieren. Ebenso brauchen die Permanentma-</B> <B>gnete</B> nicht <B>aus einem Stück zu bestehen, sondern können, wie</B> <B>auch bereits oben dargestellt, aus mehreren Magneten anderer</B> <B>Form, die in diesem fall auch</B> kreisförmigen Querschnitt <B>haben</B> <B>können,</B> zusammengesetzt <B>und der jeweils gegebenen</B> Spulenform, zumindestens <B>in ihrer</B> Anordnung, angepasst <B>sein.</B>
Contactless mechanical oscillator controlled by an electronic circuit as a balance of a time-keeping electrical device.It is generally known that the drive pulses to maintain the oscillation amplitude of balance or pendulum should be carried out as far as possible while the balance or pendulum is swinging through its zero position. It can also be shown that, under certain circumstances, the drive pulse may consist of several very short pulses per half-oscillation if the pulses are issued symmetrically to the zero position of the oscillator.
In the case of electronic clocks, it is usually very difficult to meet the regulatory requirements mentioned above and at the same time to take into account all other technical requirements, such as obtaining a suitable control signal, correct form of induction voltage, etc. The balance wheel or pendulum drives known from contact clocks can only be easily transferred to transistor-controlled clocks in a few cases. In practice, they even turn out to be unsuitable, depending on the type of tax principle used.
The balance drives generally known today usually use one or more
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Permanent magnets for generating a constant electromagnetic field to which a circular, triangular or elliptical coil is able to perform relative movements. When the oscillator is in motion, a voltage is induced in the coil when it passes through the electromagnetic field. This can be used in clocks containing transistors to control the drive pulses.
The ones supplied by the well-known balance drives
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however, prove to be more or less unsuitable for this application in practice. The invention is based on the knowledge that, for.
B. the known triangular coil attached to the balance wheel in cooperation with the two cylindrical permanent magnets deliver a signal that is favorable in terms of regulation, but not satisfactory in its shape, since, as can be seen from the diagram of Figure 1, the induced Represents the voltage U as a function of the time t, the cusps 1 and 3 (or 4 and 6) have a ratio of 1: 2 to the cusp 2 (or 5).
Since the control mechanism for the balance wheel drive responds to humps 1, 3 and 5, according to the polarity of the induction voltage, the drive pulse takes place under different electrical conditions. As studies on which the invention is based have shown, this fact is very disadvantageous for the rate stability of such watches. Similar difficulties arise with other arrangements or the control signal is asymmetrical to the zero position of the oscillator.
These statements therefore also fail.
The arrangement according to the invention now avoids these disadvantages, while it is based on the idea that the coil and the Pernanentma, allow a very special shape. From an electrical point of view, the requirement is that the humps 1, 3 and 5 must be of the same size, <B> in order </B> to obtain a well-functioning balance wheel drive.
This is <B> not possible with conventional permanent magnets (e.g. <B> with </B> circular cylindrical dimensions) and the coils used up to now. </B> For <B> better </B> understanding <B > Next to this thesis, let <B> the generation of the signal shown in the diagram according to FIG. 1 with a conventional, </B> two-legged <B> flat </B> coil in cooperation with two circular cylindrical ones Magnets explained.
<B> If the coil Sp, imagined as </B> perpendicular <B> to the fields of magnets A </B> and <B> B </B> and rotatable by 0, is over the two magnets in the plane of the drawing from left to moved to the right, the hump 1 is initially induced when the magnet A (north pole) is passed through the spar H2.
A short time later, the two bars H1 and H2 are above the two magnets A and B, which induces the cusp 2, which is naturally twice as large as the cusp 1, since the magnetic flux through the coil is now twice as strong. The coil now moves on and the spar Hl sweeps over the magnet B (south pole), whereby the hump 3 is induced. If the coil oscillates in the opposite direction, that is in the plane of the drawing <B> from </B> right to left, the signal has the opposite polarity as a result of the change in direction; the cusps 4, 5 and 6 are created accordingly.
The invention now avoids the difference in voltage between the humps in a mechanical oscillator controlled contactlessly via an electronic circuit as a balance of a time-keeping electrical device with control and drive voltage in one with the balance vibrating coil through relative movement of the coil system in relation to magnetic field generators
that the geometric course of the active coil side during the relative movement to the <B> shape </B> of the magnetic field generator is selected so that the product of magnetic flux, number of turns and speed of the coil, which is decisive for the size of the pulse voltage parts generated, is independent of the number of coil legs penetrated by magnetic flux, such that the pulses have the same or almost the same peak values of the induced voltage.
According to a special embodiment of the subject of the invention, the drive coil, which is designed as a flat coil and attached to the balance wheel, has a rectangular shape, while the elements generating the electromagnetic fields (permanent magnets) do not have a circular cross-section but an elongated or oval shape.
In a modification of this embodiment, each element generating table fields can also consist of the permanent magnet having two circular cross-sections.
The invention causes coil legs and permanent magnets to include certain angles to the axis of symmetry OP, and the magnetic flux through the coil is of the same size, regardless of whether one or more magnets of the arrangement are just centered under the legs of the coil.
It is therefore ensured that, depending on whether one or both legs are captured by the field of the permanent magnets, the area of the coil legs through which the magnetic flux flows is the same or approximately the same (same permanent magnets and same field strength in this example provided). If this is the case, the induced voltages and the individual voltage bumps are of the same size.
The invention, which is intended in particular to enable the production of transistor wristwatches, is explained in more detail with reference to the exemplary embodiment shown in FIG of the sketched position coincide with the magnetic centers of gravity of magnets A and B, whose distance from pivot point 0 is denoted by r.
R and T are the rays from the pivot point 0 through M and Mt and d of the angles enclosed by the rays R and T.
The distance r between the two points M and Mt is chosen so that when the coil is rotated by the angle oC (in the drawing, the coil is after the rotation by the angle c (shown in dash-dotted lines) the associated coil leg is congruent with the permanent magnet The limb covers about twice the magnetic surface as shown in the sketched position. Thus the magnetic flux through the one limb is also twice as large large as in the </B> <B> sketched position.
Since the flux through the other leg is 0 after all, the total flux through the coil is the same in both layers and therefore the induced voltage is also the same B> Value. </B> Of course <B> the same effect can also be achieved with other </B> <B> their </B> coil shapes <B> whose legs are not radial </B> <B> run, e.g. B. by trapezoidal coils, parallel grams, etc .; it </B> <B> is sufficient </B> under </B> circumstances, <B> if only part of the </B> coil leg <B> does not run radially.
However, these </B> shapes <B> are </B> difficult to produce in terms of production technology. Likewise, the permanent magnets do not need to consist of one piece, but can, as already shown above, consist of several magnets made by others > <B> Shape, which in this case </B> can also </B> have a circular cross-section </B> <B>, </B> composed <B> and the given </B> coil shape, at least < B> in their </B> order, adapted <B>. </B>