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Kontaktlos über eine elektronische Schaltung gesteuerter mechanischer Schwinger als Unruh eines zeithaltenden elektrischen Gerätes Es ist allgemein bekannt, dass die Antriebsimpulse zur Aufrechterhaltung der Schwingweite von Unruhen bzw. Pendeln möglichst 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 kurzen Impulsen pro Halbschwingung bestehen darf, falls die Impulse symmetrisch zur Null- lage des Schwingers erteilt werden.
Bei elektronischen Uhren bereitet es meist grosse Schwierigkeiten, der oben erwähnten reglagetechnisch bedingten Forderung Rechnung zu tragen und gleichzeitig alle anderen technischen Erfordernisse, wie Gewinnung eines geeigneten Steuersignals, richtige Form der Induktionsspannung usw., zu berücksichtigen. Die von Kontaktuhren her bekannten Unruh- bzw. Pendelantriebe sind nur in wenigen Fällen auf transistorgesteuerte Uhren ohne weiteres 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 kreiszylindrische Permanentmagnete 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 elektromagnetische Feld eine Spannung induziert. Diese kann bei Transistoren enthaltenden Uhren zur Steuerung der Antriebsimpulse Verwendung finden. Die von den bekannten Unruhantrieben gelieferten Spannungssignale 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 bekannte, auf der Unruh befestigte Dreieck- spule im Zusammenwirken mit den beiden zylindrischen Permanentmagneten ein Signal liefert, das zwar reglagetechnisch günstig ist, jedoch in seiner Gestalt nicht befriedigt, da, wie aus dem Diagramm nach Fig. 1 hervorgeht, das die induzierte Spannung U in Abhängigkeit von der Zeit t darstellt, die Hök- ker 1 und 3 (bzw. 4 und 6) zu dem Höcker 2 (bzw. 5) im Verhältnis 1 : 2 stehen.
Da der Steuermechanismus für den Unruhantrieb auf die Höcker 1, 3 und 5 anspricht, entsprechend der Polarität der Induktionsspannung, findet der Antriebsimpuls jeweils unter verschiedenen elektrischen Bedingungen statt. Dieser Umstand ist, wie der Erfindung zugrunde hegende 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 Nachteile, indem sie von dem Gedanken ausgeht, der Spule und den Permanentmagneten eine ganz spezielle Form zu geben. Elektrotechnisch gesehen besteht die Forderung darin, dass die Höcker 1, 3 und 5 gleiche Grösse aufweisen müssen, um einen gut arbeitenden Unruhantrieb zu erhalten.
Mit Permanentmagneten üblicher Art (z. B. mit kreiszylindrischen Abmessungen) und den bisher verwendeten Spulen ist dies nicht möglich. Zum besseren Verständnis dieser These sei zunächst das Entstehen des in dem Diagramm nach Fig. 1 dargestellten Signals mit einer üblichen, zweischenkeligen Flachspule im Zusammenwirken mit zwei kreiszylindrischen Magneten erklärt.
Wird die als senkrecht zu den Feldern der Magnete A und B und um 0 drehbar gedachte Spule Sp
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über den beiden Magneten in der Zeichenebene von links nach rechts bewegt, so wird zunächst beim Überstreichen des Magneten A (Nordpol) durch den Holm H., der Höcker 1 induziert. Kurze Zeit später stehen die beiden Holme Hl 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 von rechts nach links, so weist das Signal infolge der Richtungs- änderung die umgekehrte Polarität auf ; es entstehen sinngemäss die Höcker 4, 5 und 6.
Die Erfindung vermeidet nun die Spannungsun- terschiedlichkeit der Höcker bei einem kontaktlos über eine elektronische Schaltung gesteuerten mechanischen Schwinger als Unruh eines zeithaltenden elektrischen Gerätes mit Steuer- und Antriebsspannung in einer mit der Unruh schwingenden Spule durch Relativbewegung des Spulensystems gegenüber Magnetfelderzeugern dadurch, dass der geometrische Verlauf der aktiven Spulenseite bei der Relativbewegung zu der Form der Magnetfelderzeuger so gewählt ist, dass das für die Grösse der erzeugten Impulsspannungsteile massgebende Produkt aus Ma- gnetfluss,
Windungszahl und Geschwindigkeit der Spule unabhängig von der Anzahl der jeweils vom Magnetfluss durchsetzten Spulenschenkel ist, derart, dass die Impulse gleiche oder nahezu gleiche Spitzenwerte der induzierten Spannung aufweisen.
Gemäss einer besonderen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes besitzt die Antriebsspule, die als Flachspule ausgebildet und auf der Unruh befestigt ist, Rechtecksform, während die die elektromagnetischen Felder erzeugenden Elemente (Permanentmagnete) nicht kreisförmigen Querschnitt, sondern eine längliche bzw. ovale Form besitzen. In Ab- änderung dieser Ausführung kann jedes der die elektromagnetischen Felder erzeugenden Elemente auch aus zwei kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Permanentmagneten bestehen.
Durch die Erfindung wird bewirkt, dass Spulenschenkel und Permanentmagnete 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 werden, die vom magnetischen Fluss durchflutete Fläche der Spulenschenkel gleich gross oder annähernd gleich gross ist (gleiche Permanentmagnete und gleiche Feldstärke in diesem Beispiel vorausgesetzt). Ist dies der Fall, so sind die induzierten Spannungen und die einzelnen Spannungshöcker von gleicher Grösse.
Die Erfindung, die insbesondere die Herstellung von Transistorarmbanduhren ermöglichen soll, wird anhand des in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert: M und M' 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 O mit r bezeichnet ist. R und T sind die Strahlen vom Drehpunkt O durch M und M' und a der von den Strahlen R und T eingeschlos- senen Winkel.
Der Abstand r der beiden Punkte M und M' ist so gewählt, dass bei Drehung der Spule um den Winkel a (in der Zeichnung ist die Spule nach der Drehung um den Winkel a strichpunktiert eingetragen) jeweils der zugehörige Spulenschenkel deckungsgleich mit dem Permanentmagneten ist. Dabei erfasst der Schenkel etwa die doppelte Magnet- fläche als in der skizzierten Lage dargestellt ist. Somit ist auch der magnetische Fluss durch den einen Schenkel doppelt so gross wie in der skizzierten Lage. Da der Fluss durch den anderen Schenkel jedoch O ist, ist der Gesamtfluss durch die Spule in beiden Lagen derselbe und daher auch die induzierte Spannung im gleichen Wert.
Selbstverständlich lässt sich der gleiche Effekt auch mit anderen Spulenformen realisieren, deren Schenkel nicht radial verlaufen, z. B. durch Trapezspulen, Parallelogramme usw. ; es genügt unter Umständen, wenn nur ein Teil des Spulenschenkels nicht radial verläuft. Diese Formen sind jedoch fertigungstechnisch schwer zu realisieren. Ebenso brauchen die Permanentmagnete nicht aus einem Stück zu bestehen, sondern können, wie auch bereits oben dargestellt, aus mehreren Magneten anderer Form, die in diesem Fall auch kreisförmigen Querschnitt haben können, zusammengesetzt und der jeweils gegebenen Spulenform, zumindest in ihrer Anordnung, ange- passt sein.
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Contactless mechanical oscillator controlled by an electronic circuit as a balance wheel of a time-keeping electrical device.It is generally known that the drive pulses to maintain the oscillation range of balance or pendulum should take place 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 given 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 generally use one or more circular cylindrical permanent magnets to generate 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 voltage signals supplied by the known balance wheel drives, however, prove to be more or less unsuitable for this application in practice.
The invention is based on the knowledge that, for. B. the well-known triangular coil attached to the balance in cooperation with the two cylindrical permanent magnets supplies a signal that is favorable in terms of regulation, but not satisfactory in its shape, since, as can be seen from the diagram of FIG represents induced voltage U as a function of the time t, the cusps 1 and 3 (or 4 and 6) to the cusp 2 (or 5) have a ratio of 1: 2.
Since the control mechanism for the balance wheel drive responds to the humps 1, 3 and 5, according to the polarity of the induction voltage, the drive pulse takes place under different electrical conditions. As investigations 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 in that it is based on the idea of giving the coil and the permanent magnets a very special shape. From an electrical point of view, the requirement is that the cusps 1, 3 and 5 must be of the same size in order to obtain a well-functioning balance wheel drive.
This is not possible with permanent magnets of the usual type (e.g. with circular cylindrical dimensions) and the coils previously used. For a better understanding of this thesis, the creation of the signal shown in the diagram according to FIG. 1 with a conventional, two-legged flat coil in cooperation with two circular cylindrical magnets should be explained.
If the coil Sp. Is imagined to be perpendicular to the fields of magnets A and B and rotatable about 0
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Moved over the two magnets in the plane of the drawing from left to right, the hump 1 is initially induced when the magnet A (north pole) is passed over by the spar H. A short time later, the two bars Hl 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 from right to left in the plane of the drawing, 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 bumps 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 a coil that oscillates with the balance due to the relative movement of the coil system with respect to magnetic field generators in that the geometric course the active coil side during the relative movement to the shape of the magnetic field generator is selected so that the product of magnetic flux, which is decisive for the size of the pulse voltage components generated,
The number of turns and the speed of the coil is independent of the number of coil legs through which the magnetic flux passes, such that the pulses have the same or almost the same peak values of the induced voltage.
According to a particular embodiment of the subject matter 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. As a modification of this embodiment, each of the elements generating the electromagnetic fields can also consist of two permanent magnets having circular cross-sections.
The invention has the effect that coil legs and permanent magnets enclose certain angles to the axis of symmetry OP, the magnetic flux through the coil has 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 covered 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 (assuming the same permanent magnets and the same field strength in this example) . If this is the case, the induced voltages and the individual voltage bumps are of the same size.
The invention, which in particular is intended to enable the production of transistor wristwatches, is explained in more detail with reference to the exemplary embodiment shown in FIG and B coincide whose distance from the pivot point O is denoted by r. R and T are the rays from the point of rotation O through M and M 'and a of the angles enclosed by the rays R and T.
The distance r between the two points M and M 'is chosen so that when the coil is rotated through the angle a (in the drawing, the coil is shown in dash-dotted lines after the rotation through the angle a), the associated coil leg is congruent with the permanent magnet. The leg covers about twice the magnetic area than is shown in the sketched position. Thus, the magnetic flux through one of the legs is twice as large as in the sketched position. However, since the flux through the other leg is 0, the total flux through the coil is the same in both layers and therefore the induced voltage is also the same value.
Of course, the same effect can also be achieved with other coil shapes whose legs do not run radially, e.g. B. by trapezoidal coils, parallelograms, etc.; it may be sufficient if only part of the spool leg does not run radially. However, these shapes are 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, be composed of several magnets of other shapes, which in this case can also have a circular cross-section, and the given coil shape, at least in their arrangement. be fit.