<Desc/Clms Page number 1>
Einrichtung zur Regelung der Drehzahl des dauernd umlaufenden Antriebsmotors einer elektrischen Uhr Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung der Drehzahl des dauernd umlaufenden Antriebsmotors einer elektrischen Uhr, welcher über eine Pufferfeder mit dem Hemmwerk verbunden ist und dessen Rotor auf Grund seiner Drehbewegung in einer Steuerspule Spannungsstösse erzeugt, die nach Verstärkung in einem elektronischen Verstärker einer den Rotor antreibenden Arbeitsspule zugeführt werden.
Zur Regelung der Drehzahl des als Induktionsmotor ausgebildeten Antriebsmotors einer elektrischen Uhr ist es bekannt, dessen Stator schwenkbar anzuordnen und über ein Getriebe so mit dem über eine Pufferfeder mit dem Hemmwerk verbundenen Motorabtrieb zu kuppeln, dass er bei steigender Spannung der Pufferfeder derart verschwenkt wird, dass die Motordrehzahl herabgesetzt wird. Abgesehen von der komplizierten und aufwendigen Konstruktion und den mit dem Getriebe verbundenen Verlusten ist dieses Prinzip nicht ohne weiteres auf einen elektronisch gesteuerten Gleichstrommotor übertragbar.
Bei einer Aufzugeinrichtung für Uhren ist es weiterhin bekannt, das Drehmoment des Aufzugmotors in Abhängigkeit von der Federspannung zu steuern. Die Steuerung erfolgt durch Relativverschiebung von Läufer und Ständer. Hierbei handelt es sich somit um keine Drehzahlregelung. Ausserdem ist auch dieser Gedanke auf den bei der Erfindung verwendeten Motor nicht anwendbar.
Schliesslich ist es noch bekannt, zwischen dem Motorabtrieb und dem Hemmwerk eine als Kraftspeicher wirkende Pufferfeder vorzusehen, so dass das Hemmwerk beim Überschreiten einer gewissen Rotordrehzahl 'bremsend auf den Rotor des Antriebsmotors einwirkt. Es handelt sich hierbei somit um eine Drehzahlsteuerung, bei der die Drehzahl des Motors nach oben begrenzt wird. Seine Drehzahl- schwankungen sind aber noch relativ hoch.
Die Erfindung geht von diesem Uhrenantrieb aus und es liegt ihr die Aufgabe zu Grunde, die Drehzahlschwankungen des elektronisch gesteuerten Motors mit einfachen Mitteln noch weiter zu reduzieren. Erfindungsgemäss wird zur Drehzahlregelung des eingangs beschriebenen, elektronisch gesteuerten Motors vorgeschlagen, im Schwingbereich des Gangordners Rückkopplungsmittel vorzusehen, welche beim Überschreiten einer vorbestimmten Amplitude des Gangordners eine elektrische Regelgrösse bilden, die dem elektronischen Motorverstärker zugeleitet wird und dessen Verstärkungsfaktor steuert.
Die als elektrische Spannung vorliegende Regelgrösse kann hierbei dem Motorverstärker entgegengesetzt zu den induzierten Antriebsimpulsen zugeführt werden, wobei der Verstärkungsfaktor düs Motorverstärkers herabgesetzt bzw. die vom Motorverstärker an die Arbeitswicklung des Motors zu liefernden Antriebsimpulse verringert bzw. zeitweilig unterdrückt werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von anhand der Zeichnungen näher erläuterten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen stellen dar: Fig. 1 eine elektrische Uhr nach der Erfindung in einer schematischen Darstellung, Fig.2 ein Einzelteil der in Fig. 1 dargestellten Uhr im grösseren Massstab in einem Schnitt, Fig. 3 eine Schaltungsanordnung zu der in Fig. 1 dargestellten Uhr, Fig.4 ein anderes Ausführungsbeispiel für die nach der Erfindung vorgeschlagene Regeleinrichtung ebenfalls in einer schematischen Darstellung,
Fig. 5 den in Fig. 4 dargestellten Gangordner mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Regelspan-
<Desc/Clms Page number 2>
nungsimpulsen in einer Ansicht in Achsrichtung gesehen, Fig. 6 eine Schaltungsanordnung zu dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel, Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel für die nach der Erfindung vorgeschlagene Regeleinrichtung, Fig. 8 eine Schaltungsanordnung zu dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel steht ein Rotor 1 eines kollektorlosen Gleichstrommotors über eine Schneckenverzahnung 2 einer Rotorwelle 3 mit einem Zahnrad 4 in Eingriff. Der Rotor 1 wird aus zwei zwei- oder mehrschenkligen Polblechen 5 und 6 gebildet, welche in der Mitte satt aufeinanderliegen und durch eine Buchse 7 zusammengepresst werden.
Diese Buchse 7 ist ihrerseits auf die Motorwelle 3 aufgepresst. Die Schenkel der Polbleche 5 und 6 sind nach aussen symmetrisch aufge- kröpft. Ihre parallelen Enden tragen an den einander zugekehrten Seiten kleine zylindrische Dauermagnete 8, 9 bzw. 10, 11, welche mit entgegengesetzter Polarität zueinander gerichtet sind und in einem zwischen den Magneten 8, 9 bzw. 10, 11 gebildeten Luftspalt ein kräftiges Magnetfeld erzeugen, das nahezu keine Streuung hat.
Das oben genannte Zahnrad 4, welches von der Motorwelle 3 angetrieben wird, ist auf einer Welle 12 befestigt, die ihrerseits mit einer Schneckenverzahnung 13 in ein Zahnrad 14 einer Sekundenradwelle 15 eingreift. Statt der gezeigten Schneckenunterset- zungen kann auch eine Stirnraduntersetzung vorgesehen sein, welche bekanntlich einen besseren Wirkungsgrad erzielen lässt. Auf der Welle 15 ist hinter dem starr auf ihr befestigten Zahnrad 14 noch ein weiteres Zahnrad 16 lose drehbar gelagert, welches mit dem Zahnrad 14 über eine Wendelfeder 17 verbunden ist.
Diese die Welle 15 umgebende Feder 17 überträgt die gleichförmige Drehbewegung des Rades 14 auf einen sprungweise sich bewegenden Getriebezug, welcher mit dem Zahnrad 16 beginnt. Das Zahnrad 16 kämmt mit einem Ritzel 18, welches mit einem Ankerrad 19 koaxial auf einer Welle 20 befestigt ist. Von diesem Ankerrad 19 wird über einen Anker 21 eine Unruh 22 in Schwingung gehalten.
Auf der gleichförmig umlaufenden Welle 15 ist weiterhin ein Ritzel 23 und am Wellenende ein Sekundenzeiger 24 befestigt. Das Ritzel 23 treibt über ein Untersetzungsgetriebe 25, 26, 27 eine Minuten radwehe 28 an, welche einen Minutenzeiger 28' trägt. Ein dem Untersetzungsgetriebe 23, 25, 26, 27 entsprechendes Zwischengetriebe ist in hier nicht dargestellter Weise auch zwischen der Minutenradwelle 28 und einer Stundenradwelle vorgesehen.
Statt den Sekundenzeiger 24 auf der kontinuierlich laufenden Welle 15 zu befestigen, könnte er auch, wie in der Fig. 1 mit 24' gestrichelt dargestellt ist, mit dem Zahnrad 16 gekoppelt sein, wodurch er eine sekundengenaue Zeitanzeige liefern, jedoch sprungweise weiterbewegt würde. Der Antrieb des Rotors 1 erfolgt in an sich bekannter Weise durch rhythmische Impulse, welche durch den Rotor in einer Spule 29 induziert, in einer elektronischen Stufe 30 verstärkt und einer Antriebsspule 31 zugeleitet werden. Die Steuerspule 29 und die Arbeitsspule 31 sind als Luftflachspulen ausgebildet und derart feststehend dem Rotor 1 zugeordnet, dass sie beim Drehen des Rotors 1 etwa gleichzeitig in den Luftspalt zwischen den Dauermagneten 8, 9 bzw. 10, 11 eintreten.
Die Polung der Arbeitsspule 31 ist so gewählt, dass durch den elektrischen Impuls in ihr ein dem Dauermagnetfeld entgegengesetztes Kraftfeld erzeugt wird. Der Rotor 1 erhält seine Antriebskraft somit durch abstossende Kräfte. An sich könnte bei entsprechender Winkelversetzung der beiden Spulen 29, 31 zueinander der Rotor 1 auch durch anziehende Kräfte angetrieben werden. In der elektronischen Verstärkerstufe 30 kann ein Transistor vorgesehen sein, welcher aus einer Trok- kenbatterie 70 gespeist wird.
Zur Erzeugung einer Regelspannung für den Transistorverstärker kann eine Anordnung dienen, wie sie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht. Zu diesem Zweck ist an dem Unruhreif 22 ein Klemmschuh 32 aus ferromagnetischem Werkstoff befestigt, welcher an seinen abstehenden Schenkeln 33, 34 aufge- kröpft ist und an den zueinander gerichteten Flächen kleine zylindrische Dauermagnete 35, 36 aufweist, welche mit entgegengesetzter Polarität zueinander zeigen. Zwischen diesen Magneten 35, 36 entsteht wie bei dem Rotor 1 ein starkes, konzentrisches Dauermagnetfeld in dem verbleibenden Luftraum.
In der Höhe dieses Luftspaltes ist um 180 Grad versetzt zur Lage des Klemmschuhes 32 bei ruhender Unruh eine Flachluftspule 37 angeordnet. Wird die Unruh 22 in Schwingung versetzt, so induziert das durch die Magnete 35, 36 erzeugte Kraftfeld in der Flachspule 37 erst dann einen Impuls, wenn die Unruh 22 bis zu 180 Grad schwingt. Da die Impulshöhe jedoch von der Geschwindigkeit des Durchschwingens abhängig ist, steigt sie mit zunehmender Amplitude. Die Impulse der Spule 37 werden, wie Fig. 1 veranschaulicht, einer Regelstufe 38 zugeführt und dort in eine Regelspannung für die Verstärkerstufe 30 verwandelt. Die Regelstufe 38 kann ebenfalls mit einem Transistor bestückt sein und von der genannten Stromquelle 70 gespeist werden.
In ihrer einfachsten Form kann diese Regelstufe 38 beispielsweise eine Diode aufweisen, welche den Eingangskreis der Verstärkerstufe 30 mehr oder weniger sperrt oder aber den Arbeitspunkt des Transistors verschiebt und damit dessen Verstärkungsfaktor ändert.
In Fig. 2 stellt 39 noch einen Stift für die Gabel des Ankers 21 dar. Weiterhin ist die Unruh 22 an der dem Klemmschuh 32 gegenüberliegenden Seite mit einem Ausgleichsgewicht 40 versehen. Mit 41 ist eine an dem Gangordner vorgesehene Unruhspi- ralfeder bezeichnet.
Eine mehr ins einzelne gehende Schaltungsanordnung für die in den Fig. 1 und 2 dargestellte elektri-
<Desc/Clms Page number 3>
sehe Uhr stellt Fig. 3 dar. Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Steuerspule 37 liegt im Eingangskreis eines Transistors 44, dessen Ausgangskreis die Batterie 70 und hierzu in Serie die Primärwicklung 45 eines Kopplungstransformators 46 enthält. Die Sekundärwicklung 47 des Kopplungstransformators ist über eine Diode 48 mit einem vorzugsweise regelbaren Widerstand 49 verbunden, der in Serie zu der Steuerwicklung 29 eines Transistors 50 geschaltet ist. Parallel zu dem Regelwiderstand 49 ist noch ein Kondensator 51 geschaltet. In dem Ausgangskreis des Transistors 50 liegt in Serie zu der Batterie 70 die Arbeitsspule 31 des Motors.
Die Arbeitsweise der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Anordnung ist etwa die folgende: Wird z. B. durch einen Anstoss von Hand der Rotor 1 in Drehbewegung versetzt, so werden durch das Magnetfeld der Permanentmagnete 8 und 9 bzw. 10, 11 in der Spule 29 Spannungsimpulse induziert, die über den Transistor 50 verstärkt der Arbeitsspule 31 zugeführt werden, wodurch infolge der Wechselwirkung mit den gleichen Permanentmagneten 8 bis 11 die Drehbewegung des Rotors aufrechterhalten wird. Die Anordnung wird hierbei, insbesondere durch den Regelwiderstand 49 so ausgelegt, dass bei der kleinsten noch zulässigen Spannung der Batterie 70, z.
B. von 0,8 Volt, der Motor den Leistungsbedarf der gesamten Uhr noch deckt, d. h. also, die Pufferfeder 17 eine solche Spannung erhält, dass die Unruh noch mit einer Amplitude von mehr als 180 Grad nach beiden Seiten schwingt. Wird diese Amplitude von 180 Grad erreicht oder überschritten, so induziert das zwischen den Permanentmagneten 35 und 36 bestehende Magnetfeld in der Spule 37 Spannungsimpulse, welche in dem Transistor 44 verstärkt der Primärwicklung 45 des Kopplungstransformators 46 zugeführt werden.
Über die Sekundärwicklung 47 des Transformators 46 werden diese Impulse über die Diode 48 dem Kondensator 51 zugeführt, wodurch an dem Widerstand 49 eine weitere Steuerspannung erzeugt wird,, deren Polung so gewählt wird, dass sie der in der Wicklung 29 induzierten Steuerspannung entgegenwirkt. Auf diese Weise kann der Verstärkungsfaktor des Transistors 50 herabgesetzt werden, so dass die Drehzahl des Antriebsmotors ebenfalls verringert wird. Bei geeigneter Di- mensionierung der Anordnung lässt sich auf diese Weise die Drehzahl des Antriebsmotors auch bei unterschiedlicher Spannung der Batterie 70 bzw. bei wechselnden Reibungsverhältnissen der Uhr auf einem konstanten Wert halten.
Zur Erzeugung der Regelspannungsimpulse in der Spule 37 ist mit dem Unruhreif eine Magnetanordnung verbunden, wodurch der Gangordner etwas belastet wird. Auch ist diese Anordnung gegen äussere Magnetfelder störanfällig. Bei den in den weiteren Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen sind diese Nachteile nicht mehr vorhanden.
Bei den in den Fig. 4 bis 6 dargestellten weiteren Ausführungsbeispielen sind nur die zur Erläuterung der Erfindung wesentlichen: Teile der elektrischen Uhr beschrieben. Die übrigen Teile können im Prinzip ebenso ausgebildet sein, wie dies in Fig. 1 ausführlich dargestellt ist. Der verwendete Antriebsmotor ist ähnlich ausgebildet wie der in Fig. 1 dargestellte und besteht aus einem mit Permanentmagneten versehenen Rotorteil 52, einer Steuerspule 43, die über eine Verstärkerstufe 53 Arbeitsimpulse an eine Arbeitsspule 42 liefert.
Zur Speisung der Verstär- kerstufe 53 dient auch hier eine Batterie 70 geringer Spannung. Für die Erzeugung der Regelimpulse in Abhängigkeit von der Unruhamplitude ist bei diesem Beispiel als Unruh eine Scheibe 63 vorgesehen, die an der mit dem Impulsstift 57 versehenen Seite einen Ausschnitt 64 aufweist. Die Scheibe 63 soll aus einem Werkstoff guter Leitfähigkeit z. B. aus Kupfer oder Aluminium bestehen. In der um 180 Grad gegenüberliegenden Stellung des Ausschnittes 64 bei Ruhelage der Unruhscheibe 63 ist eine Spulenanord- nung vorgesehen, wobei eine Spule 65 unterhalb und eine zweite Spule 66 oberhalb der Scheibe 63 liegt.
Die beiden Spulen 65 und 66 sind durch einen Magnetschlusskörper 67 eng gekoppelt, wobei dieser Magnetschlusskörper nur einen schmalen Spalt zum Durchschwingen der Scheibe 63 frei lässt.
Die Schaltung der Regeleinrichtung geht im einzelnen aus Fig. 6 hervor. Die Steuerspule 43 des Antriebsmotors liegt zusammen mit der Kopplungsspule 65 in Serie in dem Steuerkreis eines Transistors 68. In dem Arbeitskreis des Transistors 68 ist in Serie zu der Batterie 70 die Arbeitsspule 42 des Motors und dazu in Serie die Kopplungsspule 66 geschaltet. Weiterhin ist zwischen den beiden Spulen 42 und 66 einerseits und der Emitterleitung des Transistors 68 anderseits noch ein Kopplungskondensator 69 eingeschaltet.
Die Wirkungsweise der in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Anordnung richtet sich im wesentlichen nach dem Kopplungsgrad und der Polung der beiden- Kopplungsspulen 65 und 66 in Verbindung mit der mit dem; Ausschnitt 64 'dersehenen 'Blende 63. Führt die Unruh 63 nur kleine Amplituden aus, so ist der in dem ferromagnetischen Ring 67 vorgesehene Spalt durch die Scheibe 63 ausgefüllt, wodurch die beiden Spulen 65, 66 stark entkoppelt sind.
Wird bei einer derartig geringen Amplitude der Unruhscheibe 63 der Rotor 52 des Motors angeworfen, so soll über die Steuerspule 43, den Transistor 68 und die Arbeitsspule 42, wie dies bereits ausführlich in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde, der Rotor 52 in seiner Drehbewegung unterhalten werden. Der Verstärkungsfaktor der Transistorstufe 68 soll hierbei so gross gewählt sein, dass die entsprechende Pufferfeder 17 (Fig. 1) so weit gespannt wird, dass die Unruhamplitude den Wert von 180 Grad erreicht und nunmehr der Ausschnitt 64 den Kopplungskanal zwischen den Spulen 65 und 66 freigibt.
Hierdurch tritt nunmehr eine Wechselwirkung zwischen den beiden Spulen 65 und 66 auf.
Diese Wechselwirkung kann einerseits darin be-
<Desc/Clms Page number 4>
stehen, dass die Spule 66 auf die Spule 65 eine solche Spannung induziert, dass der Verstärkungsfaktor des Transistors 68 herabgesetzt wird. Hierdurch wird somit eine Verringerung der Motorleistung und damit der Motordrehzahl erreicht.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann aber auch die Kopplung zwischen den Spulen 66 und 65 so gewählt sein, dass insbesondere unter der Wirkung des Kondensators 69 eine hoch- frequente Schwingung entsteht, die ebenfalls die Verstärkerleistung des Transistors 68 und damit die An- triebsleistung des Motors herabsetzt.
Auch hierdurch wird eine relativ verlustarme Regelung der Motorleistung erzielt, da bei der Erzeugung einer Hochfre- quenzschwingung die Anordnung nur relativ kurzzeitig und wenig Strom aufnimmt. Das in den Fig. 7 und 8 noch dargestellte dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorausgehenden Beispiel im wesentlichen dadurch, dass dem Motorverstärker 68 noch eine weitere Ver- stärkerstufe 77 vorgeschaltet ist. Auch hier wird zur Regelung eine auf der Welle 54 aufgebrachte Un- ruhscheibe 63 mit einem Ausschnitt 64 benutzt, die in dem Luftspalt eines Feldschlusskörpers 74 schwingt.
Unterhalb der Scheibe 63 befindet sich auf dem Feldschlusskörper 74 eine Flachspule 71 und oberhalb sind zwei Flachspulen 72 und- 73 übereinander angeordnet. Die Schaltung zeigt im einzelnen die Fig. B. Die Spule 71 liegt im Steuerkreis des Transistors 77, und zwar in Serie zu einem Widerstand 75 und einem Parallelkondensator 76. Die Flachspule 72 ist in Serie zu der Batterie 70 in den Ausgang der Transistorstufe 77 geschaltet. Die Wicklung 73 des Transformatorkreises 74 liegt in Serie mit einem Gleichrichter 78 parallel zu einem vorzugsweise veränderbaren Widerstand 80 und einen dazu parallel liegenden Kondensator 79. Der Widerstand 80 und der Kondensator 79 liegen ferner in Serie zu der Steuerspule 43 des Transistors 68.
In dem Ausgangskreis des Transistors 68 liegt ferner in Serie zu der Batterie 70 die Arbeitsspule 42. Die Wirkungsweise der in den Fig. 7 und 8 dargestellten Anordnung ist ganz ähnlich wie die bei dem vorausgehenden Beispiel. Sowie der Luftspalt 64 den Kopplungskanal des Transformators 74 freigibt, erfolgt über die Rückkopplung zwischen den Spulen 72 und 71 eine mehr oder weniger hochfre- quente Schwingung, deren Frequenz durch die Wahl des Widerstandes 75 in Verbindung mit dem Kondensator 76 verändert werden kann.
Diese mehr oder weniger hochfrequente Schwingung überträgt sich auf die dritte Spule 73 des Transformators, wobei über den Gleichrichter 78 der Kondensator 79 aufgeladen wird und damit dem Eingangskreis des Transistors 68 eine Regelspannung aufgeprägt wird, die dazu dient, den Verstärkungsfaktor desselben herab- zusetzen. Die Wirkungsweise der Regeleinrichtung ist somit ganz ähnlich wie sie ausführlich in Verbindung mit der Fig. 3 beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.
<Desc / Clms Page number 1>
Device for controlling the speed of the continuously rotating drive motor of an electric clock The invention relates to a device for controlling the speed of the continuously rotating drive motor of an electric clock, which is connected to the escapement via a buffer spring and whose rotor is in a control coil due to its rotational movement Generated voltage surges which, after amplification in an electronic amplifier, are fed to a work coil driving the rotor.
To control the speed of the induction motor drive motor of an electric clock, it is known to arrange the stator pivotably and to couple it via a gear to the motor output connected to the escapement via a buffer spring, so that when the tension of the buffer spring increases, it is pivoted in such a way that the engine speed is reduced. Apart from the complicated and expensive construction and the losses associated with the transmission, this principle cannot easily be transferred to an electronically controlled direct current motor.
In a winding device for watches, it is also known to control the torque of the winding motor as a function of the spring tension. It is controlled by the relative displacement of the rotor and stand. This is therefore not a speed control. In addition, this idea is also not applicable to the motor used in the invention.
Finally, it is also known to provide a buffer spring acting as an energy storage device between the motor output and the escapement, so that the escapement has a braking effect on the rotor of the drive motor when a certain rotor speed is exceeded. This is a speed control in which the speed of the motor is limited upwards. However, its speed fluctuations are still relatively high.
The invention is based on this clock drive and its object is to reduce the speed fluctuations of the electronically controlled motor even further with simple means. According to the invention, to regulate the speed of the electronically controlled motor described above, it is proposed to provide feedback means in the oscillation range of the gear folder which, when a predetermined amplitude of the gear folder is exceeded, form an electrical control variable that is fed to the electronic motor amplifier and controls its gain factor.
The controlled variable present as electrical voltage can be fed to the motor amplifier opposite to the induced drive pulses, the gain factor of the motor amplifier being reduced or the drive pulses to be supplied by the motor amplifier to the working winding of the motor being reduced or temporarily suppressed.
Further details of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments explained in more detail with reference to the drawings. The drawings show: FIG. 1 an electrical clock according to the invention in a schematic representation, FIG. 2 an individual part of the clock shown in FIG. 1 on a larger scale in a section, FIG. 3 a circuit arrangement for that in FIG shown clock, Figure 4 another embodiment for the proposed according to the invention control device also in a schematic representation,
Fig. 5 shows the aisle folder shown in Fig. 4 with a device for generating regular span
<Desc / Clms Page number 2>
voltage pulses seen in a view in the axial direction, FIG. 6 a circuit arrangement for the embodiment shown in FIGS. 4 and 5, FIG. 7 a further embodiment for the control device proposed according to the invention, FIG. 8 a circuit arrangement for the one in FIG. 7 illustrated embodiment.
In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, a rotor 1 of a brushless direct current motor is in engagement with a gear 4 via a worm gear 2 of a rotor shaft 3. The rotor 1 is formed from two two-legged or multi-legged pole plates 5 and 6, which lie snugly on top of one another in the middle and are pressed together by a bushing 7.
This socket 7 is in turn pressed onto the motor shaft 3. The legs of the pole plates 5 and 6 are bent symmetrically outwards. Their parallel ends carry small cylindrical permanent magnets 8, 9 or 10, 11 on the mutually facing sides, which are directed with opposite polarity to one another and generate a strong magnetic field in an air gap formed between the magnets 8, 9 and 10, 11, which has almost no scatter.
The above-mentioned gear 4, which is driven by the motor shaft 3, is fastened on a shaft 12 which in turn engages with a worm gear 13 in a gear 14 of a second wheel shaft 15. Instead of the screw reductions shown, a spur gear reduction can also be provided, which, as is known, allows better efficiency to be achieved. On the shaft 15, behind the gear 14 rigidly attached to it, another gear 16 is loosely rotatably mounted, which is connected to the gear 14 via a helical spring 17.
This spring 17 surrounding the shaft 15 transmits the uniform rotational movement of the wheel 14 to a gear train moving in jumps, which begins with the gear wheel 16. The gear wheel 16 meshes with a pinion 18 which is fastened coaxially on a shaft 20 with an escape wheel 19. A balance wheel 22 is kept vibrating by this escape wheel 19 via an armature 21.
A pinion 23 is also attached to the uniformly rotating shaft 15 and a second hand 24 is attached to the end of the shaft. The pinion 23 drives a minute wheelwheel 28 via a reduction gear 25, 26, 27 which carries a minute hand 28 '. An intermediate gear corresponding to the reduction gear 23, 25, 26, 27 is also provided between the minute wheel shaft 28 and an hour wheel shaft, in a manner not shown here.
Instead of fastening the second hand 24 on the continuously running shaft 15, it could also be coupled to the gear wheel 16, as shown in dashed lines in FIG. 1 with 24 ', whereby it would provide a time display accurate to the second, but would move further in jumps. The rotor 1 is driven in a manner known per se by rhythmic pulses which are induced in a coil 29 by the rotor, amplified in an electronic stage 30 and fed to a drive coil 31. The control coil 29 and the work coil 31 are designed as flat air coils and are fixedly assigned to the rotor 1 in such a way that when the rotor 1 rotates they enter the air gap between the permanent magnets 8, 9 and 10, 11 at approximately the same time.
The polarity of the work coil 31 is selected such that the electrical impulse generates a force field in it which is opposite to the permanent magnetic field. The rotor 1 thus receives its driving force from repulsive forces. In itself, with a corresponding angular offset of the two coils 29, 31 with respect to one another, the rotor 1 could also be driven by attractive forces. In the electronic amplifier stage 30, a transistor can be provided which is fed from a dry battery 70.
An arrangement such as can be seen in particular from FIG. 2 can serve to generate a control voltage for the transistor amplifier. For this purpose, a clamping shoe 32 made of ferromagnetic material is attached to the balance wheel 22, which is cranked on its protruding legs 33, 34 and has small cylindrical permanent magnets 35, 36 on the mutually facing surfaces, which point with opposite polarity to each other. As with the rotor 1, a strong, concentric permanent magnetic field arises between these magnets 35, 36 in the remaining air space.
At the level of this air gap, a flat air coil 37 is arranged offset by 180 degrees to the position of the clamping shoe 32 when the balance wheel is stationary. If the balance wheel 22 is set into oscillation, the force field generated by the magnets 35, 36 only induces a pulse in the flat coil 37 when the balance wheel 22 oscillates up to 180 degrees. However, since the pulse height depends on the speed of the swing through, it increases with increasing amplitude. As illustrated in FIG. 1, the pulses from the coil 37 are fed to a control stage 38 and converted there into a control voltage for the amplifier stage 30. The control stage 38 can also be equipped with a transistor and be fed by the aforementioned current source 70.
In its simplest form, this control stage 38 can, for example, have a diode which more or less blocks the input circuit of the amplifier stage 30 or else shifts the operating point of the transistor and thus changes its gain factor.
In FIG. 2, 39 also represents a pin for the fork of the armature 21. Furthermore, the balance wheel 22 is provided with a counterweight 40 on the side opposite the clamping shoe 32. A balance spiral spring provided on the gear folder is denoted by 41.
A more detailed circuit arrangement for the electrical shown in FIGS. 1 and 2
<Desc / Clms Page number 3>
See clock is shown in FIG. 3. The control coil 37 shown in FIGS. 1 and 2 is located in the input circuit of a transistor 44, the output circuit of which contains the battery 70 and the primary winding 45 of a coupling transformer 46 in series. The secondary winding 47 of the coupling transformer is connected via a diode 48 to a preferably controllable resistor 49, which is connected in series with the control winding 29 of a transistor 50. A capacitor 51 is also connected in parallel with the regulating resistor 49. The working coil 31 of the motor is connected in series with the battery 70 in the output circuit of the transistor 50.
The operation of the arrangement shown in FIGS. 1 to 3 is approximately as follows: If, for. B. by a hand push the rotor 1 in rotation, the magnetic field of the permanent magnets 8 and 9 or 10, 11 in the coil 29 induces voltage pulses that are amplified via the transistor 50 of the work coil 31, which as a result the interaction with the same permanent magnets 8 to 11, the rotation of the rotor is maintained. The arrangement is designed here, in particular by the variable resistor 49, that at the lowest still permissible voltage of the battery 70, e.g.
B. 0.8 volts, the motor still covers the power requirement of the entire clock, d. H. so, the buffer spring 17 receives such a tension that the balance still oscillates with an amplitude of more than 180 degrees to both sides. If this amplitude of 180 degrees is reached or exceeded, the magnetic field existing between the permanent magnets 35 and 36 induces voltage pulses in the coil 37, which are amplified in the transistor 44 to the primary winding 45 of the coupling transformer 46.
Via the secondary winding 47 of the transformer 46, these pulses are fed to the capacitor 51 via the diode 48, whereby a further control voltage is generated at the resistor 49, the polarity of which is selected so that it counteracts the control voltage induced in the winding 29. In this way, the gain factor of the transistor 50 can be reduced, so that the speed of the drive motor is also reduced. If the arrangement is suitably dimensioned, the speed of the drive motor can be kept at a constant value in this way even with different voltages of the battery 70 or with changing frictional conditions of the clock.
To generate the control voltage pulses in the coil 37, a magnet arrangement is connected to the balance wheel, whereby the gear folder is somewhat stressed. This arrangement is also susceptible to interference from external magnetic fields. These disadvantages no longer exist in the exemplary embodiments shown in the other figures.
In the further exemplary embodiments shown in FIGS. 4 to 6, only the parts of the electric clock that are essential to explain the invention are described. The other parts can in principle also be designed as shown in detail in FIG. The drive motor used is designed similar to that shown in FIG. 1 and consists of a rotor part 52 provided with permanent magnets, a control coil 43, which supplies work pulses to a work coil 42 via an amplifier stage 53.
Here, too, a low-voltage battery 70 is used to feed the amplifier stage 53. In this example, a disk 63 is provided as a balance wheel, which has a cutout 64 on the side provided with the pulse pin 57, to generate the control pulses as a function of the balance amplitude. The disc 63 should be made of a material with good conductivity, for. B. made of copper or aluminum. In the 180 degrees opposite position of the cutout 64 when the balance wheel 63 is in the rest position, a coil arrangement is provided, with one coil 65 lying below and a second coil 66 above the disk 63.
The two coils 65 and 66 are closely coupled by a magnetic connection body 67, this magnetic connection body leaving only a narrow gap free for the disk 63 to swing through.
The circuit of the control device is shown in detail in FIG. The control coil 43 of the drive motor is connected in series with the coupling coil 65 in the control circuit of a transistor 68. In the working circuit of the transistor 68, the working coil 42 of the motor is connected in series with the battery 70 and the coupling coil 66 is connected in series. Furthermore, a coupling capacitor 69 is connected between the two coils 42 and 66 on the one hand and the emitter line of the transistor 68 on the other hand.
The mode of operation of the arrangement shown in FIGS. 4 to 6 depends essentially on the degree of coupling and the polarity of the two coupling coils 65 and 66 in connection with the with the; Cutout 64 of 'the visible' aperture 63. If the balance wheel 63 only has small amplitudes, the gap provided in the ferromagnetic ring 67 is filled by the disk 63, whereby the two coils 65, 66 are strongly decoupled.
If the rotor 52 of the motor is started at such a low amplitude of the balance wheel 63, the rotor 52 should be controlled via the control coil 43, the transistor 68 and the work coil 42, as has already been described in detail in connection with FIGS be entertained in its turning movement. The amplification factor of the transistor stage 68 should be chosen so that the corresponding buffer spring 17 (FIG. 1) is stretched so far that the balance amplitude reaches 180 degrees and the cutout 64 now releases the coupling channel between the coils 65 and 66 .
As a result, an interaction now occurs between the two coils 65 and 66.
On the one hand, this interaction can be
<Desc / Clms Page number 4>
stand that the coil 66 induces such a voltage on the coil 65 that the gain of the transistor 68 is reduced. As a result, a reduction in the engine power and thus the engine speed is achieved.
According to another embodiment of the invention, however, the coupling between the coils 66 and 65 can also be selected so that a high-frequency oscillation is created, in particular under the action of the capacitor 69, which also increases the amplifier output of the transistor 68 and thus the drive output of the Engine lowers.
This also achieves a relatively low-loss regulation of the engine power, since when generating a high-frequency oscillation, the arrangement only takes up a relatively short time and little current. The third embodiment shown in FIGS. 7 and 8 differs from the previous example essentially in that a further amplifier stage 77 is connected upstream of the motor amplifier 68. Here, too, a balance disk 63 with a cutout 64, which is attached to the shaft 54 and which oscillates in the air gap of a field closure body 74, is used.
Below the disk 63 there is a flat coil 71 on the field connection body 74 and above two flat coils 72 and 73 are arranged one above the other. The circuit is shown in detail in FIG. B. The coil 71 is in the control circuit of the transistor 77, specifically in series with a resistor 75 and a parallel capacitor 76. The flat coil 72 is connected in series with the battery 70 in the output of the transistor stage 77 . The winding 73 of the transformer circuit 74 is in series with a rectifier 78 parallel to a preferably variable resistor 80 and a capacitor 79 lying parallel thereto. The resistor 80 and the capacitor 79 are also in series with the control coil 43 of the transistor 68.
The working coil 42 is also connected in series with the battery 70 in the output circuit of the transistor 68. The mode of operation of the arrangement shown in FIGS. 7 and 8 is quite similar to that in the preceding example. As soon as the air gap 64 releases the coupling channel of the transformer 74, a more or less high-frequency oscillation occurs via the feedback between the coils 72 and 71, the frequency of which can be changed by selecting the resistor 75 in conjunction with the capacitor 76.
This more or less high-frequency oscillation is transmitted to the third coil 73 of the transformer, the capacitor 79 being charged via the rectifier 78 and thus a control voltage being impressed on the input circuit of the transistor 68, which is used to reduce the gain factor of the same. The mode of operation of the control device is thus very similar to that described in detail in connection with FIG. 3 in the first exemplary embodiment.