Elektromagnetisch-mechanischer Oszillator <B>in einem</B> batteriegespeisten Uhrwerk Die Erfindung betrifft einen elektromagnetisch-me- chanischen Oszillator zur Bestimmung der Drehzahl eines Elektromotors in einem batteriegespeisten Uhr werk, mit einer auf einem Torsionsorgan befestigten Permanentmagnetanordnung,
die zwecks Schwingungs- anregung des Oszillators und Erzeugung von Synchroni- siersignalen für den Motor mit einer Spulenanordnung induktiv gekoppelt ist.
In einem bekannten Uhrwerk treibt ein batterie gespeister Impuls- oder Wechselstrommotor mit Per manentmagnet die Zeiger des Uhrwerks mit einer Dreh zahl an, die durch ein elektrisches Signal synchronisiert und gesteuert ist, welches Signal von den Schwingungen eines elektromagnetisch-mechanischen Oszillators abge leitet ist. Ein Oszillator dieser Art enthält ein draht- förmiges Torsionsorgan, auf welchem ein permanent- magnetischer Teil befestigt ist.
Der Permanentmagnet ist in einem von einer Spule erzeugten Magnetfeld an geordnet, und die Spule ist in einer Rückkopplungs schaltung angeschlossen, welche den Permanentmagne- ten und das Torsionsorgan in Schwingungen versetzt. Der schwingende Permanentmagnet induziert seinerseits ein Signal in der Spule, welches der Motor-Steuer- schaltung zugeleitet wird, um die Drehzahl des Motors zu synchronisieren.
Eine bei solchen Uhrwerken mit Torsionsorgan auf tretende Schwierigkeit ergibt sich daraus, dass der Per- manentmagnet einem Störeinfluss durch das Erdmagnet feld ausgesetzt ist. Weil dieser Einfluss in einer so emp findlichen Einrichtung, wie sie ein Torsionsdraht-Oszil- lator darstellt, erhebliche Ausmasse annehmen kann, ist dafür zu sorgen, dass die Wirkung des Erdmagnet- feldes kompensiert oder beseitigt wird.
Es ist bekannt, zu diesem Zweck einen zweiten Permanentmagneten vorzusehen, welcher auf dem Torsionsdraht zum ersten benachbart und in entgegengesetzter Richtung polari- siert angeordnet wird. Dadurch heben sich die durch das Erdmagnetfeld auf die beiden Permanentmagnete bzw. auf den Torsionsdraht ausgeübten Drehmomente gegenseitig auf. Durch diese Massnahme werden aber die Abmessungen des Torsionsorgans wie auch die Kosten und die Schwierigkeiten bei der Herstellung beträchtlich erhöht.
Bei einem anderen bekannten Uhrwerk, welches aus dem Netz gespeist wird und eine Batterie lediglich als Puffer enthält, ist eine Drehschwingungen ausfüh rende Permanentmagnetanordnung mit einer Spulen anordnung gekoppelt, die nur zur Schwingungsanregung dient; die Steuerung des Motors erfolgt dabei durch einen von den schwingenden Teilen mechanisch be tätigten Kontakt. Die Magnetanordnung ist entweder durch zwei koaxial nebeneinander angeordnete, mehr- polige Ringe oder durch einen solchen Ring mit benach bartem, scheibenförmigem Joch gebildet.
Die erwähnte direkte Steuerung des Uhrwerkmotors durch mechanische Kontaktbetätigung mag bei Fremd speisung mit beliebig verfügbarer Leistung angängig sein. Ein batteriegespeistes Uhrwerk hingegen soll über viele Monate mit der gleichen Batterie betrieben werden können. Deshalb muss die Leistungsaufnahme des Werks notwendigerweise extrem gering sein. Der mechanische Oszillator muss äusserst empfindlich gebaut sein, damit bei genügend schwacher Leistungsaufnahme eine ge naue Schwingung aufrechterhalten werden kann.
Solche hochempfindlichen Osziilatoren sind auch äussern Stör einflüssen und insbesondere dem Erdmagnetfeld un gleich stärker ausgesetzt als die viel robusteren, mit relativ grosser Schwungmasse ausgestatteten Oszillato- ren, welche mit Fremdspeisung betrieben werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Oszillator der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher die vorstehend dargelegten Anforde rungen für Batteriespeisung erfüllt und dabei gegen äussere Magnetfelder, insbesondere das Erdmagnetfeld, weitgehend unempfindlich ist.
Der erfindungsgemässe Oszillator ist dadurch gekenn zeichnet, dass die Permanentmagnetanordnung durch eine einzige, an mehreren Stellen mit abwechselnder Polarität magnetisierte Scheibe gebildet ist, so dass die in den magnetisierten Stellen durch ein von ausserhalb des Uhrwerks einwirkendes Magnetfeld hervorgerufenen Drehmomente einander gegenseitig aufheben. Mit der einzigen, magnetisierten Scheibe ergeben sich eine ge ringe Schwungmasse, ein verminderter Platzbedarf und ein vereinfachter Aufbau gegenüber den vorbekannten Anordnungen.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachstehend im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist eine aufgeschnittene Ansicht, aus welcher die Hauptbestandteile eines Uhrwerks mit Torsions- organ ersichtlich sind.
Fig. 2 ist die perspektivische Darstellung eines Torsionsdrahtes mit einer Permanentmagnetanordnung bekannter Ausführung, und Fig. 3 ist die perspektivische Ansicht eines Torsions- drahtes mit einer Permanentmagnetanordnung gemäss einer Ausführungsform nach der vorliegenden Erfin dung.
Das Uhrwerk 1 mit Torsionsorgan nach Fig. 1 ent hält einen Impuls- oder Wechselstrommotor 2, dessen permanentmagnetischer Rotor 3 ein Rädergetriebe 4 für die nicht dargestellten, auf den konzentrischen Ach sen 5 sitzenden Uhrzeiger antreibt. Der Rotor 3 wird durch elektrische Signale aus einer elektrischen Oszilla- torschaltung 6 in Drehung versetzt. Spulen 7 sind mit der Oszillatorschaltung 6 elektrisch verbunden und im Bereich einer elektromagnetisch-mechanischen Oszilla- toranordnung 8 mit Torsionsorgan angeordnet.
Die Oszillatoranordnung 8 enthält einen Torsionsdraht 9, dessen Enden in Supporten 10 und 11 eingespannt sind und der eine Permanentmagnetanordnung 12 trägt.
Ein Teil einer Torsionsdraht-Oszillatoranordnung 8 bekannter Ausführung ist in Fig. 2 dargestellt. Sie enthält ein Torsionsorgan 9 in Form eines flachen Drahtes mit rechteckigem Querschnitt und eine Per manentmagnetanordnung 12 mit zwei nebeneinander angeordneten, zylindrischen Permanentmagneten 13 und 14, durch deren Zentren der Torsionsdraht 9 verläuft. Für die zuverlässige, feste Verbindung zwischen dem Draht 9 und dem Permanentmagneten 13 und 14 sind Hülsen 15, 16 und 17 vorgesehen. Die Massen der beiden Magnete 13 und 14 sind einander so gut wie möglich angeglichen.
Wie oben erwähnt, sind die Enden des Torsionsdrahtes 9 in je einem Support 10 und 11 gehalten, wobei geeignete Mittel vorhanden sind, um die Einspannlänge und die Spannung des Torsions- drahtes einzustellen und auf diese Weise die mechani sche Eigenschwingungsfrequenz des Torsionsorgans ab zugleichen. Die Spulen 7 befinden sich im Bereich eines der Magnete 13 und 14, um eine elektromagne tische. Kopplung zwischen dem Torsionsdraht-Oszillator und der elektrischen Oszillatorschaltung 6 zu bewirken.
In den Fig. 2 und 3 sind der Einfachheit halber die Spulen 7, die Supporte 10 und 11 und die Abgleich- mittel nicht dargestellt.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Permanentmagnet 13 an einer Stelle 18 seiner Peripherie als Nordpol und an einer gegenüberliegenden Stelle 19 als Südpol magnetisiert. In ähnlicher Weise ist der Permanent- magnet 14 an der Stelle 20 seiner Peripherie als Nord pol und an der diametral gegenüberliegenden Stelle 21 als Südpol magnetisiert. Somit liegen die Punkte 18 und 19 auf einem Durchmesser des Magneten 13 und die Punkte 20 und 21 auf einem Durchmesser des Ma gneten 14. Um die Wirkung des Erdmagnetfeldes zu kompensieren, sind die beiden erwähnten Durchmesser zueinander parallel in einer Ebene ausgerichtet.
Somit erzeugt das Erdmagnetfeld an den Stellen 18 und 20 ein Drehmoment in der einen Richtung und an den Stellen 19 und 21 in der entgegengesetzten Richtung. Da die Stellen 18 und 20 einerseits wie auch die Stellen 19 und 21 anderseits sich je auf gegenüberliegenden Seiten des Torsionsdrahtes 9 befinden und weil die Massen der Magnete 13 und 14 gleich sind, ist das resultierende Drehmoment des Erdmagnetfeldes auf den Torsionsdraht 9 gleich null.
Um jedoch eine genaue Kompensation der Wirkun gen des Erdmagnetfeldes zu erzielen, müssen sehr enge Herstellungstoleranzen der beiden Magnete 13 und 14 eingehalten werden, damit die erwähnten Drehmomente gleich gross sind. Es wäre erwünscht, den Aufwand für die Einhaltung solcher Toleranzen in zwei getrenn ten Permanentmagneten herabsetzen zu können.
Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 3 enthält die Permanentmagnetanordnung 8 nur einen einzigen Permanentmagneten 22, welcher mittels einer Hülse 23 auf dem Torsionsdraht 9 befestigt ist. An gegeneinander um 90 versetzten Stellen der Peripherie des Permanentmagneten 22 befinden sich Magnetpole abwechselnder Polarität. Somit liegen die beiden Nord pole 25 und 26 um 180 versetzt einander gegenüber, während die Südpole 27 und 28 ebenfalls an diametral gegenüberliegenden, d. h. um 180 versetzten Stellen sich befinden. Die in den Punkten 25 und 26 angreifen den, durch das Erdmagnetfeld verursachten Drehmo mente haben gleiche Richtung und im wesentlichen gleiche Grösse.
Da diese Stellen einander diametral gegenüberliegen, heben sich die beiden genannten Dreh momente in ihrer Wirkung auf den Torsionsdraht 9 gegenseitig auf. Das gleiche gilt bezüglich den vom Erdmagnetfeld in den Stellen 27 und 28 hervorgerufenen Drehmomenten. Damit ist die Kompensation des Ein flusses des Erdmagnetfeldes an einem einzigen, vier- poligen Permanentmagnet anstatt mittels zwei je zwei poligen Permanentmagneten verwirklicht.
Durch Verwendung des beschriebenen, einzigen Per manentmagneten lässt sich der Aufwand für die Tole ranzeinhaltung gegenüber der Anordnung nach Fig. 2 etwa auf die Hälfte reduzieren, weil anstelle von zwei Magneten nur ein einziger herzustellen ist. Damit ist auch eine entsprechende Material- und Kosteneinspa rung verbunden. Darüber hinaus werden die Gesamt länge des Torsionsorgans und damit die Abmessungen des gesamten Uhrwerks vermindert.
Electromagnetic-mechanical oscillator <B> in a </B> battery-powered clockwork The invention relates to an electromagnetic-mechanical oscillator for determining the speed of an electric motor in a battery-powered clockwork, with a permanent magnet arrangement attached to a torsion element,
which is inductively coupled to a coil arrangement for the purpose of exciting the oscillator and generating synchronizing signals for the motor.
In a known clockwork, a battery-powered pulse or AC motor with Per manentmagnet drives the hands of the clockwork at a speed that is synchronized and controlled by an electrical signal, which signal is derived from the vibrations of an electromagnetic-mechanical oscillator. An oscillator of this type contains a wire-shaped torsion element on which a permanent magnetic part is attached.
The permanent magnet is arranged in a magnetic field generated by a coil, and the coil is connected in a feedback circuit which sets the permanent magnet and the torsion element in vibration. The oscillating permanent magnet in turn induces a signal in the coil which is fed to the motor control circuit in order to synchronize the speed of the motor.
A problem that arises in such clockworks with a torsion element arises from the fact that the permanent magnet is exposed to a disturbance from the earth's magnetic field. Because this influence can take on considerable proportions in such a sensitive device as a torsion wire oscillator, it must be ensured that the effect of the earth's magnetic field is compensated or eliminated.
It is known to provide a second permanent magnet for this purpose, which is arranged on the torsion wire adjacent to the first and polarized in the opposite direction. As a result, the torques exerted on the two permanent magnets or on the torsion wire by the earth's magnetic field cancel each other out. However, this measure considerably increases the dimensions of the torsion element, as well as the costs and the difficulties in manufacture.
In another known clockwork, which is fed from the network and contains a battery only as a buffer, a torsional vibrations ausfüh generating permanent magnet arrangement is coupled with a coil arrangement, which is only used to excite vibrations; the motor is controlled by a mechanical contact operated by the vibrating parts. The magnet arrangement is formed either by two multi-pole rings arranged coaxially next to one another or by such a ring with an adjacent, disc-shaped yoke.
The mentioned direct control of the clockwork motor by mechanical contact actuation may be possible in the case of external feed with any available power. A battery-powered movement, on the other hand, should be able to be operated with the same battery for many months. Therefore, the power consumption of the plant must necessarily be extremely low. The mechanical oscillator has to be built to be extremely sensitive so that a precise oscillation can be maintained when the power consumption is low enough.
Such highly sensitive oscillators are also exposed to external interference and in particular to the earth's magnetic field unequally more strongly than the much more robust oscillators equipped with a relatively large flywheel which are operated with external power.
The object of the present invention is to provide an oscillator of the type mentioned, which meets the requirements set out above for battery power and is largely insensitive to external magnetic fields, in particular the earth's magnetic field.
The oscillator according to the invention is characterized in that the permanent magnet arrangement is formed by a single disk magnetized at several points with alternating polarity, so that the torques generated in the magnetized points by a magnetic field acting from outside the clockwork cancel each other out. The single, magnetized disk results in a low flywheel mass, a reduced space requirement and a simplified structure compared to the previously known arrangements.
An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is explained in more detail below in connection with the drawing.
1 is a cut-away view from which the main components of a clockwork with a torsion organ can be seen.
FIG. 2 is a perspective view of a torsion wire with a permanent magnet arrangement of known design, and FIG. 3 is a perspective view of a torsion wire with a permanent magnet arrangement according to an embodiment of the present invention.
The clockwork 1 with torsion member according to Fig. 1 ent holds a pulse or AC motor 2, the permanent magnetic rotor 3 drives a gear train 4 for the not shown, on the concentric Ach sen 5 seated clock hands. The rotor 3 is set in rotation by electrical signals from an electrical oscillator circuit 6. Coils 7 are electrically connected to the oscillator circuit 6 and arranged in the area of an electromagnetic-mechanical oscillator arrangement 8 with a torsion element.
The oscillator arrangement 8 contains a torsion wire 9, the ends of which are clamped in supports 10 and 11 and which carries a permanent magnet arrangement 12.
Part of a torsion wire oscillator arrangement 8 of known design is shown in FIG. It contains a torsion element 9 in the form of a flat wire with a rectangular cross-section and a Per manentmagnetanordnung 12 with two juxtaposed, cylindrical permanent magnets 13 and 14, through the centers of the torsion wire 9 runs. Sleeves 15, 16 and 17 are provided for the reliable, fixed connection between the wire 9 and the permanent magnets 13 and 14. The masses of the two magnets 13 and 14 are matched to one another as closely as possible.
As mentioned above, the ends of the torsion wire 9 are each held in a support 10 and 11, with suitable means being available to adjust the clamping length and the tension of the torsion wire and in this way to balance the mechanical natural oscillation frequency of the torsion element. The coils 7 are located in the area of one of the magnets 13 and 14 to an electromagnetic tables. To effect coupling between the torsion wire oscillator and the electrical oscillator circuit 6.
For the sake of simplicity, the coils 7, the supports 10 and 11 and the adjustment means are not shown in FIGS. 2 and 3.
As can be seen from FIG. 2, the permanent magnet 13 is magnetized at one point 18 of its periphery as the north pole and at an opposite point 19 as the south pole. In a similar way, the permanent magnet 14 is magnetized at the point 20 of its periphery as the north pole and at the diametrically opposite point 21 as the south pole. Thus, the points 18 and 19 lie on a diameter of the magnet 13 and the points 20 and 21 on a diameter of the magnet 14. To compensate for the effect of the earth's magnetic field, the two diameters mentioned are aligned parallel to each other in a plane.
Thus, the earth's magnetic field produces a torque at points 18 and 20 in one direction and at points 19 and 21 in the opposite direction. Since the points 18 and 20 on the one hand, as well as the points 19 and 21 on the other hand, are each on opposite sides of the torsion wire 9 and because the masses of the magnets 13 and 14 are the same, the resulting torque of the earth's magnetic field on the torsion wire 9 is zero.
However, in order to achieve an exact compensation of the effects of the earth's magnetic field, very tight manufacturing tolerances of the two magnets 13 and 14 must be observed so that the torques mentioned are the same. It would be desirable to be able to reduce the effort required to comply with such tolerances in two separate permanent magnets.
In the embodiment of the invention according to FIG. 3, the permanent magnet arrangement 8 contains only a single permanent magnet 22, which is fastened to the torsion wire 9 by means of a sleeve 23. Magnetic poles of alternating polarity are located at points on the periphery of the permanent magnet 22 offset by 90 relative to one another. Thus, the two north poles 25 and 26 are offset by 180 opposite each other, while the south poles 27 and 28 also at diametrically opposite, d. H. 180 offset positions. The attack in points 25 and 26 caused by the earth's magnetic field Torques have the same direction and essentially the same size.
Since these points are diametrically opposed to each other, the two said turning moments cancel each other out in their effect on the torsion wire 9. The same applies to the torques caused by the earth's magnetic field in points 27 and 28. This compensates for the influence of the earth's magnetic field on a single four-pole permanent magnet instead of using two two-pole permanent magnets.
By using the described, single Per manentmagneten the effort for tolerance compliance compared to the arrangement of FIG. 2 can be reduced by about half, because instead of two magnets, only a single one is to be produced. This also means savings in material and costs. In addition, the overall length of the torsion element and thus the dimensions of the entire clockwork are reduced.