CN1116626C - 具有一个电力发电机的钟表 - Google Patents

Abstract

钟表包括：一根发条，容纳在所述发条盒中，一个电力发电机，与所述发条盒连接，一个整流电路，与所述发电机连接，以及一个调节电路，由所述整流电路直流电压供能并用来控制所述发电机的旋转速度。所述整流电路包括：一个与所述发电机的输出端相连的倍压整流器，一个第一电容器和一个第一二极管串联在所述倍压整流器的所述第一输出端和所述发电机的第一输出端之间，一个第二电容器和一个第二二极管串联在所述发电机的所述第一输出端和所述倍压整流器的所述第二输出端之间。

Description

具有一个电力发电机的钟表

技术领域

本发明涉及一种电子钟表，具体地说是这样一种钟表，其中的电能由一个发条盒中的主发条驱动的发电机产生。

背景技术

在瑞士专利申请No 686 332所公开的实例中的具有这些特征的一种钟表具有与常规的钟表相同的精度，这取决于由石英振荡器提供一个信号所产生的基准脉冲，基准脉冲的频率决定了发电机转子的旋转速度和显示当前时间的指针的转速。

此外，这种钟表既不包括电池也不包括一个储能装置，因为它的电子电路的电源是由它的发电机所提供的电能保证的，发电机的转子与钟表的机械能量源相连，该机械能量源由与常规钟表类似的发条盒中的主发条构成。

相对于使用用寿命有限的电池或储能装置为其电路供电的常规电子钟表，这显示出了明显的优势。

在上文提及的瑞士专利申请所公开的钟表中，发电机转子的制动装置是由一个电阻与一个电子开关串联构成的，由这个电阻和开关组成的单元与发电机的线圈并联。

此外，这个开关由比较信号直接控制以便当信号在它的第一状态时开关能够规则地关闭，第一状态即如果发电机在所期望的速度旋转时而它的转子位于它应在的位置之前。

因而这个转子可以在经过长时间不中断的情况下制动，特别是之前它曾经被一个角度震荡强烈加速。

这种钟表的电子电路是由直流电压来供能的，该直流电压是由一个电路把发电机产生的交变电压通过整流而产生。

由这个交变电压的值决定的这个直流电压值显然必须永久充分地保证电子电路的正确运转。

当发电机转子被制动时，制动电阻的阻值越低，所产生的交变电压越低，显然当制动电阻阻值为零时交变电压也为零。

如果发电机的转子仅仅在相对短的时期内被制动，钟表的电子电路在这个制动时间内能够被供能，这是通过通常存在于为这些电路供能的整流电路中的一个或几个电容器所储存的电能来实现的，甚至在制动电阻值等于零的情况下。

然而，如上文中所看到的，发电机的转子可能会在一个相当长的时间内不中断地被制动。因而为制动电阻选择一个零阻值是不可能的，否则整流电路中的电容器将不得不具备很高的电容并因此会很昂贵并需要很多空间。另外，电容器应当具备的电容的大小也不可能被确定，这是因为发电机的转子被制动的最大的时间是不能够被预知的。

当制动电阻与发电机线圈并联时，这个线圈产生的交流电压变低了，这一方面是因为这种连接导致了旋转速度减小，另一方面是因为制动电阻通过部分电流而使得发电机产生的电压降低。

所以，为了使提供给钟表的电子电路的电压总是充足的，如上文所述，制动电阻的阻值不等于零是不够的，这个值还必须相对较高。

然而，制动电阻的阻值越低，施加在发电机转子上的制动转矩越高，当制动电阻的阻值为零时这个制动转矩最大。

这个制动转矩显然会使得发电机的转子以低于所期望的速度旋转，无论发条盒中的主发条提供什么样的驱动转矩。

为了使得这个驱动转矩的最大值尽可能的高，这对于钟表的自动性产生一个较好的效果，即在不需要重新上紧发条盒中的主发条时钟表能够运转所经历的时间内，所述制动转矩因此也要高，这意味着制动电阻具有一个低的阻值。可取的是，这个电阻应该具有一个零值。

所述转子的制动电阻因而必须满足两个矛盾的条件。一方面，它必须足够高，无论如何不为零，使得在任何情况下电子电路的电源电压都是充足的。另一方面，它必须相当小且最好为零，使得制动转矩很大并且当转子被制动时它的旋转速度小于它的期望速度，甚至当由机械能量源提供的驱动转矩最大时。

为了使上文提到的第一状态更容易被实现，所述发电机的线圈匝数理论上应当增加。但是一个具有大数目匝数的线圈是庞大的并且可能难于容纳在一个小尺寸的钟表例如一个手表所提供的有限的空间内。如果选择将这个线圈制造成足够小的尺寸而占据不大的空间，则它的制造会变得困难并且它的成本也会增加。

还必须考虑到，制作一个具有大数目匝数的线圈的小直径的电线具有一个高的内部电阻，这一方面增加了制动电阻并且减小了转子的制动转矩，另一方面，当发电机产生的电流通过它自身时使得发电机产生的交流电压下降。

为了使上文提到的第二状态更容易被实现，用来驱动发电机转子的由发条盒中的主发条所提供的驱动转矩的最大值当然地可以被减小。但是所述钟表的自动性随着减小，这显然是不被期望的。

发明内容

本发明的一个目的就是提出一种与上文所描述的类型相同的钟表，但是不具备它的缺点，即具有这样结构的一种钟表，其内部转子的制动电阻的阻值可以非常低，甚至为零，同时发电机的线圈无需具有大数目的匝数并且在任何情况下不存在使电子电路正确运转的电源电压不足的危险。此外，所述制动电阻的这个低的、甚至为零的阻值使得可以选择发条盒中驱动发电机转子的主发条以便它的最大转矩很高并且所述钟表的自发性因而更高，所有其他的都和前述已知钟表相同。

因而本发明涉及一种钟表，它包括一个发条盒，该发条盒容纳着一根发条，与该发条盒机械连接的时间显示部分，一个电力发电机，其同样和所述发条盒机械连接并且通过第一和第二输出端产生一个交流电压，一个整流电路通过两个独立的输入端与发电机的第一和第二输出端相连，所述整流电路把交流电压转换成直流电压并输出在两个输出端，并且所述直流电压供应给一个调节电路来控制所述发电机的旋转速度，以使显示部分以能够正确显示当前时间的转速旋转。所述钟表的特征在于所述整流电路包括一个倍压整流器，该倍压整流器与所述发电机的第一和第二输出端相连，并在一个第一输出端和一个第二输出端产生一个直流电压，并使得第一输出端的电势大于第二输出端的电势，一个第一电容器和一个第一二极管串联在所述倍压整流器的第一输出端和所述发电机的第一输出端之间，该第一二极管的方向为允许电流从所述倍压整流器的第一输出端流向所述发电机的第一输出端，一个第二电容器和一个第二二极管串联在所述发电机的第一输出端和所述倍压整流器的第二输出端之间，该第二二极管的方向为允许电流从所述发电机的第一输出端流向所述倍压整流器的第二输出端。

作为这种布置的一个结果，所述整流电路以至少等于4的偶数倍增因子对电源电压进行倍增，并且不需要大量累赘的元件。因而根据本发明的钟表可以具有一个非常低的转子制动电阻值，同时发电机的线圈无需具有大数目的匝数并且在任何情况下不存在使电子电路正确运转的电源电压不足的危险。

附图说明

本发明的其他特征和优点将在下面的描述中更清楚的展示，所述描述将借助非限定的实例并参考下列附图：

—图1是根据本发明的一个钟表的总的简化原理图；

—图2是图1所示钟表的整流电路的一个原理图。

具体实施方式

首先参考图1，图1是根据本发明的一个钟表的一个总的简化原理图。值得注意的是这个原理图的一部分涉及所述调节电路，该调节电路用来控制或束缚这个钟表的发电机的旋转速度，在此将不再具体描述，本领域的技术人员参照以本专利申请人名义提出的瑞士专利申请No 686 332的描述能够容易地设计出这种束缚装置。然而，为了能够更容易地理解本发明，在此将简单地回顾所述原理图中必要的元件和这个调节电路的运作。

根据本发明的所述钟表包括一个机械能量源，该能量源由一个发条盒1构成，发条盒1容纳着一个常规钟表类型的主发条1a，它通过手动或自动上发条。

发条盒1通过由点划线表示的齿轮链3与发电机2的转子2a机械相连。

发电机2包括一个线圈2b，它的两端B1和B2产生一个交流电压Ug，当转子2a被驱动旋转时，这个转子所携带的一个或多个永久磁铁产生由一个箭头表示的一个磁场，线圈2b与之耦合。

线圈2b的两端B1和B2与整流器4连接，整流器的输出端4a和4b提供一个直流电压Ua，该直流电压源于交流电压Ug并用来向钟表的各个电子电路提供电源。

指针5或任何其他常规机械时间显示装置与齿轮链3相连接以便能够显示当前时间，或许还有日期和星期以及其他与时间有关的显示。

指针5的旋转速度由于一个调节电路6而保持一个恒定的平均值，该调节电路束缚或控制这个值为一个期望的速度Vc。

通过前面所引用的专利申请书的描述，当转子以期望的速度Vc旋转时，调节电路6的组件被设计成用来调节转子2a的旋转速度，以便指针5以所需要的速度旋转来正确地显示时间。所期望的速度Vc例如为每秒转七圈。

束缚或调节电路6包括一个由一个钟表类型的石英所稳定的振荡器7和一个分频器8，该分频器把这个振荡器的频率转换成可供一个功能模块9使用的一个值，所述功能模块用来控制一个半导体器件10的门，例如一个n型MOS晶体管。

这个后者通过它的主电路与发电机2的线圈2b的两端B1和B2相连。因此，当这个半导体器件被导通时，允许这个线圈被短路并且在发电机2的旋转运动上得到一个制动效果。

刚刚提到的各种单元的结构特征和功能性按以下目的来设计：(i)当主发条1a没有完全松弛时，只要线圈2b没有被半导体器件10短路，转子2a的平均旋转速度大于期望速度Vc，(ii)如果线圈2a被短路则这个平均旋转速度小于期望速度Vc，甚至当主发条1a被完全上紧并且它提供的驱动转矩具有最大值时。

还值得指出的是，在本发明的范围之内，上文所简要枚举的单元和功能性可以用区别于上文所引用的专利申请中所描述的方法来实现，只要象上文所指出的发电机的旋转速度能够正确地被调节。因而这种调节一定是执行期望速度Vc(由指针5能够正确显示时间来决定)的函数，这通过对发电机2的线圈2b的反复短路从而对发电机2持续减速来实现。

在功能模块9和半导体器件10之间的一个连线11上流通的制动控制信号SF是一个逻辑型信号，并且在本实例中，当所述钟表慢了，亦即当转子2a的平均速度小于期望速度Vc时，这个信号的逻辑状态被设为“0”。在这种情况下，器件或晶体管10保持不通并且转子2不被制动。

相反，当所述钟表快了，亦即当转子2a的平均速度大于期望速度Vc时，制动控制信号SF由特定周期的脉冲组成，其开始位置例如为线圈2b的两端B1和B2之间的电压Ug的每个正半波。在控制信号SF的这些脉冲的每一个周期上，它的逻辑状态为“1”，使得晶体管10是导通的，并且转子2a并制动。

图2展示了根据本发明的一个实施例中如图1所示的整流电路。整流电路4包括一个倍压整流器20，两个二极管21和22和两个电容器23和24。

倍压整流器20与所述发电机的输出端B1和B2相连并通过两个输出端20a和20b产生一个直流电压Us，并使得第一输出端20a的电势大于所述第二输出端20b的电势。倍压整流器20因此包括一个电容器27和一个二极管25，电容器27和二极管25串联在发电机的第一输出端B2和第二输出端B1之间。二极管25的方向为允许电流从发电机2的第一输出端B2到第二输出端B1。

此外，倍压整流器20还包括一个电容器28和一个二极管26，电容器28和二极管26串联在发电机的第一输出端B2和第二输出端B1之间。二极管25的方向为允许电流从发电机2的第二输出端B1到第一输出端B2。

二极管25的阳极与倍压整流器20a的输出端相连，反之二极管26的阴极与倍压整流器20b的输出端相连。

二极管21、22、25和26最好是肖特基型或快速型以限制它们导通时的压降。

当发电机2产生的一个电压Ug为正的，亦即输出端B2的电势高于输出端B1的电势时，二极管25被导通，输出端B2和B1之间流过的电流向电容器27充电。由于在这种情况下这个电容器与发电机2并联，电容器的极板间具有一个约为Ug的电压Uc1。

同样，当发电机2产生的一个电压Ug为负的，亦即输出端B1的电势高于输出端B2的电势时，二极管25不通而二极管26被导通。这样，输出端B1和B2之间流过的电流向电容器28充电。这个电容器的极板间具有一个约为Ug的电压Uc2。

所以，倍压整流器20b的输出端20a和20b所输出的电压Us是一个直流电压，并且值等于Uc1+Uc2≈2Ug(如果不考虑二极管25和26的压降)。

二极管21和电容器23串联在倍压整流器20的输出端20a和发电机2的输出端B2之间。同样二极管22和电容器24串联在倍压整流器20的输出端20b和发电机2的输出端B2之间。二极管21的方向为允许电流从倍压整流器20的输出端20a流向发电机2的输出端B2，二极管22的方向为允许电流从发电机2的输出端B2流向倍压整流器20的输出端20b。

现在重新考虑，发电机2产生的一个电压Ug为正的情况将重新倍考虑。如图2所示，在这种情况下，输出端B2和输出端20b的电势差为Uc2+Ug≈2Ug。因而，二极管22被导通，输出端B2和输出端20b之间流过的电流经过电容器24并为后者充电。这样，电容器24的极板间将具有一个值为2Ug的电压Uc4。

同样，发电机2产生的一个电压Ug为负时。输出端20a和输出端B2的电势差为Uc1+Ug≈2Ug。因而，二极管21被导通，输出端20a和输出端B2之间流过的电流经过电容器23并为后者充电。这样，电容器23的极板间将具有一个值为2Ug的电压Uc3。

可以理解的是，整流电路的输出端4a和4b之间的电压Ua的值等于Uc3+Uc4≈4Ug。

图2所示的这种设置可以使得发电机2产生的电压增大四倍。这样，甚至当发电机2产生一个非常低的电压Ug时，图1所示类型的钟表的电子电路的电源电压也可以得到保证。

此外，在得到同样电压值的情况下，所述钟表的设计者可以为这些电子电路的电源电压考虑一个更低的阈值，图2所示的设置具有这样的优点即发电机2产生的电压可以更低。所以，发电机2可以由一个更少匝数的线圈来制造，这就具有一个更低的制造成本。

在一个有利的方式下，图2所示的整流电路4不需要大量的累赘元件。值得指出的是在图2中，电容器23和24通过输出端4a和4b向所述钟表的电子电路提供了大量的电能，而电容器27和28被用来以一种特定的方式把发电机2产生的电荷传送给电容器23和24。这样，电容器27和28不需要很大的电容值，在本发明的范围之内实际的实施例中，电容器27和28甚至可以被集成在电子电路中。例如，在由本发明者设计的一个电路中，电容器23和24各自具有2200nF，而电容器27和28各自仅具有100nF。电容器27和28具有的电容值最好为10nF到100nF并且电容器23和24具有的电容值最好为100nF到2200nF，4a和4b之间所具有的电容值29为2200nF。

值得指出的是在不脱离本发明的范围的基础上，可以对所述发电机系统做多种改进和/或提高。

关于这一点，用来倍增发电机2的电压的电压倍增器的倍增因子还可能为8、16等等，而且同样利用上文所描述的原理。为了使一个钟表包括一个整流器/八倍倍增器，图2所示的倍压整流器20仅仅需要更换图中的整个整流电路4。

同样，为了使一个钟表包括一个整流器/十六倍倍增器，上述提到的整流器/八倍倍增器可以被取代。

Claims (6)

1、钟表包括：

—一个发条盒(1)，

—一根发条(1a)，其容纳在所述发条盒(1)中，

—时间显示部分(5)，其与所述发条盒(1)机械相连。

—一个电力发电机(2)，其同样与所述发条盒(1)机械相连并且通过第一和第二输出端(B1、B2)输出一个交流电压(Ug)，

—一个整流电路(4)，其通过两个独立的输入端与所述发电机(2)的所述第一和第二输出端(B1、B2)相连，并且通过两个输出端(4a、4b)得到交流电压(Ug)，并输出一个直流电压(Ua)，以及

—一个调节电路(6)，其由所述直流电压(Ua)供能并用来控制所述发电机(2)的旋转速度以使所述显示部分(5)以能够正确显示当前时间的速度旋转，所述钟表的特征在于所述整流电路(4)包括，

—一个倍压整流器(20)，其与所述发电机(2)的所述第一和第二输出端(B1、B2)相连，并通过一个第一输出端(20b)和一个第二输出端(20a)输出一个直流电压，并且所述第一输出端的电势高于所述第二输出端(20a)的电势，

—一个第一电容器(23)和一个第一二极管(21)，它们串联在所述倍压整流器(20)的所述第一输出端(20a)和所述发电机(2)的第一输出端(B2)之间，所述第一二极管(21)的方向为允许电流从所述倍压整流器(20)的所述第一输出端(20a)流向所述发电机(2)的所述第一输出端(B2)，

—一个第二电容器(24)和一个第二二极管(22)，它们串联在所述发电机(2)的所述第一输出端(B2)和所述倍压整流器(20)的所述第二输出端(20b)之间，所述第二二极管(22)的方向为允许电流从所述发电机(2)的所述第一输出端(B2)流向所述倍压整流器(20)的所述第二输出端(20b)。

2、根据权利要求1的钟表，其特征在于所述整流电路(4)包括：

—一个第三电容器(27)和一个第三二极管(25)，其串联在所述发电机(2)的所述第一输出端(B2)和所述第二输出端(B1)之间，所述第三二极管(25)的方向为允许电流从所述发电机(2)的所述第一输出端(B2)到所述第二输出端(B1)，并且

—一个第四电容器(28)和一个第四二极管(26)，其串联在所述发电机(2)的所述第一输出端(B2)和所述第二输出端(B1)之间，所述第四二极管(26)的方向为允许电流从所述发电机(2)的所述第二输出端(B1)到所述第一输出端(B2)。

3、根据权利要求1或2的钟表，其特征在于所述二极管(21、22、25、26)是肖特基型或快速型。

4、根据权利要求1或2的钟表，其特征在于所述第一(23)和第二(24)电容器所具有的电容值在100到2200nF之间。

5、根据权利要求2的钟表，其特征在于所述第三(27)和第四(28)电容器所具有的电容值在100到2200nF之间。

6、根据权利要求5的钟表，其特征在于所述第三(27)和第四(28)电容器是集成型。

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