DE1274514B - Electromagnetic drive system for a torsional oscillator for electronic clocks - Google Patents

Electromagnetic drive system for a torsional oscillator for electronic clocks

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DE1274514B DEF36867A DEF0036867A DE1274514B DE 1274514 B DE1274514 B DE 1274514B DE F36867 A DEF36867 A DE F36867A DE F0036867 A DEF0036867 A DE F0036867A DE 1274514 B DE1274514 B DE 1274514B
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Description

Elektromagnetisches Antriebssystem für einen Torsionsoszillator für elektronische Uhren Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Antriebssystem für einen Torsionsoszillator für elektronische Uhren, mit wenigstens einer senkrecht zur Schwingungsachse der Torsionsfeder orientierten Schwungmasse, welche wenigstens zwei Dauermagneten trägt, die mit zu diesen relativ ortsfesten Spulen zusammenarbeiten.Electromagnetic drive system for a torsional oscillator for electronic clocks The invention relates to an electromagnetic drive system for a torsional oscillator for electronic clocks, with at least one perpendicular centrifugal mass oriented to the axis of oscillation of the torsion spring, which at least carries two permanent magnets that cooperate with these relatively stationary coils.

Bei einem bekannten Torsionsschwinger dieser Art wird die Schwungmasse durch zwei in der Mitte der Torsionsfeder befestigte parallele, hantelförmige Dauermagneten selber gebildet, deren verbreiterte Enden in Richtung der Schwingbewegung magnetisiert sind, wobei die einander gegenüberliegenden, je einen Luftspalt begrenzenden, verbreiterten Enden entgegengesetzte Polarität haben. In diesen Luftspalt ragen ortsfeste Spulen mit parallel zur Schwingungsachse orientierten Spulenachsen hinein.In a known torsional oscillator of this type, the flywheel is by two parallel, dumbbell-shaped permanent magnets fixed in the middle of the torsion spring itself formed, the widened ends of which are magnetized in the direction of the oscillating movement are, the opposite, each delimiting an air gap, widened Ends have opposite polarity. Fixed coils protrude into this air gap with the coil axes oriented parallel to the vibration axis.

Ungünstig an diesem System sind die komplizierte Form der Dauermagneten, da man aus wirtschaftlichen Gründen preiswerte, handelsübliche Magneten in Quader- oder Sektorform bevorzugt, das verhältnismäßig geringe Trägheitsmoment des Schwingers, welches nur durch entsprechend schwere und lange Magneten vergrößert werden könnte, sowie das in den Luftspalten stark gekrümmte inhomogene Magnetfeld mit verhältnismäßig starker Streuung.The disadvantage of this system is the complicated shape of the permanent magnets, since, for economic reasons, inexpensive, commercially available magnets in cuboid or sector shape preferred, the relatively low moment of inertia of the oscillator, which could only be enlarged by correspondingly heavy and long magnets, as well as the inhomogeneous magnetic field strongly curved in the air gaps with relatively strong scatter.

Bei Stimmgabelschwingern ist es bereits bekannt, an den Gabelenden topfförmige Magneten anzubringen, die aus einem an der einen Stirnseite offenen zylindrischen Teil aus magnetischem Werkstoff und einem koaxial dazu angeordneten Dauermagneten bestehen, dessen magnetische Achse in Richtung der Schwingungsbewegung orientiert ist und welcher nach Art eines Tauchankers in eine ortsfeste Spule eintaucht, die in den Topfmagneten hineinragt. Auf diese Weise wird zwar ein guter magnetischer Rückschluß gebildet, jedoch ändert sich während der Schwingung der Luftspalt, weil die Bewegungsrichtung des Schwingers in Achsenrichtung der Spule orientiert ist. Die gleiche magnetische Konfiguration ist auch bei anderen, nur aus einer Lamelle gebildeten Biegeschwingern mit einem am freien Ende angeordneten Magneten bekannt, dessen magnetische Achse in Richtung der Schwingungsbewegung orientiert ist und der in ortsfeste, dazu koaxiale Spulen eintaucht.It is already known in tuning fork transducers at the fork ends To attach cup-shaped magnets, which consist of an open on one end face cylindrical part made of magnetic material and a coaxially arranged therewith Permanent magnets exist, the magnetic axis of which is in the direction of the vibrational movement is oriented and which dips into a stationary coil like a plunger, which protrudes into the pot magnet. That way, though, it becomes a good magnetic one Conclusion formed, however, the air gap changes during the oscillation because the direction of movement of the oscillator is oriented in the axial direction of the coil. The same magnetic configuration is also in others, only from one lamella formed bending oscillators with a magnet arranged at the free end known, whose magnetic axis is oriented in the direction of the oscillation movement and which is immersed in stationary, coaxial coils.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Antriebssystem des eingangs beschriebenen Typs für einen Torsionsschwinger derart zu verbessern, daß die Relativbewegung von Magneten und Spulen in einem weitgehend parallelen und homogenen Magnetfeld erfolgt, ein möglichst vollständiger Rückschluß des Magnetflusses durch magnetisches Material erzielt wird und, im Unterschied zum bekannten Tauchankerprinzip, die Luftspalte während der Schwingungen praktisch konstant bleiben.The invention is based on the object of an electromagnetic Drive system of the type described above for a torsional oscillator of this type to improve that the relative movement of magnets and coils in one largely parallel and homogeneous magnetic field takes place, a conclusion that is as complete as possible of the magnetic flux is achieved through magnetic material and, in contrast to well-known plunger principle, the air gap practically constant during the oscillations stay.

Zu diesem Zweck ist das elektromagnetische Antriebssystem dadurch gekennzeichnet, daß die diametral gegenüberliegenden Enden der Schwungmasse in an sich bekannter Weise Aussparungen aufweisen, in denen wenigstens je ein Dauermagnet angeordnet ist, deren Wände dem Rückschluß des Magnetflusses dienen, und in welche je eine Spule so hineinragt, daß die Magneten mit ihren Rückschlußteilen gegenüber den Spulen frei bewegbar sind, jedoch derart, daß die Bewegungsrichtung der Schwungmasse senkrecht zur Achsenrichtung der Spulen orientiert ist und zwei Magnetpole entgegengesetzter Polarität nebeneinander der einen Spulenstirnfläche gegenüberliegen.To this end, the electromagnetic propulsion system is thereby characterized in that the diametrically opposite ends of the flywheel in on in a known manner have recesses in which at least one permanent magnet each is arranged, the walls of which are used to return the magnetic flux, and in which a coil protrudes so that the magnets with their yoke parts opposite the coils are freely movable, but in such a way that the direction of movement of the flywheel is oriented perpendicular to the axial direction of the coils and two magnetic poles opposite one another Polarity side by side of the one end face of the coil are opposite.

Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines Torsionsoszillators mit balkenförmiger Schwungmasse und an deren Enden angeordneten, teilweise im Schnitt dargestellten elektromagnetischen Antriebssystemen, F i g. 2 und 3 Schnitte längs der Linien 11-II bzw. 111-III nach F i g. 1, F i g. 4 das elektrische Schaltbild des elektromagnetischen Antriebssystems, F i g. 5 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform mit zwei parallel nebeneinanderliegenden balkenförmigen Schwungmassen, F i g. 6 eine Ansicht in Richtung der Pfeile VI-VI nach F i g. 5, wobei das Antriebssystem am einen Ende der Schwungmasse teilweise geschnitten dargestellt ist, und F i g. 7 und 8 Ansichten längs der Pfeile VII-VII bzw. VIII-VIII nach F i g. 5.Further features of the invention emerge from the subclaims. the The invention is explained in more detail with reference to the drawings using two exemplary embodiments. It shows F i g. 1 is a plan view of a first embodiment of a torsional oscillator with a bar-shaped flywheel and arranged at its ends, partly in section illustrated electromagnetic drive systems, F i g. 2 and 3 cuts lengthways the lines 11-II and 111-III according to FIG. 1, F i g. 4 the electric Circuit diagram of the electromagnetic drive system, FIG. 5 is a plan view of FIG a second embodiment with two parallel bar-shaped Flywheel masses, F i g. 6 is a view in the direction of the arrows VI-VI according to FIG. 5, wherein the drive system is shown partially cut at one end of the flywheel is, and F i g. 7 and 8 are views along the arrows VII-VII and VIII-VIII according to F. i g. 5.

Nach F i g. 1 ist auf der Werkplatte 1 einer nicht näher dargestellten Uhr eine balkenförmige Schwungmasse 3 in ihrer Mitte an einem Torsionsfedersystem 2 von kreuzförmigem Querschnitt aufgehängt, welches senkrecht zur Werkplatte 1 orientiert ist, derart, daß die Schwungmasse 3 in einer parallel zur Werkplatte orientierten Ebene schwingt.According to FIG. 1 is a not shown on the work plate 1 Clock has a bar-shaped flywheel 3 in its center on a torsion spring system 2 suspended from a cross-shaped cross-section, which is oriented perpendicular to the work plate 1 is such that the flywheel 3 is oriented in a parallel to the work plate Level swings.

An den beiden Enden der Schwungmasse 3 sind durch die Wandteile 5 und 6 begrenzte Aussparungen 4 vorgesehen, die, wie in den F i g. 2 und 3 gezeigt, die Form eines beidseitig parallel zur Schwingungsebene der Masse 3 abgeschnittenen Zylindersegments haben. Das die Aussparung stirnseitig begrenzende Wandteil 6 trägt eine nach innen ragende und mittels einer Schraube 8 an der Masse 3 befestigte Hülse 7 sowie zwei auf seiner Innenfläche beidseitig der Hülse befestigte, sektorförmige Dauermagneten 10, deren magnetische Achsen parallel zur Schwingungsebene der Masse 3 und senkrecht zur Schwingungsrichtung der Masse orientiert sind, wobei die Pole beider Magneten entgegengesetzt zueinander gerichtet sind (F i g. 3). In die Aussparungen ragt je eine auf der Werkplatte 1 befestigte und die Hülse 7 umgebende Spule 12 bzw. 13 derart hinein, daß die Spulenachse senkrecht zur Bewegungsrichtung der Masse orientiert ist und die beiden Dauermagneten 10 unter Bildung eines kleinen Luftspalts mit jeweils entgegengesetzten Polen den nach außen weisenden Stirnseiten der Spulenwindungen gegenüberliegen. Der ringförmige Spalt 11 zwischen dem Wandteil 5 und der festen Spule sowie der Spalt zwischen der Spule und der zentralen Hülse 7 sind derart gewählt, daß die an der Schwungmasse 3 befestigten Teile frei gegenüber den festen Spulen schwingen können. Die aus einem magnetischen Material bestehenden Wandteile 5 und 6 bilden einen guten Rückschluß für den Magnetfluß.At the two ends of the flywheel 3 are through the wall parts 5 and 6 limited recesses 4 are provided which, as shown in FIGS. 2 and 3 shown, the shape of a cut off on both sides parallel to the plane of vibration of the mass 3 Have cylinder segment. The wall part 6 delimiting the recess at the end carries an inwardly protruding sleeve fastened to the mass 3 by means of a screw 8 7 and two sector-shaped fastened on its inner surface on both sides of the sleeve Permanent magnets 10, the magnetic axes of which are parallel to the plane of vibration of the mass 3 and are oriented perpendicular to the direction of oscillation of the mass, the poles both magnets are directed opposite to each other (Fig. 3). In the recesses One coil 12, which is fastened to the work plate 1 and surrounds the sleeve 7, protrudes or 13 in such a way that the coil axis is perpendicular to the direction of movement of the mass is oriented and the two permanent magnets 10 forming a small air gap with opposite poles in each case, the outward-facing end faces of the coil windings opposite. The annular gap 11 between the wall part 5 and the fixed The coil and the gap between the coil and the central sleeve 7 are selected in such a way that that the parts attached to the flywheel 3 are free from the fixed coils can swing. The wall parts made of a magnetic material 5 and 6 form a good conclusion for the magnetic flux.

Eine in die Hülse 7 eingeschraubte Schraube 9 erlaubt die Feineinstellung des Trägheitsmoments der Schwungmasse 3.A screw 9 screwed into the sleeve 7 allows fine adjustment the moment of inertia of the flywheel 3.

Nach F i g. 4 liegt die Spule 12 als Steuerspule im Basis-Emitter-Kreis Eines Transistors 14, während die Spule 13 als Antriebsspule im Emitter-Kollektor-Kreis dieses Transistors angeordnet ist. Wie auf F i g. 4 gestrichelt dargestellt, kann zwischen die Basis des Transistors und den einen Pol der Spannungsquelle ein Widerstand R und in den Basis-Emitter-Kreis ein Kondensator C geschaltet sein. Während der Schwingungen addieren sich die Wirkungen der beiden Dauermagneten auf die Spule.According to FIG. 4, the coil 12 is located as a control coil in the base-emitter circuit A transistor 14, while the coil 13 as a drive coil in the emitter-collector circuit this transistor is arranged. As on Fig. 4 shown in dashed lines, can a resistor between the base of the transistor and one pole of the voltage source R and a capacitor C in the base-emitter circuit. During the Vibrations add up the effects of the two permanent magnets on the coil.

Die zweite Ausführungsform nach den F i g. 5 bis 8 weist zwei parallel zueinander angeordnete balkenförmige Schwungmassen 16 auf, an deren Enden die Aussparungen durch senkrecht zur Schwingungsebene abgewinkelte und sich parallel zur Schwingungsachse auf der Unterseite der Masse 16 erstreckende Wände 18 und 20 begrenzt werden, während die Oberseite der Aussparungen durch den vorspringenden Rand 19 der äußeren Wände 20 gebildet wird. Die Wand 20 ist mittels der Schrauben 22 an der Schwungmasse 16 bzw. der Wand 18 befestigt und weist außerdem eine von außen verstellbare Schraube 21 zur Einstellung des Trägheitsmoments der Schwungmasse auf. Auf der Innenseite der Wand 20 sind wiederum zwei mit entgegengesetzt zueinander orientierten Polen angeordnete Dauermagneten 23 befestigt, welche der äußeren Stirnseite je einer Spule 24 gegenüberliegen. Die Spulen sitzen auf je einem Spulenkern 25, welcher durch einen Schlitz 26 der Wand 18 hindurchragt und mittels eines durch die Schraube 28 an der Werkplatte 27 befestigten Winkelstücks 27 montiert ist.The second embodiment according to FIGS. 5 through 8 has two in parallel mutually arranged bar-shaped centrifugal masses 16, at the ends of which the recesses by angled perpendicular to the plane of oscillation and parallel to the axis of oscillation on the underside of the mass 16 extending walls 18 and 20 are limited, while the top of the recesses through the protruding edge 19 of the outer walls 20 is formed. The wall 20 is attached to the flywheel 16 by means of the screws 22 or the wall 18 and also has an externally adjustable screw 21 to adjust the moment of inertia of the flywheel. On the inside the wall 20 are in turn two with oppositely oriented poles arranged permanent magnets 23 attached to each of the outer end face of a coil 24 opposite. The coils each sit on a coil core 25, which through a slot 26 of the wall 18 protrudes and by means of a through the screw 28 Angle piece 27 attached to the work plate 27 is mounted.

Die beiden Schwungmassen 16 schwingen zur Erzielung eines guten dynamischen Gleichgewichts des gesamten Systems in Gegenphase.The two centrifugal masses 16 oscillate in order to achieve a good dynamic Equilibrium of the entire system in antiphase.

Die Antriebsvorrichtung nach der Erfindung zeichnet sich durch eine raumsparende Anordnung, einen guten magnetischen Rückschluß für den Magnetfluß, ein weitgehend paralleles und homogenes Magnetfeld sowie einen praktisch konstant bleibenden Luftspalt aus. Außerdem lassen sich preiswerte, handelsübliche Dauermagneten mit einfacher Sektorform verwenden. Der einfache Aufbau des Antriebssystems nach der Erfindung erleichtert ferner die Montage und Demontage, wobei insbesondere im Ausführungsbeispiel nach den F i g. 5 bis 8 die Schwungmasse mitsamt allen daran befestigten Teilen im Anschluß an die Befestigung der Spulen auf der Werkplatte montiert bzw. ohne vorherige Entfernung der Spule abgenommen werden kann.The drive device according to the invention is characterized by a space-saving arrangement, a good magnetic return path for the magnetic flux, a largely parallel and homogeneous magnetic field and a practically constant one remaining air gap. In addition, inexpensive, commercially available permanent magnets can be used use with simple sector shape. The simple structure of the drive system according to the invention also facilitates assembly and disassembly, in particular in the Embodiment according to FIGS. 5 to 8 the flywheel with all of it fastened parts following the fastening of the coils on the work plate can be mounted or removed without first removing the coil.

Claims (7)

Patentansprüche: 1. Elektromagnetisches Antriebssystem für einen Torsionsoszillator für elektronische Uhren, mit wenigstens einer senkrecht zur Schwingungsachse der Torsionsfeder orientierten Schwungmasse, welche wenigstens zwei Dauermagneten trägt, die mit zu diesen relativ ortsfesten Spulen zusammenarbeiten, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die diametral gegenüberliegenden Enden der Schwungmasse in an sich bekannter Weise Aussparungen aufweisen, in denen wenigstens je ein Dauermagnet (10, 15; 23) angeordnet ist, deren Wände dem Rückschluß des Magnetflusses dienen und in welche je eine Spule (12,13; 24) so hineinragt, daß die Magneten mit ihren Rückschlußteilen gegenüber den Spulen frei bewegbar sind, jedoch derart, daß die Bewegungsrichtung der Schwungmasse senkrecht zur Achsenrichtung der Spulen orientiert ist und zwei Magnetpole entgegengesetzter Polarität nebeneinander der einen Spulenstirnfläche gegenüberliegen. Claims: 1. Electromagnetic drive system for a torsional oscillator for electronic watches, with at least one perpendicular to the oscillation axis of the Torsion spring-oriented flywheel, which carries at least two permanent magnets, which cooperate with these relatively stationary coils, thereby g e k e n n -z e i c h n e t that the diametrically opposite ends of the flywheel have recesses in a manner known per se, in each of which at least one permanent magnet (10, 15; 23) is arranged, the walls of which are used to return the magnetic flux and into each of which a coil (12,13; 24) protrudes so that the magnets with their Inference parts are freely movable with respect to the coils, but in such a way that the Direction of movement of the flywheel is oriented perpendicular to the axis direction of the coils and two magnetic poles of opposite polarity next to one another on the one end face of the coil opposite. 2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Spulen radial zur Schwingungsachse orientiert sind. 2. Drive system according to claim 1, characterized in that the axes of the coils are oriented radially to the oscillation axis. 3. Antriebssystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen die Form eines auf wenigstens einer Seite parallel zur Schwingungsebene der Masse abgeschnittenen Zylindersegments haben. 3. Drive system according to claims 1 and 2, characterized in that the recesses have the shape one cut off on at least one side parallel to the plane of vibration of the mass Have cylinder segment. 4. Antriebssystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen durch senkrecht zur Schwingungsebene der Masse abgewinkelte, sich parallel zur Schwingungsachse auf der einen oder der anderen Seite der Masse erstreckende Wände gebildet sind. 4. Drive system according to claims 1 and 2, characterized in that that the recesses through perpendicular to the plane of vibration of the mass angled, parallel to the vibration axis on one or the other Side of the mass extending walls are formed. 5. Antriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (24) auf einem Spulenkern (25) sitzen, welcher durch einen Spalt (26) in der einen Wand (18) der Aussparung hindurchragt. 5. Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the coils (24) sit on a coil core (25) which protrudes through a gap (26) in one wall (18) of the recess. 6. Antriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Aussparung zwei sektorförmige Magneten mit entgegengesetzt zueinander orientierten Polen und mit zur Spulenachse parallelen magnetischen Achsen angeordnet sind. 6. Drive system according to one of the preceding claims, characterized characterized in that two sector-shaped magnets with opposite sides in each recess mutually oriented poles and with magnetic axes parallel to the coil axis are arranged. 7. Antriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es an den beiden Enden einer balkenförmigen Schwungmasse montiert ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1802 189; schweizerische Patentschriften Nr. 335 187, 353 311; französische Patentschriften Nr. 1092 411, 1117873. 7. Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that it is mounted at the two ends of a bar-shaped flywheel. Publications considered: German utility model No. 1802 189; Swiss patents No. 335 187, 353 311; French patents nos. 1092 411, 1117873.
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