DE1952577C3 - Elektromagnetischer Antrieb - Google Patents

Description

zeichnet, daß das bewegliche Element aus einem 35 der Versorgungsquelle oder anderen störenden EinRotor (16) besteht, der wenigstens ein Paar un- flüssen. Diese Vorrichtung ist daher ebenfalls nicht gleichnamiger Magnetpole (17) aufweist (Fi g. 4). besonders zum Antrieb für Uhren geeignet, da bei ihr

4. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekenn- der Einfluß der dynamischen Impedanz im phasenzeichnet, daß die Schaltung des Phasenschiebers drehenden Rückkopplungskreis nicht berücksichtigt (2) aus mehreren verschiedenen Arten von EIe- 40 ist (FR-PS 15 11016).

menten gebildet ist, die: aus Spulen, Kondensato- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen

ren und Widerständen bestehen. elektromagnetischen Antrieb zu bchaffen, der bei

5. Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekenn- kompaktem Aufbau auch bei sich ändernden Bezeichnet, daß wenigstens eines der Schaltungs- triebsbedingungen, wie z. B. der Temperatur oder der elemente des Phasenschiebers (2) variabel ist. 45 Spannung der Spannungsquelle, stabil arbeitet und

zum Antrieb des Vergleichsantriebs für Uhren verwendbar ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein elektromagnetischer Antrieb durch die Merkmale des

kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gekenn-

50 zeichnet.

Bei dem elektromagnetischen Antrieb gemäß dei Erfindung wird die dynamische Impedanz in dem

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Wandler ah Einstellfaktor für den Wert der Phasen-Antrieb gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. verschiebung zusätzlich zu dem Phasenschieber ver-Es sind bereits mehrere Antriebsvorrichtungen zum 55 wendet, so daß dadurch die Frequenz des Schwingers Antrieb beispielsweise solcher mechanischer Schwin- durch Änderungen der Temperatur, der Versorgungsger bekannt, die als Stimni;i> ' Wippen usw. be- spannung oder durch Störungen η cht beeinflußt zii'hungsweise als Bezugsset ; 'ur Uhren ver- wird. Der elektiomagnetische Antrieb eignet sich wendet werden. Derartige ^v chtungen weisen daher sehr μι4 als Bezugsschwmger
einen Transistorverstärker, ei ^ . ..^. ,pule und eine 60 An Hand der in der Zeichnung dargestellten bei-Antriebsspule auf, die an d ' ·ι iangs- bzw. Aus- spielsweisen Ausführungsforrnen wird tue Erfindung gnngsseite des Verstärkers ww ι'lassen sind. Da- im folgenden naher erläutert I λ zeigt
bei mißt die Steuerspule di: "·» "Miuibewegung de;· Fig. 1 das Schaltbild einer erster- Ausführungs-

Schwingers, während die Art·,¹ -spult: den Schwin- form des elektromagnetischen Antriebs.
ger antreibt. Diese Vorricht . 1 benötigen somil 65 Fig. 2 schematisch in vcnmHVrtem Maßstab die zwei Spulen und sind als An; ■■.<^einrichtungen fiii Seitenansicht eines Wandlers.

Uhren, die kompakt aufgeiv ^m müssen niclii F.g. J In einem Diagianim die Abhängigkeit der

günstig. dynamischen Impedanz von der Vibratorfrequenz,

; Fig-4 in vergrößertem Maßstab eine schematische lieh der dynamischen ImpedanzZm gleich G₂. Da-

; Draufsicht auf einea mit einem Rotor versehenen mitist

I Wandler,

S F i g- 5 i¹¹ einem Diagramm die Abhängigkeit der E₂ = Ij₁-E₁ ,

ί dynamischen Impedanz von der Drehzahl des Rotors, 5 E₃ = AE₂,

4 Fig- 6 das Schaltbild einer zweiten Ausführungs- ε = G₀E₃ = AG₁G₉E, i form der Erfindung, 4-3

] F i g- 7 das Schaltbild einer dritten Ausführungs- und damit die Gesamt-Übertragungsfunktion G
\ form der Erfixitiung,

Fig-S das Schaltbild einer vierten Ausführungs- 10 _G _ _E±_ _ _Aq q^ _ R_e(ß) + JIm(G),

form öer Erfindung, E₁ ¹ '

F i g. 9 das Schaltbild einer fünften und

'■- Fig-10 das Schaltbild einer sechsten Ausfüh- wobei Re(G) den Realteil und Im(G) den Imaginär-

rungsform der Erfindung. teil darstellen.

' In Fig. 1 ist mit 1 ein Wandler bezeichnet, der 15 Die vorliegende Antriebsvorrichtung muß folgende

; _e;_neu Vibrator 4 und eine Spule L enthält, die elek- Bedingungen erfüllen:
^r tromagnetisch mit dem Vibrator gekoppelt ist und

H sowohl als Steuer- als auch als Antriebsspule dient. Bedingung für die elektrische Leistung

1Ϊ Ein mit 2 bezeichneter Phasenschieber enthält zwei Re(G) ΐ> 1,
Ü Kondensatoren C₁, C₂ und eine Spule L₁. Ein mit 3 20

ife bezeichneter Verstärker enthält einen npn-Transi- Bedingung für die Frequenz

ff stör Γ und einen Vorspannungswiderstand R. Der Zm(G) = O.
§§·'. Kollektor des Transistors T ist über die Spule L, eine

iff Gleichstrom-Spannungsquelle E und einen Schalter S Um die obigen Bedingungen zur Erzeugung einer

ü an den Emitter desselben Transistors angeschlossen. 25 Schwingung zu erfüllen, werden die Konstanten der

K Der Vorspannungswiderstand/? liegt zwischen der Schaltungselemente des Phasenschiebers beispiels-

H Basis und dem Kollektor des Transistors. Ferner ist weise auf der Basis der dynamischen Impedanz fol-

"ii der Kollektor des Transistors über die in Reihe ge- gendermaßen bestimmt.

I schalteten Kondensatoren C₁ und C₂ mit der Basis Wird die Vibrationsfrequenz der Antriebsschaltung

P desselben Transistors verbunden, wobei die Verbin- 30 mittels der dynamischen Impedanz auf Grund der

ί dung zwischen diesen Kondensatoren über eine Schwingung des Vibrators 4 auf 150,8 Hz eingestellt,

5 Spule T mit dem Emitter des Transistors verbun- so können die Konstanten der einzelnen Elemente I den ist. der Antriebsschaltung folgendermaßen bestimmt t- _«.> Gernäßder narstelliiKo in Fi ρ ~> ict far \/iUr_?fn_r d _ ^_s,;«i?>rdprv , ■.-*-.--.--.- ■---■ ■·■* -----* - - -■.*■-·■..·.-■·--^e-*-v ■^fe*«=g_es Wandlers am -jinem Ende befestigt und an seinem 35

I freien Ende mit einem Stabmagnet 5 sowie auf der ^i ⁼ 0,033 μΓ,

I anderen Seite des freien Endes zum Ausgleich des C₂ — 0,022 μΡ,

f Stabmagnets mit einer Masse 8 versehen. Die ring- L₁ == 5 H,

|; förmige Spule L ist in einer Lage befestigt, in der der /j == 370 kQ,

ί Stabmagnet 5 gegenüber derselben frei gleiten kann. 40 £ = 1 5 V

' Im folgenden soll nunmehr die dynamische Impe- ' ' «-nnipnunnHiinoen - 3700

> danz des Wandlers erklärt werden. Die elektrische L = Anzahl der Spulenwindungen - 37UU,

Ii statische Impedanz des Wandlers 1 besteht lediglich Drahtdurchmesser = 0,3 mm.
aus der Induktivität der Spule L und dem irneren Wi-

derstand derselben, wenn der Vibrator 4 in Ruhe- 45 Damit stimmt die Vibrationsfrequenz genau mit lage gehalten wird. Die dynamische Impedanz wäh- der Resonanzfrequenz des Vibrators uoerein, und rend der Schwingung ist ungleich der Impedanz in die Phase des elektrischen Signals der Antriebsschal-Ruhelage und besitzt folgende Charakteristik. F i g. 3 tungwirdum 180° verschoben.
zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit der dyna- Die Antriebsvorrichtung arbeitet folgendermaßen, mischen Impedanz Zm von der Frequenz /.wobei die 50 Der Widerstandswert des Vorspannungswiderstan-Frequenz des Vibrators auf der Abszisse und die Im- des R für den Transistor T ist so eingestellt daß der pedanz Zm auf der Ordinate aufgetragen ist. Die Transistor T im Ruhezustand des Vibrators 4 im akdynamische Impedanz erreicht bei einer Resonanz- tiven Bereich arbeitet. Wird der Schalter Seingeschalfrequenz L ihren Maximalwert, der allein eine große tet, so fließt von der Spannungsquelle E ein Strom m Widerstandskomponente darstellt. Diese große Wider- 55 die Basis des Transistors Γ, vo er verstärkt wird, und Standskomponente beeinflußt die Phasenschieber^- darauf in die Spule L. Dadurch wird in der Spule eine kung des Phasenschiebers 2. elektromagnetische Kraft erzeugt, die den Vibrator 4 Daher bildet die dynamische Impubn/ eirs der betätigt. Die erzeugte Vibrationsbewegung wird durch Bedingungen für die I-lr/cugung ein ν Schwingung die Spule L in ein elektrisches Signal umgewandelt, durch den elektromagnet,sehen Ant ob Die Ein- 60 das wiederum durch den Phasenschieber 2lunclunter gangsspannung des Phasenschiebers 2 ^, nach Tren- Mitwirkung der dynamischen Impedanz des Wandnune desselben vom Wandler 1 alein F₁. di. Ein- lers 1 um 180^ phasenverschoben wird. Das phasenganfsspannung des Verstärkers 3 ule,, h F., di, Aus- verschobene Signal wird durch den Trans.sioi 7 verg ngssjannung des Verstärkers 3 glcirh F₁, di Aus- stärkt und an die Spule L ruckgefuhrt so * aß . gangsspannung des Wandlers 1 ,loch F₄. du Ver- 65 Spule eine ausreichende elektromagnetische Kraft ftärkung des Verstärkers 3 gleich ,1. die Übertra- zum Antrieb des Vibrators 4 erzeugen kann
gungsfunktion des Phasenschiebers 2 ,le.ch C₁ und In F ig. 4 ist eine .^WI^_t^hr^foitader die Übertragungsfunktion des Wandlers 1 einschließ- Erfindung gezeigt, bei der an Stelle des oben beschne-

benen Vibrators 4 ein Rotor 16 im Wandler verwen- denn Zustand stabiler Drehung und der Bedingung

det wird. De; Rotor besteht aus einer Ferritscheibe, für die elektrische Leistung ein Zusammenhang be-

die an einer Welle 19 befestigt ist und zwei Paare steht, und daß die beiden Faktoren zusammen dazu

von ungleichnamigen Magnetpolen 17 besitzt. Eine dienen, mittels der dynamischen Impedanz den Rotor

Spule L₁₀, die als Geber und Antrieb dient, ist vom 5 wieder in stabile Drehung zu bringen..

Rotor 16 in einem Abstand angeordnet. Der an diesen In der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform

Wandler anzuschließende Phasenschieber und der besitzt der Phasenschieber die Form einer T-Schal-

Verstärker sind im wesentlichen identisch mit den in lung, die aus den Spulen L₂, und L₂₂ und einem Kon-

Fig. 1 gezeigten. densator C₂₁ besteht. Der Kollektor eines pnp-Tran-

Die Abhängigkeit der dynamischen Impedanz von io sislors T.,_a ist über eine Spule L₂₀, eine Gleichspan-

der Drehzahl des Rotors in dieser Ausführungsform nungsquelle E₂₀ und einen Schalter S₂₀ an den Emit-

ist in Fig. 5 dargestellt, wobei die Drehzahl η auf ter desselben angeschlossen, während die Basis des

der Abszisse und die dynamische Impedanz Zm auf Transistors T₂₀ über einen Vorspannungswiderstand

der Ordinate aufgetragen ist. Daraus geht hervor, daß R.,_a an den negativen Pol der Gleichspannungsquelle

die dynamische Impedanz proportional ist der Dreh- 15 E₂₀ angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors

zahl des Rotors. Diese dynamische Impedanz stellt T_2n ist weiterhin über den Phasenschieber an einen

wie in der vorhergehenden Ausführungsform eine Be- Punkt zwischen Basis und Emitter des Transistors

dingung zur Erzeugung der Drehung dar. Die Bedin- angeschlossen.

gunpen sind hier wieder folgendermaßen: Fi g. 7 zeigt eine dritte Ausführungsform des An-

20 triebs, bei der der Phasenschieber aus einer Ketten-Bedingung für die elektrische Leistung schaltung gebildet wird, die aus den Kondensatoren

_ C₃₁. C₃., und C₁₃ und den Widerständen R₃₁,

^Ke(°> έ i' R₃, und".R₃₃ besteht. Die Bezugszeichen 34, 35, T₃₀,

Bedingung für die Frequenz ^- «ac ^E3.o und S₃₀ bezeichnen Bauelemente der

^ ^ 25 Schaltung, die im wesentlichen identisch sind mit den

Im(G) — 0. entsprechenden der Fi g. 6.

In F i g. 8 ist eine vierte Ausführungsform des An-

Die Konstanten der Schaltelemente des Phasen- triebs gezeigt, bei der der Phasenschieber aus einer

Schiebers werden durch die dynamische Impedanz T-Schaltung besteht, die aus Spulen L₄₁ und L₄₂ und

bei der gewünschten ständigen Drehung des Rotors 30 einem Widerstand .R₄₁ zusammengesetzt ist. Der

bestimmt, auf Grund deren bei dieser Ausführungs- Wandler besieht aus einem Rotor 46 und zwei Spu-

form die Phase des elektrischen Signals um 18ö" ver- len L₄₀, L₄₀', die als Geber und Antrieb dienen. Die

schoben wird. Dabei erfüllt der Antrieb die Bedin- Bauelemente 7₄₀. R₄₀, E₄₀ und S₄₀ sind im wesent-

gungen zur Erzeugung eines Umlaufens bei der stan- liehen identisch mii den entsprechenden Teilen in

digen Drehzahl. 35 Figo.

Zunächst besitzt der Rotor keine bestimmte Dreh- F i g. 9 zeigt eine fünfte Ausführungsform des Anzahl, sondern läuft vom Anlauf bis zu seiner ständi- triebs, bei der der Phasenschieber aus einer Kettengen bzw. gleichbleibenden Drehung mit einer Dreh- schaltung gebildet wird, die aus den Spulen L_S1 und zahl, die sich kontinuierlich ändert. Damit ändert L_Sl, sowie einem Widerstand R₅₁ und einem variablen sich auch die dynamische Impedanz kontinuierlich, 40 Widerstand A₅₄ besteht. Die anderen Bauelemente 54, bis sie einen Wert erreicht hat, in dem sowohl die 55. T₅₀, L₅₀, R₅₀, E₅₀ und S₅₀ sind im wesentlichen Bedingungen für die elektrische Leistung und für die identisch mit den entsprechenden Bauelementen in Frequenz, "ie sie ober, bestimmt «■ΐ'ττ'?™. erfüllt «tinrf Fis». 6. Bei diesem Antrieb kann die Frequenz des Dadurch kann der Rotor mit einer stabilen und Vibrators 54 durch Phasenverschiebung eingestellt gleichbleibenden Drehzahl laufen, die durch die oben 45 werden, indem der Widerstandswert des variablen angegebenen Bedingungen bestimmt wird. Widerstandes R₅₄ verstellt wird.

Der Antrieb arbeitet ferner auch bei auftretenden Wird dieser Antrieb in eine Uhr eingebaut, so kann

Störungen weiterhin stabil. Ändert sich heispiels- er zur Gangregulierung derselben dienen,

weise, wie in dem in Fig. 5 dargestellten Fall, die Bei dieser Ausführungsform kann der Widerstand

Drehzahl des Rotors mit dessen Laständerungen, so 5° -R₅₄ durch einen normalen Widerstand und eine der

ändert sich auch die dynamische Impedanz entspre- beiden Spulen L₅, und L_s2 durch eine variable Spule

t-iniiii Σ/ivD^ FaIi avli ItUn i^CtmchtC** V.^rdm. Γ?Ξ ^r??*?* V^rd^TV Durc!¹. 6*Τ?β TnHiilrtivitsitciinHpriiniT

die Phase des vorliegenden Antriebs durch die dyna- kann wie in der vorhergehenden Ausführungsform die

mische Impedanz und die Phasenverschiebung durch Frequenz des Vibrators eingestellt werden,

der. Phasenschieber besiisrsnu v-.tiUc«, »\·.·1 durch 53 Fig. 10 zeigt eine weitere, sechste Ausführur.gs-

eme Änderung der dynamischen Impedanz eine Pha- form des Antriebes, bei der der Phasenschieber die

senverschiebung hervorgerufen. Die in den oben- Form einer T-Schaltung besitzt, die aus einer Spule

genannten Bedingungen zur Erzeugung eT.er So!!- L₀₁, Kondensatoren C₈. und C₅₂ und einem variablen

drenzahi enthaltene dynamische Impedanz uieiu je- Widerstand /?₀₄ besteht. Die Bauelemente 64, 65, L₆₀,

doch dazu, die proportional dem Wert der Phasen- 60 T_6n, R₆₀, E₆₀ und S₆₀ sind im wesentlichen identisch

verschiebung benötigte elektrische Leistung zu ver- mit den entsprechenden Bauteilen der Fig. 6. Bei

mindern oder zu vergrößern, so daß die Rotordreh- dieser Ausführungsform kann an Stelle des variablen

zahl auf ihren anfänglichen stabilen und eleichblei- Widerstandes R₀₄ ein normaler Kondensator verwen-

benucn Wert eingestellt werden kann. Daraus geht det werden, ebenfalls können entweder die Spule oder

hervor, daß zwischen der Phasenverschiebung aus 65 die Kondensatoren variabel sein.

Claims (2)

1. Ferner ist ein elektromagnetischei Antrieb mit

   Patpntamnriiehe· ^einem Wandler mit einem beweglichen Element und

   Fatentansprucne. mindestens einer Spule bekannt, bei welchem die

   1 Elektromagnetischer Antrieb mit einem Spule elektromagnetisch an das bewegliche Element Wandler mit eS!beweglichen Element und 5 gekoppelt ist und sowohl als Steuer- als auch als Anwenigstens einer Spule, die elektromagnetisch an tnebsspule dient .
   das bewegliche Element angekoppelt ist und die Hierbei setzt die Spule eine mechanische Bewegung als Steuer- und Antriebssoule dient, wobei die des beweglichen Elemente in em elektrisches Steuer-Spule eine mechanische Bewegung des beweg- signal um, und gleichzeitig wird ein der Spule zugelichen Elementes in ein elektrisches Steuersignal io führtes, elektrisches Antnebssignal in eine mechaumsetzt und gleichzeitig ein derselben zugeführ- nische Bewegung umgesetzt Ferner ist ein Verstarker tes, elektrisches Anlriebssignal in eine mecha- mit Phasendrehung um 1SO° zur Verstärkung des nische Bewegung des beweglichen Elementes um- durch ein phasendrehendes Glied verschobenen, setzt, und mit einem Verstärker mit Phasen- elektrischen Steuersignal sowie zur Rückführung desdrehung um 180° zur Verstärkung des über ein 15 selben nach Verstärken an den Wandler vorgesehen; phasendrehendes Glied geführten elektrischen hierbei ist als phasendrehendes Glied ein Transistor Steuersignals und zuir Rückführung des verstärk- verwendet. Bei Temperaturanderungen und Schwanten Steuersignals als Antriebssignal an den Wand- kungen der Versorgungsspannung wird jedoch die ler, dadurch gekennzeichnet, daß als Frequenz des mechanische^ Schwinger^ nachteilig phasendrehendes Glied ein an sich bekannter aus 20 beeinflußt und ändert sicn <PK-r:> 144/ 4Z4j.
   passiven Elementen aufgebauter Phasenschieber Eine weitere Vorrichtung weist einen astabilen (2) mit dem Verstärker (3) verbunden ist und daß Multivibrator, eine als Last an diesen angeschlossene das elektrische Ausgangssignal durch die Gesamt- Spule die ebenfalls sowohl als Geber als auch als impedanz, welche durch die Impedanz des Pha- Antrieb dient, und einen fest an einem Magneten ansenschiebers (2) und die durch die Bewegung des 25 gebrachten Schwinger auf. Dabei bilden die Spule beweglichen Elementes (4) in dem Wandler (1) und der Magnet einen elektromechanischen Wandler, erzeugte dynamische Impedanz gebildet ist, um Wenn der astabile Multivibrator mittels eines elektri-180° phasenverschoben ist (Fig. 1). sehen Signals angesteuert wird, das durch die
2. 2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Schw^;ngbewegung des Schwingers in der Spule indu-

   zeichnet, daß das bewegliche Element aus einem 30 ziert w rd, wird der Schwinger angetrieben. Bei dieser

   mechanischen Vibrator besteht, der mit einem an Vorrichtung wird die Schwingungsfrequenz durch die

   die Spule (L) elektromagnetisch eekoDDelten Ma- Schaltuneskonstante des Multivibrators, bestimmt, und

   gnet (5) versehen ist (F i g. 2). die Frequenz des Schwingers ändert sich entsprechend