DE1955698A1

DE1955698A1 - Antriebseinrichtung fuer einen elektronischen Zeitgeber

Info

Publication number: DE1955698A1
Application number: DE19691955698
Authority: DE
Inventors: Susumu Aizawa; Yoshifumi Gomi
Original assignee: Suwa Seikosha KK
Current assignee: Suwa Seikosha KK
Priority date: 1968-11-05
Filing date: 1969-11-05
Publication date: 1970-08-06
Also published as: DE1955698B2; GB1232907A; US3597915A; CH1639069A4; DE6943040U

Description

3-4, 4-chome, Ginza, Chuo-ku, Tokyo/Japan

5.II.I969 Gg/bo

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Antriebseinrichtung für einen elektronischen Zeitgeber

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für einen elektronischen Zeitgeber, wie eine Quarzuhr, insbesondere eine durch einen Quarzkristall getriebene Armbanduhr, mit einem gesteuert durch einen Zeitstandard-Schwinger periodisch WechselImpulse abgebenden Generator, einem durch diese Abgabeimpulse des Generators stufenweise in einer Richtung drehbaren Motor, der einen Rotor mit über seinen Umfang abwechselnd angeordneten N,S-Magnetpolen in mehr als zwei Polpaaren und einen koaxial zu diesem angeordneten Stator¹ mit wenigstens zwei, eine Wechselpolarität zu den Magnetpolen des Rotors zur Drehung von diesem in der einen Richtung erzeugenden Polpaaren aufweist, und mit einem zeitanzeigenden Oetriebezug.

Bei elektronischen Zeitgebern, wie Quarzuhren und insbesondere durch einen Quarzkristall getriebenen Armbanduhren, die einen Stufenmotor als einen Wandler benutzen* besteht das Erfordernis, den maximalen Energieverbrauch für einen solchen Wandler auf einen Wert von weniger als 8yuW zu halten, um so den Zeitgeber über ein ganzes Jahr mit höchster Genauigkeit arbeiten zu lassen. Es ist deshalb erforderlich,

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einen Stufenmotor zur Verfügung zu stellen, dessen Energieverbrauch geringer ist als dieser Wert von B^uW. Die Schaffung eines diese Maßgabe erfüllenden Motors ist die eine Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung. Die andere Teilaufgabe der Erfindung befasst sich mit dem Problem bei derartigen Zeitgebern, dass an dem Sekundenzeiger infolge des Unterlassene der Aufgabe eines Umkehr-Drehmoments auf das Sekundenrad des Getriebezugs Schwankungen auftreten, und zwar jeweils nach einer erfolgten, stufenweisen Drehung des Rotors, diese Schwankungen oder Schwingungen des Sekundenzeigers stören die normale Drehung des Rotors. Der Erfindung liegt damit die andere Teilaufgabe zugrunde, derartige Schwankungen oder Schwingungen des Sekundenzeigers zu unterbinden, so dass dieser exakt in einer vorbestimmten Lage abgestoppt werden kann.

Nach der Erfindung wird für eine Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, dem Sekundenrad des Getriebezugs eine aus einer Klinke und einem Klinkenrad bestehende Schalteinrichtung zur Steuerung der stufenweisen Drehung des Rotors zuzuordnen. Diese Schalteinrichtung ist vorzugsweise auf der Welle des Sekundenrades befestigt. Durch diese Maßnahme der Erfindung erreicht man, dass der aus der Abwesenheit eines konstant auf die'Welle des Sekundenzeigers einwirkenden Drehmoments resultierende Nachteil, nämlich eine Schwankung oder Schwingung des Sekundenzeigers infolge des Getriebespiels in dem zeitanzeigenden Getriebezug, vermieden wird, so dass die Unstetigkeit der Stopposition des Sekundenzeigers normal reguliert' werden kann. Die die stufenweise Drehung / des Rotors beeinträchtigende Schwingung des Sekundenzeigers der Zeitgeber vorbekannter Ausführungsform wird also erfindungsgemäss verhindert, wobei gleichzeitig erreicht werden kann, dass der Energieverbrauch des Motors verringert wird.

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Der Sekundenzeiger eines elektronischen Zeitgebers gemäss Erfindung erfährt eine stetige Bewegung und wird stetig in genau vorbestimmte Lagen gebracht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher

erläutert.

Ee seigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Stufenmotor für .elektronische Zeitgeber vorbekannter Ausführungsform,

Pig. 2 den Stufenmotor gemäss Fig. 1 mit einer zugeordneten Schalteinrichtung,

Pig. 3

- 8 verschiedene Kennlinien der Stufenmotoren nach den

Figuren 1 und 2, und

Fig. 9 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Stufenmotors.

Di· Stufenmotoren elektronischer Zeitgeber vorbekannter Ausführungsform weisen beispielsweise gemäss Flg. 1 Statoren 1 und 2, eine Antriebsspule 3, einen Rotor 4 mit wenigstens einem Dauermagneten, der umfangsseitlg mit einer Reihe von abwechselnden N, S-Magnetpolen versehen ist, und eine Drehwelle 5 für-den Rotor 4 auf. Die Statoren 1, 2 sind exzentrisch angeordnet und bestimmen die Drehrichtung des Rotors 4. Flieset kein Strom durch die Spule 3, dann ist der Rot-or 4 in einer stabilen Ruhelage gehalten, welche von der Mittellinie A-A¹ der Statoren 1, 2 einen Winkelabstand von ςχ.° einhält. Diese Ruhelage des Rotors 4 wird nachfolgend als dessen statisch stabile Lage bezeichnet.

Zur Erläuterung der Betriebsweise dieses Stufenmotors mit radialem Polrotor sei angenommen, dass die Magnetpole 1',

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und 5^f des Rotors N-PoIe und die Pole 2¹, 4¹ und 6¹ S-PoIe sind. Wird nun der Antriebsspule JJ ein solcher Impulsstrom aufgegeben, dass die Statoren 1 und 2 zu einem N-PoI bzw. einem S-PoI magnetisiert werden, dann Wird der Rotor 4 im Uhrzeigergegensinn aus seiner statisch stabilen Lage gedreht und nimmt in der Winkellage im Abstand von /1° von der Mittellinie A-A* eine stabile Lage ein. Diese Lage wird nachfolgend als magnetisch stabile Lage bezeichnet. Wird der durch die Antriebsspule 3 durchgeschickte Strom abgestoppt, dann nimmt der Rotor 4 wieder seine anfänglich^ statisch stabile Lage ein und die Stufenbewegungeri.des Rotors 4 werden nicht ausgeführt. Wird als nächstes der Antriebsspule 3 ein solcher Tmpulsstrom eingegeben, dass die Statoren 1 und 2 zum S-PoI bzw, N-PoI magnetisiert werden, dann wirkt auf den Rotor auf der Seite des Stators 2 eine Stosskraft ein, während andererseits auf der Seite des Stators 1 eine Anziehungskraft auf den Rotor einwirkt. Der Pol 6* des Rotors dreht dann in die magnetisch stabile Lage. Ha.t der Pol 6* diese Lage erreicht und wird dann der durch die Spule hindurchgeschickte Strom abgestoppt, dann dreht der Pol 6¹ weiter in die statisch stabile Lage, was die Drehung des Rotors um eine Stufe abschliesst. Danach wechselt der Strom in der Andrehspüle 3 seine Richtung, welcher Vorgang sich, gesteuert durch das Ausgangssignal eines Zeltstandard-Schwingers, wie eines Quarzsehwlngers, wiederholt. Wird ein umgekehrter Impuls aufgegeben, dann vermag der Rotor 4 in einer Richtung stufenweise weiterzudrehen.

Ein Stufenmotor der vorbeschriebenen, vofbekannten AusfUhrungsform ist nun darin nachteilig, dass der Rotor 4 um die magnetisch stabile Lage solange schwingt, bis er in dieser Lage zur Ruhe kommt. Es ist deshalb erforderlich, den Strom durch _: die Antriebsspule 3 solange zu schicken, bis diese Schwingung '

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des Rotors 4 aufhört, was erkennbar den Nachteil bringt, dass ein derartiger Motor einen grossen Stromverbrauch aufweist. Die Wirkung dieser Schwingung sei anhand der Figuren 3 und 4 veranschaulicht. Wild der Andrehspule 3 zur Drehung des Rotors 4 in normaler Drehrichtung ein Stromstoss aufgegeben, dann lässt sich experimentell die Kennlinie gemäss Figur 3 finden, bei welcher das Ausgangsdrehmoment über dem Drehwinkel des Rotors abgetragen ist. Aus dieser Kennlinie lässt sich folgende Gleichung herleiten:

a t<

^Li

ι - co

wobei:

0- s Winkel zwischen der statisch stabilen Lage und

der magnetisch stabilen Lage nach einer Stufe, Qq ϊ Drehwinkel in einer Stufe oder Winkel zwischen

zwei aufeinanderfolgenden, statisch¹ stabilen

Lagen,
T₀ : Ausgangsdrehmoment,

τ *

1 s Lastdrehmoment,

J ! Trägheit des Rotors.

Im Falle keiner Belastung findet gemäss der Kennlinie nach Pig. 4 eine Schwingung um einen Punkt b statt, welche die magnetisch stabile Lage darstellt. Die Figur 5 .veranschaulicht die Kennlinie, welche experimentell über das Verhalten des Rotors 4 ermittelt wurde. In diesem Schaubild ist auf der Ordinate die Spannung und auf der Abszisse die Zeit der Betätigung der Antriebsspule 3 abgetragen. In diesem Schau-

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bild ist nun a der Bereich, in welchem der Rotor 4 genau eine einstufige Drehung ausführt. Weiterhin ist b der Bereich , in welchem der Rotor 4 zu einem Zeitpunkt eine zweistufige Drehung ausführt, was dann der Fall ist, wenn der Stromstoss aufgehoben wird, bevor die Bremskraft für die Drehung des Rotors nicht oder nicht ausreichend aufgebracht ist. Der Bereich c ist der Bereich, in welchem der Rotor 4 eine Drehung um eine Stufe ausführt, weil die Bremskraft ausreichend aufgebracht ist. Der Bereich d ist der Bereich, in welchem infolge einer Schwingung des Rotors 4 eine Instabilität auftritt·, in diesem Bereich vermag der Rotor 4 infolge seiner Eigenschwingung zeitweilig in seine Ausgangslage zurückzukehren. Der Bereich e ist schliesslich der Bereich, in welchem die Schwingung αβε Rotors 4 abgestoppt wird, so dass der Rotor 4 dann in seiner magnetisch stabilen Lage stabilisiert ist, um um eine Stufe weitergeschaltet werden zu können. Diese Verhaltensweisen des Rotors erklären sich aus der Wellenform des in der Antriebsspule 3 induzierten Stromes gemäss Fig. 6, wo klar erkennbar ist, dass der Strom über die Bereiche a bis d Schwingungen unterliegt, die sich dann in dem Bereich e vergleichmässigen. Für den Motor der Ausführungsform gemäss Fig. 1 ist es daher erforderlich, den Rotor 4 in den Bereichen a,»c und e zu betätigen, und da die Bereiche a und c schmal sind, sollte der dem Antrieb dienende Strom bis zu dem Bereich e hin eingeschaltet bleiben, was erkennbar in einem grossen Stromverbrauch resultiert.

Die Ausführungsform gemäss Fig. 2 unterscheidet sich nun von derjenigen gemäss Fig. 1 darin,dass hier zusätzlich in Übereinstimmung mit der Lehre der vorliegenden Erfindung eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die aus einem Klinkenrad 16 besteht, welche auf der Welle des Rotors befestigt und so koaxial zu diesem angeordnet 1st. Diesem Klinkenrad · 16 zugeordnet ist eine Feder 17* welche eine Drehung der Wellei5

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des Rotors lh in Gegenrichtung verhindert. Infolge dieser zusätzlichen Schalteinrichtung ist das Verhalten dieses Motor« völlig unterschiedlich zu dem Verhalten des Motors gemäss Figur 1. Di· Figur 7 veranschaulicht nun die Kennlinie, welche erhalten wird, wenn der Antriebsspule 13 des Motors gemäss Figur 2 ein Strom zur Induzierung aufgegeben wird. Aus diesem Schaubild ist erkennbar, dass bereite in dem Bereich d der Rotor 4 nicht mehr in Schwingungen gehalten ist, und stetig um Jeweils eine Stufe weltergedreht werden kann. Die Ausführungsform gemäss Figur 2 erlaubt es daher, in irgendeinem der Bereiche c, d oder e eine Weiterschaltung vorzunehmen, so dass die Antriebs-Impulsbreite in einem grossen Ausmass reduziert werden kann, was in einem verringerten Energieverbrauch resultiert.

I« Rahmen einer Versuchsanordnung wurde gefunden, dass in der AusfUhrungsform gemäss Figur 1 die minimale Impulsbreite 45 tnsek beträgt und ein Stromverbrauch in der Grössenordnung von 15/UW erforderlich ist. In der Ausführungsform gemäss Figur 2 kann diese minimale Impulsbreite auf 18 ir.sek und der Stromverbrauch auf 6 Λΐ\ί reduziert werden. Ein gleiches Ergebnis lässt sich !«nit der erfindungsgemässen Aus führungs form gemäss Fig. 9 erzielen. In dieser Figur bezeichnet ?R ein Ritzel, das, auf der Welle 25 des Rotors 24 festgelegt ist. Mit diesem Ritzel 28 steht ein Rad 30 in Zahneingriff, welches auf der Welle 33 des Sekundenrades festgelegt ist, die Besugszlffer 29 bezeichnet den Sekundenzeiger, der gleichfalls an dieser Welle 33 befestigt ist. Der Rotor 24 ist Mit drei Magnetpolpaaren versehen und das Übersetzungsverhältnis von Drehwelle 25 des Rotors 24 zur Welle 33 des Sekunden-. rades 1st 10:1. Auf der Welle 33 des Sekundenrades ist ein Schaltrad 31 befestigt, welches in 60 Teile unterteilt ist

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und welchem eine Schaltfeder 32 zugeordnet ist. Die Bezugsziffer 34 bezeichnet schliesslich einen Umkehrimpulsgenerator und 355 einen Zeitstandard-Schwinger. Da nun bei dieser Ausführungsform das Rad 30 durch die Schalteinrichtung 31» 32 geschaltet wird, wird die Schwingungsamplitude des Rotors 24 nach der Drehung von diesem um eine Stufe durch das Zahnspiel des Rades 30 mit dem Ritzel 28 absorbiert, wodurch wirksam die Schwingung des Sekundenzeigers verhindert werden kann, welche die stufenweise Betätigung des Rotors 24 sonst beeinträchtigen könnte. Es wird in diesem Zusammenhang auf das Schaubild gemäss Fig. 8 verwiesen, bei welchem der in der Antriebsspule induzierte Strom über der Zeit abgetragen ist. Vergleicht man die Kennlinie dieses SchauBildes gemäss Figur 8 mit der Kennlinie gemäss Figur 6 des Stufenmotors der AusfUhrungsform gemäss Figur 1, so ist erkennbar, dass die Schwingung des Rotors 24 wirksam reduziert ist. Indem man also der Antriebsspule 23 Umkehrimpulse aufgibt, wobei die Stromrichtung abwechselnd in Abhängigkeit von den Ausgangsimpulsen des Zeitstandard-Oenerators jede Sekunde wecheslt, kann der Sekundenzeiger in ZeitIntervallen von einer Sekunde exakt drehen, wobei nur ein geringer Energieverbrauch stattfindet.

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Claims

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Patentanspruch

Antriebseinrichtung für einen elektronischen Zeitgeber, wie eine Quarzuhr, insbesondere eine durch einen Quarzkristall getriebene Armbanduhr, mit einem gesteuert durch einen Zeitstandard-Schwinger periodisch Wechselimpulse abgebenden Generator, einem durch diese Abgabeimpulse des Generators stufenweise in einer Richtung drehbaren Motor, der einen Rotor mit über seinen Umfang abwechselnd angeordneten N, S-Magnetpolen in mehr als zwei Polpaaren und einen koaxial zu diesem angeordneten Stator mit wenigstens zwei, eine Wechselpolarität zu den Magnetpolen des Rotors zur Drehung von diesem in der einen Richtung erzeugenden Polpaaren aufweist, und mit einem zeitanzeigenden Getriebezug, dadurch gekennzeichnet, dass dem ,Sekundenrad des Getriebezuges eine aus einer Schaltklinke und einem Klinkenrad bestehende Schalteinrichtung zur Steuerung deV stufenweisen Drehung des Rotors zugeordnet ist.

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