DE2217387A1 - Elektromagnetisch angetriebener Oszillator für eine Uhr - Google Patents

Description

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Kabushiki Kaisha Daini Seikosha Tokyo, Japan

Elektromagnetisch angetriebener Oszillator für eine Uhr

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetisch angetriebenen Oszillator für eine Uhr, der in vorgegebener Helation zueinander mehrere Permanentmagnete und im Bereich dieser Magnete eine sowohl als Meß- bzw. Steuerwicklung für eine elektronische Schaltung als auch als durch diese Schaltung gespeiste Antriebswicklung für den Oszillator dienende stationäre Einzelwicklung enthält.

Bei elektrischen Uhren, insbesondere bei elektrischen Armbanduhren ist es erforderlich, die elektrische Energie mit hohem Wirkungsgrad in mechanische Energie umzuwandeln, da als Spannungsquelle normalerweise eine kleine elektrische Zelle geringer Kapazität dient, um die -Uhr in ihren Abmessungen klein halten zu

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können. Je kleiner die Abmessungen der Uhr sein sollen, desto kleiner muß auch die elektrische Zelle sein, und umso geringer ist dann die Kapazität dieser Zelle. Deshalb besteht gerade hier das Problem, die aus der elektrischen Zelle gelieferte elektrische Energie mit hohem Wirkungsgrad in mechanische Antriebsenergie für den Oszillator umzuwandeln. Der Wirkungsgrad η der Energieumwandlung kann wie folgt angegeben werden

ι - w

wobei E die aus der Spannungsquelle zugeführte Spannung e die induzierte Spannung

i den in der Wicklung fließenden Strom und w die mechanischen Verluste des Oszillators

bedeuten.

Vernachläßigt man wegen des relativ kleinen Wertes die Größe w, dann stellt sich der Wirkungsgrad TO als

V -~t

dar, das heißt, der Wirkungsgrad ist bei konstanter Spannung E der Spannungsquelle proportional zur induzierten Spannung e.

Die in der Wicklung induzierte Spannung e kann ausgedrückt werden durch

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B · N · ν

wobei B die Dichte des magnetischen Flusses durch die Wicklung N die Windungszahl der Wicklung

ν die Relativgeschwindigkeit des Magneten gegenüber der Wicklung

bedeuten. Der Wirkungsgraden wird umso größer, je größer die Werte für B, N bzw. ν gemacht werden.

Bei einer Verringerung der Gesamtgröße des Oszillators werden die Größen B bzw. N kleiner, da hierbei die Abmessungen des Permanentmagneten bzw. der Wicklung verringert werden müssen. Andererseits hat auch eine Verringerung der Abmessungen der Unruh oder der Stimmgabel eine kleine Winkelgeschwindigkeit der Unruh bzw. eine begrenzte Schwingungsamplitude der Stimmgabel und damit eine Verringerung des Wirkungsgrades zur Folge=, Diese Tatsachen stehen einer Verkleinerung der Uhren im Wege.

Es sind bereits Anstrengungen gemacht worden, um diese Nachteile zu überwinden. So ist zum Beispiel die frequenz der Unruh vergrößert worden, um die Geschwindigkeit ν größer zu machen. Außerdem ist die magnetische Flußdichte B durch die Wicklung dadurch vergrößert worden, daß eine Anordnung mit mehreren Permanentmagneten vorgesehen wurde. Schließlich ist vorgeschlagen worden, anstelle gesonderter Steuer- und Antriebswicklungen eine Einzelwicklung vorzusehen, die sowohl als Steuer- bzw. Meßwicklung als

auch als Antriebswicklung in Verbindung mit einem astabilen Multivibrator benutzt wurde, damit die Windungszahl N der Wicklung vergrößert werden konnte. Durch die Einführung der Einzelwicklung konnte der Wirkungegrad wesentlich verbessert werden, da die Einzelwicklung sowohl hinsichtlich der Steuerwirkung als auch hinsichtlich der Antriebswirkung zweimal soviel wie die konventionelle Doppelwicklung vermag, bei der die eine Wicklung als Steu-erwicklung und die andere als Antriebswicklung dient. Die genannten Maßnahmen sind noch unzureichend für sehr kleine elektrische Uhren, wie zum Beispiel für Damenarmbanduhren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde« bei einem elektromagnetisch angetriebenen Oscillator den Wirkungsgrad der Umwandlung von aus einer ßpannungequelle gelieferter elektrischer Energie in mechanische Antriebsenergie für den Oszillator zu vergrößern. Es soll eine leistungsfähige Oszillatoranordnung kleiner Abmessungen geschaffen werden, die durch eine sehr kleine elektrische Leistung elektromagnetisch angetrieben werden kann, und die es ermöglicht, bei einer Uhr Platz für eine Bus&tzliche Einrichtung! wie einem Kalendermechanismus, zu schaffen»

Die Aufgabe ist erfindungsgtmäß dadurch gelöst, daß Jedem der Permanentmagnete bzw· Paaren von diesen eine Einzelwicklung zugeordnet und benachbart eu diesem so angeordnet let, daß sie elektromagnetisch auf diesen einwirken kann, wenn der Oscillator schwingt

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und daß die Einzelwicklungen in Reihe geschaltet an die elektronische Schaltung angeschlossen sind.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist der elektromagnetisch angetriebene Oszillator, zum Beispiel ein Unruhrad oder eine Stimmgabel mit einer Vielzahl von Permanentmagneten in gleichem gegenseitigen Abstand ausgestattet, und es ist eine der Zahl der Permanentmagnete entsprechende Anzahl feststehender Einzelwicklungen vorgesehen. Die Einzelwicklungen sind in Reihenanordnung mit gleichem Winkelabstand um einen magnetischen Kreis angeordnet, der durch die sich bewegenden Permanentmagnete gebildet wird. Sämtliche Einzelwicklungen dienen sowohl als Steuer- als auch als Antriebswicklungen, um den Oszillator in geeigneter Weise mit hohem Wirkungsgrad und kleinem Leistungsverbrauch anzutreiben und damit die Voraussetzungen für eine elektrisch· betriebene Armbanduhr kleiner Größe zu schaffen.

Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von sechs Figuren näher erläutert. Es zeigen

Figo 1 eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen elektromagnetisch angetriebenen Oszillators in i'orm einer Unruh, wobei zwei Einzelwicklungen verwendet sind

i'ig. 2 und 3 schematische Draufsichten eines Oszillators ähnlich dem der IPig. 1, wobei drei bzw» vier Einzelwicklungen verwendet sind

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Fig. 4 eine schematische Ansicht eines elektromagnetisch angetriebenen Oszillators in Form einer Stimmgabel, wobei zwei Einzelwicklungen verwendet sind und

Fig. 5 und 6 schematische Ansichten eines H-förmigen Oszillators, wobei drei bzw. vier Einzelwicklungen verwendet sind.

Bei der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform sind zwei parallele Unruhräder 10 und 11 drehbar um eine Unruhwelle 9 angeordnet. An den einander gegenüberliegenden Innenflächen der Unruhräder 10 und 11 sind Paare von Permanentmagneten 12/13 und 14/15 angeordnet. Der magnetische Fluß verläuft durch den jeweiligen Luftspalt zwischen den Magnetpaaren. Die Permanentmagnete 12/13 und 14/15 sind symmetrisch zur Unruhwelle 9 angeordnet.

Zwischen den Unruhrädern 10 und 11 liegen symmetrisch zur Unruhwelle 9 und im wesentlichen im gleichen Abstand von dieser wie die Magnete 12 bis 15 zwei Einzelspulen 16 und 17· Die Einzelwicklungen 16 und 17 sind in Eeihe geschaltet und dienen bei Verwendung einer elektronischen Schaltung 18, die einen astabilen Multivibrator enthält und durch eine Spannungsquelle 19 gespeist wird, sowohl als Meß- bzw. Steuer- als auch als Antriebswicklungen. Die elektronische Schaltung 18 ist in bekannter Weise ausgebildet, so daß es sich erübrigt, sie im einzelnen zu beschreiben.

Venn sich das Unruhrad dreht, wird, da die Magneten 14 und 15

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über die Einzelwicklung 17 im wesentlichen zur gleichen Zeit wie die Magneten 12 und 15 über die Einzelwicklung 16 hinwegbewegt werden, in beiden Einzelwieklungen 16 und 17 gleichzeitig eine Spannung induziert. Die Einzelwieklungen 16 und 17 sind in Heine geschaltet und so gewickelt, daß sich die in ihnen induzierten Spannungen addieren, so daß die Eingangs- bzw. Steuerspannung der elektronischen Schaltung 16 zweimal so groß ist wie die einer einzigen Einzelwicklung· Das gleiche gilt für den Fall, daß die Einzelwieklungen 16 und 17 die Magneten 12 bis 15 elektromagnetisch anziehen oder abstoßen, um das Unruhrad anzutreiben, wenn die elektronische Schaltung 13 nach dem Steuern Leistung an die Einzelwieklungen abgibt.

Eine in dieser Weise elektromagnetisch gekoppelte Anordnung mehrerer Permanentmagnete und in fieihe geschalteter Einseiwicklungen ermöglicht mittele einer kleinen elektrischen Leistung die Erzeugung einer ausreichend großen Kraft für den Antrieb des Unruhrades· Selbst wenn die Abmessungen der Uhr sehr klein sind, ist es nicht nötig, die Windungszahl If der Wicklung und die magnetische Flußdichte B, die die Wicklung kreuzt, sehr klein zu machen.

In den JIg. 2 und 3 ist eine weitere Aueführungsform der erfindungegemäßen Oszillatoranordnung dargestellt. Eb sind, ähnlich wie bei der Aueführungsform naeh Fig. 1, drei Einaelwieklungen 20 bis 22 bzw. vier Einzelwieklungen 26 bis 29 in gleichem Winkel«

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abstand voneinander angeordnet und in Reihe geschaltet. Mit den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Oszillatoranordnungen läßt eich zufolge der elektromagnetischen Wirkung auf die entsprechenden Permanentmagnete 23 bis 25 bzw. 30 bis 33 etwa die drei- bzw. die vierfache Antriebskraft erzielen wie bei einer Oszillatoranordnung mit nur einer Einzelwicklung.

Bei der in Pig. 4 dargestellten Ausführungsform ist als Oszillator eine Stimmgabel 40 vorgesehen, die an den oberen Enden ihrer Zinken 41 bzw. 42 Permanentmagnete 43 bzw. 44 besitzt. Um die Magnete 43 und 44 sind entsprechende Einzelwicklungen 45 und 46 angeordnet, durch die die Magnete 43 bzw. 44 hindurchtreten, um Spannungen zu induzieren, wenn die Stimmgabel 40 schwingt. Die Einzelwicklungen 45 und 46 sind in Eeihe geschaltet und an eine elektronische Schaltung 47 angeschlossen.

Bei den in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen sind H-förmige Oszillatoren 48 und 49 mit Permanentmagneten 50 bis bzw. 53 bis 56 versehen. In Eeihe geschaltete Einzelwicklungen 57 bis 59 bzw. 60 bis 63 sind um die entsprechenden Permanentmagnete 50 biß 52 bzw. 53 bis 56 angeordnet und beeinflussen diese elektromagnetisch.

Für die in den Fig. 4bis 6 dargestellten Ausführungsformen gilt in analoger Weise das zu Fig. 1 Gesagte. Die Oszillatoren können ebenfalls mit hohem Wirkungsgrad und niedriger Leistung eine ge-

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eignete Schwingung aufrechterhalten. Es soll jedoch bemerkt werden, daß das Unruhrad gemäß Hg. 1 eine relativ hohe Frequenz besitzt, da seine Amplitude stärker begrenzt ist als die üblicher Unruhräder. Die mechanische Verlustleistung w nimmt unvorteilhaft erweise bei hoher Frequenz des Oszillators zu. Im Falle einer elektrischen Uhr wird dieser Nachteil jedoch durch die vergrößerte induzierte Spannung e aufgehoben und zufolge der größeren Geschwindigkeit ν der Magnete ein verbesserter Wirkungsgrad ηη erzielt. Hinzu kommt der Vorteil, daß die Zeitmessung wegen der vergrößerten Geschwindigkeit der Magnete nicht davon abhängig ist, wie die Uhr getragen wird«.

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Claims (4)

Oipl.-Ing. Reinhold Kramsr ••^ PATENTANWALT München 60 Floesmannctraßo 15 ? O 1 Π O O 1J Telefon (0811) S83GC3/883604 JA ° ' 72/8710 Patentansprüche

1.J Elektromagnetisch angetriebener Oszillator für eine Uhr, der in vorgegebener Relation zueinander mehrere Permanentmagnete und im Bereich dieser Magnete eine sowohl als Meß- bzw. ßteuerwicklung für eine elektronische Schaltung als auch als durch diese Schaltung gespeiste Antriebswicklung für den Oszillator dienende stationäre Einzelwicklung enthält, dadurch gekennzeichnet , daß jedem der Permanentmagnete £3 bis 25 bzw. 30 bis 33 bzw. 4-3 und 44- bzw. 50 bis 52 bzw. 53 bis 56) bzw. Paaren (12/13 und 14/15) von diesen eine Einzelwicklung (20 bis 22 bzw. 26 bis 29 bzw. 45 und 46 bzw. 57 bis 59 bzw. 60 bis 63 ferner 16 und 17) zugeordnet und benachbart zu diesem so angeordnet ist, daß sie elektromagnetisch auf diesen einwirken kann, wenn der Oszillator schwingt, und daß die Einzelwicklungen in Eeihe geschaltet an die elektronische Schaltung (18 bzw. 47) angeschlossen sind.

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß er als Schwingelement ein Unruhrad besitzt (i'ig. 1 bis 3).

3. Oszillator nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß er als Schwingelement eine Stimmgabel

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besitzt (Hg. 4).

4. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Schwingelement einen H-förmig ausgebildeten mechanischen Schwinger enthält (Fig. 5 und 6).

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