DE2615123A1

DE2615123A1 - Antriebseinrichtung fuer eine elektrische uhr

Info

Publication number: DE2615123A1
Application number: DE19762615123
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Kitai; Masuo Ogihara; Kozo Sato; Nobuo Shinozaki
Original assignee: Seiko Koki KK
Current assignee: Seiko Koki KK
Priority date: 1975-04-07
Filing date: 1976-04-07
Publication date: 1976-10-21
Also published as: GB1496644A; JPS605915B2; JPS51117069A; US4037400A

Description

Anmelder: Seiko Koki Kabushiki Kaisha, 3-1, Glnza 4-ehome,

Chuo-ku, Tokio, Japan

Antriebseinrichtung für eine elektrische Öhr

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für eine elektrische Uhr entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs

In bekannten elektrischen Uhren findet als Antriebseinrichtung ein Schrittmotor oder ein Solenoid Verwendung, um beispielsweise den Sekundenzeiger schrittweise anzutreiben. Schrittmotoren sind jedoch vernältnismäßig kompliziert und benötigen in der Regel besondere Eingangesignäle wie zweiphasige Signale. Obwohl im Gegensatz dazu Solenoide nur ein einfaches Eingangssignal benötigen, verbrauchen sie verhältnismäßig viel Energie und sind deshalb für durch Batterien angetriebene elektrische Uhren nicht gut geeignet.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Antriebseinrichtung für eine elektrische Uhr unter möglichst weitgehender Vermeidung der genannten Nachteile und Schwierigkeiten.derart zu verbessern, daß der schrittweise Antrieb des Uhrzeigers mit verringertem Energieverbrauch und einem einfachen Eingangssignal erfolgen kann. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Zusammenfassend sind deshalb die wesentlichen Merkmale der Erfindung in einer Antriebseinrichtung für eine elektrische Uhr zu sehen, bei der ein polarisierter Antriebsläufer drehbar in dem Magnetfeld einer kernlosen Feldspule angeordnet ist, sowie ein polarisierter zweiter Läufer, um in der stationären Lage des Antriebsläufers die Magnetpole des zweiten Läufers um einen vorherbestimmten Winkel relativ zu der Richtung des Magnetfelds zu verdrehen, das durch die Feldspule erzeugt wird. Durch einen der beiden Läufer

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wird der Getriebezug und damit der betreffende uhrzeiger angetrieben. Mit einer derartigen Antriebseinrichtung werden die Läufer durch Zufuhr eines elektrischen Stroms zu der Feldspule um vorherbestimmte Winkel gedreht. Zu einem Zeitpunkt, in dem die Läufer sich in Ruhe befinden und wenn eine vorherbestimmte Zeitspanne seit der Erregung der Feldspule verstrichen ist, werden die Läufer wieder in derselben Richtung durch Zufuhr eines umgekehrten elektrischen Stroms zu der Feldspule in derselben Richtung gedreht. In dieser Weise kann der Uhrzeiger in vorherbestimmten konstanten Zeitintervallen schrittweise angetrieben werden.

Die Läufer können deshalb schrittweise in einfacher Weise angetrieben werden, indem die Läufer an geeigneten Stellen angeordnet werden und das nächste Signal nicht während der Antriebsperiode der Läufer, sondern nach dem Drehen der Läufer um vorherbestimmte Winkel und nach deren Anhalten zugeführt wird. Auf diese Weise kann ein schrittweiser Antrieb in konstruktiv einfacher Weise durchgeführt werden, sowie ein verringerter Energieverbrauch im Vergleich zu bekannten Einrichtungen dieser Art erzielt werden.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Antriebseinrichtung in Fig. 1;

Fig. 3 eine Darstellung eines anderen Ausführungsbexspiels einer Antriebseinrichtung gemäß der Erfindung; und

Fig. 4-6 Schaltbilder und graphische Darstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise einer Antriebseinrichtung gemäß der Erfindung.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Feldspule M vorgesehen, die auf einen Spulenkörper 1 derart aufgewickelt ist, daß bei Zufuhr eines elektrischen Signals ein Feld in der Richtung m (Fig. 2) erzeugt wird. Ein scheibenförmiger polarisierter Antriebsläufer 2 besitzt in einer diametral gegenüberliegenden Lage zwei Magnetpole und ist in dem Innenraum der Feldspule M drehbar um eine Welle 3 angeordnet. Ein entsprechend ausgebildeter scheibenförmiger polarisierter zweiter Läufer 4 ist in einer geneigten Lage, oder unter einem Winkel Q zu der zentralen

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Richtung m des Felds mit einer Welle 5 drehbar angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt der Antrieb über den zweiten Läufer 4. Koaxial mit dem zweiten Läufer 4 ist ein Ritzel 6 angeordnet. Ein Zahnrad 7 kämmt mit dem Ritzel 6. Koaxial mit dem Zahnrad 7 ist ein Ritzel 9 angeordnet, mit dem ein Sekundenrad 10 kämmt. Das Sekundenrad 10 und ein Sekundenzeiger 12 sind an einer gemeinsamen Welle 11 angeordnet, und das Zahnrad 7 und das Ritzel 9 sind ebenfalls an einer gemeinsamen Welle 8 angeordnet.

Anhand der Fig. 2a soll die Arbeitsweise des Antriebsteils der Antriebseinrichtung in Fig. 1 näher erläutert werden. Wenn der Feldspule kein Signal zugeführt wird, befinden sich die Läufer in einer stabilisierten Lage, wobei sich die Magnetpole in der in Fig. 2a dargestellten Lage befinden. Wenn der Feldspule M ein elektrisches Signal zugeführt wird, wird das dargestellte Magnetfeld erzeugt, so daß der Südpol und der Nordpol des Läufers 2 durch den Südpol bzw. Nordpol des Magnetfelds abgestoßen werden, wodurch ein Drehmoment in Pfeilrichtung ausgeübt wird. Wegen der magnetischen Kopplung mit dem zweiten Läufer 4 wird auf diesen ein Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn ausgeübt. Fig. 2b zeigt einen Zwischenzustand, bei dem der Südpol und der Nordpol des Antriebsläufers 2 durch den Nordpol und den Südpol des Felds angezogen werden, wodurch das im Uhrzeigersinn ausgeübte Drehmoment auf den Antriebsläufer 2 weiter ansteigt. Dabei wird auf den zweiten Läufer 4 ein im entgegengesetzten Uhrzeigersinn gerichtetes Drehmoment ausgeübt. Nach der Weiterbewegung aus der in Fig. 2b dargestellten Lage gelangen dann die Läufer in die in Fig. 2a dargestellte Lage, in der sich der Nordpol und der Südpol der beiden Läufer in einer Ruhelage anziehen. In dieser Lage befinden sich die Läufer in einem stabilisierten Zustand, in dem ihre Magnetpole um 180° aus der Ausgangslage gedreht wurden. Wenn dann ein elektrisches Signal mit entgegengesetzter Polarität im Vergleich zu dem zuerst zugeführten Signal der Feldspule M zugeführt wird, wird jeder Läufer wieder in derselben Richtung um 180° gedreht und angehalten.

Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 und 2 ist jeder Läufer derart magnetisiert, daß er zwei entgegengesetzte Pole aufweist und sich um 180° bei jeder Zuführung eines elektrischen Signals dreht. Wenn die Periode, die am Anfang der Drehung jedes Läufers

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beginnt und beim Anhalten in einer stabilisierten Lage nach einer Drehung um 180° endet, als Antriebsperiode bezeichnet wird, dann ist die Antriebsperiode von einigen Millisekunden auf mehr als 100 Millisekunden in Abhängigkeit von der magnetischen Kraft der Läufer, der relativen Lage zwischen den Läufern und der Größe der Eingangssignale veränderlich. Wenn das Intervall zwischen der Zufuhr eines elektrischen Signals und des nächsten elektrischen Signals so ausgewählt wird, daß es länger als die Antriebsperiode der Läufer ist, ergibt sich für die Läufer eine Ruheperiode. Wenn deshalb ein Eingangssignal während ihrer Ruheperiode zugeführt wird, können die Läufer intermittierend angetrieben werden. Wenn der Sekundenzeiger der elektrischen Uhr intermittierend angetrieben werden soll, kann dies durch Einstellen der Antriebsperiode auf etwa 10 - 30 Millisekunden erfolgen.

Im folgenden soll die Arbeitsweise der Antriebseinrichtung in Fig. 1 näher erläutert werden. Wenn elektrische Signale mit entgegengesetzten Polaritäten in jeder Sekunde zugeführt werden, drehen sich entsprechend den obigen Ausführungen der Antriebsläufer 2 und der zweite Läufer 4 jeweils um 180°, wonach sich die erwähnte Ruheperiode ergibt. Deshalb wird der Sekundenzeiger 12 mit dem Sekundenrad 10 schrittweise bei jeder Zeiteinheit des Eingangssignals über den dargestellten Getriebezug angetrieben.

Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3a erfolgt der Antrieb über beide Läufer. Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3b sind dagegen die Wellen der beiden Läufer nicht parallel zueinander angeordnet, sondern die Achsen der Wellen schneiden sich rechtwinklig.

Fig. 4a zeigt ein schematisches Schaltbild der Antriebseinrichtung und Fig. 4b eine graphische Darstellung der elektrischen Signale, die der Schaltung in Fig. 4a zugeführt werden. Die Schaltung enthält Treiberschaltungen A, A¹ für die kernlose Feldspule M_# deren Eingangssignale mit 0 bzw. φ bezeichnet sind. In Fig. 4b ist das Vorhandensein eines derartigen Eingangssignals durch 1 und das Fehlen eines derartigen Eingangssignals durch 0 gekennzeichnet. Wenn diese beiden Eingangssignale 1 bzw. O sind, fließt ein Strom von der Spannungsquelle VL- durch die Treiberschaltung A¹, die Feldspule M und über die Treiberschaltung A zur Erde. Wenn dagegen diese beiden Signale zu 0 bzw. 1 geändert werden, fließt der Strom

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von der Spannungsquelle V zu der Treiberschaltung A, durch die Feldspule M und die Treiberschaltung A¹ zur Erde. Wenn diese Signale beispielsweise während jeder Sekunde geändert werden, dann wird ein elektrischer Strom mit entgegengesetzten Polaritäten während jeder Sekunde der Feldspule M zugeführt, wie in Fig. 4b dargestellt ist, so daß sich die Läufer schrittweise drehen.

In einer großen elektrischen Uhr sind die Uhrzeiger entsprechend größer, so daß auch die Ausgangsleistung der Antriebseinrichtung entsprechend größer sein muß. Bei der Antriebseinrichtung gemäß der Erfindung beeinflußt die magnetische Kopplung zwischen dem Antriebsläufer 2 und dem zweiten Läufer 4 das Drehmoment am Ausgang, so daß dieses Drehmoment durch Erhöhung der magnetischen Kopplung erhöht werden kann. Zur Erhöhung der magnetischen Kopplung kann eine Antriebsschaltung der in Fig. 5 dargestellten Art verwandt werden, in der ein zusätzlicher Kondensator C vorgesehen ist.

Beim Betrieb der Antriebsschaltung in Fig. 5 sind zwei getrennte elektrische Stromzweige vorhanden, nämlich von der Spannungsquelle V _Q, zu der Treiberschaltung A¹, dem Kondensator C, der Feldspule M, der Treiberschaltung A und dann zur Erde, bzw. von der Spannungsquelle V, zu der Treiberschaltung A, der Feldspule M, dem Kondensator C, und der Treiberschaltung A¹ zur Erde. In diesen Zweigen fließt abwechselnd ein Strom mit Intervallen der Zeiteinheit. Da der Kondensator C und die Feldspule M in Reihe geschaltet sind, fließt ein Erregerstrom durch die Feldspule M von der Treiberschaltung A¹ zu der Treiberschaltung A. Deshalb wird der Kondensator C mit dem Erregerstrom aufgeladen. Nach dem Ablaufen einer vorherbestimmten konstanten Zeitspanne, wenn der Erregerstrom von der Treiberschaltung A zu der Treiberschaltung A¹ nach der Zufuhr des nächsten Signals fließt, wird die vorher in dem Kondensator gespeicherte Spannung addiert. Deshalb wird die Spannung (oder Stromstärke), die der Feldspule M zugeführt wird, etwa gleich 2 χ V, so daß der Antrieb mit einer verstärkten magnetischen Kopplung erfolgt. Der Feldspule M wird dann das in Fig. 5b unten dargestellte Signal zugeführt. Die Kapazität des Kondensators C kann entsprechend dem Leistungsbedarf und den Eigenschaften des Antriebsläufers 2 und des zweiten Läufers 4 aus-

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gewählt werden.

Das in Fig. 6b dargestellte Signal ist ein rechteckförmiges Impulssignal wie dasjenige in Fig. 4b und kann vorteilhaft verwandt werden, wenn keine Leistung während einer Zeiteinheit (z. B. 1 Sekunde) wegen der Korrelation mit dem Leistungsbedarf zugeführt werden kann. Die Treiberschaltungen A und A¹ entsprechen denjenigen in Fig. 4a. Ferner sind Taktschaltungen B, B¹ vorgesehen, die beispielsweise Einkanal-Multivibratoren sein können, welche die Antriebszeit der Treiberschaltungen A, A¹ steuern.

Der Energieverbrauch kann durch geeignete Auswahl der Zeitintervalle t und t„ der Taktschaltungen B und B' verringert werden, indem die erwähnte Antriebsperiode und Ruheperiode der Läufer berücksichtigt wird.

Es ist ferner möglich, eine derartige Antriebsschaltung mit anderen elektrischen Signalen zu betreiben, beispielsweise mit sinusförmigen oder dreieckförmigen Impulsen. Es ist deshalb keine Begrenzung auf eine bestimmte Wellenform der EingangesignaIe erforderlich, die der Feldspule zugeführt werden, aber entweder wird das erste Signal zugeführt, bis die Läufer sich um den vorherbestimmten Winkel gedreht haben und in ihrer Ruhelage stabilisiert sind, oder das erste Signal wird beendet und dann wird das nächste Signal zugeführt.

Der Antriebsrotor 2 kann auch außerhalb des Innenraums der Feldspule M angeordnet werden, wie aus Fig. 3a ersichtlich ist. Bei dieser Anordnung kann Antriebsleistung durch den Antriebsläufer und den zweiten Läufer 4 abgegeben werden. Durch die in Fig. 3b dargestellte Anordnung mit sich schneidenden Achsen ergibt sich zusammen mit den anderen gezeigten Anordnungen eine Vielfalt konstruktiver Möglichkeiten für die betreffende elektrische Uhr.

Obwohl bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Sekundenzeiger schrittweise nach jeder Sekunde bewegt wird, ist die Erfindung auch zum Antrieb des Stundenzeigers, des Minutenzeigers oder des Kalendermechanismus geeignet. Ferner ist eine derartige Antriebseinrichtung auch in Stoppuhren verwendbar, die Bruchteile einer Sekunde anzeigen. Der Drehwinkel für eine Schrittbewegung ist nicht auf 180 begrenzt, sondern die Drehung kann um irgendeinen anderen Winkel erfolgen, indem Läufer mit mehr als zwei Magnetpolen verwandt

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werden. Ferner müssen die Läufer nicht scheibenförmig ausgebildet sein, da beispielsweise auch Läufer mit vorragenden Polen verwendbar sind.

Patentansprüche

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Claims

6. April 1976 Ε/ΑΧ

8 Meine Akte: S-3895

■ 1./Antriebseinrichtung für eine elektrische Uhr, mit einem polarisierten Antriebsläufer, der drehbar in dem Magnetfeld einer kernlosen Feldspule angeordnet ist, mit einem drehbar angeordneten polarisierten zweiten Läufer, wobei der polarisierte Antriebsläufer um einen Winkel relativ zu der zentralen Richtung des Magnetfelds der Feldspule gedreht wird, und wobei ein Uhrzeiger oder dergleichen über einen Getriebezug durch einen oder beide Läufer angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Antriebsläufer (2) und der zweite Läufer (4) durch Zufuhr eines ErregerStroms· zu der Feldspule (M) um vorherbestimmte Winkel angetrieben werden, und daß nach dem Erreichen der Ruhelage durch die Läufer ein umgekehrter Erregerstrom der Feldspule zugeführt wird, um den Uhrzeiger mit vorherbestimmten Zeitintervallen schrittweise zu bewegen.
2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Erregerstrom eine rechteckförmige Wellenform aufweist.
3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Kondensator (C) in Reihe an die Feldspule (M) angeschlossen ist, und daß ein differentieller Strom als Erregerstrom zugeführt wird.

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