DE3805081A1

DE3805081A1 - Elektromagnetische antriebsschaltung

Info

Publication number: DE3805081A1
Application number: DE3805081A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Aoki
Original assignee: Seikosha KK
Current assignee: Seiko Time Creation Inc
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1988-02-18
Publication date: 1988-09-01
Also published as: KR880010357A; GB2202699A; DE3844512C2; FR2611328B1; CN1012596B; GB2202699B; IT8847656A0; ES2006327A6; FR2611328A1; CN88101524A; IT1224245B; DE3805081C2; GB8803591D0; HK82593A; US4825332A; KR910000107B1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Antriebs schaltung zum Antrieb eines Pendels oder von ähnlichem.

Zur Erläuterung der der Erfindung zugrundeliegenden Proble matik sei zunächst auf Fig. 9 Bezug genommen. Dort ist eine Antriebsschaltung gezeigt, die unter Verwendung einer Spule ein Pendel, beispielsweise einer Uhr, erfaßt und antreibt. Die Arbeitsweise dieser Schaltung ist wie folgt. Wenn ein Dauermagnet M gemäß Darstellung in Fig. 10A sich einer Spule L 2 nähert, wird in der Spule L 2 eine Spannung in einer den Magnet abstoßenden Richtung induziert. Wenn der Magnet M gemäß Darstellung in Fig. 10B der Spule L 2 gegen überliegt, wird die induzierte Spannung 0. Entfernt sich dann der Magnet M gemäß Fig. 10C von der Spule L 2, wird in dieser eine Spannung in einer den Magnet anziehenden Rich tung induziert. Die Polarität der induzierten Spannung, die in den Fig. 11A und 11C gezeigt ist, hängt von der Wickel richtung der Spule L 2 ab. Es sei zunächst der Fall betrach tet, daß die induzierte Spannung der Darstellung in Fig. 11A entspricht. Die Basisspannung eines Transistors T 2 ist gemäß Darstellung in Fig. 11B aufgrund der Basis-Emitter- Diode des Trnsistors auf den Wert V geklemmt. Wenn diese Basisspannung aufgrund der in Fig. 11A gezeigten induzier ten Spannung, die am Anschluß P in Fig. 9 ansteht, unter einen Schwellenwert vt fällt, wird der Transistor T 2 jedoch gesperrt. Umgekehrt wird dann ein Transistor T 1 leitend. Während einer Zeit t 6 fließt dann ein Antriebsstrom durch die Spule L 2, woraufhin der Magnet angezogen wird. Die Zeit t 6 hängt von der im wesentlichen durch einen Kondensator C und einen Widerstand R 1 bestimmten Zeitkonstante ab.

Betrachtet man nun den Fall einer induzierten Spannung ge mäß Fig. 11C, dann wird die Basisspannung des Transistors T 2 aufgrund der Diodenwirkung im wesentlichen auf der Span nung V gehalten, selbst wenn die Spannung an dem Anschluß P gemäß Darstellung in Fig. 11C ansteigt. Wenn die induzierte Spannung einen Spitzenwert überschritten hat, sinkt die Ba sisspannung des Transistors T 2 mit dem Abfall der induzier ten Spannung. Die Basisspannung fällt dann unter den Schwellenwert vt, was dazu führt, daß der Transistor T 2 ge sperrt wird. Wie im vorigen Fall fließt dann Antriebsstrom durch die Spule L 2 und bewirkt durch Abstoßen einen Antrieb des Magneten M.

Für einen möglichst effizienten Antrieb des Magneten wird die Spule beim Anzugs-Antrieb zu dem aus Fig. 10A entnehm baren Zeitpunkt erregt. Beim Abstoß-Antrieb ist es günstig, die Spule zu dem aus Fig. 10C hervorgehenden Zeitpunkt an zutreiben.

Bei der oben beschriebenen Anordnung schwankt jedoch in einigen Fällen der Antriebszeitpunkt abhängig von der Wickelrichtung der Spule mit dem Ergebnis, daß man günstige Antriebsbedingungen mit hohem Wirkungsgrad nicht erreicht. Wenn die Spule mit der Fig. 10A entsprechenden Zeitsteue rung erregt wird, treten in einer Situation gemäß Fig. 11A keine Probleme auf. Wenn jedoch die Wickelrichtung um gekehrt ist, wird der Abstoß-Antrieb der Spule gemäß Dar stellung in Fig. 11C zu einem Zeitpunkt etwas vor dem Fig. 10B entsprechenden Zeitpunkt eingeleitet, was zu einer deutlichen Verringerung des Wirkungsgrads führt. Aus diesem Grund muß die Schaltung so aufgebaut werden, daß auch die Wickelrichtung der Spule bei der Herstellung berücksichtigt wird.

Darüber hinaus ist die beschriebene Anordnung empfindlich gegenüber Störimpulse der Spannungsversorgung, und häufig werden Antriebsimpulse aufgrund von Spannungsschwankungen der Spannungsversorgung erzeugt.

Bei der vorgenannten Schaltung liegt die induzierte Span nung an dem in Fig. 9 gezeigten Anschluß P an. Wenn die in duzierte Spannung größer ist als eine Bezugsspannung vr, wird der Transistor T 2 gesperrt und der Transistor T 1 ein geschaltet. Als Folge davon fließt Antriebsstrom durch die Spule L 2. Die Einschaltdauer t 7 des Transistors T 1 wird von der Zeitkonstante aus der Kapazität des Kondensators C und dem Widerstand des Widerstands R 1 bestimmt.

Damit der Magnet mit hohem Wirkungsgrad angetrieben wird, ist es günstig, daß der Antrieb zu dem Fig. 10A entspre chenden Moment erfolgt, das heißt, wie in Fig. 12A darge stellt, zum Zeitpunkt des Maximums der induzierten Spannung V 1 imFall des Anzugs-Antriebs. Die Bezugsspannung vr und die Einschaltdauer t 7 müssen entsprechend gewählt werden, um diese Bedingung zu erfüllen.

In der weit überwiegenden Zahl der Fälle hängen Antriebs zeitpunkt und Antriebsdauer von der Länge einer Pendel stange oder der Größe des Schwingwinkels ab, wenn das Pen del angetrieben wird.

Beim oben genannten Schaltungsaufbau wird jedoch die An triebs- oder Einschaltzeit ausschließlich durch die Zeit konstante aus Kondensator C und Widerstand R 1 bestimmt, und diese Zeitkonstante muß daher jedesmal nach Maßgabe der Länge der Pendelstange oder der Größe des Schwingwinkels eingestellt werden. Außerdem muß die Bezugsspannung vr zur Einstellung des Antriebszeitpunkts geeignet gewählt werden.

Wird beispielsweise das gleiche Pendel, das Fig. 12A zu grundeliegt, verwendet und der Schwingwinkel, also die Aus lenkung, gegenüber dem vorigen Fall verringert, dann wird die Amplitude der induzierten Spannung gemäß Darstellung in Fig. 12B kleiner und es entstehen mäßige Amplitudenschwan kungen. In diesem Fall muß der Antriebszeitpunkt durch ent sprechende Wahl der Bezugsspannung vr so eingestellt wer den, daß die Antriebsimpulse zum Zeitpunkt des Maximums der induzierten Spannung erzeugt werden. Ferner muß der An triebsstrom durch die Spule während einer Antriebsdauer t 8 fließen, die länger als im obigen Fall ist, das heißt die Kapazität des Kondensators C und der Widerstand des Wider stands R 1 müssen modifiziert werden.

Wenn dabei gemäß der gestrichelten Linie, beispielsweise in Fig. 12A, die Antriebsdauer auf einen Wert eingestellt wird, der länger ist als die optimale Zeit t 7, dann wird der Schwingwinkel größer als erforderlich. Der Antriebs strom fließt dann zu einem Zeitpunkt, wenn eine induzierte Spannung V 2 entgegengesetzter Polarität erzeugt wird, was einen unnützen Stromverbrauch zur Folge hat.

In Fig. 12B ist durch eine gestrichelte Linie der Fall an gedeutet, daß die Antriebsdauer auf einen Wert eingestellt ist, der kürzer ist als die optimale Zeit t 8. In diesem Fall werden die erforderlichen Antriebskräfte nicht er reicht, so daß das Pendel aufhören kann, zu schwingen.

Wenn sich die Länge der Pendelstange ändert, ist die glei che Einstellung erforderlich und treten dieselben Mängel auf.

Wie oben beschrieben, sind dem bekannten Schaltungsaufbau bestimmte Mängel eigen: Sowohl die Zeitkonstante als auch die Bezugsspannung der Schaltung müssen jedesmal nach Maß gabe der Größe des Schwingwinkels oder der Länge der Pen delstange eingestellt werden. Falls bei dieser Einstellung Abweichungen von den Sollwerten auftreten, resultiert ent weder ein unnötiger Stromverbrauch oder ein Anhalten des Pendels.

Die vorbeschriebene herkömmliche Antriebsschaltung für ein Pendel kann für eine Pendelart verwendet werden, bei der der Antriebsvorgang unter Ausrichtung der beiden Pole des Dauermagneten M gegenüber der Spule L 2 gemäß Darstellung in Fig. 13 erfolgt, sowie für eine Pendelart, bei der, wie zu vor erläutert, ein Pol des Dauermagneten M der Spule L 2 zu gewandt ist. Die Beschreibung wird sich hier auf den An trieb bei einer Anordnung gemäß Fig. 13 konzentrieren. In der Darstellung in Fig. 14A bewegt sich der Magnet M in Richtung des Pfeiles und liegt der Spule L 2 gegenüber. Die Spule L 2 wird in diesem Moment in einem den Magneten M stoppenden Sinn erregt. Dann tritt eine maximale Induk tionsspannung V 1 auf, wie in Fig. 15A gezeigt. Im Gegensatz dazu bewegt sich der Magnet M in Fig. 14B in entgegenge setzter Richtung und liegt der Spule L 2 gegenüber. Die Spule L 2 wird in ähnlicher Weise im Sinne, den Magneten M zu stoppen, erregt. In diesem Fall wird eine maximale In duktionsspannung V 2 erzeugt, wie aus Fig. 15A ersichtlich.

Aus Gründen des Wirkungsgrades ist es besonders günstig, den Antrieb des Magneten durch einen Antriebsstrom zu be wirken, der zur Zeit des Maximums, das heißt zu einem der in Fig. 14A und 14B gezeigten Zeitpunkte durch die Spule fließt.

Die Schwellenspannung des Transistors T 2 in Fig. 9 ist auf die in Fig. 15 gezeigte Spannung vr eingestellt. Die indu zierte Spannung übersteigt die Schwellenspannung vr, so daß der Transistor T 2 gesperrt wird und der Transistor T 1 ein geschaltet wird. Daraufhin fließt der Antriebsstrom gemäß Darstellung in Fig. 15A zum Zeitpunkt der Induktionsspan nung v 1 durch die Spule L 2 mit der Folge, daß der Magnet M angetrieben wird. Wie im vorigen Fall treten wegen Schwan kungen der Amplitude der induzierten Spannung Abweichungen bezüglich des Zeitpunkts auf, zu dem die Spule angesteuert wird. Dies führt zur Verringerung des Antriebswirkungsgra des.

Wenn, wie in Fig. 15B gezeigt, die Amplitude der induzier ten Spannung abnimmt, dann führt dies zu einer Verzögerung des Zeitpunkts, zu dem die Spannung vr erreicht wird, so daß der Strom durch die Spule zu einem späteren als dem op timalen Zeitpunkt fließt.

Wenn auf der anderen Seite die Amplitude der induzierten Spannung zunimmt, fließt der Antriebsstrom früher durch die Spule als es dem optimalen Zeitpunkt entspricht. In beiden Fällen sinkt der Antriebswirkungsgrad. Zur Erzielung eines optimalen Antriebswirkungsgrades muß die Streuung einer Vielzahl von Faktoren, die Einfluß auf die Amplitude der induzierten Spannung haben, ausgeschaltet werden. Dies er fordert eine hohe Genauigkeit bei den Fertigungs- und Mon tageschritten.

Der bekannte Schaltungsaufbau wurde voranstehend im einzel nen erläutert. Sein größter, noch nicht erwähnter Nachteil ist die Unmöglichkeit, ihn in Form einer integrierten Schaltung auszuführen.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektromagnetische Antriebsschaltung zu schaffen, die mit Ausnahme einer Spule integriert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektromagne tische Antriebsschaltung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Antriebsschaltung ist in der Lage, die Spule gleichbleibend und unabhängig von der Wickelrichtung der Spule zu einem besonders wirkungsvollen Zeitpunkt anzu steuern.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine automati sche optimale Einstellung des Erzeugungszeitpunktes und/oder der Impulsbreite der Antriebsimpulse vorgesehen. Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird der Einfluß des Antriebszeitpunktes von der Amplitude der indu zierten Spannung im wesentlichen ausgeschaltet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein elektrisches Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 den sich beim Betrieb der Schaltung von Fig. 1 einstellenden Spannungsverlauf,

Fig. 3 ein elektrisches Schaltbild einer anderen Aus führungsform der Erfindung,

Fig. 4 und 5 Spannungsverläufe, wie sie bei der Schaltung von Fig. 3 auftreten,

Fig. 6 ein elektrisches Schaltbild einer anderen Aus führungsform der Erfindung,

Fig. 7 und 8 Spannungsverläufe, wie sie beim Betrieb der Schaltung von Fig. 6 auftreten,

Fig. 9 ein elektrisches Schaltbild einer herkömmlichen Antriebsschaltung,

Fig. 10 zur Erläuterung ein Beispiel der Beziehung zwischen einem Dauermagneten eines Pendels und einer Antriebsspule,

Fig. 11 und 12 Spannungsverläufe, wie sie beim Betrieb der Schaltung von Fig. 9 auftreten,

Fig. 13 ein anderes Beispiel der Beziehung zwischen einem Dauermagneten eines Pendels und der Antriebs spule,

Fig. 14 eine Darstellung zur Erläuterung der Erregerpola rität der Spule in Verbindung mit dem Beispiel von Fig. 13, und

Fig. 15 einen Spannungsverlauf beim Betrieb von Fig. 9 in Verbindung mit Fig. 13.

In Fig. 1 ist L 1 eine Spule, die dazu dient, einen Dauer magneten (nicht gezeigt) zu erfassen und anzutreiben. Vr ist eine Bezugsspannungsquelle. CM ist ein Komparator zum Vergleich der in der Spule L 1 induzierten Spannung mit einer Bezugsspannung. W bezeichnet einen Impulsgeber (mono stabilen Multivibrator), und T ist ein Transistor, der eine Treiberschaltung darstellt. Der in Fig. 1 gezeigte Schal tungsaufbau kann mit Ausnahme der Spule L 1 integriert wer den.

Bei diesem Schaltungsaufbau wird mit Hilfe des Komparators CM die induzierte Spannung mit einer Bezugsspannung vr verglichen. Wenn die induzierte Spannung die Bezugsspannung vr überschreitet, erzeugt der Komparator CM ein Ausgangs signal und der Impulsgeber W einen Impuls der Breite t. Diese Impulse schalten den Transistor T ein, so daß ein An triebsstrom durch die Spule L 1 fließt und der Dauermagnet angetrieben wird.

Abhängig von ihrer Wickelrichtung wird in der Spule L 1 eine Spannung gemäß Fig. 2A oder Fig. 2B induziert. In beiden Fällen fließt ein Antriebsstrom während der Zeit t, wo die induzierte Spannung größer ist als die Bezugsspannung vr. Deshalb fließt der Antriebsstrom immer unabhängig von der Wickelrichtung der Spule im Bereich der Spitze der indu zierten Spannung. Dies führt zu einem hohen Wirkungsgrad des Antriebs.

Es sei nun auf Fig. 3 Bezug genommen, in der eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist. In Fig. 3 bezeichnen W 1 bis W 4 Impulsgeber in Form monostabiler Mul tivibratoren. Die Impulsbreiten der Impulsgeber W 1, W 3 und W 4 sind t 1, t 3 bzw. t 4. Der Impulsgeber W 2 ist programier bar mit einer veränderbaren Impulsbreite. F bezeichnet ein Flipflop und CT einen Aufwärts-Abwärts-Zähler. Der Impuls geber W 3 und das Flipflop F bilden zusammen eine Entschei dungsschaltung, während der Impulsgeber W 4 und der Zähler CT gemeinsam eine Steuerschaltung darstellen. Ein mit S be zeichneter Transistor bildet eine Treiberschaltung. Die Be zugszeichen in Fig. 3, die mit solchen in Fig. 1 überein stimmten, bezeichnen entsprechende Teile wie in Fig. 1.

Unter Bezug auf Fig. 4 soll nun die Arbeitsweise der Schal tung von Fig. 3 beschrieben werden. Es sei angenommen, daß der Inhalt des Zählers CT n ist und die Impulsbreite der vom Impulsgeber W 2 abgegebenen Impulse durch den Zähler CT auf t 2 eingestellt ist.

Wenn die in der Spule L 1 induzierte Spannung gemäß Fig. 4a die Bezugsspannung vr überschreitet, gibt der Komparator CM das in Fig. 4b gezeigte Ausgangssignal ab. Ein Impuls der Breite t 1 wird daraufhin vom Impulsgeber W 1 abgegeben. Die Abfallflanke dieses Impulses führt zur Erzeugung eines An triebsimpulses der Breite t 2 vom Impulsgeber W 2, wodurch der Transistor S eingeschaltet wird. Durch die Spule L 1 fließt dann ein Antriebsstrom. Die Abfallflanke des An triebsimpulses löst einen Impuls der Breite t 3 vom Impuls geber W 3 aus. Von dessen Abfallflanke werden das Flipflop F und der Impulsgeber W 4 getriggert. Am Eingang D des Flipflops F liegt das Ausgangssignal des Komparators CM an, und das zum Zeitpunkt der Triggerung anliegende Ausgangs signal wird in das Flipflop übernommen. In diesem Schritt wird also festgestellt, ob der Wert der Induktionsspannung zum Zeitpunkt der Abfallflanke des Impulses vom Impulsgeber W 3 größer ist als die Bezugsspannung vr oder nicht. Über steigt der Wert die Bezugsspannung, dan wird das Ausgangs signal des Flipflops F "1", und der Zähler CT wird in die Aufwärtszähl-Betriebsart versetzt. Dies bedeutet, daß die Breite des Antriebsimpulses als klein beurteilt wird und davon ausgegangen wird, daß dieser Impuls nicht in der bestmöglichen Weise in der Nähe des Maximums der induzier ten Spannung erzeugt wird.

Die Abfallflanke des Impulses vom Impulsgeber W 3 löst einen Impuls der Breite t 4 vom Impulsgeber W 4 aus. Dieser Impuls dient als Taktimpuls für den Zähler CT, so daß dessen In halt um Eins erhöht wird. Gemäß Darstellung in Fig. 4d wird der Inhalt des Zählers als n + 1. Damit ist die Breite des Impulses, der vom Impulsgeber W 3 erzeugt wird, auf einen größeren Wert als vorher eingestellt. Die Breite des näch sten Antriebsimpulses wird also größer in dem Sinne, die Breite des Antriebsimpulses zu korrigieren.

Nachdem dieser Vorgang wiederholt abgelaufen ist, wird der Inhalt des Zählers m und die Breite des Antriebsimpulses gemäß Darstellung in Fig. 4a t 2′. Wenn jetzt derWert der induzierten Spannung an der Abfallflanke des Impulses vom Impulsgeber W 3 geringer ist als die Bezugsspannung vr, wird das Ausgangssignal des Flipflops F gemäß Darstellung in Fig. 4c auf "0" geändert und der Zähler CT in die Abwärts zählbetriebsart versetzt. Der Inhalt des Zählers CT nimmt also auf m - 1 ab, und die Breite des nächsten Antriebsimpul ses ist um einen Schritt verringert.

Die Antriebsimpulsbreite wechselt zwischen t 2 und einer um einen Schritt geringeren Breite als t 2, womit sich ein sta biler Zustand einstellt.

Auf diese Weise kommt die Antriebsimpulsbreite automatisch zu einem bestimmten Wert bei der optimalen Zeitsteuerung, wodurch sich ein vorgegebener Schwingwinkel stabilisiert.

Bei dem oben beschriebenen Beispiel wird nur die Antriebs impulsbreite eingestellt. Die Anordnung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Als Impulsgeber W 1 und W 3 können pro grammierbare monostabile Multivibratoren verwendet werden und die Breite der von ihnen abgegebenen Impulse kann vom Inhalt des Zählers CT geeignet eingestellt werden. Wenn beispielsweise der Schwingwinkel des Pendels auf einen kleinen Wert eingestellt wird, müssen die Zeitspanne t 1 bis t 3 zu längeren Werten hin stabilisiert werden, wie sich aus Fig. 5a ergibt. Dies ist deshalb der Fall, weil die Am plitude der induzierten Spannung gemäß Darstellung in Fig. 5a im stabilen Zustand klein und die Änderung mäßig ist. Wenn der Schwingwinkel des Pendels auf einen großen Wert eingestellt ist, dann ist gemäß Darstellung in Fig. 5b die Amplitude der induzierten Spannung im stabilen Zustand groß, und die Spannungsänderung ist steil. Hier kann die Breite des Antriebsimpulses klein sein. Es ist deshalb nö tig, daß die Zeiten t 1 bis t 3 auf kleinere Werte als in Fig. 5a stabilisiert werden. Das Verhältnis der Zeit t 2 zu den Zeiten t 1 und t 3 in Fig. 5a ist anders als im Fall von Fig. 5b. Durch Einstellung dieses Verhältnisses wird der Schwingwinkel stabil eingestellt. Wenn beispielsweise in dem Zustand von Fig. 5b Stabilität erzielt ist, sind die Impulsbreiten der Impulsgeber W 1 bis W 3 auf das aus Fig. 5b entnehmbare Verhältnis der Zeiten eingestellt. Danach kann die Einstellung so vorgenommen werden, daß einzelne Impuls breiten unter Aufrechterhaltung des Verhältnisses nach Maß gabe des Inhalts des Zählers CT geändert werden können.

Die Zeiten t 1 bis t 3 werden automatisch in folgender Weise eingestellt und dadurch ein gewünschter Schwingwinkel sta bilisiert. Es sei angenommen, daß die Impulsbreiten der Impulsgeber W 1 bis W 3 auf der Basis des Inhalts des Zählers CT in einem Anfangszustand auf die aus Fig. 5b entnehmbaren Werte eingestellt sind und in diesem Zustand die Strom quelle eingeschaltet wird. Das Pendel beginnt dann zu schwingen. Am Anfang ist der Schwingwinkel klein, und es ergibt sich eine induzierte Spannung, die der von Fig. 5a angenähert ist. Die Induktionsspannung überschreitet des halb an der Abfallflanke des Impulses vom Impulsgeber W 3 die Bezugsspannung. Die Antriebsimpulsbreite wird als klein beurteilt und der Inhalt des Zählers CT um Eins erhöht. Die Zeiten t 1 bis t 3 werden dadurch je um einen Schritt länger. Die Zeiten t 1 bis t 3 werden durch Wiederholung dieses Vor gangs schrittweise erhöht. Damit nimmt die Antriebsimpuls breite allmählich zu. Dieser Zunahme folgend wird auch der Schwingwinkel des Pendels mit geringer Verzögerung etwas größer. Die Amplitude der induzierten Spannung steigt mit dieser Vergrößerung.

Irgendwann wird die Antriebsimpulsbreite zu groß. Der Zäh ler CT wird dann auf Abwärtszählbetrieb umgeschaltet. Die Zeiten t 1 bis t 3 werden kürzer. Dieser Abnahme folgend nimmt auch der Schwingwinkel des Pendels ab, wiederum etwas verzögert.

Die vorgenannten Vorgänge wiederholen sich unter Annäherung an den in Fig. 5b gezeigten Zustand, der schließlich stabil wird. Es erfolgt also eine automatische Einstellung derart, daß der Antrieb in effizienter Weise mit optimaler An triebsimpulsbreite am Maximum der Induktionsspannung ausge führt wird.

Die Impulsbreite t 3 des Impulsgebers W 3 wird so einge stellt, daß die Höhe der Induktionsspannung zu einem eine möglichst leichte Beurteilung der Induktionsspannung erlau benden Zeitpunkt beurteilt wird. Bei der Einstellung der Impulsbreite muß jedoch folgendes berücksichtigt werden.

In der Spule tritt nach dem Ende des Antriebsimpulses für eine Dauer von etwa 1 ms eine gedämpfte Nachschwingung auf. Wenn die Induktionsspannung in der Spule L 1 während des Auftretens dieser Nachschwingung ihre Stabilität verliert, dann besteht die Gefahr einer Fehlfunktion, wenn die Ent scheidung über die Induktionsspannung während dieser Zeit erfolgt. Zur Vermeidung dieses Problems wird die Impuls breite t 3 der vom Impulsgeber W 3 abgegebenen Impulse so eingestellt, daß sie die Zeit überschreitet, während derer die Nachschwingung auftritt. Dies führt dazu, daß die Höhe der Induktionsspannung unter stabilen Voraussetzungen beur teilt werden kann.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird die automa tische Steuerung mit Hilfe einer variablen Impulsbreite eines Impulsgebers ausgeführt. Auch die Bezugsspannung kann indes vom Ausgangssignal des Zählers CT eingestellt werden, wenn man als BezugsspannungsquelleVr eine veränderbare Spannungsquelle verwendet. Diese Einstellung der Bezugs spannung erlaubt die Einstellung des Zeitpunkts, zu dem die Antriebsimpulse erzeugt werden, sowie die Einstellung der Impulsbreite des vom Impulsgeber W 1 abgegebenen Impulses. In diesem Fall werden sowohl die Breite des Antriebs impulses als auch der Zeitpunkt der Erzeugung gleichzeitig durch Einstellen der Impulsbreite des Impulsgebers W 2 vor gegeben.

Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die Bezugsspan nung zur Bestimmung des Zeitpunkts, zu dem der Antriebsvor gang eingeleitet wird, sowie eine andere Bezugsspannung zur Bestimmung des Werts der Induktionsspannung nach Abschluß des Antriebsvorgangs, auf dieselbe Spannung vr eingestellt. Die letztere Bezugsspannung könnte auf der Basis des In halts des Zählers modifiziert werden. Beispielsweise kann eine veränderbare Spannungsquelle als Bezugsspannungsquelle verwendet werden und deren Spannung auf eine dem Inhalt des Zählers CT entsprechende Spannung nur während der Dauer einer Zeitspannung umgeschaltet werden, während derer Aus gangsimpulse von den Impulsgebern W 2 bis W 4 erzeugt werden. Diese Ausgestaltung hat eine ganz ähnliche Wirkung wie die Einstellung der Impulsbreite des Impulsgebers W 3.

Allgemein unterliegt die Amplitude der Induktionsspannung dem Einfluß von Spannungsschwankungen der Versorgungsspan nung. Wenn die Amplitude der Induktionsspannung schwankt, treten Abweichungen bezüglich des Zeitpunkts auf, zu dem die Induktionsspannung die Bezugsspannung übersteigt, was zu Schwankungen sowohl des Antriebszeitpunkts als auch der Antriebsdauer führt. Bei der vorbeschriebenen Ausführungs form ist die Bezugsspannung vr auf einen niedrigen Wert eingestellt, so daß Schwankungen der Induktionsspannung einen geringen Einfluß haben und somit der Einfluß von Spannungsschwankungen der Versorgungsspannung minimal wird. Danach wird eine Verzögerung entsprechend der Zeit t 1 seit dem Auftreten des Ausgangssignals vom Komparator mit Hilfe des Impulsgebers W 1 eingeführt. Nach dieser Verzögerung be ginnt der Antriebsvorgang. Wenn Spannungsschwankungen der Versorgungsspannung nicht zu berücksichtigen sind, muß der Impulsgeber W 1 nicht notwendigerweise vorgesehen werden. Der Ausgang des Komparators CM könnte dann direkt an den Impulsgeber W 2 geliefert werden.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird pro An triebsimpuls ein Taktimpuls an den Zähler CT geliefert. Beispielsweise könnte aber der Inhalt des Zählers zum er sten Mal um Eins erhöht werden, wenn der Abwärtszählbetrieb des Zählers CT während einer Folge von drei Antriebsimpul sen aufrechterhalten bleibt. Dasselbe gilt in umgekehrter Richtung.

In diesem Fall wird ein ternärer Zähler zwischen dem Im pulsgeber W 4 und dem Zähler CT angeordnet. Die Anordnung könnte so getroffen sein, daß dieser ternäre Zähler mit je der Umkehrung des Ausgangssignals des Flipflops F zurückge setzt wird. Dies erlaubt es, eine Fehlfunktion aufgrund von Störimpulsen und ähnlichem zu verhindern.

Unter Bezug auf Fig. 6 soll nun eine andere Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden. In Fig. 6 bezeichnet Vr eine Bezugsspannungsquelle, die gemäß Darstellung in Fig. 7 eine Bezugsspannung abgibt, deren Wert kleiner als bei der vorigen Ausführungsform ist. G 1 und G 2 in Fig. 6 sind Ver knüpfungsglieder. G 3 ist ein Verknüpfungsglied, das eine Sperrschaltung darstellt. W 5 ist ein Impulsgeber (monosta biler Multivibrator), der Impulse der Breite t 5 erzeugt. Gleiche Bezugszeichen in den Fig. 3 und 6 bezeichnen glei che Elemente.

Der Schaltungsaufbau geht von einem Dauermagneten in Form eines bipolaren Magneten aus, wie er in Fig. 13 gezeigt ist. Die in der Spule L 1 induzierte Spannung wird vom Kom parator CM mit der Bezugsspannung vr verglichen. Wenn die induzierte Spannung, wie in Fig. 7 dargestellt, die Bezugs spannung vr überschreitet (bzw. unterschreitet), gibt der Komparator CM ein Ausgangssignal ab, das über das Verknüp fungsglied G 1 den Impulsgeber W 1 triggert. Dieser erzeugt daraufhin einen Impuls mit der Breite t 1. Die Zeit t 1 ist so bemessen, daß sie sich von dem Zeitpunkt, zu dem die In duktionsspannung die Bezugsspannung überschreitet bis zu dem Zeitpunkt erstreckt, wo im Bereich des Maximums der In duktionsspannung der Antriebsimpuls mit optimaler Zeit steuerung erzeugt werden kann. Durch die Abfallflanke des Impulses vom Impulsgeber W 1 wird der Impulsgeber W 2 getrig gert und erzeugt einen Impuls der Breite t 2. Dieser An triebsimpuls schaltet den Transistor T ein, was den Fluß eines Antriebsstrom in der Spule L 1 hervorruft. Der Magnet wird damit zu einem optimalen Zeitpunkt angetrieben.

Durch die Abfallflanke dieses Antriebsimpulses wird der Im pulsgeber W 5 getriggert und gibt einen Impuls der Breite t 5 ab. Dieser Impuls sowie auch der vorangegangene Antriebsim puls werden dem Verknüpfungsglied G 2 geliefert, so daß über dieses während der Dauer jedes dieser Impulse das Verknüp fungsglied G 1 gesperrt bleibt. Selbst wenn Ausgangssignale vom Komparator CM erzeugt werden, wird der Impulsgeber W 1 während der Dauer der Impulse mit den Breiten t 2 und t 5 ge mäß Darstellung in Fig. 7 nicht getriggert, wodurch Fehl funktionen verhindert werden. Da die Bezugsspannung vr einen niedrigen Wert aufweist, übersteigt die Induktions spannung außerhalb des Maximums in einigen Fällen die Be zugsspannung. In diesen Fällen wird auf die vorerwähnte Weise die Erzeugung eines Antriebsimpulses verhindert.

Es sei angemerkt, daß auch das Ausgangssignal des Impulsge bers W 1 an das Verknüpfungsglied G 2 geliefert werden könnte, so daß das Verknüpfungsglied G 1 auch während der Dauer t 1 gesperrt bleibt.

Der Ausgang des Impulsgebers W 1 ist mit einem Eingang des Verknüpfungsglieds G 3 verbunden, das während der Dauer des vom Impulsgeber W 1 abgegebenen Impulses vorbereitet wird. Wenn deshalb das Ausgangssignal des Komparators CM während dieser Zeitspanne verschwindet, dann werden die Impulsgeber W 1, W 2 und W 5 zurückgesetzt und das Auftreten eines An triebsimpulses dadurch verhindert. Diese Funktin dient dazu, eine Fehlfunktion zu verhindern, die auf Störimpulsen oder Induktionsspannungen mit Ausnahme des Maximums beru hen. Nur wenn die Bezugsspannung durchgehend während der Zeit t 1 überschritten wird, wird ein Maximum der Induk tionsspannung angenommen. Allein in diesem Fall wird ein Antriebsimpuls erzeugt.

Selbst wenn bei dem oben beschriebenen Aufbau gemäß Dar stellung in Fig. 7B die Amplitude der Induktionsspannung abnimmt, bleiben die Spannungsänderungen in der Nähe der niedrigen Bezugsspannung vr äußerst gering. Der Zeitpunkt, zu dem das Ausgangssignal des Komparators CM auftritt, ist praktisch derselbe wie im Fall von Fig. 7A. Der Zeitpunkt der Erzeugung des Antriebsimpulses erfährt also keine we sentliche Abweichung, und die Antriebsimpulse können sicher im Maximum der Induktionsspannung erzeugt werden. Dasselbe gilt, wenn die Amplitude der Induktionsspannung größer wird.

Bei der obigen Ausführungsform ging die Beschreibung von einem bipolaren Magneten gemäß Fig. 13 aus, die Schaltungs anordnung kann aber auch für einen "Einpolmagneten" gemäß Fig. 10 verwendet. Fig. 8 zeigt den Verlauf der Induktions spannung für diesen Fall. Wie im vorigen Fall fließt der Antriebsstrom durch die Spule im Maximum der Induktions spannung.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch folgende Vor teile aus.

Mit Ausnahme der Spule können die Schaltungskomponenten praktisch integriert werden. Hierdurch lassen sich ein Mi niaturaufbau und eine Kostenreduzierung erreichen.

Die Spule kann anhaltend mit hohem Wirkungsgrad unabhängig von der Wickelrichtung der Spule angesteuert werden. Bei der Herstellung können deshalb die einzelnen Teile ohne Be rücksichtigung der Wickelrichtung der Spule zusammengebaut werden, was die Montagezeit verringert.

Der erfindungsgemäße Aufbau ist unempfindlich gegenüber Störimpulsen auf der Versorgungsspannungsleitung und eignet sich für die Integration, da kein Kondensator vorgesehen ist.

Der Antriebszeitpunkt und/oder die Antriebsimpulsdauer wird durch Beurteilung der Höhe der Induktionsspannung in einem vorbestimmten Zeitpunkt nach dem jeweiligen Ende der An triebsimpulse eingestellt. Es wird also eine automatische Steuerung derart durchgeführt, daß der Antriebsvorgang in besonders wirksamer Weise gleichbleibend im Maximum der In duktionsspannung erfolgt. Der Dauermagnet kann wirkungsvoll mit stabiler Amplitude angetrieben werden.

Es ist möglich, Pendel unterschiedlicher Perioden zum opti malen Antriebszeitpunkt mit optimaler Antriebsdauer anzu treiben.

Der Antriebsstrom durchfließt die Spule mit einer speziel len Verzögerung, nachdem die Induktionsspannung der Spule über die Bezugsspannung hinausgegangen ist. Dies erlaubt die Wahl einer niedrigen Bezugsspannung. Dies wiederum führt zu einer Unempfindlichkeit des Zeitpunktes, zu dem die Antriebsimpulse erzeugt werden, gegenüber Amplituden schwankungen der Induktionsspannung. Der Antriebsstrom fließt ständig zum bestmöglichen Zeitpunkt durch die Spule. Fertigung und Montage erfordern daher nicht die hohe Ge nauigkeit, die beim Stand der Technik erforderlich ist, was zu einer Vereinfachung dieser Vorgänge führt.

Nachdem einmal ein Ausgangssignal vom Komparator erzeugt wurde, kann eine Fehlfunktion aufgrund von Störimpulsen und aufgrund der Induktionsspannung außerhalb des Maximums da durch verhindert werde, daß eine erneute Erzeugung von Ausgangssignalen des Komparators während des Einstellvor gangs verhindert wird und daß die Antriebsimpulse nur er zeugt werden, wenn die Induktionsspannung während einer vorbestimmten Zeitspanne größer ist als die Bezugsspannung.

Claims

1. Elektromagnetische Antriebsschaltung, umfassend eine Spule (L 1) zum Erfassen und Antreiben eines Dauermagneten,
eine Vergleichsschaltung (CM) zum Vergleich einer in der Spule (L 1) induzierten Spannung mit einer Bezugsspan nung (vr),
eine Ausgangssignalerzeugerschaltung (W) zum Erzeugen eines Antriebsimpulses mit einer vorbestimmten Breite (t) aufgrund eines Ausgangssignals der Vergleichsschaltung (CM), und
eine Treiberschaltung (T), die nach Maßgabe des An triebsimpulses von der Ausgangssignalerzeugerschaltung (W) einen Antriebsstrom durch die Spule (L 1) fließen läßt.

2. Elektromagnetische Antriebsschaltung, umfassend eine Spule (L 1) zum Erfassen und Antreiben eines Dauermagneten,
eine Vergleichsschaltung (CM) zum Erzeugen eines Aus gangssignals, wenn eine in der Spule (L 1) induzierte Span nung eine Bezugsspannung (vr) überschreitet,
eine Impulsgeberschaltung (W 2) zum Erzeugen eines An triebsimpulses einer vorbestimmten Breite (t 2) als Antwort auf die Erzeugung des Ausgangssignals von der Vergleichs schaltung (CM),
eine Treiberschaltung (S), die nach Maßgabe des An triebsimpulses einen Antriebsstrom durch die Spule (L 1) fließen läßt,
eine Entscheidungsschaltung (W 3, F) zur Beurteilung der Höhe der inudzierten Spannung zu einem vorbestimmten Zeitpunkt nach dem Ende der Erzeugung des Antriebsimpulses, und
eine Steuerschaltung (CT, W 4) zur Steuerung des Er zeugungszeitpunkts und/oder der Impulsbreite des nächsten Antriebsimpulses aufgrund des Ausgangssignals der Entschei dungsschaltung (W 3, F).

3. Elektromagnetische Antriebsschaltung, umfassend eine Spule (L 1) zum Erfassen und Antreiben eines Dauermagneten,
eine Vergleichsschaltung (CM) zum Erzeugen eines Aus gangssignals, wenn eine in der Spule (L 1) induzierte Span nung größer ist als eine Bezugsspannung (vr),
eine Ausgangssignalerzeugerschaltung (W 2) zum Erzeu gen eines Antriebsimpulses einer vorbestimmten Breite (t 2) mit einer vorbestimmten Verzögerungszeit (t 1) nach dem Er zeugen des Ausgangssignals der Vergleichsschaltung (CM), und
eine Treiberschaltung (S), die nach Maßgabe des von der Ausgangssignalerzeugerschaltung (W 2) erzeugten An triebsimpulses einen Antriebsstrom durch die Spule (L 1) fließen läßt.

4. Elektromagnetische Antriebsschaltung, umfassend eine Spule (L 1) zum Erfassen und Antreiben eines Dauermagneten,
eine Vergleichsschaltung (CM) zum Erzeugen eines Aus gangssignals, wenn eine in der Spule induzierte Spannung eine Bezugsspannung (vr) überschreitet,
eine Ausgangssignalerzeugerschaltung (W 2) zum Erzeu gen eines Antriebsimpulses einer vorbestimmten Breite (t 2) mit einer vorbestimmten Verzögerungszeit (t 1) nach dem Er zeugen des Ausgangssignals der Vergleichsschaltung (CM),
eine Treiberschaltung (T), die nach Maßgabe des von der Ausgangssignalerzeugerschaltung (W 2) erzeugten Antriebsimpulses einen Antriebsstrom durch die Spule (L 1) fließen läßt, und
eine Sperrschaltung (G 1) zum Unterbinden der Zufuhr der Ausgangssignale der Vergleichsschaltung (CM) an die Ausgangssignalerzeugerschaltung (W 2) während einer vorein gestellten Zeitspanne von einem vorbestimmten Zeitpunkt nach Erzeugen des Ausgangssignals der Vergleichsschaltung.

5. Elektromagnetische Antriebsschaltung, umfassend eine Spule (L 1) zum Erfassen und Antreiben eines Dauermagneten,
eine Vergleichsschaltung (CM) zum Erzeugen eines Aus gangssignals, wenn eine in der Spule (L 1) induzierte Span nung eine Bezugsspannung (vr) überschreitet,
eine Ausgangssignalerzeugerschaltung (W 2) zum Erzeu gen eines Antriebsimpulses einer vorbestimmten Breite (t 2) mit einer vorbestimmten Verzögerungszeit (t 1) nach Erzeugen des Ausgangssignals der Vergleichsschaltung (CM),
eine Sperrschaltung (G 3) zum Unterbinden der Erzeu gung eines Antriebsimpulses durch die Ausgangssignalerzeu gerschaltung (W 2), wenn ein Ausgangssignal der Vergleichs schaltung (CM) innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne ver schwindet, und
eine Treiberschaltung (T), die nach Maßgabe des von der Augangssignalerzeugerschaltung (W 2) erzeugten Antriebsimpulses einen Antriebsstrom durch die Spule (L 1) fließen läßt.