DE6943040U

DE6943040U - Antriebseinrichtung fuer einen elektronischen zeitgeber.

Info

Publication number: DE6943040U
Application number: DE6943040U
Authority: DE
Original assignee: Suwa Seikosha KK
Current assignee: Suwa Seikosha KK
Priority date: 1968-11-05
Filing date: 1969-11-05
Publication date: 1970-04-30
Also published as: US3597915A; DE1955698A1; GB1232907A; DE1955698B2; CH1639069A4

Description

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 Ab« gäbeimpulse 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.

Si βχβΚΐ/ΓΟΠχΒΰιιθΠ icxugcue

Wie v^U

UHm χΠ5υθ3θη—

dere 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,

llicil

DipC-tnf. KWnz Ιμντ, Potantanwalt D - 8 MönAen 81, Coiimaxtrafc· 81 - Telefon: (0811) 48 38 20

einen Stufenmotor zur Verfügung zu stellen, dessen Energieverbrauch geringer ist als dieser Wert von 8^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 Oetriebezugs 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 Drehum es 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 reguliert¹ werden kann. Die die stufenweise Drehung des Rotors beeinträchtigende Schwingung des Sekundenzeigers der Zeitgeber vorbekannter AusfUhrungsform wird also erfindungsgemäss verhindert, wobei gleichzeitig erreicht werden kann, dass der Energieverbrauch des Motors verringert wird.

Heinz UfMr, Patentanwalt 0-8 München 81, Coiimostrofc· 81 Telefon. (0811) 48 38 20

Der Sek. ndenzeiger eines elektronischen Zeitgebers gernäss Erfindung erfährt eine stetige Bewegung und wird stetig in genau vorbestimmte Lagen gebracht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:

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

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

Fig. 3

- 8 verschiedene Kennlinien der Stufenmotoren nach den Figuren 1 und 2, und

Fig· 9 in schematischer Darstellung ^in Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Stufenmotors.

Die Stufenmotoren elektronischer Zeitgeber vorbekannter AusfUhrungsform weisen beispielsweise gemäss Fig. 1 Statoren 1 und 2, eine Antriebsspule 3, einen Rotor 4 mit wenigstens einem Dauermagneten, der umfangsseitig 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. Fliesst kein Strom durch die Spule 3, dann ist der Rotor 4 in einer stabilen Ruhelage gehalten, welche von der Mittellinie A-A¹ der Statoren 1, 2 einen Winkelabstand von pe⁰ 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 I¹., 3^!

D - 8 ΜΑηΑβΜ 81, CMimorttofea 81 Ulafon: (OBIIj & 38 20

und 5' des Rotors N-PoIe und die Pole 2', 4¹ und 6' S-PoIa 3Ind. Wird nun der Antriebsspule 3 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 <m Abstand von ^flj° 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 Stufenbewegungen.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 Pul 6^f des Rotors dreht dann in die magnetisch stabile Lage. Hat der ^pol 6' diese Lage erreicht und wird dann der durch die Spule hindurchgeschickte Strom abgestoppt, dann dreht der Pol 6' weiter in die statisch stabile Lage, was die Drehung des Ro_r tors um eine Stufe abschliesst. Danach wechselt der Strom In der Andrehspüle 3 seine Richtung, welcher Vorgang sich, gesteuert durch das Ausgangssignal eines Zeitstandard-Schwingers, wie eines Quarzsihwingers» wiederholt. Wird ein urrgekehrter Impuls aufgegeben, dann vermag der Rotor 4 in einer Richtung stufenweise weiterzudrehen.

Ein Stufenmotor der vorbeschriebenen, vorbekannt^en Ausführungs· form 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

H*mi User, PotantonwoU D - 8 MOnAw 81. Cotimostraft· 81 · Telefon: (QBlI) 48 38 20

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. Wird der Andrehspule j5 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;

(β. - β)

^To

) ( 1 - C0

wobei:

0. : Winkel zwischen der statisch stabilen Lage und dei· magnetisch stabilen Lage nach einer Stufe,

Θ_Α : Drehwinkel in einer Stufe oder Winkel zwischen ο

zwei aufeinanderfolgenden, statisch stabilen Lagen,
T₀ : Ausgangsdrehmoment,

τ *

1 : Laatdrehmoment,

J : Trägheit des Rotors.

Im Falle keiner Belastung findet gemäss der Kennlinie nach Fig. 4 eine Schwindung 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-

* I «lit

« I 1

t » 1 ·

OpIUb*. Hams Lmm. fatartmwolt D - 8 MQnAm 81. Cosimastiofe· 81 · T.lefoo: (081;) 48 38 20

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 des 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 AusführungBform 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 eingeschaltot bleiben, was erkennbar in einem grossen Stromverbrauch resultiert.

Die Ausführungsform gemäss Fig. 2 unters·eheidet 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 ist. Diesem Klinkenrad 16 zugeordnet ist eine Feder 17, welche eine Drehung der Welle

DipLb*. Heim Im*. Ptttantamwll D - 8 MOndiwi ST. CojimetttoJ· 81 · Telefon:. (0611) 48 38 20

des Rotors 14 in Gegenrichtung verhindert. Infolge dieser zusätzlichen Schalteinrichtung ist das Verhalten dieses Motors völlig unterschiedlich zu dem Verhalten des Motors gemäss Figur 1. Die 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 bereits in dem Bereich d der Rotor 4 nicht mehr in Schwingungen gehalten ist, und stetig um jeweils eine Stufe weitergedreht .werden kann. Die Ausführungsform gemäss Figur 2 erlaubt es daher, in irgendeinem der Bereiche c, d oder e eine Weiterschaltung vorzunehmen, so dass die Antriebsimpulsbreite in einem grossen Ausmass reduziert werden kann, was in einem verringerten Energieverbrauch resultiert.

Im Rahmen, einer Versuchs anordnung wurde gefunden, dass in der Ausführungsform gemäss Figur 1 die minimale Impulsbreite 45 msek beträgt und ein Stromverbrauch in der Grössenordnung von 15 /aW erforderlich ist. In der Ausführungsform gemäss Fipvi' 2 kann diese minimale Impulsbreite auf l8 msek und der Stromverbrauch auf 6 jttW reduziert werden* Ein gleiches Ergebnis lässt sich!<mit der erf indu igsgemässen Ausführungsform gemäss Fig_u 9 erzielen. In dieser Figur bezeichnet 28 ein Ritzel, da^ auf der Welle 25 des Rotors 24 festgelegt ist. Mit diesem Ritzel 28 steht ein Rad 30 in Zahneingriff, wel ches auf der Welle 33 des Sekundenrades festgelegt ist, die Bezugsziffer 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 Sekundenrades ist 10:1. Auf der Welle 33 des Sekundenrades ist ein Schaltrad 31 befestigt, welches in 60 Teile unterteilt ist

Dlpl.-lng. Htiivt UtMr. Potwitanwalt D - 8 MOndwn 81, Cotimastraft· 81 ■ Telefon :.{0β11) 48 38 20

und welchem eine Schaltfeder J52 zugeordnet ist. Die Bezugsziffer 34 bezeichnet schliesslich einen Umkehrimpulsgenerator und 35 einen Zeitstandard-Schwinger. Da nun bei dieser AusfUhrungsform das Rad 30 durch die Schalteinrichtung 31, geschaltet wird, wird die Schwingungsamplitude des Rotors 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 Schauoildes 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-Generators jede Sekunde wecheslt, kann der Sekundenzeiger in Zeitintervallen von einer Sekunde exakt drehen, wobei nur ein geringer Energieverbrauch stattfindet.

Claims

Dipl-ht«. Hein* Umr. Potaotanwolt D - 8 Mondän 81, Coiimortrofc· 81 · T«5*fons (0811) 48 38 30

Schutzanspruch

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 der stufenweisen Drehung des Rotors zugeordnet ist. .