DE2014512A1 - Antriebsschaltung zum Antrieb eines beweglichen Elements, insbesondere für Uhren - Google Patents

Description

Anmelder: Kabushiki Kaisha Hattori Tokeiten, 5-11, 4-chome, Ginza, Chuo-ku, T_qkjo_a

Japan

Antriebsschaltung zum Antrieb eines beweglichen Elements, insbesondere für Uhren

Die Erfindung betrifft eine Antriebsschaltung zum Antrieb eines beweglichen Elements, insbesondere einen mechanischen Vibrator oder einen Rotor eines Motors zur Verwendung als Bezugsvibrator für Uhren.

Es sind eine Reihe von Antriebsschaltungen zum Antrieb mechanischer

Vibratoren bekannt, z.B. von StimmgabeIn-und Unruhen, die als Bezugsvibratoren für Uhren dienen. Eine derartige bekannte Schaltung enthält einen instabilen Mehrfrequenzoszillator, wobei eine Spule als Last an den Oszillator angekoppelt ist, welche Abgriff- und Antriebsfunktionen kombiniert, und wobei ein Vibrator einen daran befestigten Magnet trägt. Die Spule wirkt zusammen mit dem Magnet als Umwandler. Der Oszillator wird durch ein elektrisches Signal geschaltet, das in der Spule durch die Bewegung des Vibrators induziert wird, wodurch der Vibrator angetrieben wird. Bei dieser bekannten Antriebsschaltung wird die Impulsbreite des Antriebsimpulses konstant gehalten und dem Vibrator kann anfänglich kein ausreichender Impuls zugeführt werden. Deshalb kann der Vibrator sich nicht selbständig erregen und muß durch eine äußere Kraft angetrieben werden .,Dieselben Überlegungen gelten für andere bekannte Antriebsschaltungen, bei denen ein Motor anstelle eines mechanischen Vibrators Verwendung findet. Auch hier kann der Motor nicht mit eigener Kraft anlaufen.

Durch die Erfindung soll dieser Nachteil bekannter Antriebsschaltungen vermieden werden, indem eine verbesserte Ausbildung der Antriebsschaltung erfolgt.

Eine Antriebsschaltung zum Antrieb eines beweglichen Elements 1st erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein minimaler Leistungsverbrauch während des

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stationären Betriebs erfolgt, während eine Antriebskraft synchron mit der Bewegung des beweglichen Elements erzielt wird, indem zwei Transistoren entgegengesetzter Polarität vorgesehen sind, eine mit dem beweglichen Element elektromagnetisch gekoppelte Spule, welcheÜie Abgriff- und die Antriebsfunktion übernimmt, und wobei ein Kondensator und Widerstände vorgesehen sind, so daß das bewegliche Element sich in Abhängigkeit von einem in der Spule induzierten.Signal in Bewegung setzen kann. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß ein minimaler Leistungsverbrauch während der stationären Bewegung des beweglichen Elements erforderlich ist. Ferner ist eine derartige Einrichtung verhältnismäßig einfach und kostensparend im Rahmen einer Massenproduktion herstellbar.

Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung enthält zwei Transistoren ent- W gegengesetzter Polarität, wobei der Kollektor des einen Transistors in Reihe zu der Basis

des anderen Transistors geschaltet· ist. Ein Vorspannungswiderstand ist zwischen die Basis des ersten Transistors und eine Spannungsquelle geschaltet. An den Emitter des ersten Transistors ist ein Widerstand angeschlossen. Die Emitter der Transistoren sind kapazitiv miteinander gekoppelt. Eine Spule ist elektromagnetisch mit dem beweglichen Element gekoppelt und hat die Funktion, das bewegliche Element anzutreiben und die Bewegung des beweglichen Elements abzugreifen. Die Spule ist mit dem Emitter des zweiten Transistors verbunden. Eine Gleichspcinnungsquelle ist so angeschlossen, daß sich eine Reihenschaltung mit den Widerständen, dem Kondensator und deY Spule ergibt. Deshalb hat der Antriebsimpuls, welcher dem beweglichen Element durch die Spule zugeführt wird, eine hinreichend große Breite während des An lauf Vorgangs, um das Element in Bewegung zu

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^F versetzen. Sobald sich das bewegliche Element in Bewegung befindet, greift die Spule

die Bewegung ab und das dadurch induzierte elektrische Signal wird der Basis-Emitter-Spannung überlagert, um die Transistoren umzuschalten. Sobald das bewegliche Element einen stationären Bewegungszustand erreicht, wird ein Antriebsstrom mit abnehmender Impulsbreite geliefert. Deshalb ist während der stationären Bewegung nur ein sehr kleiner Leistungsverbrauch erforderlich, während eine mit der Bewegung des beweglichen Antriebselements synchrone Antriebskraft erzielt wird.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen;

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Fig. 1 ein Schaltbild einer Antriebsschaltung gemäß der Erfindung; Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Umwandlers; Fig. 3A eine Wellenform, welche der Kondensatorspannung entspricht;

Fig. 3B eine Wellenform, welche der Basis-Emitter-Spannung des Transistors entspricht·

Fig. 3Ceine Wellenform, welche dem Stromverlauf durch die Spule entspricht;

Fig, 4 eine weitere Ausführungsform einer Antriebsschaltung gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer Antriebsschaltung gemäß der Erfindung; und

Fig. 6 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Antriebsschaltung gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Antriebsschaltung mit einer Unruhe als bewegliches Element. Die Unruhe 1 stellt zusammen mit einer Spule L einen Umwandler dar, welche Spule elektromagnetisch mit der Unruhe 1 gekoppelt ist und die Funktion des Abgriffs und des. Antriebs kombiniert. Die in Fig. 2 vergrößert dargestellte Unruhe 1 hat eine zentrale Welle 2, eine drehbar von der Welle getragene Scheibe 3, einen an der Oberseite der Scheibe 3 befestigten Magnet 4 und ein Gewicht 5 als Gegengewicht. Die ringförmige Spule L ist derart befestigt, daß bei einer Drehung der Scheibe 3 der Magnet 4 darunter hiridurchläuft. Die Spule L wandelt die elektrische Energie eines zugeführten Signals in eine mechanische Bewegung der Unruhe 1 um und greift gleichzeitig die mechanische Bewegung des Schwungrads 1 ab und wandelt diese in ein elektrisches Signal um. Deshalb dient sie sowohl als Antriebs- als auch Abgriffspule. Der Kollektor eines npn-Transistors Tr und die Basis eines pnp-Transistors Tr_ sind in Reihe geschaltet, und ein Widerstand R_ ist zwischen den Transistor Tr₁ und den positiven Pol einer Spannungsquelle E geschaltet, um den Transistor Tr, in der Durchlaßrichtung vorzuspannen. Der Emitter des Transistors Tr ist mit einem Widerstand R. verbunden. Zwischen den Emittern der beiden Transistoren Tr. und Tr„ ist ein Kondensator C vorgesehen, um die beiden Emitter kapazitiv zu koppeln. Die zum Abgriff und Antrieb dienende' Spule L ist mit dem Emitter des Transistors Tr~ verbunden. Der positive Pol der Spannungsquelle E, die Spule L, der Kondensator C, der Widerstand R₁ , der Schalter S und der negative Pol der Spannungsquelle E sind miteinander

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in einer Reihenschaltung verbunden. Der Kollektor des Transistors Tr„ ist mit dem Schalter S verbunden. Dies bedeutet die Ausbildung von insgesamt vier Schaltungskreisen: Ein Entladungskreis mit der Spannungsquelle E, der Spule L, dem Kondensator C , dem Widerstand R. und dem Schalter S; ein Enfladungskreis mit dem Kondensator C, dem Emitter urdder Basis des Transistors Tr„ und dem Kollektor und dem Emitter des Transistors Tr.; ein abzweigender Entladungskreis mit dem Kondensator C, dem Emitter und dem Kollektor des Transistors Tr„ und dem Widerstand R.; ferner ein Oszillatorkreis mit der Spannungsquelle E, der Spule L, dem Emitter und dem Kollektor des Transistors Tr. und mit dem Schalter S.

Im folgenden soll die Arbeitsweise der Antriebsschaltung in Verbindung mit den Wellenformen in Fig. 3 näher erläutert werden. Während sich die Unruhe I in Ruhe befindet, bleibt der Schalter S geschlossen. Die Basis und der Emitter des Transistors Tr sind in W Durchlaßrichtung vorgespannt, aber der Transistor Tr₁ bleibt abgeschaltet, weil der Kondensator C über dem Ladekreis aufgeladen ist.

In Fig ο 3A ist die Zeit t auf der Abszisse und die Spannung V_ . .,

^r Can dem Kondensator C auf der Ordinate aufgetragen. Über den Entladekreis wird der Kondensator entsprechend der Wellenform a- auf ein bestimmtes Niveau A. aufgeladen. In Fig. 3B ist die Zeit t auf der Abszisse und die Basis-Emitter-Spannung V_RF des Transistors Tr₁ auf der Ordinate aufgetragen. Während der Kondensator C aufgeladen wird, steigt die Spannung entsprechend der Wellenform b_ auf der Niveau B.. Der Transistor Tr. wird angeschaltet, wenn seine Basis-Emitter-Spannung den Wert B₁ erreicht-. Deshalb wird der Kondensator C nunmehr über den Entladekreis über die Schaltung entladen, welche den Emitter und die Basis des Transistors Tr₉, den Kollektor und den Emitter des Transistors Tr₉ und den Kondensator C enthält. Gleichzeitig wird der Transistor Tr» sofort angeschaltet und der Entladestrom von dem Kondensator C wird auch über dem Zweig abgeleitet, welcher den Emitter und den Kollektor des Transistors Tr₁₃, den Widerstand R und den Kondensator C enthält. Danach fällt die Kondensatorspannung entsprechend der Wellenform A₁ in Fig. 3A ab, und die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Tr₁ wird durch die abgezweigte Entladung auf einem Niveau B» (Fig. 3B) gehalten. Die Ladung des Kondensators C wird entsprechend einer Zeitkonstanten entladen, welche durch die Kapazität des Kondensators C, den Widerstand des Widerstands R₁ und die Widerstandskomponenten der Transistoren Tr und Tr_ bestimmt ist. Wenn die Spannung des Kondensators C auf den Wert A_? abfällt, wird

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der Transistor Tr abgeschaltet und der Transistor Tr 'wird ebenfalls sofort abgeschaltet. Solange der Transistor Tr leitend 1st, fließt ein großer Strom durch die Oszillatorschaltung, von der Spannungsquelle E und die Spule L und den Emitter und Kollektor des Transistors Tr„. In Fig. 3C ist die Zeit t auf der Abszisse und der Strom I , welcher durch die Spule L fließt, auf der Ordinate aufgetragen, so daß sich der dargestellte Strom e^ ergibt, der als Antriebsimpuls durch die Spule L fließt.

Wenn der Transistor Tr_ abgeschaltet wird, wird der Kondensator C wieder aufgeladen und der beschriebene Arbeitszyklus wiederholt, um eine astabile Oszillation durchzuführen.

Die Periode der astabilen Oszillation ist auf eine Frequenz eingestellt, die größer als die Eigenfrequenz des sich bewegenden Elements ist. Der Stromverlauf e_n des Antriebsimpulses ist auf einen Wert eingestellt, der eine ausreichende Antriebskraft zum Anstoßen des beweglichen Elements liefert.

Die Unruhe 1 wird durch den Impuls e angestoßen und in der Spule I wird eine Spannung induziert. Die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Tr₁ wird mit einer Wellenform b.. zugeführt,oder die Wellenform b. in Fig. 3B wird mit der induzierten Spannung überlagert. Wenn die Spannung B. erreicht wird, wird der Transistor Tr umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kondensator C entsprechend der Wellenform α auf eine Spannung A„ aufgeladen. Der Transistor Tr₁ wird durch die Basis-Emitter-Spannung B während in der beschriebenen Weise der Transistor Tr_ durch den Entladestrom eingeschaltet wird, welcher durch die Zeitkonstante des Kondensators C bestimmt ist, so daß der Kondensator G sich entlädt, wie durch die Wellenform α» dargestellt ist, und der Im-

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puls e fließt durch die Spule L, wodurch die Unruhe 1 angetrieben wird. Wenn der oben beschriebene Vorgang wiederholt wird und die Amplitude der Unruhe 1 allmählich erhöht wird, steigt auch die induzierte Spannung an und wird der Bqis-Emitter-Spannung überlagert, wodurch die Frequenz erhöht wird, durch welche der Transistor Tr^ umgeschaltet wird. Folglich werden die Lade- und Entladeintervalle des Kondensators C stufenweise erhöht. Die Impulsbreite des durch die Spule L während des leitenden Zustande des Transistors Tr~ fließenden Stroms wird stetig verringert. Wenn die Unruhe einen stationären Bewegungszustand mit einer konstanten Amplitude erreicht hat, sind die Stromimpulse ebenfalls stabile und stationäre Antriebsimpulse e mit einer bestimmten Impulsbreite. Deshalb

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führt die Unruhe ] stationäre Schwingungen durch.

Da der auf den Vibrator wirkende Stromimpuls e_n viel größer als der Stromimpuls e ist, welcher dann vorliegt, wenn der Vibrator seinen stationären Bewegungszustand erreicht hat, kann der Vibrator in Bewegung gesetzt werden, o,hne daß dazu eine äußere Kraft erforderlich ist. Sobald der stationäre Zustand erreicht ist, wird der Vibrator durch Stromimpulse e mit kleinerer Impulsbreite angetrieben, weshalb der Leistungsverbrauch auf ein Minimum reduziert werden kann. Ein anderes Merkmal ist darin zu sehen, daß der Vibrator mit einem Stromimpuls angetrieben wird, dessen Frequenz mit der Eigenfrequenz des Vibrators synchron ist.

Durch eine andere Anordnung der beiden Transistoren und durch eine Kopplung der Spannungsquelle mit den umgekehrten Polen ist es möglich, ein anderes Ausführungs- f beispiel der Erfindung zu erhalten. Die Arbeitsweise der resultierenden Antriebsschaltung

entspricht derjenigen der Schaltung in Fig. 1,

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Antriebsschaltung mit einem Umwandler, der anstelle der Unruhe 1 beim ersten Ausführungsbeispiel mit einem Schwingstab 16 versehen ist. Der Schwingstab 16 des Umwandlers ist am einen Ende befestigt und am freien Ende mit einem Magnetstab 17 auf der einen Seite und auf der anderen Seite mit einem Gewicht 18 versehen, welcher ein Gegengewicht für den Magnetstab darstellt. Eine ringförmige Spule L_1n ist in der Nähe des Bewegungsbereichs des Magnetstabs 17 angeordnet. In der dargestellten Antriebsschaltung ist ein Thermistor Rth_in zwischen den Kollektor des Transistors Tr... und den Emitter des Transistors Tr₁- eingeschaltet .Die Bezugszeichen E₁-, S_1n, R. j, C_1n und R₁- kennzeichnen entsprechende Teile wie in Fig. r Mit diesem Ausführungsbeispie] können die Temperatur-Charakteristiken der

Transistoren Tr₁₁ und Tr.„ verbessert werden.

Fig. 5 zeigt eine Antriebsschaltung mit einem Umwandler, bei dem das bewegliche Element ein Rotor 29 eines Motors ist. Der Rotor 29 ist eine Ferritscheibe an einer Welle 30 und hat zwei Paare positiver und negativer Nordpole und Südpole. Eine ringförmige Spule L_9n kombiniert die Abgriff- und Antriebsfunktionen und ist in einem geeigneten Abstand von den Polen an dem Rotor 29 befestigt. Ein Kondensator C„. ist zwischen die Basis und den Kollektor des Transistors Tr~. geschaltet. Die Symbole 21,

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4iO' ^Ε20' ^2O' ^20' ^^Γ22' ^R21 ^υΓΜ* ^R22 ^entsP^recnen ^^en betreffenden Teilen in Fig. 1 ,

Mit diesem Ausfuhrungsbeispiel kann das Schwingen des Transistors Tr., verhindert werden.

Fig. 6 zeigt eine Antriebsschaltung, in welcher ein Kondensator C^₁

öl

parallel zu einem Widerstand R_QO zwischen der Basis eines Transistors Tr„. und dem positiven Pol einer Spannungsquelle E__ geschaltet ist. Die Bezugszeichen 31, Lo_n/ Sq^, C„_n/, Tr „ und R . entsprechen betreffenden Teilen in Fig. I.

Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Antriebsimpulse vorteilhafterweise eine gewünschte Form erhalten.

Patentansprüche

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Claims (4)

1. 26. März 1970 Ε/ΑΧ Meine Akte: H-2544

   Patentansprüche

   ^! 1 ^Antriebsschaltung für ein bewegliches Element, insbesondere in Form von Bezugsvibratoren für Uhren, gekennzeichnet durch zwei Transistoren entgegengesetzter Polarität, wobei der Kollektor des einen Transistors in Reihenschaltung mit der Basis des anderen Transistors gekoppelt ist, durch einen zwischen die Basis des ersten Transistors und eine Spannungsquelle geschalteten Vorspannungswiderstand, durch einen mit dem Emitter des ersten Transistors verbundenen Widerstand, wobei die Emitter der Transistoren kapazitiv miteinander gekoppelt sind, durch eine elektromagnetisch mit dem beweglichen Element gekoppelte Spule, welche das bewegliche Element antreibt und dessen Bewegung abgreift, _k und die mit dem Emitter des zweiten Transistors verbunden ist, und durch eine Gleichspannungsquelle, die eine Reihenschaltung mit den Widerständen, dem Kondensator und der Spule bildet.
2. 2. Antriebsschaltung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß ein Thermistor zwischen den Kollektor des ersten Transistors und den Emitter des zweiten Transistors eingeschaltet ist.
3. 3. Antriebsschaltung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator zwischen den Kollektor und die Basis des ersten Transistors eingeschaltet ist.
4. 4. Antriebsschaltung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator parallel zu dem Vorspannungswiderstand zwischen der Basis des ersten Transistors und der Spannungsquelle angeschlossen ist.

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