DE1073967B

DE1073967B - Arrangement for contactless electronic control of a time-keeping electrical device

Info

Publication number: DE1073967B
Application number: DENDAT1073967D
Authority: DE
Inventors: Johannes WiIhelmus Marie van Overbeek Eindhoven Adrianus (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Publication date: 1960-01-21

Description

Anordnung zur kontaktlosen elektronischen Steuerung eines zeithaltenden elektrischen Geräts Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur kontaktlosen elektronischen Steuerung eines zeithaltenden elektrischen Gerätes, insbesondere einer elektrischen Uhr, bei welcher ein und dieselbe Spule sowohl als Steuerspule wie als Antriebsspule dient.Arrangement for the contactless electronic control of a time-keeping electrical device The invention relates to an arrangement for contactless electronic control of a time-keeping electrical device, in particular an electric clock in which one and the same coil is used as a control coil how serves as a drive coil.

Eine bekannte Anordnung dieser Art besitzt eine im Felde eines Dauermagneten schwingfähige Spule, welche zwischen den Steuerelektroden von zwei Trioden geschaltet ist, wobei die Anoden und Gitter dieser Trioden über Widerstände miteinander kreuzweise gekoppelt sind, derart, daß die Schaltung zum Selbstschwingen neigt. Jede durch das Feld des Magneten in die Spule erzeugte Spannung wird deshalb durch eine der Trioden verstärkt und über- die Rückkopplungswiderstände der Spule in Phase zurückgeführt.A known arrangement of this type has one in the field of a permanent magnet oscillating coil, which is connected between the control electrodes of two triodes is, the anodes and grids of these triodes crosswise with one another via resistors are coupled in such a way that the circuit tends to self-oscillate. Each through The field of the magnet generated in the coil is therefore due to one of the voltage Triodes amplified and fed back in phase via the feedback resistors of the coil.

Zumindestens durch die Notwendigkeit von zwei elektronischen Trioden ist diese Schaltung sehr aufwendig, auch ist die für Uhren notwendige Bedingung kurzer, scharfer Antriebsimpulse in der Nullage des Schwingers nicht hinreichend erfüllt.At least because of the need for two electronic triodes this circuit is very complex, also is the necessary condition for clocks short, sharp drive pulses in the zero position of the oscillator are not sufficient Fulfills.

Eine andere bekannte Vorrichtung derselben Art besitzt einen im Felde eines Dauermagneten zum Schwingen angeordneten metallischen Körper, welcher mittels einer Antriebsspule und eines Anpassungstransformators mit einem Schwingungskreis eines Röhrenoszillators gekoppelt ist, dessen Schwingungsfrequenz ungefähr gleich der mechanischen Schwingungsfrequenz des Körpers ist, so daß die mechanischen Schwingungen dieses Körpers durch die elektrischen Schwingungen des Röhrenoszillators unterhalten werden und diese elektrischen Schwingungen auf die Frequenz der mechanischen Schwingungen des Körpers sozusagen synchronisiert werden. Eine solche Anordnung ist zumindestens für Kleinuhren unvorteilhaft, weil hier im Luftspalt des Magneten zwei Körper in Ebenen übereinanderliegen, so daß der Luftspalt sehr groß ist und dadurch die Streuverluste groß werden. Die bekannten Röhrenoszillatoren weisen im übrigen vielfach noch den Nachteil auf, daß sie im A-Betrieb arbeiten und somit stetig stromdurchflossen sind, so daß die Batterie immer Strom liefern muß, was für Kleinuhren unzuträglich ist.Another known device of the same type has one in the field a permanent magnet arranged to vibrate metallic body, which by means of a drive coil and a matching transformer with an oscillating circuit a tube oscillator is coupled, the oscillation frequency of which is approximately the same the mechanical vibration frequency of the body is so that the mechanical vibrations this body is entertained by the electrical oscillations of the tube oscillator and these electrical vibrations to the frequency of mechanical vibrations of the body are, so to speak, synchronized. Such an arrangement is at least disadvantageous for small watches because here two bodies in the air gap of the magnet Layers on top of each other, so that the air gap is very large and thus the scattering losses grow up. The known tube oscillators also often have the The disadvantage is that they work in A mode and are therefore constantly carrying current, so that the battery always has to supply power, which is unsuitable for small watches.

Die Erfindung setzt sich zum Ziel, eine sehr einfache Anordnung der vorstehend angegebenen Gattung anzugeben, welche jedoch im Gegensatz zu den bekannten-Anordnungen aus nur wenigen Teilen besteht und dank einer unmittelbaren elektrischen Kopplung zwischen der in bezug auf den Dauermagneten schwingenden Spule und dem Verstärker jedoch einen guten Nutzeffekt bei sehr kleinem Verbrauch an elektrischer Energie gewährleistet.The invention aims to provide a very simple arrangement of the Specify the genus specified above, which, however, in contrast to the known arrangements consists of only a few parts and thanks to a direct electrical coupling between the coil vibrating with respect to the permanent magnet and the amplifier however, a good efficiency with very little electrical energy consumption guaranteed.

Die Anordnung nach der Erfindung, die von der eingangs genannten Gattung ausgeht, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Spule mit einer einzigen Triode, vorzugsweise Transistor, und mit Kopplungsmitteln so zusammengeschaltet ist, daß durch die Relativbewegung eines Permanentmagneten und der Spule, vorzugsweise bei bewegten Magneten und feststehender Spule, ein kurzfristiger Steuerimpuls solcher Größe auslösbar ist, daß er den Schwellwert der Triode überschreitet und dadurch eine elektrische Rückkopplung über die Kopplungsmittel derart bewirkt, daß entweder ein verstärkter Rechteckimpuls oder ein Hüllkurvenimpuls mehrerer Wellenzüge eines elektrischen Schwingkreises auftritt, wobei in beiden Fällen der Impuls die gleiche Spule als Treibimpuls beeinflußt.The arrangement according to the invention, of the type mentioned goes out, is characterized in that the coil with a single triode, preferably Transistor, and is interconnected with coupling means that by the relative movement a permanent magnet and the coil, preferably with moving magnets and fixed ones Coil, a short-term control pulse of such size can be triggered that it exceeds the threshold value of the triode and thereby an electrical feedback via the coupling means so causes either an amplified square pulse or an envelope pulse several wave trains of an electrical oscillating circuit occurs, in both Cases the pulse affects the same coil as the drive pulse.

Hierdurch wird erreicht, daß mit einem Minimum an Raum- und Energiebedarf ein zuverlässiger Antrieb der Unruhe erfolgt. Der Schwellwert der Triode bewerkstelligt nämlich, daß nur während der Nulldurchgänge der Unruhe ein Stromimpuls der Batterie entnommen wird. Man kann ferner mit einer geringen Polstärke des Unruhmagneten und/oder mit einer geringen Windungszahl der Spule auskommen, weil der Strom, sobald der Schwellwert überschritten wird, infolge elektrischer Rückkopplung impulsartig anwächst.This achieves that with a minimum of space and energy requirements a reliable drive of the unrest takes place. The threshold of the triode brought about namely that only during the zero crossings of the unrest does a current pulse from the battery is removed. You can also use a low pole strength of the balance magnet and / or get by with a small number of turns of the coil, because the current as soon as the Threshold value is exceeded, grows impulsively as a result of electrical feedback.

Die Erfindung läßt sich besonders günstig in Verbindung mit einem Transistorverstärker verwirklichen. Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, die natürliche Eingangsspannungsschwelle eines Transistors in einem Verstärker auszunutzen, insbesondere auch in einem Verstärker zur Steuerung eines Uhrgangreglers, doch wird bei der vorgeschlagenen Anordnung nur die periodische Sperrung des Transistorverstärkers ausgenutzt, nicht aber eine regenerative Kopplung auf die gleiche Spule, wodurch die Schwingungsbewegung ohne erheblichen Schaltungsmehraufwand mit gutem Nutzeffekt aufrechterhalten ist.The invention can be particularly advantageous in connection with a Realize transistor amplifiers. It has already been suggested that natural input voltage threshold of a transistor in one Exploit amplifier, especially in an amplifier for controlling a Clock regulator, but in the proposed arrangement only the periodic Blocking of the transistor amplifier used, but not a regenerative coupling on the same bobbin, creating the oscillatory movement without significant additional circuitry is maintained with good efficiency.

Es sei ferner erwähnt, daß Zeitgeber nach Art eines elektronischen Multivibrators an sich bekannt sind. Die dadurch erforderlichen Verstärkerelemente entnehmen aber kontinuierlich Strom von der Speisequelle. Auch wird bei der bekannten Anordnung die Kopplung nicht durch den Unruhmagneten selbst ausgelöst. Dies bietet aber bei der Erfindung die Möglichkeit, den Antriebsimpuls genau oder nahezu genau während des Nulldurchganges der Unruh auszulösen.It should also be mentioned that timer in the manner of an electronic Multivibrators are known per se. The amplifier elements required as a result but continuously draw electricity from the supply source. Also used in the well-known Arrangement, the coupling is not triggered by the balance magnet itself. This offers but with the invention the possibility of the drive pulse exactly or almost exactly to trigger the balance wheel during the zero crossing.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung; Fig. 2 ist die Draufsicht eines Einzelteiles von Fig. 1; Fig. 3 und 4 zeigen zwei Schaltungen der Univibratorart zur Verwendung in einer Anordnung nach Fig. 1; Fig. 5 ist eine Kurve zur Erläuterung der Fig. 3 und 4; Fig. 6 und 7 zeigen zwei Schaltungen der Sinusoszillatorart zur Verwendung in einer Anordnung nach Fig. 1.Fig. 1 shows an embodiment according to the invention; Fig. 2 is the plan view of an individual part of FIG. 1; Figs. 3 and 4 show two circuits of the univibrator type for use in an arrangement of Figure 1; Fig. 5 is a Curve for explaining FIGS. 3 and 4; 6 and 7 show two circuits of the Type of sine wave oscillator for use in an arrangement according to FIG. 1.

Die Anordnung nach Fig. 1 besitzt einen scheibenförmigen Dauermagneten 1, der mit einer Feder 2 ein um eine Welle 3 schwingendes System bildet. Der Dauermagnet 1 ist z. B. in Axialrichtung magnetisiert, wobei auf die in Fig. 2 dargestellte Weise die Magnetisierung an der Stelle 4 plötzlich in der Richtung umkehrt und z. B. Polflächen N und S der durch die gestrichelten Linien in Fig. 2 begrenzten Gestalt entstehen. Bewegt sich die Stelle 4 durch die Schenkel 5 eines weichmagnetischen Kernes 6 einer Spule 7, so wird eine Flußänderung im Kern 6 und folglich ein Spannungsimpuls in der Spule 7 erzeugt, die nach erfolgter Verstärkung der gleichen Spule 7 als Antriebssystem zum Aufrechterhalten der schwingenden Bewegung zugeführt wird.The arrangement according to FIG. 1 has a disk-shaped permanent magnet 1 which, with a spring 2, forms a system which oscillates around a shaft 3. The permanent magnet 1 is z. B. magnetized in the axial direction, in the manner shown in Fig. 2, the magnetization at point 4 suddenly reverses in the direction and z. B. pole faces N and S of the shape delimited by the dashed lines in FIG. 2 arise. If the point 4 moves through the legs 5 of a soft magnetic core 6 of a coil 7, a change in flux is generated in the core 6 and consequently a voltage pulse in the coil 7, which after amplification is fed to the same coil 7 as a drive system to maintain the oscillating movement will.

Dazu ist ein normalerweise gesperrter Verstärker derart mit der Spule 7 verbunden, daß er erst beim Auftreten der erwähnten Spannungsimpulse geöffnet wird und dann durch Kopplungsmittel der verstärkte Stromimpuls im Kollektorkreis auf die Spule 7 zurückwirkt. Während in der Fig. 1 dies nur rein schematisch durch den Teil 8 angedeutet ist, sind in den Figuren 3 und 4 zwei Beispiele solcher Schaltungen der monostabilen Kipp- oder Univibratorart dargestellt. Die schematisch dargestellte Spule 7 liegt hier im Emitter-Basis-Kreis eines Transistors 10, der durch einen Kollektor-Basis-Rückkopplungstransformator 11 so stark rückgekoppelt ist, daß bei Auftreten eines kurzzeitigen Spannungsimpulses mit richtigem Vorzeichen an der Spule 7 der Transistor 10 kurzzeitig leitend wird und dann einen impulsförmigen Kollektorstrom entstehen läßt, der aber nach Ablauf des Impulses an der Spule 7 wieder in seinen praktisch urileitenden Zustand zurückkehrt. Dieser verstärkte Impuls wirkt über die Kopplung auf die Spule 7 als Antriebsimpuls zurück. Gegebenenfalls kann im Kollektorkreis eine zusätzliche Spule 17 zum Antrieb des Zeigerwerks eingeschaltet werden, wenn man den Zeigerwerksantrieb zur Erzielung einer möglichst freien Unruhschwingung nicht an der Unruh selbst ableiten will.To do this, a normally blocked amplifier is connected to the coil 7 connected that it only opens when the aforementioned voltage pulses occur and then through coupling means the amplified current pulse in the collector circuit acts back on the coil 7. While in FIG. 1, this is only done schematically the part 8 is indicated, are in Figures 3 and 4 two examples of such circuits the monostable tilting or univibrator type shown. The one shown schematically Coil 7 is here in the emitter-base circuit of a transistor 10, which is through a Collector-base feedback transformer 11 is so strongly fed back that at Occurrence of a brief voltage pulse with the correct sign on the coil 7 the transistor 10 is briefly conductive and then a pulse-shaped collector current can arise, but after the pulse on the coil 7 again in his practically urilonducting state returns. This intensified impulse is over-working the coupling back to the coil 7 as a drive pulse. If necessary, in the collector circuit an additional coil 17 to drive the pointer mechanism can be switched on when the pointer mechanism drive to achieve the most free balance oscillation possible does not want to derive from the balance itself.

Bei diesen Schaltungen macht man einen günstigen Gebrauch von der Eigenschaft der Transistoren, daß die Kennlinie (s. Fig. 5), die den Basisstrom Ib als Funktion der Basisspannung Vb darstellt, bei Abwesenheit einer Emitter-Basis-Vorspannungsquelle bereits von Natur eine gewisse Schwellenspannung V0 aufweist, die bewirkt, daß der Transistor 10 erst bei einer die Schwellenspannung V0 überschreitenden Spannung an der Spule 7 eine hinreichend große Verstärkung zum Durchführen einer regenerativen Rückkopplung besitzt.In these circuits one makes a favorable use of the Property of the transistors that the characteristic curve (see Fig. 5), which the base current Ib as a function of base voltage Vb in the absence of an emitter-base bias source already has a certain threshold voltage V0 by nature, which causes the Transistor 10 only when the voltage exceeds the threshold voltage V0 at the coil 7 a sufficiently large gain to carry out a regenerative Has feedback.

Bei den Schaltungen nach den Figuren 6 und 7 liegt die Spule 7 selbst in an sich bekannten Oszillatorschaltungen, wobei die Kapazität 16 mit der Spule 7 die Frequenz der während des induzierten Spannungsimpulses an der Spule 7 erzeugten Schwingungen bedingt. Infolge dieser Schwingungen fließt im Kollektor-Basis-Kreis, also durch die gleiche Spule 7, als Hüllkurvenimpuls mehrerer Wellenzüge ein mittlerer Kollektorstromimpuls, der wesentlich größer als und gleichförmig mit dem ursprünglichen an der Spule 7 erzeugten Impuls ist. Die Dämpfung des Kreises muß dabei so groß und die Spannungsquelle 12 so klein sein, daß nach dem Ablauf des Spannungsimpulses an der Spule 7 die Schwingung sofort gelöscht wird, was darauf hinausgeht, daß während der Zeit, in der der Transistor von den Spannungsimpulsen entsperrt wird, die Amplitude der erzeugten verstärkten Spannungen noch so gering bleibt, daß der Transistor in den Intervallen zwischen den erwähnten Spannungsimpulsen nicht zum Selbstschwingen kommen kann. Die zusätzliche Spule 17 kann hier ebenfalls im Bedarfsfall z. B. zum Antrieb eines Zeigersystems für die Zeitanzeige dienen.In the circuits according to FIGS. 6 and 7, the coil 7 itself is located in oscillator circuits known per se, the capacitance 16 with the coil 7 the frequency of the generated on the coil 7 during the induced voltage pulse Due to vibrations. As a result of these oscillations flows in the collector-base circle, so by the same coil 7, as an envelope pulse of several wave trains a middle one Collector current pulse which is much larger than and uniform with the original on the coil 7 generated pulse. The attenuation of the circle must be so great and the voltage source 12 be so small that after the expiry of the voltage pulse at the coil 7 the oscillation is immediately canceled, which means that during the time in which the transistor is unlocked by the voltage pulses, the amplitude of the generated amplified voltages remains so low that the transistor in the intervals between the mentioned voltage pulses not to self-oscillate can come. The additional coil 17 can also be used here if necessary, for. B. to Serve drive of a pointer system for the time display.

An Stelle der dargestellten Transistorverstärkerelemente können auch Röhrenverstärker benutzt werden, die durch eine Gittervorspannungsquelle normalerweise gesperrt sind. Auch können andere Halbleitersysteme Anwendung finden. Ferner könnte man die Spule 7 die schwingende Bewegung ausführen. lassen und den Dauermagneten 1 fest anordnen, obzwar dies vielfach zu verwickelteren Bauarten führen würde.Instead of the illustrated transistor amplifier elements can also Tube amplifiers are used by a grid bias source normally are locked. Other semiconductor systems can also be used. Furthermore could you run the coil 7 the oscillating movement. let and the permanent magnet 1 firmly, although this would often lead to more complex designs.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement for contactless electronic control of a time-keeping electrical device; in particular an electric clock in which one and the same coil serves both as a control coil and as a drive coil, characterized in that the coil (7) is interconnected with a single triode, preferably transistor (10), and with coupling means so that the relative movement a permanent magnet (1) and the coil (7), preferably when the magnet (1) is moving and the coil (7) is stationary, a short-term control pulse of such magnitude can be triggered that it exceeds the threshold value of the triode (10) and thereby creates an electrical feedback causes the coupling means in such a way that either an amplified square pulse or an envelope pulse of several wave trains of an electrical oscillating circuit occurs, the pulse influencing the same coil (7) as a driving pulse in both cases.

2. Arrangement according to claim 1, with a fixed coil, characterized in that the Kitchen sink (7) is provided with a U-shaped core (6), through whose air gap a balance magnet (1) is oscillatable, which is axially polarized, in such a way that in the zero position of the system, a separation zone (4) between NS magnets and an SN magnet is located in located in the middle of the air gap.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the coil (7) simultaneously serving as a control or driving coil in the base-emitter circuit of a transistor (10) and a transformer (11) as Coupling means is provided, one winding in the collector circuit and one of which other winding, preferably with a capacitor connected in parallel, in the base-emitter circuit lies.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that a capacitor, with a resistor connected in parallel, in series with the secondary winding of the Transformer (11) and the control and drive coil (7) is located.

5. Arrangement according to claim 1, characterized in that the control and drive coil (7) itself forms part of a resonant circuit which is in the base-collector circuit, and that an inductive or capacitive tapping of this resonant circuit in the emitter-base circuit lies. Documents considered: French Patent Specification No. 945197; British Patent No. 601712; U.S. Patent No. 2574136; Annales françaises de Chronometrie, "Excerpt" from November 1953, pp. 117 to 124.