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Procédé pour l'entretien d'une oscillation rotative mécanique et mouvement d'horlogerie pour la mise en aeuvre de ce procédé La présente invention. a pour objet un procédé pour l'entretien d'une oscillation rotative mécanique, par exemple du balancier d'une montre, au moyen d'énergie électrique, procédé dans lequel l'oscillation induit des impulsions de tension au moyen desquelles des impulsions de courant sont commandées dans un interrupteur électronique, de préférence un transistor,
ces impulsions de courant étant à leur tour appliquées pour entretenir l'oscillation rotative. Ce procédé est caractérisé en ce que, à chaque passage de l'oscillateur au moins approximativement par la position zéro, une impulsion de tension de commande est engendrée, impulsion qui engendre une impulsion de courant courte par rapport à une alternance de l'oscillation à chaque passage de l'oscillateur au moins approximativement par la position zéro,
des impulsions d'entraînement étant communiquées à l'oscillateur au moyen desdites impulsions de courant lors de chaque passage de l'oscillateur au moins approximativement par la position zéro.
L'invention se rapporte également à un mouvement d'horlogerie, notamment pour montres de poche ou montres-bracelets, dont le balancier est entraîné par une source électrique de courant continu selon le procédé susmentionné.
Ce mouvement d'horlogerie est caractérisé en ce que la bobine de commande et la bobine d'entraînement sont agencées de telle façon que des moyens magnétisables conjugués à ces bobines et reliés au balancier se trouvent dans une position symétrique par rapport aux bobines lors du passage du balancier au moins approximativement par la position zéro, position symétrique dans laquelle il ne se produit pas d'actions réciproques, c'est-à-dire pas de variations de champ magnétique et pas de forces,
entre les bobines et les moyens magnétisables, et en ce que l'impulsion de courant dans la bobine d'entraînement se produit chaque fois dans le voisinage immédiat de chaque passage des- dits moyens magnétisables par ladite position symétrique et communique au balancier pendant chaque période d'oscillation deux impulsions d'entraînement opposées et symétriques.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du mouvement d'horlogerie selon l'invention. On n'a représenté au dessin que ce qui est nécessaire à la compréhension de l'invention. Les fig. 1 et 3 sont des vues en perspective des deux formes d'exécution.
Les fig. 2 et 4 représentent le schéma de montage des deux formes d'exécution.
Les fig. 5 et 6 représentent des schémas de montage de deux autres formes d'exécution.
Le mouvement d'horlogerie représenté à la fig. 1 comprend un organe oscillant mécanique, formé par un balancier 1 dont l'axe 2 pivote, d'une part, dans la platine 3 et, d'autre part, dans un pont (coq) 4 fixé à la platine par une vis 5. Un spiral 6, de type usuel, est attaché par son extrémité intérieure à une virole 7 maintenue sur l'axe 2, tandis que son extrémité extérieure est fixée au pont 4 par l'intermédiaire d'un piton 8.
La serge du balancier 1 porte une pièce 9 ferromagnétique; pour faire la pièce 9, on peut employer, par exemple, les ferroxcubes,, les ferrites frittées, etc. Un plateau 10, calé sur l'axe 2, porte un aimant 11. Dans le voisinage du balancier 1 sont disposées deux
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bobines 12, 13 à noyau ferromagnétique, de telle façon que, lorsque le balancier 1 oscille, la pièce 9 passe librement dans l'entrefer de la bobine 12, et que l'aimant 11 passe librement dans l'entrefer de la bobine 13. Les deux bobines 12 et 13 sont fixées par rapport à la platine 3.
Les bobines 12 et 13 et les pièces 9 et 11 sont disposées de telle façon que, lorsque le balancier est dans sa position de repos, la pièce ferromagnétique 9 soit entièrement engagée dans l'entrefer de la bobine 12 et que l'aimant 11 pénètre entièrement dans l'entrefer de la bobine 13. C'est cette position qui est représentée au dessin.
La pièce d'horlogerie comprend en outre une source de courant continu 14, qui peut être une pile ou un accumulateur rechargé par le courant d'une cellule photovoltaïque exposée périodiquement aux rayons d'une source lumineuse, ainsi qu'un interrupteur électronique 15, formé dans le cas montré au dessin par un transistor.
La bobine 13 est insérée dans le circuit de commande de l'organe électronique: dans le schéma de la fig. 2, le circuit émetteur-base du transistor 15. La bobine 12 et la source de courant continu 14 sont insérées dans le circuit commandé de l'organe électronique: dans le schéma, le circuit collecteur- base du transistor 15.
Le fonctionnement est le suivant Lorsqu'on écarte le balancier 1 de sa position d'équilibre puis le lâche, l'aimant 11 induit, par son passage dans l'entrefer de la bobine 13, une tension alternative dans cette bobine 13. Cette tension est appliquée entre l'émetteur et la base du transistor 15.
Dans le transistor décrit à titre d'exemple, le courant du collecteur est fonction de la tension appliquée à ]!émetteur: le courant du collecteur est nul si la tension de l'émetteur est nulle ou positive par rapport à la base ; au contraire, le courant du collecteur est important si la tension de l'émetteur est négative par rapport à la base.
On voit immédiatement que si l'on applique entre l'émetteur et la base du transistor la tension alternative engendrée dans la bobine 13 par le passage de l'aimant 11, le courant collecteur-base sera nul lors de l'alternance positive et au contraire important lors de l'alternance négative. Le courant passant dans le circuit collecteur- base passe dans la bobine 12 et y produit un champ magnétique.
Le circuit électrique est établi de telle façon que la tension négative soit engendrée lorsque l'aimant 11 s'approche de la bobine 13. Pendant ce mouvement d'approche de l'aimant 11, le courant de collecteur dû à la tension négative de l'émetteur crée dans la bobine 12 un champ magnétique qui attire la pièce ferromagnétique 9 portée par le balancier I.
Comme l'aimant 11 et la pièce 9 entrent et sortent simultanément des entrefers de leurs bobines respectives, on voit que la tension induite par l'aimant 11 deviendra nulle au moment où le flux est maximum, puis deviendra positive lors de la diminution du flux, interrompant ainsi le courant du collec- teur et le champ magnétique agissant sur la pièce 9.
On calcule les différents éléments de cet ensemble de façon que l'impulsion donnée au balancier 1, par suite de l'attraction par la bobine 12 de la pièce 9 compense les pertes dues aux frottements et aux autres pertes éventuelles ainsi que l'énergie mécanique employée à faire avancer le rouage si l'avancement de ce rouage se fait mécaniquement. Si les éléments de cet ensemble sont bien calculés, les oscillations du balancier 1 sont entretenues.
Dans l'exemple choisi précédemment, la pièce 9 était ferromagnétique. On pourrait tout aussi bien la remplacer par un aimant, mais, dans ce cas, il faudrait modifier le circuit de façon que la bobine 13 donne une tension négative après le passage du maximum de flux et que la bobine 12 crée à ce moment un champ magnétique repoussant ledit aimant.
Selon une autre variante, on peut remplacer l'aimant 11 par une pièce ferromagnétique, mais, dans ce cas, l'armature de la bobine 13 devrait comprendre au moins un aimant permanent, de façon que le passage de la pièce ferromagnétique entre les pôles de l'armature de la bobine 13 engendre une variation du flux magnétique dans ladite bobine, cette variation engendrant à son tour une force électromotrice.
Le transistor a été choisi à dessein parce qu'il ne comporte pas de circuit de chauffage cathodique et que son emploi est particulièrement économique dans le cas envisagé. Cependant, tout autre organe électronique pourrait remplir le même rôle, à condition de tenir compte des tensions et sens des courants nécessaires au bon fonctionnement de ces autres. organes électroniques.
L'avancement du. rouage et des aiguilles de la pièce d'horlogerie décrite et représentée peut se faire mécaniquement par des moyens connus, par une ancre par exemple, mais l'entraînement le plus avantageux est obtenu en employant la tension alternative fournie par la bobine 13 ou les impulsions électriques fournies par le courant du collecteur pour alimenter un petit moteur électrique, soit synchrone, soit à impulsions, qui entraîne le rouage. Ce rouage (non représenté) est un rouage démultiplicateur normal, calculé d'après la cadence adoptée pour le balancier.
La pièce d'horlogerie représentée à la fig. 3 comprend les organes 1- 9 montrés, à la fig. 1.
La serge du balancier 1 porte un aimant permanent 9 constitué par une petite pièce aimantée. Les parties 10, 11 et 13 de la fig. 1 sont supprimées. Dans le voisinage du balancier 1 est disposé un seul noyau magnétisable, par exemple un noyau de fer doux 16, qui porte deux enroulements distincts 12 et 13 (fig. 4). Le noyau 16 est agencé de telle manière que, lorsque le balancier 1 oscille, l'aimant 9 passe librement dans l'entrefer du noyau 16, qui est fixe par rapport à la platine 3.
Le noyau 16 et l'aimant 9 sont disposés de telle façon que, lorsque le balancier 1 est dans sa position de repos, l'aimant 9 soit, par exemple, entièrement et symétriquement
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engagé dans l'entrefer du noyau 16. C'est cette position qui est représentée à la fig. 3.
La pièce d'horlogerie comprend en outre une source de courant continu 14 et un interrupteur électronique, formé dans le cas montré au dessin par un transistor 15.
La fig. 4 montre le schéma électrique de la pièce d'horlogerie représentée à la fig. 3. Le bobinage de commande 12 enroulé sur le noyau 16 est inséré dans le circuit de base du transistor 12. Le collecteur du transistor 15 est relié à une extrémité de l'enroulement 13 dont l'autre extrémité est reliée à l'une des bornes de la batterie 14.
Le rapport de transformation et le coefficient de couplage du transformateur formé par les enroulements 12 et 13 et par le noyau 16 sont choisis de telle manière que le montage représenté travaille à la façon d'un oscillateur de blocage. Le potentiel de repos de la base par rapport au potentiel de l'émetteur est cependant choisi de telle manière que l'oscillateur de blocage ne se mette pas en marche de lui- même et ne reste pas non plus en fonction sans une impulsion d'amorçage extérieure.
Cependant, si l'on écarte le balancier 1 de sa position de repos montrée à la fig. 3, puis le lâche, une tension est induite dans l'enroulement 12 lorsque l'aimant 9 se rapproche pour la première fois du noyau 16, cette tension ayant un sens tel que le transistor 15 devient conducteur. Le sens d'enroulement du bobinage 13 est choisi de telle manière que par suite de l'accroissement de courant se produisant dans ce bobinage, le flux magnétique dans le noyau 16 augmente dans le même sens que lors de l'approche précédente de l'aimant 9 par rapport audit noyau, de sorte que, par suite de l'augmentation du flux magnétique dans le bobinage 12,
une tension encore plus élevée est induite dans le même sens, cette tension produisant à son tour une augmentation de courant dans le circuit du collecteur, c'est-à-dire dans le bobinage 13. De la manière usuelle pour des oscillateurs, de blocage, cette augmentation de courant dans le circuit du collecteur continue jusqu'à la saturation du courant dans le transistor, de sorte que la tension induite dans le bobinage 12 et par suite aussi l'impulsion de courant dans le bobinage 13 tombent à zéro.
En résumé, l'oscillateur de blocage effectue une oscillation de relaxation unique apériodique à chaque impulsion de commande engendrée dans le bobinage 12 par le passage de l'aimant 9.
En dimensionnant de façon appropriée les bobinages 12 et 13 ainsi que le potentiel de repos de la base, l'application de l'impulsion de courant au transistor 15 et au bobinage 13 est retardée par rapport à l'impulsion de commande, de telle manière que cette impulsion de courant et l'aimantation ainsi produite du noyau 16 n'ont lieu que lorsque l'aimant 9 fixé au balancier 1 a déjà atteint au moins approximativement sa position de repos. Après avoir dépassé cette position moyenne, l'aimant 9 est maintenant repoussé loin du' noyau 16 par le flux magnétique régnant dans le noyau 16 et dans l'entrefer de ce dernier,
ce flux ayant maintenant seulement sa valeur accrue, et reçoit ainsi une impulsion d'entraînement qui suffit à l'entretien des oscillations du balancier 1. Lors du prochain passage de l'aimant 9, le même processus, se répète, de sorte que l'aimant 9 reçoit une impulsion d'entraînement après chaque passage à travers l'entrefer du noyau 16.
Le cas échéant, le circuit pourrait présenter un seul enroulement qui, par l'intermédiaire d'un circuit électrique approprié, livrerait les impulsions de commande et recevrait les impulsions d'entraînement.
Un premier montage de ce type est représenté sur la fig. 5. L'enroulement 17 unique est branché entre la batterie et la terre par l'intermédiaire du transistor 18 qui joue le rôle de l'interrupteur électronique. La tension de commande induite dans l'enroulement 17 est transmise par la capacité 19 à la base d'un second transistor 20 qui fournit le déphasage nécessaire de 180o pour débloquer, par l'intermédiaire de la connexion collecteur du transistor 20 base transistor 18, l'interrupteur 18. Celui-ci libère alors l'impulsion de courant d'entraînement dans l'enroulement 17.
Le même fonctionnement peut être obtenu par un seul transistor en utilisant un montage qui ne provoque pas un déphasage de 1800, par exemple en appliquant la tension de commande à la base d'un transistor et en récoltant l'impulsion de courant d'entraînement dans l'émetteur selon le montage de la fig. 6. L'enroulement 17 est de nouveau placé entre la batterie et la terre par l'intermédiaire du transistor 18. Deux capacités 21 et 22 en série relient l'émetteur à la base. Le point milieu des capacités est relié à la terre par la diode 23. Une résistance 24 relie la base à la batterie. Le fonctionnement est le suivant La tension de commande induite positive apparaît à l'émetteur du transistor 18.
La diode 23 empêche la base du transistor de devenir positive, ce qui provoque la conduction du transistor 18. En plus, la diode 23 a chargé le point milieu des capacités 21 et 22 négativement. Ces charges négatives vont assurer la conduction du transistor pendant la durée de l'impulsion de courant d'entraînement. L'impulsion d'entraînement cesse au moment où la pièce magnétisable se trouve disposée symétriquement dans l'entrefer de l'enroulement.
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Method for the maintenance of a mechanical rotary oscillation and clockwork movement for the implementation of this method The present invention. relates to a method for the maintenance of a mechanical rotary oscillation, for example of the balance of a watch, by means of electrical energy, method in which the oscillation induces voltage pulses by means of which current pulses are controlled in an electronic switch, preferably a transistor,
these current pulses being in turn applied to maintain the rotary oscillation. This method is characterized in that, at each passage of the oscillator at least approximately through the zero position, a control voltage pulse is generated, which pulse generates a short current pulse with respect to an alternation of the oscillation to each passage of the oscillator at least approximately through the zero position,
drive pulses being communicated to the oscillator by means of said current pulses on each passage of the oscillator at least approximately through the zero position.
The invention also relates to a timepiece movement, in particular for pocket watches or wristwatches, the balance of which is driven by an electrical source of direct current according to the aforementioned method.
This clockwork movement is characterized in that the control coil and the drive coil are arranged in such a way that magnetizable means combined with these coils and connected to the balance are in a position symmetrical with respect to the coils during the passage. of the balance at least approximately by the zero position, a symmetrical position in which no reciprocal actions occur, that is to say no variations in the magnetic field and no forces,
between the coils and the magnetizable means, and in that the current pulse in the drive coil occurs each time in the immediate vicinity of each passage of said magnetizable means through said symmetrical position and communicates to the balance during each period oscillation two opposite and symmetrical drive pulses.
The appended drawing represents, by way of example, two embodiments of the clockwork movement according to the invention. Only what is necessary for understanding the invention has been shown in the drawing. Figs. 1 and 3 are perspective views of the two embodiments.
Figs. 2 and 4 show the assembly diagram of the two embodiments.
Figs. 5 and 6 show assembly diagrams of two other embodiments.
The clockwork movement shown in FIG. 1 comprises a mechanical oscillating member, formed by a balance 1 whose axis 2 pivots, on the one hand, in the plate 3 and, on the other hand, in a bridge (cock) 4 fixed to the plate by a screw 5 A hairspring 6, of the usual type, is attached by its inner end to a ferrule 7 maintained on the axis 2, while its outer end is fixed to the bridge 4 by means of a stud 8.
The rim of the balance 1 carries a ferromagnetic part 9; to make part 9, one can use, for example, ferroxcubes, sintered ferrites, etc. A plate 10, wedged on the axis 2, carries a magnet 11. In the vicinity of the balance 1 are arranged two
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coils 12, 13 with a ferromagnetic core, so that, when the balance 1 oscillates, the part 9 passes freely in the air gap of the coil 12, and that the magnet 11 passes freely in the air gap of the coil 13. The two coils 12 and 13 are fixed relative to the plate 3.
The coils 12 and 13 and the parts 9 and 11 are arranged such that, when the balance is in its rest position, the ferromagnetic part 9 is fully engaged in the air gap of the coil 12 and that the magnet 11 penetrates entirely in the air gap of the coil 13. It is this position which is shown in the drawing.
The timepiece further comprises a direct current source 14, which may be a battery or an accumulator recharged by the current of a photovoltaic cell periodically exposed to the rays of a light source, as well as an electronic switch 15, formed in the case shown in the drawing by a transistor.
The coil 13 is inserted in the control circuit of the electronic device: in the diagram of fig. 2, the emitter-base circuit of transistor 15. The coil 12 and the direct current source 14 are inserted into the controlled circuit of the electronic organ: in the diagram, the collector-base circuit of transistor 15.
The operation is as follows: When the balance 1 is moved away from its equilibrium position and then released, the magnet 11 induces, by its passage through the air gap of the coil 13, an alternating voltage in this coil 13. This voltage is applied between the emitter and the base of transistor 15.
In the transistor described by way of example, the collector current is a function of the voltage applied to the emitter: the collector current is zero if the emitter voltage is zero or positive with respect to the base; on the contrary, the collector current is large if the emitter voltage is negative with respect to the base.
We immediately see that if we apply between the emitter and the base of the transistor the alternating voltage generated in the coil 13 by the passage of the magnet 11, the collector-base current will be zero during the positive half-wave and at contrary important during negative alternation. The current flowing in the collector-base circuit passes through the coil 12 and produces a magnetic field there.
The electrical circuit is established in such a way that the negative voltage is generated when the magnet 11 approaches the coil 13. During this movement of approach of the magnet 11, the collector current due to the negative voltage of l The emitter creates in the coil 12 a magnetic field which attracts the ferromagnetic part 9 carried by the balance I.
As the magnet 11 and the part 9 simultaneously enter and exit the air gaps of their respective coils, it is seen that the voltage induced by the magnet 11 will become zero when the flux is maximum, then will become positive when the flux decreases. , thus interrupting the collector current and the magnetic field acting on part 9.
The various elements of this set are calculated so that the impulse given to the balance 1, as a result of the attraction by the coil 12 of the part 9 compensates for the losses due to friction and other possible losses as well as the mechanical energy used to advance the cog if the advancement of this cog is done mechanically. If the elements of this set are calculated correctly, the oscillations of balance 1 are maintained.
In the example chosen above, part 9 was ferromagnetic. We could just as easily replace it with a magnet, but, in this case, it would be necessary to modify the circuit so that the coil 13 gives a negative voltage after the passage of the maximum of flux and that the coil 12 creates at this moment a field magnetic repelling said magnet.
According to another variant, the magnet 11 can be replaced by a ferromagnetic part, but, in this case, the armature of the coil 13 should include at least one permanent magnet, so that the passage of the ferromagnetic part between the poles of the armature of the coil 13 generates a variation in the magnetic flux in said coil, this variation in turn generating an electromotive force.
The transistor was chosen on purpose because it does not include a cathodic heating circuit and its use is particularly economical in the case considered. However, any other electronic device could fulfill the same role, provided that the voltages and direction of the currents necessary for the proper functioning of these others are taken into account. electronic organs.
The advancement of. cog and hands of the timepiece described and shown can be done mechanically by known means, for example by an anchor, but the most advantageous drive is obtained by using the alternating voltage supplied by the coil 13 or the pulses electrics supplied by the current from the collector to power a small electric motor, either synchronous or pulsed, which drives the cog. This gear (not shown) is a normal reduction gear, calculated according to the rate adopted for the balance.
The timepiece shown in FIG. 3 comprises the members 1-9 shown in FIG. 1.
The rim of the balance 1 carries a permanent magnet 9 formed by a small magnetized part. Parts 10, 11 and 13 of fig. 1 are deleted. In the vicinity of the balance 1 is disposed a single magnetizable core, for example a soft iron core 16, which carries two separate windings 12 and 13 (FIG. 4). The core 16 is arranged in such a way that, when the balance 1 oscillates, the magnet 9 passes freely in the air gap of the core 16, which is fixed relative to the plate 3.
The core 16 and the magnet 9 are arranged in such a way that, when the balance 1 is in its rest position, the magnet 9 is, for example, entirely and symmetrically
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engaged in the air gap of the core 16. It is this position which is shown in FIG. 3.
The timepiece further comprises a direct current source 14 and an electronic switch, formed in the case shown in the drawing by a transistor 15.
Fig. 4 shows the electrical diagram of the timepiece shown in FIG. 3. The control coil 12 wound on the core 16 is inserted into the base circuit of the transistor 12. The collector of the transistor 15 is connected to one end of the winding 13, the other end of which is connected to one of the. battery terminals 14.
The transformation ratio and the coupling coefficient of the transformer formed by the windings 12 and 13 and by the core 16 are chosen such that the assembly shown works in the manner of a blocking oscillator. The rest potential of the base with respect to the potential of the transmitter is, however, chosen in such a way that the blocking oscillator does not start up by itself and does not remain in operation without a pulse of external priming.
However, if the balance 1 is moved away from its rest position shown in FIG. 3, then loose, a voltage is induced in the winding 12 when the magnet 9 approaches the core 16 for the first time, this voltage having a meaning such that the transistor 15 becomes conductive. The winding direction of the winding 13 is chosen such that as a result of the increase in current occurring in this winding, the magnetic flux in the core 16 increases in the same direction as during the previous approach of the magnet 9 with respect to said core, so that, as a result of the increase in the magnetic flux in the coil 12,
an even higher voltage is induced in the same direction, this voltage in turn producing an increase in current in the circuit of the collector, that is to say in the coil 13. In the usual manner for oscillators, blocking , this increase in current in the circuit of the collector continues until the saturation of the current in the transistor, so that the voltage induced in the coil 12 and consequently also the current pulse in the coil 13 fall to zero.
In summary, the blocking oscillator performs a single aperiodic relaxation oscillation with each control pulse generated in the coil 12 by the passage of the magnet 9.
By appropriately sizing the coils 12 and 13 as well as the quiescent potential of the base, the application of the current pulse to transistor 15 and coil 13 is delayed relative to the control pulse, in such a way that this current pulse and the magnetization thus produced of the core 16 only take place when the magnet 9 fixed to the balance 1 has already reached at least approximately its rest position. After having passed this average position, the magnet 9 is now pushed away from the core 16 by the magnetic flux prevailing in the core 16 and in the air gap of the latter,
this flux now only having its increased value, and thus receives a drive pulse which is sufficient to maintain the oscillations of the balance 1. During the next passage of the magnet 9, the same process is repeated, so that the The magnet 9 receives a driving pulse after each passage through the air gap of the core 16.
Where appropriate, the circuit could have a single winding which, through a suitable electrical circuit, would deliver the control pulses and receive the drive pulses.
A first assembly of this type is shown in FIG. 5. The single winding 17 is connected between the battery and the earth through the transistor 18 which acts as the electronic switch. The control voltage induced in the winding 17 is transmitted by the capacitor 19 to the base of a second transistor 20 which provides the necessary phase shift of 180o to unblock, through the collector connection of the transistor 20 base transistor 18, switch 18. This then releases the drive current pulse in winding 17.
The same operation can be achieved by a single transistor using an arrangement that does not cause a phase shift of 1800, for example by applying the control voltage to the base of a transistor and collecting the drive current pulse in the transmitter according to the assembly of fig. 6. The winding 17 is again placed between the battery and the earth via the transistor 18. Two capacitors 21 and 22 in series connect the emitter to the base. The midpoint of the capacitors is connected to earth by diode 23. A resistor 24 connects the base to the battery. The operation is as follows.The positive induced control voltage appears at the emitter of transistor 18.
Diode 23 prevents the base of the transistor from turning positive, causing transistor 18. to conduction. Additionally, diode 23 has charged the midpoint of capacitors 21 and 22 negatively. These negative charges will ensure the conduction of the transistor for the duration of the drive current pulse. The drive pulse ceases when the magnetizable part is placed symmetrically in the air gap of the winding.