DE1811389U - PENDULUM GENERATOR FOR CHARGING POWER SOURCES IN SMALL ELECTRIC CLOCKS. - Google Patents

Description

Gebrüder Junghans A. ( renfabriicen Schramberg/Württ. Schwungpendelgentrator: tür die Aufladung von Stromquellen in elektrischen Kleinuhren. Junghans A. brothers (renfabriicen Schramberg / Württ. Swing pendulum centrator: for charging Power sources in small electric watches.

Es sind elektrisch betriebene Armbanduhren bekannt, die als Stromquelle einen Akkumulator und für dessen Aufladung einen elektrischen Generator enthalten. Der Antrieb des Generators erfolgt dabei über ein bei mechanischen Armbanduhren bekanntes Schwungpendel. Der Wirkungsgrad derartiger Schwungpendel-Generatoren ist jedoch sehr gering. Bei einer bekannten Ausführung sind die Erreger- magnet das Generators direkt auf dem Sohwungpendel be- festigt, weshalb der Generator infolge der verhältnismäßig geringen Relativgeschwindigkeit der Magneten gegenüber denInduktionsspulen eine nur verhältNissäßig geringe Spannung liefert. Der Wirkungsgrad einer Ladeeinrichtung ist aber umo größer, je größer die vom Generator gelieferte Spannung gegenüber der Spannung der Stromquelle ist. Um eine höhere Spannung zu erzeugen, kann zwar die Windungszahl der Induktionsspulen erhöht werden ? jedoch erhöht sich dadurch der Innenwiderstand des Generators beträchtlich, wenn die Generatorabmessungen gleich bleiben Sollen. Dadurch wird die Anpassung des Generator-Innenwiderstandes an den ladekreis der Stromquelle und damit auch der Wirkungsgrad dar Einrichtung verschlechtert. Bei einer weiterhin bekannten Ausführung enthält der Generator eine Induktionsspule mit Eisenkern und einen Permanent-Magneten.Electrically operated wristwatches are known which contain an accumulator as a power source and an electric generator for charging it. The generator is driven by a pendulum known from mechanical wristwatches. However, the efficiency of such swing pendulum generators is very low. In a known design, the exciter magnet load the generator directly on the Sohwung pendulum strengthens, which is why the generator compared to the relatively low relative speed of the magnets the induction coils only slightly Voltage supplies. The efficiency of a charging device however, the greater the voltage supplied by the generator is compared to the voltage of the power source. In order to generate a higher voltage, can the number of turns of the induction coils be increased? however, this increases the internal resistance of the generator considerably if the generator dimensions are to remain the same. As a result, the adaptation of the generator's internal resistance to the charging circuit of the power source and thus also the efficiency of the device is impaired. In a further known embodiment, the generator contains an induction coil with an iron core and a permanent magnet.

Dabei wird der Induktionsfluß durch die Induktionsspule mit Hilfe eines vom Schwungpendel angetriebenen Weicheisen-Polschuhe verändert. Für die Bewegung des Rotors dieses Generatorstat jedoch eine verhältnismäßig große Kraft erforderlich,da die magnetischen Kräfte zwischen dem fest- stehenden Magneten und dem drehbaren Weicheisen-Polschuh überwunden werden müssen. Außerdem treten in dem Weicheisen-Polschuh etwa proportional seiner Drehzahl Ummagnetisierunge-und Wirbelstromverluste aut, die den Wirkungen grad des Generators herabsetzen.The induction flux through the induction coil is changed with the aid of a soft iron pole piece driven by the pendulum. For the movement of the rotor this Generator act, however, a relatively large force required because the magnetic forces between the fixed standing magnets and the rotatable soft iron pole piece must be overcome. In addition, magnetic reversal and eddy current losses occur in the soft iron pole piece approximately proportionally to its speed, which reduce the effects of the generator.

Die Neuerung bezweckt die Schaffung eines Schwungpendel-Generators für die Aufladung von Stromquellen in tragbaren elektrischen Kleinuhren, vorzugsweise Armband- uhren, bei dem die beschriebenen Nachteile vermieden sind. Die Neuerung kennzeichnet sich dadurch, daß der Generator einen ein etreuarmee Permanent-Magnetsystem tra- genden Rotor enthält. der mit dem Sohwungpendel durch ein Ubersetzungsgetr1ebe verbunden 1at. und daß die vom Mag- netaystembeeinflußte feststehende Generatorwioklung eisen- losausgeführt ist. Dureh die Verwendung eine$ streuarmen Permanent-Magnetsysteme wird eine hohe Kraftliniendiohte erzeugt, und durch den Antrieb des vom Schwungpendel ge- trennen Rotors über ein Übersetzungsgetriebe wird eine hohe Änderungegesohwindigkeit des die Induktionsspule durchsetzenden Magnetflusses erreichte so daß die Erzeu- gung einer verhältnismäßig hohen Spannung bei Verhältnis" mäßig geringem Innen-Widerstand des generators ermöglicht wird. Durch die Verwendung einer eisenlosen Generatorwioklung wird außerdem die für die Bewegung des Rotors erforderliehe Kraft klein gehalten. Der Wirkungsgrad des Generotors wird dadurch verhältnismäßig groß, so daß seine Abmessungen klein gehalten werden können. Die Neuerung ist im Folgenden an den in der weich- nungdargestellten Austführungabeispielen näher erläuterte Eszeigen, Fig. 1 und 2 den Aufbau des Generators, Fig., und 4 verschiedene Anordnungen des Genera- tors innerhalb der Uhr, Fig. 5 eine Anordnung, bei der das Schwungpendel in der Mittelachse der Uhr gelagert ist, währendder Generator parallelacheig dem hyghaa$ angeordnet ist, Tmd Fig. 6 eine Anordnung, bei der das ôchwungpendel. der Generator und die Batterie gleiohachsig angeordnetsind. Der Rotor den Generators enthält die Permanentmag- neten 10 bis 15s die an den Weieheiaenscheiben 16a und 16b befestigtsind. Die Weicheinenecheiben 16a und 16b sind auf der Welle 17 befestigt, die von dem (nicht ge8<8ichn'-<- ten) Sohwumgpendel angetrieben wird. An der Weicheisen- scheibe 46a sind die Magneten 10a bis 15a und an der Weich- eisenacheibe 16b die Magneten 10b bis 15b befestigt. Die einzelnen Magneten liegen einander gegenüber und sind in gleicher Richtung magnetisiert. Sie bilden einen Luft- spalt, in dem die Induktionsspulen 18 bis 20 angeordnet sind. In der Zeichnung sind die Spulen 18 bis 20 mit ande- rer Teilung als die Magnetpaare 10 bis 15 angeordnet, 80 daß in den Spulen 11, 13, 15 und den Spulen 10, 12, 14 gegeneinander phanenverschobene Spannungen erzeugt werden, wodurch eine gleichmäßige Belastung den Generators er- folgt. Die Spulen 18-20 können aber auch die gleiche Teilung wie die Magnetpaare 10 bis 15 aufweisen, so daß in ihnen allen gleichphasige Spannungen erzeugt werden.The aim of the innovation is to create a swing pendulum generator for charging power sources in small portable electric watches, preferably wrist watches watches in which the disadvantages described are avoided. The innovation is characterized by the fact that the generator carries a loyal permanent magnet system. lowing rotor contains. the one with the Sohwung pendulum Transmission gear connected 1at. and that the Mag- netaystem-influenced fixed generator winding iron is loose. By using a spreader Permanent magnet systems will have a high force line diameter generated, and by the drive of the swing pendulum separate rotor via a transmission gear becomes a high change speed of the induction coil penetrating magnetic flux reached so that the production a relatively high voltage at ratio " moderately low internal resistance of the generator is made possible. By using an ironless generator winding, the force required to move the rotor is also kept small. The efficiency of the generator is relatively high, so that its dimensions can be kept small. The innovation is in the following on the in the soft- Ausführungabebeispielen illustrated in more detail Show it, Fig. 1 and 2 the structure of the generator, Fig., And 4 different arrangements of the genera- tors within the clock, Fig. 5 shows an arrangement in which the swing pendulum is mounted in the central axis of the clock, while the generator parallels the hyghaa $ is arranged, Tmd 6 shows an arrangement in which the swing pendulum. the generator and the battery have the same axis are arranged. The rotor of the generator contains the permanent magnet For 10 to 15 seconds the ones on the panes 16a and 16b are attached. The soft line disks 16a and 16b are attached to the shaft 17, which is supported by the (not ge8 <8ichn '- <- ten) Sohwumgpendel is driven. On the soft iron disc 46a are the magnets 10a to 15a and on the soft iron washer 16b fastened the magnets 10b to 15b. the individual magnets are opposite each other and are in magnetized in the same direction. They form an aerial gap in which the induction coils 18 to 20 are arranged are. In the drawing, the coils 18 to 20 are shown with other rer pitch than the magnet pairs 10 to 15 arranged, 80 that in the coils 11, 13, 15 and the coils 10, 12, 14 phase-shifted voltages are generated, whereby an even load on the generator follows. The coils 18-20 can, however, also be the same Have pitch like the magnet pairs 10 to 15, so that in-phase voltages are generated in all of them.

Die Kraftlinien treten aus den Magneten direkt ohne Verwendung von Polschuhen aus und durchsetzen die Spulen 18 bis 20, wodurch die magnetische Streuung klein gehalten wird. Außerhalb des Luftspaltes wird der magnetische Krattlinienweg durch die Weicheisenscheiben 16a und 16b geschlossen. Die einzelnen Magneten sind mit wechselnder Polarität auf den Weicheisenscheiben 16a und 16b angeordnet. Durch diesen besonderen Aufbau des Rotor. wird eine Luftspaltinduktion von mehreren tausend Gauss erreicht, die wesentlich zu dem hohen Wirkungsgrad des Generators beiträgt.The lines of force emerge from the magnets directly without the use of pole pieces and pass through the coils 18 to 20, as a result of which the magnetic scatter is kept small. Outside the air gap, the magnetic Krattlinienweg through the soft iron disks 16a and 16b closed. The individual magnets are changing Polarity arranged on the soft iron washers 16a and 16b. Due to this special structure of the rotor. an air gap induction of several thousand Gauss is achieved, which contributes significantly to the high efficiency of the generator.

Auf der welle 17 ist ein nicht dargestelltes Ritzel befestigt, das mit dem hier ebenfalls nicht dargestellten Schwungpendel in Eingriff steht. Die Induktionsspulen 18 bis 20 können beispielsweise als runde Soheibenspulen ausgebildet sein. Sie kennen parallel oder hintereinander oder auch in Gruppen geschaltet sein. Die Schaltung hängt lediglich von der Bemessung der Einzelspulen und von der elektrischen Anpassung ab, Figur'zeigt die Anordnung des Schwungpendelgenerators innerhalb eines Armbanduhrwerkes 21. 22 ist der elektrisch angetriebene Gangregler, der von dem Generator 23 soweit wie möglich entfernt angeordnet ist. On the shaft 17, a pinion, not shown, is attached is in engagement with the swing pendulum, also not shown here. the Induction coils 18 to 20 can, for example, be designed as round solenoid coils be. You know in parallel or one after the other or in groups be switched. The circuit only depends on the dimensioning of the individual coils and from the electrical adjustment, Figure 'shows the arrangement of the swing pendulum generator inside a wrist watch movement 21. 22 is the electrically driven regulator, which is arranged as far away from the generator 23 as possible.

24 ist der Akkumulator, der durch den Generator 23 aufgeladen werden soll. Das Schwungpendel ist mit 25 beeichnet. Auf seiner Welle ist ein Zahnrad 26 befestigt, das mit einem Zahakrades DoppelzahNrades 27 in Ein- griff steht. Der zweite Zahnkranz des Doppelzahnrades 27 steht mit dem auf der Welle 17 des Generators befestigten Ritzel 28 in Eingriff. Die Drehzahl des Rotors des Generators 23 wird dadurch gegenüber der Drehzahl des Sohwungpendels beträchtlich heraufgesetzt. Das Sohwung- pendel 25 ist etwa so ausgeführt, wie es bei den sich selbst aufzeihenden mechanischen Armbanduhren bekannt ist. Die in Figur 3 gezeigte Anordnung eignet sich besonders für flache Uhren. Der Generator und der Gangregler sind soweit wie möglich voneinander entfernt angeordnet, um eine ausreichende Entkopplung der beiden Magnetsysteme zu erzielen. Der Generator und der Gangregler können aber auch durch eine magnetische Abschirmwand voneinander getrennt sein.24 is the accumulator which is to be charged by the generator 23. The swing pendulum is 25. A gear 26 is attached to its shaft, which with a toothed wheel double toothed wheel 27 in one handle stands. The second ring gear of the double gear wheel 27 meshes with the pinion 28 fastened on the shaft 17 of the generator. The speed of the rotor of the generator 23 is compared to the speed of the Sohwung pendulum increased considerably. The Sohwung Pendulum 25 is designed roughly as it is known from the self-winding mechanical wristwatches. The arrangement shown in Figure 3 is particularly suitable for flat watches. The generator and the regulator are arranged as far away from each other as possible in order to achieve sufficient decoupling of the two magnet systems. The generator and the regulator can, however, also be separated from one another by a magnetic shielding wall.

Figur 4 zeigt eine Anordnung des Generators innerhalb eines Uhrwerkes 31, die im wesentlichen derjenigen nach Figur 3 entspricht. 32 ist der Gangregler und 33 der Rotor des Generators, auf dessen Welle das Schwngpndl 35 drehbar gelagert ist. Das Schwungpen- del 35 ist glockenförmig ausgebildet tmd übergreift das Zahnrad 36 und den oberen Teil des Generators 33. Mit dem Zahnrad 36 steht das Doppolzahnrad 37 lxi Ein- griff, das die Wella dee otors antreibt. 34 ist der denGangregler 32 speisende Akkumulator. FIG. 4 shows an arrangement of the generator within a clockwork 31 which essentially corresponds to that according to FIG. 32 is the regulator and 33 is the rotor of the generator, on whose shaft the Schwngpndl 35 is rotatably mounted. The swing del 35 is bell-shaped tmd overlaps the gear 36 and the upper part of the generator 33. With the gearwheel 36, the double-pole gearwheel 37 lxi handle that drives the Wella dee otors. 34 is the Accumulator feeding the regulator 32.

Bei der Ausführung nach Figur 5 ist das Schwungpendel 45 in der Mittelachse der Uhr 41 gelagert. Der gangregler 42, der generator 43 und der Akkumulator 44 sind jeweils um etwa 1200 versetzt angeordnet. Das in der Mittelachse des Uhrwerkes gelagerte Schwungpendel 45 kann über alle übrigen Bauelemente hinwegschwingen. In the embodiment according to FIG. 5, the swing pendulum 45 is in the central axis the clock 41 stored. The regulator 42, the generator 43 and the accumulator 44 are each arranged offset by about 1200. That in the central axis of the clockwork Mounted swing pendulum 45 can swing over all other components.

Das auf seiner Welle befestigte Zahnrad 46 steht mit dem Ritzel 48 auf der Welle des Rotors des Generators 43 in Eingriff. Mit dieser Anordnung ist ein besonders kleiner Durchmesser des Uhrgehäuses erreichbar. Die beiden Magneten 49 und 50 des Generators 43 bestehen aus einem hochwertigen, mit Platin legierten Magnetwerkstoff und haben einen Durchmesser von etwa 3 mm so- wie eine Höhe Ton etwa 1 am. Die Spulen 51 und 52 haben je 7000 Windungen. Das Zahnrad 46 hat 100 Zähne. während das Zahnrad 48 sieben Zähne hat, so daß sich eine über- setzng von 1 t 14<3 ergibt. IM-1 Figur 6 zeigt schließlich eine Bautormt bei der sämtliche Einzelteile gleichachsig übereinander ange- ordnet sind. 51 ist das Uhrgehäuse. 52 der Gangregler, 53 der Generator, 54 der Akkumulator und 55 das Schwing- pendel mit seinem Zahnrad 56, das mit einem Zahnkranz des Doppelzahnrades 57 in Eingriff steht, dessen zweiter Zahnkranz das Ritzel 58 antreibt. 59 ist eine Abschirmung aus einem magnetischen Werkstoff mit hoher Permeabilität, die eine Kopplung zwischen dem Gangregler und dem Generator verhindert. Um eine Aufladung des Akkumulators auch dann zu ermöglichen, wenn die Uhr längere Zeit nicht getragen wird, kann eine Vorrichtung vorgesehen sein, die das Anwerfen des Rotors des Generators von Hand ermögliohto Es kann beispielsweise aus dem Uhrgehgune eine BVetätigungsvorrichtung herausgeführt sein, die eine Drehung des Rotors des Generators bewirkt. Dabei kann entweder die Masse des Schwungpendels selbst als Schwungmasse dienen, oder es kann ein besonderes Schwungrad vorgesehen sein. das seinerseits die Generatorwelle antreibt. Schutzansprüche !The gear 46 fastened on its shaft is in mesh with the pinion 48 on the shaft of the rotor of the generator 43. With this arrangement, a particularly small diameter of the watch case can be achieved. The two magnets 49 and 50 of the generator 43 consist of a high-quality magnetic material alloyed with platinum and have a diameter of about 3 mm. like a pitch tone about 1 am. The coils 51 and 52 have 7000 turns each. The gear 46 has 100 teeth. while the gear 48 has seven teeth, so that an over- A setting of 1 t 14 <3 results. IM-1 Finally, FIG. 6 shows a structural standard in the all individual parts coaxially arranged one above the other are arranged. 51 is the watch case. 52 the regulator, 53 the generator, 54 the accumulator and 55 the oscillating pendulum with his gear 56, which with a ring gear of the double gear 57 is engaged, the second ring gear of which drives the pinion 58. 59 is a shield made of a magnetic material with high permeability that prevents coupling between the regulator and the generator. To charge the battery even then To enable when the watch is not worn for a long time, a device can be provided that starts the rotor of the generator by hand enables it, for example, from the watchgun an actuating device which causes the rotor of the generator to rotate. Either the mass of the pendulum itself can serve as a flywheel, or a special flywheel can be provided. which in turn drives the generator shaft. Protection claims!

Claims (1)

Schutzansprüche: 1, Schwmgpendelgenerator für die Aufladung von Stromquellen in tragbaren elektrischen Kleinuhren, vorzugsweise Armbanduhren, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator einen ein streuarmes Permanent-Magnetsystem (10 - 16) tragenden Rotor enthält, der mit dem Schwung pendel (25s 35t 45, 55) durch ein Ubersetzungegetriebe (26-28, 36 und 37, 46 und 48, 56-58) verbunden ist, und daß die vom Magnetsystem beeinflußte feststehende Generatorwicklung (18 - 20) einsenlos ausgeführt ist.Protection claims: 1, swing pendulum generator for charging power sources in portable electric small watches, preferably wristwatches, characterized in that that the generator has a low-scatter permanent magnet system (10-16) Contains rotor, the pendulum with the momentum (25s 35t 45, 55) through a transmission gear (26-28, 36 and 37, 46 and 48, 56-58) and that the one from the magnet system influenced stationary generator winding (18-20) is designed without any ines. 2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor zwei auf der Rotorwelle (17) Befestigte parallele Weicheisenscheiben (16a, 16b) aufweist, die an ihren einander zugekehrten Flächen an gegenüberliegenden Stellen gleichsinnig magnetisierte, einen Luftspalt bildende Permanentmagnete (10 - 15) tragen. 3.Generator nsch den Ansprüchen 1 und 2, da- durch gekennzeichnet. daß die Generatorwioklumg aue Flachspulen (18 - 20) besteht, die in dem von dem Magnetpaaren (10 - 15) gebildeten Luftspalt angeordnet sind. 4. Generator nach Anspurch 3, dadurch gekenn- zeichnet daß die Flaohsplen (18-20) mit einer Teilung in dem Luftspalt angeordnet sind, die gleich oder gleich einem Vielfachen der Teilung der Permanentmagneten (10 - 15) ist, so daß in allenSpulen phasengleiche Spannungen induziert werden.2. Generator according to claim 1, characterized in that the rotor has two parallel soft iron disks (16a, 16b) fastened on the rotor shaft (17), which are magnetized in the same direction on their facing surfaces at opposite points, forming an air gap, permanent magnets (10-15 ) wear. 3rd generator according to claims 1 and 2, there- marked by. that the generator wioklumg aue Flat coils (18-20) which are arranged in the air gap formed by the magnet pairs (10-15). 4. Generator according to Anspurch 3, thereby marked draws that the flaohsplen (18-20) with a Pitch are arranged in the air gap, which is equal to or equal to a multiple of the pitch of the permanent magnets (10-15), so that in-phase voltages are induced in all coils. 5. Generator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachepulen (18-20) mit anderer Teilung als die Permanentmagnetpaare (10-15) angeordnet sind, so daß wenigstens in einigen von ihnen gegeneinander phasenverschobene Spannungen induziert werden. 5. Generator according to claim 3, characterized in that the flat coils (18-20) are arranged with a different pitch than the permanent magnet pairs (10-15), so that at least in some of them voltages out of phase with one another be induced. 6. Generator nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungpendel (25, 45) und der Rotor des Generators (23, 43) um parallele Achsen drehbar sind (Fig. 3 und 5). 6. Generator according to one of claims 1 - 5, characterized in that that the swing pendulum (25, 45) and the rotor of the generator (23, 43) to parallel Axes are rotatable (Fig. 3 and 5). 7. Generator nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungpendel (35, 55) und der Rotor des Generators (3', 53) gleichyachsig angeordnet sind (Fig. 4 und 6). 8. Generator nach einem der Ansprüche 1-7, dadurchgeknnzeAhnt aß der das Magneteystem tragende Rotor des Generatorfi am Umfang des Uhrgehäuisea dem elek. tisch angetriebenen Gangregler (22) der Uhr im Uhrge- häutegegenüberliegend angeordnet ist (Fig. 3) 9. Generator nach einem der Ansprüche 1 - 6 , dadurch gekenzneichnet, daß das Schwungpendel (45) in der Mitte des Uhregehäuses gelagert ist und Gangregler (42), Stromquelle (44), sowie Generator (43) am Um- fang des Uhrgehäu... um 1200 versetzt angeordnet sind. 7. Generator according to one of claims 1-5, characterized in that the pendulum (35, 55) and the rotor of the generator (3 ', 53) are arranged in the same axis (Fig. 4 and 6). 8. Generator according to one of claims 1-7, The one who carried the magnet system ate with disbelief The rotor of the generator fi on the circumference of the watch housing a the elec. table-driven regulator (22) of the clock in clockwise is arranged opposite the skin (Fig. 3) 9. Generator according to one of claims 1 - 6, characterized gekenzneichnet that the pendulum (45) is mounted in the center of the watch housing and gear regulator (42), power source (44), and generator (43) on the um- catch of the watch case ... are offset by 1200. 10. Generator nach einem der AnsprUche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß Generator (53) und Gangregler (52) gleichachsig angeordnet und gemeinsam in einer zwischen ihnen verlaufenden magnetischen Abschirmwand (59) gelagert sind. 10. Generator according to one of claims 1 - 9, characterized in that that generator (53) and regulator (52) arranged coaxially and together in a magnetic shielding wall (59) running between them.