CN101727060A - 时钟驱动模块的锁定机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及时钟驱动模块的锁定机构。一种用于时钟齿轮系的驱动模块(1)的锁定和单一增量的装置。模块(1)包括致动器(2)，所述致动器配备有与齿轮(7)配合的主动棘爪(5)，所述装置包括与所述齿轮(7)配合的第一指状物(8)和第二指状物(9)。所述装置的特征在于：第一指状物(8)在其接合在齿轮(7)的其中一个齿中时完全锁定齿轮(7)的旋转；并且第二指状物(9)设置在第一止挡构件(10)和第二止挡构件(11)之间，在所述第二指状物(9)接合在齿轮(7)的其中一个齿中时，止挡构件(10、11)之间的空间限制了齿轮(7)的角行程。

Description

时钟驱动模块的锁定机构

技术领域

本发明涉及时钟驱动模块的锁定机构。本发明具体适用于手表的机电微型马达。

背景技术

步进马达公知用于将电脉冲转换为旋转的机械运动。1936年，Lavet先生为钟表制造业发明了第一个步进马达；从那时起，这些马达被用于驱动大多数带有指针的石英手表中的机芯。这种马达也通常用于所有希望控制速度或位置的装置中。

“Lavet”马达具有能够在电脉冲之间产生稳定位置的永磁体。因此，期望施加在转子(即，马达的旋转部分)上的永久转矩防止转子的任何意外运动，甚至在手表经受震动时也是如此。通常被选择为显著大于马达转矩的永久转矩的目的也是为了同时防止大于一步的任何增量。然而，这些定位转矩不能完全锁定或增量地标引(index)啮合的轮；因此，如美国专利No.4647218中的示例，棘爪系统已被提出与这些马达配合来改善保持和锁定功能。在该专利中，Lavet马达利用每个电脉冲(即，每分钟)驱动轮旋转经过180度；所述轮通过接合在分针轮中的相继径向槽中的插头安装在两个径直相对的端部处。因此，在每个脉冲之间，两个插头接合在分针轮的两个相继的径向槽中并且防止分针轮的任何可能的运动。

现在，可以利用其它类型的步进马达，例如申请人在欧洲专利No.1921520中公开的微型机电马达，该马达包括线性致动器，线性致动器配备有主动棘爪和被动棘爪，主动棘爪用于驱动所述轮旋转，被动棘爪用于当致动器在其摆动期间返回时防止转子沿相反方向旋转。对于该马达来说，也期望相同的锁定功能和单一增量功能。然而，显然上文所述的特定用于Lavet马达的棘爪机构是不合适的。

发明内容

本发明的目的是提供一种新机构，该机构将啮合的轮锁定在稳定的标引位置，并且同时防止所述轮大于一步的任何增量。

本发明的另一个目的是提供一种锁定机构，该锁定机构能够适用于任何类型的步进马达而不仅仅适用于“Lavet”型马达。

这些目的具体由用于时钟齿轮系的驱动模块1的锁定和单一增量的装置实现，该模块包括致动器2，致动器配备有与齿轮7配合的主动棘爪5。装置1包括与齿轮7配合的第一指状物8和第二指状物9，其特征在于：

-第一指状物8在其接合在所述齿轮7的其中一个齿中时完全锁定所述齿轮7的旋转；并且

-第二指状物9设置在第一止挡构件10和第二止挡构件11之间，在所述第二指状物9接合在所述齿轮7的其中一个齿中时，止挡构件10和11之间的空间限制了齿轮7的角行程。

这些目的也通过使用根据主权利要求所述的装置的锁定方法来实现，所述方法包括步骤：

-(A)降低第一指状物8并且释放齿轮7；

-(B)经由所述致动器的所述主动棘爪5驱动齿轮7旋转；

-(C)升高第一指状物8并且使其接合在齿轮7的其中一个齿中；

-(D)释放致动器2的所述主动棘爪5并使其返回；

-(E)释放第二指状物并且使其相对第一止挡构件10返回；

-(F)升高第二指状物9并且使其接合在所述齿轮7的其中一个齿中。

所提供的技术方案的一个优点在于该方案可应用于或关联于任何类型的步进马达(包括例如机械表的调节构件)以及任何类型的时钟驱动模块。

所提供的技术方案的另一个优点在于不再需要用于使马达驱动的齿轮系的空闲或静止位置稳定的永磁体。

所提供的技术方案的其它优点在于机电步进马达不再需要被动棘爪以在致动器在其摆动期间返回时防止转子沿相反方向旋转。

此外，所提供的锁定技术方案从本质上与应用于Lavet马达的锁定系统的不同之处在于，所需的功耗与马达转矩最大值无关。因此所提供的技术方案的重要优点在于锁定系统的功耗可显著小于马达自身的功耗。

附图说明

在本说明书中说明并且由附图图示了本发明的示例实施方式，在附图中：

图1图示出现有技术的已知步进马达的俯视图，该步进马达将优选地关联于根据本发明的锁定机构。

图1b图示出沿着马达平面的、具有主动棘爪和被动棘爪的转子齿轮的详细致动的剖视图。

图2图示出在马达步进之前空闲的根据本发明优选实施例的锁定装置的剖视图；

图3图示出在降低第一锁定指状物的步骤期间根据本发明优选实施例的锁定装置的剖视图。

图4图示出在马达步进期间根据本发明优选实施例的锁定装置的剖视图。

图5图示出在第二锁定指状物被停止时根据本发明优选实施例的锁定装置的剖视图。

图6图示出在第一锁定指状物已被升高之后并且在致动器和第二锁定指状物返回期间根据本发明优选实施例的锁定装置的剖视图。

图7图示出在马达步进结束时的空闲期间根据本发明优选实施例的锁定装置的剖视图。

图8图示出将锁定装置的各个状态和根据本发明的锁定方法的优选实施例的步骤综合在一起的状态图。

具体实施方式

图1图示出用于啮合时钟轮的驱动模块1，包括已知类型的机电步进微型马达。微型马达由致动器2形成，致动器2包括活动触针3，触针3经由主动棘爪5驱动转子旋转，主动棘爪5与转子的齿轮7配合。给定了其驱动转子5的主动功能，术语“马达”致动器也通常用于致动器2。在图1b中详细地清楚图示出齿轮7和棘爪之间的配合以及按顺序驱动转子旋转的机构，图1b是图1的放大图，示出了在马达平面中位于5点钟位置处的齿轮7。

在图1中，致动器2由两个总体上对称的部分形成，第一部分包括主动推力棘爪并且第二部分包括主动牵引部分，从而通过施加更大的转矩来改善马达产出量。然而，本领域技术人员将会理解，单个推力棘爪和单个牵引棘爪足以驱动转子旋转。根据所示的有利实施例，每个致动器2与被动棘爪6关联，被动棘爪6被弹性地保持成与齿轮7啮合，从而确保当触针3运动时在驱动阶段期间的精确角定位，而且也形成齿轮7的锁定机构以防止齿轮7的任何反向运动。

图1b图示出用于图1的步进马达的驱动和标引机构，其中示出了单个被动棘爪6和单个主动棘爪。位于触针端部处的主动棘爪5具有沿齿轮7的切线方向4的摆动运动。齿轮7的缺口趋向于在触针3的牵引运动期间驱使齿轮沿逆时针旋转方向运动，同时相关联的被动棘爪6的每个齿就给定通常对应于一个马达步距的使齿轮旋转的标引位置。此外，在触针3沿齿轮7的同一切线方向4(但是在相反方向)的返回运动期间，被动棘爪6防止主动棘爪5沿相反方向驱动齿轮7并且防止主动棘爪5维持齿轮7在每一步距之间的角位置。然而，例如，在致动器2产生的电脉冲的幅度过大时由主动棘爪5施加的马达转矩过大的情况下，或者甚至在马达步距之间包含机电马达的表壳经受震动的情况下，所述的锁定和标引机构不能防止齿轮7沿逆时针的不期望的加速。

图2-7图示出克服了现有技术的这些缺陷的根据本发明的锁定和标引机构的优选实施例。图2-7都示出了处于齿轮7的旋转平面中的剖视图，齿轮7由主动棘爪5驱动，主动棘爪5接合在齿轮7的齿中并且在齿轮传动位置(gearing level)经由沿着齿轮7的切线方向的摆动运动而线性地运动；图2-7还示出了根据所述机构的状态处于各种位置的锁定装置，锁定装置由两个不同的锁定指状物8和9形成。根据所示的优选实施例，第一锁定指状物8被容纳在两个止挡元件15、16之间以使其被引导成仅具有竖直运动，因此仅具有沿平移方向的一个自由度。然而，根据一个替代实施例，该自由度也可以沿旋转方向。第一指状物的功能是在其接合在齿轮的其中一个齿中时阻止齿轮的任何旋转运动。第二锁定指状物9设置在两个止挡构件10和11之间，使得在该指状物接合在轮的其中一个齿中时限制齿轮的角行程。根据所示的本发明的优选实施例，止挡构件10、11之间的空间将齿轮7的角行程限制于单个齿的运动，从而对应于一个马达步距。在下面的所有图3-7中将说明对止挡构件10、11和止挡元件的引用，图3-7描述了指状物在各个锁定步骤期间的运动，但是在说明书中将不再系统地叙述这些引用。

图2图示出在马达步进之前处于空闲或静止状态的根据本发明的锁定装置。在该状态，两个锁定指状物8和9被升高，并且容纳在齿轮7的两个连续的齿中。第二锁定指状物9也被容纳成抵靠第一止挡构件10。在系统处于该状态时，棘爪5接合在齿轮7的其中一个齿71中，并且沿着箭头4的线性摆动运动来运动(注意：在该图或下面的附图中不再示出图1和1b所示的活动触针，因为这对于理解下文所述的锁定机构来说不是必需的)。在下面的所有图3-7中将说明对主动棘爪5所啮合的齿71的引用，但是在说明书中将不再系统地叙述该引用。

图3图示出在使第一锁定指状物9降低的步骤(箭头A)期间的锁定装置。根据所示的优选实施例，可以看到，第一锁定指状物8的唯一自由度是在齿轮7的半径方向上(即，垂直于致动器和主动棘爪5的运动)的平移，这将在下面的附图中看到。一旦指状物已被降低，齿轮7就可以被驱动旋转。然而，在系统处于该状态时，第二锁定指状物9仍然被容纳成抵靠第一止挡构件10，但是第二锁定指状物9具有在两个止挡构件10和11之间的平移自由度。

图4图示出在马达步进期间(即，在齿轮7被主动棘爪5驱动旋转时)根据本发明的锁定装置(由相应的箭头B图示的步骤B)。齿轮7的旋转(锁定指状物9接合在该齿轮7的其中一个齿中)从而驱动指状物9沿着箭头B在轮的切线方向且对应于指状物9的两个自由度之一的方向上进行与棘爪的运动相同的平移运动。一旦第二指状物9被定位成抵靠第二止挡构件11，齿轮7就停止，这防止了齿轮的任何附加运动。

图5图示出在第二指状物9抵靠止挡构件11被锁定的状态下根据本发明的锁定装置。箭头C图示出提升第一锁定指状物8的步骤，第一锁定指状物8于是接合在齿轮的其中一个齿中并从而阻止齿轮7的任何运动，即使在与齿轮直到此时被致动的方向相反的方向(即，所述实施例的顺时针方向)也是如此。一旦完成该步骤，所述装置因此将再次处于稳定状态，从而防止齿轮的任何旋转运动，但是不同于图2中的两个指状物被容纳在轮的两个连续齿中的情况，此时两个指状物8、9被隔开两个齿。因此，在所示的实施例中，齿轮7的角行程至多对应于齿轮7的一个齿。

图6图示出在第一锁定指状物已被提升之后并且在使致动器(箭头D)和第二锁定指状物(箭头E)返回步骤期间的锁定装置，第二锁定指状物必须预先被降低(箭头E1)以从齿释放，从而允许与棘爪5在相同方向上的平移运动。主动棘爪5和第二指状物9的返回步骤D和E2可以独立于彼此以任何次序按顺序执行。然而，根据本发明的一个优选实施例，可以例如通过编程设定与在主动棘爪5的返回运动期间控制主动棘爪5作用于第二指状物9的致动器不同的致动器(在该图中未示出，但是对应于图1中的附图标记2)、或甚至通过借助于柄杆(未示出)将棘爪5的致动器(图1中的附图标记2)联接到第二指状物9，使得致动器2沿着致动器摆动方向(参见图2中的箭头4)且特别是返回方向(本图中的箭头D)的任何平移运动由第二指状物9的相同平移运动来完成，上述步骤可以被同时地执行。此外，该联接将允许棘爪5和第二指状物9从它们所分别接合的齿被同时释放。

图7图示出在马达步进结束时处于空闲状态(即，一旦第二指状物8已经返回到抵靠第一止挡构件10的停止状态并且已被提升到齿轮7的其中一个齿中)的根据本发明的锁定装置(步骤F，由图中的相应箭头示出)。应当注意到，两个锁定指状物8、9的布置与图2的布置相同，并且棘爪5相对于指状物8、9的布置也相同。但是棘爪5现在定位于其在马达步进之前所接合的齿71的后面。

对比参考附图所述的步骤可以看出，根据所公开的锁定机构的优选实施例，第一指状物8具有平移(图中竖直方向)自由度以使其能够被升高或降低，从而接合在齿轮7的其中一个齿中或者从该齿释放。第二指状物9具有该相同的平移自由度以及在止挡构件10和11之间(对应于主动棘爪5的摆动方向4且对应于指状物9啮合处的齿轮7的切线方向)的附加自由度(图中水平方向)。然而，应当看出，两个锁定指状物8、9的自由度之间的相关性以及平移运动的方向不是保证本发明适当工作所必须的，平移运动的方向不必是分别竖直和水平的。此外，上文已经具体指出，对于第一指状物8和第二指状物9来说，接合与释放齿的自由度也可以不是平移的而可以是旋转的。每个指状物8、9的自由度和自由度类型之间的任何组合在本发明的范围内是可能的。

图7还示出了用于管理锁定指状物8和9的运动顺序的优选可编程的电子电路14。该电路14被添加到该图中是因为其对应于本发明的优选实施例，根据该优选实施例，指状物8、9的运动被电信号控制，电信号使得分别联接到每个指状物8、9的静电致动器12、13运动。在该图中，也增加了马达致动器2以避免与指状物8、9的致动器12、13有任何混淆。

指状物8、9的运动顺序遵循上文所述的步骤，在图8的状态图中综合了所述步骤，在图8中，描述锁定系统的状态的三个数字代表以下各项：

第一个数字：第一指状物8的状态；0＝降低，1＝升高；

第二个数字：第二指状物9的状态；0＝降低，1＝升高；

第三个数字：第二指状物9的位置；0＝降低，1＝升高。

第一步骤A在于在第一指状物8已从所述齿轮7释放之后降低第一指状物8，这使得系统从稳定、“空闲”或静止状态110转到能够使齿轮旋转的状态010。

第二步骤B在于经由致动器2的主动棘爪5驱动齿轮7旋转，这促使止挡构件10的第二锁定指状物9在系统状态010中朝另一止挡构件11运动，止挡构件11阻挡齿轮任何进一步的行进并从而使系统进入状态011。

第三步骤C在于升高所述第一指状物8，使其啮合在齿轮7的其中一个齿中以再次完全锁定所述轮，系统从状态011改变为稳定状态111。

步骤D在于致动器2的主动棘爪5的释放和返回不改变锁定系统的状态。然而，第二指状物相对第一止挡构件10的释放和返回的步骤E可以分为两个子步骤：E1，其中第二指状物被降低，使得系统从状态111改变为状态101；以及，E2，其中系统从状态101改变为100。根据锁定方法的一个优选的变型实施方式，同时进行主动棘爪5和第二指状物9的释放和返回的步骤D和E。

最后，步骤F在于升高第二指状物9使其接合在齿轮7的其中一个齿中，使系统返回称为“空闲”或静止状态的初始状态110，从而结束一个马达步距的增量循环。

保证两个指状物中的至少一个始终接合在其中一个齿中的所述顺序使得锁定装置保持在“稳定”状态或者“受限”状态，“稳定”状态即：在该状态中，使得齿轮完全固定(利用接合在轮7的齿中的第一指状物)，“受限”状态即：在该状态中，齿轮的行程被限制(利用接合在轮7的齿中的第二指状物9)。本发明因此不再需要使用磁体在空闲或静止状态中施加定位转矩以获得稳定状态；而且，第一指状物不需要使用机加工更为复杂且因此更加昂贵的被动棘爪。因此，所提供的技术方案减少了锁定装置的总成本，同时改善了其功能，因为此时齿轮的角行程始终受到限制。本领域技术人员也可以看出，与齿轮啮合的棘爪5与所述装置和锁定方法完全无关地被致动，使得该棘爪可以应用于机电时钟轮系和纯机械时钟轮系。

根据图7所示的优选实施例，优选通过电子编程来获得期望的顺序。然而，可以设计出至少指状物降低和升高运动可以被凸轮控制的实施例。

此外，虽然根据本发明的优选实施例，指状物致动器是静电式的，但是对于手表中的微型马达锁定装置的实施方式来说，也可以想到为其他时钟应用而使用液压致动器。类似地，在公开的附图中所示的趋向于使齿轮逆时针旋转的齿的倾斜形状可以改变为沿相反方向的类似形状，或者例如被开槽以确保即使在震动情况下轮也被完全锁定。实际上，该槽口形状(未示出)将由于与锁定指状物8、9的端部对应的相同但倒置的槽口形状的配合而使得所述齿不可能经由系统外的力的作用被释放。然而，附图中所示的齿形也适用于顺时针地啮合齿轮，因此例如可容易地与具有指针的显示轮系相关联。

附图标记列表

1	驱动模块
		2	马达致动器
3	活动致动器触针
		4	活动触针摆动方向
5	致动器的主动棘爪
		6	被动棘爪
7	齿轮
		8	第一锁定指状物
9	第二锁定指状物
		10	第二锁定指状物的第一止挡构件
11	第二锁定指状物的第二止挡构件
		12	第一锁定指状物致动器
13	第二锁定指状物致动器
		14	用于致动锁定指状物的可编程电路
15	第一锁定指状物的第一止挡元件
		16	第一锁定指状物的第二锁定元件
A	降低第一锁定指状物的步骤

1	驱动模块
		B	驱动齿轮和第二锁定指状物的步骤
C	升高第一锁定指状物的步骤
		D	沿齿轮驱动的相反方向的主动棘爪返回步骤
E1	降低第二锁定指状物的步骤
		E2	第二锁定指状物返回步骤
F	升高第二锁定指状物的步骤
		110	系统的空闲或静止状态：两个指状物升高到两个连续齿上，第二指状物抵靠第一止挡构件升高
010	允许一个齿的增量的系统状态：第一指状物抵靠第一止挡构件降低，第二指状物抵靠第一止挡构件升高
		011	在一个齿的增量之后的系统状态：第二指状
	物升高且抵靠第二止挡构件，第一指状物仍然降低
		111	在一个齿的增量之后的完全锁定的系统状态：第二指状物升高且抵靠第二止挡构件，第一指状物升高
101	完全锁定的系统状态：第一指状物升高，第二指状物抵靠第二止挡构件降低
		100	完全锁定的系统状态：第一指状物升高，第二指状物抵靠第一止挡构件降低

Claims (13)

1.一种用于时钟齿轮系的驱动模块(1)的锁定和单一增量的装置，所述模块(1)包括致动器(2)，所述致动器配备有与齿轮(7)配合的主动棘爪(5)，所述装置包括与所述齿轮(7)配合的第一指状物(8)和第二指状物(9)，其特征在于：

所述第一指状物(8)在所述指状物接合在所述齿轮(7)的其中一个齿中时完全锁定所述齿轮(7)的旋转；并且

所述第二指状物(9)设置在第一止挡构件(10)和第二止挡构件(11)之间，在所述第二指状物(9)接合在所述齿轮(7)的其中一个齿中时，所述止挡构件(10、11)之间的空间限制了所述齿轮(7)的角行程。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述齿轮(7)的最大角行程是所述齿轮(7)的一个齿。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一锁定指状物(8)具有平移自由度，所述第二锁定指状物(9)具有两个平移自由度。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一锁定指状物(8)具有沿着所述齿轮(7)的半径的平移自由度，所述第二锁定指状物(9)具有沿着所述主动棘爪(5)的摆动方向(4)的平移自由度。

5.根据权利要求3所述的装置，其中所述第二指状物(9)具有与所述第一指状物(8)的自由度相同的自由度以及附加的自由度。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述齿轮(7)的齿和所述锁定指状物(8、9)的端部具有槽口形状。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述指状物(8、9)被静电或液压致动器(13、14)控制。

8.根据权利要求1所述的装置，还包括用于控制所述指状物(8、9)的致动信号的可编程电子电路。

9.根据权利要求1所述的装置，还包括用于致动所述指状物(8、9)的运动的凸轮。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二指状物(9)联接到所述主动棘爪(5)的致动器(2)。

11.一种使用根据前述权利要求中任一项所述的锁定装置的用于时钟齿轮系的驱动模块(1)的锁定和单一增量的方法，所述方法包括步骤：

-(A)降低所述第一指状物(8)并且释放所述齿轮(7)；

-(B)经由所述致动器(2)的所述主动棘爪(5)驱动所述齿轮(7)旋转；

-(C)升高所述第一指状物(8)并且使所述指状物接合在所述齿轮(7)的其中一个齿中；

-(D)释放所述致动器(2)的所述主动棘爪(5)并使其返回；

-(E)释放所述第二指状物并且使其相对所述第一止挡构件(10)返回；

-(F)升高所述第二指状物(9)并且使所述指状物接合在所述齿轮(7)的其中一个齿中。

12.根据权利要求11所述的用于时钟齿轮系的驱动模块(1)的锁定和单一增量的方法，其中所述步骤(E)包括：降低所述第二指状物(9)的第一子步骤(E1)和使所述第二指状物相对所述第一止挡构件(10)返回的第二子步骤(E2)。

13.根据权利要求11所述的方法，其中使所述致动器(2)的所述主动棘爪(5)以及所述第二指状物(9)释放且返回的所述步骤(D、E)是同时的。

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