CN102998959A - 由间歇式擒纵机构同步的振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由间歇式擒纵机构同步的振荡器。本发明涉及计时器（1），其包括以第一频率（f₁）振荡、并经由主擒纵机构（D₂）通过主齿轮系（T₂）连接到主能源（B₂）的第一谐振器（R₁）。根据本发明，计时器包括第二谐振器，该第二谐振器以低于所述第一频率的第二频率（f₂）振荡，并与主擒纵机构（D₂）合作以便将第一谐振器（R₁）的维持同步到所述第二频率（f₂）。本发明涉及耦合的谐振器的领域。

Description

由间歇式擒纵机构同步的振荡器

技术领域

本发明涉及计时器，其包含由擒纵机构间歇地同步的振荡器。

背景技术

通常，手表的调节部件由谐波的、阻尼的、几乎是等时的谐振器形成，其振荡由擒纵系统维持，所述擒纵系统在每个振荡震动（杠杆式擒纵机构）或每个振荡周期（制动式擒纵机构（detent escapement））将能量传递到谐振器。

涉及调节部件（也被称为谐振器）的振荡的维持有若干个问题。因此，将能量传递到谐振器在相对于谐振器的停止点（point of rest）来说该传递不是对称的每种情况下干扰了其频率（以及因此表的速率）。而且，由擒纵机构每个震动（或每个周期）耗费的能量以及谐振器频率决定了表的功率储备，其因此是有限的。

而且，由于振荡器的幅度出于几何原因是有限的，为了增加振荡器的能量（以及因此其针对外部干扰的稳定性），必须增加其弹性常数，这可意味着不可能启动高频振荡器。

最后，擒纵机构的平均效率和效率波动被擒纵机构组件的加速等所影响。因此，谐振器恢复地越快，效率和时间常数越高。因此，为了非常高频的谐振器，必须增加损耗（且功率储备被降低）且/或必须增加效率波动。

发明内容

本发明的目的是通过提出一种其频率（改善的显示器分辨率）和机械能量（改善的稳定性和精确度）增加了、且其中振荡维持和功率储备也有改善的计时器而解决全部或部分前述缺点。

本发明因此涉及计时器，其包括以第一频率振荡并经由主擒纵机构通过主齿轮系而连接到主能源的第一谐振器、以第二频率振荡的第二谐振器，该第二频率是根据有理数的因子的第一频率的乘积，其特征在于第二谐振器也与主擒纵机构合作以便释放主擒纵机构，以仅当所述第二谐振器振荡时维持第一谐振器。

很清楚，本发明使得谐振器的维持频率降低到低于其频率。本发明还确保高频运动可自动开启，而同时保持其功率储备，特别是通过改善擒纵机构功能的效率。最后，本发明显著降低了表外干扰产生的速率误差。

根据本发明的其他有利特征：

-根据第一实施例，主擒纵机构是制动式擒纵机构，并包括与由第一谐振器控制的第一制动弹簧合作的单个擒纵轮，以及由第二谐振器控制的第二制动器；

-根据第二实施例，主擒纵机构是制动式擒纵机构，并包括与由第一谐振器控制的第一制动器合作的第一擒纵轮，以及与由第二谐振器控制的第二制动器合作的第二擒纵轮，所述第一和第二擒纵轮彼此啮合；

-根据所述实施例的变体，第二谐振器也经由第二擒纵机构连接到次齿轮系以连接到次能源；

-第二擒纵机构是瑞士杠杆式擒纵机构；

-所述变体包括时间显示装置，其包括连接到用于显示器的齿轮系的显示电源，该齿轮系固定到由制动器形成并由主谐振器控制的分配装置，或连接到主齿轮系的时间显示装置；

-根据所述变体的特定可选方案，计时器包括选择性地锁定主擒纵机构的装置，以便通过释放所述选择性锁定装置使用第一谐振器测量时间；

-所述特定可选方案包括用于显示所述测量的时间的装置，其包括连接到用于该显示器的齿轮系的显示能源，该齿轮系固定到由主谐振器控制的分配装置，以及连接到次齿轮系的时间显示装置。

附图说明

其他特征和优势将从参考附图以非限制说明的方式给出的以下描述中变得清楚，在附图中：

-图1是根据本发明的计时器的元件的示意图；

-图2是根据第一实施例的主擒纵机构的示意图；

-图3是根据第二实施例的主擒纵机构的示意图；

-图4是图3的部分放大图；

-图5是示出根据本发明的谐振器的同步化的图；

-图6和7是示出根据本发明的计时器在它的谐振器分别关于其振幅和速率变化同步化之后的低震动依赖。

具体实施方式

如以上所解释的，本发明的目的是在机械腕表中集成高频谐振器（例如，10Hz或50Hz或更高），其振荡维持由低频谐振器（例如，1Hz或2Hz）同步，以便在高于其频率的周期上维持谐振器。

在图1示出的示例性实施例中，计时器1因此包括以第一频率f₁振荡、并经由主擒纵机构D₂通过主齿轮系T₂连接到主能源B₂的第一谐振器R₁。有利地，计时器1还包括以低于第一频率的第二频率f₂振荡的第二谐振器R₂，其与相同的主擒纵机构D2合作，以便将第一谐振器R₁的维持同步到所述第二频率f₂。

优选地，根据本发明，第二频率f₂是第一频率的分数（(f₂=f₁/N或者f₂=f₁/2N，其中N是大于1的整数）。因此很清楚，主谐振器R₁仅以第二谐振器的周期被维持。

但是，如果每个振荡器之间的齿轮比R_i不同，该因子也可以是有理数N'。确实，在该变体中，固定两个擒纵机构的轮上的频率必须通过整数倍（a multiple integer number）关联。但是，齿轮比可任意并独立地再分振荡器的频率。于是振荡器频率可不通过整数关联，而是通过有理数关联（f₂=f₁/N’其中N’等于N*R₁/R₂其中N是大于1的整数）。

这种配置有利地意味着基本运动（或记时运动）可实现为具有高分辨率（例如1/20秒或1/100秒）。这也增加了主谐振器的精度和抗震性，并增加了功率储备，而同时保证了甚至非常高频的运动（例如50Hz）可自动启动。最后，这种配置允许维持低幅度的谐振器，且显示系（display train）和/或维持系（maintenance train）被部分或完全忽略。

根据图2示出的第一实施例，主擒纵机构D₂是制动式擒纵机构，并包括单个擒纵轮3，该擒纵轮与由第一谐振器R1控制的第一制动器5、以及由第二谐振器R₂控制的第二制动器7合作。

作为示例，可假设如果两个谐振器R₁和R₂位于停止点周围角度间隔（-20°,+20°）中，则轮3是自由的。为了确保主谐振器R₁被维持，如果两个谐振器具有相当不同的相位，即，它在不同的时刻经过停止点，则次谐振器R₂的制动器7可被设计为增加角度间隔，在该角度间隔中主擒纵机构D₂被次谐振器R₂释放。因此很清楚，次谐振器R₂的制动器7优选地包括在大于制动器5的角度的角度间隔上的释放，在所述制动器5的角度上主谐振器R₁释放轮3。

因此，一旦制动器被释放，由于在谐振器上作用的制动力被施加到离谐振器的旋转中心非常近，产生的扰动力矩非常低，即，用于次谐振器R₂的释放角度可因此显著增加而不影响速率。

如果在震动后，谐振器的相位差太大且振荡不能被维持，很明显主谐振器R₁的等时曲线的增加或减少允许相位在少量振荡后在两个谐振器之间被弥补。事实上，主谐振器R₁将损失振幅，直到相位在次谐振器R₂的振荡和主谐振器R₁的N个振荡中的一个振荡之间重建。因此很清楚，显示器上的额外速率误差将小于或等于主谐振器R₁的一个周期，这意味着当频率f₁变得更高时，其将变得更小。

根据图3和4示出的第二实施例，主擒纵机构D₂是制动式擒纵机构，并包括与由第一谐振器R₁控制的第一制动器13合作的第一擒纵轮11，以及与由第二谐振器R₂控制的第二制动器17合作的第二擒纵轮15，第一和第二擒纵轮11、15彼此啮合。因此很清楚，在结构上，获得与第一实施例相同的优势，特别是在固有的或震动引起的相位差期间。

但是，与第一实施例相比，将注意到谐振器R₁和R₂通过制动器释放两个不同的轮11和15，所述轮与主齿轮系T₂（并联地或串联地）啮合。一旦被释放，轮15不会被再次锁住，直到轮11以及由此擒纵机构D₂被释放。在这种情况下，擒纵机构D₂在主谐振器R1的每个振荡周期（或振动）被释放，且在次谐振器R₂的每次振荡，独立于谐振器R₁和R₂的相位差而保证了维持。

图4示出的例子示出了轮11、12、15、16和制动器13、17的啮合。擒纵轮15由制动器17在次谐振器R₂的每个振荡上的顶部齿16处释放，并描述了在通过次谐振器R₂的制动弹簧17被顶部齿16再次锁定之前的小角度。但是，在轮15的运动期间，轮11通过主谐振器R₁的制动器13保持锁定在顶部齿12上。

当主谐振器R₁经过时，轮11在顶部齿12处被制动器13释放，并允许维持主谐振器R₁，直到再次被制动弹簧13在顶部齿12处和/或被轮15锁定，该轮15于是发挥类似于停止装置的作用。当然，如果次谐振器R₂没有预先释放轮15，当主谐振器R₁经过时，轮11保持锁定。

因此很清楚，主擒纵机构D₂的这两个实施例提供了基本上相同的优势，并使用了用于两个谐振器R₁和R₂的单个主擒纵机构D₂，即，通过主擒纵机构D₂使用相同的主能源B₂来维持所述谐振器。

根据上述两个实施例的变体，第二谐振器R₂也经由次擒纵机构D₃连接到次齿轮系T₃以连接到次能源B₃。确实，如果变得必须要在主擒纵机构D₂之外维持次谐振器R₂，次擒纵机构D₃（优选地是瑞士杠杆式擒纵机构）维持第二谐振器R₂。因此在次谐振器R₂的每次振动时，后者经由次齿轮系T₃由次能源B₃（或者可替换地，通过齿轮由主能源B₂）提供动力。

在图1中示出了该变体的特定可选方案，其要求在主擒纵机构D₂外维持次谐振器R₂。在该可选方案中，计时器1包括选择性地锁定主擒纵机构D₂的装置C，以便通过释放所述选择性锁定装置而使用第一谐振器R₁测量时间。因此很清楚，结构上，主谐振器R₁变成记时（chronograph）设备，即，其仅在测量期间操作，且次谐振器R₂是基本运动，即，其永久在操作中。当然，在该可选方案中，次谐振器R₂优选地具有好的等时性，以允许在释放所述选择性锁定装置C之后的恰当显示。

本发明的优势已从主擒纵机构D₂的第一实施例的所述变体得到量化。如果谐振器的弹性常数是k_j且其惯性是m_j，其振荡频率是：

$f_j=\sqrt{k_j/m_j}/2\mathrm{\π}---\left(1\right)$

对于固定振幅A_j，谐振器j的机械能量是：

$E_j=\frac{1}{2}{k}_j{A}_j^2---\left(2\right)$

在每个振荡处的谐振器能量损失j是：

$\mathrm{\Δ}{E}_j=\frac{\mathrm{\π}{E}_j}{2Q_j}---\left(3\right)$

并取决于谐振器质量因子Q_j（对于粘性摩擦，其随着频率的增加而增加）。

擒纵机构必须提供相同量的能量。如果施加到谐振器的力矩在给定的角度θ_j上是恒定的，维持能量是：

$E_{\mathrm{ech}}=C_{\mathrm{ech}}{\mathrm{\θ}}_j=\mathrm{\Δ}{E}_j=\frac{\mathrm{\π}{E}_j}{2Q_j}---\left(4\right)$

增加谐振器频率增加了质量因子Q_j，其促进了改善的计时。如果谐振器能量是恒定的，损失减少且维持能量也减少。由于能量传输的角度不能被无限地降低，维持力矩必须被降低。

而且，用于启动的必要条件是，维持力矩超过谐振器在其出口角度处的弹性返回力矩（elastic return torque）。

C_ech>k_jθ_j/2                (5)

这意味着，维持力矩不能被无限降低而同时维持谐振器的自动启动特性，且同时不降低谐振器的机械能量（其降低了针对外部干扰的稳定性）。

还必须认识到，频率增加和维持力矩的降低导致停止点处（即，在维持不会引起速率误差而同时擒纵轮组的加速度更低的时刻）更高的谐振器速度（v=2πfA,(6)）。因此注意到，擒纵机构效率降低，因为擒纵机构不能赶上谐振器。因此很清楚，在可用于维持的时间里，擒纵轮组必须赶上谐振器速度：

C_ech/m_ech>v/dt_ech=v²/θ_j    (7)

其中m_ech是擒纵机构的等效惯性。

最后，如果谐振器的频率和能量增加，功率储备必然会降低，因为擒纵机构必须更频繁地维持谐振器且每次都用更多的能量。

因此，定量地说，对于具有频率f等于10Hz、惯性m等于2mg.cm²、弹性系数k等于0.79μNm.rad^-1、且质量因子Q等于600的普通谐振器来说，维持能量E_ech基本上等于25nJ。因此根据关系式（4），对于50°的维持角度来说，维持力矩C_ech基本上等于28nNm。系统不会自动启动，因为根据关系式（5）项k.θ_j/2大于维持力矩E_ech。

另一方面，用于维持的时间（其对应于谐振器从停止点经过）被降低到dt_ech等于40°，即，根据关系式（6），对于等于280°的幅度A是2.3毫秒的时间。为了以这么低的维持力矩达到擒纵轮组的足够加速度，根据关系式（7），维持轮组的惯性必须被显著降低到基本上是2.10^-3mg.cm²的等效惯性。

如果同样类型的谐振器被根据本发明的擒纵机构D₂维持，在等于1Hz的频率f₂，在每个维持功能处将被补偿的损失能量是20倍高。与此相当地，当维持角度θ_j等于50°时，维持力矩C_ech是20倍高，即，大约是0.7μNm，且自启动系统符合关系式（5）。

类似地，维持轮组的加速度增加了20倍，且效率可被自由地优化，仅有的限制是几何的和摩擦的且不再是动态的并涉及能量平衡。因此，由于效率提高了，功率储备必然被改善。

为了展示本发明的计时器的优势，数字地解析耦合的运动等式。考虑具有惯性m₂等于10mg.cm²、频率f₂等于1Hz以及质量因子Q₂等于150的第二谐振器R₂。而且，主谐振器R₁具有等于9.6μJ的机械能量，而次谐振器R₂具有等于0.5μJ的能量。

图5示出了启动两个谐振器R₁和R₂的模拟。高频主谐振器R₁在大约50秒后返回到其固定频率。可注意到，低频次谐振器R₂更慢地返回到其固定幅度。但是，这没有显著的影响，因为一旦次谐振器R₂恢复几十度，调节将能量传递到主谐振器R₁的功能是完全操作的。因此，计时器成功地自动启动，且对于主谐振器R₁来说稳定在基本固定的幅度上，即使其等于或高于10Hz。

图6示出了当两个谐振器R₁和R₂稳定时，对计时器进行的干扰P的模拟。等于0.1μJ的干扰P由50rad.s^-2脉冲角加速度发生在时刻t=1，其具有高斯形状并具有20毫秒的宽度。可注意到，在干扰P之前和之后谐振器R₁和R₂不会有任何显著的相差。

而且，图7示出当两个谐振器R₁和R₂稳定时，对计时器进行的同样干扰P的模拟。这次，被测量的是相对于单个谐振器R_x的速率的每个谐振器的速率。可以看到，根据本发明的擒纵机构D₂的存在不会放大相比于单个谐振器R_x的速率误差。因此很清楚，对主谐振器R₁的直接影响和维持主谐振器R₁对谐振器R₂的间接影响部分地彼此补偿。

因此，根据本发明的计时器对于给定干扰P的响应是类似的，或甚至好于等效的单个谐振器R_x（即，具有相同的能量E_x、相同的频率f_x、和相同的振幅A_x）的响应。而且，次谐振器R₂有利地形成用于维持功能的防脱扣（anti-tripping）系统，尤其是通过阻止与双重维持的相关的速率误差。

根据该实施例、以上选择的变体和/或可选方案，根据本发明的计时器1提出了三种类型的显示装置A₁、A₂和/或A₃。

第一显示类型包括显示装置A₁，其包括连接到用于显示器的齿轮系T₁的显示能源B₁，该齿轮系固定到由主谐振器R₁控制的分配装置D₁。优选地，根据本发明，分配装置D₁由受主谐振器R₁控制的制动器9形成，以便在主谐振器R₁的每个周期或振荡释放连接到齿轮系T₁的轮10，而不向第一谐振器R₁提供任何额外的维持力矩。

因此很清楚，显示装置A₁通过显示例如轮10的运动，即，具有改善的分辨率，诸如例如，高达1/20秒或1/100秒，利用了主谐振器R₁的高频率的优势。因此，在以上解释的两个实施例和/或变体的情况下，显示装置A₁可用改善的分辨率来显示时间。而且，在以上解释的可选方案的情况下，显示装置A₁可以改善的分辨率来显示测量的时间。

第二显示类型包括连接到次齿轮系T₂的时间显示装置A₂。因此很清楚，显示发生在主谐振器R₁被维持的同时。在这种情况下，高频率没有被用来改善分辨率，而是改善稳定性。也很清楚，这种配置形成非常有效的用于制动式擒纵机构D₂的防脱扣系统，而不管所使用的实施例。

最后，第三显示类型包括连接到次齿轮系T₃的时间显示装置A₃。第三类型完全用于上述可选方案，其中主谐振器R₁仅用于测量时间。确实，由于次谐振器R₂是仅有的在永久操作的，仅可使用次齿轮系T₃执行时间显示。

考虑到上述解释，很清楚，本发将谐振器的维持频率降低到低于其频率。本发明也保证了高频运动可自动启动，而同时保存其功率储备，特别是通过改善擒纵机构功能的效率。最后，本发明大大降低了由表外部的干扰产生的速率误差。

当然，本发明不限于示出的例子，但是能够具有对本领域技术人员来说将很明显的各种变体和变化。特别地，可想象其他类型的谐振器和/或擒纵机构，而不脱离本发明的范围。作为举例，一些机械元件可有利地被磁性元件替换且和或辅助。

最后，计时器可包括单个能源，即，配备有齿轮的单个能源可分别形成上述能源B₁和/或B₂和/或B₃。

Claims (11)

1.一种计时器（1），包括以第一频率（f₁）振荡并经由主擒纵机构（D₂）通过主齿轮系（T₂）连接到主能源（B₂）的第一谐振器（R₁），以第二频率（f₂）振荡的第二谐振器（R₂），该第二频率是根据有理数的因子（N、N’）的第一频率（f₁）的乘积，其特征在于第二谐振器（R₂）也与主擒纵机构（D₂）合作以释放主擒纵机构（D₂），以便仅在所述第二谐振器（R₂）振荡时维持第一谐振器。

2.如权利要求1所述的计时器（1），其特征在于主擒纵机构（D₂）是制动式擒纵机构且包括单个擒纵轮（3），该擒纵轮与由第一谐振器（R₁）控制的第一制动器（5）以及由第二谐振器（R₂）控制的第二制动器（7）合作。

3.如权利要求1所述的计时器（1），其特征在于主擒纵机构（D₂）是制动式擒纵机构并包括与由第一谐振器（R₁）控制的第一制动器（13）合作的第一擒纵轮（11），以及与由第二谐振器（R₂）控制的第二制动器（17）合作的第二擒纵轮（15），所述第一和第二擒纵轮（11,15）彼此啮合。

4.如权利要求1所述的计时器（1），其特征在于第二谐振器（R₂）也经由第二擒纵机构（D₃）通过次齿轮系（T₃）连接到次能源（B₃）。

5.如权利要求4所述的计时器（1），其特征在于第二擒纵机构（D₃）是瑞士杠杆式擒纵机构。

6.如权利要求1所述的计时器（1），其特征在于其包括时间显示装置（A₁），所述时间显示装置包括连接到用于显示器的齿轮系（T₁）的显示能源（B₁），该齿轮系固定到由主谐振器（R₁）控制的制动器（9）形成的分配装置（D₁）。

7.如权利要求1所述的计时器（1），其特征在于其包括连接到主齿轮系（T₂）的时间显示装置（A₂）。

8.如权利要求4所述的计时器（1），其特征在于其包括用于选择性地锁定主擒纵机构（D₂）的装置（C），以便通过释放所述选择性锁定装置使用第一谐振器（R₁）测量时间。

9.如权利要求8所述的计时器（1），其特征在于其包括用于显示所述测量的时间的装置（A₁），其包括连接到用于显示器的齿轮系（T₁）的显示能源（B₁），该齿轮系固定到由主谐振器（R₁）控制的分配装置（D₁）。

10.如权利要求8所述的计时器（1），其特征在于其包括连接到次齿轮系（T₃）的时间显示装置（A₃）。

11.如前述任一权利要求所述的计时器（1），其特征在于其包括单个能源（B₁、B₂、B₃）。

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