CN103384856A - 用于机械时钟的磁谐振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于时钟的磁谐振器，其包括：音叉类型的振荡器（1），其具有大致呈U形布置的第一和第二臂（2，3），至少一个臂支撑限定第一磁场的第一永磁体（4，5），擒纵轮（6），其设计为布置为与时钟机构齿轮系的第一移动体相啮合以允许其由时钟的动力源驱动、并且就位于所述第一永磁体的范围内以经受所述第一磁场的影响。尤其，将擒纵轮（6）提供为自由的并且支撑至少两个，优选地至少四个永磁体（61至66），所述永磁体布置为使得音叉（1）的臂的振动一方面控制擒纵轮的旋转速度，并且另一方面由音叉的第一永磁体（4，5）与擒纵轮的永磁体（61至66）之间的磁性相互作用周期性地维持以限定自由擒纵机构。

Description

用于机械时钟的磁谐振器

技术领域

本发明涉及一种用于机械时钟的磁谐振器，尤其用于手表。

更准确地，本发明涉及这样一种磁谐振器，其包括：

音叉型的振荡器，其具有基本上呈U形布置的第一和第二臂，至少一个臂支撑限定第一磁场的至少一个第一永磁体，

擒纵轮，其设计为布置为与时钟机构的齿轮系的第一移动体相啮合，以允许其由时钟的动力源驱动，并且位于第一永磁体的范围内以经受第一磁场的影响。

振荡器比如音叉的高品质因数，也就是常规游丝摆轮的大约10至50倍，使得其在钟表应用中非常有吸引力。

而且，本发明还涉及一种装备有这种谐振器的钟表机芯以及装备有这种钟表机芯的时钟，该时钟尤其但非排他地指手表型。

在此情况下，“永磁体”应当在不脱离本发明的内容之下理解为产生永磁场的元件，而不管其形状如何，也就是说，其能由固定在固体块上并且已经受具有所需的磁性的目的处理的一部分材料、由安装的零件、或甚至由沉积层、由适合的磁性材料组成。

背景技术

现有技术中已经公开了很多包括音叉作为振荡器的钟表设备。

作为示例，Max Hetzel是大量涉及使用音叉作为振荡器的发明专利的起源，这已经引起由Bulova Swiss SA销售的Accutron（注册商标）手表的生产。

然而，Accutron手表包括电子振荡器，因为相应音叉的每个臂支撑与固定安装于手表框架上的与电磁体相联系的永磁体。每个电磁体的操作借助于其所支撑的磁体而从属于音叉的振动，以使得音叉的振动通过电磁体的周期性磁脉冲传递至永磁体而维持。音叉的一个臂致动棘轮，使得其能旋转手表的钟表齿轮系的移动体。

例如，源自1957年申请的专利US2,971,323描述了这样一种机构，然而其不能适合于生产纯机械手表（也就是说没有电子电路）。具体地，就市场而言，实际上需要相对于已知时钟而言工作准确性提高的纯机械时钟。

应当说明，Accutron手表目前仍然由Bulova Swiss SA销售。

源自1972年申请的专利CH594201描述了一种双振荡器的谐振系统。其中利用了音叉振荡由磁性相互作用带来的频率稳定性以稳定常规形状的摆轮的振荡，因此具有与音叉相比较低的品质因数。为此，一方面，音叉的臂，以及另一方面，摆轮，支撑布置为彼此相互作用的永磁体。相应的相互作用使得既能维持音叉的振荡，又能稳定摆轮的振荡频率。

然而，尽管这没有在该专利中清楚地显示，但是很明显，这个机构必须结合至机械擒纵机构以将摆轮的周期性振荡转变为单向运动，使得其能驱动手表齿轮系的移动体。因而，很可能是摆轮结合至布置为维持振荡的常规机械擒纵机构。因而，该文献中描述的机构使得能提高摆轮振荡的频率稳定性，但是这是以相比具有单个振荡器的常规机构而言复杂性和空间要求显著增大的代价下进行的。而且，音叉的高品质因数仅部分地在推荐解决方案中使用，因为最终是摆轮以类似于常规系统中使用的方式控制钟表齿轮系的运动。

还已经披露了更适合于手表构造所特有的空间限制的替代方案。具体地，源自1962年申请的专利US3,208,287描述了一种谐振器，其包括经由磁性相互作用结合至擒纵轮的音叉。更准确地，音叉支撑与擒纵轮相互作用的永磁体，擒纵轮由导磁材料制成。擒纵轮运动地链接至可以是机械的或采取马达形式的动力源，同时其厚度上包括孔隙，以使得其在旋转时形成与由音叉支撑的磁体相关的可变磁阻磁路。

因而，显著强度的永久相互作用发生于音叉和擒纵轮之间，这可限定为磁锁，这种构造因此由不自由的擒纵机构组成。从擒纵轮向音叉提供动力以维持其振荡（即使其很弱）持续地实施并且从这些振荡的等时性角度看构成显著的破坏源。类似地，擒纵轮由音叉进行的导向持续地实施。

因而，用于这种构造中的相互作用的类型类似于从运行准确性角度而言不利的接触。

将要说明的是，大量专利覆盖基于磁阻原理的技术方案。很显然可以引用申请日回溯至1948年的专利GB660,581、申请日回溯至1955年的专利GB838,430、或甚至是申请日回溯至1949年的专利US2,571,085。

发明内容

本发明的主要目的是通过建议一种具有高品质因数和高等时性的用于机械时钟、尤其用于腕表的谐振器，来减轻现有技术已知的音叉谐振器的缺点。

于是，本发明更具体地涉及一种上述类型的谐振器，其特征在于擒纵轮是自由的并且支撑至少两个、优选地至少四个永磁体，永磁体布置为使得音叉的臂的振动一方面控制擒纵轮的旋转速度，并且另一方面由音叉的第一永磁体与擒纵轮的永磁体之间的磁性相互作用周期性地维持以限定自由擒纵机构。

由于这些特点，根据本发明的谐振器提供了音叉的高品质因数的完全益处，也就是说，没有如同现有技术的已知机构那样的固有的削弱这些益处的擒纵机构的性质。

实际上，音叉和擒纵轮之间使用的相互作用的性质以及根据需求调节所使用永磁体的磁性的可能性，使得能优化根据本发明的谐振器的操作，明显使得音叉的臂通过其振动施加对擒纵轮的旋转速度的控制，同时后者获取足以在极好等时性之下维持其振动的动力量。

定位于擒纵轮上的永磁体和放置于音叉的臂之一上的永磁体之间的这个磁性相互作用具有非常低的幅度，并且具有非常短的持续时间。其仅在擒纵轮的一个永磁体放置为与音叉的磁体相对时介入。这个相互作用仅是磁性的，这两个放置为面对面的永磁体之间留下空间。擒纵轮的磁体布置为与定位于臂上的磁体相联系，使得能维持音叉的臂的自由振荡。这些自由振荡是自然的普通振荡。这种类型的振荡器相对于现有技术的一个优点是减少了振荡中断。磁体的弱相互作用具体地使得能产生自由擒纵。

要说明的是，这些谐振器已知实际上大约40年没有主要创新，这会导致该领域已经无法创新的信念。因而，申请人的优点在于已经设计了根据本发明的振荡器，与所有预期相反，其中介入音叉和擒纵轮之间的磁性相互作用的幅度显著大于在基于磁阻原理的机构中介入的，磁阻原理的机构推理为从等时性的角度看显然是不利的，这增大了通过使用较短时间的所述相互作用所补偿的幅度，也就是与已知机构相反的自由擒纵，产生总体上更有利的结果。

而且，根据本发明的具有磁性擒纵机构的机械谐振器具有相比常规自由擒纵机构比如瑞士锚形擒纵机构或天文钟擒纵机构而言更加简单的构造和组件。常规机械自由擒纵机构就其零部件的相对位置的调节而言明显更加复杂。

而且，根据本发明的谐振器既没有棘齿系统也没有机械接触系统。这种谐振器的耐用性因而大于常规机械谐振器。

优选地，擒纵轮支撑2n个永磁体，n至少等于1，优选地小于或等于40。这些磁体有利地靠近擒纵轮的周边或在其周边均匀地分布，以确保后者的规则旋转。

根据优选实施例，擒纵轮的两个相邻磁体相对于彼此布置，以在擒纵轮关于其自身旋转时给音叉的磁体或给音叉的每个磁体呈现分别颠倒的极性。

由于这些特点，音叉的臂和擒纵轮的相应运动是同步的，使得当音叉的臂移动远离擒纵轮时，后者具有引起相对于臂的磁体的排斥的磁体，而当臂靠近擒纵轮时，后者具有引起相对于臂的磁体的吸引的磁体。

有利地，擒纵轮可布置于音叉的臂之间，第二臂优选地装备有限定第二磁场的第二永磁体。在此情况下，音叉的磁体优选地关于擒纵轮直径地相对。而且，擒纵轮的磁体在此情况下有利地布置为使得它们通过呈现磁性定向而成对地直径相对以使得它们具有与音叉的磁体相同性质的相互作用。

相对于磁体的这种布置使得能确保音叉按照其第一振动模式振荡，也就是其两个臂同时移动远离彼此和同时移动靠近彼此。

而且，本发明还涉及一种包括具有上述特点的谐振器的用于机械时钟的时钟机构机芯，以及装备有这种时钟机构机芯的时钟。

根据一个变型实施例，擒纵轮可就位于音叉的臂外面。

在所有情况下，能提供具有相同或不同振荡频率、具有其相应直径和/或其各自旋转速度的数个擒纵轮，以满足不同需求。

根据作为说明的一个变型实施例，根据本发明的机构能提供为包括与音叉的第一臂相联系以便以第一旋转速度旋转的第一擒纵轮，以及与音叉的另一臂相联系以便以第二旋转速度旋转的第二擒纵轮。在此情况下，一个擒纵轮可与用于显示当前时间的元件相联系，而另一个可与用于显示短暂时间的元件相联系，显然借助于计时类型的功能。

附图说明

本发明的其他特点和优点将在阅读下面参照附图作为非限制示例给出的优选实施例的详细描述后更加清楚，并且其中：

—图1表示具有磁擒纵机构的机械谐振器处于第一构造的简化正视图，包括放置于U形音叉的臂之间的擒纵轮；

—图2表示图1的谐振器处于第二构造的简化正视图；

—图3表示图1的谐振器处于第三构造的简化正视图；

—图4表示根据变型实施例的谐振器处于第一构造的简化正视图，其中谐振器包括定位于音叉的臂外面的两个擒纵轮；

—图5表示图4的谐振器处于第二构造的简化正视图；

—图6表示示出将音叉附接至时钟机构机芯的框架的替代方法的简化正视图；

—图7a和7b表示根据第二变型实施例的谐振器的透视性简化视图，并且

—图8a和8b表示根据第三变型实施例的谐振器的透视性简化视图。

具体实施方式

图1至3以示意和简化的方式示出根据本发明优选实施例的机械音叉谐振器分别处于第一、第二和第三构造的操作。

谐振器包括U形音叉1，其具有一对臂2、3，每个臂支撑靠近其自由端以限定第一和第二磁场的永磁体4、5。

每个磁体放置于其臂上，臂的极性布置于大致垂直于臂纵向的方向上。而且，磁体4、5在此以相同的方式大致对准和定向，也就是说相互地呈现相对的极性。

擒纵轮6在图1至3中示意性地示出，擒纵轮6放置于音叉1的两个臂2与3之间。

擒纵轮6在此情况下支撑六个永磁体61至66，永磁体均匀地布置于擒纵轮的周边处，同时它们的极性在径向方向上大致对准。擒纵轮的两个相邻磁体具有相对的定向，从产生磁场的观点看，以擒纵轮的中心为基准。换言之，擒纵轮的两个相邻永磁体相对于彼此布置，以在擒纵轮转动时给音叉的给定磁体呈现当它们就位为面向擒纵轮时分别倒转的性的极性。

有利地，擒纵轮6借助于具有预定齿比的常规时钟机构齿轮系动态地连接至动力源（未示出），并且其实施对于本领域技术人员而言将毫无困难。尤其，擒纵轮优选地支撑布置为与时钟机构齿轮系的第一运动体相啮合的擒纵小齿轮。通过这个动态连接，擒纵轮维持倾向于使得其在预定旋转方向（在图2和3的顺时针方向）上转动的永久力。

擒纵轮6及其磁体61至66具有如此的尺寸以使得磁体就位于音叉的磁体4、5的范围内，以使得它们的磁场能彼此相互作用。

要说明的是，作为示例，对于以360赫兹振动的25毫米长的音叉，其臂的振动振幅在1毫米的5%的量级。

由于擒纵轮的磁体的相对构造，音叉的每个磁体相对于擒纵轮维持交替的吸引和排斥。

具体地，由于永久力由相应时钟的动力源维持，擒纵轮6可关于其自身自由地在顺时针旋转方向上旋转。

这是如此的，由图1的其中磁体与那些音叉之间的相互作用实际上是零的构造开始，其旋转至图2中所示的构造。

音叉可有利地以常规方式紧固至时钟机构机芯的框架，也就是说，借助于经由其第一端紧固至框架、并且经由其另一端紧固至定位于音叉的基部8中间的点的臂。在此情况下，优选地，音叉按照其第一振动模式振动，也就是说，其臂具有精确相对的移动。换言之，两个臂2和3同时地移动分开和朝着彼此移动。

因而，图2中所示的构造最初相应于这两个臂2和3的相互靠近。给定磁体4、5以及61至66的相对方位和位置，音叉的臂2和3维持朝着擒纵轮6吸引，限定能量从擒纵轮传递至音叉，用于维持音叉振动。

同时，音叉通过减慢其由时钟机构机芯的动力源所施加的力引起的旋转来用作擒纵轮上的磁制动器。

由于源自音叉与擒纵轮之间的磁性相互作用的力的幅度相比音叉的振荡而言非常小，后者自然地一个跟随另一个，并且臂2、3在获得最大相对靠近之后，在相反的方向上变形以远离彼此移动。

同时，擒纵轮6继续其旋转运动，这将其带入图3的位置，而臂2、3仍然处于它们的相对分开状态。

在图3的构造中，彼此相对地就位的磁体呈现彼此相反的极性，这导致在音叉的臂2、3与擒纵轮之间产生排斥力。这个排斥限定来自擒纵轮的能量新传递至音叉，为了维持后者的振动。

从前述中发现，支撑六个永磁体的擒纵轮在相应于音叉的三个完整振荡的六个节距中关于其自身完成一个完整的旋转，因此擒纵轮的旋转频率在此情况下等于音叉的1/3。

通常，擒纵轮在音叉的每个完整振荡期间推进两个节距。换言之，擒纵轮的节距的频率是音叉的振动频率的两倍，而其旋转频率在其支撑2n个永磁体时是f/n赫兹，f是音叉的振动频率。

其结果在于，擒纵轮的旋转速度以及时钟机构和显示齿轮系的齿比能根据需求调整，而不管音叉的振荡频率，尤其通过改变由擒纵轮支撑的永磁体的数量。

自然地，音叉的振动频率能根据需求以常规的方式调整，尤其通过改变其臂中的重量的分布或其材料。

有利地，对于时钟机构应用，根据本发明的谐振器中音叉的振动频率能提供为基本上在2和1000赫兹之间。

大于常规游丝摆轮的振荡频率的振动频率可以，例如用于短暂时间测量的应用中。作为示例，为了执行允许百分之一秒级别测量的计时器功能，擒纵轮必须至少每百分之一秒推进一个节距。因此，必须具有100赫兹（或数个100赫兹）的节距频率，这相应于50赫兹（或数个50赫兹）的音叉的振动频率。这种操作频率在今日使用游丝摆轮型振荡器的腕表中是不能想象的，除了短暂且清楚确定的持续时间以外。应当说明，以这种频率运行的机械擒纵同样也不可能在没有问题之下产生，特别是就磨损而言。因为擒纵轮是机械齿轮系的终端部分，出于磨损以及机械简单性的相同原因，优选地以低旋转频率操作。这通过提供适当数量的磁体而成为可能。作为示例，如果12个磁体设置于擒纵轮上，音叉以50赫兹振动，擒纵轮以类似于已知时钟机构机芯中具有的8.33赫兹的旋转频率旋转，同时允许百分之一秒级别的测量。

优选地，擒纵轮支撑2n个永磁体，n至少等于1，优选地小于或等于40。这些磁体有利地靠近擒纵轮的周边或在周边处均匀地分布，以确保擒纵轮的规则旋转。自然地，擒纵轮的直径能影响其所包括的磁体的数量。太大数量的磁体是不期望的，因为其将倾向于升高擒纵轮与音叉之间的实际连续相互作用，损害根据本发明的谐振器的等时性。

自然地，擒纵轮6能在不脱离本发明的内容之下布置于音叉的外面，以便与音叉的单个臂相互作用。

特别有价值的应用的另外示例在图4和5中示出。

根据这个变型实施例，两个擒纵轮40和50分别与音叉10的第一臂20和第二臂30相联系，使得能控制两个不同的显示齿轮系（未示出）。

为了简化图示，图4和5中示出的两个擒纵轮相同。它们可用来控制两个滚动系的分别显示，例如一个显示太阳时并且另一个显示其他恒星时。

图4和5中示出的谐振器的操作原理将不再详细解释，因为其与前述附图的实施例类似。相对于前述实施例的主要差异在于，脉冲由与音叉的每个臂相联系的擒纵轮独立地传递至音叉的每个臂，它们的相应磁体41、51有利地朝着外面面向擒纵轮布置。

在此情况下，作为替代，在不脱离本发明的内容之下，还可能提供彼此不同的擒纵轮40和50，尤其它们支撑不同数量的永磁体。类似地，分别与一个和另一个擒纵轮相联系的显示齿轮系的齿比可以是不同的，以使得例如一个与当前时间显示相联系，而另一个与计时功能相联系。

而且，图6示出音叉至时钟机构机芯的框架的附接的变型。代替经由如上所述紧固至音叉基部的中间点的单个臂来附接音叉，在不脱离本发明的内容之下，能以已知的方式借助于通过其两个主要节点连接至音叉的两个臂附接音叉。类似地，还能将磁体放置于次级节点处。

图7a和7b示出根据本发明第二变型实施例的谐振器。

在这个变型中，音叉1和擒纵轮60包含于彼此大致垂直的相应平面中。

本领域技术人员将能根据需要选择将这两个元件的任何一个放置于与相应时钟机构机芯的总体平面平行的平面中，另一个元件与之垂直。就擒纵轮形成机械齿轮系的部分而言，其优选地布置于与时钟机构机芯相同的平面中，这意味着音叉基本上垂直于时钟机构机芯和手表的总体平面。这种构造的音叉迄今还未成为市售产品的主题。

根据这个变型实施例的谐振器的操作原理与上面已经描述的类似，因此将不再详细地重复。

图7a示出擒纵轮60的位置，其中擒纵轮的一个磁体与音叉的磁体相互作用以引起相互吸引。

图7b示出擒纵轮60的位置，其中擒纵轮的另一个磁体与音叉的磁体相互作用以引起相互排斥。

图8a和8b示出根据本发明第三变型实施例的谐振器。

在这个变型中，音叉100和擒纵轮60也包含于大致相互垂直的相应平面中，但是这次，在需要时，音叉仅支撑布置于一个臂上的一个磁体。

根据这个变型实施例的谐振器的操作原理与上面已经描述的类似，因此不再详细重复。

图8a示出擒纵轮60的位置，其中擒纵轮的一个磁体与音叉的磁体相互作用以引起相互吸引。

图8b示出擒纵轮60的位置，其中擒纵轮的另一个磁体与音叉的磁体相互作用以引起相互排斥。

如已经强调过的，音叉的结构是使得其单个臂与擒纵轮的磁性相互作用足以令人满意地维持其振动。

通常，例如，音叉可由添加二氧化硅（明显是为了可以批量加工）的硅、石英或具有适合于本发明应用的性质的任何其他材料制成，比如硅和石英的组合物，使得能确保作为温度函数的稳定行为。

还要说明，“永磁体”在此情况下应当在不脱离本发明的内容之下理解为产生永磁场的元件，而不管其形状如何，也就是说，其能由保持在实心块中的已经经受处理以具有所需磁性的材料部分、安装零件、甚至沉积层、适合的磁性材料组成。显然能使用任何已知的氧化铁，或例如形成钐钴合金的沉积层。

要说明的是，根据本发明的谐振器的构造允许其简单地集成入现有的时钟机构口径（caliber），通过用游丝摆轮替换常规谐振器，而无需时钟机构口径的主要变型。

前述描述意在将具体实施例描述为非限制性说明，并且本发明不限于已经描述的某些具体特征的实施，比如举例来说，音叉、擒纵轮或永磁体的具体示出和描述的形状。

本领域技术人员将能在不脱离本发明的范围之下毫无困难地将本公开的内容适用于其具体需求以及实施不同于根据这里所述实施例但包括如上所述的自由磁性擒纵机构的机械谐振器。

要说明的是，如果音叉包括两个对准且具有相同磁性定向的磁体，擒纵轮包括2(2n+1)个永磁体以允许音叉以其主振动模式振动，而如果音叉的这两个磁体的相应定向相反，则擒纵轮包括4n个永磁体。

总体上，要说明的是，本发明不限于由音叉支撑的磁体的数量，或它们在音叉的臂上的相应位置。具体地，能仅提供它们中的一个，每个臂一个，或者甚至每个臂多于一个，在臂纵向上的任何水平处，只要相应振动幅度足够，这没有脱离本发明的范围。

Claims (10)

1.一种用于时钟的磁谐振器，其包括：

音叉类型的振荡器（1），其具有大致呈U形布置的第一和第二臂（2，3），所述臂的至少一个支撑限定第一磁场的至少一个第一永磁体（4，5），

擒纵轮（6），其设计为布置为与时钟机构齿轮系的第一移动体相啮合，以允许其由时钟的动力源驱动，并且就位于所述第一永磁体的范围内以经受所述第一磁场的影响，

其特征在于：所述擒纵轮（6）是自由的、并且支撑至少两个、优选地至少四个永磁体（61至66），所述永磁体布置为使得所述音叉（1）的所述臂的振动一方面控制所述擒纵轮的旋转速度，并且另一方面由所述音叉的所述第一永磁体（4，5）与所述擒纵轮的所述永磁体（61至66）之间的磁性相互作用周期性地维持以限定自由擒纵机构。

2.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于：所述擒纵轮（6）支撑2n个永磁体（61至66），n至少等于1，优选地小于或等于40。

3.如权利要求2所述的谐振器，其特征在于：所述永磁体（61至66）靠近所述擒纵轮（6）的周边均匀地分布。

4.如权利要求1至3中的任何一个所述的谐振器，其特征在于：所述擒纵轮（6）的两个相邻永磁体（61至66）相对于彼此布置，以在所述擒纵轮旋转时，给所述音叉（1）的所述第一磁体（4，5）呈现当它们面向所述第一磁体就位时分别颠倒的极性。

5.如权利要求2至4的任何一个所述的谐振器，其特征在于：所述擒纵轮（6）布置于所述音叉（1）的所述臂（2，3）之间。

6.如权利要求5所述的谐振器，其特征在于：所述臂（2，3）的另一个支撑限定第二磁场的第二永磁体（4，5），并且所述擒纵轮（6）的所述磁体（61至66）布置于擒纵轮（6）上，以使得它们通过呈现磁性定向而成对地直径相对，以使得它们具有与所述音叉（1）的所述磁体（4，5）相同性质的相互作用。

7.如权利要求6所述的谐振器，其特征在于：所述音叉（1）的所述磁体（4，5）参照所述擒纵轮（6）大致彼此直径地相对。

8.如前述权利要求的任何一个所述的谐振器，其特征在于：所述音叉（1）的所述永磁体（4，5）靠近所述相应臂（2，3）的端部放置。

9.一种用于机械时钟的时钟机构机芯，其包括如前述权利要求的任何一个所述的谐振器。

10.一种机械时钟，其包括如权利要求9所述的时钟机构机芯。

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