CN104730898A - 用于包括磁性擒纵机构的钟表机芯中的轮副的角速度调节装置 - Google Patents

用于包括磁性擒纵机构的钟表机芯中的轮副的角速度调节装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于调节磁性结构(42)和谐振器(46)之间的相对角速度的装置，所述磁性结构和谐振器相互磁性耦合并且形成限定了磁性擒纵机构的振荡器(42)。磁性结构包括至少一个由磁性材料形成的环形路径(52)，磁性材料的一个物理参数与振荡器的磁性势能相关联，磁性材料沿着环形路径布置为使得物理参数以周期性的方式按角度变化。环形路径在每个角度周期内包括在振荡器内的沿径向邻近冲击区域的磁性势能聚集区域(56)。在每个聚集区域内的磁性材料布置成使得所述磁性材料的物理参数按角度逐渐增加或者按角度逐渐减小。

Description

用于包括磁性擒纵机构的钟表机芯中的轮副的角速度调节装置
技术领域
本发明涉及用于调节磁性结构和谐振器之间的相对角速度的装置领域，其中磁性结构和谐振器相互磁性耦接从而共同限定一个振荡器。本发明的调节装置调节机械钟表机芯的运转。更具体地，本发明涉及用于机械钟表机芯的磁性擒纵机构，其中在谐振器和磁性结构之间设有直接磁性耦合。通常来讲，其功能是使得钟表机芯的计数轮系(counter train)的轮副的旋转频率受制于谐振器的谐振频率。因此该调节装置包括具有振荡部件的谐振器，以及磁性擒纵机构，该振荡部件设有至少一个磁性耦合元件，并且该磁性擒纵机构布置成控制形成磁性擒纵机构的磁性结构和谐振器之间的相对角速度。其替代了游丝摆轮和传统的擒纵机构，特别是瑞士杠杆式擒纵机构以及带齿的擒纵轮。
谐振器或者磁性结构与一轮副一起整体旋转，该轮副被以保持谐振器振荡的一定的驱动转矩驱动旋转。通常，轮副集成到齿轮系中，或者更通常的集成到机构的运动链中。由于磁性结构和谐振器之间的磁性耦合，这种振荡使得调节磁性结构和谐振器之间的相对角速度成为可能。
背景技术
用于通过磁性耦合(也被称为磁性连接)调节谐振器和磁性轮之间的轮(也称为转子)的角速度的装置已经在钟表学领域中熟知很多年了。一些与此领域相关的专利已经被授予给Horstmann Clifford Magnetics有限公司，针对的是C.F.Clifford的发明。特别是，可以参考美国专利No.2946183。这些文件中所述的调节装置具有各种缺陷，特别是不等时的问题(定义为非等时，即缺少等时性)，也就是由于施加在转子上的驱动转矩的作用而使转子的角速度发生显著变化。发生不等时的原因已经并入在本发明的开发中。阅读本发明的说明书后这些原因会变得清晰。
由日本专利申请No.JP5240366(申请号JP19750116941)以及日本实用新型JPS 5245468U(申请号JP19750132614U)以及JPS 5263453U(申请号JP19750149018U)中也可以获知磁性擒纵机构，其中谐振器和盘形成的轮之间具有直接磁性耦合。在头两篇文件中，非磁性盘中的矩形孔被高透磁粉末填充，或者被磁化材料填充。由此可以获得两条环形的、共轴的且相邻的路径，每一条都包括按照给定角周期规则排列的矩形磁性区域，第一路径的区域相对于第二路径的区域偏置或者相移半个周期。由此获得交替分布在一圆形两侧的磁性区域，该圆形对应于磁性耦合元件或者谐振器构件的静止位置(零点位置)。该耦合元件或构件由开环形成，根据具体情况，该开环由磁化材料或者高透磁材料制成，在该开环的两端之间所述盘被驱动旋转。第三篇文件描述了一个替代方案，其中盘的磁性区域由高透磁材料构成的单独的板形成，因此磁性谐振器耦合元件被磁化。这些日本文件中所述的磁性擒纵机构不能显著改善等时性，特别是由于下文借助于附图1到4所解释的原因。
附图1为形成前面提到的日本文件中所述类型的磁性擒纵机构2的振荡器的示意图，但是已经优化之处在于，轮4的磁性齿14和16限定了均在半个振荡周期上延伸的环形区段；以及，具有倒圆的或方形的端部的耦合元件选择为用于谐振器，以便能更好地与附图5所示的本发明实施例进行比较，并且客观的展现本发明的优点。轮4包括第一系列齿14，其分别被第一系列孔15分隔开，它们共同确定了第一环形路径。该轮还包括第二系列齿16，其分别被第二系列孔17分隔开，它们共同确定了第二环形路径。齿14和16都是由高透磁材料形成，特别是铁磁材料。两个系列的齿分别由相同磁性材料形成的外环18和内环19连接。两个环形路径相邻，并且被圆形20划定界限，该圆形20对应于针对轮4的每个角度位置的谐振器6的位于其中心的磁体12的静止位置，即对应于谐振器具有最小弹性变形能量的位置。
谐振器象征性的由弹簧8和惯性10表示，弹簧8对应于由弹性常数限定的其弹性变形能力，惯性10由其质量和结构限定。谐振器能够在至少一种谐振模态下以固有频率振荡，其中磁体12径向振荡。可以理解的是，谐振器6的这种示意性图示意味着在本发明范围内其并不限于几个特定变型。本质在于，谐振器包括至少一个磁性耦合元件12，用于将谐振器与轮4的磁性结构磁性耦合，在附图1所示实施例中，该轮受到驱动转矩的驱动按照逆时针方向以角速度ω旋转。因此，磁体12位于轮4上方，并且能够围绕位于圆形20上的零点位置径向振荡。由于磁性齿14和16形成交替位于中心圆形20两侧的磁性交互作用区域，因此它们限定了一条具有确定的角度周期Pθ的波浪形磁路，所述确定的角度周期与第一和第二角度路径中的每一个的角度周期对应。当谐振器与轮磁性耦合以便磁体12沿着所述轮限定的波浪形磁路振荡时，所述轮的角速度ω基本上由谐振器振荡频率确定。
附图2为在轮4的一部分上振荡器2的磁性势能(也称为磁性交互作用势能)的示意图，该磁性势能根据轮的磁性结构在角度上和径向上变化。等位曲线(level curve)22对应于不同的磁性势能水平。它们限定了等势曲线。当磁性谐振器耦合元件处于给定位置(其中心位于给定点)时，振荡器在该给定点处的磁性势能与振荡器的状态对应。其被限定在一个常数内。通常，相对于基准能量限定磁性势能，该基准能量与相关装置(在此情况下为振荡器)的最小势能对应。在没有耗散力的情况下，该势能与将磁体从最小能量位置带到给定位置所需要做的功对应。在相关振荡器的情况下，由施加在轮4上的驱动转矩提供所述功。当磁体通过相对于轮的旋转轴线的径向运动(即，根据有用的谐振模态的自由度)回到较低的能量位置时，特别是最小能量位置时，聚集在振荡器内的势能可被转移到谐振器。在没有耗散力的情况下，通过谐振器耦合元件和磁性结构之间的磁力做功，该势能被转换为动能以及谐振器的弹性能。这就是提供给轮的驱动转矩如何用于保持谐振器振荡，其继而通过调节轮的角速度对轮制动。
外环路径限定了交替的最小能量区域24和最大能量区域25，而内环路径以相对于第一路径具有角度半周期Pθ/2的相移(即，180°的相移)限定了交替的最小能量区域28和最大能量区域29。附图3示出两条轮廓线32和34，其给出了当振荡器2操作时以及当轮4因而通过角速度调节被驱动旋转时磁体12的中心位置。因此，这些轮廓线是磁体振荡的图示，其在与所述轮相关联的一个参考系内具有两个不同幅值。通过观察磁性势能等位曲线22以及振荡32和34，可以发现振荡器利用每次振动在聚集区域26和30内聚集磁性势能。施加在谐振器磁体上的力由磁性势能梯度给予，该梯度与等位曲线22垂直。角度分量(轮的自由度)通过在轮上的反作用力做功，而径向分量(谐振器的自由度)在谐振器耦合构件上做功。在聚集区域内，角向力/转矩与轮的制动力对应，这是因为角向反作用力与轮的旋转方向相反。当磁力在聚集区域内主要为角向时，振荡器内磁性势能的聚集可以说是“单纯的”。
在附图2和3中，单纯的聚集区域基本上限定了环形区域Z1ac*和Z2ac*。所聚集的能量因而在中心冲击区域ZCimp*内被转移到谐振器。在中心区域ZCimp*中，并且更精确地，在磁体的振荡通过的冲击区域中，磁性势能梯度具有径向分量，该径向分量随着轮的旋转逐渐增加，而角度分量减少至最终变为0。该梯度与用于磁体的推力对应，并由此与冲击对应。当幅值相对较高(振荡32)时，需要注意的是在点PE1和PS1之间的中心区域的整个宽度上施加推力。对于较低的幅值(振荡34)，穿过中心区域ZCimp*的通道在点PE2和PS2之间的更大角度距离上以及在中心区域的横向通道(crossing)的第一半部分(大约远至中心圆形20)中延伸，振荡基本上是自由的，仅在横向通道的第二半部分中给予较低能量的冲击。
通常，“聚集区域”是指对于有用的驱动转矩范围的不同振荡幅值，振荡器中的磁性势能增加的区域；“冲击区域”是指对于有用的驱动转矩范围的不同振荡幅值，磁性势能降低的区域，并且在此区域中磁性推力沿自由度施加在谐振器耦合构件上。“推力”是指在振荡耦合构件的运动方向上的力。因此，尽管该推力可能已经存在于聚集区域中，但是本说明书所指的冲击区域是在聚集区域之外。
为了理解附图2和3中所示的等位曲线22，有必要考虑振荡器2的实施例的实现功能性的一个重要方面。特别是，在钟表领域中，发条盒提供的驱动转矩根据主发条的张力水平会发生显著变化。为了保证钟表机芯能够在一个足够大的期间内运转，通常要求机芯能够由在最大转矩和接近最大转矩的一半之间变化的转矩驱动。另外，当然还有必要确保在最大转矩下能够适当地运转。实际上，为了保证这种运转并且特别防止在较高的振荡幅值下振荡器变得非耦合，要求制动区域26和30在一个特定角距离上延伸并且制动因而必须是逐步的。通过现有技术的振荡器借助于平均效应可以部分地且以并非最佳的方式实现这种状况，该平均效应基本上来自于在轮的总体平面内投影的谐振器的磁性耦合构件或元件的角度范围，以及来自于在该构件和轮(更一般地为转子或者旋转轮副)的环形路径的磁性结构之间的相对较大的气隙。
这种平均是通过在整个耦合磁场上积分获得的，该耦合磁场在磁性结构的—个区域上延伸，该区域的尺寸随着与所述总体平面平行的磁体端面的尺寸以及随着气隙的尺寸而增长。因此，与相关磁性结构中的一个开口相邻的磁性齿的纵向侧翼在磁性势能空间内给出的等位曲线22在一定角距离范围内延伸，该角距离随着平均效应而增加。这里所分析的情况使用了磁体，该磁体具有的圆形或方形截面与轮的总体平面平行。所选定的气隙以及针对该截面所选择的尺寸已经提供了比前面所提及的用于振荡器操作的现有技术的装置的布置更加有利的布置，这是因为确保了制动垫片26和30的范围足够大，同时已经轻微限制了中心冲击区域的径向距离。
当根据施加在轮上的驱动转矩分析上面考虑的振荡器的性能时，可以观察到这种调节装置的至少两个缺陷。首先，驱动转矩的数值范围相对减小，并且存在严重的不等时。这在附图4的图表上示出，其示出相对于施加在轮上的相对转矩Mrot/Mmax(对于大致为200的谐振器品质因数)，轮4的相对角速度误差(ω-ω0)/ω0(ω0为额定角速度)。角频率ω0与有用的谐振器振荡的固有频率Fres通过公式ω0＝2πFres/NP在数学上关联，其中NP为第一和第二环形路径的角度周期的数量。各个不同的点36限定了与钟表应用的高度不等时对应的曲线38。实际上，5·10-4的相对误差对应于非常高的日变差误差，即大约40秒(40s)。接下来，当相对转矩接近80％(0.8)时，可以观察到振荡器性能的不稳定性，如点40作为例证。因此，为了达到钟表机芯的每天小于十秒的精确度，相对转矩必须保持在一个较窄的范围内，在0.6(60％)和0.8(80％)之间。实际上，必须将钟表机芯设计为使得最大可接受转矩与施加到轮4上的最大转矩对应，以便在实际情况下转矩必须保持在80％之上。一旦接近此较低限值，则不等时性迅速增加并且一旦越过该较低限值不等时性变得非常大。这就解释了这种磁性擒纵机构不成功的一个重要原因，尽管这已经知道了几十年了。
发明内容
在本发明的背景下，已经注意到不等时以及前面提到的已知的调整装置的受限操作范围的问题，本发明致力于理解这些问题的原因并且提供解决方案。
对现有技术的问题和各种研究的反思使得确认这些问题的原因成为可能。不等时的问题以及受限的有用驱动转矩范围的问题尤其是由于以下事实：施加给谐振器磁体的冲击在围绕零点位置圆形的局部化区域之外的一个相对大的径向距离上延伸。这减少了单纯聚集的环形区域，同时还干扰了振荡器的运行。实际上，那些很少干扰振荡器的冲击仅是位于该零点位置圆形处的冲击。发明人因此注意到，在所述局部化区域之外的相对宽的路径上的推力会干扰谐振器；其根据所提供的转矩而改变谐振器的频率，从而成为不等时的源头。
为了克服非常宽的中心冲击区域的问题，同时允许振荡器在一个相对大的转矩范围上有效且稳定的操作，本发明提出一种用于调节磁性结构和谐振器之间的相对角速度的调节装置，磁性结构和谐振器磁性耦合从而共同限定一个形成所述调节装置的振荡器，如权利要求1所定义的第一主要实施例，以及权利要求2所定义的第二主要实施例。
一般来说，根据本发明的调节装置具有如下特征：磁性结构包括至少一个环形磁路，该环形磁路在该磁性结构或者谐振器的旋转轴线上定中心，该磁性结构和谐振器布置成使得：当向磁性结构或谐振器施加驱动转矩时，该磁性结构和谐振器围绕旋转轴线相对于彼此旋转。环形磁路至少部分由第一磁性材料形成，第一磁性材料具有至少一个与振荡器的磁性势能相关联但是不同的第一物理参数。第一磁性材料沿着环形磁路布置为使得：磁性势能沿着所述环形磁路以周期性方式按角度变化，并且其限定环形磁路的角度周期(Pθ)。谐振器包括至少一个用于与磁性结构耦合的磁性耦合元件(也称为磁性耦合构件)。该磁性耦合元件由第二磁性材料形成，该第二磁性材料具有至少一个与振荡器的磁性势能关联的第二物理参数，并且该磁性耦合元件与环形磁路磁性耦合，以便沿着谐振器的一种谐振模态的自由度的振荡在施加给所述磁性结构或者谐振器的一个有用驱动转矩范围内得以保持，以及以便在所述环形磁路的每个角度周期内的所述相对旋转期间发生整数个周期(特别是且优选的一个周期)的所述振荡；所述振荡的频率因而确定所述相对角速度。在所述有用驱动转矩范围内，根据由所述环形磁路和所述磁性耦合元件的相对角度位置以及所述磁性耦合元件沿着其自由度的位置所限定的所述环形磁路和所述磁性耦合元件的相对位置，所述环形磁路和所述磁性耦合元件在每个角度周期内限定了振荡器中的磁性势能聚集区域。
在第一主要实施例中，所述谐振器相对于所述磁性结构布置为使得对于所述耦合元件的每个振荡周期内的基本上一个第一振动，以正交投影到所述环形磁路限定的总体几何表面的形式，所述磁性耦合元件的位于磁性结构一侧的作用端部至少大部分叠置在所述环形磁路上，并且所述谐振器相对于所述磁性结构布置为还使得在所述第一振动期间所述磁性耦合元件的行程基本上与所述总体几何表面平行。其次，所述环形磁路的沿着所述谐振器耦合元件的自由度的尺寸大于所述磁性耦合元件的所述作用端部的沿着所述自由度的尺寸。
对于这两个尺寸的比较，所述磁性耦合元件的所述作用端部的沿着所述自由度的尺寸是通过正交投影到由环形磁路限定的总体几何表面并且沿着所述自由度的通过耦合元件的作用端部的质心的轴线测量的。该轴线可以是直线或者曲线。所述第一磁性材料在每个角度周期内布置为使得：至少在对应于每个角度周期内的磁性势能聚集区域的至少一部分的、关于所述磁性耦合元件相对于环形磁路的相对位置至少部分与所述磁性耦合元件的作用端部磁性耦合的所述第一磁性材料的一个区域内，所述第一物理参数按照角度逐渐增加或者按照角度逐渐减小。需要注意的是，要在物理参数的增加或减少之间做出选择，以使得所述相对旋转过程中振荡器的磁性势能根据角度增加；这隐含地源于以下事实：相关区域为磁性势能聚集区域。
根据一个变型，在对应于每个角度周期中的磁性势能聚集区域的至少大部分的所述第一磁性材料的区域内，提供第一物理参数的上述角向变化。根据一个优选变型，在基本对应于每个角度周期中的整个磁性势能聚集区域的所述第一磁性材料的区域内，提供第一物理参数的角向变化。在一个特定变型中，第一物理参数沿角向限定了渐增的单调函数，或者渐减的单调函数。
在第二主要实施例中，环形磁路的沿谐振器耦合元件的自由度的尺寸小于位于磁性结构一侧的磁性耦合元件的作用端部沿其自由度的尺寸。对于这两个尺寸的比较，后者/前者是通过正交投影到由作用端部限定的总体几何表面并且沿着所述自由度的通过耦合元件的作用端部的质心的轴线测量的。该轴线可以是直线或曲线。该总体几何表面包括该自由度轴线，该作用端部在所述总体几何表面内延伸。其次，所述谐振器相对于所述磁性结构布置为使得：在所述耦合元件的每个振荡周期内的基本上一个第一振动期间，以正交投影到所述作用端部限定的总体几何表面的形式，位于所述环形磁路的中部的几何圆形横穿所述作用端部。耦合元件的所述第二磁性材料布置为使得：至少在对应于所述环形磁路的每个角度周期内的所述磁性势能聚集区域的至少一部分的、关于所述环形磁路相对于磁性耦合元件的相对位置至少部分与所述环形磁路磁性耦合的所述第二磁性材料的一个区域内，所述第二物理参数按照角度逐渐增加或者按照角度逐渐减小。要在物理参数的增加或减少中做出选择，以使得所述相对旋转过程中振荡器的磁性势能在磁性势能区域内根据角度增加；其源于所使用的术语“聚集”。
根据一个变型，在用于每个磁性势能聚集区域的大部分的、与磁路磁性耦合的所述第二磁性材料的区域内，提供第二物理参数的上述角向变化。根据一个优选变型，在用于每个磁性势能聚集区域的基本全部的、与磁路磁性耦合的所述第二磁性材料的区域内，提供第二物理参数的角向变化。特别地，第二物理参数沿角向限定了渐增的单调函数，或者渐减的单调函数。
“磁性材料”指的是具有产生外部磁场的磁性特性的材料(磁体)，或者被磁体吸引的良好的磁通导体(特别是铁磁材料)。
根据两个主要实施例的一个优选变型，每个聚集区域内的磁性势能沿着谐振器的有用谐振模态的自由度基本上没有变化。特别地，在与振荡器的磁性势能聚集区域对应的所述第一磁性材料的每个区域内，相关的物理参数变化仅仅是角向的，即该物理参数在径向方向上基本恒定。因此，在这些有用的聚集区域内存在基本上单纯的磁性势能聚集。
根据本发明的一个特定变型，第一磁性材料的第一物理参数的渐增或渐减，或者第二磁性材料的第二物理参数的渐增或渐减，在环形磁路的角度周期的20％以上的角度距离上延伸。根据另一个特定变型，第一物理参数或第二物理参数的具有变化的角度距离与角度周期的比值大于或者基本上等于百分之四十(40％)。
根据本发明的一个优选变型，所述磁性耦合元件和所述环形磁路布置为使得在所述谐振器和磁性结构的所述相对旋转期间，所述磁性耦合元件接收围绕所述磁性耦合元件的静止位置且沿着其自由度的冲击。作为所述磁性耦合元件相对于所述环形磁路的相对位置的函数并且针对提供给调节装置的所述有用驱动转矩范围，这些冲击限定了冲击区域，所述冲击区域邻近所述磁性势能聚集区域基本上局部化为中心冲击区域。在一个特定变型中，冲击区域的径向尺寸与磁性势能聚集区域的径向尺寸之间的比值小于百分之五十(50％)。在一个优选变型中，该比值小于或者基本上等于百分之三十(30％)。
在另一优选变型中，所述磁性结构布置为使得在所述磁性势能聚集区域内的振荡器的磁性势能的平均角向梯度小于在所述冲击区域内的沿着所述谐振器的自由度且以相同单位计量的平均磁性势能梯度。因此，第一磁性材料的第一物理参数或者第二磁性材料的第二物理参数在冲击区域内沿着谐振器的自由度且特别是沿径向的变化大于在磁性势能聚集区域内沿角向的变化。冲击区域内的这种物理参数变化可以很陡峭，特别是通过第一磁性材料或第二磁性材料的径向非连续性产生，其沿着零点位置圆形在磁性结构的总体平面内的轴向投影，或者沿着在耦合元件的总体平面内的零点位置圆形。
本发明的其它特定特征形成了从属权利要求的主题，并且将在下文对本发明的详细说明中予以阐述。
附图说明
下文将参考附图采用非限制性实施例的方式描述本发明，并且其中：
-附图1，已经进行说明，示出现有技术中调节装置的示意性顶视图。
-附图2和3，已经进行说明，示出附图1调节装置的磁性势能以及与两个谐振器振荡对应的轮廓线。
-附图4，已经进行说明，示出作为施加给附图1的振荡器的相对转矩的函数的相对角速度误差。
-附图5为根据本发明的调节装置的第一实施例的示意性顶视图。
-附图6A和6B为分别沿着两条由磁性结构限定的环形路径的角向截面图。
-附图7和8示出附图5的调节装置的磁性势能以及与两个谐振器振荡对应的轮廓线。
-附图9A和9B示出分别沿着两条由磁性结构限定的环形路径的中央的磁性势能曲线，并且附图9C给出了该磁性势能的横向曲线。
-附图10示出作为施加给附图5的振荡器的相对转矩的函数的相对角速度误差。
-附图11为根据本发明的调节装置的第二实施例的示意性部分顶视图。
-附图12示出当磁性耦合元件通过由附图11的调节装置的磁性结构所限定的冲击区域时，对于所有振荡的磁性势能的差。
-附图13，14和15为沿着根据本发明的调节装置的磁性结构的一环形路径的磁性材料的轮廓的三种变型的示意图。
-附图16和17分别是本发明第三实施例的示意性顶视图和部分横向截面图。
-附图18和19为根据本发明的调节装置的两个变型实施例的截面图。
-附图20和21为根据本发明的调节装置的另外两个变型实施例的截面图，其中磁性结构具有两个叠置的板，磁性谐振器耦合元件从两个板之间穿过。
-附图22为根据本发明的调节装置的第四实施例的示意性顶视图。
-附图23为根据本发明的调节装置的第四实施例的一个变型的示意性顶视图。
-附图24和25为本发明第五和第六实施例的示意图。
-附图26为包括两个独立谐振器的第七实施例的示意性顶视图。
-附图27为第八实施例的示意性顶视图，其中谐振器被驱动旋转。
-附图28和29分别为本发明第九实施例的示意性顶视图和横向截面图。
-附图30为集成在钟表机芯中的根据本发明的调节装置的第十实施例的示意性顶视图。
-附图31为附图22的调节装置的第一变型。
-附图32为附图22的调节装置的第二变型。
-附图33为附图23的调节装置的一种变型。
-附图34为第十一实施例的示意图，其中当环形磁路宽度较小时谐振器耦合元件沿径向延伸。
-附图35为本发明第十二实施例的示意图。
-附图36为附图35沿圆形312限定的线的示意性截面图。
-附图37为附图36的一个变型实施例。
-附图38为本发明第十三实施例的示意图；附图38A为沿线X-X的横向截面图。
-附图39为本发明第十四实施例的示意图。
-附图40为本发明第十五实施例的示意图。
具体实施方式
下面将参考附图5到10说明用于调节磁性结构44和谐振器46之间的相对角速度ω的装置的第一实施例，该磁性结构44和谐振器46磁性耦合从而共同限定一个振荡器42。此调节装置有利地限定一个磁性擒纵机构。磁性结构包括第一环形磁路52和第二环形磁路53，这两个环形磁路在磁性结构的旋转轴线51上定中心，并且由具有至少一个第一物理参数的磁性材料45形成，该第一物理参数与振荡器42的磁性势能EPm相关联，所述物理参数不同于势能。旋转轴线51与磁性结构的总体平面垂直。该磁性材料沿着每条环形磁路布置为使得该物理参数以周期性方式按角度变化，从而限定磁路的角度周期Pθ。需要注意的是，在另一实施例中，第二环形磁路可具有磁性材料的另一物理参数的周期性变化，或者在一个特定变型中，第二环形磁路可具有另一磁性材料的物理参数的周期性变化，其也与振荡器的磁性势能EPm相关联。需要注意的是，所考虑的物理参数是磁性结构的特定参数，其独立于磁性结构和谐振器耦合构件之间的相对角度位置θ而存在。然而，该物理参数可以是几何参数，其与耦合构件的空间定位相关。特别地，对于环形磁路内部的给定半径，该物理参数是在磁性结构与耦合构件之间的相对旋转过程中，在与磁性结构相关的参考系内，磁性材料的表面和处于其自由度的相应位置的耦合构件的作用端部的质心所限定的圆形之间的距离。通常，在这里所考虑的情形下，在与磁性结构相关的参考系内，该物理参数是环形磁路与一回转面之间的距离，该回转面以磁性结构的旋转轴线作为回转轴线，并且以耦合元件的自由度作为该回转面的母线。此距离在一个常数内，基本上对应于磁性耦合元件和相关环形磁路之间的气隙。
谐振器包括用于与磁性结构44磁性耦合的构件或元件。此耦合元件或构件在这里由磁体50形成，磁体50为圆柱形，或者长方体形。另外，此谐振器通过弹簧47和惯性48表征，弹簧47表示其由弹性常数限定的弹性变形能力，惯性48由其质量和结构限定。磁体50相对于磁性结构定位，从而这里其静止位置与谐振器的最小弹性形变能量对应，对于磁性结构相对于磁体的每个角度位置θ，耦合元件的与磁性结构相对的作用端部的质心基本上定位在零点位置圆形20上。“作用端部(active end portion)”指的是耦合元件的位于相关磁性结构一侧的端部，大部分耦合磁通量通过该端部在耦合元件和磁性结构之间流动。该零点位置圆形在旋转轴线51上定中心，并且其半径基本上与第一环形路径的内半径以及第二环形路径的外半径对应，这些内半径和外半径在这里会合。换句话说，零点位置圆形20基本上定位在由这两个共轴且连续的磁路之间的界面所限定的几何圆形上，即，此几何圆形与零点位置圆形在磁性结构的总体平面上的投影对应。在一个变型中，这两条磁路相距较远，并且被完全由相同介质形成的中间区域分隔开。在此情况下，零点位置圆形位于两条磁路之间，大致在中间区域的中部。由于各种原因其宽度保持较小的这类中间区域对于确保容易地启动振荡器是有用的。第一个原因涉及提供给耦合元件的沿着相对于旋转轴线的径向和自由度的小的尺寸，这是考虑到在耦合元件基本保持在零点位置圆形的情况下必须防止振荡器“怠速”。另一个原因将在下面出现：目的在于获得与零点位置圆形接近且优选以零点位置圆形为中心的局部化冲击。
附图6A和6B示出分别通过第一环形磁路的中间和第二环形磁路的中间的两个圆形的两个截面图。这两个共轴的第一和第二环形磁路52和53通过角偏移分隔开，所述角偏移等于前面提到的角度周期的一半，即相移π(180°)。在所示变型中，首先考虑的物理参数与磁体50和磁性材料45之间的气隙相关，磁性材料45由高透磁材料形成，特别是铁磁材料。需要说明的是，在另一个变型中，磁性材料为磁化材料，其设置为相对于磁体50进行吸引。另一个物理参数也伴随地发生变化，即高透磁材料的厚度，或者在提到的另一变型中，为磁化材料的厚度。更具体地，环形路径52交替地包括环形区段54和环形区段56，在环形区段54中磁性材料的厚度最大，在环形区段56中磁性材料的厚度在与磁性结构44相对于磁体50的旋转方向相反的方向上逐渐减小。在这里所示的变型中，每一区段56的角距离基本上与每一区段54的角距离相等，其数值基本为一个角度半周期Pθ/2。在另一个变型中，磁路磁体和形成所述耦合元件的谐振器磁体布置成相互排斥。在此变型中，为了获得与上述等效的效果，在每一区段56中磁性材料的厚度在与磁性结构相对于磁体50的旋转方向相反的方向上逐渐增加。
在环形区段56中，在距离VP上厚度从大约最厚降低到基本为零的厚度；然而其他变型也是可能的，如下文中所解释的。厚度上的变化引起耦合在磁体50和磁性材料45之间的磁场的平均气隙的变化，磁性材料45由高透磁材料或者设置为吸引磁体50的磁化材料形成。在基本上与每个环形区段56的角距离相对应的一定角度范围内，该平均气隙在与磁性结构44相对于磁体50的旋转方向相反的方向上逐渐增加。为了避免与由耦合元件50和气隙的非零延伸引起的平均化有关的清晰问题(该平均化还会导致平均气隙的变化)，在本发明的背景下，将针对沿着与所讨论的磁路的总体平面垂直的轴线、在耦合构件的作用端部的质心和磁路之间的气隙变化。在附图6A和6B中，可以考虑与磁路相对的磁体50的下表面作为该作用端部，并且该下表面的几何中心为所述质心，因为几何中心和质心在这里是轴向对齐的。按照与环形路径52类似的方式，环形路径53交替地包括环形区段55和环形区段57，在环形区段55中磁性材料45具有最大厚度，在环形区段57中磁性材料的厚度逐渐降低。环形路径53基本上等同于环形路径52，但是其被偏移了一个角度半周期Pθ/2以限定磁体50的波浪形磁路，如前文所述。尽管这里所考虑的物理参数与磁体和每个环形磁路之间的气隙相关，即与磁性材料的顶面和磁体50的底面之间的距离相关，该物理参数与磁性结构的特定参数对应。实际上，所考虑的物理参数是与平行于磁性结构的总体平面的平面59的距离。另外，该总体平面还平行于磁体的振荡行程。
需要注意的是，根据这里没有示出的其它变型，磁性结构可以布置成使得两个前面提到的物理参数中的仅一个或者另一个变化，即谐振器的磁性耦合元件和磁性结构之间的气隙，或者该磁性结构的厚度。需要注意的是，在仅有厚度变化的情况下，例如通过在磁性结构44上执行平面对称性(这意味着将其翻转而不变动磁体50的位置)，仅与厚度相关的磁性势能变化在磁化材料中找到特定的应用，这是因为磁通量密度可以很容易地根据磁化材料的厚度而改变。由于耦合元件具有特定的尺寸，该厚度定义为相关磁路沿着与磁路的总体平面垂直的并且通过耦合构件的作用端部的质心的轴线的厚度。在使用高透磁材料的情况下，厚度的简单变化更受限。实际上，相关的厚度范围此时必须与一种情况对，即在磁通量流过其中的磁性材料的可变区段的至少一部分中磁通量是饱和的。否则，厚度的变化不会对振荡器的磁性势能有显著的影响。
磁体50与第一和第二环形路径耦合，以便沿着谐振器46的一种谐振模态的一个自由度58的振荡71或72(附图8)被保持在施加给磁性结构的有用驱动转矩范围内。振荡频率确定了相对角速度ω。对于在磁性结构的总体平面(与附图5，7和8的平面平行)内的投影，振荡71或72具有在与第一环形路径52重叠的第一区域内的第一振动71a或72a，以及在与第二环形路径53重叠的第二区域内的第二振动71b或72b。通常，谐振器耦合元件的自由度选择为使得：在磁性耦合元件与磁性结构磁性耦合期间，磁性耦合元件在其振荡的第一振动或第二振动中的行程与第一环形磁路或第二环形磁路的总体几何平面大致平行。在第一主要实施例中，特别是对应于如下说明的附图5和附图11中的实施例，由一个或多个环形磁路或者概括地由磁性结构所限定的总体几何表面是与磁性结构的旋转轴线垂直的总体平面。在附图5和11的实施例中，谐振器的自由度全部位于与该总体平面平行的平面内。因此，在其振荡过程中磁性耦合元件的整个行程这里与磁性结构的总体平面平行。在第二主要实施例的一个变型中，与下文所述的附图28和29的实施例相对应，两个环形磁路形成一个盘的侧壁并且定义一个总体几何表面，其为圆柱面，该圆柱面的中心轴线为磁性结构的旋转轴线。需要注意的是，可以设想其它布置方式，例如其总体几何表面为圆锥形的磁路。在变型中，振荡元件的行程基本上在平行于磁性结构限定的总体平面的平面内；特别是如果振幅较高的情况下，该行程尤其在振荡的端点位置处可能会轻微的偏离。例如，这一情况发生在当谐振器耦合元件沿着基本上圆形的行程振荡并且旋转轴线与磁性结构的总体平面平行时。在这种情况下，优选的是，由处于其静止位置的耦合元件的自由度所限定的方向大致与和所述总体几何平面相切的平面平行，相切点与处于其静止位置的耦合元件的作用端部的质心的正交投影对应。
附图7和8示出在磁性结构44的一部分上振荡器42的磁性势能EPm的示意图，该磁性势能根据磁性结构即两条环形路径52和53而变化。这里描述了其中磁力为吸引力的一个变型，特别是磁性结构由铁磁材料形成。等位曲线60与磁性势能的不同水平对应，如参考附图2和3所解释的。
附图9A和9B示出分别沿着两条环形磁路52和53中每一个的中部的磁性势能的曲线；而附图9C示出沿着与谐振器46的自由度对应的X轴(附图7)的磁性势能的径向曲线。需要注意的是，通过由设置成与形成谐振器耦合元件的磁体相排斥的磁体形成的磁路，可以获得与附图7，8和9A-9C所述类似的情形。在此变型中，气隙和/或磁化材料厚度的变化相对于上述变型(特别是附图6A和6B的变型)颠倒。因此，环形路径交替地包括其中磁化材料具有最小厚度(包括零)的环形区段，以及其中磁化材料的厚度在与磁性结构相对于磁体50的旋转方向相反的方向上逐渐增加的环形区段，后面这些环形区段在振荡器中产生磁性势能聚集区域。
在施加到承载磁性结构44的转子上的有用驱动转矩范围内，在每个角度周期Pθ中，每条环形磁路52，53包括一个在振荡器中的有用的磁性势能聚集区域63或65。这些区域63和65大致分别位于第一环形能量聚集区域Z1ac和第二环形能量聚集区域Z2ac中。“有用的聚集区域”通常指的是被磁体50的磁场扫过的区域，该磁体以所提供的整个振幅范围(与有用的驱动转矩范围对应)内的各种振幅振荡，并且在该区域中振荡器主要聚集后续会传送到谐振器的磁性势能EPm。因此，该区域由谐振器耦合元件的最小振荡幅值和最大振荡幅值限定，该最小振荡幅值与最小有用转矩对应，该最大振荡幅值与最大有用转矩对应。根据一个优选的变型实施例，如图7所示，每个有用的聚集区域内的磁性势能沿着谐振器的有用谐振模态的自由度基本上没有表现出变化。因此，在有用的聚集区域内梯度EPm主要是角向的，此角向梯度与作用在磁性结构上的制动力对应并且整体产生制动力矩。因此，第一和第二环形区域Z1ac和Z2ac这里为单纯的磁性势能聚集区域。需要注意的是，在附图中磁性势能仅针对耦合元件的位于耦合元件的作用端部的质心处的位置局部地给出(可以提供其它参考点以确保对于关于耦合构件涉及的各种参数保持相同的参考点)。因此，下文所述的聚集区域以及冲击区域使用耦合元件的作用端部的质心位置来限定和表示。
第一和第二环形区域Z1ac和Z2ac由冲击区域68和69限定的中心冲击区域ZCimp分隔开，在该中心冲击区域中，在驱动转矩的作用下将能量转移到谐振器，如上文参照现有技术所述的。每个冲击区域68，69由一个被磁体50的磁场扫过的区域限定，该磁体具有在前面所提到的最小幅值和最大幅值之间的不同振荡幅值。中心冲击区域包括零点位置圆形20，其基本上位于该中心冲击区域的中间。零点位置圆形限定为：在谐振器和磁性结构之间的相对转动过程中，在磁性结构上获取的由处于其静止位置的耦合构件的参考点描述的圆形(参考点用于按照转子/磁性结构的极坐标建立空间内的磁性势能的等势曲线)。优选地，谐振器耦合构件相对于旋转轴线径向布置，以便零点位置圆形基本上通过所有与所述耦合元件关联的冲击区域的中部。圆形Y限定了区域Z1ac和区域ZCimp之间的界面。该圆形Y的中心位于磁性结构44的旋转轴线上并且半径为RY。
在附图9C中，曲线76与EPm的径向廓线对应。该曲线76给出了冲击区域69的宽度Z0，该宽度基本上与冲击区域68的宽度对应，并且也与中心冲击区域ZCimp的宽度对应。附图9C同样给出了有用的能量聚集区域的相应宽度Z1和Z2。这些宽度Z1和Z2由用于提供给调节装置的有用驱动转矩范围的最大幅值振荡限定。在附图9A和9B中，曲线74给出了大致位于区域Z1ac中央的EPm的角向廓线，而曲线75给出了大致位于区域Z2ac中央的EPm的角向廓线。有用的聚集区域63和65的特征在于，在较低势能62或64的区域或平稳区段与这里由峰值限定的较高势能之间，磁性势能具有渐增的单调梯度，其在这里基本上为线性的。需要注意的是，外环路径52的峰值高度可以比内环路径53的峰值高度略高。由于磁性势能与磁性结构44相关，曲线74和75的角度偏移为一个角度半周期Pθ/2。
在通过冲击区域时传递到谐振器的能量大致对应于进入该冲击区域的振荡磁性耦合元件的进入点EPIN 1和EPIN 2与该振荡元件从冲击区域的离开点EPOUT 1，EPOUT 2之间的势能差ΔEPm。假定所有较低势能区域62和64在这里具有大致相同的恒定值，并且所有在有用驱动转矩范围内的振动从有用的聚集区域63或65转到较低势能区域，那么对于通过在磁性结构的总体平面内投影的点X1的振荡来说，当通过冲击区域时传递到谐振器的能量基本上与点X1和点X2之间的势能差ΔEPm对应(附图9C)。
首先需要注意的是，在可以设想的变型中，渐增的磁性势能梯度可以不是线性的，而是例如为二次方的，或者具有斜率不同的若干部段。其次，较低势能的平稳区段62，64可以分别具有其它势能廓线。因此，例如，一种特定的变型提供了磁性势能的角向廓线，其定义了交替的上升梯度或者斜坡(制动斜坡/势能聚集区域)，其与下降梯度或斜坡交替。这些下降的梯度可以在一个角度半周期或者更少的范围上延伸，并且因此终结于小的较低的平稳区段。它们可以是线性的或者具有不同的廓线。类似地，很清楚上升梯度可以在不同于一个角度半周期的角向距离上延伸，特别是在更低的角向距离上延伸，但是也可能在更高的角向距离上延伸。关于这方面，在本发明的范围内没有其他限制，除了保持谐振器的有用的谐振模态，以及因此用于该谐振模态的具有非零角向长度的冲击区域的存在，即，在零点位置圆形附近，在该圆形一侧的有用聚集区域和该圆形另一侧的接收区域之间，用于振荡耦合元件的通过区域，这两个区域配置成使得对于在每个有用聚集区域和相应的接收区域之间处于有用转矩范围内的振荡耦合元件，势能差ΔEPm为正的。
因此，磁性结构44的磁性材料45设置为使得在每个角度周期内，至少在与处于所述角度周期的有用磁性势能聚集区域对应的一个磁性材料区域内，所考虑的磁性材料的物理参数随角度逐渐增加或者随角度逐渐减小，以便在磁性结构相对于磁性耦合元件的旋转过程中，在每个有用的聚集区域内，振荡器的磁性势能EPm随角度增加。其次，对于这里所考虑的实施例以及对于有用的驱动转矩范围内的任意驱动转矩，在谐振器的每个半周期振荡中，随着其通过其中一个冲击区域，磁性耦合元件从第一环形路径或者第二环形路径的有用聚集区域转到较低或者最小的势能区域。因此，磁性结构设置为使得对于有用的驱动转矩范围内的任意驱动转矩，在耦合元件进入冲击区域的入口和所述耦合元件从所述冲击区域离开的出口之间的振荡器磁性势能的差为正的。
通过观察附图8和附图3(对应于优化的现有技术实施例的振荡器，其耦合元件的端部为倒圆形或者正方形)之间的差别可以看到，在附图3中，在能量聚集区域26，30中的磁性势能的角向梯度基本上与中心冲击区域ZCimp *中的径向梯度类似。然而，在附图8中，能量聚集区域63，65中的磁性势能的角向梯度远远小于冲击区域68，69中的径向梯度；即使耦合元件的端部为倒圆形或者正方形。在本发明范围内，单纯的聚集区域内的平均角向梯度限定了用于磁性结构的制动力，并且比冲击区域内的平均径向梯度(更概括地为沿着谐振器的有用谐振模态的自由度的平均梯度)小的多，该平均径向梯度限定了在磁体50上的推力，因此限定了以围绕谐振器的磁性耦合元件(磁体50)的零点位置的局部冲击形式传递给谐振器的能量。对于这种比较，按同一单位例如焦耳每米(J/M)计算平均角向梯度和平均径向梯度。相反地，在所考虑的现有技术的情况下，中心冲击区域内的平均径向梯度基本上等于聚集区域内的平均角向梯度。在附图5到9所述示例中，能量聚集区域中的平均角向梯度与冲击区域内的平均径向梯度的比值对于区域Z1ac小于30％，对于区域Z2ac小于或者大致等于40％。
通常，磁性结构布置为使得磁性势能聚集区域内的振荡器平均角向磁性势能梯度小于沿谐振器耦合元件的自由度的在冲击区域内且以相同单位计的平均磁性势能梯度。在一个特定变型中，平均角向梯度与沿着自由度的平均梯度的比值小于百分之六十(60％)。在一个特定变型中，平均角向梯度与沿着自由度的平均梯度的比值小于百分之四十(40％)。
因此需要注意的是，在与现有技术相关的附图2中，从最大能量区域转到最小能量区域的角度距离与按照给定方向从最小能量区域转到最大能量区域的角度距离类似。因此，特别是内部环形路径中的最小能量区域28很小。在本发明优选实施例中的情况并非如此。
在附图7和8中，最小能量区域62和64在相对较大的角度距离范围上延伸，并且从最大能量区域到最小能量区域的过渡在一个很短的角度距离上实现，远远短于从前面的能量聚集区域的角度距离。需要注意的是，在冲击区域内并且由此在最大势能和最小势能之间的过渡区域内的强梯度是由于与现有技术中相应的尺寸比较的耦合元件的减小的尺寸而获得的，其中所述耦合元件的减小的尺寸是在磁性结构的总体平面上的投影中，在这里与谐振器的有用自由度对应的环形磁路的径向方向上。特别需要注意的是，在现有技术中，单纯的聚集区域的宽度基本上等于中心冲击区域的宽度，或者甚至更小。这导致有用的驱动转矩范围很小，并且中心冲击区域的较大宽度会导致谐振器的比较严重的破坏，这是因为在每个振荡的很大一部分上完成能量转移。相反地，由于本发明的特征，前面提到的平均化不仅是不必要的，而且甚至沿着谐振器的有用自由度是不期望的并且因此尽可能地防止。在一个理论上优化的情况下，甚至省去平均化，其导致几乎非零并且因此非常受限的冲击区域宽度。实际上，沿着谐振器的有用自由度降低平均化受到技术的限制，并且受到磁体的磁场占据了一定体积这一事实的限制。
本发明的非凡之处在于不出现平均化效应，也就不会导致非功能性的振荡器，因为每个磁性势能聚集区域在其上延伸的角度距离不再由平均化确定，而是由相关的磁性材料45的物理参数在与EPm的有用聚集区域对应的该磁性材料每一个区域内逐渐按照角度增加或者逐渐按照角度减小的事实确定，这样振荡器的磁性势能在与磁性结构相对于磁性耦合元件的旋转方向相反的方向上角向地增加。因此获得分布在磁性势能聚集阶段中的一定距离上的EPm的受控增加；这对于防止一旦驱动转矩相对高的情况下振荡器脱离耦合很重要，并且对于在不损失同步性情况下获得相对大的操作范围很重要。
由于本发明的特征，在冲击区域的宽度和EPm的有用聚集区域的角度距离之间实际上建立了独立性。因此，输送到谐振器上的冲击可以限制在磁性耦合元件的零点位置附近，而由于较小的角向势能梯度和因此作为角度θ的函数的势能增加的平缓斜率，有用聚集区域的范围可以更大。围绕谐振器的零点位置局部化的冲击大大改善了等时性，而由驱动转矩产生的能量聚集区域的比较广阔的角度范围θZU使得能够获得更广阔的有用驱动转矩范围以及因此更大的操作范围。需要注意的是，如果耦合元件的径向尺寸较小，则冲击的局部化进一步提高。
本发明的优势在附图10中体现，其示出作为输送给转子的相对转矩Mrot/Mmax的函数(对于品质因子Q＝200)，承载磁性结构44的转子的相对角速度误差的若干点80。这里获得了一条操作曲线82，其在相对驱动转矩为50％以上基本是竖直的。因此，在50％到100％范围内该振荡器是可操作的，几乎没有不等时性，当其降到40％时，每日误差仅大约4秒(4s)。因此，这些考虑使得现有技术问题的原因以及来自本发明的显著优点更为清楚。
根据一个变型实施例，冲击区域的径向尺寸(宽度Z0)和有用聚集区域的径向尺寸(Z1或Z2)之间的比率小于或者基本上等于百分之五十(50％)。有用聚集区域的“径向尺寸”指的是在用于有用的最大驱动转矩的一次振动上，磁性耦合元件的振荡的最大幅值Amax减去冲击区域的一半宽度，即基本上Z2＝Z1＝AmaxZ0/2)。上述比率同样可以由调节装置的其他参数定义，例如由Z0/2Amax定义，其中2Amax等于距离RmaxRmin(一个周期上的峰-峰距离)，该距离由投影在环形磁性结构的总体平面内的振荡的最大幅值限定(参见附图8)。对于此第一变型，比率Z0/(RmaxRmin)因而小于或者基本上等于20％。根据第二优选变型，前面提到的比率Z0/Z1小于或者基本上等于百分之三十(30％)。
根据第三变型实施例，每个有用磁性势能区域内的磁性材料的物理参数的逐渐增加或者逐渐减小是在一个大于磁性结构的环形路径的角度周期(弧度为Pθ)的百分之二十(20％)的角度距离(这里考虑为按照弧度计量的角度)上延伸。根据第四优选变型，第一物理参数的具有变化的角度距离与角度周期的比值大于或者基本上等于百分之四十(40％)。
参考附图11和12，下面将描述第二实施例，其总的特性在于：振荡器84的磁性结构86包括单独一个磁性耦合元件(磁体)以及单独一个环形路径88，其中形成该路径的磁性材料45的物理参数周期性改变。大部分前面有关第一实施例的外部环形路径的解释也适用于环形路径88。此环形路径的特性以及与之相关的磁性势能的特性这里不再详细描述。磁性结构86还包括由磁性材料45连续形成的第二环形路径90。该第二路径限定了一个环形的最小磁性势能区域，其数值基本上等于环形路径88的环形区段52所限定的较低磁性势能区域的数值。需要注意的是，在一个变型中，可以采用与环形路径88相邻的单个的磁性材料板件来替代环形路径90，该板件置于振荡磁体50下方并且相对于谐振器46固定。正如在第一实施例中一样，谐振器46的零点位置圆形20基本上位于两个环形路径的交界Y0处。圆形Y基本上对应于由环形区段56限定的EPm的有用聚集区域和冲击区域之间的交界，所述冲击区域位于这些有用聚集区域和前面提到的环形的最小磁性势能区域之间。
第二实施例基本上具有上文关于第一实施例提及的本发明的相同优点。然而，当振荡的磁性耦合元件50从环形路径88转到单一的环形路径90时，在路径88的每个角度周期Pθ内给予谐振器的单个冲击总是沿着相同的方向。在谐振器和磁性结构之间的相互作用没有变化的情况下发生在路径90之上的振荡振动，从而该振动是自由的。附图12示出根据通过振荡的磁性耦合元件的圆形轴线Y的交叉点的EPm差值(ΔEPm)。应注意到，曲线94仅对于可在振荡器84内保持的相关谐振模态的一组振荡具有实践意义。这组振荡基本上位于圆形轴线Y的范围RY内，该范围RY由ΔEPm的有用范围RU确定，该范围RU与输送给磁性结构86的有用驱动转矩范围对应。
需要注意的是，在上面描述的两个实施例中，每个环形磁路的径向尺寸、以及因此沿着谐振器的自由度的尺寸，是伸长的，而谐振器的每个耦合元件的尺寸相对于磁性结构的旋转轴线在径向是减小的。在这两个实施例中，磁性结构的环形磁性区段的径向尺寸大于谐振器的每个耦合元件的尺寸。特别地，环形磁性区段的径向尺寸选择为使得耦合元件完全叠置在相关磁路上，以便在耦合元件与磁路耦合时获得振动的最大幅值。在一个具有单纯的磁性势能聚集区域的优选变型中，要求在整个有用转矩范围内，即，对于耦合元件可以具有的直至最大幅值的所有振荡幅值，耦合元件都保持在势能梯度垂直于谐振器的自由度的区域内。
附图13到15为根据本发明的磁性结构的环形路径的三个变型实施例的示意性截面图。这些变型形式可替代已经在附图6A和6B中描述的变型。环形路径98包括交替的环形区段54A和环形区段56A，在环形区段54A中高透磁材料100的厚度恒定，在环形区段56A中材料100的厚度在角度距离VP上以阶梯方式逐渐减小。每个环形区段56A形成具有若干阶梯的梯形布置。在该梯形布置中，各个阶梯的上表面与平行于环形路径98的总体平面的平面59之间的距离以阶梯形式逐渐变化。该梯形布置限定了渐增的单调势能梯度或者斜坡EPm，其形成有用的势能聚集区域，如上文所述。所考虑的材料100的物理参数为到几何平面59的距离，该距离与磁体50和所述材料之间的气隙对应。在一个变型中，磁性材料由磁化材料形成。在磁性结构的厚度变化的贡献方面关于路径52和53的轮廓的说明也同样适用于该后一个变型，关于其中耦合元件和磁路由磁化材料构成的变型中吸引或排斥布置方式的说明也同样适用于该后一个变型。
附图14的变型的环形路径102具有的铁磁材料100的厚度恒定不变，但是周期性地具有多个孔104。无孔的环形区段54B限定了最小磁性势能区域。每个环形区段56B具有多个孔，在一个角度距离VP上这些孔的密度变化和/或截面积变化。在所示示例中，具有相同的相对较小直径的的孔的密度连续地逐渐增加，或者在一个变型中以阶梯形式增加。这里铁磁材料的物理参数为磁性材料的平均导磁率。
附图15的环形路径106由厚度恒定的磁化材料108形成。在环形区段54C中，磁化材料产生的磁场110的强度基本上恒定。相反地，在环形区段56C中，磁场110的强度在吸引布置方式中(所示的变型)在角度距离VP上逐渐降低，而在排斥布置方式中磁场的强度设置为逐渐增加。在此变型中，所考虑的物理参数为磁化材料在环形磁路和一回转面之间产生的磁通量的密度，该回转面以磁性结构的旋转轴线作为回转轴线，并且以磁体50的自由度作为该回转面的母线。一个变型提供了由高透磁材料形成的另一种耦合元件(与磁化磁体的吸引布置方式的情形类似)。需要注意的是，利用磁性排斥力的优点在于发生震动的情况下防止磁体50附着到环形路径106上。
附图16和17示出根据本发明的调节装置的第三实施例。它与第一实施例的主要不同在于如下的特征：振荡器112包括由臂或杆120形成的谐振器116，所述臂或杆120通过线性弹簧118连接到一个固定点。臂或杆120在第一端围绕轴线124旋转，轴线124与磁性结构114的旋转轴线51平行，并且臂或杆120在其第二端承载与磁性结构114耦合的磁性耦合元件122。结构122包括由铁磁材料制成的构件125，其侧面为U形或者C形，两个分支分别在磁性结构114的上方和下方延伸。在两个分支各自的自由端分别布置有两个磁体126和127，这两个磁体定向为使得在两者之间的气隙内传播的两个磁场主要平行于旋转轴线51并沿相同的方向定向。这两个共轴磁体共同限定了振荡器112的磁性耦合元件。谐振器的自由度是在半径为R的圆形123上，该圆形的中心位于臂或者杆120的旋转轴线124上，R为所述旋转轴线与通过两个磁体126和127的中间的几何轴线之间的距离。
根据本发明的一个优选变型，为了在有用聚集区域内沿着谐振器116的自由度123获得EPm的基本上为零的磁性势能梯度，在此第三实施例中，要求与EPm相关的磁性材料45的物理参数在与圆形123对应的圆形弧度内基本上恒定。换句话说，对于磁性结构114的每个角度位置θ，当投影到磁性结构的总体平面中时，在由磁体126和127的端部的质心所行进的路径上，所考虑的物理参数是不变的。这尤其是区段56D和57D的情况，在这些区段中物理参数按角度变化以限定有用的势能聚集区域。因此，形成磁性结构的两个环形路径的环形区段54D和56D以及相应的55D和57D具有轻微的弧形。针对第一实施例提到的各种变型同样适用于此第三实施例。这里所示的变型是在区段56D和57D中具有若干阶梯的梯形布置方式。
参考附图18到20，根据本发明的振荡器的三个变型实施例将在下面简要说明。附图18的振荡器由轮128形成，轮128在其外周包括环形磁性结构98A，与顶视图中的磁性结构98(附图13)类似，但是通过在附图13的圆形轴线θ上的平面对称性相对于所述磁性结构98加倍。因此，每个环形区段56A包括第一梯形布置和在其下方的另一个梯形布置，其为第一梯形布置的镜像。轮128包括由非磁性材料制成的中心核。谐振器117包括C形的磁性耦合结构122A，其与上述结构122类似。然而，这里结构122A包括连接到铁磁材料构成的两个分支的较大磁体，该磁体的相应的两个自由端共同限定了将谐振器磁性耦合到磁性结构98A的元件。
在附图19中，振荡器包括由非磁性材料制成的中心核和环形磁性结构106A形成的轮129。该结构106A在功能上与附图15的磁性结构106类似，但是这里材料在整个磁性结构106A中是均匀磁化的；磁体所产生的磁场强度的变化以及因此耦合磁通量的变化通过经磁化的环的厚度变化获得。谐振器119的特别之处在于其不包含磁体，其磁性耦合结构122B由高透磁材料制成的开口环形成，磁化结构106A穿过环的开口。环122B简单地限定了用于磁化结构的磁场的低磁阻路径。在另一变型中，轮129可以与附图18的磁性耦合结构122A结合(以吸引或排斥方式)。
在附图20中，振荡器的不同之处在于由铁磁材料的两个板件132和134形成转子130。下部板件132在其外周处具有一个带两个环形路径52和53的磁性结构，该环形路径52和53与已经说明的那些类似，并且由铁磁材料形成。上部板件134与下部板件类似但是倒置，即，通过经两个板件之间的中间平面的平面对称性而成为下部板件的镜像。因此，上部板件包括两个环形路径52A和53A，其与环形路径52和53类似但是相对。这两个板件在中心区域内接合以形成用于谐振器46的磁体50的磁场的低磁阻路径。需要注意的是，附图18和20所示的变型具有防止力沿轴向施加到谐振器耦合元件的优点。
附图21示出根据本发明的调节装置的另一个变型实施例136。该调节装置的优异之处在于其包括两个磁性结构106A和106B，这两个磁性结构是共轴的并且在机械上独立(没有通过机械手段在旋转方面成为一体)。下部的磁性结构106A由与附图19中所述类似的轮129承载，该轮与在旋转轴线51上对中的心轴140为一个整体。上部轮142由非磁性材料构成的中心核143和磁性结构106B形成，该中心核143与自由安装在心轴140上的管件144连接，该磁性结构106B与结构106A类似，但是通过关于两轮之间的中间平面的平面对称性而成为其镜像。谐振器148由弹簧151和铁磁材料构成的磁性耦合元件149表示，该磁性耦合元件149布置在非磁性材料构成的臂150的端部。在两个结构106A和106B内磁化作用是沿相同方向设置的。在第一变型中，两个轮129和142分别被相同的机械能量源特别是主发条驱动。在第二变型中，这两个轮分别被两个不同的机械能量源驱动，特别是设置在钟表机芯内的两个发条盒。这里也可以提供上述的用于磁性结构的其它变型。还需要注意的是，磁性耦合元件也可以是磁体。
附图22示出根据本发明的调节装置的第四实施例152。此实施例显著的区别在于磁性结构154包括单个环形路径156，该环形路径156如上所述由交替的环形区段54和56形成。需要注意的是，在此实施例中以及下面提到的实施例中，正如前面所描述的实施例一样，非阴影区段与较低或最小磁性势能区域对应，而阴影区段与根据本发明磁性势能按角度增加的区域对应。在这些阴影区段内，所使用的磁性材料具有至少一个物理参数，当磁性谐振器耦合元件与环形磁路磁性耦合时，所述物理参数与振荡器的磁性势能相关联。每个阴影区段内的磁性材料布置成使得：在谐振器和磁性结构之间的有意的相对旋转期间，所讨论的物理参数按照角度逐渐增加或者按照角度逐渐减小，以便振荡器的磁性势能按照角度增加。还需要注意的是，在此实施例中以及下面解释的除了第八实施例以外的实施例中，磁性材料在阴影区段内布置成使得所讨论的物理参数沿径向是恒定的，但是会按照角度逐渐变化，以确保在一个相对广阔的角度制动距离上逐渐累积磁性势能，其中该制动距离依赖于谐振器耦合元件的振荡幅值。
谐振器158为游丝摆轮类型，其具有与游丝162相关的刚性摆轮160。摆轮可以采用各种形状，特别是如传统钟表机芯中那样的圆形。摆轮围绕轴线163枢转并且包括两个磁性耦合构件164和165(横截面为方形的磁体)，所述两个磁性耦合构件相对于磁性结构154的旋转轴线51在角度上偏移。两个磁体164和165的角度偏移以及它们相对于结构154的位置设置为使得：当谐振器处于静止(非激发态)时两个磁体位于谐振器的零点位置圆形20上，并且因此它们的角度偏移θD等于整数个角度周期Pθ加上半个周期。因此这两个磁体的相移为π。圆形20基本上对应于环形路径156的外部界线，或者在一个变型中，对应于该环形路径的内部界线。优选地，摆轮的旋转轴线163定位在与零点位置圆形20相切的两条切线的交叉点处，所述两条切线分别与零点位置圆形上的两个耦合构件164和165限定的两个点相切。需要注意的是，优选保持摆轮平衡，特别是使其质心位于摆轮轴线上。本领域技术人员能很容易构造具有此重要特性的不同形状的摆轮。因此可以理解的是，附图中所示的不同变型为示意性的，谐振器惯性的问题在这些附图中没有具体呈现，这些附图示出本发明的各种特性。另外，保证沿径向和轴向施加在摆轴上的合成磁力为零的布置是优选的。需要注意的是，在一个变型中，提供了具有柔性条的摆轮，该柔性条限定了实际的旋转轴线，即，没有枢转，不是游丝摆轮。
需要注意的是，由于存在两个磁性耦合构件，因此谐振器158通过这两个构件中的一个或另一个连续地磁性耦合到环形路径156。在每个摆轮振荡周期中，摆轮接收两次冲击。产生这些冲击的物理现象与前面考虑两个磁体和环形路径所述的情况相同。实际上，当一个磁体攀爬环形区段56中的势能梯度或者斜坡以及沿着圆形20的方向返回时，另一个磁体到达其势能最小的环形区段54上方的位置。因此，在此实施例中发生两个相互作用的合成效应。在一个变型实施例中，由高透磁材料制成的一个简单的环按照与第二实施例类似的方式设置在环形路径156外侧并与其相邻。此简单的环因此在其整个表面上限定了用于振荡器的相同的较低势能。因此该环可以与磁性结构154成为一体，或者相对于谐振器158固定布置。在后一种情况下，分别在两个谐振器磁体的两个径向方向上相对于轴线51布置的两个铁磁板件足以实现该功能。
附图23还示出了另一变型实施例，其中调节装置由振荡器168形成，并且包括上文已经描述的磁性结构44以及上文所述的谐振器158。此变型与附图22的不同之处在于，除了与环形路径156对应的环形路径53，还布置有第二环形路径52。由于这一布置方式，每个磁体164和165在进入到中心冲击区域时都会接收冲击。因此这里存在双冲击，而附图22的变型仅整体接收一个冲击。附图23的变型效率特别高，并且具有相对较大的操作范围。因此，与附图22的变型以及第一实施例相比，此实施例在谐振器和磁性结构之间的磁性耦合方面具有双倍效果；在上文所述的两个实施例中情况也是如此。
附图24示出本发明的第五实施例。振荡器172包括与上文所述的结构44类似的磁性结构44A，其包括偶数个角度周期Pθ。谐振器174由带有两个振动分支的音叉176形成。两个分支的两个相应的自由端分别承载两个圆柱形磁体177和178，这两个磁体相对于旋转轴线51沿直径相对。选择偶数个角度周期Pθ的原因与以下事实关联：在音叉的基本谐振模态中，两个分支以反相振荡，即以相反方向振荡。每个谐振器磁体经历与磁性结构44A的相互作用，这种相互作用与关于第一实施例所述的类似。因此，每个磁体对维持振荡以及因此对维持音叉176的振动都有贡献。
附图25示出本发明的第六实施例。振荡器180与前一个振荡器的主要不同在于，谐振器182的两个磁体177和178通过棒状件185刚性连接，以及磁性结构44B包括奇数个角度周期Pθ。每个磁体布置在锚定于基底186内的弹性柱销183或184的端部。在一个变型中，可以如附图24那样使用具有两个刚性连接的磁体的音叉。因此，由于两个磁体之间的刚性连接，谐振器182的有用谐振模态限定了两个磁体的同相振荡。这就是为什么磁性结构44B这里包括奇数个角度周期Pθ的原因。每个谐振器磁体经历与磁性结构44B的相互作用，这种相互作用与关于第一实施例所述的类似。因此，每个磁体对维持相应的弹性柱销的振荡以及因此对维持谐振器182的振动都有贡献。
附图26示出根据本发明的调节装置的第七实施例190。此实施例的特别且有利之处在于：包括与两个谐振器191和192磁性耦合的磁性结构44B，所述两个谐振器除了通过磁性结构的磁性耦合之外相互独立。每个谐振器由弹性柱销183或184示意性表示，所述弹性柱销锚定在第一端并且承载磁体177或178。因此每个谐振器具有自身的固有频率。因此，存在两个固有频率的某种平均化，以用于集成磁性结构44B的轮的角速度ω，后者具有另外的差分功能。很明显，两个选定的固有频率必须很接近，或者甚至基本相同。然而，可以设想的是两个振荡器对周围状况的反应是不同的，优选如此，以便当周围状况变化时，一个补偿另一个的漂移。需要注意的是，两个振荡器按照相反方向定向，以便补偿在其方向上的重力作用。在一个变型中，提供另外两个谐振器，其在垂直于附图26所示的两个谐振器的方向上也沿相反方向定向，以便补偿该垂直方向上的重力作用。
附图27示出本发明的第八实施例。调节装置196与前面实施例的主要不同在于两个特定方面。首先，磁性结构198固定布置在支撑件或者板件200上，而两个振荡器191A和192A被提供给转子202的驱动转矩驱动以角速度ω旋转，转子202包括两个刚性臂205和206，在其相应的自由端分别布置有两个振荡器。需要注意的是，这种关于驱动转矩施加其上的装置的颠倒不会以任何方式改变如上所述的谐振器和磁性结构之间的磁性交互作用，所以这种颠倒可作为其他实施例的变型来实施。需要注意的是，这里提供了两个谐振器，每个谐振器限定了一个具有磁性结构198的振荡器。然而，在另一种变型中(没有示出)，提供单独一个谐振器。
此实施例的第二特定方面来自于以下事实：当磁体177或178截交零点位置圆形20时，振荡相对于转子202的旋转轴线51A不是径向的。如前面描述的几个实旋例一样，每个谐振器的耦合元件的自由度基本上位于以下圆形上：该圆形的半径这里基本上等于谐振器的弹性柱销的长度L，并且该圆形的中心位于柱销在谐振器臂上的锚固点。根据本发明的一个优选变型，为了在EPm的有用的聚集区域中获得沿着每个谐振器(两个谐振器关于几何轴线51A轴对称)的自由度的基本为零的磁性势能梯度EPm，此实施例要求磁性结构198的磁性材料的物理参数在对应于耦合元件限定的几何圆形的圆弧内基本上恒定。换句话说，对于转子202的每个角度位置，在投影于固定磁性结构的总体平面的由磁体177和178占据的路径上，所考虑的物理参数是不变的。这尤其是区段56E和57E的情况，其中物理参数变化以限定EPm的有用的聚集。需要注意的是，环形区段54E和56E以及55E和57E形成磁性结构的两条环形路径，具有弓形形状，并且内部环形路径的交替的区段相对于外部环形路径的区段有轻微的角度偏移。
附图28和29示出根据本发明的调节装置的第九实施例的平面图和截面图。振荡器210包括轮212，至少该轮的外周环形部分由高透磁材料形成。该轮的侧面构造为形成圆柱形磁性结构214。该磁性结构仍然是环形的，但是轴向延伸，而不再在轮的总体平面中延伸。在其它实施例中，谐振器和磁性结构之间的磁性耦合在方向上是轴向的(主要分量平行于旋转轴线)，而这里的磁性耦合是径向的。结构214限定了相当于上述环形路径的两条圆柱形路径218和219。因此，对于前面实施例的主要考虑也适用于此实施例的各种可能的变型。在所示变型中，每条路径由一系列非对称齿形成，所述一系列非对称齿限定了磁性结构的角度周期Pθ。每个齿具有平坦部分或者小的圆柱形部分215，之后是一个凹陷部，该凹陷部形成斜坡/斜面216。下部路径219的齿相对于上部路径218的齿在角度上偏移了半个周期Pθ/2。此磁性结构以在其他实施例中对于谐振器220的描述类似的方式作用。此谐振器包括优选由铁磁材料制成的轻型结构221。该结构221包括两个弹性臂222和223，这两个弹性臂相对于心轴224沿直径方向布置，心轴224的中心在轮212的旋转轴线51上。谐振器固定安装在心轴上，结构221固定在与心轴一体的盘225上。两个弹性臂分别在它们的自由端延伸出两个轴向分支226和227，这两个轴向分支分别在其下端承载磁体230和231。这两个磁体布置成使得由它们每一个产生的磁场主要为径向的。设置为利用其中两个弹性臂222和223轴向振动的谐振，这引起磁体230和231的轴向振荡。为了使轮独立于谐振器转动，在轮212内设置心轴自由通过的中心孔。还要注意的是，所述轮与小齿轮228成一个整体，该小齿轮228用于通过驱动转矩驱动所述轮，该驱动转矩例如源自主发条。本领域技术人员可与轮212一起提供其他谐振器，特别是一种以扭转方式操作的谐振器。
下面参考附图30说明设置在钟表机芯内的本发明的第十实施例234。调节装置236包括谐振器238，该谐振器通过弹性柱销或弹性条示意性表示，其在第一端固定，并且在自由端承载磁体。该磁性结构的特别之处在于：根据本发明它由两条环形磁路241和243形成，这两条磁路分别由并排布置的两个轮副240和242承载。每条环形磁路都布置在相应轮副的板件的外周区域。两条磁路这里布置在相同的几何平面上，并且包括交替的环形区段245和246，其分别与第一实施例的环形区段54和56类似。当两板件具有相同的直径时，两个轮副定位成使得：谐振器磁体的静止位置(零点位置)位于一直线的中间，该直线正交于两个轮副各自的旋转轴线并且与该两条旋转轴线截交。更概括地，在其静止位置，耦合元件位于连接两个轮副的两条相应旋转轴线的直线上，并且在投影到所述几何平面的两条路径的交界处或者其中间，这两条路径在所述直线上具有半个角度周期的偏移。
两个轮副240和242通过与接收驱动转矩的小齿轮254成一体的驱动轮252在旋转方面耦合。轮252与位于第一转副240的板件下方的第一轮副240的轮248啮合，从而直接驱动第一轮副沿确定的旋转方向旋转。轮252还通过中间轮256将驱动转矩传递给第二轮副242，该中间轮副256与位于第二轮副的板件下方的第二轮副的轮250啮合。因此，第二轮副沿着与第一轮副相反的方向旋转。两个环形路径具有相同的外径，并且传动比设置为使得两个轮副的角速度相同。在一个变型中，两个轮副可以通过齿轮直接相互啮合，两个轮副中的至少一个在操作期间接收转矩。在钟表机芯组装过程中，应确保这两个环形路径定位成使得在磁体的零点位置，这两个环形路径具有相移π(如附图30中所示的半个周期的偏移)。
需要注意的是，此第十实施例的优点在于：两个磁路具有相同的尺寸，但是布置在同一个几何平面上。这使得在谐振器的两个振荡振动中，在谐振器和磁性结构之间具有完美的磁性相互作用对称性。在一个特定变型中，两个轮副由来自集成在相同钟表机芯内的两个发条盒的两个驱动转矩驱动。还要注意的是，在一个没有示出的变型中，谐振器可以承载至少两个耦合元件，其分别与第一路径和第二路径耦合，并且布置在不同于前面提到的连接两条旋转轴线的直线的位置处。应保证当第一耦合元件离开第一磁路时，第二耦合元件与第二磁路进入相互作用，反之亦然。后面这种变型开辟了振荡器特别是两个轮副的布置中的若干其他自由度。例如，两个磁路可以分别布置在两个平行板件上，但是位于不同高度。
附图31示出根据本发明的振荡器260，它是附图22的第一变型。此变型与附图22的区别在于：谐振器158A包括刚性摆轮160A，该摆轮在其两臂的每一个上承载两个磁体164和264，以及165和265。每条臂的两个磁体同时经历与环形磁路156的磁性相互作用。它们之间的相移为角度周期Pθ。因此可以理解的是，在给定的零点位置圆形上，对于所考虑的处于其静止位置的谐振器，可以通过在经历相对于相应磁路的相同运动(即，相同的自由度和相同的运动方向)的耦合元件之间提供等于N·Pθ的角度偏移来增加耦合元件的数量，其中N为正整数(对应于N·360°的相移)。
附图32示出根据本发明的振荡器270，它是附图22的第二变型。此第二变型与第一变型的不同之处在于：对于所考虑的处于其静止位置的谐振器，与谐振器158B的摆轮160B的同一臂关联的两个耦合元件分别定位在两个零点位置圆形20和20A上，这两个零点位置圆形由环形磁路156限定，即由限定此路径的外圆和内圆限定。在这种情况下，两个耦合元件164和266，以及165和267，两者之间的相移为Pθ/2(即180°)。可以理解的是，对于给定的环形磁路，当谐振器处于其静止位置时，一个或多个耦合元件可以定位在由所述路径限定的两个零点位置圆形的每一个上。对于摆轮臂，与第一零点位置圆形相关的第一耦合元件相对于与第二零点位置圆形相关的第二耦合元件的角度偏移为(N+1)·Pθ/2，N＞0。
通过将附图31和32的实施例中获得的教导结合以及通过使用若干环形磁路，可以根据本发明设想出各种振荡器，特别是附图33中所示的振荡器280。该振荡器包括由摆轮160C形成的谐振器158C，摆轮160C包括两个臂282和284，每个臂承载四个耦合元件，这些耦合元件基本上分布在磁性结构44的一个角度周期上(两个磁路52和53中的每一个的周期)。这里有一个耦合元件在磁性结构的三个连续半周期的每一个半周期内都与磁性结构相互作用，在该磁性结构上方，与同一个摆轮臂相关联的四个耦合元件同时延伸。由于在每个阴影区段中所考虑的物理参数的变化预期是角向的(在任意给定半径上没有径向变化)，因此优选游丝摆轮的旋转中心163位于与零点位置圆形20在与中间分支286或288的交点处相切的切线上，所述两个中间分支承载两个径向对齐的耦合元件。每个耦合元件由此在用于附图33中的实施例的三个零点位置圆形20，20A和20B附近局部化的冲击区域以外仅受到较低的径向力。这类实施例的优点在于：提高了谐振器和磁性结构之间的磁性耦合，同时保留了较小径向尺寸的耦合元件以及由此保持了传递给谐振器的局部化的冲击。
采用相对于上述调节装置的倒置技术的实施例将会参照后面的附图进行说明。在前面的实施例中，环形磁路的范围很大从而至少覆盖了预期的最大振荡幅值(在一次振动中)，而谐振器耦合构件在与这些谐振器相关的环形磁路的径向方向上具有相对较小的尺寸。然而，可以通过相反设置磁路的磁性区段和谐振器耦合元件的尺寸来获得本发明的类似的相互作用以及益处。
附图34为第十一实施例的一种变型的示意图，其对应于附图11的一般实施例的相反技术方案。调节装置300包括形成轮且包括环形磁路306的磁性结构304，环形磁路306由磁体308形成，磁体308具有减小的径向尺寸，并且沿着圆形312周期性布置。因此，该圆形基本上通过磁体的中部或者通过磁体的质心。一般地，在向其总体平面的轴向投影中，环形磁路限定了一个几何圆形，该几何圆形沿径向位于所述磁路的中部，或者基本上通过形成所述磁路的多个磁性元件的质心。类比于前面的实施例，此圆形也称为零点位置圆形。谐振器302布置为经历径向振荡。其耦合元件310由磁化材料形成，并且其作用端部限定了一个与磁性结构相对的磁化部分，当谐振器处于静止位置(谐振器最小势能)时，在向平行于磁路的总体平面的一个平面的轴向投影中，该作用端部在大致矩形的区域中延伸，并且其内部角向边缘(即在轮的角度方向上)在轴向投影中基本上跟随所述零点位置圆形。该大致矩形的区域具有在圆形312上的基本上等于磁路306的半个周期(Pθ/2)的角度距离，并且具有至少等于耦合元件在振动过程中在其耦合到磁路306的位置处的最大振荡幅值的径向距离。谐振器相对于磁性结构布置为使得：当有用转矩范围内的驱动转矩被传递到振荡器(由谐振器和磁性结构形成)时，在耦合元件的每个振荡周期的基本第一次振动期间，圆形312在轴向投影中横穿耦合元件310的作用端部。耦合元件的磁化材料形成沿着几何轴线51轴向定向的磁体，如磁体308一样，后者在这里具有颠倒的磁极，从而布置为排斥耦合元件磁体。
耦合元件的磁化材料具有至少一个物理参数，当磁性谐振器耦合元件与环形磁路306磁性耦合时，该物理参数与振荡器的磁性势能相关。一般地，根据该第十一实施例的调节装置的特征在于，在有用驱动转矩范围内，作为环形磁路和磁性耦合元件的相对角度位置θ和耦合元件沿自由度的位置的函数，环形磁路和磁性耦合元件在每个角度周期内限定了振荡器中的磁性势能聚集区域；以及，耦合元件的磁性材料布置为使得：至少在用于每个角度周期的磁性势能聚集区域的至少一部分的与磁路耦合的磁性材料的一个区域内，与振荡器的磁性势能相关的物理参数按角度逐渐增加或者按角度逐渐减小。物理参数的正向或者负向变化选择为使得在驱动转矩作用下在谐振器和磁性结构的相对转动期间，振荡器的磁性势能按角度增加。根据各种变型，所考虑的物理参数特别为气隙或者耦合元件磁体产生的磁通量，如上文所述。
附图35和36示意性示出第十二实施例。调节装置320与附图5的调节装置的相反技术方案对应。磁性结构304与附图34中的磁性结构相同。谐振器322包括板件324，该板件相对于环形磁路306的中心沿径向振荡，并且承载两个耦合元件326和328，其刚性固定在板件上。这两个耦合元件由两个磁化部分326和328形成，每一个都在圆形312上的一个基本上等于磁路306的半个周期Pθ/2的角度距离上延伸，并且这两个耦合元件在角度上偏移半个周期(相移180°)。另外，它们径向偏移，以便当谐振器处于静止位置时，磁化部分328的内部角向边缘和磁化部分326的外部角向边缘在轴向投影中跟随零点位置圆形312。形成所述两个耦合元件的磁化材料具有与振荡器的磁性势能相关的物理参数。在每个耦合元件的至少一定的角度距离上，该物理参数随角度逐渐增加或者随角度逐渐减小，以便在相对转动过程中振荡器的磁性势能随角度增加。该物理参数为板件324的下表面和板件的总体几何平面325之间的距离。该总体几何平面与磁性结构304的上表面平行，因而与其总体表面平行。另外，该板件在振荡时的行程也平行于面325。在技术方案相反的情况下，需要注意的是，沿着磁性结构304的相对转动方向势能必然增加，如图36的截面图中所示，其中耦合的磁体以排斥方式布置。
需要注意的是，附图35的调节装置的一个变型的磁性区域可以通过以下手段获得：沿着位于角度周期中间且位于环形路径和耦合元件中间的径向轴线，使附图5中的耦合元件50的两条磁路52和53的角度周期实现轴对称。然后，在磁路的每个周期处复制形成由此转移的磁性构件。然而，考虑到势能聚集区域内的磁化材料的所讨论的物理参数的变化，该结果并不是最优的。因此，在附图35所示的优选变型中，在轴对称后修改磁化区域326和328，以便每个聚集区域内的磁性势能沿着谐振器的有用自由度基本上不会表现出变化。这是为什么在附图35中所考虑的物理参数的变化与板件324的振荡方向垂直。因此振荡器的磁性势能与上述参考附图7，8和9A-9C所述的类似。
应注意的是，对于具有至少一条径向延伸的磁路和至少一个谐振器且该谐振器包括一个小径向尺寸的耦合元件或者若干以整数个角度周期偏移的这样的耦合元件的每个前述实施例，该实施例可通过对每个耦合元件施加现在的方法而提供颠倒的实施例，由此根据情况，如图34那样单独一个环形区段(一个磁性半周期)发生转移，或者如图35那样两个环形区段(一个磁性周期)发生转移。与第一实施例相比，根据第十二实施例的调节装置的一个优点来自于以下事实：延伸的磁性区域326和328位于谐振器上，因此可以具有用以产生磁性势能聚集梯度或者斜坡的所考虑的物理参数的相同的线性变化，相同的尺寸，以及具有刚好沿着耦合元件的自由度的曲线的侧缘。另一个优点在于振荡器制造方面更大的简易性。事实上，为了获得期望的周期性磁性势能，可以生产出一种磁性结构(具有至少一个磁性路径的轮)，形成该磁性结构的磁性材料的物理参数没有变化；因为这里用以下磁性材料形成谐振器的延伸的耦合元件就足够了：该磁性材料的与振荡器磁性势能相关的物理参数具有角向变化。考虑到相对于环形磁路的角度周期数量来说数量更受限制的谐振器耦合元件，这更容易实现。
附图37示出附图35的一种变型。调节装置330的区别在于：布置在谐振器322A的板件324上的两个耦合元件326A和328A在其面对磁性结构的端部处、在向平行于磁路的平面的轴向投影中具有正方形或者矩形面。特别地，环形区域328A的内部角向边缘和环形区域326A的外部角向边缘为直线。只要角度周期保持相对较小，特别是小于45°，则这一变型功能上与附图35非常接近，有效地调节相对于环形磁路的谐振器静止位置。因此也可获得良好的等时性以及相对比较大的合理操作范围。
附图38和38A是本发明第十三个实施例，其提供了吸引方式的磁性相互作用。在这种情况下，有必要将磁性材料引入到与能量聚集区域径向相对的区域内，在零点位置圆形的另一侧，以便这些区域具有较低或者最小的磁性势能。调节装置332包括如上所述的一个环形磁路306以及示例性表示的一个谐振器334，该谐振器包括由铁磁材料构成的板件，该板件以期望的谐振频率振荡。板件336在总体平面325上延伸并且包括两个区域326B和328B，这两个区域与该总体平面的距离或者与磁路之间的气隙在磁路旋转方向上增加，从而在一个相对较大的角度距离上形成势能聚集区域。另外，该板件包括两个补充区域337和338，这两个区域也是由铁磁材料形成，并且与磁路具有最小气隙。因此可以获得用于保持谐振器334的振荡的冲击。需要注意的是，该板件的角向尺寸优选设置为等于两个连续磁体308中心之间的线性距离。这克服了与以下事实相关的问题：在与板件重叠的区域之外，磁体具有较高的势能。事实上，当一个磁体离开重叠区域时，由于该角度距离，下一个磁体同时进入该重叠区域，这样板件336上的角向力相互抵消。因此可以理解的是，对于前十个实施例及其可想到的变型可以实施相反的技术方案。
附图39为对附图24的调节装置实施如上所述的技术颠倒方法的第十四实施例的示意图。因此可以获得一个带有谐振器174A的调节装置340，该谐振器由音叉176A形成，在该音叉的两个自由端具有两个磁性板件344和345，与附图37的板件324A或者附图38的板件336类似。两个板件344和345在相反方向上振荡，并且每个均包括两个耦合元件，与附图37和38的磁性区域326A和328A或者一个变型中的磁性区域326B和328B类似。磁性结构304对应于上文所述的磁性结构。在音叉优选对称(通过使两个板件中的一个关于基本上与零点位置圆形正切的对称轴线完成轴对称)的一个有利变型中，轮304上必须设置奇数个耦合元件308。
附图40示出从附图34开始描述的那种类型的第十五个实施例。此实施例涉及结构上具有两个同心的小径向尺寸磁路。调节装置350功能上类似于附图32的实施例。该调节装置350由振荡器形成，该振荡器包括游丝摆轮类型的谐振器352以及形成轮的磁性结构358，该轮由钟表机芯提供的驱动转矩驱动以围绕几何轴线51旋转，该钟表机芯集成所述调节装置。因此谐振器具有游丝162或者其他适当的弹性件以及摆轮160D，该摆轮具有两个臂，其相应的两个自由端分别承载两个耦合元件354和356。每个耦合元件由磁化区域形成，类似于附图34的元件310。磁性结构358包括上述的第一磁路306以及还包括与第一磁路同心的第二磁路360，该第二磁路由多个均匀分布的磁体362形成，并具有与第一磁路相同的角度周期但角度偏移半个周期；这两条路径因而具有180°相移。在所示变型中，磁体308和362相对于两个磁化区域354和356以排斥方式布置。第一和第二磁路布置成使得：两个零点位置圆形312和312A分别基本上垂直于两个磁化区域354和356中每一个的内部角向边缘和外部角向边缘定位。这两个磁化区域偏移的角度为θD＝Pθ·(2N+1)/2，N为整数。
需要注意的是，附图40的实施例是通过从附图32开始实施上述颠倒技术并且对于第一摆轮臂承载磁体164和266的情况实施该技术而获得的。其次，由于第二臂的磁体165和267相对于第一臂的相应磁体相移180°，转移到谐振器的磁路的阴影区域必须相移180°，以获得一种等同的情况，其中磁体已经通过施加给第一臂的轴对称而设置在磁性结构上。振荡器内的磁性相互作用由此等同于附图32和40的装置。
最后，需要注意的是，也可由附图23的振荡器在第二种方法的辅助下获得振荡器350，该第二种方法包括将磁性结构的磁性区域和谐振器的尺寸相反设置。磁性路径的每个阴影区域由在阴影区域中心处具有小的径向宽度的磁体替代，并且两个谐振器磁体由两个磁化区域替代，该两个磁化区域基本上具有附图23的振荡器的一个路径的阴影区段的尺寸。通过使用第一和第二技术颠倒方法，本领域技术人员可以容易地实现其他调节装置，所述调节装置具有由谐振器承载的径向上延伸的磁性部段。

Claims (30)

1.一种用于调节磁性结构(44；86；114；154；198；214；240；242)和谐振器(46；116；117；119；148；158；158A；158B；158C；174；182，184；202；238)之间的相对角速度(ω)的调节装置(42；84；112；152；168；172；180；190；196；210；236；260；270；280)，所述磁性结构和谐振器磁性耦合以便共同限定一形成所述调节装置的振荡器，所述磁性结构包括至少一个在所述磁性结构或谐振器的旋转轴线(51，51A)上定心的环形磁路，所述磁性结构和谐振器设置为：在驱动转矩施加在所述磁性结构或者谐振器上时，所述磁性结构和谐振器中的一个相对于另一个围绕所述旋转轴线旋转；所述谐振器包括至少一个与所述环形磁路耦合的磁性耦合元件(50；126，127；149；164，165；177，178；230，231)；所述环形磁路至少部分由第一磁性材料(45)形成，所述第一磁性材料的至少一个物理参数与振荡器的磁性势能相关但是不同，所述第一磁性材料沿着所述环形磁路布置为使得振荡器的磁性势能沿着所述环形磁路以周期性方式按角度变化，并且限定所述环形磁路的角度周期(Pθ)；所述磁性耦合元件具有位于所述磁性结构一侧的作用端部，所述作用端部与所述环形磁路磁性耦合，以便沿着谐振器的一种谐振模态的自由度的振荡在施加给所述磁性结构或者谐振器的一个有用驱动转矩范围内得以保持，以及以便在所述环形磁路的每个角度周期内的所述相对旋转期间发生确定的整数个周期的所述振荡，所述振荡的频率因而确定所述相对角速度；所述谐振器相对于所述磁性结构布置为使得在所述振荡的每个周期内的基本上第一振动期间，在向所述环形磁路限定的总体几何表面的正交投影中，所述磁性耦合元件的所述作用端部至少大部分叠置在所述环形磁路上，并且所述谐振器相对于所述磁性结构布置为还使得在所述第一振动期间所述磁性耦合元件的行程基本上与所述总体几何表面平行，所述环形磁路的沿着所述自由度的尺寸大于所述磁性耦合元件的所述作用端部的沿着所述自由度的尺寸；
所述调节装置的特征在于，在所述有用驱动转矩范围内，作为由所述环形磁路和所述磁性耦合元件的相对角度位置以及所述磁性耦合元件沿着其自由度的位置所限定的所述环形磁路和所述磁性耦合元件的相对位置的函数，所述环形磁路和所述磁性耦合元件在每个角度周期内限定了振荡器中的磁性势能聚集区域(63，65)；以及，所述第一磁性材料在每个角度周期内布置为使得：至少在对应于所述每个角度周期内的磁性势能聚集区域的至少一部分的、关于所述磁性耦合元件相对于环形磁路的相对位置至少部分与所述作用端部磁性耦合的所述第一磁性材料的一个区域内，所述物理参数按照角度逐渐增加或者按照角度逐渐减小。
2.一种用于调节磁性结构(304；358)和谐振器(302；322；322A；174A；352)之间的相对角速度(ω)的调节装置(300；320；330；340；350)，所述磁性结构和谐振器磁性耦合以便共同限定一形成所述调节装置的振荡器，所述磁性结构包括至少一个在所述磁性结构或谐振器的旋转轴线(51)上定心的环形磁路，所述磁性结构和谐振器设置为：在驱动转矩施加在所述磁性结构或者谐振器上时，所述磁性结构和谐振器相对于彼此围绕所述旋转轴线旋转；所述谐振器包括至少一个用于与所述环形磁路磁性耦合的磁性耦合元件(310；326，328；326A，328A；344，345；354，356)，所述环形磁路至少部分由第一磁性材料形成，所述第一磁性材料布置为使得振荡器的磁性势能沿着所述环形磁路以周期性方式按角度变化，并且限定所述环形磁路的角度周期(Pθ)；所述磁性耦合元件具有位于所述磁性结构一侧的作用端部，所述作用端部由第二磁性材料形成，所述第二磁性材料的至少一个物理参数与振荡器的磁性势能相关但是不同，所述作用端部与所述环形磁路磁性耦合，以便沿着谐振器的一种谐振模态的自由度的振荡在施加给所述磁性结构或者谐振器的一个有用驱动转矩范围内得以保持，以及以便在所述环形磁路的每个角度周期内的所述相对旋转期间发生确定的整数个周期的所述振荡，所述振荡的频率因而确定所述相对角速度；
所述调节装置的特征在于，所述环形磁路的沿着所述磁性耦合元件的所述自由度的尺寸小于所述磁性耦合元件的所述作用端部的沿着所述自由度的尺寸；所述谐振器相对于所述磁性结构布置为使得：在所述振荡的每个周期内的基本上第一振动期间，在向所述作用端部限定的总体几何表面的正交投影中，所述作用端部被通过所述环形磁路的中部的几何圆形横穿；在所述有用驱动转矩范围内，作为由所述环形磁路和所述磁性耦合元件的相对角度位置以及所述磁性耦合元件沿着其自由度的位置所限定的所述环形磁路和所述磁性耦合元件的相对位置的函数，所述环形磁路和所述磁性耦合元件在每个角度周期内限定了振荡器中的磁性势能聚集区域(63，65)；以及，所述第二磁性材料布置为使得：至少在对应于在每个角度周期内的所述磁性势能聚集区域的至少一部分的、关于所述环形磁路相对于磁性耦合元件的相对位置至少部分与所述环形磁路磁性耦合的所述第二磁性材料的一个区域内，所述物理参数按照角度逐渐增加或者按照角度逐渐减小。
3.根据权利要求1或2所述的调节装置，其特征在于，所述磁性耦合元件和所述环形磁路布置为使得所述磁性耦合元件在所述相对旋转期间接收围绕所述磁性耦合元件的静止位置且沿着其自由度的冲击，作为所述磁性耦合元件相对于所述环形磁路的相对位置的函数并且针对传送到调节装置的所述有用驱动转矩范围，所述冲击限定了冲击区域(68，69)，所述冲击区域邻近所述磁性势能聚集区域基本上局部化为中心冲击区域。
4.根据权利要求3所述的调节装置，其特征在于，所述磁性结构布置为使得在所述磁性势能聚集区域内的磁性势能的平均角向梯度小于在所述冲击区域内的沿着所述自由度且以相同单位计量的平均磁性势能梯度。
5.根据权利要求4所述的调节装置，其特征在于，所述平均角向梯度与沿着所述自由度的所述平均梯度的比值小于百分之六十(60％)。
6.根据权利要求4所述的调节装置，其特征在于，所述平均角向梯度与沿着所述自由度的所述平均梯度的比值基本上小于或者等于百分之四十(40％)。
7.根据权利要求3所述的调节装置，其特征在于，所述冲击区域的径向尺寸(Z0)与所述磁性势能聚集区域的径向尺寸(Z1，Z2)之间的比值小于百分之五十(50％)。
8.根据权利要求3所述的调节装置，其特征在于，所述冲击区域的径向尺寸(Z0)与所述磁性势能聚集区域的径向尺寸(Z1，Z2)之间的比值小于或者基本上等于百分之三十(30％)。
9.根据权利要求1或2所述的调节装置，其特征在于，每个磁性势能聚集区域(63，65)中的磁性势能沿着谐振器的有用谐振模态的自由度基本上没有变化。
10.根据权利要求1或2所述的调节装置，其特征在于，在每个与磁性势能聚集区域对应的磁性区域内，所述物理参数的逐渐增加或者减小在一相对于所述旋转轴线的角度距离上延伸，该角度距离大于所述环形磁路的角度周期的百分之二十(20％)。
11.根据权利要求1或2所述的调节装置，其特征在于，在每个与磁性势能聚集区域对应的磁性区域内，所述物理参数的逐渐增加或者减小在一相对于所述旋转轴线的角度距离上延伸，该角度距离大于或者基本上等于所述环形磁路的角度周期的百分之四十(40％)。
12.根据权利要求1或2所述的调节装置，其特征在于，所考虑的物理参数为所述环形磁路和一回转面之间的距离，该回转面以所述旋转轴线作为回转轴线，并且以所述自由度作为所述回转面的母线，所述距离基本上在一个常数范围内对应于所述磁性耦合元件和所述环形磁路之间的气隙。
13.根据权利要求1所述的调节装置，其特征在于，所述第一磁性材料由磁化材料形成，所考虑的物理参数为所述磁化材料在所述环形磁路和一回转面之间产生的磁通量密度，该回转面以所述旋转轴线作为回转轴线，并且以所述自由度作为所述回转面的母线。
14.根据权利要求2所述的调节装置，其特征在于，所述作用端部由磁化材料形成，所考虑的物理参数为所述磁化材料在所述磁性耦合元件和所述环形磁路之间产生的磁通量密度。
15.根据权利要求1或2所述的调节装置，其特征在于，通过所述磁性材料中的其密度和/或截面积变化的多个孔(104)获得所述物理参数的变化。
16.根据权利要求3所述的调节装置，其特征在于，在所述磁性结构和谐振器的相对旋转期间，所述磁性耦合元件的静止位置限定了在与所述磁性结构相关联的参考系内的零点位置圆形，所述零点位置圆形和所述自由度在它们的交叉点处基本上正交。
17.根据从属于权利要求1的权利要求16所述的调节装置，其特征在于，所述物理参数的变化在分别对应于振荡器内的磁性势能聚集区域的所述第一磁性材料的区域内仅在角向上。
18.根据从属于权利要求2的权利要求16所述的调节装置，其特征在于，在基本上对应于振荡器内的每个磁性势能聚集区域的所述第二磁性材料的区域内，所述物理参数的变化主要是在与所述磁性耦合元件的所述自由度正交的方向上。
19.根据权利要求1或2所述的调节装置，其特征在于，所述环形磁路限定了第一路径，所述磁性结构还包括环形的、磁性的第二路径，所述第二路径耦合到所述磁性耦合元件的方式类似于所述磁性耦合元件耦合到所述第一路径的方式，所述第二路径至少部分由沿着所述第二路径发生变化的磁性材料形成，以便在所述角度周期内振荡器的磁性势能沿着所述第二路径以与所述第一路径的变化类似的方式按角度变化，所述第一路径和第二路径的角度偏移等于半个所述角度周期。
20.根据权利要求1或2所述的调节装置(236)，其特征在于，所述环形磁路限定了第一路径，所述调节装置还包括环形的、磁性的第二路径，所述第二路径耦合到所述谐振器的所述磁性耦合元件或另一耦合元件的方式类似于所述磁性耦合元件耦合到所述第一路径的方式，所述第二路径至少部分由沿着所述第二路径发生变化的磁性材料形成，以便振荡器的磁性势能沿着所述第二路径以与所述第一路径的变化类似的方式按角度变化；以及，环形的、磁性的所述第一路径和第二路径分别与两个轮副成为一体。
21.根据权利要求1或2所述的调节装置，其特征在于，所述磁性耦合元件为第一磁性耦合元件，所述调节装置包括至少一个也与所述磁性结构磁性耦合的第二磁性耦合元件。
22.根据权利要求21所述的调节装置，其特征在于，所述谐振器(158)为具有游丝摆轮或者带有柔性条的摆轮的类型。
23.根据权利要求21所述的调节装置，其特征在于，所述谐振器由音叉(176)形成，其中谐振结构的两个自由端分别承载所述第一磁性耦合元件和第二磁性耦合元件。
24.根据权利要求21所述的调节装置，其特征在于，所述谐振器(182)包括基本上刚性的结构(185)，该结构(185)承载所述第一磁性耦合元件和第二磁性耦合元件，并且与所述谐振器的一个或两个弹性件相关联。
25.根据权利要求21和权利要求16所述的调节装置，其特征在于，所述第一磁性耦合元件和第二磁性耦合元件与所述环形磁路限定了相同的零点位置圆形。
26.根据均从属于权利要求1的权利要求21和权利要求16所述的调节装置，其特征在于，所述第一磁性耦合元件和第二磁性耦合元件与所述环形磁路分别限定了两个不同的零点位置圆形，所述两个不同的零点位置圆形在限定所述环形磁路的内圆和外圆上基本重叠。
27.根据权利要求1或2所述的调节装置，其特征在于，所述谐振器限定第一谐振器(191；191A)；所述调节装置包括至少一个第二谐振器(192；192A)，所述第二谐振器与所述磁性结构磁性耦合的方式与所述第一谐振器类似。
28.根据权利要求1或2所述的调节装置，其特征在于，所述第一磁性材料和第二磁性材料是磁化为互相排斥的材料。
29.一种钟表机芯，其特征在于，所述钟表机芯包括根据权利要求1或2所述的调节装置，所述调节装置限定谐振器和磁性擒纵结构，并且用于调节所述钟表机芯的至少一个机构的运行。
30.一种钟表机芯，其特征在于，所述钟表机芯包括根据权利要求3所述的调节装置，所述调节装置限定谐振器和磁性擒纵结构，并且用于调节所述钟表机芯的至少一个机构的运行。
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