CN105283812A - 温度驱动上发条系统 - Google Patents

Abstract

一种用于激发包括波纹管致动驱动器的设备的驱动系统。波纹管致动驱动器根据储液箱与波纹管进行流体接触时的温差通过储存器(reservoir)内的流体膨胀和收缩来提供直线向前和向后运动。在一种变型中，两个波纹管被配置在V形构造中。各种设备使用当前发明的驱动系统进行驱动，并且包括计时器、医疗设备、植入性医疗设备、心律管理设备、助听器、医用微量进样器、传感器和生物识别发送器。

Description

温度驱动上发条系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年3月15日提交的标题为“温度驱动上发条系统”的美国临时申请号61/787，727的权利，其以整体内容通过引用并入本文。

版权与法律声明

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背景技术

本发明涉及用于计时器的自动上发条系统，更特别地涉及响应温差变化而进行上发条的温差驱动自动上发条计时器，特别是腕表。

除电池供电手表外，很多腕表(如果不是全部)通过主发条盒心轴从由于腕表佩戴者手臂运动导致在一个方向上旋转的手表中的上发条重块或转子中接收能量，用于对主发条上发条。佩戴者手臂的这种运动产生了上发条重块或转子围绕枢轴的加速。这导致了安装其上的轴的双向旋转。该轴的双向旋转被转换成另一个轴的单向旋转，其反过来对主发条的上发条。用于将手表中的一个轴的双向旋转转换成另一轴的单向旋转的简单常见机构被称为比勒顿(Pellaton)机构。比勒顿机构包括一端开叉的杆。旋转凸轮或偏心销对开叉的臂作用以产生偏心振荡运动。杆上的发条加载棘爪在棘轮上的间隔分开的位置处与棘轮啮合，使棘轮随着由上发条重块或转子引发的杆的震荡运动进行单向旋转，例如美国专利2，696，073和4，174，607。

用于这种类型的机械转换的另一机构被称为摆动机构。这里，可双向旋转的轴上的小齿轮驱动不可直线位移的摆动齿轮。根据摆动齿轮的旋转方向，该齿轮啮合其它两个齿轮之一。齿轮布置被组织成使主发条盒将始终在一个方向上被驱动以对主发条上发条。

自动上发条腕表一般具有约一天半到三天的动力储备。这也称为自主性。术语"自主性"和"动力储备"是指自动上发条腕表在上满发条但未被佩戴的情况下，将继续运行的时间。已经为增加手表的动力储备进行了各种努力，但结果仍是手表在一段时间未佩戴后失去所有的动力储备。因此，需要一种不依赖于其源自用户手臂运动的固有动力储备的自动上发条手表。本发明解决了本领域中的这些和其它需要。

发明内容

本发明提供了一种用于激发设备的驱动系统，其包括波纹管致动驱动器，其中波纹管致动驱动器根据温差通过储存器内流体的流体膨胀和收缩提供直线向前和向后运动，并且储存器与波纹管流体接触。

本发明的另一个目的是提供一种用于激发计时器的驱动系统。该系统包括圆形或基本上为圆形的储存器、作为温差功能在储存器内膨胀或收缩的流体和与储存器流体连接提供运动以对流体的膨胀或收缩进行响应的一个或多个波纹管。

本发明的另一个目的是提供一种自动上发条计时器。该计时器包括外壳、机芯、用于驱动机芯的主发条、用于外壳内主发条的上发条机构、和用于驱动上发条机构的能量源。该能量源包括图中所示的C形配置的储存器(但这种可以采用任何几何形状)、作为温差功能在储存器内膨胀或收缩的流体和与储存器流体连接提供运动以对流体的膨胀或收缩进行响应的一个或多个波纹管。

本发明的又一目的是提供一种在工作温差内激发计时器的方法。该方法包括：提供与一个或多个波纹管流体连接的充液储存器，并且提供用于储存器和波纹管内流体的膨胀或收缩的温差以致动波纹管的运动。本发明的这些和其它目的在以下附图、附图说明和具体实施方式中进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明的驱动系统的截面的俯视图。

图2是本发明的驱动系统的另一个实施例的截面的俯视图。

图3A是本发明所使用的复合波纹管机构的正视图。

图3B是本发明所使用的复合波纹管机构的透视图。

图4是结合本发明的驱动系统的计时器的顶部透视照片。

图5是结合本发明的驱动系统的图4的计时器的后部透视照片。

图6是结合本发明的驱动系统的计时器的顶部透视照片。

图7是结合本发明的驱动系统的图6的计时器变型的后部俯视照片。

图8是图4的计时器变型的后部透视分解图。

图9A是图9B中所图示的机构中所使用的带齿齿轮和具有软功能表面子系统的齿轮的侧部透视图。

图9B是本发明手表机构子系统的俯视图图示。

图9C是图9B的手表机构的一部分的放大图。

图9D是本发明的发条的侧部透视图。

图10A是图10B中所图示的机构中所使用的带齿齿轮和具有软功能表面子系统的齿轮的分解图。

图10B是本发明的手表机构的俯视图图示。

图10C是图10B的手表机构的一部分的放大图。

图10D是图10B的手表机构的另一部分的放大图。

图10E是本发明的发条的侧部透视图。

图11是T形杆子系统的示意图。

本领域技术人员将理解，图中的元件是为了简化和清楚而图示，没有必要按比例绘制。例如，尺寸可能会相对于其它元件来放大以帮助提高对本发明及其实施例的理解。更进一步地，当本文中使用术语“第一”、“第二”、等时，它们的用途旨在用于区分相似的元件，而并不一定用于描述顺序或时间顺序。而且，在说明书中和/或权利要求书中，比如“前”、“后”、“顶部”和“底部”等的相对性术语并不一定用于描述专用的相对位置。因此，本领域技术人员将理解，这样的术语可以和其它术语互换，并且本文所描述的实施例能够在明确图示的或以其它方式描述的那些以外的其它方位操作。

具体实施方式

因为以下描述在本质上是示例性的，用于描述本申请提交日期时发明人已知的本发明的最佳模式，所以并非为了以任何方式限制本发明的范围。因此，在不背离本发明的精神和范围的前提下，本文所公开的示例性实施例中所描述的任何元件的布置和/或功能可能会被更改。

本发明涉及一种用于液压机械钟表计时器(例如，(多个)计时器400，600(图4-8)及其子系统)以及本文中所描述的其它设备的驱动系统10(图1)。这些示例性计时器使用它们的子系统中的液体402用于如下文所描述的功能用途，并且通过示例的方式，由钛、表面经过喷丸处理和抛光处理并涂刷某一颜色(例如，玫瑰金、褐色DLC涂覆的钛和红金)的钛制成。当然，计时器中也使用其它金属和聚合材料。通过示例的方式，计时器在大小和尺寸上为，周长约是48mm，厚度或深度约为18mm，可以包括锥形挡板。当然，较大和较小尺寸都可以使用，以使它们随时佩戴于用户的前臂或手腕上。

液体402，616(图4和图6)用来在表盘边缘周围的圆管826(图8)上显示小时。一个或多个驱动系统10活塞(比如设备828，830(图8))与波纹管404，406结合使用，并且其中在表盘408底部上或附近的一些或所有部分均对用户可见，并且用于推拉液体402以在圆形刻度盘410上显示时间。分钟412在任选地设置在计时设备400的中心顶部416附近的中等大小的副表盘414上显示。在计时器400的(右或左)侧上，定位用于手动翼机械机芯的任选动力储备指示器418。计时设备400的一些或所有内部组件406，406，414，418可通过位于顶面422上的透明盖420查看，还有，任选地第二透明盖502可以位于计时设备400的底部表面500(图5)上。

在本发明变型中，计时设备600在图6和7图示。波纹管602和604位于约6点钟位置，为"V"形配置。这种配置优化了连接手表机构子系统和流体系统的接口606的整体性，如下所述。参照该对波纹管602，604，平衡发条(未示出)位于黑桥(blackbridge)608上的正午位置。3点钟位置是"H-N-R"冠部位置指示器610，它通过另一个指针612作为温度指示器614的组件来进行平衡。佩戴手表后，该功能使用户能够准确地找出流体616何时到达功能最佳温度范围。流体616符合一套制表规范。流体616以各种颜色提供，例如，红色、黄色、绿色，并且对振动、冲击和温度的变化具有均一的抗性，而且设备600的完善防水性从长远来看不会发生变化。当加载有荧光素的液体616完成一个完整圆(旋转)并且到达6：00-18：00位置时，流出泵进行压缩，同时波纹管602，604接收器膨胀，从而生成阻力并且能量需求增加。

波纹管602，604由极其精细的合金制成，高度柔软且具有耐久性。在另一变型中，波纹管602，604由高度耐久性的柔性电沉积的合金制成，每个均由(多个)活塞828，830驱动(图8)。波纹管604，602的形状允许减少其压缩时所需的能量，吸收冲击并且确保牢固的防水性。在中心位置中，配置分钟指针618，并且分段设计，以便完美地与流体系统的结构相匹配，而且它被设计成在30分钟后跳动，以避开波纹管602，604。

图7示出了设备600的内部结构702的后部700。在本发明的一个变型中，自动上发条计时器600进一步包括多个波纹管602，604，其中，波纹管602，604中的至少两个以大于1度和小于约180度之间的角度相对于彼此进行布置。在另一变型中，波纹管602，604中的两个以大于约45度和小于110度之间的角度相对于彼此进行布置。在又一个变型中，波纹管602，604以90度的角度相对于彼此进行布置。应当理解，波纹管602，604的机械交互组件中的一些也具有与波纹管602，604相同的角度方位。

图8是计时器400的后部透视分解图。在闭合回路中使用精确微公升数量的流体402提供耐水性。由于冠部和液体402之间的链接，设计时间设置系统，以免液体402移动过快破坏半月板(未示出)。机械机芯机构822位于手表400的上半部分824，并且推动凸轮，该凸轮推动活塞并且启动波纹管404，406。机械机芯和水力系统之间的接口处于防水闭合回路中。二者分别组装，以保持它们独立，然后使它们同时运行。

现在参照图1，本发明提供了一种用于激发设备的驱动系统10。驱动系统10包括波纹管104致动驱动器接口105。该波纹管致动驱动器接口105根据温差通过传热流体107的流体膨胀和收缩提供直线平移的向前和向后运动(如图1和图2所示)。流体107位于刚性储存器100内。储存器100与波纹管104流体接触。储存器100由用作热导管的任何合适的材料制成，使得以驱动为外在表现的温差被热传递到流体107。应当理解，波纹管104由柔性弹性材料制成，该材料允许波纹管104根据流体107的容量变化相对于波纹管主体在轴向上运动。任选的机械接口将波纹管104连接到刚性储存器100(未示出)。如图中所图示，在本发明的一个变型中，波纹管104包括折叠式本体。

驱动器接口105根据驱动系统的用途可以采用几种形式之一。图2中图示了示例性驱动器接口105。刚性储存器10的大小和尺寸包括各种几何配置。如图1和图2所示，储存器10采用基本上为圆形管状配置(例如，基本上为C形或基本上为U形)，具有使其适于激发腕表以及储存器内流体特性的以下尺寸：外径约为40mm，内径约为30mm，厚度约为5mm，储存器角度约为270度，储存器容量为8247mm³左右，表面接口为19.63mm³左右(圆盘直径为5mm左右)，扩张系数(1/℃)为0.0012(液体为3MFlourinert^TM电子液体FC-40)，和每1℃膨胀9.90mm³，在接口处移动0.50mm，在3℃膨胀29.69mm³，在接口处运动1.51mm，每50℃膨胀494.80mm³，在接口移动25.20mm(0℃-+50℃)，在90℃膨胀890.64mm³(-20℃-+70℃)，在接口运动45.36mm。应当理解，在本发明的另一个变型中，该系统包括具有高热膨胀系数的流体。为此，在设备必须承受较大的温度变化的情况下，对波纹管104的形状和构造及其刚度进行修改或调制，以防在极端温度下设备损坏。

现在参照图3A和图3B，作为示例，提供了一种复合波纹管104'，由大波纹管200和小波纹管202组成。当然，应当理解，波纹管200，202的大小和构造彼此之间可以变化以获得所需的功能。复合波纹管104'在级别204和206上具有可变截面，如图所示。在本实施例中，(大波纹管200的)区域A的刚度明显高于(较小波纹管202的)区域B的刚度。因此，应当理解，材料的刚度或者波纹管的三维结构也可以彼此不同。在涉及极端温度或也许为10℃-15℃的温度变化的正常运行中，小波纹管主动致动齿轮112。在设备10暴露于极端高温的情况下，小波纹管202膨胀，直到其顶部210紧靠止动臂212为止，从而防止过度膨胀超出其弹性范围。还应当理解，波纹管可以由彼此提供各种弹性范围的材料制成。随着温度的升高，大波纹管200接管并且膨胀的较少，从而控制系统的总膨胀，使其仍然处于复合波纹管104'的弹性范围内，同时避免可能会损害设备10的过度膨胀。

注意，复合波纹管104'的厚度"t:”可能比其组件的宽度w1和w2小，以便拥有一个更低的外形，使设备置于手表外壳内。

驱动系统10用于为各种设备提供动力，其通过进一步示例的方式包括：腕表、怀表、计时器、医疗设备、植入性医疗设备、心律管理设备、助听器、医用微量进样器、传感器和生物识别发送器。因此，在本发明的一个变型中，本发明并非限于激发腕表的用途，而是具有各种各样的设备应用。

参照图2，并且通过进一步示例方式，驱动系统10用于激发计时器。驱动系统10包括基本上为U形的闭合储存器100。该U形储存器包括内部区域109，其包括在本发明中所使用的各种驱动器接口105。图2中所图示的驱动器接口105仅通过示例示出。其它示例性驱动器接口105包括诸如凸轮系统、护罩系统和多杠杆系统之类的运动递送机构。

流体102包含在储存器100内。储存器100(刚性储存器，由刚性透明或半透明材料制成)内的流体102作为温差功能膨胀或收缩。在本发明中使用各种流体。通过示例的方式，在本发明的设备、系统和方法中使用的流体为：非腐蚀性流体、化学非反应性流体和本质上为化学惰性的流体。流体无爆炸性、不易燃、和通过皮肤接触、吸入和吞食暴露于蒸汽或液体对生命形式尤其是人类没有毒性。在运行状态期间，将流体保持为单相(例如，液体)是非常有用的。示例性流体包括相对惰性的氟化有机化合物，优选其中所有或本质上所有氢原子被氟原子取代的那些。前缀"全氟"包括其中所有或本质上所有氢原子被氟原子取代的化合物。

氟化惰性流体是氟代脂肪族化合物的一种或混合物，其具有从约5-约18个碳原子或更多，并且任选地包含一个或多个悬链杂原子，诸如二价氧，三价氮或六价硫。在本发明中使用的合适的氟化惰性流体包括例如全氟烷烃或全氟环烷，诸如，全氟戊烷、全氟己烷、全氟庚烷、全氟辛烷、全氟-1,2-双(三氟甲基)六氟环丁烷、全氟十四氢菲和全氟萘烷；全氟胺，诸如，全氟三丁基胺，全氟三乙基胺，全氟三异丙基胺，全氟三戊胺，全氟-N-甲基吗啉，全氟-N-乙基吗啉和全氟-N-异丙基吗啉；全氟醚，诸如，全氟四氢呋喃、全氟二丁基醚、全氟丁氧基乙氧基二甲氧基甲烷、全氟己基二甲氧基甲烷和全氟辛基二甲氧基甲烷；全氟聚醚；氢氟烃，诸如十五烷氟氢庚烷、1,1,2,2-四氟环丁烷、1-三氟甲基-1,2,2-三氟丁烷、2-氢-3-氧杂十七氟辛烷。合适的氟化惰性流体包括3M公司以商标"Fluorinert"市售的那些，并且包括美国专利再颁号34，651、5，317，805、5，300，714、5，283，148、5，251，802、5，205，348、5，178，954、5，159，527、5，141，915、5，125，978、5，113，860、5，104，034、5，089，152、5，070，606、5，030，701、5，026，752、4，997，032、4，981，727、4，975，300、4，909，806(其公开通过引用并入本文)中所讲授的氟化惰性流体。Flourinert流体包括FLOURINERTFC-40、FC-43、FC-5311、FC-70和FC-5312，沸点分别为155℃、174℃、215℃、215℃和215℃。这些中最优选的是3MFLUORINERT(tm)FC-40。当然，应当理解，如果其它流体的特性适于使波纹管104在所需的机械参数内正常工作所必需的膨胀和收缩，在本发明中也可以使用该其它流体。

波纹管104置于区域109中的U形内，区域109任选地包括多个翅片115，例如，膨胀和/或收缩翅片。应当理解，波纹管104由与流体102兼容的合适的弹性材料制成。波纹管104进一步包括机械接口部119，而且波纹管104与储存器100流体连接提供轴向运动以对流体102的膨胀或收缩进行响应。在本发明的图2中的变型中，驱动系统10进一步包括滑块110和具有第一直径的第一半轮112，其中波纹管104通过滑块110传递波纹管104的直线运动。还提供具有第二直径的第二轮114。第二轮114是由第一半轮112驱动。应当理解，第一半轮112和第二轮114之间的直径差与运动相乘提供倍增的运动。还应当理解，半轮112和轮114包含大小和尺寸适于彼此交互的齿。在一个变型中，倍增的运动用于为螺旋发条(未示出)再充动力。在第二个变型中，倍增的运动用于致动和激发电流发生器(未示出)。当然，根据其中使用驱动系统10的设备，还可以致动其它子系统。

驱动系统10进一步包括由波纹管104致动的活塞106。活塞106提供如图2中箭头所指示的直线向前和/或向后运动。活塞导引件108控制活塞106的轴向运动。而如图2所述，波纹管104的该示例性配置与其它机械特征接口，它们都适合在腕表等中使用，应当理解，其它机构(无论是电气/机械或机电)可以使用本发明的驱动系统驱动。

如前面所讨论的，本发明还提供(多个)自动上发条计时器400，600。该计时器400，600包括外壳、机芯、用于驱动机芯的主发条、用于外壳中主发条的上发条机构、和用于驱动上发条机构的能量源。在本文中描述了能量源，包括基本上为U形的储存器100(当然，在本文中也使用其它几何配置，可以是基本上圆形或者与腕表外壳相匹配的任何合适的形状)、作为温差功能在储存器内膨胀或收缩的流体102、和置于U形内的波纹管104。波纹管104与储存器100流体连接，使得波纹管104提供轴向运动以对流体102的膨胀或收缩进行响应，从而移动活塞106和半轮112(在枢轴113处枢转)。

应当理解，本文中所描述的本发明还提供了一种在工作温差内激发计时器的方法。工作温差由用户身体温度(例如，根据心律)的变化和周围环境温度的变化提供。由于温度锋，所以在昼夜循环中，这些变化在暴露于太阳和风等的区域之间发生。该方法包括：提供与波纹管流体连接的充液储存器，并且提供用于储存器和波纹管内流体的膨胀或收缩的温差来致动波纹管的直线运动。如上文参照图1和图2所描述的，应当理解，提供了协同工作并且由波纹管104致动的可变传动速率系统。可变传动速率系统使计时器能够承受较大范围的温差而不破坏系统，而同时保持充足的传递速率在工作温差左右。

现在参照图9A，其是还在图10A-图10E的另一变型中所图示的带齿齿轮和齿轮机构和子系统900的另一变型的侧面透视图。图9B是本发明的手表机构/系统900的俯视图图示。系统900的目的是从约20微米的位移(当然，根据手表制造商的要求也会捕捉更大或更小的位移)中捕捉矩形杆T1002的前后直线运动，以便对置于棘轮G总成1022’处的时钟发条上发条。说明集中在轴T1006的右侧。(如图10所示，但参阅图9B的描述)。带有具有软摩擦表面子系统B1018和D1016的带齿齿轮/齿轮的左侧机构1008是右侧机构A1032和C1034的镜像复制，其目的是为了稳定系统1000。因此，本文中所描述的齿轮子系统包括与杆T1002的运动轴线相关的镜像子系统。

尽管示出了4个子系统A-D，但是，在本发明的变型中还使用了更少或更多数目的子系统。系统900还包括k个板1009'和1009"的系统。当矩形杆T1002在方向1上移动(例如，通过连接到活塞1050的波纹管1052中的流体的热膨胀或热收缩)时，具有软摩擦表面d1010(也在图10B中示出)的齿轮由同一方向的摩擦驱动，并且受到发条R1012的限制。各种齿轮1028，1030(Aa，Bb，Cc，Dd)组合旋转，如这些齿轮系统的相应的箭头中的每个所示。越向前进，矩形杆T1002和带齿齿轮D1014之间的空间减小越多，因此，齿轮d1010和矩形杆T1002/带齿齿轮D1014之间的摩擦增加。带齿齿轮D1016如箭头所指示地被驱动。在齿轮系D1016、B1018和E1020之后，齿轮系统b-子系统E/e旋转并且处于旋转啮合中，如图9B所示，正如其它齿轮组合和子系统所示，位移被放大并且发送到棘齿齿轮G1022'。棘齿齿轮G1022'借助图10D(区域A的分解图)中I1025所述的摩擦系统1027由H型托架1024和1026固持。

现在参照图9C(同时也在图10C中)，固持系统1026和1024包括多个空腔1053，其中，滚筒1054沿着齿轮1022'的平滑圆周可旋转地放置。还包括固持元件1056。摩擦子系统1027(图(9A-10E))包括到杆1002的连接系统、以及本文中所描述的波纹管系统或其它系统。当矩形杆T1002在方向2上前进时，具有软摩擦侧表面b1028的齿轮由该方向上的摩擦驱动，并且和之前一样，驱动驱动系B1030，e/E，G。当方向相反时，具有软摩擦侧表面d1032的齿轮(与一个变型中的另一齿轮组合相似)从D中脱出，并在T1002和带齿齿轮系统D1016的表面上滑行，而且随着位移2的增加甚至更多。无论是方向1还是方向2，棘轮G1022在所示的方向上旋转。

现在参照图9A，其是图9B中所图示的机构和系统中所使用的带齿齿轮1030和具有软功能表面1028子系统1029的齿轮的透视图。应当理解，齿轮1030具有两部分，一部分具有高度足以适应齿轮或滚筒1028的摩擦啮合的光滑圆周部1031，另一部分是用于系统900其它元件的成对旋转啮合的带齿部1033。还应当理解，软功能表面系统齿轮a，b，c，d在驱动系系统A1032，B1018，C1034，D1016中的每一个中被复制，并且包括带齿齿轮A，B，C和D，其中，在图9A和图10A中图示示例性齿轮1030。

每个相应的子系统具有相应的较大齿轮、配对的较小齿轮和发条r的组合，并且所有子系统都在彼此不同的旋转关系中运行。例如，子总成大齿轮A逆时针旋转，子总成大齿轮C顺时针旋转。例如，子总成大齿轮D逆时针旋转，子总成大齿轮B顺时针旋转。小齿轮的旋转如下所示：a-顺时针、b-逆时针、c-逆时针、和d-顺时针。同时，齿轮子系统E/e逆时针旋转，而齿轮1022'顺时针旋转。应当理解，其它旋转变型也可以和本发明一起使用。

现在参照图9C，其是图9B的手表机构的一部分的放大图，并且包括关于元件1024的构造的细节，该元件1024进一步在元件1028中被复制。尽管元件1024和1028作为位于齿轮1022’相对侧的一对示出，但是应当理解，单个或三个或更多个这样的元件也可以在本发明的变型中使用。现在参照图9D，其是图10B的手表机构的另一部分的放大图。图10E是发条r或固持夹r1028的俯视图。空转齿轮在于发条r1028'的关系中被催动。应当理解，系统900当在一个方向行进时，上发条，并且在另一方向上滑落。因此，系统900管理两个方向上的运动。总之，机构在圆柱形/或矩形杆周围是对称的。在两个方向上对时钟发条上发条，使得横向提供并且配置有其各种子系统的滑落布置和机构，使其在两个方向上为手表上发条。

现在参照图10B，其是本发明的手表机构/系统1000的俯视图图示。系统1000用于从约20微米的位移(当然根据手表制造商的要求也会捕捉更大或更小的位移)中捕捉矩形杆T1002的前后直线运动，以便对位于棘轮1004处的时钟发条上发条。说明集中在轴T1006的右侧。带有具有软摩擦表面子系统B和D的带齿齿轮/齿轮的左侧机构1008是右侧机构1008的镜像复制，其目的是为了稳定系统1000。系统1000还包括板1009。(此外，参见图11，传热管道1106)当矩形杆T1002在方向1上移动时(例如，通过波纹管中流体的热膨胀)，具有软摩擦表面d1010的齿轮由同一方向上的摩擦驱动，受到发条R1012的限制。越向前进，矩形杆T1002和带齿齿轮D1014之间空间减小越多，因此，齿轮d1010和矩形杆T1002/带齿齿轮D1014之间的摩擦增加。带齿齿轮D1014如箭头所指示地被驱动。在齿轮系D1016，B1018和E/E1020之后，位移被放大并且发送到棘齿齿轮G1022，棘齿齿轮G1022借助图10D(区域A的分解图)中I1025中所述的摩擦系统1027由H型托架1024和1026固持。摩擦系统1027包括到杆1002的连接系统、和波纹管系统或本文中所述的其它系统。当矩形杆T1002在方向2上前进时，具有软摩擦侧表面b1028的齿轮由该方向上的摩擦驱动，并且和之前一样，驱动驱动系B1030，e/E、G。当方向相反时，具有软摩擦侧表面d1032的齿轮从D中脱出，并在T1002和带齿齿轮系统D1034的表面上滑行，而且随着位移2的增加甚至更多。无论是方向1还是方向2，棘轮G1022在所示的方向上旋转。现在参照图10A，其是图10B中所图示的机构和系统中所使用的带齿齿轮和具有软功能表面系统的齿轮的分解图。应当理解，软功能表面系统齿轮a，b，c，d在驱动系系统A1032，B1018，C1034，D1016中的每一个被复制，并且包括带齿齿轮A，B，C和D，其中，在图10A中图示示例性齿轮1030。现在参照图10C，其是图10B的手表机构的一部分的放大图，并且包括关于元件1024的构造的细节。现在参照图10D，其是图10B的手表机构的另一部分的放大图。图10E是发条R的俯视图。空转齿轮在与发条R的楔合关系中被催动。应当理解，系统1000在一个方向上行进时，上发条，并且在另一个方向上滑落。因此，系统1000管理两个方向上的运动。总之，机构在圆柱形/或矩形杆周围是对称的。在两个方向上对时钟发条进行上发条，使得横向提供并且配置有其各种子系统的滑落布置和机构，使其在两个方向上为手表上发条。

应当进一步理解，因为杆1002必须自由而且能够移动自如，而且还在其上施加摩擦，所以存在对齐问题。设计对称系统1000使杆1002两侧的力相同。然而，杆1002可能也有横向运动或平行于轴线的运动。还提供任选的法兰或其它固持机构，使得法兰允许杆1002进行受限的边到边侧边运动。它可以直接附设到系统1000或其组件。在本发明的一个变型中，如本文中所描述的波纹管系统置于系统/机构100的顶部上或系统/机构100之上，而且波纹管系统或其组件抵靠离开矩形杆的臂。应当理解，波纹管系统和系统1000的夹层布置使手表更加紧凑。把波纹管放置在机构/系统1000之上也使其更加紧凑。

现在参照图11，提供了杆子系统1100。子系统1100使激发杆1109的方法(与杆1002相似)得以实现，图图示了矩形杆1109如箭头1115所指示的使用本发明的子系统1100从最大位置1117通过标称位置1119到最小位置1121轴向向后和向前运动，以及其中的位移。当温度在17℃和-20℃之间时，获得最小位置1121。当温度为0.1℃且温度增量值为0.02℃时，获得标称位置1119。当温度介于32℃和70℃之间时，获得最大位置1117。最大位置1117和最小位置1121之间的位移大约为9mm，但是当然，任何所需的范围内的位移均是有可能的。该系统包括底座1111、流体温度膨胀和收缩系统1102、杆1109连接至其的顶部1104、以及底座1111连接至其的圆形传热管道1106。流体温度膨胀和收缩系统1102进一步由在其内部充满热胀冷缩流体或气体1113的波纹管1103组成。在波纹管1103周围还提供了任选的管状外套筒1105，其成对地并且可移动地连接至顶部1104，从而使得顶部1104相对于套筒1105运动。

应当理解，底座1111和传热管道1106由诸如金属等热传导材料之类的适当的传热材料制成，以获得杆1102的所需运动。在本发明的一个变型中，管道1106的厚度为1.3mm，从底座1100到顶部1104中间的标称位置的长度约为32.6mm。管道本身直径为40mm，但是当然，管道可以是圆形或者可以使用任何其它所需的三维几何形状和尺寸。如箭头1125所指示，提供的系统1100的示例性直径为4.9mm，但是也可以使用其它直径和几何截面。根据需要，系统1100根据材料等的选择施加如箭头1127所指示的各种轴向力。在一个变型中，由系统生成30N的力，但是系统可以被设计成施加任何手表制造商所需范围内的力。当然，根据杆1109的所需位移，选择元件1102的其它尺寸和体积。在本发明的一个变型中，杆1109被解释为具有矩形横截面，但是在本发明的其它变型中，该横截面可以具有多种横截面，圆形、椭圆形、三角形、方形等。进一步地，杆1109具有连接部1131，该连接部1131将杆1109的主体从套筒1105偏置和分离，并且使该子总成相对于套筒1105和管道1106运动。热可压缩/可膨胀流体位于波纹管1108内。在一个变型中，产生了30N的力。当然，制成子系统的材料可以不同，使得由系统生成的力处于所需的手表制造商的范围内。

同样地，本发明提供了用于驱动计时器的功能的机械子系统900，1000。该子系统包括多个齿轮子总成(图9A-10E)。齿轮子总成对称地置于杆的轴线的相对侧。齿轮子总成与杆旋转啮合，同时杆相对于齿轮子总成双向和循环运动，以实现杆运动。杆运动通过温差导致的热胀冷缩的方式被驱动。在本发明的一个变型中，杆运动的范围约为1mm-20mm。还应当理解，在本发明的另一个变型中，杆运动和位移可以比这个量更大。

本发明进一步提供了用于驱动用户佩戴的计时器(图11)的功能的流体-机械子系统。流体机械子系统1100包括杆1109，和含有流体的波纹管操纵的主体。杆1109被构造成与主体偏置，主体热连接至底座1111。底座1111热连接至传热件1106。杆能够根据从最小位置1121通过标称位置1119到最大位置1117中的温度变化，在位置范围内进行如箭头1105所指示的轴向向前和向后运动，使得杆1109只在传热件1106的表面1137限定的区域1135内移动。应当理解，流体-机械子系统1100进一步可以包括一个或多个第二子系统900，1000(图9A-10E)。第二子系统900，1000被构造成使用杆1109的向前和向后受限的轴向运动来致动(多个)第二子系统。

应该理解，本文所示的和所描述的特定实施方式均为本发明及其最佳模式的代表，并非意在以任何方式对本发明的范围进行限制。技术人员将会理解，本发明可以表现为一个系统、一台设备或一种方法。

说明书和附图应当以图示的方式而非以限制性的方式进行考虑，本文所描述的所有修改都将包括在本发明所要求保护的范围之内。因此，本发明的范围应当由所附权利要求(因为它们当前存在或者稍后会被修改或添加，以及其法律等效物)决定，而不是仅由上文所描述的示例决定。在任何方法或过程权利要求中列举的步骤，除非明确说明，否则，可以按照任何顺序执行，并不局限于任何权利要求中提出的特定的顺序。进一步地，装置权利要求中列举的元件和/或组件可以组装，或者可以按照功能配置成各种排列组合，以产生和本发明基本相同的结果。因此，本发明不应被解释为对权利要求中所列出的特定配置的限制。本文所提及的好处、其它优点和解决方案不能被视为任何或所有权利要求的关键的、必需的或者基本的特征或组件。

正如所理解的，机械手表可以由通过环境温度变化(热力上发条系统，以下简称TWS)产生的液体膨胀提供动力。在日间，手表戴在手腕上(在16个小时内温度变化介于18℃与33℃之间)。在夜间，不佩戴手表(在8小时内温度从31℃下降到25℃)。在日间：ΔT_d＝15℃*Nb_d，在夜间：ΔT_n＝6℃。温度总变化为ΔΤ＝ΔT_d+ΔT_n＝15℃*Nb_d+6°，其中Nb_d以手表制造商的所需规格限定。根据手表制造商的规格，计时器的功能要求是：日存储能量：E_s≈200mJ(参考为：H1盒和H2盒)。最大液体体积是V_r≈2000mm³或者根据手表制造商的要求。传动要求为最小旋转：α_{i_最小}≈4°。在本发明的一个变型中最大力为：F_{i_最大}≈15N。在本发明的一个变型中，温度要求如下：工作温度范围：ΔT_W＝15℃(18℃-33℃)，安全温度范围：ΔΤ_s＝90℃(-20℃-70℃)。参考液体的商标名为FC-40，其在本发明中使用。该液体的密度为ρ_ι＝1855kg/m³，比热为C₁＝1100J/(kg*℃)，膨胀系数为α_ι＝0.0012l/℃。也可以使用具有类似特性的其它流体。TWS活性表面的尺寸为：S_p＝12.6mm²(r＝2mm)，包括18℃与33℃之间所需的位移：X_ΔTW≈3mm，-20℃与70℃之间所需的位移：X_ΔTS≈18mm，以及所需的力：F＝f(ΔΤ)。基于该计算，得出以下两个结论：

1.评估每日累积ΔΤ以限定系统上所需的力。使用接近50℃的值来限制在机构上施加的力。

2.所需的安全位移较大，不可能通过标准金属波纹管获得，所以使用其它波纹管材料，并实施用来稳固延伸的系统，如以下表和图所示：

基于这些模拟，与体温绝缘的储存器对环境温度下降更加敏感，并且提供更好的温度下降转换(是80％而非50％)。

基于这些计算，做出以下结论。所需的安全位移较大，不可能通过标准金属波纹管获得，所以为波纹管使用诸如高分子材料之类的其它材料。还实施了用来稳固延伸的系统。所需的最小位移20μm足以产生逆变器和预载盒的旋转。当然，根据计算，本文还使用了其它位移，并且材料要求至少与下表部分符合。

在本发明的一个变型中，蓝色圆盘被放置在元件右侧上。以下图表图示了本发明的一个版本，其对于实现本发明的目标特别有效：

每日累积△T对本发明的有效性具有重大影响。需要50℃的累积ΔΤ以确保机构内部的力适当(F＝20.3N)。根据使用数据记录器执行的(多个)测量，使用介于113.4℃与33.4℃(包括温度下降和系统热惯性补偿)之间的量。

在本发明的一个变型中，使用具有逆变器/盒的接口。通过具有与腕表一体化兼容的外形尺寸的行星齿轮传动和/或直齿圆柱齿轮系统，可以实现对需要产生4°旋转的系统小平移(～20μm)的转换。这种系统中的晃动较大，必须去除，以确保20μm的平移被转换成至少4°旋转。确定低晃动传动系统的设计，并通过代表性的验证装置进行测试。

本文还使用延伸限制。延伸限制是基于小膈膜的屈曲，以确保本文也使用-20℃到70℃的波纹管延伸。尤其是，对启动隔膜屈曲的所需压力进行验证，并选择隔膜材料以便在所需的参数下运行，从而确保波纹管延伸正确。使用代表性的验证装置在以下方法下，将对热力上发条概念功能性的验证集成到腕表内：

在本发明的另一个变型中，应当理解，流体-机械子系统还包括系统的膜片以及组件。该膜片能够在所需的运行范围内移动系统组件。选择膜片并使其适于在用户以外的温度范围运行，该使系统得以运行。

如本文所使用的术语“包括”、“具有”或类似的变体，意在提及一种非排他性的元素列表，从而包括一系列要素的过程、方法、物品、成分或装置，不仅包括所列举的这些要素，而且还可能包括本说明书中所述的其它元素。除非另有明确规定，否则，对术语“包括”或“由...组成”或“基本包括”的使用并非意在将本发明的范围限制到所枚举的随后指出的元素，除非另有说明。在本发明的实践中所使用的上述元件、材料或结构的其它组合和/或修改可能会由技术人员在不脱离本发明的一般准则的情况下，更改或修改成其它设计。除非另有说明，否则，上文提及的专利和文章特此通过引用并入本文，以达到其与本公开不一致的程度。

本发明的其它特点与执行模式在所附权利要求中描述。进一步地，本发明应被视为包括在本说明书、所附权利要求和或附图中所述的每个特征的所有可能的组合，其可能被视为是新的、具有创造性的或适于工业的。

版权可能由(多个)申请人或其受让人所有，相对于向第三方的对本文一个或多个权利要求所限定的权利的公开许可，本文没有授权如以下权利要求中所限定的使用本发明的任何隐含的许可。进一步地，关于公众或第三方，没有授予基于本专利说明书(包括附录)准备衍生性作业的明示或暗示的许可。

本发明的其它特征和功能在所附权利要求中描述。通过在本说明书中引用这些权利要求，特此将其并入整体，这些权利要求应被视为提交的申请的一部分。

这里所描述的发明的实施例可能有多种变体和修改。虽然这里已经示出并描述了本发明的某些图示实施例，但是，应将大量更改、修改和替换考虑在上述公开之内。虽然以上描述包含很多具体细节，但是，这些不应被视为对本发明范围的限制，相反，是对其一个或另一个优选实施例的示例。在某些情况下，可能在没有相应地使用其它特征的情况下引用本发明的某些特征。因此，将上述描述广泛地视为并且理解为仅为图示性的是适当的，本发明的精神和范围仅受本申请最后提出的权利要求的限制。

Claims (26)

1.一种用于激发设备的驱动系统，包括：波纹管致动驱动器，所述波纹管致动驱动器根据温差通过储存器内流体的流体膨胀和收缩提供直线向前和向后运动，并且所述储存器与所述波纹管为流体接触。

2.根据权利要求1所述的驱动系统，其中所述设备选自由以下各项构成的组：计时器、医疗设备、植入性医疗设备、心律管理设备、助听器、医用微量进样器、传感器和生物识别发送器。

3.一种用于激发计时器的驱动系统，包括：基本上为U形的闭合储存器、作为温差功能在所述储存器内膨胀或收缩的流体和置于所述U形闭合储存器的所述U形内的波纹管，并且所述波纹管与所述储存器流体连接提供轴向运动以对所述流体的所述膨胀或收缩进行响应。

4.根据权利要求3所述的驱动系统，其中所述流体包括至少部分氟化流体。

5.根据权利要求3所述的驱动系统，其中所述流体为全氟化合物。

6.根据权利要求3所述的驱动系统，进一步包括滑块和具有第一直径的第一半轮，其中所述波纹管通过所述滑块传递所述波纹管的线性运动。

7.根据权利要求6所述的驱动系统，进一步包括具有第二直径的第二半轮，所述第二半轮由所述第一半轮驱动，使所述第一半轮直径和所述第二半轮直径之间的直径差与所述运动相乘来提供倍增的运动。

8.根据权利要求7所述的驱动系统，其中所述倍增的运动用来为螺旋发条充电。

9.根据权利要求7所述的驱动系统，其中所述倍增的运动用来致动电流发生器。

10.根据权利要求1所述驱动系统，进一步包括运动输送机构，所述运动输送机构选自由以下各项构成的组：凸轮系统、护罩系统、半月形齿轮系统和多杠杆系统。

11.根据权利要求10所述的驱动系统，其中所述运动输送机构进一步包括由所述波纹管致动的活塞，所述活塞提供轴向运动、线性向前和/或向后运动。

12.根据权利要求11所述的驱动系统，进一步包括控制所述活塞的轴向移动的活塞导引件。

13.一种自动上发条计时器，包括：外壳，机芯，用于驱动所述机芯的主发条，用于所述外壳内所述主发条的上发条机构，和用于驱动所述上发条机构的能量源，其中，所述上发条机构包括基本上为C形的闭合储存器，作为温差功能在所述储存器内膨胀或收缩的流体，和置于所述C形储存器的所述C形内的波纹管，所述波纹管与所述储存器进行流体连接并且提供轴向运动以对所述流体的所述膨胀或收缩进行响应。

14.根据权利要求13所述的自动上发条计时器，进一步包括：多个波纹管，至少两个所述波纹管以大于1度和小于大约180度的角度相对于彼此之间进行布置。

15.根据权利要求13所述的自动上发条计时器，进一步包括多个波纹管，至少两个所述波纹管以大于45度和小于90度的角度相对于彼此之间进行布置，并且其中至少两个所述波纹管彼此尺寸不同。

16.一种在工作温度差内激发计时器的方法，包括：提供与波纹管流体连接的闭合充液储存器，并且提供储存器内所述流体的膨胀或收缩的温度差，其中，所述波纹管致动可变传动速率系统。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，由所述波纹管致动的所述可变传动速率系统使所述计时器能够承受较大范围的温度差而不破坏系统，同时保持充足的传递速率在所述工作温度差左右。

18.一种用于驱动计时器功能的机械子系统，包括：多个齿轮子总成，所述齿轮子总成位于杆的轴线相对侧，并且与所述杆转动啮合，所述杆相对于所述齿轮子总成双向和循环运动来实现杆运动，并且通过温差导致的热胀冷缩的方式驱动所述杆运动。

19.根据权利要求18所述的子系统，其中所述杆是矩形杆。

20.根据权利要求18所述的子系统，其中所述杆运动的范围大约是1-20微米。

21.一种用于驱动用户佩戴的计时器的功能的流体-机械子系统，包括：杆、和含有流体的波纹管操纵的主体，所述杆被构造成从所述主体偏置，所述主体连接到底座，所述底座连接到传热元件，所述杆能够根据从最小位置到标称位置再到最大位置的温度变化在位置范围内进行轴向向前和向后运动，使得所述杆仅在所述传热元件的区域内移动。

22.根据权利要求21所述的流体-机械子系统，进一步包括第二子系统，所述第二子系统被构造成使用所述杆的所述向前和向后轴向运动来致动所述第二子系统。

23.根据权利要求21所述的流体-机械子系统，进一步包括膜，所述膜能够在所需的运行范围内移动系统组件，而且所述选择的膜适于在用户以外的温度范围内运行。

24.一种流体-机械计时器，包括：波纹管系统、和隔膜，所述隔膜的大小和尺寸为所述波纹管系统提供延伸限制。

25.一种流体机械计时器，包括：带有逆变器/盒的接口和带有具有与腕表一体化兼容的外形尺寸的行星齿轮传动机构和/或直齿圆柱齿轮子系统的系统，所述机构和/或所述子系统具有低晃动传动系统，使所述晃动设计成确保大约20μm的平移被转换成大约4°或更高的转动。

26.一种流体机械计时器，包括波纹管和具有高热膨胀系数的流体。