CN112147872A - 具有对外部磁场不敏感的磁相互作用装置的钟表谐振器的惯性移动部件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钟表谐振器(100)，其包括围绕振荡轴线(D1)振荡并且包括至少一个磁性区域(10)的惯性移动部件(1)，包含在惯性移动部件(1)中的所有磁性区域(10)的总合成磁矩与振荡轴线(D1)的方向对准，所述惯性移动部件(1)承载至少一个平衡磁体(6)，所述至少一个平衡磁体的磁矩的方向与振荡轴线(D1)相交，以便获得惯性移动部件(1)的磁平衡。
Description
技术领域
本发明涉及一种钟表谐振器，所述钟表谐振器包括用于钟表谐振器的至少一个惯性移动部件和用于保持至少一个惯性移动部件的振荡的返回装置，所述惯性移动部件布置成围绕振荡轴线振荡并且包括至少一个磁性区域，所述至少一个磁性区域包括至少一个磁体或至少一个磁化的铁磁区域。
本发明还涉及一种钟表机芯，包括设置成为包含在机芯中的至少一个该谐振器供能的供能和/或储能装置，以及包括至少一个擒纵轮副的擒纵机构，所述至少一个擒纵轮副布置成与谐振器的至少一个惯性移动部件相互作用地接合。
本发明还涉及一种包括至少一个这种钟表机芯的钟表，尤其是手表。
本发明涉及钟表机构领域，更具体地，涉及磁性类型的钟表谐振器，或者在其中运行的至少一部分基于磁引力和/或磁斥力、特别是包括磁体的钟表谐振器。
背景技术
钟表业中使用的某些机械谐振器带有磁铁。
例子包括从文献FR 1113932、FR 2132162和US 2946183中已知的克利福德型机构，或者从文献EP 2887156和EP 3316046中已知的斯沃琪集团的直接同步谐振器。在这些振荡器中，谐振器上磁体允许谐振器和擒纵轮之间直接同步，没有摩擦接触。除了没有摩擦接触之外，在擒纵轮和谐振器之间没有任何擒纵叉杆，由此带来高效率的优点。
然而，摆轮携带的磁铁会受到外部磁场的影响。由此产生的扰动虽然很小，但可以导致日差的变化。
由Montres Breguet提交的EP 3273309 A1公开了一种钟表振荡器，其包括游丝摆轮组件，该游丝摆轮组件包括具有轮缘的摆轮，该摆轮通过摆轮游丝返回，并且在第一侧通过扭丝，和在与第一侧相对的第二侧通过非接触式磁性枢轴相对于结构枢转，该扭丝由锚定元件固定到结所述构上，摆轮包括嵌入有摆轮和扭丝的第一极，该第一极关于游丝摆轮组件的轴线具有对称性，并且为了第一极的磁悬浮，该第一极与包含在该结构中的第二极配合，以扭丝的与该锚定元件相对的远端上施加用于张紧扭丝的磁力。
由斯沃琪集团研发有限公司提交的EP 2891930 A2公开了一种用于调节磁性结构和谐振器之间的相对角速度的装置，所述磁性结构和谐振器彼此磁性耦合，并形成限定磁性擒纵机构的振荡器。该磁性结构包括由磁性材料形成的至少一个环形路径，所述至少一个环形路径的一个物理参数与振荡器的磁势能相关联，该磁性材料沿着环形路径布置，使得该物理参数周期性地有角度地变化。在每个角周期中，环形路径包含在振荡器中累积磁势能的累积区域，该区域径向邻近脉冲区域。在每个累积区域中，磁性材料被布置成使得该磁性材料的物理参数在角度上逐渐增加或者在角度上逐渐减小。
ETA提交的EP 3299907A1公开了一种机械钟表机芯，包括谐振器、连接到谐振器的擒纵机构和至少一条时间信息的显示器。显示器由机械驱动装置通过计数齿轮系驱动，其工作速率由擒纵机构设定。至少谐振器容纳在承受低于大气压的压力的腔室中。擒纵机构是磁擒纵机构，包括通过无接触磁耦合系统直接或间接耦合到谐振器的擒纵轮，其中磁耦合系统形成为使得腔室的非磁性壁穿过磁擒纵机构，使得擒纵机构的第一部分位于腔室内部，而擒纵机构的第二部分位于腔室外部。
发明内容
本发明的目的是使这种谐振器对外部磁场不敏感。
为此，本发明涉及一种用于钟表的谐振器，包括布置成围绕振荡轴线振荡的至少一个惯性移动部件以及用于维持所述至少一个惯性移动部件的振荡的返回装置，所述至少一个惯性移动部件包括布置成与擒纵轮副接合的至少一个磁性区域，所述磁性区域包括至少一个磁体或至少一个磁化的铁磁区域，并且所有的所述磁性区域的总合成磁矩与所述振荡轴线的方向对准，其特征在于，在所有的所述磁性区域中，第一组磁性区域布置成用于与擒纵轮副或所述谐振器的结构元件的磁相互作用，第二组磁性区域布置成补偿所述第一组磁性区域中的所有磁性区域的合成磁矩，从而使该合成磁矩在垂直于振荡轴线的任何平面中的分量为零，其中所述第二组磁性区域包括至少一个磁化区域或至少一个平衡磁体，所述至少一个磁化区域或所述至少一个平衡磁体的磁矩方向与该振荡轴线相交，以获得所述至少一个惯性移动部件的磁平衡。
本发明还涉及包括这种谐振器的钟表机芯。
本发明还涉及一种包括这种钟表机芯的钟表，尤其是手表。
本发明还涉及一种用于降低钟表谐振器对外部磁场的敏感性的方法，该钟表谐振器包含在所述谐振器的至少一个惯性移动部件和包含在所述谐振器中的磁化的和/或铁磁的结构元件或擒纵轮副之间的内部磁相互作用装置，所述惯性移动部件被安装成能绕振荡轴线枢转并包括磁性元件。
附图说明
通过阅读下面参照附图给出的详细描述，将更好地理解本发明的其他特征和优点，其中:
-图1示意性地示出了钟表机芯的一部分的平面图，该机芯在顶部具有谐振器的惯性移动部件，未示出返回装置，该惯性移动部件包括两个磁性擒纵叉瓦，这两个磁性擒纵叉瓦布置成与该机芯的擒纵机构中包含的擒纵轮副接合；在本例中，惯性移动部件为摆轮，擒纵轮副为擒纵轮；
-图2是示出图1中惯性移动部件的总合成磁矩的图形，参考基准三面体，其Z轴线是惯性移动部件的振荡轴线。理想情况下，磁矩应该仅由与Z轴线对准的分量形成。垂直于Z轴线的分量代表一应该被校正的误差；
-图3示意性地示出了与指南针的指针相比，惯性移动部件的合成磁矩和外部磁场Bext之间的干扰的效果。外部磁场在惯性移动部件上产生扰动力矩。这是出现在外部磁场中的第一个扰动效应，理想情况下应该被消除；
-图4示出了与图1类似的通过添加磁补偿元件改进的相同机构，磁补偿元件在XOY平面中的磁矩分量与该平面中两个擒纵叉瓦的合成磁矩相反；
-图5是类似于图2的图，示出了图4中惯性移动部件的总合成磁矩，由于添加了磁补偿元件，该磁矩被带到Z轴线；
-图6是针对图4中的机构类似于图3的视图；
-图7至10示出了可调节的磁补偿元件的几个例子，在每个示例中，从左到右是先前状态的平面图，然后是调节后状态的平面图，然后是用于获得期望方向上的补偿磁矩的磁矩图:
-在图7中，示出两个能够在凹槽内旋转的圆柱形磁体，它们被直径方向磁化并且具有平行于惯性移动部件的振荡轴线的旋转轴线，以及被旋转以便调节其合成磁矩的方向和强度的磁矩μc1和μc2；
-在图8中，示出径向磁化的圆柱形磁体，其合成磁矩为零；因此，通过移除该磁体的一部分来进行调节；
-在图9中，在方向±X和±Y上的微磁体(磁性像素)根据需要被部分移除；
-在图10中，根据振荡轴线磁化的球形磁体位于球形凹部中，允许其倾斜，以便产生补偿所需的分量；
-图11类似于图4，示出了通过在图7中增加尽可能靠近振荡轴线的圆柱形补偿磁体而改进的类似机构；
-图12示出了类似于图4的类似机构，其擒纵叉瓦具有平行于振荡轴线的磁矩；在本例中，合成磁矩相对于惯性移动部件的振荡轴线的对准误差被认为已经被校正；
-图13是在外部磁场Bz中，在惯性移动部件的振荡期间，两个擒纵叉瓦的合成磁矩的位移的示意图，该磁场包括在X方向上的强度梯度，由密度增加的灰色区域表示；该图强调了第二扰动效应，该第二扰动效应仅在存在非均匀外部磁场的情况下出现，理想情况下应被校正；
-图14类似于图12，示出了通过添加平衡磁体而改进的相同机构，该平衡磁体包括平行于振荡轴线的磁矩，并且关于振荡轴线安装在擒纵叉瓦的相反侧；平衡磁体的目的是消除第二扰动效应；
-图15是类似于图13的示意图，示出了在相同的外部磁场中，两个擒纵叉瓦的合成磁矩和图14中的平衡磁体的合成磁矩的位移。由平衡磁体在外部磁场中的位移引起的相互作用能量变化消除了由两个擒纵叉瓦的位移引起的相互作用能量变化；
-图16类似于图1，示出了类似的机构，在钟表机芯的固定结构的元件以及惯性移动部件的磁性区域之间具有磁相互作用，固定结构的元件例如是止动销、止挡件或类似元件，在本例中示出了相对于振荡轴线与擒纵叉瓦相对的磁性区域；
-图17示出了类似于图4和14的类似机构，其包括补偿磁体和平衡磁体；
-图18是示出了包括机芯和擒纵机构的钟表、尤其是手表的框图，所述机芯包括供能和/或储能装置，所述供能和/或储能装置布置成给至少一个这样的谐振器提供能量，所述擒纵机构包括至少一个擒纵轮副，所述擒纵轮副布置成与该惯性移动部件相互作用地接合。
具体实施方式
本发明涉及一种对外部磁场不敏感的钟表机构的制造，更具体地，涉及一种磁性类型的钟表谐振器，或其至少一部分运行是基于磁引力和/或磁斥力，特别是包括对外部磁场不敏感的磁体。
本发明涉及用于一种钟表谐振器100。
这种钟表谐振器100包括至少一个惯性移动部件1以及用于维持该至少一个惯性移动部件1的振荡的回位装置，其中所述该惯性移动部件1布置成能围绕振荡轴线D1振荡。
所述至少一个惯性移动部件1包括至少一个磁性区域10，所述至少一个磁性区域布置成与擒纵轮副2接合。所述至少一个磁性区域10包括至少一个磁体或至少一个磁化的铁磁区域。
另外，所有这些磁性区域10的总合成磁矩在振荡轴线D1的方向上对准。
根据本发明，在所有的所述磁性区域10中，磁性区域11、12、13、14组成的第一组磁性区域布置成用于与谐振器100的擒纵轮副2或结构元件3——例如定位销或类似元件——的磁相互作用，第二组磁性区域被布置成补偿第一组磁性区域中的所有磁性区域的合成磁矩，从而使该合成磁矩在垂直于振荡轴线D1的任何平面中的分量为零。
此外，该第二组磁性区域包括至少一个磁化区域或至少一个平衡磁体6，其磁矩方向与振荡轴线D1相交，以获得至少一个惯性移动部件1的磁平衡。
更具体地，惯性移动部件1承载至少一个磁补偿元件4，其在垂直于振荡轴线D1的方向上的磁分量可以被调节，以便获得在振荡轴线D1的方向上对准的总合成磁矩。
更具体地，惯性移动部件1的磁质心位于振荡轴线D1上。这个磁质心由在振荡轴线D1方向上的磁矩分量的1阶磁矩xB、yB、zB来定义。
在这些公式中，对磁矩μi的所有无穷小元素求和，并且只考虑沿振荡轴线D1的分量μiz。
更具体地，包含在该惯性移动部件1中的所有磁性区域10都具有永久磁化性。
更具体地，包含在惯性移动部件1中的所有磁性区域10仅包含永磁体，并且没有任何铁磁部件和铁磁区域，像整个惯性移动部件1也没有任何铁磁部件和铁磁区域那样。
本发明还涉及钟表谐振器100，其包括至少一个这样的惯性移动部件1，并且包括用于保持至少一个惯性移动部件1的振荡的返回装置。
根据本发明，由至少一个惯性移动部件1生成的所有磁性区域10的合成磁矩在垂直于振荡轴线D1的任何平面中的分量为零。
更具体地说，由包含在谐振器100中的具有相同振荡轴线D1的所有惯性移动部件1生成的所有磁性区域10的合成磁矩在垂直于振荡轴线D1的任何平面中的分量都为零。
更具体地，包含在谐振器100中的紧邻至少一个惯性移动部件1的所有区域具有零磁矩，并且没有任何铁磁部件、铁磁区域和磁体。
更具体地说，包含在谐振器100中的、与具有相同振荡轴线D1的每个惯性移动部件1紧邻的所有区域具有零磁矩，并且没有任何铁磁部件、铁磁区域和磁体。
本发明还涉及一种钟表机芯1000，其包括这样的谐振器100，布置成能给包含在机芯1000中的至少一个这样的谐振器100供能的供能和/或储能装置300，以及包括至少一个擒纵轮副2的擒纵机构200，所述至少一个擒纵轮副2布置成与谐振器100的至少一个惯性移动部件1相互作用地接合。
根据本发明，至少一个惯性移动部件1和与其接合的至少一个擒纵轮副2一方面包括为永磁体的磁体，另一方面没有铁磁性部件和铁磁性区域，像整个谐振器100和擒纵机构200的除至少一个擒纵轮副2之外的部件那样，该擒纵轮副2包含擒纵磁体。
更具体地，所述至少一个惯性移动部件1布置成通过磁相互作用在垂直于振荡轴线D1或相对于振荡轴线D1倾斜的平面中与包含在机芯1000中的被磁化和/或铁磁性的结构元件3和/或至少一个擒纵轮副2接合。
并且由至少一个惯性移动部件1承载的所有磁性区域10的合成磁矩在垂直于振荡轴线D1的任何平面中具有零分量。
更具体地说，由包含在谐振器100中的同一振荡轴线D1的所有惯性移动部件1承载的所有磁性区域10的合成磁矩在垂直于振荡轴线D1的任何平面中都具有零分量。
更具体地，在包含在至少一个惯性移动部件1中的所有磁性区域10中，第一组磁性区域布置成用于与至少一个擒纵轮副2或结构元件3磁性相互作用，并且第二组磁性区域布置成补偿所有的第一组磁性区域的合成磁矩，使得该合成磁矩在垂直于振荡轴线D1的任何平面中具有零分量，并且第二组磁性区域被进一步布置成使得其组成部分与谐振器100的任何擒纵轮副2或任何结构元件3的磁相互作用效应小于第一组磁性区域的组成部分与谐振器100的任何擒纵轮副2或任何结构元件3的磁相互作用效应的十分之一。
更具体地，包含在钟表机芯1000中并且布置成通过磁相互作用与至少一个惯性移动部件1接合的磁化的和/或铁磁的至少一个结构元件3或至少一个擒纵轮副2的所有磁性区域的和包含在其中的所有磁体的合成磁矩在垂直于振荡轴线D1的任何平面中或如果可旋转地安装则在垂直于其自身振荡轴线的任何平面中具有零分量
更具体地，包含在所述钟表机芯1000中并布置成通过磁相互作用与至少一个惯性移动部件1接合的磁化的和/或铁磁的每个结构元件3或擒纵轮副2的所有磁性区域的和包含在其中的所有磁体的合成磁矩在垂直于振荡轴线D1的任何平面中或如果可旋转地安装则在垂直于其自身振荡轴线的任何平面中具有零分量。
更具体地，第二组磁性区域包括至少一个磁化平衡区域和/或平衡磁体6，如上所述，其磁质心的位置不在振荡轴线D1上，并且通过计算进行调整，以便获得至少一个惯性移动部件1的磁平衡。
更具体地，包含在第二组磁性区域中的每个磁化区域或磁体具有磁矩，其磁质心的位置不在振荡轴线D1上。
更具体地，第一组磁性区域包括至少一个磁化平衡区域或平衡磁体6，其磁质心的位置不在振荡轴线D1上，以便获得至少一个惯性移动部件1的磁平衡。
更具体地，包含在第一组磁性区域中的每个磁化区域或磁体具有磁矩，其磁质心的位置不在振荡轴线D1上。
更具体地，第二组磁性区域包括至少一个磁化的平衡区域和/或平衡磁体6，其磁矩的方向与振荡轴线D1相交，以便获得至少一个惯性移动部件1的磁平衡。
更具体地，包含在第二组磁性区域中的每个磁化区域或磁体具有磁矩，磁矩的方向与振荡轴线D1相交。
更具体地，第一组磁性区域包括至少一个磁化平衡区域或平衡磁体6，其磁矩的方向与振荡轴线D1相交，以便获得至少一个惯性移动部件1的磁平衡。
更具体地，第二组磁性区域包括至少一个磁化区域或平衡磁体6，其磁质心的位置关于振荡轴线D1与惯性移动部件承载的其它磁体的磁质心相对，以便获得至少一个惯性移动部件1的磁平衡。
更具体地，包含在第一组磁性区域中的每个磁化区域或磁体具有磁矩，其磁矩的方向与振荡轴线D1相交。
更具体地，由每个惯性移动部件1承载的所有磁化区域和所有磁体都具有永久磁化性。
更具体地，包含在机芯1000中的由至少一个擒纵轮副2或结构元件3承载的所有磁化区域和所有磁体具有永久磁化性。
更具体地，包含在机芯1000中的由每个擒纵轮副2或结构元件3承载的所有磁化区域和所有磁体具有永久磁化性。
更具体地，包含在惯性移动部件1中的至少一个磁化区域中的每一个或者至少一个平衡磁体6中的每一个以及所有磁性区域10均具有永久磁化性。
更具体地，所述至少一个惯性移动部件1和与其接合的至少一个擒纵轮副2分别包括磁性区域10和至少一个磁化区域或平衡磁体6，和擒纵磁体，所述磁性区域10和至少一个磁化区域或平衡磁体6，和擒纵磁体均由永磁体构成，并且除了所述至少一个磁补偿元件4的磁性区域10和所述擒纵磁体之外，所述至少一个惯性移动部件1和至少一个擒纵轮副2没有铁磁性部件和铁磁性区域，像整个谐振器100除了惯性移动部件1之外以及擒纵机构200的除了至少一个擒纵轮副2之外的部件那样。
更具体地，除了全部由永磁体形成的磁性区域10和至少一个磁化区域或至少一个平衡磁体6之外，惯性移动部件1不存在任何铁磁部件或铁磁区域。
更具体地，包含在惯性移动部件1中的所有磁性区域10以及至少一个磁化区域或平衡磁体6中的每一个，以及至少一个磁补偿元件4中的每一个，都具有永久磁化性。
更具体地，除了全部由永磁体形成的磁性区域10和至少一个磁补偿元件4以及至少一个磁化区域或至少一个平衡磁体6之外，惯性移动部件1不存在任何铁磁部件或铁磁区域。
更具体地，至少一个惯性移动部件1是摆轮，并且至少一个擒纵轮副2是擒纵轮。
更具体地，机芯1000包括至少一个结构元件3，该结构元件3布置成通过磁性相互作用在其磁性区域13、14处与至少一个惯性移动部件1接合，并且该结构元件3特别是限制至少一个惯性移动部件1的行进的止挡件或止动销33或类似元件。
本发明还涉及一种钟表2000，特别是手表，包括至少一个这样的机芯1000和/或至少一个这样的谐振器100。
更具体地，该手表2000包括带有磁屏蔽的表壳，以便包围包含在手表2000中的每个谐振器100。
本发明允许实施一种用于降低钟表谐振器100对外部磁场的敏感性的方法，该钟表谐振器100包括内部磁相互作用装置，该内部磁相互作用装置位于谐振器100的至少一个惯性移动部件1和包含在谐振器100中的磁化和/或铁磁的结构元件3或擒纵轮副2之间，所述惯性移动部件1安装成绕振荡轴线D1枢转并包括磁性元件10，对于该谐振器100，定义了彼此正交并且与振荡轴线D1正交的两个参考轴线OX和参考轴线OY。
根据本发明:
-谐振器100在稳态电源条件下工作，
-测量其参考运行状态，
-沿着参考轴线OX向谐振器施加第一均匀磁场，
-并且通过与该参考运行状态进行比较来测量沿X轴的第一速率差△mx，
-沿着参考轴线OY向谐振器施加第二均匀磁场，其磁通密度与沿着OX轴线的第一磁场的磁通密度相同，
-通过与该参考运行状态进行比较来测量沿Y轴的第二速率差△my，
-根据第一速率差△mx和第二速率差△my来计算补偿磁矩μc中的对应的分量：沿X轴的μcx和沿Y轴的μcy，
-制成包括补偿磁矩μc的至少一个磁补偿元件4，，或者制成其合成磁矩等于补偿磁矩μc的一组磁补偿和平衡元件5，
-在相对于参考轴线OX、参考轴线OY和振荡轴线D1的几何取向的合适位置，惯性移动部件1配备有至少一个这样的磁补偿元件4，或者分别配备有这样的一组磁补偿和平衡元件5，至少一个磁补偿元件4位于振荡轴线D1上或者紧邻振荡轴线，或者相应地磁补偿和平衡元件5的组包括:
-位于振荡轴线D1上或紧邻该振荡轴线的至少一个磁补偿元件4，
-关于振荡轴线D1与惯性移动部件1的磁元件10的合成磁矩相对地定位的磁平衡元件6，该磁平衡元件的平衡磁力矩μzeq朝向振荡轴线D1定向。
附图以非限制性的方式更具体地示出了本发明对具有惯性移动部件1的谐振器100的应用，惯性移动部件1是摆轮。
让我们考虑摆轮1，摆轮安装成使其能绕振荡轴线D1枢转，并且其承载用于与擒纵轮2相互作用的磁体11和12，擒纵轮2绕擒纵轴线D2枢转，如图1所示，其中磁体11、12是用于直接与擒纵轮2相互作用的磁性擒纵叉瓦。每个磁体11、12都具有磁矩。
每个磁体11、12都具有磁矩，该磁矩是被计算为磁体的整个体积上的磁化强度的积分的扩展矢量。磁矩可以表示为指南针的指针，当它放入外部磁场中时会受到力矩的作用。
为了最小化外部磁场对谐振器100的扰动效应，由摆轮1承载的磁体11、12的总磁矩必须沿摆轮1的振荡轴线D1的方向(在这种情况下表示为Z轴)对准。
理想情况下，磁矩应该仅由与Z轴对准的分量μZ形成。垂直于Z轴的力矩分量，即μxy，代表理想情况下应该被校正的误差。
更具体地说，假设总合成磁矩不与Z轴对准，因此存在垂直于图2中振荡轴线的磁矩分量。总磁矩μtot是谐振器承载的所有磁体的磁矩之和；该总磁矩应与振荡轴线D1——图中的Z轴——对准，以保证谐振器对外部磁场不敏感。矢量μtot是表示总合成磁矩在垂直于Z轴的平面XOY中的分量的矢量μxy和沿该Z轴的分量μZ的总和:总而言之，寻求分量μxy最小化，并且在可能的情况下被消除。这是因为当摆轮1振荡时，总磁矩μtot的分量μxy将改变方向。
在存在外部磁场Bext的情况下，它受到倾向于与该外部磁场对准的转矩，并且其强度取决于摆轮1的角位置，如图3所示。外部磁场在惯性移动部件上产生扰动力矩。这是出现在外部磁场中的第一扰动效应，理想情况下应该被消除。
理论上，由摆轮1承载的磁体11、12的磁化仍然可以假设为在振荡轴线的方向上对准。然而，在实际中已知的是，由于组装、磁化或其它原因导致总是存在缺陷，因此小的对准误差是不可避免的，因此这种小的扰动分量μxy的存在也是不可避免的。
更具体地，对准误差在垂直于振荡轴线的平面上产生充当指南针的指针的这样的小分量μxy。因此，外部磁场Bext产生一个取决于摆轮位置的扰动力矩，从而产生日差的变化。更具体地，已经知道的是随着摆轮1的角度以非线性方式变化的这种扰动力矩会影响谐振器100的运行。
谐振器对外部场的不敏感性可以通过几种方法来改进。
因此，所提出的第一个改进包含在摆轮1上增加至少一个补偿磁体4，如图4所示。这是一个附加磁体，它不与擒纵轮2相互作用，并且其垂直于振荡轴线D1的磁矩分量μc被调节成与摆轮1承载的其它磁体的分量μxy具有相等的强度，但方向与摆轮1承载的其它磁体的磁矩分量μxy(垂直于振荡轴线D1)的方向相反，如图5所示，以便补偿磁矩μxy的影响。图5示出了总磁矩因此减小到μz，并且因此沿着对应于摆轮1的振荡轴线D1的方向OZ对准。如图6所示，以这种方式，当摆轮1位于外部磁场Bext中时，补偿磁体4受到的力矩与摆轮1承载的其它磁体11、12受到的力矩反向，从而达到获得总力矩为零的程度。扰动力矩因此被抵消。
有几种制造这种可以调节垂直于振荡轴线的分量的补偿磁体4的方法，如图7至10所示。
可以考虑使用至少两个直径方向磁化的圆柱形磁体，其轴线平行于谐振器的振荡轴线D1，该磁体具有力矩μc1和μc2，如图7所示，磁体旋转以在方向和强度两方面调节其合成磁矩。
也可以增加径向磁化的圆柱形磁体，其合成磁化为零。因此，如图8所示，通过移除该磁体的一部分来进行调节。
也可以考虑在±X和±Y方向上根据需要可以被去除的微磁体(磁性像素)，如图9所示。
也可以考虑沿着振荡轴线磁化的球形磁体，该球形磁体位于球形凹部中，如图10所示，以便能够倾斜该球形磁体，从而产生补偿所需的分量μc。显然，可以使用任何其他机械装置来调节磁体的方向。
上述列举并未穷尽所有方式。例如，另一种解决方案是添加单个圆柱形磁体，该磁体以等于μxy的强度直径方向磁化，并且可以被定向以调整μc的方向。为了调整该磁体的强度，用于其磁化的磁场可以变化。
不言而喻，这些解决方案中的每一个中，产生的可调补偿磁体都有利地由摆轮1承载，靠近其振荡轴线D1，如图11所示，其采用图7所示的配置。
不管用于调整的方法是什么，必须预先测量谐振器的剩余灵敏度，并且必须计算期望的补偿。为此，简单地沿着+X和–X施加均匀的外部磁场Bx0，并测量由此产生的日差△mX。对于沿Y方向的磁场也是如此，补偿磁矩的分量计算如下:μx＝k.Δmx/(86400Bx0)，对于另一个分量，只需在此公式中将x简单地替换为y，其中:
μx＝磁矩，单位为A.m-2
k＝摆轮的回复游丝的转动刚度，单位为N*m/rad＝N*m。例如，对于游丝摆轮，k＝10-6N.m/rad。
△mX＝日差，单位为秒/天
Bx0＝磁场，单位为特斯拉。
现在假设这个总磁矩的校准工作已经完成，这样垂直于振荡轴线D1的磁矩分量就可以忽略不计了。如图13所示，当摆轮1置于外部磁场Bext中时，影响摆轮1运行的下一个扰动效应是由非均匀磁场Bz中磁矩在圆弧中的位移引起的。更具体地，磁相互作用能量以非线性方式随着摆轮1的位置变化，达到产生影响谐振器100运行的扰动扭矩的程度。
图12示出了具有沿OZ轴线磁化的磁性擒纵叉瓦11和12的摆轮1，合成磁矩μz1&2位于擒纵叉瓦11和12的磁性质心(与位于其质心的轮副的总质量相比)。图13示出了相同合成磁矩在非均匀磁场Bz中的位移，在这种情况下示出了沿轴线X的场强梯度，在区域中逐渐变灰。磁相互作用能量随摆轮1在该场中的位置以非线性方式变化。
为了消除这种影响，将合成磁矩定位在振荡轴线D1(点O)上就足够了。然而，与擒纵轮2相互作用的磁性擒纵叉瓦11和12不能移动到这一点。
因此提出的第二个改进包括增加一个平衡磁体6，如图14所示。该平衡磁体6关于振荡轴线D1布置成与擒纵轮2相对，并且离擒纵轮2足够远，从而不会与其相互作用。
该平衡磁体6沿振荡轴线D1的方向被磁化。如图14所示，其位置与摆轮1承载的其它磁体11和12的磁质心的位置相对。以这种方式，平衡磁体6在外部磁场Bz中的磁矩所采取的轨迹以一阶产生扰动力矩，该扰动力矩与施加到由摆轮1承载的其它磁体11和12的扰动力矩相反。解释磁铁作用的另一种方法是讨论磁平衡。目的是把磁矩的磁质心带到振荡轴线D1上。这个磁质心由在振荡轴线D1的方向上的总合成磁矩的分量的1阶矩(XB,YB,ZB)定义。
也就是说，在质心的定义中质量被μz替换：
更具体地，为了获得磁平衡，谐振器100的总磁化的磁质心被放置在振荡轴线D1上。
这种方法适用于图13和15所示的例子(类似于图13，除了平衡磁体6在外部磁场中的位移之外，还示出了擒纵叉瓦11和12的磁矩的位移)，其中存在相对稳定的外部磁场梯度，在本例中是沿着X轴方向的。然而，如果外部场以显著的非线性变化，则这种方法是无效的。原则上，如果摆轮1附近没有铁磁元件，就不会产生如此显著的非线性。因此，在实践中，铁磁性部件必须远离摆轮1足够远，以使该方法有效。
有多种方法可用于添加这种磁平衡磁体。应该说明的是，当设计擒纵叉瓦磁体11、12和类似元件时，可以计算该平衡磁体的几何结构和位置。因此，平衡磁体6可以用与制造擒纵叉瓦相同的技术制造:常规机加工、激光、薄膜沉积或其它技术。另一种解决方案可以包括随后添加平衡磁体，例如，通过将磁性材料喷涂到摆轮轮缘上，通过3D打印(增材制造)或喷射，或者通过任何其他合适的方法，以便平衡所述摆轮。显然，上述列举并未穷尽所有方式。
总之，本发明提出:
-承载有磁体的谐振器——特别是振荡摆轮——的惯性质量，所有磁体都在该惯性质量的振荡轴线方向上对准；
-这种惯性质量加上一个小的补偿磁体，该补偿磁体在垂直于振荡轴线的方向上具有磁分量；必须调整该补偿磁体，以获得与振荡轴线对准的总磁矩；
-不论有或没有补偿磁体，在这种惯性质量上增加一个小的平衡磁体，该平衡磁体在振荡轴线的方向上被磁化；该平衡磁体的尺寸和位置必须设置成使磁质心位于振荡轴线上；
-根据这些实施例之一的具有惯性质量的替代方案，并且从该惯性质量中移除了所有的铁磁部件，或者根据设计，该惯性质量没有任何铁磁区域；
-具有谐振器的钟表机芯，该谐振器包括根据上述实施例之一的至少一个惯性质量，并且在其附近，除了与该惯性质量接合的擒纵轮副——特别是擒纵轮——的磁体之外，所有的磁性部件和/或铁磁部件都被移除。
本发明允许将磁功能结合到外部磁场中的谐振器获得高的不敏感性，而不会显著增加其部件的体积，并且成本低。
本发明同样适用于新设备，正如它适用于已经制造的机构一样，其可以在合理的经济条件下安全地改进。
本文中参照谐振器的具体情况描述本发明，谐振器是钟表中最敏感的部件，对于它，任何磁扰动都会通过降低其运行质量而产生直接影响。钟表师也将知道如何将其应用到手表的其他不太敏感的机械装置上，如磁报时械装置或其他机械装置。
已经参考磁相互作用的优选情况描述了本发明，但是该原理仍然适用于静电相互作用，或者甚至适用于组合的磁和静电的相互作用。
Claims (25)
1.一种用于钟表的谐振器(100)，包括布置成围绕振荡轴线(D1)振荡的至少一个惯性移动部件(1)以及用于维持所述至少一个惯性移动部件(1)的振荡的返回装置，所述至少一个惯性移动部件(1)包括布置成与擒纵轮副(2)接合的至少一个磁性区域(10)，所述磁性区域(10)包括至少一个磁体或至少一个磁化的铁磁区域，并且所有的所述磁性区域(10)的总合成磁矩与所述振荡轴线(D1)的方向对准，其特征在于，在所有的所述磁性区域(10)中，第一组磁性区域(11、12、13、14)布置成用于与擒纵轮副(2)或所述谐振器(100)的结构元件(3)的磁相互作用，第二组磁性区域布置成补偿所述第一组磁性区域中的所有磁性区域的合成磁矩，从而使该合成磁矩在垂直于振荡轴线(D1)的任何平面中的分量为零，其中所述第二组磁性区域包括至少一个磁化区域或至少一个平衡磁体(6)，所述至少一个磁化区域或所述至少一个平衡磁体的磁矩方向与该振荡轴线(D1)相交，以获得所述至少一个惯性移动部件(1)的磁平衡。
2.根据权利要求1所述的谐振器(100)，其特征在于，所述第二组磁性区域还布置成使得其组成部分与任何擒纵轮副(2)或所述谐振器(100)的任何结构元件(3)的磁相互作用效应小于所述第一组磁性区域的组成部分与任何擒纵轮副(2)或所述谐振器(100)的任何结构元件(3)的磁相互作用效应的十分之一。
3.根据权利要求1所述的谐振器(100)，其特征在于，所述惯性移动部件(1)的磁质心位于所述振荡轴线(D1)上，所述磁质心由在所述振荡轴线(D1)的方向上的磁矩分量的1阶磁矩(XB,YB,ZB)限定。
4.根据权利要求1所述的谐振器(100)，其特征在于，包含在所述惯性移动部件(1)中的至少一个磁化区域或者至少一个平衡磁体(6)中的每一个以及所有的所述磁性区域(10)都具有永磁性。
5.根据权利要求4所述的谐振器(100)，其特征在于，除了全部由永磁体形成的磁性区域(10)和所述至少一个磁化区域或所述至少一个平衡磁体(6)之外，所述惯性移动部件(1)不具有任何铁磁部件和铁磁区域。
6.根据权利要求1所述的谐振器(100)，其特征在于，所述惯性移动部件(1)承载至少一个磁补偿元件(4)，所述磁补偿元件在垂直于所述振荡轴线(D1)的方向上的磁分量能够被调节，以便获得与所述振荡轴线(D1)的方向对准的总合成磁矩。
7.根据权利要求6所述的谐振器(100)，其特征在于，包含在所述惯性移动部件(1)中的所有的所述磁性区域(10)以及所述至少一个磁化区域或者至少一个平衡磁体(6)中的每一个以及所述至少一个磁补偿元件(4)中的每一个都具有永磁性。
8.根据权利要求7所述的谐振器(100)，其特征在于，除了均由永磁体形成的所述磁性区域(10)、所述至少一个磁化区域或所述至少一个平衡磁体(6)以及所述至少一个磁性补偿元件(4)之外，所述惯性移动部件(1)没有任何铁磁部件和铁磁区域。
9.根据权利要求1所述的谐振器(100)，其特征在于，包含在所述谐振器(100)中的紧邻所述至少一个惯性移动部件(1)的所有区域具有零磁矩，并且没有任何铁磁部件、铁磁区域和磁体。
10.一种钟表机芯(1000)，包括：
-至少一个根据权利要求1所述的谐振器(100)，
-擒纵机构(200)，所述擒纵机构包括至少一个擒纵轮副(2)，所述至少一个擒纵轮副布置成通过相互作用与至少一个惯性移动部件(1)接合，
-供能和/或能量存储装置(300)，其布置成为至少一个谐振器(100)供能；
其特征在于，由至少一个惯性移动部件(1)承载的所有磁性区域(10)的合成磁矩在垂直于所述振荡轴线(D1)的任何平面中的分量为零。
11.根据权利要求10所述的钟表机芯(1000)，其特征在于，所述至少一个惯性移动部件(1)和与其接合的所述至少一个擒纵轮副(2)分别包括所述磁性区域(10)和所述至少一个磁性补偿元件(4)，以及擒纵磁体，并且除了所述磁性区域(10)、所述至少一个磁性补偿元件(4)、所述擒纵磁体之外，所述至少一个惯性移动部件(1)和所述至少一个擒纵轮副(2)没有铁磁性部件和铁磁性区域，像整个所述钟表谐振器(100)除所述惯性移动部件(1)之外以及像所述擒纵机构(200)的除所述至少一个擒纵轮副(2)之外的部件那样，其中所述磁性区域、所述至少一个磁性补偿元件以及所述擒纵磁体均由永磁体形成。
12.根据权利要求11所述的钟表机芯(1000)，其特征在于，所述至少一个惯性移动部件(1)布置成使得其通过磁相互作用在垂直于所述振荡轴线(D1)或相对于所述振荡轴线(D1)倾斜的平面内与包含在所述钟表机芯(1000)中的磁化的和/或铁磁的结构元件(3)和/或所述至少一个擒纵轮副(2)接合，并且其中，由所述至少一个惯性移动部件(1)承载的所有所述磁性区域(10)的合成磁矩在垂直于所述振荡轴线(D1)的任何平面中都具有零分量。
13.根据权利要求10所述的钟表机芯(1000)，其特征在于，包含在所述钟表机芯(1000)中并且布置成通过磁相互作用与所述至少一个惯性移动部件(1)接合的磁化的和/或铁磁的至少一个结构元件(3)或至少一个擒纵轮副(2)的所有磁性区域的和所有磁体的合成磁矩在垂直于所述振荡轴线(D1)的任何平面中或如果可旋转地安装则在垂直于其自身振荡轴线的任何平面中都具有零分量。
14.根据权利要求13所述的钟表机芯(1000)，其特征在于，包含在所述钟表机芯(1000)中并且布置成通过磁相互作用与所述至少一个惯性移动部件(1)接合的磁化的和/或铁磁的每个结构元件(3)和/或每个擒纵轮副(2)的所有磁性区域的和所有磁体的合成磁矩在垂直于所述振荡轴线(D1)的任何平面中或如果可旋转地安装则在垂直于其自身振荡轴线的任何平面中具有零分量。
15.根据权利要求10所述的钟表机芯(1000)，其特征在于，第二组磁性区域包括至少一个磁化区域或平衡磁体(6)，所述至少一个磁化区域或平衡磁体的磁质心的位置布置成关于所述振荡轴线(D1)与由所述惯性移动部件(1)承载的其它磁体的磁质心相对，以便获得所述至少一个惯性移动部件(1)的磁平衡。
16.根据权利要求10所述的钟表机芯(1000)，其特征在于，包含在所述第二组磁性区域中的每个磁化区域或磁体具有磁矩，每个磁化区域或磁体的磁矩的方向与所述振荡轴线(D1)相交。
17.根据权利要求10所述的钟表机芯(1000)，其特征在于，第一组磁性区域包括至少一个磁化区域或平衡磁体(6)，所述至少一个磁化区域或平衡磁体的磁矩的方向与所述振荡轴线(D1)相交，以便获得所述至少一个惯性移动部件(1)的磁平衡。
18.根据权利要求17所述的钟表机芯(1000)，其特征在于，包含在所述第一组磁性区域中的每个磁化区域或磁体具有磁矩，每个磁化区域或磁体的磁矩的方向与所述振荡轴线(D1)相交。
19.根据权利要求10所述的钟表机芯(1000)，其特征在于，由每个所述惯性移动部件(1)承载的所有磁化区域和所有磁体具有永磁性。
20.根据权利要求10所述的钟表机芯(1000)，其特征在于，包含在所述钟表机芯(1000)中的由结构元件(3)或所述至少一个擒纵轮副(2)承载的所有磁化区域和所有磁体具有永磁性。
21.根据权利要求20所述的钟表机芯(1000)，其特征在于，包含在所述钟表机芯(1000)中的由每个擒纵轮副(2)或所述结构元件(3)承载的所有磁化区域和所有磁体具有永磁性。
22.根据权利要求10所述的钟表机芯(1000)，其特征在于，所述至少一个惯性移动部件(1)为摆轮，并且所述至少一个擒纵轮副(2)为擒纵轮。
23.根据权利要求10所述的钟表机芯(1000)，其特征在于，所述钟表机芯(1000)包括至少一个结构元件(3)，所述结构元件(3)布置成通过磁相互作用与所述至少一个惯性移动部件(1)接合，并且所述结构元件(3)是限制所述至少一个惯性移动部件(1)的行程的定位销或止挡件。
24.一种手表(2000)，包括至少一个根据权利要求10的钟表机芯(1000)和/或根据权利要求1所述的谐振器(100)。
25.根据权利要求24所述的手表(2000)，其特征在于，所述手表(2000)包括具有磁屏蔽的外壳，以封装包含在所述手表(2000)中的每个所述谐振器(100)。
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