CN113448239B - 设有报时机构的带有机械或电子机芯的手表 - Google Patents

Abstract

根据本发明的手表包括报时机构，该报时机构包括至少一个附接音簧(4)和至少一个击锤(15)，以及电池(6)和由电池供能且配置成产生电流脉冲的集成电路(7)，以及连接到该集成电路且能够接收所述脉冲的电动力致动器(17)，该致动器与击锤构成整体或连接到击锤，以便响应于所述脉冲产生击锤从其静止位置的运动，所述运动能够致动击锤在音簧上的撞击。该机构还包括连接到击锤的弹簧(27)以便使击锤在撞击后返回到其静止位置。取决于特定实施例，击锤在到达撞击前经受一个或多个预振荡。根据特定实施例，击锤和音簧设有吸引磁体。

Description

设有报时机构的带有机械或电子机芯的手表

技术领域

本发明涉及用于手表的报时机构(striking mechanism)。所述机构能够产生一个或多个声音以发出响闹或三问报时(minute repeater)的信号。

背景技术

在设有三问报时系统的机械手表中，所述系统常规地包括一个或多个音簧，其各自包括金属丝线(该金属丝线在形状方面通常为圆形)并且放置在平行于手表的表盘的平面中。每个音簧的金属丝线通常在手表框架中并且在主夹板(plate)上方围绕手表机芯布置，机芯的不同部分安装在主夹板上。例如，每个音簧的一个末端或多个末端附接(例如通过焊接)到音簧承载件，该音簧承载件与主夹板构成整体，对于所有音簧可为独特的。每个音簧的另一末端通常可为自由的。

报时机构包括按照使用者的要求致动的至少一个击锤，以通过音簧上的一系列击锤撞击噪音指示时间。每个击锤设有允许其落回到音簧上的返回弹簧。用于一系列敲击的能量储备来自弹簧-条盒轮，其由使用者定期重新补充。这种类型的机构非常复杂且笨重，并且撞击的能量受到限制且经常随着弹簧的机械卸载而下降，撞击之间的间隔还取决于弹簧的卸载。最终，弹簧-条盒轮的自主性受到限制，并且在响闹或可听指示结束后，其必须经常重新设置。

石英或其他类型的电子手表也是已知的，其设有报时系统和/或三问报时，其中压电致动器作用为扬声器。使用连接到致动器的集成电路来发生报时。扬声器产生一系列声音以用于响闹，或者按照使用者的要求指示时间。明显的是，该系统较不复杂，并且该类型的报时的自主性以及音量比机械手表的情况下更大。然而，相比于机械音簧的自然声音，由该机构产生的声音是合成且没有吸引性的。另外，在手表的受到限制的空间容积中，难以实现能够再现近似机械音簧的声音的声音的扬声器。

专利申请FR 1 335 311 A描述了一种用于时计的报时机构。该机构由至少部分地围绕机芯布置的音簧和包括至少一个击锤以通过激活安装在金属轴向棒上的线圈来敲击音簧的机电装置构成。由电动驱动装置提供击锤激活。

专利申请CH 705 303 A1描述了一种包括声音机构的时计，其包括在表壳的密封部分中的报时机构和至少一个待由报时机构激活的音簧。电动激活击锤以敲击音簧。

专利申请FR 2 061 680 A1描述了一种用于时计的电动小时报时机构。该机构包括电磁体，其由脉冲供能并且作用在时计击锤上以敲击铃铛或音簧。

发明内容

因此，本发明的目的是通过提供用于手表的报时机构来克服现有技术的缺点，该报时机构使用新的原理以用于从至少一个音簧产生一个或多个声音。

为此，本发明涉及设有报时机构的手表以及用于通过机构产生声音的方法，包括在权利要求书中所限定的特征。

根据本发明的手表包括报时机构，该报时机构包括至少一个附接的音簧和至少一个击锤，以及电能蓄积器(诸如电池)。机构还包括由电能蓄积器供能且配置成产生电流脉冲的集成电路，以及连接到集成电路且能够接收所述脉冲的电动力致动器，该致动器与击锤构成整体或连接到击锤，以便响应于所述脉冲产生击锤从其静止位置的运动，所述运动能够产生击锤在音簧上的撞击。机构还包括返回装置(诸如连接到击锤的弹簧)以便使击锤在撞击后返回到其静止位置。

根据本发明的手表可包括基本机械或电子钟表机芯。在该两种情况下，手表变成混合手表，其克服了以上所描述的缺点。在第一种情况下，手表包括大多数的机械部件，其由机电报时机构补充，相比于现有技术，其更紧凑并且能够提高自主性，以及撞击的能量和一致性。在第二种情况下，手表包括大多数的电子和/或机电部件，以及音簧，该音簧产生自然声音而不是由现有技术的电子手表产生的合成声音。

取决于特定实施例，击锤在到达撞击前经受一个或多个预振荡。根据特定实施例，击锤和音簧分别设有吸引磁体。

附图说明

将使用以非限制性示例的方式给出的附图在以下更详细地描述本发明，其中：

图1示出了集成到根据本发明的机械机芯手表中的三问报时机构，

图2示出了集成到根据本发明的电子机芯手表中的三问报时机构，

图3示出了击锤的框图图示，该击锤设有其电动力致动器，如其可在根据本发明的手表中应用的那样，

图4a通过施加单个电流脉冲示出了脉冲和击锤的运动的图示。图4b和图4c示出了以下的图示：在击锤的一个或两个预振荡的情况下的脉冲和击锤的运动，以及

图5示出了可在根据本发明的手表中应用的报时机构的原型。

具体实施方式

在图1中，可看见根据本发明的集成到机械机芯手表中的三问报时机构的主要部件。小时和分钟指针1和2连接到常规的机械机芯3，该常规的机械机芯被不带有细节地示出。三问报时系统包括通过音簧承载件5附接到手表的主夹板(未示出)的音簧4。可根据从现有技术已知的实施例生产音簧4。三问报时机构进一步包括电能蓄积器6(诸如电池)和由电能蓄积器6供能的集成电路7，以及指针1和2的轴线的位置的检测器8和9。这些检测器本身也是已知的。它们可配置成检测例如但不限于设在相应的轴线上的一系列齿的位置。

击锤15可旋转地围绕旋转轴线16安装，使得击锤可撞击音簧4。击锤15的旋转可由连接到集成电路7的电动力致动器17致动。击锤15设有使击锤在撞击后返回到其静止位置的弹簧(未示出)。致动器17接收由集成电路7基于由检测器8和9检测的位置产生的电流脉冲，以便按照使用者的要求通过一系列特定的声音播报时间。优选地，存在第二音簧4'和设有其机电致动器(未示出)的第二击锤以产生不同的声音。致动器17的尺寸和击锤15的尺寸仅示出为指示，但是明显的是，这些部件的全部将仅占据由纯机械报时机构(其通常占据表盘的整个表面)占据的空间的部分。

图2示出了根据本发明的石英类型的电子手表，其还包括具有与在图1的情况下相同类型和尺寸的两个机械音簧4和4'以及对应的击锤15和电动力致动器17(示出了单个击锤和单个致动器)。如从现有技术已知的那样，由电能蓄积器6(诸如电池)使用连接到石英21的集成电路7而供能的马达20使指针1和2旋转，所述部件形成手表的电子机芯的部分。电动力致动器17接收来自电子机芯的集成电路7的脉冲。在该实施例中，指针1和2的轴线的位置的检测器8和9的存在是可选的。还可能配置集成电路7使得其可确定将由击锤播报的时间，而不是具有检测器8和9。

有利地，根据本发明的手表将一个或多个机械音簧与由电动力致动器致动的击锤结合。相比于纯机械手表，该解决方案允许具有多得多的自主性、更高的声音强度、改善的脉冲的可重复性、脉冲之间的恒定间隔，以及比机械报时系统小的多的报时系统的空间占据。在电子手表中，本发明允许实现用于响闹和/或三问报时的自然声音。

撞击噪音的音量取决于所使用的电动力致动器的性能。已经进行了使用现有电动力振动器的测试。如可在以下所看见的那样，发现的是：单次撞击的能量是相当的，但是仍然小于机械致动器的撞击的能量。然而，本发明的特定实施例涉及以下方式：其中，相对于击锤15的静止位置并且相对于报时机构的参数的数值配置发送到致动器17的电流脉冲。在图3中示出了机构的框图图示。击锤15与磁体25(其通过返回装置27(可为弹簧)连接到手表的主夹板26)构成整体。线圈28包围磁体25并且接收由电压信号U(t)产生的电流脉冲I(t)，其在方向X上致动击锤15的轴向运动。磁体25、线圈28和弹簧27的组件构成电动力致动器17。音簧4和处于静止位置的击锤15之间的距离为在附图中示出的距离x₀。在该位置，弹簧27未预加应力。取决于电流I的方向，击锤15的运动发生在方向+x或-x上。当电流中断时，在由质量-弹簧系统的特征确定的大量振荡后，弹簧27使击锤返回到静止位置。在图3中示出的系统以以下的程度相当于在图1和图2中示出的系统：在后者中，弹簧可为扭簧或板簧，并且致动器配置成致动击锤围绕轴线16的旋转。

应该注意的是，返回装置27还可为机械凸轮，或者为电磁力，或另一装置。

对于单个电流脉冲31的情况，图4a示出随着击锤15的位移的演变，该单个电流脉冲致动击锤朝向音簧4的运动直到时间t_i时的撞击。下列假设允许研究击锤的运动以及计算撞击的能量：

· 相比于所施加的电压，由运动所感应的电压是可以忽略的。

· 电压、电流和机电力F_em在脉冲的持续时间内被认为是恒定的(这些也被称为峰值)。在图中将脉冲31有效地示出为力脉冲F_em。

· 忽略摩擦，

· 时间x(t)与对应于质量-弹簧系统的振荡的自然频率f₀的周期成正弦，f₀由公式

给出，其中k为弹簧常量(N/m)并且m为击锤+磁体的质量(kg)。

由脉冲施加的机电力F_em的大小是这样的：该力致动振幅2x₀的振荡30。该振荡由曲线30示出，直到撞击的时刻t_i。如果音簧不存在，振荡将跟随虚线曲线。在t=0和虚线曲线的最大值之间的时间对应于

，其中

=1/f₀。可看见的是，在所示出的实施例中，脉冲31的持续时间是这样的：撞击近似发生在击锤的速度处于其最大值时。这意味着脉冲的持续时间近似为

。

能量守恒定律允许将力F_em在路径x₀上的功联系到由致动器接收的动能E_cin。电平衡也得到了评估。可示出的是，撞击的动能和消耗的电能分别为：

(1),

(2),

其中R为电阻(Ohm)，并且k_u为线圈磁体耦合系数(N/A)。

如在图5中所示出的那样，用于致动器-击锤-弹簧组件的测试中的测试原型，敲击安装在黄铜底座51上的机械音簧的振动器50。方向x在附图中示出。尺寸以mm指示，例如音簧的直径可为35.6mm，底座51可为44mm乘44mm，并且振动器可为24.15mm长和9.56mm宽。已经如以下那样建立了在公式(1)和(2)中出现的参数的值：

k=1606N/m, x₀=0.19mm, R=80Ohm, m=2.68gr, k_u=2.07[N/A],

U=9V=>I=U/R=112.5mA, =>F_em=k_u*I=0.233N。

利用这些参数，由根据图4a的实施例的原型实现的撞击的动能计算为15.3μJ。这与由机械报时系统实现的撞击(估计处于50J)具有相同的大小的量级，但是明显地小于后者。为了提高该能量，可施加更强大的电流脉冲和/或可通过修改致动器的参数(诸如质量、弹簧常量和耦合系数)来使致动器最优化。但是如可在以下看见的那样，即使利用未最优化的致动器，简单地增加预振荡脉冲极大地提高了该能量。

根据另一个实施例，通过以例如在图4b中示出的不同方式致动击锤提高了由等于或小于力F_em(对于使用单个脉冲的前述情况施加该力F_em)的机电力产生的撞击能量。根据该实施例，首先施加与前述实施例的单个脉冲具有相同大小F_em的第一反向脉冲35。因此，反向脉冲35致动负预振荡30，该负预振荡具有在方向-x上的2x₀的振幅。当击锤到达在位置-2x₀处的极值点时(在该处击锤和音簧之间的距离等于3乘以x₀)，第一脉冲由具有相同大小F_em的第二正脉冲36跟随，其产生将在音簧4的方向上击发击锤15的振荡38，直到在时间t_i时的撞击(其发生在t=

时)。

通过以与之前相似的方式论证，此时，对于能量，我们得到：

(4),

(5)。

图4c示出了在双预振荡期间的脉冲和位移。施加具有大小F_em/2的第一正脉冲40，使得通过第一预振荡43将击锤带到更靠近音簧而不接触其，在t=

时由具有大小F_em的第二负脉冲41跟随，使得第二预振荡44将击锤从静止位置带回到-3x₀的距离。在位于-3x₀处的极值点处(在该处击锤和音簧之间的距离为4乘以x₀)，在t=

时，具有大小F_em的第三正脉冲42产生最终的振荡45，该振荡将击锤朝向音簧投掷，直到在t=

时发生的撞击的时刻t_i。

在该情况下，能量通过下列表达式给出：

(4),

(5)。

下列表格将在两个前述部分中评估的理论性能聚合在一起：

激励的模式	动能	消耗的电能	用以达到E<sub>cin_3</sub>的E<sub>el</sub>的倍增比率
				1个脉冲			20.6 x
2个脉冲			2.5 x
				3个脉冲			1 x (参考)

右列表示为了达到与利用3个脉冲(图4c)相同的动能而待施加到讨论中的模式的功率消耗的倍增系数。

示例：

E_cin(1个脉冲)需要8.5x 大的力EM以达到E_cin(3个脉冲)。然而，消耗将为8.5^2=72x大。但是因为消耗比率为1.75/0.5=3.5，最终获得的是8.5^2/3.5=20.6x。

通过施加1个或2个预振荡，而不是施加单个直接的脉冲，明显地看见了显著的能量获得。例如，在寻求获得与单个脉冲相同的动能的情况下，如利用2个脉冲那样，消耗将提高到20.6/2.5=8x。

下列表格是以上的6个公式在图5中的原型的数据的情况下的数值应用。

激励的模式	动能	消耗的电能	效率E<sub>cin</sub>/E<sub>el</sub>
				1个脉冲	15.3µJ	2.06mJ	0.7%
2个脉冲	192µJ	6.17mJ	3.1%
				3个脉冲	347µJ	7.19mJ	4.8%

明显的是，在两个或三个脉冲的情况下，显著地超过了机械报时工件的50µJ能量。

因为在实际中，以上所提到的简化仅为近似的(例如摩擦和感应电压非零，频率不精确地为f₀)，包括至少一个预振荡的实施例可如以下那样表示：致动击锤使得其在到达撞击之前经受至少两次振荡，该至少两次振荡中的至少一个被指定为“预振荡”，该预振荡由导致撞击的最终振荡跟随。在该上下文中，用语“振荡”指在由击锤经受的振动的两个连续极值位置之间的运动。振荡由一系列具有相反符号的脉冲产生，使得自第二脉冲起，近似在击锤到达由之前的脉冲产生的振荡的极值点时，施加每个脉冲。通常，产生预振荡的脉冲的大小等于或小于产生最终振荡的脉冲的大小。

预振荡的数量可大于两个，条件是在预振荡期间，脉冲的大小适于避免撞击。

通过延伸到多个预振荡，明显的是，所施加的交流信号(其为方形或其他)必须具有贴近质量-弹簧系统的振荡的自然频率的频率，以便有效地增强振荡。该共振现象为本领域技术人员所熟知。

根据又一个实施例，击锤15和音簧4设有吸引磁体，一个磁体固定地安装在音簧4上，并且另一个磁体固定地安装在击锤15上，使得在击锤的撞击在音簧上的时刻时磁体物理地接触。吸引的力是这样的：击锤和音簧在音簧振动时保持接触，直到施加到电动力致动器的反向脉冲导致击锤向后运动，打断磁体之间的接触。该在击锤和音簧之间的延长接触能够改善动能从击锤到音簧的传递。该实施例可与以上所描述的方法结合，根据此，不利用或利用预振荡操作报时工件。在多个预振荡的情况下，必须调节其振幅以防止磁体在撞击的期望时刻之前将击锤粘到音簧。

Claims (16)

1.一种设有报时机构的手表，所述机构包括附接到音簧承载件(5)的至少一个音簧(4)，以及旨在激活所述音簧以使其振动的至少一个击锤(15)，其特征在于，所述报时机构进一步包括：

-电能蓄积器(6)，

-集成电路(7)，其由所述电能蓄积器(6)供能且配置成产生至少一个电流脉冲，

-电动力致动器(17)，其连接到所述集成电路并且能够接收所述脉冲，所述致动器包括与所述击锤(15)构成整体或连接到所述击锤的磁体(25)，以便响应于至少一个电流脉冲(31)产生所述击锤(15)从静止位置的振荡(30)，并且其中撞击近似在所述振荡期间所述击锤的速度为最大值时发生，所述致动器还包括包围所述磁体(25)并且接收所述脉冲的线圈(28)，所述振荡能够致动所述击锤在所述音簧(4)上的撞击，

-返回装置，其一方面连接到所述手表的主夹板(26)，并且另一方面连接到所述磁体(25)，所述磁体(25)连接到所述击锤(15)，以便在所述撞击后使所述击锤返回到其静止位置。

2.根据权利要求1所述的手表，其特征在于，所述手表为机械机芯手表。

3.根据权利要求1所述的手表，其特征在于，所述手表为电子机芯手表，并且其中所述电能蓄积器(6)和所述集成电路(7)形成所述手表机芯的部分。

4.根据权利要求1所述的手表，其特征在于，所述集成电路(7)配置成产生一系列相反符号的脉冲，使得：

-所述击锤(15)在到达所述撞击之前经受至少两次振荡，其至少一次被指定为“预振荡”，所述预振荡由导致所述撞击的最终振荡跟随，

-自第二脉冲起，近似在所述击锤到达由之前的脉冲产生的振荡的极值点时，施加每个脉冲，

-产生所述预振荡的脉冲的大小等于或小于产生所述最终振荡的脉冲的大小。

5.根据权利要求4所述的手表，其特征在于，所述击锤(15)经受由所述最终振荡跟随的单个预振荡。

6.根据权利要求4所述的手表，其特征在于，所述击锤(15)经受由所述最终振荡跟随的两个预振荡(43,44)。

7.根据权利要求1、5和6中的任一项所述的手表，其特征在于，所述脉冲的频率近似等于质量-弹簧系统的共振频率，所述质量-弹簧系统对应于所述击锤(15)和所述返回装置的组件。

8.根据权利要求7所述的手表，其特征在于，所述返回装置为弹簧。

9.根据权利要求1至6中的任一项所述的手表，其特征在于，所述手表进一步包括成一对吸引磁体，一个磁体固定地安装在所述音簧(4)上，并且另一个磁体固定地安装在所述击锤(15)上，使得在所述击锤的撞击在所述音簧上的时刻时所述磁体物理地接触。

10.一种用于在根据权利要求1所述的手表中产生撞击声音的方法，其特征在于，所述集成电路(7)产生一系列相反符号的脉冲，使得：

-在到达所述撞击之前所述击锤(15)经受至少两次振荡，其至少一次被指定为“预振荡”，所述预振荡由导致所述撞击的最终振荡跟随，

-自第二脉冲起，近似在所述击锤到达由之前的脉冲产生的振荡的极值点时，施加每个脉冲，

-产生所述预振荡的脉冲的大小等于或小于产生所述最终振荡的脉冲的大小。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述击锤(15)经受由所述最终振荡跟随的单个预振荡。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述单个预振荡的末端处，所述击锤从所述音簧移开对应于所述静止位置的距离(x₀)的近似三倍。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述击锤(15)经受由所述最终振荡跟随的两个预振荡(43,44)。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，第一预振荡(43)将所述击锤带到更靠近所述音簧而不接触其，并且在第二预振荡(44)的末端处，所述击锤从所述音簧移开对应于所述静止位置的距离(x₀)的近似四倍。

15.根据权利要求10至权利要求14中的任一项所述的方法，其特征在于，所述脉冲的频率近似等于质量-弹簧系统的共振频率，所述质量-弹簧系统对应于所述击锤(15)和所述返回装置的组件。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述返回装置为弹簧。

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