可自调节的钟表振荡器 |
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| 申请号 | CN202010259849.6 | 申请日 | 2020-04-03 | 公开(公告)号 | CN111796503B | 公开(公告)日 | 2022-02-25 |
| 申请人 | 斯沃奇集团研究及开发有限公司; | 发明人 | J-J.伯恩; P.布拉沃; O.马泰; | ||||
| 摘要 | 钟表 机芯 (6)包括板(7)、机械 谐振器 (8)以及电磁调节器(29)。机械谐振器包括:振荡 摆轮 (11),其相对于板(7)绕轴(12)可旋转地安装且具有上表面(16)和下表面(17);以及耦合到摆轮(11)的螺旋游丝(22),螺旋游丝(22)具有相对于板(7)固定的第一端(23)和紧固到摆轮(11)的第二端。电磁调节器耦合到机械谐振器(8)以调节摆轮(11)的振荡的 频率 ,且包括:至少一个 永磁体 (30),其相对于板(7)固定地安装;至少一个线圈(31)、 石英 或 硅 谐振器(32)以及连接到谐振器和线圈的 电子 电路 (33),它们都安装在摆轮(11)上同时被完全地包括在由摆轮界定的至少一个内腔(18)中。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种钟表机芯(6)，包括： |
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| 说明书全文 | 可自调节的钟表振荡器技术领域[0003] ‑机械谐振器，其包括耦合到螺旋游丝且以周期性振荡作动的摆轮，[0004] ‑电磁调节器，其耦合到机械谐振器以调节振荡的频率， [0005] ‑允许向电磁调节器供电的发电机。 背景技术[0007] 然而，已知各种因素可影响机械谐振器的振荡频率： [0008] ‑发条盒卷绕水平(已知由发条盒产生的马达扭矩根据其卷绕水平而变化)，[0009] ‑室温(已知该温度影响在加热时膨胀而在冷却时收缩的机械部件以及在加热时为流体而在冷却时为粘性的润滑剂两者)， [0010] ‑手表的空间取向(众所周知，重力的矢量在腕表的可变参考坐标系中不固定，重力对可动部件的运动、特别是对摆轮的运动有影响)。 [0011] 为了限制机械谐振器的振荡频率的变化，已知的是为机芯配备电磁调节器，该电磁调节器从摆轮接收部分机械能，将其转换为电力，并且根据是否需要增加其振荡频率或者相反地减少振荡频率以将振荡频率保持在允许保证机芯的精度的范围内而在摆轮上感应出电动势或反电动势。 [0012] 在瑞士专利申请CH713306中详细描述了调节机械谐振器的振荡频率的问题，为了解决该问题，该申请还提出了一种调节设备，该调节设备设置有测量设备和调节脉冲施加设备，该测量设备被设置为确定机械谐振器是否受到增益或损耗的影响，该调节脉冲施加设备被设置为能够选择性地向机械谐振器施加第一制动脉冲或第二制动脉冲。 [0013] 具体地，该调节系统包括： [0014] ‑由摆轮承载的一对可移动的永磁体， [0015] ‑固定的线圈，其紧固到摆轮支架，在摆轮旋转期间磁体相对地通过所述线圈； [0016] ‑同样紧固到摆轮支架的石英谐振器； [0018] 如果瑞士专利CH713306所提出的解决方案有效地解决了调节机械谐振器的问题，则它带来了几个新问题： [0019] ‑美观问题：调节装置的部件对于手表的佩戴者是可见的(通过表壳的封闭表面玻璃)； [0020] ‑尺寸问题：在机芯的现有部件中，确实需要为调节装置的部件（特别是为线圈、石英谐振器和电子控制电路）提供位置； [0022] 本发明的目的是提供这些问题的解决方案。 发明内容[0023] 首先，为了实现该目的，提出了一种钟表机芯，包括： [0024] ‑板； [0025] ‑机械谐振器，包括： [0026] •振荡摆轮，其相对于所述板绕轴可旋转地安装，所述摆轮具有上表面和下表面，以及 [0027] •耦合到所述摆轮的螺旋游丝，所述螺旋游丝具有相对于所述板固定的第一端和紧固到所述摆轮的第二端； [0028] ‑电磁调节器，其耦合到所述机械谐振器以调节所述摆轮振荡的频率，所述电磁调节器包括： [0029] •至少一个永磁体，其相对于所述板固定地安装； [0030] •至少一个线圈、石英谐振器、以及连接到谐振器和线圈的电子电路，所述线圈、石英谐振器和电子电路全都安装在所述摆轮上，同时被完全地包括在由所述摆轮界定的至少一个内腔中。 [0031] 该机芯具有类似于传统机械机芯的尺寸，同时解决了磁耦合的问题(特别是由于永磁体的不可移动性)。 [0032] 可以单独或组合地提供各种附加特征。 [0033] 因此，例如，腔在摆轮的至少一个表面的一侧上是盲的。 [0034] 调节器可以包括一对线圈。这些线圈优选地在直径上相对，但是在一些构造中，它们可以例如成角度地偏移120°。 [0035] 电磁调节器优选地包括耦合到电子电路的电容器。 [0036] 盖有利地安装在摆轮上以封闭所述腔。 [0038] 根据各种实施例，电磁调节器包括： [0039] ‑至少一对磁体，所述至少一对磁体相对于所述板固定地安装在所述摆轮的上表面的一侧上； [0040] ‑至少两个彼此相对的磁体，即，相对于所述板固定地安装在所述摆轮的上表面的一侧上的上磁体以及相对于所述板固定地安装在所述摆轮的下表面的一侧上的下磁体； [0041] ‑至少两对磁体，即，相对于所述板固定地安装在所述摆轮的上表面的一侧上的第一对上磁体以及相对于所述板固定地安装在所述摆轮的下表面的一侧上的一对下磁体。 [0043] 本发明的其它目的和优点将根据在下文参考附图作出的实施例的描述而显现，其中： [0044] ‑图1是从下面观察的配备有根据本发明的机芯的手表的分解透视图； [0045] ‑图2是根据本发明的机芯在下表面侧上的分解透视图； [0046] ‑图3是图2的机芯在上表面侧上的分解透视图； [0047] ‑图4是根据本发明的机芯的平面图； [0048] ‑图5、图6、图7和图8是示出配备在机芯中的摆轮的运动的部分平面图； [0049] ‑图9是沿图4的平面IX‑IX截取的机芯的截面图； [0050] ‑图10是示出可能的磁构造的图； [0051] ‑图11至图22示出了用于摆轮的各种架构变型。 具体实施方式[0053] 手表1包括钟表机芯6，该钟表机芯设计成至少指示小时和分钟。机芯6是机械式的(也就是说，能量由发条盒发条提供)；其卷绕可以是手动的(也就是说，通过卷绕机构手动地执行发条盒发条的卷绕)或自动的(也就是说，发条盒发条的卷绕由振荡质量的旋转产生)。 [0054] 机芯6包括： [0055] ‑板7，其旨在通过固定(通常通过螺钉)到中间部分2而被容纳在由中间部分限定的内部体积3中； [0056] ‑机械谐振器8，其被安装在板7上并且被设计成向时间指示器（通常为时针和分针）提供运行速率。 [0057] 手表1还包括分别在前面9 (其中显示了佩戴者想要的信息)和后面10 (抵靠佩戴者的手腕)的一侧上固定到中间部分2的表面玻璃和后面(未示出)。 [0058] 机芯6的大多数部件位于板7的朝向中间部分2的后面10的一侧(换句话说，板7被倒置安装在中间部分2中)上。因此，在下文中，术语"上"表示朝向中间部分2的后面10定向的方向，而术语"下"表示朝向其前面9定向的方向。 [0059] 通常，机械谐振器8首先包括振荡摆轮11，其相对于板7围绕轴12可旋转地安装。更具体地，摆轮11安装在板7和固定在其上的摆轮夹板13之间。板7包括下轴承14，轴12的下端装配在该下轴承中。摆轮夹板13包括上轴承15，轴12的上端装配在该上轴承中。 [0060] 摆轮11执行飞轮功能。摆轮具有共同界定至少一个腔18的上表面16和下表面17。摆轮11可由黄铜制成。然而，摆轮优选地由不导电的材料制成，例如由陶瓷、石英、硅或由聚合物制成，以防止涡流损耗。 [0061] 根据附图中所示的、尤其是图2和图3中所示的优选实施例，腔18在表面16、17中的至少一个上(在所示示例中在下表面17上)是盲的(也就是说，不开口)。 [0062] 尤其如图2中示出的，摆轮11包括： [0064] ‑轮缘20，呈圆周环的形式，以及 [0065] ‑一个或多个臂21 (这里数量为两个，但该数量仅是示例性的)，其将轮毂19连接到轮缘20。 [0066] 其次，机械谐振器8包括耦合到摆轮11的螺旋游丝22。螺旋游丝22例如由硅、石英、金刚石或本领域技术人员已知的任何其它非磁性材料制成。螺旋游丝22具有相对于板7固定的第一端23和紧固到摆轮11的第二端。更具体地，在螺旋游丝22外部的第一端23被捕获在紧固到上轴承15的柱栓保持器24中。在游丝内部的第二端紧固到摆轮11的旋转轴12。 [0067] 通过摆轮11的交替旋转伴随螺旋游丝22的压缩‑锁止循环(并受其约束)，机械谐振器8旨在实现传动系的旋转，以将马达扭矩(由未示出的发条盒发条产生)顺序且规则地传递到显示器件(通常是指针)。 [0068] 机械谐振器8与传动系的耦合由擒纵机构25确保，该擒纵机构包括： [0069] ‑擒纵轮26，其可旋转地安装在板7上并设置有不对称的圆周轮齿，和[0070] ‑擒纵叉27，其可旋转地安装在板7和擒纵叉夹板28之间，并设置有一对擒纵叉瓦以及柄杆，该擒纵叉瓦攻击擒纵轮26的轮齿，该柄杆在一端处设置有叉，该叉与紧固到摆轮11的旋转轴12的销相配合。 [0071] 尽管机械机芯由于它们的真实性受到制表爱好者高度重视，但是由于机械谐振器的速率的潜在偏差，机械机芯仍然没有石英机芯精确。 [0072] 机械谐振器8的速率尤其可以受到发条盒发条的卷绕水平、环境温度或手表1的空间取向的影响。 [0073] 在保持机械的（也就是说从游丝中提取其动能）同时，机芯6被制造得更精确，其配备有电磁型的调节器29，该调节器校正机械谐振器8的速率的任何偏差。 [0074] 更具体地，电磁调节器29耦合到机械谐振器8以调节摆轮11的振荡频率。该电磁调节器29包括： [0075] ‑至少一个永磁体30； [0076] ‑至少一个线圈31； [0077] ‑石英或硅谐振器32；以及 [0078] ‑连接到谐振器和线圈的电子电路33。 [0079] 尤其如图2和图3中所示，磁体30 (或每个磁体30)相对于板7固定地安装，而线圈31 (或每个线圈31)、石英谐振器32和电子电路33安装在摆轮11上，同时被完全地包括在由摆轮界定的腔18中。 [0080] 磁体30 (或多个磁体30)产生永久(也就是说，其值在时间上不变)和静止(也就是说，使用板7作为参考，其值在空间中的每个点处不变)的磁场。该磁场在图9中以虚线部分地示出。 [0081] 磁体30 (或每个磁体30)有利地由钕铁硼合金制成，这提供了在具有有限的体积(和质量)的同时产生强磁场的优点。 [0082] 磁体30 (或每个磁体30)优选地至少部分地(并且优选地全部地，甚至全部地)容纳在形成于板7中(或摆轮夹板13中)的中空部34中。 [0083] 电磁调节器29优选地包括相对于板7固定地安装的至少一对磁体30。这些磁体30可以并排地安装在板7上或摆轮夹板13上。 [0084] 根据特定实施例，机芯6包括至少两个彼此相对的磁体30，即： [0085] ‑上磁体30，其相对于板7固定地安装在摆轮11的上表面16的一侧上(该上磁体30例如固定在摆轮夹板13上)，和 [0086] ‑下磁体30，其相对于板7固定地安装在摆轮11的下表面17的一侧上(该下磁体30例如固定在板7上)。 [0087] 根据尤其在图2和图3中示出的具体实施例，电磁调节器29包括至少两对磁体30，即： [0088] ‑第一对上磁体30，其相对于板7固定地安装在摆轮11的上表面16的一侧上(这些上磁体30在此固定在摆轮夹板13上)，和 [0089] ‑一对下磁体30，其相对于板7固定地安装在摆轮11的下表面17的一侧上(下磁体30在此固定在板7上)。 [0090] 在这种情况下，上磁体30有利地与下磁体30成直线地定位。上磁体30和下磁体30的相对表面有利地具有相同的极性，以便获得磁场的良好局部集中，并且磁场线垂直于由摆轮11扫过的平面取向。 [0091] 由于使用了钕铁硼合金，磁体30在产生强磁场的同时具有有限的体积，这允许它们在板7和/或摆轮夹板13中的离散集成。事实上，甚至可以使磁体对肉眼不可见。也可以通过一个或多个芯片35来遮蔽所述磁体，此外，每个芯片都可以起到极片的作用，以集中由磁体产生的磁场。 [0092] 磁体30可以以各种构造布置，除了刚才描述的那些之外。因此，根据图10所示的被称为海尔贝克构造的构造来布置磁体30可能是有利的，其中多个磁体30并排地布置，它们的极性偏移90°(在图10中，容易理解的是，字母N和S分别表示磁体30的北极和南极)。这种构造允许将磁场集中在磁体30系列的一个表面上，如箭头所示，而相对的表面仅产生弱磁场。 [0093] 根据图2所示的优选实施例，摆轮11的腔18由轮缘20限定：因此，在轮缘20中容纳有线圈31 (或每个线圈)、石英谐振器32和电子电路33。 [0094] 线圈31 (或每个线圈)在由磁体30产生的磁场中的通过在线圈中感应出电流，该电流为电子电路33和石英谐振器32供电。通过逆压电效应，石英谐振器32以预定的固定频率振动，并向电子电路33提供时钟频率。电子电路33被编程以测量摆轮11的振荡频率(其导致电脉冲)，并将它们与从石英所提供的时钟频率导出的预定参考频率进行比较。 [0095] 一旦摆轮11的振荡频率被判定不同于参考频率，电子电路33就在线圈31的端子上施加产生反电动势的电压，该反电动势根据施加该电压所在的时刻来增加摆轮11的旋转频率(当该频率被判定低于参考频率时)或者减小该旋转频率(当该频率被判定高于参考频率时)。 [0096] 应当注意，优选地，石英谐振器32和电路33之间的距离较小，以便使任何干扰最小化。 [0097] 在专利申请CH713306中提出了一种机械谐振器8的振荡频率的磁调节方法。 [0098] 根据图2、图5至图8、图9和图11至图18所示的实施例，电磁调节器29包括一对线圈31。这些线圈31可以是在直径上相对的(图2、图5至图8、图9、图11、图12、图16、图17和图 18)。替代性地，线圈31可以例如成角度地偏移120°的角度，如图13、图14和图15所示。 [0099] 正是与磁体30之一(或与一对磁体30)成一直线的线圈31之一在摆轮11的平衡点(对应于在机芯6运转期间摆轮的最大速度)处的通过经由电磁感应在电路33中产生电流。与磁体30之一(或一对磁体30)成一直线的另一个线圈31的通过被电路33检测以确保该调节。 [0100] 如附图所示，摆轮11可以具有各种构造： [0101] ‑具有两个臂21 (图2、图5至图8、图17至图22)； [0102] ‑具有三个臂21 (图13，图14，图15)； [0103] ‑具有四个臂21 (图11、图12、图16)。 [0104] 尽管两个线圈31是优选的，但是电磁调节器29可以仅包括一个线圈31 (图19至图22)，其交替地通过成角度地偏移的相对的两个磁体30 (或成角度地偏移的两对磁体30)。 [0105] 这些组合是可能的： [0106] ‑具有两个臂21的摆轮11；一个线圈31 (图19至图22)； [0107] ‑具有两个臂21的摆轮11；两个线圈31 (图2、图5至图8、图17、图18)； [0108] ‑具有三个臂21的摆轮11；两个线圈31 (图13、图14、图15)； [0109] ‑具有四个臂21的摆轮11；两个线圈31 (图11、图12、图16)。 [0110] 如附图所示，调节器29有利地包括耦合到电路33的电容器36，并且所述电容器的功能是双重的：使电路33的端子之间的电压增强；以及通过增加该值来提供该电压的增益。 [0111] 在尤其在图2和图3中示出的示例中，其中腔18通向摆轮的其中一个表面(这里是上表面16)，机芯6还包括安装在摆轮11上并封闭腔18的盖37。该盖37允许线圈31、石英谐振器32和电路33隐藏在佩戴者的视线之外，以利于机芯6的美观。该盖37有利地由黄铜制成，其具有非磁性的优点，并且因此不会影响浸入由磁体30 (或多个磁体30)产生的磁场中的摆轮11的运动的优点。替代性地，盖可以由陶瓷、石英、硅或聚合物制成。 [0112] 可能需要使得摆轮11上的质量平衡。为此，可以使得摆轮刺穿有中空部或孔，所述中空部或孔分布成补偿由嵌入的部件(特别是线圈31、晶体谐振器32、电路33和电容器36)引起的不平衡。替代性地或组合地，惯性块38可安装在摆轮11上(通常在轮缘20上) ，所述惯性块的数量和/或位置可以是可调节的。 [0113] (在其所有可能的构造中)刚刚描述的架构具有多个优点。 [0114] 首先，为了其美观的益处，电磁调节器29被完全隐藏，并且对于手表1的佩戴者是不可见的。这是由于如下事实：调节器29的可动部件(线圈31、石英谐振器32、电路33、电容器36)被包括在摆轮11的腔18中。这些可动部件通过摆轮11的盲表面(这里是下表面17)或通过盖37而隐藏在佩戴者的视线之外。至于磁体30，磁体通过被板7的质量、或被摆轮夹板13的质量、或被芯片35遮蔽也是不可见的(或者至少看不太出来)。 [0116] 第三，在摆轮11中(更具体地在轮缘20中)包括线圈31、石英谐振器32和电子电路33不会产生任何额外的厚度。可能需要在适当的地方加宽轮缘20或臂21，但是这种加宽不会影响摆轮11的总体尺寸。 [0117] 第四，由于磁体30是固定的，因此所产生的磁场是永久的和静止的，而不受到不期望的变化的影响。由于线圈31在处于由磁体30产生的磁场之外时又是无源的，因此摆轮11的旋转频率不会受到金属部件可能存在于其即时环境中的影响。 |
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