包括磁枢转摆轮的机械钟表机芯 |
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| 申请号 | CN202211654428.9 | 申请日 | 2022-12-22 | 公开(公告)号 | CN116339109A | 公开(公告)日 | 2023-06-27 |
| 申请人 | 斯沃奇集团研究及开发有限公司; | 发明人 | M·卡里克; J-P·米格诺特; | ||||
| 摘要 | 一种机构包括旋转元件（22）和用于在旋转上引导该旋转元件的磁装置，该磁装置布置为，当该旋转元件的中 心轴 线（26）经历相对于给定旋 转轴 线（28）的径向移动时，在旋转元件上施加径向磁偏置 力 。磁装置包括环形磁体对，该环形磁体对的第一环形磁体（32）由旋转元件承载，并且第二环形磁体（34）由机构的结构承载。当旋转元件的中心轴线与 旋转轴 线重合时，第二环形磁体与第一环形磁体平行并且轴向重叠，第一和第二环形磁体以磁吸引布置，以便在彼此上施加第一轴向磁力并且基本上一旦旋转元件的中心轴线自旋转轴线径向偏离就施加第一径向磁力。特别是，该机构是钟表 机芯 并且该旋转元件是 摆轮 。 | ||||||
| 权利要求 | 1. 一种机构（20；60），其包括旋转元件（22；22A）和磁装置，所述磁装置用于在旋转上引导所述旋转元件，所述磁装置布置为当所述旋转元件的中心轴线（26）经历相对于旋转轴线（28）的径向移动（X）时在所述旋转元件上施加径向磁偏置力（FR），所述旋转轴线（28）是在所述机构中为所述旋转元件预先限定的，其特征在于，所述磁装置包括环形磁体对，所述环形磁体对的第一环形磁体（32；62；62；68）由所述旋转元件承载，使得所述第一环形磁体的中心与所述中心轴线保持重合，并且第二环形磁体（34；64；66；66）由所述机构的结构（40）承载，使得所述第二环形磁体的中心保持与所述旋转轴线重合，并且其中，当所述旋转元件的所述中心轴线与所述旋转轴线重合时，所述第二环形磁体与所述第一环形磁体平行并且至少部分地轴向重叠，所述第一环形磁体和第二环形磁体以磁吸引布置，以便在彼此上施加第一轴向磁力并且基本上一旦所述旋转元件的所述中心轴线自所述旋转轴线径向偏离就施加第一径向磁力（FR (X)）。 |
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| 说明书全文 | 包括磁枢转摆轮的机械钟表机芯技术领域背景技术[0002] 从文献WO 2012/062524中已知一种用于枢转地引导钟表构件（特别是摆轮）的方法，以及一种用于枢转地引导这样的钟表构件的装置。该文献提出使用磁枢轴引导装置根据给定旋转轴线导向摆轮，该磁枢轴引导装置由磁枢轴对形成。在图1中示出了由与游丝3相关联的摆轮4形成的机械谐振器2，该摆轮由惯性质量件4a和轴6形成，该轴6提供有两个磁枢轴6a、6b以旋转引导摆轮，该两个磁枢轴由两个磁轴承旋转引导，该两个磁轴承分别由两个永磁体10和12形成。例如，这些磁体由稀土材料合金形成，特别是SmCo或NdFeB。特别地，其是由以参考号VAC677_HR已知的材料制成。摆轮的轴6由具有高磁导率的材料制成，例如钢。有利地，可使用以参考号20_AP已知的碳钢。两个磁体中的一个应比另一个更强，使得轴6的两个枢轴6a、6b中的一个与最强的磁体10接触（或与中间托石接触，例如由诸如合成红宝石的抛光硬质材料制成的盘），而另一个枢轴保持在距最不强磁体12较短距离处（或距该磁体的中间保护盘，特别是普通托石），并且因此保持为通常不与对应的磁轴承接触。这样的用于磁引导摆轮‑游丝旋转的布置具有主要优点，特别是与两个普通机械轴承相比减少了摩擦。 [0003] 图2示出了磁偏置力FM作为摆轮4自该摆轮的旋转轴线8的径向移动X的函数的理论曲线，该摆轮4用于图1中示出的类型的磁引导装置。摆轮的旋转轴线由穿过两个磁体10和12的中间的几何轴线限定。可观察到函数FM (X)对于小的移动来说基本上是线性的。因此，凭借这样的布置，磁偏置力随着摆轮自其旋转轴线的给定径向移动成比例地增加。这提出了摆轮2居中的问题，因为对于摆轮自其预定旋转轴线的小的移动来说偏置力较低。此外，普通磁体经常具有毫米级的不均匀性的事实使该摆轮居中问题更为严重。而磁体10、12的直径在一毫米的范围内。该居中问题提出了摆轮与擒纵机构（该擒纵机构与该摆轮相关联）的相互作用问题。 发明内容[0004] 本发明的目的在于解决特别是在制表业中使旋转引导小型旋转元件的磁轴承居中的问题，且更具体地在于解决使包括在机械钟表机芯中的机械谐振器的摆轮的旋转/可枢转磁引导件居中的问题。 [0005] 为此，本发明涉及一种机构，其包括旋转元件和用于旋转引导该旋转元件的磁装置，该磁装置布置为当该旋转元件的中心轴线经历相对于旋转轴线的径向移动时在旋转元件上施加径向磁偏置力，旋转轴线是在机构中为旋转元件预先限定的。根据本发明，该磁装置包括环形磁体对，环形磁体对的第一环形磁体由旋转元件承载，使得第一环形磁体的中心与所述中心轴线保持重合，并且第二环形磁体由机构的结构承载，使得第二环形磁体的中心保持与所述旋转轴线重合。当旋转元件的中心轴线与旋转轴线重合时，第二环形磁体与第一环形磁体平行并且至少部分地轴向重叠，这些第一和第二环形磁体以磁吸引布置，以便在彼此上施加第一轴向磁力并且基本上一旦旋转元件的中心轴线自旋转轴线径向偏离就施加第一径向磁力。 [0006] 由于本发明的特征，磁引导装置以有效的方式允许旋转元件径向居中，以便在正常操作中限制旋转元件的中心轴线相对于旋转轴线的任何径向移动。事实上，两个环形磁体重叠并且以磁吸引的方式布置允许从旋转元件相对于在机构中为该旋转元件提供的旋转轴线的小的径向移动获得已经相对高的径向偏置力。 [0007] 根据有利的实施例，磁装置还包括至少一个第一端磁体，该第一端磁体与旋转元件的轴的第一端相对地轴向布置，该轴至少部分地由软铁磁材料或磁材料形成，使得第一端磁体在轴上施加磁吸引的第二轴向磁力，并且当旋转元件的中心轴线自旋转轴线径向远离时，第一端磁体还在该轴上施加第二径向磁力，第二轴向磁力具有与第一轴向磁力相同的方向。 [0008] 根据优选实施例，在第二环形磁体侧上，第一环形磁体具有多个第一环形区域，该多个第一环形区域具有交替的极性，并且在第一环形磁体侧上，第二环形磁体具有多个第二环形区域，该多个第二环形区域具有交替的极性，当旋转元件的中心轴线与旋转轴线重合时，多个第一环形区域的至少两个环形区域与多个第二环形区域中的相应两个环形区域基本上完全轴向重叠并且与该相应两个环形区域磁吸引。附图说明 [0009] 下面将凭借作为非限制性示例提供的附图更详细地描述本发明，其中：‑ 已经描述的图1是示出根据现有技术的用于引导摆轮‑游丝的磁装置的侧视图； ‑ 已经描述的图2是图1的磁装置在摆轮上施加的径向磁偏置力作为摆轮径向移动的函数的曲线图； ‑ 图3是根据本发明的机构的第一实施例的局部透视图； ‑ 图4是图3的机构的侧视图，局部以剖视示出； ‑ 图5是根据本发明的机构的第二优选实施例的局部透视图； ‑ 图6示出了在第二实施例的第一变型中形成用于旋转引导摆轮‑游丝的磁装置的环形磁体对的第一磁体和第二磁体的平面图； ‑ 图7A和图7B是在第一和第二实施例中的每个中，由环形磁体对在摆轮上施加的第一径向磁偏置力作为摆轮的径向移动的函数的曲线图，并且其分别关于在第一和第二环形磁体之间的两个分开距离； ‑ 图8示出了在第二实施例的第二变型中形成用于旋转引导摆轮‑游丝的磁装置的环形磁体对的第一磁体和第二磁体的平面图；和 ‑ 图9示出了在第二实施例的第三变型中形成用于旋转引导摆轮‑游丝的磁装置的环形磁体对的第一磁体和第二磁体的平面图。 具体实施方式[0010] 参考图3和4，将描述根据本发明的部分示出的钟表机芯的第一实施例。 [0011] 钟表机芯20包括由摆轮22形成的机械谐振器，该摆轮22具有限定摆轮的中心轴线26的轴24，以及用于可旋转/可枢转地引导摆轮的磁装置，该磁装置包括环形磁体对，该环形磁体对由布置在由轴24承载的支撑件30上的第一环形磁体32和布置在由软铁磁或非磁材料制成的支撑件36上的第二环形磁体34组成，该支撑件36接合在柱形管38上，该柱形管 38装配或以另外的方式紧固到钟表机芯的主夹板40的开口中。应注意，摆轮的惯性质量件和机械谐振器的游丝未示出在图3和图4中（对于这些元件，参见图1）。应该注意的是，在支撑摆轮惯性质量件的凸缘和支撑件30之间留有间隙，这样是为了用于联接摆轮与擒纵机构的装置72的布置，特别是承载旨在以常规方式与擒纵机构的擒纵叉（未示出）相互作用销76的板74。 [0012] 通常，第一环形磁体32由摆轮22承载，使得其中心保持与中心轴线26重合；并且第二环形磁体34由钟表机芯的结构承载，使其中心保持与旋转轴线28重合，该旋转轴线28是在钟表机芯中为摆轮预先限定的。在所示出的变型中，支撑件30是由具有低磁导率的材料制成的环形支撑件，特别是由顺磁或抗磁材料制成，该支撑件30固定安装在轴24上。在一个变型中，支撑件30包括直接布置在第一环形磁体32下方的由软铁磁材料制成的薄环形板。在图4中，可注意到轴24、支撑件30和第一环形磁体32以未剖开的侧视图示出，而其他元件根据包括旋转轴线28的剖面以剖视示出。摆轮22示出在如在正常操作中所期望的居中位置，由此轴24的中心轴线26与旋转轴线28重合。 [0013] 用于旋转引导摆轮的磁装置布置为当摆轮的中心轴线26经历相对于旋转轴线28的径向移动X时在该摆轮上施加径向磁偏置力FR (X)。在第一实施例中，当旋转元件的中心轴线26与旋转轴线28重合时，第二环形磁体34与第一环形磁体32平行且基本上完全轴向重叠。该第一和第二环形磁体以磁吸引布置，以便在彼此上施加第一轴向磁力，并且随后一旦摆轮的中心轴线26表现出与旋转轴线28径向偏离的特征，就施加第一径向磁力FR (X)。为此，第一环形磁体和第二环形磁体的内径和外径基本上相同，优选地相同。例如，两个环形磁体的内径介于0.8 mm至1.1 mm之间，并且其外径介于1.5 mm至2.2 mm之间。 [0014] 在第一实施例中，第一和第二环形磁体每个均为双极磁体，两个环形双极磁体具有相同的极性（以相同的方向轴向磁极化）以彼此吸引。这两个双极磁体应相对薄，例如在50微米和150微米之间。尽管如此，在其他特定实施例中，其可较厚以增加磁力。特别是，这些磁体可以激光切割成垂直于主夹板的总体平面磁化的板或者沉积成薄层。第一轴向力和第一径向力特别是取决于两个环形磁体之间的间隙/距离G。接下来，我们将看到就第一和第二实施例和两个不同间距比较第一径向力FR (X)的曲线图，该第一径向力FR (X)用作为摆轮22的轴24的磁居中。 [0015] 此后，以类似于技术背景中描述的现有技术实施例的方式，磁装置还包括第一端磁体42和第二端磁体44，其分别与摆轮22的轴24的第一端（第一枢轴）和第二端（第二枢轴）相对地轴向布置。第一端磁体42布置在柱形管38内侧，该柱形管38承载第二环形磁体34（环形磁体相对于承载第一和第二端磁体的结构固定）。在柱形管38内侧还布置有穿孔石54，该穿孔石54形成用于轴24的第一径向安全止挡，以便在冲击事件中限制该轴（更具体地是其第一端）的径向移动。应注意，第一端磁体覆盖有由硬质材料制成的板46，这是一种保护第一端磁体并且使得能够以较小摩擦和相对低磨损枢转的端石。第二端磁体44也布置在柱形管50内侧，该柱形管50装配或以另外的方式紧固到桥部52（特别是摆轮桥部）的开口中。在柱形管50内侧，还布置有穿孔石56，该穿孔石56形成用于轴24的第二径向安全止挡，以便在冲击事件中限制该轴（更具体地是其第二端）的径向移动。第二端磁体也覆盖有由硬质材料制成的板48。作为示例，两个端磁体的直径介于0.8 mm和1.0 mm之间并且其高度介于0.4 mm和0.6 mm之间。 [0016] 轴24由软铁磁材料形成，使得第一端磁体42在轴上施加第二轴向磁力，该第二轴向磁力是磁吸引的并且具有与第一轴向磁力相同的方向；并且，当摆轮的中心轴线26自旋转轴线28径向远离时，第一端磁体42还在该轴上施加第二径向磁力。第二端磁体44在轴上施加第三轴向磁力，该第三轴向磁力是磁吸引的并且具有的方向与第二轴向磁力的方向相反；并且，当摆轮的中心轴线26自旋转轴线28径向远离时，第二端磁体44还在该轴上施加第三径向磁力。第三轴向磁力的大小提供为低于第一轴向磁力和第二轴向磁力的总大小。如图2的曲线所示，第二径向力和第三径向磁力的总大小的特征在于与中心轴线26和旋转轴线28之间的距离基本上线性相关。端磁体42和44具有各自的中心轴线，该中心轴线对准并为摆轮22限定旋转轴线28，该旋转轴线因此在钟表机芯20中被预先限定。旋转轴线保持在相对于摆轮22的承载结构（即主夹板40和桥部52）的给定固定位置中。 [0017] 应注意，根据提供本发明的环形磁体对允许显著减小第一端磁体和第二端磁体的尺寸，更特别是第一端磁体的尺寸，在现有技术中该第一端磁体应具有比第二端磁体更大的大小（在现有技术中，第一端磁体在轴上施加的轴向磁力比第二端磁体在该轴上施加的轴向磁力大）。实际上，鉴于存在由环形磁体对生成的第一轴向磁力，该第一轴向磁力与第二轴向磁力在相同的方向上施加，后者不再需要具有比第三轴向磁力的大小更高的大小。此外，如稍后将再次看到的，根据本发明的环形磁体对的布置还允许主要减小第二径向磁力，并且考虑到第二端磁体44自环形磁体对远离，还优选地减小到较小程度，而同时第三径向磁力具有较好的机械谐振器（摆轮‑游丝）的磁居中。 [0018] 前面的描述还允许考虑未在附图中示出的两个特定实施例。在第一特定实施例中，除了成对的环形磁体32和34之外，仅提供一个端磁体。在第一变型中，唯一的端磁体是与环形磁体对位于惯性质量件的相同侧上的那个，并且该端磁体产生的轴向磁力与该环形磁体对方向相同。在第二变型中，唯一的端磁体是位于惯性质量件的与环形磁体对所位于侧的相对侧上的端磁体，并且该端磁体产生的轴向磁力具有的方向与该环形磁体对生成的轴向磁力的方向相反。在该第二变型中，该环形磁体对的轴向磁力应比在第一变型中高。在第二特定实施例中，用于旋转引导包括在机械机芯中的机械谐振器的磁装置仅由成对的环形磁体32和34组成。有利地，该第二特定实施例的变型包括根据第二实施例的环形磁体对，其将在下文中进行描述。在第二特定实施例中，在正常操作中摆轮的轴的枢轴靠着其支承的托石具有小喇叭状穹顶，用于将该枢轴保持在基本上中心的位置，即基本上在为摆轮提供的旋转轴线上。应注意，这样的小喇叭状穹顶可有利地提供在本发明的所有实施例中。 [0019] 参考图5、6、8和9，下文将描述根据本发明的机构60的第二实施例。前面已经描述过的相关部分将不再详细描述。在图5和6中示出的第一变型中，第二实施例与第一实施例的不同之处主要在于，在第二环形磁体64侧上，第一环形磁体62具有多个第一环形磁化区域62a、62b和62c，该多个第一环形磁化区域具有交替的极性（N、S、N）；并且在第一环形磁体62侧上，第二环形磁体64具有多个第二环形磁化区域64a、64b和64c，该多个第二环形磁化区域具有交替的极性（S、N、S）。总体上，当摆轮22A的中心轴线26与旋转轴线28重合时，多个第一环形磁化区域中的至少两个环形磁化区域与多个第二环形磁化区域中的相应两个环形磁化区域基本上完全轴向重叠并且与该相应两个环形区域磁吸引。在第一变型中，多个第一环形磁化区域包括三个环形磁化区域，其分别与多个第二环形磁化区域的三个环形磁化区域完全重叠。在图5的局部透视图中，示出了第二环形磁体64而没有其支撑件，使得该磁体的外部面可见。相反，在图6中，从这两个环形磁体之间的中间间隙观察，仅分开地示出了两个环形磁体62和64。第二实施例还特征在于两个端磁体42和44处的不同。尽管在第一实施例中这两个端磁体提供为基本上具有相同的尺寸和相同的磁力；在第二实施例中，第一端磁体42提供有较小的尺寸，该尺寸比第二端磁体44的尺寸小，第二端磁体44比第一端磁体距离端磁体对远得多，第一端磁体位于相对靠近该环形磁体对。 [0020] 有利地，两个环形磁体62和64通过在真空包封中的稀土材料合金的气相沉积工艺制成，特别是通过溅射制成。例如，两个多极环形磁体的厚度可提供在10至50微米的范围内，特别是在15微米至30微米之间。沉积在支撑件上的每个稀土材料合金层的永久磁化可在布置为能够生成强磁场的设施中进行，该磁场正交地跨过沉积层，其中该磁场的矢量根据沉积层的不同区域而主要在一个方向上或在相反方向上，以获得具有交替极性的磁化环形区域。因此，获得了具有轴向磁化的双极环形磁化区域。 [0021] 如图7A和7B中呈现的，第二实施例允许显著增加由两个环形磁体施加的磁居中力。图7A是示出由环形磁体对生成的径向磁偏置力FR (X)作为摆轮的中心轴线26相对于旋转轴线28的径向移动X的函数的曲线图，该环形磁体对之间具有的距离G等于0.2 mm（200微米），曲线80就第二实施例示出了该函数，而曲线82就第一实施例示出了该函数（环形磁体的尺寸相同）。可注意到，力FR (X)与力FE (X)相加，力FE (X)是由两个端磁体生成的径向磁偏置力（参见图2，尽管如此，注意的是，线性函数的斜率取决于端磁体的磁功率，特别是取决于其尺寸）。 [0022] 可观察到，根据本发明的环形磁体对朝向旋转轴线快速地施加相对大的偏置力FR (X)，曲线80和82的初始斜率在第一个50微米上相对陡峭，这与线性函数FE (X)形成对比。此外，可观察到该斜率在第二实施例中比在第一实施例中更加陡峭（陡峭两倍以上），这对于获得有效和准确的磁居中是非常有利的。 [0023] 图7B是类似于图7A的曲线图，但是两个环形磁体之间的距离G等于0.1 mm（100微米）。曲线84涉及第二实施例，而曲线86涉及第一实施例。首先，可观察到，径向磁偏置力FR (X)具有的最大值（约X = 100微米）就距离G = 0.1 mm比就距离G = 0.2mm大得多（几乎6倍大）。这使得在前50微米上，就曲线84和86的梯度分别比就曲线80和82的梯度更高，该梯度在曲线84中比在曲线86中高得多（几乎五倍高）。这表明凭借两个环形磁体之间的较小距离，第二实施例是特别有效和有利的，当中心轴线26平行于旋转轴线28时，该两个环形磁体彼此平行布置。 [0024] 在图8和图9中，类似于图6，示出了第二实施例的两个其他变型。在图8的第二变型中，总体上，第一环形磁体62包括N个环形磁化区域（62a、62b、62c），N大于1；并且第二环形磁体66包括N+1个环形磁化区域（64a、64b、64c、64d）；当摆轮的中心轴线26与旋转轴线28重合时，第一环形磁体62的N个环形磁化区域分别与第二环形磁体64的包括内部区域（64a）的N个环形磁化区域轴向重叠；多个第二环形磁化区域包括径向延伸超过第一环形磁体62的外部区域（64d）。在图8中示出的具体示例中，自然数N是等于三，即N = 3。就嵌入在旋转可移动元件上（即摆轮22A上）的相同的第一环形磁体62来说，与第一变型相比，该第二变型允许增加径向磁偏置力FR (X)。 [0025] 在图9的第三变型中，总体上，第一环形磁体68包括N个环形磁化区域（62a、62b），N大于1；并且第二环形磁体66包括N+2个环形磁化区域（64a、64b、64c、64d）；当旋转元件（特别是摆轮）的中心轴线26与旋转轴线28重合时，第一环形磁体68的N个环形磁化区域分别与第二环形磁体66的位于外部区域（64d）和内部区域（64a）之间的N个内环形磁化区域（64b、64c）轴向重叠；这些内部区域和外部区域分别从第一环形磁体68的两侧径向延伸。在图9中示出的具体示例中，自然数N是等于二，即N = 2。就嵌入摆轮上的第一环形磁体来说，该第二变型允许获得相对高的径向磁偏置力FR (X)，该第一环形磁体具有较小的尺寸，并且因此鉴于该第一环形磁体的支撑件也具有较小的尺寸而具有较轻的重量。因此，获得了非常有效的磁居中，同时几乎不增加旋转元件（特别是摆轮）的惯性。 |
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