CN107966893A - 包括用于均衡动力扭矩的装置的钟表机芯 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钟表机芯，所述钟表机芯包括一机构和设置成用于驱动所述机构的发条盒(111)。发条盒包括条盒轮(131)和动力发条，所述动力发条用于施加可随动力发条(133)的上条程度而变化的驱动扭矩。该钟表机芯还包括均衡装置(203，207)，该均衡装置运动地连接到发条盒，以便能够被其驱动并且能够施加根据动力发条的上条程度而变化的辅助扭矩从而抵消动力扭矩的变化。所述均衡装置包括第一磁性元件(203)和第二磁性元件(207)，所述第一磁性元件和第二磁性元件设置为使得当均衡装置被发条盒驱动时，它们通过相互施加磁性力而相对于彼此移动，所述磁性力随着第一磁性元件和第二磁性元件所占据的相对位置而变化并且产生辅助扭矩。

Description

包括用于均衡动力扭矩的装置的钟表机芯

技术领域

本发明涉及一种钟表机芯，所述钟表机芯包括一个机构和设置成用于通过运动连接件(linkage)来驱动所述机构的发条盒，所述运动连接件设置成用于在所述机构上施加驱动扭矩，所述发条盒包括条盒轮和设置在所述条盒轮中以便在所述机构上施加动力扭矩(motor torque)的动力发条，所述动力扭矩随着动力发条的上条程度而变化。该钟表机芯还包括均衡装置(equalisation device)，所述均衡装置运动地连接到发条盒以便能够由该发条盒驱动并且能够施加辅助扭矩，所述辅助扭矩将增加所述动力扭矩以便一起形成所述驱动扭矩。辅助扭矩设置成根据动力发条的上条程度而变化，以便抵消动力扭矩的变化，从而基本上使驱动扭矩均衡。

背景技术

已知包括均衡装置并且与上述定义对应的钟表机芯。已知具有用于补偿由发条盒提供的扭矩的变化的主轴的装置。特别已知的是“均力轮(stackfreed)”，它是16世纪和17世纪在德国使用的均衡装置，其用于补偿钟表机芯发条的上条情况的变化。实际上，这涉及一种制动装置，该制动装置由在其端部承载滚动件的板簧组成。所述滚动件压在螺旋面凸轮的边缘上，所述螺旋面凸轮随后也被称为螺旋件，其被运动地连接到发条盒。当动力发条被完全上条时，板簧将滚动件牢固地压靠在螺旋件的最突出的部分上，而当动力发条被较少地上条时，板簧将滚动件不太牢固地压靠在最不突出的部分上。由于摩擦力大致与施加的压力成正比，其变化抵消动力扭矩的变化。通过适当地调整凸轮的轮廓，原则上可以使动力几乎恒定。“均力轮”的一个很大的缺点是，所引起的高度摩擦会吸收动力的相当大部分。另一个缺点是，类似于大多数其它已知回复装置，板簧会老化并逐渐失去弹性。另一方面，剧烈的摩擦会引起构件的加速磨损。最后，众所周知，钟表构件通常具有非常小的尺寸。在这些条件下，发条通常对公差相当敏感的事实构成了另一个问题。

发明内容

本发明的一个目的是克服现有技术的上述缺点。本发明通过提供根据所附权利要求1的钟表机芯来实现该目的。

在动力发条的上条程度的有用范围内，辅助扭矩的变化抵消动力扭矩的变化所依据的公式相当于是说：辅助扭矩关于上条程度的导数与动力扭矩关于上条程度的导数的符号相反。此外已经发现，辅助扭矩关于时间的导数与动力扭矩关于时间的导数具有相反的符号。

根据本发明的均衡装置包括第一磁性元件和第二磁性元件，所述第一磁性元件和第二磁性元件被设置成一个在另一个上施加可以随着其相对位置或者动力发条的上条程度而变化的磁力。由均衡装置产生的辅助扭矩由该可变磁力引起。在一个主要实施例中，所述第一磁性元件和第二磁性元件中的至少一个磁性元件包括永磁体。在一个有利的变型中，这两个磁性元件分别由双极式永磁体和高磁导率磁性材料制成的凸轮形成。通常，“磁性凸轮”应被理解成是具有在所述凸轮和与所述凸轮相关的另一磁性元件之间的所考虑的磁性相互作用中起作用的至少一个物理参数(根据情况为径向/侧向或轴向)的磁性元件，根据凸轮和所述另一磁性元件之间相对位移的方向，所述物理参数发生变化以便与所述另一磁性元件一起在它们之间产生磁性力，所述磁性力的强度根据相对位移而变化。应当注意，所讨论的物理参数可以是凸轮固有的参数，例如由形成凸轮的磁化材料所提供的磁通强度，或是关于所述另一磁性元件的参数，特别是它们之间的距离。

根据本发明的均衡装置具有若干优点。特别地，它形成非接触式***，使得其提供的可变辅助扭矩的产生不会伴随摩擦。此外，已知由永磁体引起的磁性力是源于磁势能的保守力(conservative force)。因此，由均衡装置提供的辅助扭矩同样源于磁势能，使得在动力发条的整个上条/松弛循环期间由本发明的均衡装置所耗散的能量可以理论上为零。因此，如果知道特别是在“均力轮”式的装置中用于辅助扭矩的能量被整体地耗散，则这种均衡装置赋予的优点将被容易地理解。

附图说明

本发明的其它特征和优点将在阅读仅通过非限制性示例并参照附图给出的下文的描述后显现，图中：

-图1A和1B是分别示出了可用于根据本发明的钟表机芯的均衡装置中的相同磁性凸轮的两个可选配置的两个基本视图；

-图2是根据本发明的第一特定实施例的钟表机芯的局部平面视图；该局部视图示出了发条盒和均衡装置；

-图3是根据本发明的第二特定实施例的钟表机芯的侧面的局部立体视图；该局部视图示出了发条盒和均衡装置的一部分；

-图4是自图3的钟表机芯的下方看到的局部立体视图；该局部视图示出了发条盒和均衡装置的一部分；

-图5是自图3和图4的发条盒和均衡装置的下方看到的局部立体视图；已省略了一些部件以允许示出磁性凸轮和磁体。

具体实施方式

图1A和1B分别示出了根据本发明的均衡装置的由第一磁性元件和第二磁性元件形成的磁性***的两种可选布置。在所示的两个布置中，第一磁性元件和第二磁性元件分别是磁性凸轮和双极式磁体。凸轮是平面的并且由磁性材料(例如NdFeB、SmCo或PtCo)制成以形成第二永磁体或由铁磁材料制成。凸轮3A、3B分别设置成围绕垂直于凸轮总平面的轴线5转动。双极式磁体在这里安装成与凸轮相对地固定，其南北轴线基本上在转动轴线5的方向上定向。

在图1A和1B的示例中，双极式磁体7分别与凸轮3A和3B设置在相同的平面中。用于凸轮-磁体组件的径向型磁性***是这里的主题。在这些示例中，凸轮或者由具有基本径向磁化作用的磁体形成，其中所述磁化作用沿与双极式磁体的磁化作用相同的方向，从而使得磁性相互作用是吸引；或者通过高磁导率的磁性材料形成，这同样与双极式磁体引起吸引的磁性相互作用。在所示的变型中，凸轮3A、3B的形式为螺旋，与双极式固定磁体相对的该凸轮的轮廓(后文中外部轮廓也称为“边缘”)为螺旋(即，形成几何螺旋形状的转动)，使得当凸轮围绕轴线5转动时，固定磁体和凸轮之间的距离发生变化。由于该螺旋形状，凸轮的边缘并非完全垂直于其半径。其结果是，由磁体施加在凸轮上的磁性吸引力(由具有标记Fm的箭头表示)不是纯粹径向取向的，因此该力Fm具有切向分量(由具有标记Ft的箭头表示)。

图1A和1B中示意性地示出的两种配置的区别在于凸轮的边缘的倾斜方向，换言之由该边缘限定的螺旋的方向。实际上，可以看出，在图1A中，凸轮3A的边缘和磁体7之间的距离在凸轮沿逆时针方向的转动期间逐渐增加，而在图1B中，相反地，凸轮3B的边缘和磁体7之间的距离在凸轮同样地沿逆时针方向的转动期间逐渐减小。因此，磁性吸引力的强度发生变化。首先参照图1A，可以看出，在上述转动期间，凸轮的边缘与磁体之间的距离逐渐增加。距离的增加带来由磁体7施加在凸轮3A上的切向磁力的强度的附随的降低。需要注意的是，在凸轮由磁化材料形成的变型中，除了由于凸轮和固定磁体之间的距离的变化所引起的磁力强度的变化以外，由凸轮所产生的磁通强度的角向变化可以引起补充的强度变化。这使得可以增加切向/角向磁性力，其导致均衡装置的辅助扭矩。现在参照图1B，与图1A相反，磁体和凸轮之间的距离的减小带来磁性力强度的附随的增加。图1A还示出了磁性力的切向分量Ft与凸轮3A的转动方向相反。相反地，在图1B中，切向分量的取向与凸轮3B的转动方向一致。总而言之，图1A的配置引起与凸轮的转动相反的力，该力的强度随着转动而减小，而图1B的配置产生的力的方向具有与凸轮的转动方向相同的数学符号，该力的强度随着转动而增加。换言之，图1A的配置产生与凸轮的转动方向相反方向的扭矩，而图1B的配置产生与凸轮的转动方向相同方向的扭矩。

磁性均衡装置的布置不是必需包括如图1A和1B所示的径向型的磁性***。事实上，如将在参考图3至图5进一步描述的第二实施例中会更详细看到的，凸轮-磁体组件的布置可以形成轴向型的磁性***。在这种情况下，第二磁性元件(双极式磁体)不是设置在与凸轮相同的平面内，而是在该凸轮的上方或下方，使得磁体和凸轮之间的磁性相互作用产生力，所述力的合力具有与凸轮的转动轴线平行的主分量。应当注意，径向型或轴向型的布置并不总是伴随有磁性组件的元件的径向或轴向的磁化作用。事实上，特别是在径向型的磁性***中，当凸轮由磁体形成时，凸轮的磁化轴线可以是轴向的。这同样适用于与凸轮相关的磁体。

图2是根据本发明的第一特定实施例的钟表机芯的局部平面视图。该局部视图仅示出了对于理解本发明不可或缺的机芯构件。其它部件特别是运转轮系和上条机构可以是常规的且未示出。

图2所示的机芯包括发条盒11，所述发条盒包括安装在发条盒的轴上的小齿轮13。当发条盒的发条(未示出)在驱动至少一个机芯机构的同时发生松弛时，小齿轮13沿顺时针方向转动。如该附图所示，小齿轮13驱动辅助减速齿轮装置，所述辅助减速齿轮装置首先包括由轮15和小齿轮17形成的第一运动装置(movement)。轮15布置成与发条盒的小齿轮13啮合，并且小齿轮17布置成与轮19啮合。齿轮19承载在其机板上于偏心位置安装的具有径向磁性取向的双极式磁体107。磁性螺旋凸轮103被布置成与轮19相对地固定，并与轮19同心。另外，设置有与磁性凸轮103成一体的两个径向限位止挡件21和23。限位止挡件21和23优选地由非磁性材料制成，并且布置在凸轮的边缘的不连续部分22的两侧，使得磁体107决不会相对于该不连续部分移动。

将描述的减速齿轮装置的传动比随着发条盒在发条盒的完全上条状态和完全松弛状态之间所实现的转动次数而变化。事实上，该传动比必须大于发条盒的转动次数，使得与轮19成一体的磁体107的枢转角度总是小于360°。换句话说，这样进行设定：当发条盒在其完全上条状态和完全松弛状态之间实现多次转动时，承载第一磁性元件或第二磁性元件的轮19实现至少一次转动。在图示的例子中，发条盒的轴实现七次转动，从而将发条盒的发条从完全上条状态移动到完全松弛状态，或者相反。另一方面，减速齿轮装置的传动比为8.4。在这些条件下，在手表的工作期间，轮19沿顺时针方向转动略小于5/6圈。两个限位止挡件21和23通过在磁体107到达其行程的一端或另一端时使磁体107停止从而确定轮19的两个极限角度位置。

在刚才所描述的辅助减速齿轮装置中，轮19沿与发条盒13的小齿轮相同的方向转动。在这些条件下，当发条盒的发条(未示出)在驱动机芯时发生松弛，轮19和磁体107沿顺时针方向转动。由于凸轮103的可变半径在逆时针方向上增加，磁体107和凸轮103之间的磁性吸引力的切向分量Ft沿逆时针方向作用在可动磁体107上。因此，当发条盒的发条松弛并且轮19因此沿顺时针方向转动时，磁性力对抗该转动。另外，磁性力的强度随着发条的松弛而减小。应当理解，刚才所描述的均衡装置提供了抵消动力扭矩的辅助磁性扭矩，并且当发条盒的发条松弛时，所述辅助磁性扭矩的大小与动力扭矩的大小对等地减小。根据已经关于图1A和1B所解释的内容，还将进一步理解的是，根据第一实施例的一种替代变型，均衡装置还可以容易地提供增强动力扭矩的辅助磁性扭矩，并且当发条盒的发条松弛时，辅助磁性扭矩的大小随着动力扭矩的减小而增加。

根据本发明，钟表机芯的发条盒被设置成通过向钟表机构提供动力扭矩的运动连接件来驱动所述钟表机构。在钟表机芯的情况下，设置成用于驱动钟表机构的运动连接件通常包括增速齿轮装置(例如，被驱动的钟表机构是具有瑞士擒纵叉的擒纵机构，并且增速齿轮装置形成钟表机芯的运转轮系)。根据第一变型，运转轮系(未示出)由发条盒的小齿轮13直接驱动。在这种情况下，将提到的是运转轮系与均衡装置平行布置(如与标准“均力轮”一样)。在另一个变型中，由发条盒通过均衡装置来驱动机构。在这种情况下，均衡装置的辅助齿轮装置的至少一部分形成发条盒和所述机构之间的运动连接件。

再次参照图2，可以看出发条盒13的条盒轮不包括任何外齿部。它涉及到所谓的光滑发条盒。实际上，与关于主轴运动装置所已知的类似，本发明要求均衡装置成一定角度地固定在发条盒上。换言之，由限位止挡件21和23限定的用于轮19的角行程的两个限位角度必须分别对应于发条盒的发条的“完全上条”和“完全松弛”状态。为了满足这种限制，在双极式磁体相对于发条盒的支承件(机板)固定的一个变型中，发条盒的发条的上条和松弛都设置成作用在发条盒的相同可动部分上。因此，根据图2的示例，机构的驱动和发条盒的上条都通过还连接到均衡装置的发条盒的小齿轮13来施加。以本身已知的方式，可以通过上条表冠和/或通过振荡件(oscillating mass)实现上条。此外，上条机构可以直接与发条盒的小齿轮13啮合，或者与发条盒的小齿轮下游的另一齿轮装置元件啮合。然而，应该注意的是，在双极式磁体与发条盒的轴一体转动的另一变型中，发条盒的上条和松弛可以分别经由发条盒的轴和条盒轮实现，或者相反。

应当注意，刚才所描述的均衡装置也可以连带地用作指示动力储备的装置。为此，在第一变型中，在轮19的轴线上安装指针。在第二变型中，为了减小动力储备指示器的角行程或特别是为了设置具有线性运动的指示器，凸轮103连接有杆。该杆限定了凸轮从动件并且被布置成抵靠凸轮103的侧表面。动力储备指示器可以与所述杆成一体，或者由通过所述杆致动的单独元件形成。

图3至图5的局部视图示出了与三问表机芯对应的本发明的第二实施例。三问装置是由专用发条盒驱动的振铃机构。振铃机构通过音锤起作用，当所述音锤被致动时，它们重复地敲击响簧。这种机构的一个特定特征在于，振铃执行的速度取决于由发条盒接收的驱动扭矩的大小。

首先参考图3和图4，可以看到发条盒(总体使用标记111)。所示的发条盒由以下部件形成：用于容纳发条133的发条盒131的条盒轮、封闭由所述条盒轮形成的壳体的发条盒盖135(图5所示)、以及穿过发条盒并且通过其端部在机板和桥夹板(未示出)之间枢转的发条盒轴137。在图4中可以再次看到，发条盒轴137与包括小齿轮113和轮139的带齿可移动元件形成一体。

图3和图4再次示出了上条齿条141和单向轮装置143。单向轮装置是本身已知的装置。在本示例中，轮装置143包括与上条齿条141啮合的输入轮145和与发条盒的小齿轮113啮合的输出轮147(在图3中可见)。带齿的轮145和147是共轴的并且可以一个相对于另一个枢转。这两个轮中的一个轮承载被夹在输入轮和输出轮之间的同轴棘轮(未示出)。棘爪(未示出)在与棘轮相对的所述轮的机板上枢转。该棘爪通过弹簧(未示出)抵靠棘轮的周边锁定。棘爪设置成：当输入轮沿着逆时针方向转动时与棘轮的齿配合，并且当输入轮沿顺时针方向转动时抵靠棘轮滑动。

设置发条盒111是为了通过轮139的齿部驱动振铃轮装置(未示出)。如已经提到的，轮139与发条盒的轴137成一体。将被理解的是，当发条盒的发条逐渐松弛时，发条盒的轴通过向轮139传递动力扭矩而沿逆时针方向驱动轮139，其中所述动力扭矩随着发条盒的上条程度而变化。此外，由于驱动振铃机构的扭矩随着发条盒的上条程度而变化，所以执行振铃的速度也取决于发条盒的发条的上条程度。应当注意，轮139在其完全上条状态和完全松弛状态之间实现小于一圈的转动。磁体207在轮139上布置成使得当发条盒在两个上述极限状态之间松弛时磁体不会通过凸轮的边缘的不连续部分。

发条盒的上条是借助于齿条141实现的。手表的佩戴者可以借助于位于所述表壳上的按钮(未示出)或滑动件(未示出)来手动地致动齿条。当手表的佩戴者致动齿条时，齿条枢转，同时在逆时针方向驱动单向轮装置143的输入轮145。单向轮装置的输出轮由输入轮驱动，并且输出轮自身驱动发条盒的小齿轮113，所述小齿轮因而沿顺时针方向产生略小于一圈的转动，从而引起发条盒113的上条。然后，当手表的佩戴者释放滑动件或按钮时，弹簧(未示出)沿与图4的箭头相反的方向锁定齿条。齿条的复位行程具有沿顺时针方向驱动单向轮装置的输入轮145的作用。由于单向轮装置不沿顺时针方向传递转动，发条盒的轴不沿相反的方向被驱动。

图5是第二实施例的自下方看到的局部立体图，其同样是图3和图4的主题。在图5中，已经省略了一些部件、齿条和轮139，以便可以看到根据本发明的均衡装置的两个磁性元件。在所示的例子中，这两个磁性元件分别是磁性凸轮203和圆柱形双极式磁体207。可以看出，所示的凸轮非常类似于上述的磁性凸轮3和103。凸轮203同心地安装在发条盒的轴上，并且固定在发条盒的盖135上。双极式磁体207自身安装在轮139的机板上距转动轴线一定距离处，从而与凸轮相对地布置。因此，不同于第一实施例的情况，所述双极式磁体没有布置在与凸轮相同的平面中，而是在凸轮上方的平行于凸轮平面的平面中。在这种情况下，磁体优选地具有轴向磁化方向(平行于发条盒的转动轴线)。应当理解，在这些条件下，磁体和凸轮之间的磁性相互作用具有基本为轴向的不同主方向。因此，将提及的是，均衡装置的布置在这里是轴向型的，其具有通常比径向型的装置更紧凑的优点。

在刚才所描述的振铃机构中，与轮139成一体的磁体207沿与发条盒的轴137相同的方向转动。在这些条件下，当发条盒133的发条在驱动振铃机构的同时松弛时，磁体207相对于凸轮沿逆时针方向转动。如图5所示，凸轮203的径向宽度在进入逆时针方向期间增加。在这些条件下，磁体和凸轮之间的磁性相互作用的强度随着发条盒的发条的松弛而增加。所引起的磁势能在磁体上形成切向力。因此，刚才所描述的均衡装置提供了施加在发条盒的轴上的辅助扭矩，所述辅助扭矩在与动力扭矩相同的方向上并且随着动力扭矩的减小而增加。

此外，应当理解，本领域技术人员显而易见的各种修改和/或改进可以应用于作为本发明主题的实施例，而不会超出由所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (13)

1.一种钟表机芯，其包括一机构和发条盒(11；111)，所述发条盒(11；111)设置成用于通过运动连接件来驱动所述机构，所述运动连接件设置成在所述机构上施加驱动扭矩，所述发条盒包括设置成允许所述发条盒施加动力扭矩的动力发条(133)，该钟表机芯的特征在于，该钟表机芯还包括均衡装置(3，7；103，107；203，207)，所述均衡装置被运动地连接到发条盒以便能够由该发条盒驱动并且能够施加辅助扭矩，该辅助扭矩与所述动力扭矩相加以便一起形成所述驱动扭矩，所述辅助扭矩随着动力发条的上条程度而变化以抵消由该动力发条引起的动力扭矩的变化，从而基本上使所述驱动扭矩在上条程度的有用范围内均衡；并且，所述均衡装置包括由第一磁性元件(3；103；203)和第二磁性元件(7；107；207)形成的磁性***，所述第一磁性元件和第二磁性元件被布置成使得当均衡装置被发条盒驱动时通过彼此施加磁性力而相对于彼此移动，该磁性力随着第一磁性元件和第二磁性元件所占据的相对位置而变化并产生所述辅助扭矩。

2.根据权利要求1所述的钟表机芯，其特征在于，由所述均衡装置(103,107)施加的辅助扭矩抵消动力扭矩。

3.根据权利要求1所述的钟表机芯，其特征在于，动力扭矩和由所述均衡装置(203,207)施加的辅助扭矩具有相同的方向。

4.根据权利要求1所述的钟表机芯，其特征在于，所述第一磁性元件(3；103；203)是磁性凸轮。

5.根据权利要求4所述的钟表机芯，其特征在于，所述磁性凸轮具有螺旋形状。

6.根据权利要求4或5所述的钟表机芯，其特征在于，所述磁性凸轮由铁磁材料形成。

7.根据权利要求4或5所述的钟表机芯，其特征在于，所述磁性凸轮(3；103)和所述第二磁性元件形成径向型的磁性***。

8.根据权利要求4或5所述的钟表机芯，其特征在于，所述磁性凸轮(203)和所述第二磁性元件形成轴向型的磁性***。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的钟表机芯，其特征在于，所述第二磁性元件(7；107；207)是双极式永磁体。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的钟表机芯，其特征在于，由发条盒(11)驱动的所述机构包括用于螺旋形摆轮的擒纵机构。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的钟表机芯，其特征在于，由发条盒(111)驱动的所述机构是振铃机构。

12.根据权利要求1至5中任一项所述的钟表机芯，其特征在于，所述均衡装置包括与所述发条盒运动连接的辅助减速齿轮装置，所述辅助减速齿轮装置的一个轮(19)承载所述第一磁性元件或所述第二磁性元件，并且被布置成当发条盒在完全上条状态和完全松弛状态之间转动多圈时转动小于一圈。

13.根据权利要求12所述的钟表机芯，其特征在于，所述均衡装置还至少部分形成用于指示动力储备的装置。