JP2022032968A - 磁気的ギヤを備える計時器用機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁気的ギヤにおける磁気的外乱トルクの少なくとも大部分をなくす。【解決手段】 第１の車（４）と第２の車（６）によって形成された磁気的ギヤ（３）を備える計時器用機構である。第１の車には、磁気的歯列（９）を形成するＮ個の第１の交番構成の磁極があり、第２の車には、磁気的歯列と磁気的結合をしている強磁性体によって作られた歯列（７）がある。第１及び第２の車の一方の車が回転駆動されているときに、第１の車（４）は、磁気的結合を介して、他方の車（６）を中心としており他方の車とリンクしている幾何学的な円の上を転がる。磁気的ギヤは、さらに、磁気的結合に起因して第１の車に与えられる磁気的外乱トルクの少なくとも大部分を第１の車に対してオフセットするように構成している強磁性要素を備える。この磁気的外乱トルクは、第１の車の角位置に応じて強度が周期的に変動する。【選択図】 図３

Description

本発明は、磁気的なギヤ連係関係にある第１の車と第２の車によって形成される磁気的ギヤの分野に関する。前記第１の車は、環状に構成しており第１の磁気的歯列を形成している第１の磁極を備え、前記第２の車は、強磁性体によって作られた歯又は第２の磁極を備え、これらの歯又は第２の磁極は、環状に配置され、第２の磁気的歯列を形成している。

特に、本発明は、磁気的ギヤを組み入れた計時器用機構に関する。

図１は、交番構成であり半径方向に磁化された６つの双極性磁石８を備える小径車４と、大径車６とを備える磁気的ギヤ２を示している。これらの６つの磁石は、小径車４の中央部分のまわりに規則的に配置されており、これによって、６つの磁気的歯がある磁気的歯列９を形成する。前記大径車６は、前記小径車も延在している基本平面内に配置され、前記大径車６には、周部歯列７がある強磁性のリムがある。小径車４には、この小径車４の回転軸を定める中心軸３２があり、大径車６には、中心軸３４がある。大径車６も回転するような一般的な場合においては、この大径車６の中心軸３４はこの大径車６の回転軸を定める。特定の場合において、大径車は、支持体（計時器用ムーブメントのプレートやブリッジ）に固定され、小径車は、この小径車が駆動デバイスによって回転駆動されているときに、大径車の周部にて回転するように構成している。

図２は、小径車４が大径車６の中心軸３４を中心とした幾何学的な円の上を回転して「転がる」ときに小径車４に与えられる磁気的外乱トルクの曲線１０を示している。この磁気的外乱トルクは、小径車４の角位置αに応じて強度が周期的に変動する。この角位置αは、小径車４の回転軸３２を起点として大径車６の中心軸／回転軸を通る基準半軸３０から測定される。定義によると、基準半軸３０は、小径車４の回転軸に垂直である。図２に示しているように、正弦曲線１０の周期は、連続する２つの双極性磁石の間の中心角に対応し、したがって、磁気的ギヤ２が１ステップ進むごとに小径車が動く角度に対応する。すなわち、小径車４は、基準半軸３０に整列された１つの双極性磁石（磁気的歯を形成するもの、又は伝統的な機械的ギヤと同様に、２つの磁気的歯の間の空間に対応するもの）から、次の双極性磁石（次の磁気的歯又は２つの磁気的歯の間の次の空間を形成するもの）へと動くように回転し、次に、この次の双極性磁石がこの基準半軸に整列し、これによって、これと同時に、大径車６が回転して（又は小径車の回転軸が大径車の中心軸３４を中心に回転する）、基準半軸に整列された１つの歯から次の歯へと動き、次に、この次の歯は、この基準半軸に整列する。なお、大径車にも、対応する磁気的外乱トルクが与えられる。図をわかりやすくするために、図１において矢印で示している回転角／角位置は、基準半軸３０を補う関係の半軸（これら２つの半軸が一緒に幾何学的な軸を形成する）を利用して測定され、したがって、α－１８０°に対応する。図２における点Ａは、ゼロ又は３６０°／Ｎの整数倍である角度αに対応する。ここで、Ｎは、双極性磁石８の数であり、したがって、磁気的歯列９の磁気的歯の数である。したがって、３６０°／Ｎの角度は、磁気的歯列９の角周期又は角ピッチに対応する。

図２のグラフの点Ａと点Ｅにおける磁気的ギヤ２の角位置は、この磁気的ギヤの平衡における安定位置に対応しており、点Ｃにおける磁気的ギヤの角位置は、平衡における不安定位置に対応する。図２のグラフの点Ｂと点Ｄは、２つの最大強度（それぞれ正と負）に対応しており、したがって、磁気的外乱トルクの振幅に対応している。なお、磁気的外乱トルクは、２つの車の間でトルクが伝達されていない状態で発生する。この磁気的外乱トルクは、双極性磁石８を大径車６の強磁性要素の歯の前に動かす傾向があり、これによって、基準半軸３０上で小径車４の磁極と大径車６の強磁性要素の歯を整列させる傾向がある（曲線１０の点Ａ及び点Ｅにおける状況）。このとき、２つの車の角位置は、磁気的ギヤの最小の位置エネルギーに対応している。

磁気的外乱トルクは、かなり大きいことがあり、場合によっては、磁気的ギヤの２つの車の間で伝達可能な磁気的トルクと同じくらいであることがある（又はさらに大きい）。この外乱トルクを克服するためには、２つの車のうちの一方の車を駆動している駆動デバイスが、磁気的ギヤにて伝達される磁気的トルクよりもはるかに大きなトルクを与えることができる必要があり、このことによって、ブロックされることを防ぐ。このようなブロックが発生すると、エネルギー消費を無駄に大きくしてしまう。また、外乱トルクは、正弦波的に変動するために、磁気的ギヤにおいて伝達される磁気的トルクに比較的大きな変化をもたらす。実際に、小径車４が正の回転方向に駆動されたときに、外乱トルクは、磁気的歯列９の第１の半角周期の間に、基準半軸３０上の双極性磁石８の各整列位置から、この小径車４を制動し、この第１の半角周期に続く第２の半角周期の間にこの小径車４を駆動する（図２参照）。同じことが、大径車６にも、その磁気的歯列７の各磁気的周期にわたって当てはまるが、数学的な正負の符号は逆になる。

本発明は、このような磁気的ギヤにおける磁気的外乱トルクの課題を、この外乱トルクの少なくとも大部分をなくすことによって克服することを目的とする。

このために、本発明は、第１の車と第２の車によって形成された磁気的ギヤを備える計時器用機構に関し、前記第１の車には、環状に配置され第１の磁気的歯列を形成するＮ個の第１の交番構成の磁極があり、前記第２の車には、強磁性体によって作られた歯、又は交番構成であり環状に構成している第２の磁極があり、前記歯又は前記第２の磁極は、前記第１の磁気的歯列と磁気的に結合している第２の磁気的歯列を形成し、これによって、前記第１及び第２の車の一方の車が回転駆動されているときに、前記第１の車は、前記磁気的結合を介して、前記第１及び第２の車の他方の車を中心としており前記他方の車とリンクしている幾何学的な円の上を転がる。本発明によると、前記計時器用機構は、さらに、前記磁気的結合に起因して前記第１の車に与えられる磁気的外乱トルクの少なくとも大部分を前記第１の車に対してオフセットするように構成している強磁性要素又は強磁性要素のセットを備え、前記磁気的外乱トルクは、前記第１の車の前記中心軸から始まり前記第２の車の前記中心軸を通る基準半軸に対する前記第１の車の角位置に応じて、強度が周期的に変動する。

なお、前記２つの車のうちの一方の車が、他方の車を中心としておりこの他方の車にリンクされた幾何学的な円の上を転がることは、機械的な接触をせずに行われ、前記幾何学的円の半径は、前記２つの車それぞれの角ピッチと、前記２つの車の対応する中心軸の間の距離に依存する。「磁気的トルク」とは、磁力のトルクを意味する。

主な実施形態において、前記強磁性要素又は前記強磁性要素のセットは、前記基準半軸に対する前記第１の車の角位置に応じて強度が周期的に変動する磁気的補償トルクを発生させるように構成しており、前記磁気的補償トルクと前記磁気的外乱トルクは、実質的に１８０°位相シフトしている。

好ましい変種において、前記強磁性要素又は前記強磁性要素のセットは、前記基準半軸と、及び前記第１の車の中心軸とを含む対称平面に対して対称である。

好ましい変種において、前記強磁性要素又は前記強磁性要素のセットは、前記第１の車にて全体的補償用磁気的引力を発生させるように構成しており、この全体的補償用磁気的引力は、前記基準半軸に整列しており、前記第２の車が前記第１の車に与える全体的磁気的引力とは反対方向を向いている。以下、添付の図面を参照しながら本発明について詳細に説明する。これは、例として与えられる。

既に説明しており、従来技術による磁気的ギヤを示している。 既に説明しており、図１の磁気的ギヤにおいて発生する磁気的外乱トルクを示しているグラフである。 本発明に係る磁気的ギヤを組み入れた機構の第１の実施形態を示している（磁気的ギヤのみを示している）。 図３の磁気的ギヤが関わる、追加の強磁性要素が発生させる磁気的補償トルクを示しているグラフである。 図３の磁気的ギヤにおける残留磁気的外乱トルクを示しているグラフである。 本発明に係る第１の実施形態の第１の変種を示している。 本発明に係る第１の実施形態の第２の変種を示している。 本発明に係る磁気的ギヤを組み入れた機構の第２の実施形態を示している（磁気的ギヤのみを示している）。

以下、図３～７を参照しながら本発明に係る磁気的ギヤの第１の実施形態について説明する。

図３～５に示している第１の変種において、磁気的ギヤ３は、図１を参照しながら上で説明した第１の車４と第２の車６によって形成されている。一般的に、第１の車には、環状に構成しているＮ個の第１の交番構成の磁極があり、これらは、第１の磁気的歯列を形成している。関心事の変種において、第１の車４は、磁化方向が半径方向である６つの双極性磁石を備え、６つの外側磁極が第１の磁気的歯列９を形成している。磁極性が交番構成であるように磁極が環状に配置されているので、これらの磁極の数は偶数である。一般的に、第２の車は、強磁性体によって作られた歯を備え、あるいは環状に構成している第２の交番構成の磁極を備える。これらの歯又は第２の磁極は、第１の磁気的歯列と磁気的に結合する第２の磁気的歯列を形成し、これによって、第１及び第２の車の一方の車が回転駆動されると、この一方の車が、磁気的結合を介して、他方の車を中心としておりこの他方の車とリンクしている幾何学的な円の上を転がる。関心事の変種において、第２の車６には、強磁性体によって作られたリムがあり、このリムは、その外周部にて、第２の磁気的歯列７を形成する歯を形成する。これらの２つの車４、６は同じ基本平面内に延在しており、それらの磁気的歯列どうしが接触しないように構成している。２つの車４及び６の間に発生する磁気的外乱トルクについては、図２を参照しながら上にて説明してある。

前記磁気的外乱トルクをオフセットするために、磁気的ギヤ３は、さらに、強磁性要素１２を備え、この強磁性要素１２は、２つの車４及び６の間の磁気的結合に起因する第１の車に与えられる磁気的外乱トルク（図２の曲線１０）の少なくとも大部分を、オフセットするように、したがって、相殺するように、第１の車４に対して配置される。

強磁性要素１２は、好ましくは、磁気的ギヤ３の２つの車の基本平面内に配置される。この強磁性要素１２には、第１の車４の第１の歯列９の方向にて延在している２つの端部分１３、１４がある。第１の端部分１４は、９０°である角位置に位置しており、第２の端部分１３は、２７０°である角位置に配置されている。一般的に、各端部分は、基準半軸３０に対して、（Ｍ－１／２）×３６０°／Ｎである値の角度に配置される。ここで、Ｍは、１よりも大きくＮよりも小さい整数である。なお、複雑な変種の１つにおいて、２つの端部分に加えて、前記数式において１～Ｎの範囲内の値Ｍによって定められる角度のうちの異なる角度にそれぞれが位置するような他の突出部分を設けることもできる。このような２つの端部分を中間部分１２Ａが接続する。この中間部分１２Ａは、第１の車４の基本平面内において第２の車６とは反対側に延在している部分環状の形状をしている。なお、この中間部分１２Ａは、第１の車４にて小さい磁気的トルクを発生させ、この磁気的トルクは、第２の車６が発生させる磁気的外乱トルクよりも、また、全体的に強磁性要素１２が、主に２つの端部分１３及び１４が、発生させる磁気的補償トルクよりも、はるかに小さい。これらの２つの端部分１３及び１４は、中間部分が形成する円に対して、第１の車４の歯列９の方へと内側に回転するように構成しており、したがって、半径方向に向いている。

強磁性要素１２は、基準半軸３０に対する第１の車４の角位置αの関数として図４の曲線によって表される磁気的補償トルク１８を発生させるように構成している。これは、磁気的外乱トルクの強度における周期的変動と同じ周期で、強度が周期的に変動している。好ましいことに、磁気的補償トルクと磁気的外乱トルクには、実質的に１８０°の位相シフトがある。好ましくは、強磁性要素１２は、磁気的補償トルクの最大強度（振幅）が磁気的外乱トルクのものと実質的に等しくなるように構成している。図５は、第１の車４に与えられる可能性のある残留磁気的トルクを示している。また、強磁性要素１２、特に、その２つの端部分、には、基準半軸３０及び第１の車４の中心軸３２（回転軸）を含む対称平面３６がある。この特徴は、強磁性要素１２が第１の車４にて基準半軸３０に垂直な向きの磁気的引力を発生させることを防ぐ上で有利である。このような磁気的引力は、第２の車６が第１の車４に与える全体的な半径方向の磁気的引力と垂直になって、これによって、このような垂直方向の磁気的引力は、回転軸３２を定める関連づけられたベアリング（図示せず）における第１の車４のピボットの摩擦力を発生させてしまう。

第１の変種の改良形態の１つにおいて、強磁性要素は、基準半軸３０に整列しており第２の車６が第１の車４に与える全体的な半径方向の磁気的引力の方向とは反対の向きであるような全体的補償用磁気的引力を第１の車４にて発生させるように構成している。なお、第１の変種においては、部分環状の中間部分に起因する補償用磁気的引力がすでに小さくなっているが、この中間部分は、２つの端部分１３、１４の間に磁気抵抗が低い磁気的回路を形成するように主にはたらき、第１の車におけるその磁気的引力は、第２の車がこの第１の車に与える半径方向の磁気的引力よりもはるかに小さい。なぜなら、これらの２つの引力は、同じオーダーの大きさの力ではないからである。図６及び７にそれぞれ示している第２の変種及び第３の変種は、当該改良形態に対応する特定の実施形態の主題を形成している。

図６の第２の変種において、磁気的ギヤ３Ａは、強磁性要素１６を備え、この強磁性要素１６には、前記の２つの端部分１３、１４に加えて、中間部分１６Ａから第１の歯列９の方向に突出する補償部分１５がある。この補償部分１５は、基準半軸３０に対して１８０°の角度に位置しており、補償用磁気的引力の大部分を形成するようにはたらく。なお、補償部分１５には、第１の車４に与えられる全体的な磁気的外乱トルクが大きくなるという課題がある。しかし、強磁性要素１６は、２つの端部分１３及び１４が、第２の車６及び補償部分１５によって第１の車４にてそれぞれ発生する２つの磁気的トルクの大部分、又は好ましくは実質的にすべて、をオフセットするように構成していることができる。好ましい変種の１つにおいて、補償部分の自由端が第１の磁気的歯列９から最小の距離にて第１の車の回転軸３２を中心とする部分環状の輪郭を有し実質的にこの第１の磁気的歯列の角周期にわたって延在しているように補償部分を大きくすることで、（必要に応じて第１の磁気的歯列までの距離を長くしつつ）補償部分によって発生する追加の磁気的トルクを低減させることができる。当業者であれば、追加の磁気的トルクを可能なかぎり小さくするために、このような輪郭や、補償部分の自由端の角度的範囲を最適化する方法をわかるであろう。

図７の第３の変種において、磁気的ギヤ３Ｂは、強磁性要素２２を備え、この強磁性要素２２の中間部分２２Ａは、基準半軸３０から測った１８０°である角位置の方向にて、第１の車４の第１の磁気的歯列９に、より近く、したがって、この１８０°の角度の位置にてこの第１の磁気的歯列からの距離が最小となるように構成している。この第３の変種には、第１の車４に大きな磁気的トルクを発生させることなく、比較的大きな補償用磁気的引力、特に、第２の車６が第１の車４に与える全体的な半径方向の磁気的引力と実質的に等しいもの、を得ることを可能にするという利点がある。実際に、図６に示しているように、中間部分２２Ａが発生させる磁気的トルクは、第２の変種の中間部分１６Ａが発生させる磁気的トルクよりも著しく低い。当業者であれば、第１の車に与えられる追加の磁気的トルクをさらに小さくするために、中間部分２２Ａの形状、特に、その中央部の形状、を最適化する方法をわかるであろう。

図８を参照しながら、本発明に係る磁気的ギヤ３Ｃの第２の実施形態の好ましい変種について説明する。この磁気的ギヤ３Ｃには、第２の車６、特に、第２の磁気的歯列７、との磁気的結合に起因する、第１の車４に与えられる磁気的外乱トルク（図２の曲線１０）の少なくとも大部分をオフセットするための別の強磁性要素のセットの構成があるという特徴がある。強磁性要素のセットには、基準半軸３０に対して、それぞれが異なる角度に配置される少なくとも２つの要素２４及び２６があり、その角度の値は、（Ｍ－１／２）×３６０°／Ｎである。ここで、Ｍは、１よりも大きくＮよりも小さい整数である。

第１の実施形態と同様に、一般的な変種において、強磁性要素のセットは、磁気的補償トルク１８（図４参照）を発生させるように構成しており、これも、基準半軸３０に対する第１の車の角位置に応じて強度が周期的に変動し、前記磁気的補償トルクは、前記磁気外乱トルクと同じ角周期を有し、前記磁気外乱トルクに対して実質的に１８０°位相シフトしている。

第１の好ましい変種において、強磁性要素のセットは、第１の車の中心軸３２を含んでおり基準半軸３０に垂直な幾何学的平面３８に対して第２の車６とは反対側に大部分が配置されている。したがって、強磁性要素のセットは、全体的補償用磁気的引力を前記第１の車４にて発生させるように構成しており、この全体的補償用磁気的引力は、基準半軸３０に整列しており、前記第２の車が前記第１の車に与える全体的な半径方向の磁気的引力とは反対方向を向いている。図８に示している好ましい変種において、２つの要素２４及び２６によって形成される強磁性要素のセットは全体的に、第２の車６とは反対側にある幾何学的平面３８の一方の側に配置されている。

第２の好ましい変種において、強磁性要素のセットは、基準半軸３０と、第１の車の中心軸３２を含む対称平面３６に対して対称である。図８に示している好ましい変種も、この第２の好ましい変種の範囲内に含まれる。このような構成によって、前記の効果が得られる。

３ 磁気的ギヤ
４ 第１の車
６ 第２の車
７ 第２の磁気的歯列
９ 第１の磁気的歯列
１０ 磁気的外乱トルク
１５ 補償部分
１２、１６、２２、２４、２６ 強磁性要素
１２Ａ、１６Ａ、２２Ａ 中間部分
１３、１４ 端部分
１８ 磁気的補償トルク
３０ 基準半軸
３２、３４ 中心軸
３６ 対称平面

Claims (9)

1. 第１の車（４）と第２の車（６）によって形成された磁気的ギヤ（３）を備える計時器用機構であって、
   前記第１の車には、環状に配置され第１の磁気的歯列（９）を形成するＮ個の第１の交番構成の磁極があり、
   前記第２の車には、強磁性体によって作られた歯、又は交番構成であり環状に構成している第２の磁極があり、
   前記歯又は前記第２の磁極は、前記第１の磁気的歯列と磁気的に結合している第２の磁気的歯列（７）を形成し、これによって、前記第１及び第２の車の一方の車が回転駆動されているときに、前記第１の車（４）は、前記磁気的結合を介して、前記第１及び第２の車の他方の車（６）を中心としており前記他方の車とリンクしている幾何学的な円の上を転がり、
   前記計時器用機構は、さらに、前記磁気的結合に起因して前記第１の車に与えられる磁気的外乱トルク（１０）の少なくとも大部分を前記第１の車に対してオフセットするように構成している強磁性要素（１２、１２Ａ、１６）又は強磁性要素のセット（２４、２６）を備え、
   前記磁気的外乱トルクは、前記第１の車の前記中心軸（３２）から始まり前記第２の車の前記中心軸（３４）を通る基準半軸（３０）に対する前記第１の車の角位置（α）に応じて強度が周期的に変動する
   ことを特徴とする計時器用機構。
2. 前記強磁性要素又は前記強磁性要素のセットは、前記基準半軸（３０）に対する前記第１の車の角位置に応じて強度が周期的に変動する磁気的補償トルク（１８）を発生させるように構成しており、
   前記磁気的補償トルクと前記磁気的外乱トルクは、実質的に１８０°位相シフトしている
   ことを特徴とする請求項１に記載の計時器用機構。
3. 前記強磁性要素又は前記強磁性要素のセットは、前記基準半軸（３０）と、及び前記第１の車の中心軸（３２）とを含む対称平面（３６）に対して対称である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の計時器用機構。
4. 前記強磁性要素又は前記強磁性要素のセットは、前記第１の車にて全体的補償用磁気的引力を発生させるように構成しており、この全体的補償用磁気的引力は、前記基準半軸（３０）に整列しており、前記第２の車が前記第１の車に与える全体的磁気的引力とは反対方向を向いている
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の計時器用機構。
5. 前記強磁性要素（１２、１６、２２）には、前記第１の磁気的歯列（９）の方向にて延在している２つの端部分（１３、１４）と、これらの２つの端部分を接続している中間部分（１２Ａ、１６Ａ、２２Ａ）があり、
   前記端部分（１３、１４）はそれぞれ、前記基準半軸（３０）に対して、（Ｍ－１／２）×３６０°／Ｎである角度にて位置しており、ここで、Ｍは、１よりも大きくＮよりも小さい整数である
   ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載される計時器ムーブメント。
6. 前記強磁性要素（１６）には、さらに、前記中間部分（１６Ａ）から前記第１の磁気的歯列（９）の方向に突出する補償部分（１５）があり、
   前記補償部分は、前記基準半軸（３０）に対して１８０°の角度に位置しており、前記補償用磁気的引力の大部分を形成するようにはたらく
   ことを特徴とする請求項４を引用する場合の、請求項５に記載の計時器機構。
7. 前記強磁性要素（２２）の前記中間部分（２２Ａ）は、前記基準半軸（３０）から測定して１８０°である角位置の方向において、前記中間部分が前記第１の磁気的歯列（９）に近く、これによって、前記１８０°である角位置にてこの第１の磁気的歯列からの距離が最小になるように構成している
   ことを特徴とする請求項４を引用する場合の、請求項５に記載の計時器機構。
8. 前記強磁性要素のセットには、２つの要素（２４、２６）があり、
   この要素（２４、２６）のそれぞれは、前記基準半軸（３０）に対して、（Ｍ－１／２）×３６０°／Ｎである角度に配置され、ここで、Ｍは、１よりも大きくＮよりも小さい整数である
   ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の計時器用機構。
9. 前記強磁性要素のセット（２４、２６）は、前記第１の車の中心軸（３２）を含み前記基準半軸（３０）に垂直な幾何学的平面（３８）に対して、前記第２の車（６）とは反対側に、大部分、又は好ましくは全体、が配置されている
   ことを特徴とする請求項４又は請求項４を引用する場合の、請求項８に記載の計時器用機構。

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