ЧАСОВОЙ РЕГУЛИРУЮЩИЙ МЕХАНИЗМ С ОПТИМИЗИРОВАННЫМ МАГНИТНЫМ СПУСКОМ
CLOCK-CONTROL MECHANISM WITH OPTIMIZED MAGNETIC DESCENT

Область техники
Изобретение относится к часовому регулирующему механизму с магнитным спусковым механизмом, содержащему накопитель энергии для подачи энергии в виде выходного крутящего момента посредством передачи на узел магнитного анкерного колеса, образуя с узлом колеса резонатора, на который действует крутящий момент от возвратного элемента, магнитный спусковой механизм; при этом узел магнитного анкерного колеса выполнен с возможностью взаимодействия с узлом колеса резонатора непосредственно или посредством магнитного упора, а магнитный стопорный механизм выполнен с возможностью работы при действии на магнитный спусковой механизм крутящего момента, большего или равного эксплуатационному крутящему моменту, характерному для указанного магнитного анкерного механизма.
Изобретение также относится к часовому механизму, содержащему указанный регулирующий механизм.
Кроме того, изобретение также относится к наручным часам, содержащим такой часовой механизм.
Изобретение относится к регулирующим часовым механизмам, в частности, к автоэлектронным бесконтактным (или с уменьшенным контактом) часовым спусковым механизмам, магнитного или электростатического типа.
Уровень техники
КПД стандартного швейцарского механизма анкерного спуска, обычно, составляет 35% или, в лучшем случае, 40%. В таком спусковом механизме взаимодействие анкерного колеса с анкерным рычагом в обычном случае применения стальных зубьев на рубиновых палетах, приводит к возникновению значительного трения и снижает эффективность спускового механизма.
В патентном документе EP 13199427 предложена замена механического взаимодействия на магнитное взаимодействие посредством использования отталкивания магнитов, что позволяет значительно снизить потери на трение.
Однако эффективность неразрывно связана с величиной крутящего момента, обеспечиваемым барабаном, из-за конструкции спускового механизма с магнитным анкерным рычагом. Действительно, он представляет собой спусковой механизм с постоянной силой действия, т.е. теоретически, всегда подает одинаковое количество энергии на резонатор. Разная часть избыточной энергии рассеивается при обратном ходе магнитного анкерного колеса. Чем выше входной крутящий момент на анкерном колесе, тем выше будет общее количество энергии, обеспечиваемое барабаном, которое заставляет магнитное анкерное колесо совершать более длинный обратный ход. Это явление приводит к снижению эффективности спускового механизма при высоких крутящих моментах на анкерном колесе.
При низком крутящем моменте доля из-за обратного хода колеса является низкой. Эффективность спускового механизма является высокой, намного выше, чем у стандартного швейцарского анкерного спуска.
При большом крутящем моменте доля из-за обратного хода колеса является высокой. Эффективность спускового механизма ниже, чем при низком крутящем моменте, и находится на уровне, сравнимом с эффективностью обычного швейцарского анкерного спуска.
В патентном документе EP 2911015 описан часовой анкерный механизм содержащий, с одной стороны, упор, расположенный между резонатором и двумя анкерными колесами, на каждое из которых действует крутящий момент. Каждый анкерное колесо имеет дорожку, которая является намагниченной или ферромагнитной, в зависимости от периода. Упор содержит по меньшей мере один намагниченный или ферромагнитный полюсной элемент, перемещающийся в поперечном направлении относительно направления перемещения поверхности дорожки. Полюсной элемент или дорожка создает магнитное поле между этим полюсным элементом и указанной поверхностью. Полюсный элемент сталкивается с барьером магнитного или электростатического поля на дорожке непосредственно перед каждым поперечным перемещением упора; это поперечное перемещение обеспечивается периодическим срабатыванием резонатора. Оба анкерных колеса попеременно взаимодействуют с упором и соединены друг с другом прямой кинематической связью.
В патентном документе CH 706209 описан часовой механизм, содержащий по меньшей мере один барабан и одну передачу для передачи энергии с барабана на другие элементы часового механизма. Передача содержит зубчатую передачу с первым передаточным отношением, равным 1, систему компенсации крутящего момента с кулачком снизу за редуктором для компенсации изменения крутящего момента, создаваемого барабаном в деформированном состоянии, и зубчатую передачу со вторым передаточным отношением больше 1 для привода других элементов часового механизма. Система компенсации крутящего момента содержит цепь, которая может оборачиваться менее чем на один оборот или разворачиваться относительно кулачка в соответствии с деформированным состоянием барабана.
В патентном документе EP 1914604 описан часовой механизм, содержащий источник энергии с выходным крутящим моментом, изменяющимся в зависимости от состояния зарядки для поддержания колебательного движения механического осциллятора посредством кинематической цепи, содержащей компенсационное устройство, вход которого кинематически связан с источником энергии, а выход – с механическим осциллятором, и служащей для передачи практически постоянного крутящего момента на механический осциллятор независимо от состояния зарядки источника энергии. Это компенсационное устройство содержит кулачок с периферией переменного радиуса, расположенной практически в одной плоскости, причем изменение радиуса кулачка зависит от выходного крутящего момента от источника энергии, а также содержит промежуточный соединительный механизм, обеспечивающий кинематическое соединение практически без проскальзывания между периферийной поверхностью кулачка и кинематической цепью.
Раскрытие изобретения
Изобретение направлено на оптимизацию использования энергии от ее источника, в частности, от барабана, за счет обеспечения работы магнитного спускового механизма как можно ближе к величине минимального эксплуатационного крутящего момента, требующегося для работы механизма с максимальной эффективностью. Изобретение также направлено на поддержание минимального крутящего момент как можно дольше посредством механизма, регулирующего входной крутящий момент на анкерном колесе, в частности, за счет использования передачи с дополнительным барабаном.
Использование дополнительного барабана для регулирования движущей силы, передаваемой на колесную передачу, и для решения проблемы потери крутящего момента при использовании обычного барабана известен со времен Леонардо до Винчи приблизительно с 1540 года. Обычно он используется в диапазоне наибольших возможных крутящих моментов для компенсации потери мощности путем повышения крутящего момента.
В настоящем изобретении от обычного использования в передаточной цепи дополнительного барабана сохранена только возможность создания практически постоянного крутящего момента. Предпочтительно, механизм регулирования крутящего момента используется совместно с понижающей передачей для снижения величины крутящего момента, поступающего от источника энергии, чтобы в начале разрежения крутящий момент, подводимый к анкерному колесу, был равен или немного превышал эксплуатационный крутящий момент магнитного спускового механизма. Разумеется, из-за регулировки крутящего момента в конце разрежения источника энергии крутящий момент, подводимый к анкерному колесу, остается неизменным.
Таким образом, изобретение относится к регулирующему механизму, охарактеризованному в пункте 1 формулы изобретения.
Изобретения также относится к часовому механизму, содержащему указанный регулирующий механизм.
Изобретение также относится к наручным часам, содержащим такой часовой механизм.
Другие особенности и преимущества изобретения станут более понятны из дальнейшего описания со ссылками на чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично показан регулирующий часовой механизм с магнитным анкером спускового механизма, оптимизированным согласно изобретению посредством введения цепи дополнительного барабана, вид в перспективе;
на фиг. 2 и 3 – графики, иллюстрирующие снижение эффективности магнитного спускового механизма при высоком крутящем моменте. На фиг. 2 показаны абсолютные потери в стандартном магнитном спусковом механизме, в котором при изменении крутящего момента изменяются только потери при обратном ходе магнитного анкерного колеса, а на фиг. 3 показаны относительные потери в стандартном магнитном спусковом механизме, при этом эффективность спускового механизма является низкой при высоком крутящем моменте, и высокой при низком крутящем моменте;
на фиг. 4 – график, демонстрирующий постоянство эффективности по времени для регулирующего механизма согласно настоящему изобретению;
на фиг. 5 схематично показан один из вариантов выполнения магнитного анкерного механизма, входящего в состав регулирующего механизма согласно изобретению, вид сверху;
на фиг. 6 схематично показан вариант выполнения передачи согласно изобретению, вид сверху;
на фиг. 7 схема наручных часов, содержащих часовой механизм с оптимизированным спусковым механизмом с магнитным анкерным рычагом;
на фиг. 8 схематичное показаны наручные часы, вид в перспективе.
Осуществление изобретения
Изобретение относится к часовым регулирующим механизмам, в частности, к автоэлектронным, бесконтактным или с уменьшенным контактом часовым спусковым механизмам магнитного или электростатического типа.
На фиг. 2 и 3 показаны графики снижения эффективности магнитного спускового механизма при повышении крутящего момента, прикладываемого к узлу анкерного колеса, в основном к анкерному колесу.
На фиг. 2 по оси ординат отложены потери, а по оси абсцисс – величина крутящего момента, действующего на анкерное колесо. На этом графике показаны абсолютные потери стандартного спускового механизма при изменении крутящего момента, т.е. только потери pR обратного хода анкерного колеса, в частности, магнитного анкерного колеса. При обратном ходе происходит потребление неиспользуемого количества избыточной энергии, рассеиваемого в воздухе и в точках вращения. Верхняя кривая PTF показывает общую получаемую энергию, представляющую собой сумму энергии, рассеиваемой резонатором PDR, которая постоянна благодаря использованию магнитного или электростатического спускового механизма, потерь pCF за счет ударов и трения (которые являются значительными, если спусковой механизм содержит упор в виде анкерного рычага или подобного элемента), и потерь pR обратного хода анкерного колеса, которые представляют собой потребление избыточной энергии, что не является эффективным.
MAX
Уровень прикладываемого к узлу анкерного колеса крутящего момента, необходимого для работы системы, представляет собой эксплуатационный крутящий момент CE, при котором потери обратного хода анкерного колеса минимальны или равны нулю; максимальный уровень крутящего момента C зависит от источника энергии и от передачи, посредством которой осуществляется подвод энергии к узлу анкерного колеса.
MIN
MAX
MAX
На фиг. 3 по оси ординат отложена эффективность, а по оси абсцисс – величина крутящего момента, действующего на анкерное колесо. Этот график показывает относительные потери в том же обычном магнитном спусковом механизме: эффективность спускового механизма является низкой (на уровне ρ) при высоком крутящем моменте (C), и высокой (на уровне ρ) при эксплуатационном крутящем моменте CE.
MAX
Механизм согласно изобретению позволяет контролировать потери и устранять бесполезное использование энергии посредством ограничения или полного устранения обратного хода. Для этого предложено прикладывать к анкерному колесу постоянный крутящий момент, величина которого по меньшей мере равна эксплуатационному крутящему моменту CE. На фиг. 4 показана постоянная по времени эффективность ρ (величина ρ) согласно изобретению.
Изобретение описано, в частности, на примере выполнения магнитного спускового механизма. Также оно может быть осуществлено в электростатическом спусковом механизме по EP 13199427.
Также показан конкретный вариант выполнения магнитного спускового механизма с упором, описанным в том же документе.
Изобретение может быть реализовано и без упора с непосредственным взаимодействием анкерного колеса с балансом или аналогичным устройством, описанным, в частности, в заявке EP 14186261.5.
На фиг. 1 показан один из вариантов выполнения часового регулирующего механизма 1, который содержит спусковой механизм 10 с магнитным анкерным рычагом, оптимизированным согласно изобретению. Изобретение объединяет преимущества автоэлектронного спускового механизма, в частности, спускового механизма с магнитным анкерным рычагом в варианте выполнения, показанном на чертежах, который представляет собой механизм, обеспечивающий постоянное усилие на колесе резонатора, как правило, балансе, с преимуществами механизма регулирования крутящего момента. Более конкретно, передача крутящего момента от источника энергии 2, в частности, от по меньшей мере одного барабана 20 посредством системы постоянного крутящего момента, например, цепи и дополнительного барабана, обеспечивает практически постоянный крутящий момент на спусковом механизме.
Величина крутящего момента CE, передаваемого на анкерное колесо, должна быть низкой, чтобы спусковой механизм имел наивысшую эффективность, порядка 60% – 70%.
Таким образом, изобретение относится к часовому регулирующему механизму 1 с магнитным спусковым механизмом, содержащим накопитель 2 энергии, приспособленный для передачи энергии в виде выходного крутящего момента CS посредством передачи 3 на узел магнитного анкерного колеса 4.
Узел магнитного анкерного колеса 4 образует с показанным в виде баланса и пружины баланса узлом колеса 5 резонатора, на которое действует крутящий момент от возвратного элемента 6, магнитный спусковой механизм 10.
Узел магнитного анкерного колеса 4 взаимодействует с узлом колеса 5 резонатора либо непосредственно, либо с помощью магнитного упора 7, показанного здесь в форме магнитного анкерного рычага.
Магнитный анкерный механизм 10 начинает работать, когда к узлу магнитного анкерного колеса 4 прикладывается крутящий момент, более высокий или равный эксплуатационному крутящему моменту CE, установленному для магнитного анкерного механизма 10.
Согласно изобретению, передача 3 содержит средство 30 регулировки крутящего момента, предназначенное для передачи на узел магнитного анкерного колеса 4 постоянного крутящего момента, величина которого составляет от 1,0 до 2,0 величины операционного крутящего момента CE, в частности, от 1,0 до 1,5 эксплуатационного крутящего момента CE, или от 1,0 до 1,2 эксплуатационного крутящего момента CE, т.е. как можно ближе к величине эксплуатационного крутящего момента CE в зависимости от факторов, усложняющих использование крутящего момента, и конструкции системы передачи. Этот крутящий момент соответствует автозапуску и устранению обратного хода.
Изобретение также может быть использовано в электростатическом спусковом механизме, который подробно не описан, но специалистам должно быть понятно, как его реализовать со ссылками на вышеуказанные документы.
В предпочтительном варианте выполнения, показанном на фиг. 1, средство 30 регулировки крутящего момента содержит дополнительный барабан 8 с непрерывно изменяющимся поперечным сечением, с которого сматывается цепь 9, наматываемая на барабан 21, непосредственно или косвенно приводимый накопителем 2 энергии во вращение.
В частности, накопитель 2 энергии содержит по меньшей мере один барабан 20. Изобретение оптимально использует всю энергию от барабана, который больше не вращается с постоянной скоростью, поскольку его мгновенная тангенциальная составляющая скорости зависит от мгновенного радиуса намотки цепи 9 на дополнительный барабан 8.
В варианте выполнения, показанном на фиг. 6, передача 3 содержит повышающую передачу 31, преобразующую выходной крутящий момент CS в более низкий промежуточный крутящий момент CI на входе средства 30 регулирования крутящего момента.
В варианте выполнения, показанном на фиг. 5, магнитный спусковой механизм 10 содержит магнитный упор 7, расположенный между узлом магнитным анкерного колеса 4 и узлом колеса 5 резонатора. Указанный узел анкерного колеса 4 содержит по меньшей мере одну намагниченную или ферромагнитную дорожку 40 с периодом PD повторения магнитных характеристик. Упор 7 содержит по меньшей мере один магнитный или ферромагнитный блок 70, выполненный с возможностью перемещения в поперечном направлении DT относительно направления перемещения DD по меньшей мере одного компонента поверхности 41 дорожки 40. По меньшей мере один магнитный блок 70 или дорожка 40 создают магнитное поле в воздушном зазоре 5 между этим магнитным блоком 70 и по меньшей мере одной поверхностью 41. Магнитный блок 70 встречается с барьером 42 магнитного поля на дорожке 40 непосредственно перед каждым поперечным перемещением упора 7, управляемым периодическим действием узла колеса 5 резонатора.
Изобретение также относится к часовому механизму 100, содержащему указанный регулирующий механизм 1.
Кроме того, изобретение также относится к часам 1000, содержащим часовой механизм 100 указанного типа.
Иными словами, высокое значение эффективности, которая стала постоянной, обеспечивает возможность увеличения запаса хода более чем на 50% по сравнению с обычным (механическим или магнитным) швейцарским анкерным спуском для заданного барабана, резонатора или источника питания.
Для пользователя это означает, что наручные часы смогут работать более длительный период времени без завода или зарядки (пружина).
Изобретение сочетает в себе регулярность хода, характерную для автоэлектронного спускового механизма, в частности, магнитного спускового механизма, со значительной экономией энергии.