МАГНИТНЫЙ И/ИЛИ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР
MAGNETIC OR ELECTROSTATIC RESONATOR

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к часовому резонатору, содержащему подвижный компонент, имеющий форму кольца, проходящего вокруг оси, и выполненный с возможностью совершения колебаний вокруг оси, и приводной элемент, на который действует крутящий момент внутри часового механизма.
Изобретение также относится к часовому механизму, включающему в себя прикрепленные к пластине: средство запаса энергии, выполненное с возможностью подавать упомянутый крутящий момент на зубчатую передачу для приведения в действие механизма, включающего в себя такой кольцевой резонатор с подвижным компонентом, прикрепленным посредством гибких полос к упомянутой пластине, и приводным элементом, приводимым в действие упомянутой зубчатой передачей, причем упомянутый приводной элемент управляет средством отображения упомянутого механизма.
Изобретение также относится к часам, включающим в себя один такой механизм.
Изобретение относится к области регулирования механических часов, в частности механических наручных или карманных часов.
Уровень техники
Множество контактов в регулирующем элементе снижают показатель качества и эффективность. Более того, трудно согласовать различные частоты компонентов резонатора.
Во французском патенте №2132162 на имя HORSTMANN MAGNETICS описан механизм магнитного привода и анкерный механизм для роторов, в которых связь между механически колеблющимся элементом и ротором является чисто магнитной без механического взаимодействия. Ротор содержит диск, выполненный из ферромагнитного материала, по всему периметру которого расположено четное число равномерно распределенных спиц или рычагов, имеющих такую форму, что внешние концы каждой пары смежных рычагов или спиц смещены в осевом направлении относительно плоскости симметрии, перпендикулярной оси вращения ротора. Механизм содержит колеблющийся элемент, такой как ротор, ось вращения которого параллельна направлению колебаний колеблющегося элемента, и кольцевой магнитный элемент, расположенный на колеблющемся элементе и по меньшей мере частично окружающий периметр ротора, причем упомянутый ротор магнитно связан с полюсами магнитного элемента, так что приводные крутящие моменты, сориентированные в том же направлении, что и вращение, воздействуют на ротор в большом числе мест по периметру ротора во время совершения колебаний колеблющимся элементом.
В бельгийской заявке на патент №530509А от имени PHILIPS описано устройство для стабилизации скорости мотора, причем мотор по меньшей мере частично приводят в действие механической резонансной системой, работающей на частоте, близкой к его резонансной частоте. Крутящий момент сопротивления упомянутой системы, резко увеличивающийся при резонансе, оказывает стабилизирующий эффект на угловую скорость мотора.
Раскрытие изобретения
В изобретении предложено создать механизмы, демонстрирующие большую эффективность, чем обычные резонаторы.
Для этого изобретение касается часового резонатора, содержащего подвижный компонент, имеющий форму кольца, проходящего вокруг оси, и выполненный с возможностью совершать колебания, и приводной элемент, на который воздействует крутящий момент внутри часового механизма, отличающегося тем, что упомянутый резонатор представляет собой по существу кольцевой магнитный или электростатический резонатор, в котором подвижный компонент периодически возбуждают под действием, вызванным движением упомянутого приводного элемента, причем упомянутый приводной элемент выполнен так, чтобы бесконтактно оказывать усилие на упомянутый подвижный компонент, при этом упомянутый подвижный компонент является гибким и деформируемым по меньшей мере в плоскости, которая перпендикулярна упомянутой оси и в которой он совершает колебания, и упомянутый подвижный компонент содержит первую область, намагниченную или электрически заряженную с первым угловым шагом, а упомянутый приводной элемент содержит вторую область, намагниченную или электрически заряженную со вторым угловым шагом, отличным от первого углового шага, и устроенную так, чтобы посредством притягивания или отталкивания взаимодействовать с упомянутой первой областью, так что упомянутый подвижный компонент вместе с упомянутым приводным элементом образуют механизм, уменьшающий или увеличивающий скорость, при этом скорость упомянутого приводного элемента определяет скорость распространения волны деформации материала упомянутого подвижного компонента по всей его протяженности, и может определять стоячую волну колебаний упомянутого подвижного компонента между повторяющимися формами, соответствующими стоячим модам.
Изобретение также касается часового механизма, включающего в себя прикрепленные к пластине: средство запаса энергии, выполненное с возможностью подавать упомянутый крутящий момент на зубчатую передачу для приведения в действие механизма, включающего в себя такой кольцевой резонатор с упомянутым подвижным компонентом, прикрепленным посредством гибких полос к упомянутой пластине, и упомянутым приводным элементом, приводимым в действие упомянутой зубчатой передачей, причем упомянутый приводной элемент управляет средством отображения упомянутого механизма.
Изобретение также касается часов, включающих в себя такой механизм, отличающихся тем, что упомянутые часы представляют собой наручные или карманные часы.
Краткое описание чертежей
Другие признаки и преимущества изобретения станут очевидными по прочтении последующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 и 2 приведены схематические виды в плане кольцевого резонатора в соответствии с изобретением с подвижным компонентом в виде кольца, который возбуждают посредством приводного элемента в виде колеса, при этом на фиг. 1 показано положение, когда в положении на 12 часов и на 6 часов совмещены первые полюсные элементы, содержащиеся в кольцеобразном подвижном компоненте, и вторые полюсные элементы, содержащиеся в приводном элементе, и когда в положении на 3 часа и на 9 часов первые полюсные элементы и вторые полюсные элементы не совмещены. На фиг. 2 показано положение, в котором после небольшого углового вращения приводного элемента выравнивания становятся противоположными.
На фиг. 3 показан аналогичный вариант осуществления, в котором полюсные элементы выполнены из магнитов, и при этом, как показано на фиг. 4, если полюсные элементы совмещены, они отталкивают друг друга, и, как показано на фиг. 5, если полюсные элементы не совмещены, они притягивают друг друга.
На фиг. 6-8 показана схема усилий взаимодействия между подвижным компонентом и приводным элементом как функции угла приводного элемента, соответствующего фиг. 6, 12 часам на фиг. 7 и 9 часам на фиг. 8.
Фиг. 9-11 аналогичны фиг. 6-8, при этом некоторые полюсные элементы удалены из подвижного компонента, оставшиеся группы полюсных элементов расположены через определенные промежутки по окружности.
Фиг. 12-14 также аналогичны фиг. 6-8 и сохраняют только четыре пары первых полюсных элементов на подвижном компоненте под углом 90° друг к другу.
На фиг. 15 и 16 показан первый вариант изобретения, который состоит в возбуждении подвижного компонента в виде частичного кольца в соответствии с фиг. 12. На фиг. 16 показан отдельный резонансный режим. На фиг. 15А показан вариант осуществления из фиг. 15, содержащий средство ограничения потери синхронизации в виде механических ограничителей.
На фиг. 17 и 18 показан второй вариант, который состоит в возбуждении подвижного компонента в виде полного кольца. На фиг. 18 показан отдельный резонансный режим.
Третий вариант, показанный на фиг. 19, состоит в расположении приводного элемента и подвижного компонента друг над другом, при этом колебания совершают в трех измерениях, как показано на фиг. 20.
На фиг. 21 показана блок-схема, изображающая часы, содержащие часовой механизм, в который входит механизм в соответствии с изобретением.
Осуществление изобретения
Всюду далее термин "кольцо" означает объемную фигуру, аналогичную тору, проходящую вокруг оси и замыкающуюся на себе. Это "кольцо" по существу представляет собой поверхность вращения вокруг оси, но необязательно в точности вращения вокруг оси.
Изобретение может быть реализовано с использованием магнитных и/или электростатических полей. Более подробно оно показано в магнитном варианте.
Изобретение касается часового резонатора 6, содержащего подвижный компонент 7, выполненный с возможностью совершения колебаний вокруг оси А, и приводной элемент 8, на который действует крутящий момент внутри часового механизма 10.
В соответствии с изобретением этот резонатор представляет собой по существу магнитный или электростатический резонатор 6, подвижный компонент 7 которого периодически возбуждают воздействием, вызванным движением приводного элемента 8; причем упомянутый приводной элемент 8 выполнен так, чтобы бесконтактно оказывать усилие на подвижный компонент 7.
Подвижный компонент 7 является гибким и деформируемым по меньшей мере в плоскости, перпендикулярной оси А, при этом подвижный компонент 7 содержит первую область, намагниченную или электрически заряженную с первым угловым шагом, а приводной элемент 8 содержит вторую область, намагниченную или электрически заряженную со вторым угловым шагом, отличным от упомянутого первого углового шага, и устроенную так, чтобы посредством притягивания или отталкивания взаимодействовать с упомянутой первой областью, так что подвижный компонент 7 вместе с приводным компонентом 8 образуют механизм, уменьшающий или увеличивающий скорость.
Взаимодействие может возникнуть между намагниченным или соответственно электрически заряженным элементом и проводящей или соответственно диэлектрической дорожкой.
Более конкретно, в не ограничивающем примере, показанном на чертежах, подвижный компонент 7 включает в себя первое количество первых полюсных элементов 76, намагниченных или электрически заряженных с первым угловым шагом, а приводной элемент 8 включает в себя второе количество вторых полюсных элементов 86, намагниченных или электрически заряженных со вторым угловым шагом, который отличается от первого углового шага. Эти вторые полюсные элементы 86 расположены так, чтобы взаимодействовать посредством притягивания или отталкивания с первыми полюсными элементами 76, так что подвижный компонент 7 вместе с приводным элементом 8 образуют механизм, снижающий или увеличивающий скорость.
Более конкретно, первое количество отличается от второго количества.
Более конкретно, первое количество отличается от второго количества на единицу.
В частности, скорость приводного элемента 8 определяет скорость распространения волны деформации материала подвижного компонента 7 по всей его протяженности.
В другой реализации изобретения скорость приводного элемента 8 определяет стоячую волну колебаний подвижного компонента 7 между повторяющимися формами, соответствующими стоячим модам.
Предпочтительно, движение приводного элемента 8 включает в себя по меньшей мере одно поворотное движение.
Более конкретно, как не ограничивающим образом показано на чертежах, движение приводного элемента 8 представляет собой поворот вокруг оси А.
В отдельном варианте осуществления, как видно из фиг. 15 и 17, подвижный компонент 7 прикреплен к пластине 5, содержащейся в часовом механизме 10, посредством нескольких гибких полос 9.
В первом варианте эти гибкие полосы 9 являются более гибкими, чем подвижный компонент 7, и предназначены для удерживания подвижного компонента 7 по существу центрированным на оси А и для ограничения колебательных движений подвижного компонента 7 в одной и той же плоскости Р, перпендикулярной упомянутой оси А, с ограниченными смещениями центра инерции подвижного компонента 7, составляющими менее одной десятой от наименьшего внешнего размера подвижного компонента 7 в плоскости Р.
Во втором варианте эти гибкие полосы 9 являются более жесткими, чем подвижный компонент 7, и предназначены для удерживания подвижного компонента 7 по существу центрированным на оси А и для ограничения движения подвижного компонента 7 в одной и той же плоскости Р, перпендикулярной упомянутой оси А, с ограниченными смещениями центра инерции подвижного компонента 7, составляющими менее одной десятой от наименьшего внешнего размера подвижного компонента 7 в плоскости Р.
Более конкретно, подвижный компонент 7 непрерывно или периодически утяжелен по периметру.
В частности, подвижный компонент 7 утяжелен несколькими инерционными телами.
В частности, подвижный компонент 7 имеет меняющиеся участки и/или толщину по периметру.
Преимущественно, подвижный компонент 7 выполнен из материала, подверженного механической микрообработке, или кремния и имеет прямоугольное сечение в каждой плоскости, проходящей через упомянутую ось А.
Преимущественно, подвижный компонент 7 выполнен как единое целое с несколькими гибкими полосами 9 для соединения с пластиной 5, содержащейся в часовом механизме 10.
Преимущественно, подвижный компонент 7 выполнен как единое целое с несколькими гибкими полосами 9 и с пластиной 5.
В отдельном варианте осуществления в ненапряженном свободном положении подвижный компонент 7 имеет многоугольную или состоящую из множества долей форму в плоскости Р, перпендикулярной оси А.
В отдельном варианте осуществления, показанном на фиг. 1-19, подвижный компонент 7 представляет собой кольцо, коаксиальное с приводным элементом 8.
В отдельном варианте осуществления, как показано на фиг.20, подвижный компонент 7 является сплошным и по меньшей мере частично деформируемым в направлении оси А.
Изобретение также касается часового механизма 10, включающего в себя прикрепленные к пластине 5: средство 3 запаса энергии, а именно цилиндр, выполненное с возможностью подавать крутящий момент на зубчатую передачу 2 для приведения в действие механизма 1, включающего в себя такой кольцевой резонатор 6 с таким подвижным компонентом 7, прикрепленным посредством гибких полос 9 к пластине 5, и приводным элементом 8, а именно анкерным колесом, приводимым в действие зубчатой передачей 2, причем приводной элемент 8 предпочтительно управляет средством 4 отображения упомянутого часового механизма 10.
Изобретение также относится к часам 100, включающим в себя такой часовой механизм 10. Часы 100 предпочтительно представляют собой карманные или наручные часы.
Более конкретно, на фигурах показаны предпочтительные варианты осуществления.
Подвижный компонент 7 включает в себя первые полюсные элементы 76, а приводной элемент 8 включает в себя вторые полюсные элементы 86. Количество полюсных элементов на каждой конструкции выбирают таким, чтобы для заданного угла приводного элемента 8 полюсные элементы на 12 часов и на 6 часов подвижного компонента 7 и приводного элемента 8 были обращены друг к другу, а полюсные элементы на 3 часа и на 9 часов не были обращены друг к другу. При повороте приводного элемента 8 на небольшой угол θ выравнивания должны стать противоположными.
На фиг. 1 на 12 часов и на 6 часов первые полюсные элементы 76 и вторые полюсные элементы 86 совмещены. На 3 часа и на 9 часов первые полюсные элементы 76 и вторые полюсные элементы 86 не совмещены. На фиг. 2 при повороте приводного элемента 8 на небольшой угол θ расположения становятся противоположными.
На фиг. 3 полюсные элементы выполнены из магнитов: приводной элемент 8 радиально смещен наружу, а подвижный компонент 7 радиально смещен к оси А. Как показано на фиг. 4, когда полюсные элементы совмещены, они отталкивают друг друга. Как показано на фиг. 5, когда полюсные элементы не совмещены, они притягивают друг друга.
Таким образом, можно построить график усилий взаимодействия как функцию угла приводного элемента 8, соответствующую фиг. 6, между подвижным компонентом 7 и приводным элементом 8 на 12 часов на фиг. 7 и на 9 часов на фиг. 8.
На фиг. 9-11, аналогично фиг. 6-8, показано, что удалением полюсных элементов из подвижного компонента 7 можно выбрать, где желательно расположить усилия взаимодействия между двумя элементами. На фиг. 12-14 сохранены только четыре пары первых полюсных элементов 76 на подвижном компоненте 7 под углом 90° друг к другу.
На фиг. 15 и 16 показан первый вариант изобретения, который состоит в использовании принципа, описанного выше, для возбуждения подвижного компонента 7 в виде частичного кольца, так что он резонирует в так называемом режиме "бокала": приводной элемент 8 синхронизируется с колебаниями подвижного компонента 7. Между приводным элементом 8 и подвижным элементом 7 отсутствует механическое взаимодействие.
На фиг. 15 показана схема механизма, в котором кольцеобразный компонент 7 возбуждают только в положении на 12 часов, на 3 часа, на 6 часов и на 9 часов. На фиг. 16 показана его резонансная мода в виде переменных эксцентрических эллипсов с перестановкой осей.
На фиг. 15А показан вариант осуществления фиг. 15, содержащий средство ограничения потери синхронизации в виде механических ограничителей. На втором уровне, параллельном уровню полюсных элементов 86 приводного элемента 8, зубчатое колесо 40 выполнено как единое целое с приводным элементом 8, а подвижный компонент 7 содержит ограничители в виде штифтов 41. При нормальной работе эти штифты 41 колеблются с подвижным компонентом 7, не касаясь зубчатого колеса 40. В случае потери синхронизации, диск приводного элемента 8 стремится двигаться и поворачиваться слишком быстро, но тогда штифты 41 сталкиваются с зубчатым колесом 40, что предотвращает разгон.
На фиг. 17 и 18 показан второй вариант, который состоит в использовании принципа, описанного выше, при этом подвижный компонент 7 имеет форму полного кольца для осуществления возбуждения в так называемом режиме "обруча". На фиг. 17 показана схема механизма, в котором кольцеобразный компонент 7 возбуждают по всей его окружности. На фиг. 18 показан его отдельный резонансный режим.
Третий вариант, показанный на фиг. 19, состоит в расположении приводного элемента 8 и подвижного компонента 7 друг над другом, чтобы подвижный компонент 7 колебался в трех измерениях, по меньшей мере частично в направлении оси А, по высоте, в соответствии с тем же принципом, что и в первом варианте. Таким образом, диск имеет форму картофельного чипса, как видно на фиг. 20.
Четвертый вариант (не показанный) представляет собой версию второго варианта вне плоскости, очень близкую к третьему варианту.
Другой вариант, который не показан, включает в себя приводной элемент 8, который вместо отдельных магнитов включает в себя дорожку, которая взаимодействует с магнитами на вибрирующем подвижном компоненте 7 так же как при взаимодействии типа магнит-магнит.
Изобретение позволяет устранить контакты в регулирующем элементе, что приводит к повышению показателя качества и увеличению эффективности. Более того, приводной элемент 8, предпочтительно выполненный в виде анкерного колеса, вращается с низкой частотой, а подвижный компонент 7, предпочтительно кольцо, резонирует на высокой частоте.
Вариант осуществления, показанный на фиг. 15, с подвижным компонентом 7 в виде неполного кольца, уменьшенный до определенных угловых диапазонов, позволяет получить вибрацию в режиме "бокала".