ОПТИМИЗИРОВАННЫЙ СПУСКОВОЙ МЕХАНИЗМ
OPTIMIZED TRIGGER MECHANISM

Изобретение относится к спусковому механизму часов, включающему стопор, расположенный между резонатором и спусковым колесом, к часовому механизму, включающему по меньшей мере один указанный спусковой механизм, к часам, включающим по меньшей мере один указанный часовой механизм и/или включающий по меньшей мере один указанный спусковой механизм, а также к часовым механизмам для передачи движения, в частности, к спусковым механизмам.
Уровень техники
Швейцарский свободный анкерный спусковой механизм является широко используемым устройством, которое является частью регулировочного элемента механических часов. Этот механизм позволяет одновременно поддерживать движение подпружиненного баланса резонатора и синхронизировать вращение приводного механизма с резонатором.
Для выполнения этих функций спусковое колесо взаимодействует с палетной вилкой посредством механического контакта, при этом свободный спусковой механизм использует указанный механический контакт для осуществления первой функции, заключающейся в передаче энергии от спускового колеса к подпружиненному балансу, а также для осуществления второй функции, заключающейся в освобождении и фиксации спускового колеса посредством импульсов и обеспечении его продвижения на один шаг при каждом колебании баланса.
Механические взаимодействия, необходимые для выполнения указанных первой и второй функций отрицательно влияют на эффективность, изохронизм, запас энергии и на срок службы часов.
В различных исследованиях было предложено синхронизировать вращение ведущего колеса с механическим резонатором за счет применения бесконтактной передачи усилий, например за счет применения спусковых механизмов типа Клиффорд. Все эти системы используют усилия взаимодействия магнитной природы, что позволяет передавать энергию от ведущего колеса к резонатору с частотой, определяемой собственной частотой резонатора. Однако все эти системы обладают одинаковым недостатком, заключающимся в невозможности выполнения второй функции надежного освобождения и надежной фиксации спускового колеса импульсами. Более конкретно, после ударного воздействия колесо может потерять синхронность с механическим резонатором, в результате чего теряется способность гарантированного выполнении функций регулирования.
В документе US 3518464 описан электромагнитный механизм для привода колеса резонатором. В этом документе указано, что применение магнитного приводного механизма в качестве спускового механизма оказывает неблагоприятное воздействие на частоту. Данный механизм включает в себя вибрирующую полосу, но в нем отсутствует стопор, и в нем, безусловно, отсутствует стопор с множеством положений равновесия. При вращении колеса и в зафиксированном положении резонатора усилие между колесом и резонатором прогрессивно изменяется от минимального (отрицательного) значения до максимального (положительного) значения за один угловой период.
В документе DE 1935486 U описан приводной механизм с магнитными собачками. Этот механизм также включает в себя вибрирующую полосу, но в нем отсутствует стопор, и в нем, безусловно, отсутствует стопор с множеством положений равновесия. Данный механизм содержит наклонные участки и барьеры, которые обеспечивают комбинированное и одновременное перемещение колеса и резонатора.
В документе US 3183426 А описан полностью магнитный спусковой механизм, включающий в себя магнитное спусковое колесо, в котором энергия изменяется непрерывно и прогрессивно от минимального значения до максимального при повороте колеса на один полупериод, а затем энергия возвращается к минимальному значению за следующий полупериод. Другими словами, магнитная сила на колесе изменяется прогрессивно между минимальным (отрицательным) и максимальным (положительным) значением за один угловой период.
Раскрытие изобретения
В соответствии с изобретением предложено заменить механический контакт между палетами и спусковым колесом бесконтактным взаимодействием магнитной или электростатической природы при помощи конструкции, которая надежно и безопасно обеспечивает выполнение второй функции освобождения и фиксации спускового колеса посредством импульсов.
С этой целью спусковой механизм часов содержит стопор, расположенный между резонатором и спусковым колесным узлом, включающим в себя по меньшей мере одну намагниченную или ферромагнитную или, соответственно, наэлектризованную или электростатически проводящую дорожку с периодом хода, через который ее магнитные или, соответственно, электростатические характеристики повторяются, при этом стопор включает в себя по меньшей мере один намагниченный или ферромагнитный или, соответственно, наэлектризованный или электростатически проводящий полюсной наконечник, выполненный с возможностью перемещения в поперечном направлении относительно направления перемещения по меньшей мере одного элемента поверхности дорожки, а по меньшей мере полюсной наконечник или дорожка выполнены с возможностью создания магнитного или электростатического поля в полюсном зазоре, образованном между по меньшей мере одним полюсным наконечником и по меньшей мере одной поверхностью, причем полюсный наконечник упирается в образованный на дорожке магнитный или электростатический полевой барьер непосредственно перед каждым поперечном движении стопора, вызываемым резонатором.
Спусковой механизм накапливает потенциальную энергию спускового колесного узла на каждой половине периода и возвращает ее резонатору между полупериодами во время поперечного перемещения стопора, приводимого посредством периодического воздействия резонатора, причем полюсной наконечник переходит от первого поперечного полуперемещения относительно спускового колесного узла ко второму относительному поперечному полуперемещению относительно спускового колеса, или наоборот.
По меньшей мере полюсной наконечник или дорожка создает магнитное или электростатическое поле, интенсивность которого в первой половине хода больше интенсивности во второй половине хода во время первого полупериода, а во время второго полупериода наоборот.
Изобретение также относится к часовому механизму, включающему по меньшей мере один указанный спусковой механизм.
Изобретение также относится к часам, включающим по меньшей мере один указанный часовой механизм и/или по меньшей мере один указанный спусковой механизм.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан первый вариант выполнения спускового механизма, включающего стопор, образованный в форме анкерного рычага с одним магнитным полюсным наконечником, расположенным на одном из плечей анкера и взаимодействующим со спусковым колесом, которое имеет несколько вспомогательных намагниченных концентрических дорожек, каждая из которых содержит последовательность зон с различной степенью намагниченности и обеспечивает различные отталкивающие усилия на полюсной наконечник анкерного рычага, когда он находится в непосредственной близости от намагниченных зон, при этом зоны, расположенные непосредственно рядом с двумя соседними концентрическими дорожками также имеют различную степень намагниченности. На фиг. 1 показан упрощенный вариант с двумя дорожками: внутренней и внешней.
На фиг. 2 показано распределение потенциальной энергии магнитного взаимодействия показанного на фиг. 1 наконечника анкерного рычага в зависимости от его положения относительно спускового колеса, вид сверху. Ломаной зубчатой линией показана траектория полюсного наконечника анкерной вилки при его перемещении, в процессе которого он попеременно оказывается напротив внутренней и внешней дорожек, показанных на фиг. 1.
На фиг. 3 показан график изменения потенциальной энергии (по оси ординат) вдоль намагниченных дорожек в зависимости от центрального угла (по оси абсцисс) для каждой из двух дорожек, показанных на фиг. 1, причем для внутренней дорожки использована сплошная линия, а для внешней дорожки - пунктирная. Данная схема показывает накопление потенциальной энергии, получаемой от спускового колеса в сегментах P1-Р2 и Р3-Р4, каждый из которых соответствует полупериоду, и обратную передачу указанной энергии посредством анкерной вилки к балансу при смене дорожки Р2-Р3 и Р4-Р5 полюсным наконечником.
На фиг. 4 схематично показан второй вариант выполнения спускового механизма, включающего в себя анкерную вилку, содержащую множество магнитных полюсных наконечников, в данном случае образованы два вилочных элемента, каждый из которых имеет по два полюсных наконечника, расположенных с каждой стороны плоскости спускового колеса. Два вилочных элемента установлены на каждой стороне точки качания анкерной вилки аналогично палетным камням стандартного швейцарского анкера. Спусковое колесо снабжено последовательностью площадок, каждая из которых сформирована последовательностью магнитов с разной и увеличивающейся степенью намагниченности, каждый наклонный участок ограничен барьером из магнитов, при этом указанные магниты последовательно взаимодействуют с двумя вилочными элементами анкерной вилки.
На фиг. 5 показан вилочный элемент анкерной вилки, показанной на фиг. 4, и направления полей различных намагниченных секторов анкерной вилки и спускового колеса, вид в поперечном разрезе.
На фиг. 6 показан разрез в поперечной плоскости, в которой осуществляется взаимодействие спускового колеса и стопора для различных вариантов установки магнитов, взаимодействующих для создания магнитного поля, сконцентрированного в зоне полюсного зазора.
На фиг. 7-10 показаны разрезы в плоскости, проходящей через ось спускового колеса и противоположного полюсного наконечника стопора во взаимосвязанном положении. Показаны различные вида для соответствующих компоновок различных вариантов осуществления изобретения.
На фиг. 7 - намагниченная структура переменной толщины или степени намагниченности, расположенная на спусковом колесе, взаимодействующая с магнитным полем, созданным магнитной цепью, являющейся частью анкерной вилки, причем взаимодействие может быть, как отталкивающим, так и притягивающим.
На фиг. 8 - ферромагнитная структура переменной толщины, расположенная на дорожке спускового колеса, создающая переменный полюсной зазор при взаимодействии с магнитным полем, созданным магнитной цепью, являющейся частью анкерной вилки.
На фиг. 9 - спусковое колесо с двумя дисками, сформированными из намагниченных структур переменной толщины или степени намагниченности, установленных на двух поверхностях спускового колеса и взаимодействующих с магнитным полем, созданным магнитом, встроенным в анкерную вилку, которая окружена указанными поверхностями, причем взаимодействие может быть как отталкивающим, так и притягивающим.
На фиг. 10 - механическая структура, аналогичная показанной на фиг. 9, имеющая на двух противоположных поверхностях спускового колеса ферромагнитные структуры переменной толщины, создающие переменный полюсной зазор при взаимодействии с магнитным полем, создаваемым магнитом, встроенным в анкерную вилку.
На фиг. 11-14 схематически показано распределение магнитного поля в поперечной плоскости, проходящей через ось вращения спускового колеса, показанного на фиг. 1, по двум вспомогательным внутренней и внешней дорожкам, соотнесенного с положениями, показанными на фиг. 2 и 3: фиг. 11 - точка Р1 (и эквивалент точки Р5, смещенной на целый период), фиг. 12: точка Р2, фиг. 13: точка Р3, фиг. 14: точка Р4.
На фиг. 15 показана блок-схема часов, включающих часовой механизм, содержащий спусковой механизм.
На фиг. 16 показан вариант, в котором спусковое колесо представляет собой цилиндр, а стопор содержит подвижный полюсной наконечник, расположенный в окрестности образующей цилиндра.
На фиг 17 показан вариант, в котором спусковое колесо выполнено в виде непрерывной полосы.
На фиг. 18 показано перемещение полюсного наконечника, расположенного напротив поверхности левой дорожки спускового колеса.
На фиг. 19 показана периодичность перемещения полюсного наконечника вдоль дорожки, включающей две параллельных вспомогательных дорожки.
На фиг. 20-25 показаны профили площадок и барьеров, а также энергия, передаваемая для каждого из этих профилей.
На фиг. 26, аналогично фиг. 4, частично показано два концентрических ряда магнитов с увеличивающейся степенью намагниченности, причем магниты на внутренней дорожке имеют направленную вверх полярность, а магниты на внешней дорожке -направленную вниз полярность.
На фиг. 27 схематически показана ориентация линий поля в поперечном сечении, соответствующем варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 26.
На фиг. 28 показано распределение потенциала в том же примере с центрированием на дорожке, показанное штриховой линией, а направление тяги -сплошной линией.
На фиг. 28А показано изменение за период перемещения уровня энергии (верхний график), и тормозного момента (верхний график) абсцисса нижнего графика выровнена с абсциссой верхнего графика.
Осуществление изобретения
В изобретении предлагается заменить механический контакта между стопором и спусковым колесом бесконтактным взаимодействием магнитной или электростатической природы.
Изобретение относится к спусковому механизму 10 часов, включающему стопор 30, расположенный между резонатором 20 и спусковым колесным узлом 40.
Спусковой колесный узел 40 включает в себя по меньшей мере одну намагниченную или ферромагнитную или соответственно наэлектризованную или электростатически проводящую дорожку 50 с периодом PD перемещения, через который повторяются магнитные или, соответственно, электростатические характеристики.
Изобретение проиллюстрировано в предпочтительном примере с поворотным движением с угловым перемещением и периодом PD углового перемещения.
Геометрические и физические характеристики дорожки 50 повторяются через период PD хода, в особенности, в части состава (материалов), профиля, возможного покрытия и возможного намагничивания или электризации.
Стопор 30 включает в себя по меньшей мере один намагниченный или ферромагнитный или соответственно наэлектризованный или электростатически проводящий полюсной наконечник 3.
Полюсной наконечник 3 является подвижным в поперечном направлении DT относительно направления DD перемещения по меньшей мере одного компонента поверхности 4 дорожки 50. Эта поперечная подвижность не включает полного ухода с рассматриваемой дорожки, схема перемещения может быть различной в различных вариантах осуществления, и в некоторых из них полюсной наконечник может уходить с дорожки на участке перемещения.
По меньшей мере полюсной наконечник 3 или дорожка 50 создает магнитное или электростатическое поле в полюсном зазоре 5 между указанным по меньшей мере одним полюсным наконечником 3 и указанной по меньшей мере одной поверхностью 4.
Полюсной наконечник 3 упирается в создаваемый магнитным или электростатическим полем барьер 46 на дорожке 50 непосредственно перед каждым поперечным перемещением стопора, причем данное поперечное перемещение стопора вызывается периодическим воздействием резонатора 20.
Стопор 30 имеет множество стабильных положений и может занимать по меньшей мере две устойчивые позиции.
Предпочтительно магнитное или электростатическое поле, создаваемое по меньшей мере одним полюсным наконечником 3 или дорожкой 50 в полюсном зазоре 5 по меньшей мере между одним полюсным наконечником 3 и по меньшей мере одной поверхностью 4, создает вращающий момент или силу, которая воздействует на по меньшей мере один полюсной наконечник 3 и по меньшей мере одну поверхность 4. Этот вращающий момент или сила являются тормозными и периодическими, период которых соответствует периоду PD углового хода, при этом вначале момент или сила имеют нулевое значение, в первый полупериод происходит увеличение потенциала, после которого значение тормозного момента или силы по существу постоянно и находится в районе первого значения V1, а на второй части периода имеется потенциальный барьер, при котором указанный тормозной момент или пара сил увеличиваются и достигают своего максимального значения, которое является вторым значением V2, по меньшей мере в три раза большим, чем первое значение V1, и имеет тот же знак, что и первое значение V1, как показано на фиг. 28А.
Каждая дорожка 50 перед каждым барьером 46 содержит наклонный участок 45, взаимодействующий с полюсным наконечником 3 с увеличивающимся взаимодействием, вызываемым магнитным или соответственно электростатическим полем, плотность которого изменяется таким образом, чтобы обеспечить увеличение потенциальной энергии, при этом наклонный участок 45 принимает энергию от спускового колесного узла 40, и каждый потенциальный барьер имеет большую крутизну, чем потенциал каждого наклонного участка.
Более конкретно, спусковой колесный узел 40 содержит создаваемый магнитным или электростатическим полем потенциальный барьер для кратковременной остановки спускового колеса 40 перед отклонением стопора 30 в результате периодического действия осциллятора 20, расположенный между двумя последовательными наклонными участками 45 одной дорожки 50 или двух соседних дорожек 50 в направлении DD перемещения.
Как показано на фиг. 28А, момент или сила являются периодическим тормозным моментом или силой, соответствующим периоду PD углового хода. Кроме того, начиная от нулевого значения момента или силы в начале периода PD тормозной момент или тормозное усилие имеет положительную интенсивность и его величина увеличивается в первом угловом интервале Т1 до момента выхода на плато и сохраняет по существу постоянное значение V1 на втором угловом интервале Т2, при этом сочетание первого углового интервала Т1 и второго углового интервала Т2 образует потенциал наклонного участка до тех пор пока не достигается порогового значения S, после которого на третьем угловом интервале Т3 интенсивность увеличивается до второго максимального значения V2, большего, чем первое значение V1. Конец указанного третьего углового интервала Т3 соответствует пику МС при максимальном значении V2 крутящего момента или силы, после которого интенсивность крутящего момента или силы уменьшается на четвертом угловом интервале Т4 и достигает нулевого значения, которое соответствует максимальному уровню ME энергии. Сочетание третьего углового интервала Т3 и четвертого углового интервала Т4 образует потенциальный барьер, на котором тормозной момент или сила являются положительными. После этой точки, тормозной момент или сила продолжают уменьшаться на пятом угловом интервале Т5 до достижения минимальной отрицательной интенсивности в районе впадины mc перед увеличением на шестом угловом интервале Т6 с повторным достижением положительного значения и начала следующего периода, где TD=Т1+Т2+Т3+Т4+Т5+Т6, и где Т1+Т2≥TD/2.
Барьер 46 определяет предел резкого изменения за счет резкого увеличения или уменьшения момента или силы на ходе, соответствующем третьему угловому интервалу Т3, и этот третий угловой интервал Т3 меньше, чем второй угловой интервал Т2.
Второе максимальное значение V2 более чем в шесть раз превышает первое значение V1.
Механизм 10 также включает в себя механические стопорные средства, не допускающие возникновения отрицательного момента на стопоре 30 на пятом угловом интервале Т5 или шестом угловом интервале Т6 во втором полупериоде.
Спусковой механизм 10 может аккумулировать энергию, получаемую от спускового колесного узла 40, на каждой половине периода PD, сохранять ее часть в виде потенциальной энергии и периодическим образом возвращать ее резонатору 20. В качестве аналогии можно указать, что данная функция аккумулирования эквивалентна постепенному заводу пружины в механизме. Данный возврат энергии имеет место между этими полупериодами во время поперечного перемещения стопора 30, вызываемого периодическим воздействием резонатора 20. Полюсной наконечник 3 после этого завершает первую половину PDC поперечного хода относительно спускового колесного узла 40 и начинает вторую половину поперечного хода DDC относительно спускового колесного узла 40, или наоборот. Полюсной наконечник 3 упирается в создаваемый магнитным или электростатическим полем барьер 46 на дорожке 50 непосредственно перед каждым поперечным перемещением стопора 30, вызываемого периодическим воздействием резонатора 20, за счет отклонения из одной половины хода к другой половине хода.
В конкретном варианте осуществления магнитное или электростатическое поле, создаваемое полюсным наконечником 3 и/или дорожкой 50 имеет большую плотность на первой половине PDC хода, чем на второй половине DDC хода на первой половине указанного периода PD перемещения, и имеет большую плотность на второй половине DDC хода, чем на первой половине PDC хода во время второго периода PD перемещения.
Более конкретно, резонатор 20 включает в себя по меньшей мере один осциллятор с периодическим перемещением. Спусковой колесный узел 40 приводится от такого источника энергии, как подвижный барабан или аналогичный источник энергии. Стопор 30 обеспечивает первую функцию передачи энергии от спускового колесного узла 40 к резонатору 20 и вторую функцию освобождения и фиксации спускового колесного узла 40 импульсами для перемещения его на один шаг во время перемещения стопора 30, вызываемого воздействием резонатора 20 при каждой вибрации осциллятора 2. По меньшей мере одна дорожка 50 приводится в движение за счет перемещения по траектории TD хода.
Предпочтительно, каждый полюсной наконечник 3 имеет возможность перемещения в поперечном направлении DT относительно дорожки 50, в соответствии с первой половиной PDD хода и второй половиной DDC хода в обе стороны от зафиксированного среднего положения РМ в соответствии с поперечной траекторией ТТ, предпочтительно по существу ортогональной траектории TD хода дорожки 50.
Именно около полюсного зазора 5 между полюсным наконечником 3 и поверхностью 4 дорожки 50, которая расположена напротив полюсного наконечника 3, дорожка 50 и/или полюсной наконечник 3 создает магнитное или электростатическое поле, которое обеспечивает создание системы магнитных или электростатических сил на стопоре 30 и спусковом колесном узле 40 вместо механического взаимодействия, известного из уровня техники.
Спусковой механизм 10 накапливает потенциальную энергию, переданную от источника энергии через спусковой колесный узел 40 во время каждой первой половины или второй половины периода PD хода. В конце каждого полупериода полюсной наконечник 3 располагается напротив созданного магнитным или электростатическим полем барьера 46 на части дорожки 50, напротив которой он перемещается, непосредственно перед поперечным перемещением стопора 30, вызываемым воздействием резонатора 20. Именно в этот момент спусковой механизм 10 возвращает соответствующую энергию на осциллятор 2 во время поперечного перемещения стопора 30, периодически вызываемого воздействием резонатора 20 между первой половиной и второй половиной периода PD хода. Во время этого поперечного перемещения, полюсной наконечник 3 переходит от первой половины PDC хода ко второй половине DDC хода, или наоборот.
Спусковой колесный узел 40 может иметь различные формы: стандартную форму спускового колеса 400, как показано на фиг. 1 и 4, или форму двойного колеса, как показано на фиг. 9 и 10, или форму цилиндра, как показано на фиг. 16, или форму непрерывной полосы, как показано на фиг. 17, или другую форму. Это описание касается общего случая колесного узла (не обязательно вращающегося), при этом часовщику должно быть известно, как применить его для требуемого компонента, в частности, с одним колесом или с множеством колес.
Предпочтительно, характеристики магнитного или электростатического поля меняются между первой половиной PDC хода и второй половиной DDC хода со сдвигом фазы половины периода хода PD между дорожкой 50 и полюсным наконечником 3. Однако, устройство может также обеспечивать работу, например, с другими плотностями поля при соблюдении другой степени распределения поля между различными секторами. Это может иметь место, например, в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, в котором угловые сектора ограниченные различными радиусами, не обязательно имеют полностью одинаковые характеристики.
Поперечное направление DT относится к направлению, которое по существу параллельно поперечной траектории ТТ полюсного наконечника 3, или которое проходит по касательной к ней в среднем положении РМ, как показано на фиг. 18.
Осевое направление DA относится к направлению, которое перпендикулярно, как поперечному направлению DT, по существу параллельному поперечной траектории ТТ полюсного наконечника, так и направлению перемещения DF дорожки 50, идущего по касательной к траектории TD хода в среднем положении РМ.
Плоскость РР дорожки относится к плоскости, определяемой средним положением РМ, поперечным направлением DT и направлением перемещения DF.
Предпочтительно по меньшей мере один из двух противоположных компонентов (термин «противоположных» используется для обозначения того, что два компонента находится один напротив другого и между ними нет отталкивающей силы, препятствий для перемещения или другого взаимодействия), сформированный полюсным наконечником 3 и опорной поверхностью 4 дорожки 50, которая расположена напротив полюсного наконечника около полюсного зазора 5, по меньшей мере на части их относительного перемещения включает активные магнитные или соответствующие электростатические средства, которые обеспечивают создание данного магнитного или, соответственно, электростатического поля.
Термин «активные» в данном случае относится к средствам, которые создают поле, а термин «пассивные» относится к средствам, на которые воздействует поле. Термин «активный» не предполагает в данном случае прохождение тока через компонент.
В конкретном варианте компонент данного поля в осевом направлении DA больше чем компонент в плоскости РР дорожки в зоне их сопряжения в полюсном зазоре 5 между полюсным наконечником 3 и противоположной поверхностью 4.
Магнитное или электростатическое поле по существу параллельно осевому направлению DA спускового колесного узла 40. Выражение «по существу параллельно», относится к полю, компонент которого в осевом направлении DA по меньшей мере в четыре раза больше, чем компонент в плоскости PP.
Другой противоположный компонент расположен около полюсного зазора 5, следовательно, включает в себя либо пассивные магнитные, либо, соответственно, электростатические средства для взаимодействия с полем, созданным таким образом, или также активные магнитные, либо, соответственно, электростатические средства, которые обеспечивают создание магнитного или, соответственно, электростатического поля в полюсном зазоре 5, причем указанное поле может в зависимости от конкретного случая совпадать или быть противоположным полю, созданному первым компонентом, для создания отталкивающего, или наоборот, притягивающего усилия в полюсном зазоре 5.
Как показано на фиг. 1 и 4 стопор 30 установлен между резонатором 20, имеющим подпружиненный баланс 2 с осью А вращения, и по меньшей мере одним спусковым колесом 400, которое поворачивается вокруг оси D вращения (которая определяет вместе с осью А вращения подпружиненного баланса угловое опорное направление DREF). Данный стопор 30 обеспечивает выполнение второй функции освобождения и фиксации спускового колесного узла 40 импульсами для продвижения его на один шаг при каждом колебании подпружиненного баланса 2.
Полюсной наконечник 3 выполнен с возможностью перемещения по меньшей мере вдоль части поперечного хода напротив одного элемента поверхности 4 спускового колесного узла 40. В первом варианте осуществления, показанном на фиг. 1, полюсной наконечник всегда находится напротив поверхности 4, во втором варианте осуществления, показанном на фиг. 4, стопор 30 включает в себя два полюсных наконечника 3А, 3В, и каждый из них находится напротив поверхности 4 в течение одного полупериода, и находится на отдалении от поверхности 4 в течение другого полупериода, в положении, где любое магнитное или электростатическое взаимодействие между ними является незначительным.
В одном из вариантов каждый из двух противоположных компонентов по обе стороны от полюсного зазора 5, сформированного полюсным наконечником 3 и опорной поверхностью 4 дорожки 50, которая находится напротив полюсного наконечника по меньшей мере на одном участке их относительного перемещения, включают активные магнитные или, соответственно, электростатические средства, которые обеспечивают создание магнитного или, соответственно, электростатического поля в направлении по существу параллельном осевому направлению DA на участке их сопряжения в полюсном зазоре 5.
В предпочтительном варианте осуществления полюсной наконечник 3 и/или опорная поверхность 4 дорожки 50, которая находится напротив полюсного наконечника в полюсном зазоре 5, включают магнитные или, соответственно, электростатические средства, которые обеспечивают создание в полюсном зазоре 5, по меньшей мере в одной поперечной плоскости РТ, определенной средним положением РМ полюсного наконечника 3, поперечным направлением DT и осевым направлением DA, и в поперечном диапазоне относительного перемещения, в указанном поперечном направлении, полюсного наконечника 3 и поверхности 4, магнитного или, соответственно, электростатического поля переменной и ненулевой плотности, изменяющейся, как в зависимости от поперечного положения полюсного наконечника 3 в поперечном направлении DT, так и периодически в течение времени.
В конкретном варианте осуществления каждый такой полюсной наконечник 3 и каждая такая опорная поверхность 4 дорожки 50 напротив полюсного наконечника включают такие магнитные или, соответственно, электростатические средства, которые обеспечивают создание магнитного или, соответственно, электростатического поля по меньшей мере между одним таким полюсным наконечником 3 и по меньшей мере одной поверхностью 4 по меньшей мере в указанной поперечной плоскости РТ. Это магнитное или, соответственно, электростатическое поле, созданное этими противоположными компонентами, имеет переменную и ненулевую плотность, изменяющуюся, как в зависимости от радиального положения полюсного наконечника 3 в поперечном направлении DT, так и периодически в течение времени.
Очевидно, что необходимо создание условий, обеспечивающих создание усилия магнитной или электростатической природы между стопором 30 и спусковым колесным узлом 40 для приведения в относительное движение или, наоборот торможения двух указанных компонентов без непосредственного механического контакта между ними.
Условия для создания магнитного или электростатического поля одним из компонентов и восприятия данного поля противоположным компонентом, который сам способен создавать магнитное или электростатическое поле, обеспечивают создание различных типов функционирования за счет отталкивания или притяжения между двумя противоположными компонентами. В частности, в многоуровневых архитектурах обеспечивается уравновешивание моментов или сил в направлении поворота спускового колесного узла 40 (в особенности, в направлении оси вращения, если колесо 40 поворачивается вокруг одиночной оси) и поддержание относительного положения стопора 30 и спускового колесного узла 40 в осевом направлении DA, как будет описано ниже.
В конкретном варианте осуществления изобретения компонент магнитного или, соответственно, электростатического поля в направлении DA направлен в одинаковом направлении во всем диапазоне относительного перемещения полюсного наконечника 3 и поверхности 4, расположенной напротив него.
Возможны различные комбинации в зависимости от природы поля и того, играют стопор 30 и/или спусковой колесный узел 40 активную или пассивную роль в создании магнитного или электростатического поля по меньшей мере в одном полюсном зазоре между стопором 30 и спусковым колесным узлом 40. Безусловно, возможно наличие нескольких полюсных зазоров 5 между различными полюсными наконечниками 3 стопора 30 и различными дорожками спускового колесного узла 40. Ниже приводится не накладывающее ограничений описание различных предпочтительных вариантов.
Каждый полюсной наконечник 3, расположенный на стопоре 30, может являться постоянно намагниченным или, соответственно, наэлектризованным и создает постоянное магнитное или, соответственно, электростатическое поле, и каждая поверхность 4, взаимодействующая с каждым полюсным наконечником 3, определяет с соответствующим полюсным наконечником 3 полюсной зазор 5, в котором магнитное или, соответственно, электростатическое поле изменяется в зависимости от продвижения спускового колесного узла 40 по своей траектории, а также изменяется в зависимости от поперечного положения рассматриваемого полюсного наконечника 3 относительно спускового колесного узла 40, и которое связано с угловым перемещением стопора 30, если он поворачивается, как в случае анкерной вилки, или с его поперечным перемещением, если он вместо этого приводится резонатором 20.
Каждый полюсной наконечник 3, расположенный на стопоре 30, может быть постоянным ферромагнетиком или, соответственно, обладает электростатической проводимостью, и каждая поверхность 4, взаимодействующая с каждым полюсным наконечником 3, определяет с соответствующим полюсным наконечником 3 полюсной зазор 5, в котором магнитное или, соответственно, электростатическое поле изменяется в зависимости от продвижения спускового колесного узла 40 по своей траектории, а также изменяется в зависимости от поперечного положения рассматриваемого полюсного наконечника 3 относительно спускового колесного узла 40, и которое связано с угловым перемещением стопора 30, если он поворачивается, как в случае анкерной вилки, или с его поперечным перемещением, если он вместо этого приводится резонатором 20.
Каждая дорожка 50, на которой расположена противоположная поверхность 4, может быть постоянно намагниченной или, соответственно, равномерно наэлектризованной и создает постоянное магнитное или, соответственно, электростатическое поле на своей поверхности, расположенной напротив рассматриваемого полюсного наконечника 3, и имеет углубленный участок, обеспечивающий создание переменной высоты полюсного зазора 5, которая изменяется в зависимости от продвижения спускового колесного узла 40 по своей траектории и изменяется в зависимости от углового положения рассматриваемого полюсного наконечника 3 относительно спускового колесного узла 40.
Каждая дорожка 50, содержащая подобную поверхность 4, может быть постоянным ферромагнетиком или, соответственно, обладает электростатической проводимостью и включает в себя профиль, обеспечивающий создание переменной высоты полюсного зазора 5, которая изменяется в зависимости от продвижения спускового колесного узла 40 по своей траектории и изменяется в зависимости от поперечного положения полюсного наконечника 3 относительно спускового колесного узла 40.
Каждая дорожка 50, содержащая подобную поверхность 4, может быть постоянно намагниченной или, соответственно, по-разному наэлектризованной на различных участках дорожки и создает магнитное или, соответственно, электростатическое поле, которое изменяется в зависимости от продвижения спускового колесного узла 40 по своей траектории и изменяется в зависимости от поперечного положения рассматриваемого полюсного наконечника 3 относительно спускового колесного узла 40 на ее поверхности, расположенной напротив рассматриваемого полюсного узла 3.
Каждая дорожка 50, содержащая подобную поверхность 4, может быть постоянным ферромагнетиком или, соответственно, обладает электростатической проводимостью, причем эти свойства являются разными на различных участках дорожки и обеспечивают изменение магнитного или, соответственно, электростатического усилия, приложенного между стопором 3 и спусковым колесным узлом 40 в результате их относительного перемещения; указанное усилие изменяется в зависимости от перемещения спускового колесного узла 40 по своей траектории и изменяется в зависимости от поперечного положения рассматриваемого полюсного наконечника 3 относительно спускового колесного узла 40 на ее поверхности, расположенной напротив рассматриваемого полюсного узла 3.
Каждый полюсной наконечник 3 может перемещаться между двумя поверхностями 4 спускового колесного узла 40, и магнитное или, соответственно, электростатическое поле воздействует на каждую сторону полюсного наконечника 3 в осевом направлении DA симметричным образом и создает равные и противоположно направленные моменты или силы на полюсном наконечнике 3 в осевом направлении DA. За счет этого обеспечивается равновесие и минимальный момент или минимальное усилие на любых осях, что приводит к минимизации потерь на трение.
Каждая поверхность 4 спускового колесного узла 40 перемещается между двумя поверхностями 31, 32 каждого полюсного наконечника 3, и магнитное или, соответственно, электростатическое поле воздействует на каждую сторону поверхности 4 в осевом направлении DA симметрично с обеих сторон поверхности 4 и создает равные и противоположно направленные моменты или силы на опорной поверхности 4 дорожки 50 в осевом направлении DA.
Дорожка 50 спускового колесного узла 40 содержит на одной из своих двух боковых поверхностей 41, 42 множество вспомогательных дорожек 43, которые расположены одна рядом с другой.
В случае, если спусковой колесный узел 40 является спусковым колесом 400, указанные дорожки являются взаимно концентрическими относительно центральной оси D спускового колеса 400, как показано на фиг. 1 и 2, на которых показаны две таких вспомогательных дорожки, внутренняя дорожка 43INT и внешняя дорожка 43ЕХТ, и где каждая вспомогательная дорожка 43 включает в себя угловой массив основных элементарных областей 44, каждая из которых обладает магнитными или, соответственно, электростатическими свойствами, которые отличаются, с одной стороны, от свойств соседней основной области 44 на вспомогательной дорожке 43, которой она принадлежит и, с другой стороны, от свойств любой другой основной области 44, которая примыкает к ней и которая расположена на другой вспомогательной дорожке 43, примыкающей к ее собственной вторичной дорожке.
В других различных вариантах осуществления, где дорожка 50 не может быть образована диском, например в примерах, показанных на фиг. 16 и 17, вспомогательные дорожки 43 не являются концентрическими, но расположены рядом друг с другом и предпочтительно по существу параллельные одна другой. Но магнитные или, соответственно, электростатические свойств двух непосредственно примыкающих друг к другу областей 44 отличаются таким же образом. На фиг. 18 и 19 показано перемещение полюсного наконечника 3 в варианте, включающим две смежных и параллельных вспомогательных дорожки 43А и 43В, смещенные по фазе на половину периода.
Более конкретно, данная последовательность основных областей 44 на каждой вспомогательной дорожке 43 имеет периодический характер согласно пространственному периоду Т, который является угловым или линейным в зависимости от конкретного случая, и образует целую часть одного оборота спускового колесного узла 40. Этот пространственный период Τ соответствует периоду PD хода дорожки 50.
В предпочтительном варианте осуществления каждая вспомогательная дорожка 43 содержит в каждом пространственном периоде Τ наклонный участок 45, включающий последовательность, а более конкретно, монотонную последовательность, основных областей 44, взаимодействующих с увеличением силы взаимодействия с полюсным наконечником 3 посредством магнитного, или соответственно, электростатического поля, интенсивность которого изменяется, чтобы обеспечить увеличение потенциальной энергии от области 4ΜIΝ минимального взаимодействия к области 4МАХ максимального взаимодействия, при этом наклонный участок 45 получает энергию от спускового колесного узла 40.
Между двумя последовательными наклонными участками 45 в одном и том же направлении спусковой колесный узел 40 содержит создаваемый магнитным или электростатическим полем барьер 46 для кратковременной остановки спускового колесного узла 40 перед отклонением стопора 30 под действием резонатора 20, более конкретно, подпружиненного баланса 2.
Предпочтительно, каждый указанный потенциальный барьер 46 обладает большей крутизной градиента потенциала, чем каждый наклонный участок 45.
Это означает создание энергетических барьеров, в данном случае, полевых барьеров. Таким образом, проиллюстрированные варианты предоставляют наклонные участки и барьеры с магнитным или, соответственно, электростатическим полем.
Спусковой колесный узел 40 останавливается на участке, на котором градиент потенциальной энергии равен приводному моменту.
Данная остановка не является мгновенной, имеет место явление отскока, который демпфируется либо собственным трением, в частности, трением в шарнире механизма, либо создаваемым для этой цели вязким трением, таким как трение за счет вихревого тока (например на медной или аналогичной поверхности, являющейся частью спускового колесного узла 40) или аэродинамическим трением или трением другого типа, или даже сухим трением, таким как трение в соединительной пружине, или другим трением. Обычно спусковой колесный узел 40 натягивается расположенным сзади по ходу механизмом с постоянным моментом или постоянной силой, обычно вращающимся барабаном. Спусковой колесный узел 40 в связи с этим совершает колебания перед тем, как остановиться, перед поперечным отклонением полюсного наконечника 3, и необходимо рассеяние энергии для прекращения колебаний за кинетически совместимый интервал времени.
Переход между наклонным участком и барьером может быть спроектирован и подобран таким образом, чтобы обеспечить получение конкретной зависимости между передаваемой резонатору энергией и моментом вращения.
Хотя изобретение может работать с наклонным участком, имеющем непрерывный градиент, более предпочтительным является сочетание наклонного участка 45, имеющего определенный градиент, с барьером 46, имеющим другой градиент, при котором форма переходной зоны между наклонным участком 45 и барьером 46 оказывает существенное влияние на работу.
Система аккумулирует энергию по мере движения вверх по наклонному участку и возвращает энергию резонатору при поперечном перемещении полюсного наконечника. Точка останова определяет количество энергии, возвращенной таким образом, которое зависит от данной переходной зоны между наклонным участком и барьером.
На фиг. 20, 22 и 24 показаны примеры профилей наклонного участка и барьера, где по абсциссе отложено перемещение, в данном случае угол поворота, а по ординате отложена энергия Ui, выраженная в мДж. На фиг. 21, 23 и 25 показана связь передаваемой энергии с профилем каждого наклонного участка и барьера, по оси абсцисс отложен тот же параметр, а по ординате - момент СМ в мНм.
На фиг. 20 и 21 показан плавный переход со скруглением между наклонным участком и барьером, точка остановки системы зависит от приложенного момента, и энергия, передаваемая резонатору, также зависит от приложенного момента.
На фиг. 22 и 23 показан переход с разрывом градиента между наклонным участком и барьером, точка остановки системы в связи с этим не зависит от приложенного момента, и энергия, передаваемая резонатору, является постоянной.
На фиг. 24 и 25 показан экспоненциальный переход между наклонным участком и барьером, подобранный таким образом, чтобы энергия, передаваемая резонатору была приблизительно пропорциональна приложенному моменту, а более конкретно была бы по существу равна приводному моменту. Данный пример является предпочтительным и он чрезвычайно близок к швейцарскому свободному спусковому механизму и поэтому обеспечивает возможность применения изобретения в существующем механизме с минимальными изменениями.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения спусковой колесный узел 40 также включает в себя в конце каждого наклонного участка 45 и непосредственно перед каждым барьером 46 поперечное изменение распределения магнитного или электростатического поля, когда поверхность 4 является намагниченной или, соответственно наэлектризованной, или изменение профиля, когда поверхность 4 является ферромагнитной или, соответственно, электростатически проводимой, что приводит к возникновению тягового воздействия на полюсной наконечник 3.
Предпочтительно спусковой колесный узел 40 содержит после каждого магнитного или электростатического потенциального барьера 46 механический демпфирующий элемент.
В случае, если спусковой колесный узел 40 содержит несколько вспомогательных дорожек 43, то по меньшей мере две соседних вспомогательных дорожки 43 включают в себя взаимно чередующиеся зоны 4MIN минимального взаимодействия и зоны 4МАХ максимального взаимодействия с угловым сдвигом фаз на половину пространственного периода Т.
Стопор 30 может содержать множество полюсных наконечников 3, обеспечивающих одновременное взаимодействие с разными вспомогательными дорожками 43, как показано в особенности во втором варианте осуществления, приведенном на фиг. 4, с разными полюсными наконечниками 3А и 3В, каждый из которых содержит два магнита 31 и 32, расположенных по обе стороны от спускового колеса 400.
В частности, в конкретном варианте осуществления (не показанном на фигурах), стопор 30 может содержать гребенку, проходящую параллельно поверхности 4 спускового колесного узла 40 и включающую полюсные наконечники 3, расположенные один рядом с другим.
Стопор 30 может вращаться вокруг реальной или виртуальной оси 35, и содержать одиночный полюсной наконечник 3, взаимодействующий с основными областями 44, содержащимися на поверхностях 4, расположенных на различных дорожках спускового колесного узла 40 (или соответственно на различных диаметрах спускового колеса 400), с которыми полюсной наконечник 3 взаимодействует попеременно во время продвижения (или соответственно поворота) спускового колесного узла 40. Эти основные области 44 попеременно расположены на ободе (или соответственно на периферии) спускового колесного узла 40 и ограничивают перемещение полюсного наконечника 3 в поперечном направлении относительно спускового колесного узла 40 при нахождении положения равновесия для полюсного наконечника 3.
Стопор 30 может вращаться вокруг реальной или виртуальной оси 35, и содержать множество полюсных наконечников 3, взаимодействующих с основными областями 44 содержавшимися на поверхностях 4, расположенных по меньшей мере на одной области (соответственно на одном диаметре) спускового колесного узла 40, с которым каждый полюсной наконечник 3 взаимодействует попеременно во время продвижения (или соответственно поворота) спускового колесного узла 40. Основные области 44 попеременно размещены на ободе или периферии спускового колесного узла 40 и ограничивают перемещение полюсного наконечника 3 в поперечном направлении относительно спускового колесного узла 40 при нахождении положения равновесия для полюсного наконечника 3.
В каждый момент времени по меньшей мере один полюсной наконечник 3 стопора 30 взаимодействует с по меньшей мере одной поверхностью 4 спускового колесного узла 40.
Стопор 30 может взаимодействовать с обеих своих сторон с первым спусковым колесным узлом и вторым спусковым колесным узлом.
Первые и вторые спусковые колесные узлы могут вращаться как единая деталь.
Первые и вторые спусковые колесные узлы могут вращаться независимо друг от друга.
Первые и вторые спусковые колесные узлы могут быть соосными.
Стопор 30 может взаимодействовать с обеих своих сторон с первым спусковым колесом 401 и вторым спусковым колесом 402, каждое из которых формирует спусковой колесный узел 40.
Первые и вторые спусковые колеса 401 и 402 могут вращаться как единая деталь.
Первые и вторые спусковые колеса 401 и 402 могут вращаться независимо друг от друга.
Первые и вторые спусковые колеса 401 и 402 могут быть соосными.
Как показано на фиг. 16, спусковой колесный узел 40 включает в себя по меньшей мере одну цилиндрическую поверхность 4, образованную вокруг оси D вращения, параллельную поперечному направлению DT, и имеющую магнитные или, соответственно, электростатические дорожки, а по меньшей мере один полюсной наконечник 3 стопора 30 выполнен с возможностью перемещения параллелью оси D вращения.
На фиг. 17 показан обобщенный вид устройства, в котором, спусковой колесный узел 40 является механизмом, идущим в направлении D, представленный здесь бесконечной полосой, перемещающейся поверх двух роликов, оси которых параллельны поперечному направлению Т, при этом указанная полоса содержит по меньшей мере одну поверхность 4.
Также могут быть предложены другие конфигурации, обеспечивающие пространственную периодичность поверхностей 4 на дорожке или дорожках 50, например, цепные, кольцевые, спиральные или другие.
Поверхность 4 может включать намагниченный слой переменной толщины или, соответственно, наэлектризованный слой переменной толщины или намагниченный слой постоянной толщины, но с переменным намагничиванием или, соответственно, наэлектризованный слой постоянной толщины, но с переменной электризацией или переменной поверхностной плотностью микромагнитов или, соответственно, электреты с переменной поверхностной плотностью, или ферромагнитный слой переменной толщины или, соответственно, электростатически проводящий слой переменной толщины, или ферромагнитный слой переменной формы или, соответственно, электростатически проводящий слой переменной формы или ферромагнитный слой, в котором поверхностная плотность отверстий переменная или соответственно, электростатически проводящий слой, в котором поверхностная плотность отверстий переменная.
В конкретном варианте осуществления стопор 30 выполнен в виде анкерной вилки.
Изобретение также относится к часовому механизму 100, включающему по меньшей мере один такой спусковой механизм 10.
Изобретение также относится к часам 200, в частности, часам, включающим по меньшей мере один такой часовой механизм 100 и/или включающим по меньшей мере один такой спусковой механизм 10.
Изобретение может применяться для часов различных размеров, в частности для наручных часов. Оно является предпочтительным для неподвижных устройств, таких как настенные часы, напольные часы, часы Морбье и тому подобные часы. Впечатляющий и инновационный характер работы механизма по изобретению обеспечивает дополнительные новые преимущества при демонстрации механизма и является привлекательным для пользователя или наблюдателя.
На фигурах показан конкретный и неограничивающий вариант осуществления изобретения, где стопор 30 выполнен в виде анкерной вилкой, также фигуры иллюстрируют как изобретение позволяет заменить обычный механический контакта анкерной вилкой со спусковым колесом бесконтактным взаимодействием магнитной или электростатической природы.
Предложено два возможных варианта осуществления изобретения: первый вариант с одним полюсным наконечником и второй вариант - с несколькими полюсными наконечниками.
На фиг. 1-3 показан первый вариант осуществления изобретения, в котором используется магнитное взаимодействие.
На фиг. 1 схематический показан спусковой механизм 10 с магнитным стопором 30, в котором стопор 30 выполнен в виде анкерной вилки. Регулирующее устройство включает в себя резонатор 20 с подпружиненным балансом 2, магнитную анкерную вилку 30, и спусковой колесный узел 40, сформированный намагниченным спусковым колесом 400. Магнит 3 анкерной вилки взаимодействует, создавая отталкивание, с концентрическими намагниченными вспомогательными дорожками 43INT и 43ЕХТ спускового колесного узла 40.
Символы «--», «-», «+» и «++», указанные на вспомогательных дорожках 43, отображают интенсивность намагничивания, увеличивающегося от -- до ++: магнит 3 анкерной вилки 30 слабо отталкивается областью -, но сильно отталкивается областью ++.
В представленной на фиг. 1 блок-схеме сила взаимодействия между стопором 30 и спусковым колесным узлом 40 возникает за счет взаимодействия между полюсным наконечником 3, а более конкретно, магнитом, размещенным на анкерной вилке 30, и намагниченной структурой, размещенной на спусковом колесном узле 40. Эта намагниченная структура составлена из двух вспомогательных дорожек 43 (внутренней дорожки 43INT и внешней дорожки 43ЕХТ), интенсивность намагничивания которых меняется в зависимости от углового положения и создает магнитный потенциал взаимодействия, показанный на фиг. 2. Вдоль каждой из вспомогательных дорожек 43, как показано на фиг. 3, имеется последовательность наклонных участков 45 и потенциальных барьеров 46. Действие наклонных участков 45 состоит в том, чтобы забирать энергию от спускового колесного узла 40, а эффект от барьеров 46 заключается в том, чтобы блокировать продвижение колесного узла 40. Энергия, полученная наклонным участком 45, затем возвращается на резонатор 20 с подпружиненным балансом, когда анкерная вилка 30 отклоняется от одного положения в другое.
На фиг. 2 показана схема потенциальной энергии магнитного взаимодействия, в которой участвует магнит 3 анкерной вилки 30 в зависимости от положения вилки на спусковом колесном узле 40. Пунктиром показана траектория базовой точки M магнита 3 анкерной вилки 30 при работе.
На фиг. 3 показана схема изменения потенциальной энергии вдоль намагниченных вспомогательных дорожек 43 колесного узла 40. Когда полюсной наконечник 3 анкерной вилки проходит из точки Р1 в точку Р2 на внутренней вспомогательной дорожке 43ΓΝΤ, система забирает энергию от спускового колесного узла 40 и сохраняет ее в форме потенциальной энергии. Система затем останавливается в точке Р2 за счет совместного воздействия потенциального барьера 46 и трения колесного узла 40. Наконец, когда анкерная вилка 30 отклоняется под действием подпружиненного баланса 2, воздействующего на одном из концов анкерной вилки 30, сохраненная ранее энергия возвращается подпружиненному балансу 2 резонатора 20 в момент, когда система проходит от точки Р2 в точку Р3, что соответствует смене дорожки и перемещению полюсного наконечника 3 в точке Р3 на внешнюю вспомогательную дорожку 43ЕХТ. Затем тот же самый цикл начинается снова на другой вспомогательной дорожке 43ЕХТ с прохождением от точки Р3 до точки Р4 и от точки Р4 до точки Р5 с возвращением к точке Р5, расположенной на внутренней дорожке 43INT.
В приведенном примере по первому варианту, форма магнитного взаимодействия такова, что:
- потенциал наклонного участка 45 рассчитан таким образом, что энергия, передаваемая резонатору 20 с подпружиненным балансом, достаточна для поддержания его движения;
- высота потенциального барьера 46 достаточна для блокировки системы.
Трение колесного узла 40 позволяет остановить систему у основания потенциального барьера 46.
Для предотвращения повреждения анкерной вилки в случае ударных нагрузок, предпочтительным является установка механических стопорных элементов сразу после каждого магнитного потенциального барьера 46 (механические стопорные элементы не показаны на фиг. 1, чтобы не перегружать ее). При нормальной работе магнитная анкерная вилка 30 никогда не касается механических стопорных элементов. Однако, в случае ударного воздействия достаточно большой величины, достаточной для пересечения потенциального барьера 46, механические стопорные элементы могут обеспечить блокировку системы для избегания пропуска шага.
В указанном варианте количество энергии, переданной резонатору 20 с подпружиненным балансом, является всегда фактически тем же самым, при условии, что потенциальный барьер 46 имеет значительно большую крутизну, чем участки 45 постепенного увеличения энергии. Это условие легко достижимо на практике.
Отклонение анкерной вилки 30 происходит отделено от перемещения спускового колесного узла 40. Более конкретно, когда анкерная вилка 30 осуществляет перемещение, обеспечивается возврат потенциальной энергии подпружиненному балансу 2 резонатора 20, даже если спусковой колесный узел 40 остается неподвижным. Таким образом, частота импульсов не ограничена инерцией спускового колесного узла 40.
Возможно несколько решений для создания потенциала, предложенного на фиг. 1. Намагниченная структура, помещенная на спусковом колесе без наложения ограничений, может быть выполнена при помощи:
- намагниченного слоя переменной толщины;
- намагниченного слоя постоянной толщины, но имеющего переменное намагничивание;
- поверхности с переменной плотностью микромагнетиков;
- ферромагнитного слоя переменной толщины (при этом сила всегда является силой притяжения);
- ферромагнитного слоя переменного профиля и/или формы (полученного штамповкой, или резанием);
- ферромагнитного слоя, в котором поверхностная плотность отверстий является переменной.
При этом возможны комбинаций указанных вариантов.
Второй вариант осуществления изобретения проиллюстрирован на фиг. 4-10. Данный второй вариант осуществления функционирует так же, как и первый вариант осуществления изобретения. Основные отличия заключаются в следующем:
- на спусковом колесном узле 40 имеется единственная намагниченная дорожка 50, включающая последовательность магнитов 49, но анкерная вилка 30 содержит две намагниченные структуры 3А, 3В, обеспечивающие воспроизведение такого же потенциального взаимодействия с чередованием наклонных участков и барьеров, как и в представленном на фиг. 2 и 3 первом варианте осуществления;
- магниты 49 спускового колеса 400 зажаты между магнитами 31 и 32 анкерной вилки 30, таким образом, что осевые силы отталкивания взаимно компенсируются. Таким образом, в плоскости спускового колесного узла 40 остается только компонент силы, способствующей работе спускового механизма.
Предпочтительно, полюсной наконечник 3 расположен не точно над дорожкой 50 (или 43 в зависимости от обстоятельств), а немного смещен в поперечном направлении DT относительно оси рассматриваемой дорожки, таким образом, чтобы взаимодействие между колесным узлом 40 и полюсным наконечником 3 постоянно вызывало создание небольшого поперечного компонента силы, который удерживает стопор 30 в требуемом положении. Величина смещения подбирается таким образом, чтобы создаваемое усилие устойчиво удерживало полюсной наконечник 3 в каждом из крайних положений в первой и второй половине хода.
На фиг. 4 показано регулирующее устройство, образованное резонатором 20 с подпружиненным балансом 2, магнитной анкерной вилкой 30 и намагниченным спусковым колесом 40. Спусковой колесный узел 40 снабжен дорожкой из магнитов 49 с переменной интенсивностью магнитного поля, которая взаимодействует с двумя магнитами 31 и 32 анкерной вилки 30. На фиг. 4 показано размещение магнитов 49 в порядке увеличения намагниченности (а более конкретно, в порядке увеличения размеров) для формирования наклонного участка 45 (от Р11 до Ρ18) перед остановкой на барьерах 46 сформированных, например, несколькими магнитами Р20.
Большая доля тяги обеспечивается за счет точного подбора поперечного положения полюсного наконечника 3 относительно дорожки 50, с которой он взаимодействует. Более конкретно, когда стопор 30 размещен в конце первой половины хода (PDC) или в конце второй половины хода (DDC), поперечное положение полюсного наконечника 3, который взаимодействует с дорожкой 50 подбирается (за счет небольшого поперечного смещения) таким образом, чтобы полюсной наконечник подвергался воздействию поперечного усилия или тягового усилия, которое достаточно велико для устойчивого удержания полюсного наконечника 3 в конечном положении. В момент, когда резонатор 20 вызывает отклонение стопора 30, ему требуется преодолеть данное тяговое усилие перед тем, как магнитная или электростатическая сила начнет приводить стопор 30 после отклонения и, таким образом передавать накопленную потенциальную энергию резонатору 20. Тяговый эффект, получаемый за счет поперечного смещения на 2 мм, показан на фиг. 28 для конкретного варианта осуществления изобретения, проиллюстрированного на фиг. 26 и 27.
Понятно, что в спусковом механизме по изобретению резонатор 20, а более конкретно, баланс 2, сообщает начальный импульс стопору 30. Однако, сразу после преодоления тягового усилия вступают в действие силы магнитной или электростатической природы и выполняют свою функцию перемещения полюсного наконечника 3 в поперечном направлении DT в новое положение.
По меньшей мере один магнит 48 смещен назад (в данном случае размещенный на большем радиусе) относительно центра наклонного участка 45 вдоль заданного радиуса и обеспечивает увеличение тягового эффекта непосредственно перед барьером 46. Эффект от наклонных участков 45 и барьеров 46 аналогичен эффекту по первому варианту осуществления изобретения, а относительное распределение аналогично показанному на фиг. 2.
На фиг. 5 показан подробный вид расположения магнитов 31 и 32 на анкерной вилке относительно магнитов 49 спускового колесного узла 40.
На фиг. 26 показан вариант осуществления аналогичный показанному на фиг. 4, но включающий два концентрических ряда магнитов с увеличивающейся степенью намагниченности, причем магниты на внутренней дорожке имеют полярность, направленную вверх, а на магниты на внешней дорожке имеют полярность направленную вниз. Полюсные наконечники 3 имеют противоположные конфигурации: верхний внутренний полюсной наконечник 3SINT поляризован вниз, верхний внешний полюсной наконечник 3SEXT поляризован вверх, нижний внутренний полюсной наконечник 3ΙIΝΤ поляризован вниз, и внешний нижний полюсной наконечник 3IEXT поляризован вверх. На фиг. 27 показана схема ориентации линий поля в поперечном сечении, соответствующем данному варианту осуществления, в котором линии поля по существу нормальны к плоскости РР колеса 40 в магнитах и по существу параллельны этой плоскости в каждом полюсном зазоре 5. В результате потенциал, показанный на фиг. 28, имеет чередующиеся наклонные участки и барьеры.
Во втором варианте осуществления анкерная вилка 30 выполнена с возможностью ее отклонения. В конкретный момент времени напротив поверхности 4 магнитов 49 спускового колесного узла 40 находится не более одного полюсного наконечника 3А или 3В.
На фиг. 6 показан способ увеличения концентрации поля в полюсном зазоре 5 в примере с магнитным полем:
- по варианту А показаны магниты противоположных полярностей, размещенные один за другим на каждой стороне полюсного зазора 5 и локально взаимодействующие только с полярностями, которые расположены напротив друг друга;
- по варианту В показана увеличенная эффективность по меньшей мере одного магнита, в данном случае верхнего магнита, за счет по меньшей мере одного магнита, помещенного в поперечном направление DT в его поле;
- по варианту С показаны два полюсных зазора по обе стороны от магнита (что также показано на фиг. 5), ограниченные с обеих сторон двумя магнитными узлами в соответствии с примером В, приведенном выше;
- по варианту D поле проходит через ферромагнетик или намагниченный соединительный стержень, который соединяет поперечные магниты с сохранением неразрывности направления их намагничивания.
В этом же примере, использующем только магниты, могут быть предусмотрены несколько способов создания магнитного взаимодействия между стопором 30 (в частности, анкерной вилкой) и спусковым колесным узлом 40 (в частности, спусковым колесом). Четыре возможных неограничивающих конфигурации представлены на фиг. 7-10. Конфигурации на фиг. 9 и 10 обладают преимуществом, заключающимся в более хорошей локализации линий магнитного поля, что важно для уменьшения чувствительности системы к внешним магнитным полям.
В соответствии с фиг. 7 намагниченная структура переменной толщины или степени намагниченности, расположенная на спусковом колесе, взаимодействует с магнитным полем, созданным магнитной цепью, являющейся частью анкерной вилки. Взаимодействие может быть как отталкивающим, так и притягивающим.
На фиг. 8 ферромагнитная структура переменной толщины (или имеющая переменный полюсной зазор) взаимодействует с магнитным полем, созданным магнитной цепью, являющейся частью анкерной вилки.
На фиг. 9 показаны две намагниченных структуры переменной толщины или плотности магнитного поля, расположенные с двух сторон спускового колеса, взаимодействующие с магнитным полем, созданным магнитом, являющимся частью анкерной вилки, или с магнитной цепью без источника поля, являющейся частью анкерной вилки. Взаимодействие может быть как отталкивающим, так и притягивающим.
На фиг. 10 показаны две ферромагнитные структуры переменной толщины (или имеющие переменный полюсной зазор), расположенные с двух сторон спускового колеса, которые взаимодействуют с магнитом полем, созданным магнитом или магнитной цепью с источником поля, являющейся частью анкерной вилки.
На противоположной стороне полюсного наконечника 3 или полюсных наконечников 3, если стопор включает в себя несколько наконечников, стопор 30, в частности, анкерная вилка, содержит средства взаимодействия с резонатором 20 (в частности с подпружиненным балансом 2), которые взаимодействуют с резонатором и вызывают поперечное перемещение полюсного наконечника 3. Указанные средства могут использовать известным способом механическое взаимодействие вилки или анкерного рычага с импульсным штифтом. Также можно распространить соответствующее изобретению магнитное или электростатическое взаимодействие между стопором и спусковым колесным узлом на взаимодействие между резонатором и стопором, что позволит снизить трение при дальнейшем использовании. Дополнительным преимуществом устранения импульсного штифта является возможность работы системы в угловом диапазоне более 360°, например по спиральной дорожке.
Полюсной наконечник 3 может быть симметричным в поперечном направлении.
При осуществления изобретения по второму варианту, показанному на фиг. 4, удовлетворительные результаты получены при следующих значениях:
-5
2
- момент инерции спускового колеса: 2⋅10 кг⋅м;
-2
- приводной момент: 1⋅10 Н⋅м;
-4
2
- момент инерции баланса: 2⋅10 кг⋅м;
-4
- упругая постоянная пружины баланса: 7⋅10 Нм;
- частота резонатора: 0,3 Гц;
- добротность резонатора: 20;
-3
- высота энергетического наклонного участка: 2⋅10 Дж;
-3
- высота энергетического барьера: 8⋅10 Дж;
- магниты: полюсные наконечники на анкерной вилке сформированы из четырех прямоугольных магнитов из сплава NdFeB (неодим-железо-бор) с размерами 5×5×2,5 мм; дорожка сформирована из наклонных участков и барьеров, как изложено ниже; наклонные участки поля создаются цилиндрическими магнитами из сплава NdFeB диаметром 1,5 мм и высотой в диапазоне 0-4 мм; каждый барьер сформирован из четырех цилиндрических магнитов из сплава NdFeB диаметром 2 мм и высотой 4 мм.
В заключение можно отметить, что потенциал магнитного и/или электростатического взаимодействия, создаваемый чередующимся наклонными участками и барьерами, обеспечивает поведение, которое максимально близко к поведению традиционного швейцарского свободного спускового механизма. Оптимизация формы градиентов потенциала позволяет повысить эффективность спускового механизма.
Замена механического контакта бесконтактным взаимодействием магнитной или электростатической природы обеспечивает несколько преимуществ, заключающихся в исключении трения, снижении износа и повышении ресурса, а также в повышении эффективности спускового механизма и, следовательно, в повышении запаса энергии.
Также преимущество заключается в подборе перехода между потенциалами наклонных участков и барьеров для получения конкретной требуемой зависимости между приводным моментом и энергией, передаваемой резонатору. В частности, при каждом колебании можно передать осциллятору почти постоянную и независящую от крутящего момента часть энергии.
Также при разделении отклонения стопора от перемещения спускового колесного узла обеспечивается независимость частоты импульсов от инерции спускового колесного узла.