设有磁齿轮的时计机构的制作方法

本发明涉及由彼此磁啮合的第一轮和第二轮形成的磁齿轮的领域。具体地，本发明涉及结合有此类磁齿轮的机构，尤其是时计机构。本发明还涉及包括此类机构的时计。此类时计可以尤其是手表。

背景技术：

1、磁齿轮是已知设备，其可用于在两个部分之间传递机械扭矩而在这些部分之间没有任何直接接触，并且因此不会导致其间的磨损或摩擦。此类齿轮提供以下益处：

2、- 由于在部分的齿上没有机械磨损，因此不需要油或润滑剂；

3、- 带齿部分可相互作用并且传递扭矩和机械能，即使它们是密封地分离的；以及

4、- 带齿部分可用于限制最大扭矩，并且从而可有助于避免损坏，例如在发生机械冲击时。

5、此类磁齿轮通常包括彼此磁啮合的两个轮。第一轮设有第一永磁极，其通常交替并且布置成圆形并且限定第一磁齿系。例如，这些第一磁极由具有径向且优选交替磁化的双极磁体限定。第二轮设有由软铁磁材料制成的齿或第二磁极，其例如由也具有交替极性的双极磁体限定，这些齿或第二磁极布置成圆形并且限定第二磁齿系。第一轮和第二轮通常位于相同总体平面内，尽管当它们都由永磁化磁极形成时，叠加齿系是可能的。第一轮和第二轮的齿系之间的磁耦合意味着当这些第一轮和第二轮中的一者被驱动以使得其旋转时，另一轮也被驱动以使得其旋转。因此在磁齿轮中传输机械扭矩，这总体上对应于齿轮的功能。

6、然而，这种类型的磁齿轮的一个缺点是可在两个轮之间传递的最大机械扭矩（没有齿轮的打滑或滑动）由各种因素限制。因此需要具有较高的最大可传递机械扭矩的磁齿轮。

7、为此目的，一种直观解决方案包括使用具有较大齿径的轮以及使两个轮之间的距离最小化。然而，旨在在两个轮的齿之间发生的磁相互作用阻止了在两个轮中的任一者的相邻齿之间提供足够窄的间距的任何可能性。使两个齿系彼此之间的距离非常短而不进行接触会在公差方面造成真正问题。在本发明的范围内，已经识别了与磁齿轮相关的两个主要问题。第一主要问题源于定位扭矩（寄生磁扭矩）周期性地施加在旋转驱动轮上的事实。术语“磁扭矩”被理解为表示磁力偶。要克服的定位扭矩是源于以下事实的现象：当两个轮具有对准的两个相应齿时，磁齿轮中存在最小能量。定位扭矩进行操作以使两个轮处于具有最小能量的位置。在操作中，它因此周期性地反对驱动轮的旋转。该寄生磁扭矩可能很高，可能与可在磁齿轮的两个轮之间传输的机械扭矩一样高（或甚至高于该机械扭矩）。为了克服这种破坏性扭矩，驱动两个轮中的一者的马达设备必须能够提供比磁齿轮中传输的机械力偶大得多的力偶，这会不必要地增加该马达的功耗。在任何情况下，以及假设第一轮是驱动轮并且第二轮由第一轮驱动，可传递机械扭矩可能不会由轮之间的磁相互作用限制，但由源自第一轮的最小机械扭矩限制。在这里考虑的典型磁齿轮中，将由第一轮提供的机械扭矩必须等于最大定位扭矩（寄生磁扭矩）加上将在磁齿轮中/通过磁齿轮传输的机械扭矩。

8、由本发明主要解决的第二重要问题是，在上述典型磁齿轮中可传递的最大机械扭矩由在磁齿轮运行时在其中发生的磁扭矩调制限制。更具体地，当两个轮旋转时，其两个相应磁齿系交替地从第一情况经过到第二情况，在该第一情况中这两个磁齿系中的一者的磁齿沿着穿过两个轮的中心的轴线对准，在该第二情况中该磁齿系的两个相邻磁齿相对于穿过两个轮的中心的该轴线处于对称角位置。在第一情况和第二情况之间，观察到由驱动轮施加在从动轮上的磁扭矩减少，并且因此观察到可在齿轮中传递的最大机械扭矩的变化。因此，齿轮中传输的最大机械扭矩由在两个轮旋转时在其间的最小磁扭矩限制。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是通过提供一种机构（尤其是时计机构）来克服上述现有技术的缺点，该机构包括易于制造和安装（尤其关于磁齿系的制造和相对定位容差方面）在机构中的磁齿轮，并且其使得可以增加可在齿轮中传递的最大机械扭矩（在此齿轮中，一个轮不会相对于另一个打滑）。

2、为此目的，本发明涉及一种机构，尤其是时计机构，其包括磁齿轮，该磁齿轮包括第一轮和第二轮。所述第一轮设有第一永磁极，所述第一永磁极布置成形成第一磁齿系的磁化齿，具有交替极性的第一磁通量分别从第一磁齿系的磁化齿出现，所述第二轮设有由软铁磁材料制成的齿，所述齿限定第二磁齿系，所述第一轮和所述第二轮布置成使得所述第一磁齿系具有由所述第一磁通量生成的与所述第二磁齿系的第一磁耦合，所述第一磁通量以磁吸引的形式暂时极化所述第二磁齿系的如下齿：这些齿暂时位于与所述第一磁齿系的第一磁耦合区域中，并且因此来自所述第一磁通量中的第一磁通量分别穿过这些齿，使得所述第一轮和所述第二轮彼此磁啮合，所述磁齿轮限定从所述第二轮的所述旋转轴线开始并截断（intercepter）所述第一轮的所述旋转轴线的第一基准半轴线。根据本发明，所述磁齿轮还包括第三轮，所述第三轮设有第二永磁极，所述第二永磁极布置成形成第三磁齿系的磁化齿，具有交替极性的第二磁通量分别从第三磁齿系的磁化齿出现。所述第三轮和所述第二轮布置成使得所述第三磁齿系具有由所述第二磁通量生成的与所述第二磁齿系的第二磁耦合，所述第二磁通量以磁吸引的形式暂时极化所述第二磁齿系的如下齿：这些齿暂时位于与所述第三磁齿系的第二磁耦合区域中，并且因此来自所述第二磁通量中的第二磁通量分别穿过这些齿，使得所述第二轮和所述第三轮彼此磁啮合，所述磁齿轮限定从所述第二轮的所述旋转轴线开始并截断所述第三轮的所述旋转轴线的第二基准半轴线。所述第一基准半轴线和所述第二基准半轴线之间具有给定角φ。所述第一轮的所述第一永磁极（因此磁化齿/磁齿系）具有相对于所述第一基准半轴线的第一相位，并且所述第三轮的所述第二永磁极（因此磁化齿/磁齿系）具有相对于所述第二基准半轴线的第二相位。所述磁齿轮布置成使得限定为所述第一相位和第二相位之间的差值的所述第一轮和所述第三轮之间的相移始终为恒定的。所述角φ和所述相移被选择，以便基本上确定能够在所述磁齿轮中无打滑地传递（即在所述第二轮与所述第一轮和所述第三轮之间不发生打滑的情况下）的最大机械扭矩的值。

3、第一轮和第三轮的相应的相位，即第一永磁极和第二永磁极的（即第一磁齿系和第三磁齿系的相应的磁化齿的）相位在给定时刻由这些永磁极中的一者（这些磁化齿中的一者）相对于第一半轴线和第二半轴线的角度限定，以第一磁齿系和第三磁齿系的角周期为模（即该磁齿系的两个相邻磁化齿之间的角距离），整体除以该角周期并乘以360°。相移由两个相位的差值给出。应当注意，相移β等于相移β‒360°。因此，其值取决于所考虑的两个相位的瞬时值从β到β‒360°在任一方向上改变的相移保持恒定相移（例如，等于90°的相移和等于‒270°的相移限定一个且相同的相移，使得其值在这两个值之间变化的相移是恒定相移）。

4、通常，在磁齿轮中提供配备有永磁极并磁耦合到第二轮的第三轮会允许通过为此目的充分选择所述角φ和所述相移而选择可在齿轮中无打滑地传递的最大机械扭矩。具体地，第三轮允许可在磁齿轮中无打滑地（换句话说，在为该齿轮提供的运动学连接中，即在第二轮与第一轮和第三轮之间的磁啮合中没有脱离）传递的最大机械扭矩针对给定马达扭矩增加。这种优势源于以下事实：磁齿轮中的最大总磁扭矩基于第一轮和第三轮之间的角偏移α以及基于第一轮和第三轮之间的所述相移显著变化。角偏移α被限定为等于上述角φ，其以第二轮的磁齿系的周期p2为模。此外，具有两个轮（该两个轮具有彼此磁耦合的磁化齿，该磁化齿具有由铁磁材料制成的齿）的这种磁齿轮提供了更大的机械扭矩以保持所有轮静止，而不管磁齿轮的轮在静止时的角位置如何。这在动态、有限惯性机构的情况下特别有利。

5、优选地，选择第一轮和第三轮之间的角φ和相移，得磁齿轮中的最大可传递机械扭矩（即没有一个轮在另一轮上打滑）是可由仅包括第一轮和第二轮的另一个磁齿轮传递的对应最大机械扭矩的两倍以上。更具体地，针对最大可传递机械扭矩，第一轮和第三轮中的每一者由该轮和第二轮之间的磁扭矩的最小值限制，该磁扭矩基于这两个轮中的任一者的角位置，该最小值确定可从一个轮传递到另一轮的机械扭矩的最大值。然而，当第一轮和第三轮具有充分选择的角偏移和相移时，在两个相应磁扭矩的两个最小值之间看到偏移，使得加在一起的两个磁转矩的最小值（总磁转矩）可以是两个磁扭矩中的仅一者的最小值的两倍以上。这个属性是显著的。

6、在有利的另选方案中，第一磁齿系和第三磁齿系各自包括相同数量n1的齿，并且第一轮和第三轮以这样的方式相对于第二轮的旋转轴线成角度定位，使得所述角φ满足数学关系式：

7、

8、其中n2是所述第二磁齿系（10）中的齿的数量并且n是小于n2的正整数。角φ(n)的该值范围在齿轮的最大可传递机械扭矩方面获得了良好结果（对于分别与值范围的值相关联的第一轮和第三轮的永磁极之间的相移的某些范围）。

9、优选地，所述角φ(n)的值被选择为基本上等于

10、

11、角φ(n)的最佳值在齿轮的最大可传递机械扭矩方面获得最佳结果（对于有关下文限定的最佳相移的第一轮和第三轮的永磁极之间的相移的某些范围）。通常，对于第一轮和第三轮的永磁极之间的相移的某些值，角φ(n)的最佳值可给出最大可传递机械扭矩，该最大可传递机械扭矩是仅包括第一轮和第二轮的另一个齿轮所提供的最大可传递机械扭矩的两倍以上。

12、在另一个有利的另选方案中，所述第一磁齿系和所述第三磁齿系各自还包括相同数量n1的齿，分别属于这些第一磁齿系和第三磁齿系的两个特定齿相对于所述相应的第一半轴线和第二半轴线并且始终具有给定的恒定角差值ψ。所述第一轮和所述第三轮相对于所述相应的第一半轴线和第二半轴线成角度地定位，使得角差值ψ满足所述数学关系式。

13、

14、其中m是小于n1的正整数，其取决于两个特定齿，即被选择用来测量角差值的齿。角差值ψ(m)的该值范围在齿轮的最大可传递机械扭矩方面获得了良好结果（对于分别与值范围的值相关联的第一轮和第三轮之间的角偏移的某些范围）。

15、优选地，所述角差值ψ(m)的值被选择为基本上等于

16、

17、角差值ψ(m)的最佳值在齿轮的最大可传递机械扭矩方面获得最佳结果（对于有关对应于所有n的最佳角φ(n)的第一轮和第三轮之间的角偏移的特定范围）。通常，对于第一轮和第三轮的角偏移的某些值，ψ(m)的此最佳值可给出最大可传递机械扭矩，该最大可传递机械扭矩是仅包括第一轮和第二轮的另一个齿轮所提供的最大可传递机械扭矩的两倍以上。角相移被限定为角差值ψ(m)，以第一齿系的周期（等于第三个齿系的周期）为模。因此，角相移δ对于所有m都是相同的。类似地，上文提到的角偏移α对于所有n都是相同的。对应于所有n的最佳角φ(n)的优选/最佳角偏移α以及对应于所有m的优选/最佳角差异ψ(m)的优选/最佳角相移δ的组合在最大可传递机械扭矩方面给出最佳结果。

18、根据本发明的一个示例性实施例，所述第一轮和所述第三轮基本上设置在所述第二轮的任一侧上，因此所述第二轮基本上布置在所述第一轮和所述第三轮之间。这平衡了作用在第二轮上的磁径向力。

19、在有利的另选方案中，第一轮和第三轮是驱动轮并且第二轮被驱动。

20、根据本发明的一个示例性实施例，所述第一齿系和所述第三齿系的相应的所述磁化齿布置成使得所述第一磁通量和所述第二磁通量分别从这些磁化齿在主方向上出现，所述主方向相对于所述第一轮和所述第三轮的相应的所述旋转轴线为径向的。

21、根据第一具体实施例，机构还包括两个马达，优选地两个lavet马达，该两个马达中的每一者的转子运动学地连接到第一轮和第三轮中的相应轮以便驱动所述相应轮以使得其旋转，该两个马达被配置为至少部分同时驱动第一轮和第三轮。

22、根据第二具体实施例，机构还包括一个马达，优选地lavet马达，其转子运动学地连接到第一轮和第三轮以便驱动这些轮以使得它们旋转，第一轮和第三轮被机械地耦合，尤其是经由齿轮系。

23、有利地，第一轮和第三轮具有相同的直径并且各自具有带相同数量的齿的齿系，并且这两个轮之间的距离大于其直径的四倍，优选地大于其直径的八倍。这实际上消除了第一轮和第三轮之间的任何寄生磁相互作用。

24、优选地，所述第一轮和所述第三轮分别具有由铁磁材料制成的中心部分，在其外围上，其所述第一永磁极和其所述第二永磁极分别与一样多的互补磁极成对布置，从而形成双极磁体，所述双极磁体具有径向磁化并且分别限定所述第一磁齿系和所述第三磁齿系的相应的所述磁化齿。这使得相邻双极磁体之间的磁场线能够经由第一轮和第三轮的相应的中心部分有效地闭合。

25、有利地，所述第二轮包括轮缘，所述轮缘形成所述第二磁齿系的连续圆形基部，所述连续圆形基部从该轮缘出现，并且所述连续圆形基部由软铁磁材料制成以便为穿过所述第二齿系的所述第一磁通量和所述第二磁通量的磁路形成闭合件。

26、根据本发明的一个具体示例性实施例，第一轮、第二轮和第三轮共面。根据本发明的另一个具体示例性实施例，第一轮、第二轮和第三轮可在不同的平面中延伸。

27、有利地，针对所述第一轮和所述第三轮中的每一者，所述机构还包括软铁磁元件或成组的软铁磁元件，其相对于该轮布置以生成磁补偿扭矩以补偿、至少大部分地补偿磁定位扭矩，所述第一轮和所述第三轮中的每一者单独地经受所述磁定位扭矩并且所述磁定位扭矩由该轮与所述第二轮的所述第二磁齿系的所述磁耦合产生。上述磁性定位扭矩具有基于相关的轮相对于所述基准半轴线的所述角位置的周期性强度变化，所述基准半轴线从所述第二轮的所述旋转轴线开始并且截断该轮的所述旋转轴线。所述铁磁元件或成组的铁磁元件有利地布置成生成磁补偿扭矩，所述磁补偿扭矩也具有基于所述相关的轮相对于与该轮相关联的所述基准半轴线的所述角位置的周期性强度变化，所述磁补偿扭矩和所述单独磁定位扭矩优选地具有180°的相移。

28、如此配置的软铁磁元件或成组的软铁磁元件的存在实际上在很大程度上克服了关于第一轮和第三轮中的每一者所经受的磁定位力偶的问题，这是通过消除该寄生扭矩的大部分并且从而最小化第二轮以及第一轮和第三轮共同经受的整体定位扭矩。更具体地说，对于第一轮和第三轮中的每一者，当它们是磁齿轮中的驱动轮时，磁耦合的变化导致由马达设备提供的机械扭矩的变化。此类铁磁元件或这样的成组的铁磁元件的存在因此允许减小第一轮和第三轮中的每一者的这种变化的幅度，而不会对磁齿轮中的磁耦合产生任何明显的影响。换句话说，“平滑”要提供给第一轮和第三轮的机械扭矩几乎不会改变第二轮与第一轮和第三轮之间的磁耦合的变化，这种变化取决于第二齿系相对于第一轮和第三轮的相应的磁极的角位置，根据本发明，磁齿轮的布置显著补偿最后变化。

29、应当注意，由于在这些第一轮和第三轮之间提供的角偏移α和相移（其已在上文中描述），根据本发明的磁齿轮还允许通过第一轮和第三轮的布置显著减小总定位扭矩。更具体地，关于角偏移α和相移的有利另选方案的布置，更具体地说，针对这两个参数识别的最佳值，导致第二轮经受分别由第一轮和第三轮生成的异相的两个磁定位扭矩，使得第二轮所经受的总定位扭矩远低于现有技术的情况，即没有第三轮。具体地，在第一轮和第三轮彼此成一体以使得它们一起旋转的情况下，该组两个轮也作为整体经受较低定位扭矩，因此其基本上等于施加在第二轮上的整体定位扭矩。由此可见，根据本发明的磁齿轮有效解决了技术背景中描述的现有技术实施例中识别的两个主要问题，使得该磁齿轮能够通过较低马达扭矩以稳定和安全的方式传输较大机械扭矩。

30、本发明进一步涉及时计，尤其是手表，其包括本发明的机构。