用于使有齿的轮旋转的装置
技术领域
本发明涉及借助于线性压电电机来使有齿的轮旋转的装置的技术领域。
背景技术
线性压电电机通常包括无源/被动元件和致动器，该致动器允许通过使用压电效应来线性地移动无源元件。参考图1，特别是已知线性压电电机10，其无源元件是细长元件20(例如具有矩形横截面的杆)，并且压电致动器包括由在连接区33处彼此连接的一对臂部31、32形成的谐振器30，所述一对臂部基本上呈音叉形或U形。致动器还包括两个压电元件(未示出)，每个压电元件都附接到臂部31、32中的一个臂部上，并且起到用于激励臂部以便对它们施加振动的装置的作用。另一方面，无源元件20基本上平行于谐振器30的臂部31、32延伸，其轴向引导由位于距谐振器一定距离处的引导装置50提供。无源元件20还与谐振器30的臂部31、32的自由端310、320如此局部接触，使得无源元件20通过臂部31、32的自由端310、320在接触区域上的摩擦而被轴向移动。
在减小压电电机的占地面积很重要的用途中，特别是在钟表领域中，谐振器30的臂部31、32必须具有小的长度，这限制了无源元件20的最大线性行程。无源元件20在连接区33的方向上的轴向平移受到用作止动件的所述连接区33的存在限制，并且其在另一方向上的轴向移动受到臂部31、32的长度限制。在某些情况下，这种有限的行程是有问题的，特别是在无源元件20例如经由齿条系统70与轮60啮合的情况下，因为轮60的旋转因此受到限制。例如，如果无源元件20的行程被限制为大约1毫米，则轮60的直径必须至多约为0.3毫米，以便所述轮60能够在行进期间执行完整的旋转。这个尺寸太小，以至于技术上不可行。
发明内容
本发明的目的是允许轮完全旋转而不增大无源元件的最大线性行程。
为此，根据第一方面，本发明涉及一种用于使有齿的轮旋转的旋转装置，其包括：
-线性压电电机，该线性压电电机包括：
·具有细长形状的无源元件，
·压电致动器，其能够以双向方式轴向移动无源元件，
–紧固到无源元件的刚性连接的传动构件，传动构件与轮的齿部啮合，以便当无源元件沿第一移动方向轴向移动时，使所述轮沿第一旋转方向旋转一个齿，
–能在两个终端位置之间移动的制轮爪，所述两个终端位置包括下降位置，在该下降位置，所述制轮爪阻止轮沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向旋转。
在经由压电致动器执行的无源元件沿第一移动方向的每次线性运动时，轮经由传动构件沿第一旋转方向旋转一个齿。在经由压电致动器执行的无源元件沿与第一移动方向相反的第二移动方向的每次线性运动时，轮通过降低的制轮爪保持固定不动。因此，轮可以经由无源元件的重复的往复运动沿第一旋转方向进行完整的旋转。
在本发明的第一实施例中，旋转装置包括复位装置，当在轮沿第一旋转方向旋转的作用下制轮爪偏离其降低位置时，该复位装置趋于使制轮爪返回到降低位置。复位装置例如是弹性装置，当使轮沿第一旋转方向旋转时，其允许制轮爪保持抵靠轮的齿部。
该第一实施例特别适用于棘轮。最初，制轮爪抵靠在棘轮的齿部内(它处于降低位置)。当无源元件沿第一移动方向移动时，它经由传动构件使轮沿第一旋转方向旋转一个齿，该传动构件推动与其接触的轮的棘轮。制轮爪在与其接触的轮的棘轮通过的作用下升高，然后在复位装置的作用下，一旦所述棘轮通过就返回到其降低位置。然而，当无源元件沿第二移动方向移动时，通过制轮爪防止轮沿第二旋转方向旋转。因此，经由向前和向后相继移动无源元件，可以执行轮沿第一旋转方向的完整旋转。
在本发明的第二实施例中：
-当无源元件沿与第一移动方向相反的第二移动方向轴向移动时，传动构件与轮的齿部啮合，以便使轮沿第二旋转方向旋转一个齿，
-制轮爪在其降低位置阻止轮沿第一旋转方向旋转。
该第二实施例是有利的，因为它允许选择使轮沿第一旋转方向或因此沿第二旋转方向旋转。然而，轮不能是棘轮：实际上，当制轮爪未处于降低位置且无源元件沿第二移动方向移动时，传动构件必须能够使轮在第二旋转方向旋转一个齿。在经由压电致动器执行的无源元件沿第二移动方向的每次轴向移动时，轮经由传动构件沿第二旋转方向旋转一个齿。在无源元件经由压电致动器沿第一移动方向的每次线性移动时，轮经由降低的制轮爪保持不动。因此，轮可以经由无源元件的重复的往复运动沿第二旋转方向完整旋转。
在第二实施例的特定模式中，旋转装置包括致动装置，其允许将制轮爪从一个终端位置切换到另一个终端位置。该致动装置包括例如第二线性压电致动器，其允许使制轮爪朝向和远离轮移动。
因此，制轮爪的位置被独立地控制：与第一实施例中一样，轮不能从降低位置移除制轮爪。
在一个非限制性实施例中，压电致动器包括谐振器，所述谐振器包括一对臂部，各臂部在其一个端部处在连接区相连接，各臂部的另一端部被称为自由端，无源元件在所述臂部的自由端之间通过，以便通过自由端在其表面上的摩擦而轴向移动。
这种致动器具有小的占地面积，特别是小的厚度，并且易于制造和组装。
在一个实施例中，旋转装置包括用于轴向引导无源元件的引导装置，当无源元件在与阻止轮旋转相结合的无源元件的轴向运动的作用下偏离其初始位置时，该引导装置趋于使无源元件返回到其初始位置。
实际上，当无源元件被倒回——也就是说，在使轮旋转一个齿之后返回到其初始位置——时，它可以在传动构件与传动构件必须推动才能使轮再次旋转的下一个齿之间的接触作用下升高。引导装置允许通过使无源元件返回到其初始排列来防止无源元件被撞出而不对准。
根据第二方面，本发明涉及一种钟表机构，其包括轮和根据上述实施例之一的旋转装置。
在一个实施例中，该钟表机构包括与轮一体旋转的指针。
根据第三方面，本发明涉及一种用于借助于根据上述实施例之一的旋转装置来使有齿的轮旋转的方法，其包括以下连续步骤：
-A：借助于压电致动器使无源元件沿第一移动方向轴向移动，
-B：借助于传动构件使轮沿第一旋转方向旋转一个齿，
-C：将制轮爪置于降低位置，
-D：借助于压电致动器使无源元件沿第二移动方向轴向移动。
在允许使轮旋转多于一个齿的实施例中，步骤A、B、C和D根据需要重复多次。
在本发明的一个特定实施例中，该方法还包括以下连续步骤：
-E：借助于压电致动器使无源元件沿第二移动方向轴向移动，
-F：借助于传动构件使轮沿第二旋转方向旋转一个齿，
-G：将制轮爪置于降低位置，
-H：借助于压电致动器使无源元件沿第一移动方向轴向移动。
该方法可以进一步包括以下在步骤H之后进行的步骤：重复步骤E、F、G和H。
附图说明
根据以下参考附图出于告知目的而绝非加以限制而给出的描述，其它细节和优点将显而易见，在附图中：
-已经描述的图1示意性地示出了根据现有技术的旋转装置，
-图2示意性地示出了根据本发明第一实施例的旋转装置，
-图3示意性地示出了根据本发明第二实施例的旋转装置，
-图4示意性地示出了根据本发明的实施例的用于使轮旋转的方法的步骤的框图。
具体实施方式
图2示出了根据本发明第一实施例的用于使轮61旋转的装置100，图3示出了根据本发明第二实施例的用于使轮62旋转的装置101。在两种情况下，旋转装置100、101包括压电电机。压电电机包括具有细长形状的无源元件20，以及允许利用压电效应来使无源元件20平移(即，线性/轴向移动)的压电致动器。
在所示的实施例中，压电致动器包括压电激励装置(未示出)和谐振器30，该谐振器包括能够振荡的两个臂部31、32。激励装置有利地由两个部分组成，每个部分附接到不同的臂部上。然而，激励装置的其它实施例是可行的，它们可以例如由设置在臂部之间的接合处的单个部分组成。在向激励装置施加适合的电压期间，激励装置变形，并且机械应力传递到臂部31、32，因此臂部31、32开始振荡。通过适当的设计和将激励装置组装在臂部上，可以实现具有所需形状的多维振荡。
臂部31、32在连接区33处连接，并且从所述连接区33基本上彼此平行地延伸。因此，谐振器30具有音叉的整体形状，也就是U形。然而，这种形状不是限制性的。未在连接区33处连接的臂部的端部被称为自由端310、320。臂部31、32的振荡幅度在这些端部310、320处最大。
无源元件20基本上平行于臂部31、32延伸，并在所述臂部31、32的自由端310、320之间通过。因此，谐振器30围绕无源元件20的第一端部区。臂部31、32的自由端310、320的多维振荡允许经由所述端部310、320抵靠无源元件20的摩擦而在无源元件20上施加轴向平移。可以理解，在连接区33的方向上的平移区域33由所述连接区33限制，并且在另一方向上的平移受到臂部31、32的长度的限制。
应注意，压电致动器可以很好地是与上述类型不同的另一类型，重要的是它能够使无源元件20沿一个移动方向和另一移动方向轴向平移。
旋转装置100、101还包括用于轴向引导无源元件20的装置50，其允许在无源元件20的平移期间保持无源元件20的取向。引导装置50布置在距压电致动器一定距离处。这些引导装置例如是轨道。
旋转装置还包括传动构件71、72和制轮爪81、82。传动构件71、72和制轮爪81、82包括凹口，该凹口的形状有利地适合于轮的齿。传动构件71、72紧固到无源元件20的与第一端部区域相对的第二端部区域。传动构件71、72相对于轮设置成当无源元件20在压电致动器的作用下沿移动方向平移时能够使轮沿至少一个旋转方向旋转。制轮爪81、82可在两个终端位置之间移动。在称为降低位置的这些位置之一中，制轮爪81、82楔入轮61、62的两个齿之间。
在图2所示的第一实施例中，轮61是经沿第一旋转方向R1旋转的棘轮。当无源元件20沿第一移动方向T1平移时，仅可以经由传动构件71沿第一旋转方向R1旋转：传动构件71与轮61的棘轮610之一接触然后推动它，从而使轮61旋转一个齿。
在第一实施例中，旋转装置100包括呈弹性元件形式的复位装置91，例如弹簧或叶片，其倾向于将制轮爪81推靠在轮的棘轮上。当轮61沿第一旋转方向R1旋转时，制轮爪81在轮通过时升高，并在复位装置91的作用下以基本上遵循齿形状的方式返回到降低位置。当然，当制轮爪处于降低位置时，棘轮61不能沿与第一旋转方向R1相反的第二旋转方向R2旋转。
因此，在无源元件20沿移动方向T1平移期间，棘轮61旋转一个齿，并且在无源元件20沿与移动方向T1相反的移动方向T2平移期间，棘轮61通过制轮爪81固定不动。通过执行无源元件20的多次往复移动，可以使轮61沿第一旋转方向R1旋转多个齿。因此，无源元件20的小的最大行程就足够了。
参考图4，可以理解，用于借助于上述旋转装置100使轮61旋转的方法包括以下步骤：
-步骤A：借助于压电致动器30使无源元件20沿第一移动方向T1轴向移动，
-步骤B：借助于传动构件71推靠在轮61的齿部610上，使轮61沿第一旋转方向R1旋转一个齿，
-步骤D：借助于压电致动器30，使无源元件20沿第二移动方向T2轴向移动，通过复位装置91将制轮爪保持在降低位置(步骤C)，
-根据需要多次重复步骤A、B、C、D。
在图3所示的第二实施例中，轮62具有常规的齿部：它被设计成沿第一旋转方向R1以及第二旋转方向R2旋转。当无源元件20沿第一移动方向T1平移时，可以通过传动构件71沿第一旋转方向R1旋转，并且当无源元件20沿第二移动方向T2平移时，可以经由传动构件71沿第二旋转方向R2旋转。
在第二实施例中，旋转装置100包括形式为第二线性压电致动器的致动装置92(但其可以是其它形式，重要的是它是有源元件，与第一实施例相反)，该致动装置能够控制制轮爪82的位置。如果希望使轮62沿第一旋转方向R1旋转，则传动构件72必须经由无源元件20沿第一移动方向T1移动，以便使轮62沿第一旋转方向R1旋转一个齿。同时，制轮爪82必须处于升高位置，也就是说，它必须不与轮62接触，以便不妨碍其旋转。然后，制轮爪82必须进入降低位置以便阻挡轮61，并且传动构件72必须经由无源元件20沿第二移动方向T2移动以便倒回。通过执行无源元件20的多次往复运动，可以使轮沿第一旋转方向R1旋转多个齿。
相反，如果希望使轮61沿第二旋转方向R2旋转，则必须使传动构件72经由无源元件20沿第二移动方向T2移动，以便使轮62沿第二旋转方向R2旋转一个齿。同时，制轮爪82必须处于升高位置，也就是说，它必须不与轮62接触，以便不妨碍其旋转。然后，制轮爪82必须进入降低位置，以便阻挡轮62，并且必须经由无源元件20使传动构件72沿第一移动方向T1移动以便被倒回。通过执行无源元件20的多次往复运动，可以使轮沿第二旋转方向R2旋转多个齿。
可以理解，用于借助于上述旋转装置101使轮62旋转的方法包括以下步骤：
-步骤A：借助于压电致动器30来使无源元件20沿第一移动方向T1轴向移动，
-步骤B：借助于传动构件72推靠在轮62的齿部620上来使轮62沿第一旋转方向R1旋转一个齿，使得制轮爪处于升高位置，
-步骤C：借助于致动装置92来将制轮爪82置于降低位置，
-步骤D：借助于压电致动器30来使无源元件20沿与步骤A相反的第二移动方向T2轴向移动，制轮爪保持处于其降低位置，
-根据需要多次重复步骤A、B、C、D。
然后，为了使轮62沿另一方向R2旋转，用于借助于上述旋转装置101使轮62旋转的方法包括以下连续步骤：
-步骤E：借助于压电致动器30来使无源元件20沿第二移动方向T2轴向移动，
-步骤F：借助于传动构件72来使轮62沿第二旋转方向R2旋转一个齿，
-步骤G：将制轮爪82置于降低位置，
-步骤H：借助于压电致动器30来使无源元件20沿第一移动方向T1轴向移动，
-根据需要多次重复步骤E、F、G和H。
应注意，在第一实施例和第二实施例中，无源元件20的倒回受到轮61、62的齿的阻碍：在倒回期间，无源元件20的承载传动构件71、72的端部因此升高，但一旦齿通过就会被引导装置恢复到其初始倾斜度。
根据本发明的一个实施例的旋转装置100、101可以非常好地集成到腕表类型的钟表机构中，特别是包括与轮61、62同轴并与其一体旋转的指针40的钟表机构。然而，根据本发明的一个实施例的旋转装置可以用于不是使指针旋转，而是使盘(例如日期盘或月相盘)、轮或环旋转。
应该理解，可以对上面公开的本发明的各种实施形式做出对本领域技术人员而言显而易见的各种修改和/或改进和/或组合，而不超出由所附权利要求限定的本发明的上下文。
