陀飞轮钟表调速装置

陀飞轮是瑞士钟表大师路易·宝玑先生在1795年发明的一种钟表调速装置。法文Tourbillon（故又称特比龙），有“漩涡”之意，是指装有“旋转擒纵调速机构”的机械表，陀飞轮机构，是为了校正地心引力对钟表机件造成的误差。陀飞轮表代表了机械表制造工艺中的最高水平，整个擒纵调速机构组合在一起并且能够转动，以一定的速度不断的旋转，使其把地心引力对机械表中“擒纵系统”的影响减至最低程度，提高走时精度。由于其独特的运行方式，已经把钟表的动感艺术美发挥到登峰造极的地步，历来被誉为“表中之王”。

陀飞轮的发明者宝玑大师这样诠释它：我的这项发明可以抵消摆轮处于不同位置的地球引力产生的误差……。通俗地讲，陀飞轮能有效补偿摆轮的重力作用、游丝的偏心运动、游丝的方位角等产生的位置误差。这种装置的特点，是摆轮游丝和擒纵系统在运行的同时，还能够一起作出360度旋转，最大限度地减少了地球引力所导致的位置误差，从而提高计时精准度。

中文名

陀飞轮

外文名

Tourbillon

别名

特比龙

发明时间

1795年

宝玑的陀飞轮调速器原理如下：

如果把擒纵轮、杠杆（Lever,即马仔）和摆轮及游丝全部置于一载台（carriage)，而载台的小齿瓣受第三轮（the third wheel)驱动，使载台旋转。置于摆轮（balance)上方的第四轮被固定（the fixed fourth wheel)且与载台轴杆（carriage shift)同心。擒纵轮的小齿瓣（escape-wheel pinion)与第四轮互相咬合。

因此当载台旋转时，擒纵轮的小齿瓣绕着被固定的第四轮转动，如此一来造成小齿瓣的旋转并以正常的方式操纵了擒纵轮和摆轮(附图：陀飞轮原理）。

整个上述构造被称为陀飞轮框架（cage),这些元件一起做恒定地转（rotate constantly),以稳定的速率—1分钟、4分钟甚至6分钟—转完一整圈，那么不论表在哪一个垂直位置，此一陀飞轮调速器都以完全相同的的时间转动一圈，这么一来，因地心引力的位置不同，一位置产生的误差将被另一位置所产生的相等大小之误差所抵消。事实上，陀飞轮并不能消除位置误差，只是将误差平均化，但是尽管处于垂直的位置，陀飞轮的载台周期是恒定的。

宝玑在1775年便已提出这个构想，一直到近6年后才制造出来，并于法兰西共和历（大革命时期的历法）花月（Floreal，共和历的第8月）24日—相当于公元1801年4月14日—写了一封信给当时的内政部部长，说明他发明了陀飞轮调速器，并请求给予他10年的专利。1801年6月26日，他接到专利许可证书。

后宝玑时代

宝玑开启了陀飞轮怀表的时代，自那个时候起迄今已有两百年之久，这一段时间，仍有不少的制表师把这个领域当作时计界的圣母峰（Mount Everest)时时有人去挑战它，包括近代不少制表师（例如旅居香港的矫大羽）。

在宝玑发明陀飞轮的99年后，丹麦出生的Bahne Bonniksen(1859-1935)发明了一种类似的系统称为卡罗素（karussel),而于1892年获得专利（专利号：21421）。

三金桥陀飞轮

十九世纪初的陀飞轮表纯粹是功能取向，与Breguet创制陀飞轮的初衷一样，只是为了让垂直放置在口袋里的怀表走得更加精准，因此在框架及夹板设计上并不是特别注重美观，也很少与其他复杂功能共同制作在同一只表中，不像报时、万年历等其他复杂功能经常会出现在所谓的大复杂功能表里。此外，由于陀飞轮正处于启蒙阶段，能够制作此结构的制表师很有限，所以当时的陀飞轮产品相当罕见，能够流传到今天的更属凤毛麟角。

在1850年以后，瑞士出现了继Breguet大师之后，最有名的两位陀飞轮表制表师--Jean-Francois Bautte和Constant Girard。他们的作品极有特色，在保证陀飞轮本身功能特性的前提下，不但使得陀飞轮框架形式更加美观，而且重视外观的雕琢打磨。Constant Girard大师最有名的作品是一系列提供给芝柏三金桥机芯的陀飞轮结构，这系列作品堪称陀飞轮史上的一次重大变革，它不但结合了富有逻辑性的桥板以及机械结构，又有赏心悦目的艺术性格。

第一只三金桥

第一只三金桥陀飞轮表诞生于大约1860年，刻有“Girard-Perregaux”的玫瑰金天文怀表。表壳上镌刻有“JJG”图案。白色珐琅表盘。机芯采用三个平行的镍板桥和陀飞轮擒纵机构，该表获得了由（瑞士）纳沙泰尔天文台颁发的一等奖。

最有名的三金桥陀飞轮是一只昵称为“La Esmeralda”埃斯米拉达双盖式玫瑰金三金桥陀飞轮怀表，在1889年的巴黎世界博览会上赢得了金奖，世博会召开前，这只陀飞轮曾在瑞士纳沙泰尔天文台接受了数月的测试并取得了非凡的成绩，它被天文台予“Bulletin Marche”证书。埃斯米拉达陀飞轮曾在代理商Hauser和Zivy经营的墨西哥奢侈品专卖店托管了一顿时间，并以该店名称命名，之后，它成了墨西哥总统Porfirio Diaz(1830-1915)在位期间的私人财产。这只天文怀表于1960年代后期从这位总统的长孙那里购回，现在已经成为GP芝柏表博物馆的标识藏品。

中国陀飞轮渊源

1995年，继矫大羽后，许耀南领导一个技术小组在北京手表厂研究所完成了第一只中国大陆陀飞轮样表，摆轮被设计成了一只飞燕形状，被命名为“中华灵燕”。许耀南由此被誉为“中国陀飞轮之父”。[2]

工作原理

陀飞轮工作原理结构图

陀飞轮的原理就是当钟表在垂直位置时补偿地心引力的作用。

换句话说，当一只钟表处于垂直位置时，由于来自地心引力的作用，它的调节控制器，即是其摆轮、游丝和擒纵器，会在每一下摆动时发生难以觉察的快慢变化。

如果把调节控制器装设在一个每分钟转动一周的“笼框”上，即可获得一系列的垂直位置。这样便可以使钟表走动时十分准确，并能够互补误差。

这个原理看来十分简单，但实施起来却是另外一回事。原因之一便是“笼框”和陀飞轮的重量不能超过0.3克或0.013盎司——相当于一片天鹅羽毛的重量或两片鹦鹉羽毛的重量。另一原因是，它由72个精细组件组成，而其中大部分为手工制作！

宝玑的陀飞轮原理与技术持续了一百多年，一直没有重大的变化，直到1920年代，德国的Albert Helwing 发明“浮动陀飞轮”（flying tourbillon,或称为“飞行陀飞轮”），它是一种没有支架（bridge)陀飞轮，为的是让陀飞轮尽可能地扁一些。这一种自由立式框架是Albert Helwing发明的目的。

陀飞轮表的创意在于，将擒纵机构放在一个框架（Carriage）之内，使框架围绕轴心也就是摆轮的轴心做360度不停的旋转。这样，原本的擒纵机构是固定的，因而当表搁置位置变化的时候，擒纵机构不变，造成了擒纵零件受力不同而产生了误差；当擒纵机构360度不停的旋转起来的时候，会将零件的方位误差综合起来，互相抵消，从而消灭误差。目前陀飞轮一般是1分钟转360度，也是最理想的旋转速度。

技术分类

陀飞轮手表经过时间和技术的改进和革新主要可以分为以下三代：

1、第一代陀飞轮表（即第一种结构—Tourbillon）是在1795年由瑞士制表大师 Abraham-Louis Breguet发明并制成的。其飞轮结构必须由“飞轮旋转框架”（Tourbillon’s Carriage）和“飞轮固定支架”（Tourbillon’s Bridge）不可或缺的两部分基本构件组成。在此组合中，“摆轮夹板”（Balance’s Bridge）必须随飞轮一起旋转。按照不同的组合方式，第一代飞轮表可以分为两类：同轴式（即摆轮的中心和飞轮的中心在同一轴心上）；偏心式（亦称非同 轴式，即摆轮的中心和飞轮的中心不在同一轴心上）。

2、第二代飞行陀飞轮表（即第二种结构—Flying Tourbillon）是在1927年，德国制表大师Alferd Helwig制造成功没有“飞轮固定支架”的陀飞轮怀表，提高了此种表运转时的神秘感和动态艺术美。在此组合中“摆轮夹板”仍须随飞轮一起旋转，此第二代飞轮表同样有同轴式和偏心式两种类别。

3、第三代神奇陀飞轮表（即第三种结构—Mystery Tourbillon）则由东方的钟表大师—中国人矫大羽（Kiu Tai Yu）在1993年于香港的“天仪轩”首创发明并且亲手制造成功。它不但和第二代飞行陀飞轮表一样都取消了“飞轮固定支架”，而且奇迹般地把“飞轮旋转框架”也一同取消了（在第一代和第二代飞轮表中，此构件都是必不可少的）。另外，在这个全新的结构中还把第一代和第二代飞轮表中必须随飞轮一起旋转的“摆轮夹板”改变为不随飞轮一起转动，首次大大减轻了飞轮重量达一半以上，并且可以加大摆轮的直径以增强计时的稳定性，同时又提高了动感艺术表现的水平。

参考资料

1.陀飞轮是怎样的?飞行式陀飞轮简介·万表网

2.下定决心，不怕牺牲 巴塞尔表展上的中国尴尬·南方周末网