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Dispositif d'entretien électromagnétique d'un ensemble balancier-spiral Le présent breveta pour objet un dispositif d'entretien électromagnétique d'un ensemble balancier spiral, applicable à l'horlogerie en général et aux montres-bracelets en particulier.
Ce dispositif est du type de ceux comprenant un stator et un rotor dont l'un au moins présente une série d'aimants, l'autre au moins une série de bobines formant un bobinage capteur et un bobinage moteur reliés respectivement à l'entrée et à la sortie d'un circuit amplificateur, les aimants, et les bobines étant disposés les uns par rapport aux autres, de manière que périodiquement, au moment du passage du balancier par la région voisine de sa position d'équilibre statique, une impulsion motrice soit transmise au rotor.
Il est bien connu que les performances chrono- métriques de ces dispositifs sont étroitement liées à certaines caractéristiques des impulsions motrices. En particulier, les conditions d'isochronisme sont d'autant mieux remplies que la durée de ces impulsions est plus courte et qu'elles sont mieux localisées au voisinage de la position d'équilibre statique du balancier.
Dans la plupart des dispositifs connus, ces conditions ne sont pas remplies ou le sont dans une mesure insuffisante.
Le dispositif selon l'invention, qui vise à améliorer la réalisation de ces conditions, est caractérisé par le fait que la répartition géométrique et polaire des aimants, ainsi que la disposition, les sens d'enroulement et les connexions des bobines sont réalisés de façon qu'une tension n'apparaisse aux bornes du bobinage capteur que pendant l'intervalle de temps au cours duquel le rotor se trouve écarté de sa position d'équilibre statique,
d'un angle inférieur au double de l'angle au centre de deux aimants successifs et par le fait que le circuit amplificateur est agencé de manière que cette tension ne donne lieu à un courant dans le bobinage moteur que lorsqu'elle atteint une certaine valeur instantanée et se trouve dans un certain rapport de phase avec celle induite dans le bobinage moteur.
Le dessin représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution.
Les fig. 1 et 2 sont des vues en plan du rotor, respectivement du stator d'une première forme d'exécution ; la fig. 3 est une vue, en coupe axiale, du rotor et du stator ; la fig. 4 représente les tensions apparaissant aux bornes des bobinages capteur et moteur en fonction du temps ; les fig. 5 et 6 sont des vues schématiques, en plan, du rotor respectivement du stator d'une seconde forme d'exécution; la fig. 7 est une représentation analogue à la fig. 4 ; la fig. 8 est une vue schématique en plan d'une variante ;
les fig. 9 et 10 sont deux vues schématiques, en plan, dû rotor respectivement du stator d'une troisième forme d'exécution; la fig. 11 est une représentation analogue à celle de la fig. 4 ; la fig. 12 est une vue schématique, en plan, d'une variante du rotor ; les fig. 13 et 14 sont des vues schématiques, en plan, du rotor, respectivemént du stator d'une quatrième forme d'exécution; la fig. 15 est une représentation analogue à celle de la fig. 4 ;
les fig. 16, 17 et 18 représentent des schémas de trois variantes d'un amplificateur à transistor.
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La première forme d'exécution représentée (fig. 1 à 4) comprend, d'une part, un rotor constitué par deux volants 20 calés sur un arbre 21 soumis à l'action d'un ressort spiral non représenté et, d'autre part, disposé entre les volants 20, un stator bobiné 22.
Les volants 20 sont formés chacun d'un support en matériau non magnétique dans les faces intérieures desquels sont noyées vingt et une pastilles 23 uniformément réparties sur un cercle autour de l'axe 21. Vingt de ces pastilles constituent des aimants permanents présentant au stator alternativement des pôles nard et sud; la vingt et unième, dessinée en noir, est en un métal non magnétique de poids spécifique approximativement égal à celui des aimants. Les deux pastilles non magnétiques de l'un et l'autre volant ont la même position angulaire, de sorte que chaque aimant d'un volant a en face de lui un aimant de l'autre volant.
Les axes magnétiques de deux aimants en coïncidence angulaires sont confondus, mais les pôles sont inversés afin que les lignes de force du champ magnétique régnant dans l'entre- fer défini par ces aimants, soient parallèles à l'axe 21.
Le circuit magnétique de ces aimants est fermé par deux culasses annulaires 24 en un matériau à haute perméabilité, noyées dans les faces extérieures des volants.
Le stator est constitué par un support annulaire 25 fendu radialement et par dix bobines plates 26 logées dans des ouvertures correspondantes de ce support. Les centres de ces bobines sont disposés sur un cercle de diamètre égal à celui du cercle sur lequel se trouvent les centres des pastilles 22. Le diamètre de ces bobines est tel que chacune d'elles recouvre deux pastilles consécutives.
Les bobines 26 forment un bobinage capteur 27 et un bobinage moteur 28. Le bobinage 27 comprend deux bobines connectées en série ; le bobinage dit moteur en comporte huit, reliées en série et enroulées dans le même sens. Les intervalles angulaires entre deux bobines consécutives sont égaux à la dis- tance séparant deux pôles de même nom du rotor, à l'exception de l'intervalle entre les deux bobines du bobinage capteur qui sont situées de part et d'autre de la fente du support 25.
Cet intervalle est égal à la distance séparant les centres des deux paires d'aimants suivant et précédant la pastille non magnétique, c'est-à-dire à une fois et demie l'intervalle normal.
Lorsque le balancier est dans sa position d'équilibre statique, la pastille non magnétique se trouve au milieu de la fente du support 25 et le centre de chaque bobine 26 à égale distance de deux aimants consécutifs. Pour faciliter la suite de la description, on a désigné par aimants capteurs et aimants moteurs, les aimants correspondant respectivement aux bobinages 27 et 28, lorsque le balancier est dans sa position d'équilibre statique.
Le bobinage 27 et le bobinage 28 sont insérés respectivement dans le circuit d'entrée, et dans le circuit de sortie d'un amplificateur à transistor tel que l'un de ceux représentés, à titre d'exemple, aux fig. 16 à 18. Ces amplificateurs sont du même type et comprennent chacun un transistor 29, une résistance 30, un condensateur 31 et une pile 32.
Le fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus est le suivant Au cours de l'oscillation du rotor, les aimants induisent dans les bobines 26 des tensions qui fournissent aux bornes des deux bobinages 27 et 28 deux tensions résultantes variables Vc et Vm dont la fig. 4 donne des représentations en fonction du temps.
La tension Vni qui est peu influencée par la présence des deux pastilles non magnétiques, présente la forme d'une fonction sinusoïdale modulée en amplitude et en fréquence par l'oscillation du balancier. L'amplitude maximum de cette tension coïncide avec le passage du balancier par sa ;position d'équilibre statique.
Quant à la tension Vc elle est nulle pendant le temps où les deux pastilles non magnétique se trouvent à l'extérieur de l'arc défini par le bobinage 27, car alors les tensions induites, de signe contraire, dans les deux bobines en série de ce bobinage s'annulent. Puis, à partir de l'instant où ces pastilles pénètrent, dans un sens ou dans l'autre, dans cet arc, ces tensions induites donnent lieu à une tension résultante alternative qui croît très rapidement et atteint un maximum à l'instant où le rotor passe par sa position d'équilibre statique.
Les sens d'enroulement des bobines sont choisis de manière que les tensions alternatives Vc et Vm soient déphasées de 180,1. D'autre part, le circuit amplificateur est agencé de façon que le transistor 29 ne soit débloqué que pour un certain rapport de polarité entre les tensions VC et Vm et qu'au moment où la tension Vc atteint une certaine amplitude A,,,.
Dans ces conditions, la pile 31 envoie, une fois par période, à travers le bobinage moteur, une impulsion très brève (en noir à la fig. 4) qui atteint son maximum au moment précis où le balancier passe par sa position d'équilibre statique.
La seconde forme d'exécution (fig. 5 et 6) ne diffère de la première que par la disposition des pôles et des bobines. Dans chacun des deux volants, les pôles des aimants moteurs, compris dans l'arc (28), sont alternés tandis que les deux paires d'aimants capteurs, compris dans l'arc (27), sont magné- tiquement en opposition. D'autre part, chacune des deux pastilles non magnétiques (en noir à la fig. 5) est insérée dans la suite des aimants capteurs et la suite des aimants moteurs à l'extrémité de celle-ci, où les derniers aimants sont de même polarité.
Quant aux bobines 26, elles sont réparties comme dans la première forme d'exécution, mais la fente du support ne sépare plus les deux bobines du bobinage capteur 27, mais une des bobines de ce bobinage et la bobine adjacente du bobinage moteur 28.
Dans ces conditions, la tension Vm (fig. 7) est pratiquement la même que celle induite dans le bo-
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binage moteur de la première forme d'exécution, tandis que la tension Vc présente une allure un peu différente de celle induite dans le bobinage capteur correspondant. Le fonctionnement reste cependant strictement le même, le déblocage du transistor 29 n'ayant lieu que pendant un intervalle de temps extrêmement court à chaque ,période d'oscillation, au passage du rotor par sa position d'équilibre statique ou au voisinage immédiat de celle-ci.
Si la constante de temps du circuit de polarisation de la base du transistor est assez élevée, le balancier fonctionnera selon le régime dit à coup perdu , c'est-à-dire que les impulsions d'entretien ne seront engendrées qu'une alternance sur deux, comme dans le cas précédent. Ce régime de fonctionnement est particulièrement favorable à l'autorégulation de l'amplitude des oscillations par la saturation du transistor.
On comprend, en effet, que lorsque l'amplitude des impulsions captées augmente, la durée de déblocage du transistor diminue bien que le courant moyen de base reste sensiblement constant ; il en réslute que le courant de collecteur engendré par chaque impulsion augmente avec l'amplitude jusqu'à ce que la tension de collecteur atteigne une valeur voisine de celle de l'émetteur. L'amplification diminue alors brusquement et l'amplitude se stabilise.
On peut imaginer un circuit électrique permettant l'entretien sur chaque alternance tout en conservant la possibilité d'autorégulation de l'amplitude des oscillations.
La fig. 8 représente une variante des bobinages des deux formes d'exécution décrites jusqu'ici. Dans cette variante, les bobines du bobinage moteur 28 sont dédoublées de sorte que chaque aimant agit simultanément sur deux bobines adjacentes. Pour que les actions des courants circulant dans deux bobines adjacentes ne se contrarient pas, les sens d'enroulement des bobines sont alternés.
La troisième forme d'exécution (fig. 9 et 10) diffère des précédentes par le fait que les deux volants du balancier comprennent chacun vingt-deux pastilles 23, toutes aimantées, réparties par groupes de deux. Dix de ces groupes présentent au stator des pôles de même nom mais alternés d'un groupe au suivant, le onzième des pôles de noms contraires.
Les aimants capteurs qui sont compris dans l'arc (27) sont constitués par les deux aimants du groupe bipolaire plus les aimants adjacents des deux groupes unipolaires contigus. Les autres aimants, compris dans l'arc (28), sont les aimants moteurs. Quant aux bobinages 27 et 28, ils sont formés, comme précédemment, par dix bobines, huit reliées en série et à sens d'enroulement alternés pour le bobinage moteur, deux reliées en série et enroulées dans le même sens pour le bobinage capteur.
Dans cette forme d'exécution, les bobines sont réparties comme dans le stator représenté à la fig. 6, mais elles présentent un diamètre plus large, de manière à pouvoir couvrir simultanément deux ai- mants adjacents appartenant à deux groupes diffé- rents. De plus, les sens d'enroulement des bobines motrices sont alternés.
Les tensions résultantes Vc et Vm aux bornes des bobinages 27 et 28 ont les formes représentées à la fig. 11. La tension Vm est la même que dans les cas précédents, en revanche, la tension Vc ne présente pratiquement plus qu'une seule pointe changeant de signe à chaque alternance. Le fonctionne- ment de ce dispositif est toutefois le même que celui des autres formes d'exécution décrites.
Dans la fig. 12, on a montré une variante du rotor de la fig. 9, dans laquelle les deux aimants de chaque groupe unipolaire ont été réunis.
La quatrième forme d'exécution (fig. 13 et 14) se distingue principalement des précédentes par le fait que les bobines 26 des bobinages capteur 27 et moteur 28, au nombre de trois respectivement de six, et les aimants correspondants (deux par bobine), sont répartis respectivement sur deux cercles de rayons différents R1 et R., les éléments capteurs sur le plus petit (R1), les éléments moteurs sur le plus grand (R,). Lorsque 1;, balancier est au repos, le rotor et le stator occupent une position relative correspondant à celle dans laquelle ils sont représentés, l'un à côté de l'autre aux fig. 13 et 14.
Dans, ces conditions, le bobinage capteur n'est soumis qu'au champ magnétique des aimants capteurs et les tensions Vc et Vnz induites dans les deux bobinages ont les formes représentées à la fig. 15.
Le fonctionnement de cette quatrième forme d'exécution est le même que celui des autres formes d'exécution décrites.