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Dispositif d'entretien électromagnétique du mouvement oscillant de l'organe régulateur d'une pièce d'horlogerie La présente invention a pour objet un dispositif d'entretien électromagnétique du mouvement oscillant de l'organe régulateur d'une pièce d'horlogerie, comprenant un générateur de flux magnétique et une bobine, dont l'un des deux est solidaire en mouvement de l'organe régulateur, l'autre étant fixe,
de sorte que l'interaction du flux magnétique et du courant traversant la bobine donne lieu à une force électromagnétique destinée à entretenir le mouvement oscillant dudit organe régulateur.
On connaît actuellement. deux types de dispositifs d'entretien électromagnétique : dispositifs à contacts électriques et dispositifs à transistor.
Les dispositifs à contacts, malgré certains avantages qu'ils présentent, par exemple en ce qui concerne la forme d'impulsions du courant, comportent tous les inconvénients inhérents à l'utilisation des contacts. C'est la raison pour laquelle les dispositifs à transistor leur sont préférés. Toutefois, ces derniers présentent des inconvénients assez impor- tants, dus essentiellement au transistor lui-même.
Ainsi, comme on le sait, il est nécessaire de disposer de deux bobines, l'une pour l'entraînement de l'organe régulateur, l'autre pour la commande du transistor, reliées, respectivement, dans le circuit collecteur-émetteur et le circuit base-émetteur. D'autre part, vu l'importance du courant inverse d'un transistor en germanium, donc l'importance qu'il joue dans la consommation de l'énergie, il est préférable d'utiliser un transistor en silicium dont le courant inverse est beaucoup plus faible.
Or, ce dernier demande que la tension de commande appliquée à la base dépasse 0,4 à 0,5 volt, tension qui doit être entièrement fournie par la bobine de commande, une polarisation qui augmenterait la consommation due au courant de repos n'entrant pas en ligne de compte. En outre, étant donné la caractéristique exponentielle de la diode émetteur-base, le facteur d'amplification d'un tel transistor est bien plus petit pour des signaux faibles et varie avec la température.
Il en résulte, par conséquent, que plus le signal de commande est faible, donc plus l'amplitude des oscillations de l'organe régulateur est petite, plus le courant dans la bobine d'entraînement est réduit, de sorte que l'organe régulateur ne sera pas entraîné en dessous d'un certain angle d'oscillation. Cet angle est généralement beaucoup plus grand que l'angle au-dessus duquel le balancier d'une montre mécanique n'oscille plus. Pour pallier ces inconvénients,. on fait recours à plusieurs transistors, ce qui, évidemment, ne simplifie pas le dispositif en question.
L'invention se propose d'éliminer les inconvé- nients précités, aussi bien des dispositifs de l'un que de l'autre des deux types, en utilisant des éléments bistables à caractéristiques spéciales.
Comme on le sait, des éléments bistables spéciaux ont été développés ces dernières années,. éléments présentant une résistance négative pour cer- taines valeurs de la tension d'alimentation (voir, par exemple, le brevet suisse No 335368).
Le dispositif suivant l'invention se distingue des dispositifs connus par le fait que ladite bobine est reliée en série dans un circuit électrique comprenant une source de tension continue (11) et un élément bistable présentant une résistance négative pour certaines valeurs de la tension de ladite source,
ladite bobine étant agencée de manière que la soustraction de la tension qui y est induite par variation du flux la traversant, de la tension de ladite source, provoque le basculement dudit élément de son état stable déterminé par sa résistance maximum à son état stable
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déterminé par sa résistance minimum,
l'addition de la tension induite dans la bobine à celle de la source provoquant le basculement de l'élément de son état stable déterminé par sa résistance minimum à son état stable déterminé par sa résistance maximum.
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution et une variante du dispositif objet dé l'invention.
La fig. 1 en. est une vue, en plan, avec le schéma de connexions électriques.
La fig. 2 montre un schéma de connexions électriques d'une variante.
La fig. 3 montre quelques caractéristiques électriques du dispositif.
La fig. 4 montre une variante d'un détail du dispositif.
Le dispositif d'entretien électromagnétique comprend un organe régulateur constitué, en l'occurrence, par un balancier 1 circulaire, rendu solidaire, par l'intermédiaire d'une traverse 2, d'un axe 3 dont les deux extrémités sont destinées à pivoter dans des paliers, non représentés, prévus dans la partie fixe d'âne pièce d'horlogerie.
Un ressort spiral 4 attaché, d'une part, à l'axe 3 et, d'autre part, à ladite partie fixe, est destiné à entretenir le balancier 1 en un mouvement oscillant. Sur une partie aplatie 1 ,, du pourtour du balancier 1, sont fixés, par exemple par collage, trois aimants permanents 7, 8 et 9.
Ces trois aimants sont polarisés suivant un axe parallèle à l'axe 3 du balancier et cela de manière que le sens du flux traversant l'aimant médian 8 soit contraire au sens des flux traversant les deux aimants extérieurs 7 et 9.
Une bobine 10, en galette, est disposée dans un plan perpendiculaire à l'axe 3, donc parallèlement au balancier 1, et cela de manière que, lors du mouvement oscillant de ce dernier, les aimants 7 à 9 passent sous la bobine. La bobine 10 est fixe et est placée de sorte que sa position par rapport aux aimants 7 à 9 soit celle représentée sur la fig. 1 lorsque le balancier 1 se trouve dans sa position de repos ou d'équilibre, position pour laquelle l'action du ressort 4 est nulle.
La bobine 10 est reliée, d'une part, au pôle négatif d'une source de tension continue 11 et, d'autre part, au collecteur C d'un transistor T du type p-n-p, dont l'émetteur E est relié à la masse. Comme on le voit, le transistor T est un transistor spécial, lequel comprend en plus d'un contact de base b1, polarisé négativement par une source de tension continue 12, un deuxième contact de base b2 situé entre l'émetteur E et une rainure 13 entourant ce dernier, et polarisé positivement au moyen d'une source 14, par l'intermédiaire d'une résistance élevée variable 15.
Ce transistor T est capable de fonctionner comme un élément bistable grâce à sa caractéristique VI, (tension collecteur - courant collecteur) qui comprend une partie négative, à savoir une partie pour laquelle le courant I, est inversement proportionnel à la tension V,. Cela veut dire que le transistor T présente, pour certaines valeurs de la tension appliquée au collecteur C, une résistance négative.
Un tel transistor, dont la, caractéristique VI, est représentée sur la fig. 3 par O D F, est décrit en détail dans le brevet suisse No 335368. Grâce à la rainure 13, il est possible de varier, au moyen de la zone de charge d'espace due à la différence du potentiel entre le collecteur C et la base B, la résistance de la partie de la base reliant électriquement le contact b1 à la jonction émetteur-base et au contact b2 et, par conséquent, le courant circulant entre l'émetteur E et le contact b1,
dû à la polarisation de ce dernier. Ce courant deviendra donc pratiquement nul lorsque la zone de charge d'espace s'étendra jusqu'à la rainure 13.
Le fonctionnement du transistor T ressortira clairement de la description du fonctionnement de l'ensemble du dispositif qui sera donnée ci-après. Toutefois, avant de donner cette description, il est nécessaire de donner quelques précisions sur les conditions qui doivent être remplies lors du dimension- nement de différents organes constituant le dispositif.
La tension de la source 11, appliquée au collec- teur C, par l'intermédiaire de la résistance de charge que constitue la bobine 10, doit être au moins supérieure à la tension nécessaire pour que la zone de charge d'espace, due à la différence de potentiel entre le collecteur C et la base B, soit étendue jusqu'à la rainure 13 et, par conséquent, la voie de courant entre le contact b1, d'une part, et le contact b:
, et l'émetteur E, d'autre part, soit coupée. Le courant de contrôle du transistor sera ainsi coupé et le transistor bloqué.
Il est à remarquer que, à l'état bloqué du transistor T, il n'y a aucune consommation de l'énergie électrique.
D'autre part, la résistance de la bobine 10 doit être prévue de manière que la caractéristique V-I de celle-ci, représentée par la droite G H sur la fig. 3, ait sensiblement la même pente que la partie négative D F de la caractéristique du transistor.
Enfin, les circuits magnétique et électrique constitués, respectivement, par les aimants 7 à 9 et la bobine 10, doivent être prévus de manière que, pour un très petit angle d'oscillation du balancier, la tension induite dans la bobine soit supérieure à la différence de tension existant entre la tension de la source 11 et la tension du collecteur pour laquelle ladite zone de charge d'espace atteint la rainure 13.
Il est encore à remarquer que la pente de la partie négative F de la caractéristique du transistor est obtenue en choisissant une tension convenable de la source 12. La polarisation positive du contact b2 permet de varier la valeur de la tension qui doit être appliquée au collecteur pour que la zone de charge d'espace s'étende jusqu'à la rainure 13.
Le dispositif décrit et représenté fonctionne de la manière suivante
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Supposons que le balancier 1 se trouve dans une de ses deux positions extrêmes, par exemple dans sa position extrême à droite, par rapport au lecteur du dessin. Le flux des aimants 7 à 9 ne traversant pas la bobine 10, aucune tension n'y est induite. La tension appliquée au collecteur C est donc égale à la tension de la source 11 et le transistor T est bloqué. Le point de travail électrique se trouve donc en G (fig. 3). Sous l'action du ressort 4, le balancier effectuera un mouvement de retour vers sa position représentée au dessin, donc vers la bobine 10.
Lorsque cette dernière sera traversée par le flux magnétique, la variation de ce dernier, provoquée par le passage des aimants portés par le balancier, aura pour conséquence une tension alternative Vi induite dans la bobine (voir fig. 3). La tension Vi se superpose donc à la tension de la source 11. Ainsi, l'alternance positive de la tension Vi se superposant à la tension négative de la source, provoquera la diminution de la tension V, appliquée au collecteur et le déplacement du point de travail de G vers F.
Lorsque la tension V, atteindra une valeur inférieure à celle correspondant au point F, le transistor basculera dans son autre état stable, donc dans l'état de conduction et le point de travail se situera sur la partie O D de la caractéristique. L'oscillogramme du courant I,, représenté sur la partie droite de la fig. 3, montre la variation du courant I, en fonction d'une alternance positive de la tension Vi (au bas de la fig. 3).
La bobine 10 sera donc parcourue par le courant I,, ce qui donnera lieu à la création d'une force dite de Laplace, résultant de la présence d'un conducteur parcouru par un courant dans un champ magnétique, laquelle entraînera le balancier dans le sens de son mouvement.
Le changement de polarité de la tension induite V;, donc le passage de l'alternance positive à l'alternance négative, aura pour conséquence la superposition de la tension négative induite Vi à la tension de la source 11 et, par conséquent, l'augmentation de la tension négative V, appliquée au collecteur. Dès que la tension V, dépassera la valeur correspondant au point D, le transistor basculera dans le point L et sera de nouveau bloqué. A la fin de l'alternance négative, le point de travail sera de nouveau en G.
Une nouvelle alternance positive aura pour conséquence le basculement du transistor dans l'état de conduction, donc une nouvelle impulsion du courant I,, dans la bobine, etc.
Grâce à la forme des circuits magnétiques 7 à 9 et électrique 10 (décrits, en détail dans le brevet suisse No 342526), la tension induite Vi dans ce dernier, lors d'une demi-oscillation du balancier 1, est composé de deux périodes, une de chaque côté de la position de repos du balancier, de sorte que la bobine 10 recevra deux impulsions de courant, l'une juste avant et l'autre après ladite position de repos.
Ainsi, le balancier recevra deux impulsions mécaniques, l'une juste avant et l'autre après son passage par sa position de repos, par une force qui lui est tangentielle, et continuera son mouvement jusqu'à sa position extrême gauche, d'où il retournera sous l'action du ressort 4. Or, il est facile de voir que le même cycle se répétera lors du mouvement inverse du balancier, c'est-à-dire que celui-ci recevra deux nouvelles impulsions dans le sens de son mouvement, et ainsi de suite.
Le balancier recevra donc à chaque demi-période de son mouvement oscillant deux impulsions mécaniques dans le sens de celui-ci.
Il est facile de voir, par ce qui précède, que le dispositif suivant l'invention présente de grands avantages par rapport aux dispositifs connus.
Tout d'abord, il permet de se passer de la bobine de commande indispensable dans les dispositifs connus. En effet, comme il a été expliqué ci-dessus, la bobine 10 remplit le rôle aussi bien de la bobine d'entraînement du balancier que celui de la bobine de commande du transistor T.
Il est à remarquer que, au lieu de prévoir une seule bobine comme dans l'exemple décrit ci-dessus, on pourrait prévoir deux bobines 10, et lOb reliées en série et disposées de manière que, lors du mouvement oscillant du balancier 1, les aimants 7 à 9 puissent passer entre elles (voir fig. 4). Cette disposition permet d'augmenter le nombre de tours de la bobine, lesquels sont traversés par le flux maximum.
Un avantage important du dispositif décrit consiste dans le fait que, pour obtenir le basculement du transistor T, il n'est plus nécessaire de disposer de signaux dépassant 0,4 à 0,5 volt. En effet, il suffit de disposer d'un signal capable de déplacer le point de travail du transistor de G à F ou de FI à D (voir fig. 3), pour que le transistor bascule. Le transistor peut donc être en silicium. D'autre part, la zone de charge d'espace n'étant pas sensible à la variation de la température, la sensibilité du transistor n'est pas influencée par cette dernière.
Cette stabilité thermique permet, en outre de choisir la distance G F (fig. 3) très petite par rapport à la tension induite Vi et, par conséquent, de réduire le plus possible l'angle d'oscillation du balancier pour lequel l'entretien électromagnétique n'aurait pas lieu.
Enfin, le courant I,, à savoir le courant traversant la bobine d'entraînement, ne dépend pas du facteur d'amplification du transistor T, à savoir de la valeur du signal de commande. Grâce à la contre- réaction interne du transistor, on obtient pratiquement la même forme de l'impulsion de courant d'entraînement, aussi bien pour des signaux très faibles que pour des signaux plus forts.
Il va sans dire que la présente invention ne se limite pas à la forme d'exécution du dispositif décrite et représentée. Ainsi, en variante, on pourrait remplacer le transistor T par n'importe quel autre élément bistable présentant une résistance négative pour certaines valeurs de la tension d'alimentation. On pourrait, par exemple, employer le même transistor que celui représenté sur la fig. 1, mais auquel manquerait le contact b2.
Il est évident que, dans ce cas,
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la valeur de la tension du collecteur pour laquelle le courant émetteur-base est pratiquement nul, serait choisie une fois pour toutes.
Le transistor T pourrait être remplacé par un transistor comprenant à la place de la rainure 13 d'autres moyens. permettant de varier dans des limites étendues, au moyen de la zone de charge d'espace due à la différence de potentiel entre le collecteur et la base, la résistance électrique de la partie de la base reliant électriquement le contact b1 à la jonction émetteur-base.
La fig. 2 montre un schéma électrique d'une variante du dispositif dans laquelle le transistor T est remplacé par un autre élément bistable. Comme on le voit, ce dernier est constitué par un transistor con- ventionnel Tl dont le collecteur Cl est relié, par l'intermédiaire de la bobine 10, au pôle négatif de la source 11, le pôle positif de celle-ci étant à la masse de même que l'émetteur El du transistor Tl.
Le contact b1 du transistor Tl est relié à un contact 20 dont est munie l'une des extrémités d'un fieldistor FI, le contact 21 que comprend à son autre extrémité le fieldistor Fl étant relié au pôle négatif de la source 12. La zone Z du fieldistor Fl est reliée au collecteur Cl.
Il est facile de voir que le courant émetteur-base destiné à contrôler le transistor est contrôlé lui- même par une résistance variable que constitue le fieldistor FI, cette résistance étant contrôlée par la tension appliquée au collecteur Cl, avec laquelle elle croît et vice versa. Il est évident que la tension de la source 11 doit être au moins supérieure à la tension nécessaire pour que la zone de charge d'espace de la zone Z s'étende jusqu'à la surface du fieldistor de manière à couper le courant y circulant.
Il est évident que le générateur de flux magnétique, constitué dans l'exemple donné par les aimants 7 à 9, pourrait être prévu de n'importe quelle autre manière. Il en est de même en ce qui concerne la disposition des pièces magnétiques et de la bobine ; cette dernière pourrait être mobile et les pièces magnétiques fixes.
Enfin, les transistors T et Tl pourraient être du type n-p-n, ce qui, évidemment, demanderait l'inversion des polarités des différentes sources de tension.