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Dispositif électromagnétique sans aimant permanent, permettant d'entretenir le mouvement d'un organe Le présent brevet a pour objet un dispositif électromagnétique sans aimant permanent utilisable notamment dans une pièce d'horlogerie pour l'entretien du mouvement du balancier, comprenant au moins un circuit magnétique constitué par une partie fixe et par une partie solidaire de l'organe dont on veut entretenir le mouvement, l'une d'elles étant périodiquement et temporairement aimantée, pendant le mouvement relatif des deux parties, par un flux magnétique émanant de l'autre partie,
et un circuit électrique comportant une source de courant, une bobine captrice, une bobine motrice, et un amplificateur, le tout de manière que ladite aimantation induise une tension dans la bobine captrice engendrant une impulsion d'entretien dans la bobine motrice.
Ce dispositif est caractérisé en ce que ledit flux magnétique est engendré par le passage d'un courant de faible intensité débité par la source dans la bobine motrice.
Le dessin représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention, constituant des dispositifs d'entretien du mouvement d'un ensemble balancier-spiral.
La fig. 1 est une vue en plan, schématique, d'une première forme d'exécution ; la fig. 2 est une variante du rotor de la fig. 1 ; la fig. 3 est une vue en plan, schématique, d'une deuxième forme d'exécution; la fig. 4 est une coupe par la ligne IV-IV de la fig. 3 ; la fig. 5 est une vue en plan, schématique, d'une troisième forme d'exécution ; les fig. 6 et 7 sont des variantes du stator de cette troisième forme d'exécution; les fig. 8 et 9 sont des vues en élévation, respectivement en plan du stator d'une quatrième forme d'exécution ;
les fig. 10 et 11 sont des vues en plan, respecti- vemerit de profil, d'une cinquième forme d'exécution ; les fig. 12, 13 et 14 illustrent un procédé de fabrication du rotor de cette forme d'exécution ; les fig. 15, 16 et 17 montrent une disposition permettant d'améliorer le couplage magnétique entre les parties fixe et oscillante du circuit magnétique ; les courbes de la fig. 18 représentent les variations des tensions aux bernes des bobines captrice et motrice pendant l'oscillation du balancier;
les fig. 19 à 31 représentent un certain nombre de circuits électriques applicables aux constructions représentées aux fig. 1 à 17.
La première forme d'exécution représentée (fig. 1) comprend un circuit magnétique constitué en un matériau magnétique non rémanent et formé par une partie fixe 10 et une partie mobile ou rotor 11 calé sur l'axe du balancier.
La partie 10 comprend un blindage circulaire 12 et deux noyaux 13 et 14 sur lesquels sont respectivement enroulées une bobine captrice Bc et une bobine motrice Bm. Le blindage 12 présente deux talons 15 et 16 situés au voisinage des noyaux 13 et 14.
Le rotor 11 affecte la forme d'un barreau dont les extrémités recourbées à angle droit constituent deux palettes 17 et 18.
Les bobines Bc et Bm sont insérées dans les circuits d'entrée et de sortie d'un amplificateur à transistor, tel que l'un de ceux représentés aux fig. 19 à 31. Dans tous ces amplificateurs circule, entre l'émetteur et le collecteur, un courant .de repos de faible
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intensité qui traverse la bobine Bm et magnétise le noyau 14.
Le flux émanant de ce noyau se ferme à travers le talon 15 lorsque le balancier est à l'écart de sa position d'équilibre statique (correspondant à l'axe en traits mixtes tracés sur la fig. 1) et à travers le rotor 11, le noyau 13 et le blindage 12 quand le balancier passe par sa position d'équilibre statique.
La dérivation du flux à travers, le noyau 13 au moment où le balancier atteint sa position d'équilibre statique engendre dans. la bobine Bc un signal qui commande le passage d'une impulsion du courant à travers la bobine Bm. Il en résulte une aimantation du noyau 14 et du rotor 11 qui reçoit une impulsion d'entretien.
Les noyaux 13 et 14 et les talons 15 et 16 ne sont pas disposés de façon diamétralement opposée de manière que lorsque le rotor passe en regard des noyaux dans un sens de rotation (sens antihoraire) le flux émanant se ferme à travers le rotor comme indiqué ci-dessus, tandis que, dans l'autre sens de rotation, ce flux soit court-circuité par la palette 17 et le talon 15. Dans ces conditions, le signal capté par la bobine Bc est trop faible pour donner lieu à un courant dans la bobine Bm et le balancier ne reçoit que des impulsions d'entretien de même sens.
On peut encore obtenir ce résultat en utilisant un circuit électrique comprenant des éléments qui retardent pendant un temps supérieur à une demi- période d'oscillation et inférieur à une période, l'apparition du courant magnétisant.
La durée des impulsions d'entretien dépend des caractéristiques du circuit électrique et de la vitesse angulaire du rotor. Lorsque cette vitesse est faible, ce sont les caractéristiques du circuit électronique qui limitent la durée de l'impulsion d'entretien. Au contraire, si la vitesse angulaire est grande, l'impulsion est limitée à la position du rotor qui engendre une nouvelle augmentation de la réluctance du circuit magnétique ; la durée de l'impulsion est alors écourtée, ce qui agit en stabilisateur de vitesse.
La fig. 2 représente une variante du rotor, suffisant à elle seule, quoique avec une moindre efficacité, à assurer le sens & rotation correspondant aux impulsions motrices. Les palettes du rotor sont dé- composées en deux parties 17-17' et 18-18'. Lorsque le sens de rotation est tel que 17'-18' déclenche l'impulsion, celle-ci est normalement motrice, ce qui n'est pas le cas lorsque l'impulsion est déclenchée par 17-18 en raison de la longueur très réduite de ces portions de semelles.
Dans la seconde forme d'exécution représentée aux fig. 3 et 4, le circuit magnétique fixe est constitué par une pièce 19 en V extérieure au rotor. Les extrémités 20 et 21 des branches de cette pièce sont coudées et pénètrent dans des échancrures d'un blindage circulaire 22 dans lequel oscille le rotor 23 qui est du même type que celui de la première forme d'exécution. Le fonctionnement de cette forme d'exécution est en tous points semblable à celui de cette dernière.
Dans la troisième forme d'exécution (fig. 5), la partie fixe du circuit magnétique est constituée par une pièce 24 en U sur les branches de laquelle sont enroulées respectivement les bobines Bc et Bm. La partie oscillante du circuit magnétique est formée par deux semelles 25 et 26 de longueur différente rapportées sur une serge équilibrée, calée sur l'axe du balancier. La semelle 25 est de dimension telle qu'elle ferme le circuit magnétique lorsqu'elle se trouve en regard des extrémités des branches de la pièce 24.
La semelle 26, de dimension réduite, est destinée à imposer, comme précédemment, le décalage des talons 15 et 16, le sens de rotation correspondant aux impulsions motrices. Dans ces conditions, le balancier est soumis à une impulsion d'entretien chaque fois que la semelle 25 se présente en regard de la pièce 24 avant la semelle 26, c'est-à-dire à chaque alternance correspondant au sens antihoraire. Pour les autres alternances, les impulsions déclenchées par la semelle 26 ne seraient pas motrices en raison de la trop faible dimension de cette semelle. En fait, la constante de temps de blocage du circuit empêche ces impulsions non motrices.
On a encore prévu de séparer, dans cette construction, les branches de la pièce 24 par une plaque 28 dans le but de diminuer le couplage entre les deux bobines.
Les fig. 6 et 7 représentent des variantes de cette troisième forme d'exécution dans laquelle les parties fixes du circuit magnétique affectent respectivement la forme d'un anneau 29 et d'un cadre carré 30 entourant le rotor. Les fig. 8 et 9 représentent une quatrième forme d'exécution dans laquelle la partie fixe 31 du circuit magnétique présente la forme d'un V renversé dont les deux branches se terminent par deux oreilles verticales 32 et 33 entre lesquelles le rotor oscille.
La forme d'exécution représentée aux fig. 10 et 11 se distingue des précédentes par le fait que les surfaces 34 et 35 en regard d squelles le rotor 38 passe au moment où il se trouve dans une position d'équilibre statique, sont disposées l'une au-dessous de l'autre, à une certaine distance, de manière à laisser entre elles un espace pour le passage des palettes 36 et 37 du rotor. La partie fixe du circuit magnétique présente encore une languette 39 légèrement décalée angulairement par rapport au diamètre correspondant aux surfaces 34 et 35.
Dans un sens de rotation, le flux se ferme par la palette 37, dans l'autre il est dérivé en partie à travers le rotor 38, ce qui annule l'effet moteur d'une impulsion sur deux.
Les fig. 12, 13 et 14 illustrent un procédé de fabrication du rotor de la fia. 10. Ce procédé consiste à partir d'une plaque découpée de forme (fig. 12) dont on replie les extrémités 40 et 41 dans un
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sens et dans l'autre afin d'obtenir les palettes 36 et 37 (fig. 13 et 14).
Les fig. 15, 16 et 17 montrent de quelle façon on peut améliorer le couplage magnétique entre la partie oscillante 42 et la partie fixe 43 du circuit magnétique.
On a enfin représenté aux fig. 19 à 31 un certain nombre de circuits électriques à transistor applicables aux différentes constructions décrites. Tous ces circuits admettent un certain nombre de variantes caractérisées par la position respective des bobines par rapport aux électrodes du transistor.
C'est ainsi que dans tous les exemples donnés, la bobine motrice peut être introduite soit dans le circuit col- lecteur, soit dans le circuit émetteur du transistor, tandis que la bobine captrice, généralement située dans le circuit de base, peut être placée dans le circuit d'émetteur lorsque la bobine motrice est placée dans celui du collecteur.
Enfin, lorsque la bobine motrice est placée dans le circuit émetteur, la bobine captrice, généralement placée entre émetteur et base, peut également être placée entre la base et la masse, ce qui implique une tension d'entrée plus élevée.
La fig. 18 montre de quelle façon varient les tensions Vc et Vnz aux bornes des bobines Bc et Bm dans les circuits comprenant des moyens retardant le rétablissement du courant magnétisant.
Le circuit de la fig. 19 comprend une pile P, un transistor T, les bobines Bc et Bm, une thermistance R et un condensateur C, en parallèle avec la bobine Bm. La pile P débite un courant de repos entre l'émetteur et le collecteur du transistor. Lorsqu'une impulsion motrice disparaît, le condensateur C est chargé par le courant de self-induction. Il se décharge, après le passage de cette impulsion, en sens inverse de celle-ci, dans la bobine motrice en produisant un champ démagnétisant dans la partie non rémanente du circuit magnétique.
Dans le circuit de la fig. 20, qui comprend les mêmes éléments que ceux de la fig. 19, le condensateur C est chargé par la pile P lors de l'impulsion. Ce condensateur se décharge à travers la bobine Bm et la résistance R avec le même effet que le condensateur du circuit de la fig. 9, après le passage de l'impulsion motrice. La résistance R contribue, d'autre part, à compenser la dérive thermique du transistor. Elle introduit également une constante de temps RC qui permet de bloquer le transistor après chaque impulsion motrice pour une durée déterminée.
Ce blocage du transistor est obtenu dans le circuit de la fig. 21, qui fonctionne selon le même principe que celui de la fig. 19 par un condensateur Cl.
En choisissant convenablement la valeur des éléments qui déterminent la durée de blocage du transistor, il est possible de ne transmettre au balancier qu'une impulsion d'entretien toutes les deux alter- nances, c'est-à-dire que des impulsions de même sens. Dans le circuit de la fig. 2.2 qui constitue une variante de la fig. 20, la bobine Bm est partagée (B'm-B"m), le courant démagnétisant passant à travers la partie B'm de cette, bobine.
Dans le circuit de la fig. 23, dans lequel on retrouve les éléments des circuits des fig. 19 et 20, on a prévu un condensateur C2 qui découple la résistance R et introduit- une constante de temps RC2.
Le circuit représenté à la fig. 24 est un perfectionnement du circuit de la fig. 22 dans lequel la compensation de la dérive thermique est améliorée. Ce circuit comprend une diode D, de préférence au silicium, qui ne donne lieu à un courant direct qu'à partir d'une tension de l'ordre de 0,3 volt, ce qui assure une certaine tension de polarisation de la base du transistor par rapport à la masse. L'émetteur suit cette polarisation de la base grâce au condensateur C, ce qui permet à un courant de repos bien déterminé de circuler dans la résistance R.
Le condensateur C. assure le couplage dynamique entre la bobine Bm et l'émetteur du transistor.
La résistance RI polarise la base en courant. Suivant le type de transistor utilisé, la résistance RI devrait shunter la diode. Dans ce circuit, deux constantes de temps interviennent pour le blocage du transistor RI Cl et RC2.
Le circuit de la fig. 25 comprend un transistor Tl destiné à limiter le courant magnétisant. Dès qu'un courant entraîne le déblocage de Tl, le transistor T tend à se bloquer. Le courant magnétisant est ajusté en choisissant convenablement la valeur de la résistance R. Le blocage du transistor T est déterminé par la constante RI Cl.
Le circuit de la fig. 26 est une variante de celui de la fig. 21, dans laquelle on a introduit une thermistance R pour la compensation de la dérive thermique. Le circuit de la fig. 27 est une variante du précédent, dans lequel la compensation de la dérive thermique est améliorée par une résistance d'émetteur R découplée par un condensateur C2.
Le circuit de la fig. 28 est une variante de la fig. 24.
Dans le circuit de la fig. 29, la dérive thermique est compensée par une résistance d'émetteur R découplée par une diode au silicium D qui devient brusquement conductrice vers 0,3 volt. La tension de repos de l'émetteur sera donc choisie vers 0,2 volt, de manière que la compensation de la dérive thermique se produise dans. la région non conductrice de la diode dont l'action n'interviendra qu'au moment d'une impulsion motrice. Une thermistance RI de polarisation de la base complète la compensation.
Le circuit de la fig. 30 est une variante de la fig. 22, comprenant une diode au silicium D qui ne devient conductrice que pour une tension directe d'environ 0,3 volt et qui permet une meilleure Cam- p; nsation de la dérive thermique.
Dans le schéma de la fig. 31, la polarisation de la base et du transistor est assurée par l'intermé-
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diaire d'une thermistance Ri et d'une diode Zéner Z dont la tension de fonctionnement est de quelques dixièmes de volts inférieure à celle de la pile, de manière à assurer une certaine marge de compensation de la dérive thermique. Pour les transistors au silicium, en particulier, on shuntera la diode par une résistance et l'on supprimera la thermistance R'.
Le dispositif selon l'invention pourrait aussi être appliqué à l'entraînement d'un moteur à rotation continue.