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Mouvement d'horlogerie électromagnétique L'invention a pour objet un mouvement d'horlogerie électromagnétique comprenant un diapason, un transducteur pour actionner le diapason et comportant un élément magnétique fixé à une branche du diapason, et des bobines de détection et d'entraînement en relation fonctionnelle avec l'élément magnétique.
Dans le brevet canadien 609691 du 29 novembre 1960, le brevet français 74802 du 13 juin 1958, le brevet allemand 1124433 du 14 juin 1958, le brevet anglais 854196 du 9 juin 1958, le brevet italien 591162 du 12 juin 1958, le brevet japonais 301465 du 30 octobre 1962, le brevet suisse 353311 du 13 juin 1958 intitulé Elektrische Uhr , le brevet canadien 583728 du 22 septembre 1959, le brevet français 1153306 du 12 mai 1956, le brevet allemand 1095747 du 12 mai 1956, le brevet anglais 840086 du 14 mai 1956, le brevet italien 552682 du 12 mai 1956, le brevet japonais 249402 du 16 février 1959,
le brevet mexicain 59196 du 12 mai 1956, le brevet suisse 342171 du 12 mai 1955 intitulé Elektrische Uhr , on trouve des dispositifs utilisant un diapason vibrant à une fréquence naturelle prédéterminée, le diapason recevant des impulsions électromagnétiques par l'intermédiaire d'un circuit à transistors fonctionnant sur batterie, lequel circuit fait vibrer le diapason et en entretient le mouvement.
Ce mouvement est communiqué à un train d'engrenages rotatifs par l'intermédiaire d'un cliquet fixé à une branche du diapason, le cliquet faisant avancer une roue à rochets qui entraîne le train d'engrenages.
Le circuit d'entraînement pour le diapason est constitué par une bobine d'entraînement couplée électromagnétiquement au diapason et reliée à un amplificateur à transistors dont le fonctionnement est commandé par une bobine détectrice de phases couplée de façon analogue au diapason;
la tension alternative induite dans la bobine de détection par la vibration du diapason est appliquée au transistor afin de le rendra périodiquement conducteur, créant de ce fait des impulsions d'entraînement dans la bobine d'entraînement.
Le diapason, qui est couplé aux deux bobines, agit en effet à la façon d'un chaînon, de réaction pour l'amplificateur à transistors et, lorsque le facteur d'amplification de l'amplificateur dépasse l'amortissement de cet élément de réaction, le diapason est mis en vibration dans des conditions de phases qui lui sont propres, et son oscillation est maintenue par l'amplificateur.
Dans les réalisations pratiques de ce dispositif, il est difficile de séparer ou d'isoler les transducteurs de la bobine d'entraînement et de la bobine de détection, en conséquence, le couplage électromagnétique ou électrostatique entre ces transducteurs peut provoquer un degré de réaction plus élevé que celui provoqué par le diapason.
De ce fait, il peut se produire dans l'amplificateur des oscillations parasites à une fréquence déterminée, non pas par celle du diapason, mais par la réaction parasite indésirable. Dans ce cas, la vibration du diapason peut s'arrêter, ainsi que le fonctionnement du mouvement d'horlogerie.
Un .tel couplage parasite est particulièrement aigu dans les petits mouvements de montres électroniques, dans lesquels, du fait du peu d'espace disponible, il devient nécessaire de combiner la bobine de détection et une section de la bobine d'entraînement en un seul transducteur opérationnellement couplé à une branche du diapason, tandis que la section principale de la bobine d'entraînement se trouve placée dans un
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second transducteur opérationnellement couplé à l'autre branche du diapason.
Par exemple, dans une réalisation d'une montre actuellement dans le commerce, on enroule ensemble sur une seule forme de bobine 6000 spires de la bobine d'entraînement ainsi que 2000 spires de la bobine de détection, tandis que les 8000 spires restantes de la bobine d'entraînement sont enroulées sur une seconde forme. Ainsi, bien que les transducteurs résultants possèdent le même nombre total de spires et sont en conséquence de même taille, il se crée entre les systèmes de détection et d'entraînement un couplage électromagnétique puissant. E en résulte dans le circuit des oscillations parasites de fréquence égale à plusieurs kilocycles.
Bien que l'on puisse dériver à l'extérieur ces oscillations à haute fréquence par un condensateur de dérivation dont la réactance est relativement grande à la fréquence basse des oscillations mécaniques, le condensateur provoque également une variation de phase, qui, bien que petite, est néanmoins suffisante pour provoquer une variation dans le décompte du temps, qui se traduit par une erreur de quelques secondes par jour. En outre, le fait que la variation de phase varie quelque peu avec la température introduit une nouvelle cause d'erreurs.
Non seulement le condensateur de dérivation diminue la précision de la montre, mais du fait de son volume, il complique les problèmes de place. Bien entendu, ceci est un inconvénient dans les mécanismes de montres extrêmement compacts, dans lesquels les questions d'espace sont de première importance.
En .conséquence, le but principal de l'invention est de procurer une disposition de transducteurs pour un diapason à actionnement électronique, dans lequel on évite la réaction entre les bobines de détection et d'entraînement sans l'utilisation de blindages ou d'un condensateur de dérivation, évitant ainsi les inconvénients propres à de tels artifices et améliorant également la précision du mécanisme d'horlogerie.
Le mouvement d'horlogerie électromagnétique selon l'invention est caractérisé par le fait que la bobine de détection est constituée par deux portions connectées en série enroulées en sens inverse afin de réduire au minimum le couplage parasite entre les bobines d'entraînement et de détection, ces deux portions de bobine étant disposées symétriquement par rapport à ladite bobine d'entraînement, de sorte que les tensions induites dans celles-ci par la bobine d'entraînement s'annulent,
ces deux portions de bobine de détection étant cependant disposées de telle manière par rapport à l'élément magnétique que les tensions induites dans celles-ci sont d'amplitude inégale.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du mouvement faisant l'objet de la présente invention.
La fig. 1 est une représentation schématique en perspective des éléments de base d'un mouvement d'horlogerie électronique. La fig. 2 est le schéma du circuit électrique du mouvement d'horlogerie.
La fi-, 3 est une coupe d'un transducteur montrant le dispositif d'enroulement des bobines de détection et d'entraînement.
La fig. 4 est un schéma électrique du transducteur. La fi-. 5 montre un schéma électrique modifié pour un mouvement d'horlogerie qui comporte un dispositif compte-secondes.
La fig. 6 est un support de bobine modifié pour le transducteur.
On se réfère maintenant à la fig. 1 du dessin : les éléments principaux du mouvement d'horlogerie sont un étalon garde-temps constitué par un diapason 10 et un circuit d'entraînement électronique 11 et un mouvement rotatif 12 de dessin conventionnel comprenant un train d'engrenages pour faire tourner les aiguilles du mouvement d'horlogerie, lequel mouvement peut être une pendule, une montre ou tout autre dispositif de mesure du temps, tel qu'un interrupteur à déclenchement retardé.
Du fait de la précision exceptionnelle du dispositif, on peut provoquer une action d'interruption dans un délai prédéterminé de mois, jours, heures, minutes ou fractions de minute à partir d'un instant donné de départ. Le train d'engrenages est entraîné par l'intermédiaire d'un cliquet 13 relié à une branche du diapason et venant en prise avec une roue à rochets 14 couplée au mouvement rotatif. Le diapason n'a ni pivots, ni roulements, et c'est pourquoi son action de garde-temps est indépendante des effets du frottement.
Le diapason 10 est muni de deux branches flexibles 15 et 16 reliées entre elles par une base 17 relativement rigide, cette base présentant une tige 18 s'étendant vers le haut fixée à la platine du mouvement d'horlogerie par des vis appropriées 19 et 20. La zone centrale de la platine est découpée afin de permettre la vibration des branches.
Le diapason est actionné par un premier transducteur Tl et par un second transducteur T2. Le transducteur Tl est constitué par un élément magnétique 21 fixé à l'extrémité libre de la branche 15, et coopérant avec une bobine d'entraînement 22 et une bobine de détection de phases 23. Les deux bobines sont enroulées d'une façon qui sera décrite ci-après sur un support tubulaire ouvert aux extrémités 24 fixé à une forme de montage à moyeu elle-même fixée à la platine. Le second transducteur T2 comporte un élément magnétique 25 fixé à l'extrémité libre de la branche 16 et coopérant avec une bobine d'entraînement 26 enroulée sur un support tubulaire 27.
Le circuit d'entraînement électronique 11 comporte un transistor 28, une batterie à élément unique 29 et un réseau de polarisation R-C (résistance- capacité) formé par un condensateur 30 shunté par une résistance 31.
Le transistor 28, qui peut être du type PNP à jonction, au Germanium, est muni d'électrodes base, émetteur et collecteur désignés respectivement par les lettres B, E et C.
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La base B est reliée par le réseau R-C 30, 31 à une extrémité de la bobine de détection de phases 23, son autre extrémité étant reliée à une extrémité de la section 22 de la bobine 'entraînement. La section principale de la bobine d'entraînement 26 est reliée en série avec la section 22 de la bobine d'entraînement au. collecteur C du transistor.
L'émetteur E est relié à la borne positive d'une batterie 29, dont la borne négative est reliée à la jonction de la bobine d'entraînement 22 et de la bobine de détection de phase 23. Ainsi, la batterie 29 est reliée en série par les deux bobines d'entraînement 22 et 26 en un point situé entre l'émetteur et le collecteur du transistor, le collecteur étant négatif par rapport à l'émetteur. La batterie 29 devra être du type procurant une tension extrêmement stable (par exemple 1,3 volt) pendant presque toute la durée de sa vie utile.
L'interaction du circuit d'entraînement électronique 11 et du diapason est autorégulatrice et, non seulement, fait osciller les branches du diapason à leur fréquence naturelle, mais maintient cette oscilla- tion à une amplitude sensiblement constante.
En fonctionnement, une impulsion appliquée aux bobines d'entraînement des transducteurs crée une poussée axiale de l'élément magnétique correspondant dans une direction déterminée par la polarité de l'impulsion par rapport à la polarisation de l'aimant permanent et d'une amplitude dépendant de l'énergie de l'impulsion. Du fait que l'élément magnétique est attaché à une branche du diapason, la poussée de l'élément agit mécaniquement pour faire vibrer le diapason.
Le mouvement résultant de l'élément magnétique par rapport aux bobines fixes induit une force électro- motrice de réaction dans les bobines d'entraînement et, dans le cas du transducteur Tl, dans la bobine de détection de phases. Du fait que l'élément magn6ti- que oscille en correspondance avec le déplacement du diapason, la force électromotrice de réaction prend la forme d'une tension alternative dont la fréquence correspond à la fréquence du diapason.
La tension prélevée par la bobine de détection est appliquée à la base du transistor afin de commander le moment de chaque cycle où les bobines d'entraînement reçoivent l'impulsion d'excitation. Le fonctionnement du circuit d'entraînement est plus complètement expliqué dans les demandes de brevets ci-dessus citées.
Les deux transducteurs sont de conception analogue, sauf que le transducteur Tl comporte une bobine de détection de phase 23 ainsi qu'une bobine d'entraînement 22. La construction et le fonctionnement des transducteurs sont analogues à ceux d'un haut pamleur dynamique à aimant permanent, sauf que l'élément mobile est l'aimant et non pas la bobine.
Comme il est représenté sur la fig. 3, l'élément magnétique 21 est constitué par un élément cylindrique en forme de coupe 21a en matériau magnétique tel que du fer, et par un barreau magnétique d'aimant permanent 21b monté coaxialement à l'intérieur du précédent.
L'aimant 21b, qui peut être constitué par exemple par de 1' Alnico , -est porté par l'extrémité fermée de l'élément en forme de coupe afin de procurer un circuit magnétique dans lequel les lignes de flux magnétique traversent l'entrefer annulaire 21c déterminé par l'aimant intérieur et l'élément en forme de coupe qui l'entoure.
Le barreau magnétique 21b est un cylindre de section transversale circulaire uniforme tout le long de sa longueur, d'où il résulte que la surface de la coupe transversale de l'entrefer tout le long de la longueur de l'élément en forme de coupe est également uniforme. Toutefois, le champ magnétique est plus intense à l'ouverture de l'élément en forme de coupe adjacent au pôle libre de l'aimant permanent et est plus faible à la base de la coupe, du fait que la densité de flux diminue progressivement au fur et à mesure que l'on se déplace vers l'intérieur depuis l'extrémité ouverte.
Comme on le voit mieux sur la fig. 1, l'élément cylin- drique en forme de coupe 21a est découpé longitudi- nalement le long de deux plans diamétralement opposés afin de former des fentes. Il en résulte une réduction sensible dans les dimensions du transducteur avec cependant une perte de flux relativement petite.
Ces découpes réduisent l'espace occupé en profondeur par les coupes et empêchent également les effets d'amortisseur résultant de la compression de l'air dans l'ensemble aimant-coupe.
On peut voir également que le support tubulaire fixe 24 est également cylindrique et est placé concen- triquement à l'intérieur de l'entrefer annulaire 21c par rapport à la fois au barreau magnétique et à l'élément en forme de coupe qui l'entoure, ce qui permet à l'élément magnétique d'aller et venir axialement par rapport aux bobines fixes.
Le support tubulaire de bobine 24 est muni en son milieu d'une nervure circonférentielle 24a qui sépare les deux moitiés de la bobine de détection 23, l'une des moitiés 23a étant enroulée d'un côté de la nervure et l'autre moitié 23b étant enroulée en sens inverse de l'autre côté. Les deux moitiés sont reliées en série. Les spires de la bobine d'entraînement 22 sont enroulées autour des deux moitiés de la bobine de détection.
Au lieu d'une nervure unique, il est également possible de prévoir deux nervures espacées 24b et 24c situées centralement sur le support et procurant une séparation plus grande entre les moitiés de bobine 23a et 23b. L'espace situé entre les deux nervures, comme on le voit sur la fig. 6, est utilisé pour les spires de la bobine d'entraînement 22.
Le fonctionnement de ce dispositif sera mieux compris si l'on se réfère à la fig. 4. On voit sur cette figure que la bobine d'entraînement 22 et les moitiés de la bobine de détection sont couplées magnétique- ment, les deux moitiés étant disposées symétriquement par rapport à la bobine d'entraînement et étant couplées inductivement à cette dernière. Toutefois, du fait que les tensions induites de la bobine d'entraînement dans les deux moitiés de la bobine de détection sont d'égale amplitude .et en opposition de phase,
ces ten-
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sions se compensent l'une l'autre et s'annulent. D'un autre côté, les tensions induites dans les deux moitiés de bobines de détection par le mouvement alternatif de l'élément magnétique 21a, 21b ne sont pas d'égales amplitudes, car la densité de flux dans la zone de l'entrefer dans laquelle se situe la moitié de bobine 23b est beaucoup plus importante que la densité de flux dans la zone où se situe la moitié de bobine 23a.
De ce fait, bien que les d'eux tensions induites soient en opposition de phase, la tension résultante de sortie est pratiquement la tension induite dans la moitié de bobine 23b et cette tension suffit à commander le fonctionnement du transistor de la manière qui a été décrite précédemment.
Bien que l'on ait représenté jusqu'ici un arrangement symétrique des deux moitiés de bobine afin d'annuler le transfert inductif entre la bobine de détection et la bobine d'entrainement, une telle symétrie n'est pas essentielle, mais elle est préférée, du fait qu'elle n'est nécessitée que pour réduire une telle réaction afin d'empêcher des oscillations à fréquence élevée. Il est bien entendu que le nombre de spires indiqué ci-dessus n'est simplement qu'un exemple.
Dans le circuit représenté sur les fig. 1 et 2, la disposition est du type émetteur à la terre. Dans la variante de circuit représentée sur la fig. 5, le circuit est du type collecteur à la terre et utilise un transistor au silicium à bêta élevé 32.
L'avantage du transistor au silicium sur le transistor au germanium est qu'il n'y a pas de courant de fuite et que le transistor tra- vaille dans d'excellentes conditions depuis - 600 jusqu'à + 1101> avec un rendement énergétique de 75 % et plus. Ceci réduit la consommation d'énergie du mouvement d'horlogerie et lui permet de fonctionner dans des climats extrêmement chauds ou froids sans perdre de
précision.
Un dispositif extrêmement sûr de départ :et d'arrêt peut être incorporé dans ce circuit par l'utilisation de deux diodes au silicium 33 et 34 interposées entre la borne négative de la batterie 29 et la bobine d'entraînement 26, les diodes étant reliées .en série et shuntées par un interrupteur 35.
Dans le cas où la tension de la batterie appliquée au transistor vient à baisser, on atteindra un point pour lequel l'amplitude résultant du fonctionnement du diapason et du mouvement du cliquet ne suffit plus pour faire avancer la roue à rochets même si le diapason vibre encore. En supposant que chaque diode ait une tension de coupure de 0,4 volt, en série, les diodes commenceront à conduire à 0,8 volt.
Avec l'interrupteur 35 ouvert (position d'arrêt), la tension appliquée à l'oscillateur à transistors est la tension de la batterie (1,32 volt) moins 0,8 volt qui, normalement, réduira l'amplitude en dessous de la normale à un niveau tel que la roue à rochets ne pourra plus être entraînée. Lorsque l'interrupteur est fermé, les diodes sont shuntées et le fonctionnement normal reprend.
Ainsi, le fonctionnement du diapason n'est pas arrêté lorsqu'on arrête la montre, mais seulement diminué en amplitude. Toutefois le train d'engrenage est désaccouplé du diapason.
Un avantage du mouvement décrit est de procurer un circuit à transistors pour un mouvement d'horlogerie, qui nécessite une puissance moindre et qui fonctionne efficacement sur une gamme de température plus grande.
Un autre avantage de ce mouvement est de procurer un chronomètre électronique de grande efficacité, dans lequel les retards du. démarrage et à l'arrêt ne constituent qu'une toute petite fraction de seconde.
D'autre part, l'utilisation d'un circuit d'entraîne- ment à transistors au silicium à collecteur mis à la terre, qui possède un courant de fuite extrêmement faible, diminue ainsi avantageusement les pertes d'énergie.