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Vibreur électrique pour l'entraînement du rouage d'une pièce d'horlogerie La présente invention se rapporte aux vibreurs électriques utilisés pour les sources d'énergie motrice de pièces d'horlogerie électriques. L'invention concerne plus particulièrement un vibreur électrique dont le mode de vibration est du type de vibration à flexion.
Jusqu'à présent, les vibreurs électriques du type à flexion de genre usuel qui sont actionnés électro- statiquement, étaient en général du type dans lequel, en liant l'un à l'autre deux éléments vibreurs consistant en une matière électrostrictive polarisée ou piézo-électrique, en fixant une extrémité de cette combinaison à une base, en laissant libre l'autre extrémité et en obligeant, par l'application d'énergie électrique, les deux éléments vibreurs à s'étirer et à se rétracter alternativement, on soumettait le vibreur combiné à une vibration par flexion. Toutefois, dans ce cas de deux éléments vibrants liés l'un à l'autre de la manière susindiquée, on a constaté divers inconvénients.
Par exemple, un phénomène de contrainte de cisaillement ( shearing ) tend à se produire dans les faces contiguës des deux éléments, d'où il résulte une perte dite de shearing qui diminue fortement l'effi- cacité de la vibration. Un autre inconvénient consiste dans le fait que puisque, à l'une des extrémités du corps vibrant, une partie de l'énergie vibratoire fuit dans la base, le Q effectif de vibration devient très bas, sa valeur allant de quelques dixièmes à quelques centièmes d'après les mesures effectuées. En outre, la fréquence de la vibration naturelle est limitée à une zone de l'ordre de grandeur de 50 à 2000 cycles par seconde.
Il s'ensuit qu'il est nécessaire d'adjoindre une masse appropriée à l'extrémité libre du corps vibrant afin d'obtenir une vibration à basse fréquence ou de réduire les dimensions du corps vibrant. Diverses propositions ont déjà été faites pour diminuer les pertes par shearing et améliorer le Q effectif du corps vibrant. C'est ainsi qu'on a proposé des vibreurs électriques à flexion utilisables pour l'en- trainement du rouage d'une pièce d'horlogerie formés d'un corps vibrant supporté par une base avec interposition d'un organe ayant une plus grande flexibilité que le corps vibrant lui-même.
On a également proposé des vibreurs à flexion dont le corps vibrant est formé de deux éléments allongés disposés côte à côte, et aptes à vibrer lorsqu'ils sont excités électriquement au moyen d'électrodes, ces éléments étant reliés par une de leurs extrémités à une base et l'un à l'autre à leurs extrémités ou dans leurs régions nodales par des pièces d'espacement.
Ces mesures se sont toutefois révélées insuffisantes pour supprimer presque complètement les pertes par shearing et les fuites d'énergie vibratoire par la base de support et permettre de simplifier et de miniaturiser le dispositif vibrant tout en accroissant son efficacité vibratoire dans une mesure suffisante pour qu'il n'exige qu'une consommation de courant extrêmement faible et puisse être ainsi utilisé avec succès dans des pièces d'horlogerie de petites dimensions munies de circuits transistorisés.
La présente invention vise principalement à obtenir ces résultats par une disposition nouvelle et originale des éléments du vibreur. Elle a pour objet un vibreur électrique à flexion pour l'entraînement du rouage d'une pièce d'horlogerie, comprenant un corps vibrant formé de deux éléments allongés, disposés côte à côte et aptes à vibrer lorsqu'ils sont excités électriquement, une base à laquelle lesdits éléments sont reliés par une de leurs extrémités, et des pièces
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d'espacement reliant en outre lesdits éléments l'un à l'autre à leurs extrémités ou dans leurs régions nodales et formant un espace libre entre les deux éléments, et des électrodes pour exciter lesdits éléments,
caractérisé en ce que la pièce d'espacement disposée à l'extrémité fixe des éléments est constituée par un organe doté d'une plus grande flexibilité que les éléments eux-mêmes et forme un organe de support intermédiaire entre les éléments et la base.
L'organe d'espacement et de support intermédiaire peut avantageusement constituer en même temps une électrode d'excitation. On peut aussi avantageusement prolonger vers l'extérieur par un cliquet d'impulsion destiné à entraîner le rouage d'une pièce d'horlogerie une pièce d'espacement située vers l'extrémité libre des éléments vibrants.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du vibreur objet de l'invention.
La fig. 1, donnée à titre comparatif, est une vue schématique en élévation d'un vibreur électrique de type classique connu.
La fig. 2 est un schéma des connexions électriques correspondant au vibreur électrique de la fig. 1.
La fia. 3 est une vue en élévation schématique d'une forme d'exécution du vibreur électrique selon la présente invention.
La fig. 4 est un schéma des connexions électriques correspondant à la forme d'exécution de la fig. 3.
Les fig. 5 et 6 sont des vues schématiques représentant des exemples d'application pratique du vibreur de la fig. 3.
Le vibreur électrique classique du type à flexion représenté dans la fig. 1 est composé, comme indiqué ci-dessus, de deux éléments vibrants A et B en matière électrostrictive polarisée ou en matière piézo- électrique, le sens de polarisation dans ce cas étant indiqué par les flèches de la fig. 1. Une extrémité de ce vibreur est fixée à une base D. Des électrodes 1 et 2 sont disposées sur les faces latérales opposées des éléments A et B, à proximité de la base, et une électrode 3 est disposée entre les éléments A et B.
Par une excitation électrostatique au moyen de ces électrodes, les éléments vibrants sont alternativement obligés de s'étirer et de se rétracter, un côté s'étendant et l'autre se rétractant, de sorte qu'ils sont sujets à une vibration par flexion.
Le circuit électrique représenté dans la fig. 2 est équivalent ou analogue au système électromécanique de la fig. 1 décrit ci-dessus. C'est-à-dire que dans la fig. 2 le signe de référence Lo désigne une inductance équivalant au corps vibrant; Co désigne une capacité équivalente, go désigne une conductance équivalente ; Cd, désigne une capacité équivalente entre les électrodes, et Rd désigne une résistance équivalente à la perte de capacité Cd.
Suivant la présente invention, afin d'éliminer la perte par shearing qui tend à se produire pendant la vibration dans les faces contiguës des deux éléments vibrants liés l'un à l'autre, les éléments A et B de la fig. 3 ne sont pas liés l'un à l'autre, mais on dispose entre ces éléments des pièces d'espacement 4 et C qui laissent entre lesdits éléments un espace libre S. On a constaté que les positions les plus favorables des pièces d'espacement 4 et C sont celles qui sont les plus rapprochées des noeuds de vibration. Dans le cas présent, l'électrode 3 est disposée sur la pièce d'espacement inférieure C des deux éléments vibrants A et B.
Bien que les éléments vibrants A et B soient ainsi séparés, puisqu'ils sont quand même reliés par les pièces d'espacement 4 et C, il est possible d'en obtenir une vibration à flexion comme dans le cas des vibreurs classiques en leur appliquant une excitation électrostatique de façon à les faire se détendre et se rétracter alternativement. Dans ce cas, toutefois, puisqu'il existe un espace vide S entre les éléments vibrants A et B, le phénomène de shearing susmentionné ne peut pas se produire entre lesdits éléments pendant la vibration. Il est ainsi possible de réduire dans une très large mesure la perte d'énergie due au shearing .
Selon la présente invention, en outre, afin d'éviter la fuite d'énergie vibratoire du corps vibrant à la base de support, on interpose entre le corps vibrant A, B et la base D un prolongement de la pièce d'espacement C constitué par une matière ayant une flexibilité plus grande que celle du corps vibrant AB formé des éléments vibrants A et B. La matière composant cet organe C est une matière à flexibilité élevée et, de préférence, une matière ayant une valeur de Q aussi élevée que possible. Cette matière pourrait être, par exemple, de l'ambre, du duralumin, ou un alliage de cuivre au béryllium.
En intercalant un tel organe C constituant en même temps une pièce d'espacement à flexibilité plus forte que le corps vibrant, la fuite d'énergie vibratoire du corps vibrant à la base D est supprimée par cet organe C dans une très large mesure, de sorte que le Q effectif de vibration est considérablement accru et l'on obtient ainsi un effet hautement souhaitable. En outre, puisque la fréquence naturelle de vibration du corps vibrant diminue avec ses dimensions, la mesure classique consistant à adjoindre une masse à l'extrémité libre du vibreur pour en réduire les dimensions, devient superflue. Si, toutefois, on ajoute une telle masse, les dimensions du vibreur subissent une plus forte diminution.
Le circuit équivalent ou analogue pour le cas ci- dessus est représenté dans la fig. 4. On remarquera que le circuit de la fig. 4 est le circuit de la fig. 2 avec l'adjonction d'une capacité C, équivalente à l'organe C et d'une conductance équivalente g, Ainsi, la capacité totale devient encore plus grande que celle du cas classique. Il s'ensuit que le vibreur devient un vibreur à basse impédance, et qu'il peut ainsi s'appliquer en combinaison avec des transistors.
Dans ce cas, il est aussi possible d'améliorer sensiblement le Q général en choisissant pour l'organe C une matière à Q élevé.
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Les valeurs de Q du vibreur même, de l'organe C, et de la combinaison complète de ces parties, si on les désigne respectivement par Qo, Q, et Qt peuvent être données par les équations suivantes
EMI3.5
5 Partant de ces trois équations, on obtient
EMI3.7
A titre d'exemple, en attribuant les valeurs spéci- .
fiques suivantes Q,=100, Q,=5000., Cc=10 Co on aura Qt=917=9,170o Cela signifie que, dans ce cas, la valeur du Q total est améliorée d'environ neuf fois celle d'un cas classique.
Le tableau qui suit indique certaines données expérimentales de la forme d'exécution de la fig. 3. Dans ce tableau, les signes L,, Lb, Tt et Tb sont référencés dans la fig. 3 et les signes f o et W désignent respectivement la fréquence de résonance et la largeur des éléments vibrants A et B.
EMI3.26
<tb> A <SEP> B <SEP> C
<tb> Lt <SEP> 14 <SEP> mm <SEP> 12 <SEP> mm <SEP> 12 <SEP> mm
<tb> L,, <SEP> 3,5 <SEP> mm <SEP> 4 <SEP> mm <SEP> 2,5 <SEP> mm
<tb> Tt <SEP> 0,2 <SEP> mm <SEP> 0,2 <SEP> mm <SEP> 0,2 <SEP> mm
<tb> Tb <SEP> 0,1 <SEP> mm <SEP> 0,1 <SEP> mm <SEP> 0,1 <SEP> mm
<tb> W <SEP> 2 <SEP> mm <SEP> 2 <SEP> mm <SEP> 2 <SEP> mm
<tb> 120 <SEP> c/s <SEP> 140 <SEP> c/s <SEP> 190 <SEP> c/s
<tb> Matière <SEP> de <SEP> A, <SEP> B <SEP> et <SEP> C <SEP> Pb <SEP> Zr-Ti <SEP> Os <SEP> Ba <SEP> Ti <SEP> 03 <SEP> Ba <SEP> Ti <SEP> 03
<tb> Amplitude <SEP> de <SEP> la <SEP> vibration <SEP> 0,30 <SEP> mm <SEP> 0,36 <SEP> mm <SEP> 0,29 <SEP> mm
<tb> Tension <SEP> d'entrée <SEP> 4 <SEP> volts <SEP> 4 <SEP> volts <SEP> 4 <SEP> volts
<tb> Q <SEP> 1300-1500 <SEP> 1200-1300 <SEP> 1100-1200
Il est évident que,
dans la forme d'exécution représentée dans la fig. 3, l'organe C peut être utilisé en même temps comme électrode 3 du côté intérieur.
Une forme d'application de l'invention, dans laquelle deux vibreurs selon la fig. 3 sont utilisés sous la forme d'un diapason, est représentée dans la fig. 5. Dans cette disposition côte à côte des deux vibreurs, ces derniers annulent mutuellement la fuite d'énergie vibratoire vers la base D, ce qui permet de réduire encore la perte d'énergie.
Le vibreur suivant la présente invention est utilisé pour entraîner directement le train de rouages d'un chronomètre électrique, par exemple comme indiqué schématiquement dans la fig. 6. Dans cette application, la pièce d'espacement 4 disposée à l'extrémité libre du vibreur est prolongée à l'extérieur et un cli- quet 8 est fixé à l'extrémité libre du prolongement extérieur de la pièce 4 et entraîne un rochet 7 faisant partie du train de rouages.