CH720168A2 - Galvanomètre, notamment pour applications horlogères - Google Patents

Abstract

Le galvanomètre (2) comprend une partie mobile (6) agencée mobile en rotation, un ressort de rappel (10) de la partie mobile, un organe indicateur (26), des bobines fixes (14a, 14b, 14c) et des aimants permanents (16b, 16c; 18b, 18c) portés par la partie mobile et couplés magnétiquement avec les bobines fixes, de sorte que la partie mobile subit un couple de force magnétique variant en fonction d'une intensité d'un courant électrique circulant dans les bobines. Chaque bobine fixe présente un axe central qui est parallèle à l'axe de rotation de la partie mobile. Ensuite, les aimants permanents sont agencés de manière à engendrer un champ magnétique présentant, du côté des bobines, une direction principale sensiblement parallèle à l'axe de rotation (8) de la partie mobile, ce champ magnétique traversant axialement au moins en partie les bobines, pour toute position angulaire de la partie mobile dans une plage angulaire utile, de sorte à engendrer ledit couple de force magnétique.

Description

Domaine technique de l'invention

[0001] La présente invention concerne le domaine des galvanomètres, lesquels permettent de mesurer l'intensité d'un courant circulant dans au moins une bobine. En particulier, l'invention concerne un galvanomètre de petites dimensions pouvant être incorporé dans une pièce d'horlogerie.

Arrière-plan technologique

[0002] Divers types de galvanomètre sont connus depuis longtemps, certains depuis plus d'un siècle. Un type de galvanomètre répandu est le galvanomètre à cadre mobile. Une bobine de forme rectangulaire est montée mobile en rotation sur un arbre relié à un ressort de torsion, notamment un ressort spiral, l'axe de la bobine étant orthogonal à l'axe de rotation défini par l'axe central de l'arbre. La bobine est placée dans un circuit magnétique fixe comprenant un aimant ou entre deux aimants fixes, le circuit magnétique ou les deux aimants fixes étant agencés de manière qu'un champ magnétique traverse la bobine selon une direction orthogonale à l'axe de rotation. Un organe indicateur, notamment une aiguille, est porté par l'arbre d'un côté de la bobine et il se déplace, en fonction du courant électrique à mesurer circulant dans la bobine, en regard d'un cadran gradué qui s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation. Un tel galvanomètre est encombrant et il est difficile de pouvoir réduire ses dimensions de manière à pouvoir l'utiliser dans des applications horlogères, notamment dans une montre, en particulier du fait qu'il présente une relativement grande hauteur selon la direction de l'axe de rotation et donc perpendiculairement au cadran gradué. Dans le cas d'une pièce d'horlogerie, le cadran gradué est avantageusement prévu parallèle au cadran principal de la pièce d'horlogerie et de préférence confondu avec ce cadran principal qui présente alors une graduation pour le galvanomètre. Un tel galvanomètre incorporé dans une montre aurait pour conséquence négative que la montre ait une relativement grande hauteur due notamment à l'orientation de la bobine qui présente une relativement grande dimension selon l'axe de rotation pour que le galvanomètre soit fonctionnel avec un couple magnétique appliqué à la partie mobile qui soit suffisant.

[0003] On connaît aussi des galvanomètres comprenant une ou deux bobines fixes et un aimant permanent ou un élément ferromagnétique monté mobile en rotation sur un arbre. Chaque bobine s'étend dans un plan général parallèle à l'axe de rotation défini par l'axe central de l'arbre, cet axe central étant, comme dans le galvanomètre à cadre mobile, orthogonal à l'axe de rotation. L'aimant permanent ou l'élément ferromagnétique est agencé de manière à être couplé à un champ magnétique produit par la bobine ou les deux bobines traversée(s) par un courant électrique à mesurer. L'aimant permanent est bipolaire et présente un axe de magnétisation perpendiculaire à l'axe de rotation. Dans le cas d'un élément ferromagnétique, notamment sous forme d'aiguille ou de barre allongée, l'axe longitudinal de cet élément est aussi perpendiculaire à l'axe de rotation. L'arbre est également relié à un ressort de torsion et il porte un organe indicateur qui se meut devant un cadran gradué qui est perpendiculaire à l'axe de rotation. Ce type de galvanomètre présente les mêmes inconvénients que le type à cadre mobile en ce qui concerne l'encombrement et la difficulté d'incorporer un tel galvanomètre dans une pièce d'horlogerie.

Résumé de l'invention

[0004] La présente invention a pour premier objectif de résoudre le problème de l'encombrement des galvanomètres de l'art antérieur, en particulier le problème de la hauteur de tels galvanomètres selon l'axe de rotation de la partie mobile. La présente invention a pour deuxième objectif de fournir un galvanomètre fournissant, pour son volume, un couple de force relativement élevé à la partie mobile pour de relativement faibles courants électriques à mesurer.

[0005] A cet effet, l'invention concerne un galvanomètre comprenant une partie fixe, une partie mobile agencée mobile en rotation autour d'un axe de rotation, un ressort de rappel ayant ses deux extrémités respectivement fixées à la partie fixe et à la partie mobile, un organe indicateur en liaison cinématique avec la partie mobile, au moins une bobine portée par une première partie parmi la partie fixe et la partie mobile, et au moins un aimant permanent porté par la seconde partie parmi la partie fixe et la partie mobile. Ledit au moins un aimant permanent est agencé de manière à être couplé magnétiquement avec ladite au moins une bobine, sur une plage angulaire utile de la partie mobile, de sorte que la partie mobile subit un couple de force magnétique, relativement audit axe de rotation, qui est non nul sur toute la plage angulaire utile, le couple de force magnétique variant en fonction d'une intensité d'un courant électrique circulant dans ladite au moins une bobine. La plage angulaire utile s'étend depuis une position angulaire initiale de la partie mobile dans lequel cette partie mobile est normalement située en l'absence de courant électrique dans ladite au moins une bobine. Le ressort de rappel est agencé de manière à engendrer un couple de force mécanique qui s'oppose audit couple de force magnétique. Selon l'invention, chaque bobine portée par la première partie présente un axe central qui est sensiblement parallèle à l'axe de rotation de la partie mobile. Ensuite, ledit au moins un aimant permanent est agencé de manière à engendrer un champ magnétique présentant une direction principale sensiblement parallèle à l'axe de rotation du côté de ladite au moins une bobine, ce champ magnétique traversant axialement au moins en partie ladite au moins une bobine pour toute position angulaire de la partie mobile dans la plage angulaire utile de sorte à engendrer ledit couple de force magnétique.

[0006] Selon un mode de réalisation principal, la première partie comprend 2N bobines coplanaires, N étant un nombre supérieur à zéro, qui s'étendent dans un premier plan général perpendiculaire à l'axe de rotation et qui sont réparties régulièrement autour de l'axe de rotation. Ensuite, ledit au moins un aimant permanent définit 2N pôles magnétiques qui sont répartis régulièrement autour de l'axe de rotation d'un premier côté du premier plan général. Les 2N pôles magnétiques sont constitués de N pôles Nord et N pôles Sud, lesquels sont agencés angulairement de manière alternée, et les 2N bobines sont agencées angulairement avec des polarités alternées.

[0007] Selon une variante particulière, les 2N pôles magnétiques sont formés respectivement par 2N aimants permanents bipolaires s'étendant dans un deuxième plan général parallèle au premier plan général et ayant des axes d'aimantation respectifs qui sont parallèles audit axe de rotation.

[0008] Selon un mode de réalisation préféré, chaque bobine présente une moindre dimension selon son axe central et chaque aimant permanent présente une moindre dimension selon l'axe de rotation.

[0009] Selon un mode de réalisation avantageux, la première partie est la partie fixe et la deuxième partie est la partie mobile.

Brève description des figures

[0010] L'invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés, donnés à titre d'exemples nullement limitatifs, dans lesquels : – la Figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation préféré d'un galvanomètre selon l'invention ; – la Figure 2 est une vue en perspective de la partie mobile du galvanomètre de la Figure 1 et des bobines fixes dans lesquels il est prévu de faire circuler un courant électrique à mesurer ; – la Figure 3 est une coupe transversale de la Figure 2 selon un plan de coupe contenant l'axe de rotation de la partie mobile ; – la Figure 4 est une vue en perspective similaire à celle de la Figure 2, mais sans les bobines fixes ; – la Figure 5 est une vue de côté de la partie mobile du galvanomètre de la Figure 1 ; – la Figure 6 est une vue partielle en perspective du galvanomètre de la Figure 1 laissant apparaître entièrement les bobines fixes ; – les Figures 7A, 7B et 7C sont des vues de dessus de la partie du galvanomètre montrée à la Figure 6, avec respectivement trois positions angulaires de la partie mobile ; – la Figure 8 est un graphe donnant la courbe d'un couple de force magnétique qui s'applique à la partie mobile en fonction de la position angulaire de cette partie mobile ; – la Figure 9 est un graphe montrant plusieurs courbes de couple magnétique s'appliquant à la partie mobile du galvanomètre pour diverses intensités d'un courant électrique traversant les bobines du galvanomètre et deux variantes pour un couple mécanique exercé par un ressort de rappel reliant la partie mobile à la partie fixe du galvanomètre.

Description détaillée de l'invention

[0011] En référence aux Figures on décrira par la suite un mode de réalisation préféré d'un galvanomètre selon l'invention. On notera que la partie fixe du galvanomètre, hormis les bobines, correspond à un exemple particulier permettant de montrer au mieux les parties principales du galvanomètre et d'exposer clairement son fonctionnement. Dans le cas d'une incorporation d'un galvanomètre selon l'invention dans la boîte d'une pièce d'horlogerie, en particulier d'une intégration d'un tel galvanomètre au moins en majeure partie dans un mouvement, la partie fixe du galvanomètre est conçue de manière à pouvoir être introduite correctement dans un espace dédié à ce galvanomètre dans la boîte ou à s'imbriquer au mieux dans le mouvement horloger. On notera encore que le galvanomètre peut se présenter sous la forme d'un module séparable des autres parties prévues dans la boîte de la pièce d'horlogerie ou être intégré à une de ces parties, en particulier au mouvement horloger.

[0012] Le galvanomètre 2 comprend une partie fixe et une partie mobile 6, agencée mobile en rotation autour d'un axe de rotation 8, ainsi qu'un ressort de rappel 10 ayant ses deux extrémités 11 & 12 respectivement fixées à la partie fixe et à la partie mobile. La partie fixe est formée d'une base 3, d'un pont supérieur 4 et de deux plaquettes 5a et 5b présentant des pistes électriques et des plages de contact. La partie fixe comprend en outre quatre bobines 14a, 14b, 14c, 14d, soit 2N bobines avec N = 2 dans le mode de réalisation décrit aux Figures, deux de ces bobines étant portées par la plaquette 5a et les deux autres bobines étant portées par la plaquette 5b. Les quatre bobines sont donc fixes et sont reliées aux plages de contact prévues sur les deux plaquettes à circuit imprimé. Les quatre bobines sont coplanaires et s'étendent dans un premier plan général 42 qui est perpendiculaire à l'axe de rotation 8. Chacune des quatre bobines présente un axe central 15a, respectivement 15b, 15c et 15d, qui est parallèle à l'axe de rotation 8 de la partie mobile 6. Ensuite, les quatre bobines sont réparties régulièrement autour de l'axe de rotation et agencées de manière à permettre à un courant électrique I à mesurer de circuler dans ces quatre bobines selon des sens alternés. Les quatre bobines sont ainsi agencées angulairement avec des polarités alternées. En effet, le champ magnétique Bb engendré par chaque bobine de la pluralité de bobines, lorsqu'elles sont parcourues par le courant électrique I, présente une direction principale qui est selon l'axe central de cette bobine, donc parallèle à l'axe de rotation 8, et les champs magnétiques Bb engendrés par les quatre bobines présentent angulairement des sens alternés (voir Fig. 6 et Fig. 7A). Chaque bobine occupe un secteur angulaire de 90°.

[0013] La partie mobile 6 comprend une première pluralité de 2N aimants permanents bipolaires qui définissent 2N pôles magnétiques du côté des 2N bobines, soit quatre aimants permanents bipolaires 16a, 16b, 16c, 16d qui sont agencés régulièrement autour de l'axe de rotation 8 avec des polarités alternées de sorte qu'ils présentent du côté des quatre bobines deux pôles magnétiques Nord et deux pôles magnétiques Sud, et en outre une seconde pluralité de 2N aimants permanents bipolaires définissant également 2N pôles magnétiques du côté des 2N bobines, soit quatre aimants permanents bipolaires 18a, 18b, 18c, 18d qui sont aussi agencés régulièrement autour de l'axe de rotation 8 avec des polarités alternées de sorte qu'ils présentent du côté des quatre bobines N pôles magnétiques Nord et N pôles magnétiques Sud, avec N = 2. La première pluralité d'aimants permanents bipolaires s'étend dans un deuxième plan général 44 parallèle au premier plan général 42 avec les axes d'aimantation respectifs parallèles à l'axe de rotation 8. La seconde pluralité d'aimants permanents bipolaires s'étend dans un troisième plan général 46 aussi parallèle au premier plan général 42 avec les axes d'aimantation respectifs parallèles à l'axe de rotation 8. Ainsi, chaque aimant permanent bipolaire a un axe d'aimantation qui est parallèle à l'axe de rotation 8. Chaque aimant permanent occupe un secteur angulaire de 90°.

[0014] Par conséquent, les 2N pôles magnétiques formés par la première pluralité d'aimants permanents, soit quatre pôles magnétiques, sont répartis angulairement, autour de l'axe de rotation, de manière alternée et régulièrement d'un premier côté du premier plan général 42 et les 2N pôles magnétiques formés par la seconde pluralité d'aimants permanents sont aussi répartis angulairement, autour de l'axe de rotation, de manière alternée et régulièrement d'un second côté du premier plan général 42. Le deuxième plan général 44 et le troisième plan général 46 sont situés sensiblement à une même distance du premier plan général 42. Les 2N pôles magnétiques situés du second côté du premier plan général sont respectivement alignés axialement avec les 2N pôles magnétiques situés du second côté du premier plan général, de manière que chacun des pôles magnétiques Nord est aligné axialement avec un pôle magnétique Sud correspondant. Ainsi, lesdits pôles Nord de la première pluralité d'aimants sont donc alignés axialement avec lesdits pôles Sud de la seconde pluralité d'aimants et lesdits pôles Sud de la première pluralité d'aimants sont alignés axialement avec lesdits pôles Nord de la seconde pluralité d'aimants, de sorte que le champ magnétique Ba engendré par les aimants permanents dans l'espace intermédiaire entre la première pluralité d'aimants et la seconde pluralité d'aimants présente une orientation principale qui est parallèle à l'axe de rotation 8 de la partie mobile 6. Par conséquent, comme chaque bobine de la pluralité de bobines 14a à 14d est agencée au moins en majeure partie dans ledit espace intermédiaire avec un axe central 15a, respectivement 15b à 15d, parallèle à l'axe de rotation, le champ magnétique Ba produit par chaque aimant des première et seconde pluralités d'aimants permanents présente du côté de chaque bobine une direction principale qui est sensiblement parallèle à l'axe de rotation 8 et à l'axe central de cette bobine, et ceci quelle que soit la position angulaire de la partie mobile 6. Dans le mode de réalisation décrit aux Figures, le nombre N est égal à deux (N = 2). Dans un autre mode de réalisation configuré de manière similaire, le nombre N est égal à trois (N = 3). Dans ce dernier cas, chaque aimant permanent et chaque bobine occupent un secteur angulaire de 60°. Ces deux modes de réalisation sont préférés, bien qu'un mode de réalisation avec le nombre N égal à un (N = 1) est envisageable, tout comme un mode de réalisation avec le nombre N égal à quatre (N = 4).

[0015] La première pluralité d'aimants permanents est agencée sur un premier flasque 20 en matériau ferromagnétique prévu pour la fermeture du champ magnétique Ba, ce premier flasque étant situé du côté opposé au premier plan général 42 relativement au deuxième plan général 44. Dans la variante avantageuse représentée, le premier flasque supporte la première pluralité d'aimants permanents et forme une roue qui engrène avec un pignon 24 dont l'axe porte un organe indicateur 26, nommé aussi un indicateur ou en particulier une aiguille, servant à indiquer l'intensité I du courant électrique qui est mesuré par le galvanomètre. Plus généralement, l'organe indicateur 26 est solidaire en rotation d'une deuxième roue 24 qui engrène avec une première roue 20, laquelle est solidaire en rotation de la partie mobile, le rapport d'engrenage étant prévu supérieur à '1'. Ainsi, la plage angulaire parcourue par l'organe indicateur est plus étendue que la plage angulaire utile de la partie mobile 6, laquelle sera décrite par la suite, ce qui permet d'avoir une graduation plus étendue et ainsi une lecture plus aisée de la valeur de l'intensité du courant électrique I circulant dans les bobines. La seconde pluralité d'aimants permanents est agencée sur un deuxième flasque 22 en matériau ferromagnétique qui est prévu comme support de la seconde pluralité d'aimants et pour la fermeture du champ magnétique Ba, ce deuxième flasque 22 étant situé du côté opposé au premier plan général 42 relativement au troisième plan général 46. De préférence, la deuxième roue / le pignon 24 et l'axe portant l'indicateur 26 sont prévus non magnétiques, en particulier non ferromagnétiques.

[0016] Selon une caractéristique avantageuse, chaque bobine de la pluralité de bobines 14a à 14d présente une moindre dimension selon son axe central 15a, respectivement 15b à 15d, que dans le premier plan général 42 qui est perpendiculaire aux axes centraux 15a à 15d et à l'axe de rotation 8 de la partie mobile 6. Selon une autre caractéristique avantageuse, chaque aimant, parmi ladite première pluralité d'aimants permanents et ladite deuxième pluralité d'aimants permanents, présente une moindre dimension selon l'axe de rotation 8 de la partie mobile que ses dimensions dans le deuxième plan général 44, respectivement dans le troisième plan général 46, lesquels sont perpendiculaires à l'axe de rotation. Ces caractéristiques avantageuses du galvanomètre 2 permettent d'obtenir une dimension axiale, selon l'axe de rotation 8, qui est relativement petite pour un couple de force magnétique relativement élevé qui s'exerce sur la partie mobile 6 lorsqu'un certain courant électrique à mesurer circule dans la pluralité de bobines.

[0017] Les bobines 14a à 14d étant orientées selon l'axe de rotation 8 (les axes centraux respectifs 15a à 15d étant parallèles à l'axe de rotation) et agencées chacune, au moins en majeure partie, dans l'espace intermédiaire entre les deux pluralités d'aimants permanents, qui présentent chacun un axe d'aimantation parallèle à l'axe de rotation, la première pluralité d'aimants permanents et la seconde pluralité d'aimants permanents sont ainsi agencés de sorte à être couplées magnétiquement avec la pluralité de bobines, quelle que soit la position angulaire de la partie mobile. En particulier, le couplage magnétique entre les aimants permanents et les bobines est obtenu sur une plage angulaire utile PUa de la partie mobile 6, ce couplage magnétique étant opérant de manière significative dans cette plage angulaire utile. Il résulte du couplage magnétique susmentionné que la partie mobile 6 subit un couple de force magnétique MFM, relativement à l'axe de rotation 8, qui est non nul sur toute la plage angulaire utile PUα, ce couple de force magnétique (aussi nommé couple magnétique') variant en fonction d'une intensité d'un courant électrique I circulant dans la pluralité de bobines.

[0018] Pour bien saisir le couple de force qui s'exerce sur la partie mobile lorsqu'un courant électrique parcourt les bobines, deux approches permettent de comprendre ce phénomène physique. La première approche considère la force de Lorentz qui s'exerce sur un conducteur électrique parcouru par un courant électrique. Sur la plage angulaire utile PUa le champ magnétique Ba produit par chacune des paires d'aimants 16a & 18a, 16b & 18b, 16c & 18c, 16d & 18d (chaque paire d'aimants étant alignée selon l'axe de rotation avec une même polarité des deux aimants) et traversant les parties radiales des bobines présente une direction sensiblement parallèle à l'axe de rotation et orthogonale à la direction du courant électrique dans ces parties radiales. Il en résulte une force magnétique tangentielle qui s'exerce dans le plan général 42 des bobines sur chacune desdites parties radiales des bobines avec un même sens (ceci résulte du fait que l'étendue angulaire de chaque bobine est sensiblement égale à l'étendue angulaire de chacun des aimants permanents bipolaires et du fait que ces aimants présentent angulairement des polarités alternées). Comme les bobines sont chacune fixées sur un support immobile, c'est-à-dire à une partie fixe du galvanomètre, mais que les aimants sont portés par la partie mobile du galvanomètre, la force de réaction de la partie fixe est transmise à la partie mobile sur laquelle s'applique alors un couple de force magnétique opposé au couple de force magnétique qui s'exerce sur les parties radiales des bobines. Pour mieux saisir ce phénomène physique, on peut faire une analogie avec une personne et un chariot mobile sur un rail. Si la personne se tient sur la terre ferme et exerce une force de poussée sur le chariot selon la direction du rail, le chariot subit cette force de poussée et se déplace alors dans le sens de cette force de poussée dans la mesure où son déplacement n'est pas entravé. Par contre, si cette personne monte sur le chariot et exerce une force de poussée sur un mur fixe adjacent au rail, dans la direction du rail, c'est le chariot avec la personne qui subissent une force de réaction du mur, cette force de réaction entraînant le chariot et la personne dans un sens opposé à celui de la force de poussée appliquée au mur.

[0019] La deuxième approche susmentionnée pour expliquer le couple de force magnétique qui s'exerce sur la partie mobile 6 en présence d'un courant électrique circulant dans les bobines part du fait qu'un courant électrique circulant dans un conducteur engendre un champ magnétique à l'extérieur de ce conducteur. Pour un conducteur linéaire, comme globalement chacune des parties radiales des bobines 14a à 14d, le champ magnétique extérieur est circulaire autour de l'axe longitudinal de ce conducteur linéaire. Il résulte de ce fait que le champ magnétique Bb produit par chaque bobine présente une direction principale orientée selon l'axe central de cette bobine, ce champ magnétique Bb ayant sur l'axe central 15a, respectivement 15b à 15d de chaque bobine 14a, respectivement 14b à 14d une direction parallèle à cet axe central. De fait, une bobine enroulée dans un plan général autour d'un axe central de cette bobine engendre un champ magnétique qui est similaire au champ magnétique engendré par un aimant permanent bipolaire de sensiblement mêmes dimensions. Les quatre bobines parcourues par le courant électrique I sont donc magnétiquement équivalentes aux aimants de la partie mobile 6 (ceci est indiqué aux Figures 7A et 7C où sont représentés les champs magnétiques Ba et Bb). Ainsi, les quatre bobines dans lesquelles circulent un courant électrique ont chacune une polarité magnétique. Comme le courant électrique circulant dans deux bobines angulairement adjacentes présente dans ces deux bobines des sens opposés, les quatre bobines, comme la première pluralité d'aimants permanents et la seconde pluralité d'aimants permanents, présentent des polarités alternées.

[0020] Par conséquent, lorsque qu'une bobine est placée en face d'une paire d'aimants axiales 16a & 18a, respectivement 16b & 18b, 16c & 18c, 16d & 18d, soit toutes les bobines 14a à 14d sont en attraction magnétique avec ces paires d'aimants permanents, soit toutes les bobines sont en répulsion magnétique avec ces paires d'aimants permanents. Deux aimants permanents bipolaires ayant leurs axes d'aimantation initialement alignés et maintenus à une petite distance l'un de l'autre sont soumis à une force magnétique axiale qui est attractive ou répulsive selon que les polarités respectives sont identiques ou opposées. Si un des deux aimants est maintenu fixe et l'autre est mobile dans un plan perpendiculaire auxdits axes d'aimantation, alors l'aimant mobile subit, dès qu'il n'est plus aligné avec une bobine, soit une force d'attraction FA, orthogonale aux axes d'aimantation, qui tend à ramener deux aimants de polarités identiques l'un en face de l'autre, donc à aligner à nouveau ces deux aimants, soit une force de répulsion FRqui est orthogonale aux axes d'aimantation et qui éloigne deux aimants de polarités opposées l'un de l'autre dans ledit plan. Les forces d'attraction FAet les forces de répulsion FRsont représentées à la Figure 7B pour le galvanomètre 2. L'agencement relatif de la pluralité de bobines et des première et seconde pluralités d'aimants permanents dans le galvanomètre a pour résultat que les forces de répulsion FRprésentent un même sens que les forces d'attraction FAlorsque les aimants permanents présentent un décalage angulaire par rapport aux bobines. Ce décalage angulaire correspond à un déphasage angulaire magnétique étant donné l'agencement périodique des bobines et également des aimants et les propriétés magnétiques des bobines alimentées en courant électrique. Pour le galvanomètre 2, la position angulaire magnétique zéro correspond à un alignement axial des bobines avec les paires d'aimants permanents dans une configuration en répulsion.

[0021] Le graphe de la Figure 8 donne la courbe 40 du couple magnétique MFMsubi par la partie mobile 6 du galvanomètre 2 en fonction de la position angulaire α de cette partie mobile. La position angulaire magnétique zéro (position magnétique 0°) correspond à une position d'équilibre instable dans laquelle lesdites paires d'aimants sont alignées avec les bobines en répulsion magnétique. Dans le sens horaire, la partie mobile subit un couple de force magnétique positif (l'angle α de la partie mobile étant défini comme positif dans le sens horaire) dès qu'elle quitte la position magnétique 0°, alors que dans le sens antihoraire, la partie mobile subit un couple de force magnétique négatif dès qu'elle quitte cette position magnétique 0°. Un couple de force magnétique s'exerce ainsi d'un côté et de l'autre pour éloigner la partie mobile de la position magnétique 0° (position d'équilibre instable) dès que la partie mobile présente une position angulaire magnétique (position magnétique) non nulle, ce couple de force magnétique s'exerçant sur la partie mobile jusqu'à ce qu'elle se trouve dans une position d'équilibre stable égale à 90° ou - 90°. Dans une position d'équilibre stable, les paires d'aimants sont à nouveau alignées avec la pluralité de bobines, mais cette fois-ci en attraction magnétique. On observe que le couple de force magnétique augmente, en valeur absolue, rapidement dès que la partie mobile s'éloigne des positions d'équilibre stables et instables et que le couple magnétique varie relativement peu sur une zone angulaire relativement grande entre chaque position d'équilibre instable et une position d'équilibre stable suivante.

[0022] Pour être fonctionnel, il est prévu que le galvanomètre travaille dans une plage angulaire utile PUa qui est située entre une position d'équilibre instable et une position d'équilibre stable, avec une position magnétique initiale α0située du côté de la position d'équilibre instable. La position magnétique initiale α0correspond à une position angulaire initiale de la partie mobile 6, dans laquelle elle est normalement positionnée en l'absence de courant électrique circulant dans les bobines, et à une position de repos de l'indicateur 26 qu'il occupe notamment lorsque l'intensité du courant électrique I est égale à zéro. La plage angulaire utile PUa est sélectionnée de sorte à être située dans une zone angulaire où le couple magnétique présente une faible variation, comme ceci sera exposé plus en détails par la suite. De manière générale, les aimants permanents de la partie mobile du galvanomètre sont agencés de manière à engendrer un champ magnétique qui traverse axialement, pour toute position angulaire de la partie mobile dans la plage angulaire utile, au moins en partie la pluralité de bobines avec une direction principale sensiblement parallèle à l'axe de rotation, de sorte à engendrer le couple magnétique susmentionné.

[0023] La Figure 7A représente le galvanomètre avec la partie mobile dans la position angulaire initiale α0. La Figure 7B représente le galvanomètre avec la partie mobile dans une position angulaire intermédiaire (position magnétique égale à 45°), sensiblement à mi-parcours dans la plage angulaire utile. Sur cette Figure 7B sont représentées les forces magnétiques de répulsions FRet les forces magnétiques d'attraction FAqui agissent sur la partie mobile de sorte à respectivement diminuer la superposition, dans le plan général 42, entre les aimants permanents et les bobines ayant des polarités opposées à celles de ces aimants permanents et aligner les aimants permanents avec les bobines avec une même polarité, les forces FRet FAétant alternatives et s'additionnant du fait que les aimants de la première pluralité d'aimants présentent des polarités alternées, tout comme ceux de la seconde pluralité d'aimants situés en face de manière à présenter axialement de mêmes polarités, et que les bobines 14a à 14d présentent également des polarités alternées avec une périodicité angulaire qui est égale à la périodicité angulaire des aimants, plus généralement égale à la périodicité des pôles magnétiques, définis par les aimants permanents, qui sont situés du côté de la pluralité de bobines. La Figure 7C représente la partie mobile dans une position angulaire terminale αTqui est prévue pour un courant électrique maximal à mesurer.

[0024] Le ressort de rappel 10 est agencé de manière à engendrer un couple de rappel, aussi nommé couple mécanique, qui s'oppose au couple de force magnétique, aussi nommé couple magnétique. Ainsi, l'indicateur 26 se positionne, en l'absence d'autres forces, dans une position angulaire d'équilibre des deux couples de force en présence, le couple magnétique engendré par un courant électrique circulant dans la pluralité de bobines étant égal au couple mécanique du ressort 10. On notera que la position angulaire initiale de la partie mobile et la position de repos correspondante de l'indicateur 26 peuvent être définies par un deuxième couple de force mécanique, produit notamment par une butée mécanique, en particulier lorsque le ressort de rappel est précontraint, c'est-à-dire qu'il présente un couple de rappel non nul lorsque la partie mobile est dans sa position angulaire initiale. Dans ce cas, l'indicateur 26 reste normalement immobile dans la position de repos jusqu'à ce qu'un courant électrique d'une certaine intensité engendre un couple magnétique supérieur au couple mécanique résultant de la précontrainte du ressort 10. Cette variante est avantageuse car elle permet de stabiliser l'indicateur 26 dans la position de repos. On comprend qu'une graduation associée à l'indicateur indiquera une valeur non nulle ou une plage de valeurs initiales partant de zéro pour la position de repos de cet indicateur.

[0025] Sur le graphe de la Figure 9 sont représentés, d'une part, plusieurs courbes du couple de force magnétique, pour une variante spécifique du galvanomètre 2 et plusieurs valeurs du courant électrique I, en fonction de la position angulaire magnétique α, sur une demi-période magnétique (90°) du système magnétique et, d'autre part, deux variantes du couple mécanique produit par le ressort de rappel en fonction de la position angulaire magnétique α, ce couple mécanique étant représenté avec sa valeur négative pour mettre en évidence les positions d'équilibre. Le galvanomètre spécifique est configuré de la manière suivante : Les huit aimants permanents bipolaires sont constitués en matériau NdFeB et présentent un champ magnétique rémanent Br d'environ 1.2 T. Chaque aimant permanent s'étend dans un secteur annulaire respectif de 90°. Le rayon intérieur des secteurs annulaires est égal à 1.2 mm et leur rayon extérieur est égal à 4.0 mm. La hauteur des aimants est égale à 0.5 mm. Les quatre bobines ont chacune une forme de secteur annulaire de 90° avec l'arrondi intérieur tronqué. Le rayon extérieur des bobines est égal à 4.0 mm (à noter que la variante représentée aux Figures présente des bobines avec un rayon extérieur qui est supérieur à celui des aimants) et la distance intérieure à l'axe de rotation est égal à environ 1.2 mm. Chaque bobine est formée par un fil qui fait 300 tours, le fil étant prévu pour que la résistance électrique de chaque bobine soit environ égale à 100 Ohms. Le corps de la bobine présente une section environ carrée, entre 0.35 mm et 0.40 mm de largeur et de hauteur. Il est prévu de mesurer un courant électrique maximum de 50 |JA, notamment pour indiquer le courant électrique fourni par un petit générateur thermoélectrique incorporé dans une montre et convertissant de l'énergie thermique produite par le corps humain en électricité. La plage de couple magnétique résultant s'étend entre zéro et environ 100 nN·m.

[0026] Dans une variante générale, la plage angulaire utile PUa est définie de manière qu'une variation du couple de force magnétique sur cette plage angulaire utile est sensiblement égale à 10% ou inférieure à 10% pour l'intensité maximale d'une plage d'intensité donnée pour le courant électrique susceptible d'être mesuré.

[0027] Dans une variante avantageuse, déjà décrite, avec un système magnétique périodique, le galvanomètre comprend 2N aimants permanents, lesquels définissent une première période angulaire magnétique (360°/N) correspondant à un secteur angulaire occupé par deux aimants permanents adjacents, et 2N bobines qui définissent, lorsqu'elles sont alimentées, une deuxième période angulaire magnétique, correspondant à un secteur angulaire occupé par deux bobines adjacentes, ayant une même valeur (360°/N) que la première période angulaire magnétique, de sorte que le couple de force magnétique présente une périodicité angulaire qui est égale à la première période angulaire magnétique, soit égale à 360°/N. Le galvanomètre est agencé de manière que, dans la plage d'intensité donnée pour le courant électrique I susceptible d'être mesuré, la plage angulaire utile PUa est comprise entre un déphasage inférieur de la première période angulaire magnétique relativement à la deuxième période angulaire magnétique égal à 55% de la première période angulaire magnétique et un déphasage supérieur entre ces première et deuxième périodes angulaires magnétiques égal à 90% de la première période angulaire magnétique. Ceci permet d'obtenir une fonction sensiblement linéaire entre la position angulaire de la partie mobile 6, respectivement la position angulaire de l'indicateur 26 et l'intensité du courant électrique circulant dans les bobines sur une plage angulaire relativement étendue, étant donné que le ressort de rappel produit un couple de rappel qui est linéaire sur la plage angulaire utile en fonction de l'angle de rotation α. A la Figure 9, la courbe 44 donne la valeur négative du couple mécanique produit par le ressort 10 dans une première variante prévue sans précontrainte du ressort dans la position angulaire initiale de la partie mobile, respectivement de la position de repos de l'indicateur 26. Les points d'intersection 46 indiquent les positions d'équilibre entre la force magnétique pour diverses valeurs du courant électrique et la force mécanique. On observe une relativement bonne linéarité de la position angulaire α en fonction du courant électrique I.

[0028] Dans une variante particulière, le ressort de rappel 10 présente une raideur qui est sélectionnée de manière que, pour la valeur maximale de la plage d'intensité donnée du courant électrique à mesurer, la partie mobile est dans une position angulaire terminale αTcorrespondant à un déphasage entre les première et deuxième périodes angulaires magnétiques qui est situé entre 80% et 90% de la première période angulaire magnétique.

[0029] Dans une variante avantageuse, le ressort de rappel est agencé de manière à être précontraint lorsque la partie mobile est dans ladite position angulaire initiale, correspondant à une position de repos de l'indicateur 26, de sorte à stabiliser la partie mobile dans la position angulaire initiale et l'indicateur dans la position de repos en l'absence de courant électrique dans ladite au moins une bobine. Cette variante est représentée à la Figure 9 par la courbe 48 représentant le couple mécanique du ressort précontraint. Dans cet exemple, la partie mobile 6 et donc l'aiguille 26, formant l'organe indicateur, commencent à tourner seulement lorsque le courant électrique dépasse une valeur de 10 µA.

[0030] Dans une variante spécifique, décrite aux Figures, dans laquelle le nombre N = 2, les quatre pôles magnétiques répartis régulièrement autour de l'axe de rotation d'un premier côté du premier plan général 42 présentent, dans la position angulaire initiale α0de la partie mobile, un décalage angulaire initial relativement aux quatre bobines qui est compris dans une première plage angulaire entre 9° et 22° inclus, les quatre bobines ayant chacune, dans la position angulaire initiale α0de la partie mobile, une polarité opposée à l'aimant permanent auquel cette bobine est superposée en majeure partie. Dans cette variante spécifique, le ressort de rappel est agencé de manière à avoir une précontrainte lorsque la partie mobile est dans sa position angulaire initiale, correspondant à la position de repos de l'indicateur, de sorte à stabiliser cet indicateur dans la position de repos en l'absence de courant électrique dans ladite au moins une bobine. De préférence, la précontrainte du ressort de rappel correspond à un angle de torsion entre 10° et 15° lorsque le décalage angulaire initial est inférieur à 15° et entre 10° et 25° lorsque le décalage angulaire initial est égal ou supérieur à 15°. De préférence, le ressort de rappel présente une raideur qui est sélectionnée de manière que, pour la valeur maximale de la plage d'intensité donnée pour le courant électrique à mesurer, la partie mobile est dans une position angulaire terminale correspondant à un décalage angulaire terminal des quatre pôles magnétiques relativement aux quatre bobines qui est compris dans une deuxième plage angulaire entre 54° et 72°.

[0031] L'extrémité intérieure 12 du ressort 10 est fixée à un élément 30 (similaire à un piton fixant l'extrémité d'un spiral dans un oscillateur horloger), lequel est porté par une bague fendue 28 (similaire à un porte-piton horloger) qui est montée à friction sur une partie cylindrique du pont 4, de sorte à permettre un ajustement de la position angulaire de cette extrémité intérieure fixe 12 pour soit déterminer la position angulaire initiale de la partie mobile 6, soit déterminer une précontrainte du ressort de rappel 10 dans une position angulaire initiale prévue et définie par des moyens complémentaires, comme déjà exposé.

[0032] Dans une application horlogère, une pièce d'horlogerie selon l'invention comprend un galvanomètre, notamment un galvanomètre 2 selon l'une des variantes décrites précédemment. En particulier, l'organe indicateur 26 est associé à une graduation agencée sur un cadran de la pièce d'horlogerie qui sert de cadran pour un affichage analogique de l'heure.

[0033] Dans un mode de réalisation avantageux de la pièce d'horlogerie selon l'invention, le galvanomètre est incorporé dans un mouvement formant cette pièce d'horlogerie. Plus particulièrement, la partie fixe 3 & 4 et la partie mobile 6 du galvanomètre 2 sont incorporés dans un mouvement horloger de la pièce d'horlogerie.

Claims (22)

1. Galvanomètre (2) comprenant une partie fixe (3, 4), une partie mobile (6) agencée mobile en rotation autour d'un axe de rotation (8), un ressort de rappel (10) ayant ses deux extrémités fixées respectivement à la partie fixe et à la partie mobile, un organe indicateur (26) en liaison cinématique avec la partie mobile, au moins une bobine (14a, 14b, 14c, 14d) portée par une première partie parmi la partie fixe et la partie mobile, et au moins un aimant permanent (16a, 16b, 16c, 16d ; 18a, 18b, 18c, 18d) porté par la seconde partie parmi la partie fixe et la partie mobile ; ledit au moins un aimant permanent étant agencé de manière à être couplé magnétiquement avec ladite au moins une bobine, sur une plage angulaire utile (PUa) de la partie mobile, de sorte que la partie mobile subit un couple de force magnétique, relativement audit axe de rotation, qui est non nul sur toute la plage angulaire utile, le couple de force magnétique variant en fonction d'une intensité d'un courant électrique (I) circulant dans ladite au moins une bobine, la plage angulaire utile s'étendant depuis une position angulaire initiale (α0) de la partie mobile dans lequel cette partie mobile est normalement située en l'absence de courant électrique dans ladite au moins une bobine, le ressort de rappel étant agencé de manière à engendrer un couple mécanique qui s'oppose audit couple de force magnétique ; caractérisé en ce que chaque bobine portée par la première partie présente un axe central (15a-15d) qui est parallèle à l'axe de rotation (8) de la partie mobile ; et en ce que ledit au moins un aimant permanent est agencé de manière à engendrer un champ magnétique (Ba) présentant, du côté de ladite au moins une bobine, une direction principale sensiblement parallèle à l'axe de rotation et traversant axialement au moins en partie ladite au moins une bobine, pour toute position angulaire de la partie mobile dans ladite plage angulaire utile, de sorte à engendrer ledit couple de force magnétique.

2. Galvanomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque aimant permanent est bipolaire et présente un axe d'aimantation qui est parallèle audit axe de rotation.

3. Galvanomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première partie comprend 2N bobines coplanaires (14a-14d) qui s'étendent dans un premier plan général (42) perpendiculaire à l'axe de rotation (8) ; en ce que ledit au moins un aimant permanent définit 2N pôles magnétiques qui sont répartis régulièrement autour de l'axe de rotation d'un premier côté du premier plan général, N étant un nombre supérieur à zéro, les 2N bobines étant réparties régulièrement autour de l'axe de rotation ; et en ce que les 2N pôles magnétiques sont constitués de N pôles Nord et N pôles Sud, agencés angulairement de manière alternée, et les 2N bobines sont agencées angulairement avec des polarités alternées.

4. Galvanomètre selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits 2N pôles magnétiques sont formés respectivement par 2N aimants permanents bipolaires (16a-16d) s'étendant dans un deuxième plan général (44), parallèle au premier plan général (42), et ayant leurs axes d'aimantation respectifs parallèles audit axe de rotation (8).

5. Galvanomètre selon la revendication 4, caractérisé en ce que les 2N aimants permanents sont agencés sur un premier flasque (20) en matériau ferromagnétique prévu pour la fermeture dudit champ magnétique, ce premier flasque étant agencé du côté opposé au premier plan général (42) relativement au deuxième plan général (44).

6. Galvanomètre selon une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la seconde partie (6) comprend 4N pôles magnétiques dont 2N pôles magnétiques sont répartis régulièrement autour de l'axe de rotation du second côté du premier plan général (42), opposé audit premier côté, et sont constitués de N pôles Nord et N pôles Sud agencés angulairement de manière alternée, les 2N pôles magnétiques situés du second côté du premier plan général étant respectivement alignés axialement avec les 2N pôles magnétiques situés du second côté du premier plan général de manière que chacun des pôles Nord est aligné axialement avec un pôle Sud correspondant.

7. Galvanomètre selon la revendication 6, caractérisé en ce que les 2N pôles magnétiques situés du second côté du premier plan général sont formés respectivement par 2N aimants permanents bipolaires (18a-18d) ayant leurs axes d'aimantation parallèles audit axe de rotation et s'étendant dans un troisième plan général (46) parallèle au premier plan général (42), le deuxième plan général et le troisième plan général étant situés sensiblement à une même distance du premier plan général.

8. Galvanomètre selon la revendication 7, caractérisé en ce que les 2N aimants permanents bipolaires qui s'étendent dans le troisième plan général sont agencés sur un deuxième flasque (22) en matériau ferromagnétique prévu pour la fermeture dudit champ magnétique, ce deuxième flasque étant agencé du côté opposé au premier plan général (42) relativement au troisième plan général (46).

9. Galvanomètre selon une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que N = 2 ou N = 3.

10. Galvanomètre selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite plage angulaire utile (PUa) est définie de manière qu'une variation dudit couple de force magnétique sur cette plage angulaire utile est sensiblement égale à 10% ou inférieure à 10% pour une intensité maximale (I = 50 µA) d'une plage d'intensité donnée pour le courant électrique susceptible d'être mesuré.

11. Galvanomètre selon une quelconque des revendications 3 à 9, dans lequel les 2N aimants permanents définissent une première période angulaire magnétique, correspondant à un secteur angulaire occupé par deux aimants permanents adjacents, et les 2N bobines définissent, lorsqu'elles sont alimentées, une deuxième période angulaire magnétique ayant une même valeur que la première période angulaire magnétique, de sorte que ledit couple de force magnétique présente une périodicité angulaire qui est égale à la première période angulaire magnétique ; caractérisé en ce que le galvanomètre est agencé de manière que, dans une plage d'intensité donnée pour le courant électrique susceptible d'être mesuré, ladite plage angulaire utile est comprise entre un déphasage inférieur de la première période angulaire magnétique relativement à la deuxième période angulaire magnétique qui est égal à 55% de la première période angulaire magnétique et un déphasage supérieur entre ces première et deuxième périodes angulaires magnétiques qui est égal à 90% de la première période angulaire magnétique.

12. Galvanomètre selon la revendication 11, caractérisé en ce que le ressort de rappel (10) présente une raideur qui est sélectionnée de manière que, pour la valeur maximale de ladite plage d'intensité donnée, la partie mobile (6) est dans une position angulaire terminale correspondant à un déphasage entre lesdites première et deuxième périodes angulaires magnétiques qui est situé entre 80% et 90% de la première période angulaire magnétique.

13. Galvanomètre selon une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le ressort de rappel (10) est agencé de manière à être précontraint lorsque la partie mobile (6) est dans ladite position angulaire initiale, correspondant à une position de repos de l'organe indicateur, de sorte à stabiliser l'organe indicateur (26) dans la position de repos en l'absence de courant électrique dans ladite au moins une bobine.

14. Galvanomètre selon la revendication 9, dans lequel N = 2, caractérisé en ce qu'il est agencé de manière que les quatre pôles magnétiques répartis régulièrement autour de l'axe de rotation d'un premier côté du premier plan général présentent, dans la position angulaire initiale de la partie mobile, un décalage angulaire initial relativement aux quatre bobines qui est compris dans une première plage angulaire entre 9° et 22° inclus, les quatre bobines ayant chacune, dans la position angulaire initiale de la partie mobile, une polarité opposée à l'aimant permanent auquel cette bobine est superposée en majeure partie.

15. Galvanomètre selon la revendications 14, caractérisé en ce que le ressort de rappel (10) est agencé de manière à avoir une précontrainte lorsque la partie mobile (6) est dans ladite position angulaire initiale, correspondant à une position de repos de l'organe indicateur, de sorte à stabiliser la partie mobile et l'organe indicateur respectivement dans la position angulaire initiale et la position de repos en l'absence de courant électrique dans ladite au moins une bobine, la précontrainte du ressort de rappel correspondant à un angle de torsion entre 10° et 15° lorsque le décalage angulaire initial est inférieur à 15° et entre 10° et 25° lorsque le décalage angulaire initial est égal ou supérieur à 15°.

16. Galvanomètre selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que le ressort de rappel présente une raideur qui est sélectionnée de manière que, pour la valeur maximale de ladite plage d'intensité donnée, la partie mobile est dans une position angulaire terminale correspondant à un décalage angulaire terminal des quatre pôles magnétiques relativement aux quatre bobines qui est compris dans une deuxième plage angulaire entre 54° et 72°.

17. Galvanomètre selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque bobine présente une moindre dimension selon son axe central et chaque aimant permanent présente une moindre dimension selon l'axe de rotation.

18. Galvanomètre selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première partie est la partie fixe et la deuxième partie est la partie mobile (6).

19. Galvanomètre selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit organe indicateur (26) est solidaire en rotation d'une deuxième roue (24) qui engrène avec une première roue (20) solidaire en rotation de la partie mobile (6), le rapport d'engrenage étant supérieur à '1'.

20. Pièce d'horlogerie caractérisée en ce que cette pièce d'horlogerie comprend une boîte et un galvanomètre (2) selon une quelconque des revendications précédentes, ce galvanomètre étant agencé à l'intérieur de la boîte.

21. Pièce d'horlogerie selon la revendication 20, caractérisée en ce que ledit organe indicateur (26) est associé à une graduation agencée au-dessus d'un cadran de la pièce d'horlogerie qui sert également de cadran pour un affichage analogique de l'heure que comprend la pièce d'horlogerie

22. Pièce d'horlogerie selon la revendication 20 ou 21, caractérisée en ce que la partie fixe (3, 4) et la partie mobile (6) du galvanomètre (2) sont incorporés dans un mouvement horloger formant la pièce d'horlogerie.