Horloge électromagnétique. La présente invention a pour objet une horloge électromagnétique du genre de celles dans lesquelles un pendule commande et régularise le mouvement (les aiguilles., l'entretien (tes oscillations de ce pendule *étant obtenu grâce à l'action (l'un courant électrique intermittent parcourant une bo bine sur un système d'aimants.
Dans les horloges électriques de ce type, construites jusqu'à ce jour, on a conservé pour assurer la liaison entre le mouvement du pendule et celui des aiguilles la plupart des organes utilisés pour les horloges mé caniques ordinaires dans lesquelles le pen dule régulateur est mis en marche par les rouages mêmes qui entraînent les aiguilles, et l'on s'est efforcé de se rapprocher (les con ditions réalisées dans ce cas par les disposi tifs d'échappement d'horlogerie qui permet tent de donner au pendule des impulsions très brèves au voisinage de sa position d'é quilibre.
Dans le cas d'un pendule commandant lés aiguilles, cette condition est difficile à réaliser et elle entraîne divers inconvénients sur lesquels on reviendra. Elle est, d'autre part, insuffisante pour assurer l'isochronisme (les oscillations du pendule à cause des per turbations apportées par la force retarda trice (lue à l'entraînement de l'ensemble des organes assurant. la commande (les aiguilles.
Dans l'horloge électromagnétique faisant l'objet (le la présente invention, on se pro pose de remédier à, ces divers inconvé nients.
Une forme (l'exécution de l'objet de l'in vention est représentée, à titre d'exemple, au dessin annexé, clans lequel: La fig. 1. représente une vue d'ensemble de face (le l'horloge avec une coupe par tielle; La fig. 2 en est: une vue de côté corres pondante avec parties également en coupe; Les fig. 3 et. 3bi-s représentent en détail l'interrupteur automatique produisant les fermetures successives du circuit de la bo bine de l'horloge: La fig. 4 représente un schéma du circuit et des connections électriques de l'horloge.
Comme il est représenté fig. 1 et 2, l'hor loge comporte un pendule de longueur in variable dont la masse est constituée par la bobine 1 attachée au moyen de deux fils métalliques 2 et 3, préférablement en métal "invar", à une traverse rigide de laiton 4. Les fils 2 et 3 sont disposés comme les côtés d'un trapèze isocèle de façon que l'ensemble soit indéformable en raison du poids de la bobine 1 assurant la tension des fils. Le pen dule ainsi constitué est suspendu au support 5 par le fil de soie 6 arrêté au moyen de vis 7 et 8 qui sont portées par le support 5 et permettent de régler commodément la lon gueur du pendule. Le support 5 est fixé sur un socle en bois ou en marbre 9.
La bobine 1 est traversée par un barreau aimanté fixe 10, qui présente la même po larité Sud aux extrémités et un pôle Nord intermédiaire dans la partie médiane. Ce barreau a la forme d'un arc de cercle et il est maintenu sur le socle 9 au moyen des piliers 1l et 12.
Sur la traverse 4 du pendule est fixée une tige 13 portant un ressort formant cli- quet 1I-. A chaque oscillation du pendule dans le sens de la flèche f, le cliquet 14 fait tourner d'une dent la roue à rochets 15 montée sur l'axe 16. Cet axe est pivoté sur deux platines 17 et 18 entretoisées par les piliers 19 et 20 et maintenues au moyen du support 21 fixé sur le socle 9 de l'horloge. Le mécanisme de transmission de la rota tion de la roue à rochets 15 aux aiguilles est caractérisé par une double démultiplica tion par vis sans fin et roue dentée.
L'axe 16 de la roue à rochets porte une vis saris fin 22 engrenant avec la roue den tée 23 portée par l'axe intermédiaire 24 (fig. <B>1).</B>
Cet axe 24 est pivoté sur les équerres 25 et 26 fixées sur la platine 18. Il porte la vis sans fin 27 engrenant avec la roue dentée 28 portée par .l'axe 29 de l'aiguille des minutes. . A chaque retour du pendule, le cliquet se soulève et le retour en arrière de la roue à rochets 15 est empêché par le ressort arrê- toir 30 fixé sur un pilier porté par la pla tine 18.
L'entretien des oscillations du pendule est obtenu au moyen d'un interrupteur au tomatique commandé par le pendule lui- même et permettant do fermer un circuit électrique comprenant la bobine 1 et une pile P pendant une partie des courses du pendule dans le sens f. Le passage de ce cou rant a pour effet de développer une force éleciro-magnétique s'exerçant dans le sens de la. flèche f par suite de la présence du barreau aimanté 10 à pôles conséquents.
L'interrupteur automatique est constitué par les organes qui assurent l'entraînement du mécanisme de commande des aiguilles.
Le circuit électrique comprenant la bo bine 1 et la pile P aboutit. d'une part, au cliquet 14 et, d'autre part, à la roue à. ro chets 75.
Lorsque le pendule oscille dans le sens de la flèche f, le contact s'établit à l'instant où le cliquet 14 vient toucher la roue à ro chets 15 et l'oblige à tourner. Ce cliquet a la forme indiquée en détail sur les fi,-.<B>3</B> et ibis et il porte à son extrémité une pièce de fibre 32.
Comme on peut s'en rendre compte par l'examen de la fig. 3, le contact ne reste établi que pendant une partie de la. course du pendule clans le sens f. Il est ensuite rorripu pendant la fin de la course et pen dant le retour du pendule, car c'est la. partie isolante de fibre 31 qui vient alors frotter sur la dent de la roue à rochets.
Le circuit électrique reliant l'interrup teur ainsi constitué avec la. bobine 1 et la pile P est réalisé au moyen des fils 2 et 3 de suspension de cette bobine. Celle-ci est. constituée au moyen drr tube de laiton 32 aux extrémités duquel sont soudées les joues 33 et 34.
Une traverse 35 fixée sur ces joues porte les pièces 36 et 37 assurant la fixation des fils 2 et 3. La. pièce 37 est en laiton de sorte due le fil 3 est à la masse, de même que lune des extrémités du solénoïde de fil fin isolé enroulé autour du tube 32 constituant. la bobine mobile 1.
Le tube 32 ainsi que les joues 33 et 34 sont fendus suivant une génératrice pour éviter due des courants de roucault se dé veloppent par suite du déplacement de la bobine par rapport à l'aimant et freinent ce mouvement.
L'autre extrémité du solénoïde est isolée de la masse et elle est reliée à l'extrémité du second fil (le suspension 2 arrêté sur la traverse 35 et isolé de celle-ci au moyen de la pièce 36 constituée par de l'os ou tout: autre matière isolante.
L'extrémité supérieure du fil 2 est re courbée de manière à former une petite boucle bloquée entre la tige filetée 38 et la pièce 39 coulissant dans un trou carré porté par la douille isolante de fibre 40 fixée sur la traverse 4. La fixation du fil 2 sur cette. traverse est assurée au moyen de l'écrou 41 vissé sur la tige filetée 38. Le fil 2 est main tenu tendu grâce au poids de la bobine et l'on voit qu'il est isolé de la traverse 4. Le fil 3 est attaché à cette traverse par un mon tage semblable, la douille 42 étant en laiton au lieu d'être en fibre, de sorte que le fil 3 est en contact avec la traverse. La longueur du pendule est aisément réglée en vissant ou dévissant les écrous 41 et 113.
La tige 13 sur laquelle est. fixé le cliquet est isolée de la traverse 4 grâce à un canon isolant et à deux rondelles isolantes: elle est reliée au fil 2 au moyen du conduc teur 44.
Une connexion très souple 45 met, en court-circuit la traverse 4 et le support de laiton 5 qui est relié au pôle positif de la pile.
Le pôle négatif de la pile est relié au support 21 du mécanisme de commande des aiguilles.
L'ensemble des connexions électriques est clairement représenté sur la fig. 4 où l'on peul: suivre aisément le circuit électrique. nii voit que lorsque la partie conductrice du cliquet 14 vient en contact de la roue à ro chets, il y a passage du courant dans le so lénoïde 1 et que, par suite, le pendule est sollicité par une force h due à l'action de l'aimant sur le courant,.
Les caractères distinctifs du fonctionne ment de l'horloge qui vient d'être décrite ré sultent (les propriétés spéciales du système électromagnétique employé, associé au dis positif de contact électrique qui permet de fermer le circuit à l'instant précis où se pro duit la résistance due à la transmission du mouvement aux aiguilles et l'interrompt au tomatiquement dès due l'entraînement est terminé et que, par suite, la force retarda trice s'annule.
Le système permet d'obtenir de plus qu'à, chaque instant les forces re tardatrices agissant sur le pendule soient compensées par la force électromagnétique. de sorte que celui-ci se comporte comme s'il était libre.
A cet effet, le couple moteur produit par la force électromagnétique agissant sur la bobine doit être maximum au moment oii le contact est établi, avant le passage (lit pen dule au point d'équilibre, et doit décroître ensuite, (le même que le couple résistant au quel est soumis, le pendule.
Ce couple ré sistant, en effet, est. maximum à l'instant cù le cliquet 1.4 vient. agir sur la roue à, ro chefs 15, ii, cause de l'inertie des organes du mécanisme (le commande des aiguilles qui doivent être mis en mouvement et du frotte ment au départ. ainsi que de la. force retarda trice produite par le ressort. arrêtoir 30 qui est soulevé (fig. 3 et 3hls). Au fur et à mesure que le mouvement. se produit le couple résis tant décroît parce que les frottements sont. plus faibles et que le ressort arrêtoir 30 cesse peu à peu de s'opposer à la rotation de la roue à. rochets.
Il arrive même un moment où le ressort. arrêtoir favorise cette rotation vii retombant dans le creux compris entre les dents d, et d_ (fig. 3his).
La force électromagnétique est propor tionnelle à l'intensité du courant traversant la bobine et à la dérivée du flux magné tique que cette bobine embrasse, par rapport. à la variable repérant son déplacement. Or l'intensité varie lorsque le pendule se rap proche de la verticale, car il y a production dune force électromotrice d'induction égale à. la dérivée du flux embrassé par la bobine par rapport au temps.
Cette variation de flux dépend de la lon gueur de la bobine et de la répartition des lignes de force du champ magnétique crée par l'aimant. spécial 10 à pôles conséquents. L'aspect général de ce champ magnétique est représenté sur la fig. 4.
Les deux parties aimantées en sens inverses, dont se compose l'aimant utilisé, sont inégales et la bobine est suffisamment longue pour que la varia tion du flux embrassé par la bobine 1 par rapport au déplacement de cette bobine at teigne une valeur maximum un peu avant le passage du pendule au point mort, se maintienne à cette valeur pendant une partie de la course, et ne décroisse qu'après le pas sage du pendule à la position verticale.
La vitesse du pendule étant maximum au passage de cette position, la force électro motrice d'induction atteint à cet: instant une valeur maximum. Au contraire. l'intensité du courant parcourant la bobine est. à cet instant minimum, de même que la force électromagnétique sollicitant: la bobine.
On voit ainsi que la. force électromagné tique atteint une valeur maximum avant le passage du point d'équilibre et que cette fore clécroit ensuite au fur et. à. mesure que la- vitesse augmente et devient minimum au passage de la verticale ou (le la position d'équilibre.
La position initiale de la roue à rochets 15 est. déterminée pour que le contact du cliquet 14 ait. lieu avant. le -passage du pen dule à la verticale et se prolonge jusqu'au voisinage de cette position. De plus., la forme du ressort arrètoir 30 est déterminée expéri mentalement pour que le couple résistant s'opposant au mouvement du pendule soit à chaque instant. égal au couple moteur dû à l'action du courant sur l'aimant. Pour ob tenir pratiquement de bons résultats, il suffit.
d'ailleurs de se rapprocher de cette condi tion, car le pendule tend à prendre un ré gime pour lequel la. valeur moyenne de la force motrice équilibre. la valeur moyenne de la force retardatrice.
En effet, si cette première valeur était. su périeure à la seconde, les oscillations du pen dule tendraient à augmenter.
Dans ces conditions, la vitesse du pen dule à l'instant où il passerait par la verticale serait. plus grande et, par suite, la force con tre-électromotrice d'induction serait plus élevée.
L'intensité du courant diminuerait et conséquemment la force électromagnétique serait phis faible. D'autre part, la valeur de la force retardatrice serait plus grande en raison de 1-augmentation de vitesse. Un ré gime ne tarderait pas à s'établir pour une amplitude très peu supérieure à l'amplitude initiale, avant que se produise la perturba tion. L'écart serait également très faible si la force retardatrice augmentait par rapport à la force motrice.
Le système utilisé pour l'entretien du mouvement du pendule permet ainsi d'at teindre une très grande précision malgré les légères variations qui peuvent se produire clans la valeur des frottements ou de la force électromotrice de la pile, tandis que clans les horloges de même type construites jus qu'à ce jour, les conditions théoriques de l'isochronisme ne sont pas respectées par suite de l'influence de l'effort résistant,
que l'on n'a pas cherché à rendre é1--al à chaque instant; à l'effort moteur.
La position clu pôle intermédiaire nord est déterminée exactement pour que la bo bine embrasse ce pôle lorsque l'interrupteur automatique est fermé et que celle-ci est par courue par l'intensité maximum.
On se rend compte que clans ces. conditions chaque élé- ment de. courant de la bobine situé en face du pôle nord est perpendiculaire aux lianes de force et que, d'autre part, les, éléments (le courants et les lignes de force sont. con tenus dans des plans perpendiculaires i l'axe de l'aimant. Dans ces conditions, les forces électro magnétiques qui résultent de l'action des élé- ments de courants sur l'aimant atteignent une valeur maximum.
De plus, comme ces forces sont perpendiculaires aux plans con tenant les éléments de courant et les lignes de force, elles ont toutes pour direction l'axe de la bobine et leur résultante atteint une valeur maximum dans le sens favorable à l'entretien du mouvement pendulaire (fig. 4). Afin d'utiliser l'énergie de la pile dans #les meilleures conditions et d'augmenter le rendement de la transformation d'énergie électrique en énergie mécanique, on utilise un contact prolongé pendant une partie im portante de la course du pendule. Dans ces conditions, la force électromagnétique dont on a besoin est très faible, car elle s'exerce sur un déplacement important.
On peut par suite employer une bobine de fil très résis tant et limiter à une plus faible valeur l'énergie perdue sous forme de chaleur que dans les dispositifs à émissions très brèves de courant.
Pour ce même motif, la conservation du rupteur est difficile à assurer dans le cas d'émissions brèves de courant, car on doit couper des intensités relativement élevées amenant des étincelles de rupture impor tantes. On remédie à cet inconvénient dans l'horloge décrite en utilisant une intensité plus faible et en coupant le courant à Vins -tant où la force contre-électromotrice d'in duction est la plus grande et où par suite l'intensité est minimum. Cette rupture a lieu au moment où la partie conductrice du cliquet 14 cesse de conduire la roue à ro chets 15 (fig. 3). D'autre part, la rupture de courant s'effectue sur une partie de la dent de la roue à rochets différente de celle sur laquelle le contact est établi.
Par ce fait, celles-ci sont nettoyées et le contact se conserve en bon état. Cette der nière particularité permet de ne pas avoir recours à l'emploi, pour le contact, de garni tures en métaux .précieux, comme on le fait dans la plupart des horloges électriques.