EP4443246B1 - Dispositif de régulation de vitesse pour mobile rotatif d'horlogerie - Google Patents

Dispositif de régulation de vitesse pour mobile rotatif d'horlogerie

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EP4443246B1
EP4443246B1 EP24160658.1A EP24160658A EP4443246B1 EP 4443246 B1 EP4443246 B1 EP 4443246B1 EP 24160658 A EP24160658 A EP 24160658A EP 4443246 B1 EP4443246 B1 EP 4443246B1
Authority
EP
European Patent Office
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rotor
light
timepiece
minimum
torque
Prior art date
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Active
Application number
EP24160658.1A
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German (de)
English (en)
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EP4443246A1 (fr
Inventor
Jean-Jacques Born
Pierpasquale Tortora
Baptiste Hinaux
Cédric Nicolas
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Swatch Group Research and Development SA
Original Assignee
Swatch Group Research and Development SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Swatch Group Research and Development SA filed Critical Swatch Group Research and Development SA
Publication of EP4443246A1 publication Critical patent/EP4443246A1/fr
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Publication of EP4443246B1 publication Critical patent/EP4443246B1/fr
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    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C3/00—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
    • G04C3/08—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means wherein movement is regulated by a mechanical oscillator other than a pendulum or balance, e.g. by a tuning fork, e.g. electrostatically
    • G04C3/10—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means wherein movement is regulated by a mechanical oscillator other than a pendulum or balance, e.g. by a tuning fork, e.g. electrostatically driven by electromagnetic means
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/30—Rotating governors, e.g. centrifugal governors, fan governors
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B13/00—Gearwork
    • G04B13/02—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots
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    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B19/00—Indicating the time by visual means
    • G04B19/02—Back-gearing arrangements between gear train and hands
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    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
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    • G04B19/30—Illumination of dials or hands
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    • G04—HOROLOGY
    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C10/00—Arrangements of electric power supplies in time-pieces

Definitions

  • the invention relates to a timepiece comprising a rotating mobile, a motor device arranged to drive this rotating mobile, a regulation device to regulate the rotation speed of the rotating mobile, this regulation device comprising a micro-generator which includes a stator and a rotor mechanically coupled to the rotating mobile, the stator carrying permanent magnets or coils and the rotor carrying coils or permanent magnets respectively.
  • the invention further relates to a method for regulating the rotational speed of a rotating part of a timepiece, within a functional speed range of the rotating part between a minimum speed and a maximum speed strictly greater than the minimum speed, the rotating part being driven by a motor device included in the timepiece, by which method a device for regulating the rotational speed of the rotating part is implemented, this regulating device comprising a micro-generator which has a rotor mechanically coupled to the rotating part, this rotor being movable around an axis of rotation relative to a stator carrying permanent magnets or coils, the rotor carrying respectively coils or permanent magnets, the coils being connected, directly or indirectly, to at least one light-emitting diode.
  • the invention relates to the field of horological components, and more particularly to watches, and even more particularly to watches comprising a mechanical power source, of the type including an auxiliary mechanism not dedicated to timekeeping but generally dedicated to audible or visual display functions, for example for chiming or visual animation watches, or even music boxes, this a mechanism comprising at least one rotating part. And the invention relates more particularly to the field of speed regulation of such a rotating part, generally actuated by a spring whose discharge generates a highly variable speed of the rotating part in the absence of a regulation mechanism.
  • the document EP3838424 on behalf of The Swatch Group Research & Development Ltd describes a musical or striking mechanism for a timepiece or music box, comprising a power source delivering mechanical torque and means for transmitting mechanical torque from the power source to a moving part for generating music or a striking sound.
  • the mechanism further comprises a moving part regulator.
  • the regulator is configured to control, around a set speed, the rotational speed of the moving part about a pivot axis, and includes means for braking the moving part configured to return its rotational speed to the set speed.
  • the moving part regulator consists of a system comprising a micro-generator, also called The generator consists of a rotor mechanically connected to the power source that delivers the mechanical torque, and an electronic circuit that regulates the micro-generator's rotational frequency.
  • This circuit electronically regulates the frequency, similar to generator clocks that tell the time, thus employing a rotor revolution counting technology.
  • the invention aims to solve, in particular, the problems of the prior art mentioned above. Other objectives will also become apparent from the following description of the invention.
  • the invention relates to a timepiece according to claim 1, which comprises a rotating element, a motor device arranged to drive this rotating element, and a regulating device.
  • this regulation device includes a micro-generator, which has a stator and a rotor mechanically coupled to the rotating mobile, and at least one light-emitting diode which is powered, directly or indirectly, by the micro-generator.
  • the invention further relates to a method for regulating the rotational speed of a rotating moving part of a watchmaking component, within a functional speed range of the rotating moving part between a minimum speed and a maximum speed strictly greater than the minimum speed, according to claim 24.
  • the invention proposes to use a micro-generator powering at least one light-emitting diode to consume part of the energy supplied by a motor device to a rotating mobile, in order to regulate the speed of this rotating mobile.
  • the invention relates to a watch part 2000 comprising a rotating mobile 1, a motor device arranged to drive this rotating mobile 1, and a regulation device 1000 to regulate the speed of rotation of the rotating mobile 1.
  • This motor device is in particular a mechanical motor device, notably formed by a barrel 200.
  • the regulating device 1000 comprises a clockwork-type micro-generator 100, which includes a stator 20 and a rotor 10 mechanically coupled to the rotating element 1, and at least one light-emitting diode 31, 32 (hereafter also referred to as an 'LED'), which is powered, directly or indirectly, by the micro-generator 100, and more particularly by at least one coil of the micro-generator 100.
  • the stator carries permanent magnets 25 or coils
  • the rotor carries coils 11 or permanent magnets, respectively.
  • the rotational speed of the rotating element 1 and the rotational frequency of the rotor 10 are referred to below as the "speed”.
  • Each coil 11 supplies at least one light-emitting diode 31, 32 with an induced electric current during the rotation of the rotor 10 relative to the stator 20.
  • FIGS. 1 to 5 These figures illustrate a non-limiting example of a microgenerator 100 with a rotor 10 comprising coils 11, in particular flat coils (wafers), and a stator 20 comprising an annular base 21, with an L-shaped radial cross-section, carrying a first portion of the permanent magnets 25, and an annular flange 22 closing the annular base and carrying a second portion of the permanent magnets 25.
  • the annular base and the annular flange form a stator cage with a C-shaped radial cross-section with three straight segments.
  • the microgenerator 100 generally has a diameter between 6 mm and 15 mm.
  • the annular base 21 and the flange 22 are preferably made of a ferromagnetic material forming an external closure for the magnetic field of the permanent magnets 25, which are axially magnetized and arranged on the inner side of the stator cage, opposite the coils 11 of the rotor 10. More generally, the coils 11 and the permanent magnets 25 are arranged so that the coils pass at least partially over the permanent magnets when the rotor 10 rotates, driven directly or indirectly by a barrel 200, which is part of the motor device, or by any suitable drive means.
  • Magnets 25 axially opposite each other have the same polarity, two adjacent magnets on the same level have opposite magnetic polarities.
  • the polarities are alternated.
  • At least one light-emitting diode 31, respectively 32 is powered directly by at least one coil 11 when rotating relative to the stator 20 of the micro-generator 100, without any electrical and/or electronic circuit between said at least one light-emitting diode and said at least one coil, except for contact areas and two circular tracks, for example made of gold, in particular without a capacitor and/or other electrical and/or electronic components.
  • At least one light-emitting diode 31, 32 forms with the micro-generator 100 the regulation device 1000.
  • At least one A light-emitting diode 31, 32 is connected to the micro-generator 100 via an electrical and/or electronic circuit without a substantial electrical energy storage component.
  • at least one light-emitting diode 31, 32, the electrical and/or electronic circuit, without a substantial electrical energy storage component, and the micro-generator 100 together form the control device.
  • the micro-generator 100 and at least one light-emitting diode 31, 32 are arranged such that, for a functional speed range of the rotating part 1 between a minimum speed Vmin and a maximum speed Vmax strictly greater than the minimum speed Vmin , the corresponding frequency range of the rotation of the rotor 10, between a minimum frequency Fmin and a maximum frequency Fmax , generates, in the coils 11, a range of induced voltage whose maximum induced voltage value (peak voltage) Umax , occurring for the maximum frequency Fmax , is greater than a threshold voltage Us of said at least one light-emitting diode 31, 32.
  • the minimum induced voltage value (peak voltage) Umin occurring for said minimum frequency Fmin , of the induced voltage range is also greater than the threshold voltage Us of said at least one light-emitting diode 31, 32.
  • the at least one light-emitting diode 31, 32 and, where applicable, the aforementioned electrical and/or electronic circuit constitute the only electrical energy-consuming device incorporated in the control device 1000, the motor device being arranged so that it has a useful motor torque range allowing the rotating mobile 1 to be driven substantially within the functional speed range.
  • the LED(s) 31, 32 regulating the rotational frequency of the rotor 10, and thus the rotational speed of the rotating part 1, for a useful mechanical torque range supplied by the motor device, and in the regulation device 1000 being configured at
  • this device is limited to the assembly formed by the LED(s) 31, 32, possibly an electrical and/or electronic circuit, without any substantial electrical energy storage component, and the micro-generator 100.
  • the LED(s) 31, 32 and the micro-generator 100 are arranged so that the voltage induced in the micro-generator 100 remains within an induced voltage range, for the useful mechanical torque range, which corresponds to a working voltage range of each LED 31, 32, on the characteristic current/voltage curve of an LED and represented in figure 6 .
  • the minimum voltage value U min (peak voltage) of the induced voltage range, corresponding to the minimum frequency F min is also greater than the threshold voltage Us of said at least light-emitting diode 31, 32.
  • the LEDs operate over the entire speed range of the rotating mobile 1 and therefore regulate the rotational speed of this rotating mobile over the entire speed range expected in normal operation for this rotating mobile.
  • the regulation device does not include any means of dissipating kinetic energy from the rotor 10 of the micro-generator 100.
  • the aim is to prevent the rotor frequency from increasing, rather than lowering its frequency;
  • the motor device is arranged so that its useful motor torque range has a minimum torque C MotMin , driving the rotating mobile 1 at the minimum speed V min of the functional speed range, and a maximum torque C MotMax driving the rotating mobile 1 at the maximum speed V max of this functional speed range.
  • control device 1000 regulates the rotational frequency of the rotor 10 by maintaining it in the frequency range, between the minimum frequency F min and the maximum frequency F max , for the useful torque range of the motor device between the minimum motor torque C MotMin and the maximum motor torque C MotMax .
  • the control device 1000 includes one or more light-emitting diodes 31, 32, in such a number that, according to their type and dimensioning, the set of light-emitting diodes 31, 32, which comprise the control device 1000, is arranged to carry out an electrical energy dissipation with a drive torque of the rotor 10 between the minimum drive torque of the rotor C EDmin , corresponding to the minimum frequency F min of the rotor 10 on the one hand, and the maximum drive torque of the rotor C EDmax corresponding to the maximum frequency F max of the rotor 10 on the other hand.
  • the coils 11 are connected, directly or indirectly, to at least one light-emitting diode 31, 32.
  • At least one light-emitting diode 31, 32 is indirectly powered, through an electrical or electronic circuit which includes a Graetz bridge rectifier forming the only electrical and/or electronic circuit, by at least one coil 11 supplying an induced electric current during its rotation relative to the stator 20 of the micro-generator 100.
  • the stator 20 carries the permanent magnets 25, and the rotor 10 carries the coils 11, and each light-emitting diode 31, 32 is mounted on the rotor 10.
  • the permanent magnets 25 are located, in axial projection, inside a circular surface defined by the rotor 10 when it rotates.
  • At least one light-emitting diode 31, 32 is powered directly by at least one coil 11 when it rotates relative to the stator 20 of the micro-generator 100.
  • the rotor 10 carries at least one pair of light-emitting diodes 31, 32, preferably diametrically opposed and arranged in opposite polarities to each other.
  • the rotor 10 carries four light-emitting diodes (also called 'LEDs') at 90°, arranged two by two in opposite polarities (preferably two diametrically opposed LEDs having the same polarity).
  • 'LEDs' light-emitting diodes
  • any electrical and/or electronic device included in the timepiece 2000 is an element of the micro-generator 100 and the regulating device.
  • all electrical and/or electronic equipment included in the timepiece 2000 is mounted on the rotor 10 of the microgenerator 100.
  • This electrical and electronic equipment consists of said at least one light-emitting diode 31, 32, the coil or coils, and, where applicable, an electrical and/or electronic circuit arranged between at least one of the coils and said at least one light-emitting diode 31, 32.
  • a mechanical clockwork component thus avoids any wiring or means of transferring electrical energy out of the rotor 10.
  • the rotor 10 and the stator 20 are mounted coaxially around an axis of rotation D of the microgenerator 100, and said at least one light-emitting diode 31, 32, is mounted eccentric with respect to said axis of rotation D, each light-emitting diode 31, 32, thus describing an annular surface during the rotation of the rotor 10.
  • said at least one light-emitting diode 31, 32 is arranged to provide at least a major part of the light 70 it emits to at least a part of the timepiece 1000 visible to a user of that timepiece, so as to illuminate that at least visible part.
  • the light-emitting diodes 31, 32 are arranged on the rotor 10 to achieve the best result, and the outer structure on the light-emitting side must be perforated to allow the emitted light 70 to pass through most of this outer structure, preferably so that substantially all of the emitted light can pass through this outer structure.
  • the rotor 10 comprises a hub 19 which includes a drive pinion 19a and which carries a lower annular structure 52, a disc 54, for example made of ceramic, forming a support for the coils 11 arranged in peripheral openings of this disc and for the two LEDs 31, 32, arranged in two respective openings 55 of the disc, and a toothed wheel 18 situated above the emission surfaces of the LEDs 31, 32, and which is perforated, having openings 17 configured to allow the passage of light 70 emitted by each of these LEDs towards means of guiding this emitted light towards said at least a visible part of the timepiece.
  • the toothed wheel 18 is a ratchet forming a locking and release device for the micro-generator 100.
  • the lower annular structure 52 is preferably opaque and without openings, so as to conceal the openings 55, the contact surfaces 65, the glue drips 68, and the circular tracks 66.
  • the contact surfaces 60 and the connections of the coils 11 to these contact surfaces are hidden from view by the base 22 of the stator cage.
  • the micro-generator 100 reveals no electrical or electronic components, with the exception of the LED emission surfaces, which have an elegant appearance and are located in an internal region of this light-emitting micro-generator.
  • Such a construction is particularly well-suited to a lighting device incorporated into a high-end mechanical movement.
  • the electrical connections can be made of gold.
  • control device 1000 includes, in the vicinity of the micro-generator 100, at least one stationary light guide structure, which is arranged to collect, for any angular position of the rotor 10 when it is rotating, at least a major part of the light emitted by at least one light-emitting diode 31, 32, and then to guide this emitted light towards at least one visible part of the timepiece, so as to obtain an illumination of this visible part substantially constant and/or substantially uniform when the at least one light-emitting diode emits.
  • the rotor 10 is driven by a barrel 200, via a barrel gear 300.
  • the micro-generator 100 is equipped with a rotor locking and release device 400 which This includes ratchet 18 and pawl 92, a device that allows the micro-generator to be activated on demand as a speed regulator, particularly in a musical or chiming watch. It is used to start and stop the micro-generator's rotation as needed. It is therefore possible to briefly activate the rotor's rotation several times on a mainspring barrel.
  • the rotor 10 comprises a module consisting of the support disc 54 (made of ceramic material, in particular) which carries a number of small coils 11 on its periphery as well as at least one light-emitting diode, in particular two LEDs 31, 32.
  • the rotation of the coils 11 in the magnetic field of the magnets 25 of the stator 20 generates an induced voltage and thus an alternating induced current, which powers the light-emitting diodes according to the equivalent electrical circuit given in figure 8 .
  • the coils 11 are connected in series, with alternating polarities, the inner end 61 and the outer end 62 of each coil being connected respectively to two contact areas 60 formed on the support disc 54.
  • This plurality of coils is connected to the two LEDs, notably via a printed circuit board which consists of two contact areas 64 for the two respective ends of two end coils of the coil series and for an electrical connection 67 from the first LED 31 to these coils, two contact areas 65 for the electrical connection 67 of the second LED 32, and two circular tracks 66 connecting the two contact areas 64 respectively to the two contact areas 65.
  • the two LEDs 31, 32 are arranged in reverse bias in order to exploit the alternating current generated in this direct LED power supply system by the coils 11.
  • the contact areas 64 and 65 and the two circular tracks 66 are directly printed/deposited onto the support disc. Thus, no conventional PCB made of synthetic material is required.
  • the electrical connections 67 are protected by drops of adhesive 68, which also serve to fix the LEDs in the respective openings 55 of the support disc 54.
  • the current i LED flowing through each light-emitting diode 31, 32 over time then takes the form visible on the figure 9 .
  • an electrical and/or electronic circuit for managing the power supply of LEDs consumes a small, nearly constant current, which generates an offset in the graph of the Figure 10 by taking the total current including that of this circuit.
  • a small offset will be observed in the graph of the figure 11
  • Such an offset does not change the regulation principle; the electrical energy consumption curve retains a profile similar to that shown in the diagram. figure 11 enabling the regulation provided for in the invention.
  • the barrel initially delivers a maximum torque of 20 ⁇ N ⁇ m to the rotor, and we have an initial rotational frequency of this
  • the rotor frequency is approximately 120 Hz, which gradually decreases as the barrel discharges, notably to approximately 100 Hz. This corresponds roughly to a minimum torque of 12 ⁇ N ⁇ m supplied to the rotor.
  • the minimum and maximum torques correspond to a useful range of the barrel's motor torque for the correct operation of the driven mechanism. Without power dissipated by the light-emitting diodes (LEDs), the assembly would rotate much faster.
  • V IND ⁇ ⁇ n BOB ⁇ K U ⁇ sin ⁇ ⁇ n BOB ⁇ t / 2
  • the electric angular frequency is equal to n BOB /2 multiplied by the rotational frequency ⁇ , because the induced voltage is the derivative of the change in magnetic flux, which goes from + to - once and then from - to + the next time.
  • the induced voltage is therefore a linear function of the rotational frequency.
  • the dimensions of the magnets and coils are optimized, as can be seen in figure 5 , for a relatively small stator cage, with a outer diameter of 8.4 mm, and a total thickness excluding hub of only 1.4 mm.
  • the number of turns and the wire diameter are adapted to ensure the operation of the LEDs.
  • a different number of coils, magnets, and different dimensions are entirely possible.
  • Increasing the volume of the magnets 25, or decreasing the air gap increases the coupling between the coils 11 and the magnets 25.
  • the magnets 25 are placed as close together as possible, as are the coils 11.
  • increasing their volume or decreasing the wire diameter increases the induced voltage coefficient Ku (defined as the ratio of the induced voltage to the rotational speed) but also increases the coil resistance.
  • the current in the LEDs decreases, but the rotor speed also decreases, thus increasing the discharge time of the battery and the illumination time.
  • figures 12 to 15 show the effects of the thickness of coil wire 11 on the resistance ( figure 12 ), on the current in the diodes ( figure 13 ), on the induced voltage ( figure 13 ), and on the total discharge time of the cylinder ( figure 15 ).
  • the timepiece 2000 includes a device for releasing and stopping the micro-generator 100, which comprises, on the one hand, a control device 400 actuable by a user to at least start and preferably also subsequently stop the drive of the rotor 10 of the micro-generator 100, the control device 400 comprising an external control element, in particular a push-button or a slide equipped with a slide spring, and on the other part a 500 engagement mechanism actuated by the 600 movement included in the timepiece 2000, for example to strike the hour or produce a melody on demand or at given times.
  • a control device 400 actuable by a user to at least start and preferably also subsequently stop the drive of the rotor 10 of the micro-generator 100
  • the control device 400 comprising an external control element, in particular a push-button or a slide equipped with a slide spring, and on the other part a 500 engagement mechanism actuated by the 600 movement included in the timepiece 2000, for example to strike the hour or produce a melody on demand or at given
  • the user can release the rotating wheel, rotor 10, and micro-generator 100 by pressing a push-button 401, which actuates a rocker 402.
  • This rocker acts on an actuating arm 403 and an elastic element 404, which controls the ratchet 92 of the release and stop device.
  • the ratchet is actuated by the actuating arm 403 and automatically by an engagement mechanism 500 driven by the movement. Rotation continues until the push-button is released or for a predetermined time interval.
  • the engagement mechanism 500 driven by the clockwork movement 600, acts on the elastic element 404, particularly for an alarm function, preferably for a predetermined time interval. Any similar system can be devised to control the rotation and stopping of the rotating wheel 1.
  • the various mechanisms provided are arranged to momentarily release the ratchet 92 from the ratchet 18 of the rotor 10, and thus allow the rotation of the rotor 10 of the micro-generator 100 on demand, enabling the drive of the rotating mobile.
  • isolators allow the entire melody or audible display to play, preventing any further action by the user or any other command from the timepiece itself.
  • the energy stored for this purpose, in a striking barrel, bolt spring, or similar mechanism, is greater than the energy required to play the longest musical segment.
  • the release and stop device includes a mechanical timer device to limit the rotation time of the rotor 10.
  • the timepiece 2000 has a determined area that can be illuminated directly or indirectly by at least one light-emitting diode 31, 32, when the latter emits light.
  • the 2000 timepiece includes an acoustic animation mechanism which is a striking or repeating or musical animation mechanism comprising the rotating mobile 1 whose rotation speed is regulated by the regulating device 1000.
  • the 2000 timepiece includes a visual animation mechanism comprising the rotating mobile 1 whose rotation speed is regulated by the regulating device 1000.
  • At least one light-emitting diode 31, 32 emits light towards a determined area synchronously during an acoustic or visual animation sequence of the timepiece 2000. It can specifically illuminate a particular area/areas of the mechanism, or a visual animation, or a particular decorative element of the watch such as a stained-glass window, musical notes, or other.
  • the 2000 timepiece is devoid of an electrical energy storage capacitor.
  • the invention further relates to a method of regulating the rotational speed of a rotating mobile 1 of a timepiece 2000, within a functional speed range of the rotating mobile 1 between a minimum speed V min and a maximum speed V max strictly greater than the minimum speed, the rotating mobile 1 being driven by a motor device, in particular a barrel 200, which comprises the timepiece 2000.
  • This process implements a device 1000 for regulating the rotational speed of the rotating mobile 1;
  • this regulation device 1000 comprises a micro-generator 100 which includes a coupled rotor 10 mechanically to the rotating mobile 1, this rotor being mobile around an axis of rotation D relative to a stator 20 carrying permanent magnets 25 or coils, the rotor carrying respectively coils 11 or permanent magnets, the coils 11 being connected, directly or indirectly, to at least one light-emitting diode 31, 32.
  • the characteristics of the microgenerator 100 and at least one light-emitting diode 31, 32 are determined, together with, where applicable, the electrical and/or electronic circuit without a substantial electrical energy storage component, which constitute the only electrical energy consumption device produced by the microgenerator.
  • the gearing of the control device 1000 between the rotating part 1 and the rotor 10 is also determined such that, for the functional speed range of the rotating part 1, the corresponding frequency range of the rotation of the rotor 10, between a minimum frequency Fmin and a maximum frequency Fmax , generates in the coils 11 a range of induced voltage whose maximum voltage value Umax for the maximum frequency Fmax is greater than a threshold voltage Us of the at least one light-emitting diode 31, 32.
  • the motor device is then chosen, arranged so that its useful motor torque range has a minimum torque CMoTmin driving the rotating part 1 at the minimum speed of the functional speed range, and a maximum torque C MotMax driving the rotating part 1 at the maximum speed of the functional speed range.
  • said induced voltage range is located within a functional voltage range of said at least one light-emitting diode 31, 32, i.e., within a voltage range above the threshold voltage Us, such that said at least one light-emitting diode produces light throughout the relevant induced voltage range in normal operation, thus enabling effective regulation over the entire intended operating range.
  • control device 1000 is determined to regulate the rotational frequency of the rotor 10 by maintaining it within the The frequency range, between the minimum frequency Fmin and the maximum frequency Fmax , for a useful torque range of the motor device, between a minimum motor torque CMoTmin and a maximum motor torque CMoTmax .
  • the minimum voltage value Umin for the minimum frequency Fmin is expected to be above said threshold voltage Us
  • the regulation device 1000 is arranged so as not to include any means of dissipating kinetic energy from the rotor 10 of the micro-generator 100. It is understood that the invention does not brake the rotor to reduce its frequency, but only to prevent its frequency from increasing.
  • the motor device is equipped with a barrel 200 dimensioned so that the useful range of the torque it delivers, between the minimum motor torque C MotMin and the maximum motor torque C MotMax , is such that the minimum motor torque C MotMin is equal to the sum of a mechanical torque C MecVmin required to drive the mechanism driven by the barrel, excluding the rotor 10 of the micro-generator 100, with the rotating part 1 rotating at the minimum speed V min , on the one hand, and a minimum rotor drive torque C EDmin corresponding to the minimum frequency F min of the rotor 10, on the other hand, and such that the maximum motor torque C MotMax is equal to the sum of a mechanical torque C MecVmax required to drive the mechanism, excluding the rotor 10 of the micro-generator 100, with the rotating part 1 rotating at the maximum speed V max , on the one hand, and a drive torque of the maximum rotor C EDmax corresponding to the maximum frequency F max of the rotor on the other hand.
  • the light-emitting diode or several light-emitting diodes 31, 32 are chosen in such a number that, according to their type and dimensions, the set of light-emitting diodes 31, 32 comprising the regulation device 1000 is arranged to perform electrical dissipation with a rotor drive torque between the rotor drive torque minimum C EDmin , corresponding to the minimum frequency F min , and the maximum rotor drive torque C EDmax, corresponding to the maximum frequency F max , on the other hand, as seen on the figure 7 .
  • an indirect supply of at least one LED 31, 32 is chosen by the micro-generator 100, and at least one LED 31, 32 is connected to the micro-generator 100 through an electrical and/or electronic circuit without a substantial storage component for an electric current induced in the coils 11 during a rotation of the rotor 10 of the micro-generator 100.
  • the invention implements passive regulation, requiring no electronic circuitry for data processing and control of the regulation.
  • Powering LEDs directly or indirectly via an electrical/electronic circuit, without substantial electrical energy storage components, using a micro-generator for a mobile speed control device is a novel concept that combines high efficiency, compactness, a small number of components, and reduced cost. Furthermore, such a device allows for a robust and relatively high-end design, suitable for high-end watchmaking.
  • the invention also eliminates the need for fragile, wear-prone moving mechanical components, such as those used in inertial governors, aerodynamic governors, or eddy current governors. It also eliminates the need for mechanical return mechanisms such as springs.
  • the invention has numerous advantages.
  • Arranging the LEDs directly on the micro-generator eliminates the need for contact connections, conductive wires, or printed circuit board (PCB) traces. This ensures compatibility with high-end watchmaking. Their advantageous arrangement on the rotor prevents the presence of any An electronic component composed of materials incompatible with a high-end mechanical watch.
  • LEDs are the only components that could be considered “electronic,” but their composition is inorganic, and the vast majority of the volume is made of crystal and metal. Therefore, the proposed arrangement is aesthetically discreet and also compatible with a skeleton watch construction with a visible mechanism.
  • LEDs light-emitting diodes
  • a smoothing capacitor on the rotor could be used, this does not appear necessary because the rotor rotates at a relatively high frequency, making the periodic variation in brightness imperceptible to the human eye when the LEDs are used to illuminate a visible part of the timepiece.
  • the preferred embodiment of the invention offers the advantage of a passive circuit without any intermediate energy storage, thanks to the direct powering of each diode by the coils, thus eliminating the need for an induced voltage rectifier or smoothing capacitor.
  • the light-emitting diode does not provide sustained brightness when the current is switched off, but the user's eye perceives a persistent illumination because, with a rotation speed on the order of hundreds of Hertz and, for example, 12 or 14 poles in the micro-generator, there is a flicker on the order of kHz, imperceptible to the naked eye.
  • a rotation speed on the order of hundreds of Hertz and, for example, 12 or 14 poles in the micro-generator
  • small braking torques a thousand times per second will smooth the rotational frequency.
  • An energy storage capacitor is not desirable because its voltage variation would not keep pace with the induced voltage variation sufficiently, and would therefore be inefficient for speed regulation.
  • LEDs rotate at high frequencies, they generate a nearly continuous and uniform ring-shaped light distribution, visible to the human eye, with a surface area much greater than that of a standard LED.

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Description

    Domaine technique de l'invention
  • L'invention concerne une pièce d'horlogerie comprenant un mobile rotatif, un dispositif moteur agencé pour pouvoir entraîner ce mobile rotatif, un dispositif de régulation pour réguler la vitesse de rotation du mobile rotatif, ce dispositif de régulation comportant une micro-génératrice qui comporte un stator et un rotor couplé mécaniquement au mobile rotatif, le stator portant des aimants permanents ou des bobines et le rotor portant respectivement des bobines ou des aimants permanents.
  • L'invention concerne encore un procédé de régulation de la vitesse de rotation d'un mobile rotatif d'une pièce d'horlogerie, dans une plage de vitesse fonctionnelle du mobile rotatif entre une vitesse minimale et une vitesse maximale strictement supérieure à la vitesse minimale, le mobile rotatif étant entraîné par un dispositif moteur que comporte la pièce d'horlogerie, par lequel procédé on met en œuvre un dispositif de régulation de la vitesse de rotation du mobile rotatif, ce dispositif de régulation comportant une micro-génératrice qui comporte un rotor couplé mécaniquement au mobile rotatif, ce rotor étant mobile autour d'un axe de rotation par rapport à un stator portant des aimants permanents ou des bobines, le rotor portant respectivement des bobines ou des aimants permanents, les bobines étant reliées, directement ou indirectement, à au moins une diode électroluminescente.
  • L'invention concerne le domaine des pièces d'horlogerie, et plus particulièrement des montres, et plus particulièrement encore des montres comprenant une source d'énergie mécanique, du type comportant un mécanisme annexe non dédié à la mesure du temps mais en général dédié à des fonctions d'affichage sonore ou visuel, par exemple pour des montres à sonnerie ou à animation visuelle, ou encore des boîtes à musique, ce mécanisme comprenant au moins un mobile rotatif. Et l'invention concerne plus particulièrement le domaine de la régulation de vitesse d'un tel mobile rotatif, généralement actionné par un ressort dont la décharge engendre une vitesse très variable du mobile rotatif en l'absence de mécanisme de régulation.
    • Arrière-plan technologique
  • La régulation de vitesse des mobiles d'horlogerie est un problème ancien, lié à l'origine à la régulation de la sonnerie des cloches. Des solutions anciennes sont purement mécaniques basées sur la variation d'inertie du mobile avec par exemple des régulateurs à boules, ou encore sur le freinage par frottement d'air, mais de telles solutions applicables sur des horloges ou pendules ne le sont pas pour des montres.
  • L'encombrement limité dans une boîte de montre a conduit à imaginer des nouvelles solutions, telles des régulateurs électromagnétiques, ou encore des régulateurs à courant de Foucault. Ces solutions sont fonctionnelles mais coûteuses et réservées à des produits de luxe; certains de leurs composants sont très délicats et nécessitent une maintenance particulière.
  • Le document EP3838424 au nom de The Swatch Group Research & Development Ltd décrit un mécanisme musical ou de sonnerie pour pièce d'horlogerie ou boîte à musique, comprenant une source d'énergie délivrant un couple mécanique et des moyens de transmission de couple mécanique depuis la source d'énergie vers un mobile de génération de musique ou de sonnerie. Le mécanisme comprend en outre un régulateur de mobile. Le régulateur est configuré pour réguler, autour d'une valeur de vitesse de consigne, la vitesse de pivotement du mobile autour d'un axe de pivotement, et comporte des moyens de freinage du mobile configurés pour ramener sa vitesse de pivotement à la vitesse de consigne. Le régulateur de mobile est constitué d'un système comprenant une micro-génératrice, aussi nommée "génératrice", dont un rotor est relié mécaniquement à la source d'énergie délivrant le couple mécanique, et un circuit électronique de régulation de la fréquence de rotation de la micro-génératrice. Ce circuit règle électroniquement la fréquence comme dans les montres à génératrice indiquant l'heure, donc de fait selon une technologie de comptage de tours du rotor, nécessitant une base de temps électronique, pour comparer la fréquence de rotation avec une base de temps, et action sur un transistor qui régule le passage de courant dans les bobines avec des impulsions de freinage par court-circuit. En somme, un circuit électronique de freinage y commande la génération d'impulsions de freinage.
  • L'emploi de circuits électroniques ou électriques présente des inconvénients majeurs pour une montre munie d'un mouvement mécanique, en particulier pour une montre haut de gamme pour laquelle il est important de conserver le plus possible le caractère mécanique de la montre. En effet, ces systèmes connus sont munis d'un circuit électronique avec divers éléments électroniques agencés sur un circuit électrique (en général un PCB) situé à la périphérie de la micro-génératrice, ce qui introduit un dispositif du type électronique relativement étendu dans la montre. L'ensemble de toutes ces parties électriques et électroniques stationnaires occupe donc une surface relativement importante, au-delà de la surface définie par la microgénératrice, et cet ensemble est généralement visible, ce qui accentue, pour un consommateur, un caractère hybride de la montre.
    • Résumé de l'invention
  • L'invention se propose de solutionner notamment les problèmes de l'art antérieur indiqués précédemment. D'autres objectifs ressortiront aussi de la description de l'invention qui suit.
  • A cet effet, l'invention concerne une pièce d'horlogerie selon la revendication 1, laquelle comprend un mobile rotatif, un dispositif moteur agencé pour pouvoir entraîner ce mobile rotatif, un dispositif de régulation pour réguler la vitesse de rotation du mobile rotatif, ce dispositif de régulation comportant une micro-génératrice, qui comporte un stator et un rotor couplé mécaniquement au mobile rotatif, et au moins une diode électroluminescente qui est alimentée, directement ou indirectement, par la microgénératrice.
  • L'invention concerne encore un procédé de régulation de la vitesse de rotation d'un mobile rotatif d'une pièce d'horlogerie, dans une plage de vitesse fonctionnelle du mobile rotatif entre une vitesse minimale et une vitesse maximale strictement supérieure à la vitesse minimale, selon la revendication 24.
    • Brève description des figures
  • Les buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en référence aux dessins annexés, où:
    • la figure 1 représente en perspective un exemple d'application de l'invention à une montre comportant un dispositif d'éclairage : en partie gauche de la figure est visible un barillet, qui alimente, au travers d'un rouage, une micro-génératrice, laquelle comporte un rotor mobile en rotation face à un stator; la micro-génératrice porte au moins une diode électroluminescente, qui est alimentée par au moins une bobine et qui est montée sur le rotor, excentrée par rapport à l'axe de rotation du rotor, tandis que le stator porte des aimants permanents; ce rotor porte un rochet, qui coopère avec un cliquet pour libérer ou bloquer sa rotation ; la flèche indique schématiquement un dispositif d'actionnement du cliquet qui est mobile en rotation pour stopper et libérer la génératrice;
    • la figure 2A représente en perspective la micro-génératrice de la figure 1, dans laquellees deux anneaux du stator portent des aimants permanents, en polarités alternées, et, dans leur entrefer, le rotor porte des bobines; les flèches montrent les sens alternés du champ magnétique, selon une même direction parallèle à l'axe de rotation du rotor; celui-ci porte deux diodes électroluminescentes montées en symétrie par rapport à cet axe de rotation, et toutes deux excentrées;
    • la figure 2B est une vue de dessus de la micro-génératrice de la figure 1;
    • la figure 3 représente en perspective éclatée la microgénératrice des figures 1, 2A et 2B ; le disque rotor porte ici 12 bobines, on voit la double rangée de 12 aimants des anneaux statoriques ;
    • la figure 4 représente, en vue de dessus selon la direction de l'axe de rotation, le rotor de la micro-génératrice des figures 1 à 3 ; on y voit la connectique des bobines entre elles et avec les diodes électroluminescentes toutes portées par le rotor ;
    • la figure 5 est une coupe de la micro-génératrice des figures précédentes, passant par l'axe de rotation de la microgénératrice; dans cet exemple particulier et non limitatif, les dimensions de la micro-génératrice sont très réduites, avec une cage statorique de diamètre d'environ 8 mm, et une épaisseur d'environ 1,4 mm;
    • la figure 6 représente la courbe caractéristique de l'intensité du courant dans une diode électro-luminescente (en ordonnée) en fonction de la tension appliquée aux bornes de cette diode électro-luminescente (en abscisse) ; on peut voir qu'au-delà d'une tension de seuil Us, l'intensité du courant croît rapidement de façon sensiblement linéaire avec la tension ;
    • la figure 7 est un graphe représentant la dissipation d'énergie électrique dans le dispositif de régulation selon l'invention, avec en ordonnée le couple d'entraînement du rotor en fonction de la fréquence du rotor en abscisse, ce couple d'entraînement étant compris entre une valeur minimale, correspondant à une fréquence minimale du rotor prévue pour une plage de couple fonctionnelle, et une valeur maximale correspondant à une fréquence maximale du rotor prévue ; la caractéristique de couple d'entraînement du rotor en fonction de la fréquence du rotor est sensiblement linéaire dans le domaine sélectionné. En somme on voit en abscisse, entre la fréquence minimale et la fréquence maximale du rotor, une plage de fréquences du rotor « acceptée » pour une vitesse de rotation du mobile rotatif dans sa plage de fonctionnement ; et on voit en ordonnée, entre le couple d'entraînement minimal et le couple d'entraînement maximal, une plage de couple dissipé par les LEDs qui correspond à une variation de couple d'entrainement du rotor prévue pour la plage de couple fonctionnelle, ce qui permet de réguler la fréquence de rotation du rotor en présence d'un couple moteur variable de sorte à maintenir cette fréquence dans une plage relativement restreinte ;
    • la figure 8 représente, de façon schématisée, un circuit électrique équivalent d'une variante préférée du dispositif de régulation proposé, avec une micro-génératrice, générant un signal alternatif, qui est connectée en parallèle avec deux diodes électroluminescentes en polarité inversée. De cette manière, pendant l'alternance du signal, l'une ou l'autre des diodes émettra de la lumière. Pour des fréquences supérieures à 30 Hz, l'œil ne distingue plus cette alternance et perçoit donc les deux diodes allumées en même temps ;
    • la figure 9 représente la forme du courant induit (en ordonnée) dans les diodes électroluminescentes, en fonction du temps (en abscisse), pour une fréquence à 150 Hz ; la courbe en trait plein correspond à une première LED, et la courbe interrompue à une deuxième LED montée en parallèle à la première LED, en liaison directe avec elle et agencée en polarité inverse de la première LED ;
    • la figure 10 représente la forme du courant moyen (en ordonnée) circulant dans les deux diodes électroluminescentes en fonction de la fréquence de rotation (en abscisse) du rotor;
    • la figure 11 représente la forme du couple moyen de freinage appliqué au rotor (en ordonnée) par les deux diodes électroluminescentes en fonction de la fréquence de rotation du rotor (en abscisse);
    • la figure 12 est une courbe montrant l'influence de l'épaisseur du fil de bobine en abscisse sur la résistance de la bobine en ordonnée;
    • la figure 13 est une courbe montrant l'influence de l'épaisseur du fil de bobine en abscisse sur le courant dans les diodes électroluminescentes en ordonnée;
    • la figure 14 est une courbe montrant l'influence de l'épaisseur du fil de bobine en abscisse sur la tension induite en ordonnée;
    • la figure 15 est une courbe montrant l'influence de l'épaisseur du fil de bobine en abscisse sur le temps de décharge totale du barillet en ordonnée;
    • la figure 16 représente, de façon schématisée, une pièce d'horlogerie selon un mode de réalisation général de l'invention ;
    • la figure 17 représente, de manière partielle, une pièce d'horlogerie qui comporte un dispositif de libération et d'arrêt de la micro-génératrice associé à un dispositif de commande à bouton-poussoir actionnable par un utilisateur, pour déclencher l'entraînement ou l'arrêt du rotor de la micro-génératrice.
    Description détaillée de l'invention
  • L'invention se propose d'utiliser une micro-génératrice alimentant au moins une diode électroluminescente pour consommer une partie de l'énergie fournie par un dispositif moteur à un mobile rotatif, pour réguler la vitesse de ce mobile rotatif.
  • L'invention concerne une pièce d'horlogerie 2000 comprenant un mobile rotatif 1, un dispositif moteur agencé pour pouvoir entraîner ce mobile rotatif 1, et un dispositif de régulation 1000 pour réguler la vitesse de rotation du mobile rotatif 1. Ce dispositif moteur est en particulier un dispositif moteur mécanique, notamment formé par un barillet 200.
  • Le dispositif de régulation 1000 comporte une micro-génératrice 100 du type horloger, laquelle comporte un stator 20 et un rotor 10 qui est couplé mécaniquement au mobile rotatif 1, et au moins une diode électroluminescente 31, 32, (aussi nommée 'LED' par la suite), qui est alimentée, directement ou indirectement, par la micro-génératrice 100, et plus particulièrement par au moins une bobine que comporte la micro-génératrice 100. De manière générale, le stator porte des aimants permanents 25 ou des bobines, et le rotor porte respectivement des bobines 11 ou des aimants permanents. On distingue ci-après la « vitesse » de rotation du mobile rotatif 1 et la « fréquence » de rotation du rotor 10. Chaque bobine 11 fournit à ladite au moins une diode électro-luminescente 31, 32, un courant électrique induit lors de la rotation du rotor 10 par rapport au stator 20.
  • Les figures 1 à 5 illustrent un exemple non limitatif de microgénératrice 100 avec un rotor 10 comportant des bobines 11, notamment des bobines plates (galettes), et un stator 20 comprenant une base annulaire 21, avec une section radiale en L, porteur d'une première partie des aimants permanents 25, et un flaque annulaire 22 de fermeture de la base annulaire et porteur d'une seconde partie des aimants permanents 25. La base annulaire et le flasque annulaire forment une cage statorique avec une section radiale en forme de C à trois portions droites. La micro-génératrice 100 a un diamètre généralement compris entre 6 mm et 15 mm.
  • La base annulaire 21 et le flasque 22 sont de préférence constitués par un matériau ferromagnétique formant une fermeture extérieure pour le champ magnétique des aimants permanents 25, lesquels sont à aimantation axiale et agencés du côté intérieur de la cage statorique, en regard des bobines 11 du rotor 10. Plus généralement, les bobines 11 et les aimants permanents 25 sont agencés de sorte que les bobines passent au moins partiellement au-dessus des aimants permanents lorsque le rotor 10 tourne, entraîné directement ou indirectement par un barillet 200, que comporte le dispositif moteur, ou par tout moyen d'entraînement adéquat. On a donc une micro-génératrice 100 du type à aimantation axiale des aimants permanents 25 et une structure à « trois niveaux » avec le rotor 10 portant les bobines 11 placées dans le niveau intermédiaire, dans l'espace entre deux niveaux d'aimants permanents 25 situés respectivement des deux côtés axiaux des bobines 11. Les aimants 25 axialement en vis-à-vis ont une même polarité, deux aimants adjacents sur un même niveau présentent des polarités magnétiques opposées. Ainsi, classiquement, pour chacun des deux niveaux d'aimants, les polarités sont alternées.
  • Dans une variante préférée, et tel que visible sur la figure 4, au moins une diode électroluminescente 31, respectivement 32, est alimentée directement par au moins une bobine 11 lors de sa rotation par rapport au stator 20 de la micro-génératrice 100, sans circuit électrique ou/et électronique entre ladite au moins une diode électroluminescente et ladite au moins une bobine, à l'exception de plages de contact et deux pistes circulaires, par exemple en or, en particulier sans condensateur et/ou autres composants électriques et/ou électroniques.
  • Selon la variante préférée de l'invention, la au moins une diode électroluminescente 31, 32 forme avec la micro-génératrice 100 le dispositif de régulation 1000.
  • Dans le cas d'une alimentation indirecte de la au moins une diode électroluminescente 31, 32 par la micro-génératrice 100, la au moins une diode électroluminescente 31, 32 est reliée à la micro-génératrice 100 au travers d'un circuit électrique et/ou électronique sans composant de stockage substantiel d'énergie électrique. Selon cette variante avantageuse de l'invention, la au moins une diode électroluminescente 31, 32, le circuit électrique et/ou électronique, sans composant de stockage substantiel d'énergie électrique, et la micro-génératrice 100 forment ensemble le dispositif de régulation.
  • La micro-génératrice 100 et la au moins une diode électroluminescente 31, 32, sont agencées de manière que, pour une plage de vitesse fonctionnelle du mobile rotatif 1 entre une vitesse minimale Vmin et une vitesse maximale Vmax strictement supérieure à la vitesse minimale Vmin, la plage de fréquence correspondante de la rotation du rotor 10, comprise entre une fréquence minimale Fmin et une fréquence maximale Fmax, engendre, dans les bobines 11, une plage de tension induite dont la valeur de tension induite (tension de crête) maximale Umax, intervenant pour la fréquence maximale Fmax, est supérieure à une tension de seuil Us de ladite au moins diode électro-luminescente 31, 32. De préférence, la valeur de tension induite (tension de crête) minimale Umin, intervenant pour ladite fréquence minimale Fmin, de la plage de tension induite est aussi supérieure à la tension de seuil Us de ladite au moins diode électroluminescente 31, 32.
  • La au moins une diode électro-luminescente 31, 32 et, le cas échéant, le circuit électrique et/ou électronique susmentionné constituent le seul dispositif de consommation d'énergie électrique incorporé dans le dispositif de régulation 1000, le dispositif moteur étant agencé de manière qu'il a une plage utile de couple moteur permettant un entraînement du mobile rotatif 1 sensiblement dans la plage de vitesse fonctionnelle.
  • La réunion de ces caractéristiques a pour effet que la ou les LEDs 31, 32 régulent la fréquence de rotation du rotor 10, et ainsi la vitesse de rotation du mobile rotatif 1, pour une plage de couple mécanique utile fourni par le dispositif moteur, et que le dispositif de régulation 1000 est configuré à cet effet, ce dispositif se limitant à l'ensemble formé par la ou les LEDs 31, 32, éventuellement un circuit électrique et/ou électronique, sans composant de stockage substantiel d'énergie électrique, et la micro-génératrice 100. Ainsi, la ou les LEDs 31, 32 et la micro-génératrice 100 sont agencées de manière que la tension induite dans la micro-génératrice 100 reste dans une plage de tension induite, pour la plage de couple mécanique utile, qui correspond à une plage de tension de travail de chaque LED 31, 32, sur la courbe courant/tension caractéristique d'une LED et représentée en figure 6.
  • Selon une caractéristique particulière, la valeur de tension minimale Umin (tension de crête) de la plage de tension induite, correspondant à la fréquence minimale Fmin, est aussi supérieure à la tension de seuil Us de ladite au moins diode électroluminescente 31, 32. Ainsi les LEDs fonctionnent sur toute la plage de vitesse du mobile rotatif 1 et régulent donc la vitesse de rotation de ce mobile rotatif sur toute la plage de vitesse prévue en fonctionnement normal pour ce mobile rotatif.
  • Selon une caractéristique particulière, le dispositif de régulation ne comporte aucun moyen de dissipation d'énergie cinétique du rotor 10 de la micro-génératrice 100. On cherche en effet à éviter que la fréquence du rotor augmente, plutôt que d'abaisser sa fréquence ;
  • Selon une caractéristique particulière, le dispositif moteur est agencé de manière que sa plage utile de couple moteur présente un couple minimum CMotMin, entraînant le mobile rotatif 1 à la vitesse minimale Vmin de la plage de vitesse fonctionnelle, et un couple maximal CMotMax entraînant le mobile rotatif 1 à la vitesse maximale Vmax de cette plage de vitesse fonctionnelle.
  • Avantageusement, le dispositif de régulation 1000 régule la fréquence de rotation du rotor 10 en la maintenant dans la plage de fréquence, entre la fréquence minimale Fmin et la fréquence maximale Fmax, pour la plage de couple utile du dispositif moteur entre le couple moteur minimal CMotMin et le couple moteur maximal CMotMax.
  • Plus particulièrement, le dispositif moteur est formé par un barillet 200 qui est dédié à l'entraînement d'un mécanisme comprenant le mobile rotatif 1 et est dimensionné pour que la plage utile du couple qu'il délivre, entre le couple moteur minimal CMotMin et le couple moteur maximal CMotMax, soit telle que le couple moteur minimal CMotMin soit égal à la somme d'un couple mécanique CMecVmin nécessaire à l'entraînement du mécanisme, à l'exception du rotor 10 de la micro-génératrice 100, avec le mobile rotatif 1 tournant à la vitesse minimale Vmin, d'une part, et d'un couple d'entraînement du rotor minimal CEDmin correspondant à la fréquence minimale Fmin du rotor 10 d'autre part, et pour que la plage utile (CMotMin ; CMotMax) du couple qu'il délivre soit encore telle que le couple moteur maximal CMotMax soit égal à la somme d'un couple mécanique CMecVmax nécessaire à l'entraînement du mécanisme, à l'exception du rotor 10 de la micro-génératrice 100, avec le mobile rotatif 1 tournant à la vitesse maximale Vmax, d'une part, et à un couple d'entraînement du rotor maximal CEDmax correspondant à la fréquence maximale Fmax du rotor 10 d'autre part. Ainsi :
    • C MotMin = C MecVmin + C EDmin
    • C MotMax = C MecVmax + C EDmax
  • Le dispositif de régulation 1000 comporte une diode électroluminescente ou plusieurs diodes électroluminescentes 31, 32, en nombre tel que, selon leur type et leur dimensionnement, l'ensemble des diodes électroluminescentes 31, 32, que comporte le dispositif de régulation 1000 soit agencé pour effectuer une dissipation d'énergie électrique avec un couple d'entraînement du rotor 10 compris entre le couple d'entraînement du rotor minimal CEDmin, correspondant à la fréquence minimale Fmin du rotor 10 d'une part, et le couple d'entraînement du rotor maximal CEDmax correspondant à la fréquence maximale Fmax du rotor 10 d'autre part.
  • Selon deux variantes particulières, les bobines 11 sont reliées, directement ou indirectement, à la au moins une diode électro-luminescente 31, 32.
  • Selon une caractéristique avantageuse, au moins une diode électro-luminescente 31, 32, est alimentée indirectement, au travers d'un circuit électrique ou électronique qui comprend un redresseur à pont de Graetz formant le seul circuit électrique et/ou électronique, par au moins une bobine 11 fournissant un courant électrique induit lors de sa rotation par rapport au stator 20, de la micro-génératrice 100.
  • Selon des caractéristiques avantageuses illustrées par les figures, le stator 20 porte les aimants permanents 25, et le rotor 10 porte les bobines 11, et chaque diode électro-luminescente 31, 32 est montée sur le rotor 10.
  • Plus particulièrement, les aimants permanents 25 sont situés, en projection axiale, à l'intérieur d'une surface circulaire définie par le rotor 10 lorsqu'il tourne.
  • De préférence, au moins une diode électro-luminescente 31, 32 est alimentée directement par au moins une bobine 11 lors de sa rotation par rapport au stator 20 de la micro-génératrice 100.
  • Plus particulièrement, et tel que visible dans la variante avantageuse représentée aux figures 1 à 5, le rotor 10 porte au moins une paire de diodes électro-luminescentes 31, 32, de préférence diamétralement opposées et agencées en polarités inverses l'une à l'autre.
  • Plus particulièrement encore, dans une variante non illustrée, le rotor 10 porte quatre diodes électroluminescentes (aussi nommées 'LEDs') à 90°, agencées deux à deux en polarités inverses (de préférence deux LEDs diamétralement opposées ayant une même polarité).
  • Selon une caractéristique avantageuse, tout dispositif électrique et/ou électronique que comporte la pièce d'horlogerie 2000 est un élément de la micro-génératrice 100 et du dispositif de régulation.
  • De préférence, tout équipment électrique et/ou électronique que comporte la pièce d'horlogerie 2000 est embarqué sur le rotor 10 de la microgénératrice 100. Cet équipement électrique et électronique est formé par ladite au moins une diode électroluminescente 31, 32, la bobine ou les bobines, et, le cas échéant, un circuit électrique ou/et électronique agencé entre au moins une des bobines et ladite au moins une diode électroluminescente 31, 32. Une pièce d'horlogerie mécanique échappe ainsi à tout câblage ou moyen de transfert d'énergie électrique hors du rotor 10.
  • En particulier, et tel que visible sur les figures 1 à 5, le rotor 10 et le stator 20 sont montés coaxiaux autour d'un axe de rotation D de la microgénératrice 100, et ladite au moins une diode électroluminescente 31, 32, est montée excentrée par rapport audit axe de rotation D, chaque diode électroluminescente 31, 32, décrivant ainsi une surface annulaire pendant la rotation du rotor 10.
  • Et, dans une réalisation particulière, ladite au moins une diode électroluminescente 31, 32, est agencée pour fournir au moins une majeure partie de la lumière 70 qu'elle émet à au moins une partie de la pièce d'horlogerie 1000 visible pour un utilisateur de cette pièce d'horlogerie, de sorte à illuminer cette au moins une partie visible. Ainsi, les diodes électroluminescentes 31, 32, sont agencées sur le rotor 10 pour obtenir le meilleur résultat, et la structure extérieure du côté de l'émission de lumière doit être ajourée pour permettre à la lumière émise 70 de traverser en majeure partie cette structure extérieure, de préférence pour que substantiellement toute la lumière émise puisse traverser cette structure extérieure.
  • Aussi, plus particulièrement, tel que visible sur les figures 4 et 5, le rotor 10 comprend un moyeu 19 qui comprend un pignon d'entraînement 19a et qui porte une structure annulaire inférieure 52, un disque 54, par exemple en céramique, formant un support pour les bobines 11 agencées dans des ouvertures périphériques de ce disque et pour les deux LEDs 31, 32, agencées dans deux ouvertures respectives 55 du disque, et une roue dentée 18 située au-dessus des surfaces d'émission des LEDs 31, 32, et qui est ajourée, comportant des ouvertures 17 configurées pour laisser passer la lumière 70 émise par chacune de ces LEDs vers des moyens de guidage de cette lumière émise vers ladite au moins une partie visible de la pièce d'horlogerie.
  • La roue dentée 18 est un rochet formant un dispositif de blocage et de libération de la micro-génératrice 100. La structure annulaire inférieure 52 est de préférence opaque et sans ouverture, de sorte à masquer les ouvertures 55, les plages de contact 65, les gouttes de colle 68 et les pistes circulaires 66. Les plages de contact 60 et les connexions des bobines 11 à ces plages de contact sont masqués à la vue d'un observateur par la base 22 de la cage statorique. Ainsi, hormis une petite portion des deux plages de contact 64 éventuellement visibles au travers de la fente circulaire située entre la structure annulaire 52 et la base 22, la micro-génératrice 100 ne laisse apparaître aucun élément électrique ou électronique, l'exception des surfaces d'émission des LEDs, lesquelles ont une noble apparence et sont situées dans une région interne de cette micro-génératrice lumineuse. Une telle construction est particulièrement bien adaptée à un dispositif d'éclairage incorporé dans un mouvement mécanique haut de gamme. En plus, les liaisons électriques peuvent être prévues en or.
  • Plus particulièrement, le dispositif de régulation 1000 comporte, au voisinage de la micro-génératrice 100, au moins une structure guide de lumière stationnaire, qui est agencée pour collecter, pour toute position angulaire du rotor 10 lorsque celui-ci tourne, au moins une majeure partie de la lumière émise par au moins une diode électro-luminescente 31, 32, et pour ensuite guider cette lumière émise vers au moins une partie visible de la pièce d'horlogerie, de manière à obtenir une illumination de cette partie visible sensiblement constante et/ou sensiblement uniforme lorsque la au moins une diode électro-luminescente émet.
  • Dans une variante particulière, le rotor 10 est entraîné par un barillet 200, au travers d'un rouage de barillet 300. La micro-génératrice 100 est équipée d'un dispositif 400 de blocage et de libération du rotor qui comprend le rochet 18 et un cliquet 92, ce dispositif permettant d'activer la micro-génératrice à la demande comme régulateur de vitesse, en particulier dans une montre musicale ou à sonnerie. Il est utilisé pour enclencher la rotation de la micro-génératrice à la demande et pour ensuite l'arrêter. Il est donc possible d'actionner brièvement plusieurs fois la rotation du rotor sur une charge de barillet.
  • Le rotor 10 comprend un module composé du disque support 54 (notamment en matière céramique) qui porte un certain nombre de petites bobines 11 à sa périphérie ainsi qu'au moins une diode électroluminescente, notamment deux LEDs 31, 32. La rotation des bobines 11 dans le champ magnétique des aimants 25 du stator 20, génère une tension induite et ainsi un courant induit alternatif, lequel alimente les diodes électroluminescentes selon le schéma électrique équivalent donné en figure 8. Les bobines 11 sont connectées en série, avec des polarités alternées, l'extrémité intérieur 61 et l'extrémité extérieure 62 de chaque bobine étant reliées respectivement à deux plages de contact 60 formées sur le disque support 54. Cette pluralité de bobines est reliée aux deux LEDs, notamment via un circuit imprimé qui est constitué de deux plages de contact 64 pour deux extrémités respectives de deux bobines d'extrémité de la série de bobines et pour une connexion électrique 67 de la première LED 31 à ces bobines, de deux plages de contact 65 pour la connexion électrique 67 de la deuxième LED 32, et de deux pistes circulaires 66 reliant les deux plages de contact 64 respectivement aux deux plages de contact 65. Les deux LEDs 31, 32 sont agencées en polarisation inversée afin d'exploiter l'alternance du courant électrique généré dans ce système d'alimentation directe des LEDs par les bobines 11. Dans la variante avantageuse représentée, les plages de contact 64 et 65 et les deux pistes circulaires 66 sont directement imprimées / déposées sur le disque support. Ainsi aucun PCB classique en matériau synthétique n'est nécessaire. A noter que les connexions électriques 67 sont protégées par des gouttes de colle 68 qui servent aussi à la fixation des LEDs dans les ouvertures respectives 55 du disque support 54.
  • On peut donc fonctionner avec un circuit électrique aussi simple que celui représenté sur la figure 8.
  • Le courant i LED au cours du temps circulant dans chaque diode électroluminescente 31, 32 prend alors la forme visible sur la figure 9.
  • Ce qui compte pour la fréquence de rotation de la microgénératrice est le courant moyen i LED MOY, représenté à la figure 10, circulant dans les deux diodes électroluminescentes ; ce qui se traduit par un couple moyen de freinage CMFR appliqué au rotor tel que représenté sur la figure 11. On remarquera que dans le cas d'une variante dans laquelle il est prévu une alimentation indirecte des diodes électroluminescentes et qui comprend un circuit électrique et/ou électronique sans composant de stockage substantiel d'énergie électrique, ce circuit peut aisément être configuré pour consommer très peu d'énergie électrique relativement aux diodes électroluminescentes, de sorte que son impact est faible, voire insignifiant. En particulier, un tel circuit peut être composé exclusivement d'éléments passifs. Quoiqu'il en soit, un circuit électrique et/ou électronique de gestion de l'alimentation de diodes électroluminescentes consomme un faible courant sensiblemement constant, ce qui engendre un 'offset' dans le graphe de la figure 10 en prenant le courant total incluant celui de ce circuit. De même, on observera un petit offset dans le graphe de la figure 11. Et même si la consommation du circuit électrique et/ou électronique subissait une certaine augmentation lorsque la tension de seuil des diodes électroluminescentes est dépassée et que le circuit est alors traversé par un courant électrique plus fort, on aurait un petit offset au-delà de cette tension de seuil, et ainsi dans la plage fonctionnelle pour la régulation de la microgénératrice. Un tel offset ne change pas le principe de régulation, la courbe de consommation d'énergie électrique conserve un profil semblable à celui représenté à la figure 11, permettant la régulation prévue dans le cadre de l'invention.
  • Dans un exemple particulier, le barillet délivre au départ un couple maximal de 20 µN·m au rotor, et on a une fréquence de rotation initiale de ce rotor environ égale à 120 Hz, laquelle baisse progressivement avec la décharge du barillet, notamment jusqu'à environ 100 Hz correspondant approximativement à un couple minimal de 12 µN·m fourni au rotor, le couple minimal et le couple maximal correspondant à une plage utile du couple moteur du barillet pour un fonctionnement correct du mécanisme entraîné. Sans puissance dissipée par les diodes électroluminescentes (LEDs), l'ensemble tournerait beaucoup plus vite. Concernant la tension induite dans les bobines, si on note: Ku le coefficient de tension induite pour une bobine (valeur max de la tension induite dans une bobine), nBOB le nombre de bobines, ω la fréquence de rotation (rad/s), et en considérant toutes les bobines alternées en série, la tension induite est VIND :
    V IND = ω ⋅ n BOB ⋅ K U ⋅ sin ω ⋅ n BOB ⋅ t / 2
  • En effet la pulsation électrique est égale à nBOB/2 multiplié par la fréquence de rotation ω, car la tension induite est la dérivée de la variation de flux magnétique, qui passe une fois de + à - et la fois suivante de - à +. La tension induite est donc une fonction linéaire de la fréquence de rotation.
  • En ce qui concerne la relation entre la tension induite et le courant dans la diode électroluminescente, elle est donnée en théorie par l'équation de Shockley, où Vt vaut 26mV à température ambiante et n est un paramètre de qualité compris entre 1 et 2: I = IS ·(e VIND/nVt - 1). Une bonne approximation est donnée par la figure 6: la diode est bloquée aux tensions négatives et basses, et est passante au-delà de la tension de seuil Us, la courbe caractéristique ID = f (UD) montre la forte croissance de l'intensité dans la LED, sensiblement linéaire au-delà de la tension de seuil Us, et on voit que de faibles augmentations de la tension au-delà de la valeur de seuil Us produisent de grandes augmentations de courant, et une conséquente dissipation d'énergie. Cette approximation est très proche du comportement réel de la LED donné par l'équation de Shockley ci-dessus.
  • Les dimensions des aimants et bobines sont optimisées, telles que visibles en figure 5, pour une cage statorique relativement petite, avec un diamètre extérieur de 8,4 mm, et une épaisseur totale hors moyeu de 1,4 mm seulement.
  • Le nombre de spires et le diamètre du fil sont adaptés afin d'assurer le fonctionnement des diodes électroluminescentes. Un autre nombre de bobines, aimants et des dimensions différentes sont tout à fait envisageables. L'augmentation du volume des aimants 25, ou la diminution de l'entrefer, permet l'augmentation du couplage entre bobines 11 et aimants 25. Afin de maximiser les variations de flux, on rapproche au maximum les aimants 25 entre eux et les bobines 11 entre elles. Concernant les bobines 11, l'augmentation de leur volume ou la diminution du diamètre du fil permet d'augmenter le coefficient de tension induite Ku (défini comme le rapport de la tension induite par la fréquence de rotation) mais augmente également la résistance de la bobine. Dans ce cas, on diminue l'intensité du courant dans les diodes électroluminescentes mais on diminue également la fréquence de rotation du rotor, augmentant ainsi le temps de décharge du barillet et d'éclairage. Les figures 12 à 15 montrent les effets de l'épaisseur du fil de bobine 11 sur la résistance (figure 12), sur le courant dans les diodes (figure 13), sur la tension induite (figure 13), et sur le temps de décharge totale du barillet (figure 15).
  • Ainsi, en choisissant un diamètre de fil de 14 µm, on obtient une fréquence de rotor de 120 tours par seconde, barillet chargé, ce qui, avec une réserve de marche de l'ordre de 5500 tours rapportée au rotor, permet une durée de fonctionnement de plus de 40 secondes.
  • Selon une caractéristique particulière, la pièce d'horlogerie 2000 comporte un dispositif de libération et d'arrêt de la micro-génératrice 100 qui comprend, d'une part, un dispositif de commande 400 actionnable par un utilisateur pour au moins déclencher et de préférence également stopper ensuite l'entraînement du rotor 10 de la micro-génératrice 100, le dispositif de commande 400 comportant un organe de commande externe, notamment un bouton-poussoir ou une targette équipée d'un ressort de targette et d'autre part un mécanisme d'enclenchement 500 actionnable par le mouvement 600 que comporte la pièce d'horlogerie 2000, par exemple pour sonner l'heure ou produire une mélodie à la demande ou à des heures données.
  • Dans une variante illustrée par la figure 17, l'utilisateur peut notamment libérer le mobile rotatif et le rotor 10 et la micro-génératrice 100, en pressant sur un bouton-poussoir 401 actionnant une bascule 402, agissant sur un bras d'actionnement 403, et un élément élastique 404 commandant le cliquet 92 que comporte le dispositif de libération et d'arrêt et actionnable par le bras d'actionnement 403 et de manière automatique par mécanisme d'enclenchement 500 entraîné par le mouvement. La rotation perdure jusqu'à que le bouton-poussoir soit relâché ou pour un intervalle de temps déterminé. Le mécanisme d'enclenchement 500 actionné par le mouvement horloger 600 agit sur l'élément élastique 404, notamment pour une fonction de réveil, de préférence durant un intervalle de temps déterminé. Tout système similaire peut être imaginé pour commander la rotation et l'arrêt du mobile rotatif 1 à la commande. En particulier, les différents mécanismes prévus sont agencés pour libérer momentanément le cliquet 92 du rochet 18 du rotor 10, et autoriser ainsi la rotation du rotor 10 de la micro-génératrice 100 à la demande, permettant l'entraînement du mobile rotatif.
  • On notera que les mécanismes de répétition et/ou de sonnerie les plus perfectionnés comportent des dispositifs de sécurité comportant des leviers dénommés isolateurs permettant de jouer l'entier d'une mélodie ou d'un affichage sonore, et interdisant toute manœuvre par l'utilisateur pendant ce temps, ou encore toute autre commande par la pièce d'horlogerie elle-même. L'énergie stockée à cette fin, dans un barillet de sonnerie ou un ressort de targette ou similaire, est supérieure à l'énergie nécessaire pour jouer la plage sonore de plus grande durée.
  • Plus particulièrement encore, le dispositif de libération et d'arrêt comporte un dispositif de temporisation mécanique pour limiter la durée de rotation du rotor 10.
  • Selon une caractéristique particulière, la pièce d'horlogerie 2000 comporte une zone déterminée éclairable directement ou indirectement par au moins une diode électro luminescente 31, 32, quand celle-ci émet de la lumière.
  • Selon une caractéristique particulière, la pièce d'horlogerie 2000 comporte un mécanisme d'animation acoustique qui est un mécanisme de sonnerie ou de répétition ou d'animation musicale comportant le mobile rotatif 1 dont la vitesse de rotation est régulée par le dispositif de régulation 1000.
  • Selon une caractéristique particulière, la pièce d'horlogerie 2000 comporte un mécanisme d'animation visuelle comportant le mobile rotatif 1 dont la vitesse de rotation est régulée par le dispositif de régulation 1000.
  • Plus particulièrement, au moins une diode électro luminescente 31, 32, émet de la lumière vers une zone déterminée de façon synchrone pendant une séquence d'animation acoustique ou d'animation visuelle de la pièce d'horlogerie 2000. Elle peut éclairer spécifiquement une zone / des zones particulière (s) du mécanisme, ou une animation visuelle, ou un élément décoratif particulier de la montre tel qu'un vitrail, des notes de musique, ou autre.
  • Selon une caractéristique particulière, la pièce d'horlogerie 2000 est dépourvue de condensateur de stockage d'énergie électrique.
  • L'invention concerne encore un procédé de régulation de la vitesse de rotation d'un mobile rotatif 1 d'une pièce d'horlogerie 2000, dans une plage de vitesse fonctionnelle du mobile rotatif 1 entre une vitesse minimale Vmin et une vitesse maximale Vmax strictement supérieure à la vitesse minimale, le mobile rotatif 1 étant entraîné par un dispositif moteur, notamment un barillet 200, que comporte la pièce d'horlogerie 2000.
  • Par ce procédé on met en œuvre un dispositif 1000 de régulation de la vitesse de rotation du mobile rotatif 1, ce dispositif de régulation 1000 comportant une micro-génératrice 100 qui comporte un rotor 10 couplé mécaniquement au mobile rotatif 1, ce rotor étant mobile autour d'un axe de rotation D par rapport à un stator 20 portant des aimants permanents 25 ou des bobines, le rotor portant respectivement des bobines 11 ou des aimants permanents, les bobines 11 étant reliées, directement ou indirectement, à au moins une diode électroluminescente 31, 32.
  • Selon l'invention, on détermine les caractéristiques de la microgénératrice 100 et de la au moins une diode électro-luminescente 31, 32 ensemble avec, le cas échéant, le circuit électrique et/ou électronique sans composant de stockage substantiel d'énergie électrique, qui constituent le seul dispositif de consommation d'énergie électrique produit par la microgénératrice, et la démultiplication du dispositif de régulation 1000 entre le mobile rotatif 1 et le rotor 10 de manière que, pour la plage de vitesse fonctionnelle du mobile rotatif 1, la plage de fréquence correspondante de la rotation du rotor 10, comprise entre une fréquence minimale Fmin et une fréquence maximale Fmax, engendre dans les bobines 11 une plage de tension induite dont la valeur de tension maximale Umax pour la fréquence maximale Fmax est supérieure à une tension de seuil Us de la au moins une diode électroluminescente 31, 32. Et on choisit le dispositif moteur agencé de manière que sa plage utile de couple moteur présente un couple minimum CMotMin entraînant le mobile rotatif 1 à la vitesse minimale de la plage de vitesse fonctionnelle, et un couple maximal CMotMax entraînant le mobile rotatif 1 à la vitesse maximale de la plage de vitesse fonctionnelle. De préférence, ladite plage de tension induite est située dans une plage de tension fonctionnelle de ladite au moins une diode électroluminescente 31, 32, c'est-à-dire dans une plage de tension au-dessus de la tension de seuil Us de sorte que ladite au moins une diode électroluminescente produit de la lumière dans toute la plage de tension induite concernée en fonctionnement normal, ce qui permet une régulation efficace sur toute la plage de fonctionnement prévue.
  • Plus particulièrement, on détermine le dispositif de régulation 1000 pour réguler la fréquence de rotation du rotor 10 en la maintenant dans la plage de fréquence, entre la fréquence minimale Fmin et la fréquence maximale Fmax, pour une plage de couple utile du dispositif moteur, entre un couple moteur minimal CMotMin et un couple moteur maximal CMotMax. Et la valeur de tension minimale Umin pour la fréquence minimale Fmin est prévue au-dessus de ladite tension de seuil Us
  • Plus particulièrement, on agence le dispositif de regulation 1000 de façon à ne comporter aucun moyen de dissipation d'énergie cinétique du rotor 10 de la micro-génératrice 100. On comprend que l'invention ne freine pas le rotor pour réduire sa fréquence, mais seulement pour éviter que sa fréquence augmente.
  • Plus particulièrement encore, on équipe le dispositif moteur d'un barillet 200 dimensionné pour que la plage utile du couple qu'il délivre, entre le couple moteur minimal CMotMin et le couple moteur maximal CMotMax, soit telle que le couple moteur minimal CMotMin soit égal à la somme d'un couple mécanique CMecVmin nécessaire à l'entraînement du mécanisme entraîné par le barillet, à l'exception du rotor 10 de la micro-génératrice 100, avec le mobile rotatif 1 tournant à la vitesse minimale Vmin, d'une part, et d'un couple d'entraînement du rotor minimal CEDmin correspondant à la fréquence minimale Fmin du rotor 10 d'autre part, et telle que le couple moteur maximal CMotMax soit égal à la somme d'un couple mécanique CMecVmax nécessaire à l'entraînement du mécanisme, à l'exception du rotor 10 de la microgénératrice 100, avec le mobile rotatif 1 tournant à la vitesse maximale Vmax, d'une part, et à un couple d'entraînement du rotor maximal CEDmax correspondant à la fréquence maximale Fmax du rotor d'autre part.
  • Plus particulièrement encore, on choisit la diode électroluminescente ou plusieurs diodes électroluminescentes 31, 32, en nombre tel que, selon leur type et leur dimensionnement, l'ensemble des diodes électroluminescentes 31, 32, que comporte le dispositif de régulation 1000 soit agencé pour effectuer une dissipation électrique avec un couple d'entraînement du rotor compris entre le couple d'entraînement du rotor minimal CEDmin, correspondant à la fréquence minimale Fmin, et le couple d'entraînement du rotor maximal CEDmax correspondant à la fréquence maximale Fmax d'autre part, tel que visible sur la figure 7.
  • Selon une variante particulière, on choisit une alimentation indirecte de la au moins une diode électroluminescente 31, 32, par la microgénératrice 100, et on relie la au moins une diode électroluminescente 31, 32 à la micro-génératrice 100 au travers d'un circuit électrique et/ou électronique sans composant de stockage substantiel d'un courant électrique induit dans les bobines 11 lors d'une rotation du rotor 10 de la micro-génératrice 100.
  • En somme, l'invention met en oeuvre une régulation passive, ne nécessitant aucun circuit électronique de traitement de données et de commande de la régulation. L'alimentation de LEDs directement ou indirectement via un circuit électrique / électronique sans composant de stockage substantiel d'énergie électrique par une micro-génératrice pour un dispositif de régulation de la vitesse de rotation d'un mobile est un concept nouveau, qui permet d'associer une grande efficacité, une bonne compacité, un faible nombre de composants, et un coût réduit. De plus, un tel dispositif permet d'obtenir un agencement robuste et relativement haut de gamme, adapté à l'horlogerie haut de gamme.
  • L'invention permet aussi de s'affranchir de composants mécaniques mobiles, fragiles et sujets à l'usure, tels ceux mis en œuvre dans des régulateurs à inertie, des régulateurs aérodynamiques, ou encore des régulateurs à courants de Foucault. On s'affranchit également de moyens de rappel mécaniques tels des ressorts.
  • Les avantages de l'invention sont multiples.
  • L'agencement des diodes électroluminescentes directement sur la micro-génératrice permet de ne pas avoir recours à une connectique de contacts frottants, ou des fils conducteurs ou des pistes de circuit imprimé ou PCB. Ceci assure la compatibilité avec l'horlogerie haut de gamme. Leur agencement avantageux sur le rotor permet d'éviter la présence de tout composant électronique composé de matériaux non compatibles avec une montre mécanique haut de gamme. Dans la variante préférée, les diodes électroluminescentes sont alors les seuls composants qualifiables « d'électronique » mais leur composition est inorganique et la grande majorité du volume est composé de cristal et métal. Par ce fait, l'agencement proposé est esthétiquement discret et compatible aussi avec une construction de montre squelette avec un système apparent. Dans la variante avantageuse avec une alimentation indirecte des diodes électroluminescentes, dans laquelle il est prévu un circuit électrique et/ou électronique sans composant de stockage substantiel d'un courant électrique, on peut aussi avoir essentiellement que du cristal, notamment du silicium et du métal, et assurer une très grande longévité aux éléments du type « électronique ». Cette variante est ainsi aussi appropriée à l'horlogerie haut de gamme relative aux mouvements mécaniques soignés.
  • L'alimentation d'une ou plusieurs diodes électroluminescentes est possible sans avoir recours à une pile ou batterie. On peut certes employer une capacité de lissage embarquée sur le rotor, mais cela ne semble pas nécessaire car le rotor tourne avec une relativement haute fréquence de sorte que la variation périodique de luminosité n'est pas perceptible pour l'œil humain, quand on utilise la fonctionnalité d'éclairage des LEDs pour éclairer une partie visible de la pièce d'horlogerie. En effet, le mode de réalisation préféré de l'invention offre justement l'avantage de présenter un circuit passif sans aucun stockage d'énergie intermédiaire, grâce à l'alimentation de chaque diode directement par les bobines, sans nécessiter obligatoirement de redresseur de tension induite ou de capacité de lissage.
  • La possibilité d'activer une fonction lumineuse, couplée avec une autre fonction liée à la rotation du mobile rotatif 1, et de l'arrêter après un temps voulu est très avantageuse. Cette option n'est pas dans les montres connues de l'art antérieur. Il est ainsi possible de disposer d'une fonction annexe d'éclairage, par exemple pour l'éclairage d'un cadran, ou d'un mobile visible par l'utilisateur, ou autre, pendant la rotation du mobile rotatif.
  • La diode électroluminescente n'a pas de luminosité persistante lorsque le courant s'éteint, mais l'œil de l'utilisateur voit un éclairage persistant, car, avec une rotation de l'ordre de la centaine de Hertz et par exemple 12 ou 14 pôles dans la micro-génératrice, on a un clignotement de l'ordre du kHz, imperceptible à l'œil. Quant à la rotation de la microgénératrice, des petits couples de freinage un millier de fois par seconde vont agir comme lissage sur la fréquence de rotation. Un condensateur de stockage d'énergie n'est quant à lui pas souhaitable, car il n'aurait pas de variation de tension qui suive suffisamment vite la variation de tension induite, et présenterait donc une faible efficacité pour la régulation de vitesse. Lorsque les diodes électroluminescentes (LEDs) tournent à haute fréquence, elles génèrent une distribution lumineuse annulaire quasi continue et uniforme pour l'œil humain et dont l'extension superficielle est beaucoup plus grande de celle d'une diode électroluminescente.
  • La solution sans électronique autre qu'un éventuel pont de Graetz (passif) embarqué sur le rotor, et sans aucun accumulateur d'énergie électrique, garantit la pleine compatibilité avec une construction horlogère haut de gamme.

Claims (30)

  1. Pièce d'horlogerie (2000) comprenant un mobile rotatif (1), un dispositif moteur (200) agencé pour pouvoir entraîner ce mobile rotatif, un dispositif de régulation (1000) pour réguler la vitesse de rotation du mobile rotatif, ce dispositif de régulation comportant une microgénératrice (100) qui comporte un stator (20) et un rotor (10) couplé mécaniquement au mobile rotatif (1), le stator (20) portant des aimants permanents (25) ou des bobines et le rotor portant respectivement des bobines (11) ou des aimants permanents ; caractérisée en ce que le dispositif de régulation comprend en outre au moins une diode électroluminescente (31, 32) qui est alimentée, directement ou indirectement, par la micro-génératrice ; en ce que, dans le cas d'une alimentation indirecte de ladite au moins une diode électroluminescente par la micro-génératrice, ladite au moins une diode électroluminescente est reliée à la micro-génératrice au travers d'un circuit électrique et/ou électronique sans composant de stockage substantiel d'énergie électrique ; en ce que la micro-génératrice (100) et ladite au moins une diode électroluminescente sont agencées de manière que, pour une plage de vitesse fonctionnelle du mobile rotatif entre une vitesse minimale (Vmin) et une vitesse maximale (Vmax) strictement supérieure à la vitesse minimale, la plage de fréquence correspondante de la rotation du rotor (10), comprise entre une fréquence minimale (Fmin) et une fréquence maximale (Fmax), engendre, dans les bobines (11), une plage de tension induite dont la valeur de tension induite maximale, intervenant pour ladite fréquence maximale (Fmax), est supérieure à une tension de seuil (Us) de ladite au moins une diode électro-luminescente (31, 32) ; et en ce que ladite au moins une diode électro-luminescente et, le cas échant, ledit circuit électrique et/ou électronique sans composant de stockage substantiel d'énergie électrique constituent substantiellement le seul dispositif de consommation d'énergie électrique incorporé dans le dispositif de régulation, le dispositif moteur étant agencé de manière qu'il a une plage utile de couple moteur permettant un entraînement du mobile rotatif sensiblement dans ladite plage de vitesse fonctionnelle.
  2. Pièce d'horlogerie (2000) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la valeur de tension induite minimale, intervenant pour ladite fréquence minimale (Fmin), de ladite plage de tension induite est aussi supérieure à la tension de seuil (Us) de ladite au moins diode électroluminescente (31, 32).
  3. Pièce d'horlogerie (2000) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le dispositif de régulation ne comporte aucun moyen de dissipation d'énergie cinétique du rotor (10) de la micro-génératrice (100).
  4. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le dispositif moteur est agencé de manière que sa plage utile de couple moteur présente un couple minimum (CMotMin), entraînant le mobile rotatif (1) à ladite vitesse minimale (Vmin) de la plage de vitesse fonctionnelle, et un couple maximal (CMotMax) entraînant le mobile rotatif à ladite vitesse maximale (Vmax) de cette plage de vitesse fonctionnelle.
  5. Pièce d'horlogerie (2000) selon la revendication 4, caractérisée en ce que le dispositif de régulation (1000) régule la fréquence de rotation du rotor (10) en la maintenant dans ladite plage de fréquence, entre la fréquence minimale (Fmin) et la fréquence maximale (Fmax), pour la plage de couple utile du dispositif moteur entre le couple moteur minimal (CMotMin) et le couple moteur maximal (CMotMax).
  6. Pièce d'horlogerie (2000) selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit dispositif moteur est formé par un barillet (200) qui est dédié à l'entraînement d'un mécanisme comprenant le mobile rotatif (1) et dimensionné pour que la plage utile du couple qu'il délivre, entre le couple moteur minimal (CMotMin) et le couple moteur maximal (CMotMax), soit telle que le couple moteur minimal (CMotMin) soit égal à la somme d'un couple mécanique (CMecVmin) nécessaire à l'entraînement du mécanisme, à l'exception du rotor (10) de la micro-génératrice (100), avec le mobile rotatif (1) tournant à la vitesse minimale (Vmin), d'une part, et d'un couple d'entraînement du rotor minimal (CEDmin) correspondant à la fréquence minimale (Fmin) du rotor (10) d'autre part, et telle que le couple moteur maximal (CMotMax) soit égal à la somme d'un couple mécanique (CMecVmax) nécessaire à l'entraînement du mécanisme, à l'exception du rotor (10) de la micro-génératrice (100), avec le mobile rotatif (1) tournant à la vitesse maximale (Vmax), d'une part, et à un couple d'entraînement du rotor maximal (CEDmax) correspondant à la fréquence maximale (Fmax) du rotor d'autre part.
  7. Pièce d'horlogerie (2000) selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit dispositif de régulation (1000) comporte une diode électroluminescente (31, 32) ou plusieurs diodes électroluminescentes (31, 32) en nombre tel que, selon leur type et leur dimensionnement, l'ensemble des diodes électroluminescentes (31, 32) que comporte le dispositif de régulation (1000) soit agencé pour effectuer une dissipation d'énergie électrique avec un couple d'entraînement du rotor (10) compris entre le couple d'entraînement du rotor minimal (CEDmin), correspondant à la fréquence minimale (Fmin) du rotor, et le couple d'entraînement du rotor maximal (CEDmax) correspondant à la fréquence maximale (Fmax) du rotor (10) d'autre part.
  8. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'au moins une diode électro-luminescente (31, 32) est alimentée indirectement, au travers d'un redresseur à pont de Graetz formant le seul circuit électrique et/ou électronique, par au moins une bobine (11) fournissant un courant électrique induit lors de la rotation du rotor par rapport au stator (20) de la micro-génératrice (100).
  9. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'au moins une diode électro-luminescente (31, 32) est alimentée directement par au moins une bobine (11) lors de sa rotation par rapport au stator (20) de la micro-génératrice (100).
  10. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le stator (20) porte les aimants permanents (25), et le rotor (10) porte les bobines (11) ; et en ce que chaque dite diode électro-luminescente (31, 32) est montée sur ledit rotor (10).
  11. Pièce d'horlogerie (2000) selon la revendication 10, caractérisée en ce que les aimants permanents (25) sont situés, en projection axiale, à l'intérieur d'une surface circulaire définie par le rotor (10) lorsqu'il tourne.
  12. Pièce d'horlogerie (2000) selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que le rotor (10) porte au moins une paire de diodes électroluminescentes (31, 32), de préférence diamétralement opposées, agencées en polarités inverses l'une à l'autre.
  13. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que le dispositif de régulation (1000) comporte, au voisinage de la micro-génératrice (100), au moins une structure guide de lumière stationnaire agencée pour collecter, pour toute position angulaire du rotor (10) lorsque celui-ci tourne, au moins une majeure partie de la lumière émise par au moins une diode électro-luminescente (31, 32) et pour ensuite guider cette lumière émise vers au moins une partie visible de la pièce d'horlogerie, de manière à obtenir une illumination de cette partie visible sensiblement constante et/ou sensiblement uniforme lorsque la au moins une diode électroluminescente émet.
  14. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que tout équipement électrique et/ou électronique que comporte la pièce d'horlogerie est un élément de la microgénératrice (100).
  15. Pièce d'horlogerie (2000) selon les revendications 10 et 14, caractérisée en ce que tout circuit électrique et/ou électronique que comporte la pièce d'horlogerie est embarqué sur le rotor (10) de la micro-génératrice (100).
  16. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que la pièce d'horlogerie comporte un dispositif de libération et d'arrêt de ladite micro-génératrice (100) qui comprend, soit un dispositif de commande (400) actionnable par un utilisateur pour déclencher l'entraînement du rotor (10) de la micro-génératrice (100), ledit dispositif de commande (400) comportant un organe de commande et/ou un bouton-poussoir et/ou une targette équipée d'un ressort de targette, soit un mécanisme d'enclenchement actionnable par un mécanisme (600) que comporte ladite pièce d'horlogerie (2000).
  17. Pièce d'horlogerie (2000) selon la revendication 16, caractérisée en ce que le rotor (10) comporte un rochet (18), et le dispositif de libération et d'arrêt comporte un cliquet (92) coopérant avec le rochet (18) pour enclencher la rotation de la micro-génératrice (100) à la demande.
  18. Pièce d'horlogerie (2000) selon la revendication 16 ou 17, caractérisée en ce que le dispositif de libération et d'arrêt comporte un dispositif de temporisation mécanique pour limiter la durée de rotation du rotor (10).
  19. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisée en ce que la pièce d'horlogerie comporte une zone déterminée éclairable directement ou indirectement par au moins une diode électro luminescente (31, 32) quand celle-ci émet de la lumière.
  20. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisée en ce que la pièce d'horlogerie comporte un mécanisme d'animation acoustique qui est un mécanisme de sonnerie ou de répétition ou d'animation musicale comportant le mobile rotatif (1) dont la vitesse de rotation est régulée par le dispositif de régulation (1000).
  21. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisée en ce que la pièce d'horlogerie comporte un mécanisme d'animation visuelle comportant le mobile rotatif (1) dont la vitesse de rotation est régulée par le dispositif de régulation (1000).
  22. Pièce d'horlogerie (2000) selon la revendication 20 ou 21, caractérisée en ce qu'au moins une diode électroluminescente (31, 32) émet de la lumière vers une zone déterminée pendant une séquence d'animation acoustique ou d'animation visuelle de la pièce d'horlogerie (2000).
  23. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisée en ce que le dispositif de régulation est dépourvu de condensateur de stockage d'énergie électrique.
  24. Procédé de régulation de la vitesse de rotation d'un mobile rotatif (1) d'une pièce d'horlogerie (2000), dans une plage de vitesse fonctionnelle du mobile rotatif (1) entre une vitesse minimale (Vmin) et une vitesse maximale (Vmax) strictement supérieure à la vitesse minimale, le mobile rotatif (1) étant entraîné par un dispositif moteur (200) que comporte la pièce d'horlogerie (2000), ce procédé mettant en œuvre un dispositif (1000) de régulation de la vitesse de rotation du mobile rotatif (1) qui est formé par une micro-génératrice (100) comprenant un rotor, (10) couplé mécaniquement au mobile rotatif (1), ce rotor étant mobile autour d'un axe de rotation (D) par rapport à un stator (20) portant des aimants permanents (25) ou des bobines, le rotor portant respectivement des bobines (11) ou des aimants permanents ; caractérisé en ce que les bobines (11) sont reliées, directement ou indirectement, à au moins une diode électroluminescente (31, 32) ; en ce qu'on détermine les caractéristiques de la micro-génératrice (100) et de ladite au moins une diode électro-luminescente (31, 32), laquelle constitue avec, le cas échéant, un circuit électrique et/ou électronique sans composant de stockage substantiel d'un courant électrique agencé entre les bobines, le seul dispositif de consommation d'énergie électrique et la démultiplication du dispositif de régulation (1000) entre le mobile rotatif (1) et le rotor (10) de manière que, pour la plage de vitesse fonctionnelle du mobile rotatif (1), la plage de fréquence correspondante de la rotation du rotor (10), comprise entre une fréquence minimale (Fmin) et une fréquence maximale (Fmax), engendre dans les bobines une plage de tension induite dont la valeur de tension induite maximale, intervenant pour ladite fréquence maximale (Fmax), est supérieure à une tension de seuil (Us) de ladite au moins une diode électroluminescente (31, 32) ; et en ce qu'on agence le dispositif moteur (200) de manière que sa plage utile de couple moteur présente un couple minimum (CMotMin) entraînant le mobile rotatif (1) à ladite vitesse minimale de la plage de vitesse fonctionnelle, et un couple maximal (CMotMax) entraînant le mobile rotatif (1) à la vitesse maximale de la plage de vitesse fonctionnelle.
  25. Procédé de régulation selon la revendication 24, caractérisé en ce que la valeur de tension induite minimale, intervenant pour ladite fréquence minimale (Fmin), de ladite plage de tension induite est aussi supérieure à la tension de seuil (Us) de ladite au moins diode électroluminescente (31, 32).
  26. Procédé de régulation selon la revendication 24 ou 25, caractérisé en ce qu'on détermine le dispositif de régulation (1000) pour réguler la fréquence de rotation du rotor (10) en la maintenant dans ladite plage de fréquence, entre la fréquence minimale (Fmin) et la fréquence maximale (Fmax), pour une plage de couple utile du dispositif moteur, entre un couple moteur minimal (CMotMin) et un couple moteur maximal (CMotMax).
  27. Procédé de régulation selon l'une des revendications 24 à 26, caractérisé en ce qu'on agence le dispositif de régulation de façon à ne comporter aucun moyen de dissipation d'énergie cinétique du rotor (10) de la micro-génératrice (100).
  28. Procédé de régulation selon l'une des revendications 24 à 27, caractérisé en ce qu'on équipe le dispositif moteur d'un barillet (200) dimensionné pour que la plage utile du couple qu'il délivre, entre le couple moteur minimal (CMotMin) et le couple moteur maximal (CMotMax), soit telle que le couple moteur minimal (CMotMin) soit égal à la somme d'un couple mécanique (CMecVmin) nécessaire à l'entraînement du mécanisme, à l'exception du rotor (10) de la micro-génératrice (100), avec le mobile rotatif (1) tournant à la vitesse minimale (Vmin), d'une part, et d'un couple d'entraînement du rotor minimal (CEDmin) correspondant à la fréquence minimale (Fmin) du rotor (10) d'autre part, et telle que le couple moteur maximal (CMotMax) soit égal à la somme d'un couple mécanique (CMecVmax) nécessaire à l'entraînement du mécanisme, à l'exception du rotor (10) de la micro-génératrice (100), avec le mobile rotatif (1) tournant à la vitesse maximale (Vmax), d'une part, et à un couple d'entraînement du rotor maximal (CEDmax) correspondant à la fréquence maximale (Fmax) du rotor d'autre part.
  29. Procédé de régulation selon la revendication 28, caractérisé en ce qu'on choisit la diode électroluminescente (31, 32) ou plusieurs diodes électroluminescentes (31, 32) en nombre tel que, selon leur type et leur dimensionnement, l'ensemble des diodes électroluminescentes (31, 32) que comporte le dispositif de régulation (1000) soit agencé pour effectuer une dissipation électrique avec un couple d'entraînement du rotor compris entre le couple d'entraînement du rotor minimal (CEDmin), correspondant à la fréquence minimale (Fmin), et le couple d'entraînement du rotor maximal (CEDmax) correspondant à la fréquence maximale (Fmax) d'autre part.
  30. Procédé de régulation selon l'une des revendications 24 à 29, caractérisé en ce qu'on choisit une alimentation indirecte de ladite au moins une diode électroluminescente (31, 32) par la micro-génératrice (100), et en ce que ladite au moins une diode électroluminescente (31, 32) est reliée à la micro-génératrice (100) au travers d'un circuit électrique et/ou électronique sans composant de stockage substantiel d'un courant électrique induit dans les bobines (11) lors d'une rotation du rotor (10) de la micro-génératrice (100).
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