Brevet FR2002268A1 — publié le 19691017

i 2002268 Cette invention se rapporte aux oscillateurs électromécaniques du type capable de fournir une sorti» rotative. Il existe déjà depuis un grand nombre d'années un échappement magnétique comportant une roue d'échappement ou roue de ren-^ contre du mécanisme d'échappement, munie d'une piste magnétique sinueuse ou ondulée autour de chacune de ses deux faces, et d'une lame oscillante fourchue munie à son extrémité oscillante, de pôles magnétiques rabattus vers l'intérieur, cette lame étant placée de ma,ni ère à chevaucher la roue, les deux pôles magnétiques .jq étant très voisins des pistes magnétiques ondulées existant autour des faces de la roue d'échappement, l'énergie est fournie par un ressort, un moteur électrique ou un autre moyen convenable et appliquée à l'axe de la roue d'échappement de façon qu'elle ait tendance à tourner. L'axe de la roue d'échappement est éga— •jjj le ment couplé au train d'engrenages d'un mécanisme d'horlogerie ou de minutage qui peut faire partie d'un instrument ehronomé— trique ou peut être un mouvement d'horlogerie ordinaire, la rotation forcée de la roue d'échappement fait osciller la lame suivant sa propre fréquence naturelle. Ainsi, la vitesse à laquelle 20 la. roue d'échappement et le train d'engrenages du mécanisme d'horlogerie ont la possibilité d'effectuer leur échappement est déterminée par la fréquence naturelle de la lame et le nombre des ondulations des pistes magnétiques entourant la roue d'échappé» ment. Dans cette construction, 1*énergie requise pour entraîner 25 le train de minutage est transférée mécaniquement de l'organe d'entraînement au train, et la seule énergie qui doive être transmise par l'intermédiaire de l'accouplement magnétique entre la roue d'échappement et la lame oscillante est la faible quantité d'énergie nécessaire pour maintenir la lame en oscillation» 30 Plus récemment, on a imaginé des oscillateurs électroméca- i niques dans^Lesquels soit une lame, soit les deux branches d'une fourchette d'accord, sont astreintes à osciller et dont les oscillations sont entretenues par voie électrique, l'organe ou les organes oscillants étant munis de pôles magnétiques ou de 35 pièces terminales qui coopèrent avec les pistes magnétiques ondulées prévues sur les faces d'une roue d'échappement du type employé dans l'échappement magnétique décrit ci-avant, l'oscillation de la lame ou des branches de la fourchette d'accord fait que la roue d'échappement tourne et entraîne le train d'engrenages 69 04273 2 2002268 du mécanisai* de minutage. En pareil cas, cependant,l'énergie nécessaire pour entretenir les oscillations de la lame ou de la fourchette d'accord leur est appliquée par des moyens électromagnétiques et la tota-c lité de l'énergie nécessaire pour entraîner le train de minutage doit être transmise par l'intermédiaire de l'accouplement magnétique depuis l'organe ou les organes oscillants jusqu'à la roue d'échappement. De plus, la roue cesse d'être une roue d'échappé— ment dans le sens communément attribué à ce vocable et devient jq une roue d'entraînement du train de minutage. On fera donc ici allusion à une "roue d'entraînement" dans tout le reste du présent texte. Il existe dans l'industrie un besoin persistant d'oscillateurs électromécaniques de dimensions aussi petites que possi-^ ble et qui puissent consommer ou demander aussi peu d'énergie électrique que possible à la source d*électricité, qui est le plus souvent dans toute la mesure du possible une batterie d'accumulateurs. C'est pourquoi il est de la plus grande importance que la^transmission de l'énergie depuis l'organe ou les organes oseil* 2q lants jusqu'à la roue d'entraînement soit aussi efficace que possible* Le but principal de l'invention est de permettre la réalisation d'un oscillateur électromécanique du genre sas—indiqué mais dans lequel l'efficacité ou le rendement de la transmission 25 de l'énergie par l'intermédiaire de l'accouplement magnétique prévu entre l'organe ou les organes oscillants et la roue d*entraînement t soit exceptionnellement élevé* Les roues d'échappement pour échappements magnétiques, décrites ci-avant, sont établies le plus souvent à partir de 30 tôles magnétiques et sont formées par poinçonnage ou estampage afin de réaliser un certain nombre de dents, faisant saillie ra— dialement et présentant des côtés parallèles, autour de la périphérie externe, et un certain nombre d'orifices disposés en cercle sont pratiqués par poinçonnage ou estampage dans la matière, 35 intérieurement aux dents, l'axe de chaque orifice se trouvant sur l'axe radial d'une des dents, de façon que la matière qui subsiste entre les dents et les orifices cëlimite la piste magnétique ondulée, naturellement une semblable piste est prévue sur chaque face de la roue* 40 Dans la mise en pratique d'expériences avec ce type 69 04273 3 2002268 de roue, on a été amené à constater que pour obtenir une efficacité ou rendement maximum de 1 *éntraînement depuis l'organe ou les organes oscillants, il faut prévoir une certaine relation entre la largeur circonférentielle des dents et la largeur circonférentielle g des entredents, la largeur circonférentielle des orifices et la largeur circonférentielle des rayons ou bras de matière se trouvant entre des orifices voisins. Pour la commodité de l'exposé de l'invention, la largeur circonféraatielle des entredents et la largeur circonférentielle ■jq des orifices seront toutes deux appelées la "largeur d'orifice" et la largeur circonférentielle des dents et la largeur circonférentielle du rayon ou bras de matière existant entre des orifices ou échancrures voisins seront appelées la "largeur de bras"» Ainsi, la roue d'entraînement aura des bras externes et internes et des 15 orifices externes et internes» Etant donné que les orifices internes sont disposés selon un cercle de rayon plus petit que les orifices externes, il est évident que si les bras internes et externes ont la même largeur circonférentielle, les orifices internes et externes 20 ae peuvent avoir la mime largeur circonférentielle, et que la "largeur d#orifice" utilisée pour définir 1®invention est la moyenne des deux» Les expériences qui ont conduit à l'invention ont permis de constater à cet égard que pour assurer une transmission d'énergie efficace depuis l'organe ou les organes oscillants jus-25 qi*à la roue d'entraînement, le rapport de la largeur moyenne d'eri-fice « 69 04273 ♦ 2002268 2t*invention est matérialisée dans tin oscillateur électromécanique à sortie rotative comprenant au moins un organe oscillant mécaniquement et entretenu en. oscillation par voie électrique, une roue d'entraînement pourvue de liras externes faisant saillie radia-5 lement et séparés par des orifices externes, cette roue d'entraînement comportant également des bras internes séparés par des orifices internes, de telle sorte que les limites des orifices définissent des pistes magnétiques ondulées sur les deux faces de cette roue d'entraînement,les bras internes et extèraes ayant la m$me jg largeur circonférentielle à leurs parties les plus étroites, le rapport arithmétique entre la largeur d'orifice circonférentielle moyenne et la largiur de bras circonférentielle étant au moins égalt à 2 f et un organe magnétique prévu sur au moins l'organe oscillant coopérant avec au moins une piste magnétique ondulée de telle eer— 15 te que la roue d'entraînement soit actionnée par 1#organe oscillant. Il est préférable que le rapport sus-indiqué soit supérieur à 2 et ne dépasse pas 4. Suivant une réalisation intéressante de la roue d*entraîne— 2o ment, les naissances des bras externes sont reliées par des arcs de cercle et au moins les parties des orifices internes voisines des bras externes sont limitées de même par des arcs de cercle* Des réalisations spécialement choisies de l'invention sont décrites ci-après en regard du dessin schématique annexé 25 lequels- La fig. 1 .représente une partie d'une roue d'échappement conforme à l'invention» La fig* 2 représente une Êmille de courbes mettant en évidence les résultats obtenus avec divers types de roues.d* entraîne— 30 ment. La fig. 3 est une courbe montrant les résultats obtenus avec différents rapports entre la largeur de bras et la largeur moyenne d'orifice» Gomme représenté dans le dessin, la fig» 1 montre une partie 35 d'une roue d'entraînement comprenant une série de bras externes 11 pourvus de flancs parallèles, chaque bras étant centré par rapport à une ligne s'étendant radialement jusqu'à l'axe de la roue. Les bras voisins sont séparés par des espaces limités par des parties 69 04273 5 2002268 12 en arc de cercle de rayon S et appelés ci-après "orifices externes". Sur l'axe radial de chaque dent se trouve un orifice interne 13. Comme représenté, les orifices internes 13 sont circulaires, mais il suffit de veiller à ce que les parties des ori-5 fices internes qui sont voisines des bras externes et des orifices ixtem.es soient limitées par des arcs de cercle, lies qres de cer-cle qui relient les naissances des bras externes et qui limitent les parties externes des orifices internes ménagent une piste magnétique ondulée dont l*axe est indiqué par le trait interrompu 10 14» 11 est prévu, évidemment,une piste magnétique ondulée sur chaque face de la roue» La roue d'entraînement représentée dans la fig. 1 fait partie d'un oscillateur électromécanique comprenant un ou plusieurs organes oscillants qui peuvent comporter soit une lame unique, 15 soit des branches d'une fourchette d'accord. Si l'on emploie une seule lame, elle peut être munie à son extrémité d'un petit aiment alors que si l'on a recours à une fourchette d'accord, de tels aimants peuvent être montés sur les deux branches de cette fourchette, ces aimants étant séparés d'une distance égale au diamètre 2o du «ercle primitif de la piste magnétique ondulée 14 , cette piste possédant un nombre pair d'ondulations. La lame ou la fourchette d'accord, selon le cas est,de la manière bien connu, maintenue en oscillation continue au moyen d'un circuit de maintien électrique qui est le plus souvent un amplificateur et, grâce à l'accouple-25 ment magnétique entre l'aimant prévu à l'extrémité de la lame ou aux aimants montés aux extrémités des branches de là fourchette, la roue d'entraînement est astreinte à tourner. L'axe sur lequel la roue est montée est accouplé à un train d'horlogerie ou de minutage (non représenté) qui peut faire partie d'un mouvement d'hor-30 logerie ou qui peut être le mécanisme d'un dispositif minuteur d'un autre genre» La vitesse à laquelle la roue d'entraînement tourne ainsi que montre la fig» 1 est réglée par la fréquence d'oscillation de la lame ou de la fourchette d'accord et par le nombre des ondulations de la piste magnétique 14» 35 Etant donné que l'énergie électrique destinéi à maintenir l'organe ou les organes oscillants en oscillation est fournie par l'amplificateur, il est évident que la totalité de l'énergie d'entraînement du mouvement d'horlogerie ou du disfiuaxtif de minutage est consommée ou demandée à la source d'énergie électrique 40 qui actionne l'amplificateur. De plus, la totalité de la puissance 69 04273 6 2002268 rèquise poux entraîner le train de minutage doit être transmise par l'accouplement magnétique placé entre l'organe ou les organes oscillants et la roue d'entraînement. Il en résulte qu'il est très important que cet accouplement soit aussi efficace que possi-5 ble pour assurer le couple cinématique ma-rimum à la roue d*entrai*» nement. A la suite de travaux de recherches auxquels il a été fait allusion ci-avant, à propos du problème de l'établissement d'un entraînement magnétique efficace de la roue de minutage, on -jO & constaté que l'accouplement magnétique acquiert son maximum d*efficacité ou de rendement, s'il existe une relation arithmétique définie entre la largeur d'orifico circonférentielle moyenne, c'est à-dire la moyenne des dimensions indiquées par a et £ dans la fig.l et la largeur de bras, c'est-àr»dire les dimensions indiquées par 15 * dans la fig» 1, et que ce rapport arithmétique doit se trouver entre 2 et 4 et être de préférence très voisin de 3. Autrement dit, si le rapport entre la largeur moyenne d'orifice circonférentielle et la largeur de bras est désigné par la lettre r, on peut éorire r = largeur moyenne d'orifioe eireanférentielle m au moins 2, largeur de bras 20 mais ne devant pas excéder 4» Etant donné que les largeurs de bras internes et externes sont égales, somme indiqué par la dimension •ommune w , la dimension a doit être supérieure à Xa dimension b et, en vue de définir le rapport, la moyenne des deux dimensions est calculée, cfest-à-dire a + b • Il s'en suit que r = a + b * 25 a + b "S 2 s— w Ayant défini certaines caractéristiques des pistes magnétiques ondulées, les dimensions de la pièce polaire ou du pôle coopérant de l'élément oscULant ou de chaque élément oscillant doivent 30 également être définies. Il est possible d'utiliser un pôle magnétique à section droite circulaire, comme indiqué par le trait interrompu 15, mais il est préférable d'employer tm pôle magnétique allongé, c'est-à-dire ovale ou rectangulaire, O'est ainsi, par exemple, que dans une construction donnée, avec un pôle 15 de section circulaire, 35 le couple transmis est d'une unité alors qu*en substituant un organe elliptique ayant la même largeur circonférentielle à l'élément 15 mais ayant une largeur radiale telle que le grand axe de 1*ellipse 69 04273 7 2002268 15 soit égalA deux fois son petit axe, le couple transmis à la roue s'élève à 1,6 unités et que si un élément rectangulaire est employé dânt le grand côté du regtangle soit le double du petit côté, le couple transmis s'élève à 1,8 unités. Ces résultats ne peuvent ^ évidemment être obtenus que si l'organe ou les organes oscillants ont line marge d'énergie suffisante pour fournir l'énergie nécessaire pour entretenir les couples mentionnés ci-avant, la forme allongée de j&le est indiquée dans le brevet anglais B"0 1.128*394 au nom de la même Société. •jO Comme indiqué dans ce qui précède, le rapport r doit être au moins égal à 2 pour assurer un couple élévé sur l'axe de la roue d'entraînement, mais il ne doit pas être supérieur à 4. Sans la fig.2, sont représentés les résultats d'essais ayant été faits pour établir la valeur optimale du rapport r. Toutes ces courbes montrent les résultats d'essais effectués avec des roues ayant un diamètre externe égal à 15 mm et constituées par de la tôle en alliage fermiickel, protégé en Grande Bretagne par la marque "Mumetal", et d'une épaisseur égale à 0,25 mm* la fréquence de 1*oscillateur est de 300 Hz et le couple enregistré est celui qu'on peut obtenir avec un axe tournant à la vitesse d'un tour par minute, l'échelle horizontale représente l'amplitude d'oscillation A en millimètres et pouces tandis que l'échelle verticale représsate le couple G qu'on peut obtenir pour une vitesse de 1 tour par minute qui est la vitesse de l'aiguille des secondes dans une horloge ou pendule» les essais ont été effectués avec des roues d'entraînement ayant 40 bras externes et lèurs résultats sont indiqués par les courbes 15 s 16, 17 et 18. Dans ces quatre courbes, le rapport 2 est égal à 1,37 mais la largeur d'entrefer, c'est-à-dire la distance entre la face du pôle de l'organe oscillant et la face voisine de la roue varie et a pour valeur 0,2 mm dans la courbe 15y 0,15 mm dans la courbe 16 , 0,1 mi dans la courbe 17 et 0,05 mm dans la courbe 18» Comme on peut s'y attendre, le couple transmis augmente au fur et à mesure que l'entrefer est réduit 25 pour un rapport r donné, la courbe 19 montre les résultats obtenus avec une roue ayant trente bras externes et un entrefer égal à 0,1 mm pour un rapport £ égal à 1,0'» la courbe 20 montre les résultats obtenus avec une roue ayant vingt bras et un entrefer égal à 0,1 mm si le rapport r est égal à 3,0. Si l'on compare les courbes dans lesquelles l'entrefer est égal à 0,1 mm, on voit 20 25 30 69 04273 8 2002268 que la courbe 19 montre les couples les plus faibles pour un rapport £ égal à 1,0. La courbe 17 indique un résultat amélioré si le rapport £ est égal à 1,37 et la courbe 20 révèle une amélioration considérable si le rapport r est augmenté jusqu'à 5 3,0. Partant d'un examen de ces courbes, on a tracé une courbe 21 montrant les résultats qu'on peut s'attendre à obtenir avec une roue ayant trente bras externes et un entrefer égal à 0,1 mm, le rapport £ étant égal à 2,0» On a pu constater qu'une réduction de l'entrefer existant 10 entre le jôle cfe l'aimant et la face de la roue, réalise une amélioration de performance comme on peut s'y attendre et comme ceci est mis en évidence par les courbes. Toutefois, la particularité la plus spectaculaire des courbes est l'importance de l'amélioraction procurée par une augmentation du rapport £ au point de 15 vue dé l'accroissement du couple qu'on peut obtenir à partir de la roue d'entraînement. Il doit y avoir une quantité d'énergie suffisante dans l'organe oscillant pour entretenir le couple et ceci est évidemment fonction de la quantité d'énergie fournie à l'organe oscillant par l'amplificateur et, par conséquent, par 20 la source d'énergie» Dans la fig. 3 est représenté le/£o uple C qu'on peut obtenir à l'aide de roues ayant 40 bras externes par l'utilisation de rapports £ allant de 0,5 à 3,0 avec un entrefer égal à 0,1 mm et en supposant que l'organe oscillant oscille selon 25 une amplitude égale à 0,5 mm. Comme ceci est évident, le couple qu'on peut obtenir augmente linéairement avec le rapport £ et, partant de ceci , la loi régissant cette courbe particulière peut être déduit» (en écrivant C pour le couple) sous la forme arithmétique C « 4 r - 2, Très grossièrement, on constate que 30 0 » 0.32 (mm) pour une roue ayant quarante bras externes. Ces entrefer résultats montrent clairement que, bien qu'une amélioration du couple soit obtenue en donnant à l'entrefer existant entre 1'organe magnétique et la face de la roue une dimension aussi faible que possible, l'influence majeure est donnée par le rapport £ , 35 ce qui est mis clairement en évidence par la fig» 3» Les détails de réalisation peuvent être modifiés, sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques» 69 04273 9 2002268 EÏVENDICATIONS 1»« Oscillateur électromécanique à sortie rotative comprenant au moins un organe oscillant mécaniquement et entretenu en oscilla^ tion par voie électrique, une roue di-entraînement pourvue de "bras 5 externes faisant saillie radialement et séparés par des orifices externes, cette roue d*entraînement comportant également des bras internes séparés par des orifices internes, de telle sorte que les limites des orifices définissent des pistes magnétiques ondulées sur les deux faces de cette roue d'entraînement, les bras 10 internes et externes ayant la même largeur- circonférentielle à leurs parties les plus étroites, le rapport arithmétique entre la largeur d'orifice circonférentielle moyenne et la largeur de bras circonférentielle étant au moins égals à 2, et un organe magnétique prévu sur au moins l'organe oscillant coopérant avec au moins 15 une piste magnétique ondulée de telle sorte que la roue d'entraînement soit actionnée par l'organe oscillant. 2.— Oscillateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la roue d'entraînement est conformée de façon que les naissances des bras externes soient reliées par des arcs de cercle 20 et qu'au moins les parties des orifices internes voisines des bras externes soient limitées de même par des arcs de cercle» 3.» Oscillateur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le rapport précité est compris entre 2 et 4» 4c— Oscillateur suivant l'une quelconque des revendiez 25 tions précédentes caractérisé en ce que les orifices internes affectent la forme de trous circulaires centrés sur un eercle primitif dont le centre se trouve sur l'axe de la roue d'entraînement» 5»— Oscillateur suivant l'une quelconque des revendications 30 précédentes, caractérisé en ce que l'organe âu chaque organe magnétique est circulaire en section droite et possède un diamètre sensiblement égal à la largeur de la piste magnétique ondulée dans ses niveaux les plus étroits» 6«- Oscillateur suivant l'une quelconque des revendications 35 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe ou chaque organe magnétique a une section droite allongée»