Brevet FR2058215A1 — publié le 19710528

Le moteur vibrant à fréquence acoustique est un système intéressant pour entraîner le rouage d'une montre électronique disposant d'un oscillateur de référence à fréquence élevée, par exemple un oscillateur à quartz. 5 Toutefois, ce moteur, dont la fréquence propre de résonance est f, doit vibrer à la fréquence fQ, pour entraîner le rouage à la cadence exacte. La puissance consommée est fonction de la différence entre f et f selon la formule approximative: P = P0 \ / 1 + 2Q (f - fo) fo Q = facteur de qualité 10 Cette puissance est minimum pour f = fQ. Môme si f est réglée, à l'origine, à fQ, elle peut varier par exemple en fonction du temps ou de la température. Il s'ensuit une augmentation indésirable de la consommation, surtout dans une montre où la puissance disponible est très limitée. 15 il faudrait donc non pas forcer le moteur sur la fréquence fQ, mais asservir sa fréquence propre de résonance de telle façon que celle-ci soit toujours égale à fQ. La présente invention prévoit un système d'asservissement permettant un réglage de la fréquence de résonance du moteur. 20 La montre électronique selon l'invention est caractérisée par le fait qu'une capacité, dont la valeur est fonction de la tension délivrée par un comparateur de phase, est branchée au transducteur de telle façon que la fréquence propre de résonance du moteur est asservie à la fréquence de référence. 25 L'invention sera expliquée ci-dessous à l'aide" du dessin, dans lequel Fig. 1 est un schéma-bloc des parties importantes de la montre, . Fig. 2. est le schéma d'un circuit équivalent du moteur et de 30 son transducteur, et Fig. 3 est un schéma complet, donné à titre d'exemple, du circuit électronique du système d'asservissement. La montre illustrée sur le dessin comporte un oscillateur de référence non représenté qui fournit une fréquence f stable à 35 l'une des entrées d'un comparateur de phase 2. L'autre entrée du 70' 27491 2 2058215 comparateur de phase 2 est reliée au moteur 1. La sortie du comparateur de phase commande une capacité variable 3, branchée en parallèle avec la bobine du transducteur du moteur. Le moteur 1, entretenu par des moyens quelconques non repré-5 sentés, présente une tension sinusoïdale aux bornes de son transducteur. Cette tension est utilisée pour attaquer le comparateur de phase 2 qui délivre une tension ou un courant variable en fonction de la phase entre l'oscillation du moteur 1 et celle de la fréquence de référence fQ. Cette tension détermine la valeur de la 10 capacité 3 branchée aux bornes du transducteur. L'effet de la capacité sur la fréquence du moteur est démontré sur la fig. 2. On peut montrer en effet que la masse vibrante est comparable à une capacité C, l'élasticité à une self L et les pertes à une résistance Rp parallèle. Le transducteur 4 est assimilable à un trans-15 formateur dont le rapport de transformation est n. Pour un transducteur comportant une bobine dans un champ magnétique, le rapport n est déterminé par l'induction et le nombre de spires de la bobine, la résistance de bobine tenant lieu de résistance d'enroulement Rjj. 20 On voit donc que la capacité 3 est en parallèle avec C. La variation de fréquence due à la capacité 3 (CR) est: A f' - _ Sr . rL. f 2 * C Si R, et R_ sont négligeables, on voit que l'on fait varier effectivement la fréquence propre de résonance du moteur 1 sans 25 affecter son facteur de qualité, ni le rendement du moteur. Il est clair que le moteur vibrant peut comporter une ou plusieurs masses vibrantes ou un ou plusieurs transducteurs sans que cela change le principe de fonctionnement. Si nous reprenons le fonctionnement, du système représenté 30 par le schéma-bloc 1, nous voyons que, si-la fréquence de résonance f du moteur 1 est trop élevée (fs-f ), la phase va diminuer. La tension délivrée par le comparateur de phase 2 va varier, de façon à augmenter la valeur de la capacité 3. Cette augmentation va provoquer une baisse de la fréquence f, jusqu'au moment où 35 l'on arrive à un point d'équilibre (f = f ). Si le point d'équilibre est dépassé, la fréquence f devient trop basse (f 70 27491 3 2058215 phase augmente et la capacité 3 diminue. Exemple pratique: Le moteur utilisé dans cet exemple pratique est une bobine à 3 fils, montée sur une lame élastique encastrée. La bobine tra-5 vaille dans un circuit magnétique. Caractéristiques du moteur. Puissance virtuelle P = 1 mW Fréquence : 170 Hz Le moteur 1 représenté par une bobine de transducteur attaque 10 un amplificateur en classe C formé de la résistance 5 et du tran^ sistor 6, par la capacité 7. Le transistor 6 délivre des impulsions qui, par des résistances 8 et 9, attaquent le transistor 10 — qui entretient ainsi le moteur. On voit que la tension au point I est sinusoïdale. Celle-ci se stabilise automatiquement à une va- 'i 15 leur de 2 v pointe-pointe, déterminée par la tension d'alimentation v • Au moment où l'impulsion apparaît sur le collecteur du transistor 6, le transistor 11 charge rapidement la capacité 12. Une impulsion apparaît sur la base du transistor 13 polarisé par la ré-20 sistance 14. Les transistors 13 et 15 forment un bistable, utilisé comme comparateur de phase. Lorsque le transistor 13 devient conducteur, il rend conducteur le transistor 15 qui, à son tour, le maintient conducteur par son courant de collecteur. Ce bistable reste donc conducteur jusqu'au moment où une impulsion de la fré-25 quence de référence est appliquée sur la base du transistor 16. Celui-ci devient conducteur et court-circuite la base du transistor 15, ce qui a fait basculer le bistable dans son état de non-con-duction. La largeur de l'impulsion ainsi formée dépend donc de l'é-30 cart (c'est-à-dire de la phase) entre l'impulsion fournie par le moteur et celle fournie par la fréquence de référence. Cette impulsion est intégrée à travers la résistance 17 dans un système RC formé par la capacité 18 et la résistance 19. La tension continue au point II a donc tendance à augmenter si l'impulsion devient 35 plus large, c'est-à-dire si la fréquence f du moteur augmente et vice versa. Cette tension est appliquée à un élément semi-conducteur 20 présentant une capacité variable en fonction de la tension de polarisation. Cet élément est lui-même branché par une 70 27491 4 2058215 grosse capacité de polarisation 21 à un point médian de la bobine du moteur, où la tension alternative est suffisamment faible pour ne pas perturber la polarisation continue de la capacité variable. Si la tension au point II augmente, la valeur de la capacité 5 augmente (et vice versa) et tend à ramener la fréquence à la valeur correcte.. Notons que le comparateur de phase décrit ici fonctionne é-galement si la fréquence de référence fQ est un multiple de la fréquence f du moteur. On peut donc utiliser ce système comme di-10 viseur de fréquence. La variation de capacité, pour obtenir une correction de fréquence appréciable, doit être de l'ordre de plusieurs nanofa-rads. On trouve actuellement des varicaps qui sont intéressantes. On peut encore mettre plusieurs éléments en parallèle, ou mieux, 15 intégrer plusieurs éléments sur une seule pastille de silicium. Au lieu des circuits représentés, on peut utiliser n'importe quels autres circuits convenables, en particulier comme comparateur de phase et comme capacité variable. Dans l'exemple représenté dans le dessin et décrit ci-20 dessus, le moteur 1 est synchronisé indirectement par comparaison de la phase et réglage de la fréquence du moteur à l'aide de la capacité variable. Il est cependant aussi possible d'actionner le moteur directement par la fréquence de référence et de régler la fréquence du moteur de fâçon que le déphasage entre l'oscillation 25 du moteur et l'oscillation de référence reste toujours dans des limites très étroites. L'avantage de l'exemple représenté par rapport à la variante décrite ci-devant réside dans le fait que dans l'exemple représenté la synchronisation du moteur peut être combinée avec une division de fréquence, c'est-à-dire que le mo-30 teur peut être synchronisé avec une fréquence qui est un multiple de sa fréquence de résonance. 70 27491 5 2058215 Revendications : 1. Montre électronique comportant un oscillateur de référence et au moins un moteur vibrant équipé d'un transducteur é-lectromécanique, caractérisée par le fait qu'une capacité dont la valeur est fonction de la tension délivrée par un comparateur de 5 phase, est branchée au transducteur de telle façon que la fréquence propre de résonance du moteur est asservie à la fréquence de référence. 2. Montre selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moteur vibrant constitue le résonateur d'un oscillateur auto- 10 nome à synchroniser par l'oscillateur de référence. 3. Montre selon la revendication 2, caractérisée en ce que la fréquence de référence appliquée au comparateur de phase est un multiple de la fréquence du moteur. 4. Moteur selon la revendication 1, caractérisée en ce que 15 le comparateur de phase présente un circuit bistable susceptible d'être mis en état de conduction par des impulsions formées à partir de la tension aux bornes du transducteur, et susceptible d'être remis en état de non-conduction par des impulsions à la fréquence de référence, le signal de sortie du comparateur de 20 phase étant fonction de la durée de l'état conducteur dudit circuit bistable. 5. Montre selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moteur est directement entraîné par un signal à la fréquence de référence, la fréquence de résonance du moteur étant réglée sui- 25 vant la phase entre l'oscillation du moteur et le signal de référence.