Brevet FR2081636A1 — publié le 19711210

L'invention concerne un dispositif oscillatoire à contrôle électronique d'un entratnement électro-mécanicue, qui comporte un convertisseur dynamique à aimant permanent pour l'horlogerie. On connait déjà des circuits avec au moins deux transistors du mame genre ou complémentaires pour produire des impulsions avec une seule bobine, et qui fonctionnent généralement comme circuits basculants monostables ou astables (voir publication de brevet allemand 1.166.101). Des inconvénients particuliers de tels circuits de contrôle résident dans le fait, que la durée d'impulsion d'en tratnement, la puissance absorbée et de ce fait l'amplitude et surtout le temps d'oscillation, dépendent fortement des tolérances des éléments de construction, de leur stabilité thermique, ainsi ttleaussi particulièrement de la chute de tension de la pile en onction de la durée de service. De ce fait de tels circuits ne sont pas appropriés à la fabrication par très grandes quantités, nécessaire en horlogerie. Des circuits basculants sont généralement liés à un système magnétique déterminé. Un démarrage au tomatique du système oscillatoire mécanique est possible dans des systèmes connus à l'aide de circuits basculants astables. Comme la fréquence des impulsions dépend en général de la tension de pile, dans la gamme des tensions de service demandées entre 1,7 V et 1,0 lr un auto démarrage sflr ntest pas assure. Un autre système connu (voir : Kiessling, Ilelhus ntriebsschaltung fùr elektromagnetisch gekoppelte, mechanische Schfrnnger-systèmo = circuit d'entratnement pour systèmes oscilla- toires mécaniques à couplage électromagnétique; Frequenz 21; 1967, BO 6, publication de brevet allemand 1 548 062) fonctionne avec un circuit à retrocouplage comportant deux transistors de type de conductibilité identique, dans lequel cependant, en service stationnaire, une puissance continue est absorbée, ce qui est prati cément inutilisable en service par impulsions, par exemple dans des systèmes à balancier, du fait de la puissance absorbée trop grande et inutile, que cela implique. L'invention a pour but de créer un circuit en rela tiori avec un système oscillatoire mécanique et un convertisseur dynamique à aimant permanent avec une seule bobine, circuit pour lequel tous les inconvénients précités sont éliminés, L'invention concerne à cet effet un dispositif oscillatoire à contrôle électronique d'un e-;;a nement électromécanique pour l'horlogerie, qui comporte un convertisseur dynamique à aimant permanent, système caractérisé en ce qu'il comprend une bobine qui sert en mime temps d'entratnement et est raccordée sur un réseau présentant une résistance négative, lequel, en fonction de la tension induite dans la bobine peut être commandé en service par des impulsions économiques en énergie. Suivant une autre caractéristique de llinven- tion, le réseau présentant une résistance négative comprend deux transistors complémentaires qui sont branchés de sorte que la base du premier transistor est reliée au collecteur du deuxième transistorJ tandis que la base du deuxième transistor est reliée au collecteur du premier transistor, directement ou par l'intermédiaire d'une résistance chimique ou d'une diode ou d'un couplage en série de plusieurs diodes. L'exemple de réalisation le plus simple est obtenu avec un circuit de contrôle pour service par impulsions avec un minimum d'éléments de construction. Il comporte deux transistors complémentaires et une résistance chimique ou une cu plusieurs diodes branchées en série. Il est à remarquer que ce circuit -peut fonctionner sans condensateur. Une capacité pour absorber des oscillations de rétrocouplage haute fréquence n'est pas nécessaire ici en service par impulsions, étant donné que la zone active dans laquelle la condition dwautoexcitation est satisfaite, est rapidement traversée. Suivant une variante de l'invention, on peut par un circuit de régulation à l'aide d'un élément non-linézire respectivement d'un autre transistor encore, réaliser une stabilisation de l'amplitude de lsoscillateur mécanique lors de variations de tension de service. Un dispositif particulièrement avantageux est obtenu par l'emploi du branchement en parallèle d'une capacité et d'une résistance chimique en liaison avec un élément nonlinéaire, de sorte que le courant permanent nécessaire à travers la bobine en cas d'autodémarrage par autoexcitation, disparait en état d'oscillation établie, jusqu'à un reliquat qui est négligeable même pour des montres-bracelets. L'invention concerne également les ensembles tels que montres, pourvus du dispositif conforme à l'inveiiticn. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant des exemples de réalisation de l'inventionp dessins dans lesquels - la figure 1 est le schéma d'une réalisation pour service par impulsions économiques en énergie avec autre démarrage, - la figure 2 est le schéma d'une réalisation à stabilisation d'amplitude, - la figure 3 est le diagramme du courant passant dans la bobine, au début d'oscillation et en service par impulsior stationnaire économique en énergie. Dans l'exemple de réalisation suivant la figure 1, le réseau présentant la résistance négative est connecté comme suit : La base du transistor au silicium 2 est reliée au collecteur du transistor au silicium 3, le collecteur du transistor 2 est à travers une résistance chimique 4 relié à la base du transistor 3, l'émetteur du transistor 2 qui se trouve au pôle négatif de la pile est à travers une résistance 6 relié à la base du transi'tor 3. Entre l'émetteur du transistor 3 et le pôle positif de la pile se trouve un potentiomètre constitué par les résistances 5 et 7. De la dérivation de oe potentiomètre une diode au silicium 8 conduit par la cathode au collecteur du transistor 2. En parallèle sur la résistance 7 se trouve un condensateur 9. La bobine 1 du convertisseur d'énergie dynamique à aimant permanent du système de balancier 11 se trouve entre le collecteur du transistor 2 et le pôle positif de la pile 10. Dans l'exemple suivant la figure 2, l'émetteur du transistor npn au silicium 2 est relié au pôle négatif de la pile 10. La base du transistor 2 est directement reliée au collecteur du transistor pnp au silicium 3. L'émetteur du transistor 3 conduit par une résistance 5 au pale positif de la pile. Entre la base du transistor 3 et le collecteur du transistor 2 se trouve la résistance 4; entre le collecteur du transistor 2 et le pôle positif de la pile se trouve un potentiomètre constitue par le branchement en série des résistances 21 et 22. La dérivation du potentiomètre est reliée à la base du transistor pnp 20. l'émetteur du transistor 20 est relié au pôle positif de la pile 10.De collecteur du transistor 20 est relié à la base du transistor 3. la bobine 1 est reliée au collecteur du transistor 2 et au pôle positif de la pile 10. L'exemple de la figure 1 fonctionne comme suit Aux deux bornes du circuit, auquel est raccordée la bobine 1, apparais une résistance négative. Cette résistance négative est obtenue à l'aide d'un circuit d'amplification à deux étages rétro couplé avec deux transistors complémentaires fonctionnant en couplage d'émetteur. Le convertisseur électro-mécanique est ici constitué par la bobine 1 stationnaire et les deux aimants permanents 12 qui se trouvent sur le balancier il et dont le champ magnétique traverse la bobine 1 de telle sorte que lors d'une rotation du balancier il dans le voisinage de la position de zéro représentée sur la figure 1, une tension est induite dans la bobine. Ce système oscillatoire mécanique en liaison avec le convertisseur électro-mécanique, lorsqu'il y a des amplitudes suffisamment petites, représente approximativement un circuit oscillatoire parallèle, qui se trouve entre le collecteur du transistor 2 et le pble positif de la pile 10. Par la résistance de la bobine 1 ainsi que par le choix des résistances 4, 5p 6 et 7, le point de travail est fixé sur la caractéristique de la résistance négative. la caractéristique et le point de travail ont été choisis de telle sorte que, en état de repos de l'oscillateur mécanique, tous les devin transistors travaillent dans la zone active, de sorte que le courant continu permanent i représenté sur la figure 3 passe dans la bobine. Ainsi la condition pour l'auto-excitation peut titre satisfaite. Cela signifie que le système oscillatoire mécanique, ici le balancier, démarre par lui-mOme. La figure 3 montre le flux de courant à travers la bobine pendant le processus d'établissement des oscillations. Dès que l'amplitude du système oscillatoire mécanique a atteint une valeur suffisamment grande, la diode 8 commence a devenir passante lorsque la somme de la tension induite et de la chute de ten sion à la résistance de la bobine 1 a atteint une valeur déterminée. De ce fait, la capacité 9 est pendant la durée de l'impulsion de courant, chargée deune manière telle qu'après la chute de la tension induite dans la bobine, la tension base-émetteur du transistor 3 est suffisamment faible, de sorte que pendant la pause d'impulsion les transistors 2 et 3 sont bloqués. Dans cette pause d'impulsions le condensateur 9 se décharge partiellement à travers la résistance 7, jusqu'à ce que la tension induite dans la bobineso montée Si loin que le transistor 3 et par conséquent aussi le transistor 2 est commandé vers la zone active. Les impulsions de courants d' entrainement réalisés de cette manière sont représentées sur la figure 3 (pour l'état d'oscillation établi). Le fonctionnement de l'exemple de réalisation de la figure 2 est le suivant Dans ce circuit on stabilise la tension sur la bobine 1. La stabilisation de tension et ainsi aussi la stabi- lisation de l'amplitude de l'oscillateur mécanique lors de variations du potentiel de la pile s'effectue par régulation proportionnelle, qui est obtenue à l'aide du transistor additionnel 20 etdu potentiomètre constitué par les résistances 21 et 22. Ces nouveaux couplages de commande électronique en relation avec un système oscillatoire à convertisseur d'énergie dynamique à aimant permanent, sont particulièrement avantageux et de grande importance, parce que en n'utilisant qu'une seule bobine le service à impulsions économisant 1' énergie nécessaire aux sys- tèmes à balancier notamment pour montres-bracelets, a pu être rendu possible avec une faible puissance absorbée de 10 pX seulement. Ce circuit (figure 1) offre l'avantage px rapport à d'autres circuits avec une seule bobine, que la bobine peut être établie ici en fil relativement gros, qui est meilleur riarché, plus facile à travailler et donne un plus grand coefficient de remplissage de cuivre. En utilisant par contre du fil de plus petit ciamè- tre il suffit de moins d'enroulements, ce qui permet une moindre hauteur d'enroulement pour la bobine. Cela est surtout important pour les montres-bracelets qui demandent une construction aussi plate que possible. POur la production en très grande série nécessaire en horlogerie, ce circuit de couplage est très approprié, étant donné que la capacité de fonctionnement reste conservée mbme aux tolérances les plus larges des composants ainsi qutaux variations de température et du potentiel de la pile. Particulièrement avantageux sont 1' auto-démarrage par autowexcltation ainsi que surtout le très court temps nécessaire pour l'établissement des oscillations. L'auto-ddmarrage et un temps court pour l'établissement d1oscillations sont importants pour les montres-bracelets, étant donné que lorsqu'elles sont por tées elles sont exposées à de forts chocs de rotation et par conséquent à des variations d'amplitude et de durée d'oscillations Contrairement à d'autres couplages, un démarrage automatique sr est ici assuré d2ns une large marge de potentiel de pile1 (au moins entre 1,7 et 1,0 V).De même l'auto-démarrage est largement indépendant des tolérances des composants et des fluctuations de température. Un autre avantage essentiel du circuit réside dans le fait qu'il n'est pas lié à un système magnétique détermine. Si des systèmes à plusieurs aimant sont utilisés, dans ce circuit à une seule bobinie il y a la possibilité, soit d'utiliser pour la commande et pour l'entratnement des impulsions de tension de polarité identique, soit de supprimer les impulsions secondaires indsi- rables, ce qui autorise l'obtention d'un plus grand effet utile électro-mécanique. Par la possibilité de modifier davantage le couplage, on peut réaliser une stabilisation de l'amplitude du système mécanique lors de la variation de la tension de pile, par régulation de tension sur la bobine, ce qui est important notamment pour les mécanismes animés par des piles au chlorure de zinc. Il résulte, en résumé, qu'avec ce système 309t réalisables simultanément avec un couplage les exigences suivantes de la technique horlogère - faible puissance absorbée - emploi dune seule bobine possibilité d'emploi d'un système magnétique simple peu de composants qui peuvent en outre, dans une large mesure, être établis en technologie intégrée - stabilisation d'amplitude et donc constance de la durée d'=::- cillation lors des variations du potentiel de la pile et de la température - auto-démarrage. On a'ainsi trouvé une solution économique proPre à la production de très grandes séries pour une horlogerie utilitaire , (petites montres et pendules). Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autrEs modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 10/ Dispositif oscillatoire à contrôle électroni que d'un entrainement électro-mécanique pour l'horlogerie, qui comporte un convertissuer dynamique à aimant permanent, système ca ractérisé en ce qu'il comprend une bobine qui sert en meme temps d'entratnement et est raccordée sur un réseau présentant une résis tance négative, lequel,en fonction de la tension induite dans la bobine peut être commandé en service par des impulsions économiques en énergie. 20/ Dispositif suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que le réseau présentant une résistance négative compor te deus transistors complémentaires qui sont branchés de aorte que la base du premier transistor est reliée au collecteur du deuxième par l'intermédiaire d'une résistance ohmique, et d'une ou plusieurs diodes au silicium branchées en série.. 30/ Dispositif suivant la revendication 2, carac térisé en ce que dans la canalisation d'émetteur du premier transie- tor est insérée une résistance ohmique ou une ou plusieurs diodes au silicium 40/ Dispositif suivant l'une quelconque des revendi cations 2 & 3, caractérisé en ce qu'entre l'émetteur du premier tran sister et la borne de la bobine raccordée à un pôle de la pile, se trouve une résistance ohmique constituée par deux résistances et dont la dérivation centrale est reliée par l'intermédiaire d'un élément non-linéaire au collecteur du deuxième transistor, de sorte que le rétro couplage ainsi réalisé provoque une stabilisation de l'amplitude de l'oscillateur mécanique lors des variations du poten tiel de pile. 50/ Dispositif suivant lune quelconque des re vendications de 1 à 4, caractérisé en ce que la base du premier tran sistor est, par une résistance, reliée à l'émetteur ou à la base du deuxième transistor. 60/ Dispositif suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 5, caractérisé en ce qu'en parallèle sur la résistance est branché un condensateur qui continue à se charger par l'in- termédiaire de l'élément non-linéire pendant l'impulsion d'entraine- ment, de sorte que le courant permanent parcourant la bobine pendant le processus de l'auto-démarrage, disparaît à un reliquat près, n6- gligeable même dans le cas de montres-bracelets. 70/ Dispositif suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 6 , caractérisé en ce que la bobine est reliée au collecteur du deuxième transistor et que l'autre extrémiste lorsqu'un type npn ou pnp est utilisé pour le deuxième transistor est reliée au polie respectivement positif ou négatif de la pile. 80/ Dispositif suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 7, caractérisé en ce que les points de travail des deux transistors sont à l'aide des trois résistances ou des diodes correspondantee choisis de telle sorte , que les deux tran sistors ne travaillent dans la zone active en permanence que lors du repos de l'oscillateur mécanique et partiellement pendant lté a- blissement de l'état oscillatoire, de sorte qu'il y a auto-dénar- rage par auto-excitation. 90/ Dispositif suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 8, caractérisé en ce que pour la-stabilisation de l'amplitude lors des variations de potentiel de batterie, il est utilisé un autre transistor qui est du même type de conductibi- lité que le premier, et qui est branché de sorte que son collecteur est relié à la base du premier transistor, l'émetteur est relié fi l'extrémité de bobine conduisant à l'un des pâles de la pile, et que la base est raccordée à la dérivation centrale d'un potentiomè- tre constitué par les deux résistances, qui est branché parallèle- ment à la bobine. 100/ Dispositif suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 8, caractérisé en ce que pour la stabilisation d'amplitude lors des variations de potentiel de la pile, il est utilisé un autre transistor gui est du même type de conductibilité que le premier transistor et qui est branché de sorte que son nmet- teur se trouve relié à la dérivation de l'un des potentiomètres, son collecteur à la dérivation de l'autre potentiomètre et la base est reliée à l'extrémité de bobine raccorde à un pdle de pile. 110/ Les ensembles tels que montres pourvus du dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentesde I à 10.