Brevet FR2074581A1 — publié le 19711008

La présente invention concerne un mouvement d'horlogerie électrique et plus particulièrement un mouvement utilisant un oscillateur-étalon à fréquence relativement basse, c'est-à-dire plusieurs dizaines ou centaines de hertz, et ne donnant pas lieu à une erreur due à la position du mouvement par rapport au champ de la pesanteur. Comne cela est dà connu du point de vue de la fiabilité, un diapason ayant un facteur de qualité Q élevé est de beaucoup préférable à un balancier ayant un facteur de qualité Q faible, alors que le balancier à basse fréquence pourrait rendre nulle l'erreur de position, ce qui est impossible avec une montre à diapason. En outre, dans les montres à diapason, la réalisation ou la fabrication du dispositif convertissant le mouvement d'oscillation en un mouvement de rotation devient difficile en raison de sa fréquence élevée. La présente invention a pour but de créer un mouvement d'horlogerie électrique, stabilisé et dénué d'erreur de position, en utilisant un organe oscillant comportant un organe tournant doué inertie, sans axe, supporté par une plaque de base et qui possède un facteur de qualité Q assez élevé. Un autre but de la présente invention est de faciliter la fabrication du dispositif de conversion en abaissant la fréquence de l'oscillateurétalon. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et représenté schématiquement au dessin annexé une forme de réalisation du dispositif suivant l'invention. La Fig. 1 est un schéma dtun vibreur en forme de U, bien connu. Les Fig. 2 et 3 sont des schémas illustrant le principe de l'invention. Les figures 4 A, 4 B et 4 C sont des schémas illustrant le fonctionnement de l'objet de l'invention. Les figures 5 A et 5 B sont respectivement une coupe et une vue en plan d'un vibreur expérimental destiné à la mise en oeuvre du principe de l'invention. Les figures 6 A et 6 B sont des diagrammes de mesures effectuées sur le vibreur conforme à l'invention. Les figures 7 A et 7 B sont respectivement une vue en plan et une coupe d'une forme de réalisation du vibreur formant ltoscillateur pilote dans le mouvement d'horlogerie électrique, conforme à l'invention. La Fig. 8 est une vue en plan d'une forme de réalisation de l'appa- reil électrique servant à indiquer l'heure, conforme à l'invention. La Fig. 9 illustre une forme de réalisation du circuit électrique de la Fig. 8. La Fig. 10 illustre une autre forme de réalisation de l'oscillateur pilote utilisé dans l'appareil électrique servant à indiquer ltheure, conforme à 11 invention. La Fig. il représente le circuit.électrique de l'oscillateur de la Fig. 10. On sait que, dans un vibreur classique en forme de U de la Fig. 1, le centre de rotation de la masse i est situé à peu près au tiers de la longueur totale de la lame flexible 2 et que la fréquence du vibreur varie suivant sa position dans le champ de gravité. La Fig. 2 est un schéma illustrant un type d'oscillation et utilisé pour décrire le principe du vibreur de l'invention. Sur cette figure, les masses 4 et 5, de valeurs respectives m1 et m2 et réunies par un bras 3, constituent le dispositif tournant à inertie dont le centre de gravité est en G. Le chiffre 2 désigne une lame flexible de longueur l, fixée par l'une de ses extrémités en a sur la plaque 6 et reliée en b au bras 3 dudit dispositif tournant à inertie, de sorte que le centre de rotation de ce dernier est situé sur ltaxe de symétrie M du mouvement oscillatoire. Ce dispositif à inertie est maintenu en oscillation par un couple de rotation.L'erreur de position dans le champ de gravité peut être éliminée, dans le cas du vibreur de la figure 2, par les deux méthodes suivantes : (i) en faisant coïncider le centre de gravité du dispositif tournant à inertie avec le centre de rotation, (2) en déplaçant le centre de gravité suivant un mouvement rectiligne perpendiculaire à l'axe de symétrie Y. Lorsque le centre de gravité coïncide avec le centre de rotation, d'après la première méthode (1), le champ de gravité n'a aucune influence sur la force de rappel du vibreur et l'erreur de position peut donc être éliminée. Cependant on ne peut adopter la méthode (1) étant donné qu'un vibreur de ce type n'a pas de centre de rotation fixe. On va en indiquer la raison ci-après en s'aidant de la Fig. 3. Dans le cas de cette figure, seule la lame flexible2 est soumise à un moment et se déforme suivant un arc de cercle de rayon R. L'axe Y, sur la figure 3, est parallèle à la lame flexible au repos, l'axe R étant perpendiculaire à l'axe Y et formant avec ce dernier un système d'axes usuel (X, Y)O Lorsque le déplacement de G, situé à la distance h du point b, a pour composantes Ax et Ay respectivement sur les axes X et Y, on a A x = R (i - coSO > - h sin e (i) A y = h (cos O - 1) + (l- R sinO ) (2) B = l/# (3) cos # = 1 - # +#4 -#6 + .......... (6) 2! 4! 6! 3 5 sinO- e~ - e +s + (5) 3! 5! En négligeant les termes dont la puissance est supérieure à 3 (c'est-à-dire les termes en #4, O 5 etc.. ) et en reportant dans les relations (t) et (2) les valeurs de R, CosOet sin # données par les relations (3), (4) et (5), on obtient : n C ( - h) (6) 2 A y ^ h ) (7) 62 Commeo l, l'erreur faite en négligeant les termes inciqués cidessus, est extrtmement faible.Comme les relations (6) et (7) le montrent, il n'existe aucun point tel que #x et #y s'annulent simultanément. Sur les figures 4 A, 4 B et 4 C, on suppose que la longueur de la lame flexible est infinie et que le lieu géométrique du centre de qravité G est une droite. Les figures 4 A et 4 B illustrent un cas dans lequel l'axe de symétrie Y du mouvement oscillatoire est parallèle à la direction du champ de gravitation (représentée par la flèche g). Dans ce cas, 13 force de gravitation ne produit aucun moment si le centre de gravité G de la masse m a un déplacement rectiligne par suite de la longueur infinie du rayon de rotation, de sorte que la fréquence ne varie donc pas. La figure 4 C illustre un cas dans lequel l'axe du mouvement vibratoire est incliné d'un angle a par rapport à la direction du champ de gravitation. Les effets du moment, exercé par la force de gravitation, sur la fréquence ont une valeur égale à droite et à gauche de la position médiane du dispositif oscillant, conne représenté sur la figure 4 C, de sorte qu'ils s'annulent et n'influent pas sur la fréquence. Le lieu géométrique du centre de gravité G est donné par la relation (8), obtenue à partir des relations (6) et (7) y = ( 3h-l ) x (8) 3 ( l - 2 h) Par conséquent, il faut que le coefficient de x2 soit nul pour que le mouvement du centre de gravité G soit rectiligne : La relation (9) représente donc la condition nécessaire pour que l'erreur de position soit éliminée. En réalité, le moment et l'effort de flexion agissent ensemble sur la lame flexible 2 et donc la relation (9) n'est pas entièrement satisfaite; la distance h entre le point de liaison b et le centre de gravité G est approximativement égale au tiers de la longueur t de la lame flexible 2. L'expérimentation montre que h 2 une valeur comprise entre l/3 et Sur les figure 5 A et 5 B, j chiffre 7 désigne une goupille pour relier le corps tournant à inertie, forma par les masses 4 et 5 et le bras 3, à la lame flexible 2, et le c4ffre 8 désigne une goupille destinée à relier ladite leme à la plaque 6.L'erreur de position tarie de façon sinusoïdale lorsque le vibreur représenté sur la figure 5 change de position. On a représenté sur la figure 6 A, pour différentes valeurs du paramètre h, plusieurs sinosoïdale qui sont les variations de (z ew onction de a , n étant le rapport de l'écart de fréquence af,dans deux positicas particulieres du vibreur, à la fréquence propre f ( #= ##/f)et &alpha; étant l'écart entre la direction du champ de gravitation et lbaxe de symétrie du mouvement vibratoi r. Les valeurs maximales de n correspondent à la position pour laquelle la masse 4 est exactement au-dessus de la fiasse é et celle pour laquelle la masse 4 est exactement au-dessous de la masse 5. Pour rechercher la condition pour laquelle n = O, quel que soit 1 angle a par ailleurs, on a représenté sur l@ figure 6 B les variations de n en fonction de h, distance entre le contre de gravité G du dispositif tournant à inertie et le point b de la lame flexible 2. Les valeurs indiquées sur les figures 6 A et 6 B sont obtenues en mesurant les oscillations de l'oscillateur, représenté sur les figures 5 et 5 B, dont la longueur est 47,3 mm et la fréquence est de l6,7 hertz Le graphique de la figure 6 B molure que l'écart de fréquence dO à la position ne peut être supprimé que lorsque h a pour valeur 16 mm.Naturellement, 11 inclinaison et le point, pour lequel l'écart de position est nul, varient en fonction de la valeur des masses, de la longueur du bras et de la longueur de la lame flexible. Lorsqulon fait tourner le corps doué d'inertie autour de l'axe longitudinal K de la lame flexible 2, pris comme axe de rotation horizontal, le centre de gravité G doit se trouver sur Itaxe K de la lame flexible 2 pour annuler l'écart de position Le résultat des mesures, mentionné plus haut, montre que l'écart de position peut être éliminé lorsque le centre de gravité G du dispositif tournant à inertie est situé sur l'axe de symétrie M du mouvement oscillatoire, de préférence sur l'axe longitudinal X de la lame flexible 2, et à peu près au tiers de la longueur effective t de la lame 2 à partir de l'extrémité b de cette dernière. Les figures 7A et 7B montrent un exemple de réalisation de l'oscillateur-étalon du mouvement d'horlogerie électrique, conforme à la présente invention, dans laquelle l'oscillateur destiné à supprimer le moment exercé au point a, sur la figure 2, comprend un oscillateur de gauche 1,dans lequel le corps tournant doué d'inertie, formé des masses 4 et 5 et du bras 3, est relié au point 7 à. la lame flexible 2, et un oscillateur de droite 1', dans lequel le corps tournant doué d'inertie formé des masses 4' et 5' et du bras 3', est relié au point 7' à la lame flexible 2', lesdits oscillateurs étant fixés sur la plaque 6 symétriquement par rapport à l'axe Z et oscillant dans le meme plan. Les figures 8 et 9 montrent respectivement une vue en plan et un schéma d'une forme de réalisation du mouvement dthorlogerie électrique, conforme à la présente invention, dans laquelle l'oscillateur, représenté sur les figures 7 A et 7 B, est utilisé comme oscillateur pilote.Cet oscillateur comprend une lame flexible 2-2' en forme de U, le corps tournant de gauche doué d'inertie, formé par une masse 5, le bras 3 et le pot magnétique 4 comportant une culasse creuse cylindrique, au centre de laquelle est disposé un aimant permanent et dans l'ouverture de laquelle est placée une bobine 9, qui n'est en contact ni avec la culasse ni avec l'aimant, le corps tournant de droite doué a'inertie, formé par une masse 5', le pot magnétique 4' et le bras 3' réalisés de la meme façon que le dispositif burnant précédent, les deux corps tournants considérés étant reliés par la lame flexible 2-2' fixée à la plaque 6 au point a, et les extrémités de ladite lame flexible étant fixées sur les bras 3 et 3' des corps correspondants par les goupilles 7 et 7', comme cela a été décrit à propos de la figure 7. Le mouvement d'oscillation de l'oscillateur mentionné cidessus est transformé en un mouvement de rotation du rochet 10 au moyen d'une lame de ressort 13 comportant un cliquet 11 engrenant avec le rochet 10 et fixé sur le bras 3' au moyen de la goupille 12. La lame de reseort 16 comportant le cliquet 14 qui engrène avec le rochet 10, et est fixée par l'une de ses extrémités sur la platine 6 de la montre par une goupille 15, empêche le retour en arrière du rochet 10 selon un processus bien connu. La rotation dudit rochet 10 est transmise à la roue de la trotteuse 18 par l'intermédiaire d'un pignon 17, formant une seule pièce sur le rochet 10, pour indiquer le temps au moyen de la trotteuse 19 sur l'axe de cette dernière. On n'a pas décrit ici la transmission à engrenages allant de la trotteuse 18 à la roue des heures étant donné qu'elle est constituée de façon bien connue. Le rochet 10 est entrainé d'un pas à chaque oscillation dudit oscillateur au moyen du cliquet 11. En supposant que la fréquence de l'oscillateur est 60 hertz, que le nombre de dents du rochet est 300 (le pas étant de 50 microns), on abtient 12 révolutions dudit rochet par minute. Le rapport de réduction entre le pignon 17 du rochet et la roue 18 de la trotteuse étant 1/12, la roue de la trotteuse peut être engrenée directement sur le pignon du rochet. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 8, la pile est placée à gauche de l'oscillateur, le circuit électrique 21 est placé à droite de l'oscillateur et un pile de la pile 20 est mis à la masse sur la platine 6 de la montre par l'intermédiaire d'une armature 22 et d'une vis 23. Dans le circuit électrique représenté sur la figure 9, un signal, émis par la bobine captrice 9 placée dans le pot magnétique 4 de l'oscillateur pilote représenté sur la figure 8, traverse le circuit de polarisation constitué par un condensateur 24 et une résistance 25, est amplifié par le transistor 26 et est délivré à la bobine motrice 9', la batterie 20 constituant la source d'énergie. Bien que l'oscillateur pilote de la forme de réalisation du mouvement d'horlogerie électrique conforme à la présente invention, représenté sur la figure 8, soit commandé éelctromagnétiquement par le pot magnétique, on peut utiliser une autre méthode pour entretenir les oscillations. La figure 10 montre un dispositif dans lequel l'oscillateur est entrainé par un organe piézoélectrique 27 destiné à détecter la déformation de la lame flexible 2, un organe piézoélectrique 27' qui commande la flexion de la lame 2 au moyen d'un signal de détection, amplifié dans le circuit d'amplification 28, un corps tournant doué inertie, situé à gauche de lsorga- ne piézoélectrique 27 et comportant deux masses 4 et 5 et le bras 3, un corps tournant doué d'inertie, situé à droite de l'organe piézoélectrique 27' et comportant deux masses 4' et 5' et le bras 3', et la lame flexible 2-2' fixée sur la platine 6 de la montre au point a et dont les extrémités sont fixées respectivement sur le bras gauche et sur le bras droit par les goupilles 7 et 7'. La figure Il montre le montage du circuit électrique 28 de la figure 10, dans lequel un signal émis par l'organe piézoélectrique capteur 27 est envoyé à l'organe piézoélectrique moteur 27' par l'intermédiaire du circuit d'amplification comprenant le transistor 29 et le transformateur 30 d'adapta tion d'impédance Le chiffre 31 désigne la résistance de polarisation et 32 désigne la source d'énergie. La position dans laquelle les organes piézoélectriques 27 et 27' sont fixés, ne se limite pas à celle de l'exemple de la figure 10, et on peut disposer lesdits éléments en tout autre endroit à condition que la lame flexible présente, à l'endroit considéré, une déformation suffisante. il va de soi que- l'organe capteur et l'organe moteur du circuit électrique de la figure 11 peuvent entre des organes piézoélectriques ou des organes électromagnétiques. La lame flexible de l'oscillateur utilisé dans le type de mouvement d'horlogerie électrique, conforme à l'invention, ne se limite pas à une lame plane; elle peut avoir la forme d'une lame ou d'un barreau de résistance uniforme. Comme décrit ci-dessus, le mouvement d'horlogerie électrique conforme à la présente invention, permet de realiser une horloge a basse fréquence et qui est dénuée d'erreurs provenant de mon orientation par rapport au R E V E N D I C A T I O N S 1. Vibreur pour un mouvement d'horlogerie électrique, caractérisé par le fait qu'il comporte un csciliateur pilote çomprenant un corps doué d'inertie constitué par un @tas à chaque extrémité duquel est placé une masse, une lame flexible reliée audit corps doué c'inertie en un ce ses points, ce dispositif pouvant osciller dans un plan ymétriquement 5 rapport a axe de symétrie, et étant agencé de façon que son centre ae gravité on sse 5 déplacer, au cours desdites oscillations, suivant une ligne droite dans le plein perpendiculaire audit axe de symétrie. 2. Vibreur pour un mouvement d'horlogerie électrique, suivent la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte ceux corps -u d'inertie disposés de façon symétrique, ladite lame flexible a ayant forme d'un U comportant deux branches, dont chacune est relise à l'un des deux corps doués d'inertie en un point situé entre les masses qu'ils comportent chacun à leurs extrémités. 3. Vibreur pour un mouvement d'horlogerie électrique comprenant un oscillateur pilote, caractérisé par le fait qu'il comporte un corps doué d'inertie, constitué par un bras et deux masses disposées respectivement a' chacune des extrémités dudit bras, une lame flexible en forne de barrette, reliée audit corps doué d'inertie en un seul point situé entre lesdites masses, ledit corps doué d'inertie pouvant osciller dans un plan d'une façon symétrique et étant agencé de façon que son centre de gravité soit situé à une distance du point de liaison entre ledit dispositif à inertie et ladite lare flexible,qui est égale approximativement au tiers de la longueur de cette lame flexible.