Brevet FR2132465A1 — publié le 19721117

- 1 - 2132465 La présente invention concerne les montres électriques alimentées par des. piles. L'utilisation d'un oscillateur à cristal de quartz ou d'un oscillateur analogue d'une fréquence extrêmement stable avec un diviseur de 5 fréquence pour comm?nder la fréquence d'un dispositif asservi est connue depuis longtemps ainsi qu'il ressort du brevet des Etats Unis d'Amérique N° 3.110.853 et de brevets plus récents. Cependant, l'utilisation de ce moyen désirable pour la commande d'une montre électrique a posé des problèmes . 10 Des exemples relativement récents de solutions proposées sont donnés par les brevets des Etats Unis d'Amérique N° 3.212.252, 3.292.064 et 3.451.210. Suivant ces brevets les roues de la montre sont entraînées soit par un balancier circulaire oscillant, soit par un dispositif à diapason dont la fréquence d'oscillation est relativement indé-15 pendante de l'amplitude de l'oscillation et qui reçoit une impulsion d'entretien de façon intermittente à un point réglé du cycle d'oscillation auquel le courant de la pile est appliqué pour l'entraînement du dispositif moteur électromagnétique, mais la commande des impulsions de courant pour l'excitation de l'enroulement implique l'utilisation 20 d'un enroulement supplémentaire détecteur pour la commande d'un transistor agissant en commutateur de commande du courant et la synchronisation du dispositif de base de temps par rapport à l'oscillation nécessite ou bien une combinaison de signaux à la sortie du transistor ou bien un circuit spécial par lequel les impulsions de l'enrou-25 lement de détection sont combinées d'une façon ou d'une autre avec le signal sortant de la fréquence divisée de l'oscillateur à cristal de quartz pour la production d'un 'signal combiné pour l'application à la base du transistor. La présente invention a pour objet un système simplifié et effi-30 cace pour utiliser un tel dispositif de base de temps dans une montre-bracelt£ à pile par combinaison de ce dispositif d'une façon nouvelle avec des dispositifs particuliers de fonctionnement pour le dispositif moteur excité par la pile de la montre. Un système selon l'invention comporte les dispositifs suivants. 35 1) Pour la transmission directe des forces d'entraînement de la façon connue aux roues de la montre, un ensemble à balancier circulaire du type suivant lequel la fréquence de l'oscillation est rendue dépendante de l'amplitude de l'oscillation, par exemple en disposant les chevilles habituelles de régulation en relation matérielle étroite par 40 rapport au spiral telle qu'elle modifie la fréquence propre dsoscilla- 72 11967 2132465 tion quand l'amplitude de l'oscillation varie, un tel ensemble à balancier circulaire étant décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique N° 2.183.062. 2) Un dispositif moteur électromagnétique pour le balancier cir-5 culaire, ce dispositif comportant un enroulement d'entraînement et un aimant permanent, l'enroulement servant de préférence mais pas nécessairement comme élément mobile, et étant par suite l'élément monté sur le balancier circulaire, ce dispositif moteur étant soit du type à impulsions unidirectionnelles utilisant deux pôles de polarités opposées 10 pour engendrer des impulsions simultanées sur les deux côtés de l'enroulement, une fois pendant chaque oscillation complète, de la façon décrite dans le brevet des Etats Unis d'Amérique N° 2.976.435 et dans le brevet des Etats Unis d'Amérique N° 2.183.062 précité, soit du type bidirectionnel de la façon décrite dans le brevet français N° 1.277.507, 15 utilisant trois pôles et un contact à double effet, mais avec la même action de deux pôles dans une direction donnée une fois pendant chaque demi-oscillation de la façon décrite dans le brevet français N° 677.304 de 1908 et dans ses additions H° 36.036 et 36.434. 3) Un dispositif de contact en série avec la pile et l'enroule-20 ment d'entraînement, le contact étant fermé brièvement pour établir la conduction à un point particulier ou en des points particuliers de chaque demi-oscillation ou de chaque oscillation complète, par venue en contact d'une cheville conductrice de la roue de balancier circulaire ou de son axe avec l'extrémité libre d'un contact fixe élastique, de 25 la façon décrite dans les brevets cités dans les paragraphes 1 et 2 ci-dessus . 4) Un transistor triode ayant une électrode de commande et deux autres électrodes connectées dans le circuit série comportant la pile, le bobine d'entraînement et le dispositif de contact en formant ainsi 30 avec le dispositif de contact un dispositif ET du fait que le courant ne passe dans ce circuit que quand le dispositif de contact et le transistor sont tous deux conducteurs, l'électrode de commande du transistor, par exemple sa base étant connectée directement à la sortie du diviseur de fréquence pour recevoir un train d'impulsions d'une fréquence 35 stable rendant le transistor conducteur de façon intermittente pendant des périodes de temps d'une durée fixe. Avec ce système, la stabilisation du garde-temps est effectuée par l'action du circuit ET en fixant la durée (largeur) des impulsions de courant appliquées à l'enroulement d'entraînement du dispositif mo-40 teur. La durée de ces impulsions de tension constante en courant conti 72 11967 - 3 - 2132465 nu détermine l'amplitude de l'oscillation, qui à son tour détermine la fréquence d'oscillation en raison de la caractéristique amplitude-fréquence spéciale donnée à l'ensemble à balancier circulaire. Quand la fréquence d'oscillation varie (la montre marchant trop vite ou trop 5 lentement) la durée des impulsions de.courant traversant l'enroulement varie en raison des périodes de conduction, dont la durée varie, du dispositif de contact en raison du changement résultant de phase entre les périodes de conduction dont la durée varie du dispositif de contact et des périodes de conduction de durée fixe du transistor, provoquant 10 un changement de la durée de léurs périodes de conductions coïncidentes. Il existe des systèmes connus de synchronisation dans lesquels la durée d'impulsion d'un dispositif entraîné est variée par variation des périodes de coïncidence de conduction de deux dispositifs placés dans la ligne d'alimentation en courant d'un enroulement d'entraînement 15 et ayant des périodes intermittentes de conduction, les périodes de conduction de l'un des dispositifs étant déterminées par le dispositif moteur commandé et celles de l'autre dispositif étant déterminées par un signal de référence. Voir le brevet des Etats Unis d'Amérique N° 2.183.062 précité suivant lequel un dispositif de contact est actionné 20 de façon intermittente par un balancier circulaire et est en série avec un redresseur passant les demi-périodes du courant alternatif reçu pour l'entraînement du dispositif moteur. Le brevet des Etats Unis d'Amérique N° 3.207.965 décrit par rapport aux figures 10 à 14 un système à dispositif primaire et dispositif 25 asservi dans lequel l'oscillateur primaire est du type à diapason excité par application intermittente de courant continu à un enroulement d'entraînement 14 à travers un transistor TR-1 commandé par des impulsions engendrées dans un enroulement détecteur 13 associé au diapason et le "récepteur" synchronisé ou dispositif asservi qui est soit un dis-30 positif moteur oscillant, soit un dispositif moteur rotatif, est entraîné par des enroulements 34-36 qui sont en parallèle avec l'enroulement d'entraînement principal 14 et qui reçoivent du courant pendant les périodes de coïncidence de conduction du transistor TR-1 de l'oscillateur primaire et d'un dispositif (soit un autre transistor TR-2 soit un rup-35 teur de circuit) commandé par le dispositif moteur du récepteur (par exemple par l'enroulement détecteur 37), un diviseur de fréquence étant monté dans certains cas entre le dispositif primaire et le dispositif récepteur. Voir aussi le brevet français N° 1.092.411 (figure 12) et la sixième addition N° 73.591 à ce brevet, et la figure 38 de la troi-40 sième addition N° 80.213 au brevet français N° 1.090.564. 72 11967 - 4 - 2132465 Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 représente schématiquement en plan le balancier cir-5 culaire, son spiral et les chevilles de: réculation combinés pour établir la fréquence propre d'oscillation du balancier sous la dépendance de son amplitude d'oscillation dans une plage de travail des variations de la fréquence d'oscillation, la figure 2 est une vue en élévation latérale du mécanisme repré-10 senté sur la figure 1, la figure 3 est le schéma du système électrique comportant le dispositif moteur pour le balancier, et le circuit ET ainsi que le dispositif de base de temps» les figures 4A, 4B et 4C sont des diagrammes montrant les inter-15 valles relatifs de fermeture et de conduction du dispositif de contact et du transistor et les impulsions de courant appliquées à l'enroulement d'entraînement pendant des intervalles au cours desquels le contact et le transistor sont conducteurs simultanément, et la figure 5 est une courbe montrant la fréquence d'oscillation 20 en fonction de l'amplitude pour l'ensemble à balancier des figures 1 et 2. La montre à contact synchronisé selon l'invention, représentée partiellement sur les figures 1 et 2 comporte un oscillateur haute fréquence 10 qui sert comme base de temps pour produire les signaux de ba-25 se de temps, l'oscillateur étant alimenté en courant par une source locale 15 (figure 3), de préférence la pile 15 fournissant du courant au moteur du mouvement d'horlogerie. L'oscillateur 10 peut être un oscillateur à cristal de quartz d'une fréquence de l'ordre de 49.000 Hz ou de n'importe quelle autre haute fréquence convenable. L'oscillateur à 30 cristal 10 produit un signal haute fréquence très stable qui est appliqué au diviseur de fréquence 11. Le diviseur de fréquence 11 comporte plusieurs circuits diviseurs, de préférence du type à semiconducteurs métal-oxyde complémentaires, qui abaissent la haute fréquence des impulsions de l'oscillateur 10 35 jusqu'à une fréquence inférieure multiple de la fréquence du balancier circulaire. Une fréquence de sortie de 6 Hz peut être satisfaisante pour un signal de synchronisation appliqué au circuit ET 12. Dans une montre à trois battements, par exemple, la fréquence de sortie du diviseur est alors double de la fréquence du balancier. 40 Le circuit ET 12 comporte un transistor 13 dont la base 14 est 72 1T 967 - 5 - 2132465 connectée au diviseur 11. Le collecteur 16 est connecté en série avec l'interrupteur ou dispositif de contact 17 et l'émetteur 18 est connecté à la masse. Pour réduire la consommation de courant par le circuit, un transistor à effet de champ peut être utilisé dans ce cas. Le tran-5 sistor 13 et l'interrupteur 17 forment un circuit ET pour l'envoi d'impulsions d'excitation à l'enroulement 19. Les parties de la montre concernées par la présente invention sont représentées sur les figures 1 et 2. La montre comprend une platine 31 portant un cadran circulaire 32, et un pont de balancier 33 10 qui est espacé de la platine 31. Un axe de balancier 34 tourne entre un palier 36 de la platine 31 et un palier 37 du pont 33. L'axe 34 du balancier porte un balancier circulaire 21 qui porte un enroulement élec trique 19, rond, trapézoïdal ou d'une autre forme et qui comporte tin grand nombre de spires de fil fin. Un aimant 25 est fixé à la platine 15 de cadran 32 sur un côté de l'enroulement et un shunt magnétique 38 est placé en-dessous de l'enroulement 19. Un spiral 39 est couplé à l'axe de balancier 34 poux4 régler le mouvement du balancier 21 qui porte une cheville de contact 41. La cheville 41 est connectée à une sortie de l'enroulement 19 par un conduc-20 teur 42, et l'autre conducteur 43 de l'enroulement 19 est connecté au balancier 21 en 44. Un ensemble à ressort de contact 46 monté à côté du balancier 21 comporte une monture 47 eh matière isolante, une lame de contact en ressort 48 portant sur la pile 15 et une lame de ressort de contact 49. La 25 lame de contact 49 est fixée sur la pièce de montage 47 par un élément de montage 51 et le ressort 48 est fixé à la monture par un dispositif 52. Le ressort 49 est perpendiculaire à sa base 53 et une partie intermédiaire de ce ressort est tenue par un bras amortisseur 54. La partie d'extrémité libre du ressort 49 vient en contact avec la cheville 41 30 pendant le mouvement de rotation du balancier 21 pour compléter le circuit ET 12. Pendant le fonctionnement, line impulsion de synchronisation est envoyée à l'enroulement d'entraînement 19 pour établir un champ magnétique qui réagit avec le champ de l'aimant 25. Cette réaction entre les 35 champs magnétiques produit une impulsion pour le balancier 21 quand 1'aimant 25 est en place. L'aimant 25 est habituellement une pièce unique en matière céramique formant en fait trois aimants et établissant trois champs magnétiques à travers lesquels l'enroulement 19 oscille. Ces troi.: champs magnétiques ont des polarités alternées, par exemple sud-nord-40 sud aux faces des aimants pour provoquer une impulsion bidirectionnelle 72 11967 - 6 - 2132465 pour le balancier 21. Le ressort de contact 49 et la cheville de contact 41 sont positionnés par rapport aux aimants pour provoquer 1'autodémarrage. Le balancier 21 agit en opposition à la force de rappel du spi-5 ral ou ressort non linéaire 39, qui peut être choisie ou être réglée par le dispositif régulateur afin que l'amplitude du balancier 21 augmente avec la fréquence influant sur la période de fermeture du contact de l'interrupteur 17 (figure 5). En variante, le spiral 39 peut être choisi pour assurer une caractéristique d'isochronisme au balancier 10 suivant laquelle l'amplitude décroît avec la fréquence. D'un point de vue plus pratique, un spiral linéaire classique peut être utilisé avec un régulateur spécial non représenté pour obtenir la caractéristique d'isochronisme non linéaire. Ainsi qu'il apparaît sur les figures 2 et 3, l'interrupteur 17 15 comporte un ressort de contact 49 monté sur l'ensemble 46 et dépassant de celui-ci vers l'extérieur. Le ressort 49 vient en contact intermittent avec la cheville de contact 41 montée sur le balancier 21 pour compléter le circuit entre le transistor 13 et l'enroulement 19. Le signal sortant du diviseur 11 est transmis à l'enroulement 19 sous la 20 forme d'une impulsion de largeur variable uniquement pendant que l'interrupteur 17 est fermé et que le transistor 13 est rendu actif pour la transmission des impulsions. En considérant les figures 3, 4A, 4B et 4C, le transistor 13 fonctionne sous la commande du signal sortant du diviseur pour produi-25 re une série 51 d'impulsions de synchronisation P^ d'une fréquence fixe et hautement stable et de la durée représentée par P^ sur la figure 4B. Le diviseur 11 réduit la fréquence de l'oscillateur haute fréquence ou oscillateur à cristal de quartz à une valeur comprise d?ns la plage de 10 à 6 Hz à partir de la fréquence reçue comprise dans la 30 plage de 49 kHz. Le courant traverse l'enroulement 19 seulement quand le transistor 13 est rendu conducteur et l'interrupteur 17 est fermé. L'interrupteur 17 et le transistor 13 forment ainsi un circuit ET pour commander le passage des impulsions d'excitation vers l'enroulement 19 en réglant la largeur des impulsions. 35 L'intervalle de fermeture du contact Pg, représenté sur la figu re 4A et l'impulsion de courant P^ représentée sur la figure 4C varient avec le mouvement du balancier 21. Ainsi, si la vitesse du balancier 21 augmente, l'intervalle P^ de l'impulsion a tendance à devenir plus étroit tandis que si la vitesse du balancier 21 diminue, l'intervalle P_ a ten~ 40 dance à devenir plus large. L'impulsion de courant P., pour l'enroulement 72 11967 - 7 - 2132465 19 est la partie de l'impulsion P1 passée pendant l'intervalle Pg. Par suite, si la vitesse du balancier 21 augmente, l'impulsion de courant Pg devient plus étroite parce que la fermeture du contact prend fin plus tôt par rapport à l'impulsion P^. La largeur de l'impulsion P^ est 5 ainsi modifiée pour provoquer un mouvement d'entraînement plus ou moins important du balancier 21 d'après l'impulsion passée pendant la fermeture de l'interrupteur 17. Le balancier 21 est couplé par un dispositif non linéaire, par exemple sous le contrôle d'un spiral sélectionné 39 ou d'un spiral ayant 10 une caractéristique non linéaire communiquée par un régulateur spécial afin que la fréquence du balancier varie à une amplitude. Les variations de la largeur d'impulsion appliquée à l'enroulement 19 provoque les variations de l'amplitude mécanique du balancier 21 qui en raison de la non linéarité du système mécanique provoquent le retour du balancier 21 15 à la fréquence synchronisée. La figure 5 représente la courbe de la fréquence en fonction de l'amplitude d'un tel système. Pour résumer la montre-bracelet perfectionnée comporte un oscillateur à cristal de quartz 10 et un diviseur de fréquence 11 qui sont couplés d'une façon nouvelle et simplifiée aux éléments de fonctionne-20 ment. Un balancier circulaire 21 dont la fréquence d'oscillation dépend de l'amplitude de l'oscillation est un tel dispositif, tandis qu'un autre dispositif est le dispositif moteur électromagnétique qui entraîne le balancier 21. Les impulsions d'entraînement pour lancer le balancier 21 sont commandées à la fois en durée et en temps par l'action du type 25 ET de l'interrupteur 17 en série avec le transistor 13. Le signal sortant du diviseur 11 rend le transistor de ce circuit ET conducteur, de façon intermittentependant des périodes de durée fixe. L'impulsion de courant résultante varie avec la vitesse du balancier parce que la fermeture du contact prend fin plus tôt ou plus tard par rapport à l'im-30 pulsion du transistor 13. Le balancier 21 qui entraîne les roues de la montre est par suite synchronisé par les impulsions produites par l'oscillateur à cristal de quartz 10. La présente invention telle que décrite ci-dessus, permet ainsi d'obtenir une montre synchronisée extrêmement précise qui fonctionne 35 sous la commande d'impulsions de synchronisation d'un oscillateur à cristal de quartz. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 72 11967 - 8 - 2132465 - REVENDICATIONS - 1. Montre-bracelet à pile dans laquelle le dispositif moteur pour les roues de la montre est un ensemble à balancier circulaire comportant un spiral caractérisée par un dispositif associé au spiral et par 5 lequel la fréquence d'oscillation du balancier est rendue dépendante de l'amplitude d'oscillation dans la plage de travail de la fréquence d'oscillation, un dispositif moteur électromagnétique comportant un enroulement d'entraînement et un aimant permanent à plusieurs pôles mobiles l'un par rapport à l'autre pour communiquer une impulsion au ba-10 lancier quand le courant passe dans l'enroulement d'entraînement, l'un de ces éléments du dispositif moteur étant monté pour tourner solidairement avec le balancier, une pile pour fournir du courant continu à l'enroulement d'entraînement, un dispositif de contact connecté en série dans un circuit comportant l'enroulement d'entraînement et la pile 15 et comportant un élément conducteur mobile avec le balancier et un élément conducteur flexible à une extrémité et adapté pour que l'élément conducteur mobile vienne en contact brièvement pour établir un état de conduction d'une durée brève à un point prédéterminé du mouvement du balancier, un transistor triode ayant une électrode de commande et deux 20 autres électrodes connectées en série dans le circuit pour faire passer du courant dans le circuit quand le transistor est à l'état de conduction, et un dispositif de base de temps comportant un oscillateur à cristal piézoélectrique et un circuit diviseur de fréquence dont la sortie est connectée directement à l'électrode de commande du transistor 25 pour appliquer à cette électrode un train d'impulsions d'une largeur et d'une fréquence déterminées pour rendre le transistor conducteur de façon intermittente, afin que la durée du passage du courant à travers l'enroulement à chaque fermeture du contact soit déterminée par la coïncidence de l'état de conduction du contact et de l'état de conduction 30 du transistor, pour commander l'amplitude et par suite la fréquence des oscillations du balancier. 2. Montre-bracelet selon la revendication 1 caractérisée en ce que le dispositif associé au spiral comporte un régulateur qui provoque l'aug mentation de l'amplitude du balancier avec la fréquence d'oscillation 35 de celui-ci. 3. Montre-bracelet selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisée en ce que le dispositif moteur électromagnétique comporte un enroulement d'entraînement monté sur le balancier et un aimant à plusieurs pôles en matière céramique monté sur un élément fixe devant l'enroule- 40 ment. 72 11967 - 9 - 2132465 4. Montre-bracelet selon l'une des revendications là 3 caractérisée en ce que la pile est connectée aussi à l'oscillateur à cristal pour l'alimenter. 5. Montre-bracelet selon l'une des revendications 1 à 4 caractéri-5 sée en ce que le dispositif de contact comporte une cheville montée sur le balancier et un ressort de contact monté sur un bloc en matière isolante à une extrémité et à l'autre extrémité duquel la cheville vient en contact. 6. Montre-bracelet selon l'une des revendications 1 à 5 caractéri-10 sée en ce que le transistor est un transistor à effet de champ. 7. Montre-bracelet selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que la fréquence de l'oscillateur à cristal piézoélectrique est comprise dans la plage de 49.000 Hz et la fréquence du signal sortant du diviseur de fréquence est de 6 Hz. 15 8. Montre caractérisée par une source de courant, un oscillateur à cristal de quartz haute fréquence alimenté par la source de courant, un diviseur pour réduire la fréquence de l'oscillateur haute fréquence, un transistor commutateur connecté à la sortie du diviseur pour être commandé de façon intermittente, un ressort de contact connecté en sé-20 rie avec le transistor, un ensemble à balancier circulaire comportant un balancier circulaire oscillant à une basse fréquence fonction de l'amplitude d'oscillation, un aimant fixe, un enroulement d'entraînement monté sur le balancier pour réagir avec l'aimant, et un élément de contact venant en contact avec le ressort pendant l'oscillation du 25 balancier pour appliquer des impulsions à l'enroulement pour synchroniser le balancier à une fréquence sous-harmonique de celle de l'oscillateur à cristal de quartz et un dispositif d'affichage commandé par l'ensemble à balancier. 9. Montre selon la revendication 8 caractérisée par un spiral cou-30 plé au balancier et un dispositif régulateur associé au spiral pour communiquer une caractéristique d'isochronisme non linéaire au balancier suivant laquelle la fréquence du balancier varie avec l'amplitude. 10. Montre selon l'une des revendications 8 et 9 caractérisée en ce que la fréquence du signal sortant de l'oscillateur à cristal de quartz 35 est approximativement de 49.000 Hz et la fréquence du balancier est approximativement de 6 Hz. 11. Montre selon l'une des revendications 8 à 10 caractérisée en ce que le diviseur de fréquence comporte plusieurs circuits semiconducteurs complémentaires du type métal-oxyde. 40 12. Montre selon l'une des revendications 8 à 11 caractérisée en ce 72 11967 2132465 le transistor est un transistor à effet de champ. 13. Montre selon l'une des revendications 8 à 12 caractérisée en ce que l'élément de contact est une cheville montée sur le balancier et connectée à une extrémité de 1'enroulement d'entraînement, et le ressort de contact est vin ressort long monté de façon fixe à une extrémité et ayant une partie intermédiaire amortie, la cheville de contact venant en contact avec l'extrémité du ressort d'une façon prédéterminée pendant l'oscillation du balancier. 14. Montre selon l'une des revendications 8 à 13 caractérisée en ce que l'ensemble à balancier comporte un aimant monté sur le balancier et un enroulement d'entraînement fixe réagissant avec l'aimant.