Brevet FR2135179A1 — publié le 19721215

la présente invention a pour objet un procédé de synchronisation d'un résonnateur mécanique avec une fréquence pilote f par le moyen d'un élément moteur électromagnétique d'entretian placé sous le contrôle d'une source de tension modulée à la 5 fréquence n.f, où n est un nombre entier, ledit résonnateur recevant à cet effet, pratiquement au moment où il passe par sa position de repos, des impulsions d'énergie assurant l'entretien de ses oscillations. L'objet de l'invention est notamment, mais non exclusi-10 vement applicable aux instruments horaires électriques et électroniques . Elle se rapporte enfin également à un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Ce dernier consiste à prévoir des moyens par lesquels on 15 repousse élastiquement le résonnateur chaque fois qu'il tend à dépasser un angle d'oscillation prédéterminé par rapport à sa position de repos et à faire agir la source de tension modulée à la fréquence n.f, sur le circuit de commande de l'élément électromécanique moteur d'entretien en sorte d'obtenir, en fonc-20 tion du déphasage entre la fréquence pilote et la fréquence f + (\ f des oscillations du résonnateur mécanique, une variation de l'énergie des impulsions d'entretien propre à stabiliser la fréquence des oscillations du résonnateur mécanique à la fréquence f. 25 Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, utilisant un résonnateur mécanique sous forme d'organe oscillant du type balancier coopérant avec un aimant permanent et une bobine motrice d'entretien excitée pratiquement au moment ou le balancier passe par sa position de repos est caractérisé par des moyens 30 repoussant élastiquement l'organe oscillant lorsque son angle d'oscillation tend à dépasser un angle d'oscillation prédéterminé par rapport à sa position de repos, en sorte de porter sa fréquence de f-Af à f+ û f, et par une source de tension modulée à la fréquence n.f, commandant un commutateur à semi-conducteur 35 de telle manière qu'ils soit alternativement ouvert et fermé durant chaque demi-période successive de la fréquence n.f, ce commutateur étant relié au circuit de commande de la bobine motrice de tension V en sorte que la tension applicable à cette dernière soit alternativement égale à Y et à V-/\V durant chaque demi-pé-40 riadede l'impulsion d'entretien, ce qui a pour effet de modifier 72 \WJk2 2 2135179 l'énergie reçue par le résonnateur en fonction de son déphasage. La source de tension modulée sera de préférence une source de tension carrée, mais peut aussi présenter d'autres caractéristiques. 5 Le dessin annexé représente plusieurs formes d'exécution, tant de la partie mécanique que de la partie électrique du dispositif, données à titre d'exemples : Figure 1 est une coupe axiale verticale de la partie mécanique selon line première forme d'exécution ; 10 Figure 2 en est une vue en plan ; Figure 3 est un schéma de la partie électrique selon une première forme d'exécution ; Figure 4 est une courbe œ rapportant à l'oscillation du résonnateur mécanique ; 15 Figure 5 illustre la distribution des impulsions motrices transmises selon le schéma de figure 3, par exemple à la partie mécanique selon figures 1 et 2 ; Figures 6 et 7 aont des schémas se rapportant à -une seconde et à une troisième forme d'exécution de la partie électrique ; 20 Figures 8 à 13 représentent très schématiquement trois formes d'exécution de la partie mécanique différant de la première. Selon ce qui est représenté aux figures 1 et 2, il s'agit de synchroniser la fréquence d'oscillation d'un résonnateur mé-25 canique 1_, ici en forme de fléau, constituant un balancier tournant autour cfun axe 2, avec des impulsions électriques motrices de fréquence pilote donnée f, transmises à 11 enroulement d'une bobine motrice Le résonnateur porte à cet effet un aimant 4, il est en 30 outre relié à un ressort spiral 5, à la manière de ce qui se fait pour les balanciers de mouvements d'horlogerie. L'aimant 4 est disposé en sorte de pouvoir, en position de repos du résonnateur, se situer entre les armatures6 de 11 électro-aimant constitué par la bobine motrice précitée 35 et son noyau 7» Ce résonnateur 1_ porte en outre une cheville 8, qui, à chaque oscillation de 180° de part et d'autre de sa position de repos, rencontre une lame élastique y, portée par un piton 9', fixé dans un pont 10 en forme de coq, supportant l'un des paliers 4-D 1_1 de l*axe «m pivot 2, dont l'autre palier 12 se trouve dans la 72 14742 3 2135179 platine 13♦ Si, en cours de fonctionnement le résonnateur tend à dépasser une amplitude d'oscillation de 180° au-delà de sa position de repos, la cheville 8 rencontre la lame élastique 9 une fois 5 par demi-oscillation et, cette lame repoussant la cheville, modifiera momentanément la fréquence d'oscillation du résonnateur dont on admettra qu'il tend à osciller pratiquement entre les fréquences f ± f. L'accélération à la fréquence f+&f que lui communique 10 la lame ressort ^ apparaît sur la courbe fréquence-amplitude de la figure 4, dont les ordonnées vX correspondent à l'amplitude et les abscisses F à la fréquence, qui augmente brusquement lors de la rencontre avec la lame ressort. Le passage de l'aimant 4 en regard de 1 'armature 6 sera 15 déphasé, selon la fréquence d'oscillation en jeu. Le noyau 2 porte, comme on le voit, une seconde bobine 1_ dite bobine captrice car, à chaque passage de l'aimant 4, "itl " celui-ci y induit un courant dont le déphasage, la durée et les caractéristiques sont tributaires de la fréquence d'oscilla-20 tion du résonnateur. La partie plus essentiellement mécanique du dispositif ; représenté ayant été décrite, en voici la partie électrique, correspondant au schéma de la figure 3* On y retrouve les bobines 3 et 14 en B3 et B14. 2 5 Le circuit; de commande de l'élément aôteur d'entretien est alimenté en demi-périodes successives d'un courant issu d'un oscillateur non représenté, émettant des ondes carrées 15 de fréquence f, et ceci par l'intermédiaire d'un commutateur à semi-conducteur formé du transistor T3, relié à une source 30 de voltage +V, et sur la base duquel agit la tension _15. Le circuit de commande formé de B14, C, R et T14, fait partie d'une disposition connue en horlogerie pour l'entretien des oscillations d'un balancier. Dans le cas présent;, il s'agit de corriger une fréquence 3? f i ù f pour la mettre en synchronisme avec une fréquence pilote f. Pour cette raison, les impulsions émises par le collecteur du transistor T3 passent par le collecteur d'un second transistor T14, dont l'émetteur est relié à la bobine B3 et la base à la bobine B14, qui lui transmet les impulsions induites. Son collec-40 teur est encore relié à la tension +V par l'intermédiaire d'une 72 14742 4 2135179 diode D. Partant du signal pilote provenant des impulsions d'entretien 15 il est évident qu'à tour de rôle chaque demi-période rendra le transistor Tjiféonducteur ou au contraire, le bloquera. 5 Durant la demi-période où il est conducteur, il court-circuite la diode D. lorsque, d'autre part, la tension induite, dans la bobine captrice B14 rend le transistor T14 conducteur, la bobine motrice B3 reçoit pratiquement la pleine tension V si le 10 transistor T3 est conducteur, ou alors une tension V-Vd, si le transistor T3 est bloqué, Vd étant la chute de tension dans la diode. Il en résulte que l'énergie d'entretien fournie par la bobine motrice B3 au résonnateur à partir de la source d' 15 impulsion dépendra avant tout du déphasage entre l'impulsion du capteur B14 et le signal pilote de fréquence f, appliqué au transistor T$. . La figure 5 explique ce qui se passe. Dans la partie supérieure est représentée la courbe des 20 impulsions carrées de fréquence f et dans la partie inférieure la forme des impulsions motrices réellement transmises à la bobine B3. De ces dernières courbes, celle désignée par _15 correspond à la marche normale en état de synchronisation. 25 L'impulsion induite dans la bobine captrice se produit dans ce cas à l'instant même où la courbe, que nous désignerons également par _15 fait passer le transistor T3 de 1 ' état de blocage à l'état de conductibilité. Conformément à ce qui a été dit plus haut, juste avant ce passage, l'énergie d'entretien 30 correspond à la tension V-Yd, et juste après à la tension V. Cette quantité d'énergie sera celle qui correspondrait à l'entretien du résonnateur idéal de fréquence f. Si, après avoir par exemple rencontré la lame ressort 9, cette fréquence, augmente par suite de l'accélération transmise 35 au résonnateur, le signal émia par la bobine B14 sera en avance sur l'instant où se produit l'inversion des propriébés du transistor T3. L'énergie motrice transmise sera, la diode D, étant court-circuitée, fournie soie la tension Y-Yd uniquement (courbe T7), donc inférieure au cas précédent, permettant au 40 résonnateur de ralentir sa course, c'est à dire de diminuer 72 \W7k2 5 2135179 sa fréquence. Si, au contraire, cette fréquence tombe au-dessous de f, le signal de B14 sera transmis avec retard, soit au moment où la pleine tension V peut être transmise à la bobine motrice B3 5 (courbe _18) « Il y aura accélération. Far ce jeu, il s'effectuera de constantes corrections et s'établiera un état équilibré de synchronisme entre le moteur (impulsion 1£) et le résonnateur (organe oscillant _1 ). Tant du point de vue électrique que mécanique, le même 10 résultat peut être obtenu par l'emploi d'autres schémas et d'autres dispositions, comme on va le montrer ci-après. La Figure 6 se rapporte à une seconde forme d'exécution de la partie électrique, faisant usage de l'effet Zener. Les impulsions pilote carrées 15 sont à nouveau appliquées 15 au transistor T3« En B3 et B14, on retrouve les bobines motrice et captrice. L'émetteur du transistor T3 est directement relié à la bobine B3 et son collecteur à une diode Zener désignée par Z. Cette diode est rendue conductrice ou non, suivant que le transistor T3 est lui-même rendu conducteur ou non, comme dans 20 l'exemple précédent. Cette variation, à son tour, fait que la bobine B3 sera soumise, soit à la tension totale Y soit à ïine tension réduite Y-Yz ou Yz représente la chute de tension dans la diode Z. Le déclenchement des impulsions motrices effectives s' 25 opère ici comme dans le premier exemple par l'intermédiaire de la bobine B14 agissant sur le transistor T14 et les phénomènes subséquents sont les mêmes que ceux que l'on vient de décrire. La troisième forme d'exécution de l'équipement électrique est représentée par le schéma de la figure 75 faisant usage 30 d'un transistor unijonction Ï3, les impulsions motrices 15' étant ici en dents de scie. Les autres références sont les mêmes pour désigner les mêmes éléments que dans les deux formes d'exécution précédentes, Y,j>~ étant ici la chute de tension dans le transistor unijonction 35 T3. Les phénomènes qui se déroulent sont exactement les mêmes que précédemment, à savoir que, selon la correction à effectuer, la bobine motrice B3 sera soumise à la pleine tension Y ou à une tension réduite Les impulsions pilote 15' 40 pourraient, bien entendu, présenter d'autres profils. 72 14742 6 2135179 Outre ces formes d'exécution, de schémas électriques, qui n'épuisent pas toutes les pofekibilités, il est indiqué, ci-après trois autres formes d'exécution de la partie mécanique. Au lieu de fixer la lame métallique au bâti fixe du dis-5 positif, on peut la fixer au résonnateur et la faire buter contre un organe fixe du dispositif, comme le réprésentent les figures 8 et 9» Ici, le résonnateur oscillant 19 porte et entraîne avec lui la lame élastique 20 qui, selon ce que réprésente la figure 10 9 rencontre à un moment donné -une goupille 21, fixée au bâti du dispositif. Dans la forme d'exécution selon les figures 10 et 11, il est fait usage de deux aimants 22 et 2^, dont le premier est porté et entraîné par le résonnateur oscillant 24 et l'autre 15 fixe. Ces aimants sont agencés en sorte qu'à angle d'oscillation donné du résonnateur ils aient tendance à se rencontrer, mais se repoussent mutuellement (figure 11). Cette répulsion présente des caractéristiques semblables à celle exercée par une lame élastique. 20 Dans la dernière forme d'exécution selon les figures 12 et 13, c'est le spiral (par exemple 5 des figures 1 et 2), désigné ici par 25, dont l'ébat de sa spire extérieure est limité par deux goupilles 25 et 22, en sorte d'être à un moment donné arrêté dans a>n mouvement et repoussé (figure 13). 25 II est évident aussi, que d'autres dispositions mécaniques pourraient être envisagées. De même, tous les dispositifs électromécaniques qui permettent d'entretenir les oscillations d'un résonnateur mécanique, ainsi que les circuits de commande qui leur sont 30 associés peuvent être utilisés, y compris les systèmes de commande à contact. 72 Iklkl 7 2135179 REVENDICATIONS 1. - Procédé de synchronisation d'un résonnateur mécanique avec une fréquence pilote f par le moyen d'un élément moteur électromagnétique d'entretien placé sous le contrôle d'une 5 source de tension modulée à la fréquence n§f, caractérisé en ce qu'il consiste à prévoir des moyens par lesquels on repousse élastiquement le résonnateur chaque fois qu'il tend à dépasser un angle d'oscillation prédéterminée par rapport à sa position de repos et à faire agir la source de tension modulée à la fré-10 quence n.f, sur le circuit de commande de l'élément électromécanique moteur d'entretien en sorte d'obtenir, en fonction du déphasage entre la fréquence pilote et la fréquence f ± [\ f des oscillations du résonnateur mécanique, une variation de l'énergie des impulsions d'entretien propre à stabiliser la fréquence 15 des oscillations du résonnateur mécanique à la fréquence f. 2. - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, utilisant un résonnateur sous forme d'obgane oscillant du type balancier, coopérant avec un aimant permanent et une bobine d'entretien excitée, pratiquement au moment où le 20 balancier passe par sa position de repos, caractérisé par des moyens repoussant élastiquement l'organe oscillant lorsque son angle d'oscillation tend à dépasser un angle d'oscillation prédéterminé par rapport à sa position de repos, en sorte de porter sa fréquence de f-ù\f à f+ i f, et par me source de tension 25 modulée à la fréquence n.f, commandant un commutateur à semiconducteur de telle manière qu'il soit alternativement ouvert et fermé durant chaque demi-période successive de la fréquence n.f, ce commutateur étant relié au circuit de commande de la bobine motrice de tension V en sorte que la tension applicable à cette 30 dernière soit alternativement égale à V et à V-ÛV durant chaque demi-période de l'impulsion d'entretien, ce qui a pour effet de modifier l'énergie reçue par le résonnateur en fonction de son déphasage. 3. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en 35 ce que le commutateur à semi-conducteur est branché en parallèle avec vme diode, entre l'un des pôles de la tension d'alimentation V et le circuit de commande de l'élément moteur. 4. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le commutateur à semi-conducteur est relié en série avec 40 un limiteur de tension agissant sur le circuit de commande de 72 IWlkl 2135179 l'élément moteur. 5« - Dispositif selon les revendications 2 et 4, caractérisé en ce que le commutateur à semi-conducteur est relié en série à une diode Zener. 5 6. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le commutateur à semi-conducteur est un transistor et du type unijonction. 7. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que 1'organe oscillant constituant le résonnateur porte une 10 butée rencontrant un organe élastique à un moment donné de sa course. 8. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que 11 organe oscillant constituant le résonnateur porte Hn organe élastique rencontrant une butée fixe à un moment donné 15 de sa course• 9. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe oscillant oonstitiïant le résonnateur porte un aimant permanent qui, à un moment donné de sa course rencontre un aimant permanent fixe orienté en sorte de le repousser. 20 10. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe oscillant constituant le résonnateur est relié à un ressort spiral, dont l'ébat est limité par deux butées opposées.