Brevet FR2212577A1 — publié le 19740726

La présente invention a pour objet un circuit élects ni- que pour le contrtl-e de la fréquence d'un organe régulateur et/ou moteur du mouvement d'une horloge, cet organe régulateur et/ou moteur étant doté d'un mouvement autonome. Les moteurs sans collecteur, les balanciers, les diapasons et appareils similaires rentrent dans la catégorie des organe. nes régulateurs et/ou moteurs dotés d'un mouvement autonome, On oonnatt déjà des réalisations qui se proposent de main- tenir synchronisés, à une fréquence de référence, les organes régulateurs et/ou moteurs du type précité. Toutefois, ces réalisations représentent des solutions de problèmes spécifiques et des circuits plus ou moins compliqués, tels que, par exemple, une bobine de synchronisation additionnelle, des impulsions de commande à grande utilisation d'énergie, une capacité d'asservissement limité à des intervalles de fréquence fortement réduits, la nécessité que la fréquence de réf6- rence soit égale à la fréquence de l'organe régulateur et/ou moteur, le réglage de l'impulsion du mouvement au moyen du contra le de phase. Sont citées ci-dessus quelques réalisations connues qui présentent des inconvénients, notamment A) Circuits complexes; B) Haute consommation d'énergie; C) Intervalles réduits de fréquence par lesquels on pro duit le fonctionnement. La présente invention se propse d'éliminer les inconvénients précités en réalisant un circuit extremement simple, dont la consommation est limitée et qui permet un intervalle de fréquence de fonctionnement suffisammen ample. Des lors, 11 objet de la présente invention consiste en un circuit électronique pour le contre de la fréquence d'un organe régulateur et/ou moteur du mouvement d'une horloge, cet organe régulateur et/ou moteur étant doté d'un mouvement autono- me et le circuit électronique étant commandé par un générateur d'une fréquence de référence et comprenant un circuit amplificateur prévu pour la mise en action d'un organe mécanique faisant partie de l'organe régulateur et/ou moteur du mouvement; le circuit amplificateur est muni, à l'entrée, a@au moins une bobine excitatrice et, à la sortie, d'au moins une bobine motrice à m d'agir conJointement avec un ou plusieurs aimants permanents montés sur l'organe mécanique.Le circuit électronique est caractérisé en ce luron a prévu, entre le générateur de la fréquence de référence et le circuit amplificateur, un interrupteur commandé par le générateur de la fréquence de référence et capable de désactiver le circuit amplificateur pendant un temps d'tinter vention d'une durée quelconque par rapport à la durée de l'impulsion engendrée par organe mécanique de la bobine excitatrice et de la bobine motrice dans des conditions de régime autonome, le circuit amplificateur étant à l'arrêt pendant ce temps d'intervention, de sorte qu'est interrompu le flux de puissance motrice du circuit amplificateur à l'organe mécanique. Les caractéristiques de la présente invention se déga gent plus clairement de la description donnée ci-dessous, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés dans lesquels Les figures 1,2,3 et 4 représentent schématiquement quatre formes de réalisation concernant l'insertion de l'interrup teur; Les figures 3a, 5 et 6 montrent chacune le schéma élec trique de la forme de réalisation représentée aux figures 3,2 et 4; La figure 7 est un diagramme courant-temps du générateur de la fréquence de référence; La figure 8 est un diagramme de la tension induite par l'organe mécanique aux bornes des bobines excitatrices et motrices;; Les figures 9 et 10 sont des diagrammes de 11 allure des tensions effectives, respectivement de la bobine excitatrice et de la bobine motrice lorsque organe régulateur et/ou moteur fonctionne automatiquement; La figure 11 est un diagramme montrant l'allure des ten- sions précitées lorsque est présente l'action de la fréquence de référence selon l'allure de la figure 7; La figure 12 est un diagramme fréquenceangle d'oscillation de organe mécanique oscillant; et La figure 13 est un diagramme fréquence-nombre de tours de organe mécanique rotatif. En se référait aux figures 1 à 6, on constate que le circuit comprend une bobine excitatrice a et une bobine motrice b tandis qu'on désigne par 2 le circuit amplificateur consti- tué d'un transistor du type NPN pour la forme de réalisation des figures 1,2,3 et 5 et du type PNP pour la forme de réalisation des figures 4 et 6. Les circuits représentés aux figures précitées, en dehors de lVinterrupteur 3, sont connus en soi et sont utilisés de nos jours depuis plusieurs années ; il convient seu- lement de rappeler que, en régime, ils foncticunent comme des amplificateurs de la classe C. Les divers circuits se différencient entre eux exclusivement par le mode d'insertion de l'interrupteur 3. Dans l'exemple de la figure 1, cet interrupteur 3 est inséré entre les bornes de la bobine excitatrice a et de la bo- bine b et peut être constitué de l'étage final du circuit intégré du type COS-MOS ( Complementary-Simmetry-Metal-Oxide- Semiconductor) non représenté, qui avec un quartz, également non reproduit, forme le générateur de la fréquence de référence. Au schéma de la figure 2 et de la figure 5, l'interrupteur 3 est un transistor désigné par tl du type PNP, connecté par l'émetteur à la bobine excitatrice a et par le collecteur à la bobine motrice b et par la base, par l'intermédiaire d'une résistance de limitation de courant d et du circuit intégré du type COS-MOS, comme dans le cas précédent Le circuit représenté aux figures 3 et 3a constitue une simplification du circuit de la figure 5. Dans ce circuit, on a éliminé le transistor tl et on a dimensionné opportunément la résistance de limitation de courant d, connectée directement à la bobine excitatrice a, de telle sorte que la tension du point de connexion a-d soit à m8me d'empocher le fonctionnement du transistor 2; mais, dans ce cas, la consommation de courant est supérieure à celle utilisée par le circuit de la figure 5. Au circuit représenté à la figure 1, on constate que si l'interrupteur 3 est à l'état conducteur, la tension du point de connexion bobine excitatrice a-interrupteur 3 est proche du zéro, et, dès lors, si des tensions induites par l'aimant ou les ai usants prévus sur l'organe mécanique se développent dans la bobine ne excitatrice a , le transistor 2 reste bloqué. Ce qui précède est valable également pour le circuit de la figure 5; dans ce cas, l'addition au oransist@r t1 ses ani- quefflent à limiter le courant de commande; en réalité, le terme Ib ( courant de base ) peut être de 2-3 @ pour saturer le transistor tl lorsque ce dernier doit seulement supporter un I c (courant de collecteur ) dépendant de la tension induite dans les bobines a et b de l'aimant de l'organe mécanique, e, tandis qu'en l'absence d'impulsions induites, le connecteur et l'émetteur ont une tension égale a En se référant à la figure 4, on a représenté un circuit dans lequel est utilisé un transistor du type PNP et, à la figure 6, on a reproduit en pratique la réalisation de l'interrupteur 3. Dans ce cas également, on a un transistor tl du type NPN à la base duquel est raocordée une résistance de limitation de courant do Tel que ceci est visible aux figures 1,2,3,3a et 5, l'interrupteur 3 doit être fermé, pendant son temps dtinterven- tion, pour bloquer le transistor 2, tandis qu'il doit être ouvert pendant le temps restante Tel que ceci apparait aux figures 4 et 6, l'interrup- teur 3, pendant le temps précité, doit rester ouvert et doit être fermé pendant le temps restant. En se référant aux figures 7 à 11, on a représenté les diagrammes de fonctionnement du circuit conforme à l'invention. A la figure 7, on a reproduit le diagramme de la fré quence de référence, c'est-à-dire le signal sortant du générateur de la fréquence de référence; dans ce diagramme, la pério- de est indiquée par T , où T = 1/ f fréquence de référence et q q T' est le temps pendant lequel est actif le générateur de la q fréquence de référence, c'est-à-dire, par exemple, que devient actif l'étage final du circuit intégré du type COS-MOS (Complementary-Symmetry-Metal-Oxide-Semiconductor) qui, avec le quartz, constitue le générateur de la fréquence de référence. En effet, le diagramme de la figure 7 est un diagramme courant-temps. A la figure 8, on a reproduit le diagramme des tensions induites par l'aimant ou les aimants de l'organe mécanique aux bornes de la bobine excitatrice a et de la bobine motrice b Les formes d'onde sont pratiquement gales entre elles et à leur période T = 1 , où f est la fréquence propre de l'organe f mécanique en régime, dans la condition de non-asservissement. Par l'effet du transistor 2, fonctionnant comme un amplificateur, et de la constante de temps introduite par le condensateur @ et de la résistance h, en présence de la tension d'alimentation Vo, l'allure des tensions devient celle repré sentée à la figure 9 pour la bobine excitatrice a, et, à la fi gure 10, pour la bobine motrice b0 A la figure 9, Vb est la tension base-émetteur du transistor 2 et, à la figure 8, I' est son temps de conduction qui coïncide ainsi avec l'impulsion de mouvement. Si on superpose à présent l'action de la fréquence de référence, dont le diagramme est donné à la figure 7, à celle des tensions induites par l'organe mécanique, dont le diagramme est représenté à la figure 8, il en résulte que, dans les conditions de synchronisation, la tension aux bornes de la bobine excitatri@c a a l'allure de la figure 11, où Vs est la tension de saturation de l'étage final du générateur de la fréquence de référence du type COS-MOS ou du transistor t1. Dans ces conditions, le transistor 2 ne peut pas fonctionner, car le signal d'entrée est manquant. Il faut également noter que dans le cas de la figure 1, aucun courant n'est absorbé par la pile qui fournit le V pour o l'impulsion de synchronisation et, dans le cas de la figure 5, uniquement le Ib. I1 est dès lors possible d'utiliser une fréquence de référence qui est également le multiple de celle de organe mécanique à asservir; si on a, par exemple T = 2T q l'impulsion synchronisatrice intermédiaire ne produit aucune perturbation. Cette condition est très importante en horlogerie, où les organes mécaniques d'un coût économique, tels que les moteurs et les balanciers armés de spirale, ont généralement des fréquences beauooup plus basses ( 4-10 Hz), ce qui entratnerait ainsi l'emploi de quartz à fréquence très basse ou des diviseurs de fréquence à grand nombre d'étages. Des essais pratiques ont démontré que la synchronisation est toujours possible lorsque T adopte les valeurs de q l/4T; 1/3T; 1/2T; T; 3T;4T et que le temps dtintervention de l'interrupteur est compris entre 1/50 et 1/3 de la période propre de l'organe mécanique. On considère à présent, comme exemple, un balancier armé d'une spirale et qui fonctionne à 10 Hz, soit T = lO0msecon- des avec une impulsion en régime dune durée T1 = 5msecondes et une fréquence de référence de 20 Hz. Dans ce cas, par rapport à ce qui est décrit ci-dessus, T'q doit être égal à environ 1/10 de Tq, soit égal à environ 5msecondes. Dans les instants initiaux de l'amplitude d'oscillation très basse, T' est environ la moitié de T, c'est-à-dire environ 50msecondes. Dans chaque cas, l'impulsion T'q ( temps de conduction de l'interrupteur) se superpose à T' une seule fois et ainsi à la mise en marche,T@ est réduit au maximum de 1/10. Dans ces conditions, l'influence du temps de conduction de l'interrupteur n'agit donc pas fortement sur la marche de l'organe mécani- que et par conséquent le démarrage est garanti. En augmentant l'amplitude des oscillations, T' s'approche toujours plus de la condition de T? = 5msecondes qui est la va- leur de départ. En raison du déplacement de T@=5msecondes par rapport à T1 , dû à l'erreur de fréquence du balancier par rapq port au quartz, T'q commence à un certain moment à se superpo- ser à T' en limitant la durée artificiellement. A ce moment, le balancier ne peut plus augmenter son amplitude d'oscillation, car ceci entratnerait une réduction ultérieure de la durée de l'impulsion motrice T'. Cette condition est respectée dans la mesure où le balancier présente une erreur d'isochronisme indiquée à la figure 12. Dans celle-ci > on as en ordonnée, la fréquence et, en abolisse, l'amplitude de l'oscilla- tion du balancier. L1allure de la fréquence du balancier peut titre du type indiqué par la ligne continue ou par la ligne inter- rompue.Dans le premier cas, il faut régler le balancier de fa çon qu'en l'absence de synchronisation, il se produise une amplitude plus grande de s o et une erreur de marche d'avance et, dans le second cas, une amplitude plus grande de &alpha; o ou une erreur de marche de retard. Dans les deux cas, le balancier est ynchronisé à une amplitude Oc o inférieure à sa propre &alpha; 2 spon- tanée, et conserve la possibilité de démarrer d'une manière au- tonome et de récupérer les brusques variations éventuelles de l'amplitude. L'erreur de marche du balancier est donnée, comme à une horloge mécanique commune, en variant la longueur active de la spirale. L'erreur de marche AB ou A'B' doit avoir une valeur telle que la courbe de variation de la fréquence, en variant l'angle d'oscillation, intersecte la droite f ( fréquence de q quartz ) dans la zone proche de l'amplitude désirée. Dans le cas d'un moteur rotatif, on n'a évidemment que la condition indiquée à la figure 13, où fq est la fréquence de référence et/L le nombre de tours du moteur dès qutil est synchronisé. En régime autonome, le moteur doit avoir un nombre de tours 1 plus grand que ALu et doit donner ainsi une erreur de fréquence AB en excès. Le comportement du complexe est égal à celui du cas précédent ( figure 12). La demanderesse a exécuté une réalisation pratique de la présente invention, laquelle s'est révélée particulièrement appropriée; pour celle-ci, on utilise les schémas qui, aux figures 1 et )2, sont un mbme mouvement en horlogerie. Pour la réalisation du circuit de fonctionnement des deux schémas, on emploie les mêmes éléments constitutifs et précisément: - bobines a et b : 1500 spires - résistance "h" : 330 k Jl - ~ condensateur "g" : 10 A F - transistor 2 : BC- 148 Le mouvement considéré présente les caractéristiques sui- vantes t Tension d'alimentation " Vo = 1,2 - 1,6 V Consommation : à 1,6 V, 140 A ; à 1,2 V, 105 A Erreur de marche du balancier : à 1,6 V,+ 120";à 1,2 Vs -5" Alternanoe à la seconde : 8 paires à 8 Hz Générateur de la fréquence de référence : quartz 262 KHz @@@18 Sortie de 11 étage final du circuit intégré du type COS-MOS 8 Hz avec T'q 8msec. 24 Hz " T' 4msec. q 2 Hz " T'q 20 msec Les résultats suivants ont été obtenus Capacité maximale de synchronisation avec 8 et 24 Hz t 120" maxim. Capacité maximale de synchronisation avec 2 Hz : 60" maximum. Consommation : à 1,2 volt,120 A ; à 1,6 volt; 160 A Erreur de marche de 1,2 à 1,6 volt, 0s3 sec/jour. Les éléments constitutifs de l'interrupteur pour le circuit de la figure 2 sont s transistor tl BC - 154 d = 50 K # R E V E N D I C A T I O N S 1. iircuit électronique pour le contrôle de la fréquence d'un organe régulateur et/ou aoteur du mouvement d'une horloge, ledit organe régulateur et/ou moteur étant de @é d'un mouve ment autonome et le circuit électronique étant commandé par un générateur d'une fréquence de référence et colpreaant un circuit amplificateur prévu pour la aie. eu action d'un orga ne mécanique faisant partie dudit organe régulateur et/ou moteur du mouvement, le circuit amplificateur étant muni, à l'entrée, d'au moine une bobine excitatrice et, à la sorti., d'au moins une bobine motrice à même de réagir conjointement avec un ou plusieurs aimants pormauents prévus sur l'organe mécanique, caractérisé en ce qu'on a inséré, -------------- --------------------------------------------------------------- un interrupteur commandé par le générateur de la fré queiic de référence et approprié à désactiver le circuit amplificateur pendant un tempe d'intervention dune durée quelconque par rapport ir la durée de l'impulsion engendrée par l'organe mécanique de la bobine excitatrice et la bobine motrice dans les conditions du régime autonome, le circuit amplificateur étant à l'arrêt pendant ce temps d'interven tion, de sorte qu'est interrompu le flux de puissance motrice du circuit amplificateur à l'organe mécanique. 2. Circuit électronique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'interrupteur est du type électronique, 3. Circuit électronique suivant la revendication 1 , caractérisé en oe que l'interrupteur est constitué de l'étage de sortie du générateur de la fréquence de référence, 4. Circuit électronique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'interrupteur est un transistor au type PNP ou NPN. 5. circuit électronique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'interrupteur est inséré à l'entrée du circuit amplificateur. 6. Circuit électronique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'interrupteur est inséré à la sortie du circuit amplificateur. 7. Circuit électronique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'interrupteur est inséré à la sortie et à l'entrée du circuit amplificateur. 8, Circuit électronique suivant la revendication I, caractérisé en ce que l'interrupteur agit sur l'alimentation du circuit amplificateur. 9. Circuit electronique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le tenps d'intervention de l'interrupteur est com- pris entre 1/50 et 1/3 de la période propre de l'organe mé- canique. 10.Circuit électronique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence de référence est comprise entre 1/4 et 4 fois la fréquence de l'organe à synchroniser. 11.Circuit électronique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ltinterrupteur est ouvert pendant son temps dtin- tervention. 12.Circuit électronique suivant la revendication I, caractérisé en ce que l'interrupteur est fermé pendant son temps d'in tervention.