Brevet FR2212575A1 — publié le 19740726

La présente invention se rapporte d'une manière générale à l'entratnement des mouvements de montres ou autres gardetemps, et concerne plus particulièrement un dispositif moteur du type comprenant un générateur de signaux électrique périodiques de fréquence bien déterminée et un transducteur électromécanique convertissant lesdits signaux électriques en oscillations mécaniquesutilisables pour l'entrainement du mouvement.Dans les dispositifs de ce type antérieurement connus, le générateur précité est habituellement constitué sr un oscillateur électrique ou électronique alimenté par une pile ou un accumulateur miniature et dont la fréquence est stabilisée par exemple par un quartz, solution coûteuse et difficilement généralisable. Be transducteur électromécanique peut être pour sa part constitué par un moteur pas à pas susceptible d'entraîner directement le rouage, mais dont le rotor comporte habituellement des aimants permanents et par suite engendre des champs magnétiques variables, ce qui peut être gênant dans certaines applications; en outre, dans ce cas, la précision de marche du mouvement dépend exclusivement de la stabilité de la fréquence du générateur. Be transducteur électromagnétique peut encore être constitué par un électroaimant excitant un diapason, qui a pour avantage d'être un organe quasi-statique vibrant à une fréquence stable, mais a pour inconvénient que ses vibrations ne peuvent être utilisées pour l'entrainement du rouage que par l'intermédiaire d'un mécanisme de conversion et d'un réducteur à grand rapport. La présente invention a donc pour objet d'éliminer les inconvénients susmentionnés des réalisations antérieurement connues, par la réalisation d'un dispositif moteur du type concerné qui dtune part ne comporte aucune pièce magnétique mobile, et qui d'autre part soit capable d'ocillations de fréquence stable directement utilisablespour 11 entraîne- ment du mouvement. A cet effet, un dispositif moteur conforme à l'invention est essentiellement caractérisé en ce que le transducteur précité comporte en combinaison - un balancier fait d'une pièce en métal amagnétique bon conducteur , comprenant une serge circulaire reliée par deux bras radiaux à un moyeu traversé par un axe de pivotement, - des moyens de rappel élastique tels qu'un spiral associés audit balancier pour lui conférer une position angulaire de repos bien déterminée et une fréquence propre d'oscillation compatible avec la fréquence desdits signaux électriques, - des moyens statiques de polarisation incluant au moins un aimant permanent, disposés et agencés pour créer deux champs magnétiques traversant ledit balancier en sens opposes sensiblement au droit de ses bras en position de repos, - et des moyens statiques d'excitation incluant au moins un circuit magnétique radial entourant l'une des fractions de la serge du balancier délimitées par ses bras radiaux et portant un bobinage inducteur couplé audit générateur, de manière que chaque signal électrique induise dans ladite fraction de la serge un courant électrique se refermant à travers lesdits bras.De la sorte, le courant induit parcourt nécessairement l'un des bras en sens centripète et l'autre en sens centrifuge, alors que lesdits bras se présentent nécessairement dans la même position angulaire relative par rapportaxdeux champs magnétiques transversaux de sens opposés; c'est dire que les forces électromagnétiques exercées sur les deux bras correspondent à des couples de même sens et qui donc s'ajoutent pour assurer le départ et l'entretien des oscillations du balancier. a fréquence de ces oscillations, naturellement stabilisée par l'action combinée de l'inertie propre du balancier et du couple linéairement variable exercé par ses moyens de rappel élastique , peut être en outre stabilisée en contrôlant la phase relative des signaux électriques fournis par le générateur.Ces signaux peuvent être constitués ou bien par des impulsions de même senS dont la période de récurrence correspond à la période d'oscillation du balancier, ou bien par une tension-alternative impulsionnelle ou sinusoidale de même période, agissant à l'aller comme au retour du balancier. Bien entendu, la période des signaux électriques et celle des oscillations du balancier ne sont pas nécessairement égales, mais peuvent être dans un rapport harmonique simple. La stabilisation mécanique de la fréquence d'oscillation du balancier est favorisée par sa structure monobloc, facile à concevoir équilibrée statiquement et dynamiquement de construction, et facile à fabriquer de manière reproductible.La stabilisation électrique de ces mêmes oscillations est pour sa part favorisée par le fait que le balancier est virtuellement indifférent à toute variation momentanée de la fréquence du générateur (Jitter). Par ailleurs, la nature amagnétique et l'agencement du balancier le rennt totalement insensible auxchampsmagnétiques parasites qui, compte tenu des faibles dimensions du balancier, ne peuvent que le traverser dans le même sens en tous points. Enfin et bien entendu, l'utilisation comme transducteur électromécanique d'un balancier capable de battre le cinquième ou le dixième de seconde supprime toute nécessité de modification majeure de l'échappement et du rouage du mouvement. D'autres caractéristiques et avantages du dispositif moteur conforme à l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit et se réfère au dessin annexé, sur lequel - les figures 1 et 2 illustrent de manière schématique decygarlanfes de réalisation du dispositif moteur conforme à l'invention ; et - les figures 3 et 4 représentent respectivement en plan et en coupe radiale composite un exemple concret de réalisation d'un dispositif moteur du type de la figure 1. le dispositif moteur schématiquement représenté sur la figure 1 comprend essentiellement un balancier dont le moyeu traversé par un axe de pivotement A porte deux bras radiaux B1, B2 diamètralement opposés portant une serge ou couronne circulaire C. Ce balancier, pourval de moyens de rappel élastique non représentés,-peut osciller sur un débattement angulaire D limité par l'engagement de ses bras B1, B2 avec deux ensembles inducteurs fixes diamétralement opposés, simplement représentés par des enroulements El, E2 respectivement traverses par les branches opposées de la serge ou couronne C du balancier délimitées par ses bras radiaux B1, 132. Ces enroulements El, E2 sont couplés en série aux bornes d'un générateur G qui leur fournit des signaux électriques F. de fréquence bien déterminée. Enfin, des moyens de palarisation non représentés créent à travers le balancier, en deux régions diamétralement opposées de part et d'autre de l'axe A et disposée-sen quadrature par rapport aux ensembles inducteurs El, E2, deux champs magnétiques permanents H1, H2 de direction axiale et de sens opposés. Les moyens de rappel élastique- susmentionnés tendent àmaintenir le balancier dans une position angulaire de repos pour laquelle ses bras radiaux B1, 32 coupent respectivement ces deux champs magnétiques H1, H2. le dispositif moteur ainsi schématiquement représenté fonctionne de la-manière suivante Pour le sens relatif de couplage indiqué des enroulements El, E2, chaque signal électrique F fourni par le générateur G auxdits enroulements inducteurs provoque la circulation dans les fractions concernées de la serge ou couronne C du balancier de courantsrespectiIl, I2 de sens opposés, et qui par suite se referment et s'additionnent en suivant dans le même sens les bras 131, B2; ; en conséquence, pour les sens indiqués des courants I1, I2, le bras 31 est parcouru en sens centripète par un courant 13 égal à la somme des-courants I1, I2, ce courant 13 parcourant ensuite le bras B2, cette fois en sens centrifuge. les bras 131, 132 étant ainsi parcourus par des courants identiques de sens relatifs inverses, alors que lesdits bras se trouvent toujours nécessairement dans la même position angulaire relative par rapport auxchampsmagnétiquesH1, H2 de sens opposés, ces bras sont le siège de forces électromagnétiques normales aux champs et aux courants, et par suite situées dans le plan du balucier,qui tendent à le faire tourner dans le même sens.Ces deux forces contribuent donc également à la création couple moteur K qui, pour les sens respectifs indiqués des champs et courant tend àentralner le balancier en sens anti-horaire en l'éloignant de sa position de repos, et donc en agissant contre ses moyens de rappel élastique . Dès que le signal électrique appliqué aux enroulements inducteurs El, E2 prend fin, le balancier est ramené par lesdits moyens de rappel élastique vers sa position de repos, que son inertie propre tend à lui faire dépasser.Un signal électrique de polarité opposée à celle du précédent est alors éventuellement appliqué aux enroulements inducteurs El, E2 pour éloigner le balancier de sa position de repos dans l'autre sens, et ainsi de suite. n apparat donc que l'agencement du dispositif permet d'entretenir l'oscillation du balancier, si la fréquence des signaux, qu'ils soient i pdarité constante ou alternée, est égale à la fréquence d'oscillation libre dudit balancier, ou bien à un sous-multiple entier de cette fréquence, nécessairement impair dans le cas où lesdits signaux sont alternatifs. Be dispositif moteur schématiquement représenté sur la figure 2 diffère du précédent en ce que les bras B'1, B'2 de son balancier ne sont plus diamétralement opposés, mais écartés d'un angle inférieur à 1800 (900 sur le dessin) et en ce qu'il ne comporte qu'un unique enroulement inducteur E traversé par la plus longue fraction de la serge ou couronne C du balancier, dont la plus courte fraction est interrompue par une coupure. Les moyens de rappel élastique associés au balancier tendent à le maintenir dans la position angulaire de repos représentée, de part et d'autre de laquelle il peut effectuer un débattement global d'environ 1800. En correspondance, les champs magnétiques H1, H2 peuvent être avantageusement rapprochés angulairement, pour venir se placer au droitduEmême cor- & de la couronne ou serge C du balancier, sous réserve que leur écart angulaire par rapport à l'axe Â soit supérieur à celui des bras B'1, B'2 du balancier, et qu'ilsne puissed donc se trouver simultanément entre lesdits bras. Dans ce cas en effet, les forces électromagnétiques exercées sur lesdits bras sont toujours de même sens, et dont s'ajoutent pour créer le couple moteur K du dispositif. Cet agencement a par rapport au précédent l'avantage de permettre un plus grand débattement angulaire du balancier et de simplifier la structure et donc le coût du dispositif; par contre; elle rend l'équilibrage statique et dynamique du balancier moins facile à assurer. 'les figures 3 et 4 illustrent un exemple concret de réalisation d'un dispositif moteur du type montré sur la figure 1. Sur ces figures, on reconnait l'axe A, les bras radiaux 131, B2 et couronne ou serge C du balancier, dont la structure monobloc simple et équilibré apparat clairement. 'les enroulements inducteurs El, E2 ne sont ssus directement traversés par la serge ou couronne C du balancier mas par l'une des branches d'un circuit magnétique respectif M1, M2 en forme de cadre disposé dans un plan radial passant par l'axe A et de largeur décroissante vers ce dernier, afin de gêner aussi peu que possible les débattements angulaires du balancier. les branches radiales de chacun de ces circuits magnétiques M1, M2 passent respectivement de part et d'autre de la serge C du balancier et portent en bout une branche axiale traversant ce dernier ; de la sorte, la serge ou couronne C du balancier traverse la fenêtre de chaque cadre, et donc constitue la spire secondaire unique d'un transformateur de courant dont l'enroulement inducteur constitue le primaire. Pour la nécessité du montage, chaque cadre magnétique M1, M2 est avantageusement divisé en deux pièces assemblées par exemple dans le plan du balancier B.Par ailleurs, les moyens de polarisation susmentionnés créant les champs magnétiques X1, H2 sont disposés en quadrature par rapport aux moyens dJexcitation électriques E1-M1, E2-M2, et sont respectivement constitués par des noyaux N1, N2 en matériau magnétique dur disposés à l'extérieur dudit balancier et aimantés parallèlement à son axe en sens mutuellement opposés,les faces d'extrémité dudit noyau étant encontact avec des pièces polaires radiales P1, P2 encadrant la serge C du balancier et se terminant à l'intérieur de ce dernier par des portions resserrées R entre lesquelles s'établitle champ magnétique utile. Bien entendu, l'invention ntest nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés, qui n'ont que valeur d'exemples ; en effet les divers éléments de dispositif moteur conforme à l'invention pourraient faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation. Notamment, l'agencement des moyens de polarisation pourrait être sensiblement modifié, les champs magnétiques étant pas exemple créés à l'aide d'un disque ou barreau plat disposé parallélement à une face de balancier et fait d'un matériau magnétique portant des aimants permanents rapportés ou insérés, ou bien fait de ferrite localement aimantée, ce qui permettrait torte répartition souhaitable des champs ; un disque ou barreau semblable, en matériau magnétique doux ou bien de même nature que le premier, pourrait être disposé sur l'autre face du disque pour refermer les lignes-de forces. C'est d'une manière plus générale que l'invention comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques de ceux décrits et illustrés, considérés séparément ou en combinaison et mis en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1.- Dispositif moteur pour mouvement de montre ou autre garde-temps, du type comprenant un générateur de signaux électriques périodiques de fréquence bien déterminée, et un transducteur électro-mécanique convertissant lesdits signaux électriques en oscillations mécaniques utilisables pour l'entraînement du mouvement, caractérisé en ce que ledit transducteur comporte en combinaison - un balancier fait d'une pièce en métal amagnétique bon conducteur, comprenant un serge circulaire reliée par deux bras radiaux à un moyeubtraversé par un axe de pivotement, - des moyens de rappel élastique tels qu'un spiral associés audit balancier pour lui conférer une position angulaire de repos bien déterminée et une fréquence propre d'oscillation compatible avec la fréquence desdits signaux électriques, - des moyens statiques de polarisation incluant au moins un aimant permanent disposés et agencés pour créer deux champs magnétiques traversant ledit balancier en sens opposés sensiblement au droit de ses bras en positioide repos, - et des moyens statiques d'excitation incluant au moins un circuit magnétique radical entourant l'une des fractions de la serge du balancier délimitées par ses bras radiaux et portant un enroulement inducteur couplé audit générateur, de manière que chaque signal électrique induise dans ladite fraction de la serge un courant électrique se refermant à travers lesdits bras. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bras du balancier étant diamétralement opposés, chacune des fractions de sa serge traverse un circuit magnétique respectif, les enroulements inducteurs portés par lesdits circuits étant respectivement couplés de manière que les courants induits dans la serge du balancier soit en opposition et par suite s'ajoutent dans ses bras radiaux. 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bras du balancier précités étant écartés d'un angle compris entre 90 et 1200 environ, seule la plus grande fraction de sa serge traverse un circuit magnétique associé, sa plus petite fraction étant sectionnée. 4*- Disposltif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque circuit magnétique est dispcsé angulaîrement à égale distance des bras du balancier en position de repos. -5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque circuit magnétique se présente sous la forme d'un cadre disposé dans un plan passant par l'axe du balancier et dont l'épaisseur de préférence décrort vers ce dernier. 6.- Dispositif-selon la revendication 5, caractérisé en ce que I'enroulement inducteur porté par chaque circuit magnétique est traversé par sa branche extérieure au balancier. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6-, caractérisé en ce que les moyens de polarisation précités sont constitués par deux structures en U à aimantation permanente, dont chacune chevauche radialement la serge du balancier sensiblement au droit de la position de repos de l'un de ses bras. 8r.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque structure U comprend un noyau formé d'un aimant permanent disposé à l'extérieur du balancier parallèlement à son axe et dont les extrémités portent des pièceri.;polalres radiales respectives passant de part et d'autre de ladite serge. 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les extrémités des pièces polaires intérieures au-baLancier sont axialement rapprochées pour créer un ent-reSer préférentiellement traversé par le champ magnétique précité. 10.- Dispositif selon 1'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de polarisation précités comprennent au moins une pièce plate disposée parallélement à l'une des faces de balancier, faite d'une matériau magnétique doux et portant des aimants permanents rapportés ou insérés. 11. Dispositif selon l'une quelconque -des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de polarisation précités sont constitués par au moins une pièce plate disposée parallélement à l'une des faces du balancier, faite d'une ferrite ou matériau analogue et aimantée au moins localement. 12. Dispositif selon la revendication 10 ou la revendication 11, caractérisé en ce qu'une pièce plate semble 3u en matériau magnétique doux est aisposée parallèlement à l'autre face du balancier.