Brevet FR2324039A1 — publié le 19770408

La présente invent or se rapporte aux dispositifs de gardetemps entretenus électriquement et a plus particulierement pour obet un perfectionnement de ces dispositifs permettant d'augmenter leur- pouvoir synchronisant. On sait fabriquer depuis longtemps des montres dont le mouvement de balancier est entretenu électriquement au moyen d'impulsions fournies par une pile miniature logée à l'intérieur du boî- tier de la montre. De tels dispositifs présentent sur les montres classiques l'avantage de pouvoir fonctionner sans intervention de l'utilisateur pendant toute la durée de vie de la pile, ctest-à- dire plusieurs mois. L'entretien est obtenu d'une manière simple, par des moyens électromagnétiques.Par exemple, le balancier peut être muni d'une bobine alimentée par la pile,se déplaçant en regard d'un ou plusieurs aimants fournissant un champ d'induction magnétique . La force de - Laplace ainsi engendrée sur le balancier par le passage de la bobine en regard des aimants permet d'entretenir son mouvement oscillant, ctest-à-dire de compenser toute les forcesde frottement qui provoqueraient l'arret du balancier au bout d'un nombre limité dwoscillations. Cependant, la précision obtenue n'est pas supérieure à celle d'une montre classique, puisque c'est la période propre du balancier qui détermine la marche du garde-temps. Or, les constructions les plus soignées de ces gardes-temps mécaniques ne permettent pas-Cesaméliorer la précision au-delà de certaines limites. la précision que lton peut espérer obtenir est en particulier très inférieure à celle d'un oscillateur électrique ou électronique, tel qu'un oscillateur à quartz. C'est pourquoi on a cherché à synchroniser 1' oscillateur mécanique à balancier à un oscillateur de plus grande stabilité, notamment du type susmentionné.On utilise donc généralement à titre d'oscillateur synchronisant, un oscillateur à quartz dont la fréquence est divisée par une chaule de bascules binaIres jusqu a ce que le signal périodique de grande stabilité disponible à la sortie de la dernière bascule de ladite chaine ait une fréquence d'oscillation égale à la fréquence du balancier ou à un multiple de cette dernière. les montres à balancier entretenues électriquement se prêtent particulièrement bien à une telle synchronisation ; aussi bien les systèmes les plus simples dont la bobine mobile est alimentée par un contact Lflecaique,que les systèmes plus complexes a une ou deux bobines tlimeatées electroniquement. Les caractérist-,o.les de l'osciliateur mécanique u balancier déterminent pour beaucoup la facilité avec laquelle ledit -balan- cier va pourvoir se synchroniser sur l'oscillateur à quartz. Eri particulier, il est à noter que la qualité essentiel'e que l'on cherche à obtenir d'un balancier auto-entretena électriquement sans synchronisation, à savoir ltisochronisme de son mouvement, peut devenir dans une certaine mesure un défaut lorsqu'on cherche à réaliser une synchronisation.En autres termes, ltisochronisme se définissant comme étant l'indépendance entre l'amplitude des oscillations du balancier et sa fréquence propre d'oscillation , on comprend aisément que c'est en agissant (au moyen d'un asservissement) sur l'amplitude d'oscillation d'un pendule ou balancier présentant un défaut d'isochronisme, qu'on peut espérer asservir la période d'oscillation de celui-ci, en fonction de la période d'os oscillation d'un autre oscillateur plus stable. Ainsi, pour asservir correctement un oscillateur mécanique (le balancier d'une montre) à la période d'oscillation plus stable d'un autre oscillateur, notamment à quartz, il faut que le balancier présente un défaut d'isochronisme non négligeable. On a donc cherché à créer un défaut d'isochronisme sur les systèmes oscillants mécaniques. Une première méthode a consisté à agir sur la forme du spiral da rappel du balancier, mais le défaut d'isochronisme obtenu n'était pas reproductible facilement pour de grandes séries de fabrication et le réglage était susceptible de se modifier au cours du temps. Une autre méthode plus ingénieuse consiste à appliquer à la bobine au moins une impulsion d'entretien supplémentaire sur une période d'oscillation du balancier, décalée par rapport au point mort du balancier où est appliquée l'impulsion normale d'entretien, la largeur utile et/ou l'amplitude de cette impulsion étant rendue variable pour provoquer l'asservissemeSt du balancier par l'oscillateur synchronisant. C'est auxdispositifs de garde-temps synchronisés, fonctionnant suivant ce dernier principe que s'applique plus particulièrement l'invention. On peut définir le pouvoir synchronisant du système oscillant mécanique par rapport à l'oscillateur de plus grande stabilité comme étant T mas, la différence maximale instantanée admissible entre les périodes respectives des deux oscillateurs, saros risque de désynchronisation. Autrement dit, plus le pouvoir synchronisant est élevé, moins le dispositif de garde-temps est sen- stable aux perturbations extérieures de toutes sortes (chocs, Vibrations) susceptibles d'affecter à un moment donné la régularité d'oscillation du balancier, puisque la synchronisation demeure efficace.Plus précisément, dans le cas d'un dispositif utilisant un système inducteur à au moins trois pôles, c'est-à-dire comportant quatre positions angulaires pour lesquelles le balancier rencontre un. chamr inducteur nul, on montre que la valeur du pouvoir synchronisant est donnée par la formule - Q étant le facteur de qualité du balancier spiral; - a l'angle entre deux positions angulaires précitées en coin- cidence avec lesquelles sont en outre engendrées les impulsions d'entretien et/ou de synchronisation; - E l'énergie d'entretien appliquée au balancier; e 6m m ltamplitude totale du balancier; - k et k' étant des constantes dépendant des autres paramètres du système. Il ressort clairement de cette formule que, toutes choses égales par ailleurs, l'un des moyens pour augmenter le pouvoir synchronisant est d'augmenter . Or, cet angle dépend de la constitution de l'oscillateur mécanique et plus particulièrement de son système d'entretien électrique, puisque les impulsions d'entretien sont appliquées en colncidence de temps avec le passage de la bobine aux positions angulaires où le champ magnétique s' annule. Autrement dit, c'est en agissant sur la structure de l'oscillateur mécanique et de son système d'entretien qu'on peint augmenter C'est précisément ce que réalise l'invention, qui a pour objet un dispositif de garde-temps comportant un oscillateur mécanique entretenll électriquement et asservi anx oscillations d'un autre oscillateur de plus grande stabilité, comportant par exemple un quartz, dont l'entretien et l'asservissement sont obtenus au moyen d'un système induit bobiné et d'un système inducteur à ai mantspermanenA un desdits systèmes induit ou inducteur étant fixe et l'autre mobile, solidaire dudit oscillateur mécanique, et le champ d'induction magnétique créé par ledit système inducteur sur ledit système induit comportant au moins quatre points d1in- duction nulle, caractérisé en ce que ledit système inducteur comporte au moins trois aimants ou groupes d'aimants disposés, avec leurs sens d'aimantation alternés, paralîclement au parcours dudit système mobile et que ledit aimant ou groupe d'aimant médian occupe le long dudit parcours un secteur plus grand que les deux autres aimants ou groupes d'aimants adjacents. D'autre part, pour un tel dispo-sitif, énergie d'entretien E e est appliquée au balancier sous forme d'une impulsion dans le système induit, et la synchronisation agit en modulant la largeur de cette impulsion pour compenser un éventuel écart de phase entre les oscil1ations du balancier et celles de l'oscillateur synchronisant. Dans ces conditions, on peut considérer que l'énergie E s' exprime par la formule e E e = i (d - d') (2) - i étant l'intensité moyenne injectée dans la bobine; - d étant la durée maximum de commutation de l'impulsion d'entretien pour un régime donné du balancier (caractéristique du système); - d' représentant la partie de l'impulsion qui est éliminée par le système de synchronisation. Généralement la tension induite dans la bobine en coin ci- dence de temps avec la durée d' n'est pas utilisée. Or, il ressort clairement des formules (1) et (2) que cette tension induite pendant la largeur d'impulsion d', si elne donne naissance à un courant, peut engendrer une énergie de freinage Ef (loi de laplace) qui contribuera à améliorer le pouvoir synchronisant. La présente invention se propose donc également d'améliorer le pouvoir synchro- nisant en utilisant les possibIlités offertes par la mise en oeuvre d'une énergie de freinage pendant l'intervalle de temps d'. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la des cription qui -va suivre de plusieurs modes de réalisation de l'invent on, donnes uniquement à titre d'exemple, faite en référence au:: dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente un dispositif de garde-temps à entretien électrique selon l'invention, susceptible d'etre synchro- i se à un autre oscillateur de plus grande stabilité non représenté, ledil; dispositif étant vu suivant la direction de la flèche I de la figure 2, et une coupe passant par le centre de la bobine étant faite perpendiculairement à ladite direction ; - la figure 2 est une coupe II-II de la figure 1 - la figure 7 représente ffius schématiquement une variante du dispositif selon l'invention - la figure 4 est un graphe qui illustre la forme du champ dtind;;ction magnétique engendré par le système inducteur - la figure 5 est un graphe qui illustre la forme de la force électromotrice résultante dans le système induit - la figure 6 est un graphe illustrant le fonctionnement du système d'asservissement - la figure 7 est un graphe illustrant la possibilité de mettre en oeuvre un énergie de freinage pour améliorer le pouvoir synchronisant ; et - la figure 8 est un schéma illustrant un montage possible polir la création de cette énergie de freinage. Be dispositif de garde-temps représenté sur les figures i et 2 comprend un ce I autour duquel sont montés un spiral 12 et un balancier ou serge 13. Tous ces éléments sont montés d'une façon très classique; le spiral 12 est fixé à l'axe I par l'une de ses extrémités et au pont du balancier 23 par son autre extrémité 15. le balancier 13 est lui aussi solidaire de l'axe I et comporte un système induit 16 constitué d'une unique bobine plate il dont le centre 17 décrit un parcours en arc de cercle 18 (représenté en traits mixtes sur la figure 2) dans le plan du balancier.La bobine 11 est susceptible d'etre connectée, par tous moyens convenables corus, à un dispositif de synchronisation électrnique non représenté, alimenté par pile, comportant notamment un oscillateur à quartz, un circuit électronique diviseur de fréquence délivrant le signal de synchronisation, et des moyens d'asservissement de phase et/ou d'amplitude Un système inducteur 19 est constitué de plusieurs aimants 20a, 20b et 20c disposés sur une plaqi; & 22 en regard. du système induit 16, le long du parcours 18. ta direc-oi-. ç'aimantatic' de chaque aimant et parallèle à l'axe I et deux aimants adjacents ont des sens d'aimantation opposés, de sorte qu'on peut définir un angle délimité par les deux axes interai- mants Iz1 et Ix2 (figure 2, décalés d'un angle moitié de part et d'autre de l'axe de symétrie Ix du système inducteur 19. La plaque métallique 14 permet de fermer les lignes de flux du champ magnétique. En outre, on peut remarquer que, par construction, le centre 17 de la bobine 11 est positionné en regard de l'un des axes interaimants (Ix1) lorsque le balancier 13 est arreté et se trouve à son point mort PM. Comme le montrent les figures 4 et 5, où 0 désigne la position angulaire instantanée du balancier, les axes interaimants Ix1 et Ix2 sont caractérisés par un champ B d'induction magnétique nul le, et la force électromotrice e correspondante présente une excursion maximale positive ou négative au moment du passage de la bobine du balancier en regard de ses axes Ix1 et Ix2. C'est en atili- sant certaines de ces pointes de tension (la pointe positive maximum de chaque alternance du balancier) qu'on peut réaliser un asservissement de la période d'oscillation du balancier à celle de l'oscillateur de plus grande stabilité précité , comme on le dé crira plus loin. Selon une particularité importante de l'invention, l'aimant médian 20b du système inducteur 19 occupe le long du parcours 18 un secteur angulaire plus grand que les deux aimants adjacents 20a et 20c. Plus précisément, dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 2, l'aimant 20b a une forme allongée suivant la direction du parcours 18.Cependant, on peut noter que cet aimant 20b de forme spéciale peut aussi être remplacé par un groupe d'aimants plus petits 21-a, 21b (variante de la figure 3) disposés cote-à-côte avec le même sens d'orientation magnétique pour occuper un secteur angulaire équivalent le long du parcours 18, plus important que celui des deux aimants adjacents 20a et 20b piécités. le champ d'induction magnétique aura approximativement la meme valeur que précédemment le long du parcours 18 et sera donc conforme à l'al- lure de la courbe de la figure 4. Dans les deux cas, le résultat recherché par l'invention est atteint : l'angle est augmenté par construction, ce qui permet d'augmenter le pouvoir synchronisant du système. On va maintenant décrire brièvement en référence à la figure 6, le mode de fonctionnement d'un type d'asservissement s'adaptant particulièrement bien auxdispositifs de garde-temps qui viennent d'être décrits. Bur la figure 6, sont représentés des signaux de synchronisation engendrés à partir d'un circuit électronique diviseur de fréquence connecté à un oscillateur à quartz de très grande stabilité.Il est bien connu dans la technique toutes sortes de circuits diviseurs de fréquence constitués par une connexion en cascade de plusieurs bascules binaires, et c'est pourquo ces dispositifs ne seront pas décrits plus en détails. la sortie du circuit électronique diviseur de fréquence fournit un signal périodique de période T et peut etre par exemple connecté à des moyens formant un circuit de portes logiques, pour engendrer un signal périodique de rapport cyclique Z /T > 2 , conforme par exemple à la courbe A de la figure 6 ;;t T étant le temps pendant lequel ledit signal pério- dique est à un niveau logique 1, et (T -Z) étant le temps pendant lequel ce même signal périodique est au niveau logique 0. Sur la figure 6, on a représenté, superposées à-la courbe A, les variations de la force électromotrice e pendant plusieurs alternances aller et retour du balancier 13, le point mort BM étant indiqué sur les pointes de grande amplitude correspondantes. tes impulsions motrices délivrées à la bobine par le dispositif d'asservissement colncident les impulsions positives de grande amplitude de la force électromotrice e si ces impulsions stinscrivent-elles-meme en coincidence de temps avec un créneau positif (état logique 1) du signal de synchronisation de la courbe A. En fonctionnement normal elles ont durée d caractéristique du système. Si par suite d'une perturbation extérieure, les deux signaux se trouvent déphasés l'un par rapport à l'autre, certaines impulsions positives de grande amplitude,ou au moins une partie de celles-ci,sont engendrées en coïncidence de temps avec un état logique O du signal de synchronisation représenté par la courbe A.Cela provoque une modulation de l'énergie transmise au balancier par les impulsions d'entretien , réalisant ainsi l'asservissement. les figures 7 et 8 montrent les moyens d'améliorer le pouvoir synchronisant par utilisatinn d'une énergie de freinage Ef. La figure 7 illustre le phénomène de synchronisation , l'énergie d'entretien E e n'étant envoyée que pendant la coïncidence de temps de l'impulsion induite B avec l'état logique 1 de la tension de synchronisation A. Dans les systèmes déjà connus, la partie hachurée sur la figure 7, de l'impulsion B est-1,effacée" purement et simplement nesert donc à rien. Belon l'invention; on utilise au contraire cette partie éliminée par le système de synchronisation pour amé- liorer le pouvoir synchronisant.Ceci est obtenu en connectant une impédance aussi faible que possible aux bornes de la bobine du système induit, pendant la période de temps d'. Ceci est réalisé par le dispositif schématisé sur la figure 8. La bobine il du système induit est connectée à une impédance Z par l'intermédiaire d'un commutateur électronique 25, lui-mame piloté par le signal de synchronisation A. De façon plus simple, cette impédance Z pourrait être constituée par la liaison. émetteur-collecteur d'un transistor du commutateur 25 interconnecté entre la bobine 11 et la masse. De cette façon, un courant i' circule dans la bobine pendant l'intervalle de temps d',et ce courant crée une force de Laplace qui freine le mouvement du balancier, ce qui va dans le sens d'une amélioration du puuvoir synchronisant de celui-ci. On peut explic- ter le phénomène d'une autre façon en remarquant que, lorsque par exemple l'énergie du balancier est trop grande, non seulement l'é nergie d'entretien E qui lui est communiquée diminue par l'action e de la synchronisation (augmentation de d') mais encore une énergie de freinage est développée pendant ce meme intervalle de temps (commutation de l'impédance Z). La réaction du système auXdéfauts constatés est donc plus rapide, ce qui correspond bien à une augmentation du pouvoir synchronisant. Bien entendu, l'invention nsest nullement limitée aux modes de réalisation qui viennent d1 être décrits, en particulier m-l apparaîtra clairement à l'homme de l'art qu'on peut facilement envisager une inversion de structure : le système inducteur devenant solidaire du balancier et le système induit devenant fixe. L'invention s'applique également à d'autres types de dispositifs de garde-temps comportant un système induit différent et notamment un système induit bien connu à deux bobines, l'une des bobines fournissant des impulsions utilisables pour la synchronisation et l'autre recevant* des impulsions motrices d'entretien du mouvement du balancier. C'est dire que l'invention couvre tous les équivalents techniques des moyens mis en jeu si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDIGATIONS 1 - Dispositif de garde-temps comportant un oscillateur mécanique entretenu électriquement et asservi aux oscillations d'un autre oscillateur de plus grande stabilité, comportant par exemple un quartz, dont l'entretien et l'asservissement sont obtenus au moyen d'un système induit bobiné et d'un système inducteur à aimants permanents, l'un desdits systèmes induit ou inducteur étant fixe et l'autre mobile solidaire dudit oscillateur mécanique, et le champ d'induction magnétique créé par ledit système inducteur sur ledit système induit comportant au moins quatre pointsd'in- duction nulle, caractérisé en ce que ledit système inducteur comporte au moins trois aimants ou groupes d'aimants disposés parallèlement au parcours dudit système mobile, avec leurs sens d'aimantation alternés, et que l'aimant ou groupe d'aimants médian occupe le long dudit parcours un secteur plus grand que les deux autres aimants ou groupes d'aimants adjacents. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un unique aimant médian de forme allongée dans la direction dUdit parcours. 3 - Dispositif selon la revendication 1, comportant un groupe d'aimants médian précité, caractérisé en ce que les aimants dudit groupe médian sont disposés c8te-à-côte suivant la direction dudit parcours et avec un même sens d'orientation magnétique. 4 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, au point mort de l'oscillateur mécanique précité, le centre du système induit coïncide sensiblement avec l'un des points où le champ d'induction magnétique est nul. 5 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes,du type comprenant un oscillateur de plus grande- stabilité à quartz et un circuit électronique diviseur de fréquence, caractérisé en ce que ledit circuit électronique comporte des moyens pour engendrer un signal de sortie périodique de rapport cyclique supérieur à 1/2. 6 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un système commutateur électronique et une impédance de faible valeur interconnectés en série aux bornes d'une bobine du systeme induit, ledit commutateur électronque étant adapté pour être piloté par les signaux de synchro- nisation. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite impédance est constituée par la liaison imetteur-coliec- teur d'un transistor dudit commutateur électronique.