Brevet FR2389168A1 — publié le 19781124

La présente invention a pour objet un mouvement d'horlogerie électronique avec mécanisme de remise à l'heure, et plus précisément un mouvement d'horlogerie à cristal de quartz de type analogique dont ltorgane d'affichage est actionné par un rateur de commande fonctionnant pas à pas et susceptible d'etre entraîné en rotation à vitesse élevée dans le sens normal aussi bien que dans le sens inverse. L'invention se donne pour but de permettre à un moteur pas à pas de construction classique à un seul sens de rotation de tourner également en sens inverse, et de permettre pareillement à ce moteur de tourner à vitesse élevée et de façon stable aussi bien dans le sens normal que dans le sens inverse. Dans les dispositifs connus d'avance rapide du moteur pas à pas, ce moteur peut tourner à vitesse élevée aussi bien dans le sens normal que dans le sens inverse. En ce cas, la position du rotor du moteur est détectée par le courant traversant l'enroulement d'un transducteur, et un seuil de détection est défini par une valeur iT (voir le diagramme (a) de la figure 1 des dessins annexés) obtenue en divisant la tension appliquée à cet enroulement par la résistance série de ce même enroulement du transducteur. Les rotations dans le sens normal aussi bien que dans le sens inverse sont toutes deux provoquées par le biais d'une commande temporelle.Les diagrammes (a) et (b) de la figure 1 illustrent le rapport entre les positions respectives de l'onde du courant et du rotor du moteur (le symbole A désignant le stator, le symbole B le rotor et le symbole e l'angle définissant une position relative fixe). Ainsi qu'il ressort de l'examen du dessin, l'ondulation de l'onde de courant à proximité du seuil de détection iT est de faible amplitude, et l'erreur qui risque de ce fait d'affecter le réglage du seuil de détection est relativement importante. Il en résulte la nécessité d'ajuster correctement les divers paramètres caractéristiques du circuit, tels qde transistor, moteur etc.En outre, pour faire tourner le moteur dans le sens invèrse, il est avant tout nécessaire d'entraîner le rotor de ce moteur de la valeur d'un pas (1800) dans le sens normal en raison même du principe de fonctionnement du dispositif. En effet, le moteur pas d pas de construction classique est conçu de façon telle que, pour obtenir sa rotation dans le sens inverse, il soit avant tout nécessaire d'entraîner son rotor d'un pas (1800) dans le sens normal avant d'inverser son sens de rotation. A cet instant, le courant circulant dans l'enroulement du moteur est celui représenté sur le diagramme (a) de la figure 1, et lorsqu'un courant en sens inverse du précédent va traverser l'enroulement pendant l'intervalle A de la courbe, le rotor va amorcer une rotation dans le sens inverse. Cette rotation de sens inverse s'entretient ensuite en faisant circuler de façon alternée le courant de sens inverse dans l'enroulement pendant l'intervalle B de la courbe.Pour permettre d'obtenir ce mode de fonctionnement, la valeur iT est déterminée comme étant celle du seuil de détection du courant. Ainsi qu'il résulte des explications précédentes, le courant inverse traverse tout d'abord l'enroulement dans l'intervalle A, puis est mis en circulation après commutation de l'intervalle A à l'intervalle B. La présente invention se donne pour but d'éliminer les inconvénients précités, et elle tire parti à cet effet du fait qu'il existe un autre intervalle possible de commande pour délivrer une impulsion d'entraînement (courant traversant l'enroulement du moteur) afin de lancer le rotor dans le sens inverse (en entraînement à vitesse rapide). Il s'agit de l'inter- valle désigné par le symbole C sur la figure I des dessins. En bref, le mouvement d'horlogerie électronique selon l'invention présente ceci de particulier que son moteur peut être avancé de façon rapide dans le sens normal au moyen d'une impulsion de durée plus brève qu'une impulsion de commande normale grâce à une combinaison de signaux délivrés par un circuit de commande, et peut être actionné dans le sens inverse au moyen d'impulsions convenablement cadencées par un dispositif de détection de la position du rotor. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, donnée à simple titre illustratif, et avec référence aux dessins ci-annexés, en lesquels La figure 1,déjà commentée ci-dessus, illustre au moyen de deux diagrammes (a) et (b) le rapport existant entre les positions du rotor du moteur d'entraînement pas à pas et l'onde de courant traversant l'enroulement de ce moteur. La figure 2 explique, au moyen de cinq diagrammes (a) à (e), le mode de fonctionnement du mouvement d'horlogerie selon l'invention. La figure 3 illustre la loi de variation du courant en fonction du temps. La figure 4 reproduit le schéma d'un circuit de commande de rotation en sens inverse, dans lequel les symboles (a)...(k)désignent des points caractéristiques. La figure 5 reproduit sous la forme de diagrammes superposés l'évolution des niveaux logiques en ces divers points (a)...(k). La figure 6 illustre sous la forme d'un schéma de blocs l'ensemble d'un mouvement d'horlogerie électronique selon l'invention, schéma dans lequel le symbole X désigne un circuit oscillant à cristal de quartz et le circuit diviseur associé, tandis que le symbole Y désigne le circuit de la figure 4, le reste du schéma représentant le circuit de commande conçu pour mettre en oeuvre la présente invention. On expliquera en premier lieu l'entraînement du moteur dans le sens inverse en se référant aux figures 1, 2 et 3 des dessins annexés. Le diagramme (a) de la figure 2 illustre une position angulaire fixe du rotor. Si l'on applique une impulsion de commande, un courant tel que celui représenté sur le diagramme (a) de la figure 1 va parcourir l'enroulement du moteur, entraînant son rotor en rotation selon le sens normal (anti-horaire) désigné par des flèches sur le diagramme (a) de la figure 2.Lorsque la valeur du courant dans l'enroulement atteint la position C, le courant est coupé (voir A, figure 2) et l'on applique alors une impulsion de commande inversée afin de faire circuler le courant en sens inverse du précédent, comme montré en B sur la figure 2, le circuit engendrant cette impulsion de commande inversée étant décrit plus en détail ci-apres. Néanmoins, le flux magnétique engendré par le passage du courant dans l'enroulement n' exerce pas immédiatement son effet sur le rotor du moteur en raison d'mphénomène de self-inductance ou analogue. Par voie de conséquence, le rotor poursuit sa rotation en raison de son inertie jusqu'à la position représentée par le diagramme (b) de la figure 2. A cet instant, le rotor amorce sa rotation en sens inverse (sens horaire) du fait qu'il est repoussé par les piles magnétiques dù stator engendrés par l'impulsion de commande inversée, ainsi que représenté sur le diagramme (c) de la figure 2.Le point représentatif du courant pénètre dans l'intervalle C de la figure 1 pour la position représentée au diagramme (d) de la figure 2 et une impulsion de commande inversée traverse l'enroulement du moteur, mais, du fait que le rotor occupe la position représentée sur le diagramme (e) de cette même figure 2 en raison de son inertie, le rotor se trouve à nouveau repoussé par les polies magnétiques inversés du stator, ce qui entretient sa rotation en sens inverse. Le cycle de fonctionnement se reproduit ensuite identiquement à lui-même. La forme d'onde du courant dans l'enroulement est représentée en fonction du temps sur la figure 3 des dessins. La figure 4 illustre le schéma d'un circuit grâce auquel le passage du courant dans l'enroulement du moteur peut être interrompu à l'instant voulu pour mettre en oeuvre le principe de fonctionnement exposé ci-dessus. Sur ce schéma, les repères numériques 1 et 2 désignent des bascules bistables qui, pour les besoins de ltexpli- cation du fonctionnement, seront supposées se positionner lors de la montée de l'impulsion d'horloge, la bascule bistable 2 étant elle-même pourvue d'une borne de remise à l'état initial R. Les repères numériques 3, 4 et 5 désignent des portes NON-ET, les repères numériques 6, 7, 8, 11 et 12 des portes NON , les repères numériques 9 et 10 des transistors de type MOS à canal N, le repère 20 désigne ltenroulement de commande du moteur pas à pas, le repère 21 une résistance d'ajustage du seuil de détection de courant, et les repères 22 et 23 des résistances de polarisation du transistor 9. Sur la représentation de la figure 4 est omis le circuit générateur d'impulsions utilisé pour l'entraînement ordinaire du moteur pas à pas, le schéma de cette figure 4 nté- tant donné que pour l'illustration du principe de fonctionnement en rotation rapide inversée.On admettra comme condition initiale que la borne d'entrée a se trouve au niveau logique "1" tandis que la sortie Q2 de la bascule bistable 2 est au niveau logique "O". Le transistor 9 constitue une résistance de charge qui convertit en une tension le courant traversant l'enroulement du moteur, la valeur de cette résistance étant déterminée par un point de fonctionnement lui-même fixé par les caractéristiques du transistor et par la tension de polarisation fournie par les résistances 22 et 23.A titre d'explication plus concrète, lorsque la valeur de la résistance de charge atteint le niveau de détection de courant, cette valeur est réglée de telle sorte que le signal de sortie d'un circuit NON 100 incluant une résistance 21 et le transistor 19 puisse être inverse sans que le fonctionnemenr lu moteur pas à pas s'en trouve influencé. La tension d'entrée qui est inversée par le signal de sortie dn circuit NON 100 incluant la résistance 21 et le transistor 10 est choisie de manière à correspondre à la position C de l'onde de courant reproduite sur le diagramme (a) de la figure 1. Comme décrit ci-dessus,lorsqu'est obtenue la condition souhaitée de valeur initiale, le signal de sortie de la porte NON-OU 3 passe au niveau "O", et il en résulte que les sorties des portes NON-ET 4 et 5 sont respectivement portées aux niveaux "O" et "1" , tandis que les sorties des portes NON 7 et 8 sont respectivement aux niveaux 'tut" et "O" (se référer à ce propos à la figure 5 des dessins). il en résulte qu'un courant de commande i s'écoule dans l'enroulement 20 du moteur pas à pas en traversant un transistor MOS de type P qui constitue la porte NON 7, un transistor MOS de type N qui constitue la porte NON 8 et un transistor TOTOS 9 de type N.C'est en l'occurrence un courant i tel que celui représenté à la ligne (i) de la figure 5 qui circule dans l'enroulement du moteur, et une tension approximativement proportionnelle à ce courant s'établit entre le drain et la source du transistor 9. Lorsque la valeur du courant dans le transistor 9 atteint iC1, la tension établie entre le drain et la source fait passer le signal de sortie du circuit NON 100 incluant la résistance 21 et le transistor 10 du niveau logique "1" au niveau logique "0". Le signal est ensuite fourni à la bascule bistable 2 à travers les portes tampons NON 11 et 12.Lorsque la tension du transistor 9 s'abaisse et que le courant retrouve une valeur iC2 (laquelle correspond à la valeur d'intensité C du diagramme (a) de la figure 1),le signal de sortie du circuit NON 100 passe au pas suivant du niveau "0" au niveau "1" (le symbole iC de la ligne (i) de la figure 4 indiquant une valeur de seuil de la tension du circuit NON 100). Du fait de ce signal, la sortie de la bascule bistable s'inverse et la sortie 42 passe au niveau "O".La sortie de la porte NON-ET 3 passe alors au niveau "1", et de ce fait les sorties des portes NON 7 et 8 passent ensemble au niveau Ott ce qui a pour effet d'interrompre le courant de commande du moteur (voir figure 3), tandis que simultanément la bascule bistable 1 s'inverse avec sa sortie Q1 passant au niveau "O", et que la bascule bistable 2 est remise à sa position initiale avec sa sortie 42 passant au niveau "7". Par voie de conséquence, la sortie de la porte NON-ET 3 passe au niveau tto "n". Le mode de fonctionnement ci-dessus décrit se re- pète de la même manière, et du fait que la bascule bistable se positionne en sens inverse du précédent, les sorties des portes NON 7 et 8 passent respectivement aux niveaux logiques "O" et "1". Un courant de sens inverse du précédent circule alors dans l'enroulement 20 à travers le transistor FIOS de type P qui constitue la porte NON 8, le transistor MOS de type N qui constitue la porte NON 7, et le transistor 9 de type N. Toutefois, le sens du courant dans le transistor 9 est toujours le même. Puis, le fonctionnement se répétant identiquement à lui-même, le point b passe au niveau logique "1", les points s et h au niveau logique "O", le courant i cesse de circuler dans l'enroulement et la rotation du moteur se poursuit dans le sens inverse. Le fonctionnement décrit ci-dessus s'interrompt lorsque l'entrée a passe au niveau logique "O". L'ensemble de ce fonctionnement est illustré par la figure 5 des dessins. Ainsi qu'il ressort de la description précédente, bien que le rotor subisse une tentative de rotation dans le sens normal, l'aiguille des secondes avance pas du fait que le rotor n'achève pas une rotation d'un pas (1800), ce qui fait que ce rotor semble démarrer brusquement dans le sens inverse. D'autre part, bien que le seuil de détection de courant soit ajusté à la valeur C de la figure I pour provoquer une rotation en sens inverse, et ainsi qu'il résulte du fait que la valeur adoptée dans les dispositifs connus d'entraînement en rotation en sens inverse du moteur pas à pas diffère de C, il doit être bien entendu que l'intensité provoquant cette rotation inversée n'est pas limitée à la valeur C , mais qu'il en existe d'autres valeurs possibles. Ainsi, dans le cas d'une rotation selon le sens normal, le rotor est entraîné par une impulsion de période brève, ceci sans qu il soit nécessaire d'en donner une explication plus détaillée. Ainsi qu'il résulte de ce qui précède, grâce à la méthode consistant à faire circuler un courant d'entraînement en rotation inversée pour entretenir la rotation du moteur par l'intermédiaire d'une détection de position de son rotor, ce dernier peut être entraîné en rotation aussi bien dans le sens narmal que dans le sens inverse. Toutefois, avec la méthode ci-dessus selon laquelle la position du rotor est détectée par I'intermc- diaire de la valeur du courant traversant l'enroulement du moteur, il est nécessaire que les éléments constituant le moteur et le circuit de détection de courant 107 de la figure 6 fonctionnent avec une grande précision afin de rendre possible une rotation dans le sens normal ou dans le sens inverse à partir d'une valeur unique déterminée du courant.Par ailleurs, une me- thode consistant à faire choix de valeurs de courant différentes pour chacun des deux sens de rotation serait d'un usage pratique délicat en raison du circuit de commutation et de la nécessaire stabilité du réglage. Un aspect essentiel de la présente invention tient au fait que, le moteur pas à pas classique étant conçu pour tourner dans un seul sens, son rotor peut être mis en rotation en sens inverse grâce à l'intervention du dispositif qui détecte la position du rotor sans avoir à utiliser les impulsions des étages diviseurs ni à engendrer des impulsions de commande dans un autre circuit, tandis que pour avancer de façon rapide le rotor dans le sens normal, on utilise les impulsions engendrées par les étages diviseurs du mouvement d'horlogerie. On considèrera à prèsent la figure 6 des dessins, dans laquelle le circuit contenu dans le rectangle Y n'est autre que celui déjà décrit à propos de la figure 4. On va décrire à présent les modes de passage d'un type de fonctionnement à l'autre, c'est-à-dire un mode d'entraînement pas à pas dans le sens normal, un mode d'entraînement rapide dans ce même sens normal et un mode d'entraînement rapide en sens inverse, grâce à la fermeture ou à l'ouverture des interrupteurs de commande SW1 et SW2 équipant le mouvement d'horlogerie selon l'invention. L'interrupteur SW1 commande l'entraînement rapide dans le sens normal et l'interrupteur SW2 commande l'entraînement dans le sens normal ainsi que l'entraînement rapide en sens inverse du rotor du moteur. Le mode de fonctionnement pas à pas dans le sens normal est obtenu lorsque les deux interrupteurs SW1 et SW2 sont fermés Lorsqu'un signal de niveau logique "1" est fourni à l'une des bornes d'entrée d'une bascule bistable 102 de type R-S par l'interrupteur SW1, la sortie de cette bascule bistable 102 passe au niveau "0", ce qui a pour effet de rendre passante une porte de transmission 99 et de bloquer une autre porte de transmission 98. Le signal des secondes est ensuite appliqué à l'une des bornes d'entrée d'une porte NON-OU 101, tandis que le signal de détermination de la largeur d'impulsion du signal des secondes est appliqué à l'autre borne d'entrée par une bascule bistable 100 de type D. il en résulte que le signal de sortie de la porte NON-OU 101 est un signal des secondes dont la largeur d'impulsion est fixée. Ce signal des secondes est fourni à une autre borne d'entrée de la bascule bistable 102 de type R-S, le signal de sortie de celle-ci prend le niveau "O" et celui de l'inverseur 103 le niveau "1", ce qui a pour effet d'ouvrir la porte NON-ET 104. Du fait de la position fermée de l'interrupteur SW2, la bascule bistable 2 se trouve remise en position initiale et son signal de sortie 4 de valeur "1" est appliqué à l'une des bornes d'entrée de la porte NON-ET 3, ce qui a pour effet d'ouvrir cette dernière. En conséquence, le signal des secondes fourni par la porte NON-ET 104 est appliqué à la bascule bistable 1 à travers la porte NON-ET 104 et la porte NON-ET 3, ce qui provoque un entraînement normal pas à pas du moteur du mouvement d'horloge rie. On décrira à présent le mode d'entraînement rapide dans le sens normal , obtenu lorsque l'interrupteur SW1 est ouvert et l'interrupteur SW2 est fermé Lorsque l'une des bornes d'entrée de la bascule bistable 102 de type R-S passe au niveau logique "1" du fait de l'impulsion de sortie délivrée par la porte NON-OU 101, le signal de sortie délivré par la bascule bistable 102 passe au niveau logique "1", ce qui a pour effet de rendre passante la porte de transmission 98 et de bloquer la porte de transmission 99. L'impulsion de haute fréquence fournie par l'étage diviseur 96 est appliquée à l'une des bornes d'entrée de la porte NON-OU 101.Un signal de niveau "1" est d'autre part appliqué à l'une des bornes d'entrée de la porte NON-OU 105 du fait de la position fermée de l'interrupteur SW2, et il en résulte qu'un signal de niveau "1" est appliqué à l'une des bornes d'entrée de la porte NON-ET 104, ce qui a pour effet d'ouvrir cette dernière. Le fonctionnement se poursuit ensuite de la même manière que dans le mode d'entraînement pas à pas dans le sens normal exposé ci-dessus, l'impulsion de haute fréquence étant toutefois fournie à la bascule bistable 1 pour accroître la cadence de ce mouvement d'avance. On décrira enfin le mode d'entraînement rapide dans le sens inverse > obtenu lorsque les interrupteurs S1t'1 et SW2 sont tous deux en position ouverte Le signal de sortie de la bascule bistable 102 est au niveau logique "1", de la même manière que dans le mode d'entralnement rapide dans le sens normal, et un signal de niveau "0" est appliqué à l'une des bornes d'entrée de la porte NON-OU 105. Avec un signal de niveau "O" appliqué à l'autre borne d'entrée de la porte NON-OU 105 et du fait de l'ouverture de l'interrupteur SW2, le signal de sortie est également au niveau logique "O" et, de ce fait, le signal de sortie de la porte NON ET 104 est toujours au niveau "1". il en résulte que la porte NON-ET 3 est ouverte et laisse ainsi passer le signal de sortie 4 de la bascule bistable 2, et que le rotor du moteur est entraîné en rotation inversée selon le mode d'avance rapide. Bien que l'invention ait été décrite dans son application à un dispositif de remise à l'heure à échelle relativement large, il doit être entendu que l'invention pourrait tout aussi bien s'appliquer au cas où le moteur pas à pas devrait être entraîné dans le sens normal ou dans le sens inverse d'un pas seulement. En outre, il est également possible d'étendre la correction de l'heure à chacune des unités de mesure du temps, par exemple aux heures, à condition de prévoir un coeur approprié. RENrENDICATIONT Mouvement d'horlogerie électronique avec mécanisme de remise à l'heure et dont l'organe d'affichage est actionné par un moteur de commande fonctionnant pas à pas, caractérisé par le fait que son moteur peut être avancé de façon rapide dans le sens normal au moyen d'une impulsion de durée plus brève qu'une impulsion de commande normale grâce à une combinaison de signaux délivrés par un circuit de commande, et peut être actionné dans le sens inverse au moyen d'impulsions convenablement cadencées par un dispositif de détection de la position du rotor.