Brevet FR2480956A1 — publié le 19811023

-1- PIECE D'HORLOGERIE ELECTRONIQUE L'invention concerne une pièce d'horlogerie électronique comportant un moteur pas-à-pas, un oscillateur pour produire un signal de référence standard, un diviseur de fréquence couplé audit oscillateur et un circuit d'entraînement du moteur couplé audit diviseur, fournissant de l'énergie au moteur sous forme d'impulsions motrices. Lors de la conception d'une telle pièce d'horlogerie, on cherche à rendre maximal le rendement global, c'est-à-dire le rapport entre l'énergie mécanique fournie par le moteur pour entraîner des organes d'affichage analogiques et l'énergie électrique fournie-par la pile, afin d'obtenir de l'en- semble un fonctionnement fiable pendant une durée maximale. La structure des différentes parties de la pièce d'horlogerie, comme son fonctionnement sont prévus pour une tension de pile détermi- née. Le moteur pas-à-pas, notamment, qui est le principal consom- mateur d'énergie doit être optimisé dans sa construction. La recherche du meilleur rapport couple utile-consommation conduit en particulier à adopter pour la bobine un diamètre de fil particu- lier et à prévoir pour l'entraînement du moteur, compte tenu de sa charge, une énergie d'impulsions motrices déterminée. L'équipement d'une pièce d'horlogerie par une pile présentant une tension différente de celle pour laquelle elle a été conçue entraîne donc, sinon son mauvais fonctionnement, tout au moins une diminution de ses performances par une augmentation de sa consom- mation. Or, les différents types de piles dont on dispose actuelle- ment présentent des tensions qui diffèrent notablement les unes des autres. Par exemple, une pile au mercure correspond à une tension de 1,35 V alors que les tensions de piles à l'argent ou au lithium sont respectivement de 1,55 V et de 3,0 V. L'utilisateur est donc tenu d'employer une pile d'un type donné, c'est-à-dire que, dans le cas o le prix des différents types de piles viendrait à varier fortement, il ne pourrait pas choisir d'utiliser toujours la plus économique. Par ailleurs, il peut surgir des problèmes d'approvisionne- ment régionaux ou globaux qui empêchent l'utilisateur de se procu- rer la pile qu'il recherche. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients. Ce but est atteint grâce au fait que la pièce d'horlogerie selon l'invention, apte à être alimentée par différents types de piles correspondant à des tensions différentes, comporte des moyens de détection pour déterminer le type de la pile dont elle est équipée et que le circuit d'entraînement du moteur comporte des moyens d'adaptation commandés par les moyens de détection, pour modifier les impulsions motrices de façon que leur énergie conserve sensiblement la même valeur quelle que soit la tension de la pile dont la pièce d'horlogerie est équipée. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, les moyens d'adaptation modifient la durée des impulsions motrices. Dans un second mode de réalisation les moyens d'adaptation produisent des trains d'impulsions de rapports cycliques diffé- rents. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa- raîtront au cours de la description qui suit de deux exemples de réalisation en référence au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 représente sous forme d'un schéma-bloc une pièce d'horlogerie conventionnnelle. - les figures 2 et 3 représentent, également sous forme de schéma-blocs, deux modes de réalisation de la pièce d'horlogerie selon l'invention. La pièce d'horlogerie conventionnelle de la figure 1 compor- te, pour produire un signal de base de temps, un oscillateur à quartz 1 délivrant un signal de fréquence standard, par exemple 32 kHz, A un circuit diviseur de fréquence 2 composé d'une série de basculeurs branchés en cascade. Le signal de base de temps fourni par le circuit diviseur de fréquence 2 est transmis à un circuit d'entraînement 3 du moteur pas-à-pas 6. Le moteur 6 entraîne des organes d'affichage analogique non représentés. Le circuit d'en- traînement 3 du moteur comporte un circuit générateur dlimpulsions de commande 4 produisant, à la fréquence du signal de sortie du circuit diviseur 2 qu'il reçoit, des impulsions de commande d'am- plitude constante et de durée déterminée et un circuit de commande du moteur qui applique les impulsions 4-- commande du circuit 4 -3- au moteur 6 sous forme d'impulsions motrices généralement de polarité alternée. Une pile 7 de type donné, par-exemple à l'ar- gent, alimente en énergie les différents circuits 1, 2, 4, 5 et le moteur 6 par l'intermédiaire du circuit de commande 5. La figure 2 est un schéma-bloc représentant un premier mode de réalisation de la pièce d'horlogerie selon l'invention dans lequel on adapte la durée des impulsions de commande du moteur à la tension de la pile dont elle est équipée de manière à assurer un fonctionnement du moteur dans des conditions quasi optimales. L'oscillateur 1, le circuit diviseur 2, le circuit de comman- de 5 et le moteur 6 sont indentiques à ceux de la pièce d'horloge- rie conventionnelle de la figure 1. Par contre, le repère 7 dési- gne ici une pile de l'un quelconque des types les plus courants, c'est-à-dire au lithium, à l'argent. ou au mercure. Conformément à l'invention, la pièce d'horlogerie comporte en outre un circuit détecteur de tension à deux seuils 8, branché aux bornes de la pile. Ce circuit 8 compare la tension de la pile 7 à deux valeurs de référence mémorisées, choisies de façon à définir trois domaines de tensions dans chacun desquels se situe la ten- sion de l'un des types de pile précités et fournit à ses sorties 81 et 82 des signaux représentatifs du type de pile dont la pièce d'horlogerie est équipée. On peut par exemple fixer les valeurs des tensions de référence à 1,45 V et 1,80 V. Par ailleurs, la pièce d'horlogerie comporte des moyens d'adaptation des impulsions de commande constitués par un circuit formateur d'impulsions 9 qui remplace le circuit générateur d'impulsions de commande 6 (fig. 1) de la pièce d'horlogerie conventionnelle. Le circuit formateur d'impulsions 9 est capable de produire des impulsions de trois durées différentes selon les signaux qu'il reçoit du circuit détecteur 8 sur ses entrées de commande 91 et 92' chaque durée d'impulsions correspondant à un type de pile déterminé et étant sensiblement inversement proportionnelle à la tension de pile à laquelle elle est associée. L'énergie des impulsions motrices communiquée au moteur 6 reste alors sensiblement la même quelle que soit la tension d'alimentation. On choisira de préférence des durées d'impulsions de 4,0 ms pour une pile au lithium, 7,8 ms pour une pile à l'argent et 9,0 ms pour une pile au mercure. Le -4- circuit formateur d'impulsions 9 peut être constitué par trois circuits élémentaires semblables au circuit générateur d'impul- sions 4 (fig. 1) d'une pièce d'horlogerie classique, branchés en parallèle, chacun de ces circuits élémentaires pouvant produire des impulsions de durée déterminée et être activé individuellement par les signaux du circuit détecteur de tension 8. Il peut égale- ment consister en un circuit de combinaison d'impulsions connu en soi qui combine les signaux de sortie de différents basculeurs du circuit diviseur de fréquence 2 pour produire des impulsions de durées différentes. La pièce d'horlogerie que l'on vient de décrire fonctionne- rait encore dans de bonnes conditions si on l'équipait d'une pile d'un autre type que ceux pour lesquels elle a été conçue, mais la durée d'impulsions de 4,0 ms, 7,8 ms ou 9,0-ms ne correspondrait plus à une valeur optimale pour la tension de pile utilisée. Pour réaliser une pièce d'horlogerie susceptible de fonctionner dans les meilleures conditions quelle que soit la tension de la pile dont on l'équipe, il suffit de multiplier le nombre de seuils pour le circuit détecteur 8 et de prévoir un circuit formateur d'impul- sions de commande 9 capable-de produire un nombre d'impulsions de durées différentes prédéterminées au moins égal au nombre de domaines de tensions définis par les seuils du circuit détecteur 8, chaque durée d'impulsions étant sensiblement inversement pro- portionnelle à la tension de pile se situant dans le domaine correspondant. On peut également maintenir l'énergie des impulsions motrices fournies au moteur sensiblement constante quel que soit le type de pile dont la pièce d'horlogerie est équipée, en produisant non plus des impulsions de durée variable, mais des trains d'impul- sions courtes, la durée de ces trains d'impulsions étant fixe, et en faisant varier le rapport cyclique, c'est-à-dire le rapport entre la durée d'une impulsion et la période des impulsions. L'inductivité du moteur agissant comme un filtre sur de tels trains d'impulsions, l'effet de ceux-ci est le même que celui d'impulsions motrices de durée égale à celle du train d'impulsions mais dont l'amplitude serait réduite d'un facteur égal au rapport cyclique. Ceci peut être réalisé comme le montre la figure 3 sur -5- laquelle Gil retrouve les éléments communs avec les figures 1 et 2 désignés par les mêmes repères. Le circuit formateur 9 (fig. 2) d'impulsions de durées diffé- rentes est ici remplacé par un circuit générateur 10 ne produisant plus que des impulsions de même durée, cette durée devant être au moins égale à la durée optimale pour la pile de plus basse tension dont peut être équipée la pièce d'horlogerie et un circuit de hachage d'impulsions 11 branché entre le circuit formateur d'im- pulsions 10 et le circuit de commande 5 du moteur. Le circuit de hachage 11, connu en soi, est relié à différentes sorties intermé- diaires du circuit diviseur de fréquence 2 et reçoit sur ses en- trées de commande 111 et 112 les signaux du circuit détecteur de tension 8. Le circuit de hachage produit, à partir des impulsions qu'il reçoit du circuit générateur 10, des trains d'impulsions plus courtes dont la fréquence peut être de l'ordre du kilohertz (par exemple 1024 Hz) et dont le rapport cyclique dépend du type de pile utilisé. Comme dans le cas du mode de réalisation de la figure 2, on peut se contenter d'un détecteur à deux seuils et prévoir la possibilité de trois rapports cycliques pour les trains d'impul- sions produits par le circuit de hachage 11 ou multiplier le nombre de seuils et le nombre de rapports cycliques correspondants si on désire obtenir un fonctionnement optimal de la pièce d'hor- logerie quelle que soit la tension de pile. -5 Dans tous les cas, le fonctionnement optimal est obtenu en choisissant un rapport cyclique sensiblement inversement propor- tionnel à la tension de la pile. Le plus grand de ces rapports cycliques peut être égal à un si la durée des impulsions fournies par le circuit formateur 10 correspond à la durée optimale pour la tension d'alimentation la plus faible. Il est facile de munir la pièce d'horlogerie selon l'inven- tion d'un dispositif permettant d'adapter l'énergie des impulsions motrices envoyées au moteur à sa charge instantanée. Il suffit pou- cela de prévoir un dispositif de détection de la charge et/ou de la rotation du moteur, relié soit au circuit formateur d'impul- sions 9 (fig. 2) soit au circuit de hachage Il (fig. 3) qui, cociportant alors des moyens pour combiner les informations four- -6- nies par le circuit détecteur de tension de la pile et le disposi- tif de détection de la charge ou de la rotation du moteur, fournit au circuit de commande 5 des impulsions ou des trains d'impulsions dont l'énergie est optimale compte tenu de la tension de la source d'alimentation et de la charge instantanée du moteur. On élargit alors la gamme des durées d'impulsions ou des rapports cycliques pour permettre cette adaptation supplémentaire à la charge du moteur quel que soit le type de pile utilisé, en tenant compte du fait que certaines valeurs de durée d'impulsions ou de rapport cyclique prévus pour un type de pile et une charge maximale du moteur peuvent convenir pour une pile de tension plus faible et une charge du moteur plus faible. Par ailleurs, il suffit de prévoir un seuil inférieur supplé- mentaire pour que le circuit détecteur de tension 8 constitue également un détecteur de fin de vie de pile. En effet, dès que la tension de la pile décroît et franchit le seuil du circuit de détection se trouvant immédiatement en dessous de la valeur norma- le de la tension de la pile, les signaux de sortie du circuit détecteur 8 sont modifiés. Il suffit donc de relier les sorties déjà prévues et une sortie supplémentaire correspondant au seuil inférieur ajouté à un circuit logique simple commandant un dispo- sitif d'alarme sonore ou visuel pour munir la pièce d'horlogerie d'un dispositif avertisseur de fin de vie de pile. De plus, pour la plupart des types de piles, le moteur conti- nue à être alimenté par une énergie suffisante, même pendant les. quelques jours qui suivent le début de la baisse de tension de la pile, la durée des impulsions ou le rapport cyclique pour les trains d'impulsions augmentant au fur et à mesure que la tension de la pile franchit des seuils de plus en plus bas du dispositif détecteur. L'invention n'est naturellement pas limitée aux exemples de réalisation qui ont été décrits. On peut, par exemple, maintenir sensiblement constante l'énergie des impulsions de commande en- voyées au moteur, quel que soit le type de la pile et éventuelle- ment adapter cette énergie à la charge du moteur en associant un circuit formateur d'impulsions de durées différentes et un circuit de hachage pour obtenir des trains d'impulsions de durées diffé- -7- rentes et de rapport cyclique variable. On peut également produire des trains d'impulsions de rapport cyclique constant mais modulées en amplitude et faire varier le taux de modulation en fonction de la tension de la pile. Par ailleurs, on peut prévoir d'autres moyens qu'un détecteur de tension pour identifier le type de pile dont est équipée la pièce d'horlogerie, par exemple, des dispositifs détectant la présence ou l'absence de moyens mécaniques d'adaptation dont l'utilisation serait rendue nécessaire du fait de différences formes ou de dimensions entre les différents types de pile. - 8- REVENDICATIONS 1. Pièce d'horlogerie électronique apte à être alimentée par différents types de piles correspondant à des tensions différen- tes, comportant un moteur pas-à-pas, un oscillateur pour produire un signal de fréquence standard, un diviseur de fréquence couplé audit oscillateur et un circuit d'entraînement du moteur couplé audit diviseur et fournissant de l'énergie audit moteur sous forme d'impulsions motrices, caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre des moyens de détection (8) pour déterminer le type de la pile (7) dont elle est équipée et que ledit circuit d'entraînement du moteur (3) comporte des moyens d'adaptation (9;10,11) commandés par lesdits moyens de détection (8), pour modifier lesdites impul- sions motrices de façon que leur énergie conserve sensiblement la même valeur quelle que soit la tension de la pile dont est équipée ladite pièce d'horlogerie. 2. Pièce d'horlogerie électronique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que lesdits moyens de détection (8) comportent un circuit détecteur de tension qui compare la tension de la pile (7) à au moins une valeur de référence. 3. Pièce d'horlogerie électronique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que lesdits moyens d'adaptation comportent des moyens formateurs d'impulsions (9) aptes à produire des impulsions de durées différentes prédéterminées, chaque durée d'impulsions étant associée à au moins un type de pile. 4. Pièce d'horlogerie électronique selon la revendication 2, caractérisée par le fait que chaque durée d'impulsion est sensi- blement inversement proportionnelle à la tension correspondant au type de pile auquel elle est associée. 5. Pièce d'horlogerie électronique selon la revendication 3 ou 4, caractérisée par le fait que lesdits moyens formateurs d'impulsions comportent plusieurs circuits générateurs d'impul- sions aptes à produire séparément des impulsions de durée détermi- née et pouvant être activés séparément par lesdits moyens de détection.- 6. Pièce d'horlogerie électronique selon la revendication 3 ou 4, caractérisée par le fait que lesdits moyens formateurs d'impulsions (9) comportent un circuit de combinaison d'impul- - g- sions. 7. Pièce d'horlogerie électronique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que lesdits moyens d'adaptation comportent un circuit générateur d'impulsions de durée constante (10) et un circuit (11) apte à produire à partir desdites impul- sions de durée constante des trains d'impulsions plus courtes de rapports cycliques différents prédéterminés, chaque rapport cycli- que étant associé à au moins un type de pile. 8. Pièce d'horlogerie électronique selon la revendication 7, caractérisée par le fait que chaque rapport cyclique est sensible- ment inversement proportionnel à la tension correspondant au type de pile auquel il est associé. 9. Pièce d'horlogerie électronique selon la revendication 2, caractérisée par le fait que ledit circuit détecteur de tension (8) compare la tension de la pile dont est équipée ladite pièce d'horlogerie à deux valeurs de référence, lesdites valeurs de référence définissant trois domaines de tensions de piles dans lesquels se situent respectivement les tensions des piles au mercure, à l'argent et au lithium. 10. Pièce d'horlogerie électronique selon la revendication 2, caractérisée par le fait que ledit circuit détecteur de tension (8) commande également des moyens indicateurs de fin de vie de pile.