Brevet FR2670060A1 — publié le 19920605

La présente invention concerne un dispositif d'entraînement pour un élément tournant qui est utilisé par exemple dans des pendules de cheminée comportant un élément décoratif tournant.5 Une pendule de cheminée comportant une décoration tournante est bien connue à titre de pendule de qualité qui présente l'intérêt d'offrir un meilleur effet décoratif Un élément décoratif tournant que l'on considère être un élé- ment important deteles pendules de cheminée, est générale- ment fixé à un axe de sortie vertical pour pouvoir tourner dans un plan horizontal Il existe divers mécanismes connus pour communiquer un mouvement de rotation alternatif à l'élément décoratif tournant. Un premier type de mécanisme classique est carac- térisé en ce qu'on utilise un moteur pouvant tourner dans une seule direction, pour faire tourner un élément décora- tif tournant par l'intermédiaire d'un train d'engrenages de réduction Pour communiquer un mouvement de rotation alter- natif à l'élément décoratif tournant, le train d'engrenages20 engrène avec un secteur denté, un bras est formé d'un seul tenant avec le secteur denté, et une paire d'ergots se trouve à l'intérieur de la plage de pivotement du bras, de façon que lorsque l'extrémité distale du bras heurte l'un ou l'autre des ergots, la réaction résultante inverse le25 sens de rotation de l'élément décoratif (voir par exemple le modèle d'utilité japonais ouvert à l'examen du public n' 59-62589 et la publication de modèle d'utilité japonais n' 63- 44787). Un second type de mécanisme classique est carac- térisé en ce qu'un élément décoratif tournant est mis en rotation avec un mouvement alternatif par l'application du principe d'un moteur à mouvement périodique d'une horloge à transistors, et un axe de sortie est supporté de façon à pouvoir tourner par l'intermédiaire d'un ressort spiral35 de façon que l'élément décoratif tournant se déplace en 2 douceur conformément à une sinusoïde grâce au ressort spiral, pour présenter ainsi un mouvement harmonieux (voir par exemple la publication de modèle d'utilité japonais N O 60-21821). 5 Dans le premier type de mécanisme classique dans lequel le sens de rotation du moteur est inversé par des moyens mécaniques, il est difficile de faire varier pro- gressivement la vitesse de rotation de l'axe tournant, et par conséquent le mouvement de l'élément décoratif tournant10 est heurté et non harmonieux. D'autre part, dans le second type de mécanisme classique dans lequel l'élément décoratif tournant est mis en rotation par l'intermédiaire du ressort spiral pour que son mouvement soit harmonieux, la constante de rappel du15 ressort spiral doit être déterminée en prenant en considé- ration la masse, l'angle de rotation et la période de rota- tion de l'élément décoratif tournant Ceci rend malcommode la conception et la fabrication du ressort spiral, condui- sant à une augmentation du coût des éléments constitutifs.20 En outre, du fait qu'un mécanisme à mouvement périodique constituant une source de mouvement est formé en associant en alternance des aimants permanents et des bobines avec des entrefers donnés, l'épaisseur globale du mécanisme est grande, ce qui est un obstacle à la conception de la pendu-25 le de cheminée comportant une décoration tournante Le but de la présente invention est de procurer un dispositif d'entraînement pour un élément tournant qui ait une faible épaisseur globale et un faible coût, et qui, sans utiliser un ressort spiral de coût considérable, puisse présenter un mouvement harmonieux comme si l'élément décoratif tournant accomplissait un mouvement de rotation alternatif au moyen du ressort spiral. Pour atteindre le but précédent, un dispositif d'entraînement pour un élément tournant conforme à la pré- sente invention comprend un moteur pas à pas qui peut 3 tourner dans les deux sens, pour entraîner avec un mouve- ment alternatif un élément décoratif tournant, un circuit de mémoire destiné à enregistrer une table de données sur la base de laquelle sont déterminées les conditions tempo- 5 relles de fonctionnement du moteur pas à pas, et un circuit de commande pour commander l'activation du moteur pas à pas sur la base des données qui sont enregistrées dans le cir- cuit de mémoire. La table de données est constituée par des va- leurs numériques représentatives de l'écartement mutuel des impulsions d'activation pour le moteur pas à pas, ces va- leurs étant fixées de façon que la vitesse de rotation de l'élément décoratif tournant varie conformément à une sinusoïde.15 Le circuit de commande lit les données qui sont enregistrées dans le circuit de mémoire pour fournir une instruction, et les conditions temporelles du fonctionnement du moteur pas à pas sont commandées conformément à l'instruction qui provient du circuit de commande Le20 moteur pas à pas effectue son action d'avance d'un pas sous l'effet d'une impulsion d'activation de rotation en sens normal qui est appliquée à l'instant de fonctionnement. Lorsque le nombre d'impulsions d'activation atteint une valeur prédéterminée correspondant à un demi-cycle d'une25 sinusoïde, le circuit de commande fournit une impulsion d'activation de rotation en sens inverse, pour inverser le sens de rotation du moteur pas à pas En fixant les valeurs numériques de façon que la vitesse de rotation de l'élément décoratif tournant varie conformément à la sinusoïde dans30 la table de données, la vitesse de rotation du moteur pas à pas varie progressivement, ce qui fait que le mouvement de rotation alternatif de l'élément décoratif tournant présen- te une variation de vitesse conforme à une sinusoïde. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, don- 4 nés à titre d'exemples non limitatifs La suite de la des- cription se réfère aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est un schéma explicatif montrant un élément décoratif tournant et son angle de rotation. La figure 2 est une représentation graphique montrant la relation entre l'angle de rotation et la vites- se angulaire de l'élément décoratif tournant. La figure 3 est une représentation graphique montrant la relation entre l'intervalle des impulsions d'activation et l'angle de rotation. La figure 4 est un diagramme séquentiel des impulsions d'activation. La figure 5 est un schéma synoptique d'un dispo- sitif d'entraînement. La figure 6 est un organigramme d'une opération de traitement. La figure 7 est une vue en plan et partiellement en coupe d'un mode de réalisation. La figure 8 est une coupe selon la ligne A-A de la figure 7. La figure 9 est une vue en perspective d'une roue de sortie différente. On décrira tout d'abord le principe de l'inven- tion. Conformément à l'invention, pour appliquer une variation de vitesse progressive à un axe de sortie, pour qu'un élément décoratif tournant subisse un mouvement de rotation alternatif, comme si cet élément était entraîné par l'intermédiaire d'un ressort spiral, on modifie les conditions temporelles du fonctionnement d'un moteur pas à pas prévu pour entraîner l'élément décoratif tournant, ou on fait en sorte que ces conditions simulent un tel mouve- ment de rotation alternatif On décrira les variations de vitesse de l'élément décoratif tournant en se référant à la35 figure 1. On suppose que sur la figure 1, la partie avant d'un élément décoratif tournant 5 se trouve à la position du point P Lorsque l'élément décoratif tournant 5 est entraîné, il tourne en sens d'horloge sur un angle +Gl, de 5 façon que la partie avant se déplace jusqu'au point Pl, après quoi il tourne en sens inverse d'horloge de façon que la partie avant retourne du point Pl jusqu'au point P, et il tourne en outre en sens inverse d'horloge sur un angle de -Gi, de façon que la partie avant se déplace du point P10 jusqu'au point P 2 De cette manière, l'élément décoratif tournant 5 subit le mouvement de rotation alternatif d'un cycle, de façon que la partie avant se déplace alternati- vement entre les points Pi, P et P 2, ou se déplace dans l'ordre P r-> Pl P 2 P, et ainsi de suite.15 L'angle de rotation G de l'élément décoratif tournant est représenté en fonction du temps par une sinu- solde telle que celle que l'on voit dans la partie (A) de la figure 2 La courbe en cosinus qui est représentée dans la partie (B) de la figure 2 montre la vitesse angulaire W20 de l'élément décoratif tournant en fonction du temps t. Ainsi, les deux variables précédentes s'expriment de la façon suivante: angle de rotation de l'élément décoratif: e = G max sin)t vitesse angulaire de l'élément décoratif:CO= W cost max en désignant par G a la valeur maximale de l'angle de rotation, et par omax la valeur maximale de la vitesse angulaire On peut donc atteindre l'objectif qui est de faire varier conformément à une sinusoïde la vitesse de l'élément décoratif tournant qui est entraînée par le30 moteur pas à pas, en faisant varier la vitesse du moteur pas à pas conformément à une courbe en cosinus de période donnée. On peut réaliser la commande de vitesse précé- dente en faisant en sorte que l'écartement inter-impulsions d des impulsions d'activation pour le moteur pas à pas soit 6 faible lorsque la vitesse angulaire çX) de l'élément décora- tif tournant doit être élevée, et en faisant en sorte que l'écartement inter-impulsions d soit grand lorsque la vitesse angulaire eu doit être faible (voir les figures 3 et5 4). Dans le premier mode de réalisation, pour satis- faire les conditions précédentes, on fait en sorte que l'écartement inter-impulsions d des impulsions d'activation pour le moteur pas à pas corresponde à l'inverse de la10 vitesse angulaire cu pour l'angle de rotation instantané e de l'élément décoratif tournant Lorsque la vitesse angu- laire W de l'élément décoratif tournant est représentée par une fonction cosinus (cos G), l'écartement inter-impulsions d des impulsions d'activation peut être représenté par une15 fonction sécante (sec G) Autrement dit, la relation entre ces grandeurs s'exprime sous la forme suivante d = a sec e = a / cos G dans laquelle a est une constante, différente de zéro. Lorsque l'angle de rotation Gi, correspondant au demi-cycle, de l'élément décoratif tournant qui est repré- senté sur la figure 1 est fixé à 900, l'élément décoratif tournant tourne en sens d'horloge sur un angle de 90 Q, et ensuite la partie avant retourne à sa position initiale et tourne en sens inverse d'horloge sur un angle de 900; par25 conséquent, un cycle produit un mouvement de rotation sur un angle total de 1800. L'angle de rotation total est divisé de façon égale -en 36 et les angles discrets résultants (espacés à des incréments de 5 ) sont utilisés pour attribuer des positions de mémoire morte d'un circuit de mémoire Les impulsions d'activation pour le moteur pas à pas sont géné- rées sur la base d'une table de données, représentées par le Tableau 1, dont chaque valeur numérique (données) repré- sente l'écartement inter-impulsions en millisecondes (ms).35 Dans le Tableau 1, lorsque la vitesse angulaire W de l'élé- ment décoratif tournant est égale à zéro ( 0), son angle de rotation G est égal à 90 ; par conséquent, la valeur de sec 90 devient égale à l'infini Il en résulte que la valeur de l'écartement inter-impulsions à l'adresse O devient aussi égale à l'infini Cependant, pour que le mouvement réel de l'élément décoratif tournant reste natu- rel, la valeur de l'écartement inter-impulsions à l'adresse 0 est fixée égale à environ deux fois la valeur à l'angle de rotation G = 85 , par commodité. Tableau 1 Table des conditions temporelles de sortie Adresse N de la Valeur enregistrée Angle de rotation position de (= 1000 sec G) G de l'élément mémoire morte décoratif tournant O 2345,6 -90 1 1147,4 -85 2 575,9 -80 3 386,4 -75 4 292,4 -70 5 236,6 -65 6 200,0 -60 7 174,3 -55 8 155,6 -50 9 141,4 -45 10 130,5 -40 11 122,1 -35 12 115,5 -30 13 110,3 -25 14 106,4 -20 15 103,5 -15 16 101,5 -10 17 100,4 50 18 100,0 O l l ,4 101,5 103,5 106,4 ,3 ,5 122,1 ,5 141,4 ,6 174,3 ,0 236,6 292,4 386,4 575, 9 1147,4 1 0 O o La figure 5 est un schéma synoptique montrant un dispositif d'entraînement qui met en oeuvre le principe précédent La table de données qui est représentée par le Tableau 1 est enregistrée dans un circuit de mémoire 1 (par exemple une mémoire morte) Ce circuit de mémoire 1 est connecté à un circuit de commande 2 (par exemple une unité centrale de traitement) Ce circuit de commande 2 désigne l'adresse N relative au circuit de mémoire 1, de façon que la valeur numérique représentative de l'écartement inter- impulsions qui est enregistrée dans la position correspon- dant à l'adresse désignée N, soit lue et présentée en sortie sur un bus de données Le circuit de commande 2 est en outre connecté à un circuit d'horloge 2 a, pour convertir l'écartement inter-impulsions en un paramètre temporel, et à un circuit de commutation 2 b pour commander le sens de rotation d'un élément décoratif tournant 5 Le circuit de commande 2 fournit deux signaux de sortie: l'un pour la rotation en sens normal 01, et l'autre pour la rotation en 9 sens inverse 02, et ces signaux de sortie sont appliqués à un circuit d'attaque de moteur 3 qui comporte des amplifi- cateurs-séparateurs de sortie séparés Conformément à l'écartement inter-impulsions qui est fourni par le cir- 5 cuit de commande 2, le circuit d'attaque de moteur 3 appli- que un signal sous forme d'impulsions à un moteur pas à pas 4 L'arbre de sortie du moteur pas à pas 4 entraîne l'élé- ment décoratif tournant 5 par l'intermédiaire d'un train d'engrenages, comme décrit ci-après.10 On va maintenant décrire le fonctionnement de l'invention en se référant à l'organigramme de la figure 6. Après la mise sous tension, le circuit de comman- de 2 fixe à zéro l'adresse N pour le circuit de mémoire 1 (étape 31 sur la figure 6), de façon que le circuit d'atta- que de moteur 3 fournisse l'impulsion de rotation en sens normal (étape 32); il en résulte que le moteur pas à pas 4 accomplit son action d'avance d'un pas correspondant à une impulsion Ensuite, le circuit de commande 2 lit un inter- valle de temps de repos pour les impulsions d'activation,20 dans la table de données, et il n'effectue aucune action pendant l'intervalle de temps de repos (étape 33) Le comp- teur du circuit de commande 2 compte continuellement le nombre d'impulsions d'activation qui sont fournies, et le circuit de commande 2 détermine si le nombre d'impulsions25 d'activation qui sont fournies a atteint un nombre d'impul- sions d'activation prédéterminé, correspondant à un demi- cycle d'une sinusoïde (étape 34) Avant que le nombre pré- déterminé ne soit atteint, la quantité un ( 1) est addition- née chaque fois à l'adresse N (étape 35), et l'impulsion de30 rotation en sens normal est fournie à nouveau, de façon que le moteur pas à pas 4 accomplisse à nouveau son action d'avance d'un pas Du fait que le moteur pas à pas 4 accom- plit son action d'avance d'un pas après l'écoulement de l'intervalle de temps de repos qui est défini à chaque35 adresse, la variation de la vitesse de rotation du moteur pas à pas est régulée conformément à chaque valeur numéri- que qui est conservée dans la table de données Après que l'action d'avance pas à pas du moteur pas à pas 4 a été accomplie successivement, lorsque le nombre d'impulsions 5 d'activation qui sont fournies atteint le nombre prédéter- miné correspondant au demi-cycle de la sinusoïde, c'est-à- dire lorsque l'impulsion de rotation en sens normal est fournie dans la condition dans laquelle l'adresse N est égale à 35, l'adresse N est fixée à nouveau à zéro (étape 36); dans ce cas, le circuit de sortie du circuit de com- mande 2 est commuté, de façon qu'une impulsion de rotation en sens inverse soit fournie (étape 37), ce qui fait tour- ner le moteur pas à pas en sens inverse Ensuite, de façon similaire au cas de la rotation en sens normal, l'interval-15 le de temps de repos de l'impulsion d'activation est lu, aucune action n'a lieu pendant l'intervalle de temps de repos (étape 38), et l'adresse N est incrémentée (étape 40) jusqu'à ce que le nombre d'impulsions d'activation qui sont fournies atteigne le nombre prédéterminé correspondant au20 demi-cycle de la sinusoïde (étape 39) Lorsque le nombre prédéterminé est atteint, c'est-à-dire lorsque l'adresse N atteint 35, la commande retourne à l'opération initiale (étape 31), de façon que la procédure de fonctionnement précédente soit répétée, pour que l'élément décoratif tournant 5 subisse un mouvement de rotation alternatif. L'écartement inter-impulsions d des impulsions d'activation peut être défini par l'expression suivante d =( max dmin)/2 x cos (G x e /3600) + (d + d)/2 ( 2) max min dans laquelle d Max est la valeur maximale de l'écartement interimpulsions, dmin est la valeur minimale de l'écarte- ment inter-impulsions, ces valeurs étant respectivement fixées à 2000 ms et 350 ms, et G est la valeur maximale max il de l'angle de rotation qui correspond à Gl sur la figure 1. Lorsque l'angle de rotation Gl, correspondant au-demi- cycle, de l'élément décoratif tournant de la figure 1 est fixé à 2700, l'élément décoratif tournant tourne en sens 5 d'horloge sur un angle de 2700, et après être retourné à la position initiale, l'élément décoratif tournant tourne en sens inverse d'horloge sur un angle de 270 , ce qui fait que l'élément décoratif tournant tourne sur un angle total de 540 en un cycle En déterminant les valeurs de dm10 dmin et 9 max dans les conditions suivantes, et en les substituant dans la relation ( 2), celle-ci devient: d = 825 x cos ( 1,5 x G) + 1175 ( 3) Pour obtenir l'écartement inter-impulsions d des impulsions d'activation en utilisant la relation ( 3), de façon similaire au premier mode de réalisation, on divise en 36, de façon égale, l'angle de rotation de l'élément décoratif tournant, et on utilise les angles individuels résultants (correspondant à des incréments de 15 ) pour attribuer des positions de mémoire morte du circuit de20 mémoire Les impulsions d'activation pour le moteur pas à pas sont générées sur la base d'une table de données qui est représentée par le Tableau 2, dont chaque valeur numé- rique représente l'écartement inter-impulsions exprimé en millisecondes (ms). Tableau 2 Table des conditions temporelles de sortie Adresse N de la Valeur enregistrée Angle de rotation position de (données) G de l'élément mémoire morte décoratif tournant i 1 1578,4 1937,2 2000,0 1937,2 1758,4 1490,7 1175,0 859,3 591,6 412,8 350,0 412,8 591,6 859,3 1175,0 1590,7 1758,4 1937,2 2000,0 1937,2 1758,4 1490,7 1175,0 859,3 591,6 412,8 350,0 412,8 -270 -255 -240 -225 -210 -195 -180 -165 -150 -135 -120 -105 0 o 28 591,6 1500 29 859,3 165 1175,0 180 31 1490,7 1950 32 1758,4 2100 33 1937,2 2250 34 2000,0 2400 1937,2 255 Lorsqu'on désire mettre en oeuvre l'invention en utilisant la table de données qui est représentée par le Tableau 1, on génère des impulsions conformément à la pro- cédure de l'organigramme précédent (figure 6). Comme décrit ci-dessus, l'écartement inter-impul- sions des impulsions d'activation pour le moteur pas à pas est donné sous la forme d'une valeur numérique qui est fixée d'une manière telle que la vitesse de rotation de l'élément décoratif tournant varie conformément à une sinusoïde; par conséquent, dans ce mode de réalisation, la vitesse de rotation de l'élément décoratif tournant 5 varie20 conformément à la sinusoïde, ce qui fait que l'élément décoratif tournant présente un mouvement progressif, comme s'il était entraîné par l'intermédiaire du ressort spiral, de façon à subir une rotation alternative. Du fait que l'angle de rotation G ou la période de rotation de l'élément décoratif tournant 5 est déterminé par la table de données, on peut aisément obtenir n'importe quel mouvement de rotation désiré en écrivant des données appropriées dans le circuit de mémoire 1. Il n'est donc pas nécessaire de prendre en con- sidération la masse et la période de rotation de l'élément décoratif tournant, qui devaient être prises en considéra- tion dans la conception du ressort spiral. On va maintenant décrire un mode de réalisation 14 du dispositif d'entraînement pour l'élément tournant con- forme à l'invention. Comme le montrent les figures 7 et 8, un boîtier 6 est constitué par des boîtiers inférieur et supérieur 6 a et 6 b, et le moteur pas à pas 4 est disposé dans une posi- tion verticale avec son rotor 4 a supporté dans le boîtier inférieur 6 a Le moteur pas à pas 4 comprend deux stators 4 b et 4 c et une bobine d'entraînement 4 d qui est enroulée autour des stators Une partie supérieure du rotor 4 a porte un pignon de rotor 4 e pouvant tourner en étant solidaire du rotor, et ce pignon de rotor 4 e, en association avec une roue dentée d'entraînement 7, un pignon d'entraînement 7 a formé en une seule pièce avec la roue dentée d'entraînement 7, un axe de sortie 8 et une roue dentée de sortie 7 qui peut tourner en étant solidaire de l'axe de sortie 8, for- ment un train d'engrenages qui est destiné à transmettre à l'élément décoratif tournant 5 un couple produisant une rotation alternative. Une carte de circuit imprimé 10 est placée dans une autre section à l'intérieur du boîtier 6, et cette carte porte le circuit de mémoire 1, le circuit de commande 2, le circuit d'attaque de moteur 3 et d'autres éléments de circuit, et elle est connectée au moteur pas à pas 4 par l'intermédiaire de fils de connexion 11.25 L'axe de sortie 8 est supporté de façon tournante à son extrémité inférieure par le boîtier inférieur 6 a, et dans sa partie supérieure par le boîtier supérieur 6 b, par l'intermédiaire d'une douille 12, et l'extrémité supérieure de l'axe de sortie 8 fait saillie vers le haut à partir du30 boîtier 6 L'élément décoratif tournant 5 est fixé à l'extrémité supérieure de l'axe de sortie 8 pour tourner avec ce dernier. La figure 9 montre une roue dentée de sortie 109 ayant une certaine élasticité, que l'on peut utiliser à la place de la roue dentée de sortie du mode de réalisation précédent Cette roue dentée de sortie 109 est constituée de façon qu'une partie dentée 109 a qui engrène avec le pignon d'entraînement 7 a, et un bossage 109 b qui est ajusté sur l'axe de sortie 8 et est accouplé à ce dernier, soient reliés ensemble par trois branches courbes, longues et élastiques, 109 c Par conséquent, lorsque le mouvement de rotation intermittent du moteur pas à pas 4, qui est pro- duit par chaque impulsion d'activation, est transmis à la partie dentée 109 a, ce mouvement intermittent est amorti10 par les branches élastiques 109 c, ce qui introduit une variation de vitesse progressive dans le mouvement de rota- tion de l'élément décoratif tournant 5. Comme décrit ci-dessus, la présente invention utilise le circuit de mémoire dans lequel est enregistrée la table de données pour la commande des conditions tempo- relles de fonctionnement de l'élément décoratif tournant, et le circuit de commande qui est destiné à commander le moteur pas à pas sur la base de la table de données; par conséquent, le mouvement de rotation alternatif de l'élé-20 ment décoratif tournant peut être fixé de la manière dési- rée, ce qui donne un mouvement harmonieux à l'élément décoratif tournant En outre, l'invention permet de commu- niquer à l'élément décoratif tournant une rotation alterna- tive dont la vitesse varie conformément à une sinusoîde,25 sans utiliser le système d'entraînement de type périodique classique qui nécessaire un ressort spiral, et qui est difficile à mettre en oeuvre et utilise des composants ayant un coût élevé, ce qui fait que l'invention permet de réaliser de façon économique des produits (par exemple des30 pendules) comportant une décoration tournante. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'entraînement pour un élément tournant, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur pas à pas qui peut tourner dans les deux sens pour entraîner de 5 façon alternative un élément tournant, un circuit de mémoi- re qui est destiné à enregistrer une table de données sur la base de laquelle sont déterminées les conditions tempo- relles du fonctionnement du moteur pas à pas, et un circuit de commande pour commander l'activation du moteur pas à pas10 sur la base des données qui sont enregistrées dans le cir- cuit de mémoire. 2 Dispositif d'entraînement pour un élément tournant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la table de données est constituée par des valeurs numériques15 représentatives de l'écartement inter-impulsions d'impul- sions d'activation pour le moteur pas à pas, qui sont fixées de façon que la vitesse de rotation de l'élément tournant varie conformément à une sinusoîde. 3 Dispositif d'entraînement pour un élément tournant selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'écartement inter-impulsions est représenté par une fonc- tion sécante de l'angle de rotation de l'élément tournant.