Brevet FR2763404A1 — publié le 19981120

MECANISME D'HORLOGERIE A ENTRAINEMENT ROTATIF ET REGULATION DE VITESSE La présente invention a pour objet un mécanisme d'horlogerie dont les particularités résident essentiellement dans les moyens qu'il comporte pour assurer une régulation de vitesse en agissant sur le mouvement qui entraîne l'indicateur de temps. Dans le domaine de l'horlogerie, on sait que les pendules et montres à bon marché font désormais appel à un pilotage par quartz. Cette technique a l'avantage d'une grande précision en fréquence d'oscillation du quartz, qui permet de fournir des indications horaires avec une grande exactitude restant constante dans le temps. Elle a par contre pour inconvénient notable de consommer de l'énergie électrique, nécessaire à l'excitation du quartz, ce qui fait que toute horloge autonome, de type pendule ou montre portative, implique une source d'énergie électrique sous forme de piles ou batteries que l'on doit remplacer quand elles sont déchargées. La technique de ces mouvements à quartz, dits électriques ou électroniques, n'a donc pas totalement détrôné les mécanismes d'horlogerie plus traditionnels à mouvements exclusivement mécaniques, dont le fonctionnement a été de mieux en mieux maltrisé au fil des âges. Et nombreux sont encore ceux qui préfèrent disposer de mécanismes qu'ils savent remonter à la main pour relancer leur motorisation chaque fois qu'il est besoin. Cette remarque s'applique notamment aux montres et aux pendulettes, réveils ou autres horloges de voyage, dans lesquels le remontage manuel consiste à réarmer un ressort spiral qui assure la motorisation d'un ensemble de transmission de mouvement rotatif entraînant les aiguilles indicatrices de temps par l'inte- médiaire d'un train d'engrenages. La même remarque s'applique d'ailleurs aussi bien aux montres-bracelets qui se remontent automatiquement par les mouvements du poignet dans les conditions normales d'utilisation, car il existe toujours des situations où un remontage manuel complémentaire est nécessaire. Toutefois, quand on souhaite bénéficier de ces avantages avec, en plus, des indications horaires exactes, n'impliquant ni avance ni retard, il est nécessaire de payer le prix fort, ce dernier augmentant avec le nombre de rubis que comporte le mécanisme mécanique. I1 s'agit là d'un inconvénient primordial que l'invention vise à pallier. De manière classique, les mouvements d'horlogerie de type mécanique comportent un système à balancier, ancre et roue d'ancre, dont le rôle est de régulariser la vitesse d' entraînement rotatif transmise à partir d'une roue d'entralnement, dite dans ce cas roue de balancier, qui est soumise à l'action d'un ressort spiral en cours de détente. Ce système alourdit considérablement le coùt du mécanisme, par suite notamment des exigences de construction particulièrement sévères que l'on rencontre au niveau des levées entre ancre et balancier. La présente invention vise donc, entre autres, à éviter tout recours à un tel système. Grâce à un mode de régulation de vitesse radicalement différent, elle vise aussi à permettre la fabrication de montres mécaniques à bon marché, capables d'une haute précision proche de celles des montres à quartz sans en présenter les inconvénients. En particulier, l'utilisateur sera assuré d'une durabilité bien supérieure et l'écologie n'aura plus à craindre la pollution par les piles électriques jetables. Pour atteindre les objectifs qu'elle s'est fixés, l'invention propose un mécanisme d'horlogerie à motorisation mécanique et régulation de vitesse par action sur un train d'engrenages pour la transmission de mouvement entre une roue d'entraînement sollicitée en rotation et des moyens indicateurs de temps, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de couplage magnétique entre ledit train d'engrenages et un dispositif générateur de champ magnétique à deux aimants permanents, par un rotor en matériau magnétiquement perméable qui fait partie dudit train d'engrenages et qui est monté mobile en rotation dans l'entrefer entre lesdits aimants. Dans les formes d'application préférées de l'invention, la roue d'entraînement du mécanisme est sollicitée en rotation continue par un ressort spiral en cours de détente qui est réarmable manuellement en remontage du mécanisme. D'autre part, les moyens indicateurs du temps sont avantageusement constitués, comme il est en soi classique, par des aiguilles en déplacement sur un cadran horaire. On y trouve au moins une aiguille des heures et une aiguille des minutes, plus éventuellement une aiguille des secondes, ou trotteuse. Conformément à l'invention, ledit rotor est fait de préférence d'un disque en matériau inductif tournant autour de son axe, ce dernier étant matérialisé par un arbre qui lui est commun avec un pignon du train d'engrenages, qui est de préférence situé en queue de l'ensemble de transmission, là où le mouvement de rotation est déjà fortement multiplié. Quant aux aimants, ils sont avantageusement constitués de disques à aimantation permanente qui sont disposés centrés sur le même axe que le rotor et qui présentent le même diamètre et le même contour circulaire que ce dernier. Quand le mécanisme d'horlogerie ainsi conçu est en fonctionnement, le mouvement transmis depuis la roue d'entraînement fait tourner le rotor en matériau magné tiquement perméable dans le champ magnétique permanent, et il est de ce fait parcouru par des courants induits de Foucault qui font apparaître sur son axe un couple de rotation antagoniste à celui du mouvement qui lui est transmis par le train d'engrenages. Il en résulte une régulation automatique de la vitesse de rotation, qui se répercute sur les moyens indicateurs de temps. En effet, le mouvement se trouve d'autant plus accéléré ou ralenti que la motorisation tend à imposer une diminution ou une augmentation de la vitesse sur la roue d'entraînement. Il est à remarquer que le mouvement de rotation est continu, ce qui fait par exemple que pour une montre à trois aiguilles indicatrices du temps, l'aiguille des secondes se déplace de manière régulièrement continue, contrairement à ce qui se passe dans les montres mécaniques classiques, où l'on peut observer les sauts de la trotteuse dus aux basculements de l'ancre. Dans tous les cas, une fois correctement réglée à la vitesse nominale appropriée, la montre n'a plus tendance à avancer ou retarder au cours des variations de la force d'entraînement du mécanisme, comme elle le ferait dans une montre classique au fur et à mesure que le ressort d'entraînement se détend. Suivant une caractéristique secondaire de l'invention, le rotor et les aimants du dispositif de couplage magnétique sont enfermés dans un carter d'isolation magnétique. Celui-ci, réalisé en tout matériau amagnétique connu, a pour rôle, quand la montre est en fonctionnement, de former une cage de Faraday protectrice vis-à-vis des perturbations qui pourraient être provoquées par l'influence de l'environnement. D'autres caractéristiques avantageuses de l'invention concernent le réglage de la vitesse dite ici nominale en mettant à profit le même dispositif de couplage magnétique. Ainsi, il suffit de modifier l'écartement entre les deux aimants encadrant le rotor pour faire varier la distance d'entrefer, et par là, l'importance du couple antagoniste engendré par la rotation du rotor. A cet effet, l'invention propose que l'un de ces aimants soit monté mobile le long de l'axe du rotor. La commande de ses déplacements peut avantageusement s'effectuer au moyen d'une raquette qui est montée vissable dans une pièce fixe du dispositif et dans laquelle est enchâssé l'aimant mobile. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, ladite pièce fixe appartient à un boîtier enfermant les organes à effet magnétique, et pour permettre sa manipulation, la raquette comporte un manche de commande dépassant du boîtier à travers un évidement de sa paroi. La suite de la présente description, exposée à titre non limitatif, concerne une forme particulière de réalisation concrète de l'invention, néanmoins préférée, qui est représentée sur les figures des dessins ci-annexés, dans lesquelles - la figure 1 illustre schématiquement l'implantation du dispositif de couplage magnétique dans une montre portative - la figure 2 montre les moyens spécifiques de l'invention dans une vue en section partielle perpendiculairement à l'axe du rotor - et la figure 3 représente le dispositif vu en coupe longitudinale selon III-III de la figure 4 et montre le plan II-II de la vue en coupe de la figure 2. Les figures montrent donc, conformément à l'invention, un mécanisme d'horlogerie dont on n'a fait apparaître sur la figure 1 qu'une partie des organes en euxmêmes classiques, à savoir un train d'engrenages 1, constitué d'une série de pignons et roues dentées, qui assure la transmission d'un mouvement rotatif qui lui est communiqué à partie d'une roue 2 d'entraînement du mécanisme. Cette roue est sollicitée en rotation continue par un ressort spiral 3 au moyen duquel s'effectue manuellement le remontage de la montre. La même figure 1 montre schématiquement deux platines 4 et 5 qui supportent les axes rotatifs des différents pignons ou roues dentées. Sur la platine inférieure 4 est monté un carter fixe 10, en matériau amagnétique, qui enferme les organes à effet magnétique représentés sur les figures 2 et 3. On en voit dépasser le manche 33 d'une raquette de réglage de la vitesse nominale du mécanisme qui sera décrite plus loin. On voit sur la figure 3 que le carter 10 est constitué de deux parties principales, formant un fond 21 et un couvercle 22 fixés ensemble par des vis 23, le fond 21 étant lui-même fixé par vis sur la platine inférieure 4. Entre les deux se situe une bague intermédiaire 24, de forme annulaire et filetée intérieurement. Cette bague se prolonge par une plaque 25, qui vient localement jusqu'au centre de la paroi cylindrique du boîtier. Elle comporte là un palier supérieur 26, qui coopère avec un palier inférieur 27, aménagé dans le fond 21 du boîtier, pour supporter un arbre rotatif 15 monté suivant l'axe du dispositif. Conformément à l'invention, cet arbre 15 matérialise l'axe d'un rotor 11, qui est monté mobile en rotation sur lui-même entre deux aimants 12 et 13. Les deux aimants sont eux fixes en rotation. Ils sont réalisés en un matériau à aimantation permanente sous la forme de deux disques plans identiques, de contour circulaire. Ils sont centrés sur l'axe de l'arbre 15 et écartés l'un de l'autre le long de cet axe d'un intervalle suffisant pour recevoir le rotor 11. Ils forment donc les pôles Nord et Sud d'un générateur de champ magnétique et ils encadrent le rotor dans l'entrefer 14 qu'ils définissent entre eux. Le rotor 11 est réalisé en un matériau magnétiquement perméable. Il a, du moins en sa partie centrale pleine, la même forme de disque plan que les aimants, avec le même diamètre centré sur l'axe de symétrie de l'ensemble et le même contour circulaire. On voit toutefois sur les figures 2 et 3, que sa périphérie est munie en outre d'ailettes 16 réparties tout autour, qui sont là pour assurer son refroidissement en fonctionnement, en évacuant la chaleur dégagée par les phénomènes d'induction magnétique dans une chambre creuse 17 ménagée à l'intérieur du carter. D'autre part, le rotor 11, avec son arbre 15, fait partie du train d'engrenages 1, par le fait que le même arbre 15 se prolonge à travers le boîtier (plus exactement son couvercle 22) pour porter un pignon 6 engrenant avec une roue dentée 7 de l'ensemble. Le pignon 6 est ici le dernier de la série du train d'engrenages qui est entraîné à partir de la roue 2. C'est donc sur l'arbre 15 que pourra également être montée l'aiguille des secondes d'un indicateur de temps à trois aiguilles. On a ainsi montré, dans le cadre de l'exemple préféré de réalisation concrète décrit et représenté, comment se réalise l'effet de couplage magnétique suivant l'invention, entre le rotor 10 et l'ensemble de transmission de mouvement constitué par le train d'engrenages 11, qui assure automatiquement la régulation de vitesse. Tout au cours de la détente progressive du ressort 3 entre deux réarmements, ou quand éventuellement la force de celui-ci subit des influences extérieures intempestives, la vitesse de rotation inculquée par la roue d'entraînement 2 est affectée d'un facteur ralentisseur ou accélérateur du aux courants induits prenant naissance dans le rotor, de sorte que la vitesse réelle se trouve constamment maintenue égale à sa valeur nominale moyenne. C'est plus particulièrement la figure 3 qui illustre les moyens de réglage de la vitesse nominale, qui interviennent plus rarement et passent par une commande manuelle. Ils sont destinés à être utilisés, en particulier, lors du montage définitif de la montre pour livraison à un acheteur, mais aussi quand, après une longue période d'usage, les aimants auront quelque peu diminué de puissance. Principalement, on y voit une raquette 31, comportant un corps central 32 en forme de douille et un manche de commande 33. Une large échancrure 34 facilite le montage de la raquette, dont le corps 32 doit en effet venir se placer centré sur l'axe de l'arbre 15. Le manche 33, quant à lui, permet de manipuler la raquette de l'extérieur du boîtier 10, car il traverse sa paroi cylindrique dans un évidement 35 (figure 2) que celle-ci comporte dans la masse du couvercle 22 et qui nettement plus large que lui. Par cette raquette 31, l'aimant supérieur 12 est rendu mobile en déplacement le long de l'axe du dispositif de couplage magnétique pour faire varier la distance d'entrefer entre les aimants. En effet, cet aimant 12 est enchâssé en partie basse du corps 32, qui est lui-même pourvu d'un filetage extérieur coopérant avec le filetage interne de la bague 24. De la sorte, une action sur le manche 33 pour faire légèrement tourner la raquette autour de l'arbre 15 (flèches de la figure 2), en la vissant ou dévissant dans la bague 24 dans les limites autorisées par l'ouverture de l'évidement 35, provoque un déplacement correspondant de l'aimant 12 en montée ou descente suivant l'axe longitudinal du dispositif. L'aimant inférieur 13 est au contraire fixe dans le sens longitudinal. Toutefois, il est réglable dans son positionnement latéral. Dans ce but, il est supporté guidé par glissières sur le fond 21 du carter, mais coincé entre quatre vis micrométriques 36 dont les têtes sont accessibles en périphérie du carter. Cette disposition permet, par des essais opérés à la construction de la montre, de parfaire le montage de l'aimant fixe 13 pour qu'il se place centré sur l'axe du dispositif en étroite concordance avec l'aimant mobile 12, dont le centrage est assuré sur l'arbre du rotor 11 par l'intermédiaire de la liaison filetée entre la raquette et la bague 24 supportant le palier 26 (au niveau de la plaque de prolongement 25). Pour des raisons d'ordre mécanique, les quatre vis micrométriques 36, disposées transversalement par rapport à l'axe, sont situées radialement à 45 degrés des vis 23 de montage du carter, en admettant que celles-ci sont au nombre de quatre et réparties à intervalles angulaires égaux. Enfin, les figures font apparaître divers détails, qui toutefois ne sont pas plus limitatifs de la portée du brevet que les précédents. On y remarque en particulier que le corps central 32 de la raquette passe autour de la plaque 25 qui porte le palier supérieur associé à l'arbre 15. Par ailleurs, dans les cas où la latitude de réglage offerte par une évidement 35 d'ouverture angulaire proche de 90 degrés comme illustré apparaîtrait insuffisante au constructeur, il sera aisé de l'élargir, par exemple jusqu'à 180 degrés. Afin de ne pas nuire pour autant à la solidité du montage, on pourra alors augmenter le nombre de vis 23 dans la partie non évidée du carter, et dans la partie évidée utiliser à la place des vis reliant rigidement la bague 24 au fond 21 du carter sans aller jusqu'au couvercle 22. REVENDICATIONS 1) Mécanisme d'horlogerie à motorisation mécanique et régulation de vitesse par action sur un train d'engrenages (1) pour la transmission de mouvement entre une roue d'entraînement (2) sollicitée en rotation et des moyens indicateurs de temps, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de couplage magnétique entre ledit train d'engrenages et un dispositif générateur de champ magnétique à deux aimants permanents (12, 13), par un rotor (11) en matériau magnétiquement perméable qui fait partie dudit train d'engrenages (1) et qui est monté mobile en rotation dans l'entrefer (14) entre lesdits aimants. 2) Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite roue d'entraînement (2) est sollicitée en rotation continue par un ressort spiral (3) en cours de détente qui est réarmable manuellement en remontage du mécanisme. 3) Mécanisme selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit rotor (11) est fait d'un disque en matériau inductif tournant autour de son axe, ce dernier étant matérialisé par un arbre (15) qui lui est commun avec un pignon (7) du train d'engrenages (1). Mécanisme suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit rotor (11) est situé en queue de l'ensemble de transmission, là où le mouvement de rotation est déjà fortement multiplié. 5) Mécanisme suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit rotor (11) et lesdits aimants (12,13) sont enfermés dans un carter d'isolation magnétique (10). 6) Mécanisme suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'un (12) au moins desdits aimants est monté mobile le long de l'axe du rotor (11), pour faire varier la distance d'entrefer entre les deux aimants (12, 13) et assurer ainsi le réglage d'une vitesse nominale du train d'engrenages (1). 7) Mécanisme suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ledit aimant mobile (12) est enchâssé dans une raquette (31) de commande de ses déplacements qui est montée vissable autour de l'axe du rotor (10) dans une pièce fixe (24) du dispositif. 8) Mécanisme suivant la revendication 7, caractérisé en ce que ladite pièce fixe (24) appartient à un boîtier (10) enfermant le rotor (11) et les aimants (12, 13), et en ce que, pour permettre sa manipulation, ladite raquette comporte un manche de commande (33) dépassant du boîtier (10) à travers un évidement (35) de sa paroi. 9) Mécanisme suivant l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'autre (13) desdits aimants étant monté fixe dans un carter (10) de protection du dispositif de couplage magnétique, il lui est associé des moyens de réglage de son centrage sur l'axe du rotor (11) en correspondance avec ledit aimant mobile (12). lo) Mécanisme suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits aimants (12, 13) sont en forme de disques plans de même diamètre et de même contour circulaire que le rotor (11). 11) Mécanisme suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le rotor comporte des ailettes de refroidissement (16) réparties en périphérie d'une partie centrale pleine présentant ledit contour circulaire.