Appareil horaire muni d'un dispositif de synchronisation facultative. La présente demande de brevet concerne le type d'appareils horaires capable de mar cher par ses propres moyens et qui comporte un balancier à la fois à marche autonome et synchronisé par des impulsions périodiques mécaniques, magnétiques ou électromagnéti ques.
On connaît. déjà divers appareils de ce genre dans lesquels la période des impulsions synchronisantes est. en rapport. avec la pé riode à imposer aux oscillations du balancier. Le rythme synchronisant dépend soit d'une autre horloge éloignée, soit. d'un courant alter natif dont. la fréquence moyenne est mainte nue constante. En particulier, on a déjà pro posé de régulariser la marche des mouvements à balanciers (mouvements utilisés dans les hor loges et dans divers appareils comme les com mutateurs horaires), au moyen du courant alternatif fourni par les réseaux de distribu tion d'énergie.
Dans un premier dispositif connu, on munit le régulateur oscillant (balancier associé à un spiral, pendule de gravité) d'une pièce de fer doux on d'acier aimanté, sur laquelle agissent des pièces polaires en fer doux excitées par le courant synchronisant. Ce dispositif ne per met pas d'obtenir une marche autonome satis faisante lorsque la synchronisation est inter rompue, car il subsiste des attractions magné tiques instables entre les pièces ferromagnéti ques et mobiles qui troublent beaucoup l'iso chronisme du régulateur. Le dispositif consi- déré est difficilement applicable à une catégo rie de petits balanciers circulaires pivotés, car les organes moteurs à ajouter alourdissent le régulateur et les aimantations variables ont des effets très perturbateurs sur la période propre.
De plus, les forces d'attraction peu vent amener des usures anormales des pivo- tages délicats utilisés dans les mécanismes ho raires usuels. Enfin, les procédés connus de synchronisation ne sont. pas efficaces lorsque les écarts entre les périodes propres et syn- ehronisantes sont relativement importants. Or, de tels écarts peuvent provenir soit du déré- glage de la cadence propre du régulateur oscil lant, soit d'une forte variation momentanée de la fréquence synchronisante (celle-ci n'étant maintenue constante qu'en moyenne).
Dans un autre dispositif du genre consi déré, un moteur synchrone multipolaire ou un axe rotatif commandé par une démultiplication mécanique, exerce des impulsions synchroni- santes sur le balancier; par exemple, il déforme périodiquement le ressort spiral principal ou un ressort spiral auxiliaire associé au balancier. Dans ce cas, on ne peut obtenir une marche autonome très exacte en cas d'interruption accidentelle du courant synchronisant, car le moteur et le mécanisme d'impulsion s'arrêtent. dans des positions variées, de sorte que la dé formation irrégulière du spiral synchronisant amène de fortes variations de la marche auto nome.
Un inconvénient analogue a lieu lorsque la synchronisation est opérée par l'action ma- gnétique d'un aimant entraîné par le moteur synchrone ou par un courant périodique lancé dans un circuit qui peut rester ouvert ou fermé selon la position d'arrêt du moteur syn chronisant.
Après ,de nombreux essais infructueux, le demandeur est arrivé à cette conclusion que, pour être avantageuses, les horloges synchro nisées, et plus particulièrement les horloges synchronisées par les réseaux de distribution d'énergie, doivent répondre à l'ensemble des desiderata suivants: cc) le régime synchrone doit être très stable et se maintenir même lorsque l'écart entre les périodes propres et synchronisantes est important (deux pour cent, par exemple) ; b) le dispositif synchronisant doit appor ter de l'énergie au balancier afin d'augmenter la sécurité de la marche; il est même préfé rable qu'il puisse entretenir à lui seul les oscillations du balancier de l'appareil horaire lorsque les organes moteurs de marche auto nome ou de réserve de marche sont défaillants;
c) en cas d'interruption accidentelle de l'action synchronisante, il faut que l'appareil horaire puisse fonctionner avec toute la préci sion propre dont il est capable, soit automati quement, soit après une intervention manuelle simple (cette qualité n'est pas obtenue avec les procédés anciens, car ces procédés condui sent à dérégler systématiquement la marche autonome dans le but d'accroître la stabilité du régime synchrone); d) en cas de reprise de l'action synchro nisante, les variations de déphasage entre le mouvement du balancier et les impulsions cor rigeant l'oscillation ne doivent pas créer de perturbations telles que réductions excessives de l'amplitude, battements d'amplitude, arrêts, régimes transitoires par trop prolongés, etc.;
e) il doit être possible d'interrompre volon tairement la synchronisation par des maneeu- vres simples et d'obtenir que, dans ce cas, l'appareil horaire fonctionne avec autant d'exactitude que s'il n'avait pas été muni préalablement d'organes synchronisants.
Cette dernière qualité est d'une très grande importance pour les horloges synchronisées par les réseaux de distribution. En effet, pen dant les périodes de pénurie d'énergie motrice, il arrive fréquemment que les usines centrales ne peuvent plus assurer le réglage chronomé- trique de la fréquence. Pendant ces périodes, l'usager doit pouvoir interrompre la synchro nisation tout en continuant à se servir de l'appareil horaire en marche autonome. Il est très utile aussi d'assurer la possibilité de ces deux modes de fonctionnement lorsque les appareils horaires peuvent être utilisés dans les régions où l'on ne dispose pas de courant alternatif, ou bien lorsque le courant alter natif n'est pas suffisamment bien régularisé.
La réalisation d'appareils horaires indé pendants pouvant passer en marche sy nehro- nisée grâce à des manaeuvres simples, à la portée des usagers, présente une grande uti lité, car la régularisation ehronométrique de la fréquence sera probablement généralisée dans l'avenir et il est préférable de prévoir dès maintenant. les dispositions utiles pour profiter de ce progrès, afin d'éviter la mise au rebut prochaine d'appareils coûteux.
On remarquera que les dispositifs déjà créés pour munir les horloges synchrones de courtes réserves de marche ne répondent pas, en général, aux conditions ci-dessus, car ils comportent des mécanismes horaires simplifiés dont l'exactitude laisse à désirer. La présente invention vise à créer des appareils horaires munis de dispositifs de synchronisation d'em ploi facultatif et qui soient capables aussi de fonctionner sans remontage manuel pendant de longues durées avec toute la précision don née par les régulateurs oscillants isochrones de bonne qualité, non gênés par des organes synchronisants accessoires provisoirement mis hors d'action.
L'appareil horaire selon l'invention est ca ractérisé, d'une part, en ce que, lors de la marche synchronisée, la fréquence propre du balancier, aux amplitudes modérées, est. sys tématiquement abaissée par rapport à la fré quence synchrone et en ce que ledit dispositif comprend une butée sur laquelle le balancier vient rebattre sous l'influence d'impulsions synchronisantes lui imprimant une grande amplitude d'oscillation, et, d'autre part., en ce que (les moyens sont; prévus pour corriger ladite fréquence propre et supprimer les forces irrégulières exercées par les organes synchronisants en cas d'interruption du cou rant synchronisant.
Suivant une forme d'exécution de l'appa reil horaire conforme à. l'invention, l'action synchronisante n'est. pas due à des impulsions électromagnétiques entre aimants et pièces en fer doux. L'expérience montre, en effet, que les pièces en fer doux conservent toujours une aimantation rémanente extrêmement variable; (fans ces conditions, lorsqu'on interrompt le courant synchronisant, des forces magnétiques variables persistent entre les pièces fixes et les pièces mobiles solidaires du balancier. Ces actions, de plus, ne sont pas de la forme d'un rappel élastique au point mort (force propor tionnelle ou déplacement angulaire par rap port à la position d'équilibre).
Dans ces con ditions, les forces magnétiques troublent pro fondément l'isochronisme du régulateur (ba lancier spiral ou pendule) et l'appareil horaire en marche autonome est beaucoup plus sujet à variations que les appareils autonomes nor maux bien établis.
A titre (l'exemples, on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé plusieurs formes (l'exécution de l'objet de l'invention: La fig. l représente schématiquement une première forme d'exécution d'un appareil ho raire entretenu par une pile et synchronisé ,râee à une action magnétique fournie par un petit moteur synchrone multipolaire.
La fig. ? représente schématiquement une deuxième forme d'exécution, suivant laquelle l'invention est appliquée à un mouvement ho raire régularisé par un petit balancier pivoté, associé à un spiral qui est soumis à une action synchronisante facultative de' nature méca nique.
La fig. 3 représente une forme d'exécution suivant laquelle la force synchronisante facul tative est une impulsion électromagnétique pé riodique.
La fig. -1 représente séparément le balan cier du dispositif de la fig. 3. Les fig. 5 à 8 représentent un moteur syn chrone multipolaire tournant à faible vitesse, convenant spécialement à la synchronisation par le dispositif de la fig. 3.
La fig. 9 montre schématiquement un dis positif applicable à la synchronisation facul tative, au moyen d'un moteur synchrone, d'un appareil horaire usuel à balancier circulaire et spiral.
La fig. 10 est. un schéma de dispositif de synchronisation électromagnétique au moyen d'un courant alternatif redressé et d'un con tact périodique shunté.
L'invention est applicable aux principaux types d'appareils horaires, notamment à ceux qui sont régularisés par un pendule de gra vité et à ceux qui comportent. un balancier équilibré associé à un spiral. Pendant. le fonc tionnement autonome, l'énergie peut être four nie par un poids, par un ressort moteur ou encore par un générateur électrochimique (pile ou accumulateur).
La fig. 1 représente schématiquement une première forme d'exécution d'appareil horaire munie d'un dispositif de synchronisation facultative. Le mouvement horaire est du type connu à balancier moteur pouvant fonc tionner par ses propres moyens grâce à une pile 1. A cet effet, le balancier est muni d'un aimant. transversal 2, attiré périodiquement par une bobine 3 grâce à un contact périodi que bref 4 qui s'établit en temps opportun sous l'influence du mouvement. pendulaire. Le balancier fait. aussi tourner dent par dent une roue à rochet 5, qui actionne le méca nisme horaire.
Ce mécanisme, non représenté sur la figure, peut comporter des aiguilles, un cadran journalier de déclenchement, des dis positifs de manoeuvre de commutateurs fonc tionnant à des heures déterminées, des con tacts périodiques, etc.
Le dispositif de synchronisation du balan- eier est prévu pour utiliser le courant alter natif d'un réseau de distribution d'énergie dont. la fréquence est régularisée chronométri- quement.. A cet effet, il comporte un petit moteur synchrone JTS qui tourne à une vi tesse relativement faible en rapport constant avec la. fréquence du courant alternatif. Le moteur agit à distance sur l'aimant 2 du ba lancier au moyen d'un dispositif déjà proposé par l'inventeur et dont le principe général ne fait pas partie de l'objet du présent brevet.
Ce dispositif consiste à placer au voisinage de l'aimant 2 1m petit aimant synchronisant 6 qui tourne à une vitesse angulaire moyenne W telle qu'il existe entre cette vitesse et la période d'oscillation idéale du balancier, T, la relation T=2WW Cette condition est réalisée par le choix du nombre de pôles du moteur synchrone ou d'engrenages de transmission pour la com mande de l'aimant 6, ainsi que par la cons truction du mécanisme horaire qui se comporte comme un compteur d'oscillations et doit être établi d'après la cadence moyenne idéale que le dispositif de synchronisation est chargé de maintenir.
Ce dispositif est construit avec les parti cularités ci-après décrites dont le but princi pal est d'obtenir, d'une part, que le balancier, malgré sa tendance naturelle à osciller avec sa période propre, puisse suivre parfaitement le rythme synchronisant en conservant toujours -une grande amplitude, même lorsque la fré- quence-secteur subit momentanément des va riations importantes, et, d'autre part, de ren dre très précise la marche autonome avec la pile lorsque la synchronisation est interrom pue.
L'aimant 2 du balancier est constitué par une matière de haute coercivité et développe aux extrémités<B>NI.</B> et Si des champs radiaux très concentrés. Le balancier peut fonctionner avec la pile 1 seule à une amplitude modérée et régularisée par Lm frein à courant de Fou cault constitué par une bague 7 qui embrasse le pôle Ni lorsque le balancier termine ses oscillations en sens<B>f l.</B> Pour une amplitude plus grande que la valeur obtenue avec la ten sion maximum de la pile, le balancier rebat sur une butée de fin de course 8.
L'aimant synchronisant N2 S2 est .de petite longueur; il est constitué par une matière de haute coercivité et de faible perméabilité magnétique capable d'exercer sur Si des effets de répulsion sans perdre son aimantation pro pre.
L'aimant 6 étant retiré, on règle le balan cier de façon que sa période propre en marche indépendante soit un peu plus grande que la période idéale T correspondant à la marche exacte du mouvement horaire; par exemple, on donne à la période du balancier en marche autonome, aimant 6 retiré, la. valeur T,, = 1,01 <I>T;</I> on règle par construction l'aimantation de l'aimant 6, de façon que, lorsque cet aimant est remis en place et orienté dans une posi tion fixe telle que les pôles S1 et S2 soient plus rapprochés que les pôles Sr et N2, la période du pendille en marche autonome de vienne égale à T.
Ce résultat est possible, car une force horizontale de répulsion exercée sur le pôle Sl a pour effet de réduire la durée d'oscillation T,; L'orientation fixe de l'aimant <B>6</B> qui donne une marche autonome exacte est déterminée par des essais sur les prototypes de fabrication. Elle est repérée en fixant sur l'aimant 6 et sur le stator du moteur des in dex 7' et 8'. Une notice indique à l'usager que, lorsque le moteur synchronisant MS n'est pas mis en service, il faut que les index 7' et 8' soient amenés en regard l'un de l'autre pour que la marche autonome ne soit pas troublée par l'influence magnétique de l'aimant 6.
Lorsqu'on relie l'enroulement 9 du moteur à un secteur de fréquence régularisée, l'appa reil horaire fonctionne de la façon suivante Il se produit des forces d'attraction et de répulsion magnétiques entre les pôles<B><I>SI,</I></B> S2 et N2. Les forces produites par les pôles les plus rapprochées sont, prépondérantes et l'ex périence montre qu'après un régime transi toire dont la durée est variable, mais n'excède pas une dizaine de secondes, le balancier reçoit de l'énergie comme s'il était attiré périodique ment par un aimant voisin déplacé d'un mou vement alternatif de façon que la force d'attraction concorde avec le mouvement. Dans ces conditions, le balancier prend une ampli tude d'oscillation de plus en plus grande et vient frapper la butée de fin de course 8.
Sous l'influence des chocs sur cette butée, la durée d'oscillation décroît et le mouvement se déphase en avance par rapport à la force syn- chronisante. Ce déphasage entraîne une dimi nution de l'énergie communiquée au balancier et celui-ci, à la longue, perd de l'amplitude et ne frappe plus sur la butée. Mais, en raison de son réglage initial, il fonctionne alors avec une période propre plus longue que la. pé riode synchronisante; le déphasage en avance de l'oscillation s'atténue de phis en plus, et, de nouveau, le mouvement concorde avec l'im pulsion magnétique; le pendule reçoit alors de l'énergie et regagne l'amplitude perdue; il frappe de nouveau la butée, ce qui provoque un déphasage en avance comme précédem ment.
Le fonctionnement se continue dans ces conditions et l'on constate que le balancier prend automatiquement un régime synchrone très stable à une amplitude très voisine de la valeur maximum A", permise par la butée 8. Le balancier effleure constamment cette butée et les petits chocs qui se produisent de temps en temps compensent la différence entre la période synchronisante et la période propre à amplitude modérée. L'intensité des chocs se règle d'elle-même et le balancier accomplit une oscillation pendant. que l'aimant 6 tourne d'un tour.
Les variations de déphasage restent tou jours très faibles; même lorsque la fréquence varie de = \? %, le régime synchrone du ba lancier d'est. pas troublé et l'amplitude se maintient à la valeur approximative El",. Cette propriété est dite au fait que le balancier, lorsqu'il ne frappe pas sur la butée, reçoit des impulsions périodiques qui, dirigées en sens inverse de la. force de rappel, allongent la durée d'oscillation; il en résulte un effet de retardement qui est accompagné, après quelques oscillations, d'une augmentation croissante de l'énergie communiquée par l'ai mant 6. Par suite, le balancier prend une amplitude de plus en plus grande et frappe (le nouveau la butée, ce qui corrige rapide ment le retard.
L'effet, d'avance causé par la butée ne peut jamais devenir excessif, car il amène une réduction de l'énergie reçue par le balancier et par là même un affaiblissement des chocs sur la. butée.
On voit que le synchronisme est. assuré par des corrections successives d'avance et de retard dont les valeurs relatives sont impor tantes, mais qui, très vite, se compensent au tomatiquement et limitent à une petite frac tion de période les déphasages positifs et né gatifs de l'oscillation par rapport au mouve ment synchrone idéal. Ce procédé présente l'avantage d'assurer une synchronisation extrêmement énergique et de maintenir à une grande valeur, sensiblement constante, l'am plitude du mouvement synchronisé. Pendant. ce fonctionnement, il est possible d'obtenir, que la force contre-électromotrice induite dans la. bobine 3 devienne très voisine de la tension de la. pile 1 lorsque le contact 4 se ferme.
Par suite, le débit de la pile devient très faible et l'interrupteur 4 ne se détériore pas.
L'appareil horaire décrit ci-dessus se com porte comme une horloge synchrone munie d'une réserve de marche. En effet, en cas de panne de secteur, l'aimant. 6 s'arrête et ne fournit plus d'énergie au balancier; mais au fur et à mesure de la diminution de l'ampli tude, le débit intermittent de la pile 1 dans la. bobine 3 augmente progressivement et l'am plitude se stabilise finalement à une valeur modérée, mais suffisante pour actionner la roue à rochet 5.
Suivant la position d'arrêt de l'aimant 6, il peut se produire une influence variable sur la période Z',, du balancier en marche auto nome; toutefois, lorsque les pannes de cou rant alternatif sont de courtes durées et peu fréquentes, les variations ne sont pas impor tantes. Il est. d'ailleurs prévu d'éviter cette cause d'inexactitude par un dispositif auxi liaire qui sera décrit plus loin.
Lorsque les interruptions de courant alter natif sont. fréquentes et prolongées, la syn chronisation n'offre plus d'intérêt, il est donc préférable clé la supprimer. II est utile aussi de pouvoir interrompre le circuit du moteur synchrone lorsque le réglage de la fréquence n'est pas assuré, ou bien lorsqu'on place l'hor loge en un lieu où l'on ne dispose pas de cou rant alternatif. Dans ce cas, il devient néces saire de supprimer tout déréglage. Il résulte des explications précédentes que ce résultat est facilement obtenu en amenant les index 7' et 8' en regard l'un de l'autre.
On peut aussi prévoir le moteur JUS facile ment démontable et l'enlever, Dans ce cas, il suffit de corriger directement la cadence du balancier. Par exemple, si le balancier est équilibré -et associé à un ressort spinal comme l'indique la fig. 1, on déplacera la raquette de réglage dans une position repérée par le constructeur.
Bien que ces manoeuvres soient simples et à la portée des usagers non horlogers, il est prévu un autre dispositif à fonctionnement automatique dont le principe est le suivant: On choisit le nombre .de pôles du moteur et la cadence du balancier de façon que .l'axe du rotor commande directement l'aimant syn chronisant 6 et on fait agir un dispositif rap pelant cet axe dans l'orientation de repos pour laquelle la répulsion exercée par l'ai mant 6 rend la marche autonome aussi exacte que possible. Ce résultat est obtenu, notam ment, avec un moteur autodémarreur du type connu qui comporte un rotor à forte aiman tation bipolaire, capable de démarrer et de tourner avec un couple moteur élevé.
L'orien tation désirée est obtenue avec un aimant bi polaire fixe disposé à une certaine distance du rotor, de façon que le couple d'attraction n'empêche pas la marche synchrone et soit suffisant pour amener le rotor dans la posi tion d'arrêt voulue. Ce dispositif a été repré senté schématiquement sur la fig. 1 où ,l'on voit en 9 le rotor aimanté .et en 10 l'aimant fixe assurant. l'orientation du rotor lorsque le courant .alternatif fait défaut.
L'appareil horaire que l'on vient de .dé crire est applicable, notamment, .aux horloges de commutation destinées à commander les compteurs à phisieurs tarifs et les compteurs chargés des mesures de consommations entre certaines heures de la journée. Dans ce cas, il faut éviter les manoeuvres frauduleuses. Ce résultat est obtenu avec le dispositif selon la fig. 1 en enfermant les organes dans un boî tier en tôle de fer pouvant être fermé hermé tiquement et plombé.
Pour pouvoir disposer de la puissance mécanique relativement élevée nécessaire pour l'établissement. de bons con tacts, et éviter les difficultés de mise d'aplomb de l'appareil, on utilise de préfé rence un balancier équilibré relativement lourd pivotant dans de petits roulements à billes. L'aimant 2 -est constitué par un .alliage du type fer-nickel-aluminium-cobait. On peut utiliser un moteur US de 25 paires de pôles analogue à celui qui est, décrit plus loin en se référant aux fig. 5 à 8.
Ce moteur permet de synchroniser un balancier dont la période est de une demi-seconde avec une bobine 3 d'en viron cinq .mille spires, on obtient la marche autonome en demandant à la. pile moins de cinq centièmes d'ampère-heure par mois. Pen dant la marche synchrone, le débit de la pile 1 est pratiquement nul. Une petite pile 1 à un élément de bonne qualité (diamètre: 3 cm. longueur: 6 cm environ) se .conserve pendant plusieurs années et assure le fonctionnement ininterrompu de l'appareil.
La fig. 2 représente un appareil horaire muni d'un régulateur oscillant constitué par un balancier circulaire 11 et un spiral 12 dont la virole est montée sur l'axe 0 du balancier.
Cet appareil comprend un ressort de ba rillet remonté automatiquement par un mo teur électrique synchrone 13 qui, de plus, peut. assurer la synchronisation du balancier lors qu'on .déplace un ,levier 14 .de la position _1 (marche autonome) à la position S (marche synchrone).
Le moteur synchrone 13 remonte l'arbre de barillet par un engrenage à vis sans fin 15 et roue tangente 16. La vis sans fin est en traînée par le moteur au moyen d'un em brayage à griffes 17 (ou à friction) qui est en prise lorsque le levier 18, sollicité par le ressort réglable 19, appuie verticalement sui, le pivot supérieur de la vis 15 et que la ten sion du ressort de barillet est. faible. Lorsque le ressort de barillet. est. suffisamment armé, la vis 15 se déplace en sens f 2 et le remon tage s'arrête, mais le moteur synchrone conti nue à tourner.
L'arbre du moteur porte une came excen trique 20 qui peut agir sur le galet 21 lorsque le levier 14 se trouve dans la position S. Le galet est porté par un levier 22 rappelé par un ressort 23. Ce levier, qui pivote autour dc l'axe 24, est muni d'un doit . 25 qui exerce une petite pression périodique sur la. spire extérieure du spiral 1\_'.
La période idéale Z' du balancier corres pondant à une marche exacte de l'appareil horaire est., par construction, égale à la durée moyenne d'un tour de la came 20.
On règle le balancier-spiral de manière que sa période réelle soit égale ou légèrement plus longue que T lorsque le levier \?2 est. écarté au maximum de la came 20 (position (le la figure). Pour cette position, le doigt 25 effleure le spiral lorsque le balancier 11 passe dans la position d'équilibre. Le balancier est muni d'une goupille 26 qui peut venir re battre sur le ressort 27 lorsque l'amplitude des oscillations dépasse la valeur obtenue dans le fonctionnement autonome avec une tension maxima du ressort de barillet.
Ce dispositif fonctionne de la façon sui vante Lorsque le levier 14 se trouve dans la po sition représentée sur la figure (position A), le levier 22 est immobilisé et l'appareil ho raire fonctionne comme une horloge indépen dante à remontage électrique ordinaire. La seule différence est que le moteur 13 conti nue à tourner à. vide lorsque le débraya;@e <B>1..7</B> fonctionne (la tension maximum. du res sort. remonté peut être réglée par l'écrou 2 Lorsqu'on déplace le levier 14 en sens f 3 pour l'amener à la position S, le levier 22 prend un mouvement alternatif sous l'in fluence de la came 20. L'expérience montre que les pressions exercées sur le spiral 12 com muniquent de l'énergie au. balancier.
Ce der nier prend une amplitude croissante et vient rebattre sur le ressort-butée 27. Les chocs de 26 sur 27 déphasent l'oscillation en avance sur les impulsions, ce qui réduit. la- puissance mécanique reçue par le balancier. La synchro nisation est. opérée par des avances et des re tards successifs provenant, d'une part, des chocs sur le ressort<B>27,</B> et, d'autre part, du retard systématique donné au balancier oscil lant à une amplitude modérée. Le fonctionne ment est identique à. celui qui a été décrit en se référant à. la fic. 1.
Lorsqu'on interrompt la synchronisation par le déplacement, du levier 14 (position A), le balancier est uniquement soumis à la force de rappel élastique (proportionnelle à l'écart) due au spiral et aux impulsions de l'échappe ment: Les oscillations sont sensiblement iso chrones. Le réglage peut être parachevé par la raquette habituelle 29.
On pourrait apporter quelques modifica tions à ce dispositif sans changer le principe du fonctionnement. Par exemple, pour donner au balancier les impulsions motrices synchro nisantes, on pourrait notamment monter sur l'axe .du balancier la virole d'un petit ressort spiral auxiliaire dont l'extrémité extérieure serait .déplacée par le levier 22 d'un mouve ment alternatif sur un petit arc ayant un centre voisin de 0.
La fig. 3 représente schématiquement un autre exemple d'appareil horaire muni d'un ressort. de barillet remonté électriquement et d'un régulateur oscillant constitué par un petit balancier circulaire léger 30 associé à. un spiral 31. Dans ce dispositif, les impulsions synchronisantes facultatives peuvent être don nées an balancier par un courant alternatif de fréquence 1/T qui développe une force électromagnétique périodique agissant sur le balancier 30 lorsque ce dernier se trouve à l'extrémité de ses courses.
En l'absence de courant synchronisant, le balancier oscille à une amplitude modérée et retarderait et doit être corrigé d'une des façons décrites plus loin; sous l'influence d'impulsions synchroni- santes relativement fortes, il rebat sur unebutée.
Le balancier présente la forme indiquée sur la fig. 4 et il est fait d'une matière à aimant ductile présentant un champ coercitif très élevé. Par exemple, on peut employer un alliage connu dont, la composition est: cuivre 40, nickel. 27., cobalt 29. Le balancier est dé coupé dans une bande laminée de cet alliage et, après un traitement thermique judicieux, on l'aimante à saturation parallèlement à un diamètre YlSi. Ensuite, on le désaimante partiellement dans un champ inverse.
On ob tient ainsi une pièce 30 qui présente une faible perméabilité magnétique différentielle et dont l'aimantation résiduelle est faible, mais très stable. L'action électromagnétique synchronisante est donnée par une bobine creuse BS qui ne contient pas .de noyau de fer. Cette bobine entoure une partie de la périphérie du balancier. Celui-ci est disposé de façon que la ligne médiane des pôles<I>Ni Si</I> fasse un angle .d'environ 120 avec l'axe de la bobine BS lorsque le spiral n'est pas armé.
Le remontage intermittent du ressort de barillet est assuré par iii moteur synchrone multipolaire 11S restant constamment sous tension. Il est opéré en temps utile au moyen d'un dispositif d'encliquetage connu en lui même (bras à cliquet 32 rappelé par lui res sort 33 .animé d'in mouvement alternatif par l'excentrique 34 et restant immobile lorsque le ressort est remonté au maximum).
En outre, le ressort. de barillet peut être remonté à la main par le bras à cliquet L, Le courant synchronisant est développé dans im dispositif entraîné par le moteur synchrone. Par exemple, le moteur fait tour ner l'aimant 35 à une vitesse telle qu'une ro tation de un tour a .lieu pendant la durée T d'une oscillation du balancier 30, lorsque ce dernier est synchronisé.
Une force électro motrice alternative de fréquence 1/T est alors induite dans la bobine GS.
Le fonctionnement de ce dispositif est analogue à celui des dispositifs précédemment décrits. La synchronisation est opérée par les impulsions de courant. induit dans GS, l'en semble formé par le moteur 111S, l'aimant 35 et l'enroulement GS se comportant comme un convertisseur de fréquence, moteur-alter- nateur tournant à la vitesse angulaire cons tante de:
EMI0008.0041
Pour interrompre la synchronisation sana arrêter l'appareil horaire, il suffit de couper le circuit reliant GS <I>à</I> BS, @au moyen de l'in terrupteur à couteau 36. Après la rupture du circuit, le moteur<I>11'1S</I> continue à tourner et à assurer en temps utile le remontage du ressort du barillet. Pour obtenir une marche auto nome très exacte, il est nécessaire de rectifier la période du balancier en déplagant en sens <B><I>f</I></B> ,j la raquette 37.
On peut: conjuguer le mou vement de l'interrupteur 36 et le déplacement utile de la raquette par exemple au moyen de la biellette 38 de longueur réglable; dans ces conditions, l'unique manoeuvre à effectuer pour passer de la marche synchrone à la marche autonome consiste à amener la pointe 36' de S à A.
On remarquera que ce dispositif n'a pas l'inconvénient des dispositifs connus de syn chronisation électromagnétique par pôles fixes en fer agissant sur un petit aimant porté par le balancier. On sait que dans ces dispositifs l'aimantation rémanente qui persiste après l'interruption du courant synchronisant trou ble profondément la. marche autonome. Avec une bobine sans fer BS, la simple rupture du circuit permet de supprimer complètement les forces perturbatrices. On associera au balan cier un spiral très faiblement ferromagnéti que comme ceux qui ont été proposés comme spiraiLx autocompensateurs améliorés par un champ magnétique constant.
Lorsque le circuit de GS et BS est établi et que le courant alternatif vient à manquer, le moteur 11S et. l'aimant 35 s'arrêtent. L'ap pareil horaire continue alors à. fonctionner avec le ressort de barillet. Comme le circuit de BS est fermé, il se produit un petit amor tissement additionnel par courants induits, ce qui réduit un peu l'amplitude. Toutefois, cet amortissement ne peut arrêter le balancier, car il devient automatiquement de phis en purs faible au fur et. à. mesure de la réduc tion de l'arc d'oscillation.
On pourrait profi ter de la réduction d'amplitude pour corriger le retard nécessaire à la stabilité de la syn chronisation; il suffirait de créer un défaut d'isochronisme dans le sens convenable, per mettant la compensation désirée.
La marche de secours pendant les pannes (le secteur peut ainsi être rendue relativement exacte.
Il est à noter que la puissance mécanique nécessaire pour synchroniser un très léger ba lancier analogue à celui des chronomètres est minime. On petit. clone utiliser un balancier faiblement aimanté et un aimant inducteur 3.5 de petite dimension.
Les fig. 5 à 8 représentent, à titre d'exem ple, un moteur à 25 paires de pôles pouvant convenir à la synchronisation de l'appareil de la fig. 3. Alimenté avec un courant. alternatif (le 50 périodes, ce moteur synchronise un ba lancier dont la période est d'une demi-seconde. Le stator du moteur est analogue à un électro aimant cuirassé formé par une bobine 40 à noyau central 39 entourée par une boîte ronde en fer formée par les pièces 41, 41, et 42. Une rangée circulaire de pôles fixes alternés est formée par la cuvette 41 à fond ajouré et denté intérieurement et par le disque 42 denté extérieurement, et rivé sur le noyau 39.
L'axe 43 est guidé par les coussinets 44 et 45, en bronze poreux imprégné de lubrifiant. Il porte le rotor formé par un aimant bipolaire 46 monté sur une assiette en laiton. Cet aimant. comporte des pôles saillants étroits (voir pro fil fig. 6) disposés radialement, faisant entre eux des angles de (360/25) degrés ou le double de cet angle. Les pôles saillants sont placés comme l'indique la vue fig. 5 et, lorsque les six pôles N (nord) sont en face des dents po laires fixes de 41, six pôles S (sud) se trou vent en face des dents de 42.
L'aimant 46 est. constitué par une matière présentant un clamp coercitif très élevé, de façon que, lors qu'un pôle aimanté se trouve devant deux pôles fixes, il reçoive une force motrice élevée provenant à la fois d'une attraction et d'une répulsion. L'aimant 6 est obtenu très écono miquement soit par moulage de poudres sous haute pression, soit par moulage et frittage, soit même par estampage, lorsqu'on emploie une matière ductile (comme l'alliage cité plus haut). L'entrefer entre la face inférieure de 46 et la face supérieure des dents du stator peut être réglé à une faible valeur par la vis 47 munie d'une butée à bille.
Pour produire par induction un courant. de fréquence égale à deux périodes par seconde et capable de syn chroniser un balancier, on dispose au-dessus de l'aimant deux bobines 48 et 49 fixées sur une plaque de fer 50. Une partie du flux de l'aimant mobile 46 se ferme par cette plaque en traversant les spires des bobines. Celles-ci peuvent ainsi jouer le rôle de l'enroulement CS de la fig. 3. Comme le rotor tourne très lentement sous l'influence du couple pulsa- toire qu'il reçoit, il est utile de régulariser le couple moteur pour éviter une progression par saccades; ce résultat est obtenu au moyen du volant 51 qui est libre sur l'assiette 52. Le frottement amortit les oscillations de vitesse.
On petit fabriquer le volant en comprimant très fortement dans un moule une poudre de bronze; la pièce obtenue est poreuse et l'on peut l'imprégner d'huile, ce qui permet d'évi ter tous risques de grippage du volant sur l'axe.
Dès que la bobine 40 est sous tension, le moteur se met à vibrer angulairement et il démarre spontanément dans un sens quelcon que, et se met à tourner au synchronisme. Le couple est suffisant pour produire le courant induit synchronisant. et pour actionner l'ex centrique 34 de la fig. 3.
Le moteur de la fig. 7 pourrait. aussi être utilisé dans le montage suivant la fig. 1. Il suffirait de remplacer la plaque de fer 50 par une rondelle d'acier trempé aimantée suivant la direction d'un diamètre. On obtiendrait ainsi l'arrêt du rotor dans une orientation fixe. Le moteur de la fig. 7 pourrait aussi entraîner directement un aimant chargé de synchroniser un pendule de gravité de petite longueur dont la période est d'une demi- seconde.
La fig. 9 représente un dispositif de syn chronisation réalisable au moyen d'un moteur synchrone 3TS qui fait tourner l'excentrique 34 à la vitesse d'un tour pendant la période idéale Z' du balancier 30 associé au spiral 53. La synchronisation est opérée, comme dans le dispositif de la fig. 2, par le levier oscillant 54 dont le doigt 25 exerce une pression pério dique sur la spire eîtérieure du spiral 53. Le balancier 30 porte, comme en fig. 2, une gou pille 26 qui, aux grandes amplitudes, vient rebattre sur la butée-ressort 27.
On peut mettre hors d'action le dispositif de synchro nisation en amenant la pointe de l'aiguille 55' de S en A, ce qui a pour effet complémen taire de rapprocher du spiral le taquet 56. La position de ce taquet est réglée par cons truction pour corriger le retard du balancier. On pourrait aussi effectuer la correction de période par déplacement d'une raquette ordi naire de réglage.
Dans le dispositif de la fig. 3, le courant de période T utilisé pour synchroniser le ba lancier 30 pourrait être obtenu par divers moyens. Par exemple, on peut employer un contact périodique 60 coupé par une came excentrique 59, comme le montre schématique ment la fig. 10. La came 59 étant montée sur l'axe d'un moteur dont le rotor est rappelé dans une certaine position invariable de repos, on peut obtenir qu'en cas de panne de secteur le contact 60 soit toujours coupé. L'énergie synchronisante, qui est minime, peut être fournie par un petit enroulement 58 superposé à l'enroulement 57 du moteur et se compor tant comme le secondaire d'un transformateur.
Il est possible d'obtenir ainsi une tension alter native de quelques volts qu'il suffira de recti fier par un petit redresseur sec<I>RED,</I> comme le montre la fig. 1.0. On peut shunter le con tact 60. par une résistance filiforme 61 dé pourvue de self-inductance. Dans ces condi tions, le contact 60 se conserve en parfait état; ce contact, d'ailleurs, ne coupe qu'un courant infime. Lorsque le dispositif suivant la fig. 10 est appliqué an balancier aimanté de la fig. 4, il n'est pas nécessaire de dérégler systématiquement sur le retard le balancier 30.
En effet, la composante continue du cou rant ondulé produit elle-même le retard utile à la synchronisation et elle disparaît lorsque l'on coupe le courant synchronisant.
Dans un dispositif de synchronisation électromagnétique du type des fig. 3 et 10, la production du courant ondulé de période T peut être assurée par divers appareils émet teurs de la fréquence-étalon. En particulier, le contact 60 pourrait être manoeuvré pério diquement par un relais sélectif commandé par une émission rythmée envoyée par un poste central éloigné, au moyen d'un signal radioélectrique modulé par un observatoire astronomique.
Time device fitted with an optional synchronization device. The present patent application relates to the type of time apparatus capable of operating by its own means and which comprises a balance which is both independent and synchronized by periodic mechanical, magnetic or electromagnetic pulses.
We know. already various such devices in which the period of the synchronizing pulses is. related. with the period to be imposed on the oscillations of the balance. The synchronizing rhythm depends on either another distant clock or. of a native alter current of which. the average frequency is kept constant. In particular, proposals have already been made to regulate the rate of pendulum movements (movements used in clocks and in various devices such as time switches), by means of the alternating current supplied by the energy distribution networks.
In a first known device, the oscillating regulator (balance associated with a hairspring, gravity pendulum) is provided with a piece of soft iron or magnetized steel, on which act soft iron pole pieces excited by the synchronizing current. This device does not make it possible to obtain a satisfactory autonomous operation when the synchronization is interrupted, because there remain unstable magnetic attractions between the ferromagnetic and moving parts which greatly disturb the isochronism of the regulator. The device under consideration is difficult to apply to a category of small pivoted circular balances, since the motor members to be added make the regulator heavier and the variable magnetizations have very disturbing effects on the natural period.
In addition, the forces of attraction can cause abnormal wear of the delicate pivots used in the usual clock mechanisms. Finally, the known methods of synchronization are not. not effective when the differences between the natural and synchronizing periods are relatively large. However, such deviations can come either from the adjustment of the own rate of the oscillating regulator, or from a strong momentary variation of the synchronizing frequency (the latter being kept constant only on average).
In another device of the type considered, a multipolar synchronous motor or a rotary axis controlled by a mechanical reduction, exerts synchronizing pulses on the balance; for example, it periodically deforms the main spiral spring or an auxiliary spiral spring associated with the balance. In this case, a very exact autonomous operation cannot be obtained in the event of an accidental interruption of the synchronizing current, because the motor and the impulse mechanism stop. in various positions, so that the irregular deformation of the synchronizing hairspring leads to strong variations in the independent rate.
A similar drawback occurs when the synchronization is effected by the magnetic action of a magnet driven by the synchronous motor or by a periodic current launched in a circuit which can remain open or closed depending on the stop position of the synchronous motor. chronicling.
After numerous unsuccessful attempts, the applicant came to the conclusion that, to be advantageous, synchronized clocks, and more particularly clocks synchronized by energy distribution networks, must meet all of the following desiderata: cc) the synchronous regime must be very stable and be maintained even when the difference between the natural and synchronizing periods is large (two percent, for example); b) the synchronizing device must add energy to the balance in order to increase the safety of the march; it is even preferable that it be able to maintain the oscillations of the balance of the time apparatus on its own when the self-driving or power-reserve motor components are faulty;
c) in the event of accidental interruption of the synchronizing action, the time device must be able to operate with all the specific precision of which it is capable, either automatically or after simple manual intervention (this quality is not not obtained with the old processes, because these processes lead to systematically disrupting the autonomous walking in order to increase the stability of the synchronous regime); d) in the event of resumption of the synchronizing action, the variations in phase shift between the movement of the balance wheel and the pulses correcting the oscillation must not create disturbances such as excessive reductions in amplitude, amplitude beats, stoppages, transient regimes that are too long, etc .;
e) it must be possible to interrupt the synchronization voluntarily by simple maneuvers and to obtain that, in this case, the time device operates with as much accuracy as if it had not been equipped previously of synchronizing organs.
This latter quality is of great importance for clocks synchronized by distribution networks. In fact, during periods of shortage of motive power, it often happens that central factories can no longer ensure the chronometer adjustment of the frequency. During these periods, the user must be able to interrupt synchronization while continuing to use the time device in autonomous operation. It is also very useful to ensure the possibility of these two operating modes when the time devices can be used in regions where alternating current is not available, or when the native alternating current is not sufficiently good. regularized.
The realization of independent time devices that can switch to synehronized operation thanks to simple maneuvers, within the reach of users, is of great utility, because the ehronometric regularization of the frequency will probably be generalized in the future and it is better to plan now. the useful arrangements to take advantage of this progress, in order to avoid the upcoming scrapping of expensive devices.
It will be noted that the devices already created to provide synchronous clocks with short power reserves do not generally meet the above conditions, since they include simplified time mechanisms, the accuracy of which leaves much to be desired. The present invention aims to create time devices provided with optional use synchronization devices and which are also capable of operating without manual winding for long periods with all the precision given by good quality, unimpeded isochronous oscillating regulators. by accessory synchronizing bodies temporarily put out of action.
The time apparatus according to the invention is ca ractérisé, on the one hand, in that, during synchronized walking, the natural frequency of the balance, at moderate amplitudes, is. sys tematically lowered with respect to the synchronous frequency and in that said device comprises a stop on which the balance comes back under the influence of synchronizing pulses giving it a large amplitude of oscillation, and, on the other hand., in that (the means are; provided to correct said natural frequency and eliminate the irregular forces exerted by the synchronizing members in the event of an interruption of the synchronizing current.
According to an embodiment of the time apparatus conforming to. invention, synchronizing action is not. not due to electromagnetic pulses between magnets and soft iron parts. Experience shows, in fact, that soft iron parts always retain an extremely variable remanent magnetization; (Under these conditions, when the synchronizing current is interrupted, variable magnetic forces persist between the fixed parts and the moving parts integral with the balance. These actions, moreover, do not take the form of an elastic return to neutral (proportional force or angular displacement with respect to the equilibrium position).
In these conditions, the magnetic forces deeply disturb the isochronism of the regulator (balance spring or pendulum) and the clock apparatus in autonomous operation is much more subject to variations than the normal autonomous apparatuses well established.
As (the examples, several forms (the execution of the object of the invention have been described below and shown in the accompanying drawing: FIG. 1 schematically represents a first embodiment of an apparatus ho raire maintained by a battery and synchronized, due to a magnetic action provided by a small multipolar synchronous motor.
Fig. ? schematically shows a second embodiment, according to which the invention is applied to a clock movement regulated by a small pivoted balance, associated with a hairspring which is subjected to an optional synchronizing action of a mechanical nature.
Fig. 3 shows an embodiment in which the optional synchronizing force is a periodic electromagnetic pulse.
Fig. -1 separately represents the balance of the device of FIG. 3. Figs. 5 to 8 represent a multipolar synchronous synchronous motor rotating at low speed, especially suitable for synchronization by the device of FIG. 3.
Fig. 9 schematically shows a positive device applicable to the optional synchronization, by means of a synchronous motor, of a usual time apparatus with a circular balance and spring.
Fig. 10 est. a diagram of an electromagnetic synchronization device by means of a rectified alternating current and a shunted periodic contact.
The invention is applicable to the main types of time apparatus, in particular to those which are regulated by a gravity pendulum and to those which include. a balanced balance associated with a hairspring. During. autonomous operation, the energy can be supplied by a weight, by a mainspring or by an electrochemical generator (battery or accumulator).
Fig. 1 schematically represents a first embodiment of a time apparatus provided with an optional synchronization device. The clockwise movement is of the known type with a motor balance which can operate by its own means using a battery 1. For this purpose, the balance is provided with a magnet. transverse 2, periodically attracted by a coil 3 thanks to a periodic contact that brief 4 which is established in due time under the influence of the movement. pendulum. The pendulum does. also turn tooth by tooth a ratchet wheel 5, which actuates the clockwise mechanism.
This mechanism, not shown in the figure, may include hands, a daily triggering dial, switch actuation devices operating at determined times, periodic contacts, etc.
The balan- eier synchronization device is designed to use the native alternating current of an energy distribution network, including. the frequency is regulated chronometrically. To this end, it comprises a small synchronous motor JTS which rotates at a relatively low speed in constant relation to the. frequency of alternating current. The motor acts remotely on the magnet 2 of the ba lance by means of a device already proposed by the inventor and the general principle of which is not part of the subject of the present patent.
This device consists in placing in the vicinity of the magnet 2 1m a small synchronizing magnet 6 which rotates at an average angular speed W such that there exists between this speed and the ideal period of oscillation of the balance, T, the relation T = 2WW This condition is achieved by the choice of the number of poles of the synchronous motor or of transmission gears for the control of the magnet 6, as well as by the construction of the time mechanism which behaves like an oscillation counter and must be established on the basis of the ideal average cadence that the synchronization device is responsible for maintaining.
This device is built with the features described below, the main purpose of which is to obtain, on the one hand, that the balance, despite its natural tendency to oscillate with its proper period, can perfectly follow the synchronizing rhythm while maintaining always a large amplitude, even when the frequency-sector momentarily undergoes important variations, and, on the other hand, to make very precise the autonomous operation with the battery when the synchronization is interrupted.
The magnet 2 of the balance is made of a material of high coercivity and develops at the <B> NI. </B> and Si ends very concentrated radial fields. The balance can operate with battery 1 alone at a moderate amplitude and regulated by Lm crazy current brake consisting of a ring 7 which embraces the pole Ni when the balance ends its oscillations in direction <B> f l. </ B > For an amplitude greater than the value obtained with the maximum battery voltage, the balance returns to a limit stop 8.
The synchronizing magnet N2 S2 is of small length; it consists of a material of high coercivity and low magnetic permeability capable of exerting repulsive effects on Si without losing its own magnetization.
With the magnet 6 removed, the balance is adjusted so that its own period in independent operation is a little greater than the ideal period T corresponding to the exact rate of the clockwise movement; for example, we give the period of the balance in autonomous motion, magnet 6 removed, la. value T ,, = 1.01 <I> T; </I> the magnetization of the magnet 6 is adjusted by construction, so that, when this magnet is replaced and oriented in a fixed position such that the poles S1 and S2 are closer together than the poles Sr and N2, the period of the pendulum in autonomous motion of vienne equal to T.
This result is possible, because a horizontal repulsive force exerted on the pole Sl has the effect of reducing the oscillation time T i; The fixed orientation of the <B> 6 </B> magnet which gives an exact autonomous walk is determined by tests on manufacturing prototypes. It is identified by fixing on the magnet 6 and on the motor stator in dex 7 'and 8'. A notice indicates to the user that, when the synchronizing motor MS is not put into service, the indexes 7 'and 8' must be brought opposite each other so that the autonomous operation is not not disturbed by the magnetic influence of the magnet 6.
When the winding 9 of the motor is connected to a regulated frequency sector, the time device operates as follows: Magnetic attraction and repulsion forces occur between the poles <B> <I> SI, </I> </B> S2 and N2. The forces produced by the nearest poles are preponderant and experience shows that after a transitional regime the duration of which is variable, but does not exceed ten seconds, the balance receives energy as s 'it was attracted periodically by a nearby magnet moved with reciprocating motion so that the force of attraction matches the motion. Under these conditions, the balance takes on an increasingly large amplitude of oscillation and strikes the end stop 8.
Under the influence of the shocks on this stop, the oscillation time decreases and the movement is out of phase in advance with respect to the synchronizing force. This phase shift leads to a decrease in the energy communicated to the balance and the latter, over time, loses amplitude and no longer hits the stop. But, due to its initial setting, it then operates with a clean period longer than the. synchronizing period; the phase shift in advance of the oscillation diminishes more and more, and, again, the movement agrees with the magnetic impulse; the pendulum then receives energy and regains the lost amplitude; it strikes the stop again, which causes a phase shift in advance as before.
Operation continues under these conditions and it is observed that the balance automatically takes on a very stable synchronous speed at an amplitude very close to the maximum value A ", permitted by the stop 8. The balance constantly touches this stop and small shocks. which occur from time to time compensate for the difference between the synchronizing period and the natural period at moderate amplitude.The intensity of the shocks is self-regulating and the balance wheel performs an oscillation while the magnet 6 is rotating. a lap.
The phase shift variations always remain very low; even when the frequency varies by = \? %, the synchronous regime of the east bank. not disturbed and the amplitude is maintained at the approximate value E1 ". This property is said to the fact that the balance, when it is not striking on the stop, receives periodic impulses which, directed in the opposite direction to the force. return, lengthen the duration of oscillation, resulting in a retardation effect which is accompanied, after a few oscillations, by an increasing increase in the energy communicated by the magnet 6. As a result, the balance assumes an amplitude larger and larger and hits (the new stopper, which quickly corrects the delay.
The advance effect caused by the stop can never become excessive, because it reduces the energy received by the balance and thereby weakens the shocks on the. stop.
We see that the synchronism is. ensured by successive lead and lag corrections, the relative values of which are important, but which very quickly automatically compensate each other and limit to a small fraction of a period the positive and negative phase shifts of the oscillation with respect to with ideal synchronous movement. This method has the advantage of ensuring extremely vigorous synchronization and of maintaining a large, substantially constant value, the amplitude of the synchronized movement. During. this operation, it is possible to obtain, that the counter-electromotive force induced in the. coil 3 becomes very close to the voltage of the. battery 1 when contact 4 closes.
As a result, the flow rate of the stack becomes very low and the switch 4 does not deteriorate.
The time device described above behaves like a synchronous clock provided with a power reserve. In fact, in the event of a power failure, the magnet. 6 stops and no longer supplies energy to the balance; but as the ampli tude decreases, the intermittent flow of cell 1 in the. coil 3 gradually increases and the amplitude finally stabilizes at a moderate value, but sufficient to actuate the ratchet wheel 5.
Depending on the stop position of the magnet 6, there may be a variable influence on the period Z ',, of the balance in autonomous operation; however, when AC power outages are short-lived and infrequent, the variations are not great. It is. moreover provided to avoid this cause of inaccuracy by an auxiliary device which will be described later.
When the native alter current interruptions are. frequent and prolonged, synchronization is no longer of interest, it is therefore preferable to delete it. It is also useful to be able to interrupt the circuit of the synchronous motor when the frequency adjustment is not ensured, or when the clock is placed in a place where there is no alternating current available. In this case, it becomes necessary to remove any adjustment. It follows from the preceding explanations that this result is easily obtained by bringing the indexes 7 'and 8' opposite each other.
It is also possible to provide the motor JUS which is easy to dismantle and remove it. In this case, it suffices to correct the cadence of the balance wheel directly. For example, if the balance is balanced -and associated with a spinal spring as shown in fig. 1, the adjustment racket will be moved to a position identified by the manufacturer.
Although these maneuvers are simple and within the reach of non-watchmaking users, another automatically operating device is provided, the principle of which is as follows: The number of poles of the motor and the rate of the balance are chosen so that .l The axis of the rotor directly controls the syn chronizing magnet 6 and a device is made to act which pushes this axis into the rest orientation for which the repulsion exerted by the magnet 6 makes autonomous walking as exact as possible. This result is obtained, in particular, with a self-starting motor of the known type which comprises a rotor with a strong bipolar magnetism, capable of starting and rotating with a high motor torque.
The desired orientation is obtained with a fixed bi-polar magnet placed at a certain distance from the rotor, so that the attractive torque does not prevent synchronous operation and is sufficient to bring the rotor to the stop position. wanted. This device has been shown schematically in FIG. 1 where we see at 9 the magnetized rotor. And at 10 the fixed magnet ensuring. orientation of the rotor when the AC current fails.
The time apparatus which has just been described is applicable, in particular, to switching clocks intended to control the meters with multiple tariffs and the meters responsible for measuring consumption between certain hours of the day. In this case, fraudulent maneuvers must be avoided. This result is obtained with the device according to FIG. 1 by enclosing the components in an iron sheet box which can be closed hermetically and sealed.
To be able to have the relatively high mechanical power necessary for the establishment. good contact, and to avoid the difficulties of plumbing the apparatus, a relatively heavy balanced pendulum pivoting in small ball bearings is preferably used. The magnet 2 -is constituted by an .alloy of the iron-nickel-aluminum-cobait type. One can use a US motor of 25 pairs of poles similar to that which is described later with reference to FIGS. 5 to 8.
This motor makes it possible to synchronize a balance whose period is half a second with a coil 3 of about five thousand turns, one obtains independent walking by asking the. battery less than five hundredths of an ampere-hour per month. During synchronous operation, the flow rate of stack 1 is practically zero. A small 1 cell battery of good quality (diameter: 3 cm. Length: approximately 6 cm) can be kept for several years and ensures the uninterrupted operation of the device.
Fig. 2 shows a time device provided with an oscillating regulator consisting of a circular balance 11 and a balance spring 12, the ferrule of which is mounted on the axis 0 of the balance.
This apparatus comprises a bay spring automatically reassembled by a synchronous electric motor 13 which, moreover, can. ensure the synchronization of the balance when moving a lever 14 .from position _1 (independent running) to position S (synchronous running).
The synchronous motor 13 rises the barrel shaft by a worm gear 15 and tangent wheel 16. The worm is dragged by the motor by means of a claw clutch 17 (or friction) which is engaged when the lever 18, biased by the adjustable spring 19, supports vertically sui, the upper pivot of the screw 15 and that the tension of the barrel spring is. low. When the barrel spring. East. sufficiently armed, the screw 15 moves in direction f 2 and the winding stops, but the synchronous motor continues to turn.
The motor shaft carries an eccentric cam 20 which can act on the roller 21 when the lever 14 is in position S. The roller is carried by a lever 22 returned by a spring 23. This lever, which pivots around dc axis 24, is provided with a must. 25 which exerts a small periodic pressure on the. outer turn of the hairspring 1 \ _ '.
The ideal period Z 'of the balance corresponding to an exact operation of the time apparatus is, by construction, equal to the average duration of one revolution of the cam 20.
The sprung balance is adjusted so that its real period is equal to or slightly longer than T when the lever \? 2 is. spaced as far as possible from the cam 20 (position (the figure). For this position, the finger 25 brushes the hairspring when the balance 11 passes into the equilibrium position. The balance is provided with a pin 26 which can come back. beat on the spring 27 when the amplitude of the oscillations exceeds the value obtained in autonomous operation with a maximum tension of the mainspring.
This device works in the following way. When the lever 14 is in the position shown in the figure (position A), the lever 22 is immobilized and the clock works like an independent clock with ordinary electric winding. The only difference is that motor 13 continues to run at. empty when the clutch disengages; @e <B> 1..7 </B> operates (the maximum tension of the rewound spring can be adjusted by nut 2 When moving lever 14 in direction f 3 for When brought to position S, the lever 22 reciprocates under the influence of the cam 20. Experience shows that the pressures exerted on the hairspring 12 communicate energy to the balance.
This last takes an increasing amplitude and comes back on the stop spring 27. The shocks of 26 out of 27 phase out the oscillation in advance of the pulses, which reduces. the mechanical power received by the balance. Synchronization is. operated by successive advances and delays resulting, on the one hand, from impacts on the spring <B> 27, </B> and, on the other hand, from the systematic delay given to the balance oscillating at a moderate amplitude. The operation is identical to. the one that has been described with reference to. the fic. 1.
When the synchronization is interrupted by moving lever 14 (position A), the balance is only subjected to the elastic restoring force (proportional to the difference) due to the hairspring and to the pulses of the escapement: The oscillations are substantially isochronous. The adjustment can be completed with the usual racket 29.
A few modifications could be made to this device without changing the principle of operation. For example, to give the balance to the synchronizing driving impulses, one could in particular mount on the axis of the balance the ferrule of a small auxiliary spiral spring, the outer end of which would be moved by the lever 22 by a movement. alternative on a small arc having a center close to 0.
Fig. 3 schematically shows another example of a timing device provided with a spring. electrically wound barrel and an oscillating regulator consisting of a small light circular balance 30 associated with. a hairspring 31. In this device, the optional synchronizing pulses can be given to the balance by an alternating current of frequency 1 / T which develops a periodic electromagnetic force acting on the balance 30 when the latter is at the end of its strokes .
In the absence of synchronizing current, the balance oscillates at a moderate amplitude and would delay and must be corrected in one of the ways described below; under the influence of relatively strong synchronizing pulses, it hits a stop.
The balance has the shape shown in fig. 4 and it is made of a ductile magnet material having a very high coercive field. For example, one can use a known alloy, the composition of which is: copper 40, nickel. 27., cobalt 29. The balance is cut from a rolled strip of this alloy and, after a judicious heat treatment, it is saturated magnet parallel to a diameter YlSi. Then, it is partially demagnetized in a reverse field.
A part 30 is thus obtained which has a low differential magnetic permeability and whose residual magnetization is low, but very stable. The synchronizing electromagnetic action is given by a BS hollow coil which does not contain an iron core. This coil surrounds part of the periphery of the balance. This is arranged so that the median line of the <I> Ni Si </I> poles makes an angle of about 120 with the axis of the coil BS when the hairspring is not armed.
Intermittent winding of the barrel spring is ensured by the iii 11S multipolar synchronous motor remaining constantly under tension. It is operated in good time by means of a ratchet device known per se (ratchet arm 32 recalled by it res out 33. Animated by reciprocating movement by the eccentric 34 and remaining stationary when the spring is wound up. maximum).
In addition, the spring. The barrel can be wound up by hand by the ratchet arm L. The synchronizing current is developed in a device driven by the synchronous motor. For example, the motor rotates the magnet 35 at a speed such that a rotation of one revolution takes place during the duration T of an oscillation of the balance wheel 30, when the latter is synchronized.
An alternating electromotive force of frequency 1 / T is then induced in the GS coil.
The operation of this device is similar to that of the devices described above. Synchronization is operated by current pulses. induced in GS, the assembly formed by motor 111S, magnet 35 and winding GS behaving like a frequency converter, motor-alternator rotating at the constant angular speed of:
EMI0008.0041
To interrupt the synchronization without stopping the time device, it suffices to cut the circuit connecting GS <I> to </I> BS, @ by means of the knife switch 36. After the circuit is broken, the motor < I> 11'1S </I> continues to rotate and reassures the barrel spring in good time. To obtain a very exact self-winding rate, it is necessary to correct the period of the balance by moving in direction <B><I>f</I> </B>, on racket 37.
It is possible: to combine the movement of the switch 36 and the useful movement of the racket, for example by means of the rod 38 of adjustable length; under these conditions, the only maneuver to be performed to switch from synchronous walking to autonomous walking is to bring the point 36 'from S to A.
It will be noted that this device does not have the drawback of known devices for electromagnetic synchronization by fixed iron poles acting on a small magnet carried by the balance. It is known that in these devices the remanent magnetization which persists after the interruption of the synchronizing current disturbs deeply the. autonomous walking. With a BS iron-less coil, simply breaking the circuit completely eliminates disturbing forces. We associate with the balan cier a very weakly ferromagnetic hairspring like those which have been proposed as self-compensating spirals improved by a constant magnetic field.
When the circuit of GS and BS is established and the AC power fails, the motor 11S and. magnet 35 stop. The hourly device then continues at. operate with the mainspring. As the BS circuit is closed, a small additional damping occurs by induced currents, which reduces the amplitude a little. However, this damping cannot stop the balance, because it automatically becomes from phis to pure weak as and when. at. measurement of the reduction of the arc of oscillation.
We could take advantage of the amplitude reduction to correct the delay necessary for the stability of the synchronization; it would suffice to create a defect of isochronism in the proper sense, allowing the desired compensation.
Emergency march during blackouts (the sector can thus be made relatively accurate.
It should be noted that the mechanical power required to synchronize a very light ba lancer similar to that of chronometers is minimal. We small. clone use a weakly magnetized pendulum and a 3.5 inductor magnet of small dimension.
Figs. 5 to 8 show, by way of example, a motor with 25 pairs of poles which may be suitable for synchronizing the apparatus of FIG. 3. Supplied with current. alternating (the 50 periods, this motor synchronizes a ba lancer whose period is half a second. The stator of the motor is analogous to an armored electromagnet formed by a coil 40 with a central core 39 surrounded by a round iron box formed by the parts 41, 41, and 42. A circular row of alternating fixed poles is formed by the bowl 41 with a perforated bottom and internally toothed and by the disc 42 externally toothed, and riveted to the core 39.
The axis 43 is guided by the bearings 44 and 45, made of porous bronze impregnated with lubricant. It carries the rotor formed by a bipolar magnet 46 mounted on a brass plate. This magnet. has narrow salient poles (see profile fig. 6) arranged radially, forming between them angles of (360/25) degrees or twice this angle. The salient poles are placed as shown in the view in fig. 5 and, when the six N poles (north) are opposite the fixed polar teeth of 41, six S poles (south) are located opposite the teeth of 42.
Magnet 46 is. constituted by a material having a very high coercive clamp, so that when a magnetized pole is in front of two fixed poles, it receives a high motive force coming from both attraction and repulsion. The magnet 6 is obtained very economically either by molding powders under high pressure, or by molding and sintering, or even by stamping, when a ductile material (such as the alloy mentioned above) is used. The air gap between the lower face 46 and the upper face of the stator teeth can be adjusted to a low value by the screw 47 provided with a ball stop.
To inductively produce a current. of frequency equal to two periods per second and capable of synchronizing a balance, two coils 48 and 49 are placed above the magnet, fixed on an iron plate 50. Part of the flow of the mobile magnet 46 closes by this plate passing through the turns of the coils. These can thus play the role of the winding CS of FIG. 3. As the rotor turns very slowly under the influence of the pulsating torque which it receives, it is useful to regulate the motor torque to avoid jerky progression; this result is obtained by means of the flywheel 51 which is free on the plate 52. The friction dampens the speed oscillations.
We can make the flywheel by compressing very strongly in a mold a bronze powder; the part obtained is porous and can be impregnated with oil, which makes it possible to avoid any risk of the flywheel seizing on the axle.
As soon as the coil 40 is energized, the motor starts to vibrate angularly and it starts spontaneously in any direction, and starts rotating in synchronism. The torque is sufficient to produce the induced synchronizing current. and to actuate the eccentric 34 of FIG. 3.
The motor of FIG. 7 could. also be used in the assembly according to fig. 1. It would suffice to replace the iron plate 50 with a magnetized hardened steel washer in the direction of a diameter. The rotor would thus be stopped in a fixed orientation. The motor of FIG. 7 could also directly drive a magnet charged with synchronizing a gravity pendulum of small length whose period is half a second.
Fig. 9 shows a synchronization device that can be produced by means of a 3TS synchronous motor which causes the eccentric 34 to turn at the speed of one revolution during the ideal period Z 'of the balance 30 associated with the hairspring 53. The synchronization is operated, as in the device of FIG. 2, by the oscillating lever 54, the finger 25 of which exerts a periodic pressure on the eîtérieur spiral 53. The balance 30 carries, as in FIG. 2, a pin 26 which, at large amplitudes, comes back on the stop-spring 27.
The synchronization device can be put out of action by bringing the tip of the needle 55 'from S to A, which has the additional effect of bringing the stopper 56 closer to the hairspring. The position of this stopper is adjusted by construction to correct the delay of the balance. The period correction could also be effected by moving an ordinary adjustment racket.
In the device of FIG. 3, the period T current used to synchronize the ba lance 30 could be obtained by various means. For example, one can employ a periodic contact 60 cut by an eccentric cam 59, as shown schematically in FIG. 10. The cam 59 being mounted on the shaft of a motor, the rotor of which is returned to a certain invariable rest position, it is possible to obtain that in the event of a power failure the contact 60 is always cut off. The synchronizing energy, which is minimal, can be provided by a small winding 58 superimposed on the winding 57 of the motor and behaving like the secondary of a transformer.
It is thus possible to obtain an alter native voltage of a few volts that it will suffice to rectify by a small dry rectifier <I> RED, </I> as shown in fig. 1.0. The contact 60 can be shunted by a filiform resistor 61 provided with self-inductance. Under these conditions, the contact 60 is kept in perfect condition; this contact, moreover, cuts only a tiny current. When the device according to FIG. 10 is applied to the magnetic balance of FIG. 4, it is not necessary to systematically adjust the balance wheel 30 to the delay.
Indeed, the DC component of the wavy current itself produces the delay useful for synchronization and it disappears when the synchronizing current is cut.
In an electromagnetic synchronization device of the type of FIGS. 3 and 10, the production of the rippled current of period T can be ensured by various transmitting devices of the standard frequency. In particular, the contact 60 could be operated periodically by a selective relay controlled by a rhythmic transmission sent by a remote central station, by means of a radio signal modulated by an astronomical observatory.