Dispositif <B>moteur</B> à impulsions <B>électromagnétiques</B> applicable <B>notamment aux instruments</B> horaires La présente invention concerne les dispo sitifs moteurs du type à impulsions électroma gnétiques comportant au moins un aimant per manent mobile, applicables notamment aux instruments horaires électriques (pendules et montres), qui doivent être actionnés au moyen d'une source d'énergie à courant continu de faible puissance, telle qu'une petite pile ou un accumulateur.
Les appareils de ce genre actuellement en usage comportent des interrupteurs à contacts électriques intermittents qui se détériorent as sez rapidement et dont le fonctionnement est irrégulier et précaire. De plus la commande de ces interrupteurs à des instants qui doivent être très précis nécessite des mécanismes de cons truction et de réglage délicats qui introduisent des pertes d'énergie irrégulières, par chocs et frottements, troublant beaucoup la régularité de marche des mouvements horaires.
L'un des buts de l'invention est de réaliser un dispositif moteur de fonctionnement sûr et de construction simple ne nécessitant pas de contacts électriques intermittents.
Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif moteur de rendement élevé pou vant être logé, par exemple, dans un boîtier de montre. La présente invention a pour objet un dis positif moteur à impulsions électromagnéti ques, applicable notamment aux instruments horaires et comportant au moins un aimant permanent mobile, caractérisé par le fait que cet aimant mobile reçoit des impulsions mo trices périodiques d'un électro-aimant relié aux bornes de sortie d'un amplificateur électroni que du genre transistor à jonction, disposé sur le circuit d'une faible source d'énergie et dont les bornes d'entrée sont reliées à au moins un enroulement fixe disposé, par rapport à l'aimant mobile, de façon que ledit aimant en gendre périodiquement, par induction,
dans cet enroulement, une faible force électromotrice.
Cet amplificateur forme un relais très fi dèle et très sensible et agit sous l'influence d'un enroulement dit bobine de commande ou bobine de déclenchement , placé au voi sinage de l'aimant mobile. Cet enroulement est monté en série avec la résistance variable com prise entre l'électrode émettrice et l'électrode appelée base du transistor, l'ensemble for mant un circuit de déclenchement fermé.
Le déplacement de l'aimant permanent induit dans la bobine de déclenchement une faible force électromotrice alternative et, lorsque la tension électrique appliquée au transistor atteint une valeur suffisante dans le sens convenable, le circuit de déclenchement est parcouru par des courants de faible puissance qui agissent sur la conductibilité de la partie du transistor com prenant l'électrode collectrice (ou de sortie) pour permettre à la source d'électricité de dé biter des courants brefs unidirectionnels dans un électro-aimant moteur. On peut constituer cet électro-aimant par une bobine attirant di rectement l'aimant mobile inducteur précé demment considéré.
Le dessin représente schématiquement, à titre d'exemple, quatre formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre le dispositif moteur appli qué à l'entretien du mouvement d'un balan cier pendulaire ; La fig. 2 est un schéma électrique plus détaillé du dispositif de la fig. 1 ; Les fig. 3a et 3b représentent sous forme schématique, respectivement en vue de face et de profil, un dispositif moteur appliqué à l'entretien du mouvement d'un balancier cir culaire ; Les fig. 3c et 3d représentent, sous forme schématique, deux variantes d'exécution du dispositif moteur appliqué à l'entretien d'un balancier circulaire.
La fig. 4 représente schématiquement un moteur rotatif capable d'actionner directement ou indirectement les aiguilles d'un instrument horaire ; La fig. 5 représente avec plus de détails les particularités de construction d'une montre ac tionnée par un moteur à mouvement alternatif à balancier circulaire.
Dans toutes ces figures, les dispositifs élec troniques chargés de distribuer les impulsions électromagnétiques motrices ont été représen tées schématiquement soit par le symbole gé néral ATr d'un relais-amplificateur (compor tant deux bornes d'entrée 1-2, deux bornes de sortie 3-4 et une source d'énergie G), soit par le symbole particulier d'un élément tran sistor Tr du type connu dit PNP à jonction , dont les électrodes sont désignées de la façon suivante e : électrode émettrice, b : électrode ba se ; c : électrode collectrice (ou de sortie).
La fig. 1 montre, à titre de premier exem ple, l'application de l'invention à une horloge électromagnétique d'un type connu, décrit no tamment dans le brevet français 986536 dé posé par la Société demanderesse le 11 mars 1949. Cette horloge comporte un pendule os cillant dont la masse principale M, est complé tée par une traverse ferromagnétique Fe et par un aimant permanent bipolaire A, en for me de barreau courbe disposé transversalement et dont les pôles magnétiques sont concentrés en<I>NI</I> et en<I>SI.</I> Le pôle N1 de l'aimant<I>A</I> re çoit des impulsions motrices périodiques au moyen d'une bobine creuse<I>BE,</I> dite bobine d'entretien, insérée dans un circuit compre nant un élément de pile G.
Une bobine auxiliaire fixe<I>BC,</I> dite bobine de commande, est disposée autour de l'ai mant A. Les spires de cette bobine entourent le pôle SI lorsque le pendule est peu écarté de la verticale, et elles se trouvent, par suite, dans un champ magnétique radial très intense.
Les extrémités de la bobine<I>BC</I> sont re liées aux bornes d'entrée 1 et 2 d'un relais am plificateur ATr du type connu dit transistor à jonction dont les propriétés ont été rap pelées ci-dessus.
Les bornes de sortie 3-4 de cet amplifi cateur sont reliées à la bobine fixe d'entretien <I>BE,</I> qui entoure le pôle<I>NI</I> de l'aimant, et l'énergie nécessaire au fonctionnement est four nie en temps utile par l'élément de pile G, dans les conditions précisées ci-après Lorsque le pendule oscille, les spires de la bobine fixe<I>BC</I> coupent les lignes de force radiales développées par le pôle<I>SI</I> de l'aimant A. Par suite, il se développe par induction dans la bobine<I>BC</I> une force électromotrice alterna tive U qui est maximum chaque fois que le pendule passe au voisinage de la verticale (po sition dite position d'équilibre ou point mort représentée sur la fig. 1).
Cette force électromotrice, due au mouvement de l'aimant A, constitue le signal d'entrée du relais-ampli- ficateur ATr.
Il résulte des propriétés connues des am plificateurs de ce type que l'on peut obtenir le débit, par les bornes de sortie 3-4, d'un cou rant<I>I</I> qui circule dans la bobine<I>BE</I> seulement lorsque la tension U du signal d'entrée (ou tension de commande) atteint une certaine va leur avec un signe déterminé. Dans ces con ditions le courant I est délivré chaque fois que le pendule se déplace sur un petit parcours en sens f,, au voisinage de sa position d'équilibre. Les organes statiques<I>BC</I> et ATr remplissent donc la fonction d'un mécanisme d'interrupteur d'auto-entretien manoeuvré dans les courses d'un seul sens du pendule.
Grâce à l'amplificateur ATr, la puissance électrique moyenne des courants I débités par la pile G est plus grande que la puissance pas sive dépensée pour engendrer par induction les courants i de déclenchement. On entretient, dans ces conditions, les oscillations du pen dule et ce dernier est même capable d'action ner directement un compteur chronométrique muni d'aiguilles.
Les connexions intérieures du relais-ampli- ficateur ATr peuvent être réalisées de diver ses façons ; par exemple, on peut employer les modes de branchements déjà proposés pour amplifier les faibles courants obtenus au moyen de microphones magnétoélectriques ou de pick-up .
La fig. 2 représente schématiquement un montage particulier d'amplificateur qui s'est révélé particulièrement avantageux pour les ap plications de l'invention aux pendules et aux montres électriques. Dans cette réalisation, un seul transistor à jonction Tr qui, dans l'exem ple représenté, est du type dit PNP, muni de trois bornes, assure l'alimentation périodique de la bobine d'entretien<I>BE</I> au moyen de la pile G.
La bobine de commande (ou de déclenche ment)<I>BC</I> est reliée aux électrodes<I>b</I> (base) et e (émetteur) du transistor ; la bobine d'entre tien<I>BE</I> est reliée aux électrodes c (collecteur) et e (émetteur) par l'intermédiaire de la pile G dont le pôle -I- est relié à l'électrode e.
L'expérience montre que l'on peut choisir les caractéristiques et les positions des enroule ments<I>BC</I> et<I>BE</I> et du transistor Tr pour main tenir le mouvement isochrone d'un lourd ba- lancier-moteur dont l'amplitude d'oscillation est automatiquement régularisée par le jeu des phénomènes décrits en détail ci-après Ce n'est que pour une certaine polarité de la force électromotrice U et au-dessus d'un cer tain niveau de tension que la résistance interne de la partie du transistor comprise entre les électrodes b et e s'affaiblit beaucoup et permet la circulation du courant de déclenchement!.
En raison de la propriété dite effet transis tor , ce courant i affaiblit aussi la résistance interne du transistor entre les électrodes e et c et, par suite, le courant d'entretien I s'établit dans le circuit comprenant la pile G et la bo bine<I>BE.</I>
-On constate que l'aimant A peut, sans in convénient, n'être animé que d'un mouvement oscillatoire lent et de faible amplitude, car une petite tension électrique U (moins de 0,1 volt) suffit à déclencher le débit par la pile G d'un courant 1 d'environ 1 milliampère sous la ten sion de la pile. Une puissance électrique ins tantanée d'environ 0,5 milliwatt reçue par la bobine<I>BE</I> est suffisante pour faire fonction ner l'horloge dans de bonnes conditions.
Com me le courant<I>I</I> ne circule dans<I>BE</I> que lors que le pendule passe par la position d'équili bre, les conditions reconnues les meilleures, en technique horlogère, pour assurer l'isochro nisme d'un balancier d'horloge se trouvent réa lisées et la période d'oscillation n'est pas sensi blement troublée par les petites variations de l'amplitude du mouvement alternatif.
Les essais ont montré que, lorsqu'on em ploie une bobine<I>BE</I> comportant plus de 5000 spires, la force contre-électromotrice E induite dans cet enroulement atteint une valeur dépas sant 0,5 volt. On remarquera que, si les résis tances passives croissent, l'amplitude des os cillations tend à décroître, de même que les forces électromotrices induites par l'aimant A dans les bobines<I>BC</I> et<I>BE.</I> La réduction de ces forces électromotrices a deux effets très favo rables 1o) Une diminution de l'amortissement cau sé par la production par induction du courant i de commande (travail résistant) ;
20) Une augmentation de l'impulsion mo trice, en raison de la réduction de la force contre-électromotrice E induite dans BE (tra vail moteur).
La diminution du travail résistant et l'aug mentation du travail moteur limitent la réduc tion de l'amplitude du pendule et l'on obtient -ainsi une marche à amplitude automatique ment stabilisée, c'est-à-dire peu influencée par les variations inévitables de la résistance de l'air et des frottements du compteur chrono- métrique.
Un autre avantage important résulte de la suppression de l'interrupteur d'auto-entretien employé dans les horloges électromagnétiques usuelles. Cette suppression permet de réduire le travail demandé au pendule régulateur et elle a des conséquences très utiles, car l'éléva tion du travail passif entraîne des perturba tions de période et réduit le rendement électri que.
On sait que, dans les moteurs magnéto électriques, le rendement N de la transforma tion d'énergie électrique en travail mécanique a pour expression
EMI0004.0007
relation dans laquelle E désigne la force contre- électromotrice d'induction qui prend naissance par induction dans l'enroulement moteur, et U la tension de la source d'électricité. Le rende ment est d'autant plus voisin de la valeur idéale 1 que le travail accompli en une seconde est moins élevé et, lorsque le moteur électrique tourne à vide , E devient très voisin de U.
Le moteur formé par un aimant A alimen té périodiquement par un transistor comme l'in diquent les fig. 1 et 2 présente la propriété rap pelée ci-dessus et la réduction des forces d'amortissement due à la suppression du con tact d'auto-entretien permet d'obtenir que la force contre-électromotrice E induite dans la bobine<I>BE</I> soit très voisine de la tension<I>U</I> de la pile G. Par suite, si R est la résistance du circuit, le rendement N se rapproche de la va leur maximum 1. Le courant débité I, donné par la loi d'Ohm
EMI0004.0012
devient très faible.
Dans ces conditions, l'usure de la pile G est très réduite. L'expérience a montré qu'un pendule, suivant la fig. 1, bien établi, oscillant à faible amplitude, est aisément entretenu avec une puissance électrique moyenne inférieure à dix microwatts.
Comme on l'a vu plus haut, l'augmenta tion du rapport E/U, permet aussi d'améliorer la stabilité de l'amplitude.
Le dispositif moteur représenté en fig. 1-2 est applicable aux horloges de très haute pré cision constituées par un pendule régulateur dit libre (c'est-à-dire dépourvu de méca nisme) conjugué avec une horloge asservie qui actionne les aiguilles.
En effet, les alternances de la force électro motrice induite dans la bobine<I>BC</I> peuvent agir successivement sur l'amplificateur ATr et sur un amplificateur auxiliaire chargé d'alimenter une horloge asservie.
Ce dispositif moteur convient également à l'entretien des divers types d'organes régula teurs oscillants ou vibrants auxquels il est pos sible d'ajouter des aimants. En particulier, il peut s'appliquer au type connu de montres électriques dont l'organe régulateur et mo teur est constitué par un petit balancier circu laire équilibré, associé à un ressort spiral. Les fig. 3a et 3b représentent schématiquement un dispositif de ce genre.
Le balancier oscillant est formé par deux disques partiellement évidés A1 et<I>A,</I> montés sur un axe commun O. Les pièces Â1 et A2 sont constituées par une matière de champ coercitif très élevé et seules les parties mar quées -NISI et N,S2 sont aimantées en perma nence. Dans les autres parties, les groupes de molécules appelés domaines de Weiss sont laissés en désordre. Les pièces A1 et A2 du ba- lancier comportent seulement à leur périphé rie des pôles actifs<I>NI</I> et<I>S2,</I> très concentrés, se faisant vis-à-vis et le balancier forme un équipage astatique.
L'enroulement fixe chargé d'engendrer le signal périodique déclenchant les impulsions motrices forme une bobine pla <I>te BC</I> en fil de cuivre disposée entre les ai mants coaxiaux voisins<I>AI</I> et A2, comme l'in dique la fig. 3a qui représente la position de repos (ou d'équilibre) du balancier associé au ressort spiral 5.
Comme dans le dispositif représenté en fig. 1, l'amplificateur ATr est relié, d'une part, à la bobine<I>BC</I> et, d'autre part, à au moins un électro-aimant moteur<I>BE</I> capable de donner une brève impulsion motrice au balancier à en tretenir.
Le dispositif moteur des fig. <I>3a</I> et 3b fonc tionne de la façon suivante Les émissions de courant d'entrée déclen chant les impulsions motrices ont lieu lorsque les pôles magnétiques<I>NI</I> et S2 se déplacent à grande vitesse dans le sens fi, en passant de vant un faisceau de conducteurs actifs appar tenant à la bobine<I>BC.</I>
La source d'électricité G et le relais à tran sistor ATr peuvent d'ailleurs actionner en mê me temps que<I>BE</I> la bobine BR d'un comp teur chronométrique récepteur.
La fig. 3c montre, à titre d'exemple, un mode d'exécution de l'électro-aimant symbolisé en<I>BE</I> sur le schéma figure 3a. Cet électro aimant est constitué par une simple bobine plate<I>BE'</I> disposée près de l'aimant A1 comme l'indiquent les fig. 3b et 3c. Cette bobine<I>BE'</I> exerce une brève force d'attraction F sur l'ai mant Ai du balancier lorsque le pôle mobile <I>NI</I> passe en sens b1 devant le faisceau de con ducteurs actifs<I>CI</I> appartenant à la bobine de déclenchement<I>BC.</I>
La fig. 3d montre une autre forme d'exé cution du dispositif moteur relié aux bornes 3 et 4. Ce dispositif est constitué par un électro aimant ordinaire du type à armature rotative Af fixée sur l'axe du balancier et attirée par les pièces polaires<I>st</I> et<I>st'.</I> Ces dernières sont ex- citées temporairement par la bobine<I>BE"</I> et, comme précédemment, une impulsion motrice a lieu lorsque le pôle<I>NI</I> se déplace en sens b, devant les conducteurs actifs<I>CI</I> de la bobine de déclenchement<I>BC.</I>
Le dispositif moteur suivant l'invention peut s'appliquer également à l'entretien de la rotation continue et à sens unique d'un aimant A monté sur un axe O.
La fig. 4 représente schématiquement un dispositif de ce genre dans lequel l'aimant ro tatif A est constitué par un disque en matière présentant un grand champ coercitif.
Ce disque A comporte au moins deux pô les N et S situés à sa périphérie et, sur ses cô tés, sont disposées deux bobines plates fixes <I>BC</I> et<I>BE</I> reliées à l'amplificateur ATr et à la source d'électricité G comme l'indique la fig. 4. On voit que le schéma de montage est le même que celui de la fig. 1.
De préférence, on donne à chaque bobine une forme incurvée et une largeur telle que les conducteurs actifs qui coupent les lignes de force (conducteurs parallèles à l'axe O du dis que) passent à une faible distance des pôles de l'aimant.
La bobine<I>BE</I> est placée dans une position déterminée pour que le couple électromagnéti que moteur engendré par le courant de sortie 1 soit maximum lorsque le courant de déclen chement i est engendré par la force électro motrice d'induction qui prend naissance dans l'enroulement<I>BC.</I> Pour cela on choisit conve nablement l'angle a, cette détermination pou vant être faite aisément par quelques essais méthodiques sur le prototype de. l'appareil.
Le dispositif représenté en fig. 4 constitue un moteur rotatif sans collecteur qui tourne pour un couple électromagnétique très faible, car toutes les résistances passives sont extrê mement réduites.
L'influence des champs ma gnétiques extérieurs peut être éliminée en en tourant l'aimant<I>A</I> et les bobines<I>BE</I> et<I>BC</I> par un blindage BL, en forme de tube concen trique à l'axe O, en alliage ferromagnétique très doux et de haute perméabilité. Le moteur à transistor de la fig. 4 peut remplacer avantageusement les autres types de moteurs rotatifs qui ont été employés ou pro posés précédemment pour la construction des horloges et des montres à remontage électrique.
Toutefois le démarrage rapide de l'aimant A n'étant pas toujours assuré lorsqu'on bran che la source d'électricité G, il faut mettre en oeuvre des dispositifs auxiliaires, mécaniques ou électriques, pour pouvoir éviter l'arrêt per manent du moteur.
Ce résultat est atteint en ajoutant aux mé canismes horaires régularisés par des échap pements ordinaires les combinaisons d'orga nes suivantes a) moteur suivant la fig. 4, de faible puis sance, tournant constamment en faisant pro gresser la roue d'échappement par l'intermé diaire d'un ressort spiral et d'un accouplement à friction ou d'un accouplement à hystérésis magnétique ; b) moteur suivant la fig. 4 remontant cons tamment par un train d'engrenages réducteurs de vitesse un petit ressort de barillet, la vitesse de remontage étant réduite par un frein agis sant lorsque l'armage du ressort devient exa géré ;
c) moteur suivant la fig. 4 remontant de temps en temps le barillet à ressort du méca nisme horaire et s'arrêtant dès qu'un certain degré d'armage du ressort est atteint, l'opéra tion de remontage étant renouvelée périodique ment grâce à un dispositif de lancement du mo teur, par exemple, au moyen de la chute brus que d'un bras de lancement à cliquet que sou lève ensuite une came entraînée à faible vi tesse par le mécanisme horaire.
Il n'est pas utile de décrire en détail la réalisation pratique de ces organes auxiliaires car des mécanismes analogues sont connus et leur réalisation est à la portée des hommes de métier.
On peut aussi se servir du moteur de la fig. 4 pour actionner directement les aiguilles d'une horloge au moyen d'engrenages démul tiplicateurs. Dans ce cas, il est nécessaire d'uni formiser la vitesse de rotation de l'aimant A, résultat qui peut être obtenu par divers régu lateurs de vitesse connus (régulateurs à force centrifuge, pendules coniques, échappements magnétiques à lames vibrantes ou à balan ciers, etc.).
La fig. 5 représente un dispositif moteur comprenant un balancier formé par un dis que A aimanté parallèlement à un diamètre <I>NS</I> et se déplaçant à l'intérieur de deux lar ges bobines creuses<I>BC</I> et<I>BE</I> disposées de chaque côté et à faible distance de l'axe O.
Ces bobines sont reliées à un élément tran sistor Tr comme dans le montage de la fig. 2. La virole du spiral 13 est orientée sur l'axe O de façon que, lorsque le balancier est au re pos, la ligne<I>NS</I> soit parallèle au plan des spi res<I>BE</I> et<I>BC.</I>
Le mouvement du balancier ainsi constitué est entretenu comme le dispositif représenté sur la fig. 3.
La balancier en mouvement alternatif fait progresser un compteur chronométrique d'un type connu: par exemple il déplace une four chette 14 munie d'une ancre motrice 6, qui fait tourner pas à pas une roue à rochet 7. Cette roue actionne par engrenages l'axe 8 qui porte une aiguille trotteuse 9. Les deux autres aiguil les 10 et 12 sont actionnées par des engrenages et une minuterie 11.
Divers changements peuvent être apportés aux dispositifs précédemment décrits sans sor tir du cadre de l'invention. Par exemple, au lieu d'un transistor à jonction type PNP, on pourrait employer un transistor type NPN ; il faudrait adopter alors les connexions particu lières qui permettent d'obtenir le fonctionne ment précédemment décrit.
Les dispositifs moteurs représentés aux dessins peuvent être complétés par des bobi nes de synchronisation dont le mode d'action est déjà connu. Par exemple, on peut imposer au pendule de la fig. 1, de période propre voi sine de<I>T,</I> une période forcée<I>T,</I> rigoureusement égale à celle d'un garde,temps éloigné ou d'un signal horaire rythmé. Ce résultat est obtenu, notamment, au moyen d'une bobine supplé- mentaire BS recevant un courant synchroni sant pulsatoire de période T.
On peut aussi corriger la période ou la vi tesse angulaire de l'aimant A au moyen d'un faible signal synchronisant agissant à l'entrée 1-2 de l'amplificateur ATr.
Les dispositifs moteurs et les remontoirs établis conformément à l'invention sont appli cables aux horloges-mères, aux horloges, pen dulettes et montres de bord à déclenchements, aux horloges à sonneries, aux enregistreurs, aux étalons de fréquence, etc... Le dispositif de la fig. 4 peut évidemment permettre de faire tourner des appareils divers autres que les horloges, tels que disques de phonographes, disques enregistrés d'horloges parlantes, orga nes d'appareils stroboscopiques, rotors de gy roscopes, etc.
<B> motor </B> device with <B> electromagnetic </B> pulses applicable <B> in particular to time </B> instruments The present invention relates to motor devices of the electromagnetic pulse type comprising at least one magnet permanent mobile, applicable in particular to electric time instruments (clocks and watches), which must be operated by means of a low-power direct current energy source, such as a small battery or an accumulator.
The devices of this kind currently in use include switches with intermittent electrical contacts which deteriorate quite quickly and whose operation is irregular and precarious. In addition, controlling these switches at instants which must be very precise requires delicate construction and adjustment mechanisms which introduce irregular energy losses, by shocks and friction, greatly disturbing the regularity of the hourly movements.
One of the aims of the invention is to provide a motor device of safe operation and simple construction not requiring intermittent electrical contacts.
Another object of the invention is to provide a high efficiency motor device that can be housed, for example, in a watch case. The present invention relates to a positive motor device with electromagnetic pulses, applicable in particular to time instruments and comprising at least one movable permanent magnet, characterized in that this movable magnet receives periodic motor pulses from a connected electromagnet. at the output terminals of an electronic amplifier of the junction transistor type, arranged on the circuit of a low energy source and whose input terminals are connected to at least one fixed winding arranged, with respect to the moving magnet, so that said magnet begels periodically, by induction,
in this winding, a weak electromotive force.
This amplifier forms a very reliable and very sensitive relay and acts under the influence of a winding called the control coil or trigger coil, placed in the vicinity of the moving magnet. This winding is mounted in series with the variable resistor comprised between the emitting electrode and the electrode called the base of the transistor, the assembly forming a closed trigger circuit.
The displacement of the permanent magnet induces in the trip coil a weak alternating electromotive force and, when the electric voltage applied to the transistor reaches a sufficient value in the correct direction, the trip circuit is traversed by low power currents which act on the conductivity of the part of the transistor comprising the collecting (or output) electrode to allow the source of electricity to flow short unidirectional currents in a motor electromagnet. This electromagnet can be constituted by a coil directly attracting the mobile inductor magnet previously considered.
The drawing shows schematically, by way of example, four embodiments of the object of the invention.
Fig. 1 shows the motor device applied to the maintenance of the movement of a pendulum swing; Fig. 2 is a more detailed electrical diagram of the device of FIG. 1; Figs. 3a and 3b show in schematic form, respectively in front view and in profile, a driving device applied to the maintenance of the movement of a circular balance; Figs. 3c and 3d represent, in schematic form, two variant embodiments of the driving device applied to the maintenance of a circular balance.
Fig. 4 schematically represents a rotary motor capable of directly or indirectly actuating the hands of a time instrument; Fig. 5 shows in more detail the construction features of a watch powered by a reciprocating motor with a circular balance.
In all these figures, the electronic devices responsible for distributing the electromagnetic motor pulses have been represented schematically either by the general symbol ATr of a relay-amplifier (comprising two input terminals 1-2, two output terminals 3-4 and an energy source G), or by the particular symbol of a transistor element Tr of the known type called PNP with junction, the electrodes of which are designated as follows: e: emitting electrode, b: electrode ba himself; c: collecting (or output) electrode.
Fig. 1 shows, by way of first example, the application of the invention to an electromagnetic clock of a known type, described in particular in French patent 986536 filed by the applicant company on March 11, 1949. This clock comprises a winking bone pendulum whose main mass M, is completed by a ferromagnetic crosspiece Fe and by a bipolar permanent magnet A, in the form of a curved bar arranged transversely and whose magnetic poles are concentrated in <I> NI </I> and in <I> SI. </I> The N1 pole of the magnet <I> A </I> receives periodic driving pulses by means of a hollow coil <I> BE, </I> called coil d 'maintenance, inserted in a circuit comprising a battery cell G.
A fixed auxiliary coil <I> BC, </I> called the control coil, is arranged around the magnet A. The turns of this coil surround the SI pole when the pendulum is not very far from the vertical, and they are found, therefore, in a very intense radial magnetic field.
The ends of the <I> BC </I> coil are linked to the input terminals 1 and 2 of an amplifier relay ATr of the known type called a junction transistor, the properties of which have been recalled above.
The output terminals 3-4 of this amplifier are connected to the fixed <I> BE, </I> maintenance coil which surrounds the <I> NI </I> pole of the magnet, and the energy necessary for operation is provided in good time by the battery element G, under the conditions specified below When the pendulum oscillates, the turns of the fixed coil <I> BC </I> intersect the developed radial lines of force by the <I> SI </I> pole of the magnet A. As a result, there develops by induction in the coil <I> BC </I> an alternating electromotive force U which is maximum each time the pendulum passes in the vicinity of the vertical (position known as the equilibrium position or dead center shown in FIG. 1).
This electromotive force, due to the movement of the magnet A, constitutes the input signal of the amplifier relay ATr.
It follows from the known properties of amplifiers of this type that it is possible to obtain the flow, through output terminals 3-4, of a current <I> I </I> which circulates in the coil <I> BE </I> only when the voltage U of the input signal (or control voltage) reaches a certain value with a determined sign. Under these conditions, the current I is delivered each time the pendulum moves over a short path in direction f ,, in the vicinity of its equilibrium position. The static components <I> BC </I> and ATr therefore fulfill the function of a self-maintenance switch mechanism operated in the strokes of one direction of the pendulum.
Thanks to the amplifier ATr, the average electric power of the currents I delivered by the battery G is greater than the step power expended to inductively generate the triggering currents i. Under these conditions, the oscillations of the pendulum are maintained and the latter is even capable of directly operating a chronometric counter provided with hands.
The internal connections of the ATr amplifier relay can be made in various ways; for example, the connection modes already proposed can be used to amplify the weak currents obtained by means of magnetoelectric microphones or pick-ups.
Fig. 2 schematically shows a particular amplifier assembly which has proved to be particularly advantageous for the applications of the invention to clocks and electric watches. In this embodiment, a single junction transistor Tr which, in the example shown, is of the so-called PNP type, provided with three terminals, ensures the periodic supply of the sustaining coil <I> BE </I> to the average of the G.
The control (or trigger) coil <I> BC </I> is connected to the electrodes <I> b </I> (base) and e (emitter) of the transistor; the maintenance coil <I> BE </I> is connected to electrodes c (collector) and e (emitter) via the battery G, the pole -I- of which is connected to electrode e.
Experience shows that one can choose the characteristics and positions of the <I> BC </I> and <I> BE </I> windings and of the transistor Tr to maintain the isochronous movement of a heavy ba - starter motor, the oscillation amplitude of which is automatically regulated by the action of the phenomena described in detail below It is only for a certain polarity of the electromotive force U and above a certain level of voltage that the internal resistance of the part of the transistor between electrodes b and e weakens a lot and allows the flow of the trigger current !.
Due to the property known as the transistor effect, this current i also weakens the internal resistance of the transistor between the electrodes e and c and, consequently, the sustaining current I is established in the circuit comprising the battery G and the bo bine <I> BE. </I>
-We note that the magnet A can, without inconvenience, be animated only of a slow oscillatory movement and of low amplitude, because a small electric voltage U (less than 0.1 volts) is sufficient to trigger the flow by battery G with a current 1 of about 1 milliampere under the voltage of the battery. An instantaneous electrical power of about 0.5 milliwatt received by the <I> BE </I> coil is sufficient to operate the clock under good conditions.
As the current <I> I </I> only circulates in <I> BE </I> when the pendulum passes through the equilibrium position, the conditions recognized as the best, in watchmaking technique, to ensure the The isochronism of a clock balance is achieved and the period of oscillation is not significantly disturbed by small variations in the amplitude of the reciprocating movement.
Tests have shown that, when a <I> BE </I> coil comprising more than 5000 turns is employed, the counter-electromotive force E induced in this winding reaches a value exceeding 0.5 volts. It will be noted that, if the passive resistances increase, the amplitude of the os cillations tends to decrease, as do the electromotive forces induced by the magnet A in the coils <I> BC </I> and <I> BE. </I> The reduction of these electromotive forces has two very favorable effects 1o) A decrease in damping caused by the production by induction of the control current i (resistant work);
20) An increase in the motor impulse, due to the reduction in the back-electromotive force E induced in BE (motor work).
The decrease in resistance work and the increase in motor work limit the reduction in the amplitude of the pendulum and one obtains - thus a step with automatically stabilized amplitude, that is to say little influenced by the variations. air resistance and the friction of the chronometer.
Another important advantage results from the elimination of the self-maintenance switch used in conventional electromagnetic clocks. This elimination makes it possible to reduce the work required of the regulating pendulum and it has very useful consequences, since the increase in passive work causes period disturbances and reduces the electrical output.
We know that, in magneto-electric motors, the efficiency N of the transformation of electric energy into mechanical work is expressed as
EMI0004.0007
relation in which E denotes the back electromotive force of induction which arises by induction in the motor winding, and U the voltage of the source of electricity. The efficiency is all the more close to the ideal value 1 as the work accomplished in one second is lower and, when the electric motor is running empty, E becomes very close to U.
The motor formed by a magnet A supplied periodically by a transistor as shown in fig. 1 and 2 have the property noted above and the reduction of the damping forces due to the elimination of the self-sustaining contact makes it possible to obtain that the back electromotive force E induced in the coil <I> BE </I> is very close to the voltage <I> U </I> of the battery G. Consequently, if R is the resistance of the circuit, the efficiency N is close to the value of their maximum 1. The current drawn I , given by Ohm's law
EMI0004.0012
becomes very weak.
Under these conditions, the wear of the battery G is very low. Experience has shown that a pendulum, according to fig. 1, well established, oscillating at low amplitude, is easily maintained with an average electric power of less than ten microwatts.
As we have seen above, the increase in the E / U ratio also makes it possible to improve the stability of the amplitude.
The motor device shown in FIG. 1-2 is applicable to very high precision clocks constituted by a so-called free regulating pendulum (that is to say without a mechanism) combined with a slave clock which actuates the hands.
Indeed, the alternations of the electro-motive force induced in the coil <I> BC </I> can act successively on the amplifier ATr and on an auxiliary amplifier responsible for supplying a slave clock.
This motor device is also suitable for the maintenance of various types of oscillating or vibrating regulating members to which it is possible to add magnets. In particular, it can be applied to the known type of electric watches in which the regulating and motor member is constituted by a small balanced circular balance, associated with a spiral spring. Figs. 3a and 3b schematically represent a device of this type.
The oscillating balance is formed by two partially hollowed discs A1 and <I> A, </I> mounted on a common axis O. The parts A1 and A2 are made of a material with a very high coercive field and only the parts marked - NISI and N, S2 are permanently magnetized. In other parts, groups of molecules called Weiss domains are left in disorder. The pieces A1 and A2 of the balance wheel only have active poles <I> NI </I> and <I> S2, </I> at their periphery, very concentrated, facing each other and the balance forming an astatic crew.
The fixed winding responsible for generating the periodic signal triggering the driving pulses forms a flat coil <I> te BC </I> in copper wire arranged between the neighboring coaxial magnets <I> AI </I> and A2, as shown in fig. 3a which represents the rest (or equilibrium) position of the balance associated with the spiral spring 5.
As in the device shown in FIG. 1, the ATr amplifier is connected, on the one hand, to the <I> BC </I> coil and, on the other hand, to at least one motor electromagnet <I> BE </I> capable of give a brief driving impulse to the balance to be maintained.
The motor device of FIGS. <I> 3a </I> and 3b works as follows The input current emissions triggering the driving pulses take place when the magnetic poles <I> NI </I> and S2 move at high speed in in the fi direction, passing a bundle of active conductors from the <I> BC coil. </I>
The source of electricity G and the transistor relay ATr can moreover actuate at the same time as <I> BE </I> the coil BR of a receiving chronometer counter.
Fig. 3c shows, by way of example, an embodiment of the electromagnet symbolized in <I> BE </I> in the diagram in FIG. 3a. This electromagnet is formed by a simple flat <I> BE '</I> coil placed near the magnet A1 as shown in fig. 3b and 3c. This <I> BE '</I> coil exerts a brief attraction force F on the magnet Ai of the balance when the moving pole <I> NI </I> passes in direction b1 in front of the bundle of active conductors <I> CI </I> belonging to the trigger coil <I> BC. </I>
Fig. 3d shows another embodiment of the motor device connected to terminals 3 and 4. This device consists of an ordinary electromagnet of the rotary armature type Af fixed on the axis of the balance and attracted by the pole pieces <I> st </I> and <I> st '. </I> These latter are temporarily energized by the coil <I> BE "</I> and, as before, a driving pulse takes place when the pole <I > NI </I> moves in direction b, in front of the active conductors <I> CI </I> of the release coil <I> BC. </I>
The motor device according to the invention can also be applied to the maintenance of the continuous and one-way rotation of a magnet A mounted on an axis O.
Fig. 4 schematically shows a device of this type in which the rotating magnet A consists of a disc of material having a large coercive field.
This disk A has at least two N and S poles located at its periphery and, on its sides, are arranged two flat fixed coils <I> BC </I> and <I> BE </I> connected to the amplifier ATr and to the electricity source G as shown in fig. 4. It can be seen that the assembly diagram is the same as that of FIG. 1.
Preferably, each coil is given a curved shape and a width such that the active conductors which intersect the lines of force (conductors parallel to the axis O of the disk) pass at a small distance from the poles of the magnet.
The <I> BE </I> coil is placed in a determined position so that the electromagnetic motor torque generated by the output current 1 is maximum when the tripping current i is generated by the electro-motive force of induction which begins in the winding <I> BC. </I> For this the angle a is conveniently chosen, this determination can be easily made by a few methodical tests on the prototype of. the device.
The device shown in FIG. 4 constitutes a rotary motor without a collector which rotates for a very low electromagnetic torque, because all the passive resistances are extremely reduced.
The influence of the external magnetic fields can be eliminated by rotating the magnet <I> A </I> and the coils <I> BE </I> and <I> BC </I> with a BL shield, in the form of a tube concentric with the O axis, made of a very soft ferromagnetic alloy with high permeability. The transistor motor of FIG. 4 can advantageously replace the other types of rotary motors which have been used or proposed previously for the construction of electrically wound clocks and watches.
However, since the rapid starting of the magnet A is not always ensured when the source of electricity G is connected, it is necessary to implement auxiliary devices, mechanical or electrical, to be able to avoid the permanent stopping of the motor. .
This result is achieved by adding to the time mechanisms regulated by ordinary exhausts the following combinations of organs a) engine according to fig. 4, low power, constantly rotating by advancing the escape wheel through the intermediary of a spiral spring and a friction clutch or a magnetic hysteresis coupling; b) motor according to fig. 4 constantly winding up a small barrel spring by means of a speed-reducing gear train, the winding speed being reduced by a brake acting when the winding of the spring becomes exaggerated;
c) motor according to fig. 4 winding up the spring barrel of the time mechanism from time to time and stopping as soon as a certain degree of winding of the spring is reached, the winding operation being periodically renewed by means of a device for starting the mo teur, for example, by means of the sudden drop of a ratchet launch arm which then lifts a cam driven at low speed by the clock mechanism.
It is not useful to describe in detail the practical realization of these auxiliary members because similar mechanisms are known and their realization is within the reach of those skilled in the art.
It is also possible to use the motor of FIG. 4 to directly actuate the hands of a clock by means of reduction gears. In this case, it is necessary to unify the speed of rotation of the magnet A, a result which can be obtained by various known speed regulators (centrifugal force regulators, conical pendulums, magnetic escapements with vibrating blades or balan ciers, etc.).
Fig. 5 shows a driving device comprising a balance formed by a disk A magnetized parallel to a diameter <I> NS </I> and moving inside two large hollow coils <I> BC </I> and < I> BE </I> arranged on each side and at a short distance from the axis O.
These coils are connected to a transistor element Tr as in the assembly of FIG. 2. The shell of the hairspring 13 is oriented on the axis O so that, when the balance is at rest, the line <I> NS </I> is parallel to the plane of the turns <I> BE </ I > and <I> BC. </I>
The movement of the balance thus formed is maintained like the device shown in FIG. 3.
The reciprocating balance wheel advances a chronometric counter of a known type: for example it moves a chette four equipped with a driving anchor 6, which turns a ratchet wheel 7 step by step. This wheel operates by gears l 'axis 8 which carries a second hand 9. The other two hands 10 and 12 are operated by gears and a timer 11.
Various changes can be made to the devices described above without going outside the scope of the invention. For example, instead of a PNP-type junction transistor, an NPN-type transistor could be used; it would then be necessary to adopt the particular connections which make it possible to obtain the operation described above.
The motor devices shown in the drawings can be supplemented by synchronization coils, the mode of action of which is already known. For example, one can impose on the pendulum of fig. 1, with a proper period close to <I> T, </I> a forced period <I> T, </I> strictly equal to that of a guard, distant time or a rhythmic time signal. This result is obtained, in particular, by means of an additional coil BS receiving a synchronizing pulsating current of period T.
It is also possible to correct the period or the angular speed of the magnet A by means of a weak synchronizing signal acting at input 1-2 of the amplifier ATr.
The motor devices and winders established in accordance with the invention are applicable to master clocks, clocks, dulettes and triggered on-board watches, striking clocks, recorders, frequency standards, etc. device of FIG. 4 can obviously make it possible to rotate various devices other than clocks, such as phonograph discs, recorded discs of speaking clocks, organs of stroboscopic devices, rotors of gy roscopes, etc.