Pièce d'horlogerie à organe régulateur oscillant entretenu électrornagnétiquement La présente invention a pour objet une pièce d'horlogerie à organe régulateur oscillant entretenu électromagnétiquement, et comprenant un aimant permanent.
Dans les pièces d'horlogerie du type dans lequel le déplacement de l'organe régulateur produit par induction, dans un enroulement capteur, un signal d'impulsion commandant l'alimentation d'un enroule ment moteur, le balancier porte généralement un ai mant se déplaçant en regard de l'enroulement cap teur, l'arrangement est tel qu'au passage de l'aimant le flux varie dans l'enroulement capteur d'une valeur nulle à un maximum pour redescendre à zéro. Cette variation se produit deux fois par oscillation du ba lancier. La tension induite étant fonction de la dé rivée du flux par rapport au temps, chaque variation de ce dernier produit une tension positive et une ten sion négative.
Il en résulte que deux signaux d'im pulsion - dus soit aux tensions positives, soit aux tensions négatives - sont fournis à l'enroulement moteur pour chaque oscillation du balancier. Or, du point de vue isochronisme, l'entretien du balan cier à raison de deux impulsions motrices par oscil lation, l'une dans chacun des sens de sa marche, n'est généralement pas favorable, les conditions d'Airy n'étant qu'approximativement satisfaites.
Le titulaire du présent brevet a déjà proposé un moyen de remédier à cet inconvénient et permettant la réalisation d'un dispositif régulateur oscillant en tretenu électromagnétiquement à raison d'une seule impulsion motrice par oscillation. Cette solution fait l'objet du brevet No 335188.
Ce brevet est complété par un brevet additionnel No 337470 décrivant une amélioration destinée à augmenter le signal obtenu sur la bobine captrice. Le but de la présente inven tion est de perfectionner la pièce d'horlogerie proté gée par lesdits brevets Nos 335188 et 337470, et ceci en renforçai encore le signal induit dans le bobinage capteur. Différents dispositifs moteurs pouvant être conjugués avec ledit capteur sont en outre décrits ci-après.
La pièce d'horlogerie suivant la présente inven tion est caractérisée par un anneau die haute per méabilité magnétique, situé au voisinage immédiat dudit aimant et canalisant son flux magnétique de m ère<B>à</B> le diviser en flux partiels dont le nombre am.
est égal au nombre des pôles de l'aimant, cet anneau étant ouvert en au moins un endroit par une dériva tion dudit anneau située à cheval sur ladite ouver ture, par un bobinage capteur enroulé autour de la dite dérivation de l'anneau et par un enroulement moteur destiné à entretenir les oscillations de l'ai mant, le tout de telle manière que le bobinage cap teur soit traversé, tant que l'aimant n'est pas placé en regard de l'ouverture de l'anneau, par un flux magnétique constant dont la valeur est égale à celle d'un flux partiel, ce flux changeant de signe,
en pas sant par zéro, lors du passage d'un pôle de l'aimant en regard de ladite ouverture de Panneau, ce qui induit dans le bobinage capteur une tension com mandant l'alimentation de l'enroulement moteur de façon telle que l'organe régulateur reçoive une seule impulsion motrice par oscillation complète de l'ai mant.
Le dessin annexé, dans lequel seuls les organes nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés, illustre à titre d'exemple une forme d'exécution de l'objet de l'invention et des variantes. La fig. 1 est une vue en plan, avec coupe par tielle suivant la ligne I-I de la fig. 3, du dispositif ré gulateur d'une pièce d'horlogerie.
La fig. 2 est une vue en perspective d'un détail de ce dispositif.
La fig. 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la fig. 1.
La fig. 4 est un schéma de principe du circuit électrique de la pièce d'horlogerie.
La fig. 5 est un diagramme des variations du flux magnétique et de la tension induite dans l'en roulement capteur, en fonction du temps.
Les fig. 6 et 7 sont des vues schématiques en plan d'une partie du dispositif régulateur dans deux positions de fonctionnement différentes.
La fig. 8 est une vue en plan d'un détail d'une variante.
La fig. 9 en est une coupe, et les fig. 10 et 11 sont des vues en plan d'un détail de deux variantes.
La pièce d'horlogerie représentée comprend un balancier 1, formé d'un barreau aimanté et, dont l'arbre 2 est pivoté entre la platine 3 du mouvement d'une part et le coq 4 d'autre part. L'arbre 2 porte un plateau 5 commandant une ancre de comptage 6 destinée à transformer les mouvements oscillants du balancier 1 en un mouvement rotatif discontinu d'un mobile non représenté relié aux aiguilles. Le spiral réglant est désigné par 7 ; son extrémité intérieure est fixée à une virole 8.
La platine 3 porte un anneau 9 en matière pré sentant une haute perméabilité magnétique, coaxial au balancier 1 et situé dans son plan d'oscillation. Cet anneau est destiné à canaliser le flux magnétique de l'amant 1, bipolaire, et à le diviser en deux demi- flux, suivant les lignes de force 10 et 11 indiquées dans la fig. 1.
Un enroulement capteur 12 entoure une dérivation 9a de l'anneau située à cheval sur une ouverture ou fente 13 que présente celui-ci. Un enroulement moteur 14, en galette, est appliqué con tre la face intérieure de cet anneau, dans l'espace libre situé entre celui-ci et l'espace balayé par l'ai mant. Cette disposition particulière de l'enroulement moteur 14 évite le couplage entre l'entrée et la sor tie de l'amplificateur décrit plus loin. Le balancier a été représenté en position d'équilibre par des traits pleins dans la fig. 1.
La fente 13 a été placée sur l'anneau de manière à se trouver en regard d'un des pôles de l'aimant, en l'occurrence le pôle Nord, lors que ce dernier occupe cette position d'équilibre. L'en roulement moteur 14 est alors légèrement décalé par rapport à l'autre pôle. Enfin, l'anneau 9 présente une seconde ouverture, désignée par 15, diamétrale ment opposée à l'ouverture 13.
L'enroulement moteur 14 est relié d'une part au collecteur d'un transistor PNP 16 et d'autre part à la borne négative d'une source de courant 17, par exemple une pile de 1,3 volt (fig. 4). La borne po sitive de cette source de courant 17 est elle-même reliée à l'émetteur du transistor 16. Enfin, l'enroule ment capteur 12 est relié d'une part à la base du transistor et d'autre pari à l'émetteur de ce transis tor.
Le fonctionnement de cette pièce d'horlogerie est le suivant Lorsque le balancier occupe sa position d'équi libre (fig. 1), le flux (P de l'aimant se répartit en parts égales 10 et 11 dans les deux moitiés de l'anneau. Aucun flux ne traverse la branche de dérivation et la bobine 12. Cette position du balancier correspond au point zéro de la fig. 5 dans laquelle la courbe 18 indique la variation du flux traversant l'enroulement 12.
Aussitôt que le barreau quitte sa position d'équi libre, l'un des flux partiels traverse la fente ou ou verture 15 de l'anneau qui constitue un entrefer sup plémentaire le réduisant considérablement au profit de l'autre flux partiel traversant l'enroulement cap teur 12. L'expérience a montré qu'une fente 15 mê me de faible largeur produit entre les flux partiels une différence telle que l'un d'eux comprend la presque totalité du flux (1) de l'aimant alors que l'au tre se réduit à un flux presque nul.
Admettons que l'aimant se déplace dans le sens de la flèche 19 (fig. 1) à partir de sa position d'équi libre, pour atteindre la position de la fig. 6, corres- pondant à la position représentée en pointillé dans la fig. 1.
Dans cette position, le flux partiel 11 traver sant l'enroulement 12 a une valeur sensiblement égale à #), valeur qui se maintient jusqu'au moment où, lors du retour de l'aimant suivant la flèche 20, son pôle Nord revient en regard de l'ouverture 13 de l'anneau. Le flux traversant la bobine diminue alors à nouveau et passe par une valeur nulle au moment où le balancier occupe sa position d'équilibre (T/2 dans la fig. 5).
Le balancier se déplace ensuite sui vant la flèche 21, mouvement au cours duquel il passe par la position de la fig. 7, correspondant à la posi tion représentée en traits mixtes dans la fig. 1. Le flux 10 traversant l'enroulement 12 a alors une va leur négative sensiblement égale à - ( , qui reste constante tant que le pôle Nord de l'aimant se dé place au-delà de l'ouverture 13. A la fin de l'oscilla tion complète (point T de la fig. 5), et après que le balancier se soit enfin déplacé suivant la flèche 22, le flux traversant la bobine s'annule de nouveau.
Cette variation du flux produit, par induction, une tension dans l'enroulement 12, suivant la loi
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représentée par la courbe 23 dans la fig. 5. Ce signal est appliqué entre labaseetl'émetteur du transistor 16. Comme seule la tension négative dé bloque ce dernier on voit, d'après le diagramme de la fig. 5, que le balancier ne reçoit qu'une seule impulsion motrice par oscillation complète.
Dans l'exemple représenté, l'enroulement 12 étant situé exactement en face de la position d'équilibre du pôle Nord de l'aimant, l'impulsion motrice est symé triquement répartie de part et d'autre de la position d'équilibre du balancier. Dans la formule indiquée ci-dessus,
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dt représente le temps pendant lequel varie 0 ,c'est- à-dire la durée du passage du pôle Nord de l'aimant en regard de l'ouverture 13 de l'anneau. Cette durée est très brève.
Dans la solution proposée dans les brevets Nos<B>335188</B> et 337470, la durée de dt était plus longue, dt correspondant à la durée du passage du pôle Nord de l'aimant en regard de l'enroulement capteur situé directement sur le tore, ce dernier ne présentant ni ouverture 13, ni dérivation 9a. Dans la présente forme d'exécution, e, et par conséquent le signal envoyé à l'amplificateur, sont notablement améliorés.
En outre, grâce au fait que l'enroulement 12 est situé sur une dérivation de l'anneau, il est possible d'allonger le bras Nord de l'aimant de manière à diminuer au minimum l'entrefer qui sé pare le pôle Nord de l'anneau, ce qui produit une augmentation du flux magnétique utile. Il convient de relever que l'amplitude des oscillations du balan cier ne doit pas dépasser une valeur limite telle que le pôle Nord ne vienne jamais en regard de l'enrou lement moteur 14.
II est à remarquer qu'en écartant ouenresserrantles extrémités du tore limitant la fente 15, ou encore en montant le tore de manière légèrement excentrique par rapport à l'aimant, on peut créer une asymétrie du champ magnétique qui rompe l'isochronisme des oscillations de l'aimant. Par ce moyen on crée une cause dirigée d'anisochronisme qui permet de com penser, au moins partiellement, les éventuels défauts d'isochronisme que peut présenter le dispositf régu lateur (balancier et spiral) du mouvement d'horloge rie. La fente 15 pourrait être supprimée.
Dans la variante des fig. 8 et 9, l'aimant, dési gné par 24, est situé juste au-dessus de l'anneau 25, et non plus dans son plan, comme dans la première forme d'exécution. La bobine motrice 26, en galette, est située sur l'anneau, entre ce dernier et l'aimant. Le pôle Nord de l'aimant présente un bossage 24a s'étendant en direction de l'anneau, destiné à dimi nuer l'entrefer. Le fonctionnement est identique à celui de la première forme d'exécution.
La variante de la fig. 10 diffère de la première forme d'exécution par le fait que la bobine motrice, désignée par 27, n'est pas en galette, mais est en roulée autour de l'anneau 28, de part et d'autre de sa fente 15. Tous les brins de cette bobine situés dans l'entrefer sont moteurs alors que dans la première forme d'exécution seuls les brins 14a de la bobine 14 travaillent.
Enfin, la variante de la fig. 11 constitue un mo teur à aimant polarisé et non plus un moteur électro dynamique comme les formes d'exécution et variantes qui précèdent. Dans cette variante, la bobine mo- trice 29 et l'enroulement capteur 30 sont tous deux bobinés sur la dérivation 31a de l'anneau 31. Les bo bines captrice et motrice peuvent être juxtaposées, imbriquées ou superposées sur la même partie du circuit magnétique. On remarque qu'ainsi les deux bobines sont fortement couplées.
En outre, la dimen, sion des bobines ne dépend plus des entrefers, du fait qu'elles sont toutes deux sur la dérivation de l'an neau. Enfin, dans cette variante l'amplitude des os cillations n'est plus limitée par les dimensions de la bobine motrice, comme c'est le cas lorsque cette der nière est située au voisinage de la position d'équili bre du pôle Sud de l'aimant, mais est limitée à une valeur de 1800 moins la demi-largeur de la fente ou ouverture 13 et moins la demi-largeur de l'aimant.
Le fonctionnement de cette variante est le sui vant Lorsque le transistor est débloqué par l'impul sion négative produite dans l'enroulement capteur 30, l'enroulement moteur 29 constitue, avec l'anneau 31, un électro-aimant. Les fentes 13 et 15 doivent être suffisamment larges pour que leur résistance magné tique soit grande et que l'anneau présente ainsi une branche Sud et une branche Nord. Le couple dure tant que dure l'impulsion. Dans l'autre sens, il n'y a pas d'impulsion motrice puisque le circuit de com mande du transistor reçoit une impulsion de sens positif.
En variante, les deux bobines motrice et captrice pourront être disposées l'une à la suite de l'autre sur la dérivation de l'anneau, l'une par exemple sur la partie 31b de cette dérivation et l'autre sur la partie 31c.
Timepiece with an electromagnetically maintained oscillating regulating member The present invention relates to a timepiece with an electromagnetically maintained oscillating regulating member, and comprising a permanent magnet.
In timepieces of the type in which the movement of the regulating member produces by induction, in a sensor winding, a pulse signal controlling the power supply of a motor winding, the balance generally carries an element. moving opposite the sensor winding, the arrangement is such that, when the magnet passes, the flux varies in the sensor winding from a zero value to a maximum to drop back to zero. This variation occurs twice per oscillation of the ba lance. The induced voltage being a function of the derivative of the flux with respect to time, each variation of the latter produces a positive voltage and a negative voltage.
As a result, two pulse signals - due either to positive voltages or to negative voltages - are supplied to the motor winding for each oscillation of the balance. However, from the isochronism point of view, the maintenance of the balance at the rate of two motor impulses by oscillation, one in each direction of its march, is generally not favorable, the conditions of Airy not being than approximately satisfied.
The holder of the present patent has already proposed a means of overcoming this drawback and allowing the production of an oscillating regulator device in electromagnetically maintained at the rate of a single driving pulse per oscillation. This solution is the subject of patent No. 335188.
This patent is supplemented by an additional patent No. 337470 describing an improvement intended to increase the signal obtained on the sensor coil. The aim of the present invention is to improve the timepiece protected by said patents Nos. 335188 and 337470, and this further reinforced the signal induced in the sensor winding. Various motor devices which can be combined with said sensor are further described below.
The timepiece according to the present invention is characterized by a high magnetic permeability die ring, located in the immediate vicinity of said magnet and channeling its magnetic flux from mother <B> to </B> to divide it into partial fluxes of which the number am.
is equal to the number of poles of the magnet, this ring being open in at least one place by a branch of said ring situated astride said opening, by a sensor coil wound around said branch of the ring and by a motor winding intended to maintain the oscillations of the magnet, all in such a way that the sensor winding is passed through, as long as the magnet is not placed opposite the opening of the ring, by a constant magnetic flux whose value is equal to that of a partial flux, this flux changing sign,
stepping through zero, during the passage of a pole of the magnet opposite said opening of the Panel, which induces in the sensor winding a voltage controlling the power supply of the motor winding so that the regulating organ receives a single driving impulse per complete oscillation of the magnet.
The appended drawing, in which only the components necessary for understanding the invention have been shown, illustrates by way of example one embodiment of the subject of the invention and variants. Fig. 1 is a plan view, with partial section taken along the line I-I of FIG. 3, of the regulating device of a timepiece.
Fig. 2 is a perspective view of a detail of this device.
Fig. 3 is a section taken along line III-III of FIG. 1.
Fig. 4 is a block diagram of the electrical circuit of the timepiece.
Fig. 5 is a diagram of the variations of the magnetic flux and of the voltage induced in the rolling sensor, as a function of time.
Figs. 6 and 7 are schematic plan views of part of the regulator device in two different operating positions.
Fig. 8 is a plan view of a detail of a variant.
Fig. 9 is a section thereof, and FIGS. 10 and 11 are plan views of a detail of two variants.
The timepiece shown comprises a balance 1, formed of a magnetic bar and, the shaft 2 of which is pivoted between the plate 3 of the movement on the one hand and the cock 4 on the other. The shaft 2 carries a plate 5 controlling a counting anchor 6 intended to transform the oscillating movements of the balance 1 into a discontinuous rotary movement of a mobile not shown connected to the hands. The regulating balance spring is designated by 7; its inner end is fixed to a ferrule 8.
The plate 3 carries a ring 9 made of a material having a high magnetic permeability, coaxial with the balance 1 and located in its plane of oscillation. This ring is intended to channel the magnetic flux of the bipolar lover 1 and to divide it into two half-fluxes, following the lines of force 10 and 11 indicated in fig. 1.
A sensor winding 12 surrounds a branch 9a of the ring situated astride an opening or slot 13 that the latter presents. A motor winding 14, in the form of a wafer, is applied against the interior face of this ring, in the free space situated between the latter and the space swept by the air. This particular arrangement of the motor winding 14 avoids the coupling between the input and the output of the amplifier described below. The balance is shown in the equilibrium position by solid lines in fig. 1.
The slot 13 has been placed on the ring so as to be located opposite one of the poles of the magnet, in this case the North pole, when the latter occupies this position of equilibrium. The motor bearing 14 is then slightly offset with respect to the other pole. Finally, the ring 9 has a second opening, designated by 15, diametrically opposed to the opening 13.
The motor winding 14 is connected on the one hand to the collector of a PNP transistor 16 and on the other hand to the negative terminal of a current source 17, for example a 1.3 volt battery (fig. 4). . The positive terminal of this current source 17 is itself connected to the emitter of transistor 16. Finally, the sensor winding 12 is connected on the one hand to the base of the transistor and on the other hand to the transmitter of this transis tor.
The operation of this timepiece is as follows When the balance is in its free equilibrium position (fig. 1), the flux (P of the magnet is distributed in equal parts 10 and 11 in the two halves of the No flux crosses the branch branch and the coil 12. This position of the balance corresponds to the zero point of Fig. 5 in which the curve 18 indicates the variation of the flux passing through the winding 12.
As soon as the bar leaves its equilibrium position, one of the partial flows passes through the slot or or opening 15 of the ring which constitutes an additional air gap, considerably reducing it in favor of the other partial flow passing through the winding sensor 12. Experience has shown that a slit 15 even of small width produces a difference between the partial fluxes such that one of them comprises almost all of the flux (1) of the magnet while the 'the other is reduced to almost zero flow.
Let us assume that the magnet moves in the direction of arrow 19 (fig. 1) from its position of free equi, to reach the position of fig. 6, corresponding to the position shown in dotted lines in FIG. 1.
In this position, the partial flux 11 passing through the winding 12 has a value substantially equal to #), a value which is maintained until the moment when, during the return of the magnet following arrow 20, its North pole returns to sight of the opening 13 of the ring. The flux passing through the coil then decreases again and passes through a zero value when the balance is in its equilibrium position (T / 2 in fig. 5).
The balance then moves along arrow 21, during which movement it passes through the position of FIG. 7, corresponding to the position shown in phantom in fig. 1. The flux 10 passing through the winding 12 then has a negative value substantially equal to - (, which remains constant as long as the North pole of the magnet moves beyond the opening 13. At the end of complete oscillation (point T in fig. 5), and after the balance has finally moved along arrow 22, the flow passing through the coil is canceled again.
This variation of the flux produces, by induction, a voltage in the winding 12, according to the law
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represented by curve 23 in FIG. 5. This signal is applied between the base and the emitter of transistor 16. As only the negative voltage de blocks the latter, it can be seen from the diagram of FIG. 5, that the balance receives only one driving pulse per complete oscillation.
In the example shown, the winding 12 being located exactly opposite the equilibrium position of the North pole of the magnet, the driving pulse is symmetrically distributed on either side of the equilibrium position of the magnet. pendulum. In the formula given above,
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dt represents the time during which 0 varies, that is to say the duration of the passage of the North pole of the magnet opposite the opening 13 of the ring. This period is very short.
In the solution proposed in patents Nos <B> 335188 </B> and 337470, the duration of dt was longer, dt corresponding to the duration of the passage of the North pole of the magnet opposite the sensor winding located directly on the torus, the latter having neither opening 13, nor branch 9a. In the present embodiment, e, and therefore the signal sent to the amplifier, is significantly improved.
In addition, thanks to the fact that the winding 12 is located on a derivation of the ring, it is possible to lengthen the North arm of the magnet so as to reduce to a minimum the air gap which separates the North pole from the ring, which produces an increase in the useful magnetic flux. It should be noted that the amplitude of the oscillations of the balance must not exceed a limit value such that the North Pole never comes opposite the motor winding 14.
It should be noted that by separating or clamping the ends of the torus limiting the slot 15, or else by mounting the torus slightly eccentric with respect to the magnet, an asymmetry of the magnetic field can be created which breaks the isochronism of the oscillations of the magnet. By this means a directed cause of anisochronism is created which makes it possible to understand, at least partially, the possible defects of isochronism which the regulating device (balance and hairspring) of the clock movement may present. Slot 15 could be omitted.
In the variant of FIGS. 8 and 9, the magnet, designated by 24, is located just above the ring 25, and no longer in its plane, as in the first embodiment. The drive coil 26, in a pancake, is located on the ring, between the latter and the magnet. The North pole of the magnet has a boss 24a extending in the direction of the ring, intended to reduce the air gap. The operation is identical to that of the first embodiment.
The variant of FIG. 10 differs from the first embodiment in that the driving reel, designated by 27, is not in a wafer, but is rolled around the ring 28, on either side of its slot 15. All the strands of this coil located in the air gap are motors while in the first embodiment only the strands 14a of the coil 14 are working.
Finally, the variant of FIG. It constitutes a polarized magnet motor and no longer an electro dynamic motor like the preceding embodiments and variants. In this variant, the drive coil 29 and the sensor winding 30 are both wound on the branch 31a of the ring 31. The sensor and drive coils can be juxtaposed, nested or superimposed on the same part of the magnetic circuit. . It is noted that the two coils are thus strongly coupled.
In addition, the size of the coils no longer depends on the air gaps, since they are both on the bypass of the ring. Finally, in this variant the amplitude of the os cillations is no longer limited by the dimensions of the motor coil, as is the case when the latter is located in the vicinity of the equilibrium position of the South Pole of the motor. magnet, but is limited to a value of 1800 minus the half-width of the slot or opening 13 and minus the half-width of the magnet.
The operation of this variant is as follows. When the transistor is turned on by the negative pulse produced in the sensor winding 30, the motor winding 29 constitutes, with the ring 31, an electromagnet. The slots 13 and 15 must be wide enough so that their magnetic resistance is great and that the ring thus has a South branch and a North branch. The couple lasts as long as the impulse lasts. In the other direction, there is no driving pulse since the control circuit of the transistor receives a pulse of positive direction.
As a variant, the two drive and sensor coils could be arranged one after the other on the branch of the ring, one for example on part 31b of this branch and the other on part 31c .