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Dispositif chronométrique La présente invention a pour objet un dispositif chronométrique comprenant une pièce d'inertie montée pour tourner autour d'un axe et retenue élasti- quement dans une position donnée par une force approximativement proportionnelle au déplacement de la pièce à partir de cette position, les oscillations de la pièce d'inertie autour de la position donnée étant entretenues par des impulsions qui lui sont fournies par des moyens électromagnétiques. La pièce d'inertie peut être, par exemple, un pendule ou un balancier retenu par un spiral.
Un but de l'invention est de fournir un tel dispositif qui soit relativement simple.
Le dispositif faisant l'objet de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une pièce magnétique et une pièce conductrice coopérantes, l'une de ces pièces étant fixée rigidement à la pièce d'inertie ou formant partie intégrante de celle-ci et l'autre pièce étant maintenue dans une position fixe de manière que des impulsions de tension soient induites dans la pièce conductrice au cours des oscillations de la pièce d'inertie, et un générateur d'impulsions électriques connecté à la pièce conductrice et agencé pour faire passer à travers cette pièce des impulsions de courant en réponse auxdites impulsions de tension, mais de sens opposé à celui de ces dernières,
une action réciproque entre les pièces conductrice et magnétique pendant lesdites impulsions de courant produisant des impulsions sur la pièce d'inertie dans le sens voulu pour maintenir son oscillation.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution et une variante du dispositif selon l'invention. La fig. 1 est une vue schématique partielle de cette forme d'exécution.
La fig. 2 est le schéma d'un générateur d'impulsions électriques que comprend cette forme d'exécution. La fig. 3 est une vue schématique partielle de la variante.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 1, le dispositif chronométrique comprend un balancier 1 et son axe 2, de forme connue et montés pour tourner autour de l'axe géométrique de l'axe 2. On suppose ici que l'axe 2 est vertical. Cet axe porte un enroulement léger 3 -de forme générale rectangulaire, trois de ses côtés étant pratiquement coplanaires. Les brins du quatrième côté 4 sont divisés en deux sections égales, chacune ayant la forme d'un demi-cercle et formant ensemble un cercle disposé dans un plan perpendiculaire au plan des trois autres côtés de l'enroulement.
Le point milieu du côté de l'enroulement 3 opposé au côté circulaire est fixé rigidement à l'axe 2 immédiatement au-dessous du balancier 1, de manière que le côté circulaire soit au-dessous du point d'attache et centré sur l'axe géométrique de l'axe 2. Les deux autres côtés sont par conséquent verticaux et, lors de la rotation de l'axe 2, engendrent une surface cylindrique coaxiale à l'axe 2. L'ensemble du balancier est retenu élastiquement dans sa rotation par deux spiraux 5 et 6 agissant en sens opposés, fixés à une pièce isolante 7 sur l'axe 2 au-dessus du balancier 1.
Les spiraux sont connectés respectivement par des conducteurs 16 et 17 aux extrémités de l'enroulement 3 et leurs points d'ancrage fixes 8 et 9 sont correctement isolés.
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Un aimant permanent annulaire 10 est monté de manière que ses pôles soient placés symétriquement de chaque côté de la partie inférieure de l'axe 2. L'aimant comprend des faces polaires 11 et 12 concaves et cylindriques, coaxiales à l'axe 2. Une pièce 13 en fer doux, de forme générale cylindrique à pans coupés, d'une épaisseur notable, est montée dans l'espace compris entre les faces polaires 11 et 12, de manière à être coaxiale à l'axe 2 qui la traverse librement.
La pièce 13 présente des faces cylindriques 14 et 15. La disposition est telle que lorsque l'ensemble du balancier tourne, les côtés verticaux de l'enroulement 3 passent librement dans les entrefers compris entre la pièce 13 et les faces polaires 11 et 12 de l'aimant, coupant ainsi perpendiculairement le champ magnétique dans ces entrefers. Dans la position moyenne, les côtés verticaux sont placés à mi- distance dans lesdits entrefers. Le côté supérieur de l'enroulement 3 est placé au-dessus de la pièce 13 de fer doux et le côté inférieur entoure cette pièce 13 sans la toucher.
Envisageons maintenant le circuit électrique connecté à l'enroulement 3 par l'intermédiaire des spiraux 5 et 6. Une première borne de l'enroulement 3 est connectée à la borne négative 20 (fig. 2) d'une source de courant continu à faible tension. La seconde borne de l'enroulement 3 est connectée au collecteur d'un transistor 21 dont l'émetteur est connecté à la borne positive 22 de ladite source. La borne positive d'un redresseur 23 est connectée au collecteur du transistor, et la borne négative est connectée par un enroulement primaire d'un transformateur 24 à la borne négative 20 de la source. L'enroulement secondaire du transformateur 24 est connecté entre la base et l'émetteur du transistor 21.
Ce circuit fonctionne de la manière suivante Quand l'enroulement 3 oscille dans le champ magnétique, une tension alternative est induite dans cet enroulement, et quand la seconde borne est positive par rapport à la première, un courant s'écoule à travers le redresseur 23 et le primaire du transformateur. Le transformateur est connecté dans un sens tel que la tension induite dans le secondaire par suite de l'augmentation du courant primaire rend négative la base du transistor 21 par rapport à son émetteur.
Un courant commence à passer dans le circuit du collecteur, dont une partie s'écoule à travers l'enroulement 3 en opposition avec la tension induite, produisant une force qui agit sur l'enroulement et le balancier et tend à augmenter leur vitesse angulaire, et dont une autre partie s'écoule à travers le redresseur 23 et le primaire du transformateur. Le courant accru dans le primaire du transformateur induit une plus forte tension dans le secondaire, ce qui augmente le courant du collecteur du transistor. On voit que la réaction positive à travers le transformateur produit une augmentation rapide du courant du collecteur et par conséquent du courant à travers l'enroulement 3.
Ce processus est arrêté par la saturation du noyau du transformateur faisant tomber à zéro la tension secondaire induite du transformateur. Quand ceci se produit, le transistor revient immédiatement à son état de repos initial. Il est évident qu'une impulsion de courant ne sera déclenchée que lorsque l'enroulement 3 passe dans sa position de repos dans un sens particulier pour produire une impulsion de tension du sens correct. Le redresseur 23 élève l'impédance effective du circuit de l'enroulement pour réduire l'amortissement quand la tension induite est de sens opposé.
Les positions des points d'ancrage fixes 8 et 9 des spiraux 5 et 6 sont réglées par rapport à l'aimant permanent 10 de manière que le point milieu de l'impulsion de courant coïncide avec le passage du balancier et de l'enroulement dans leur position de repos.
Le circuit générateur d'impulsions tend à maintenir l'amplitude des oscillations à une valeur constante. Si l'amplitude augmente, la vitesse angulaire en tout point de l'oscillation augmente, ainsi que la grandeur de la tension induite dans l'enroulement. Cette tension s'oppose à l'impulsion de courant comme expliqué plus haut, et une augmentation de cette tension produit une diminution proportionnée de la grandeur de l'impulsion de courant, tendant ainsi à réduire l'amplitude. Une compensation similaire se produit si l'amplitude tombe au-dessous de sa valeur normale.
Une variation dans la tension d'alimentation, qui change la valeur maximum du courant à travers l'enroulement, est compensée par un changement du temps que prend le transformateur pour se saturer et par conséquent de la durée de l'impulsion.
Le dispositif est agencé pour que le balancier oscille d'un peu moins de 180o de chaque côté de sa position de repos. II est important d'empêcher l'amplitude de dépasser 1801, (par suite d'une influence extérieure), sinon plus d'une impulsion sera déclenchée pendant une oscillation complète. La compensation expliquée plus haut aide à rétablir l'amplitude à sa valeur normale, mais des arrêts mécaniques peuvent être utilisés également.
Une autre méthode d'empêcher la production de plus d'une impulsion par oscillation complète consiste à disposer un condensateur et une résistance en parallèle dans la connexion entre la borne négative du redresseur 23 et le primaire du transformateur 24. Le condensateur se charge quand une impulsion se produit et empêche le déclenchement d'une nouvelle impulsion tant qu'il n'a pas été déchargé à travers la résistance. La constante de temps du condensateur et de la résistance est choisie de manière qu'après la charge, les autres impulsions soient bloquées pendant une période qui est de peu inférieure à la durée d'une oscillation complète. Avec un tel arrangement, l'amplitude normale peut excéder 1800.
Les impulsions de courant du collecteur peuvent être utilisées dans chaque cas où un signal horaire est nécessaire. En particulier, un enroulement électromagnétique peut être monté en série avec la source
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de courant continu pour actionner un mécanisme entraînant les aiguilles d'une horloge ou d'une montre. L'ensemble du balancier peut être utilisé pour entraîner directement les aiguilles d'une horloge ou d'une montre. Dans ce cas, l'axe 2 comprend un plateau et une cheville qui s'engagent avec la fourche d'une ancre. Cette dernière s'engage alternativement avec les dents de deux roues d'échappement en engrènement qui entraînent un train d'engrenages principal.
Un tel échappement est décrit d'ans le brevet britannique No 227499. D'une autre manière, le train pirncipal peut être entraîné par l'ensemble du balancier au moyen d'une connexion à engrenages réversible, comme décrit dans le brevet britannique No 300992.
La variante représentée à la fig. 3 montre une construction modifiée de l'ensemble du balancier et du circuit magnétique relativement à celle représentée à la fig. 1. Un balancier 31 et son axe 30, de forme connue, sont montés pour tourner autour de l'axe géométrique de l'axe 30. Un enroulement rectangulaire 32 est fixé au balancier 31 sur un côté près de sa périphérie, l'enroulement (quand il est en position de repos) étant disposé dans un plan parallèle à l'axe 30. Un court aimant 33 en forme de barre est fixé entre les bras d'une pièce de fer doux 34 en U, de manière à former un entrefer 35 entre l'un des pôles de l'aimant et le bras adjacent de la pièce 34.
Cet assemblage magnétique est disposé dans un plan radial par rapport à l'axe 30, et l'enroulement 32 peut passer librement dans l'entrefer 35. On voit que le bras de la pièce 34 adjacent à l'entrefer est placé entre l'axe 30 et la surface décrite par l'enroulement 32 quand il se déplace. Le balancier est retenu par deux spiraux non représentés agissant en sens opposés, similaires à ceux représentés à la fig. 1. L'enroulement 32 est connecté par les spiraux au circuit représenté à la fig. 2. Les ancrages des spiraux sont réglés de manière que lorsque le balancier est dans sa position de repos, l'enroulement 32 soit disposé symétriquement dans l'en- trefer 35.
Le fonctionnement de cette variante est le suivant : Quand l'enroulement passe à travers l'entrefer, une tension positive et une tension négative sont induites successivement. L'ordre des impulsions est indépendant du sens du mouvement de l'enroulement. Comme le circuit représenté à la fig. 2 est sensible seulement aux impulsions d'une polarité déterminée, une impulsion d'entraînement est produite pendant chaque passage de l'enroulement à travers l'entrefer. Cette construction a l'avantage que le balancier peut osciller approximativement de 3300 de chaque côté de sa position de repos. Par ailleurs, le fonctionnement de la variante est similaire à celui de la forme d'exécution décrite plus haut.
Dans une autre variante, un enroulement rectangulaire est fixé au balancier de manière que leurs plans soient parallèles. L'ensemble magnétique est disposé de manière que l'enroulement passe à travers l'entrefer avec son plan perpendiculaire à la direction du champ magnétique. Il est évident que cette variante fonctionne de la même manière que les constructions décrites précédemment.
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Chronometric device The present invention relates to a chronometric device comprising a piece of inertia mounted to rotate about an axis and resiliently retained in a given position by a force approximately proportional to the displacement of the piece from this position, the oscillations of the piece of inertia around the given position being maintained by pulses which are supplied to it by electromagnetic means. The inertia part can be, for example, a pendulum or a balance held by a hairspring.
An object of the invention is to provide such a device which is relatively simple.
The device which is the subject of the invention is characterized in that it comprises a magnetic part and a cooperating conductive part, one of these parts being rigidly fixed to the inertia part or forming an integral part thereof. and the other part being held in a fixed position so that voltage pulses are induced in the conductive part during oscillations of the inertia part, and an electrical pulse generator connected to the conductive part and arranged to passing current pulses through this part in response to said voltage pulses, but in the opposite direction to that of the latter,
a reciprocal action between the conductive and magnetic parts during said current pulses producing pulses on the inertia part in the desired direction to maintain its oscillation.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment and a variant of the device according to the invention. Fig. 1 is a partial schematic view of this embodiment.
Fig. 2 is the diagram of an electrical pulse generator included in this embodiment. Fig. 3 is a partial schematic view of the variant.
In the embodiment shown in FIG. 1, the chronometric device comprises a balance wheel 1 and its axis 2, of known shape and mounted to rotate around the geometric axis of axis 2. It is assumed here that axis 2 is vertical. This axis carries a light winding 3 - of generally rectangular shape, three of its sides being practically coplanar. The strands of the fourth side 4 are divided into two equal sections, each having the shape of a semicircle and together forming a circle arranged in a plane perpendicular to the plane of the other three sides of the coil.
The midpoint of the side of the winding 3 opposite the circular side is rigidly fixed to the axis 2 immediately below the balance 1, so that the circular side is below the attachment point and centered on the geometric axis of axis 2. The other two sides are therefore vertical and, during the rotation of axis 2, generate a cylindrical surface coaxial with axis 2. The entire balance is resiliently retained in its rotation by two hairsprings 5 and 6 acting in opposite directions, fixed to an insulating part 7 on the axis 2 above the balance 1.
The spirals are connected respectively by conductors 16 and 17 to the ends of the winding 3 and their fixed anchor points 8 and 9 are correctly insulated.
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An annular permanent magnet 10 is mounted so that its poles are placed symmetrically on either side of the lower part of the axis 2. The magnet comprises pole faces 11 and 12 concave and cylindrical, coaxial with the axis 2. A piece 13 in soft iron, of generally cylindrical shape with cut sides, of significant thickness, is mounted in the space between the pole faces 11 and 12, so as to be coaxial with the axis 2 which passes freely through it.
The part 13 has cylindrical faces 14 and 15. The arrangement is such that when the whole of the balance rotates, the vertical sides of the winding 3 pass freely in the air gaps between the part 13 and the pole faces 11 and 12 of the magnet, thus cutting perpendicularly the magnetic field in these gaps. In the middle position, the vertical sides are placed at mid-distance in said air gaps. The upper side of the winding 3 is placed above the piece 13 of soft iron and the lower side surrounds this piece 13 without touching it.
Consider now the electric circuit connected to winding 3 via the spirals 5 and 6. A first terminal of winding 3 is connected to negative terminal 20 (fig. 2) of a low direct current source. voltage. The second terminal of the winding 3 is connected to the collector of a transistor 21, the emitter of which is connected to the positive terminal 22 of said source. The positive terminal of a rectifier 23 is connected to the collector of the transistor, and the negative terminal is connected by a primary winding of a transformer 24 to the negative terminal 20 of the source. The secondary winding of transformer 24 is connected between the base and the emitter of transistor 21.
This circuit works in the following way When the winding 3 oscillates in the magnetic field, an alternating voltage is induced in this winding, and when the second terminal is positive with respect to the first, a current flows through the rectifier 23 and the primary of the transformer. The transformer is connected in such a way that the voltage induced in the secondary as a result of the increase in the primary current makes the base of the transistor 21 negative with respect to its emitter.
A current begins to flow through the circuit of the collector, part of which flows through winding 3 in opposition to the induced voltage, producing a force which acts on the winding and the balance and tends to increase their angular speed, and another part of which flows through the rectifier 23 and the primary of the transformer. The increased current in the primary of the transformer induces a higher voltage in the secondary, which increases the current of the collector of the transistor. It can be seen that the positive feedback through the transformer produces a rapid increase in the collector current and therefore the current through winding 3.
This process is stopped by the saturation of the transformer core causing the induced secondary voltage of the transformer to drop to zero. When this happens, the transistor immediately returns to its initial quiescent state. Obviously, a current pulse will only be triggered when winding 3 moves to its rest position in a particular direction to produce a voltage pulse of the correct direction. Rectifier 23 increases the effective impedance of the winding circuit to reduce damping when the induced voltage is in the opposite direction.
The positions of the fixed anchor points 8 and 9 of the springs 5 and 6 are adjusted relative to the permanent magnet 10 so that the midpoint of the current pulse coincides with the passage of the balance and the winding in their resting position.
The pulse generator circuit tends to keep the amplitude of the oscillations at a constant value. If the amplitude increases, the angular speed at any point of the oscillation increases, as does the magnitude of the voltage induced in the winding. This voltage opposes the current pulse as explained above, and an increase in this voltage produces a proportionate decrease in the magnitude of the current pulse, thus tending to reduce the amplitude. A similar compensation occurs if the amplitude falls below its normal value.
A change in the supply voltage, which changes the maximum value of the current through the winding, is compensated for by a change in the time it takes for the transformer to saturate and therefore the duration of the pulse.
The device is arranged so that the balance oscillates a little less than 180o on each side of its rest position. It is important to prevent the amplitude from exceeding 1801, (due to an outside influence), otherwise more than one pulse will be triggered during a full oscillation. The compensation explained above helps restore the amplitude to its normal value, but mechanical stops can be used as well.
Another method of preventing the production of more than one pulse per full oscillation is to arrange a capacitor and a resistor in parallel in the connection between the negative terminal of rectifier 23 and the primary of transformer 24. The capacitor charges when a pulse occurs and prevents firing of a new pulse until it has been discharged through the resistance. The time constant of the capacitor and the resistor is chosen so that after charging the other pulses are blocked for a period which is slightly less than the duration of a full oscillation. With such an arrangement, the normal amplitude can exceed 1800.
Collector current pulses can be used in any case where a time signal is required. In particular, an electromagnetic winding can be mounted in series with the source
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direct current to operate a mechanism driving the hands of a clock or watch. The entire balance wheel can be used to directly drive the hands of a clock or a watch. In this case, the axis 2 comprises a plate and a pin which engage with the fork of an anchor. The latter engages alternately with the teeth of two meshing escapement wheels which drive a main gear train.
Such an escapement is described in British Patent No. 227499. Alternatively, the main gear can be driven by the entire balance wheel by means of a reversible gear connection, as described in British Patent No. 300992. .
The variant shown in FIG. 3 shows a modified construction of the assembly of the balance and of the magnetic circuit relative to that shown in FIG. 1. A balance 31 and its axis 30, of known shape, are mounted to rotate about the geometric axis of the axis 30. A rectangular coil 32 is attached to the balance 31 on one side near its periphery, the coil (when it is in the rest position) being arranged in a plane parallel to the axis 30. A short bar-shaped magnet 33 is fixed between the arms of a piece of soft iron 34 in U, so as to form a air gap 35 between one of the poles of the magnet and the adjacent arm of the part 34.
This magnetic assembly is disposed in a radial plane relative to the axis 30, and the winding 32 can pass freely in the air gap 35. It can be seen that the arm of the part 34 adjacent to the air gap is placed between the axis 30 and the surface described by winding 32 when it moves. The balance is held by two springs, not shown, acting in opposite directions, similar to those shown in FIG. 1. The winding 32 is connected by the spirals to the circuit shown in FIG. 2. The springs anchorages are adjusted so that when the balance is in its rest position, the winding 32 is placed symmetrically in the cavity 35.
The operation of this variant is as follows: When the winding passes through the air gap, a positive voltage and a negative voltage are successively induced. The order of the pulses is independent of the direction of movement of the winding. As the circuit shown in fig. 2 is sensitive only to pulses of a determined polarity, a drive pulse is produced during each passage of the winding through the air gap. This construction has the advantage that the pendulum can oscillate approximately 3300 on either side of its rest position. Furthermore, the operation of the variant is similar to that of the embodiment described above.
In another variant, a rectangular winding is fixed to the balance so that their planes are parallel. The magnetic assembly is arranged so that the winding passes through the air gap with its plane perpendicular to the direction of the magnetic field. It is obvious that this variant works in the same way as the constructions described above.