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Dispositif de balancier régulateur et moteur de pièce d'horlogerie électrique La présente invention a pour objet un dispositif de balancier régulateur et moteur de pièce d'horlogerie électrique. Ce dispositif, susceptible d'être utilisé dans une montre ou une pendulette électrique, fonctionne sur une source d'énergie à courant continu (pile, accumulateur ou courant alternatif redressé).
Il est caractérisé en ce que le balancier comprend au moins deux enroulements solidaires d'un arbre soumis à l'action d'un ressort de rappel spiral, se déplaçant librement dans les entrefers d'un circuit magnétique fixe, limités, d'une part, par des pôles de signes alternés affectant la forme de pales, et, d'autre part, par une pièce de fer doux, un interrupteur relié en série avec lesdits enroulements et avec une source de courant continu et dont un des organes de contact est monté sur le balancier et l'autre sur le bâti, de telle manière qu'il soit fermé lorsque le balancier se trouve dans sa position d'équilibre statique et qu'il s'ouvre lorsque le balancier s'est écarté d'un certain angle de cette position, le tout de façon qu'au moment de la fermeture de cet interrupteur,
chaque enroulement soit en regard d'une pale et que le courant traversant à ce moment les enroulements, engendre dans chacun d'eux un flux de sens opposé au flux magnétique polaire, ce qui a pour effet de soumettre le balancier, lorsqu'il a dépassé, pendant son oscillation, ladite position d'équilibre statique, à des couples électromagnétiques de durée limitée qui, se répétant à chaque alternance, entretiennent le mouvement du balancier.
Le dessin représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'objet de l'invention et des variantes. La fig. 1 représente la partie oscillante et le montage électrique d'une première forme d'exécution pour une pendulette.
La fig. 2 est une coupe perpendiculaire à l'axe d'oscillations du stator et du balancier, représenté partiellement à la fig. 1.
La fig. 3 en est une vue en perspective partielle. La fig. 4 est une vue en perspective d'un élément du stator.
La fig. 5 est une vue partielle en perspective d'une variante de la forme d'exécution, représentée aux fig. 1 à 4.
La fig. 6 est une variante du stator de la première forme d'exécution.
La fig. 7 est une variante de la première forme d'exécution comprenant un aimant hexapolaire formé par une seule pièce.
La fig. 8 est une vue en plan schématique d'une seconde forme d'exécution pour une montre.
La fig. 1 représente la partie électrique du balancier, constitué dans cet ensemble par deux enroulements rectangulaires 1 et 2, incurvés suivant un arc dont le rayon est celui de la circonférence décrite autour de l'arbre 3 pivoté entre deux crapaudines et solidaire du spiral réglant 4.
Les bobines 1 et 2 sont en série, une entrée étant reliée à l'arbre 3 et la sortie à un plot 5 isolé porté par le balancier, ce plot pouvant venir en contact avec la lamelle 6 isolée de la masse, la source 7 étant connectée à la lamelle, d'une part, et à la masse , d'autre part. Le circuit se ferme par le spiral. Les
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flèches i indiquent le sens du courant parcourant les cadres lorsque le contact est établi et les flèches en pointillé, la direction du flux magnétique.
Les parties des conducteurs engendrant des forces électromagnétiques sont celles disposées suivant les génératrices du cylindre décrit, c'est-à-dire a - b et c - d pour l'enroulement 1, et a' - b' et c - d pour l'enroulement 2, les parties incurvées n'intervenant pas dans la production du couple. La fig. 2 représente l'agencement constructif du circuit magnétique et la position des enroulements 1 et 2 au moment où a lieu le contact dans les deux sens de l'oscillation du balancier.
Les flèches en pointillé indiquent la direction du flux émané des pièces polaires et les flèches en traits pleins, la direction du flux propre des bobines. Ce sens relatif doit être rigoureusement observé pour obtenir le fonctionnement correct. 10 est un cylindre de fer doux pour la fermeture du flux de pôles à pôles.
Comme représenté en perspective sur la fig. 3, le stator magnétique est constitué par un aimant cylindrique central 12 aimanté longitudinalement, c'est-à-dire portant à ses deux extrémités des polarités Nord et Sud ; il est constitué en alliage très coercitif plein ou en poudre agglomérée suivant la technique de fabrication connue.
Selon sa constitution, il est percé de bout en bout dans la partie axiale, d'un trou pour le passage de l'arbre, ou ne porte qu'un petit évidement susceptible de recevoir une crapaudine; dans ce cas, l'équipage mobile est pivoté entre cette crapaudine enchassée au centre de l'aimant et une deuxième crapaudine ou pierre percée fixée à un pont de la platine supérieure. La distribution symétrique des pôles telle que représentée (fig. 2 et 3), à savoir trois pôles Nord à 120 degrés alternant avec trois pôles Sud à 120 degrés, est obtenue par deux pièces en tôle de fer très perméable 8 et 9, ayant la forme d'une étoile à trois branches ou pales, comme représenté par 8, sur.la fig. 4.
Un tel élément est obtenu par découpage à l'emporte-pièce et cambrage des branches ; les deux pièces sont fixées aux deux extrémités de l'aimant, par exemple par rivetage, emboutissage, ou, comme il est représenté fig. 4, par une petite tige filetée ou une plaquette percée emboutie si l'aimant est percé de bout en bout suivant la fig. 5, ou pleine avec un trou noyé à la partie supérieure, destiné à recevoir la crapaudine de pivotement de l'arbre du balancier. Le flux magnétique, d'un pôle à l'autre, se ferme par un cy- lindre en tôle de fer perméable 10 (fig. 2 et suivantes).
Comme on le voit, tous les éléments magnétiques, ainsi que les bobinages, sont de révolution autour de l'axe central 3 et les actions motrices qui s'exercent sur les conducteurs disposés suivant les génératrices du cylindre décrit, donnent lieu à des forces tangentielles qui tendent à entraîner l'équipage mobile (balancier) dans un sens ou dans l'autre, selon le sens de dépassement de l'axe des bobines, par rapport à l'axe médian du pôle qu'elles recouvrent au moment où le contact est établi, c'est-à-dire suivant le sens de l'oscillation du balancier.
Il est facile de voir (sur la fig. 2, par exemple), où on a représenté la position relative des deux bobines au moment où le contact est établi, position où les deux bobines sont exactement en vis-à-vis des pôles Nord et Sud, et à égale distance angulaire de deux pôles de nom contraire, que le pôle N exerce une répulsion sur la bobine 1, de même que le pôle S sur la bobine 2.
Cette position est un point mort et les deux bobines, à l'état statique, ne seraient soumises à aucune force motrice dans cette position symétrique, mais en période dynamique, c'est-à-dire si le balancier a déjà amorcé une oscillation préalable la plus petite inclinaison d'une des bobines, par rapport à l'axe symétrique, donnera naissance à une force électromagnétique dirigée dans le sens de l'inclinaison, de même pour l'autre bobine, par conséquent, toujours dirigée dans le sens du mouvement angulaire du balancier.
Les forces exercées sur les deux bobines sont concordantes pour former un couple. Au moment du contact, pour un sens de rotation quelconque, le couple électrique qui était nul, croît rapidement, puis tendrait à décroître jusqu'à retomber à zéro au moment où la partie médiane du bobinage se trouverait en vis-à-vis de l'un des deux pôles de nom contraire immédiatement voisins, position pour laquelle il y a attraction et équilibre stable, mais le contact est rompu avant d'atteindre cette position,
pour un parcours correspondant à la région avoisinante du sommet de la courbe des couples. Le balancier est alors affranchi de toute force active ou passive et est seulement soumis à la force vive emmagasinée par sa masse et à l'élasticité de son ressort spiral. Il atteint son élongation maxima, repasse par la position précédente et le contact étant de nouveau établi, il reçoit une nouvelle impulsion et ainsi de suite.
Les pôles qui, pour l'exemple choisi (fig. 2), encadrent les pôles répulsifs, S-S pour la bobine 1 et N-N pour la bobine 2, exercent deux forces symétriques attractives égales et opposées lorsque les bobines se trouvent symétriquement à égale distance des cornes polaires, mais, pour un petit déportement à droite ou à gauche de cet axe médian symétrique, un des faisceaux s'éloigne d'un pôle et se rapproche de l'autre. La force électromagnétique du pôle le plus rapproché devient prépondérante et s'ajoute à la force répulsive exercée par le pôle médian. C'est la direction du balancier avant de toucher le contact, qui impose le sens favorable de la force motrice.
L'équipage mobile ne comportant que des enroulements sans fer et aucune pièce métallique, les pertes par hystérésis et courant de Foucault sont évitées.
Les seules pertes qui se produisent sont celles par effet Joule dans le bobinage, très réduites en période dynamique du fait de la force contre-électromotrice qui tend à diminuer le courant de circula- tion. Cette force contre-électromotrice est relativement élevée, étant donné qu'au moment où se produit le contact, la vitesse angulaire du balancier est maxima et que les enroulements en fil fin à spires nombreuses coupent à angle droit, un champ magné-
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tique intense dans un entrefer étroit. La multiplication des bobines augmente encore cet effet.
Sur la fig. 5, on a représenté les éléments magnétiques d'un dispositif bipolaire. Dans cet exemple, le fonctionnement est le même que celui décrit pour la fi g. 2, sauf que s'exercent seuls les effets répulsifs qui tendent à éloigner les deux cadres des pièces polaires, lorsque ceux-ci subissent un écart de part et d'autre de la position médiane. L'arbre 3 traverse entièrement l'aimant qui est soutenu d'un côté par un tube 19 en matière non magnétique enchassé dans la platine.
La fig. 6 est une variante du circuit magnétique de la fig. 3, comportant de même un aimant rectiligne central 12 aimanté Nord-Sud à ses deux bouts, lesquels sont en contact avec deux rondelles en fer doux 14a -14b portant les lamelles ou pales 15 en fer doux, disposées en quinconce, de façon à faire alterner les six polarités successives sur toute la circonférence.
Les fig. 7 et 8 représentent la disposition préférée donnant un couple maximum et une consommation minima. L'agencement général et le principe de fonctionnement sont les mêmes que ceux décrits pour les fig. 1 à 6, mais il y a trois bobines motrices l-2-3 à 120 degrés l'une de l'autre, en vis-à-vis de trois pôles de même nom, pour la position où s'effectue le contact, les trois bobines étant électriquement en série ; bien entendu, le circuit magnétique avec aimant central unique (fig. 2 et 3) conviendrait bien et c'est seulement à titre de variante qu'on a représenté, sur la fig. 7, un stator à aimant massif, denté 16 comme celui des petits alternateurs à six pôles alternés.
Les agencements constructifs décrits pour les fig. 1 à 7, convenant de préférence aux montres cylindriques (pendulettes, montre auto, etc.), lorsqu'on doit loger tout le mouvement dans un boîtier très plat (montre de gousset, montre-bracelet), les enroulements sont disposés dans un plan parallèle au cadran de la montre, suivant la fig. 8, ce qui ne change rien au principe de l'invention. L'aimant 17 a alors la forme d'un disque plat à six pôles séparés par six encoches.
Les parties actives des conducteurs des trois enroulements sont celles en direction radiale et les enroulements se déplacent entre les surfaces polaires et une plaquette de fer doux (non représentée) ayant le même profil que l'aimant et par où se ferme le flux de pôle à pôle à travers les surfaces des enroulements. De même que pour les figures précédentes, les flux polaires, à l'instant du contact, sont en opposition avec les flux des enroulements en vis-à- vis alors que les pôles non recouverts par les enroulements ont des flux de même sens.