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Dispositif électromagnétique pour l'entretien des oscillations d'un ensemble balancier-spiral La présente invention a pour objet un dispositif électromagnétique pour l'entretien des oscillations d'un ensemble balancier-spiral d'un mouvement d'horlogerie.
On connaît déjà des dispositifs de ce genre comportant un balancier formé d'un disque en matière isolante oscillant autour d'un axe, et dans lequel est noyé un enroulement constitué par deux bobines plates de forme sensiblement triangulaire. Ce disque se déplace dans un champ magnétique dirigé parallèlement à cet axe et qui est créé par six pièces polaires S et N alternées.
Dans la position de repos d'équilibre statique dans laquelle le ressort spiral ramène le balancier, ces bobines se trouvent en face de deux de ces pièces polaires et le sens du courant envoyé dans ces bobines par le contact contrôlé par le balancier est tel que le flux propre des bobines est opposé au flux des pièces polaires leur faisant face. Dans ces conditions, cette position relative des bobines et des pièces polaires est une position d'équilibre instable.
En effet, si le balancier étant au repos., le courant est envoyé dans les enroulements, les forces électromotrices qui agissent sur les bobines se compensent, mais dès que le balancier est légèrement écarté de cette position, il se trouve soumis à un couple dirigé dans le sens de la déviation.
Lorsque le balancier, oscille dans un sens déterminé, la répulsion due aux pôles N et S primitivement en face des bobines s'ajoute à l'attraction de la deuxième paire de pôles N et S se trouvant immédiatement après les pôles de la première paire, tandis que lors de l'oscillation dans le sens opposé au premier, c'est l'attraction des pôles N et S de la troisième paire, disposés symétriquement par rapport aux pôles de la deuxième paire, qui s'ajoute à la répulsion des pôles N et S de la première.
On sait cependant que, du point de vue de l'isochronisme des oscillations du balancier, l'angle de rotation du balancier le long duquel s'exerce l'impulsion motrice ne doit pas dépasser lors de chaque alternance, une valeur de 45 degrés à 50 degrés ; on voit donc que, dans ce dispositif, au moins un tiers de la masse totale des aimants reste inutilisée, en réduisant ainsi l'efficacité.
La présente invention a pour objet un dispositif électromagnétique ne présentant pas cet inconvénient. Ce dispositif, qui est du type comportant un stator présentant un nombre déterminé de paires de pièces polaires et un rotor bobiné solidaire du balancier et oscillant dans le champ créé par le stator, l'enroulement de ce rotor recevant, par l'intermédiaire d'un contact commandé par le balancier, des impulsions de courant motrices dès le moment où le balancier a passé par sa position d'équilibre statique, est caractérisé par le fait que l'enroulement du rotor est formé d'un nombre pair, compris entre quatre et huit,
de faisceaux rectilignes de conducteurs r6guliè- rement espacés angulairement autour de l'axe du balancier et connectés entre eux de façon que les faisceaux successifs soient parcourus par des courants de sens opposé et que lesdites pièces polaires, en forme de secteur, sont disposés selon des sens d'aimantation alternés, concentriquement à l'axe d'oscillation du balancier et en un nombre égal à celui desdits faisceaux conducteurs, la direction du champ magnétique à la sortie de chaque pièce polaire étant au moins en partie perpendiculaire à celle des faisceaux, l'une de ces directions étant radiale et l'autre parallèle à l'axe d'oscillation du balancier,
la distribution des pièces polaires et du courant dans ces faisceaux de conducteurs étant choisie de façon que dans la position d'équilibre statique du balancier, un observateur d'ampère couché le long d'un de ces
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faisceaux, traversé par le courant des pieds à la tête et regardant vers les pièces polaires, ait toujours un pôle S à sa gauche et un pôle N à sa droite.
Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple, quatre formes d'exécution et des variantes de l'objet de la présente invention La fig. 1 illustre schématiquement un balancier à quatre faisceaux de conducteurs et un stator magnétique tétrapolaire selon une première forme d'exécution ; la fig. 2 montre une variante de la première forme d'exécution ; les fig. 3, 4 et 5 représentent différentes variantes d'une deuxième forme d'exécution à six faisceaux ; la fig. 6 est une de face d'un stator magnétique hexapolaire ;
la fig. 7 une coupe axiale de l'une des formes d'exécution ; la fig. 8 représente une troisième forme d'exécution comportant huit faisceaux radiaux; la fig. 9 représente schématiquement et en perspective une quatrième forme d'exécution dans laquelle les faisceaux conducteurs sont parallèles à l'axe de rotation du balancier ; la fig. 10 est une vue en perspective avec arrachement partiel d'une variante de la quatrième forme d'exécution ; la fig. 11 est une coupe axiale de cette variante.
Suivant la représentation schématique de la première forme d'exécution de la fig. 1, le balancier comporte un enroulement constitué par quatre faisceaux conducteurs radiaux, 4, 5, 6 et 7 décalés de 90o les uns des autres, tandis que le stator est constitué par quatre aimants en forme de secteur NI-SI, Nz-S2, les sens des courants dans les faisceaux, alimentés par une source 13 par l'intermédiaire du contact flexible 12 commandé par le balancier et reliés entre eux en série par la connexion 10 étant choisis de façon que dans la position d'équilibre statique du balancier,
un observateur d'ampère couché le long de l'un de ces faisceaux, traversé par le courant des pieds à la tête et regardant vers les pièces polaires, ait toujours un pôle S à sa gauche et un pôle N à sa droite.
Suivant la variante de la première forme d'exécution de la fig. 2, chacun des faisceaux radiaux est dédoublé en 4, 4' - 5, 5' - 6, 6' - 7, 7', les faisceaux 4' - 5, 5' - 6, 6' - 7, 7' - 4 étant respectivement reliés deux à deux par les connexions en arc de cercle, 10, 10', 10", 10"' pour former quatre bobines fermées en forme de secteurs et pouvant être reliées en série entre elles.
La fig. 3 représente schématiquement une seconde forme d'exécution dont l'enroulement comporte six faisceaux ou nappes de conducteurs radiaux 4, 5, 6, 7, 8, 9 faisant entre eux, respectivement, des angles de 600, le sens des courants étant sur le parcours de la circonférence mutuellement inversé comme indiqué par les flèches, tous les conducteurs radiaux étant reliés en série par des conducteurs de liaison concen- triques 10, 10' n'intervenant pas dans le couple moteur.
L'ensemble est soutenu par un support en matière non magnétique et non métallique ou enrobé dans une matière isolante en forme de rondelle plate 1, cette matière devant être indéformable avec un coefficient de dilatation peu élevé, susceptible d'être moulée à chaud de préférence, qualités pouvant être remplies par différents matériaux plastiques. Ladite rondelle portant les enroulements est traversée en son centre par un arbre de pivotement 2 solidaire d'un ressort spiral 11 (fig. 8), et constitue le balancier de la montre, le moment d'inertie du balancier et le couple élastique du ressort spiral 11 étant choisis pour obtenir une période d'oscillation déterminée.
Le balancier oscille au-dessus et à très faible distance d'un stator magnétique formé de six aimants NI, SI, N2, S2, N3, S3 assemblés comme représenté sur la fig. 6 décrite plus bas. Les surfaces polaires sont, dans un même plan, parallèles à la surface du balancier 1 et les pôles régulièrement alternés le long de la circonférence sont jointifs ou séparés par de petits entrefers radiaux, les faisceaux recouvrant les lignes de séparation polaires lors du passage du balancier par le voisinage de sa position d'équilibre statique (torsion nulle du spiral).
Le contact 12 se ferme dès cet instant précis, l'enroulement recevant de la source 13 une impulsion électrique. Lorsque le sens de circulation du courant défini plus haut est adopté, il est facile de voir que si on écarte, à partir de cette position, le balancier dans un sens ou l'autre, tous les faisceaux tendront à se déplacer spontanément dans le sens de l'écart en fournissant un travail positif pour un déplacement angulaire maximum correspondant au passage d'une ligne de séparation polaire ou ligne neutre, jusqu'à la ligne de séparation polaire immédiatement voisine,
à partir de laquelle le travail change de signe, c'est à-dire qu'il faudrait fournir un couple moteur pour déplacer le balancier. Le contact sera coupé avant d'atteindre cette position limite. En principe pour un balancier d'amplitude de 2700 le contact est rompu après un parcours angulaire de l'ordre de 40c) à 50o de part et d'autre de l'axe où le contact est établi.
On remarquera que les six faisceaux radiaux à sens de circulation mutuellement inversés déterminent trois nappes diamétrales 4 - 7, 5 - 8, 6 - 9, de sorte qu'on peut fermer respectivement chaque nappe sur elle-même par des conducteurs périphériques de liaison comme représenté en fig. 3, ce qui constitue trois galettes en forme de secteurs qu'on connecte en série.
Toutefois, pour éviter les croisements des faisceaux au centre, on a trouvé préférable de connecter ensemble, comme représenté en fig. 4, les conducteurs appartenant à deux nappes radiales voisines, tant au centre qu'à la périphérie par des connexions 14, 14', 14", ce qui détermine trois bobines de forme triangulaire 15, 15', 15", ayant une ouverture angulaire de 600 pour la spire moyenne et décalées de 600 les unes des autres.
Dans la variante représentée en fig. 5, chaque faisceau radial est dédoublé, et, au moyen de six
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connexions périphériques circulaires 16, 17, 18, 19, 20, 21, on forme six bobines triangulaires jointives 22, 23, 24, 25, 26, 27, ayant un angle au centre moyen de 60o.
Dans la deuxième forme d'exécution et de ses variantes, quel que soit le nombre de faisceaux radiaux ou de bobines complètes adoptées pour le rotor, le stator comporte une distribution magnétique à six pôles pour obtenir le maximum d'efficacité au point de vue couple, rendement et consommation.
La fabrication d'un petit aimant multipolaire dont le diamètre, selon les dimensions de la montre, peut varier entre 10 mm à 25 mm et dont l'épaisseur est de l'ordre de 3 mm à 5 mm, ces dimensions correspondant approximativement à l'emplacement disponible dans une montre-bracelet ou une pendulette, soulève les difficultés pratiques d'aimantation du fait que les matériaux très coercitifs utilisés doivent être soumis à des champs intenses obtenus à partir d'élec- tro-aimants à grand nombre d'ampères-tours et dont les pôles se trouvent très rapprochés les:
uns des autres, et de plus, les plages d'aimantation doivent être bien définies et de surfaces égales, ce qui est très difficile à obtenir simultanément et en une seule fois, la dimension de l'aimant étant très petite.
Le problème peut être résolu dans de meilleures conditions par l'assemblage de petits aimants élémentaires bipolaires de forme prismatique, trapézoïdale ou de secteur circulaire présentant chacun quatre faces planes, les éléments élémentaires étant aimantés séparément ce qui permet l'aimantation à saturation dans un champ magnétique très facile à obtenir, les petits aimants élémentaires étant ensuite juxtaposés et assemblés pour former un aimant multipolaire de faible hauteur, à six pôles par exemple. Les axes polaires sont perpendiculaires à l'axe des conducteurs radiaux des enroulements qui coupent à angle droit les lignes de force.
Sur la fig. 6 les aimants élémentaires 28, 29, 30, 31, 32, 33, sont maintenus et cloisonnés avec un faible entrefer de l'ordre du millimètre par étoile non magnétique 34, et une fois introduits dans les alvéoles, maintenus par un cerclage 35 très mince. L'ensemble présente une structure alvéolaire ou en nid d'abeille . On pourrait aussi constituer l'étoile 34 en alliage magnétique à bas point de Curie dont la perméabilité magnétique diminue lorsque la température croît, ceci afin de compenser l'augmentation de résistance ohmique des enroulements avec la température, ce qui tiendrait à faire diminuer légèrement l'amplitude des oscillations du balancier.
On peut, dans un aimant multipolaire tel que figuré en fig. 6, laisser une fente libre 36 jusqu'au centre permettant d'introduire l'axe 2 de côté avec deux crapaudines 37, 37' (fig. 7) fixées sur la platine, ce qui est encore un avantage de ce mode de réunion de petits aimants.
Les aimants en matière très coercitive, pourraient être accolés sans entrefer, les lignes de force étant sensiblement perpendiculaires et parallèles dans toute la région où se déplacent les enroulements, c'est-à-dire jusqu'à 3 mm au moins de la surface. Les lignes de fuite obliques de pôle à pôle correspondent aux positions non utilisées à l'instant du contact, de sorte que les conditions d'utilisation les meilleures sont remplies.
Les aimants utilisés sont, de préférence aux matériaux métalliques, exécutés dans des céramiques magnétiques ou ferrites qui ont pour l'utilisation considérée l'avantage d'être légères et isolantes au point de vue de la conductibilité électrique.
Dans le but de raccourcir le trajet des lignes de force dans l'air et par là d'augmenter l'induction dans la région où se déplacent les conducteurs, on pourrait fermer les circuits magnétiques en plaçant sur les aimants, tels que représenté sur les fig. 4 et 5, une armature ferromagnétique mince, en forme de disque, délimitant un entrefer dans lequel se déplace le balancier 1, cette armature pouvant être magnéti- quement reliée en 40 à une plaque ferromagnétique 39 sur laquelle reposent les faces opposées des aimants.
Cette disposition a l'avantage de raccourcir le trajet des lignes de force en leur donnant dans l'entrefer un meilleur paralléllisme, ce qui améliore le couple, tout en formant écran magnétique vis à vis des pièces d'horlogerie voisines, écran qui pourrait être renforcé, si besoin était, par un cerclage cylindrique de diamètre évidemment plus grand que celui de la surface aimantée pour éviter des dérivations magnétiques importantes.
L'efficacité sera maximum si, suivant fig. 1 à 3, on constitue un enroulement à faisceaux diamétraux encadrant deux à deux leurs pôles respectifs en position du début et de la fin du travail moteur, cette dernière position n'étant jamais atteinte, car, pour des raisons d'isochronisme, l'expérience a établi que le balancier doit être complètement libéré de toutes forces motrices ou passives après un parcours de 40o à 45o de part et d'autre de sa position d'équilibre.
On pourrait encore dans une autre forme d'exécution constituer un stator à huit pôles, et huit faisceaux radiaux, chaque pôle constituant un secteur de 450 d'ouverture qui est l'extrême limite des possibilités. Cette disposition est représentée en fig. 8 où huit faisceaux radiaux dédoublés 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48 sont connectés entre eux de façon à former huit bobines 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58.
Une remarque importante s'impose. Si l'on se reporte à la fig. 3, on voit que tous les six faisceaux radiaux seraient utilisés en bouclant les conducteurs 4 - 5, d'une part, de façon à constituer une bobine, de même pour les conducteurs 6 - 7, de même pour les conducteurs 8 - 9.
En effet, si on considère par exemple les côtés 4 - 5 fermés par 10', ces conducteurs qui encadrent à circuit fermé le pôle sud S3 forment avec les conducteurs 6 et 9 deux enroulements non bouclés encadrant les deux pôles nord consécutifs Ni et N2. Tout se passe comme si on avait trois bobines à circuit fermé et trois autres
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bobines non bouclées mais dont les sections sont identiques, les conducteurs de liaison périphériques n'intervenant pas.
L'avantage d'un agencement à six bobines fermées, (fig. 4) côte à côte par rapport à trois bobines bouclées (fig. 3) apparaîtra clairement par les considérations suivantes : soit e (fig. 4) la largeur d'un enroulement triangulaire. On supposera que cet enroulement a dépassé la position de l'instant du contact, les deux côtés sous-tendant un angle de 600 se trouvant sur les régions soumises aux champs magnétiques et on considérera le côté 6 de la bobine 15, l'autre côté 5 étant le siège de phénomènes identiques.
Les forces qui s'exercent sur chaque portion dy de conducteur sont sensiblement égales, proportionnelles aux champs et à l'intensité et perpendiculaires à la portion de conducteur considéré, mais les moments dépendent de la distance de chaque portion dy au centre o, de leur obliquité par rapport à un rayon et pour les fils parallèles au rayon de leur distance à celui-ci, de sorte que l'efficacité va en diminuant des conducteurs extérieurs aux conducteurs intérieurs. Sur le conducteur 6, l'élément dy à la distance y de l'axe o-x est soumis à un moment m = Hiydy, H étant l'intensité du champ magnétique et i l'intensité du courant dans le faisceau 6.
En intégrant de o à R (rayon) on voit que le moment résultant est proportionnel au carré du rayon, de même que la force contre-électromotrice.
Les arrondis sont surtout défavorables dans la région périphérique, particulièrement pour les spires courtes. On voit que pour la spire intérieure la longueur utile est approximativement h et l'intégration des moments doit être faite sur une longueur h plus petite que R. De plus, si on considère un élément de conducteur à la même distance y de l'axe x x, celui-ci est soumis à une force FI dont la projection F2 sur un axe perpendiculaire au rayon O-R a donne le moment par rapport à l'axe de pivotement O (F2 = FI sin i#), à étant égal à zéro pour tous les arrondis dont les tangentes sont perpendiculaires aux rayons.
En conclusion, la largeur e des galettes dans le plan doit être relativement petite, les conducteurs devant être en direction du centre du cercle décrit. Quant à l'épaisseur de la galette, on est limité par la décroissance du champ magnétique à partir des pôles à circuit magnétique ouvert et par l'entrefer à circuit magnétique fermé. On est donc amené à répartir les conducteurs sur toute la surface circulaire, c'est-à-dire à utiliser six bobines, qui, toutes choses égales d'ailleurs, permettront d'obtenir le moindre étalement des conducteurs de part et d'autre des axes passant par le centre de pivotement.
Il est évident qu'en disposant une bobine adjacente (pour le même nombre de conducteurs) la largeur de chaque nappe d'une bobine de part et d'autre de o-b sera
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La largeur d'un faisceau radial peut être égale à l'entrefer interpolaire 4 (fig. 4) et dans ce cas les couples moteurs sont créés presque d'emblée après l'instant du contact. Si le profil extérieur est contenu à l'intérieur de la surface d'un aimant, le couple moteur est retardé et il y a léger gaspillage du courant jusqu'au franchissement des axes interpolaires.
Si le profil déborde l'aimant correspondant, une des nappes est soumise à un couple de freinage avant franchissement de la ligne neutre et de bonnes conditions sont remplies lorsque la spire extérieure épouse un triangle polaire y compris les deux intervalles polaires c'est-à-dire borde les côtés des deux aimants adjacents à celui qu'elle encadre, les spires intérieures empiétant sur le pôle central. Toutefois l'ouverture plus ou moins grande des côtés des enroulements permet, une fois la courbe de la force contre- électromotrice connue, de modifier dans une certaine mesure la position du maxima du couple moteur sur l'abscisse du temps de contact.
Ainsi qu'il a été indiqué ci-dessus, la disposition décrite plus haut et représentée aux fig. 1 à 8 peut être inversée en donnant aux aimants juxtaposés en forme de secteurs une aimantation de direction radiale, c'est-à-dire perpendiculaire à l'axe d'oscillation, et en utilisant un balancier en forme de cylindre creux entourant ces aimants et portant des faisceaux de conducteurs rectilignes disposés suivant des génératrices de ce cylindre, c'est-à-dire parallèlement à l'axe d'oscillation.
Cette réalisation est particulièrement intéressante étant donné que toute la longueur des conducteurs, rectilignes se trouve utilisée, alors que la longueur des conducteurs de liaison est réduite au minimum, et est applicable dans le cas où le dispositif n'a pas besoin d'avoir une forme extrêmement plate, c'est-à-dire pour toutes les montres électriques portatives autres que les montres-bracelets, pour les pendulettes, montres de tableau de bord des automobiles, ete.
La fig. 9 représente schématiquement une telle disposition dans laquelle six pièces polaires NI - SI, N2 - S@, N3 - S3 en forme de secteurs à aimantation radiale sont juxtaposées comme dans les cas précédents en laissant au centre une ouverture 59 pour le passage de l'axe 60 sur lequel est fixé le balancier portant six faisceaux de conducteurs parallèles uniformément répartis 61, 62, 63, 64, 65, 66.
Ces faisceaux conducteurs sont reliés en série, alternativement à leurs extrémités supérieure et inférieure par des, connexions en arc de cercle 67, 68, 69, etc., de façon que les sens des courants soient opposés dans les faisceaux de conducteurs consécutifs.
Conformément aux fig. 10 et 11, les conducteurs 61-66 sont dédoublés en 61, 61'-62, 62'-63, 63'- 64, 64'- 65, 65'- 66, 66' et reliés deux à deux de façon à former des bobines fermées dont les côtés, supérieur et inférieur sont formés par des connexions en arcs de cercle 70, 70'- 71, 7l' - etc.
Ces bobines sont noyées dans la partie cylindrique d'une cloche en matière plastique 72 portée par l'axe 60 pivoté en 73, 73' et muni d'un ressort spiral 74. Comme dans les dispositions précédentes, le balancier 72
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porte une pièce de contact 75 actionnant une lame flexible 76 reliée à la source 77.
Les aimants fixes N, Sl - N@ S., - N3 S3 sont fixés sur une plaquette non magnétique 78 et l'ensemble est monté sur une platine en fer doux 79 portant un cylindre en fer doux également, 80, enveloppant le balancier 72 et par lequel se ferme le flux magnétique radial des aimants permanents fixes.
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Electromagnetic device for maintaining the oscillations of a sprung balance assembly The present invention relates to an electromagnetic device for maintaining the oscillations of a spring balance assembly of a timepiece movement.
Devices of this type are already known comprising a balance formed by a disc of insulating material oscillating about an axis, and in which is embedded a winding formed by two flat coils of substantially triangular shape. This disc moves in a magnetic field directed parallel to this axis and which is created by six alternating S and N pole pieces.
In the rest position of static equilibrium in which the spiral spring brings back the balance, these coils are located opposite two of these pole pieces and the direction of the current sent to these coils by the contact controlled by the balance is such that the the flow of the coils is opposed to the flow of the pole pieces facing them. Under these conditions, this relative position of the coils and of the pole pieces is an unstable equilibrium position.
In fact, if the balance is at rest, the current is sent to the windings, the electromotive forces acting on the coils are compensated, but as soon as the balance is slightly removed from this position, it is subjected to a directed torque in the direction of the deviation.
When the balance oscillates in a determined direction, the repulsion due to the N and S poles initially opposite the coils is added to the attraction of the second pair of N and S poles located immediately after the poles of the first pair, while when oscillating in the opposite direction to the first, it is the attraction of the N and S poles of the third pair, arranged symmetrically with respect to the poles of the second pair, which is added to the repulsion of the poles N and S of the first.
However, we know that, from the point of view of the isochronism of the oscillations of the balance, the angle of rotation of the balance along which the driving impulse is exerted must not exceed, during each alternation, a value of 45 degrees at 50 degrees; it can therefore be seen that, in this device, at least a third of the total mass of the magnets remains unused, thus reducing the efficiency.
The present invention relates to an electromagnetic device which does not have this drawback. This device, which is of the type comprising a stator having a determined number of pairs of pole pieces and a wound rotor integral with the balance and oscillating in the field created by the stator, the winding of this receiving rotor, by means of a contact controlled by the balance, driving current pulses from the moment the balance has passed through its static equilibrium position, is characterized by the fact that the rotor winding is formed of an even number, between four and eight,
rectilinear bundles of conductors regularly spaced angularly around the axis of the balance and connected to each other so that the successive bundles are traversed by currents in opposite directions and that said pole pieces, in the form of a sector, are arranged in alternating directions of magnetization, concentrically to the axis of oscillation of the balance and in a number equal to that of said conductive beams, the direction of the magnetic field at the exit of each pole piece being at least partly perpendicular to that of the beams, one of these directions being radial and the other parallel to the axis of oscillation of the balance,
the distribution of the pole pieces and of the current in these bundles of conductors being chosen so that in the position of static equilibrium of the pendulum, an ampere observer lying along one of these
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beams, crossed by the current from the feet to the head and looking towards the pole pieces, always has an S pole to its left and an N pole to its right.
The accompanying drawings show, by way of example, four embodiments and variants of the object of the present invention. FIG. 1 schematically illustrates a balance with four conductor bundles and a tetrapolar magnetic stator according to a first embodiment; fig. 2 shows a variant of the first embodiment; figs. 3, 4 and 5 represent different variants of a second embodiment with six beams; fig. 6 is a front view of a hexapolar magnetic stator;
fig. 7 an axial section of one of the embodiments; fig. 8 shows a third embodiment comprising eight radial beams; fig. 9 shows schematically and in perspective a fourth embodiment in which the conductive beams are parallel to the axis of rotation of the balance; fig. 10 is a perspective view partially cut away of a variant of the fourth embodiment; fig. 11 is an axial section of this variant.
According to the schematic representation of the first embodiment of FIG. 1, the balance comprises a winding formed by four radial conductive beams, 4, 5, 6 and 7 offset by 90o from each other, while the stator is formed by four sector-shaped magnets NI-SI, Nz-S2, the directions of the currents in the beams, supplied by a source 13 via the flexible contact 12 controlled by the balance and connected together in series by the connection 10 being chosen so that in the position of static equilibrium of the balance,
an ampere observer lying along one of these beams, traversed by the current from head to toe and looking towards the pole pieces, always has an S pole to his left and an N pole to his right.
According to the variant of the first embodiment of FIG. 2, each of the radial beams is split into 4, 4 '- 5, 5' - 6, 6 '- 7, 7', the beams 4 '- 5, 5' - 6, 6 '- 7, 7' - 4 being respectively connected in pairs by the circular arc connections, 10, 10 ', 10 ", 10"' to form four closed coils in the form of sectors and which can be connected in series with each other.
Fig. 3 schematically shows a second embodiment of which the winding comprises six bundles or layers of radial conductors 4, 5, 6, 7, 8, 9 forming between them, respectively, angles of 600, the direction of the currents being on the path of the circumference mutually reversed as indicated by the arrows, all the radial conductors being connected in series by concentric connecting conductors 10, 10 'not intervening in the engine torque.
The assembly is supported by a support made of non-magnetic and non-metallic material or coated in an insulating material in the form of a flat washer 1, this material having to be undeformable with a low coefficient of expansion, preferably hot-molded. , qualities that can be fulfilled by different plastic materials. Said washer carrying the windings is crossed at its center by a pivot shaft 2 integral with a spiral spring 11 (fig. 8), and constitutes the balance of the watch, the moment of inertia of the balance and the elastic torque of the spring. balance spring 11 being chosen to obtain a determined oscillation period.
The balance oscillates above and at a very short distance from a magnetic stator formed by six magnets NI, SI, N2, S2, N3, S3 assembled as shown in FIG. 6 described below. The polar surfaces are, in the same plane, parallel to the surface of the balance 1 and the poles alternating regularly along the circumference are contiguous or separated by small radial gaps, the beams covering the polar separation lines during the passage of the balance by the vicinity of its static equilibrium position (zero torsion of the hairspring).
Contact 12 closes at this precise moment, the winding receiving an electrical pulse from source 13. When the direction of flow of the current defined above is adopted, it is easy to see that if one moves away, from this position, the pendulum in one direction or the other, all the beams will tend to move spontaneously in the direction. the gap by providing a positive work for a maximum angular displacement corresponding to the passage of a polar separation line or neutral line, up to the immediately neighboring polar separation line,
from which the work changes sign, that is to say that a motor torque should be supplied to move the balance. The ignition will be cut off before reaching this limit position. In principle, for a balance with an amplitude of 2700, the contact is broken after an angular travel of the order of 40c) at 50o on either side of the axis where the contact is established.
It will be noted that the six radial beams with mutually reversed direction of circulation determine three diametral layers 4 - 7, 5 - 8, 6 - 9, so that each layer can respectively be closed on itself by peripheral connecting conductors like shown in fig. 3, which constitutes three wafers in the form of sectors which are connected in series.
However, to avoid the crossings of the beams in the center, it has been found preferable to connect together, as shown in fig. 4, the conductors belonging to two neighboring radial layers, both at the center and at the periphery by connections 14, 14 ', 14 ", which determines three coils of triangular shape 15, 15', 15", having an angular opening 600 for the middle turn and 600 offset from each other.
In the variant shown in FIG. 5, each radial bundle is split, and, by means of six
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circular peripheral connections 16, 17, 18, 19, 20, 21, six contiguous triangular coils 22, 23, 24, 25, 26, 27 are formed, having an average center angle of 60o.
In the second embodiment and its variants, whatever the number of radial beams or complete coils adopted for the rotor, the stator has a six-pole magnetic distribution to obtain the maximum efficiency from the torque point of view. , yield and consumption.
The manufacture of a small multipolar magnet whose diameter, depending on the dimensions of the watch, can vary between 10 mm to 25 mm and whose thickness is of the order of 3 mm to 5 mm, these dimensions corresponding approximately to the The location available in a wristwatch or a clock, raises the practical difficulties of magnetization because the very coercive materials used must be subjected to intense fields obtained from electromagnets with a large number of amperes -turns and whose poles are very close together:
from each other, and moreover, the magnetization ranges must be well defined and of equal areas, which is very difficult to obtain simultaneously and in one go, the dimension of the magnet being very small.
The problem can be solved under better conditions by assembling small elementary bipolar magnets of prismatic, trapezoidal or circular sector shape each having four plane faces, the elementary elements being magnetized separately which allows saturation magnetization in a field. magnetic very easy to obtain, the small elementary magnets then being juxtaposed and assembled to form a low height multipole magnet, with six poles for example. The pole axes are perpendicular to the axis of the radial conductors of the windings which intersect the lines of force at right angles.
In fig. 6 the elementary magnets 28, 29, 30, 31, 32, 33, are maintained and partitioned with a small air gap of the order of a millimeter per non-magnetic star 34, and once introduced into the cells, maintained by a ring 35 very thin. The assembly has an alveolar or honeycomb structure. Star 34 could also be made from a low Curie point magnetic alloy, the magnetic permeability of which decreases when the temperature increases, in order to compensate for the increase in ohmic resistance of the windings with temperature, which would tend to decrease l amplitude of the oscillations of the balance.
It is possible, in a multipolar magnet such as shown in FIG. 6, leave a free slot 36 up to the center, allowing the pin 2 to be inserted from the side with two sliders 37, 37 '(fig. 7) fixed on the plate, which is another advantage of this method of joining together. small magnets.
The magnets, made of a very coercive material, could be placed side by side without an air gap, the lines of force being substantially perpendicular and parallel throughout the region where the windings move, that is to say up to at least 3 mm from the surface. The oblique pole-to-pole creepage lines correspond to the unused positions at the instant of contact, so that the best operating conditions are met.
The magnets used are, in preference to metallic materials, executed in magnetic ceramics or ferrites which have for the use considered the advantage of being light and insulating from the point of view of electrical conductivity.
In order to shorten the path of the lines of force in the air and thereby increase the induction in the region where the conductors move, we could close the magnetic circuits by placing on the magnets, as shown on the fig. 4 and 5, a thin, disc-shaped ferromagnetic armature delimiting an air gap in which the balance 1 moves, this armature being able to be magnetically connected at 40 to a ferromagnetic plate 39 on which the opposite faces of the magnets rest.
This arrangement has the advantage of shortening the path of the lines of force by giving them in the air gap a better parallelism, which improves the torque, while forming a magnetic screen with respect to the neighboring timepieces, a screen which could be reinforced, if necessary, by a cylindrical strapping obviously larger in diameter than that of the magnetized surface to avoid significant magnetic derivations.
The efficiency will be maximum if, according to fig. 1 to 3, a winding with diametrical beams is formed framing their respective poles two by two in the position of the start and the end of the motor work, the latter position never being reached, because, for isochronism reasons, the Experience has established that the pendulum must be completely released from all driving or passive forces after traveling from 40o to 45o on either side of its position of equilibrium.
In yet another embodiment, it is possible to constitute a stator with eight poles and eight radial beams, each pole constituting a sector of opening 450 which is the extreme limit of the possibilities. This arrangement is shown in FIG. 8 where eight split radial beams 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48 are connected together so as to form eight coils 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58.
An important remark is in order. If we refer to fig. 3, it can be seen that all six radial bundles would be used by looping the conductors 4 - 5, on the one hand, so as to constitute a coil, the same for the conductors 6 - 7, the same for the conductors 8 - 9.
Indeed, if we consider for example the sides 4 - 5 closed by 10 ', these conductors which frame the south pole S3 in a closed circuit form with the conductors 6 and 9 two non-looped windings framing the two consecutive north poles Ni and N2. Everything happens as if we had three closed circuit coils and three others
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coils not looped but whose sections are identical, the peripheral connecting conductors not involved.
The advantage of an arrangement with six closed coils, (fig. 4) side by side compared to three looped coils (fig. 3) will become clear from the following considerations: let e (fig. 4) be the width of a triangular winding. It will be assumed that this winding has passed the position of the instant of contact, the two sides subtending an angle of 600 lying on the regions subjected to the magnetic fields and we will consider side 6 of the coil 15, the other side 5 being the seat of identical phenomena.
The forces which are exerted on each portion dy of conductor are appreciably equal, proportional to the fields and to the intensity and perpendicular to the portion of conductor considered, but the moments depend on the distance of each portion dy at the center o, on their obliquity with respect to a radius and for the wires parallel to the radius of their distance therefrom, so that the efficiency is decreasing from the outer conductors to the inner conductors. On the conductor 6, the element dy at the distance y from the o-x axis is subjected to a moment m = Hiydy, H being the intensity of the magnetic field and i the intensity of the current in the beam 6.
By integrating from o to R (radius) we see that the resulting moment is proportional to the square of the radius, as is the back-electromotive force.
Roundings are especially unfavorable in the peripheral region, particularly for short turns. We see that for the inner coil the useful length is approximately h and the integration of the moments must be done on a length h smaller than R. Moreover, if we consider a conductor element at the same distance y from the axis xx, this one is subjected to a force FI whose projection F2 on an axis perpendicular to the radius OR a gives the moment compared to the pivot axis O (F2 = FI sin i #), at being equal to zero for all roundings whose tangents are perpendicular to the radii.
In conclusion, the width e of the wafers in the plane must be relatively small, the conductors having to be in the direction of the center of the circle described. As for the thickness of the wafer, it is limited by the decrease in the magnetic field from the open magnetic circuit poles and by the closed magnetic circuit air gap. It is therefore necessary to distribute the conductors over the entire circular surface, that is to say to use six coils, which, all other things being equal, will make it possible to obtain the least spread of the conductors on either side. axes passing through the pivot center.
It is obvious that by placing an adjacent coil (for the same number of conductors) the width of each layer of a coil on either side of o-b will be
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The width of a radial beam can be equal to the interpolar air gap 4 (fig. 4) and in this case the driving torques are created almost immediately after the instant of contact. If the outer profile is contained within the surface of a magnet, the motor torque is retarded and there is a slight waste of current until the interpolar axes are crossed.
If the profile goes beyond the corresponding magnet, one of the layers is subjected to a braking torque before crossing the neutral line and good conditions are fulfilled when the outer coil follows a polar triangle including the two polar intervals, that is to say - say borders the sides of the two magnets adjacent to the one it frames, the inner turns encroaching on the central pole. However, the greater or lesser opening of the sides of the windings makes it possible, once the curve of the back-electromotive force is known, to modify to a certain extent the position of the maximum of the motor torque on the abscissa of the contact time.
As indicated above, the arrangement described above and shown in FIGS. 1 to 8 can be reversed by giving the juxtaposed sector-shaped magnets a magnetization in a radial direction, that is to say perpendicular to the axis of oscillation, and by using a balance in the form of a hollow cylinder surrounding these magnets and carrying bundles of rectilinear conductors arranged along generatrices of this cylinder, that is to say parallel to the axis of oscillation.
This embodiment is particularly advantageous given that the entire length of the rectilinear conductors is used, while the length of the connecting conductors is reduced to a minimum, and is applicable in the case where the device does not need to have a extremely flat shape, i.e. for all portable electric watches other than wristwatches, for clocks, automobile dashboard watches, ete.
Fig. 9 schematically shows such an arrangement in which six pole pieces NI - SI, N2 - S @, N3 - S3 in the form of radially magnetized sectors are juxtaposed as in the previous cases, leaving in the center an opening 59 for the passage of the axis 60 on which is fixed the balance carrying six bundles of parallel conductors uniformly distributed 61, 62, 63, 64, 65, 66.
These conductive bundles are connected in series, alternately at their upper and lower ends, by circular arc connections 67, 68, 69, etc., so that the directions of the currents are opposite in the bundles of consecutive conductors.
In accordance with fig. 10 and 11, the conductors 61-66 are split into 61, 61'-62, 62'-63, 63'- 64, 64'- 65, 65'- 66, 66 'and connected two by two so as to form closed coils whose sides, upper and lower are formed by connections in arcs of a circle 70, 70'- 71, 7l '- etc.
These coils are embedded in the cylindrical part of a plastic bell 72 carried by the axis 60 pivoted at 73, 73 'and provided with a spiral spring 74. As in the preceding arrangements, the balance 72
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carries a contact part 75 actuating a flexible blade 76 connected to the source 77.
The fixed magnets N, Sl - N @ S, - N3 S3 are fixed on a non-magnetic plate 78 and the whole is mounted on a soft iron plate 79 carrying a soft iron cylinder also, 80, enveloping the balance 72 and by which the radial magnetic flux of the fixed permanent magnets closes.