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Appareil horaire, notamment pendulette ou montre de petites dimensions La présente invention a pour objet un appareil horaire, notamment pendulette ou montre de petites dimensions, comportant un oscillateur pilote électromécanique auto-entretenu à fréquence acoustique constitué par un vibrateur étalon du type à diapason dont les branches portent près de leurs extrémités libres chacune un aimant dans le champ magnétique desquels sont disposées une bobine captrice et une bobine motrice accolées fixes sans noyau de fer, montées respectivement dans le circuit d'entrée et de sortie d'un amplificateur électrique alimenté par une pile, cet oscillateur alimentant un moteur synchrone entraînant le rouage de l'appareil.
On connaît déjà des appareils de ce genre dans lesquels le moteur synchrone entraînant le rouage est un moteur synchrone rotatif.
La présente invention vise à associer un oscillateur électromécanique auto-entretenu connu du type ci-dessus avec un moteur synchrone particulièrement adapté à cet oscillateur et à la commande des rouages d'un appareil horaire de petites dimensions, cette nouvelle combinaison de l'oscillateur et du moteur synchrone se traduisant par un rendement élevé, une grande précision de marche et un faible encombrement.
L'appareil suivant l'invention est caractérisé par le fait que le moteur synchrone est constitué par un vibrateur à amplitude stabilisée par des butées, ayant une fréquence propre voisine de celle de l'oscillateur pilote, comprenant deux masses vibrantes en opposition formées par des aimants permanents, et commandé par un enroulement moteur sans noyau de fer alimenté par l'amplificateur d'entretien de l'oscillateur pilote, ce vibrateur entraînant le rouage à l'aide d'un cliquet et d'une roue à rochet. On comprendra mieux les caractéristiques de l'invention en se référant à la description suivante ainsi qu'aux dessins annexés, dans lesquels La fig. 1 est une vue à grande échelle, en élévation, des principaux organes d'un petit appareil horaire constituant une forme d'exécution de l'invention.
La fig. 2 est une coupe partielle transversale selon la ligne II-Il' de la fig. 1 (coupe vue dans la direction des flèches).
La fig. 3 est une vue fragmentaire en perspective des organes moteurs magnétoélectriques du servomoteur de l'appareil horaire de la fig. 1, et la fig. 4 est une vue en perspective d'un aimant convenant au vibrateur régulateur de marche utilisé dans l'appareil de la fig. 1.
Si l'on se reporte à la fig. 1, on voit que l'appareil horaire comprend essentiellement les organes suivants a) un oscillateur pilote électromécanique, comprenant un régulateur formé par une paire de lames vibrantes 1 et 2 dont les extrémités supérieures sont encastrées dans un support massif 3, vissé sur la platine ou plaque de base 4 du mécanisme et un dispositif électromagnétique à commande électronique assurant l'auto-entretien des lames vibrantes à une fréquence constante dépendant seulement de l'inertie et de l'élasticité du régulateur ; b) un moteur synchrone constitué aussi par une paire de lames vibrantes 4 et 5 encastrées dans le support 3, chargé d'actionner un mécanisme compteur de vibrations ;
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c) un rouage indicateur de temps actionné par la roue à rochet 6 à denture très fine progressant pas à pas sous l'action du cliquet 7 porté par la lame vibrante 4 ; d) une source d'énergie électrique G pouvant être constituée par une petite pile voltaïque ou par un micro-accumulateur étanche d'un type connu. Les particularités de constructions des organes énumérés ci-dessus sont les suivantes : le support 3 est obtenu économiquement par moulage sous pression d'un alliage métallique ou d'une matière plastique durcie de bonne stabilité ; les lames flexibles 1 et 2 sont constituées par une matière dont le module d'élasticité n'est pas sensiblement modifié par les variations inévitables de la température ambiante.
Par exemple, ces lames sont constituées par un alliage à base de fer, de nickel et de chrome et elles ont subi des traitements physiques connus analogues à ceux qu'on applique aux spiraux des montres usuelles pour élever la limite élastique du métal et affaiblir le coefficient thermoélastique dans un intervalle de plusieurs dizaines de degrés de part et d'autre de la valeur moyenne des températures ambiantes à prévoir.
Sur les extrémités libres des lames 1 et 2 sont fixées par tout moyen convenable (collage, soudure, rivetage) des aimants permanents formés par les pièces 8, 8', 9 et 9'. En outre, les organes vibrants ainsi obtenus sont munis de masselottes de réglage 10, et 10' en matière de faible dureté facilement attaquée par un outil en acier ou par une meule. Un réglage approximatif de la fréquence propre des lames 1 et 2 est obtenu par une opération faite préalablement en série et consistant à amincir convenablement les parties voisines des points d'encastrements, comme l'indique la fig. 1. Ensuite, on parachève le réglage de la fréquence par .les fraisages progressifs des masselottes 10 et 10'.
Cette dernière opération est analogue aux petits enlèvements de matière pratiqués couramment pour obtenir le parfait équilibrage des balanciers de réveille-matin.
Les aimants 8 et 8' (identiques) sont représentés séparément en perspective sur la fig. 4. Ils sont constitués par une matière malléable laminée, pliée et traitée. De préférence, on utilise une bande laminée à froid en alliage désigné commercialement Cunifé a>, caractérisé par les valeurs suivantes 5 400 gauss pour l'induction magnétique rémanente et 500 oersteds pour le champ coercitif. On voit que chaque pièce pliée, telle que 8, présente la forme d'un U à branches horizontales et comporte un prolongement vertical fixé sur l'extrémité de la lame verticale 1. L'aimantation permanente à saturation de chaque aimant 8 ou 8' est obtenue au moyen du dispositif schématisé en fig. 5.
La pièce 8 est appliquée sur une barre ferromagnétique 11 de grande perméabilité et de résistivité élevée. On introduit entre 8 et 11 un conducteur 12 en cuivre pur, de section maximale, protégé par une mince couche isolante, et l'on fait paser dans ce conducteur une impulsion brève de courant continu d'intensité très élevée (par exemple 20 000 ampères) obtenu par la décharge d'une batterie de condensateurs. Il se forme un champ magnétique très intense dont les lignes de force entourent le conducteur 12, comme l'indiquent les flèches sur la fig. 5.
Après cette opération, la partie repliée en forme de U de la pièce 8 reste fortement aimantée, de sorte qu'un flux magnétique intense q) s'établit entre les régions polaires N-N et S-S (voir fig. 4).
On peut renforcer ce flux -D, en collant sur la branche inférieure de la pièce 8 un aimant auxiliaire massif 9, constitué de préférence par une matière anisotrope de haute qualité présentant un champ coercitif très élevé (supérieur à 800 oersteds). L'aimant 9 peut être constitué notamment par un alliage connu dénommé Ticonal 1500 :> dont le critère de qualité BH max. est supérieur à 5.106 gauss-oersteds. L'aimant composé des pièces 8 et 9, alourdi par la masselotte de réglage 10, présente l'aspect de la fig. 6.
Le régulateur de marche complet comporte deux lames vibrantes de même élasticité munies d'aimants identiques mais disposés symétriquement par rapport au plan vertival vv' comme le montre la fig. 1. Entre les faces polaires des aimants et à faible distance de ces faces, on dispose une bobine-galette fixe B, très plate, dont les côtés sont traversés par les deux flux magnétiques #D dirigés dans le même sens, parallèlement à la direction des lames au repos 1 et 2.
Ladite bobine-galette est, de préférence, approximativement rectangulaire comme l'indique la vue en plan de la fig. 2 ; elle renferme deux enroulements coaxiaux 13 et 14, comportant chacun plusieurs milliers de spires en fil de cuivre émaillé très. fin. Les fils électriques, préalablement collés par un vernis thermoplastique très mince, forment un bloc encastré dans un support 15 en matière isolante moulée.
L'enroulcment 13 constitue un générateur de signaux de déclenchement tandis que l'enroulement 14 exerce des impulsions motrices. Ce double bobinage assure l'auto-entretien du régulateur de marche au moyen d'un amplificateur électronique par le procédé bien connu exposé en 1919 par les professeurs H. Abraham et H. Bloch dans les comptes rendus des séances de l'Académie des Sciences, Paris, juin 1919, volume 168, page 1197 ; toutefois les changements d'exécution décrits plus loin ont été apportés aux organes utilisés par les auteurs précités.
L'appareil horaire étant placé comme le montre la fig. 1 (lames 1 et 2 verticales au repos), les côtés des enroulements 13 et 14 donnant lieu à des actions électromagnétiques sont perpendiculaires aux lignes de force verticales des champs magnétiques créés par les aimants latéraux 8 et 8'.
Les portions de conducteurs en question, que l'on désignera dans ce qui suit conducteurs actifs doivent être disposés symétriquement par rapport au plan vertical défini par la ligne vv'. Par suite, dans la bobine 14, des nombres égaux de conducteurs actifs reliés en série se trouvent d'une part à gauche et d'autre part à droite
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du plan vv' définissant à la fois la symétrie électrique, magnétique et mécanique du régulateur de marche.
Lorsque l'enroulement 14 est parcouru par un courant continu is circulant dans le sens des flèches f3 et f4 de la fig. 2, les aimants en regard 8 et 8' reçoivent des forces mécaniques perpendiculaires aux vecteurs représentant les courants et les inductions magnétiques (actions électromagnétiques données par la loi de Laplace) on voit que les forces en question sont perpendiculaires au plan de symétrie défini par les lignes vv' (fig. 1) et v" v\ (fig. 2).
Ces forces, agissant respectivement sur les faisceaux de conducteurs situés à gauche et à droite de vv', sont égales et opposées et font fléchir avec le maximum d'efficacité les lames en rapprochant les aimants 8 et 8'.
L'enroulement 13 joue le rôle d'un générateur de signal électrique proportionnel à la vitesse des aimants lorsque les lames 1 et 2 prennent des mouvements vibratoires de même amplitude et en exacte opposition de phase. Le signal ainsi élaboré est une force électromotrice d'induction.
Dans ce qui suit les deux faisceaux de conducteurs générateurs de tension, disposés symétriquement par rapport au plan vv', seront désignés capteurs- traducteurs des lames vibrantes 1 et 2. Ces capteurs étant constitués par les côtés d'une même bobine 13 se trouvent reliés en série et les forces électromotrices engendrées par les déplacements des lignes de force magnétiques (déplacements perpendiculaires aux conducteurs) s'ajoutent algébriquement à chaque instant ; leur somme est maximale lorsque les lames 1 et 2 passent simultanément par leur position d'équilibre représentée à la fia. 1 ; le signe de la tension aux bornes de 13 dépend des sens de déplacement des aimants 8 et 8'.
Selon le procédé d'Abraham et Bloch, le signal engendré par l'enroulement 13 est introduit à l'entrée d'un relais amplificateur électronique. Ce dernier délivre un courant de sortie qui parcourt l'enroulement 14 en exerçant les forces d'entretien de vibrations. Grâce aux récents progrès de l'électronique, on constitue par exemple l'amplificateur par une petite triode à cristal (ou transistor) TR encastrée dans le support 15 des bobines 13-14. On peut recourir aussi à divers montages connus, plus complexes, pour pouvoir diminuer le volume de l'enroulement 13 et réduire la durée des déblocages du circuit de sortie comprenant la source G et l'enroulement 14.
Dans l'appareil schématisé sur la fig. 1, le régulateur de marche 1-2 n'accomplit pas de travail mécanique pouvant troubler sa précision; les aiguilles sont actionnées par un moteur à mouvement alternatif dont les organes sont représentés à droite de la fig. 1 et sur la vue perspective de la fig. 3. Ce moteur comporte deux lames vibrantes parallèles 5 et 6 munies à leurs extrémités de petits aimants légers 16 et 17, en matière de haute coercivité, qui se déplacent devant une bobine plate 18 alimentée périodiquement en même temps que la bobine motrice 14 du régulateur de marche.
La lame 4 porte un cliquet 7 formé par une lamelle munie d'un bec 19 en matière très dure ; elle fait progresser pas à pas une roue à rochet 6 à denture très fine et actionne ainsi le rouage des aiguilles. Ce dernier dispositif de commande, bien connu en lui-même, ne fait pas partie de la présente invention. Les lignes de force internes des aimants 16 et 17 sont parallèles entre elles ainsi qu'à la direction des lames 4 et 5 comme le montrent les flèches visibles sur la fig. 3. Les lignes de force sortant des faces polaires tendent à s'écarter et les fuites magnétiques directes entre les aimants sont très faibles.
Les côtés de la bobine 18 se trouvant devant les aimants forment deux faisceaux de conducteurs actifs dirigés perpendiculairement aux lignes de forces issues des aimants. Lorsque la bobine est parcourue par un courant continu dirigé dans le sens des flèches visibles sur la fig. 3, les aimants 16 et 17 tendent à se rapprocher. Les dimensions des lames 4 et 5 sont choisies de façon que le moteur soit convenablement accordé sur la fréquence du régulateur de marche 1 et 2 et fonctionne comme un double vibrateur du type à résonance mécanique à la fois actionné et synchronisé par les impulsions de courant reçues par la bobine 18.
Les amplitudes des vibrations forcées des lames 4 et 5 sont limitées et régularisées à des valeurs relativement faibles (inférieures à 0,5 mm) par des butées 20, 21 et 21' formées d'une matière un peu élastique et insonore et fixées sur le support 22 de la bobine 18.
L'expérience a montré que l'on peut assurer facilement la marche synchrone du moteur 4-5 au moyen d'une puissance électrique extraordinairement faible. On peut obtenir une stabilisation suffisante de la course du cliquet par des moyens connus.
Le régulateur et le moteur décrits ci-dessus sont de préférence groupés, comme l'indique la fig. 1, dans un boîtier cylindrique très plat, ce qui permet de réaliser des mouvements horaires très compacts, convenant notamment aux montres-bracelets. En effet, il est possible de donner aux lames 1, 2, 5 et 6 et aux aimants 8, 8', 16 et 17 une largeur inférieure à trois millimètres ; dans ces conditions, la largeur des bobines rectangulaires 13, 14 et 18 est inférieure à six millimètres. Les vibrateurs régulateurs et récepteurs sont logés à angle droit près du pourtour du boîtier et se trouvent à droite et en haut de l'axe central 0 (axe :de l'aiguille trotteuse). La pile (ou accumulateur) G, se trouvant placée comme l'indique la fig. 1, occupe toute l'épaisseur du boîtier.
Les dimensions extérieures du mouvement complet sont inférieures à trente-cinq millimètres de diamètre et à huit millimètres d'épaisseur. Entre les lames vibrantes associées et la source d'énergie G, dont le diamètre atteint environ les trois quarts du rayon du boîtier on dispose d'une place libre assez importante pour loger un compteur chronométrique formé de petits engrenages usuels dont la fabrication est assurée à bas prix par l'industrie horlogère mécanique.
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Le petit mouvement, fig. 1, convient notamment aux pendulettes de voyage, aux montres de bord d'automobiles, aux réveille-matin de poche renfermant un récepteur radiophonique à transistor, etc.
Ce mouvement se distingue par sa faible consommation d'énergie mécanique et électrique et par sa précision due au fait que le régulateur de marche à vibrations symétriques ne comporte pas de pivots huilés et fonctionne très librement sans entraîner le mécanisme compteur.