Instrument horaire magnéto-électrique
La présente invention a pour objet un instrument horaire magnéto-électrique comprenant, d'une part, un balancier oscillant pourvu d'au moins un aimant per manent produisant un flux magnétique intense parallèle à son axe et, d'autre part, un ensemble moteur compre- nant au moins un enroulement dans lequel circule périodiquement un courant continu et un interrupteur, ledit ensemble moteur étant monté sur un socle amovible et relié à une source de courant continu.
On connaît déjà des instruments horaires de ce genre.
Dans certains cas, l'interrupteur est d'un type à contacts mécaniques, alors que dans d'autres cas, le circuit électrique est piloté par des moyens magnétiques et fonctionne sans contact mécanique. L'utilisation d'un circuit transistorisé sans contact mécanique évite les inconvénients qui peuvent résulter de l'oxydation progressive ou des difficultés de réglage des lames élastiques des contacts. En revanche, un tel circuit nécessite l'emploi de deux enroulements distincts qui sont en général combinés dans un seul ensemble. Comme cet ensemble doit être de dimensions très réduites en particulier dans le sens de l'épaisseur, afin de pouvoir être inséré entre les pôles du balancier, la réalisation d'une bobine captrice et d'une bobine motrice présente naturellement plus de difficultés que celle d'une seule bobine destinée à être logée dans l'espace à disposition.
Par ailleurs, dans les dispositifs à contacts mécaniques, le problème de l'ajustage et du maintien des éléments de contact en état de fonctionnement se pose avec acuité.
L'utilisation de bobines galettes constituées d'un fil métallique isolé d'un diamètre extrêmement faible, dans les instruments horaires de petites dimensions oblige à prévoir des moyens de remplacement de ces bobines en cas de défectuosité, et l'on connaît ainsi des instruments horaires du genre mentionné ci-dessus dans lesquels la bobine galette et l'interrupteur à contact sont montés sur un socle amovible, à l'intérieur du boîtier de l'appareil, de sorte qu'il est possible de changer cet ensemble facilement. Dans ces instruments, l'interrupteur est combiné avec les moyens d'entraînement du rouage, de sorte que lors d'un remplacement du socle interchangeable, il est nécessaire de prendre garde à l'ajustement correct de ces moyens d'entraînement mécaniques.
Dans le cas d'instruments horaires sans contacts mécaniques, on a également prévu de monter l'ensemble constitué par les deux enroulements combinés sur un socle amovible, afin de permettre le remplacement des bobines.
Certains instruments horaires qui sont susceptibles d'être fabriqués en grande série sont destinés aussi bien à des utilisations dans lesquelles il est avantageux d'éviter la présence de contacts mécaniques qu'à des utilisations dans lesquelles, au contraire il est désirable de réduire au maximum le nombre et l'encombrement des enroulements alors que la présence d'un contact mécanique ne constitue pas en soi un inconvénient et l'invention se propose, comme but, de fournir les moyens d'une réalisation aussi rationnelle que possible de séries de tels instruments horaires en utilisant dans la plus grande mesure possible des éléments identiques dans les deux cas d'utilisation.
Pour cela, l'instrument horaire selon l'invention est caractérisé en ce que les organes mécaniques qui assurent l'entretien des oscillations du balancier et Fentraine- ment des organes indicateurs de l'instrument horaire sont montés directement dans le bâti de cet instrument, en ce que ce dernier présente des moyens de fixation agencés de façon à assujettir à l'intérieur de l'instrument, soit un socle portant deux enroulements combinés s'engageant dans un entrefer que présente le balancier et un transistor, soit un socle portant un seul enroulement et au moins un élément d'un interrupteur, le socle amovible portant ainsi uniquement l'ensemble des organcs qui assurent la production des impulsions motrices, et en ce que chaque socle est agencé de façon à pouvoir être extrait de l'instrument horaire sans nécessiter le démontage desdits organes mécaniques.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, différentes formes d'exécution de l'instrument selon l'invention.
La fig. 1 représente un mécanisme convenant tout spécialement à l'établissement de montres de bord, en élévation avec coupe partielle selon la ligne I-I de la fig. 2; ce mécanisme fonctionne à l'aide d'une puissante batterie d'accumulateurs servant à d'autres usages,
la fig. 2 est une vue en coupe transversale selon la ligne II-II de la fig. 1,
les fig. 3, 4 et 5, en partie schématiques, montrent les phases du fonctionnement de l'interrupteur automatique qui assure une marche très régulière de la montre des fig. 1 et 2,
la fig. 6 est un schéma des organes électriques de la montre des fig. 1 et 2,
la fig. 7 montre une position particulière du balancier moteur de la fig. 2 pour laquelle les forces électromagnétiques s'annulent,
les fig.
8 et 9 sont des courbes représentant le mou vement et l'évolution correspondante, en fonction du temps, du courant périodique ondulé chargé d'entretenir l'oscillation isochrone du balancier moteur,
les fig. 10 et 1 1 sont des croquis indiquant, respecti ccment en élévation et en plan, avec certaines parties vues en coupe, une première variante d'exécution du balancier autoentretenu de la montre de la fig. 1.
la fig. 12 est le schéma électrique du moteur oscil lant de la fig. 10,
la fig. 13 représente, par deux courbes, le mouvement de ce moteur et le courant pulsatoire qui engendre le couple électromagnétique,
la fig. 14 représente une deuxième variante d'exécution du mouvement horaire des fig. 1 et 2,
la fig. 15 est une vue en coupe d'un enroulement double qui permet de modifier la montre électrique des fig. 10 et 1 1 en remplaçant simplement le contact mobile par un transistor à jonction,
la fig. 16 représente un modèle de pendulette réalisable avec les principaux organes de la montre de bord des fig. 1 et 2 ou de celle des fig. 10 et 11.
Sur ces figures, les pièces analogues ont été dési gnées par les mêmes lettres ou chiffres de référence; les croquis sont en partie schématisés et les organes dessinés ont été disposés pour faciliter la compréhension du fonctionnement. Ils pourraient être disposés autrement, par exemple superposés, pour réduire l'encombrement total du mécanisme.
Certaines pièces, de faibles dimensions, ont été représentées plus grandes qu'elles ne le sont en réalité, mais les proportions qui conditionnent le fonctionnement seront précisées dans la suite du présent mémoire. Celuici est limité aux descriptions des organes essentiels permettant la réalisation pratique de l'invention. Divers éléments d'utilisation courante dans la construction hor 30gèle, tels que les bâtis, les supports et les dispositifs de fixation, seront supprimés afin de rendre plus clairs les dessins.
l es fig. 1 et 2 représentent, dans ces conditions, les organes moteurs d'une montre automobile dont le principe général de base est connu. Ces organes sont groupés dans un petit boîtier 1, facilement démontable de l'arrière, de préférence en tôle de fer doux embouti, qui forme une cuirasse de protection contre les champs magnétiques extérieurs. Le diamètre intérieur de ce boîtier est, par exemple de 3 à 5 cm et l'arbre 2 du balancier moteur est disposé selon une ligne diamétrale verticale du boîtier, comme l'indique la vue en élévation fig. 1.
La masse oscillante du balancier est formée par deux volants superposés 3 et 4. Ces pièces, dont le diamètre est de préférence compris entre 1,5 et 2 cm, sont ajourées et présentent la forme de petites roues à quatre bras radiaux (forme visible sur la vue en plan fig. 2); elles sont découpées dans de la tôle de fer doux recuite, offrant une perméabilité magnétique très élevée.
Sur l'extrémité d'un large bras du volant inférieur 3, on a collé un petit aimant permanent A dont la forme préférée est celle d'un parallélépipède à base carrée d'environ 3 X 3 mm à 5 X 5 mm, traversé par des lignes de flux parallèles à l'arbre 2.
Cet aimant minuscule A peut être constitué par divers matériaux caractérisés par un champ coercitif très élevé. Le matériau choisi pour A est, par exemple, un ferrite de baryum à texture orientée dont le champ coercitif et l'induction rémanente sont respectivement d'environ 1500 oersteds et 3500gauss.
Une pièce en laiton 5 rapportée sur le volant 3 forme un contrepoids d'équilibrage et les volants 3 et 4 sont réunis et fixés invariablement sur l'arbre 2 au moyen d'un manchon 6 en acier doux très perméable.
La distance des volants 3 et 4 est déterminée pour obtenir un entrefer de faible réluctance entre la face inférieure de la pièce 4 et la face polaire N de l'aimant A.
La longueur des lignes de force dans cet entrefer doit être, de préférence, comprise entre 1,5 et 3 mm. On voit sur la vue en élévation (fig. 1) que l'on a constitué un circuit ferromagnétique bien fermé comprenant les pièces suivantes assemblées en permanence: L'aimant A, le bras 7 du volant inférieur 3, le manchon axial 6 et le bras 8 du volant supérieur 4. L'aimantation à saturation de ces pièces peut être obtenue facilement après leur assemblage, ce qui permet de maintenir dans l'entrefer étroit un champ magnétique intense et bien limité, les courtes lignes de flux dans l'air étant parallèles à l'arbre du balancier. Ces lignes de flux existent seulement dans un secteur étroit du pourtour du balancier.
La forme donnée au boîtier protecteur 1 est choisie telle que l'attraction magnétique entre l'aimant A et ledit boîtier soit très faible et reste à peu près constante quelle que soit la position angulaire du balancier. L'expérience montre que ce résultat est pratiquement atteint lorsque la surface intérieure de l'enveloppe 1, 1' est écartée du balancier d'au moins quatre millimètres.
Sur les extrémités de l'arbre 2, on monte à friction d'une part un manchon 9 sur lequel est fixée une goupille conductrice (ou doigt de contact) D et d'autre part, la virole du spiral réglant 10. Le manchon 9 porte les petits plateaux 11 et 12 d'un dispositif d'entraine- ment en forme d'ancre motrice destiné à faire progresser dent par dent la roue d'échappement 13 d'un compteur chronométrique usuel actionnant les aiguilles. Le rouage de ce compteur n'a pas été représenté sur le dessin.
Le balancier, qui doit être soigneusement équilibré, est muni de pivots de faible diamètre tournant dans des paliers établis selon les règles de l'art horloger. Les coussinets et les contre-pivots sont, de préférence, logés dams des vis creuses démontables 14 et 15. Ces pièces sont vissées dans le bâti 16 et maintenues par des contreécrous 17 et 18. La vis évidée 14 peut renfermer un petit aimant 19 attirant le pivot supérieur de l'arbre 2, ce qui permet de réduire la pression exercée par le poids du balancier sur le contre-pivot inférieur 20. Pour réduire la dispersion du flux magnétique de cet aimant 19 vers le spiral 10, on constitue le contre-écrou 18 par une matière ferromagnétique très perméable entourant à faible distance ledit aimant 19.
L'expérience montre que ce dispositif permet de solliciter un pivot de 0,3 à 0,5 mm de diamètre avec une force verticale compensant une fraction notable du poids du balancier.
Une petite bobine motrice BM, en forme de galette très plate, dont les spires en fil de cuivre émaillé sont normales à l'axe de rotation 2, est disposée dans l'entrefer se trouvant au-dessus de l'aimant A lorsque le balancier est au repos. Cette bobine est encastrée partiellement et collée dans un support amovible 21, en matière isolante moulée, dont la forme permet la libre oscillation du balancier décrit précédemment et qui est fixé au boîtier par un socle 21'. On voit que la bobine
BM présente une forme semi-circulaire (forme d'un D) les portions actives BM' des fils conducteurs sont rectilignes et dirigées selon un rayon du balancier; elles se trouvent dans le champ magnétique très intense entre
A et 8 lorsque le balancier est au repos.
La bobine BM étant parcourue par un faible courant de sens convenable engendre une force de Laplace normale aux lignes de force dans l'air et aux portions rectilignes BM' des fils conducteurs ; cette force fait tourner le balancier en sens f1 (voir fig. 2) et l'on réalise ainsi des conditions particulièrement favorables pour produire une action électromagnétique efficace avec une faible dépense d'énergie électrique. On remarquera aussi que. pendant une oscillation à grande amplitude du balancier. le couple moteur a lieu uniquement lorsque la face polaire
N de l'aimant A passe au-dessous des fils conducteurs rectilignes BM' (voir fig. 2).
Au-delà d'une rotation d'environ 200 de part et d'autre du point mort (c'est-à-dire de la position d'équilibre représentée fig. 2) le couple moteur de direction f1 devient toujours faible et négligeable même si le courant ne s'annule pas complètement.
Quand l'aimant A passe en sens f1 devant les parties circulaires BM' de la bobine (ce qui a lieu après une rotation du balancier d'environ 450 après le passage au point mort) il peut se produire un petit couple antagoniste mais l'amortissement qui en résulte est minime lorsque le courant dans BM est convenablement affaibli par un dispositif approprié de commutation dépendant soit de la position angulaire de l'aimant mobile A, soit de la vitesse de cet aimant.
La distribution des impulsions motrices dans le sens f, peut être assurée soit par un interrupteur actionné directement ou indirectement par le balancier soit au moyen du dispositif électronique décrit dans le brevet suisse N" 321957 du 20 août 1959 au nom de la titulaire.
L'appareil horaire des fig. 1 et 2 peut comprendre un contact périodique simple et peu coûteux entre des pièces métalliques ou un transistor à jonction. Par suite, un seul outillage fondamental permet de construire deux genres d'appareils s'adressant à des catégories d'utilisateurs recherchant soit des modèles de très bas prix, soit des modèles de haute qualité mais un peu plus coûteux. On va décrire ci-après le dispositif établi au prix de revient le plus bas dans l'état actuel de la technique.
Comme l'indiquent la fig. 1 et le schéma électrique fig. 6, un courant extrêmement réduit passe constamment dans la bobine BM, mais, à chaque passage du balancier au point mort dans la direction fl, le courant il,, prend brusquement une valeur plus importante grâce à l'établissement d'un contact électrique de courte durée entre le doigt conducteur D porté par le balancier et l'extrémité d'une lame métallique étroite et mince 22 fixée sur un support isolé électriquement 23. La lame au repos est dirigée vers un point voisin de l'axe géométrique du balancier comme il est indiqué en 22' sur la fig. 5 et le doigt D, pendant le fonctionnement normal, tourne d'environ 3/4 de tour de part et d'autre du point mort.
Les proportions de construction sont choisies de façon que, lorsque l'aimant A passe au-dessous des conducteurs rectilignes BM', le doigt D agisse sur l'extrémité libre de la lame 22. Cette lame fléchit, puis s'échappe et revient immédiatement à sa position initiale.
Les dispositifs décrits plus haut conviennent tout spécialement aux montres de véhicules alimentées par une puissante batterie de bord fournissant habituellement une tension nominale U de 6 volts ou de 12 volts.
On sait que ces tensions peuvent parfois varier de trente pour cent en plus ou en moins et il est nécessaire d'éviter les perturbations causées par ces importantes modifications de tension et aussi par les changements de la température ambiante.
La construction décrite ici en se référant au schéma fig. 6 a permis de maintenir un fonctionnement sûr et régulier du mécanisme horaire fig. 1 et 2, malgré de fortes diminutions de la tension d'alimentation U et un ahaissement considérable de température ambiante.
La bobine galette BM (dont l'épaisseur préférée est comprise entre 1 et 2 mm) est constituée par un enroulement très serré en fil de cuivre (diamètre du fil compris entre 0,03 et 0.06 mm) revêtu d'une mince couche isolante capable de coller les spires entre elles par simple chauffage de l'enroulement dans son moule. On obtient ainsi des bobines-blocs peu fragiles et peu coûteuses qui peuvent être fixées aisément par encastrement et collage à froid dans les supports amovibles 21.
Entre les bornes + et - reliées à la batterie de bord (tension nominale U de 12 volts, par exemple) on monte en série les résistances Rt et Ro logées à l'intérieur du boîtier 1. La résistance R est bobinée en fil métallique à fort coefficient positif de température tandis que R2 est constituée par un alliage ou une matière semi-conductrice à coefficient de température nul ou négatif. Le rapport R/R2 est choisi assez grand (par exemple supérieur à 3) afin que la chute de tension permanente dans R1 soit supérieure à la moitié de U.
De plus, le volume de cette résistance Rj est déterminé de façon que la température due à l'effet Joule s'élève sensiblement sans toutefois atteindre une valeur excessive (par exemple 20 à 400 C au-dessus de la température ambiante). Ce résultat est aisément atteint à l'aide d'une résistance de faible volume constituée par un fil de cuivre fin isolé par un émail moderne résistant aux températures élevées.
Entre les bornes de R2, on établit un circuit dérivé comprenant la bobine fixe BM et une troisième résistance R.. de valeur élevée et pratiquement dépourvue de self-inductance. Le rapport entre la résistance R3 et la résistance de BM est choisi de préférence supérieur à 5.
Le contact électrique intermittent K entre D et 22 est monté en dérivation sur les bornes de la résistance R.., le courant passant par le spiral 10 et les valeurs des résistances R1 et R2 sont déterminées par l'expérience de façon que. lorsque le doigt D touche la lame 22. les actions motrices F soient suffisantes pour entretenir l'oscillation du balancier et faire fonctionner l'appareil fig. 1 à une très grande amplitude.
Cette amplitude est régularisée par la force contreélectromotrice induite dans la bobine BM et l'on peut éviter tout risque de rebattement du balancier lorsque la tension U de la batterie est anormalement élevée, en ajoutant le frein représenté à gauche des fig. 1 et 2. Le dispositif est constitué par une simple plaquette étroite 25, en cuivre pur, fixée sur le bâti 26 et placée au-dessous du volant 4. Lorsque le balancier tourne d'un angle supérieur à 1800 à partir du point mort, le flux magnétique développé par l'aimant mobile A traverse la plaquette et produit un amortissement dû aux courants tourbillonnaires (courants de Foucault) induits dans le métal conducteur 25.
Cet amortissement croît très vite lorsque l'axe d'oscillation du balancier augmente et il limite l'augmentation d'amplitude causée par l'élévation anormale de la tension d'alimentation U.
Les modifications de la conductibilité des résistances R et R2 sont utilisées aussi pour limiter la réduction de l'amplitude du balancier quand la tension U de la batterie décroît fortement. Dans ce cas, la puissance dissipée par effet Joule dans les résistances varie proportionnellement au carré de la tension et la température du fil de cuivre R1 s'abaisse ainsi que la résistance de ce fil, tandis que la résistance R2 reste stationnaire ou s'élève. Par suite, la diminution de la tension recueillie aux bornes de RI est peu importante et l'amplitude de l'oscillation, régularisée par le frein 25, ne subit que de très faibles modifications.
Il devient donc possible de stabiliser la période d'oscillation T du balancier en mettant en oeuvre les moyens de l'art horloger traditionnel et en profitant au besoin des phénomènes analysés ciaprès.
L'autoentretien du balancier provient du couple électromagnétique pulsatoire dont l'évolution dans le temps t peut être déduite de la forme des courbes fig. 8 et 9. La sinusoïde fig. 8 représente le mouvement isochrone du balancier (0: angle définissant la position angulaire instantanée, 1} amplitude, T: période constante d'oscillation) et la courbe fig. 9 montre, en concordance avec la sinusoïde a la variation du courant im qui parcourt la bobine BM. En régime normal, les fortes impulsions Inotrices ont lieu pendant les passages du balancier au point mort en sens ft, quand la résistance très élevée R.' est mise en court-circuit par le contact du doigt
D et des lamelles 22' (voir les fig. 3 et 4).
La montée et la chute du courant sont très rapides car l'inductance propre de la bobine BtSi, dépourvue de noyau de fer, est très faible. La durée des contacts principaux correspond au parcours angulaire constant bj t 62 indiqué en fig. 4.
Cette durée décroît quand l'amplitude *m et la vitesse angulaire augmentent, de plus, la valeur maximale Im décroît lorsque l'amplitude augmente.
Pendant le retour du balancier en sens f2, le contact du doigt D et de la lame flexible 22 a lieu pendant le faible parcours ôs indiqué sur la fig. 5 et l'on voit que les contacts K ne s'établissent pas pour les mêmes positions angulaires de l'aimant A lorsque le balancier tourne en sens f1 et en sens f;,. Pendant les courses en sens f des contacts très brefs sont opérés par D après les passages au point mort et l'aimant A est éloigné de la bobine BM comme le montre la fig. 7; par suite, le flux magnétique mobile ne coupe pas les conducteurs BM' et la force électromagnétique de Laplace est nulle.
Les brève émissions de courant après les époques T/2 et 3T/2... sont très faibles et pratiquement sans importance car l'énergie est fournie par une puissante batterie d'accumulateurs. Par le réglage de la position de repos de l'extrémité libre de la lame 22, on peut d'ailleurs réduire l'angle 63 (fig. 5), ce qui permet de diminuer les pertes d'énergie électrique.
En résumé, l'oscillation du balancier est entretenue par des impulsions électromagnétiques de sens unique f1 concentrées exactement au point mort et se renouvelant une fois par période. Le dispositif décrit se comporte comme les meilleurs échappements mécaniques connus (échappement à détente et à coup perdu) et les conditions reconnues nécessaires pour ne pas troubler la période de l'oscillation libre sont bien observées. On peut même compenser un petit défaut d'isochronisme dû à l'imperfection des spiraux plats et aux chocs sur la roue 13 en modifiant le calage du doigt D porté par le manchon 9 (principe du correcteur d'isochronisme bien connu. dû au professeur Ch. Fery).
Dans l'intervalle des contacts D-22, le circuit de la bobine BM reste établi comme le montre la fig. 6, mais le courant de repos ir est extrêmement faible et ce courant n'engendre pas de force électromagnétique continuelle car l'aimant A est fortement éloigné de la bobine
BM. Les forces antagonistes minimes qui se développent pendant les brefs passages de l'aimant devant les portions de conducteurs BM" ont une influence négligeable sur la marche. La résistance pure R, permet d'éviter la détérioration du contact K par une étincelle de rupture car la tension électrique entre D et 22 ne peut dépasser le faible produit R3 X ir. L'autoinductance de BM n'intervient en aucun cas pour créer une surtension nuisible.
On remarquera aussi que l'échauffement de la résistance
R1 joue un rôle très utile en hiver car l'apport de chaleur à l'intérieur du boîtier limite l'abaissement de la température du mécanisme.
L'interrupteur et le montage représentés sur les fig. 3 à 7 permettent aussi d'obtenir l'autodémarrage du balancier lorsqu'on applique la tension U aux bornes d'entrée. En effet, lorsque le balancier est au repos. le contact K est établi (fig. 3) et les conducteurs BM' se trouvent dans le champ magnétique très intense développé par l'aimant A. L'expérience montre que la force électromagnétique F qui se développe est suffisante pour lancer le balancier. Pour obtenir plus de sécurité dans ce lancement, on peut ajouter un bouton de contact K' capable de mettre en court-circuit pendant un instant la résistance R1. On accroît ainsi le courant 1m et la force mécanique motrice F.
La manoeuvre temporaire de K' pourrait être combinée avec la manoeuvre d'un dispo
sitif usuel de mise à l'heure des aiguilles nécessitant le déplacement alternatif longitudinal d'un arbre de commande.
La compensation thermique approximative d'une montre de bord d'usage courant est obtenue en utilisant un spiral 10 en alliage dit elinvar )y, dont le module d'élasticité reste sensiblement constant malgré les variations modérées de la température ambiante. On sait que les alliages qui présentent cette propriété sont sensibles aux champs magnétiques importants. Le mode de construction représenté fig. 1 permet d'éviter cette cause de perturbation car le bras 8 conduit le flux sortant de l'aimant A jusqu'au manchon 6 et au volant 3 et il empêche ainsi la dispersion des lignes de force vers le spiral.
Pour améliorer les qualités chronométriques de l'appareil horaire considéré, il est facile de parachever la compensation thermique par la simple adjonction au balancier de deux bilames thermo-sensibles 27 et 28 disposés dans l'espace libre entre l'aimant A et le contrepoids 5 (fig. 1 et 2). On fixe les bilames par des petits piliers 29 et 30 rapportés au-dessus du volant inférieur 2 et l'on donne aux parties sortant des piliers la forme d'arcs de cercle approximativement concentriques à l'arbre 2. Les dimensions et les ajustements les plus favorables des pièces 27 et 28 sont aisément déterminés par les procédés déjà en usage dans la construction des chronomètres mécaniques.
Les organes groupés et assemblés comme l'indiquent les fig. 1 et 2 forment un bloc fonctionnel très compact et amovible.
Deux types de transmission ont été prévus pour commander des aiguilles ou tout autre dispositif d'indication de l'heure. En premier lieu, on peut monter à l'extrémité arrière de l'arbre de la roue d'échappement 13 un pignon 31 (représenté en haut sur la fig. 2) engrenant avec une roue dentée 32 tournant à la vitesse de 1 t/mn. Cette roue peut entraîner par une liaison à friction modérée l'arbre de trotteuse 33 de petit rouage classique.
En disposant l'arbre 33 dans l'axe géométrique du boîtier, il est possible de loger tous les engrenages dans un espace cylindrique plat situé derrière le mouvement fig. 1 et occupant un diamètre restreint (par exemple inférieur à 3cm). Il est possible aussi d'éloigner le rouage et de le placer latéralement, ce qui permet d'établir des horloges relativement plates (épaisseur totale de l'ordre de 2 cm). Pour la réalisation de modèles de ce genre munis de cadrans relativement grands (diamètres de 6 à 25 cm), il est avantageux de recourir à la transmission irréversible représentée en pointillé à gauche de la fig. 1: l'axe de la roue d'échappement 13 forme une vis sans fin engrenant avec une roue tangente 34 portée par l'arbre vertical 35, dont le pivot supérieur est guidé par un trou percé dans l'équerre 36' du bâti.
La commande d'une minuterie à arc horizontal est aisément opérée à l'aide d'un deuxième engrenage à vis sans fin et roue tangente (voir fig. 16).
Pour modifier commodément la période d'oscillation, on peut employer une raquette classique 37 munie d'un bras de commande 38 (voir en haut de la fig. 1); ce bras peut se terminer par une partie recourbée et pointue appuyant sur une grosse vis à filet triangulaire 39. La rotation de cette vis permet de modifier la longueur active du spiral 10.
Les opérations de vérification et d'entretien ainsi que les dépannages de l'appareil décrit plus haut sont facilitées par les dispositions décrites plus haut. En effet, après l'enlèvement du boîtier 1, toutes les fonctions mécaniques sont visibles et l'on peut aisément nettoyer le contact électrique D - 22' (fig. 1). Les pièces exposées à des détériorations accidentelles (vis-paliers 14 et 15, bobine BM, lame de contact 22 maintenue par la vis 40, fig. 3) sont remplacées rapidement par des rechanges interchangeables. La forme plane de la lame 22 et la butée d'appui 24 permettent d'éviter les réglages délicats du contact électrique et les réparations sont à la portée d'ouvriers non spécialisés.
Le support isolant 21-21' muni de la bobine BM et de la lame 22, est applicable à la construction de plusieurs modèles de balanciers auto-entretenus.
On peut encore apporter divers changements au mécanisme horaire fig. 1, 2 et au schéma électrique fig. 6.
Les fig. 10 à 13 représentent une première variante d'exécution de la bobine motrice BM et du dispositif chargé de distribuer opportunément les impulsions motrices. On voit que la structure du balancier moteur à axe vertical 2 est à peu près conservée; les modifications portent principalement sur la forme de l'enroulement fixe BM coopérant avec le flux magnétique mobile et sur le dispositif de commutation. Comme le montrent les croquis fig. 10 et 11, l'interrupteur périodique K est placé dans une enveloppe hermétique 41 se trouvant à droite du balancier. La commande du contact est opérée à distance par une attraction magnétique intermittente due à l'aimant mobile A.
Le principe général des interrupteurs à commande magnétique est connu en soi, mais les organes fig. 1 utilisés pour établir et couper le courant 1m ont été établis avec des simplifications et des particularités de construction destinées à réduire à l'extrême la dépense de travail mécanique qui tend à amortir le mouvement alternatif et à troubler la période d'oscillation T du balancier.
Les éléments conducteurs de l'interrupteur K sont, d'une part, la tige conductrice 42 et, d'autre part, la lame mince et étroite 43 dont l'extrémité supérieure vient appuyer sur 42 lorsque le balancier est au point mort (position de repos représentée en fig. 10; contre cette lame 42 et près de son extrémité est collé un micro-aimant permanent 44 dont les lignes de flux internes sont parallèles à celles de l'aimant A du balancier. Le minuscule aimant 44 est constitué par un matériau moderne très coercitif et de faible densité, tel que le ferrite de baryum. Les pôles s et n de 44 se trouvent à une faible distance des pôles N et S du balancier (par exemple à environ 3 à 5 millimètres), l'attraction peut atteindre plusieurs décigrammes-force).
A une faible distance de 44 se trouve une contrelame peu flexible 45 constituée par un alliage légèrement ferro-magnétique (par exemple un alliage à base de fer et de nickel saturé dans un champ faible). Les extrémités inférieures des lames 41 et 45 sont encastrées dans un support métallique 46 qui traverse l'enveloppe 41. Les traversées de 42, 47 et 46 sont étanches.
La contre-lame 45 attire le petit aimant 44 et tend à séparer les pièces conductrices 42 et 43 ; toutefois, lorsque le balancier passe au point mort, I'attraction exercée par l'aimant A est prépondérante. Dès que le balancier s'écarte de la position fig. 10 d'un angle de l'ordre de 203,1'attraction de A décroît très vite tandis que l'attraction de la contre-lame 45 progresse. Par suite, le contact K est rompu très brusquement.
Une tige 47 limite le déplacement latéral de l'extrémité de la lame 43. Ce déplacement doit être juste suffisant pour rompre le circuit électrique; par exemple, il est limité à 0,1 mm.
On donne à la bobine BM la forme d'un trapèze isocèle dont les côtés obliques sont disposés selon des rayons formant des angles égaux (b. d'environ 200) avec le rayon médian Om passant par le centre de la face polaire N lorsque le balancier est au repos.
La bobine B est reliée à la batterie donnant une tension U d'environ 12 volts par les circuits électriques représentés en fig. 12. Un premier circuit comprend une forte résistance R1 à coefficient thermique positif en série avec une résistance R à coefficient nul ou négatif.
Un deuxième circuit, dérivé aux bornes de R9, comprend la lame 43. la tige conductrice 42 et le conden sateur C. La bobine BM est branchée aux bornes de ce condensateur C.
L'autoentretien de l'oscillation normale est obtenu peu après un premier lancement du balancier. Il est ciu aux phénomènes suivants: à chaque passage du balancier au point mort, dans la direction fl, le petit aimant 44 est attiré par les pôles magnétiques N et S et la bobine BM est parcourue par un courant im qui croît assez lentement en raison de la charge du condensateur
C. La fermeture du contact K est un peu retardée par la retenue magnétique provenant de la contre-lame 45 et par l'inertie de la masse 44. La capacité C est choisie de facon que le courant atteigne la valeur maximale lin avec un retard At (voir fig. 13) par rapport à l'époque du passage nu point mort.
Ce retard est déterminé de façon qu'il corresponde en régime normal, à un parcours an angulaire b-, de l'ordre de 200. Dans ces conditions, la face polaire N de l'aimant A du balancier se trouve au-dessus d'un faisceau BM de conducteurs radiaux actifs et reçoit une force tangentielle F maximale dirigée dans le sens du mouvement, comme l'indique la fig. 12.
Après la rupture du contact matériel entre 42 et 43, le courant ii, ne s'annule pas instantanément car le condensateur C se décharge dans la bobine BM.
Les mêmes phénomènes se renouvellent au retour du balancier en sens f, (fig. 11) lorsque, peu après le passage au point mort, la face polaire N de A défile devant les conducteurs radiaux BM'. Le système consi déjà' se comporte ainsi comme l'échappement à ancre des montres usuelles mais, par l'application en combinaison des propriétés magnétiques spéciales des pièces
A. 8, 44 et 45, on a évité les frottements instables de glissement et l'on a réduit à l'extrême l'amortissement du balancier provenant du déclenchement des actions motrices.
Ce dernier résultat provient surtout du fait que le courant moteur , est distribué par le déplacement infime d'un très léger aimant 44 constitué par une matière céramique isolante (aimant ne donnant pas lieu à des pertes par hystérésis et courants de Foucault).
Il va de soi que enveloppe hermétique qui protège l'interrupteur K est réalisable de diverses façons. Le boîtier en isolant moulé 41 représenté sur les fig. 10 et 1 1 est peu coûteux et la cavité contenant la lame flexible 43 est fermée par un bouchon 48 enfoncé à frottement et restant démontable. L'étanchéité pourrait être renfor cée par un vernissage recouvrant tous les joints.
Pour un appareil de haute qualité exposé à l'air humide ou à des vapeurs oxydantes, on peut enfermer l'interrupteur K dans une boîte non magnétique absolument étanche et contenant un gaz inerte comme l'azote. Un boîtier de ce genre est réalisable en mettant en ceuvre les procédés connus déjà appliqués pour la fabrication des tubes électroniques, des diodes, des transistors, etc. On peut assurer les connexions extérieures du bloc de commutation au moyen de fiches ou de lames flexibles afin de faciliter le remplacement éventuel de cet organe.
La fig. 14 représente une variante de réalisation du dispositif fig. 10, 11. L'interrupteur K, disposé sur le côté du balancier, comporte une lame 43 perpendiculaire à l'arbre 2. La boîte protectrice 41, en matière isolante moulée, est munie d'une anse mince dans laquelle la bobine BM est encastrée et collée. La ligne des pôles de l'aimant 44 solidaire de la lame flexible 43 doit être parallèle à l'arbre 2 du balancier.
Dans le dispositif schématisé par les fig. 12 et 14, on pourrait utiliser plusieurs bobines BM agissant sur plusieurs aimants A répartis autour d'un plateau en fer 3 de forme circulaire. Toutefois. il faudrait diriger les aimantations permanentes normales au plateau de façon qu'un seul des aimants périphériques attire la lame flexible 43. Une modification simple de ce genre est indiquée sur la fig. 14. A gauche du plateau 3, on colle un contrepoids 48 identique à la pièce A mais dont le flux interne est dirigé en sens inverse. On peut alors prévoir une bobine supplémentaire 49 insérée en série avec la bobine BM. Il suffit d'établir les connexions de façon que les couples électromagnétiques exercés sur A et sur 49 soient concordants. Après une rotation de 1800, à partir du point mort.
L'aimant 48 repoussera la lame 43 et ne provoquera pas la fermeture d'un contact intempestif. Pour la réalisation d'un appareil moins coûteux, il suffira de supprimer la bobine 49 et ne pas aimanter la pièce 4S. cette dernière jouant le rôle d'une simple masse d'équilibrage sans action magnétique.
Le mode d'exécution représenté sur les fig. 10 à 13 permet aussi d'établir avec le même outillage de fabrication mécanique soit des horloges électriques à contact, soit des horloges électroniques à transistor. Dans ce dernier cas, il suffit d'incorporer (fig. 15) dans la bobine
BM un enroulement en fil BC formant un capteur à induction et de remplacer le contact K par un transistor, les connexions avec la source étant établies conformément aux descriptions contenues dans le brevet suisse No 321957 du 20 août 1959 au nom de la titulaire.
Pour cette modification. on utilisera de préférence le double enroulement représenté en coupe, et à grande échelle, sur la fig. 15. On bobinera simultanément deux fils de cuivre BM et BC. Le fil de cuivre BM sera recouvert d'un vernis isolant collant à chaud (fil d'utilisation courante que l'on peut se procurer dans le commerce sous le nom de fil émaillé thermofix ); le conducteur BC sera constitué, de préférence, par un fil nu plus fin que le fil BM et occupant les intervalles libres entre les spires isolées BM. La bobine, placée dans son moule, sera chauffée dans un four qui ramollira le vernis thermoplastique et provoquera le collage. L'échauffement pourra aussi être obtenu en soumettant le bobinage à une source de courant convenablement choisie.
L'isolement du double enroulement représenté en fig. 15 est faible mais largement suffisant pour l'application considérée car la tension électrique entre les fils BC et BM reste toujours très faible. Par la réduction de la section de l'isolant, on loge beaucoup plus de cuivre dans un espace très limité, ce qui permet de maintenir un entrefer réduit et d'élever la puissance et le rendement électrique du moteur oscillant.
La fig. 16 représente un modèle de pendulette ou de pendule d'appartement constituant une forme d'exécution de l'invention. Le mécanisme est protégé par un globe ou par une enveloppe analogue en matière plastique transparente. Le balancier 3-4 est visible et constitue. sous le cadran, un élément attractif de décoration.
Les organes de commutation sont dissimulés derrière le balancier.