CH697273B1

CH697273B1 - Dispositif d'échappement électromécanique et pièce d'horlogerie munie d'un tel dispositif

Info

Publication number: CH697273B1
Application number: CH01217/06A
Authority: CH
Inventors: Mai Xuan Tu; Michel Schwab
Original assignee: Detra Sa
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2008-07-31
Also published as: EP2044490B1; WO2008011738A3; DE602007014214D1; WO2008011738A2; CN101495923A; ATE507509T1; US7891862B2; EP2044490A2; JP2009544945A; CN101495923B; JP5171821B2; US20090185456A1

Description


  [0001] La présente invention a pour objet un dispositif d'échappement électromécanique et une pièce d'horlogerie munie d'un tel dispositif.

[0002] Pour une pièce d'horlogerie mécanique, le dispositif d'échappement sert d'une part à entretenir le mouvement d'oscillation de l'oscillateur mécanique, balancier et spiral, d'autre part à transmettre la fréquence de cet oscillateur au rouage entraînant l'affichage horaire.

[0003] Les dispositifs d'échappement entièrement mécanique sont donc très connus dans l'art antérieur.

   Les manuels "Echappements et moteurs pas à pas" et "Théorie d'horlogerie", ISBN 2-940 025-10-X édités par la Fédération des Ecoles Techniques de Suisse décrivent plusieurs dispositifs d'échappement mécanique appelés "à ancre", "à détente", "de Graham" etc.

[0004] Comme mentionnés précédemment, les dispositifs d'échappement mécanique traditionnels transmettent directement la fréquence de l'oscillateur mécanique au rouage entraînant l'affichage horaire. La fréquence d'un oscillateur mécanique, généralement comprise entre 2 à 4 Hz, est malheureusement peu précise et en plus très dépendante de la position de la montre.

   La précision d'une montre mécanique est de ce fait plus faible que celle d'une montre électronique à quartz.

[0005] Le but de la présente invention est de proposer un dispositif d'échappement permettant de transmettre au rouage une fréquence différente à celle de la fréquence de l'oscillateur mécanique afin de pouvoir corriger des erreurs liées à l'oscillateur mécanique.

[0006] Un autre but de l'invention est de proposer une pièce d'horlogerie mécanoélectronique possédant un dispositif d'échappement selon l'invention.

[0007] L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui va suivre et aux dessins annexés dans lesquels:
<tb>La fig. 1<sep>représente un schéma de principe d'une montre mécanique traditionnelle,


  <tb>la fig. 2<sep>représente un schéma de principe d'une montre mécanoélectronique utilisant le dispositif d'échappement électromécanique selon l'invention,


  <tb>la fig. 3<sep>représente un exemple d'exécution de l'échappement électromécanique selon l'invention,


  <tb>la fig. 4<sep>représente les détails de la roue d'échappement,


  <tb>la fig. 5<sep>représente les détails des mobiles tournant autour du centre O2 de la fig. 3,


  <tb>la fig. 6<sep>représente les détails des mobiles tournant autour du centre O3 de la fig. 3,


  <tb>la fig. 7<sep>représente les détails des mobiles tournant autour du centre O4 de la fig. 3 ainsi que le convertisseur électromécanique,


  <tb>la fig. 8<sep>illustre la position de blocage,


  <tb>la fig. 9<sep>illustre la phase de dégagement mécanique,


  <tb>la fig. 10<sep>illustre la phase de transmission d'énergie,


  <tb>la fig. 11<sep>illustre la phase de repositionnement,


  <tb>la fig. 12<sep>illustre la phase de dégagement électromagnétique,


  <tb>la fig. 13<sep>représente le schéma de principe du dispositif électronique.

[0008] La fig. 1 représente un schéma de principe d'une montre mécanique traditionnelle dans laquelle l'énergie mécanique provenant d'un dispositif de remontage manuel ou automatique, est emmagasinée dans un ressort de barillet 1 pour être distribuée à travers un ensemble de roues 2 à un dispositif d'échappement 3, et à un affichage 4.

[0009] Le dispositif d'échappement 3 sert d'une part à entretenir le mouvement de l'oscillateur mécanique 5 comprenant un balancier et un spiral, d'autre part à transmettre la fréquence de cet oscillateur au rouage entraînant l'affichage horaire.

   A chaque période d'oscillation de l'oscillateur mécanique, le rouage lié à l'affichage avance d'un angle fixe et, de ce fait, la vitesse de rotation du rouage est proportionnelle à la fréquence de l'oscillateur mécanique et la précision de l'affichage est directement dépendante de cette fréquence.

[0010] La fréquence d'un oscillateur mécanique, généralement comprise entre 2 et 4 Hz, est malheureusement peu précise et, de plus, très dépendante de la position de la montre. La précision d'une montre mécanique est de ce fait plus faible que celle d'une montre électronique à quartz.

[0011] La fig. 2 représente un schéma de principe d'une montre mécanoélectronique utilisant le dispositif d'échappement électromécanique selon l'invention.

   L'énergie mécanique emmagasinée dans un ressort de barillet 6 est distribuée à travers un ensemble de roues 7 à un dispositif d'échappement électromécanique 9 et à un affichage 8. Le dispositif d'échappement électromécanique 9 selon l'invention a des fonctions multiples:
- la première est d'entretenir le mouvement d'oscillation de l'oscillateur mécanique 11,
- la deuxième est de transmettre la fréquence de l'oscillateur 11 au rouage entraînant l'affichage horaire,
- la troisième est de transformer une partie de l'énergie mécanique reçue en énergie électrique pour alimenter le dispositif électronique 10 qui possède une base de temps à quartz,
- finalement,

   la dernière fonction du dispositif d'échappement électromécanique 9 est de faire avancer le rouage 7 lorsqu'il reçoit des impulsions électriques de correction provenant du dispositif électronique 10.

[0012] A chaque période d'oscillation de l'oscillateur mécanique, le rouage 7 lié à l'affichage ainsi que le dispositif d'échappement électromécanique 9 avancent d'un angle fixe et transmettent, au travers d'un convertisseur électromécanique du dispositif 9 décrit plus loin, l'énergie électrique et la période d'oscillation de l'oscillateur mécanique au dispositif électronique 10. Ce dispositif électronique, possédant un accumulateur d'énergie électrique et une base de temps à quartz prise comme base de temps de référence, compare les périodes d'oscillation mécanique avec la période de référence.

   Lorsque l'écart entre les périodes dépasse une certaine limite, le dispositif électronique 10 envoie des impulsions électriques de correction à travers un convertisseur électromécanique pour faire avancer le dispositif d'échappement électromécanique 9 ainsi que le rouage 7.

[0013] On constate que, contrairement à un échappement mécanique traditionnel dont le mouvement est synchrone avec celui de l'oscillateur mécanique, l'échappement électromécanique 9 avance à chaque période de l'oscillateur mécanique et également, de façon indépendante de l'oscillateur mécanique, lorsqu'il reçoit des impulsions provenant du circuit électronique 10.

[0014] Pour obtenir le bon fonctionnement de la montre selon fig.

   2, il suffit de régler la période de l'oscillateur mécanique légèrement plus grande que celle de la période de référence de la base de temps à quartz. Le circuit électronique 10 mesure l'écart entre ces périodes et envoie des impulsions de correction pour rattraper le retard. En pratique le réglage de la période d'un oscillateur mécanique avec une précision de l'ordre de un pour mille est facilement réalisable.

[0015] La fig. 3 représente un exemple d'exécution du dispositif d'échappement électromécanique selon l'invention. Ce dispositif comprend plusieurs mobiles tournant autour de 4 centres O1, O2, O3, O4.

[0016] La roue d'échappement 12 dont les détails sont représentés à la fig. 4, tourne autour du centre O1 et possède des goupilles 121.

   Dans cet exemple, le nombre de goupilles est égal à 8 mais, en général, le choix d'un autre nombre est également possible.

[0017] Deux mobiles superposés tournent autour du centre O2: le moyen de blocage 14 et la roue dentée 13. Les détails de ces 2 mobiles sont représentés à la fig. 5.

[0018] L'oscillateur mécanique comprenant le balancier et le spiral, tourne autour du centre O3.

   Sur la fig. 3 ainsi que sur le dessin de détail de la fig. 6, on représente uniquement le plateau 15 solidaire du balancier et comportant le levier d'impulsion 151 ainsi que la goupille de dégagement 152.

[0019] Trois mobiles superposés tournent autour du centre O4: le moyen de dégagement mécanique 16, la roue dentée 17 engrenant avec la roue dentée 13 et le rotor 182 du convertisseur électromécanique 18 réalisé en aimant permanent.

[0020] La fig. 7 représente les détails de ces mobiles ainsi que le convertisseur électromécanique 18 comportant, outre le rotor 182, le stator 181 en matériau magnétique doux pourvu des alvéoles 184 ainsi que la bobine 183.

[0021] Le convertisseur électromécanique a plusieurs fonctions distinctes:

  
- grâce aux alvéoles 184, le rotor possède, en l'absence de courant dans la bobine 183, 2 positions d'équilibre stable alignées sur l'axe S1-S2,
- lorsqu'on fournit un courant à la bobine 183 avec la polarité appropriée, le rotor tourne dans le sens anti-horaire indiqué par la flèche F,
- finalement, lorsque le rotor du convertisseur est entraîné par la roue d'échappement, par l'intermédiaire des roues 13 et 17, ce convertisseur fonctionne en génératrice et fournit une tension aux bornes B1 et B2 de la bobine 183.

[0022] Le fonctionnement du dispositif d'échappement électromécanique selon l'invention comprend plusieurs phases principales:
- phase de blocage:

   la plupart du temps, lorsque le plateau 15 de l'oscillateur mécanique n'a pas de contact mécanique avec la roue d'échappement 12 par l'intermédiaire du levier d'impulsion 151 ou avec le moyen de dégagement 16 par l'intermédiaire de la goupille de dégagement 152, la roue d'échappement 12 se trouve en position de blocage,
- la fig. 8 illustre cette position de blocage. Dans cette figure, la roue d'échappement 12 est soumise à un couple provenant du barillet dans le sens indiqué par la flèche F2. Grâce à la forme du moyen de blocage 14 et au couple de positionnement magnétique provenant du rotor 182 via les roues 17 et 13, la roue d'échappement est bloquée dans cette position pendant que le plateau 15 de l'oscillateur mécanique continue son mouvement,
- phase de dégagement mécanique: la fig. 9 illustre la phase de dégagement mécanique.

   Dans cette figure, la goupille 152 du plateau 15 tournant dans le sens de la flèche F3 actionne le moyen de dégagement 16 et, par l'intermédiaire des roues 17 et 13, libère la goupille 121 du moyen de blocage 14. La roue d'échappement 12 peut tourner, sous l'effet du couple transmis par le barillet dans le sens de la flèche F2,
- phase de transmission d'énergie: dans cette phase, la roue d'échappement transmet l'énergie à l'oscillateur mécanique ainsi qu'au convertisseur électromécanique,
- la fig. 10 illustre cette phase de transmission d'énergie. Après la phase de dégagement, la roue d'échappement 12 tourne dans le sens de la flèche F2, l'une des goupilles 121 de cette roue actionnant le levier d'impulsion 151 du plateau 15 pour fournir l'énergie destinée à l'entretien du mouvement de l'oscillateur.

   La goupille précédant celle mentionnée ci-dessus dans le sens de rotation actionne le moyen de blocage 14, lequel transmet l'énergie mécanique par l'intermédiaire des roues 13 et 17 au convertisseur électromécanique 18 qui la transforme en énergie électrique aux bornes de la bobine 183,
- phase de repositionnement: après la phase de transmission d'énergie, le moyen de blocage 14 et la roue 13 continuent à tourner dans le même sens indiqué par la flèche F4 et, sous l'effet du couple de positionnement magnétique, retrouve une nouvelle position de blocage à 180 degrés par rapport à la position de blocage précédente. Dans cette phase, la roue d'échappement continue à fournir l'énergie à l'oscillateur mécanique par l'intermédiaire du levier d'impulsion 151 du plateau 15.

   La phase de repositionnement est illustrée par la fig. 11,
- phase de dégagement électromagnétique: une des particularités du dispositif d'échappement électromécanique selon l'invention est qu'il est apte à libérer la roue d'échappement de la position de blocage de façon indépendante de la fréquence de l'oscillateur mécanique. Pour ce faire, il suffit d'envoyer une impulsion électrique à la bobine 183 du convertisseur électromécanique. L'interaction entre le champ magnétique créé par le courant dans la bobine et le champ magnétique de l'aimant du rotor engendre un couple électromagnétique dans le sens de la flèche F5 qui actionne le moyen de blocage 14 dans le sens opposé par l'intermédiaire des roues 13 et 17.

   La phase de dégagement électromagnétique s'effectue généralement en dehors des phases de dégagement mécanique de transmission d'énergie et de repositionnement. Pendant cette phase, la vitesse angulaire de l'oscillateur mécanique est pratiquement nulle. Dans cette phase de dégagement électromagnétique, la roue d'échappement ne transmet aucune énergie à l'oscillateur mécanique. La fig. 12 illustre la phase de dégagement électromagnétique.

[0023] La fig. 13 représente le schéma de principe du dispositif électronique 10 de la fig. 2.

   Ce dispositif comprend:
- des moyens de charge 100,
- des moyens d'accumulation d'énergie 101,
- des moyens de mise en formel 102 de la tension provenant de la bobine 183,
- des moyens de mesure 103 de la période de l'oscillateur mécanique 11, basés sur une base de temps de référence provenant d'un oscillateur à quartz 104,
- des moyens de calcul et de fourniture d'impulsions électriques de correction 105.

[0024] Le signal électrique provenant de la bobine 183 pendant la phase de transmission d'énergie est envoyé aux moyens de charge 100, lesquels emmagasinent l'énergie électrique dans un condensateur ou dans un accumulateur d'énergie 101.

   Ce signal est également envoyé aux moyens de mise en forme 102, lesquels transmettent l'information aux moyens de mesure 103 de la période de l'oscillateur mécanique 11, basés sur une base de temps de référence provenant d'un oscillateur à quartz 104. Les moyens 105 calculent la somme des erreurs de la période mécanique et envoient des impulsions électriques de correction à la bobine 183 lorsque cette somme dépasse une certaine limite.

Claims

1. Dispositif d'échappement électromécanique (9), comme composant d'un mouvement d'horlogerie mécanique comportant notamment un oscillateur mécanique (11), caractérisé en ce que ledit dispositif d'échappement électromécanique (9) comprend: - une roue d'échappement (12), des moyens de blocage mécaniques (14) montés sur un axe (O2), des moyens de dégagement mécaniques (16) montés sur un autre axe (O4), - un convertisseur électromécanique (18) comprenant un stator (181) en matériau magnétique, un rotor (182) en aimant permanent et une bobine (183), - des moyens d'entraînement mécaniques (13, 17) reliant les deux dits axes (O2, O4) ainsi que le rotor (182), - les moyens de blocage (14) étant aptes à immobiliser périodiquement la roue d'échappement (12) selon des positions angulaires prédéterminées, - les moyens de dégagement mécaniques (16)

étant aptes à libérer la roue d'échappement (12) jusqu'à une prochaine position de blocage de façon synchrone avec l'oscillateur mécanique (11), - la roue d'échappement (12) étant apte, lors de son pivotement entre deux positions de blocage successives à fournir d'une part l'énergie nécessaire à l'oscillateur mécanique (11) afin d'entretenir son mouvement d'oscillation, et d'autre part à faire pivoter le dispositif de blocage (14), entraînant le pivotement du rotor (182) par l'intermédiaire des moyens d'entraînement mécaniques (13, 17), fournissant ainsi de l'énergie électrique notamment à la bobine (183), - ledit dispositif d'échappement électromécanique (9) étant associé à un circuit électronique (10) comportant notamment une base de temps à quartz (104),

ledit circuit électronique étant apte à fournir un jeu d'impulsions électriques à la bobine (183), de manière à commander le pivotement du rotor (182) entraînant le pivotement des moyens de blocage (14) et la libération de la roue d'échappement (12) jusqu'à sa prochaine position de blocage, ceci de manière indépendante de la fréquence de l'oscillateur mécanique (11).

2. Dispositif d'échappement électromécanique (9) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (182) possède un couple de positionnement déterminant deux positions d'équilibre stables (S1-S2) en l'absence de courant dans la bobine (183).

3. Dispositif d'échappement électromécanique (9) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les positions d'équilibre stables (S1-S2) sont déterminées par deux alvéoles (184) aménagées dans la périphérie du logement du rotor (182) dans le stator (181).

4. Dispositif d'échappement électromécanique (9) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tension fournie par la bobine (183) pour faire pivoter le rotor (182) fournit un couple électromagnétique supérieur au couple de positionnement.

5. Dispositif d'échappement électromécanique (9) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit électronique (10) qui lui est associé comprend en outre: - des moyens d'accumulation d'énergie (101) alimentés en énergie électrique lors du pivotement de la roue d'échappement (12) par l'intermédiaire de moyens de charge (100), - des moyens de mise en forme (102) de la tension en provenance de la bobine (183) alimentant, - des moyens de mesure (103) de la période d'oscillation de l'oscillateur mécanique (11), - des moyens de calcul (105) aptes à calculer la somme des différences entre la période d'oscillation de l'oscillateur mécanique (11) et la période fournie par la base de temps à quartz (104) et à fournir un jeu d'impulsions électriques à la bobine (183) lorsque cette différence dépasse une limité prédéterminée.

6. Dispositif d'échappement électromécanique (9) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit électronique (10) associé est apte à fournir le jeu d'impulsions électriques à la bobine (183) uniquement lorsque la vitesse angulaire d'oscillation de l'oscillateur mécanique (11) est plus faible que sa valeur maximale.

7. Dispositif d'échappement électromécanique (9) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit électronique (10) associé est apte à fournir le jeu d'impulsions électriques à la bobine (183) uniquement lorsque la roue d'échappement (12) est en position bloquée.

8. Dispositif d'échappement électromécanique (9) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la période d'oscillation de l'oscillateur mécanique (11) est supérieure à la période d'oscillation de la base de temps à quartz (104).

9. Pièce d'horlogerie comportant un mouvement d'horlogerie mécanique équipé d'un dispositif d'échappement électromécanique (9) selon l'une des revendications précédentes.