CH701329A2

CH701329A2 - Electromechanical transducer for clock application, has coils placed between two geometrical planes of rotor such that end zones of tabs of rotor pass in front coils when rotor rotates

Info

Publication number: CH701329A2
Application number: CH9522009A
Authority: CH
Inventors: Uwe Schoenherr; Joerg Berthoud
Original assignee: Eta Sa Mft Horlogere Suisse
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2010-12-31

Abstract

The transducer has a rotor (4) formed by three parts (10-12) in a magnetic material and respectively including three superimposed central zones (14, 15, 16). Axially polarized bi-polar magnets (18, 20) are respectively placed between the first and second zones and between the second and third zones. Two tabs (11F, 11C) are respectively placed against a tab (12F) of the third part and a tab (10C) of the first part. Coils (6, 8) are placed between geometrical planes (26, 28) of the rotor such that end zones of the tabs of the rotor pass in front of the coils when the rotor rotates.

Description

[0001] La présente invention concerne un transducteur électromécanique formé d’un rotor présentant une pluralité de pôles magnétiques et d’au moins une bobine plate (relativement faible hauteur) agencée de manière que les pôles magnétiques du rotor passent en regard de cette au moins une bobine lorsqu’il tourne. The present invention relates to an electromechanical transducer formed of a rotor having a plurality of magnetic poles and at least one flat coil (relatively low height) arranged so that the magnetic poles of the rotor pass over this at least a coil when it turns.

[0002] En particulier, le transducteur électromécanique définit une génératrice horlogère, c’est-à-dire une génératrice de petites dimensions ou micro-génératrice magnéto-électrique. In particular, the electromechanical transducer defines a clock generator, that is to say a generator of small dimensions or micro-generator magneto-electric.

[0003] La génératrice horlogère selon l’invention est destinée à être incorporée dans un mouvement horloger du type décrit notamment dans les documents EP 239 820 ou EP 679 968. The clock generator according to the invention is intended to be incorporated in a watch movement of the type described in particular in EP 239 820 or EP 679 968.

[0004] Une génératrice à rotor multipolaire du type susmentionné est décrite dans le modèle d’utilité allemand DE 1 811 389 (U). Cette génératrice comprend un rotor formé par un arbre central portant deux flasques en matériau magnétique à la périphérie desquelles sont agencés des aimants permanents, six par flasque avec une alternance de la polarité. Le rotor comprend donc douze très petits aimants qui sont fixés individuellement à l’une des deux flasques magnétiques du rotor. La génératrice comprend également deux ou trois bobines plates agencées avec un décalage angulaire de 120° par rapport à l’axe de rotation de la génératrice. Lorsque le rotor tourne, les aimants permanents passent en regard des bobines. Dans le mode de réalisation représenté, il est prévu que l’axe central des aimants passe sensiblement par l’axe central des bobines. En tournant, le rotor induit ainsi un courant électrique dans les bobines, ce courant servant à l’alimentation d’un circuit électronique d’un mouvement horloger. Cette énergie électrique peut être stockée dans une batterie rechargeable ou dans une capacité de stockage. [0004] A multipolar rotor generator of the aforementioned type is described in German Utility Model DE 1 811 389 (U). This generator comprises a rotor formed by a central shaft carrying two flanges of magnetic material on the periphery of which permanent magnets are arranged, six per flange with alternating polarity. The rotor thus comprises twelve very small magnets which are individually fixed to one of the two magnetic flanges of the rotor. The generator also comprises two or three flat coils arranged with an angular offset of 120 ° with respect to the axis of rotation of the generator. When the rotor rotates, the permanent magnets pass over the coils. In the embodiment shown, it is expected that the central axis of the magnets passes substantially through the central axis of the coils. By rotating, the rotor thus induces an electric current in the coils, this current serving to supply an electronic circuit of a watch movement. This electrical energy can be stored in a rechargeable battery or in a storage capacity.

[0005] La génératrice divulguée dans le document DE 1 811 389 (U) permet certes de produire efficacement un courant électrique pour l’alimentation d’un circuit électronique horloger et de commander une telle génératrice pour qu’elle tourne à vitesse constante de manière synchrone avec une base de temps qu’elle alimente. Cependant, cette génératrice présente divers inconvénients majeurs. Premièrement, sa fabrication est relativement complexe et onéreuse. Il faut en effet fournir douze très petits aimants qui doivent être fixés individuellement de manière uniforme en périphérie des deux flasques magnétiques du rotor. Ensuite, cette génératrice présente une relativement grande inertie avec les deux flasques en forme de disque portant chacun à sa périphérie six aimants. Plus l’inertie est élevée, plus la génératrice est sensible aux chocs (ce qui nécessite qu’elle tourne à une certaine vitesse pour éviter qu’un choc ne l’arrête). On notera encore que le couple de démarrage est aussi relativement élevé tout comme le couple minimal nécessaire à son fonctionnement synchrone. The generator disclosed in DE 1 811 389 (U) certainly allows to efficiently produce an electric current for the supply of a watch electronic circuit and to control such a generator so that it rotates at a constant speed so that synchronous with a time base that it feeds. However, this generator has various major disadvantages. First, its manufacture is relatively complex and expensive. It is necessary to provide twelve very small magnets which must be individually fixed uniformly at the periphery of the two magnetic flanges of the rotor. Then, this generator has a relatively high inertia with the two disc-shaped flanges each carrying at its periphery six magnets. The higher the inertia, the more the generator is sensitive to shocks (which requires that it runs at a certain speed to prevent a shock stops it). It will also be noted that the starting torque is also relatively high, as is the minimum torque required for its synchronous operation.

[0006] Le but de la présente invention est de fournir un transducteur électromécanique, en particulier pour des applications du type horloger, qui apporte une solution aux problèmes susmentionnés de l’art antérieur, tout en conservant une bonne efficacité de fonctionnement. The object of the present invention is to provide an electromechanical transducer, particularly for applications of the watchmaker type, which provides a solution to the aforementioned problems of the prior art, while maintaining a good operating efficiency.

[0007] A cet effet, la présente invention concerne un transducteur électromécanique tel que défini à la revendication 1. Ce transducteur se caractérise en particulier par le fait qu’il est formé de trois parties en matériau magnétique présentant chacune des languettes définissant les pôles magnétiques du rotor. Deux aimants permanents bipolaires de relativement grandes dimensions par rapport à ceux de l’art antérieur sont agencés avec une polarité inversée de manière coaxiale à l’axe de rotation du rotor et intercalés entre les trois parties magnétiques susmentionnées. Les languettes de chaque partie magnétique s’étendent radialement et présentent entre elles un décalage angulaire sensiblement constant. La partie magnétique intermédiaire présente la particularité d’avoir une partie de ses languettes pliées de manière que leurs zones d’extrémité respectives soient agencées sensiblement dans un premier plan supérieur dans lequel sont situées les languettes de la première partie magnétique, alors que l’autre moitié des languettes de cette partie intermédiaire sont pliées de manière que leurs extrémités respectives soient situées dans un deuxième plan inférieur dans lequel sont situées les languettes de la troisième partie magnétique. Ce transducteur comprend au moins une bobine agencée entre le plan supérieur et le plan inférieur du rotor de manière que, lorsque ce rotor tourne, les zones d’extrémité des languettes passent en regard de cette au moins une bobine. For this purpose, the present invention relates to an electromechanical transducer as defined in claim 1. This transducer is characterized in particular by the fact that it is formed of three parts of magnetic material each having tabs defining the magnetic poles. of the rotor. Two bipolar permanent magnets of relatively large size compared to those of the prior art are arranged with a polarity inverted coaxially with the axis of rotation of the rotor and interposed between the three magnetic parts mentioned above. The tongues of each magnetic part extend radially and have a substantially constant angular offset between them. The intermediate magnetic part has the particularity of having part of its tongues folded so that their respective end zones are arranged substantially in a first upper plane in which are located the tongues of the first magnetic part, while the other half of the tongues of this intermediate portion are folded so that their respective ends are located in a second lower plane in which are located the tongues of the third magnetic part. This transducer comprises at least one coil arranged between the upper plane and the lower plane of the rotor so that, when the rotor rotates, the end zones of the tongues pass opposite this at least one coil.

[0008] Grâce aux caractéristiques du transducteur selon l’invention, le nombre d’aimants permanents nécessaire est réduit fortement, quel que soit le nombre de pôles magnétiques du rotor. En effet, le rotor comprend seulement deux aimants permanents indépendamment du nombre de pôles magnétiques du rotor. Le flux des aimants se répartit dans les languettes et se referme par les régions d’extrémité des languettes supérieures et inférieures agencées les unes en regard des autres. Toutes les parties du rotor peuvent être fabriquées à moindre coût et l’assemblage de ces parties est relativement aisé. De fait, les trois flasques magnétiques et les deux aimants bipolaires du rotor sont simplement empilés l’un sur l’autre. Le rotor de la génératrice peut ainsi être produit pour un coût réduit. Ensuite, du fait que les deux aimants bipolaires de relativement grandes dimensions sont agencés coaxialement à l’axe de rotation du rotor, la majeure partie de la masse du rotor est concentrée dans la zone centrale de celui-ci. Ainsi, l’inertie du rotor de la génératrice selon la présente invention est inférieure à celle du rotor de l’art antérieur décrit précédemment. Le couple de démarrage de la présente génératrice est plus faible et cette génératrice est moins sensible aux chocs. De plus, la génératrice peut tourner de manière synchrone avec un couple fourni par un barillet du mouvement horloger qui est inférieur au couple minimum nécessaire pour la génératrice de l’art antérieur. Par conséquent, pour un barillet donné, sans remontage intermédiaire, la durée de fonctionnement synchrone du mouvement horloger est augmentée avec la génératrice selon la présente invention. Thanks to the characteristics of the transducer according to the invention, the number of permanent magnets required is greatly reduced, regardless of the number of magnetic poles of the rotor. Indeed, the rotor comprises only two permanent magnets regardless of the number of magnetic poles of the rotor. The flux of the magnets is distributed in the tongues and closes by the end regions of the upper and lower tabs arranged opposite one another. All parts of the rotor can be manufactured cheaply and the assembly of these parts is relatively easy. In fact, the three magnetic flanges and the two bipolar magnets of the rotor are simply stacked one on top of the other. The rotor of the generator can thus be produced for a reduced cost. Then, because the two relatively large bipolar magnets are arranged coaxially with the rotational axis of the rotor, most of the mass of the rotor is concentrated in the central area thereof. Thus, the inertia of the rotor of the generator according to the present invention is lower than that of the rotor of the prior art described above. The starting torque of this generator is lower and this generator is less sensitive to shocks. In addition, the generator can rotate synchronously with a torque provided by a cylinder of the watch movement which is less than the minimum torque required for the generatrix of the prior art. Therefore, for a given cylinder, without intermediate winding, the synchronous operation time of the watch movement is increased with the generator according to the present invention.

[0009] Un mode de réalisation préféré sera décrit ci-après en détail à l’aide de la description suivante, faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemple nullement limitatif, dans lesquels: <tb>- la fig. 1<sep>est une vue éclatée en perspective du rotor du transducteur selon un mode de réalisation préféré de la présente invention; <tb>- la fig. 2<sep>est une vue de dessus du transducteur selon ledit mode préféré de réalisation; et <tb>- la fig. 3<sep>est une vue schématique en coupe selon la ligne lll-lll de la fig. 2.A preferred embodiment will be described hereinafter in detail with the aid of the following description, made with reference to the accompanying drawings given by way of non-limiting example, in which: <tb> - fig. 1 <sep> is an exploded perspective view of the transducer rotor according to a preferred embodiment of the present invention; <tb> - fig. 2 <sep> is a top view of the transducer according to said preferred embodiment; and <tb> - fig. 3 <sep> is a schematic sectional view along the line III-III of FIG. 2.

[0010] A l’aide des fig. 1 à 3 on décrira ci-après un mode de réalisation préféré d’un transducteur électromécanique du type horloger selon l’invention. En particulier, ce transducteur forme une génératrice magnéto-électrique 2. Cette génératrice 2 comprend un rotor 4 et deux bobines plates 6 et 8. On notera de suite que dans une première variante, il est prévu une seule bobine 6 alors que dans une deuxième variante il est prévu d’agencer trois bobines décalées angulairement de 120°. Les bobines 6 et 8 présentent un décalage angulaire de 120° relativement à l’axe de rotation 24 du rotor 4. With the help of FIGS. 1 to 3 will be described hereinafter a preferred embodiment of an electromechanical transducer of the watchmaker type according to the invention. In particular, this transducer forms a magnetoelectric generator 2. This generator 2 comprises a rotor 4 and two flat coils 6 and 8. Note that in a first variant, there is provided a single coil 6 while in a second variant it is expected to arrange three coils angularly offset 120 °. The coils 6 and 8 have an angular offset of 120 ° relative to the axis of rotation 24 of the rotor 4.

[0011] Le rotor 4 est formé de première, deuxième et troisième parties 10, 11 et 12 en matériau magnétique. La première partie magnétique 10 est formée par une structure plane définissant une première zone centrale 14 et trois languettes 10A, 10C et 10E qui s’étendent radialement depuis la zone centrale 14. Les trois languettes sont agencées de manière uniforme avec un décalage angulaire sensiblement égal à 120°. La partie magnétique 10 définit ainsi une plaque inférieure découpée de manière à présenter une zone centrale circulaire et trois languettes s’étendant radialement depuis cette zone centrale. La troisième partie magnétique 12 est identique à la partie magnétique 10. Ainsi, la partie magnétique 12 comprend une zone centrale 16 de forme circulaire et trois languettes 12B, 12D et 12F s’étendant radialement depuis la zone centrale. La partie magnétique 12 définit une plaque supérieure découpée de manière à définir une zone centrale et trois languettes qui présentent une répartition uniforme autour de cette zone centrale. The rotor 4 is formed of first, second and third parts 10, 11 and 12 of magnetic material. The first magnetic part 10 is formed by a planar structure defining a first central zone 14 and three tongues 10A, 10C and 10E which extend radially from the central zone 14. The three tongues are arranged in a uniform manner with a substantially equal angular offset at 120 °. The magnetic part 10 thus defines a lower plate cut so as to have a circular central zone and three tongues extending radially from this central zone. The third magnetic portion 12 is identical to the magnetic portion 10. Thus, the magnetic portion 12 comprises a central zone 16 of circular shape and three tongues 12B, 12D and 12F extending radially from the central zone. The magnetic portion 12 defines an upper plate cut to define a central zone and three tongues which have a uniform distribution around this central zone.

[0012] En projection dans un plan géométrique perpendiculaire à l’axe de rotation 24, les languettes de la partie inférieure 10 présentent un décalage angulaire de 60° relativement aux languettes de la partie supérieure 12. Ainsi, en projection dans ledit plan géométrique, les languettes des parties inférieure et supérieure définissent six directions radiales réparties de manière uniforme, c’est-à-dire présentant entre elles un décalage angulaire sensiblement constant. La deuxième partie magnétique 11 définit une partie intermédiaire entre les parties inférieure et supérieure. Cette partie intermédiaire comprend une zone centrale 15 de laquelle partent six languettes. Cette partie intermédiaire se distingue par le fait que la moitié des languettes 11B, 11D et 11F, décalées de 120° l’une relativement à l’autre, sont pliées vers le bas de manière que leurs zones d’extrémité respectives sont agencées sensiblement dans un premier plan géométrique 26 dans lequel est agencé la plaque plane 10 et en particulier ses languettes. Les languettes 11B, 11D et 11F de la partie 11 sont situées entre les languettes 10A, 10C et 10E de la partie inférieure 10 de manière à définir six pôles magnétiques ayant une polarité alternée et répartis régulièrement autour de l’axe 24 dans le plan inférieur 26. La partie intermédiaire 11 comprend encore trois languettes 11 A, 11C et 11E, décalées de 120° l’une relativement à l’autre, qui sont pliées vers le haut de manière que leurs zones d’extrémité respectives soient agencées sensiblement dans un deuxième plan géométrique 28 dans lequel est situé la partie 12 et en particulier ses languettes. Les languettes 11 A, 11C et 11E de la partie intermédiaire 11 sont situées entre les languettes 12B, 12D et 12F de la partie supérieure 12 de manière à définir six pôles magnétiques ayant une polarité alternée et répartis régulièrement autour de l’axe 24 dans le plan supérieur 28. Les trois languettes inférieures 11B, 11D et 11F de la partie intermédiaire sont situées respectivement en face des trois languettes 12B, 12D et 12F de la partie supérieure 12. De même, les trois languettes supérieures 11 A, 11C et 11E de la partie intermédiaire sont situées respectivement en face des trois languettes 10A, 10C et 10E de la partie inférieure 10. In projection in a geometrical plane perpendicular to the axis of rotation 24, the tabs of the lower part 10 have an angular offset of 60 ° relative to the tongues of the upper part 12. Thus, in projection in said geometric plane, the tabs of the lower and upper parts define six radial directions distributed uniformly, that is to say between them a substantially constant angular offset. The second magnetic portion 11 defines an intermediate portion between the lower and upper portions. This intermediate portion comprises a central zone 15 from which six tongues depart. This intermediate part is distinguished by the fact that half of the tongues 11B, 11D and 11F, offset by 120 ° relative to one another, are bent downwards so that their respective end zones are arranged substantially in a first geometric plane 26 in which is arranged the flat plate 10 and in particular its tabs. The tongues 11B, 11D and 11F of the portion 11 are located between the tongues 10A, 10C and 10E of the lower part 10 so as to define six magnetic poles having an alternating polarity and regularly distributed about the axis 24 in the lower plane 26. The intermediate portion 11 further comprises three tabs 11A, 11C and 11E, shifted 120 ° relative to one another, which are folded upwardly so that their respective end regions are arranged substantially in a second geometric plane 28 in which is located the portion 12 and in particular its tabs. The tongues 11A, 11C and 11E of the intermediate portion 11 are located between the tongues 12B, 12D and 12F of the upper part 12 so as to define six magnetic poles having an alternating polarity and regularly distributed about the axis 24 in the upper plane 28. The three lower tabs 11B, 11D and 11F of the intermediate part are respectively opposite the three tabs 12B, 12D and 12F of the upper part 12. Similarly, the three upper tabs 11A, 11C and 11E of the intermediate part are respectively opposite the three tabs 10A, 10C and 10E of the lower part 10.

[0013] Un premier aimant bipolaire 18 polarisé axialement est agencé entre les première et deuxième zones centrales 14 et 15. Un second aimant bipolaire 20, polarisé selon un sens opposé à celui du premier aimant, est agencé entre les zones centrales 15 et 16. Ainsi, les paires de languettes situées l’une en face de l’autre présentent des polarités magnétiques opposées et définissent les pôles magnétiques du rotor. De même, deux languettes adjacentes dans le plan géométrique 26 ou 28 ont des polarités magnétiques opposées. Les deux bobines 6 et 8 sont agencées entre les premier et deuxième plans 26 et 28 de manière que, lorsque le rotor 4 tourne, les zones d’extrémité des languettes de ce rotor passent en regard des deux bobines. A first bipolar magnet 18 axially polarized is arranged between the first and second central zones 14 and 15. A second bipolar magnet 20, polarized in a direction opposite to that of the first magnet, is arranged between the central zones 15 and 16. Thus, the pairs of tongues located opposite each other have opposite magnetic polarities and define the magnetic poles of the rotor. Likewise, two adjacent tabs in the geometrical plane 26 or 28 have opposite magnetic polarities. The two coils 6 and 8 are arranged between the first and second planes 26 and 28 so that, when the rotor 4 rotates, the end zones of the tongues of this rotor pass opposite the two coils.

[0014] On notera encore que les trois zones centrales respectives des trois parties magnétiques du rotor sont superposées l’une à l’autre et que les deux aimants 18 et 20 sont coaxiaux à ces zones centrales. Le montage du rotor peut se faire aisément par un simple empilement des cinq éléments représentés à la figure 1 et décrits en détail ci-avant. Ces cinq éléments sont montés sur un arbre central 22. It will also be noted that the three respective central zones of the three magnetic parts of the rotor are superimposed on one another and that the two magnets 18 and 20 are coaxial with these central zones. The mounting of the rotor can be easily done by a simple stack of the five elements shown in Figure 1 and described in detail above. These five elements are mounted on a central shaft 22.

[0015] Le mode de réalisation préféré décrit ci-avant comporte des parties inférieure et supérieure ayant chacune trois languettes alors que la partie intermédiaire présente six languettes. Selon d’autres modes de réalisation et de manière générale, le nombre de languettes des parties inférieure et supérieure est égal à N, N étant supérieur à 1 (N>1). Ces N languettes sont agencées avec une répartition uniforme autour d’une zone centrale et s’étendent radialement depuis cette zone centrale comme dans le mode préféré représenter aux figures. La partie intermédiaire comprend alors 2N languettes dont N premières languettes sont pliées vers le bas de manière que leurs zones d’extrémité respectives soient agencées sensiblement dans un premier plan inférieur dans lequel sont situées les languettes de la partie inférieure. Les N autres languettes restantes sont pliées vers le haut de manière que leurs zones d’extrémité respectives soient agencées sensiblement dans un deuxième plan supérieur dans lequel sont situées les languettes de la partie supérieure. Le rotor présente ainsi 2N paires de pôles, chaque paire de pôles étant définie respectivement par deux extrémités de languettes situées l’une en face de l’autre. The preferred embodiment described above comprises lower and upper portions each having three tongues while the intermediate portion has six tabs. According to other embodiments and in general, the number of tabs of the lower and upper parts is equal to N, N being greater than 1 (N> 1). These N tabs are arranged with a uniform distribution around a central zone and extend radially from this central zone as in the preferred embodiment shown in FIGS. The intermediate portion then comprises 2N tongues N of which first tabs are folded down so that their respective end zones are arranged substantially in a first lower plane in which are located the tabs of the lower part. The remaining N remaining tongues are bent upward so that their respective end zones are arranged substantially in a second upper plane in which are located the tabs of the upper part. The rotor thus has 2N pairs of poles, each pair of poles being respectively defined by two ends of tongues located opposite each other.

Claims

An electromechanical transducer (2) formed of a rotor (4) and at least one coil (6, 8), characterized in that the rotor is formed of first, second and third parts (10, 11, 12) magnetic material having respectively first, second and third superimposed central zones (14, 15, 16), a first axially polarized bipolar magnet (18) being arranged between the first and second central zones and a second axially polarized bipolar magnet (20). in a direction opposite to that of the first magnet being arranged between the second and third central zones, the first and third parts each comprising N tongues, N being a number greater than one (N> 1), which extend radially and regularly from their central zone and the second part comprising 2N tongues of which N first tongues are folded so that their respective end zones are arranged substantially in a foreground geometric (26) in which are located the tongues of said first portion and N of which tongues are folded so that their respective end zones are arranged substantially in a second geometric plane (28) in which are located the tongues of said third part, the first N tabs of the second part being located respectively opposite the N tabs of the third part and the N seconds tabs of this second part being located opposite the N tabs of the first part, said at least one coil being located between the first and second geometrical planes of the rotor so that, when the rotor rotates, the end zones of the tongues of the rotor pass opposite this at least one coil.

2. Electromechanical transducer according to claim 1, characterized in that the first and third parts (10, 12) of the rotor are flat with identical cutting.

3. Electromechanical transducer according to claim 1 or 2, characterized in that the number N of tabs of the first and third parts is equal to three and the number 2N of tabs of the second part being equal to six.

4. Electromechanical transducer according to claim 3, characterized in that it comprises two coils (6, 8) angularly offset by 120 °.