CH704685A1 - Organe réglant magnétique pour montre mécanique. - Google Patents

Abstract

L’invention concerne on organe réglant pour montre bracelet comportant un stator (4) comportant des portions (43) aimantées de façon permanente; un rotor (3) sur lequel le champ magnétique du stator agit; un circuit magnétique traversant ledit rotor et ledit stator. Le circuit magnétique comporte des zones déformables (5, 40, 41, 43, 44, 45) réalisées de façon à compenser les variations du champ magnétique dans ledit circuit provoquées par l’influence de la température sur les portions aimantées dudit organe réglant. L’invention concerne également un mouvement de montre comportant un tel organe réglant. Un procédé de calcul mathématique de la forme dudit stator est également décrit.

Description

Domaine technique

[0001] La présente invention concerne un organe réglant magnétique pour montre bracelet mécanique.

Etat de la technique

[0002] On appelle montre mécanique les montres dans lesquelles l’énergie nécessaire à la marche de la montre est stockée dans un ressort, et dans lequel la marche de la montre est régulée par un organe réglant mécanique, c’est-à-dire qui ne requiert pas de source de courant. L’organe réglant des montres mécaniques est habituellement constitué d’un balancier monté sur un axe rotatif et d’un spiral exerçant un couple de rappel sur l’axe du balancier afin de le ramener vers une position de repos. Un échappement entretient les oscillations du balancier autour de la position de repos.

[0003] Cet arrangement permet d’obtenir une précision remarquable, mais présente l’inconvénient d’être sensible à la gravité et aux chocs qui tendent à déformer le spiral en nuisant à l’isochronisme. Par ailleurs, la fabrication des spiraux est difficile.

[0004] Le brevet EP1 805 565 décrit un organe réglant mécanique dans lequel le spiral est remplacé par des aimants permanents qui agissent comme organe de rappel sur le balancier afin de le ramener vers sa position d’équilibre. Cette solution permet de s’affranchir des problèmes du spiral. Toutefois, le champ magnétique généré par les aimants permanents dépend de la température en sorte que des variations de température perturbent la marche de la montre qui conserve sa précision uniquement dans une plage de température relativement étroite. La marche de la montre peut aussi être perturbée par des champs magnétiques externes.

[0005] La présente invention concerne un organe réglant magnétique moins sensible aux variations de température, c’est-à-dire un organe réglant magnétique qui maintient sa précision dans une gamme de température plus large.

[0006] La présente invention concerne aussi un organe réglant magnétique plus facile à monter et à régler dans une montre mécanique.

Bref résumé de l’invention

[0007] Selon l’invention, ces objectifs sont atteints notamment au moyen d’un organe réglant pour montre bracelet comportant un stator comportant des aimants permanents; un rotor magnétique; le rotor et le stator définissant ensemble un circuit magnétique traversant ledit rotor et ledit stator; ledit circuit magnétique comporte des zones déformables réalisées de façon à compenser les variations du champ magnétique dans ledit circuit provoquées par l’influence de la température sur la rémanence des portions aimantées dudit organe réglant.

[0008] Cette solution permet de compenser mécaniquement la variation indésirable de rémanence des aimants permanents, en modifiant le chemin magnétique parcouru par le flux de ces aimants, de manière à varier la réluctance qui s’oppose à ce flux le long de ce chemin.

[0009] Le rotor comporte avantageusement un balancier avec des portions magnétiques. Un organe d’échappement est de préférence agencé pour faire osciller le rotor par rapport au stator.

[0010] L’organe réglant est de préférence purement mécanique, c’est-à-dire qu’il peut fonctionner dans un mouvement de montre dépourvu de source d’alimentation électrique, et que sa fréquence d’oscillation ne dépend pas nécessairement d’un quartz ni d’un autre composant électronique.

[0011] Le stator est conçu de manière à se déformer de manière calculée pour compenser au mieux, dans une gamme de température, les perturbations d’isochronisme dues à l’effet de la température sur les aimants permanents. Même une compensation partielle dans cette gamme est cependant déjà favorable.

[0012] Le stator comporte avantageusement une culasse dans un matériau magnétique doux, par exemple une culasse formée sur ou à partir d’un substrat qui peut être en silicium ou en métal. Cette culasse comporte avantageusement des portions découpées, par exemple à l’aide d’un procédé de photolithographie ou d’usinage, de manière à ce que les dilatations thermiques provoquent une déformation du chemin parcouru par les champs magnétiques générés par les aimants permanents. La forme et les dimensions de ces portions découpées, ainsi que les matériaux employés pour ces portions, sont choisis et calculés de manière à ce que les variations de réluctance magnétique provoquées sur le chemin du flux magnétique par ces dilatations compensent, dans la gamme de température souhaitée, les variations de rémanence magnétique des aimants permanents en fonction de la température.

[0013] Afin de provoquer des déplacements et déformations d’amplitude suffisante, la surface et/ou le volume des portions qui se dilatent et se déforment de manière contrôlée sont de préférence nettement supérieurs à la surface et au volume des zones aimantées.

[0014] Les portions déformables du substrat peuvent comporter des portions traversées par le champ magnétique généré par les aimants, et des portions qui ne sont pas traversées par ce champ magnétique.

[0015] Le substrat est de préférence monté sur la platine de la montre ou sur un pont au moyen de trous de passage dans la culasse.

Brève description des figures

[0016] Des exemples de mise en œuvre de l’invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles:

[0017] La fig. 1 est une vue de dessus sur un organe réglant selon l’invention.

[0018] La fig. 2 illustre un exemple de liaison pivot d’une forme géométrique simple appartenant au vocabulaire qui peut être défini dans une étape du procédé de calcul mathématique selon l’invention.

[0019] La fig. 3 illustre une représentation d’une combinaison possible de formes géométriques simples à partir desquelles le stator de l’invention, ou des portions du stator, peuvent être construites.

Exemple(s) de mode de réalisation de l’invention

[0020] La fig. 1 est une vue de dessus sur un organe réglant selon l’invention. Dans un but de simplification du dessin, l’échappement n’est pas représenté. Il est possible d’employer un échappement conventionnel, par exemple un échappement à ancre suisse, ou un échappement magnétique. L’échappement pourrait aussi être réalisé dans le même substrat 4 que le rotor.

[0021] L’organe réglant de la fig. 1comporte un rotor 3 en rotation autour de l’axe 300, et un stator 4 placé autour du rotor. Le rotor 3 peut être constitué par un balancier avec une serge 30 dont au moins une portion 31 est magnétisée de façon permanente ou non permanente, et/ou munie d’aimants permanents discrets 31. Dans un mode de réalisation, la périphérie de la serge 30 est réalisée ou recouverte de matériau ferromagnétique magnétisé de façon permanente ou temporaire sans discontinuités tout autour du balancier. Cette portion annulaire constitue un dipôle avec deux pôles opposés espacés par exemple de 180°. Si une amplitude des oscillations plus faible est souhaitée, il est possible de prévoir plusieurs dipôles magnétiques successifs sur la serge, par exemple 2, 3 ou 4 dipôles.

[0022] La serge du balancier/rotor est munie d’un ou plusieurs rayons 302 reliant la périphérie du balancier à son axe 300. Avantageusement, ce ou ces rayons sont réalisés en matériaux ferromagnétiques. L’extrémité extérieure de ce ou ces rayons s’élargit avantageusement en forme de demi-lune, ce qui permet d’obtenir un couple de rappel qui varie linéairement avec l’angle de déviation par rapport à la position de repos du balancier.

[0023] La serge 30 peut être bimétallique afin de modifier son diamètre, et donc son inertie, et/ou sa forme, et/ou la position des zones aimantables, en fonction de la température et d’aider ainsi à compenser les variations d’isochronisme dues à la température. Des vis de réglage non représentées peuvent en outre être ajustées sur la serge afin de régler individuellement la fréquence d’oscillation de chaque organe réglant en modifiant le moment d’inertie du balancier. Le rotor 3 peut être conforme à l’un des modes de réalisation du balancier décrit dans EP1805565. Il est monté en rotation sur un axe 300 lié à un pont et à la platine au moyen de paliers non représentés, par exemple de paliers incabloc ou de paliers magnétiques, et qui porte aussi le plateau d’échappement 35. Aucun spiral n’est monté sur cet axe 300; le couple de rappel du balancier est en effet obtenu grâce à la coopération entre les aimants du rotor et ceux du stator.

[0024] D’autres variantes peuvent être imaginées dans le cadre de l’invention. Par exemple, il est possible de munir le rotor 3 d’une culasse mobile en matériau magnétique doux pour diriger le champ magnétique entre les portions aimantées du rotor. La culasse mobile peut être munie d’un entrefer pour éviter le risque de saturation du matériau magnétique. Il est aussi possible d’utiliser des culasses formées de tôles ferromagnétiques ou de grains de matériaux ferromagnétiques, afin de contrôler les courants induits qui peuvent y circuler. Dans une variante préférentielle, on emploiera cependant une culasse dans un alliage 50-50 de Fer et de Nickel, présentant peu d’hystérèse magnétique.

[0025] Le stator 4 de l’invention est avantageusement réalisé à partir d’un substrat planaire, qui par souci de concision est désigné par le même numéro de référence 4, dans lequel des ouvertures 40, 41 sont obtenues par exemple par usinage ou de préférence par photolithographie. Par substrat planaire, on entend un substrat manifestement obtenu à partir d’une plaque ou d’un wafer, même si des différences de niveau peuvent exister après les opérations d’usinage ou de photolithographie. Des substrats non strictement planaires peuvent aussi être utilisés.

[0026] Le substrat est de préférence monté sur la platine de la montre ou sur un pont au moyen de trous de passage 42.

[0027] Le substrat du stator 4 est de préférence réalisé à partir d’un wafer de silicium par des techniques de photolithographie et de fabrication connues par exemple dans le domaine des semi-conducteurs et des MEMS. Dans un autre mode de réalisation, le substrat est réalisé dans un autre matériau cristallin que le silicium, par exemple dans un métal, par exemple dans un métal magnétique. Dans un autre mode de réalisation, le substrat est réalisé dans un matériau amorphe, par exemple dans un métal amorphe. Dans encore un autre mode de réalisation, le substrat est réalisé dans un matériau céramique. Des substrats formés de différents matériaux, par exemple de plusieurs couches de matériaux en sandwich, ou en composite, peuvent aussi être réalisés; il est par exemple possible de réaliser un stator à partir d’un substrat de silicium, ou d’un autre matériau, sur lequel des couches de matériaux magnétiques doux ou durs sont déposés afin de constituer une culasse et/ou des aimants permanents. L’utilisation de plusieurs couches de matériaux avec des coefficients de dilatation thermique soigneusement sélectionnés permet en outre de contrôler les déformations des différentes portions du substrat en fonction des variations de température.

[0028] Le stator comporte des portions 43 aimantées de façon permanente, ou des aimants discrets montés sur le substrat. Les zones aimantées peuvent par exemple être obtenues par déposition d’un matériau magnétisable sur le substrat, puis aimantation de ce substrat. Dans une variante, c’est tout le substrat, ou au moins une des couches d’un substrat multicouche, qui est réalisé dans un matériau ferromagnétique dont une portion est ensuite magnétisée.

[0029] Les portions magnétiques 43, 31 du stator et/ou du rotor peuvent être réalisés dans un alliage à base de platine et de cobalt. Cet alliage présente l’avantage d’une rémanence magnétique peu sensible aux variations de température. Dans un mode de réalisation, les aimants permanents comportent plusieurs couches de matériaux dont les variations de rémanence magnétique se compensent au moins partiellement. Ces améliorations permettent d’augmenter la plage de température dans laquelle la montre fonctionne de manière précise.

[0030] Une culasse en matériau magnétique doux peut avantageusement relier les différentes zones aimantées 43 du stator les unes aux autres afin de forcer le flux magnétique à emprunter un chemin contrôlé entre ces différentes zones. Cette culasse permet ainsi de guider le flux magnétique entre ces aimants et de limiter la portion du flux magnétique qui s’échappe vers d’autres composants de la montre. D’autre part, le champ magnétique ré-émis par cette culasse participe également à la génération du couple de rappel du balancier, et est utilisé pour contrôler la direction et l’amplitude du champ du flux magnétique dans l’espace. La culasse peut par exemple être constituée par des portions du substrat 4, par tout le substrat 4, par des couches particulières de ce substrat 4 et/ou par des dépositions de matériau magnétique doux sur une couche de ce substrat 4, ou sur une portion d’une couche.

[0031] La forme des zones aimantées 43 du stator 4 est avantageusement prévue de manière à ce que, pour une température donnée ou pour toutes les températures dans une gamme de température donnée, le couple de rappel du rotor 3 exercé par les portions aimantées du stator varie de manière sensiblement continue et linéaire en fonction de la déviation angulaire du rotor 3 par rapport à une position de repos prédéfinie. Dans un mode de réalisation avantageux, la forme des zones aimantées 43 du stator est agencée de manière à créer un entrefer 5 de forme sensiblement elliptique entre les portions aimantées du stator et le rotor 3.

[0032] Comme indiqué, le stator 4 de l’invention est muni d’ouvertures 40, 41 dont la forme est volontairement obtenue de manière à déformer le stator de manière contrôlée en fonction de la température, afin de compenser les variations de rémanence magnétique des aimants 43 et/ou 31 en fonction de la température. Par exemple, les ouvertures peuvent se déformer en fonction de la température de manière à agir sur la taille et la forme de l’entrefer 5 entre le stator et le rotor, et/ou sur la position des portions aimantées 43, et/ou sur n’importe quelle autre portion du chemin magnétique parcouru par le flux généré par les aimants permanents, de manière à compenser les variations de flux magnétique en fonction de la température dues à la variation de rémanence magnétique des aimants permanents du stator ou du rotor.

[0033] Les ouvertures 40, 41 sont de préférence planaires dans le substrat. Les déformations du substrat dues à la température se produisent de préférence essentiellement dans le plan du substrat 4, et peuvent être négligeables dans la direction orthogonale à ce plan. Cela permet de faciliter le calcul et la simulation du substrat.

[0034] Des volumes évidés dans le substrat 4 selon trois dimensions peuvent aussi être employés. Il est aussi possible de générer des déformations en employant différents matériaux avec des coefficients de dilatation différents dans le stator 4, de manière à générer des déformations selon une, deux ou trois directions.

[0035] La forme des ouvertures 40, 41 laisse subsister dans le substrat des portions fines 45, faciles à déformer, entre des portions plus massives 44 qui agissent comme des puits de stockage d’énergie thermique et qui peuvent aussi se déformer. Certaines portions déformables (par exemple les portions 45 sur la figure) sont traversées par le flux magnétique des aimants permanents, tandis que d’autres portions déformables ne le sont pas ou seulement de façon marginales.

[0036] Les formes des ouvertures et des portions déformables du stator 4 sont calculées à l’avance de manière à obtenir les déformations souhaitées du stator pour garantir l’isochronisme de la montre. Selon une caractéristique, la forme des ouvertures 40, 41 est calculée en tenant compte des propriétés des aimants permanents 43 du stator, par exemple de leur variation de rémanence en fonction de la température. Selon une caractéristique, la forme des ouvertures 40, 41 est calculée en tenant compte des propriétés thermiques des autres portions du substrat, notamment du coefficient de dilatation thermique, ou du coefficient de dilatation thermique en chaque point si différents points ont des coefficients de dilatation thermique différents.

[0037] Dans un mode de réalisation, le rotor 3 est également calculé de manière à se déformer volontairement avec la température, de manière à compenser les variations de champ magnétique dues à la température. Il est aussi possible de modifier l’inertie du balancier de manière à compenser la variation de champ magnétique due à la température.

[0038] La forme du substrat 4 est définie lors de la conception à l’aide d’un procédé de calcul à éléments finis. La première étape de la définition de cette forme comprend la création d’un vocabulaire de formes géométriques simples, telles que rectangle (poutre), triangle, cercle, etc., chaque forme étant caractérisée par un moment d’inertie différent. Les formes peuvent être définies en 2 dimensions dans le cas d’une plaque, ou en trois dimensions si des variations d’épaisseur sont utiles.

[0039] Avantageusement, les dimensions de ces formes de base sont compatibles avec la résolution dimensionnelle désirée de l’élément oscillant, par exemple un ressort spiral.

[0040] Différentes liaisons mécaniques élémentaires sont utilisées pour modéliser les relations entre deux ou plusieurs formes de base liées entre elles par des contacts physiques. Un exemple de liaison mécanique élémentaire est la liaison pivot ou la liaison pivot glissant.

[0041] Chaque liaison mécanique élémentaire peut être représentée par deux torseurs, un torseur cinématique et un torseur des contraintes , chaque torseur étant composé par deux lignes, la première ligne représentant un mouvement en translation et la deuxième un mouvement i en rotation, et par trois colonnes, chaque colonne représentant une référence respectivement à l’axe x, y ou z d’un système de référence orthogonal.

[0042] [0042] La fig. 2 illustre une représentation d’un exemple de liaison pivot d’une forme géométrique simple Mo appartenant au vocabulaire i défini. La liaison pivot guide en rotation la forme M0et ne permet qu’une rotation autour de l’axe de liaison, qui dans l’exemple illustré est l’axe y.

[0043] [0043] Le torseur cinématique et le torseur des contraintes dans l’exemple de la fig. 2 ont la forme suivante

[0044]

qui indique que la forme M0peut uniquement tourner autour de l’axe y. Les coefficients cy et ty peuvent être normalisés à 1.

[0045] Après la création du vocabulaire de formes géométriques simples, une grammaire est définie pour ce vocabulaire, c’est-à-dire un ensemble de règles qui gèrent les liaisons mécaniques dans une «phrase», c’est-à-dire un ensemble de mots composés par des formes géométriques simples.

[0046] Avantageusement la forme des ouvertures 40, 41 est calculée en résolvant une équation stipulant que le flux magnétique B généré par les aimants et traversant l’entrefer 5 entre le stator et le rotor doit rester constant dans une plage de température donnée, par exemple entre 0 et 35° C, ou entre -10 et 50° C.

[0047] La résolution de cette équation permet de définir la forme des ouvertures 40, 41 et des portions déformables 5, 43, 44, 45.

[0048] Un exemple de phrase composé par des éléments ou formes Mi est illustré sur la fig. 3. Les formes élémentaires M1, M2 et M3 de la fig. 3forment une phrase et sont liées par des liaisons mécaniques élémentaires. Une ou plusieurs phrases peuvent par exemple définir le chemin géométrique parcouru par le flux magnétique des aimants permanents. En introduisant pour chaque élément et pour chaque liaison mécanique élémentaire les déformations et les variations de propriété magnétique en fonction de la température, on obtient une équation du flux magnétique le long de ce chemin, qui doit être constant indépendamment de la température. L’isochronisme de l’organe réglant est ainsi garanti.

Claims (13)

1. Organe réglant pour montre bracelet comportant un stator (4) comportant des portions (43) aimantées de façon permanente; un rotor (3) sur lequel les champ magnétique du stator agit, le rotor et le stator définissant ensemble un circuit magnétique traversant ledit rotor et ledit stator, caractérisé en ce que ledit circuit magnétique comporte des zones déformables (5, 40, 41, 43, 44, 45) réalisées de façon à compenser les variations du champ magnétique dans ledit circuit provoquées par l’influence de la température sur les portions aimantées (43) dudit organe réglant.

2. L’organe réglant de la revendication 1, ledit circuit magnétique comportant un entrefer (5) dont l’épaisseur varie avec la température de façon à compenser ladite influence de la température sur les portions aimantées (43) dudit organe réglant.

3. L’organe réglant de la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit stator (4) comporte des découpes (40, 41) calculées de façon à provoquer une déformation du stator en fonction de la température et à compenser les effets de la température sur le champ magnétique.

4. L’organe réglant de la revendication 3, dans lequel ledit substrat (4) est constitué par une plaque de matériau cristallin, amorphe ou hybride, et dans lequel lesdites découpes (40, 41) sont produites par photolithographie.

5. L’organe réglant de l’une des revendications 1 à 4, dans lequel au moins une desdites portions aimantées (43) est réalisée dans un alliage à base de platine et de cobalt.

6. L’organe réglant de l’une des revendications 1 à 5, dans lequel au moins une desdites portions aimantées (43, 31) comporte plusieurs couches de matériaux dont les variations de rémanence magnétique se compensent au moins partiellement.

7. L’organe réglant de l’une des revendications 1 à 6, ledit stator (4) étant constitué à partir d’un substrat photolithographié.

8. L’organe réglant de l’une des revendications 1 à 7, ledit stator (4) étant multicouche.

9. L’organe réglant de la revendication 8, au moins une couche dudit stator étant réalisée dans un matériau magnétique.

10. L’organe réglant de l’une des revendications 1 à 9, ledit stator (4) étant constitué à partir d’un substrat sur lequel des aimants permanents sont fixés.

11. L’organe réglant de l’une des revendications 1 à 10, ledit stator (4) étant constituée par une plaque comprenant un ou plusieurs trous (42) de positionnement et/ou de fixation pour la fixer à une platine de mouvement de montre.

12. Mouvement de montre comportant un organe réglant selon l’une des revendications 1 à 11,

13. Procédé de calcul mathématique de la forme d’un stator (4) adapté à un organe réglant magnétique selon l’une des revendications précédentes, comportant; – création d’un vocabulaire de formes géométriques simples (M,), – définition d’une grammaire pour ledit vocabulaire, – résolution d’une ou plusieurs équations mathématiques avec la contrainte que le champ magnétique traversant le stator soit indépendant de la température dans une plage de température donnée.