CH709325B1

CH709325B1 - An electromechanical escapement and timepiece including such a device.

Info

Publication number: CH709325B1
Application number: CH00609/14A
Authority: CH
Inventors: René Binétruy; Xuan Mai Tu
Original assignee: René Binétruy; Xuan Mai Tu
Priority date: 2014-04-22
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2015-09-15

Abstract

L’invention concerne un dispositif d’échappement électromécanique comportant un oscillateur mécanique à balancier spiral (5) dont la fréquence est légèrement plus élevée que la fréquence théorique d’affichage, un circuit électronique (7) piloté par un résonateur à quartz qui mesure la fréquence mécanique et calcule la position du rouage (2) par rapport à la position théorique, lorsque la différence de ces deux positions dépasse une certaine limite, le circuit électronique (7) commande un transducteur électromécanique (6) pour bloquer la roue d’échappement. Des moyens de déblocage sont aptes à débloquer le rotor (61) du transducteur électromécanique (6) en l’absence du courant dans la bobine. L’invention concerne également une pièce d’horlogerie équipée d’un tel dispositif.The invention relates to an electromechanical escapement device comprising a mechanical oscillator with a balance spring (5) whose frequency is slightly higher than the theoretical display frequency, an electronic circuit (7) controlled by a quartz resonator which measures the mechanical frequency and calculates the position of the train (2) relative to the theoretical position, when the difference of these two positions exceeds a certain limit, the electronic circuit (7) controls an electromechanical transducer (6) to block the escape wheel . Unblocking means are able to unlock the rotor (61) of the electromechanical transducer (6) in the absence of the current in the coil. The invention also relates to a timepiece equipped with such a device.

Description

[0001] La présente invention a pour objet un dispositif d’échappement électromécanique pour pièce d’horlogerie, notamment pour une montre bracelet, type balancier spiral. The present invention relates to an electromechanical exhaust device for a timepiece, in particular for a wristwatch, spiral balance type.

[0002] Dans un mouvement d’horlogerie mécanique traditionnel, le dispositif d’échappement sert d’une part à entretenir le mouvement de l’oscillateur et d’autre part à régler la vitesse du rouage à la fréquence de l’oscillateur. La précision d’une montre mécanique est de ce fait directement liée à la précision de l’oscillateur. La fréquence d’un oscillateur mécanique, pour diverses raisons bien connues, est malheureusement peu précise comparée à celle d’un oscillateur à quartz. In a traditional mechanical clockwork movement, the exhaust device serves on the one hand to maintain the movement of the oscillator and on the other hand to adjust the speed of the gear at the frequency of the oscillator. The accuracy of a mechanical watch is therefore directly related to the accuracy of the oscillator. The frequency of a mechanical oscillator, for various reasons well known, is unfortunately not very accurate compared to that of a quartz oscillator.

[0003] Pour améliorer la précision de l’oscillateur mécanique, le brevet EP 1 521 142 A1 propose un oscillateur mécanique à balancier et spiral. La serge du balancier (13) est pourvue d’aimants permanents (38, 39) qui coopèrent avec une bobine fixe (12) pour alimenter un régulateur électronique piloté par un résonateur à quartz. Ce régulateur règle la fréquence de l’oscillateur mécanique en freinant le balancier par court-circuitage de la bobine (12). L’inconvénient de ce dispositif réside dans sa méthode de génération d’énergie, d’une part l’énergie mécanique primaire de ce dispositif provient de l’énergie du balancier qui est très difficile à générer, sachant que le rendement d’un échappement est de l’ordre de 30%, d’autre part le couplage magnétique entre la bobine (12) et les aimants du balancier est de très faible qualité. To improve the accuracy of the mechanical oscillator, patent EP 1 521 142 A1 proposes a mechanical pendulum oscillator and spiral. The balance rod (13) is provided with permanent magnets (38, 39) which cooperate with a fixed coil (12) to power an electronic regulator controlled by a quartz resonator. This regulator regulates the frequency of the mechanical oscillator by braking the balance by short-circuiting the coil (12). The disadvantage of this device lies in its method of energy generation, on the one hand the primary mechanical energy of this device comes from the energy of the balance which is very difficult to generate, knowing that the performance of an exhaust is on the order of 30%, on the other hand the magnetic coupling between the coil (12) and the pendulum magnets is of very low quality.

[0004] Le brevet US 2009/0 185 456 A1 décrit un échappement électromécanique (9) associé à un circuit électronique (10) muni d’un oscillateur à quartz (104), la fréquence de l’oscillateur mécanique (1) étant plus faible que la fréquence exacte d’affichage. Le circuit électronique calcule la différence entre le temps délivré par l’oscillateur quartz et celui délivré par l’oscillateur mécanique. Lorsque cette différence dépasse une certaine limite, le circuit électronique envoie une impulsion électrique pour débloquer la roue d’échappement. Bien que ce dispositif est plus efficace au niveau énergétique que celui décrit précédemment, il présente les inconvénients suivants: l’échappement décrit dans ce dispositif est du même type que l’échappement à détente, il donne une seule impulsion mécanique par période d’oscillation du balancier spiral et de ce fait cet échappement n’est pas auto démarrant. La montre risque de s’arrêter lors des chocs et nécessite un lancement manuel pour redémarrer, le dégagement électromécanique nécessite une orientation précise de l’axe magnétique de l’aimant par rapport à la denture des moyens d’entraînement mécanique (17) et des moyens de dégagement (16), ce qui complique le montage de ces composants,US Patent 2009/0 185 456 A1 discloses an electromechanical escapement (9) associated with an electronic circuit (10) provided with a crystal oscillator (104), the frequency of the mechanical oscillator (1) being more weak than the exact frequency of display. The electronic circuit calculates the difference between the time delivered by the quartz oscillator and that delivered by the mechanical oscillator. When this difference exceeds a certain limit, the electronic circuit sends an electric pulse to unlock the escape wheel. Although this device is more energy efficient than that described above, it has the following drawbacks: the escapement described in this device is of the same type as the detent escapement, it gives a single mechanical pulse per oscillation period of the balance spring and thus this exhaust is not self starting. The watch may stop during shocks and requires a manual launch to restart, the electromechanical release requires a precise orientation of the magnetic axis of the magnet relative to the teeth of the mechanical drive means (17) and the release means (16), which complicates the assembly of these components,

[0005] Le but de la présente invention est de proposer un dispositif d’échappement électromécanique permettant d’améliorer sensiblement la précision d’une montre mécanique en remédiant aux inconvénients des dispositifs d’échappement électromécaniques précités. The object of the present invention is to provide an electromechanical exhaust device for substantially improving the accuracy of a mechanical watch by overcoming the disadvantages of the aforementioned electromechanical exhaust devices.

[0006] Ce but est atteint par un dispositif d’échappement tel que décrit dans la revendication 1. Des variantes d’exécution sont décrites dans les revendications dépendantes. This object is achieved by an exhaust device as described in claim 1. Alternative embodiments are described in the dependent claims.

[0007] L’invention sera mieux comprise grâce à la description qui suit décrivant une forme d’exécution particulière de l’invention en se référant au dessin annexé dans lequel: <tb>La fig. 1<SEP>représente un schéma de principe d’une montre utilisant un dispositif d’échappement électromécanique selon l’invention, <tb>La fig. 2<SEP>représente un exemple d’exécution de l’échappement mécanique couplé à un balancier spiral, <tb>La fig. 3<SEP>représente les détails de l’échappement mécanique 4 dans la première position de repos, <tb>La fig. 4<SEP>représente la phase de transmission d’énergie de la roue d’échappement au balancier lorsque le dernier tourne dans le sens antihoraire, <tb>La fig. 5<SEP>représente l’échappement mécanique 4 dans la deuxième position de repos. <tb>La fig. 6<SEP>représente la position de repos de l’échappement mécanique lorsque le balancier tourne dans le sens horaire, juste avant le dégagement de la roue d’échappement, <tb>La fig. 7<SEP>représente la phase de transmission d’énergie mécanique au balancier lorsque le dernier tourne dans le sens horaire, <tb>La fig. 8<SEP>représente le transducteur électromécanique 6 <tb>La fig. 9<SEP>représente la première position de travail du transducteur électromécanique 6, <tb>La fig. 10<SEP>représente la deuxième position de travail du transducteur électromécanique 6, <tb>La fig. 11<SEP>représente le schéma de principe du circuit électronique 7, <tb>La fig. 12<SEP>représente une variante d’exécution du dispositif d’échappement selon l’invention.The invention will be better understood from the following description describing a particular embodiment of the invention with reference to the accompanying drawing in which: <tb> Fig. 1 <SEP> represents a schematic diagram of a watch using an electromechanical exhaust device according to the invention, <tb> Fig. 2 <SEP> represents an example of execution of the mechanical escapement coupled to a spiral balance, <tb> Fig. 3 <SEP> represents the details of the mechanical exhaust 4 in the first rest position, <tb> Fig. 4 <SEP> represents the energy transmission phase of the escapement wheel to the balance when the latter rotates counterclockwise, <tb> Fig. 5 <SEP> represents the mechanical exhaust 4 in the second rest position. <tb> Fig. 6 <SEP> represents the rest position of the mechanical escapement when the rocker rotates clockwise, just before the release of the escape wheel, <tb> Fig. 7 <SEP> represents the phase of transmission of mechanical energy to the balance when the latter rotates clockwise, <tb> Fig. 8 <SEP> represents the electromechanical transducer 6 <tb> Fig. 9 <SEP> represents the first working position of the electromechanical transducer 6, <tb> Fig. <SEP> represents the second working position of the electromechanical transducer 6, <tb> Fig. 11 <SEP> represents the circuit diagram of the electronic circuit 7, <tb> Fig. 12 <SEP> represents an alternative embodiment of the exhaust device according to the invention.

[0008] La fig. 1 représente un schéma de principe d’une montre utilisant un mode d’exécution du dispositif d’échappement électromécanique selon l’invention. L’énergie mécanique emmagasinée dans un ressort de barillet 1 est distribuée à travers un rouage 2 à un dispositif d’échappement électromécanique et à un affichage 3. Le dispositif d’échappement électromécanique est composé d’un échappement mécanique 4 couplé à un oscillateur mécanique type balancier spiral 5. Le transducteur électromécanique 6 comprenant un rotor, un stator, une bobine et une came solidaire au rotor possède deux positions de travail: Dans la première position de travail, l’échappement mécanique 4 fonctionne librement, la roue d’échappement avance à chaque alternance d’oscillation et met en mouvement le rotor du transducteur pour générer l’énergie électrique destinée à l’alimentation du circuit électronique 7. Dans la deuxième position de travail, le transducteur est apte à bloquer l’avancement de la roue d’échappement tout en laissant osciller librement le balancier spiral.FIG. 1 represents a schematic diagram of a watch using an embodiment of the electromechanical exhaust device according to the invention. The mechanical energy stored in a barrel spring 1 is distributed through a gear train 2 to an electromechanical exhaust device and to a display 3. The electromechanical exhaust device is composed of a mechanical escapement 4 coupled to a mechanical oscillator spiral balance type 5. The electromechanical transducer 6 comprising a rotor, a stator, a coil and a cam integral with the rotor has two working positions: In the first working position, the mechanical escapement 4 operates freely, the escape wheel advances at each oscillation alternation and sets in motion the rotor of the transducer to generate the electrical energy for the supply of the electronic circuit 7 . In the second working position, the transducer is able to block the advancement of the escape wheel while allowing the spiral balance to oscillate freely.

[0009] Initialement, le transducteur électromécanique est arrangé pour rester dans la première position de travail. La fréquence de l’oscillateur mécanique est réglée légèrement plus élevée que la fréquence théorique d’affichage. On constate que contrairement à un échappement mécanique traditionnel dans lequel l’avancement de la roue d’échappement est directement lié au mouvement de l’oscillateur mécanique, ce dispositif d’échappement électromécanique est apte à bloquer l’avancement de la roue d’échappement pour que la roue d’échappement ne soit plus synchrone au mouvement de l’oscillateur mécanique. Dans ces conditions, le circuit électronique 7, piloté par un résonateur à quartz peut asservir l’avancement de la roue d’échappement selon la fréquence du quartz en mettant le rotor du transducteur alternativement dans les deux positions de travail. Initially, the electromechanical transducer is arranged to remain in the first working position. The frequency of the mechanical oscillator is set slightly higher than the theoretical display frequency. It is noted that unlike a traditional mechanical escapement in which the advancement of the escape wheel is directly related to the movement of the mechanical oscillator, this electromechanical exhaust device is able to block the advancement of the escape wheel so that the escape wheel is no longer synchronous with the movement of the mechanical oscillator. Under these conditions, the electronic circuit 7, controlled by a quartz resonator can enslave the advancement of the escape wheel according to the quartz frequency by putting the rotor of the transducer alternately in the two working positions.

[0010] La fig. 2 représente un exemple d’exécution de l’échappement mécanique 4 couplé au balancier spiral 5. FIG. 2 represents an example of execution of the mechanical escapement 4 coupled to the balance spring 5.

[0011] La fig. 3 représente les détails de l’échappement mécanique 4. Dans cette figure, le balancier spiral est représenté uniquement par son plateau 41 tournant autour de l’axe 411 dans le sens antihoraire. Ce plateau possède une levée d’impulsion 412 et une cheville 413. La roue d’échappement 42 à 3 dents tourne autour de l’axe 421. La came 43 tournant autour de 431 possède une pièce de forme 433 se trouvant dans un premier plan et une deuxième pièce de forme 432 se trouvant à un deuxième plan. FIG. 3 shows the details of the mechanical escapement 4. In this figure, the balance spring is represented only by its plate 41 rotating about the axis 411 in the counterclockwise direction. This plate has a pulse lift 412 and a pin 413. The three-toothed escape wheel 42 rotates about the axis 421. The cam 43 rotating around 431 has a shaped piece 433 in a foreground and a second shaped piece 432 at a second plane.

[0012] La roue d’échappement, soumise au couple du barillet, est bloquée initialement à une première position de blocage de pièce de forme 433. Le plateau du balancier tournant dans le sens antihoraire vient dégager la roue d’échappement de la position de blocage. La roue d’échappement, sous l’action du couple barillet transmet l’énergie mécanique au balancier par l’intermédiaire de la came 43 et de la cheville 413 comme illustre la fig. 4 . The escape wheel, subject to the torque of the barrel, is initially blocked at a first form blocking position 433 position. The balance plate rotating in the counterclockwise direction clears the escape wheel from the position of blocking. The escape wheel, under the action of the barrel couple transmits the mechanical energy to the balance via the cam 43 and the pin 413 as shown in FIG. 4.

[0013] Après cette phase de transmission d’énergie, la roue d’échappement est bloquée à nouveau sur une deuxième position de blocage de pièce de forme 433 comme illustre la fig. 5 . After this energy transmission phase, the escape wheel is locked again on a second form part locking position 433 as shown in FIG. 5.

[0014] La fig. 6 représente la position de repos de l’échappement mécanique lorsque le balancier tourne dans de sens horaire juste avant le dégagement de la roue d’échappement. Fig. 6 represents the rest position of the mechanical escapement when the rocker rotates in a clockwise direction just before the release of the escape wheel.

[0015] La fig. 7 représente la phase de transmission d’énergie mécanique au balancier lorsque le dernier tourne dans le sens horaire. Après cette phase de transmission d’énergie on retrouve la situation initiale de la fig. 3 dans laquelle la roue d’échappement est bloquée de nouveau sur la première position de blocage. FIG. 7 represents the phase of transmission of mechanical energy to the balance when the last rotates in the clockwise direction. After this energy transmission phase, the initial situation of FIG. 3 in which the escape wheel is locked again on the first blocking position.

[0016] On constate que dans cet exemple d’exécution, l’échappement mécanique 4 possède deux alternances actives; dans la première alternance active le balancier tourne dans le sens antihoraire et la roue d’échappement donne l’impulsion d’énergie par l’intermédiaire de la came 43 tandis que dans la deuxième alternance active la roue d’échappement donne l’impulsion d’énergie directement au balancier. It is found that in this embodiment, the mechanical escapement 4 has two active alternations; in the first alternation activates the balance wheel turns counterclockwise and the escape wheel gives the energy pulse through the cam 43 while in the second alternation activates the escape wheel gives the pulse of energy directly to the pendulum.

[0017] La fig. 8 représente le transducteur électromécanique 6 composé d’un rotor 61 en aimant permanent, d’un stator 62 en matériau magnétique doux, d’une bobine 63 et une came 65 solidaire au rotor. La came 65 possède des moyens de blocage de la roue d’échappement 651 et des moyens de génération d’impulsions électriques 652. Le rotor du transducteur électromécanique possède deux positions d’équilibre stable en l’absence du courant dans la bobine grâce aux alvéoles 64a et 64b. FIG. 8 shows the electromechanical transducer 6 composed of a permanent magnet rotor 61, a stator 62 of soft magnetic material, a coil 63 and a cam 65 integral with the rotor. The cam 65 has means for blocking the escape wheel 651 and electrical pulse generation means 652. The rotor of the electromechanical transducer has two positions of stable equilibrium in the absence of the current in the coil thanks to the cells 64a and 64b.

[0018] La fig. 9 représente la première position de travail du transducteur électromécanique 6. Dans cette position de travail, l’échappement mécanique 4 fonctionne librement, la roue d’échappement avance à chaque alternance d’oscillation et met en mouvement le rotor du transducteur pour générer l’énergie électrique destinée à l’alimentation du circuit électronique 7. FIG. 9 represents the first working position of the electromechanical transducer 6. In this working position, the mechanical escapement 4 operates freely, the escape wheel advances at each oscillation alternation and sets the rotor of the transducer into motion to generate the electrical energy for supplying the electronic circuit 7.

[0019] La fig. 10 représente la deuxième position de travail du transducteur électromécanique 6. Dans cette position de travail, la roue d’échappement est bloquée par des moyens de blocage (651), tandis que le balancier spiral peut osciller librement. FIG. 10 represents the second working position of the electromechanical transducer 6. In this working position, the escape wheel is blocked by locking means (651), while the balance spring can oscillate freely.

[0020] La fig. 11 représente le schéma de principe du circuit électronique 7. Ce circuit comprend: – des moyens de charge 71, – des moyens d’accumulation d’énergie électrique 72, – un oscillateur à quartz 70, – des moyens 73 de mise en forme et de mesure de la fréquence du signal provenant de la bobine 63, – des moyens de calcul 74, – des moyens de commande 75 de la bobine 63 du transducteur 6 FIG. 11 represents the circuit diagram of the electronic circuit 7. This circuit comprises: Load means 71, Means for storing electrical energy 72, A quartz oscillator 70, Means 73 for shaping and measuring the frequency of the signal coming from the coil 63, Calculating means 74, Control means 75 of the coil 63 of the transducer 6

[0021] Le signal électrique provenant de la bobine 63 est envoyé aux moyens de charge 71, lesquels emmagasinent l’énergie électrique dans des moyens d’accumulation d’énergie 72. Ce signal est également envoyé aux moyens de mise en forme et de mesure 73. Des moyens 74 calculent l’état d’avancement du rouage 2 par rapport à la valeur théorique. Lorsque l’erreur de la position du rouage dépasse une certaine limite, les moyens de commande 75 envoient un jeu d’impulsions électriques à la bobine 63. The electrical signal from the coil 63 is sent to the load means 71, which stores the electrical energy in energy storage means 72. This signal is also sent to the shaping and measuring means 73. Means 74 calculate the state of progress of the train 2 with respect to the theoretical value. When the error of the position of the train exceeds a certain limit, the control means 75 send a set of electrical pulses to the coil 63.

[0022] La fig. 12 représente une variante d’exécution du dispositif d’échappement selon l’invention. Dans cette variante, des moyens de déblocage mécanique sont ajoutés. Ces moyens de déblocage sont composés d’une came 8 montée sur l’axe du balancier possédant des dents 81 et 82 et d’une came 9 montée sur l’axe du transducteur électromécanique possédant des dents 91 et 92. Ces moyens sont aptes à débloquer la roue d’échappement en l’absence du courant dans la bobine 63. Cette variante d’exécution a l’avantage d’une part de simplifier la logique de commande du transducteur, d’autre part d’éviter toute situation de blocage lorsque la bobine du transducteur n’est pas alimentée. FIG. 12 shows an alternative embodiment of the exhaust device according to the invention. In this variant, mechanical unlocking means are added. These unlocking means are composed of a cam 8 mounted on the axis of the balance having teeth 81 and 82 and a cam 9 mounted on the axis of the electromechanical transducer having teeth 91 and 92. These means are suitable for to unlock the escape wheel in the absence of the current in the coil 63. This variant has the advantage of on the one hand to simplify the control logic of the transducer, on the other hand to avoid any blocking situation when the transducer coil is not powered.

Claims

1. Electromechanical exhaust device for a timepiece comprising: A mechanical oscillator (5) of the spiral balance type whose oscillation frequency is slightly greater than the theoretical display frequency, comprising energy transmission means (412), (413) with a mechanical escapement (4) , A mechanical escapement (4) comprising an escape wheel (42), first means for blocking the escape wheel (433) and means for transmitting mechanical energy impulse to the balance (432), An electromechanical transducer (6) comprising a stator (62) of soft magnetic material, a rotor (61) of permanent magnet pivoting about an axis (60) and a coil, second locking means (651) and means generating electrical pulses (652) able to produce the electrical energy and to give the signal corresponding to the mechanical frequency, An electronic circuit (7) controlled by a quartz resonator and connected to the electromechanical transducer (6), A gear train (2) for transmitting the mechanical energy of the barrel (1) to the electromechanical exhaust device, characterized in that the escape wheel (42) is capable, during its pivoting between two successive resting positions, to provide, on the one hand, the energy required for the mechanical oscillator in order to maintain its oscillatory movement, and on the other hand to put in motion the electrical pulse generating means (652) when engaged with the latter, and in that the electronic circuit is able to control the rotation of the electromechanical transducer to block the escape wheel with the second locking means (651) according to the state of advancement of the train (2) with respect to a theoretical state of advancement based on on the frequency of the quartz resonator.

2. Exhaust device according to claim 1, characterized in that it further comprises mechanical unlocking means (8, 9) adapted to unlock the escape wheel in the absence of the current in the coil.

3. Exhaust device according to claim 1 or 2, characterized in that during the locking of the escape wheel by the second locking means (651), the balance spring (41) of the mechanical oscillator (5) continues to oscillate freely.

4. Exhaust device according to one of claims 1 to 3 characterized in that the rotor of the electromechanical transducer (61) has two positions of stable equilibrium in the absence of the current in the coil, a first in which the mechanical exhaust (4) operates freely and a second in which the escape wheel is blocked by the second blocking means (651)

5. Exhaust device according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic circuit associated with it further comprises: - charging means (71) - electrical energy storage means (72), Means (73) for shaping and measuring the frequency of the mechanical oscillator through the coil voltage, Means for calculating the state of progress of the gear train (2) with respect to a theoretical state of progress based on the frequency of the quartz resonator, Control means (75) for the coil (63) of the transducer (6).

6. Timepiece equipped with an electromechanical exhaust device according to one of the preceding claims.