CH714600A2 - Timepiece equipped with a tourbillon. - Google Patents
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Abstract
La pièce d’horlogerie (2) est munie d’un mécanisme à tourbillon formé d’au moins une cage tournante (4) et d’un ensemble régulateur comprenant un balancier (26) et un spiral (32) dont une première extrémité est reliée au balancier et une seconde extrémité est reliée à la cage tournante, le balancier étant agencé dans la pièce d’horlogerie de manière à pouvoir osciller autour d’un axe d’oscillation (44) qui est fixe relativement à la cage tournante, ce balancier définissant un propre axe central (30) et présentant deux parties d’extrémité (46, 48) le long de cet axe central. La pièce d’horlogerie est caractérisée en ce qu’elle comprend un système magnétique (28, 52, 54) d’alignement des deux parties d’extrémité sur l’axe d’oscillation, ce système magnétique étant agencé pour exercer radialement sur chacune des deux parties d’extrémité du balancier une force magnétique de rappel en direction dudit axe d’oscillation.The timepiece (2) is provided with a vortex mechanism formed of at least one rotating cage (4) and a regulator assembly comprising a balance (26) and a balance spring (32), a first end of which is connected to the balance and a second end is connected to the rotating cage, the balance being arranged in the timepiece so as to be able to oscillate about an axis of oscillation (44) which is fixed relative to the rotating cage, this rocker arm defining a central axis (30) and having two end portions (46, 48) along said central axis. The timepiece is characterized in that it comprises a magnetic system (28, 52, 54) for aligning the two end parts on the axis of oscillation, this magnetic system being arranged to exert radially on each both end portions of the balance a magnetic return force towards said axis of oscillation.
Description
DescriptionDescription
Domaine technique [0001] L’invention concerne une pièce d’horlogerie munie d’un mécanisme à tourbillon, en particulier une montre-bracelet destinée à être portée au poignet d’un utilisateur et comprenant un mécanisme à tourbillon formé classiquement par une cage susceptible de tourner autour d’un axe de rotation déterminé et un ensemble régulateur embarqué dans cette cage, l’ensemble régulateur étant formé par un oscillateur mécanique comprenant un balancier-spiral et un dispositif d’échappement.Technical Field [0001] The invention relates to a timepiece provided with a tourbillon mechanism, in particular a wristwatch intended to be worn on the wrist of a user and comprising a tourbillon mechanism conventionally formed by a cage capable of to rotate around a determined axis of rotation and a regulator assembly embedded in this cage, the regulator assembly being formed by a mechanical oscillator comprising a balance-spring and an exhaust device.
Arrière-plan technologique [0002] Le mécanisme à tourbillon est connu de longue date en horlogerie. Il a été inventé au début du 19e siècle par Abraham-Louis Breguet. Cette complication a donné son nom au mouvement horloger qui l’incorpore. On parle ainsi d’un tourbillon pour nommer un mouvement horloger équipé d’un mécanisme à tourbillon ou plus généralement une montre comprenant un tel mouvement horloger. Diverses réalisations de tourbillon ont été proposées depuis cette époque. Dans un tourbillon classique, l’axe de pivotement du balancier est parallèle à l’axe de rotation de la cage. En particulier, l’axe de rotation de la cage est confondu avec l’axe de pivotement du balancier. On peut citer par exemple le brevet CH 698028 et le brevet EP 2 233 988 qui décrivent deux réalisations particulières d’un tourbillon classique. Dans les deux cas, la cage de tourbillon est pivotée dans deux paliers formés chacun par au moins une pierre percée et montés respectivement dans deux parties fixes du mouvement horloger. Le balancier-spiral est pivoté dans deux paliers formés chacun par une pierre percée et une pierre contre-pivot, au moins un des deux paliers du balancier-spiral étant associé à un dispositif antichoc usuel.Technological background [0002] The tourbillon mechanism has been known for a long time in watchmaking. It was invented in the early 19th century by Abraham-Louis Breguet. This complication gave its name to the watch movement that incorporates it. We thus speak of a tourbillon to name a watch movement equipped with a tourbillon mechanism or more generally a watch comprising such a watch movement. Various tourbillon creations have been proposed since that time. In a conventional tourbillon, the pivot axis of the balance is parallel to the axis of rotation of the cage. In particular, the axis of rotation of the cage coincides with the axis of pivoting of the pendulum. We can cite for example the patent CH 698028 and the patent EP 2 233 988 which describe two particular embodiments of a conventional tourbillon. In both cases, the tourbillon cage is pivoted in two bearings, each formed by at least one pierced stone and mounted respectively in two fixed parts of the watch movement. The balance spring is pivoted in two bearings each formed by a pierced stone and a counter-pivot stone, at least one of the two bearings of the balance spring being associated with a conventional shock-absorbing device.
[0003] Le tourbillon a une fonction chronométrique car il permet de moyenner les variations de marche du mouvement horloger dans ses positions verticales, c’est-à-dire dans les positions pour lesquelles le balancier présente une position générale verticale et donc un axe de pivotement horizontal. Dans une telle position, l’arbre du balancier a ses deux pivots qui sont latéralement en appui sur les deux parois circulaires respectives des deux pierres percées qui forment respectivement les deux paliers du balancier. Dans les positions verticales du balancier-spiral, les variations de marche proviennent essentiellement d’un défaut de balourd du balancier. Grâce au mécanisme à tourbillon classique, ces variations de marche sont moyennées lorsque l’axe de rotation de la cage est horizontal et le balancier donc dans une position verticale, de sorte que le problème chronométrique (défaut d’isochronisme) lié au balourd du balancier est résolu.The tourbillon has a chronometric function because it makes it possible to average the variations in the movement of the watch movement in its vertical positions, that is to say in the positions for which the balance wheel has a general vertical position and therefore an axis of horizontal pivoting. In such a position, the balance shaft has its two pivots which are laterally supported on the two respective circular walls of the two pierced stones which respectively form the two bearings of the balance. In the vertical positions of the balance-spring, the variations in movement come essentially from an imbalance defect in the balance. Thanks to the classic tourbillon mechanism, these variations in gait are averaged when the axis of rotation of the cage is horizontal and the balance therefore in a vertical position, so that the chronometric problem (lack of isochronism) linked to the balance imbalance is resolved.
[0004] Toutefois, généralement, le balancier d’une montre mécanique passe de positions verticales à des positions horizontales et inversement. En effet, lorsqu’il est porté au poignet, il prend diverses positions au cours d’une journée. Même une montre de poche peut prendre dans la poche d’un utilisateur diverses positions selon qu’il est debout ou assis, et la nuit la montre de poche est souvent dans une position horizontale. Or, en position horizontale, les pivots du balancier présentent une moindre friction avec les paliers, car le balancier est en appui sur une seule pierre contre-pivot par une pointe de son pivot inférieur. De cette différence de friction entre les positions verticales et les positions horizontales du balancier résulte un problème chronométrique car cette différence de friction engendre des variations de marche du mouvement horloger. Ainsi, on constate que le mécanisme à tourbillon ne résout pas tous les problèmes chronométriques en relation avec les diverses positions spatiales que peut prendre le balancier-spiral au cours du temps.However, generally, the balance of a mechanical watch changes from vertical positions to horizontal positions and vice versa. Indeed, when worn on the wrist, it takes various positions over the course of a day. Even a pocket watch can take various positions in a user's pocket depending on whether he is standing or sitting, and at night the pocket watch is often in a horizontal position. However, in the horizontal position, the pendulum pivots have less friction with the bearings, because the pendulum is supported on a single stone against pivot by a tip of its lower pivot. This difference in friction between the vertical positions and the horizontal positions of the pendulum results in a timing problem because this difference in friction generates variations in the movement of the watch movement. Thus, we see that the tourbillon mechanism does not solve all the chronometric problems related to the various spatial positions that the balance spring can take over time.
[0005] Pour résoudre ce problème de chronométrie persistant dû aux variations de marche entre les positions verticales et horizontales, plusieurs horlogers ont rivalisé d’ingéniosité pour perfectionner le mécanisme à tourbillon classique et essayer de le rendre encore plus précis. Ainsi, en particulier depuis le début du 21e siècle, diverses réalisations relativement complexes, voire très complexes ont été proposées. On a ainsi proposé des tourbillons avec des axes de pivotement du balancier obliques relativement à l’axe de rotation de la cage (EP 1 564 608), des tourbillons bi-axiaux avec deux cages montées l’une dans l’autre et pivotant selon des axes non parallèles (EP 2 729 849 et EP 1 419 419) et même des tourbillons triaxiaux (EP 1574 916 et WO 2014/060 346). Par ailleurs, il a aussi été proposé des mouvements horlogers avec plusieurs tourbillons couplés et montés sur un plateau tournant ou non avec des axes de rotation parallèles (EP 1 738 230, EP 1 640 821) ou non parallèles (EP 1 707 796).To solve this problem of persistent chronometry due to variations in gait between the vertical and horizontal positions, several watchmakers have competed in ingenuity to perfect the classic tourbillon mechanism and try to make it even more precise. Thus, in particular since the beginning of the 21st century, various relatively complex projects, even very complex have been proposed. We have thus proposed vortices with pivoting axes of the diagonal oblique relative to the axis of rotation of the cage (EP 1 564 608), bi-axial vortices with two cages mounted one inside the other and pivoting according to non-parallel axes (EP 2 729 849 and EP 1 419 419) and even triaxial vortices (EP 1574 916 and WO 2014/060 346). Furthermore, watchmaking movements have also been proposed with several vortices coupled and mounted on a rotary table or not with parallel (EP 1 738 230, EP 1 640 821) or non-parallel (EP 1 707 796) axes of rotation.
[0006] On remarquera que la plupart des réalisations susmentionnées sont encombrantes et onéreuses. De plus, si en théorie elles permettent au balancier de subir en continu des mouvements composés qui l’empêchent de rester continûment dans une même position, notamment verticale ou horizontale, et qui ainsi moyennent au moins en partie les variations de marche entre les positions verticales et horizontales, ceci que la pièce d’horlogerie subisse des mouvements, en particulier lors de son porter, ou qu’elle soit laissée dans une position fixe, d’autres problèmes surviennent comme une augmentation de l’inertie des mécanismes à tourbillon, des pertes d’énergie dues notamment au nombre de mobiles en relation d’engrènement et pivotes dans des paliers mécaniques classiques. Ainsi, dans certains cas, bien que la réalisation technique puisse impressionner, il n’est pas garanti qu’une amélioration de l’isochronisme relativement à un tourbillon classique soit obtenue.It will be noted that most of the above-mentioned embodiments are bulky and expensive. In addition, if in theory they allow the pendulum to undergo continuous compound movements which prevent it from remaining continuously in the same position, in particular vertical or horizontal, and which thus at least partially moderate the variations in gait between the vertical positions and horizontal, this that the timepiece undergoes movements, in particular when it is worn, or that it is left in a fixed position, other problems arise such as an increase in the inertia of the tourbillon mechanisms, energy losses due in particular to the number of mobiles in engagement relationship and pivots in conventional mechanical bearings. Thus, in some cases, although the technical realization may impress, there is no guarantee that an improvement in isochronism relative to a classic tourbillon will be obtained.
CH 714 600 A2CH 714 600 A2
Résumé de l’invention [0007] La présente invention a pour but de proposer une pièce d’horlogerie incorporant un mécanisme de tourbillon qui améliore grandement le défaut d’isochronisme du tourbillon classique sans compliquer son mécanisme, sans augmenter l’encombrement de ce mécanisme, et sans augmenter significativement son inertie.SUMMARY OF THE INVENTION The purpose of the present invention is to propose a timepiece incorporating a tourbillon mechanism which greatly improves the isochronism of the conventional tourbillon without complicating its mechanism, without increasing the bulk of this mechanism. , and without significantly increasing its inertia.
[0008] A cet effet, la présente invention concerne une pièce d’horlogerie munie d’un mécanisme à tourbillon formé d’au moins une cage tournante et d’un ensemble régulateur comprenant un balancier et un spiral dont une première extrémité est reliée au balancier et une seconde extrémité est reliée à un élément de fixation solidaire de la cage tournante, le balancier étant agencé dans la pièce d’horlogerie de manière à pouvoir osciller autour d’un axe d’oscillation qui est fixe relativement à la cage tournante, ce balancier définissant un propre axe central autour duquel il est prévu qu’il oscille et présentant deux parties d’extrémité le long de ce propre axe central; la pièce d’horlogerie étant caractérisée en ce qu’elle comprend un système magnétique d’alignement des deux parties d’extrémité sur ledit axe d’oscillation, ce système magnétique étant agencé pour exercer radialement sur chacune des deux parties d’extrémité du balancier une force magnétique de rappel en direction dudit axe d’oscillation.To this end, the present invention relates to a timepiece provided with a tourbillon mechanism formed by at least one rotating cage and a regulator assembly comprising a balance and a hairspring of which a first end is connected to the balance and a second end is connected to a fastening element secured to the rotating cage, the balance being arranged in the timepiece so as to be able to oscillate around an axis of oscillation which is fixed relative to the rotating cage, this balance defining its own central axis around which it is expected to oscillate and having two end parts along this own central axis; the timepiece being characterized in that it comprises a magnetic system for aligning the two end parts on said oscillation axis, this magnetic system being arranged to exert radially on each of the two end parts of the balance a magnetic restoring force towards said axis of oscillation.
[0009] Grâce aux caractéristiques de l’invention, la force magnétique radiale exercée par le système magnétique permet de diminuer et même d’éviter en fonctionnement normal un frottement latéral des deux parties d’extrémité du balancier sur des surfaces de paliers associés au balancier notamment lorsque ce balancier est dans une position verticale. Ainsi, grâce au système magnétique incorporé dans la pièce d’horlogerie selon l’invention, les différences de marche entre une position horizontale et une position verticale du balancier sont fortement diminuées, voire supprimées. On obtient donc un dispositif régulateur très performant car, d’une part, le mécanisme à tourbillon permet de supprimer les différences de marche du balancier-spiral dans ses diverses positions verticales et, d’autre part, le système magnétique de l’invention, qui forme deux paliers magnétiques pour le balancier-spiral, permet de supprimer les différences de marche entre les positions verticales et les positions horizontales du balancier-spiral.Thanks to the features of the invention, the radial magnetic force exerted by the magnetic system makes it possible to reduce and even avoid, in normal operation, lateral friction of the two end parts of the balance wheel on bearing surfaces associated with the balance wheel especially when this pendulum is in a vertical position. Thus, thanks to the magnetic system incorporated in the timepiece according to the invention, the operating differences between a horizontal position and a vertical position of the balance are greatly reduced, or even eliminated. There is therefore obtained a very efficient regulating device because, on the one hand, the tourbillon mechanism makes it possible to eliminate the differences in running of the balance-spring in its various vertical positions and, on the other hand, the magnetic system of the invention, which forms two magnetic bearings for the balance-spring, eliminates the differences in speed between the vertical positions and the horizontal positions of the balance-spring.
[0010] Dans un mode de réalisation préféré, le système magnétique est agencé de manière que la force magnétique radiale de rappel qu’il exerce sur le balancier puisse prendre, lors d’un déplacement radial de l’axe central du balancier relativement à un axe d’oscillation théorique du balancier, et sur une certaine plage d’éloignement depuis cet axe d’oscillation, des valeurs progressives entre sensiblement une valeur nulle et une valeur égale, en valeur absolue, à dix fois la valeur de la force de gravitation agissant sur le balancier. Ainsi, on assure un fonctionnement sans frottements latéraux du balancier sur des paliers ou contre des butées latérales en l’absence d’accélération radiale autre que celle liée à la gravitation et même en présence d’une telle accélération radiale dans une certaine plage de valeurs donnée.In a preferred embodiment, the magnetic system is arranged so that the radial magnetic return force which it exerts on the balance can take, during a radial displacement of the central axis of the balance relative to a theoretical swing axis of the balance wheel, and over a certain range of distance from this swing axis, progressive values between substantially a zero value and a value equal, in absolute value, to ten times the value of the gravitational force acting on the pendulum. Thus, operation is ensured without lateral friction of the balance wheel on bearings or against lateral stops in the absence of radial acceleration other than that linked to gravitation and even in the presence of such radial acceleration within a certain range of values. given.
[0011] Le dispositif de régulation selon l’invention est robuste et efficace. Il permet d’obtenir des performances chronométriques remarquables sans augmenter l’énergie mécanique nécessaire à son entretien et sans nécessiter d’implémenter des mécanismes complexes et encombrants, comme proposés dans l’art antérieur.The control device according to the invention is robust and effective. It makes it possible to obtain remarkable chronometric performances without increasing the mechanical energy necessary for its maintenance and without needing to implement complex and bulky mechanisms, as proposed in the prior art.
Brève description des figures [0012] L’invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l’aide des dessins annexés, donnés à titre d’exemples nullement limitatifs, dans lesquels:Brief description of the figures The invention will be described below in more detail with the aid of the appended drawings, given by way of non-limiting examples, in which:
La fig. 1 est une coupe partielle d’une pièce d’horlogerie selon l’invention, cette coupe passant par l’axe d’oscillation de son balancier-spiral qui est agencé dans une cage de tourbillon;Fig. 1 is a partial section of a timepiece according to the invention, this section passing through the axis of oscillation of its balance-spring which is arranged in a tourbillon cage;
La fig. 2 est vue partielle et agrandie de la coupe de la fig. 1 ;Fig. 2 is a partial and enlarged view of the section of FIG. 1;
La fig. 3 représente schématiquement une réalisation du système magnétique de la pièce d’horlogerie selon l’invention et les forces agissant sur le balancier alors qu’il se trouve dans une position verticale;Fig. 3 schematically represents an embodiment of the magnetic system of the timepiece according to the invention and the forces acting on the pendulum while it is in a vertical position;
La fig. 4 montre le profil d’intensité du champ magnétique d’un aimant permanent du système magnétique dans un plan géométrique comprenant son axe d’aimantation;Fig. 4 shows the intensity profile of the magnetic field of a permanent magnet of the magnetic system in a geometric plane including its axis of magnetization;
La fig. 5 est un graphe donnant des mesures expérimentales de la force magnétique de rappel radial exercée par un aimant permanent du système magnétique susmentionné sur un axe en matériau magnétique formant le balancier.Fig. 5 is a graph giving experimental measurements of the magnetic radial return force exerted by a permanent magnet of the aforementioned magnetic system on an axis made of magnetic material forming the balance.
Description détaillée de l’invention [0013] A l’aide des figures, on décrira ci-après un mode de réalisation avantageux de la pièce d’horlogerie selon l’invention.Detailed description of the invention With the aid of the figures, an advantageous embodiment of the timepiece according to the invention will be described below.
[0014] La pièce d’horlogerie est formée par un mouvement mécanique 2 qui comprend:The timepiece is formed by a mechanical movement 2 which includes:
- une cage tournante 4, propre au mécanisme de tourbillon, cette cage tournante comprenant deux pivots 6 et 8, alignés selon un axe de rotation 40 de la cage, et un pignon central 10 pour son entraînement en rotation,a rotating cage 4, specific to the whirlpool mechanism, this rotating cage comprising two pivots 6 and 8, aligned along an axis of rotation 40 of the cage, and a central pinion 10 for its rotation drive,
- une platine 12,- a plate 12,
- un pont de tourbillon 14 comprenant un premier palier 16 dans lequel pivote le premier pivot 6 de la cage de tourbillon,a tourbillon bridge 14 comprising a first bearing 16 in which the first pivot 6 of the tourbillon cage pivots,
CH 714 600 A2CH 714 600 A2
- une cuvette 18 fixée à la platine et agencée au moins partiellement dans un évidement de cette platine, cette cuvette comprenant dans sa partie inférieure un deuxième palier 20 pour le deuxième pivot 8 de la cage de tourbillon et le long de son bord supérieur une collerette dentée définissant une roue fixe 22, cette cuvette présentant une ouverture latérale dans laquelle pénètre une roue 20 d’entraînement de la cage de tourbillon, cette roue 20 engrenant le pignon central 10, et- A bowl 18 fixed to the plate and arranged at least partially in a recess of this plate, this bowl comprising in its lower part a second bearing 20 for the second pivot 8 of the tourbillon cage and along its upper edge a collar toothed defining a fixed wheel 22, this cup having a lateral opening into which penetrates a wheel 20 for driving the tourbillon cage, this wheel 20 meshing with the central pinion 10, and
- un ensemble régulateur formé par un balancier 26, comprenant un axe 28 de balancier (compris classiquement comme un élément matériel formant un arbre de rotation pour le balancier) qui définit un propre axe géométrique central 30 (par la suite «axe central»), un spiral 32 et un dispositif d’échappement, ce dispositif d’échappement comprenant une fourchette 34, couplée classiquement à l’axe de balancier, et un mobile d’échappement qui est formé par une roue d’échappement 36 et un pignon d’échappement 38, lequel engrène la roue fixe 22, comme ceci est classique pour un mécanisme à tourbillon.a regulator assembly formed by a balance 26, comprising a balance axis 28 (conventionally understood as a material element forming a rotation shaft for the balance) which defines its own central geometric axis 30 (hereinafter "central axis"), a hairspring 32 and an exhaust device, this exhaust device comprising a fork 34, conventionally coupled to the pendulum axis, and an exhaust mobile which is formed by an escape wheel 36 and a pinion escapement 38, which meshes with the fixed wheel 22, as is conventional for a tourbillon mechanism.
[0015] Le spiral 32 a une première extrémité qui est reliée au balancier 26 (plus précisément à son axe 28) et une seconde extrémité qui est reliée à un élément de fixation 42 (piton) solidaire de la cage tournante 4 (voir fig. 2). Le balancier 26 est agencé dans le mouvement mécanique de manière à pouvoir osciller autour d’un axe d’oscillation 44 qui est fixe relativement à la cage tournante 4 et qui est, dans la variante décrite, confondu à l’axe de rotation 40 de la cage de tourbillon. Comme déjà indiqué, le balancier définit un axe central 30 autour duquel il est prévu qu’il oscille et présentant deux parties d’extrémité 46, 48 le long de cet axe central. En d’autres termes, il est prévu que l’axe central soit confondu au mieux avec l’axe d’oscillation.The hairspring 32 has a first end which is connected to the balance 26 (more precisely to its axis 28) and a second end which is connected to a fixing element 42 (peg) secured to the rotating cage 4 (see fig. 2). The balance 26 is arranged in the mechanical movement so as to be able to oscillate around an axis of oscillation 44 which is fixed relative to the rotating cage 4 and which is, in the variant described, coincident with the axis of rotation 40 of the tourbillon cage. As already indicated, the balance defines a central axis 30 around which it is expected to oscillate and having two end parts 46, 48 along this central axis. In other words, it is expected that the central axis is best confused with the axis of oscillation.
[0016] La pièce d’horlogerie est remarquable en ce que le mouvement mécanique 2 comprend un système magnétique d’alignement des deux parties d’extrémité 46, 48 sur l’axe d’oscillation 44, ce système magnétique étant agencé pour exercer radialement sur chacune des deux parties d’extrémité du balancier une force magnétique de rappel en direction de l’axe d’oscillation, lequel est défini par le système magnétique.The timepiece is remarkable in that the mechanical movement 2 comprises a magnetic system for aligning the two end parts 46, 48 on the axis of oscillation 44, this magnetic system being arranged to exert radially on each of the two end parts of the balance a magnetic restoring force towards the axis of oscillation, which is defined by the magnetic system.
[0017] De manière générale, les deux parties d’extrémité 46 et 48 sont constituées chacune au moins partiellement d’un matériau à haute perméabilité magnétique qui forme partiellement le système magnétique prévu pour positionner le balancier 26 et permettre son oscillation autour d’un axe d’oscillation 44 prédéterminé. Ce système magnétique comprend en outre deux aimants permanents 52 et 54 qui forment respectivement deux paliers magnétiques respectivement couplés magnétiquement aux deux parties d’extrémité du balancier. Dans une variante particulière, l’axe 28 du balancier est formé intégralement par un matériau ferromagnétique. Les deux aimants permanents 52, 54 sont agencés, le long de l’axe d’oscillation prévu 44 (axe d’oscillation théorique), respectivement en regard des deux parties d’extrémité 46 et 48 du balancier 26 avec un certain jeu axial et de manière que leurs axes magnétiques respectifs 56, 58 sont confondus avec cet axe d’oscillation théorique, lequel est de fait défini par ces deux axes magnétiques. Dans la variante décrite, les deux aimants permanents sont assemblés à la cage tournante 4 de laquelle ils sont donc solidaires. Ils sont montés dans des évidements de la cage tournante de manière à être centrés sur l’axe de rotation 40 de cette cage.In general, the two end parts 46 and 48 each consist at least partially of a material with high magnetic permeability which partially forms the magnetic system provided for positioning the balance 26 and allowing its oscillation around a predetermined axis of oscillation 44. This magnetic system further comprises two permanent magnets 52 and 54 which respectively form two magnetic bearings respectively magnetically coupled to the two end parts of the balance. In a particular variant, the axis 28 of the pendulum is formed entirely by a ferromagnetic material. The two permanent magnets 52, 54 are arranged, along the planned oscillation axis 44 (theoretical oscillation axis), respectively opposite the two end parts 46 and 48 of the balance 26 with a certain axial play and so that their respective magnetic axes 56, 58 are coincident with this theoretical oscillation axis, which is in fact defined by these two magnetic axes. In the variant described, the two permanent magnets are assembled to the rotating cage 4 of which they are therefore integral. They are mounted in recesses of the rotating cage so as to be centered on the axis of rotation 40 of this cage.
[0018] A la fig. 3 sont montrés les deux aimants permanents 52 et 54, avec leurs axes d’aimantation respectifs 56 et 58 qui sont confondus avec l’axe d’oscillation 44 (axe théorique défini par les deux aimants permanents), et un axe 28a en matériau ferromagnétique, lequel représente de manière simplifiée l’axe de balancier 28. L’axe ferromagnétique 28a est ici une tige cylindrique dont l’axe central 30 correspond à l’axe central du balancier 26. Pour l’explication de la force magnétique de rappel exercée par le système magnétique sur le balancier, ce balancier est mis dans une position verticale et ainsi son axe présente une position horizontale. Placé dans le champ magnétique des deux aimants permanents, représentés par deux flèches 56a et 58a indiquant que les deux aimants ont une même polarité le long de l’axe d’oscillation 44, l’axe ferromagnétique 28a est soumis substantiellement à deux types de force, à savoir la force de gravité Fg (dans laquelle est comprise la masse de l’entier du balancier 26) et des forces magnétiques Fm (1) et Fm (2) engendrées par les deux aimants permanents et s’exerçant sur la matière ferromagnétique constituant l’axe ferromagnétique 28a. On a représenté séparément les forces magnétiques engendrées par les deux aimants permanents sur l’axe 28a étant donné que, bien que le champ magnétique est continu le long de l’axe d’oscillation 44, la force magnétique engendrée par chacun des deux aimants permanents est exercée principalement sur la partie d’extrémité 46a, respectivement 48a de l’axe ferromagnétique 28a qui est située en regard de l’aimant permanent considéré, là où l’intensité de son champ magnétique est la plus forte et où le profil d’intensité de ce champ magnétique selon la direction radiale présente un gradient important, correspondant substantiellement au profil d’intensité du champ magnétique généré par chaque aimant permanent dans le vide à proximité de sa surface transversale. Un tel profil d’intensité est représenté à la fig. 4, la courbe 60 de ce profil d’intensité étant sensiblement du type gaussien avec une valeur maximale sur l’axe d’aimantation 56, respectivement 58. Les champs magnétiques générés par les aimants permanents engendrent dans l’axe ferromagnétique 28a une magnétisation M, laquelle est globalement orientée selon la direction Z de l’axe d’oscillation 44.In fig. 3 are shown the two permanent magnets 52 and 54, with their respective magnetization axes 56 and 58 which coincide with the oscillation axis 44 (theoretical axis defined by the two permanent magnets), and an axis 28a made of ferromagnetic material , which represents in a simplified manner the balance axis 28. The ferromagnetic axis 28a is here a cylindrical rod whose central axis 30 corresponds to the central axis of the balance 26. For the explanation of the magnetic restoring force exerted by the magnetic system on the balance, this balance is placed in a vertical position and thus its axis has a horizontal position. Placed in the magnetic field of the two permanent magnets, represented by two arrows 56a and 58a indicating that the two magnets have the same polarity along the axis of oscillation 44, the ferromagnetic axis 28a is subjected substantially to two types of force , namely the force of gravity Fg (in which the mass of the entire balance 26 is included) and the magnetic forces F m (1) and F m (2) generated by the two permanent magnets and acting on the ferromagnetic material constituting the ferromagnetic axis 28a. The magnetic forces generated by the two permanent magnets are shown separately on the axis 28a since, although the magnetic field is continuous along the axis of oscillation 44, the magnetic force generated by each of the two permanent magnets is exerted mainly on the end part 46a, respectively 48a of the ferromagnetic axis 28a which is located opposite the permanent magnet considered, where the intensity of its magnetic field is the strongest and where the profile of intensity of this magnetic field in the radial direction has a large gradient, corresponding substantially to the intensity profile of the magnetic field generated by each permanent magnet in the vacuum near its transverse surface. Such an intensity profile is shown in FIG. 4, the curve 60 of this intensity profile being substantially of the Gaussian type with a maximum value on the magnetization axis 56, respectively 58. The magnetic fields generated by the permanent magnets generate in the ferromagnetic axis 28a magnetization M , which is generally oriented in the direction Z of the axis of oscillation 44.
[0019] On exposera ci-après la nature de la force magnétique exploitée dans le cadre de la présente invention. Dans les formules qui suivent, l’axe d’oscillation théorique 44, qui est confondus avec les axes magnétiques 56 et 58, définit un axe géométrique Z. Un matériau à haute perméabilité magnétique, en particulier un matériau ferromagnétique, est magnétisé par le champ magnétique H d’un aimant permanent qui le traverse. Cette magnétisation M induite par le champ magnétique de l’aimant permanent est propre au matériau magnétisé qui la génère en réponse à ce champ magnétique qui le traverse. Il en résulte une situation physique où le champ d’induction magnétique B engendré par l’aimant permanent dans le matériau magnétisé est couplé à la magnétisation M du matériau magnétisé, lequel présente une certaineThe nature of the magnetic force used in the context of the present invention will be explained below. In the following formulas, the theoretical oscillation axis 44, which coincides with the magnetic axes 56 and 58, defines a geometric axis Z. A material with high magnetic permeability, in particular a ferromagnetic material, is magnetized by the field magnetic H of a permanent magnet passing through it. This magnetization M induced by the magnetic field of the permanent magnet is specific to the magnetized material which generates it in response to this magnetic field which passes through it. This results in a physical situation where the magnetic induction field B generated by the permanent magnet in the magnetized material is coupled to the magnetization M of the magnetized material, which has a certain
CH 714 600 A2 énergie magnétique potentielle dans le champ magnétique de l’aimant permanent. Comme un système physique tend vers une énergie potentielle minimale, une force magnétique F s’exerçant sur le matériau magnétisé est engendrée si l’énergie magnétique potentielle présente un gradient non nul. Pour un matériau magnétisé dans un champ magnétique, ce phénomène physique est défini mathématiquement par la formule générale suivante:CH 714 600 A2 potential magnetic energy in the magnetic field of the permanent magnet. As a physical system tends towards a minimum potential energy, a magnetic force F exerted on the magnetized material is generated if the potential magnetic energy has a non-zero gradient. For a material magnetized in a magnetic field, this physical phenomenon is defined mathematically by the following general formula:
F= [ V(M-B)dVF = [V (M-B) dV
Jy où les vecteurs M et B sont considérés en chaque point du volume V défini par le matériau magnétisé. Chaque composant du vecteur B et du vecteur M est donc une fonction qui s’exprime dans le système de coordonnées choisis. L’opérateur v est un gradient vectoriel. Dans un système de coordonnées cartésiennes, vF = <ôF(x,y,z)/ôx, ôF(x,y,z)/ôy, ôF(x,y,z)/ôz>. [0020] Si on applique la formule générale au cas particulier où le champ d’induction magnétique B de l’aimant permanent traversant l’axe 28a est principalement orienté selon l’axe Z, le produit scalaire des vecteurs M et B est sensiblement égal à MZ BZ. Dans le cas où le matériau ferromagnétique de l’axe 28a est substantiellement en saturation, on peut considérer que la magnétisation Mz est sensiblement constante et la formule générale peut être simplifiée. On obtientJy where the vectors M and B are considered at each point of the volume V defined by the magnetized material. Each component of vector B and vector M is therefore a function which is expressed in the chosen coordinate system. The operator v is a vector gradient. In a Cartesian coordinate system, vF = <ôF (x, y, z) / ôx, ôF (x, y, z) / ôy, ôF (x, y, z) / ôz>. If we apply the general formula to the particular case where the magnetic induction field B of the permanent magnet crossing the axis 28a is mainly oriented along the axis Z, the scalar product of the vectors M and B is substantially equal to M Z B Z. In the case where the ferromagnetic material of the axis 28a is substantially in saturation, it can be considered that the magnetization M z is substantially constant and the general formula can be simplified. We obtain
F = i Mz-VBzdVF = i M z -VB z dV
Jv etJv and
Fx = Mzf ( ÔBz(x,y) / δχ )dv [0021] Si on considère des portions VP du volume de l’axe ferromagnétique 28a dans lesquelles le champ Bz est sensiblement constant selon l’axe Z (petite hauteur selon l’axe Z) et présentant chacune une relativement petite largeur selon l’axe horizontal Y de sorte qu’en première approximation le champ Bz est sensiblement constant dans ce volume VP selon les axes Y et Z, la force magnétique Fx (VP) selon l’axe X, pour une portion de volume VP s’étendant selon l’axe X sur l’entier de l’axe ferromagnétique 28a, est donnée sensiblement par l’égalitéFx = Mzf (ÔBz (x, y) / δχ) dv If we consider portions V P of the volume of the ferromagnetic axis 28a in which the field B z is substantially constant along the axis Z (small height along the Z axis) and each having a relatively small width along the horizontal axis Y so that as a first approximation the field B z is substantially constant in this volume V P along the axes Y and Z, the magnetic force F x ( V P ) along the X axis, for a portion of volume V P extending along the X axis over the whole of the ferromagnetic axis 28a, is given substantially by the equality
Fx (VP) = MZSP[BZ (X1 ,y) - Bz (X2,y)] dans laquelle SP est la surface transversale du volume VP relativement à l’axe X, X1 est la valeur moyenne selon l’axe X de la surface de l’axe ferromagnétique 28a à une première extrémité du volume VP, et X2 est la valeur moyenne selon l’axe X de la surface de l’axe ferromagnétique 28a à une deuxième extrémité du volume VP.F x (V P ) = M Z S P [B Z (X1, y) - B z (X2, y)] in which S P is the transverse surface of the volume V P relative to the axis X, X1 is the mean value along the X axis of the surface of the ferromagnetic axis 28a at a first end of the volume V P , and X2 is the mean value along the X axis of the surface of the ferromagnetic axis 28a at a second end of the volume volume V P.
[0022] Pour connaître la grandeur de la force magnétique sur une portion de volume VP définie ci-avant, et notamment pour une portion de volume ayant l’axe X comme axe central (y = 0), il faut donc déterminer le profil du champ magnétique Bz selon l’axe X. Un tel profil est représenté par la courbe 60 à la fig. 4 pour un aimant permanent cylindrique avec un diamètre D = 1 mm, à faible distance de sa surface transversale plane. On remarque que cette courbe présente un profil gaussien centré sur l’axe d’aimantation 56, 58 de l’aimant permanent considéré. On comprend donc que, lorsque l’axe ferromagnétique 28a est centré sur l’axe d’oscillation confondu aux deux axes d’aimantation, Bz (X1) = Bz (X2) et la force magnétique Fx (VP) est donc nulle. Comme ceci est vrai pour toute portion de volume VP définie précédemment, la force magnétique totale Fx selon l’axe X est nulle (profil de la courbe des valeurs du champ magnétique selon l’axe X étant symétrique pour toute position y selon l’axe Y). Par contre, dès que l’axe central 30 de l’axe ferromagnétique 28a s’écarte de l’axe d’oscillation 44 (décalage dans le sens négatif, comme représenté à la fig. 3), Bz (X1) prend une valeur supérieure à celle de Bz (X2), ce qui indique qu’une force positive Fm est engendrée, laquelle agit dans la direction du champ magnétique d’intensité maximale depuis l’axe central 30.To know the magnitude of the magnetic force on a portion of volume V P defined above, and in particular for a portion of volume having the X axis as the central axis (y = 0), it is therefore necessary to determine the profile of the magnetic field B z along the axis X. Such a profile is represented by the curve 60 in FIG. 4 for a cylindrical permanent magnet with a diameter D = 1 mm, a short distance from its flat transverse surface. Note that this curve has a Gaussian profile centered on the magnetization axis 56, 58 of the permanent magnet considered. It is therefore understood that, when the ferromagnetic axis 28a is centered on the axis of oscillation merged with the two magnetization axes, B z (X1) = B z (X2) and the magnetic force F x (V P ) is therefore zero. As this is true for any portion of volume V P defined above, the total magnetic force F x along the axis X is zero (profile of the curve of the values of the magnetic field along the axis X being symmetrical for any position y along l 'Y axis). On the other hand, as soon as the central axis 30 of the ferromagnetic axis 28a departs from the axis of oscillation 44 (offset in the negative direction, as shown in fig. 3), B z (X1) takes a value greater than that of B z (X2), which indicates that a positive force F m is generated, which acts in the direction of the magnetic field of maximum intensity from the central axis 30.
[0023] Dans le cas d’une position verticale du balancier, on comprend qu’une situation d’équilibre correspond à une position de l’axe central 30 pour laquelle la somme des forces magnétiques positives est égale à la force de gravitation Fg (en valeur absolue, cette force étant négative). Ainsi, la force de gravitation éloigne un peu l’axe de balancier d’une position centrale mais en sélectionnant des aimants générant un champ magnétique suffisamment intense (en d’autres termes un flux magnétique suffisamment intense) et un matériau ferromagnétique avec une limite de saturation suffisamment élevée, on peut aisément compenser la force de gravitation avec un très faible éloignement. En conclusion, une force magnétique de rappel en direction de l’axe d’oscillation 44 agit sur l’axe ferromagnétique 28 du balancier 26 dès que son axe central 30 s’écarte de l’axe d’oscillation 44. La fig. 3 montre que, lorsque le balancier est dans une position verticale, le balancier est maintenu suspendu entre les deux aimants permanents 52 et 54 par la seule force magnétique, sans support mécanique et donc sans frottement latérale avec une surface d’un tel support.In the case of a vertical position of the pendulum, it is understood that an equilibrium situation corresponds to a position of the central axis 30 for which the sum of the positive magnetic forces is equal to the gravitational force Fg ( in absolute value, this force being negative). Thus, the gravitational force moves the pendulum axis a little away from a central position but by selecting magnets generating a sufficiently strong magnetic field (in other words a sufficiently intense magnetic flux) and a ferromagnetic material with a limit of sufficiently high saturation, one can easily compensate for the gravitational force with a very small distance. In conclusion, a magnetic restoring force towards the axis of oscillation 44 acts on the ferromagnetic axis 28 of the balance 26 as soon as its central axis 30 moves away from the axis of oscillation 44. FIG. 3 shows that, when the balance is in a vertical position, the balance is held suspended between the two permanent magnets 52 and 54 by magnetic force alone, without mechanical support and therefore without lateral friction with a surface of such a support.
[0024] Un calcul de la force magnétique radiale de rappel, pour un axe de balancier tel que représenté à la fig. 2 et deux aimants permanents cylindriques ayant un diamètre D égal à 1 mm, en fonction d’un rayon R est redonnée à la fig. 5. On observe que cette force magnétique de rappel est sensiblement une fonction linéaire du rayon R auquel est positionné l’axe central 30 relativement à l’axe d’oscillation 44, c’est-à-dire de la distance d’éloignement de l’axe central du balancier, dans le plan X-Y, relativement à l’axe d’oscillation théorique (orienté selon l’axe Z) qui est défini par les axes magnétiquesA calculation of the radial magnetic return force, for a pendulum axis as shown in FIG. 2 and two cylindrical permanent magnets having a diameter D equal to 1 mm, as a function of a radius R is given in FIG. 5. It is observed that this magnetic restoring force is substantially a linear function of the radius R at which the central axis 30 is positioned relative to the axis of oscillation 44, that is to say the distance from which the central axis of the balance, in the XY plane, relative to the theoretical oscillation axis (oriented along the Z axis) which is defined by the magnetic axes
CH 714 600 A2 des deux aimants permanents cylindriques. La fonction linéaire est donnée par la droite 64 présentant une pente négative car la force magnétique agit en direction de l’origine (rayon nul).CH 714 600 A2 of the two cylindrical permanent magnets. The linear function is given by the line 64 having a negative slope because the magnetic force acts towards the origin (zero radius).
[0025] Dans une variante de réalisation avantageuse d’une pièce d’horlogerie selon l’invention, le système magnétique est agencé de manière que la force magnétique de rappel puisse prendre, lors d’un déplacement radial de l’axe central du balancier relativement à l’axe d’oscillation prédéterminé et sur une certaine plage d’éloignement depuis cet axe d’oscillation, des valeurs progressives entre sensiblement une valeur nulle et une valeur égale, en valeur absolue, à dix fois la valeur de la force de gravité agissant sur le balancier.In an advantageous alternative embodiment of a timepiece according to the invention, the magnetic system is arranged so that the magnetic restoring force can take, during a radial displacement of the central axis of the pendulum relative to the predetermined axis of oscillation and over a certain range of separation from this axis of oscillation, progressive values between substantially a zero value and a value equal, in absolute value, to ten times the value of the force of gravity acting on the pendulum.
[0026] Dans un mode de réalisation préféré, il est prévu qu’un premier aimant parmi les deux aimants permanents génère un champ magnétique plus intense que celui généré par le second aimant, de sorte que l’axe central du balancier est plus fortement attiré par le premier aimant. Une telle configuration pour deux paliers magnétiques horlogers est décrite dans le document EP 2 450 758. Selon une variante avantageuse, le premier aimant est situé, relativement à la jante du balancier 26, du côté de la fourchette 34 d’un dispositif d’échappement qui est couplé à ce balancier. En effet, il est préférable que l’axe de balancier subisse une force magnétique axiale de manière à être en pression axiale contre le palier situé à proximité de la zone d’interaction entre la fourchette et l’axe de balancier et qu’il subisse aussi une force magnétique radiale relativement forte pour un meilleur maintien dans sa position centrale dans cette zone d’interaction.In a preferred embodiment, it is expected that a first magnet among the two permanent magnets generates a stronger magnetic field than that generated by the second magnet, so that the central axis of the balance is more strongly attracted by the first magnet. Such a configuration for two magnetic watch bearings is described in document EP 2 450 758. According to an advantageous variant, the first magnet is located, relative to the rim of the balance 26, on the side of the fork 34 of an exhaust device which is coupled to this pendulum. Indeed, it is preferable that the balance axis undergoes an axial magnetic force so as to be in axial pressure against the bearing located near the interaction zone between the fork and the balance axis and that it undergoes also a relatively strong radial magnetic force for better maintenance in its central position in this interaction zone.
[0027] Dans un autre mode de réalisation préféré, tel que représenté aux figures, la pièce d’horlogerie comprend entre chacun des deux aimants permanents et la partie d’extrémité respective du balancier un élément 66, respectivement 68 qui concentre le flux magnétique de cet aimant permanent autour de l’axe d’oscillation 44. Chaque élément concentrateur du champ magnétique d’aimant est aligné sur l’axe d’oscillation au moyen d’un disque 70, respectivement 72 percé en son centre (voir fig. 2). On notera finalement qu’un disque en pierre de faible épaisseur peut être agencé entre chaque partie d’extrémité 46, 48 et l’élément concentrateur du flux magnétique 66, 68 qui lui est associé. On notera que la pierre assurant une bonne tribologie et l’élément concentrateur du flux magnétique peuvent être, dans une variante avantageuse, formés par une seule et même pièce en sélectionnant des matériaux appropriés. On pourra se référer aux documents EP 3 109 712 et EP 3 106 933 au sujet d’éléments concentrateurs du champ magnétique dans des paliers magnétiques.In another preferred embodiment, as shown in the figures, the timepiece comprises between each of the two permanent magnets and the respective end part of the balance an element 66, respectively 68 which concentrates the magnetic flux of this permanent magnet around the axis of oscillation 44. Each concentrating element of the magnetic field of magnet is aligned on the axis of oscillation by means of a disc 70, respectively 72 pierced in its center (see fig. 2 ). Finally, it will be noted that a thin stone disc can be arranged between each end part 46, 48 and the element concentrating the magnetic flux 66, 68 which is associated with it. It will be noted that the stone ensuring good tribology and the element concentrating the magnetic flux can, in an advantageous variant, be formed by a single piece by selecting suitable materials. Reference may be made to documents EP 3 109 712 and EP 3 106 933 on the subject of magnetic field concentrating elements in magnetic bearings.
[0028] Selon un mode de réalisation avantageux, pour éviter qu’un choc trop fort sorte l’axe 28 de balancier de la zone du champ magnétique des deux aimants permanents permettant d’assurer un rappel du balancier en direction de l’axe d’oscillation, la pièce d’horlogerie comprend en outre un élément mécanique 76 formant une butée latérale pour la partie d’extrémité du balancier située en regard de l’aimant 52 qui présente la plus faible intensité du flux magnétique parmi les deux aimants permanents. Cette butée latérale est agencée à une certaine distance de l’axe d’oscillation qui est sélectionnée, d’une part, pour que l’aimant en question puisse rappeler la partie d’extrémité 46 du balancier 26 située de son côté vers l’axe d’oscillation depuis une position de cette partie d’extrémité en appui contre la butée latérale dès qu’une accélération radiale à laquelle le balancier peut être soumis, autre que celle provenant de la masse du balancier, prend fin. D’autre part, la distance radiale de la butée latérale est sélectionnée pour qu’en l’absence d’une telle accélération radiale la partie d’extrémité 46 reste éloignée de la butée latérale de sorte qu’elle ne frotte pas contre cette butée latérale quelle que soit l’orientation que peut prendre le balancier.According to an advantageous embodiment, to prevent too strong a shock leaving the axis 28 of the balance of the magnetic field area of the two permanent magnets to ensure a return of the balance in the direction of the axis d 'Oscillation, the timepiece further comprises a mechanical element 76 forming a lateral stop for the end part of the balance located opposite the magnet 52 which has the lowest intensity of magnetic flux among the two permanent magnets. This lateral stop is arranged at a certain distance from the axis of oscillation which is selected, on the one hand, so that the magnet in question can return the end part 46 of the balance 26 located on its side towards the axis of oscillation from a position of this end part in abutment against the lateral stop as soon as a radial acceleration to which the balance can be subjected, other than that coming from the mass of the balance, ends. On the other hand, the radial distance from the lateral stop is selected so that, in the absence of such radial acceleration, the end part 46 remains distant from the lateral stop so that it does not rub against this stop. lateral whatever orientation the pendulum can take.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH00101/18A CH714600B1 (en) | 2018-01-29 | 2018-01-29 | Timepiece fitted with a tourbillon. |
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| CH00101/18A CH714600B1 (en) | 2018-01-29 | 2018-01-29 | Timepiece fitted with a tourbillon. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CH714600A2 true CH714600A2 (en) | 2019-07-31 |
| CH714600B1 CH714600B1 (en) | 2021-07-30 |
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ID=67400222
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| CH00101/18A CH714600B1 (en) | 2018-01-29 | 2018-01-29 | Timepiece fitted with a tourbillon. |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| CH (1) | CH714600B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4202564A1 (en) * | 2021-12-22 | 2023-06-28 | The Swatch Group Research and Development Ltd | Mechanical timepiece movement comprising a magnetically pivoted balance |
-
2018
- 2018-01-29 CH CH00101/18A patent/CH714600B1/en unknown
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4202564A1 (en) * | 2021-12-22 | 2023-06-28 | The Swatch Group Research and Development Ltd | Mechanical timepiece movement comprising a magnetically pivoted balance |
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| CH714600B1 (en) | 2021-07-30 |
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