EP0190591A1 - Motor assembly capable of functioning at a high speed - Google Patents

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Publication number
EP0190591A1
EP0190591A1 EP86100645A EP86100645A EP0190591A1 EP 0190591 A1 EP0190591 A1 EP 0190591A1 EP 86100645 A EP86100645 A EP 86100645A EP 86100645 A EP86100645 A EP 86100645A EP 0190591 A1 EP0190591 A1 EP 0190591A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
motor
pulses
coil
circuit
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP86100645A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Yves Guérin
René Besson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
Ebauchesfabrik ETA AG
Original Assignee
Ebauchesfabrik ETA AG
Eta SA Fabriques dEbauches
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebauchesfabrik ETA AG, Eta SA Fabriques dEbauches filed Critical Ebauchesfabrik ETA AG
Publication of EP0190591A1 publication Critical patent/EP0190591A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04CELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C3/00Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
    • G04C3/14Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means incorporating a stepping motor

Definitions

  • the present invention relates to an engine assembly capable of operating at high speed and usable, in particular but not exclusively, in an electronic watch with analog display.
  • the invention relates to a motor assembly comprising a stepping motor and its control circuit, which makes it possible to obtain a rotation speed significantly increased compared to that which the stepping motors currently used in watchmaking can achieve.
  • step by step means that the motor is designed so that its rotor can move in spurts by stopping in one or more well-defined rest positions. This does not preclude the possibility of rotating it continuously, that is to say without the rotor stopping when it passes through a rest position and even without being braked at this place.
  • Patent application EP 0 103 542 indicates an interesting solution which makes it possible to operate a Lavet type motor in forward and reverse directions at a speed much greater than 50 or 64 steps per second.
  • This solution consists in applying to the motor first a driving impulse for launching in forward or reverse direction to effectively cause the engine to start in the desired direction of rotation, then a train of simple maintenance pulses of alternating polarity and of shorter duration than that of the starting pulse, and finally a single stop pulse of polarity opposite to that of the last pulse-of maintenance and longer than this one.
  • the start pulse is, like the others, a single pulse whereas, for reverse travel, this start pulse is formed of three elementary pulses of alternating polarity, the polarity of the first pulse. depending on the rest position initially occupied by the rotor. The role of the first elementary pulse is to start the engine in forward so that the rotor acquires sufficient energy to be able to take the first step in reverse under the effect of the following two pulses.
  • the instants of application of the drive and stop pulses relative to the start of the start pulse can either be determined in advance, taking into account the characteristics of the motor, or be fixed by detecting a quantity representative of the movement of the rotor, such as for example the voltage induced by the latter in the motor coil.
  • the first is that it can be applied to different types of stepping motors, especially among those currently used in the manufacture of watches or other timepieces.
  • the second is that, combined with the well-known technique of servo-control, it effectively achieves the speed it takes to be able to equip a seconds hand watch with an electronic correction system and which must be at least 1000 steps per second.
  • the object of the present invention is to provide a solution for increasing the maximum operating speed of a stepping motor which does not have these drawbacks.
  • a motor assembly which comprises a stepping motor provided with a rotor, a stator and a coil magnetically coupled to the stator and for which there are values optimal resistance and self inductance of the coil and an optimal duration of the driving pulses to be applied to this coil to control it which allow it to have a yield n of maximum value when it is supplied at a determined voltage, this return being defined by the relation where T is the maximum useful torque that the motor can supply, n the number of steps per revolution made by its rotor, V the voltage at which it is supplied and 1 the average current which is applied to it for one second; and a control circuit for operating this motor at low and high speed by applying driving pulses of low frequency and high frequency respectively, the actual values of the resistance and of the self inductance of the motor coil are lower at optimum values and the driving pulses of low frequency are such that this motor has a value efficiency substantially equal to the maximum value when it operates at low speed.
  • the low frequency driving pulses are pulses which have the optimum duration and the determined voltage in question and which are formed by trains of elementary pulses whose cyclic ratio allows the efficiency n of the motor to have substantially the value maximum when it operates at low speed.
  • the invention does not make the winding operation more complicated and more expensive. On the contrary, it shortens it and makes it easier since there is a need for fewer turns and a larger wire can be used.
  • control circuit does not need to include more transistors power or output terminals as usual. As will appear later, it is only when it becomes necessary to provide braking means that the number of transistors increases but it takes even less than to be able to selectively connect two windings in series or in parallel.
  • the motor assembly which is represented diagrammatically in FIG. 1 and the elements of which could belong to a watch without a seconds hand, consists only of a bipolar single-phase stepping motor 1, of Lavet type, and d '' a control circuit 2 provided to rotate this motor in one direction, that indicated by the arrow F, and at two different speeds, a low speed when the watch is to operate normally and a high speed to allow setting at the fast hour.
  • the motor 1 conventionally comprises a stator 3 which is shown in the figure as being in one piece but which could just as easily be produced in two parts, a rotor 4 comprising a cylindrical permanent magnet with diametrical magnetization, surrounded by the stator, and a coil 5 which surrounds a core 6 magnetically coupled to the stator 3.
  • the elements of the motor 1 are supposed to have exactly the same geometric and physical characteristics as those of an engine of the same kind, currently used for the manufacture of analog watches and therefore do not need to be described in detail here. It suffices to specify that these characteristics are those for which it is generally used to supply the motor with driving pulses such as those which are represented by the diagram a in FIG. 2, that is to say pulses continuous, of alternating polarity and of a duration of 7.8 ms, this when the watch is intended to be equipped with a source of electrical energy supplying a voltage of 1.55 V, for example a battery money, and when it has no means to adapt the duration of the driving pulses to the momentary load of the motor.
  • driving pulses such as those which are represented by the diagram a in FIG. 2, that is to say pulses continuous, of alternating polarity and of a duration of 7.8 ms, this when the watch is intended to be equipped with a source of electrical energy supplying a voltage of 1.55 V, for example a battery money, and when it has no means
  • This duration of 7.8 ms corresponds to an optimal or quasi-optimal efficiency of the motor when it truly operates in step, in its normal direction of rotation, taking into account the maximum torque that it must provide.
  • T is the maximum useful torque that the motor must be able to supply
  • n the number of steps per revolution made by its rotor
  • V the voltage at which it is supplied
  • 1 the average current flowing through its winding for one second, unladen, that is to say when its rotor is not subjected to any resistive torque due to external elements.
  • this minimum electrical energy E m begins to decrease rapidly when the pulse duration T increases, then passes through a minimum and then increases relatively slowly.
  • the duration TD which corresponds to the minimum is precisely that for which the efficiency of the motor is maximum.
  • this duration TO which will later be described as "normal" varies in fairly large proportions depending on the way in which the motor is produced, that is to say according to the shape and dimensions of the different elements, the materials which constitute them, etc.
  • the duration ⁇ 0 is 7.8 ms but there are also some for which it is only 3.9 ms approximately.
  • stepper motors with several coils, determining the optimal duration of the driving pulses is generally more difficult since often it is not enough to apply a pulse to one of the coils to make it pass a step to the rotor.
  • the different coils must be supplied simultaneously or consecutively and with driving pulses which are not necessarily simple pulses. At least some of these motor pulses can indeed be formed from two or more elementary pulses, of different polarity. On the other hand, some motors can operate by being controlled in several distinct ways which do not always lead to the same performance.
  • the originality of the motor 1 is that its coil 5 is produced so as to have a resistance and an inductance proper that are clearly lower than those which would allow the motor to effectively have a maximum efficiency if powered by continuous driving pulses of 1.55 V and 7.8 ms.
  • This reduction in resistance and self inductance compared to the values they should normally have can be, for example, by a factor of 4. This can be easily obtained by making the coil 5 with half the turns it should include it and using a wire whose diameter is / 2 times greater than it should be. In this case the motor coil is equivalent to the two identical windings of patent application CH 2 180/84 when these are connected in parallel.
  • the control circuit 2 comprises an oscillator 7, composed of a quartz resonator and its maintenance circuit, which delivers a standard frequency signal, of 32,768 Hz for example, to a frequency divider circuit 8 which provides at its output a signal whose frequency is the one at which the engine should run when the watch is operating normally.
  • This frequency can for example be 1/30 Hz so that the minute hand advances at the rate of two jumps per minute.
  • the low frequency signal delivered by the divider 8 is transmitted, with other periodic signals of different frequencies taken from the outputs of intermediate stages of this same divider, to a waveform converter circuit 9 which is responsible for producing continuously , on the one hand, continuous pulses of 7.8 ms whose frequency is the same as that of the output signal of the divider and, on the other hand, pulses also continuous but shorter than the previous ones and dcnt the frequency is otherwise equal at least very close to the maximum frequency at which the motor can rotate.
  • this frequency of short pulses can be for example 128 Hz and their duration by 3.9 ms.
  • the pulses of the two types generated by the converter circuit 9 are transmitted separately to a control and chopping circuit 10 which also receives the output signal (s) respectively from one or more intermediate stages of the frequency divider circuit 8 and a signal binary S coming from a contact actuatable by a manual control member such as a push button or a time-setting rod, which is provided with the watch and which is not shown in the figure.
  • This circuit 10 is also connected to a circuit 11 for supplying the motor, conventionally constituted by a bridge of four power transistors in the diagonal of which the coil 5 is connected.
  • control and chopping circuit 10 is content to transmit as such the short pulses which come from the waveform converter circuit 9 to the supply circuit 11, so that the coil re - then receives continuous driving pulses of high frequency and alternating polarity like those which are represented by diagram b of FIG. 2.
  • circuit 10 does not only transmit the 7.8 ms pulses which are applied to it on circuit 11. It chops them at a determined rate, using the signal or signals that it receives from the circuit frequency divider, so that the driving pulses applied to the coil are no longer continuous but formed by trains of elementary pulses like those which are represented by the diagram c of figure 2, the elementary pulses of each train having a polarity opposite to that of the pulses that make up the previous train. Note that diagram c shows only five elementary pulses for each motor pulse when there are in fact a very large number of them.
  • the rate at which circuit 10 chops the 7.8 ms pulses from converter circuit 9 or, which comes to the same thing, the duty cycle of the trains of elementary pulses applied to the coil is that which allows the motor 1 to have at low speed if not exactly at least very substantially the same efficiency as if the resistance and the inductance proper of its coil had their usual values and if the latter was supplied by normal driving pulses, i.e. 7.8 ms continuous pulses.
  • this duty cycle is equal to 0.5.
  • FIG. 4 shows how the control and chopping circuit 10 can be produced in this particular case.
  • This figure also shows the coil 5 and the supply circuit 11 formed as already indicated by a bridge of four transistors.
  • a bridge of four transistors In each branch of this bridge is a p-type transistor 12, respectively 14, in series with an n-type transistor 13, respectively 15.
  • the sources of the p-type transistors 12, 14 are connected to the positive terminal + V of the source of the watch supply voltage and those of the n type transistors 13, 15 at its negative terminal, the coil 5 being connected between the common point of the drains of the transistors 12 and 13 and that of the drains of the transistors 14 and 15 .
  • this comprises two AND gates 16 and 17 with two inputs to which the pulses of 7.8 ms and short pulses of 3.9 ms are applied, for example, produced by the converter circuit waveform 9 (see Figure 1).
  • Gate 17 also receives the control signal S and gate 16 the inverted signal S.
  • the circuit needs to perform this chopping only a periodic signal supplied by the frequency divider circuit 8.
  • This signal whose frequency can be for example of 1024 Hz is applied to an input of an OR gate 22 which receives the signal S on another input and the output of which is connected to the third inputs of AND gates 20 and 21, the output of the first, 20, of these gates being connected to the grids of the transistors 12 and 13 of the supply circuit 11 and that of the second, 21, to the grids of the transistors 14 and 15.
  • the AND gate 16 When the watch is operating normally, the signal S being at logic level "0", the AND gate 16 is open to the 7.8 ms pulses which it receives and the OR gate 22 transmits the periodic signal which is applied to it at the third inputs AND gates 20 and 21. However, the short pulses are blocked by AND gate 17.
  • the output of the OR gate 18 being at level "0"
  • the AND gates 20 and 21 remain blocked as well as the two transistors of type n 13 and 15 of the circuit 11.
  • the p-type transistors 12 and 14 are conductive and short-circuit the coil 5 of the motor.
  • its output Q can then be either at level "0" or at level "1".
  • the input T of the flip-flop After 7.8 ms, the input T of the flip-flop returns to "0" and the periodic signal is no longer transmitted by gate 20.
  • the AND gate 16 blocks the 7.8 ms pulses which it receives while the AND gate 17 lets through the short pulses of high frequency which are applied to it. These pulses are transmitted alternately by AND gates 20 and 21, respectively to transistors 12 and 13 and to transistors 14 and 15 which control the passage of current in the coil sometimes in the direction of arrow F ', sometimes in the opposite direction. Furthermore, since the output of the OR gate 22 remains at level "1" as long as the signal S is also there, the driving pulses applied to the coil are continuous.
  • this possibility for the rotor to miss a step is especially troublesome for the transition from high to low speed because it means that, immediately after being reset, the watch can delay by, for example, half a -minute if the pulse frequency of 7.8 ms is 1/30 Hz.
  • T 2 0.35 ⁇ Nm we usually obtain, for a supply voltage of 1.55 V and continuous driving pulses of 7.8 ms, a maximum useful torque T u of 0.22 ⁇ Nm and an average current I m of approximately 105 ⁇ A, therefore an optimized efficiency substantially equal to 42.4%.
  • the maximum frequency at which the motor can be controlled is, as already indicated, of the order of 50 or 60 Hz.
  • N again designates the number of turns of the motor coil, ⁇ 0 the maximum value of the coupling coefficient and U i the voltage induced in the coil by the movement of the rotor, it is enough to divide by two the number of turns for double it.
  • FIG. 5 schematically shows one of the simplest forms in which the engine assembly according to the invention can then appear.
  • This possible embodiment corresponds to that which has been described previously, that is to say that the motor assembly shown in FIG. 5 simply consists of a Lavet type motor 1 'identical to that of the motor assembly of Figure 1 and on which it is therefore not necessary to return and a control circuit 2 'provided to rotate this motor in only one direction, at low and high speed.
  • control circuit 2 comprises, connected one after the other, an oscillator 7', a frequency divider circuit 8 ', a converter circuit waveform 9 ', a control and chopping circuit 10' which receives a binary control signal S 'and a power supply circuit 11' of the motor.
  • the oscillator 7 'and the power supply circuit 11' are identical to those of the circuit 2.
  • the divider circuit 8 ' can comprise fewer stages than the divider circuit 8 and provide an output signal of higher frequency and equal to 1 Hz for example.
  • the converter circuit 9 ' is simpler than the circuit 9 because it no longer has to supply the control and chopping circuit 10' with 7.8 ms pulses at the frequency of the output signal of the divider circuit 8 ', for the operation of the motor 1' at low speed.
  • control circuit 2 comprises a circuit 30 for permanently detecting, when the rotor 4' is rotating, a parameter representative of the instantaneous position thereof and for applying a short pulse to the control and chopping circuit 10 'each time this rotor passes through a position angular well determined or by the opposite position.
  • positions can be those of static equilibrium but it is preferable that they are located before, that is to say that each of them is between a position of static equilibrium and that of the two positions of equilibrium with current which is angularly the closest or is confused with the latter.
  • the detected parameter it can be the intensity of the current in the coil 5 ', the voltage induced in the latter by the movement of the rotor, the variation of magnetic flux in the stator 3', etc.
  • the circuit 30 can take one of the many forms which have been disclosed in the context of systems for adapting the energy of the driving pulses applied to a motor under its load.
  • the circuit which is described in US Pat. No. 4,446,413 can be used and for the flux variation that which appears in US Pat. No. 4,430,007.
  • this detection circuit 30 has been shown in the figure as being connected to the terminals of the coil 5 ′, but it could also be connected to one or more points of the supply circuit 11 ′. It all depends in fact on the parameter chosen and the way in which the circuit is made.
  • control circuit 2' When the control signal S 'is at logic level "0", the motor rotates step by step at low speed and the control circuit 2' then operates in exactly the same way as circuit 2 in FIG. 1 except that the pulses chopped driving motors are applied to the motor at a slightly higher frequency and the control and chopping circuit no longer blocks short pulses of high frequency originating from the waveform converter circuit but pulses of the same frequency as the driving pulses , produced by the detection circuit 30.
  • this detection circuit would also be possible not to operate this detection circuit as long as the engine is running at low speed, but it would then be necessary to provide, between it and the coil 5 ′ or the supply circuit 11 ′, a controlled switching system by the signal S '.
  • the control and chopping circuit 10' controls the supply circuit 11 'so that the coil 5' is traversed by a current of opposite direction with respect to that which passed through it for the duration of the last driving impulse and the rotor then begins to rotate. Furthermore, from this moment, the circuit 10 'blocks the 7.8 ms pulses which it receives from the converter circuit 9'.
  • the detection circuit 30 sends a pulse to the circuit 10 'which acts on the supply circuit to reverse the direction of the current in the coil and continue to do turn the rotor.
  • the detection circuit applies a new pulse to the control and chopping circuit which again changes the direction of the current in the coil and so on as long as the signal S 'is at level "1".
  • the coil 5 ′ is then supplied with driving pulses of voltage V, of alternating polarity, which follow one another without interruption, the start of one of these pulses being confused with the end of the previous one.
  • FIG. 6 represents, in algebraic value, the voltage applied to the coil as a function of the angle a of rotation of the rotor.
  • This parameter was chosen preferably over time because, in this case, the duration of the motor pulses is not constant. Indeed, from the moment the rotor begins to rotate, its speed increases, which means that this duration decreases and it only becomes constant from the moment when the rotor speed reaches a maximum value which it then keeps, this of course provided that the signal S 'remains at level "1" long enough.
  • the control and chopping circuit controls the supply circuit so that the coil 5 'is short-circuited as it was just before the level of the signal S' goes to "1" and, from this moment, it starts again to transmit the low frequency pulses of 7.8 ms by them chopping and blocking pulses from the detection circuit.
  • FIG. 7 shows in detail a way of making the control and chopping circuit 10 ′ in the particular case where the driving pulses applied to the motor are chopped with a duty ratio equal to 0.5, as well as the supply circuit 11 'with its four power transistors 12', 13 ', 14' and 15 'to control the passage of current through the coil 5'.
  • the circuit 10 ′ includes all the elements of the circuit of FIG. 4 which are designated by the same references with, in addition, the signal ""'and which are connected together in the same way to this near that the output of the OR gate 18 'is not connected to inputs of the AND gates 20' and 21 'directly but via an OR gate 24 which also receives the signal S'.
  • this OR gate 18 ′ has not only two inputs but three, the additional input being connected to the output Q of a monostable circuit 23 whose input TR also receives the signal S '.
  • the short pulses of the waveform converter circuit are replaced by the pulses coming from the detection circuit 30. Note that if it had been planned to operate the latter only when the engine must run at high speed, this door 17 'would not have happened.
  • the current which has started to pass through the coil 5 'in one direction continues to do so after the signal level S' has gone to "1" and if the rotor has already exceeded the reference position by the time this change occurs, it is placed in its equilibrium position with current and it remains there as long as the level of the signal S 'is not reduced to "0". Naturally, if the rotor has not yet passed through the reference position there is no problem.
  • An effective solution for achieving this braking consists in connecting a resistor of adequate value in series with the coil for a certain time before interrupting the supply of the motor.
  • braking is all the more important the higher the resistance value and this value must be chosen according to the parameters of the coil, the speed at which it is planned to rotate the rotor and the time during which we plans to connect this resistor. It will generally be of the same order of magnitude as that of the coil and it may be, for example, substantially equal to the difference between the resistance which the coil should normally have in order to obtain optimum efficiency in step-by-step operation at low speed and the one she really has.
  • Curves I and II of the diagram in FIG. 8 represent the variation of the maximum no-load speed v of the rotor as a function of the value R ′ of the resistor which is connected in series with the coil for the two motors which have been chosen as examples.
  • this speed which is 624 steps per second in the absence of resistance increases to 305 steps per second for a resistance of 1400 n, that is to say it is little almost halved. This is already enough for the rotor to stop without taking any additional steps after the power supply to the motor has been interrupted.
  • the speed is no more than 118 steps per second.
  • the speed decreases from 2075 to 665 steps per second when the resistance value goes from 0 to 5000 n. This decrease is significant but not entirely sufficient. On the other hand, a resistance of around 7000 ⁇ could be suitable.
  • This same diagram also shows how the average consumption per step C expressed in nano-amps varies in both cases.
  • R 'increases from 0 to 5000 ⁇ this consumption drops roughly from 800 to 1765 nA for the first motor (see curve III) and from 535 to 1000 nA for the second (see curve IV). It is therefore roughly doubled.
  • the engine is only supposed to run at high speed only very rarely and since, in addition, the braking period would often represent only a very small part of the time during which the engine would operate thus, this does not constitute not a drawback.
  • FIG. 9 shows how the supply circuit of a motor such as that of FIG. 1 or of FIG. 5 must be produced when this solution of the solution is actually used. Additional resistance to brake the rotor. We can also consider that the resistance is part of this circuit.
  • a third branch is added in parallel with the two others and also consists of a p-type transistor 31 and an n-type transistor 32 in series, the additional resistor 33 of value R 'being connected between the junction point of the drains of these two additional transistors 31 and 32 and that of the drains of the transistors 14 "and 15".
  • the control and chopping circuit can no longer have a shape as simple as that of FIG. 7.
  • this circuit will not be described here.
  • it is designed to control the supply circuit of FIG. 9, so that the rotor makes 1800 revolutions, that is to say that the hands of the watch advance exactly one hour each time it receives a control pulse produced when a specific action is exerted such as pressing, pulling or rapid rotation, on a manual control member.
  • the motor control circuit must also include a device for detecting the momentary speed of the rotor and the cores to connect the resistor in series with the coil for a determined time when this speed exceeds a certain threshold or better for connecting the resistance when the speed becomes greater than a first value and disconnect it as soon as the speed falls below a second value less than the first.
  • this regulation system must be rendered inoperative at the time of the final braking phase.
  • the invention can be extended to many kinds of engines.
  • the motors normally with a single coil but truly bidirectional which derive from motors of the aforementioned kind and which are the subject of patent CH 616 302 and of the application EP 0 085 648 or the two-phase motor, several forms of which are described in the patents CH 625 646 and CH 634 696.

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Abstract

In order to increase the maximum functioning speed of a stepping motor (1), with which a control circuit (2) is associated, it is equipped with a coil (5), the resistance and the self-inductance of which have values which are lower than the optimum values which they should have in order that the output of this motor has a maximum value when it is supplied by continuous drive pulses of given voltage and of an optimum duration which corresponds to this voltage and to the optimum values of the resistance and of the inductance of the coil. Furthermore, in order to avoid the motor not having this maximum value or roughly this value when the motor functions at low speed, the latter is then controlled by drive impulses of the same voltage and of the same duration as the continuous impulses but chopped. <IMAGE>

Description

La présente invention a pour objet un ensemble moteur capable de fonctionner à grande vitesse et utilisable, notamment mais non exclusivement, dans une montre électroniqcre à-affichage analogique.The present invention relates to an engine assembly capable of operating at high speed and usable, in particular but not exclusively, in an electronic watch with analog display.

Plus précisément, l'invention concerne un ensemble moteur comprenant un moteur pas à pas et son circuit de commande, qui permet d'obtenir une vitesse de rotation nettement accrue par rapport à celles que peuvent atteindre les moteurs pas à pas actuellement utilisés en horlogerie.More specifically, the invention relates to a motor assembly comprising a stepping motor and its control circuit, which makes it possible to obtain a rotation speed significantly increased compared to that which the stepping motors currently used in watchmaking can achieve.

A noter qu'ici l'expression "pas à pas" signifie que le moteur est conçu pour que son rotor puisse se déplacer par à coups en s'arrêtant dans une ou plusieurs positions de repos bien déterminées. Cela n'exclut pas la possibilité de le faire tourner de façon continue, c'est-à-dire sans que le rotor marque un temps d'arrêt lorsqu'il passe par une position de repos et même sans qu'il soit freiné à cet endroit.Note that here the expression "step by step" means that the motor is designed so that its rotor can move in spurts by stopping in one or more well-defined rest positions. This does not preclude the possibility of rotating it continuously, that is to say without the rotor stopping when it passes through a rest position and even without being braked at this place.

Dans le cas d'une montre qui comporte une aiguille de secondes entraînée par un moteur pas à pas et dans laquelle la correction se fait mécaniquement, il suffit de disposer d'un moteur qui fait un nombre de pas par seconde égal a celui que doit faire l'aiguille des secondes pour passer d'une division à la suivante. Ce nombre de pas est le plus souvent égal à un et parfais à deux ou à six. Cela signifie donc que le moteur doit seulement faire six pas au maximum par seconde, ce qui ne présente pas de difficulté.In the case of a watch which has a seconds hand driven by a stepping motor and in which the correction is done mechanically, it suffices to have a motor which takes a number of steps per second equal to that which must make the second hand to go from one division to the next. This number of steps is most often equal to one and is perfect for two or six. This therefore means that the motor must only take a maximum of six steps per second, which does not present any difficulty.

En revanche, un problème se pose déjà lorsque, même dans une montre sans aiguille de secondes, on veut faire des corrections ou des changements de fuseau horaire en commandant directement le moteur. Dans ce cas, il est nécessaire -de pouvoir faire-tourner le moteur à une fréquence nettement plus élevée que 6 Hz, c'est-à-dire six pas par seconde. Or, actuellement, avec des moteurs pas à pas de type Lavet par exemple, commandés de façon classique, il est pratiquement impossible d'aller au-delà de 64 Hz et même de garantir un bon fonctionnement du moteur à plus de 50 Hz. Si l'on prend le cas d'une montre à aiguilles de minutes et d'heures dans laquelle il faut que le moteur fasse deux pas pour que l'aiguille des minutes progresse d'une division et si, de plus, on veut effectuer un changement de fuseau horaire de six heures, ce qui correspond à la correction la plus longue que l'on ait à faire si l'on s'arrange pour pouvoir faire tourner le moteur dans les deux sens, en utilisant par exemple la solution qui fait l'objet du brevet US 4 112 671 pour le commander, on voit que, même avec une fréquence de 64 Hz, il faudra quinze secondes pour effectuer cette seule correction, ce qui est déjà très long.However, a problem already arises when, even in a watch without a seconds hand, you want to make corrections or time zone changes by directly controlling the engine. In this case, it is necessary to be able to run the motor at a frequency significantly higher than 6 Hz, that is to say six steps per second. However, currently, with Lavet type stepper motors for example, conventionally controlled, it is practically impossible to go beyond 64 Hz and even to guarantee proper operation of the motor at more than 50 Hz. we take the case of a minute and hour hand watch in which it the engine must take two steps for the minute hand to advance by one division and if, in addition, we want to make a time zone change of six hours, which corresponds to the longest correction that we has to do if we manage to be able to rotate the motor in both directions, using for example the solution which is the subject of US patent 4 112 671 to control it, we see that, even with a frequency of 64 Hz, it will take fifteen seconds to make this single correction, which is already very long.

Quant à la mise à l'heure électronique dans une montre avec aiguille de secondes, elle n'est envisageable que si l'on fait appel à au moins deux moteurs pour entraîner les aiguilles, par exemple un pour l'aiguille des secondes et un pour celles des minutes et des heures ou un pour l'aiguille des secondes et celle des minutes et un autre pour l'aiguille des heures. L'emploi d'un seul moteur conduirait à des temps de correction exorbitants.As for the electronic time setting in a watch with a second hand, this can only be envisaged if at least two motors are used to drive the hands, for example one for the second hand and a for the minutes and hours or one for the second hand and the minute hand and another for the hour hand. The use of a single motor would lead to exorbitant correction times.

La demande de brevet EP 0 103 542 indique une solution intéressante qui permet de faire fonctionner un moteur de type Lavet en marche avant et en marche arrière à une vitesse beaucoup plus grande que 50 ou 64 pas par seconde. Cette solution consiste à appliquer au moteur d'abord une impulsion motrice de lancement en marche avant ou en marche arrière pour provoquer effectivement le démarrage du moteur dans le sens de rotation souhaité, puis un train d'impulsions simples d'entretien de polarité alternée et de durée plus courte que celle de l'impulsion de démarrage, et enfin une impulsion simple d'arrêt de polarité opposée à celle de la dernière impulsion-d'entretien et plus longue que celle-ci. Dans le cas de la marche avant, l'impulsion de démarrage est, comme les autres, une impulsion simple alors que, pour la marche arrière, cette impulsion de démarrage est formée de trois impulsions élémentaires de polarité alternée, la polarité de la première impulsion dépendant de la position de repos occupée initialement par le rotor. La première impulsion élémentaire a pour rôle de lancer le moteur en marche avant de façon que le rotor acquiert une énergie suffisante pour pouvoir franchir le premier pas en marche arrière sous l'effet des deux impulsions suivantes.Patent application EP 0 103 542 indicates an interesting solution which makes it possible to operate a Lavet type motor in forward and reverse directions at a speed much greater than 50 or 64 steps per second. This solution consists in applying to the motor first a driving impulse for launching in forward or reverse direction to effectively cause the engine to start in the desired direction of rotation, then a train of simple maintenance pulses of alternating polarity and of shorter duration than that of the starting pulse, and finally a single stop pulse of polarity opposite to that of the last pulse-of maintenance and longer than this one. In the case of forward travel, the start pulse is, like the others, a single pulse whereas, for reverse travel, this start pulse is formed of three elementary pulses of alternating polarity, the polarity of the first pulse. depending on the rest position initially occupied by the rotor. The role of the first elementary pulse is to start the engine in forward so that the rotor acquires sufficient energy to be able to take the first step in reverse under the effect of the following two pulses.

Les instants d'application des impulsions d'entraînement et d'arrêt par rapport au début de l'impulsion de démarrage peuvent être soit déterminés à l'avance, compte tenu des caractéristiques du moteur, soit fixés en détectant une grandeur représentative du mouvement du rotor, comme par exemple la tension induite par ce dernier dans la bobine du moteur.The instants of application of the drive and stop pulses relative to the start of the start pulse can either be determined in advance, taking into account the characteristics of the motor, or be fixed by detecting a quantity representative of the movement of the rotor, such as for example the voltage induced by the latter in the motor coil.

Cette façon de commander un moteur Lavet classique permet d'atteindre aussi bien pour la marche avant que pour la marche arrière une fréquence très proche de la fréquence théorique de synchronisme qui est de l'ordre de 200 Hz et conduit donc à des temps de correction raisonnables pour une montre indiquant seulement les minutes et les heures mais encore beaucoup trop longs pour une montre avec aiguille de secondes. De plus, elle nécessite un circuit de commande du moteur relativement compliqué.This way of controlling a conventional Lavet motor makes it possible to reach both a forward and a reverse frequency very close to the theoretical synchronism frequency which is of the order of 200 Hz and therefore leads to correction times reasonable for a watch showing only the minutes and hours but still far too long for a watch with a second hand. In addition, it requires a relatively complicated motor control circuit.

Une autre solution pour augmenter la vitesse maximale de fonctionnement d'un moteur fait l'objet de la demande de brevet suisse déposée par la requérante le 4 mai 1984 sous le No 2 180/84. Il s'agit principalement de substituer à la bobine unique ou à chaque bobine d'un moteur pas à pas existant deux enroulements ou plus et de brancher ces enroulements en série pour faire fonctionner le moteur à petite vitesse et en parallèle pour le faire tourner à vitesse élevée. Naturellement, il y a le plus souvent intérêt à ce que le nombre total de spires des enroulements et la somme de leurs résistances soient égaux ou presque respectivement au nombre de spires et à la résistance de la bobine qu'ils remplacent, ceci afin que malgré la modification apportée à son bobinage le moteur continue à avoir pratiquement les mêmes caractéristiques et les mêmes performances lorsqu'il tourne lentement. D'autre part, il est clair que, lorsque les enroulements sont connectés en parallèle, la résistance et l'inductance propre de l'ensemble sont plus faibles que celles d'une seule bobine et que, par conséquent, le transfert d'énergie de la source de tension d'alimentation au rotor du moteur est augmenté et facilité. Il s'ensuit que la durée ou, plus généralement, l'énergie des impulsions motrices à appliquer au bobinage peut être réduite dans une large mesure et la vitesse maximale de fonctionnement du moteur nettement accrue.Another solution for increasing the maximum operating speed of an engine is the subject of the Swiss patent application filed by the applicant on May 4, 1984 under No. 2 180/84. This is mainly to replace the single coil or each coil of an existing stepper motor two or more windings and connect these windings in series to operate the motor at low speed and in parallel to rotate it high speed. Naturally, it is most often advantageous that the total number of turns of the windings and the sum of their resistances are equal or almost respectively to the number of turns and to the resistance of the coil that they replace, this so that despite the modification made to its winding the motor continues to have practically the same characteristics and the same performance when it rotates slowly. On the other hand, it is clear that, when the windings are connected in parallel, the resistance and self inductance of the assembly are lower than those of a single coil and that, consequently, the transfer of energy from the supply voltage source to the motor rotor is increased and facilitated. It follows that the duration or, more generally, the energy of the driving pulses to be applied to the winding can be reduced to a large extent and the maximum operating speed of the motor significantly increased.

Dans le cas d'un moteur de type Lavet, cette solution permet, à elle seule et comme celle de la demande de brevet EP 0 103 542, d'atteindre une fréquence proche de 200 Hz mais en ne nécessitant pas un circuit de commande aussi compliqué, même s'il est prévu de faire tourner le moteur dans les deux sens.In the case of a Lavet type motor, this solution alone makes it possible, like that of patent application EP 0 103 542, to reach a frequency close to 200 Hz but not requiring not such a complicated control circuit, even if it is intended to run the engine in both directions.

Elle présente par ailleurs au moins deux avantages. Le premier est qu'elle peut être appliquée à différents types de moteurs pas à pas, notamment parmi ceux qui servent actuellement à la fabrication de montres ou autres pièces d'horlogerie. Le deuxième est que, combinée à la technique bien connue de l'asservissement, elle permet d'atteindre effectivement la vitesse qu'il faut pour pouvoir munir une montre à aiguille de secondes d'un système de correction électronique et qui doit être au moins de 1000 pas par seconde.It also has at least two advantages. The first is that it can be applied to different types of stepping motors, especially among those currently used in the manufacture of watches or other timepieces. The second is that, combined with the well-known technique of servo-control, it effectively achieves the speed it takes to be able to equip a seconds hand watch with an electronic correction system and which must be at least 1000 steps per second.

Malheureusement, cette solution présente aussi des inconvénients. D'une part, elle complique la fabrication du moteur du point de vue du bobinage. D'autre part, elle augmente dans une large mesure à la fois le nombre de bornes de sortie et le nombre de transistors de puissance qu'il faut prévoir dans le circuit de commande pour alimenter le moteur. Par exemple, si l'on remplace la bobine d'un moteur Lavet classique par deux enroulements, le nombre de bornes de sortie passe de deux à au moins quatre et le nombre de transistors de quatre à au moins sept. Or, on sait que des transistors de puissance occupent une grande surface sur une plaquette de circuit intégré et que plus ce circuit comporte de bornes moins il est fiable et plus il revient cher.Unfortunately, this solution also has drawbacks. On the one hand, it complicates the manufacture of the motor from the point of view of winding. On the other hand, it greatly increases both the number of output terminals and the number of power transistors that must be provided in the control circuit to supply the motor. For example, if we replace the coil of a classic Lavet motor with two windings, the number of output terminals goes from two to at least four and the number of transistors from four to at least seven. However, we know that power transistors occupy a large area on an integrated circuit board and the more terminals there are, the less reliable and more expensive.

La présente invention a pour but de fournir une solution pour augmenter la vitesse maximale de fonctionnement d'un moteur pas à pas qui ne présente pas ces inconvénients.The object of the present invention is to provide a solution for increasing the maximum operating speed of a stepping motor which does not have these drawbacks.

Ce but est atteint grâce au fait que, dans un ensemble moteur selon l'invention qui comprend un moteur pas à pas muni d'un rotor, d'un stator et d'une bobine couplée magnétiquement au stator et pour lequel il existe des valeurs optimales de la résistance et de l'inductance propre de la bobine et une durée optimale des impulsions motrices à appliquer à cette bobine pour le commander qui lui permettent d'avoir un rendement n de valeur maximale lorsqu'il est alimenté à une tension déterminée, ce rendement étant défini par la relation

Figure imgb0001
où T est le couple utile maximal que peut fournir le moteur, n le nombre de pas par tour effectués par son rotor, V la tension à laquelle il est alimenté et 1 le courant moyen qui lui est appliqué pendant une seconde; et un circuit de commande pour faire fonctionner ce moteur à petite et à grande vitesse en lui appliquant des impulsions motrices respectivement de fréquence basse et de fréquence élevée, les valeurs réelles de la résistance et de l'inductance propre de la bobine du moteur sont inférieures aux valeurs optimales et les impulsions motrices de fréquence basse sont telles que ce moteur ait un rendement de valeur sensiblement égale à la valeur maximale lorsqu'il fonctionne à petite vitesse.This object is achieved thanks to the fact that, in a motor assembly according to the invention which comprises a stepping motor provided with a rotor, a stator and a coil magnetically coupled to the stator and for which there are values optimal resistance and self inductance of the coil and an optimal duration of the driving pulses to be applied to this coil to control it which allow it to have a yield n of maximum value when it is supplied at a determined voltage, this return being defined by the relation
Figure imgb0001
where T is the maximum useful torque that the motor can supply, n the number of steps per revolution made by its rotor, V the voltage at which it is supplied and 1 the average current which is applied to it for one second; and a control circuit for operating this motor at low and high speed by applying driving pulses of low frequency and high frequency respectively, the actual values of the resistance and of the self inductance of the motor coil are lower at optimum values and the driving pulses of low frequency are such that this motor has a value efficiency substantially equal to the maximum value when it operates at low speed.

De préférence, les impulsions motrices de fréquence basse sont des impulsions qui ont la durée optimale et la tension déterminée en question et qui sont formées par des trains d'impulsions élémentaires dont le rapport cyclique permet au rendement n du moteur d'avoir sensiblement la valeur maximale lorsque celui-ci fonctionne à petite vitesse.Preferably, the low frequency driving pulses are pulses which have the optimum duration and the determined voltage in question and which are formed by trains of elementary pulses whose cyclic ratio allows the efficiency n of the motor to have substantially the value maximum when it operates at low speed.

Naturellement, la façon la plus simple et la plus économique de mettre en oeuvre l'invention est de faire comme pour la solution donnée dans la demande de brevet CH 2 180/84, c'est-à-dire de partir d'un moteur pas à pas déjà mis au point et de substituer à la bobine unique ou à chaque bobine de ce moteur une autre bobine qui a un nombre de spires plus faible et qui est réalisée en un fil de même nature mais de diamètre plus grand.Naturally, the simplest and most economical way of implementing the invention is to do as for the solution given in patent application CH 2 180/84, that is to say from a motor. step by step already developed and to replace the single coil or each coil of this motor with another coil which has a lower number of turns and which is produced from a wire of the same kind but with a larger diameter.

D'ailleurs, les deux solutions, celle de la présente invention et celle de la demande de brevet suisse, relèvent en fait du même principe puisqu'il s'agit dans les deux cas de réduire la résistance et l'inductance propre du bobinage d'un moteur pour augmenter sa vitesse maximale de fonctionnement en évitant que cette diminution entraîne une baisse des performances de ce moteur lorsqu'il doit tourner lentement, ce qui, dans le cas d'une montre électronique, arrive le plus souvent.Moreover, the two solutions, that of the present invention and that of the Swiss patent application, in fact fall under the same principle since it is a question in both cases of reducing the resistance and the own inductance of the winding. 'an engine to increase its maximum operating speed by avoiding that this decrease causes a decrease in the performance of this engine when it has to turn slowly, which, in the case of an electronic watch, happens most often.

Mais l'invention ne rend pas l'opération de bobinage plus compliquée et plus coûteuse. Au contraire, elle la raccourcit et elle la facilite puisqu'il y a besoin de moins de spires et que l'on peut utiliser un fil plus gros.However, the invention does not make the winding operation more complicated and more expensive. On the contrary, it shortens it and makes it easier since there is a need for fewer turns and a larger wire can be used.

D'autre part, tant que l'on n'envisage pas de faire tourner le moteur à une vitesse supérieure à une certaine limite au-delà de laquelle il n'est plus sûr que le rotor ne fasse pas plus de pas qu'il ne doit, le circuit de commande n'a pas besoin de comprendre plus de transistors de puissance ni de bornes de sortie que d'habitude. Comme cela apparaîtra par la suite, ce n'est que lorsqu'il devient nécessaire de prévoir des moyens de freinage que le nombre de transistors augmente mais il en faut encore moins que pour pouvoir brancher sélectivement deux enroulements en série ou en parallèle.On the other hand, as long as one does not plan to rotate the motor at a speed greater than a certain limit beyond which it is no longer certain that the rotor will not take more steps than it should, the control circuit does not need to include more transistors power or output terminals as usual. As will appear later, it is only when it becomes necessary to provide braking means that the number of transistors increases but it takes even less than to be able to selectively connect two windings in series or in parallel.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes d'exécution, description faite en référence au dessin annexé sur lequel :

  • - la figure 1 représente schématiquement une forme possible de réalisation de l'ensemble moteur selon l'invention;
  • - la figure 2 est un ensemble de trois diagrammes qui montrent la forme des impulsions motrices qui sont appliquées habituellement dans une montre à un moteur pas à pas monophasé bipolaire de type Lavet et de celles qui sont appliquées au moteur de l'ensemble moteur de la figure 1 pour le faire tourner à petite et à grande vitesse;
  • - la figure 3 est un autre diagramme qui montre comment varie l'énergie électrique minimale à fournir au moteur pour qu'il fonctionne, à vide et en charge, en fonction de la durée des impulsions motrices qui lui sont appliquées;
  • - la figure 4 est un schéma qui représente en détail un exemple de réalisation du circuit de contrôle et de hachage qui fait partie de l'ensemble moteur de la figure 1;
  • - la figure 5 représente schématiquement une autre forme possible d'exécution de l'ensemble moteur selon l'invention qui utilise la technique de l'asservissement;
  • - la figure 6 est un diagramme montrant comment le moteur de l'ensemble moteur de la figure 5 est alimenté lorsqu'il tourne à grande vitesse;
  • - la figure 7 est un schéma de détail qui montre sous quelle forme peut éventuellement se présenter le circuit de contrôle et de hachage qui fait partie de l'ensemble moteur de la figure 5;
  • - la figure 8 est un diagramme qui montre, avec deux exemples, comment varient la vitesse maximale de fonctionnement à vide et la consommation du moteur dans le cas d'un ensemble moteur comme celui de la figure 5, lorsqu'une résistance est branchée en série avec la bobine de ce moteur, en fonction de la valeur de cette résistance; et
  • - la figure 9 montre en détail sous quelle forme se présente le circuit d'alimentation du moteur dans un ensemble moteur semblable à celui de la figure 5, lorsqu'il est effectivement prévu de brancher une résistance en série avec la bobine pour contrôler la vitesse de ce moteur.
The invention will be better understood on reading the following description of several embodiments, description made with reference to the appended drawing in which:
  • - Figure 1 schematically shows a possible embodiment of the engine assembly according to the invention;
  • FIG. 2 is a set of three diagrams which show the shape of the driving pulses which are usually applied in a watch to a bipolar single-phase stepping motor of the Lavet type and of those which are applied to the motor of the motor assembly of the Figure 1 to rotate it at low and high speed;
  • - Figure 3 is another diagram which shows how the minimum electrical energy to be supplied to the motor varies so that it operates, unladen and loaded, as a function of the duration of the driving pulses applied to it;
  • - Figure 4 is a diagram which shows in detail an embodiment of the control and chopping circuit which is part of the motor assembly of Figure 1;
  • - Figure 5 shows schematically another possible embodiment of the engine assembly according to the invention which uses the technique of servo-control;
  • - Figure 6 is a diagram showing how the engine of the engine assembly of Figure 5 is powered when it rotates at high speed;
  • - Figure 7 is a detailed diagram which shows in what form may possibly appear the control and chopping circuit which is part of the motor assembly of Figure 5;
  • - Figure 8 is a diagram which shows, with two examples, how the maximum speed of no-load operation varies and the consumption of the motor in the case of a motor assembly like that of FIG. 5, when a resistor is connected in series with the coil of this motor, as a function of the value of this resistance; and
  • - Figure 9 shows in detail in what form the motor supply circuit is in a motor assembly similar to that of Figure 5, when it is actually planned to connect a resistor in series with the coil to control the speed of this engine.

Il ressort déjà de ce qui précède que l'invention peut s'appliquer à toutes sortes de montres analogiques, des plus simples aux plus sophistiquées.It is already apparent from the above that the invention can be applied to all kinds of analog watches, from the simplest to the most sophisticated.

Par ailleurs, comme on pourra s'en rendre compte par la suite, il est souvent possible de partir non seulement d'un moteur existant mais aussi d'un circuit électronique de montre déjà connu et d'apporter à ce circuit quelques modifications pour aboutir à un ensemble moteur conforme à l'invention.Furthermore, as we will be able to see later, it is often possible to start not only from an existing engine but also from an already known electronic watch circuit and to make some modifications to this circuit to achieve to an engine assembly according to the invention.

Le mieux est donc d'illustrer cette dernière par des exemples simples qui permettent de mettre en évidence ces modifications qui, dans leur principe, sont toujours les mêmes et qui restent toujours à la portée de l'homme de métier.It is therefore best to illustrate the latter with simple examples which make it possible to highlight these modifications which, in principle, are always the same and which always remain within the reach of those skilled in the art.

Pour cette raison, l'ensemble moteur qui est représenté schématiquement sur la figure 1 et dont les éléments pourraient appartenir à une montre sans aiguille de secondes, se compose seulement d'un moteur pas à pas monophasé bipolaire 1, de type Lavet, et d'un circuit de commande 2 prévu pour faire tourner ce moteur dans un seul sens, celui indiqué par la flèche F, et à deux vitesses différentes, une vitesse faible lorsque la montre doit fonctionner normalement et une vitesse élevée pour permettre de procéder à une mise à l'heure rapide.For this reason, the motor assembly which is represented diagrammatically in FIG. 1 and the elements of which could belong to a watch without a seconds hand, consists only of a bipolar single-phase stepping motor 1, of Lavet type, and d '' a control circuit 2 provided to rotate this motor in one direction, that indicated by the arrow F, and at two different speeds, a low speed when the watch is to operate normally and a high speed to allow setting at the fast hour.

Le moteur 1 comprend classiquement un stator 3 qui est représenté sur la figure comme étant en une seule pièce mais qui pourrait tout aussi bien être réalisé en deux parties, un rotor 4 comprenant un aimant permanent cylindrique à aimantation diamétrale, entouré par le stator, et une bobine 5 qui entoure un noyau 6 couplé magnétiquement au stator 3.The motor 1 conventionally comprises a stator 3 which is shown in the figure as being in one piece but which could just as easily be produced in two parts, a rotor 4 comprising a cylindrical permanent magnet with diametrical magnetization, surrounded by the stator, and a coil 5 which surrounds a core 6 magnetically coupled to the stator 3.

A l'exception de la bobine 5, les éléments du moteur 1 sont censés avoir exactement les mêmes caractéristiques géométriques et physiques que ceux d'un moteur du même genre, utilisé actuellement pour la fabrication de montres analogiques et n'ont par conséquent pas besoin d'être décrits en détail ici. Il suffit de préciser que ces caractéristiques sont celles pour lesquelles on a généralement l'habitude d'alimenter le moteur par des impulsions motrices telles que celles qui sont représentées par le diagramme a de la figure 2, c'est-à-dire des impulsions continues, de polarité alternée et d'une durée de 7,8 ms, ceci lorsque la montre est prévue pour être équipée d'une source d'énergie électrique fournissant une tension de 1,55 V, par exemple d'une pile à l'argent, et lorsqu'elle est dépourvue de moyens pour adapter la durée des impulsions motrices à la charge momentanée du moteur.With the exception of the coil 5, the elements of the motor 1 are supposed to have exactly the same geometric and physical characteristics as those of an engine of the same kind, currently used for the manufacture of analog watches and therefore do not need to be described in detail here. It suffices to specify that these characteristics are those for which it is generally used to supply the motor with driving pulses such as those which are represented by the diagram a in FIG. 2, that is to say pulses continuous, of alternating polarity and of a duration of 7.8 ms, this when the watch is intended to be equipped with a source of electrical energy supplying a voltage of 1.55 V, for example a battery money, and when it has no means to adapt the duration of the driving pulses to the momentary load of the motor.

Cette durée de 7,8 ms correspond à un rendement optimal ou quasi-optimal du moteur lorsqu'il fonctionne véritablement en pas à pas, dans son sens normal de rotation, compte tenu du couple maximal qu'il doit fournir.This duration of 7.8 ms corresponds to an optimal or quasi-optimal efficiency of the motor when it truly operates in step, in its normal direction of rotation, taking into account the maximum torque that it must provide.

Le rendement dont il est question ici est celui qui est défini par l'expression

Figure imgb0002
dans laquelle T est le couple utile maximal que doit être capable de fournir le moteur, n le nombre de pas par tour effectué par son rotor, V la tension à laquelle il est alimenté et 1 le courant moyen qui traverse son bobinage pendant une seconde, à vide, c'est-à-dire lorsque son rotor n'est soumis à aucun couple résistant dû à des éléments extérieurs.The yield in question here is that which is defined by the expression
Figure imgb0002
in which T is the maximum useful torque that the motor must be able to supply, n the number of steps per revolution made by its rotor, V the voltage at which it is supplied and 1 the average current flowing through its winding for one second, unladen, that is to say when its rotor is not subjected to any resistive torque due to external elements.

A noter que cette expression du rendement qui est couramment utilisée en horlogerie s'applique aussi bien à des moteurs à plusieurs bobines qu'à des moteurs qui n'en ont qu'une. D'autre part, elle n'est pas liée à la forme des impulsions motrices qui servent à commander le moteur.It should be noted that this expression of the yield which is commonly used in watchmaking applies as well to motors with several coils as to motors which have only one. On the other hand, it is not linked to the shape of the driving pulses which serve to control the motor.

Dans le cas d'un moteur monophasé bipolaire, lorsque l'on sait à quelle tension ce moteur sera alimenté et quel couple utile maximal il devra fournir il est facile de déterminer la durée d'impulsion qui correspond à un rendement maximal en faisant varier cette durée et en mesurant l'énergie minimale E à fournir au moteur qui est égale au produit de la tension inférieure de fonctionnement par la consommation qui est égale, elle, au produit du courant moyen Im par la durée T des impulsions.In the case of a bipolar single-phase motor, when it is known at what voltage this motor will be supplied and what maximum useful torque it will have to provide, it is easy to determine the pulse duration which corresponds to a maximum efficiency by varying this duration and by measuring the minimum energy E to be supplied to the motor which is equal to the product of the lower operating voltage by the consumption which is equal to the product of the average current I m by the duration T of the pulses.

Comme le montre la courbe C1 du diagramme de la figure 3, cette énergie électrique minimale Em commence par décroître rapidement lorsque la durée d'impulsion T augmente, puis passe par un minimum pour croître ensuite relativement lentement. La durée TD qui correspond au minimum est précisément celle pour laquelle le rendement du moteur est maximal.As shown by curve C 1 of the diagram in FIG. 3, this minimum electrical energy E m begins to decrease rapidly when the pulse duration T increases, then passes through a minimum and then increases relatively slowly. The duration TD which corresponds to the minimum is precisely that for which the efficiency of the motor is maximum.

Naturellement cette durée TO qui sera qualifiée par la suite de "normale" varie dans d'assez larges proportions selon la façon dont le moteur est réalisé, c'est-à-dire selon la forme et les dimensions des différents éléments, les matériaux qui les constituent, etc. Par exemple, pour beaucoup de moteurs du genre Lavet qui sont utilisés actuellement pour la fabrication de montres la durée τ0 est de 7,8 ms mais il en existe également pour lesquels elle n'est que de 3,9 ms environ.Naturally, this duration TO, which will later be described as "normal", varies in fairly large proportions depending on the way in which the motor is produced, that is to say according to the shape and dimensions of the different elements, the materials which constitute them, etc. For example, for many engines of the Lavet type which are currently used for the manufacture of watches the duration τ 0 is 7.8 ms but there are also some for which it is only 3.9 ms approximately.

Par ailleurs, on voit, toujours sur la figure 3, que lorsque l'on soumet le moteur à une certaine charge on obtient pour l'énergie minimale de fonctionnement une autre courbe, C2, sensiblement de même forme que la courbe CI et dont le minimum a lieu pour la même durée d'impulsion τ0 qui continue à correspondre à un rendement maximal du moteur.Furthermore, it can be seen, still in FIG. 3, that when the motor is subjected to a certain load one obtains for the minimum operating energy another curve, C 2 , substantially of the same shape as the curve CI and whose the minimum takes place for the same pulse duration τ 0 which continues to correspond to a maximum efficiency of the motor.

Bien entendu, en ce qui concerne les moteurs pas à pas à plusieurs bobines, la détermination de la durée optimale des impulsions motrices est en général plus délicate car souvent il ne suffit pas d'appliquer une impulsion à l'une des bobines pour faire franchir un pas au rotor. Il faut au contraire alimenter simultanément ou consécutivement les différentes bobines et par des impulsions motrices qui ne sont pas forcément des impulsions simples. Certaines au moins de ces impulsions motrices peuvent en effet être formées de deux impulsions élémentaires ou plus, de polarité différente. D'autre part, certains moteurs peuvent fonctionner en étant commandés de plusieurs manières distinctes qui ne conduisent pas toujours aux mêmes performances.Of course, with regard to stepper motors with several coils, determining the optimal duration of the driving pulses is generally more difficult since often it is not enough to apply a pulse to one of the coils to make it pass a step to the rotor. On the contrary, the different coils must be supplied simultaneously or consecutively and with driving pulses which are not necessarily simple pulses. At least some of these motor pulses can indeed be formed from two or more elementary pulses, of different polarity. On the other hand, some motors can operate by being controlled in several distinct ways which do not always lead to the same performance.

Malgré cela, il est toujours possible, ne serait-ce que par approches successives, de trouver pour les impulsions motrices qui doivent être appliquées à chaque bobine d'un moteur donné une durée qui permet d'obtenir le meilleur rendement et ceci pour chacune des façons de commander ce moteur s'il en existe plusieurs.Despite this, it is still possible, if only by successive approaches, to find for the driving impulses which must be applied to each coil of a given motor a duration which makes it possible to obtain the best efficiency and this for each of the ways of controlling this motor if there are several.

Pour en revenir à l'ensemble moteur représenté sur la figure 1, l'originalité du moteur 1 est que sa bobine 5 est réalisée de façon à avoir une résistance et une inductance propre nettement inférieures à celles qui permettraient au moteur d'avoir effectivement un rendement maximal si on l'alimentait par des impulsions motrices continues de 1,55 V et de 7,8 ms.To return to the motor assembly shown in FIG. 1, the originality of the motor 1 is that its coil 5 is produced so as to have a resistance and an inductance proper that are clearly lower than those which would allow the motor to effectively have a maximum efficiency if powered by continuous driving pulses of 1.55 V and 7.8 ms.

Cette réduction de la résistance et de l'inductance propre par rapport aux valeurs qu'elles devraient avoir normalement peut être par exemple d'un facteur 4. Ceci peut être facilement obtenu en réalisant la bobine 5 avec deux fois moins de spires qu'elle devrait en comporter et en utilisant un fil dont le diamètre est /2 fois supérieur à ce qu'il devrait être. Dans ce cas la bobine du moteur est équivalente aux deux enroulements identiques de la demande de brevet CH 2 180/84 lorsque ceux-ci sont branchés en parallèle.This reduction in resistance and self inductance compared to the values they should normally have can be, for example, by a factor of 4. This can be easily obtained by making the coil 5 with half the turns it should include it and using a wire whose diameter is / 2 times greater than it should be. In this case the motor coil is equivalent to the two identical windings of patent application CH 2 180/84 when these are connected in parallel.

Le circuit de commande 2 comprend quant à lui un oscillateur 7, composé d'un résonateur à quartz et de son circuit d'entretien, qui délivre un signal de fréquence standard, de 32 768 Hz par exemple, à un circuit diviseur de fréquence 8 qui fournit à sa sortie un signal dont la fréquence est celle à laquelle doit tourner le moteur lorsque la montre fonctionne normalement. Cette fréquence peut être par exemple de 1/30 Hz pour que l'aiguille des minutes avance à raison de deux sauts par minute.The control circuit 2 comprises an oscillator 7, composed of a quartz resonator and its maintenance circuit, which delivers a standard frequency signal, of 32,768 Hz for example, to a frequency divider circuit 8 which provides at its output a signal whose frequency is the one at which the engine should run when the watch is operating normally. This frequency can for example be 1/30 Hz so that the minute hand advances at the rate of two jumps per minute.

Le signal basse fréquence délivré par le diviseur 8 est transmis, avec d'autres signaux périodiques de différentes fréquences prélevés aux sorties d'étages intermédiaires de ce même diviseur, à un circuit convertisseur de forme d'onde 9 qui est chargé de produire en permanence, d'une part, des impulsions continues de 7,8 ms dont la fréquence est la même que celle du signal de sortie du diviseur et, d'autre part, des impulsions également continues mais plus courtes que les précédentes et dcnt la fréquence est sinon égale du moins très proche de la fréquence maximale à laquelle peut tourner le moteur. Dans le cas particulier envisagé précédemment où la résistance et l'inductance de la bobine du moteur sont quatre fois plus faibles qu'elles devraient, cette fréquence des impulsions courtes peut être par exemple de 128 Hz et leur durée de 3,9 ms.The low frequency signal delivered by the divider 8 is transmitted, with other periodic signals of different frequencies taken from the outputs of intermediate stages of this same divider, to a waveform converter circuit 9 which is responsible for producing continuously , on the one hand, continuous pulses of 7.8 ms whose frequency is the same as that of the output signal of the divider and, on the other hand, pulses also continuous but shorter than the previous ones and dcnt the frequency is otherwise equal at least very close to the maximum frequency at which the motor can rotate. In the particular case previously considered where the resistance and inductance of the motor coil are four times lower than they should be, this frequency of short pulses can be for example 128 Hz and their duration by 3.9 ms.

Les impulsions des deux types générées par le circuit convertisseur 9 sont transmises séparément à un circuit de contrôle et de hachage 10 qui reçoit également le ou les signaux de sortie respectivement d'un ou de plusieurs étages intermédiaires du circuit diviseur de fréquence 8 et un signal binaire S provenant d'un contact actionnable par un organe de commande manuelle tel qu'un bouton- poussoir ou une tige de mise à l'heure, dont est munie la montre et qui n'est pas représenté sur la figure. Ce circuit 10 est par ailleurs relié à un circuit 11 d'alimentation du moteur constitué de manière classique par un pont de quatre transistors de puissance dans la diagonale duquel est branchée la bobine 5.The pulses of the two types generated by the converter circuit 9 are transmitted separately to a control and chopping circuit 10 which also receives the output signal (s) respectively from one or more intermediate stages of the frequency divider circuit 8 and a signal binary S coming from a contact actuatable by a manual control member such as a push button or a time-setting rod, which is provided with the watch and which is not shown in the figure. This circuit 10 is also connected to a circuit 11 for supplying the motor, conventionally constituted by a bridge of four power transistors in the diagonal of which the coil 5 is connected.

On supposera que lorsque le signal de commande S est au niveau logique "0" la montre fonctionne normalement et que, lorsqu'il est au niveau logique "1", la montre est en mode de correction rapide.It will be assumed that when the control signal S is at logic level "0" the watch is operating normally and that, when it is at logic level "1", the watch is in rapid correction mode.

Dans le second cas, le plus simple, le circuit de contrôle et de hachage 10 se contente de transmettre telles quelles les impulsions courtes qui proviennent du circuit convertisseur de forme d'onde 9 au circuit d'alimentation 11, de façon que la bobine re- çoive alors des impulsions motrices continues de fréquence élevée et de polarité alternée comme celles qui sont représentées par le diagramme b de la figure 2.In the second case, the simplest, the control and chopping circuit 10 is content to transmit as such the short pulses which come from the waveform converter circuit 9 to the supply circuit 11, so that the coil re - then receives continuous driving pulses of high frequency and alternating polarity like those which are represented by diagram b of FIG. 2.

Par contre, dans le premier, le circuit 10 ne fait pas que transmettre les impulsions de 7,8 ms qui lui sont appliquées au circuit 11. Il les hache à un taux déterminé, en utilisant le ou les signaux qu'il reçoit du circuit diviseur de fréquence, afin que les impulsions motrices appliquées à la bobine ne soient plus continues mais formées de trains d'impulsions élémentaires comme ceux qui sont représentés par le diagramme c de la figure 2, les impulsions élémentaires de chaque train ayant une polarité opposée à celle des impulsions qui composent le train précédent. A noter que le diagramme c ne montre que cinq impulsions élémentaires pour chaque impulsion motrice alors qu'il y en a en fait un très grand nombre.On the other hand, in the first, circuit 10 does not only transmit the 7.8 ms pulses which are applied to it on circuit 11. It chops them at a determined rate, using the signal or signals that it receives from the circuit frequency divider, so that the driving pulses applied to the coil are no longer continuous but formed by trains of elementary pulses like those which are represented by the diagram c of figure 2, the elementary pulses of each train having a polarity opposite to that of the pulses that make up the previous train. Note that diagram c shows only five elementary pulses for each motor pulse when there are in fact a very large number of them.

Le taux auquel le circuit 10 hache les impulsions de 7,8 ms du circuit convertisseur 9 ou, ce qui revient au même, le rapport cyclique des trains d'impulsions élémentaires appliqués à la bobine est celui qui permet au moteur 1 d'avoir à faible vitesse sinon exactement du moins très sensiblement le même rendement que si la résistance et l'inductance propre de sa bobine avaient leurs valeurs habituelles et si cette dernière était alimentée par des impulsions motrices normales, c'est-à-dire des impulsions de 7,8 ms continues.The rate at which circuit 10 chops the 7.8 ms pulses from converter circuit 9 or, which comes to the same thing, the duty cycle of the trains of elementary pulses applied to the coil is that which allows the motor 1 to have at low speed if not exactly at least very substantially the same efficiency as if the resistance and the inductance proper of its coil had their usual values and if the latter was supplied by normal driving pulses, i.e. 7.8 ms continuous pulses.

Naturellement, plus la résistance et l'inductance propre de la bobine s'éloignent des valeurs qu'elles devraient normalement avoir, plus le rapport cyclique des trains d'impulsions élémentaires qui composent les impulsions motrices, c'est-à-dire le rapport entre la durée de ces impulsions élémentaires et leur période, doit être faible.Naturally, the more the resistance and the inductance of the coil move away from the values which they would normally have, the more the duty cycle of the trains of elementary pulses which compose the driving impulses, i.e. the ratio between the duration of these elementary impulses and their period, must be small.

Dans l'exemple envisagé précédemment où la résistance et l'inductance sont réduites chacune au quart de leur valeur habituelle, ce rapport cyclique est égal à 0,5.In the example envisaged above where the resistance and the inductance are each reduced to a quarter of their usual value, this duty cycle is equal to 0.5.

La figure 4 montre comment peut être réalisé le circuit de contrôle et de hachage 10 dans ce cas particulier.FIG. 4 shows how the control and chopping circuit 10 can be produced in this particular case.

Cette figure montre également la bobine 5 et le circuit d'alimentation 11 formé comme cela a déjà été indiqué d'un pont de quatre transistors. Dans chaque branche de ce pont se trouve un transistor de type p 12, respectivement 14, en série avec un transistor de type n 13, respectivement 15. Les sources des transistors de type p 12, 14 sont reliées à la borne positive + V de la source de tension d'alimentation de la montre et celles des transistors de type n 13, 15 à sa borne négative, la bobine 5 étant branchée entre le point commun des drains des transistors 12 et 13 et celui des drains des transistors 14 et 15.This figure also shows the coil 5 and the supply circuit 11 formed as already indicated by a bridge of four transistors. In each branch of this bridge is a p-type transistor 12, respectively 14, in series with an n-type transistor 13, respectively 15. The sources of the p-type transistors 12, 14 are connected to the positive terminal + V of the source of the watch supply voltage and those of the n type transistors 13, 15 at its negative terminal, the coil 5 being connected between the common point of the drains of the transistors 12 and 13 and that of the drains of the transistors 14 and 15 .

Pour en revenir au circuit 10, celui-ci comprend deux portes ET 16 et 17 à deux entrées auxquelles sont appliquées respectivement les impulsions de 7,8 ms et les impulsions courtes, de 3,9 ms-par exemple, produites par le circuit convertisseur de forme d'onde 9 (voir figure 1). La porte 17 reçoit également le signal de commande S et la porte 16 le signal S inversé.To return to circuit 10, this comprises two AND gates 16 and 17 with two inputs to which the pulses of 7.8 ms and short pulses of 3.9 ms are applied, for example, produced by the converter circuit waveform 9 (see Figure 1). Gate 17 also receives the control signal S and gate 16 the inverted signal S.

Les sorties de ces deux portes ET sont reliées aux deux entrées d'une porte OU 18 dont la sortie est connectée, d'une part, à l'entrée d'une bascule de type T qui change d'état chaque fois que son entrée passe du niveau logique "0" au niveau "1" et, d'autre part, à des premières entrées de deux portes ET 20 et 21 qui en possèdent trois, les deuxièmes entrées de ces portes 20 et 21 étant reliées respectivement aux sorties Q et Q de la bascule 19.The outputs of these two AND gates are connected to two inputs of an OR gate 18 whose output is connected, firstly, to the input e of a T type flip-flop which changes state whenever its input goes from logic level "0" to level "1" and, on the other hand, to the first inputs of two AND gates 20 and 21 which have them three, the second inputs of these gates 20 and 21 being connected respectively to the outputs Q and Q of the flip-flop 19.

Comme les impulsions de 7,8 ms doivent être hachées à 50 %, le circuit n'a besoin pour effectuer ce hachage que d'un signal périodique fourni par le circuit diviseur de fréquence 8. Ce signal dont la fréquence peut être par exemple de 1024 Hz est appliqué à une entrée d'une porte OU 22 qui reçoit sur une autre entrée le signal S et dont la sortie est connectée aux troisièmes entrées des portes ET 20 et 21, la sortie de la première, 20, de ces portes étant reliée aux grilles des transistors 12 et 13 du circuit d'alimentation 11 et celle de la deuxième, 21, aux grilles des transistors 14 et 15.As the 7.8 ms pulses must be chopped to 50%, the circuit needs to perform this chopping only a periodic signal supplied by the frequency divider circuit 8. This signal whose frequency can be for example of 1024 Hz is applied to an input of an OR gate 22 which receives the signal S on another input and the output of which is connected to the third inputs of AND gates 20 and 21, the output of the first, 20, of these gates being connected to the grids of the transistors 12 and 13 of the supply circuit 11 and that of the second, 21, to the grids of the transistors 14 and 15.

Lorsque la montre fonctionne normalement, le signal S étant au niveau logique "0", la porte ET 16 est ouverte aux impulsions de 7,8 ms qu'elle reçoit et la porte OU 22 transmet le signal périodique qui lui est appliqué aux troisièmes entrées des portes ET 20 et 21. Par contre, les impulsions courtes sont bloquées par la porte ET 17.When the watch is operating normally, the signal S being at logic level "0", the AND gate 16 is open to the 7.8 ms pulses which it receives and the OR gate 22 transmits the periodic signal which is applied to it at the third inputs AND gates 20 and 21. However, the short pulses are blocked by AND gate 17.

En dehors des périodes d'application des impulsions de 7,8 ms au circuit, la sortie de la porte OU 18 étant au niveau "0", les portes ET 20 et 21 demeurent bloquées de même que les deux transistors de type n 13 et 15 du circuit 11. Par contre, les transistors de type p 12 et 14 sont conducteurs et court-circuitent la bobine 5 du moteur. En ce qui concerne la bascule 19, sa sortie Q peut alors être soit au niveau "0", soit au niveau "1".Outside the periods of application of the 7.8 ms pulses to the circuit, the output of the OR gate 18 being at level "0", the AND gates 20 and 21 remain blocked as well as the two transistors of type n 13 and 15 of the circuit 11. On the other hand, the p-type transistors 12 and 14 are conductive and short-circuit the coil 5 of the motor. As regards the flip-flop 19, its output Q can then be either at level "0" or at level "1".

En admettant que l'on se trouve dans le premier cas, c'est-à-dire que la sortie Q est à "0", lorsqu'une impulsion apparaît ensuite à l'entrée de la porte ET 16, cette sortie Q de la bascule passe, en même temps que l'entrée T de cette dernière, au niveau "1". De ce fait, la porte ET 20 devient passante pour le signal périodique qu'elle reçoit sur sa troisième entrée. Par contre, la porte ET 21 reste bloquée du fait que les états logiques de ses première et deuxième entrées ont simplement été inversés.Assuming that we are in the first case, that is to say that the output Q is at "0", when a pulse then appears at the input of the AND gate 16, this output Q of the rocker passes, at the same time as the entry T of the latter, at level "1". As a result, the AND gate 20 becomes conducting for the periodic signal which it receives on its third input. On the other hand, the AND gate 21 remains blocked because the logic states of its first and second inputs have simply been inverted.

Pendant 7,8 ms, chaque fois que la troisième entrée de la porte ET 20 et, par conséquent, sa sortie passent au niveau "1", le transistor 12 se bloque alors que le transistor 13 devient conducteur et un courant passe dans la bobine, dans le sens de la flèche F'. Au contraire, entre deux impulsions du signal périodique, le transistor 13 se bloque à nouveau tandis que le transistor 12 redevient conducteur et la bobine 5 est court-circuitée.For 7.8 ms, each time the third input of the AND gate 20 and, consequently, its output pass to level "1", the transistor 12 is blocked while the transistor 13 becomes conductive and a current flows in the coil , in the direction of arrow F '. At on the contrary, between two pulses of the periodic signal, the transistor 13 turns off again while the transistor 12 becomes conductive again and the coil 5 is short-circuited.

Au bout des 7,8 ms, l'entrée T de la bascule repasse à "0" et le signal périodique n'est plus transmis par la porte 20.After 7.8 ms, the input T of the flip-flop returns to "0" and the periodic signal is no longer transmitted by gate 20.

Lorsqu'une nouvelle impulsion apparaît à l'entrée de la porte 16, la sortie Q de la bascule 19 passe-au niveau "0" tandis que sa sortie Q passe au niveau "1" et c'est cette fois la porte ET 21 qui transmet le signal périodique provenant de la porte OU 22. Ce signal permet de commander les transistors 14 et 15 du circuit d'alimentation de façon que la bobine 5 soit alternativement parcourue par un courant dans le sens opposé à celui de la flèche F' et court-circuitée.When a new pulse appears at the input of gate 16, the Q output of flip-flop 19 goes to level "0" while its Q output goes to level "1" and it is this time gate AND 21 which transmits the periodic signal from the OR gate 22. This signal makes it possible to control the transistors 14 and 15 of the supply circuit so that the coil 5 is alternately traversed by a current in the opposite direction to that of the arrow F ' and short-circuited.

Après cette nouvelle impulsion de 7,8 ms, le circuit se retrouve dans la même situation qu'au début.After this new 7.8 ms pulse, the circuit finds itself in the same situation as at the beginning.

Si à un moment donné le signal S passe au niveau "1", la porte ET 16 bloque les impulsions de 7,8 ms qu'elle reçoit alors que la porte ET 17 laisse passer les impulsions courtes de fréquence élevée qui lui sont appliquées. Ces impulsions sont transmises alternativement par les portes ET 20 et 21, respectivement aux transistors 12 et 13 et aux transistors 14 et 15 qui commandent le passage du courant dans la bobine tantôt dans le sens de la flèche F', tantôt dans le sens opposé. Par ailleurs, étant donné que la sortie de la porte OU 22 reste au niveau "1" tant que le signal S y est aussi, les impulsions motrices appliquées à la bobine sont continues.If at a given time the signal S passes to level "1", the AND gate 16 blocks the 7.8 ms pulses which it receives while the AND gate 17 lets through the short pulses of high frequency which are applied to it. These pulses are transmitted alternately by AND gates 20 and 21, respectively to transistors 12 and 13 and to transistors 14 and 15 which control the passage of current in the coil sometimes in the direction of arrow F ', sometimes in the opposite direction. Furthermore, since the output of the OR gate 22 remains at level "1" as long as the signal S is also there, the driving pulses applied to the coil are continuous.

Tant que le signal S change de niveau logique en dehors des périodes où le moteur reçoit des impulsions motrices, ces dernières ont toujours la bonne polarité pour faire tourner le rotor car, vu la façon dont est réalisé le circuit 10, une impulsion motrice est toujours de polarité opposée à celle de la précédente.As long as the signal S changes logic level outside the periods when the motor receives driving pulses, the latter always have the correct polarity to rotate the rotor because, given the way circuit 10 is produced, a driving pulse is always of opposite polarity to that of the previous one.

Par contre, si le changement intervient pendant que la porte 16 ou la porte 17 est en train de transmettre une impulsion provenant du circuit convertisseur, suffisamment tôt pour que le rotor n'ait pas eu le temps de terminer un pas ou d'acquérir une énergie suffisante pour cela, celui-ci revient en arrière et la première impulsion motrice qui suit ce changement n'a plus la bonne polarité pour le faire tourner. Il faut attendre la deuxième impulsion pour que le rotor fasse à nouveau un pas.However, if the change occurs while gate 16 or gate 17 is transmitting a pulse from the converter circuit, early enough that the rotor has not had time to complete a step or acquire a sufficient energy for this, it goes back and the first motor pulse following this change no longer has the correct polarity for rotate it. It is necessary to wait for the second pulse so that the rotor takes another step.

Apparemment, cette possibilité pour le rotor de rater un pas est surtout gênante pour le passage de la grande à la petite vitesse car cela signifie que, aussitôt après avoir été remise à l'heure, la montre peut retarder de, par exemple, une demi-minute si la fréquence des impulsions de 7,8 ms est de 1/30 Hz.Apparently, this possibility for the rotor to miss a step is especially troublesome for the transition from high to low speed because it means that, immediately after being reset, the watch can delay by, for example, half a -minute if the pulse frequency of 7.8 ms is 1/30 Hz.

En fait, il ne s'agit pas véritablement d'un inconvénient car il est clair que l'ensemble moteur très simple qui a été décrit pourrait difficilement être utilisé tel quel dans une montre. La fréquence des impulsions courtes est en effet trop grande pour qu'il soit possible de n'en envoyer qu'un petit nombre, déterminé, au moteur ou d'interrompre une correction au moment exact où l'aiguille des minutes atteint la position voulue. Cet ensemble moteur qui permet seulement de procéder à des corrections importantes et de manière approchée devrait donc être complété par des moyens pour produire des impulsions de correction dont la fréquence basse pourrait être fixe ou variable en fonction de la vitesse d'actionnement du même organe de commande que celui qui permet d'effectuer les corrections rapides et grossières ou d'un autre et dont le nombre pourrait être parfaitement contrôlé. De plus, il faudrait modifier le circuit de contrôle et de hachage 10 qui recevrait également ces impulsions pour qu'il puisse les transmettre au moment voulu au circuit d'alimentation 11 du moteur.In fact, this is not really a drawback because it is clear that the very simple motor assembly which has been described could hardly be used as it is in a watch. The frequency of short pulses is indeed too great for it to be possible to send only a small, determined number to the motor or to interrupt a correction at the exact moment when the minute hand reaches the desired position. . This motor assembly which only allows significant corrections to be made in an approximate manner should therefore be supplemented by means for producing correction pulses whose low frequency could be fixed or variable as a function of the speed of actuation of the same control member. command that one that allows for quick and coarse corrections or another and whose number could be perfectly controlled. In addition, it would be necessary to modify the control and chopping circuit 10 which would also receive these pulses so that it can transmit them at the desired time to the power supply circuit 11 of the engine.

Comme toute correction commencée à grande vitesse devrait être parachevée en faisant appel à ces moyens complémentaires, le fait que le rotor manque un pas lorsqu'il commence à tourner rapidement et/ou au moment où le moteur reçoit la première impulsion de correction basse fréquence serait sans importance.As any correction started at high speed should be completed using these additional means, the fact that the rotor misses a step when it starts to rotate rapidly and / or when the motor receives the first low frequency correction pulse would be unimportant.

Toutefois, si l'on voulait malgré tout éviter que des impulsions motrices puissent être appliquées inutilement au moteur, on pourrait sans difficulté ajouter au circuit de contrôle et de hachage modifié ou inclure dans un circuit de correction rajouté des moyens pour refuser un changement de niveau du signal de commande S pendant la durée de ces impulsions ou pour en retarder les effets, moyens qui deviendraient nécessaires si le fonctionnement à vitesse élevée du moteur était utilisé non seulement pour de simples mises à l'heure, mais également pour des changements de fuseau horaire ou pour faire indiquer par les aiguilles autre chose que l'heure courante, par exemple une heure d'alarme mémorisée.However, if we nevertheless wanted to avoid that motor pulses could be applied unnecessarily to the motor, we could easily add to the modified control and hash circuit or include in an added correction circuit means to refuse a level change of the control signal S during the duration of these pulses or to delay their effects, means which would become necessary if the operation at high speed of the motor were used not only for simple updates the time, but also for time zone changes or to indicate by the hands something other than the current time, for example a memorized alarm time.

On a affirmé précédemment qu'il était pratiquement toujours possible de partir d'un circuit de commande déjà connu pour réaliser un ensemble moteur conforme à l'invention. Il est facile de le prouver.It was previously stated that it was almost always possible to start from an already known control circuit to produce an engine assembly according to the invention. It is easy to prove it.

Par exemple, on trouve dans le brevet US 3,901,022 un circuit qui permet d'appliquer au moteur monophasé et unidirectionnel d'une montre soit des impulsions motrices basse fréquence de 7,8 ms lorsque cette dernière fonctionne normalement, soit des impulsions de même durée et de 32 Hz lors d'une mise à l'heure. Globalement, le circuit qui a été décrit ne s'en distingue que par le fait que les impulsions basse fréquence sont hachées et que les impulsions de correction sont plus courtes et de fréquence nettement plus élevée. Etant donné que la formation d'impulsions de durée et de fréquence déterminées ne pose aucun problème et que la technique du hachage des impulsions pour la commande d'un moteur pas à pas est maintenant bien connue, en particulier dans le domaine de l'horlogerie, il est très facile pour l'homme du métier de modifier le circuit du brevet américain pour aboutir à un autre circuit qui ne sera peut être pas exactement celui de la figure 1 mais qui permettra de commander le moteur 1 de la même façon.For example, there is in US Pat. No. 3,901,022 a circuit which makes it possible to apply to the single-phase and unidirectional motor of a watch either low frequency driving pulses of 7.8 ms when the latter is operating normally, or pulses of the same duration and of 32 Hz when setting the time. Overall, the circuit which has been described is distinguished from it only by the fact that the low frequency pulses are chopped and that the correction pulses are shorter and of significantly higher frequency. Since the formation of pulses of determined duration and frequency poses no problem and the technique of chopping the pulses for controlling a stepping motor is now well known, in particular in the field of watchmaking , it is very easy for a person skilled in the art to modify the circuit of the American patent to result in another circuit which may not be exactly that of FIG. 1 but which will make it possible to control the motor 1 in the same way.

Autre exemple : il existe déjà beaucoup de montres avec lesquelles il est possible de faire avancer l'aiguille des minutes et, par contre-coup, celle des heures à grande vitesse ou lentement pour effectuer une mise à l'heure. Donc, plutôt que de compléter le circuit qui a été décrit par des moyens qui permettent de procéder à des corrections lentes mais précises, on pourrait très bien remplacer le circuit 2 par celui de l'une de ces montres connues en lui apportant les mêmes modifications que celles qui ont été indiquées précédemment à propos du brevet US 3,901,022. On aboutirait à un circuit équivalent.Another example: there are already many watches with which it is possible to advance the minute hand and, as a result, the hour hand at high speed or slowly to set the time. So, rather than completing the circuit which has been described by means which make it possible to make slow but precise corrections, we could very well replace circuit 2 by that of one of these known watches by making the same modifications. than those which have been indicated previously with regard to US Pat. No. 3,901,022. We would end up with an equivalent circuit.

De même, on pourrait partir de circuits de montres déjà commercialisées qui utilisent la technique dite du balancement, décrite dans le brevet US 4,112,671, pour faire tourner un moteur de type Lavet dans les deux sens si l'on voulait associer au moteur 1 un circuit de commande qui permette d'effectuer des corrections dans les deux sens, avance et retard.Similarly, one could start from already marketed watch circuits which use the so-called rocking technique, described in US Pat. No. 4,112,671, to rotate a Lavet type motor in both directions if one wanted to associate with motor 1 a control circuit which allows corrections to be made in both directions, advance and delay.

Naturellement, on pourrait citer encore beaucoup d'autres exemples pour montrer que ce qui a été dit est vrai mais cela n'est pas nécessaire.Of course, many other examples could be cited to show that what has been said is true, but it is not necessary.

Toutefois, il faut quand même préciser que, dans certaines montres connues et notamment celles qui sont munies d'un système d'adaptation automatique de l'énergie des impulsions motrices à la charge du moteur, le hachage des impulsions existe déjà. Il n'y aurait donc pas à l'introduire pour aboutir à un ensemble moteur conforme à l'invention, il suffirait de changer le ou les rapports cycliques des impulsions élémentaires qui constituent les impulsions motrices.However, it should nevertheless be specified that, in certain known watches and in particular those which are provided with an automatic adaptation system of the energy of the driving pulses to the load of the motor, the chopping of the pulses already exists. There would therefore be no need to introduce it to result in an engine assembly in accordance with the invention, it would suffice to change the duty cycle (s) of the elementary pulses which constitute the driving pulses.

Pour un moteur de type Lavet classique dont les caractéristiques mécaniques et électriques sont les suivantes :

  • Nombre de spires de la bobine : N = 26600
  • Résistance de la bobine : R = 7400 Ω
  • Perméance du circuit : A = L/N2 = 40 nH (L : inductance propre de la bobine)
  • Valeur maximale du coefficient de couplage : γ0 = 0,25 µNm/At
  • Moment d'inertie du rotor : J = 3,5 · 10-12 kgm 2
  • Couple de frottement sec : Cs = 3,5 · 10-8 Nm
  • Coefficient de frottement visqueux : f = 10-10 Nm/rd/s
For a classic Lavet type engine with the following mechanical and electrical characteristics:
  • Number of coil turns: N = 26600
  • Coil resistance: R = 7400 Ω
  • Circuit permeance: A = L / N2 = 40 nH (L: self inductance of the coil)
  • Maximum value of the coupling coefficient: γ 0 = 0.25 µNm / At
  • Moment of inertia of the rotor: J = 3.510-12 k g m 2
  • Dry friction torque: C s = 3.510 -8 Nm
  • Viscous friction coefficient: f = 10 -10 Nm / rd / s

Valeur maximale du couple de positionnement : T2 = 0,35 µNm on obtient habituellement, pour une tension d'alimentation de 1,55 V et des impulsions motrices continues de 7,8 ms, un couple utile maximal Tu de 0,22 µNm et un courant moyen Im d'environ 105 µA, donc un rendement optimisé sensiblement égal à 42,4 %. Dans ce cas, la fréquence maximale à laquelle le moteur peut être commandé est, comme on l'a déjà indiqué, de l'ordre de 50 ou 60 Hz.Maximum value of the positioning torque: T 2 = 0.35 µNm we usually obtain, for a supply voltage of 1.55 V and continuous driving pulses of 7.8 ms, a maximum useful torque T u of 0.22 µNm and an average current I m of approximately 105 µA, therefore an optimized efficiency substantially equal to 42.4%. In this case, the maximum frequency at which the motor can be controlled is, as already indicated, of the order of 50 or 60 Hz.

Dans le cas particulier envisagé précédemment où l'on remplace la bobine de ce moteur par une autre qui présente une résistance et une inductance propre quatre fois plus faibles, on aboutit exactement aux mêmes résultats en alimentant le moteur par des impulsions hachées à 50 %. Par contre, avec des impulsions continues de 3,9 ms, le couple utile passe à 0,30 µNm, le courant moyen à 518 µA et la fréquence maximale de fonctionnement du moteur est multipliée par deux.In the particular case envisaged above where the coil of this motor is replaced by another which has a resistance and a self-inductance four times lower, one obtains exactly the same results by supplying the motor with pulses chopped to 50%. On the other hand, with continuous pulses of 3.9 ms, the useful torque goes to 0.30 µNm, the average current to 518 µA and the maximum motor operating frequency is doubled.

Comme en général et notamment dans le cas d'une montre il n'y a pas de raison d'avoir un couple utile plus important à vitesse élevée qu'à vitesse faible, il est encore possible de réduire la durée des impulsions continues jusqu'à ce que ce couple prenne à peu près la même valeur que pour les impulsions de 7,8 ms hachées, ce qui arrive pour une durée d'environ 3 ms. Ceci conduit à un accroissement supplémentaire d'à peu près 30 % de la fréquence maximale et porte sa valeur à 130 ou 150 Hz.As in general and in particular in the case of a watch there is no reason to have a greater useful torque at high speed than at low speed, it is still possible to reduce the duration of the continuous pulses up to that this torque takes about the same value as for the chopped 7.8 ms pulses, which happens for a duration of about 3 ms. This leads to an additional increase of about 30% in the maximum frequency and increases its value to 130 or 150 Hz.

Si l'on se reporte à l'exemple numérique donné dans la demande de brevet CH 2 180/84, on peut constater que les valeurs qui viennent d'être indiquées sont les mêmes que celles qui sont obtenues lorsque l'on remplace la bobine de 26600 spires et de 7400 n du moteur par deux enroulements identiques de 13300 spires et de 3700 n chacun et lorsque l'on branche ces enroulements en série ou en parallèle pour faire tourner le moteur respectivement à petite et à grande vitesse.If we refer to the numerical example given in patent application CH 2 180/84, it can be seen that the values which have just been indicated are the same as those obtained when the coil is replaced 26,600 turns and 7,400 n of the motor by two identical windings of 13,300 turns and 3,700 n each and when these windings are connected in series or in parallel to rotate the motor respectively at low and high speed.

Donc, là encore, on s'approche de la fréquence théorique de synchronisme du moteur classique dont on est parti, qui est à peu près de 200 Hz, et rien n'empêche de réduire davantage la résistance et l'inductance de la bobine pour obtenir une fréquence maximale encore plus élevée.So here again, we approach the theoretical frequency of synchronism of the conventional motor from which we started, which is about 200 Hz, and nothing prevents further reduction of the resistance and inductance of the coil for get an even higher maximum frequency.

D'autre part, il est tout à fait possible de combiner la solution de l'invention avec celle qui est décrite dans la demande de brevet EP 0 103 542 et qui, comme on l'a déjà dit, permet elle aussi d'atteindre une fréquence maximale très proche de la fréquence de synchronisme.On the other hand, it is entirely possible to combine the solution of the invention with that which is described in patent application EP 0 103 542 and which, as already said, also makes it possible to achieve a maximum frequency very close to the synchronism frequency.

Vu que cette dernière est donnée par la formule :

Figure imgb0003
où N désigne ici encore le nombre de spires de la bobine du moteur, γ0 la valeur maximale du coefficient de couplage et Ui la tension induite dans la bobine par le mouvement du rotor, il suffit de diviser par deux le nombre de spires pour la doubler.Since the latter is given by the formula:
Figure imgb0003
where N again designates the number of turns of the motor coil, γ 0 the maximum value of the coupling coefficient and U i the voltage induced in the coil by the movement of the rotor, it is enough to divide by two the number of turns for double it.

L'utilisation simultanée des deux solutions permet donc d'atteindre une fréquence maximale de l'ordre de 400 Hz et même plus.The simultaneous use of the two solutions therefore makes it possible to reach a maximum frequency of the order of 400 Hz and even more.

Malheureusement, cela est encore insuffisant pour une montre avec aiguille de secondes car une correction de six heures prendrait alors plus de 50 secondes.Unfortunately, this is still insufficient for a watch with a second hand because a correction of six hours would then take more than 50 seconds.

Pour obtenir des temps de correction acceptables, il faut faire appel à la fois à l'invention et à la technique bien connue de l'asservissement.In order to obtain acceptable correction times, it is necessary to use both the invention and the well-known technique of servo-control.

La figure 5 montre schématiquement l'une des formes les plus simples sous lesquelles peut alors se présenter l'ensemble moteur selon l'invention. Cette forme possible d'exécution correspond à celle qui a été décrite précédemment, c'est-à-dire que l'ensemble moteur représenté sur la figure 5 se compose simplement d'un moteur de type Lavet 1' identique à celui de l'ensemble moteur de la figure 1 et sur lequel il n'est, par conséquent, pas nécessaire de revenir et d'un circuit de commande 2' prévu pour ne faire tourner ce moteur que dans un seul sens, à petite et à grande vitesse.FIG. 5 schematically shows one of the simplest forms in which the engine assembly according to the invention can then appear. This possible embodiment corresponds to that which has been described previously, that is to say that the motor assembly shown in FIG. 5 simply consists of a Lavet type motor 1 'identical to that of the motor assembly of Figure 1 and on which it is therefore not necessary to return and a control circuit 2 'provided to rotate this motor in only one direction, at low and high speed.

Comme le circuit 2 de l'ensemble moteur de la figure 1, le circuit de commande 2' comprend, connectés l'un à la suite de l'autre, un oscillateur 7', un circuit diviseur de fréquence 8', un circuit convertisseur de forme d'onde 9', un circuit de contrôle et de hachage 10' qui reçoit un signal binaire de commande S' et un circuit d'alimentation 11' du moteur.Like circuit 2 of the motor assembly of FIG. 1, the control circuit 2 'comprises, connected one after the other, an oscillator 7', a frequency divider circuit 8 ', a converter circuit waveform 9 ', a control and chopping circuit 10' which receives a binary control signal S 'and a power supply circuit 11' of the motor.

L'oscillateur 7' et le circuit d'alimentation 11' sont identiques à ceux du circuit 2. Par contre, le circuit diviseur 8' peut comporter moins d'étages que le circuit diviseur 8 et fournir un signal de sortie de fréquence plus élevée et égale à 1 Hz par exemple. D'autre part, le circuit convertisseur 9' est plus simple que le circuit 9 car il n'a plus à fournir au circuit de contrôle et de hachage 10' que des impulsions de 7,8 ms à la fréquence du signal de sortie du circuit diviseur 8', pour le fonctionnement du moteur 1' à petite vitesse.The oscillator 7 'and the power supply circuit 11' are identical to those of the circuit 2. On the other hand, the divider circuit 8 'can comprise fewer stages than the divider circuit 8 and provide an output signal of higher frequency and equal to 1 Hz for example. On the other hand, the converter circuit 9 'is simpler than the circuit 9 because it no longer has to supply the control and chopping circuit 10' with 7.8 ms pulses at the frequency of the output signal of the divider circuit 8 ', for the operation of the motor 1' at low speed.

En plus des éléments 7' à 11', le circuit de commande 2' comprend un circuit 30 pour détecter en permanence, lorsque le rotor 4' tourne, un paramètre représentatif de la position instantanée de celui-ci et pour appliquer une brève impulsion au circuit de contrôle et de hachage 10' chaque fois que ce rotor passe par une position angulaire bien déterminée ou par la position opposée. Ces positions peuvent être celles d'équilibre statique mais il est préférable qu'elles soient situées avant, c'est-à-dire que chacune d'elles se trouve entre une position d'équilibre statique et celle des deux positions d'équilibre avec courant qui est angulairement la plus proche ou soit confondue avec cette dernière. Quant au paramètre détecté, il peut s'agir de l'intensité du courant dans la bobine 5', de la tension induite dans cette dernière par le mouvement du rotor, de la variation de flux magnétique dans le stator 3', etc.In addition to the elements 7 'to 11', the control circuit 2 'comprises a circuit 30 for permanently detecting, when the rotor 4' is rotating, a parameter representative of the instantaneous position thereof and for applying a short pulse to the control and chopping circuit 10 'each time this rotor passes through a position angular well determined or by the opposite position. These positions can be those of static equilibrium but it is preferable that they are located before, that is to say that each of them is between a position of static equilibrium and that of the two positions of equilibrium with current which is angularly the closest or is confused with the latter. As for the detected parameter, it can be the intensity of the current in the coil 5 ', the voltage induced in the latter by the movement of the rotor, the variation of magnetic flux in the stator 3', etc.

Le circuit 30 peut se présenter sous l'une des nombreuses formes qui ont été divulguées dans le cadre de systèmes d'adaptation de l'énergie des impulsions motrices appliquées à un moteur à la charge de celui-ci. Par exemple, pour la détection de la tension induite, on peut utiliser le circuit qui est décrit dans le brevet US 4,446,413 et pour la variation de flux celui qui figure dans le brevet US 4,430,007.The circuit 30 can take one of the many forms which have been disclosed in the context of systems for adapting the energy of the driving pulses applied to a motor under its load. For example, for the detection of the induced voltage, the circuit which is described in US Pat. No. 4,446,413 can be used and for the flux variation that which appears in US Pat. No. 4,430,007.

A noter que ce circuit de détection 30 a été représenté sur la figure comme étant connecté aux bornes de la bobine 5', mais il pourrait aussi être relié à un ou plusieurs points du circuit d'alimentation 11'. Tout dépend en fait du paramètre choisi et de la façon dont le circuit est réalisé.Note that this detection circuit 30 has been shown in the figure as being connected to the terminals of the coil 5 ′, but it could also be connected to one or more points of the supply circuit 11 ′. It all depends in fact on the parameter chosen and the way in which the circuit is made.

Lorsque le signal de commande S' est au niveau logique "0", le moteur tourne pas à pas à petite vitesse et le circuit de commande 2' fonctionne alors exactement de la même façon que le circuit 2 de la figure 1 sauf que les impulsions motrices hachées sont appliquées au moteur à une fréquence un peu plus élevée et que le circuit de contrôle et de hachage ne bloque plus des impulsions courtes de fréquence élevée provenant du circuit convertisseur de forme d'onde mais des impulsions de même fréquence que les impulsions motrices, produites par le circuit de détection 30.When the control signal S 'is at logic level "0", the motor rotates step by step at low speed and the control circuit 2' then operates in exactly the same way as circuit 2 in FIG. 1 except that the pulses chopped driving motors are applied to the motor at a slightly higher frequency and the control and chopping circuit no longer blocks short pulses of high frequency originating from the waveform converter circuit but pulses of the same frequency as the driving pulses , produced by the detection circuit 30.

Naturellement, il serait également possible de ne pas faire fonctionner ce circuit de détection tant que le moteur tourne à faible vitesse mais il faudrait prévoir alors, entre lui et la bobine 5' ou le circuit d'alimentation 11', un système de commutation commandé par le signal S'.Naturally, it would also be possible not to operate this detection circuit as long as the engine is running at low speed, but it would then be necessary to provide, between it and the coil 5 ′ or the supply circuit 11 ′, a controlled switching system by the signal S '.

Comme on le verra pas la suite, le fait que le signal S' puisse passer du niveau logique "0" au niveau "1" pendant qu'une impulsion motrice est appliquée au moteur aurait des conséquences beaucoup plus fâcheuses que dans le cas de l'ensemble moteur de la figure 1. On supposera donc que le circuit de commande 2' comprend des moyens non représentés qui permettent d'éviter cela.As we will not see below, the fact that the signal S 'can pass from logic level "0" to level "1" while a pulse driving is applied to the engine would have much more unfortunate consequences than in the case of the engine assembly of Figure 1. It will therefore be assumed that the control circuit 2 'includes means not shown which avoid this.

Ainsi, lorsque le signal S' passe au niveau "1", le circuit de contrôle et de hachage 10' commande le circuit d'alimentation 11' de façon que la bobine 5' soit parcourue par un courant de sens opposé par rapport à celui qui l'a traversée pendant la durée de la dernière impulsion motrice et le rotor commence alors à tourner. Par ailleurs à partir de ce moment, le circuit 10' bloque les impulsions de 7,8 ms qu'il reçoit du circuit convertisseur 9'.Thus, when the signal S 'passes to level "1", the control and chopping circuit 10' controls the supply circuit 11 'so that the coil 5' is traversed by a current of opposite direction with respect to that which passed through it for the duration of the last driving impulse and the rotor then begins to rotate. Furthermore, from this moment, the circuit 10 'blocks the 7.8 ms pulses which it receives from the converter circuit 9'.

A l'instant où le rotor atteint l'une des positions de référence choisies, le circuit de détection 30 envoie une impulsion au circuit 10' qui agit sur le circuit d'alimentation pour inverser le sens du courant dans la bobine et continuer à faire tourner le rotor.At the moment when the rotor reaches one of the chosen reference positions, the detection circuit 30 sends a pulse to the circuit 10 'which acts on the supply circuit to reverse the direction of the current in the coil and continue to do turn the rotor.

Lorsque ce dernier passe par l'autre position de référence, le circuit de détection applique une nouvelle impulsion au circuit de contrôle et de hachage qui fait à nouveau changer le sens du courant dans la bobine et ainsi de suite tant que le signal S' est au niveau "1".When the latter passes through the other reference position, the detection circuit applies a new pulse to the control and chopping circuit which again changes the direction of the current in the coil and so on as long as the signal S 'is at level "1".

En d'autres termes, la bobine 5' est alors alimentée par des impulsions motrices de tension V, de polarité alternée, qui se succèdent sans interruption, le début de l'une de ces impulsions étant confondu avec la fin de la précédente.In other words, the coil 5 ′ is then supplied with driving pulses of voltage V, of alternating polarity, which follow one another without interruption, the start of one of these pulses being confused with the end of the previous one.

Ceci est illustré par le diagramme de la figure 6 qui représente, en valeur algébrique, la tension appliquée à la bobine en fonction de l'angle a de rotation du rotor. Ce paramètre a été choisi de préférence au temps car, dans ce cas, la durée des impulsions motrices n'est pas constante. En effet, à partir du moment où le rotor commence à tourner, sa vitesse croit ce qui fait que cette durée diminue et elle ne devient constante qu'à partir du moment où la vitesse du rotor atteint une valeur maximale qu'elle conserve ensuite, ceci à condition bien entendu que le signal S' reste au niveau "1" suffisamment longtemps.This is illustrated by the diagram in FIG. 6 which represents, in algebraic value, the voltage applied to the coil as a function of the angle a of rotation of the rotor. This parameter was chosen preferably over time because, in this case, the duration of the motor pulses is not constant. Indeed, from the moment the rotor begins to rotate, its speed increases, which means that this duration decreases and it only becomes constant from the moment when the rotor speed reaches a maximum value which it then keeps, this of course provided that the signal S 'remains at level "1" long enough.

Lorsque le signal S' repasse au niveau "0", le circuit de contrôle et de hachage commande le circuit d'alimentation de façon que la bobine 5' soit court-circuitée comme elle l'était juste avant que le niveau du signal S' passe à "1" et, à partir de ce moment, il recommence à transmettre les impulsions basse fréquence de 7,8 ms en les hachant et à bloquer les impulsions provenant du circuit de détection.When the signal S 'returns to level "0", the control and chopping circuit controls the supply circuit so that the coil 5 'is short-circuited as it was just before the level of the signal S' goes to "1" and, from this moment, it starts again to transmit the low frequency pulses of 7.8 ms by them chopping and blocking pulses from the detection circuit.

Le fait de court-circuiter la bobine du moteur permet de freiner efficacement le rotor mais, vu la vitesse à laquelle celui-ci peut tourner, il y a peu de chance pour que cela soit suffisant pour l'empêcher de faire un ou plusieurs demi-tours supplémentaires après que le signal S' soit revenu à "0". Par ailleurs, si une impulsion motrice de fréquence basse est appliquée à la bobine alors que le rotor continue à tourner celle-ci peut, selon sa polarité et le moment où elle apparaît, contribuer à freiner le rotor ou, au contraire, retarder son immobilisation. De plus, il n'est pas du tout sûr que l'impulsion motrice qui vient après que le rotor se soit arrêté ait la bonne polarité pour faire faire un pas au moteur. L'ensemble moteur qui vient d'être décrit globalement ne peut donc convenir que pour des montres très simples et à condition d'être complété, comme celui de la figure 1, par des moyens permettant de procéder à des corrections lentes.Shorting the motor coil effectively brakes the rotor, but considering the speed at which it can rotate, there is little chance that this will be enough to prevent it from making one or more half - additional turns after the signal S 'has returned to "0". Furthermore, if a low frequency drive pulse is applied to the coil while the rotor continues to rotate, this can, depending on its polarity and the moment it appears, help to brake the rotor or, on the contrary, delay its immobilization. . In addition, it is not at all sure that the driving impulse which comes after the rotor has stopped has the right polarity to make the motor take a step. The engine assembly which has just been described overall can therefore only be suitable for very simple watches and provided that it is completed, like that of FIG. 1, by means allowing slow corrections to be made.

On indiquera par la suite une solution pour stopper le rotor au moment voulu.A solution will then be indicated to stop the rotor at the desired time.

La figure 7 montre en détail une manière de réaliser le circuit de contrôle et de hachage 10' dans le cas particulier où les impulsions motrices appliquées au moteur sont hachées avec un rapport cyclique égal à 0,5, ainsi que le circuit d'alimentation 11' avec ses quatre transistors de puissance 12', 13', 14' et 15' pour commander le passage du courant dans la bobine 5'.FIG. 7 shows in detail a way of making the control and chopping circuit 10 ′ in the particular case where the driving pulses applied to the motor are chopped with a duty ratio equal to 0.5, as well as the supply circuit 11 'with its four power transistors 12', 13 ', 14' and 15 'to control the passage of current through the coil 5'.

Dans cet exemple particulier de réalisation, le circuit 10' comporte tous les éléments du circuit de la figure 4 qui sont désignés par les mêmes repères avec, en plus, le signal ""' et qui sont connectés entre eux de la même façon à ceci près que la sortie de la porte OU 18' n'est pas reliée à des entrées des portes ET 20' et 21' directement mais par l'intermédiaire d'une porte OU 24 qui reçoit également le signal S'. Par ailleurs, cette porte OU 18' n'a pas seulement deux entrées mais trois, l'entrée supplémentaire étant reliée à la sortie Q d'un circuit monostable 23 dont l'entrée TR reçoit, elle aussi, le signal S'. Enfin, pour la porte ET 17', les impulsions courtes du circuit convertisseur de forme d'onde sont remplacées par les impulsions provenant du circuit de détection 30. A noter que si l'on avait prévu de ne faire fonctionner ce dernier que lorsque le moteur l' doit tourner à grande vitesse, cette porte 17' n'aurait pas eu lieu d'exister.In this particular embodiment, the circuit 10 ′ includes all the elements of the circuit of FIG. 4 which are designated by the same references with, in addition, the signal ""'and which are connected together in the same way to this near that the output of the OR gate 18 'is not connected to inputs of the AND gates 20' and 21 'directly but via an OR gate 24 which also receives the signal S'. Furthermore, this OR gate 18 ′ has not only two inputs but three, the additional input being connected to the output Q of a monostable circuit 23 whose input TR also receives the signal S '. Finally, for the AND gate 17 ′, the short pulses of the waveform converter circuit are replaced by the pulses coming from the detection circuit 30. Note that if it had been planned to operate the latter only when the engine must run at high speed, this door 17 'would not have happened.

Pour le fonctionnement du circuit, lorsque le signal S' est au niveau "0", il n'y a rien de changé par rapport au circuit de la figure 4 sinon que la porte ET 17' bloque maintenant les impulsions produites par le circuit de détection.For the operation of the circuit, when the signal S 'is at level "0", there is nothing changed with respect to the circuit of FIG. 4 except that the AND gate 17' now blocks the pulses produced by the circuit of detection.

Au moment où le signal S' passe au niveau "1", la porte ET 16' qui reçoit les impulsions de 7,8 ms du circuit convertisseur se bloque tandis que le circuit monostable 23 produit une brève impulsion qui est transmise par la porte OU 18' à l'entrée de la bascule 19'. En supposant que, juste avant, les sorties Q et Q étaient respectivement aux niveaux "0" et "1", celles-ci passent alors aux niveaux "1" et "0". A partir de cet instant, toutes les entrées de la porte ET 20' sont au niveau "1" et sa sortie l'est aussi. Par contre, la porte ET 21' reliée à la sortie Q de la bascule est bloquée. Par conséquent, dès que le signal S' passe au niveau "1", un courant circule dans la bobine 5' dans le sens de la flèche F'.When the signal S 'goes to level "1", the AND gate 16' which receives the 7.8 ms pulses from the converter circuit is blocked while the monostable circuit 23 produces a short pulse which is transmitted by the OR gate 18 'at the entrance to the weighbridge 19'. Assuming that, just before, the outputs Q and Q were respectively at levels "0" and "1", these then pass to levels "1" and "0". From this moment, all the inputs of the AND gate 20 'are at level "1" and its output is too. On the other hand, the AND gate 21 'connected to the output Q of the flip-flop is blocked. Consequently, as soon as the signal S 'goes to level "1", a current flows in the coil 5' in the direction of the arrow F '.

Lorsque la première impulsion provenant du circuit de détection est transmise par les portes 17' et 18' à l'entrée T de la bascule 19', les niveaux des sorties Q et Q de celle-ci s'inversent de même que ceux des sorties des portes ET 20' et 21' et le sens du courant dans la bobine change.When the first pulse from the detection circuit is transmitted by the gates 17 'and 18' to the input T of the flip-flop 19 ', the levels of the outputs Q and Q of this latter are reversed as well as those of the outputs AND gates 20 'and 21' and the direction of the current in the coil changes.

A la deuxième impulsion fournie par le circuit de détection, c'est à nouveau la porte ET 20' qui a sa sortie au niveau "1", ce qui fait que le courant change encore de sens et ainsi de suite.At the second pulse supplied by the detection circuit, it is again the AND gate 20 ′ which has its output at level "1", which causes the current to change direction again and so on.

Au moment où le signal S' revient au niveau "0", le circuit monostable 23 n'émet aucune impulsion et tout se passe alors comme pour le circuit 10 de la figure 4.When the signal S 'returns to level "0", the monostable circuit 23 emits no pulse and everything then takes place as for circuit 10 in FIG. 4.

On va voir maintenant ce qui aurait pu se produire avec pratiquement tous les circuits de détection utilisables, si la possibilité d'un passage au niveau "1" du signal S' pendant l'application d'une impulsion de 7,8 ms au circuit de contrôle et de hachage n'avait pas été supprimée.We will now see what could have happened with practically all the usable detection circuits, if the possibility of passing to level "1" of the signal S 'during the application of a 7.8 ms pulse to the circuit control and hash had not been removed.

Admettons, toujours en considérant le circuit 10' de la figure 7, d'une part, que le signal S' passe effectivement au niveau "1" pendant que la porte 16' est en train de transmettre une impulsion et, d'autre part, que cette porte 16' et le circuit monostable 23 réagissent tous les deux instantanément au flanc de montée du signal S' appliqué à leur entrée et que la bascule 19' ne perçoit pas l'inversion des niveaux des sorties de ces éléments. Dans cette éventualité, le courant qui a commencé à traverser la bobine 5' dans un sens continue à le faire après que le niveau du signal S' soit passé à "1" et si le rotor a déjà dépassé la position de référence au moment où ce changement survient, il vient se placer dans sa position d'équilibre avec courant et il y reste tant que le niveau du signal S' n'est pas ramené à "0". Naturellement, si le rotor n'a pas encore passé par la position de référence il n'y a pas de problème.Let us assume, still considering the circuit 10 'of FIG. 7, on the one hand, that the signal S' actually passes to level "1" while the gate 16 'is in the process of transmitting a pulse and, on the other hand , that this gate 16 'and the monostable circuit 23 both react instantly to the rising edge of the signal S' applied to their input and that the flip-flop 19 'does not perceive the inversion of the levels of the outputs of these elements. In this eventuality, the current which has started to pass through the coil 5 'in one direction continues to do so after the signal level S' has gone to "1" and if the rotor has already exceeded the reference position by the time this change occurs, it is placed in its equilibrium position with current and it remains there as long as the level of the signal S 'is not reduced to "0". Naturally, if the rotor has not yet passed through the reference position there is no problem.

La même chose se passe dans le cas où la porte ET 16' réagit moins vite que le circuit monostable.The same thing happens if the AND gate 16 'reacts less quickly than the monostable circuit.

Par contre, si la sortie de la porte 16' passe à "0" avant que celle du circuit monostable passe à "1", les niveaux des sorties de la bascule 19' s'inversent de même que le sens du courant dans la bobine. Si, à l'instant où cela se produit le rotor n'a pas tourné de plus de 135° ou acquis une énergie cinétique suffisante pour le faire, il revient en arrière pour se stabiliser dans son autre position d'équilibre avec courant et rien ne change tant que le niveau du signal S' reste à "1".On the other hand, if the output of gate 16 'goes to "0" before that of the monostable circuit goes to "1", the levels of outputs of flip-flop 19' reverse as do the direction of the current in the coil . If, at the moment when this occurs, the rotor has not rotated more than 135 ° or acquired sufficient kinetic energy to do so, it goes back to stabilize in its other equilibrium position with current and nothing does not change as long as the signal level S 'remains at "1".

Evidemment, l'utilisateur de la montre se rendrait très vite compte que les aiguilles n'avancent pas et répéterait sa manoeuvre. Les chances pour que la même chose se produise une deuxième fois étant minimes, le moteur se mettrait alors à tourner correctement. Malgré tout, il vaut mieux supprimer cet inconvénient, d'autant plus que cela peut être fait de manière très simple.Obviously, the user of the watch would very quickly realize that the hands are not advancing and would repeat its operation. Since the chances of the same thing happening a second time are minimal, the engine would start to run properly. Nevertheless, it is better to remove this drawback, especially since it can be done in a very simple way.

Pour un moteur dont les différents paramètres A, x0, J, CS' f et T2 ont les valeurs qui ont été indiquées précédemment et dont la bobine a une résistance et une inductance propre quatre fois plus faibles que celles qu'elle devrait avoir normalement, le fait de faire tourner le rotor de façon continue en utilisant la technique de l'asservissement permet d'obtenir une vitesse maximale à vide, c'est-à-dire pour un couple utile T nul, d'environ 620 pas par seconde (en fait il serait plus juste de dire demi-tours plutôt que pas). Ceci est encore trop peu pour une montre à aiguille de secondes.For a motor whose different parameters A, x 0 , J, C S ' f and T 2 have the values which were indicated previously and whose coil has a resistance and an inductance eigen four times weaker than those which it should normally having the fact of rotating the rotor continuously using the servo-control technique makes it possible to obtain a maximum no-load speed, that is to say for a useful torque T zero, of approximately 620 steps by second (in fact it would be more correct to say U-turns rather than not). This is still too little for a second hand watch.

Par contre, avec un moteur dont les caractéristiques sont les suivantes :

Figure imgb0004
Figure imgb0005
Figure imgb0006
Figure imgb0007
Figure imgb0008
Figure imgb0009
Figure imgb0010
Figure imgb0011
on obtient, avec une tension non plus de 1,55 V mais de 6 V, une vitesse maximale à vide de 2075 pas par seconde. Pour un couple utile d'environ 0,20 uNm, cette vitesse est sensiblement égale à 1800 pas par seconde, ce qui est suffisant étant donné qu'une correction de six heures ne prend plus alors que douze secondes dont le même temps que pour une montre sans aiguille de secondes munie d'un moteur classique dont la vitesse maximale est, comme on l'a déjà indiqué, d'environ 60 pas par seconde et dans laquelle l'aiguille des minutes se déplace normalement à raison de deux sauts par minute.On the other hand, with an engine whose characteristics are as follows:
Figure imgb0004
Figure imgb0005
Figure imgb0006
Figure imgb0007
Figure imgb0008
Figure imgb0009
Figure imgb0010
Figure imgb0011
we obtain, with a voltage not more than 1.55 V but 6 V, a maximum no-load speed of 2075 steps per second. For a useful torque of approximately 0.20 uNm, this speed is approximately equal to 1800 steps per second, which is sufficient given that a correction of six hours only takes twelve seconds, the same time as for one watch without a second hand fitted with a conventional motor, the maximum speed of which, as already indicated, is around 60 steps per second and in which the minute hand moves normally at the rate of two jumps per minute .

D'autre part, on constate qu'avec l'asservissement la consommation moyenne par pas du moteur est légèrement plus faible que lorsque celui-ci fonctionne véritablement pas à pas.On the other hand, it can be seen that with the servo the average consumption per step of the motor is slightly lower than when the latter really operates step by step.

Il est clair qu'un rotor tournant à de telles vitesses ne peut pas s'arrêter brusquement dès que le moteur cesse d'être alimenté. Donc pour pouvoir stopper ce rotor au moment voulu, il faut préalablement le freiner.It is clear that a rotor rotating at such speeds cannot stop suddenly as soon as the engine stops being supplied. So to be able to stop this rotor at the desired time, it must first be braked.

Une solution efficace pour réaliser ce freinage consiste à connecter une résistance de valeur adéquate en série avec la bobine pendant un certain temps avant d'interrompre l'alimentation du moteur.An effective solution for achieving this braking consists in connecting a resistor of adequate value in series with the coil for a certain time before interrupting the supply of the motor.

Naturellement, le freinage est d'autant plus important que la valeur de la résistance est élevée et cette valeur doit être choisie en fonction des paramètres de la bobine, de la vitesse à laquelle il est prévu de faire tourner le rotor et du temps pendant lequel on envisage de brancher cette résistance. Elle sera en général du même ordre de grandeur que celle de la bobine et elle pourra être, par exemple, sensiblement égale à la différence entre la résistance que devrait avoir normalement la bobine pour obtenir un rendement optimal en fonctionnement pas à pas à petite vitesse et celle qu'elle a réellement.Naturally, braking is all the more important the higher the resistance value and this value must be chosen according to the parameters of the coil, the speed at which it is planned to rotate the rotor and the time during which we plans to connect this resistor. It will generally be of the same order of magnitude as that of the coil and it may be, for example, substantially equal to the difference between the resistance which the coil should normally have in order to obtain optimum efficiency in step-by-step operation at low speed and the one she really has.

Les courbes I et II du diagramme de la figure 8 représentent la variation de la vitesse maximale à vide v du rotor en fonction de la valeur R' de la résistance qui est branchée en série avec la bobine pour les deux moteurs qui ont été choisis comme exemples.Curves I and II of the diagram in FIG. 8 represent the variation of the maximum no-load speed v of the rotor as a function of the value R ′ of the resistor which is connected in series with the coil for the two motors which have been chosen as examples.

Dans le premier cas (courbe I), cette vitesse qui est de 624 pas par seconde en l'absence de résistance passe à 305 pas par seconde pour une résistance de 1400 n, c'est-à-dire qu'elle est à peu près réduite de moitié. Cela suffit déjà pour que le rotor s'arrête sans effectuer de pas supplémentaires après l'interruption de l'alimentation du moteur. Pour une résistance de 5000 n, ce qui correspond sensiblement à trois fois la résistance de la bobine, la vitesse n'est plus que de 118 pas par seconde.In the first case (curve I), this speed which is 624 steps per second in the absence of resistance increases to 305 steps per second for a resistance of 1400 n, that is to say it is little almost halved. This is already enough for the rotor to stop without taking any additional steps after the power supply to the motor has been interrupted. For a resistance of 5000 n, which corresponds substantially to three times the resistance of the coil, the speed is no more than 118 steps per second.

Pour le second moteur (courbe II), la vitesse décroît de 2075 à 665 pas par seconde lorsque la valeur de la résistance passe de 0 à 5000 n. Cette diminution est importante mais pas tout à fait suffisante. Par contre, une résistance d'environ 7000 Ω pourrait convenir.For the second motor (curve II), the speed decreases from 2075 to 665 steps per second when the resistance value goes from 0 to 5000 n. This decrease is significant but not entirely sufficient. On the other hand, a resistance of around 7000 Ω could be suitable.

Ce même diagramme montre également comment varie, dans les deux cas, la consommation moyenne par pas C exprimée en nano-ampères. Lorsque R' croît de 0 à 5000 Ω, cette consommation passe en gros de 800 à 1765 nA pour le premier moteur (voir courbe III) et de 535 à 1000 nA pour le second (voir courbe IV). Elle est donc à peu près doublée. Toutefois, comme dans une montre le moteur n'est censé tourner à grande vitesse que très rarement et comme, en plus, la période de freinage ne représenterait souvent qu'une très faible partie du temps pendant lequel le moteur fonctionnerait ainsi, ceci ne constitue pas un inconvénient.This same diagram also shows how the average consumption per step C expressed in nano-amps varies in both cases. When R 'increases from 0 to 5000 Ω, this consumption drops roughly from 800 to 1765 nA for the first motor (see curve III) and from 535 to 1000 nA for the second (see curve IV). It is therefore roughly doubled. However, as in a watch the engine is only supposed to run at high speed only very rarely and since, in addition, the braking period would often represent only a very small part of the time during which the engine would operate thus, this does not constitute not a drawback.

La figure 9 montre comment doit être réalisé le circuit d'alimentation d'un moteur tel que celui de la figure 1 ou de la figure 5 lorsque l'on fait effectivement appel à cette solution de la résistance additionnelle pour freiner le rotor. On peut d'ailleurs considérer que la résistance fait partie de ce circuit.FIG. 9 shows how the supply circuit of a motor such as that of FIG. 1 or of FIG. 5 must be produced when this solution of the solution is actually used. additional resistance to brake the rotor. We can also consider that the resistance is part of this circuit.

On voit qu'aux deux branches classiques formées chacune d'une transistor de type p 12", respectivement 14", et d'un transistor de type n 13", respectivement 15", et entre lesquelles est branchée la bobine 5" du moteur, s'ajoute une troisième branche en parallèle avec les. deux autres et constituée elle aussi d'un transistor de type p 31 et d'un transistor de type n 32 en série, la résistance additionnelle 33 de valeur R' étant branchée entre le point de jonction des drains de ces deux transistors supplémentaires 31 et 32 et celui des drains des transistors 14" et 15".We see that in the two conventional branches each formed by a p-type transistor 12 ", respectively 14", and an n-type transistor 13 ", respectively 15", and between which is connected the coil 5 "of the motor , a third branch is added in parallel with the two others and also consists of a p-type transistor 31 and an n-type transistor 32 in series, the additional resistor 33 of value R 'being connected between the junction point of the drains of these two additional transistors 31 and 32 and that of the drains of the transistors 14 "and 15".

Lorsque cette résistance doit être connectée en série avec la bobine, les transistors 14" et 15" restent bloqués et ce sont alors les transistors 31 et 32 qui coopèrent avec les transistors 12" et 13" pour commander le passage du courant dans un sens ou dans l'autre, à la fois dans la bobine et dans la résistance. En dehors de ces périodes, les transistors 31 et 32 demeurent en permancence bloqués.When this resistor must be connected in series with the coil, the transistors 14 "and 15" remain blocked and it is then the transistors 31 and 32 which cooperate with the transistors 12 "and 13" to control the passage of current in one direction or in the other, both in the coil and in the resistor. Outside these periods, the transistors 31 and 32 remain permanently blocked.

Du fait de la présence de six transistors au lieu de quatre dans le circuit d'alimentation et du fait aussi que le circuit de commande est pratiquement obligé de connaître le nombre de demi-tours que le rotor doit effectuer à grande vitesse pour pouvoir commencer à le freiner au bout d'un certain temps, le circuit de contrôle et de hachage ne peut plus avoir une forme aussi simple que celle de la figure 7. Comme il peut être réalisé de nombreuses façons qui ne sont pas liées directement à l'invention et qui sont toutes largement à la portée de l'homme de métier, ce circuit ne sera pas décrit ici. On peut imaginer par exemple qu'il soit conçu pour commander le circuit d'alimentation de la figure 9, de manière que le rotor fasse 1800 tours, c'est-à-dire que les aiguilles de la montre avancent exactement d'une heure chaque fois qu'il reçoit une impulsion de commande produite lorsque l'on exerce une action déterminée telle qu'une pression, une traction ou une rotation rapide, sur un organe de commande manuelle.Due to the presence of six transistors instead of four in the supply circuit and also because the control circuit is practically obliged to know the number of U-turns that the rotor must perform at high speed in order to be able to start brake it after a certain time, the control and chopping circuit can no longer have a shape as simple as that of FIG. 7. As it can be produced in many ways which are not directly linked to the invention and which are all largely within the reach of those skilled in the art, this circuit will not be described here. One can imagine for example that it is designed to control the supply circuit of FIG. 9, so that the rotor makes 1800 revolutions, that is to say that the hands of the watch advance exactly one hour each time it receives a control pulse produced when a specific action is exerted such as pressing, pulling or rapid rotation, on a manual control member.

Par ailleurs, il est tout à fait possible d'utiliser la résistance additionnelle non seulement pour ralentir le moteur à la fin d'une période de fonctionnement à fréquence élevée, mais également pour réguler la vitesse du rotor pendant toute cette période. Dans ce cas, le circuit de commande du moteur doit comprendre en plus un dispositif pour détecter la vitesse momentanée du rotor et des noyens pour connecter la résistance en série avec la bobine pendant un temps déterminé lorsque cette vitesse dépasse un certain seuil ou mieux pour brancher la résistance lorsque la vitesse devient supérieure à une première valeur et la déconnecter dès que la vitesse tombe en-dessous d'une seconde valeur inférieure à la première. Bien entendu, ce système de régulation doit être rendu inopérant au moment de la phase de freinage finale.Furthermore, it is quite possible to use the additional resistance not only to slow down the motor at the end of a period of operation at high frequency, but also to regulate the rotor speed throughout this period. In this case, the motor control circuit must also include a device for detecting the momentary speed of the rotor and the cores to connect the resistor in series with the coil for a determined time when this speed exceeds a certain threshold or better for connecting the resistance when the speed becomes greater than a first value and disconnect it as soon as the speed falls below a second value less than the first. Of course, this regulation system must be rendered inoperative at the time of the final braking phase.

On peut également prévoir plusieurs résistances additionnelles pour le freinage et/ou la régulation de la vitesse du rotor ainsi que des moyens pour sélectionner l'une ou l'autre de celles-ci, notamment lorsqu'il est question de faire fonctionner le moteur non seulement à une vitesse faible et à une vitesse élevée mais aussi à une ou plusieurs vitesses intermédiaires.It is also possible to provide several additional resistors for braking and / or regulating the speed of the rotor as well as means for selecting one or the other of these, in particular when it is a question of operating the engine not only at low speed and high speed but also at one or more intermediate speeds.

Enfin, il est évident que l'invention n'est pas limitée aux différents modes d'exécution qui ont été décrits ou envisagés.Finally, it is obvious that the invention is not limited to the various embodiments which have been described or envisaged.

Par exemple, plutôt que de hacher les impulsions motrices basse fréquence, on pourrait en réduire la hauteur, c'est-à-dire alimenter le moteur par une tension plus faible, ou la durée ou bien encore combiner ces différentes solutions. L'essentiel est que ces impulsions soient telles qu'elles permettent de compenser le mieux possible la baisse de rendement du moteur due au fait que la résistance de sa bobine ou de chacune de ses bobines ont des valeurs nettement plus faibles que celles qu'elles devraient normalement avoir.For example, rather than chopping the low frequency drive pulses, we could reduce the height, that is to say power the motor with a lower voltage, or the duration or even combine these different solutions. The main thing is that these pulses are such that they make it possible to compensate as best as possible for the drop in efficiency of the motor due to the fact that the resistance of its coil or of each of its coils has values significantly lower than those they should normally have.

Par ailleurs, comme on l'a déjà souligné à plusieurs reprises, l'invention peut être étendue à de nombreuses sortes de moteurs. En dehors des différents moteurs de type Lavet, on peut citer comme exemples d'applications possibles les moteurs normalement à une seule bobine mais véritablement bidirectionnels qui dérivent des moteurs du genre précité et qui font l'objet du brevet CH 616 302 et de la demande de brevet EP 0 085 648 ou le moteur biphasé dont plusieurs formes sont décrites dans les brevets CH 625 646 et CH 634 696.Furthermore, as has already been emphasized on several occasions, the invention can be extended to many kinds of engines. Apart from the various Lavet type motors, there may be mentioned as examples of possible applications the motors normally with a single coil but truly bidirectional which derive from motors of the aforementioned kind and which are the subject of patent CH 616 302 and of the application EP 0 085 648 or the two-phase motor, several forms of which are described in the patents CH 625 646 and CH 634 696.

De plus, elle peut être utilisée dans d'autres secteurs que l'horlogerie.In addition, it can be used in sectors other than watchmaking.

Claims (7)

1. Ensemble moteur comprenant un moteur pas à pas muni d'un rotor, d'un stator et d'une bobine couplée magnétiquement au stator et pour lequel il existe des valeurs optimales de la résistance et de l'inductance propre de la bobine et une durée optimale des impulsions motrices à appliquer à cette bobine pour le commander qui lui permettent d'avoir un rendement n de valeur maximale lorsqu'il est alimenté à une tension déterminée, ledit rendement étant défini par la relation :
Figure imgb0012
où T est le couple utile maximal que peut fournir le moteur, n le nombre de pas par tour effectués par son rotor, V la tension à laquelle il est alimenté et Im le courant moyen qui lui est appliqué pendant une seconde; et un circuit de commande pour faire fonctionner ledit moteur à petite et à grande vitesse en lui appliquant des impulsions motrices respectivement de fréquence basse et de fréquence élevée, caractérisé par le fait que les valeurs réelles de la résistance et de l'inductance propre de ladite bobine (5; 5'; 5") sont inférieures auxdites valeurs optimales et que lesdites impulsions motrices de fréquence basse sont telles que le moteur (1; 1') ait un rendement de valeur sensiblement égale a ladite valeur maximale lorsqu'il fonctionne à petite vitesse.
1. Motor assembly comprising a stepping motor provided with a rotor, a stator and a coil magnetically coupled to the stator and for which there are optimum values of the resistance and the self inductance of the coil and an optimal duration of the driving pulses to be applied to this coil to control it which allow it to have a yield n of maximum value when it is supplied with a determined voltage, said yield being defined by the relation:
Figure imgb0012
where T is the maximum useful torque that the motor can supply, n the number of steps per revolution made by its rotor, V the voltage at which it is supplied and I m the average current applied to it for one second; and a control circuit for operating said motor at low and high speed by applying driving pulses of low frequency and high frequency respectively, characterized in that the actual values of the resistance and of the self inductance of said coil (5; 5 '; 5 ") are less than said optimum values and said low frequency driving pulses are such that the motor (1; 1') has a value output substantially equal to said maximum value when it operates at low speed.
2. Ensemble moteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les impulsions motrices de fréquence basse sont des impulsions qui ont ladite durée optimale et ladite tension déterminée et qui sont formées par des trains d'impulsions élémentaires dont le rapport cyclique permet au rendement n du moteur (1; 1') d'avoir sensiblement ladite valeur maximale lorsque ledit moteur fonctionne à petite vitesse.2. Motor assembly according to claim 1, characterized in that the low frequency driving pulses are pulses which have said optimal duration and said determined voltage and which are formed by trains of elementary pulses whose duty cycle allows the yield n of the motor (1; 1 ') to have substantially said maximum value when said motor operates at low speed. 3. Ensemble moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les impulsions motrices de fréquence élevée sont des impulsions qui ont ladite tension déterminée et une durée fixe, inférieure à ladite durée optimale.3. Motor assembly according to claim 1 or 2, characterized in that the high frequency driving pulses are pulses which have said determined voltage and a fixed duration, less than said optimal duration. 4. Ensemble moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les valeurs réelles de la résistance et de l'inductance propre de la bobine (5; 5'; 5") sont sensiblement égales au quart desdites valeurs optimales.4. Motor assembly according to claim 1 or 2, characterized in that the real values of the resistance and of the inductance of the coil (5; 5 '; 5 ") are substantially equal to a quarter of said optimal values. 5. Ensemble moteur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les impulsions motrices de fréquence élevée sont des impulsions qui ont ladite tension déterminée et une durée fixe, sensiblement égale à la moitié de ladite durée optimale.5. Motor assembly according to claim 4, characterized in that the high frequency driving pulses are pulses which have said determined voltage and a fixed duration, substantially equal to half of said optimal duration. 6. Ensemble moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les impulsions motrices de fréquence élevée sont des impulsions qui ont ladite tension déterminée et qui se succèdent sans discontinuer, le début d'une impulsion coïncidant avec la fin de la précédente et avec l'instant où un paramètre représentatif de la position instantanée du rotor (4; 4') du moteur (1; l') qui est détectée en permanence par le circuit de commande (2; 2') lorsque ledit moteur fonctionne à grande vitesse atteint une valeur déterminée.6. Motor assembly according to claim 1 or 2, characterized in that the driving pulses of high frequency are pulses which have said determined voltage and which follow one another continuously, the beginning of a pulse coinciding with the end of the previous one and with the instant when a parameter representative of the instantaneous position of the rotor (4; 4 ') of the motor (1; l') which is continuously detected by the control circuit (2; 2 ') when said motor operates at high speed reaches a determined value. 7. Ensemble moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le circuit de commande (2; 2') est conçu pour pouvoir brancher une résistance (33) en série avec la bobine (5; 5'; 5") lorsque le moteur (1; 1') fonctionne à grande vitesse, pendant une période de freinage du rotor (4; 4') qui précède la fin de l'envoi d'impulsions motrices de fréquence élevée à ladite bobine.7. Motor assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the control circuit (2; 2 ') is designed to be able to connect a resistor (33) in series with the coil (5; 5'; 5 " ) when the motor (1; 1 ') is operating at high speed, during a braking period of the rotor (4; 4') which precedes the end of the sending of high frequency drive pulses to said coil.
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