EP0239820B1 - Mechanical-to-electrical energy converter - Google Patents

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Publication number
EP0239820B1
EP0239820B1 EP87103046A EP87103046A EP0239820B1 EP 0239820 B1 EP0239820 B1 EP 0239820B1 EP 87103046 A EP87103046 A EP 87103046A EP 87103046 A EP87103046 A EP 87103046A EP 0239820 B1 EP0239820 B1 EP 0239820B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
speed
converter
state
coil
Prior art date
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Expired
Application number
EP87103046A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0239820A1 (en
Inventor
Mai Tu Xuan
Daho Taghezout
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.)
Asulab AG
Original Assignee
Asulab AG
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 Asulab AG filed Critical Asulab AG
Publication of EP0239820A1 publication Critical patent/EP0239820A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0239820B1 publication Critical patent/EP0239820B1/en
Expired legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04GELECTRONIC TIME-PIECES
    • G04G7/00Synchronisation
    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04CELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C10/00Arrangements of electric power supplies in time pieces

Definitions

  • the present invention relates to a converter of mechanical energy into electrical energy.
  • the cells and batteries used to power portable devices have many disadvantages.
  • their lifespan is limited, which requires them to be replaced more or less frequently, and their sealing is often not perfect, which can cause damage to the devices they supply.
  • converters comprising a rotary generator of electrical energy driven in rotation by a source of mechanical energy.
  • Patent CH-B-597,636 describes an electronic timepiece supplied with electrical energy by such a converter.
  • the mechanical energy source is constituted by a barrel spring of the type, well known, of those which drive mechanical timepieces of small volume, which is connected to a manual or automatic winding device.
  • the electric power generator described in this patent CH-B-597,636 comprises six permanent magnets fixed to a rotor driven in rotation by the spring, by means of a gear train. It also comprises a fixed coil, arranged near the rotor, so that the displacement of the permanent magnets relative to this coil induces in the latter an alternating voltage.
  • the converter also comprises a rectifier circuit which transforms the alternating voltage produced by the coil in response to the rotation of the magnets into a rectified voltage, and a storage and filtering capacitor which temporarily stores the electric energy produced by the generator and the restores in the form of a substantially continuous voltage.
  • the timepiece described in this patent CH-B-597,636 further includes time display hands which are also connected to the spring by at least part of the gear train connecting this spring to the generator rotor. .
  • the average speed of rotation of the needles which must of course have a well-determined value, is controlled by an electronic circuit for adjusting the average speed of rotation of the generator rotor.
  • This adjustment circuit is supplied by the substantially continuous voltage present at the terminals of the storage capacitor mentioned above. It comprises electrical braking means connected in parallel with the storage capacitor, and a circuit for controlling these braking means.
  • the latter consist of a braking resistor and an electronic switch connected in series with each other.
  • the braking means control circuit includes a source delivering a reference signal having a well-determined frequency.
  • the source of the reference signal is constituted by a quartz oscillator connected to the input of a frequency divider circuit whose output delivers the reference signal in the form of pulses.
  • the control circuit further comprises a reversible counter, or up-down counter, whose down-counting input receives the reference signal and whose down-counting input receives a measurement signal having a frequency equal to the frequency of the alternating voltage produced by the coil, and therefore proportional to the speed of rotation of the rotor.
  • the reversible counter produces a signal which closes the switch connected in series with the braking resistor when its content is greater than zero, and which opens this switch otherwise.
  • the various elements of the gear train are dimensioned so that if the rotor was continuously rotating at a speed such that the frequency of the measurement signal is equal to that of the reference signal, the time display hands would rotate at their normal speed, i.e. one revolution every twelve hours for the hour hand, one revolution per hour for the minute hand and, if necessary, one revolution per minute for the second hand .
  • This rotational speed of the rotor will be called the reference speed Vc in the rest of this description.
  • the elements of the converter are also dimensioned so that if the switch is open, that is to say if the braking resistor is not connected to the terminals of the storage capacitor, the rotor is accelerated to a speed greater than this reference speed Vc in response to the motor torque applied to it by the spring via the gear train.
  • the elements of the converter are also dimensioned so that, if the switch is closed, and the braking resistor is therefore connected in parallel with the storage capacitor, the rotor is braked to a speed which is, on average, lower than the speed Vc in response to the electric braking torque caused by the connection of the braking resistor in parallel with the storage capacitor.
  • the switch When the content of the reversible counter is less than zero, the switch is open and the rotor is accelerated. When its speed becomes greater than the setpoint speed Vc, the frequency of the measurement signal becomes greater than the frequency of the reference signal. The reversible counter is therefore incremented faster than it is decremented, and its content increases. When this content becomes greater than zero, the reversible counter closes the switch in series with the braking resistor. From this moment, the rotor is therefore braked, and its speed decreases.
  • the generator rotor described above has the serious drawback of having a large inertia, which makes it very sensitive to shocks of all kinds that the timepiece can undergo.
  • the coil of this generator does not have a core, which complicates and increases its production and prevents it from being given a high number of turns.
  • This generator resembles stepper motors as they are commonly used in electronic timepieces. It comprises a rotor comprising a single bipolar magnet which is magnetically coupled to a coil by a stator.
  • the stator of this generator has two pole shoes almost completely surrounding the rotor and ending, each, a pole piece whose other end is connected to one of the ends of the coil core.
  • the pole shoes are separated by air gaps arranged symmetrically with respect to the axis of the rotor.
  • this stator does not include the notches, or other means, which, in the motors, are used to create a positioning torque for the rotor.
  • Vc this reference speed
  • the instants of engagement and initiation of the braking resistor also occur practically randomly with respect to the angular position of the rotor. It can therefore happen, during several consecutive turns of the rotor, that the alternating voltage produced by the generator coil is close to zero between each of these triggering instants and the next engagement instant, and that this generator therefore does not provide any electric energy.
  • the rotational speed of the rotor when it is braked should therefore not be chosen too low, because otherwise the number of turns of the generator coil should be very high for the above condition to be fulfilled.
  • This coil would then have a space incompatible with the space available in a timepiece of small volume. Or if the diameter of its wire is chosen small enough so that this space is not too large, the technical difficulties of its manufacture, and therefore its cost price, would become very high.
  • the increase in the coupled flux requires a reduction in the width of the air gap separating the permanent magnet from the stator which surrounds it or the use of a magnet having a higher coercive field.
  • These modifications lead to a tightening of the tolerances which can be accepted for the manufacture of the stator and the magnet, and therefore an increase in their cost price.
  • these modifications also lead to an increase in the residual positioning torque of the rotor and of the friction of its axis in its bearings, this torque and this friction being caused by the inaccuracies which still exist in the dimensions and the actual relative positions of the magnet and stator.
  • these modifications lead to an increase in losses of magnetic origin in the stator.
  • the storage capacitor When the switch in series with the braking resistor is closed, the storage capacitor therefore discharges into this resistor, and part of the energy dissipated in the braking resistor is supplied by the storage capacitor.
  • the braking of the rotor is therefore less effective than if the energy dissipated in the braking resistor was supplied only by the generator.
  • the overall efficiency of the converter is reduced by the fact that the energy coming from the storage capacitor which is dissipated in the braking resistor is lost for the supply of the circuits for which it was intended.
  • the object of the present invention is to provide a converter of the type described above, but which does not have the disadvantages thereof, that is to say a converter in which the set speed of the generator rotor can be chosen at a low value so that the efficiency and the autonomy of this converter are great, in which the number of turns of the coil of this generator is however low enough so that this coil can be manufactured in a volume and at a low price, and in which the generator provides in all circumstances, with safety, a sufficient amount of energy so that the voltage across the storage capacitor remains permanently high enough for the electronic circuits powered by this voltage work properly.
  • the mechanical energy to electrical energy converter shown in FIG. 1 is intended to equip a timepiece.
  • a mechanical energy source 1 constituted by a barrel spring which has only been shown schematically because it is of the same kind as those which are used in mechanical timepieces and which are well known.
  • This spring is coupled to a manual or automatic winding mechanism which has not been shown because it can be similar to any of the many mechanisms of this kind which are well known in watchmaking.
  • the converter of FIG. 1 also comprises an electrical energy generator 2, similar to that which is described by the patent application JP-A-5,285,851 already mentioned.
  • This generator 2 which is shown diagrammatically, resembles stepper motors as they are commonly used in electronic timepieces. Like these motors, it comprises a rotor 3 comprising a permanent bipolar magnet 3a having an axis of magnetization substantially perpendicular to the axis of rotation 3b of the rotor 3. To avoid unnecessarily complicating the drawing, the rotor 3 has not been shown in detail in the figures where it is simply symbolized by the magnet 3a.
  • the rotor 3, and therefore the magnet 3a are rotated around the axis 3b by the spring 1, by means of a gear train 4 symbolized by a dashed line.
  • the generator 2 also includes a stator 5 which magnetically couples the magnet 3a to a coil 6.
  • the stator 5 has two air gaps 5a and 5b arranged symmetrically with respect to the axis 3b of the rotor 3 and which separate from one another two pole shoes each terminating a pole piece, the other end is connected to one of the ends of the core of the coil 6.
  • the air gaps 5a and 5b can moreover be replaced by metal parts forming only one piece with the rest of the stator and the dimensions of which are such that they have a very high reluctance.
  • the stator 5 does not include any means such as notches in the wall of the pole shoes, which are intended, in stepper motors, to create a positioning torque of the rotor.
  • the converter further comprises a rectifier circuit 7 which transforms the alternating voltage produced by the coil 6 in response to the rotation of the magnet 3a into a rectified voltage, and a storage capacitor 8 which filters this rectified voltage and which temporarily stores the electrical energy produced by the converter.
  • the rectifier 7 has not been shown in detail, since it may be similar to any of the rectifiers which are well known to specialists. It can be, for example, a simple bridge rectifier, or a voltage doubler rectifier. In the latter case, the capacitor 8 can advantageously consist of the two capacitors which are an integral part of this kind of rectifier.
  • the electronic circuits of the converter of FIG. 1, which will be described below, are supplied by the substantially direct voltage present at the terminals of the capacitor 8, by connections which have not been shown.
  • terminal 8a nor terminal 8b of capacitor 8 is at the same electrical potential as terminal 6a or terminal 6b of the coil 6.
  • the potential of terminal 6a of coil 6 is the reference potential of the converter or, in other words, that this terminal 6a is connected to the mass of the converter. It will also be accepted that the rectifier 7 is arranged so that the voltage present at the terminals 8a and 8b of the capacitor 8 is substantially symmetrical with respect to this reference potential, the potentials of the terminals 8a and 8b being respectively negative and positive with respect to this benchmark potential.
  • the timepiece equipped with the converter of FIG. 1 further comprises hands 9 for displaying the time. It may also include a calendar mechanism, or other ancillary mechanisms.
  • the needles 9 and, where appropriate, the annex mechanism, are also connected to the spring 1 and to the rotor 3 by at least part of the gear train 4.
  • the average speed of rotation of the needles 9, which must of course have a well-determined value, is controlled by a circuit 10 for adjusting the speed of rotation of the rotor 3.
  • This adjustment circuit 10 comprises electrical braking means 11 of the rotor 3 and a control circuit 12 of these braking means 11.
  • these braking means 11 comprise a braking resistor 13 and an electronic switch 14 constituted by a transmission door which is blocked or conductive depending on whether its control electrode 14a is respectively in the logic "0" or " 1 ".
  • braking means 11 are connected directly to the terminals of the coil 6 and not to the terminals of the capacitor 8 for storing electrical energy as in the converter described by patent CH-B-597,636 mentioned above.
  • the reference speed Vc of the rotor 3 has been fixed, by way of nonlimiting example, at 4 rotations per second, and the elements of the device, in particular the gear train 4, have been dimensioned so that the hands 9 of the timepiece rotate at their normal speed when the speed of rotation of the rotor 3 is equal to this set speed Vc.
  • control circuit 12 of the braking means 11 includes a quartz oscillator 21 which delivers a signal in the form of pulses having a frequency of 32,768 Hz.
  • This oscillator 21 is connected to the input of a counter 22 composed of thirteen flip-flops connected in cascade to each other in a conventional manner. These thirteen flip-flops have not been shown separately.
  • This counter 22 therefore has a counting capacity of 81 92, that is to say that its content, which is represented by the binary number formed by the logic states "0" and "1 of the direct outputs of its thirteen flip- flops, varies periodically and cyclically, when expressed in decimal notation, from 0 to 8191.
  • the output 22a of the counter 22 is constituted by the inverse output, generally designated by Q, of the last of the thirteen flip-flops of this counter 22.
  • This output 22a therefore delivers a signal having a frequency of 4 Hz or, in other words , a period of 250 milliseconds.
  • This signal goes from state “0" to state “1” each time the content of counter 22 goes from its maximum value 8191 to its minimum value 0, and returns to state “0" 125 milliseconds later. .
  • the signal produced by the output 22a of the counter 22 will be called the reference signal in the following description.
  • the output 22a of the counter 22 is connected to the clock input Ck of a flip-flop 23.
  • This flip-flop 23 is of type T, so that its outputs Q and cr change state each time the reference signal goes from logic state "0" to logic state "1", provided that its reset input R is in state "0" at this time.
  • the outputs Q and Q of the flip-flop 23 are respectively in the state "0” and "1", independently of the state of the input Ck. This last state of the flip-flop 23 will be designated as its rest state.
  • the outputs Q of the thirteen flip-flops which make up the counter 22, of which only the first, Q1, and the last, Q13, have been represented, are connected to the first thirteen inputs of a binary digital comparator 24 of which, again, only the first and the last were represented. These first inputs will be designated overall as the inputs A of the comparator 24.
  • the comparator 24 furthermore comprises second inputs, also thirteen in number, which will be designated, overall, as being its inputs B. Again, only the first and the last of the inputs B have been shown.
  • the comparator 24 also includes an output 24a which is normally in the logic state “0” and which takes the state “1” when the binary numbers represented respectively by the logic states of the inputs A and B are equal. This output 24a is connected to the reset input R of the flip-flop 23.
  • the inputs B of the comparator 24 are connected to the outputs Q of thirteen flip-flops which are part of a reversible counter 25. These flip-flops have not been shown separately, and only the outputs of the first, Q1, and of the last , Q13, of these flip-flops have been shown.
  • the reversible counter 25 Since the reversible counter 25 has the same number of flip-flops as the counter 22, the counting capacities of these two counters are therefore equal.
  • the counter 25 is arranged, in a well-known manner, so that its content is increased by one unit each time its counting input C changes from state “0" to state "1", and this content is decreased by one each time its down counting input D goes from state “0" to state "1".
  • the inputs C and D of this counter 25 are respectively connected to the outputs of two AND gates 26 and 27.
  • the first inputs of these gates 26 and 27 are connected together to the output of a formatter circuit 28, and their second inputs are respectively connected to the outputs Q and Q flip-flop 23.
  • This exit Q of the flip-flop 23 is also connected to the control electrode 14a of the transmission door 14.
  • the forming circuit 28 is arranged so that its output delivers a pulse each time the voltage of its input, which is connected to terminal 6b of the coil 6, passes through zero from its negative values to its positive values. It comprises, for example, an amplifier 28.1 with high gain and high input impedance, a capacitor 28.2 and a resistor 28.3 connected to each other as shown.
  • FIGS. 2a and 2b the diagrams designated by 22a, Q23 and 28a respectively represent the logic states of the signals measured at the output 22a of the counter 22, at the output Q of the flip-flop 23 and at the outlet 28a of the formatter 28, and the diagrams designated by V and X schematically represent the speed of the rotor 3 and, respectively, its angular position as a function of time.
  • This angular position is identified by the angular position of the magnetization axis of the magnet 3a, and the origin of the angles X is chosen arbitrarily at the position through which this rotor 3 passes when, in the absence of any current by the coil 6, the voltage of the terminal 6b of the latter goes through zero increasing or, in other words, from its negative values to its positive values.
  • This position which will be called the zero position of the rotor 3 in the following description, is one of those where the magnetization axis of the magnet 3a is perpendicular to the right joining the middle of the two air gaps 5a and 5b . It practically corresponds to the position through which the rotor 3 passes when the formatter 28 delivers a pulse.
  • the reference signal goes from state “0" to state "1" at time t01.
  • the flip-flop 23 therefore takes the state where its outputs Q and Q are respectively in state “1” and in state "0". This latter state “0” causes the transmission door 14 to block.
  • the rotor 3 is therefore no longer braked by the resistor 13, and its speed V increases rapidly to take a high value.
  • the speed V of the rotor 3 is also not constant when this rotor 3 is not braked. This speed depends in particular on the current supplied by the coil 6 to the capacitor 8. However, as long as the no-load voltage output of the rectifier 7, that is to say the voltage which would be measured at its terminals if the latter were not not connected to the capacitor 8 or to the rest of the circuit, is less than the voltage across the capacitor 8, the coil 6 does not supply any current, and the rotor 3 is therefore not subjected to any electrical braking. By cons, as soon as the no-load output voltage of the rectifier 7 becomes greater than the voltage across the capacitor 8, the coil 6 begins to supply a current which charges this capacitor 8. The rotor 3 is therefore subjected to a braking torque due to the supply of this current.
  • the latter is also not constant either because it depends, among other things, on the speed of rotation of the rotor 3 and the angular position of the latter. Still to simplify the drawing, it is the average speed of the rotor 3 when it is not braked which is represented in FIGS. 2a and 2b with the reference V2.
  • the content of the counter 22 increases regularly, starting from its zero value, in response to the pulses supplied by the oscillator 21.
  • the reference signal returns to the state "1", at an instant t02, before the rotor 3 has completed its first turn.
  • the rotor 3 is therefore late.
  • this change to state “1” of the reference signal causes the transmission door 14.
  • the rotor 3 not to be braked since this instant t02, it very quickly ends its first round, and begins a second round, at an instant t21 posterior to the instant t02 and very close to it.
  • the comparison circuit formed by the gates 26 and 27 delivers a comparison signal in the form of a pulse which appears at the output of gate 26 in response to the pulse delivered by trainer 28 at time t21.
  • the output of the gate 26 being connected to the input C of the counter 25, the content of the latter therefore takes the value (N + 1) at this time t21, in response to this comparison signal.
  • the rotor 3 continues to rotate at low speed after the instant t12.
  • the time T2 which separates the instants t02 and t12 is longer than the time T1 mentioned above.
  • this time T2 is proportional to the number (N + 1) contained in the counter 25 at time t12, a number which is obviously greater than the number N which determined the duration of the time T1.
  • FIG. 2b The second of the cases which may arise at the end of the first turn of the rotor 3 is illustrated by FIG. 2b in which the left part also corresponds to this first turn and will not be described again.
  • the rotor 3 ends its first turn at an instant t21 'situated before the instant t02' where the reference signal goes from the state "0" to the state "1". He is therefore ahead.
  • the comparison signal has, in this case, the form of a pulse which appears at the output of the gate 27 in response to the impulse supplied at this time t21 'by the trainer 28.
  • the output of gate 27 being connected to input D of counter 25, the content of this counter takes a value (N-1) in response to this comparison signal.
  • the rotor 3 is braked from this instant t12 'and then continues to rotate at low speed.
  • the time T2 ' which separates the instants t02' and t12 'and during which the rotor is not braked is shorter than the time T1 mentioned above, since it is proportional to the number (N-1) contained in the counter 25 at time t12 ', a number which is obviously less than the number N.
  • the content of the counter 25 is incremented or decremented depending on whether the comparison signal between the real angular position of the rotor 3 at each instant t0 and its zero position shows that it is late or early.
  • the average speed Vt of the rotor 3 depends directly on the time during which it is not braked and therefore rotates at a high speed, time which is proportional to the number contained in the counter 25. All other things being equal, an increase or decrease in this number therefore causes an increase or, respectively, a decrease in this average speed Vt.
  • the circuit 10 adjusts the average speed of the rotor 3 during each period of the reference signal as a function of the result of a comparison, carried out just before or just after the start of this period, between the actual position of the rotor 3 and the position it would occupy if it were to rotate continuously at the set speed Vc.
  • This periodic regulation is carried out thanks to the fact that the circuit 12 systematically opens the switch 14 in series with the braking resistor 13 at the start of each period of the reference signal, which allows the rotor 3 to rotate at a speed greater than the setpoint speed Vc, and closes this switch after a time which is always less than the period of the reference signal and which depends on the result of the above comparison, which causes the braking of the rotor 3 to a speed which is on average less than the set speed Vc.
  • the period of the reference signal is equal to the time that the rotor 3 would take to make exactly one revolution, that is 360 °, if it rotated at the set speed Vc.
  • This period of the reference signal is obviously also equal to the period that the voltage supplied by the coil 6 would have if the rotor 3 rotated at the set speed Vc.
  • the components of the converter, and in particular the braking resistor 13, can therefore be dimensioned so that the speed 3 when it is braked is much lower than in the known converter described by patent CH-B-597,636.
  • the value minimum of the braking resistor 13 is limited only by the fact that the voltage across the terminals of the coil 6 must have a sufficient value for the formatter 28 to function correctly even when the transmission door 14 is conductive.
  • the speed of the rotor 3 when it is braked can be chosen at a value as low as about 1 revolution per second.
  • the set speed Vc is four revolutions per second, whereas it cannot be less than eight to ten revolutions per second in the known converter, as has been explained above.
  • the number of turns of the coil 6 can be low enough so that its volume is compatible with the space available in a timepiece such as a wristwatch, that its manufacture poses no particular problem, and that its cost price is therefore low.
  • the DC voltage necessary for the operation of the various electronic circuits can be easily obtained by using a simple rectifier, or possibly a voltage doubling rectifier, to rectify the AC voltage supplied by the coil 6.
  • the systematic triggering of the braking resistor 13 at the start of each period of the reference signal supplied by the counter 22 has the consequence that the set speed of the generator rotor can be chosen at a significantly lower value than in the known converter described above. All other things being equal, the efficiency and the autonomy of the converter of FIG. 1 are therefore clearly superior to those of the known converter.
  • the systematic and periodic triggering of the braking resistor 13 also has the consequence that the DC voltage necessary for the operation of the electronic circuits of the converter and, where appropriate, of the auxiliary circuits, can be obtained using a generator whose the coil has a sufficiently low number of turns so that its manufacture and its assembly in a timepiece of small volume do not pose any problem.
  • the instantaneous value of the voltage across the terminals of the coil 6 depends, in particular, on the product of the instantaneous values of the speed of rotation of the rotor 3 and on a term generally called the magnetic coupling factor between the magnet 3a. and coil 6.
  • the coupling factor which will be designated by C1 in the rest of this description, is equal to the partial derivative, with respect to the angle X defined above, of the product of the flux of the magnet 3a passing through the coil 6 by the number of turns of this coil 6. It has a substantially sinusoidal variation as a function of the angle X, with maximum values, one positive and the other negative, corresponding to the positions of the rotor 3 for which the angle X is 90 ° and 270 °. This variation is shown schematically in Figure 3.
  • the generator 2 can only supply electrical energy to the capacitor 8 when the no-load voltage at the output of the rectifier 7, that is to say the voltage which would be measured at its terminals if these do not were not connected to capacitor 8 and to the rest of the circuit, becomes greater than the voltage across capacitor 8.
  • the product of the instantaneous speed of the rotor 3 and the coupling factor C1 necessarily reaches a value at each revolution of the rotor such that the generator 2 begins to supply electrical energy to capacitor 8.
  • This supply of electrical energy causes, in a well known manner, a certain braking of the rotor 3 whose instantaneous speed decreases slightly.
  • This instantaneous speed remains however sufficient for the electrical energy to continue to be supplied to the capacitor 8 until the coupling factor C1 reaches a value such that this supply is no longer possible, or until the circuit of control 12 causes braking of the rotor 3 by making the transmission door 14 conductive.
  • the electrical energy stored in the capacitor 8 can therefore in no case be dissipated in the braking resistor 13, which has the consequence, all other things being equal, of further increasing the efficiency of the converter of FIG. 1 and therefore its autonomy compared to those of the converter described in patent CH-B-597,636.
  • FIG. 4 represents the diagram of a control circuit 12 ′ of the braking means 11 of the converter of FIG. 1, which is a variant of the circuit 12 of this FIG. 1.
  • the counters 22 and 25 of the circuit 12 are replaced by other counters 22' and 25 'each comprising fifteen flip-flops.
  • the counting capacity of these counters 22 'and 25' is therefore equal to 32,768, and the period of the reference signal produced by the output 22'a of the counter 22 'is equal to 1 second.
  • the circuit 12 ' includes a comparator 24' similar to the comparator 24 of the circuit 12 but comprising fifteen first inputs A and fifteen second inputs B connected respectively to the fifteen outputs Q of the flip-flops of the counters 22 'and 25'.
  • a counter 29 comprising two flip-flops is interposed between the output of the trainer 28 and the first inputs of the doors 26 and 27.
  • the counting capacity of this counter 29 is 4.
  • the passage of the reference signal to the state "1 causes the flip-flop 23 to switch to the state where its output Q is in the logic state" 0 ", and therefore the blocking of the transmission door 14 which was previously conductive.
  • the braking of the rotor 3 is therefore eliminated, and the latter begins to rotate at high speed.
  • the pulses produced by the trainer 28 each time that the rotor 3 passes through its zero position are counted by the counter 29. The output of the latter therefore changes to state “1” each time the rotor 3 has made four turns.
  • this output of the counter 29 passes to the state “1 after the output Q of the flip-flop 23 has passed to the state“ 1 ”, which means that the rotor 3 is late with respect to the position it would occupy if it rotated at the set speed Vc, the content of the counter 25 'is increased by one unit in response to the comparison signal supplied, in this case, by the output of door 26.
  • the duration during which the rotor 3 will rotate at high speed during the next reference signal period will therefore be longer than during the previous period, and its average speed will be higher.
  • This circuit 12 ′ therefore also performs periodic regulation of the speed of rotation of the rotor 3.
  • the regulation of the average speed of the rotor 3 is made during each period of the reference signal as a function of a comparison, made at the start of this period, between the actual angular position of the rotor and the position it would occupy if it rotated at the set speed Vc.
  • the period of the reference signal corresponds to the time that the rotor 3 would take to make four turns, that is 1440 °, if it turned at an average speed equal to the set speed Vc.
  • Vt has been used in the description of FIG. 1 to designate the real average speed of the rotor 3 while it makes, roughly, the only revolution which it must make during each period of the reference signal. This same symbol Vt will be used in the remainder of this description to designate, in general, the real average speed of the rotor 3 pen during a period of the reference signal, whatever the number of turns it makes, roughly, during this period.
  • control circuit must be able to maintain in all circumstances the average speed Vt of the rotor 3 at a value close to the chosen reference speed Vc.
  • This speed Vt naturally depends, among other things, on the average speed of the rotor 3 during the periods when it is braked, the average speed which is designated by the reference V1 in in FIG. 2.
  • this average speed V1 must therefore also be low. It is clear that the lowest average speed V1 that can be reached is that at which the rotor 3 rotates when the terminals of the coil 6 are short-circuited.
  • the instantaneous speed of the rotor 3 when it is braked is not constant. This instantaneous speed depends on the magnetic coupling factor C1 between the magnet 3a and the coil 6, which was mentioned above, and therefore the variation as a function of the angular position X of the rotor 3 is shown diagrammatically in FIG. 3.
  • the value of the average speed V1 of the rotor 3 while it is braked is influenced unfavorably by these increases in its instantaneous speed, which consequently imposes a lower limit on the value which can be chosen for the reference speed Vc.
  • the converter shown in Figure 5 overcomes this drawback. Like the converter of FIG. 1, it is intended to equip a timepiece, and it comprises a spring 1 driving, via a gear train 4, the rotor 3 of an energy generator electric which is designated, in this case, by the reference 30, and hands 9 for displaying the time.
  • the spring 1, the gear train 4 and the needles 9 have not been shown in this figure 5.
  • the rotor 3 is identical to that of the generator 2 in FIG. 1 and, like the latter, it is symbolized by l magnet 3a which is part of it.
  • the generator 30, which is represented diagrammatically, has a structure which makes it resemble the motor described in patent US-A-4 371 821. Like this motor, the generator 30 comprises a stator 31 comprising three pole pieces 32, 33 and 34 .
  • the first ends of these pole pieces 32, 33 and 34 are separated from each other by air gaps 35, 36 and 37 and delimit a substantially cylindrical space in which the permanent magnet 3a of the rotor 3 is disposed.
  • the second end of the pole piece 32 is connected to the second end of the pole piece 33 by a frame 38 and to the pole piece 34 by a frame 39.
  • Two coils 40 and 41 are respectively arranged on the frames 38 and 39.
  • the generator 30 in FIG. 5 does not have any means for positioning the rotor 3.
  • the converter of FIG. 5 comprises a rectifier 7, similar to that of FIG. 1, the input of which is connected to the terminals 40a and 40b of the coil 40 and the output of which is connected to a storage and filtering capacitor 8, also similar to that in Figure 1.
  • the speed of rotation of the rotor 3 of the generator 30 is regulated by a circuit which includes braking means 11 'and a control circuit 12 of these braking means 11' which is identical, in this example, to circuit 12 in the figure 1 and which has therefore not been shown in detail again.
  • the input and output of this circuit 12, designated by 12a and by 12b in FIG. 5, correspond respectively to the input of the forming circuit 28 and to the output Q of the flip-flop 23 of FIG. 1.
  • the braking means 11 ′ comprise a resistor 13 and a transmission door 14 connected, in series with each other, to the terminals 40a and 40b of the coil 40.
  • This resistor 13 and this door 14 are similar to those of Figure 1.
  • the braking means 11 'further include a transmission door 42 connected directly to the terminals 41 a and 41 b of the coil 41.
  • the control electrode 42a of this door 42 is connected, like the control electrode 14a of the gate 14, at the output 12b of the control circuit 12.
  • Terminal 41a of coil 41 is connected to terminal 40a of coil 40, the potential of which is taken as the reference potential of the circuit.
  • the transmission door 42 therefore responds as the transmission door 14 to the signal produced by the control circuit 12. When this signal is in the logic state "0", these two doors 14 and 42 are blocked, and when it is in logic state "1", they are conductive.
  • the input 12a of the control circuit 12 is connected to the terminal 40b of the coil 40.
  • the coil 40 therefore plays the same role as the coil 6 of the converter of FIG. 1. It provides in particular the electrical energy intended to supply the circuit 12 and the other possible circuits, and the voltage present at its terminal 40b is used by this circuit 12 to determine the instants when the rotor 3 passes through its zero position.
  • the magnetic coupling factor of the magnet 3a with the coil 40 has a variation as a function of the angular position of the rotor 3 which is, at least as a first approximation, identical to that of the coupling factor C1 in the case of FIG. 1
  • the angular positions where this coupling factor is zero are close to those where the direction of the axis of magnetization of the magnet 3a makes an angle of 60 ° approximately with the straight line passing through the middle of the air gap 35 and through the axis of rotation of the rotor 3.
  • One of these two positions is the zero position of the rotor 3 defined above.
  • the magnet 3a is obviously also magnetically coupled to the coil 41.
  • the coupling factor C2 of this magnet 3a and of this coil 41 has a variation similar to that of the factor C1, but with zero values which are close to the angular positions of the rotor 3 where the direction of the magnetization axis of the magnet 3a makes an angle of approximately 60 ° with the straight line passing through the middle of the air gap 36 and through the axis of rotation of the rotor 3.
  • the rotor 3a is therefore effectively braked whatever its angular position, and its instantaneous speed, when it is braked, no longer exhibits the significant variations which it exhibited in the case of FIG. 1.
  • the set speed Vc can therefore be chosen to an even lower value than in the case of FIG. 1, which correspondingly reduces the mechanical and magnetic losses in the converter and therefore increases its efficiency.
  • the counting capacity of the counters 22 and 25 as well as, if necessary, the frequency of the signal supplied by the oscillator 21 must of course be adapted to the chosen target speed.
  • control circuit 12 ′ in FIG. 4 can also be used in a converter equipped with the generator 30 in FIG. 5. This variant will not be described here.
  • FIG. 6 represents the diagram of a control circuit 12 "of the braking means 11 which can be used in place of the circuit 12 in the converter of FIG. 5.
  • the counters 22 and 25 of circuit 12 are replaced by 22" and 25 "counters each comprising twelve flip-flops.
  • the counting capacity of these 22" and 25 "counters is therefore only 4096
  • the comparator 24 of circuit 12 is of course replaced by a comparator 24 "having twelve first and twelve second inputs, also designated respectively by A and B.
  • the formatter 28 of circuit 12 is replaced by a formator 28" whose output delivers a pulse each time the voltage across the coil 40 passes through zero in one direction or the other, that is to say twice per revolution of the rotor 3.
  • the trainer 28 “comprises, in this example, an amplifier 28.1, a capacitor 28.2 and a resistor 28.3 similar to the elements bearing the same references in FIG. 1, an inverter 28.4 a second capacitor 28.5, a second resistor 28.6 and an OR gate 28.7 All of these are connected to each other as shown.
  • circuit 12 is similar to the components of circuit 12 having the same references.
  • the generator 30 supplies electrical energy to each half-turn of the rotor 3.
  • the braking of the rotor 3 during the part of the period of the reference signal where it must be braked is however effective since the coupling factor C2 of the magnet 3a with the coil 41 reaches a high value during this part of this period.
  • the reference speed Vc of the rotor 3 could therefore be chosen at a lower value than four revolutions per second. It would of course be necessary, in such a case, to adapt the various components of the converter accordingly, in particular the oscillator 21 and / or the counter 22 "so that the period of the reference signal has a value corresponding to the chosen reference speed.
  • the coil 41 could be connected to the input of a rectifier, similar to rectifier 7, the output of which would also be connected to the capacitor of storage 8. In this embodiment, which has not been shown, the coil 41 would therefore also supply electrical energy to the capacitor 8.
  • the average speed Vt of the rotor 3 during a period of the reference signal starting at an instant t0 is adjusted by modifying by a fixed duration, at this instant t0, the time T2 or T2 'during which the rotor 3 will not be braked during this period, the direction of this modification being determined by the direction of the difference between the actual angular position of the rotor 3 at this time t0 and its zero position.
  • the average speed Vt of the rotor 3 during each period of the reference signal is simply adjusted as a function of the direction of the difference between the average speed Vt during the previous period and the reference speed Vc.
  • This adjustment mode has the advantage of being particularly simple to implement. However, depending on the type of converter in which it is used, and in particular according to the mechanical characteristics of the various moving elements of this converter and the electrical and magnetic characteristics of its generator 2, this mode of adjustment is not always the best. adapted.
  • the speed of the adjustment that is to say the speed with which the average speed Vt is brought back to a value close to the speed of reference Vc after having deviated considerably from it for any reason, can also be low.
  • this increase in the speed of adjustment can however cause instability of the speed Vt which can start to oscillate with a relatively large amplitude around the reference speed Vc.
  • This adjustment mode can advantageously be implemented in practically any type of converter because the influence of each of the pieces of information that it uses on the value of the modification imposed at time T2 or T2 'can be adapted as a function of the characteristics of the converter so as to ensure great speed in adjusting the speed Vt while virtually eliminating any risk of excessive oscillation of this speed Vt around the set speed Vc.
  • the mean speed of the rotor is regulated by adjusting, during each period of the reference signal, the duration during which it rotates at a speed higher than the setpoint speed as a function of the more or less direct measurement, made at the start of this period, of its average speed during the preceding period of the reference signal. It is obvious that this regulation can also be ensured by adjusting, during each period of the reference signal, the duration during which the rotor turns at a speed lower than the set speed according to the same comparison. Embodiments of converters according to the invention making use of this possibility have not been shown because they are easily deduced from those which have been described above.
  • the counter 25, 25 'or 25 "which determines the duration of the time T2 or T2' can be designed so its content automatically takes on a predetermined value at the moment when, after switching on the converter, the voltage across the terminals of the capacitor 8 reaches a value sufficient for the electronic circuits which it supplies to function properly.
  • This predetermined value may be equal, for example, half the maximum value that the contents of this 25, 25 'or 25 "counter can take.
  • the rotor 3 rotates continuously, sometimes at high speed, sometimes at low speed.
  • the setpoint speed Vc cannot therefore be chosen at an arbitrarily low value.
  • the minimum value that can be chosen is around two to three revolutions per second.
  • FIG. 7 represents the diagram of a converter in which the reference speed Vc of the rotor 3 can be chosen at a value practically as low as desired. In the example of this figure 7, this value was chosen at 0.5 revolutions per second.
  • the converter of FIG. 7 comprises, like those which have been described above, a source of mechanical energy constituted by a barrel spring, which is similar to those of the preceding converters and which has therefore not been shown.
  • This barrel spring is connected, via a gear train, also not shown, to the rotor 3 of a generator 50.
  • This rotor 3 is also similar to the rotors of the generators of the previous converters, and like those Ci, it is symbolized by the permanent magnet 3a which is part of it.
  • the generator 50 differs from the generator 2 in FIG. 1 only by the presence of two notches 51 and 52 which are formed in the wall of the pole shoes which surround the magnet 3a and which are diametrically opposite one another.
  • positioning torque which is exerted on the rotor 3 and which has a substantially sinusoidal variation as a function of the angular position of the rotor. 3, with a period equal to 180 °, that is to say a half-turn of the rotor 3.
  • This positioning torque has been shown in FIG. 8 with the reference CP.
  • the torque CP tends to rotate the rotor 3 in the increasing direction of the angle X when it is represented as positive in FIG. 8, and in the decreasing direction of the angle X when it is represented as negative.
  • the same convention will be used for the representation of the other couples which will be described later.
  • positions CP1 and CP2 are those for which the magnetization axis of the magnet 3a of the rotor 3 has a direction substantially perpendicular to the straight line joining the middle of the notches 51 and 52.
  • the straight line joining the middle of the notches 51 and 52 makes an angle of 10 ° with the straight line taken as the origin of the angles X.
  • this straight line taken as the origin of the angles X is perpendicular to the straight line joining the middle of air gaps 5a and 5b.
  • the two stable equilibrium positions CP1 and CP2 of the rotor 3 are therefore those where the magnetization axis of the magnet 3a makes an angle of 80 ° with the origin of the angles X and an angle of 90 ° with the straight line joining the middle of the notches 51 and 52.
  • the rotor 3 is also subjected to the mechanical motor torque transmitted by the gear train 4 which connects it to the spring 1.
  • the various components of the converter are chosen so that the maximum value of this mechanical torque is less than the maximum value of the positioning torque CP.
  • the variation of the torque CR is periodic, with a period equal to 180 °. Since, in addition, the maximum value of the mechanical torque CM is less than the maximum value of the torque CP, the torque CR has, on one revolution of the rotor, four zero values, two of which, separated by an angle of 180 °, correspond to positions d stable equilibrium and the other two, also separated by an angle of 180 °, correspond to unstable equilibrium positions of the rotor 3. In FIG. 8, the two stable equilibrium positions have been designated by P1 and P2 and the two positions of unstable equilibrium have been designated by P3 and P4.
  • the converter of FIG. 7 comprises braking means 11, a rectifier 7 and a capacitor 8 similar to those of FIG. 1 and which will not be described again here.
  • the converter of FIG. 7 also includes a circuit 53 for controlling the braking means 11.
  • This circuit 53 includes an oscillator 54 which delivers a signal in the form of pulses having a frequency of 32,768 Hz for example.
  • the output of the oscillator 54 is connected to the input of a counter 55 composed of fifteen flip-flops which have not been shown separately. These fifteen flip-flops are connected to each other in a cascade in a conventional manner, so that the counting capacity of the counter 55 is equal to 32,768.
  • the counter 55 has an output 55a constituted by the inverse output of the fifteenth of the above flip-flops and which therefore delivers a signal having a period of 1 second.
  • This output 55a is connected to the clock inputs Ck of three flip-flops 56, 57 and 58, all three of type T.
  • the counter 55 further comprises outputs 55b, 55c and 55d which are constituted by the direct outputs of its fifth, seventh and eighth flip-flops. These outputs 55b, 55c and 55d therefore deliver signals having frequencies of 2048 Hz, 256 Hz and 128 Hz respectively.
  • the outputs 55b, 55c and 55d of the counter 55 are connected to the inputs of an AND gate 59 whose output is connected to the reset input R of the flip-flop 56.
  • the outputs 55b and 55c of the counter 55 are connected to the inputs of another AND gate 60 whose output is connected to the reset input R of the flip-flop 58.
  • the output Q of the flip-flop 56 is connected to the control electrode 14a of the transmission door 14.
  • the outputs Q of the flip-flops 57 and 58 are connected to the inputs of a NAND gate 61 whose output is connected to the control electrode of a P-type MOS transistor designated by Tr1.
  • the output Q of the flip-flop 58 is further connected to an input of an AND gate 62 having a second input connected to the output Q of the flip-flop 57.
  • the output of the gate 62 is connected to the control electrode an N-type MOS transistor designated by Tr2.
  • the drains of the transistor Tr1 and Tr2 are connected, together, to the terminal 6b of the coil 6 and their sources are connected respectively to the terminals 8b and 8a of the capacitor 8.
  • the connections of these sources with these terminals have not been shown.
  • these terminals 8a and 8b respectively constitute the negative and positive terminals of the supply of the circuit.
  • the output 55a of the counter 55 delivers a signal having a period of 1 second which will later be shown to constitute a reference signal comparable to the reference signals described above.
  • the instants when this signal 55a goes to state "1" will be designated by t0, as above.
  • the output Q of the flip-flop 58 is in the state "0".
  • the outputs of the gates 61 and 62 are therefore respectively in the state “1” and in the state "0", and the two transistors Tr1 and Tr2 are blocked.
  • the coil 6 is shaped and arranged on the stator 5 so that when its terminal 6b is connected to the positive pole of the power supply, in a manner which will be described later, it creates a magnetic field which causes the rotation of the rotor 3 in the positive direction of the angle X when this rotor 3 is in its stable equilibrium position P1.
  • the magnetic field created by this coil 6 causes the rotation of the rotor 3 also in the positive direction of the angle X, but when this rotor 3 is in its stable equilibrium position P2.
  • the output 55a of the counter 55 goes to state "1".
  • the outputs 55b, 55c and 55d of this counter 55 pass to the state "0".
  • the inputs R of the flip-flops 56 and 58 therefore pass to the "O” state.
  • the Q output of the flip-flop 56 therefore goes to the "O” state, which blocks the transmission gate 14, and the Q outputs of the flip-flop 57 and 58 go to the "1" state.
  • the blocking of the transmission door 14 is not sufficient to cause the rotation of the rotor 3, since the latter is only subjected to the torque CR which tends to maintain it in the position P1.
  • the transistor Tr1 is made conductive by the state "0" which appears at the output of the gate 61.
  • the terminal 6b of the coil 6 is therefore connected to the positive pole of the power supply to the circuit, and a current begins to flow in this coil 6, in the direction of arrow 1.
  • the magnetic field produced by this current causes the rotor to rotate in the increasing direction of the angle X.
  • the generator 50 therefore operates, immediately after time t01, like a motor.
  • the transistor Tr is therefore blocked by the state "1" which appears at the output of the gate 61, and the current flowing in the coil 6 is interrupted.
  • the characteristics of the generator 50 and the duration of the time T3 separating the instants t01 and t31 have been chosen so that the rotor 3 is close to its unstable equilibrium position P3 at the instant t31 and that, if there is n has not reached this position P3 at this time, its kinetic energy is sufficient for it to reach and exceed it.
  • the rotor 3 which is at this instant t41 in an intermediate position Pf1 situated between its unstable equilibrium point P3 and its stable equilibrium point P2, is therefore braked, and its speed decreases sharply. It continues to rotate at slow speed in response to the torque CR which decreases and which is canceled when the rotor 3 reaches its second stable equilibrium position P2. The rotor 3 therefore stops in this position P2, after having made some oscillations around it.
  • the terminal 6b of the coil 6 is therefore connected, this time, to the negative pole of the power supply, and a current begins to flow in this coil 6, in the opposite direction to the arrow 1.
  • the field produced by this current causes the rotor 3 to rotate again in the direction of the increasing angle X.
  • the generator 50 therefore functions again as a motor.
  • the output of gate 60 goes to state "1" after a time T3, at a time situated approximately 2.2 milliseconds after time t02 and designated by t32.
  • the output Q of the flip-flop 58 therefore returns to the “0” state, which causes the transistor Tr2 to block.
  • the rotor 3 continues its rotation under the influence of its kinetic energy and the torque CR for a time T4, until the output of the gate 59 changes to the state "1", at a moment designated by t42 and located approximately 3.8 milliseconds after time t32 when the rotor 3 is in an intermediate position Pf2 located between its positions P4 and P1.
  • the average speed of rotation of the rotor 3 is indeed equal to the set speed Vc which has been chosen, ie in this example 0.5 revolutions per second.
  • the period of the reference signal is equal to the ratio between a predetermined angle of rotation of the rotor, 180 °, and the reference speed Vc.
  • the factor k mentioned above is therefore equal to 0.5, as in the case of FIG. 5.
  • this average speed is independent of the time actually taken by the rotor 3 to turn around, provided of course that this time is not greater than the period of the reference signal produced by the output 55a of the counter 55 .
  • the average speed of the rotor 3 only depends on the period of the reference signal. In a timepiece without a second hand, it would therefore be possible to choose a value even lower than 0.5 revolutions per second for this average speed.
  • the capacity of the storage capacitor 8 must be all the greater when this average speed is low. This capacitor 8 must in fact supply the various electronic elements throughout the time which separates two supplies of electrical energy by the generator 50, without the voltage at its terminals varying too much.
  • the volume of a capacitor being proportional to its capacity, it may prove impossible to choose a very low value for the reference speed Vc, the capacitor 8 then necessary being too bulky to enter a timepiece such that, for example, a wristwatch.
  • the generator 50 operates as a stepping motor. It receives from the storage capacitor 8 a certain amount of electrical energy, which it transforms, with a certain efficiency, into mechanical energy which it uses to rotate its rotor from its position P1 or P2, to its position P3 or , respectively, P4.
  • the magnitude of this mechanical energy is proportional to the area of each of the zones Z1 delimited by the X axis and the negative part of the curve CR in FIG. 8.
  • the rotor 3 of the generator 50 rotates at high speed under the influence of the torque CR.
  • the generator 50 therefore produces a certain amount of electrical energy, like the generators 2 and 30 of FIGS. 1 and 5. This amount of energy produced is substantially proportional to the surface of each of the zones Z2 delimited by the X axis and the positive part of the CR curve in Figure 8, between points P3 and Pf1 1 or P4 and Pf2.
  • the generator 50 still produces a certain amount of electrical energy, but this energy is dissipated in the resistor 13, which causes braking of the rotor 3.
  • the rotor 3 then remains stationary until the time t0 following when the process described above start again.
  • the converter When the spring 1 is wound up, after such a stop, the converter does not start to operate again if adequate means are not provided for this purpose, since the mechanical motor torque applied by the spring 1 to the rotor 3 via the train 4 is less than the positioning torque created by the notches 51 and 52, and that no more electrical energy is available in the capacitor 8 to overcome this positioning torque.
  • the means required to restart the converter can be mechanical in nature. They can for example be constituted by a clutch responding to a rapid rotation of a control rod, such as the time-setting rod of the watch, for connecting this control rod to the rotor 3.
  • These means can also be of an electrical nature. They can for example be constituted by a photoelectric cell connected in parallel with the capacitor 8 and capable of charging the latter when it receives a sufficient quantity of light.
  • Such a cell has been represented in FIG. 7, in dotted lines, with the reference 63.
  • the rotor of the generator has a single permanent magnet having only one pair of magnetic poles.
  • the voltage produced by this generator therefore has a full period for each revolution of the rotor.
  • the period of the reference signal is equal to the ratio between a predetermined angle of rotation of the rotor and the set speed Vc, this predetermined angle being equal to k ⁇ 360 ° with preferably, k equal to 0.5 or to a whole number equal to or greater than 1.
  • the permanent magnet of the generator rotor can comprise not one but p pairs of magnetic poles, with p integer.
  • the voltage produced by the generator therefore has p periods per revolution of the rotor.
  • the predetermined angle mentioned above is then obviously equal to k ⁇ 360 ° / p, the period of the reference signal always having to be equal to the ratio between this predetermined angle and the set speed.
  • the generator rotor does not have a single permanent magnet but, like the generator rotor described in patent CH-B-597,636 mentioned above, a plurality of magnets arranged at the periphery of 'a rotating disc. In such a case, the number p above is obviously equal to half the number of these magnets.
  • a generator according to the invention may also not include a stator for magnetically coupling its magnet (s) to its coil (s).
  • the capacitor 8 for storing electrical energy can be replaced without difficulty by a rechargeable accumulator.

Abstract

1. A mechanical-to-electrical energy converter which comprises : - an electrical energy generator (2; 30; 50) having a rotor (3) and means (6, 7; 40, 41, 7) for generating said electrical energy in response to rotation of said rotor (3) ; - means (8) for storing at least temporarily said electrical energy ; - a mechanical energy source (1) connected mechanically to said rotor (3) and able to generate a mechanical driving torque for driving said rotor (3) at a first speed greater than a predetermined set speed in the absence of any other influence ; - means (21, 22; 22'; 22"; 54, 55) for generating a periodic reference signal having a period equal to the ratio between a predetermined angle of rotation of said rotor (3) and said set speed ; - means (23 to 28; 23, 24', 25', 26 to 29; 23, 24", 25", 26, 27, 28"; 56, 59) for generating a control signal having a first and a second state ; and - means (11; 11') for electrically braking said rotor (3) able to respond to said first state of the control signal to cause the application to said rotor (3) of a braking torque opposed to said mechanical driving torque and imposing on said rotor (3) a second speed lower on average than said set speed and able to respond to said second state of the control signal to stop said application to the rotor (3) of said braking torque ; characterized in that said means (23 to 28; 23, 24', 25', 26 to 29; 23, 24", 25", 26, 27, 28"; 56, 59) for generating a control signal include means (23, 56) for putting said control signal into one of said states at each one of a plurality of first instants that follow each other periodically with a period equal to that of said reference signal, and means (24 to 28; 24', 25', 26 to 29; 24", 25", 26, 27, 28"; 59) for putting said control signal into the other of said states at second instants, each separated from the immediately preceding first instant by a time interval having a duration less than said reference signal period.

Description

La présente invention a pour objet un convertisseur d'énergie mécanique en énergie électrique.The present invention relates to a converter of mechanical energy into electrical energy.

Les piles et les batteries utilisées pour alimenter des dispositifs portables, tels que des pièces d'horlogerie électroniques, des appareils de photo ou des récepteurs de radio, présentent de nombreux inconvénients. En particulier, leur durée de vie est limitée, ce qui impose leur remplacement plus ou moins fréquent, et leur étanchéité n'est souvent pas parfaite, ce qui peut provoquer des dégats aux appareils qu'elles alimentent.The cells and batteries used to power portable devices, such as electronic timepieces, cameras or radio receivers, have many disadvantages. In particular, their lifespan is limited, which requires them to be replaced more or less frequently, and their sealing is often not perfect, which can cause damage to the devices they supply.

Il a été proposé de remplacer ces piles et ces batteries par des convertisseurs comportant un générateur rotatif d'énergie électrique entraîné en rotation par une source d'énergie mécanique.It has been proposed to replace these cells and batteries with converters comprising a rotary generator of electrical energy driven in rotation by a source of mechanical energy.

Le brevet CH-B-597 636, par exemple, décrit une pièce d'horlogerie électronique alimentée en énergie électrique par un tel convertisseur. Dans ce convertisseur, la source d'énergie mécanique est constituée par un ressort de barillet du genre, bien connu, de ceux qui entraînent les pièces d'horlogerie mécaniques de petit volume, qui est relié à un dispositif de remontage manuel ou automatique.Patent CH-B-597,636, for example, describes an electronic timepiece supplied with electrical energy by such a converter. In this converter, the mechanical energy source is constituted by a barrel spring of the type, well known, of those which drive mechanical timepieces of small volume, which is connected to a manual or automatic winding device.

Le générateur d'énergie électrique décrit dans ce brevet CH-B-597 636 comporte six aimants permanents fixés à un rotor entraîné en rotation par le ressort, par l'intermédiaire d'un train d'engrenages. Il comporte également une bobine fixe, disposée à proximité du rotor, de manière que le déplacement des aimants permanents par rapport à cette bobine induise dans cette dernière une tension alternative.The electric power generator described in this patent CH-B-597,636 comprises six permanent magnets fixed to a rotor driven in rotation by the spring, by means of a gear train. It also comprises a fixed coil, arranged near the rotor, so that the displacement of the permanent magnets relative to this coil induces in the latter an alternating voltage.

Le convertisseur comporte en outre un circuit redresseur qui transforme la tension alternative produite par la bobine en réponse à la rotation des aimants en une tension redressée, et un condensateur de stockage et de filtrage qui emmagasine temporairement l'énergie électrique produite par le générateur et la restitue sous la forme d'une tension sensiblement continue.The converter also comprises a rectifier circuit which transforms the alternating voltage produced by the coil in response to the rotation of the magnets into a rectified voltage, and a storage and filtering capacitor which temporarily stores the electric energy produced by the generator and the restores in the form of a substantially continuous voltage.

La pièce d'horlogerie décrite dans ce brevet CH-B-597 636 comporte en outre des aiguilles d'affichage de l'heure qui sont également reliées au ressort par au moins une partie du train d'engrenages reliant ce ressort au rotor du générateur.The timepiece described in this patent CH-B-597,636 further includes time display hands which are also connected to the spring by at least part of the gear train connecting this spring to the generator rotor. .

La vitesse moyenne de rotation des aiguilles, qui doit bien entendu avoir une valeur bien déterminée, est contrôlée par un circuit électronique de réglage de la vitesse moyenne de rotation du rotor du générateur.The average speed of rotation of the needles, which must of course have a well-determined value, is controlled by an electronic circuit for adjusting the average speed of rotation of the generator rotor.

Ce circuit de réglage est alimenté par la tension sensiblement continue présente aux bornes du condensateur de stockage mentionné ci-dessus. Il comporte des moyens de freinage électrique reliés en parallèle avec le condensateur de stockage, et un circuit de commande de ces moyens de freinage. Ces derniers sont constitués par une résistance de freinage et un interrupteur électronique reliés en série l'un avec l'autre.This adjustment circuit is supplied by the substantially continuous voltage present at the terminals of the storage capacitor mentioned above. It comprises electrical braking means connected in parallel with the storage capacitor, and a circuit for controlling these braking means. The latter consist of a braking resistor and an electronic switch connected in series with each other.

Le circuit de commande des moyens de freinage comporte une source délivrant un signal de référence ayant une fréquence bien déterminée.The braking means control circuit includes a source delivering a reference signal having a well-determined frequency.

La source du signal de référence est constituée par un oscillateur à quartz relié à l'entrée d'un cicuit diviseur de fréquence dont la sortie délivre le signal de référence sous la forme d'impulsions.The source of the reference signal is constituted by a quartz oscillator connected to the input of a frequency divider circuit whose output delivers the reference signal in the form of pulses.

Le circuit de commande comporte en outre un compteur réversible, ou compteur-décompteur, dont l'entrée de décomptage reçoit le signal de référence et dont l'entrée de décomptage reçoit un signal de mesure ayant une fréquence égale à la fréquence de la tension alternative produite par la bobine, et donc proportionelle à la vitesse de rotation du rotor.The control circuit further comprises a reversible counter, or up-down counter, whose down-counting input receives the reference signal and whose down-counting input receives a measurement signal having a frequency equal to the frequency of the alternating voltage produced by the coil, and therefore proportional to the speed of rotation of the rotor.

Le compteur réversible produit un signal qui ferme l'interrupteur branché en série avec la résistance de freinage lorsque son contenu est supérieur à zéro, et qui ouvre cet interrupteur dans le cas contraire.The reversible counter produces a signal which closes the switch connected in series with the braking resistor when its content is greater than zero, and which opens this switch otherwise.

Les divers éléments du train d'engrenages sont dimensionnés de manière que si le rotor tournait en permanence à une vitesse telle que la fréquence du signal de mesure soit égale à celle du signal de référence, les aiguilles d'affichage de l'heure tourneraient à leur vitesse normale, c'est-à-dire un tour toutes les douze heures pour l'aiguille des heures, un tour par heure pour l'aiguille des minutes et, le cas échéant, un tour par minute pour l'aiguille des secondes.The various elements of the gear train are dimensioned so that if the rotor was continuously rotating at a speed such that the frequency of the measurement signal is equal to that of the reference signal, the time display hands would rotate at their normal speed, i.e. one revolution every twelve hours for the hour hand, one revolution per hour for the minute hand and, if necessary, one revolution per minute for the second hand .

Cette vitesse de rotation du rotor sera appelée vitesse de consigne Vc dans la suite de cette description.This rotational speed of the rotor will be called the reference speed Vc in the rest of this description.

Les éléments du convertisseur sont en outre dimensionnés de manière que si l'interrupteur est ouvert, c'est-à-dire si la résistance de freinage n'est pas reliée aux bornes du condensateur de stockage, le rotor est accéléré jusqu'à une vitesse supérieure à cette vitesse de consigne Vc en réponse au couple moteur qui lui est appliqué par le ressort par l'intermédiaire du train d'engrenages.The elements of the converter are also dimensioned so that if the switch is open, that is to say if the braking resistor is not connected to the terminals of the storage capacitor, the rotor is accelerated to a speed greater than this reference speed Vc in response to the motor torque applied to it by the spring via the gear train.

Les éléments du convertisseur sont également dimensionnés de manière que, si l'interrupteur est fermé, et que la résistance de freinage est donc branchée en parallèle avec le condensateur de stockage, le rotor est freiné jusqu'à une vitesse qui est, en moyenne, inférieure à la vitesse Vc en réponse au couple de freinage électrique causé par le branchement de la résistance de freinage en parallèle avec le condensateur de stockage.The elements of the converter are also dimensioned so that, if the switch is closed, and the braking resistor is therefore connected in parallel with the storage capacitor, the rotor is braked to a speed which is, on average, lower than the speed Vc in response to the electric braking torque caused by the connection of the braking resistor in parallel with the storage capacitor.

Il est facile de voir que, dans ces conditions, la vitesse instantanée du rotor oscille de part et d'autre de cette vitesse de consigne Vc.It is easy to see that, under these conditions, the instantaneous speed of the rotor oscillates on either side of this set speed Vc.

En effet, lorsque le contenu du compteur réversible est inférieur à zéro, l'interrupteur est ouvert et le rotor est accéléré. Lorsque sa vitesse devient supérieure à la vitesse de consigne Vc, la fréquence du signal de mesure devient supérieure à la frequence du signal de référence. Le compteur réversible est donc incrémenté plus vite qu'il n'est décrémenté, et son contenu augmente. Lorsque ce contenu devient supérieure à zéro, le compteur réversible ferme l'interrupteur en série avec la résistance de freinage. Depuis cet instant, le rotor est donc freiné, et sa vitesse diminue.When the content of the reversible counter is less than zero, the switch is open and the rotor is accelerated. When its speed becomes greater than the setpoint speed Vc, the frequency of the measurement signal becomes greater than the frequency of the reference signal. The reversible counter is therefore incremented faster than it is decremented, and its content increases. When this content becomes greater than zero, the reversible counter closes the switch in series with the braking resistor. From this moment, the rotor is therefore braked, and its speed decreases.

Lorsque cette vitesse devient inférieure à la vitesse de consigne Vc, la fréquence du signal de mesure devient inférieure à celle du signal de référence. Le compteur réversible est donc décrémenté plus vite qu'il n'est incrémenté, et son contenu diminue. Lorsque ce contenu devient inférieure à zéro, le compteur réversible ouvre à nouveau l'interrupteur. Depuis cet instant, le rotor n'est donc plus freiné, sa vitesse augmente, et le processus décrit ci-dessus recommence.When this speed becomes lower than the set speed Vc, the frequency of the measurement signal becomes lower than that of the reference signal. The reversible counter is therefore decremented faster than it is incremented, and its content decreases. When this content drops below zero, the reversible counter opens the switch again. From this moment, the rotor is therefore no longer braked, its speed increases, and the process described above begins again.

Si elle est mesurée sur un temps suffisament long, la vitesse moyenne du rotor est donc bien égale à la vitesse de consigne Vc.If it is measured over a sufficiently long time, the average speed of the rotor is therefore well equal to the set speed Vc.

Le rotor du générateur décrit ci-dessus présente le grave inconvénient d'avoir une grande inertie, ce qui le rend très sensible aux chocs de toutes natures que peut subir la pièce d'horlogerie. En outre, la bobine de ce générateur ne comporte pas de noyau, ce qui complique et renchérit sa fabrication et empêche de lui donner un nombre de spires élevé.The generator rotor described above has the serious drawback of having a large inertia, which makes it very sensitive to shocks of all kinds that the timepiece can undergo. In addition, the coil of this generator does not have a core, which complicates and increases its production and prevents it from being given a high number of turns.

Pour éviter ces inconvénients, il est possible de remplacer le générateur décrit ci-dessus par celui qui est décrit dans la demande de brevet japonais JP-A-52-85 851, qui se prête beaucoup mieux à un emploi dans une pièce d'horlogerie.To avoid these drawbacks, it is possible to replace the generator described above with that described in Japanese patent application JP-A-52-85 851, which lends itself much better to use in a timepiece. .

Ce générateur ressemble aux moteurs pas à pas tels qu'ils sont couramment utilisés dans les pièces d'horlogerie électroniques. Il comporte un rotor com- prenent un seul aimant bipolaire qui est couplé magnétiquement à une bobine par un stator.This generator resembles stepper motors as they are commonly used in electronic timepieces. It comprises a rotor comprising a single bipolar magnet which is magnetically coupled to a coil by a stator.

Comme dans les moteurs pas à pas, le stator de ce générateur présente deux épanouissements polaires entourant presque complètement le rotor et terminant, chacun, une pièce polaire dont l'autre extrémité est reliée à l'une des extrémités du noyau de la bobine. Les épanouissements polaires sont séparés par des entrefers disposés symétriquement par rapport à l'axe du rotor.As in stepper motors, the stator of this generator has two pole shoes almost completely surrounding the rotor and ending, each, a pole piece whose other end is connected to one of the ends of the coil core. The pole shoes are separated by air gaps arranged symmetrically with respect to the axis of the rotor.

Par contre, ce stator ne comporte pas les encoches, ou autres moyens, qui, dans les moteurs, servent à créer un couple de positionnement du rotor.On the other hand, this stator does not include the notches, or other means, which, in the motors, are used to create a positioning torque for the rotor.

Dans un convertisseur tel que celui vient d'être décrit, les pertes par frottement mécanique des diverses parties mobiles entre elles et leurs paliers sont directement proportionnelles à la vitesse de consigne Vc du rotor. En outre, les pertes par hysté- rèse et par courants de Foucault dans le stator du générateur, lorsque ce dernier en comporte un, sont respectivement proportionnelles à cette vitesse de consigne Vc et à son carré.In a converter such as that just described, the losses by mechanical friction of the various moving parts between them and their bearings are directly proportional to the set speed Vc of the rotor. In addition, the hysteresis and eddy current losses in the generator stator, when the latter has one, are respectively proportional to this set speed Vc and to its square.

Il est donc impératif de choisir pour cette vitesse de consigne Vc une valeur aussi faible que possible, pour que le rendement du convertisseur soit aussi élevé que possible, et que son autonomie, c'est-à-dire le temps pendant lequel il peut fonctionner sans que le ressort qui lui fournit l'énergie mécanique doive être remonté, soit aussi longue que possible.It is therefore imperative to choose for this reference speed Vc a value as low as possible, so that the efficiency of the converter is as high as possible, and that its autonomy, that is to say the time during which it can operate without the spring which supplies it with mechanical energy having to be wound up, is as long as possible.

Dans le convertisseur décrit par le brevet CH-B-597 636, la résistance de freinage reste enclenchée tant que le contenu du compteur-décompteur est plus grand que zéro. Il peut donc se produire que le rotor soit freiné sans interruption pendant un temps assez long, notamment si un choc angulaire l'a auparavant fortement accéléré.In the converter described by patent CH-B-597,636, the braking resistor remains engaged as long as the content of the up-down counter is greater than zero. It can therefore occur that the rotor is braked without interruption for a fairly long time, especially if an angular shock previously strongly accelerated it.

Les instants d'enclenchement et de déclenchement de la résistance de freinage surviennent en outre de manière pratiquement aléatoire par rapport à la position angulaire du rotor. Il peut donc arriver, pendant plusieurs tours consécutifs du rotor, que la tension alternative produite par la bobine du générateur soit proche de zéro entre chacun de ces instants de déclenchement et l'instant d'enclenchement suivant, et que ce générateur ne fournisse donc aucune énergie électrique.The instants of engagement and initiation of the braking resistor also occur practically randomly with respect to the angular position of the rotor. It can therefore happen, during several consecutive turns of the rotor, that the alternating voltage produced by the generator coil is close to zero between each of these triggering instants and the next engagement instant, and that this generator therefore does not provide any electric energy.

Pour éviter que la tension d'alimentation des circuits électroniques ne diminue trop dans de tels cas, il est nécessaire de dimensionner le convertisseur de manière que le générateur continue à fournir l'énergie électrique consommée par ces circuits même lorsque le rotor est freiné.To prevent the supply voltage of the electronic circuits from decreasing too much in such cases, it is necessary to size the converter so that the generator continues to supply the electrical energy consumed by these circuits even when the rotor is braked.

La vitesse de rotation du rotor lorsqu'il est freiné ne doit donc pas être choisie à une valeur trop faible, car sinon le nombre de spires de la bobine du générateur devrait être très élevé pour que la condition ci-dessus soit remplie. Cette bobine aurait alors un encombrement incompatible avec la place à disposition dans une pièce d'horlogerie de petit volume. Ou alors, si le diamètre de son fil est choisi suffisamment faible pour que cet encombrement ne soit pas trop grand, les difficultés techniques de sa fabrication, et donc son prix de revient, deviendraient très élevés.The rotational speed of the rotor when it is braked should therefore not be chosen too low, because otherwise the number of turns of the generator coil should be very high for the above condition to be fulfilled. This coil would then have a space incompatible with the space available in a timepiece of small volume. Or if the diameter of its wire is chosen small enough so that this space is not too large, the technical difficulties of its manufacture, and therefore its cost price, would become very high.

Il est bien connu que la tension fournie par la bobine dépend non seulement du nombre de spires de cette dernière et de la vitesse de rotation du rotor, mais également du nombre de pôles de l'aimant permanent et de la quantité de flux magnétique produit par cet aimant et traversant la bobine. Cette dernière quantité est généralement appelée «flux couplé».It is well known that the voltage supplied by the coil depends not only on the number of turns of the latter and the speed of rotation of the rotor, but also on the number of poles of the permanent magnet and the amount of magnetic flux produced by this magnet and going through the coil. This last quantity is generally called "coupled flow".

Il serait donc théoriquement possible d'augmenter ces deux dernièrs facteurs, ou au moins l'un d'entre eux, pour augmenter la tension produite par une bobine ayant un nombre de spires relativement faible en réponse à la tension d'un rotor tournant à une vitesse également faible.It would therefore theoretically be possible to increase these last two factors, or at least one of them, to increase the voltage produced by a coil having a relatively small number of turns in response to the voltage of a rotor rotating at an equally low speed.

Ces augmentations ne sont cependant pas pratiquement réalisables. D'une part, les aimants permanents multipolaires sont difficiles à réaliser, et donc chers. En outre, pour un matériau et un volume donnés, le produit du flux couplé par le nombre de paires de pôles de l'aimant diminue lorsque ce nombre de paires de pôles augmente.These increases are not practically achievable, however. On the one hand, permanent multipolar magnets are difficult to produce, and therefore expensive. In addition, for a given material and volume, the product of the flux coupled by the number of pairs of poles of the magnet decreases when this number of pairs of poles increases.

D'autre part, l'augmentation du flux couplé nécessite une diminution de la largeur de l'entrefer séparant l'aimant permanent du stator qui l'entoure ou l'emploi d'un aimant ayant un champ coercitif plus élevé. Ces modifications entraînent un resserrement des tolérances qui peuvent être admises pour la fabrication du stator et de l'aimant, et donc une augmentation de leur prix de revient. En outre, ces modifications entraînent également une augmentation du couple de positionnement résiduel du rotor et des frottements de son axe dans ses paliers, ce couple et ces frottements étant causés par les inexactitudes qui existent toujours dans les dimensions et les positions relatives réelles de l'aimant et du stator. Enfin, ces modifications entraînent une augmentation des pertes d'origine magnétique dans le stator.On the other hand, the increase in the coupled flux requires a reduction in the width of the air gap separating the permanent magnet from the stator which surrounds it or the use of a magnet having a higher coercive field. These modifications lead to a tightening of the tolerances which can be accepted for the manufacture of the stator and the magnet, and therefore an increase in their cost price. In addition, these modifications also lead to an increase in the residual positioning torque of the rotor and of the friction of its axis in its bearings, this torque and this friction being caused by the inaccuracies which still exist in the dimensions and the actual relative positions of the magnet and stator. Finally, these modifications lead to an increase in losses of magnetic origin in the stator.

Toujours dans le but de pouvoir utiliser une bobine ayant un nombre de spires pas trop élevé et de pouvoir choisir pour la vitesse de rotation du rotor une valeur faible, il serait aussi théoriquement possible d'utiliser un redresseur multiplicateur de tension pour redresser la tension produite par la bobine. Mais de tels redresseurs comportent un grand nombre de condensateurs, qui sont des éléments encombrants. Pratiquement, il n'est possible d'utiliser, dans un dispositif tel que celui qui à été décrit ci-dessus, que des redresseurs simples ou, au plus, des redresseurs dits «doubleurs de tension».Still in order to be able to use a coil having a number of turns which is not too high and to be able to choose a low value for the rotation speed of the rotor, it would also theoretically be possible to use a voltage multiplier rectifier to rectify the voltage produced by the coil. However, such rectifiers include a large number of capacitors, which are bulky elements. In practice, it is possible to use, in a device such as that which has been described above, only simple rectifiers or, at most, so-called "voltage doublers" rectifiers.

Il découle de ce qui précède que la vitesse de rotation du rotordu générateur d'un convertisseurtel que celui qui est décrit par le brevet CH-B-597 636 lorsqu'il est freiné doit être choisie à une valeur relativement élevée. La vitesse de consigne Vc de ce rotor, qui doit bien entendu être supérieure à cette dernière, ne peut donc pas être choisie à une valeur arbitrairement basse.It follows from the above that the rotational speed of the rotational generator of a converter such as that described by patent CH-B-597,636 when it is braked must be chosen at a relatively high value. The setpoint speed Vc of this rotor, which must of course be greater than the latter, cannot therefore be chosen at an arbitrarily low value.

Comme le rendement du convertisseur est d'autant plus grand que cette vitesse de consigne Vc est basse, cette dernière est choisie aussi proche que possible de la vitesse du rotor du générateur lorsqu'il est freiné. Il en découle que les éléments du convertisseur doivent être dimensionnés de manière que la vitesse du rotor du générateur lorsqu'il n'est pas freiné soit également proche de la vitesse de consigne Vc. Les variations de la vitesse instantanée du rotor autour de la vitesse de consigne Vc sont donc faibles.As the efficiency of the converter is higher the lower this set speed Vc, the latter is chosen as close as possible to the speed of the generator rotor when it is braked. It follows that the elements of the converter must be dimensioned so that the speed of the generator rotor when it is not braked is also close to the set speed Vc. The variations in the instantaneous speed of the rotor around the set speed Vc are therefore small.

Des considérations théoriques, qui ne seront pas reproduites ici, confirmées par des essais pratiques, ont montré que la vitesse de consigne Vc ci-dessus ne peut pas être inférieure à 8 à 10 tours par seconde si la bobine du générateur doit avoir un volume compatible avec le volume disponible dans une pièce d'horlogerie telle qu'une montre-bracelet, et si le diamètre du fil de cette bobine doit être compatible avec les exigences de fabrication en série et de faible prix de revient.Theoretical considerations, which will not be reproduced here, confirmed by practical tests, have shown that the setpoint speed Vc above cannot be less than 8 to 10 revolutions per second if the generator coil must have a compatible volume with the volume available in a timepiece such as a wristwatch, and if the diameter of the wire of this spool must be compatible with the requirements of mass production and low cost price.

Ces mêmes considérations et ces mêmes essais montrent que, pour une telle vitesse de consigne, le rendement et l'autonomie du convertisseur sont insuffisants pour qu'il puisse être utilisé pratiquement dans une pièce d'horlogerie de petit volume.These same considerations and these same tests show that, for such a reference speed, the efficiency and the autonomy of the converter are insufficient for it to be able to be used practically in a timepiece of small volume.

Le convertisseur décrit par le brevet CH-B-597 636 présente encore un autre inconvénient, dû au fait que les moyens de freinage du rotor sont reliés directement en parallèle avec le condensateur de stockage de l'énergie électrique fournie par le générateur.The converter described by patent CH-B-597,636 has yet another drawback, due to the fact that the braking means of the rotor are connected directly in parallel with the storage capacitor of the electrical energy supplied by the generator.

Lorsque l'interrupteur en série avec la résistance de freinage est fermé, le condensateur de stockage se décharge donc dans cette résistance, et une partie de l'énergie dissipée dans la résistance de freinage est fournie par le condensateur de stockage. Le freinage du rotor est donc moins efficace que si l'énergie dissipée dans la résistance de freinage était fournie uniquement par le générateur. En outre, le rendement global du convertisseur est diminué par le fait que l'énergie provenant du condensateur de stockage qui est dissipée dans le résistance de freinage est perdue pour l'alimentation des circuits à laquelle elle était destinée.When the switch in series with the braking resistor is closed, the storage capacitor therefore discharges into this resistor, and part of the energy dissipated in the braking resistor is supplied by the storage capacitor. The braking of the rotor is therefore less effective than if the energy dissipated in the braking resistor was supplied only by the generator. In addition, the overall efficiency of the converter is reduced by the fact that the energy coming from the storage capacitor which is dissipated in the braking resistor is lost for the supply of the circuits for which it was intended.

Le but de la présente invention est de proposer un convertisseur du genre de celui qui a été décrit ci-dessus, mais qui ne présente pas les inconvénients de celui-ci, c'est-à-dire un convertisseur dans lequel la vitesse de consigne du rotor du générateur peut être choisie à une valeur faible pour que le rendement et l'autonomie de ce convertisseur soient grands, dans lequel le nombre de spires de la bobine de ce générateur est cependant assez faible pour que cette bobine puisse être fabriquée dans un volume et à un prix bas, et dans lequel le générateur fournit en toutes circon- tances, avec sécurité, une quantité d'énergie suffisante pour que la tension aux bornes du condensateur de stockage reste en permanence assez élevée pour que les circuits électroniques alimentés par cette tension fonctionnent correctement.The object of the present invention is to provide a converter of the type described above, but which does not have the disadvantages thereof, that is to say a converter in which the set speed of the generator rotor can be chosen at a low value so that the efficiency and the autonomy of this converter are great, in which the number of turns of the coil of this generator is however low enough so that this coil can be manufactured in a volume and at a low price, and in which the generator provides in all circumstances, with safety, a sufficient amount of energy so that the voltage across the storage capacitor remains permanently high enough for the electronic circuits powered by this voltage work properly.

Ce but est atteint par le convertisseur revendiqué.This object is achieved by the claimed converter.

La présente invention va maintenant être décrite à l'aide du dessin dans lequel:

  • - la figure 1 représente schématiquement une forme d'exécution du convertisseur selon l'invention;
  • - les figures 2a et 2b sont des diagrammes permettant d'expliquer le fonctionnement du convertisseur de la figure 1;
  • - la figure 3 repésente schématiquement la variation du facteur de couplage entre le rotor et la bobine du générateur des figures 1 et 7, ou les bobines du générateur de la figure 5.
  • - la figure 4 représente le schéma d'une variante du circuit de commande des moyens de freinage de la figure 1;
  • - la figure 5 représente schématiquement une autre forme d'exécution du convertisseur selon l'invention;
  • - la figure 6 représente le schéma d'une variante du circuit de commande des moyens de freinage de la figure 5;
  • - la figure 7 représente schématiquement une autre forme d'exécution du convertisseur selon l'invention;
  • - la figure 8 représente schématiquement les couples exercés sur le rotor du générateur de la figure 7; et
  • - la figure 9 est un diagramme permettant d'expliquer le fonctionnement du convertisseur de la figure 7.
The present invention will now be described with the aid of the drawing in which:
  • - Figure 1 schematically shows an embodiment of the converter according to the invention;
  • - Figures 2a and 2b are diagrams to explain the operation of the converter of Figure 1;
  • FIG. 3 schematically represents the variation of the coupling factor between the rotor and the generator coil of FIGS. 1 and 7, or the generator coils of FIG. 5.
  • - Figure 4 shows the diagram of a variant of the control circuit of the braking means of Figure 1;
  • - Figure 5 shows schematically another embodiment of the converter according to the invention;
  • - Figure 6 shows the diagram of a variant of the control circuit of the braking means of Figure 5;
  • - Figure 7 schematically shows another embodiment of the converter according to the invention;
  • - Figure 8 shows schematically the torques exerted on the rotor of the generator of Figure 7; and
  • FIG. 9 is a diagram making it possible to explain the operation of the converter of FIG. 7.

Le convertisseur d'énergie mécanique en énergie électrique représenté à la figure 1 est destiné à équiper une pièce d'horlogerie.The mechanical energy to electrical energy converter shown in FIG. 1 is intended to equip a timepiece.

Il comporte une source d'énergie mécanique 1 constituée par un ressort de barillet qui n'a été représenté que de manière schématique car il est du même genre que ceux qui sont utilisés dans les pièces d'horlogerie mécanique et qui sont bien connus. Ce ressort est couplé à un mécanisme de remontage manuel ou automatique qui n'a pas été représenté car il peut être semblable à n'importe lequel des nombreux mécanismes de ce genre qui sont bien connus en horlogerie.It comprises a mechanical energy source 1 constituted by a barrel spring which has only been shown schematically because it is of the same kind as those which are used in mechanical timepieces and which are well known. This spring is coupled to a manual or automatic winding mechanism which has not been shown because it can be similar to any of the many mechanisms of this kind which are well known in watchmaking.

Le convertisseur de la figure 1 comporte également un générateur d'énergie électrique 2, semblable à celui qui est décrit par la demande de brevet JP-A-5 285 851 déjà mentionnée.The converter of FIG. 1 also comprises an electrical energy generator 2, similar to that which is described by the patent application JP-A-5,285,851 already mentioned.

Ce générateur 2, qui est représenté schématiquement, ressemble aux moteurs pas à pas tels qu'ils sont couramment utilisés dans les pièces d'horlogerie électroniques. Comme ces moteurs, il comporte un rotor 3 comprenant un aimant permanent bipolaire 3a ayant un axe d'aimantation sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation 3b du rotor 3. Pour éviter de compliquer inutilement le dessin, le rotor 3 n'a pas été représenté en détail dans les figures où il est simplement symbolisé par l'aimant 3a.This generator 2, which is shown diagrammatically, resembles stepper motors as they are commonly used in electronic timepieces. Like these motors, it comprises a rotor 3 comprising a permanent bipolar magnet 3a having an axis of magnetization substantially perpendicular to the axis of rotation 3b of the rotor 3. To avoid unnecessarily complicating the drawing, the rotor 3 has not been shown in detail in the figures where it is simply symbolized by the magnet 3a.

Le rotor 3, et donc l'aimant 3a, sont entraînés en rotation autour de l'axe 3b par le ressort 1, par l'intermédiaire d'un train d'engrenages 4 symbolisé par un trait mixte.The rotor 3, and therefore the magnet 3a, are rotated around the axis 3b by the spring 1, by means of a gear train 4 symbolized by a dashed line.

Le générateur 2 comporte également un stator 5 qui couple magnétiquement l'aimant 3a à une bobine 6.The generator 2 also includes a stator 5 which magnetically couples the magnet 3a to a coil 6.

Comme dans certains moteurs pas à pas, le stator 5 présente deux entrefers 5a et 5b disposées symétriquement par rapport à l'axe 3b du rotor 3 et qui séparent l'un de l'autre deux épanouissements polaires terminant chacun une pièce polaire dont l'autre extrémité est reliée à l'une des extrémités du noyau de la bobine 6. Les entrefers 5a et 5b peuvent d'ailleurs être remplacés par des parties métalliques ne formant qu'une pièce avec le reste du stator et dont les dimensions sonttelles qu'elles ont une réluctance très élevée.As in some stepper motors, the stator 5 has two air gaps 5a and 5b arranged symmetrically with respect to the axis 3b of the rotor 3 and which separate from one another two pole shoes each terminating a pole piece, the other end is connected to one of the ends of the core of the coil 6. The air gaps 5a and 5b can moreover be replaced by metal parts forming only one piece with the rest of the stator and the dimensions of which are such that they have a very high reluctance.

Par contre, le stator 5 ne comporte aucun des moyens tels que des encoches ménagées dans la paroi des épanouissements polaires, qui sont destinés, dans les moteurs pas à pas, à créer un couple de positionnement du rotor.By cons, the stator 5 does not include any means such as notches in the wall of the pole shoes, which are intended, in stepper motors, to create a positioning torque of the rotor.

Le convertisseur comporte en outre un circuit redresseur 7 qui transforme la tension alternative produite par la bobine 6 en réponse à la rotation de l'aimant 3a en une tension redressée, et un condensateur de stockage 8 qui filtre cette tension redressée et qui emmagasine temporairement l'énergie électrique produite par le convertisseur.The converter further comprises a rectifier circuit 7 which transforms the alternating voltage produced by the coil 6 in response to the rotation of the magnet 3a into a rectified voltage, and a storage capacitor 8 which filters this rectified voltage and which temporarily stores the electrical energy produced by the converter.

Le redresseur 7 n'a pas été représenté en détail, car il peut être semblable à n'importe lequel des redresseurs qui sont bien connus des spécialistes. Il peut être, par exemple, un simple redresseur en pont, ou un redresseur doubleur de tension. Dans ce dernier cas, le condensateur 8 peut être avantageusement constitué par les deux condensateurs qui font partie intégrante de ce genre de redresseur.The rectifier 7 has not been shown in detail, since it may be similar to any of the rectifiers which are well known to specialists. It can be, for example, a simple bridge rectifier, or a voltage doubler rectifier. In the latter case, the capacitor 8 can advantageously consist of the two capacitors which are an integral part of this kind of rectifier.

Les circuits électroniques du convertisseur de la figure 1, qui seront décrits ci-dessous, sont alimentés par la tension sensiblement continue présente aux bornes du condensateur 8, par des connexions qui n'ont pas été représentées.The electronic circuits of the converter of FIG. 1, which will be described below, are supplied by the substantially direct voltage present at the terminals of the capacitor 8, by connections which have not been shown.

Il est évident que ni la borne 8a ni la borne 8b du condensateur 8 n'est au même potentiel électrique que la borne 6a ou la borne 6b de la bobine 6.It is obvious that neither terminal 8a nor terminal 8b of capacitor 8 is at the same electrical potential as terminal 6a or terminal 6b of the coil 6.

Dans la suite de cette description, il sera admis à titre d'exemple non limitatif que le potentiel de la borne 6a de la bobine 6 est le potentiel de référence du convertisseur ou, en d'autres termes, que cette borne 6a est reliée à la masse du convertisseur. Il sera également admis que le redresseur 7 est agencé de manière que la tension présente aux bornes 8a et 8b du condensateur 8 soit sensiblement symétrique par rapport à ce potentiel de référence, les potentiels des bornes 8a et 8b étant respectivement négatif et positif par rapport à ce potentiel de référence.In the rest of this description, it will be accepted by way of nonlimiting example that the potential of terminal 6a of coil 6 is the reference potential of the converter or, in other words, that this terminal 6a is connected to the mass of the converter. It will also be accepted that the rectifier 7 is arranged so that the voltage present at the terminals 8a and 8b of the capacitor 8 is substantially symmetrical with respect to this reference potential, the potentials of the terminals 8a and 8b being respectively negative and positive with respect to this benchmark potential.

De même, dans la description des circuits logiques qui va suivre, les points dont le potentiel sera sensiblement égal à celui de la borne 8a ou de la borne 8b seront respectivement décrits comme étant à l'état logique «0» et à l'état logique « 1 ».Similarly, in the description of the logic circuits which will follow, the points whose potential will be substantially equal to that of terminal 8a or terminal 8b will be described respectively as being in logic state "0" and in state logic "1".

La pièce d'horlogerie équipée du convertisseur de la figure 1 comporte en outre des aiguilles 9 d'affichage de l'heure. Elle peut également comporter un mécanisme de calendrier, ou d'autres mécanismes annexes.The timepiece equipped with the converter of FIG. 1 further comprises hands 9 for displaying the time. It may also include a calendar mechanism, or other ancillary mechanisms.

Les aiguilles 9 et, le cas échéant, le mécanisme annexe, sont également reliés au ressort 1 et au rotor 3 par au moins une partie du train d'engrenages 4.The needles 9 and, where appropriate, the annex mechanism, are also connected to the spring 1 and to the rotor 3 by at least part of the gear train 4.

La vitesse moyenne de rotation des aiguilles 9, qui doit bien entendu avoir une valeur bien déterminée, est contrôlée par un circuit 10 de réglage de la vitesse de rotation du rotor 3.The average speed of rotation of the needles 9, which must of course have a well-determined value, is controlled by a circuit 10 for adjusting the speed of rotation of the rotor 3.

Ce circuit de réglage 10 comporte des moyens de freinage électrique 11 du rotor 3 et un circuit de commande 12 de ces moyens de freinage 11.This adjustment circuit 10 comprises electrical braking means 11 of the rotor 3 and a control circuit 12 of these braking means 11.

Dans cet exemple, ces moyens de freinage 11 comportent une résistance de freinage 13 et un interrupteur électronique 14 constitué par une porte de transmission qui est bloquée ou conductrice selon que son électrode de commande 14a est respectivement à l'état logique «0» ou « 1 ».In this example, these braking means 11 comprise a braking resistor 13 and an electronic switch 14 constituted by a transmission door which is blocked or conductive depending on whether its control electrode 14a is respectively in the logic "0" or " 1 ".

Ces moyens de freinage 11 sont branchés directement aux bornes de la bobine 6 et non pas aux bornes du condensateur 8 de stockage de l'énergie électrique comme dans le convertisseur décrit par le brevet CH-B-597 636 mentionnée ci-dessus.These braking means 11 are connected directly to the terminals of the coil 6 and not to the terminals of the capacitor 8 for storing electrical energy as in the converter described by patent CH-B-597,636 mentioned above.

Dans l'exemple de la figure 1 et dans les exemples qui seront décrits par la suite à l'aide des figures 4, 5 et 6, la vitesse de consigne Vc du rotor 3 a été fixée, à titre d'exemple non limitatif, à 4tours par seconde, et les éléments du dispositif, notamment le train d'engrenages 4, ont été dimensionnés de manière que les aiguilles 9 de la pièce d'horlogerie tournent à leur vitesse normale lorsque la vitesse de rotation du rotor 3 est égale à cette vitesse de consigne Vc.In the example of FIG. 1 and in the examples which will be described below with the aid of FIGS. 4, 5 and 6, the reference speed Vc of the rotor 3 has been fixed, by way of nonlimiting example, at 4 rotations per second, and the elements of the device, in particular the gear train 4, have been dimensioned so that the hands 9 of the timepiece rotate at their normal speed when the speed of rotation of the rotor 3 is equal to this set speed Vc.

Dans le convertisseur de la figure 1, le circuit de commande 12 des moyens de freinage 11 comporte un oscillateur à quartz 21 qui délivre un signal sous la forme d'impulsions ayant une fréquence de 32'768 Hz.In the converter of FIG. 1, the control circuit 12 of the braking means 11 includes a quartz oscillator 21 which delivers a signal in the form of pulses having a frequency of 32,768 Hz.

La sortie de cet oscillateur 21 est reliée à l'entrée d'un compteur 22 composé de treize flip-flops reliés en cascade les uns aux autres de manière classique. Ces treize flip-flops n'ont pas été représentés séparément.The output of this oscillator 21 is connected to the input of a counter 22 composed of thirteen flip-flops connected in cascade to each other in a conventional manner. These thirteen flip-flops have not been shown separately.

Ce compteur 22 a donc une capacité de comptage de 81 92, c'est-à-dire que son contenu, qui est représenté par le nombre binaire formé par les états logiques «0» et « 1 des sorties directes de ses treize flip-flops, varie périodiquement et cycliquement, lorsqu'il est exprimé en notation décimale, de 0 à 8191.This counter 22 therefore has a counting capacity of 81 92, that is to say that its content, which is represented by the binary number formed by the logic states "0" and "1 of the direct outputs of its thirteen flip- flops, varies periodically and cyclically, when expressed in decimal notation, from 0 to 8191.

La sortie 22a du compteur 22 est constituée par la sortie inverse, généralement désignée par Q, du dernier des treize flip-flops de ce compteur 22. Cette sortie 22a délivre donc un signal ayant une fréquence de 4 Hz ou, en d'autres termes, une période de 250 millisecondes.The output 22a of the counter 22 is constituted by the inverse output, generally designated by Q, of the last of the thirteen flip-flops of this counter 22. This output 22a therefore delivers a signal having a frequency of 4 Hz or, in other words , a period of 250 milliseconds.

Ce signal passe de l'état «0» à l'état « 1 » chaque fois que le contenu du compteur 22 passe de sa valeur maximum 8191 à sa valeur minimum 0, et repasse à l'état «0» 125 millisecondes plus tard.This signal goes from state "0" to state "1" each time the content of counter 22 goes from its maximum value 8191 to its minimum value 0, and returns to state "0" 125 milliseconds later. .

Il sera rendu évident par la suite de cette description que la fréquence de ce signal détermine la vitesse moyenne de rotation du rotor 3, et que cette valeur de 4 Hz est celle qui donne à cette vitesse moyenne une valeur égale à la valeur de consigne choisie, soit 4 tours par seconde.It will be made clear by the following description that the frequency of this signal determines the average speed of rotation of the rotor 3, and that this value of 4 Hz is that which gives this average speed a value equal to the chosen set value. , or 4 revolutions per second.

Le signal produit par la sortie 22a du compteur 22 sera appelé signal de référence dans la suite de cette description.The signal produced by the output 22a of the counter 22 will be called the reference signal in the following description.

La sortie 22a du compteur 22 est reliée à l'entrée d'horloge Ck d'un flip-flop 23. Ce flip-flop 23 est de type T, de sorte que ses sorties Q et cr changent d'état chaque fois que le signal de référence passe de l'état logique «0» à l'état logique « 1 », pour autant que son entrée de remise à zéro R soit à l'état «0» à ce moment. Lorsque cette entrée R est à l'état logique « 1 », les sorties Q et Q du flip-flop 23 sont respectivement à l'état «0» et « 1 », indépendamment de l'état de l'entrée Ck. Ce dernier état du flip-flop 23 sera désigné comme étant son état de repos.The output 22a of the counter 22 is connected to the clock input Ck of a flip-flop 23. This flip-flop 23 is of type T, so that its outputs Q and cr change state each time the reference signal goes from logic state "0" to logic state "1", provided that its reset input R is in state "0" at this time. When this input R is in logic state "1", the outputs Q and Q of the flip-flop 23 are respectively in the state "0" and "1", independently of the state of the input Ck. This last state of the flip-flop 23 will be designated as its rest state.

Les sorties Q des treize flip-flops qui composent le compteur 22, dont seule la première, Q1, et la dernière, Q13, ont été représentées, sont reliées aux treize premières entrées d'un comparateur numérique binaire 24 dont, à nouveau, seule la première et la dernière ont été représentées. Ces premières entrées seront désignées globalement comme étant les entrées A du comparateur 24.The outputs Q of the thirteen flip-flops which make up the counter 22, of which only the first, Q1, and the last, Q13, have been represented, are connected to the first thirteen inputs of a binary digital comparator 24 of which, again, only the first and the last were represented. These first inputs will be designated overall as the inputs A of the comparator 24.

Le comparateur 24 comporte en outre des deuxièmes entrées, également au nombre de treize, qui seront désignées, globalement, comme étant ses entrées B. A nouveau, seules la première et la dernière des entrées B ont été représentées. Le comparateur 24 comporte également une sortie 24a qui est normalement à l'état logique «0» et qui prend l'état « 1 » lorsque les nombres binaires représentés respectivement par les états logiques des entrées A et B sont égaux. Cette sortie 24a est reliée à l'entrée R de remise à zéro du flip-flop 23.The comparator 24 furthermore comprises second inputs, also thirteen in number, which will be designated, overall, as being its inputs B. Again, only the first and the last of the inputs B have been shown. The comparator 24 also includes an output 24a which is normally in the logic state “0” and which takes the state “1” when the binary numbers represented respectively by the logic states of the inputs A and B are equal. This output 24a is connected to the reset input R of the flip-flop 23.

Les entrées B du comparateur 24 sont reliées aux sorties Q de treize flip-flops qui font partie d'un compteur réversible 25. Ces flip-flops n'ont pas été représentés séparement, et seules les sorties du premier, Q1, et du dernier, Q13, de ces flip-flops ont été représentées.The inputs B of the comparator 24 are connected to the outputs Q of thirteen flip-flops which are part of a reversible counter 25. These flip-flops have not been shown separately, and only the outputs of the first, Q1, and of the last , Q13, of these flip-flops have been shown.

Le compteur réversible 25 comportant le même nombre de flip-flops que le compteur 22, les capacités de comptage de ces deux compteurs sont donc égales.Since the reversible counter 25 has the same number of flip-flops as the counter 22, the counting capacities of these two counters are therefore equal.

Le compteur 25 est agencé, de manière bien connue, pour que son contenu soit augmenté d'une unité chaque fois que son entrée de comptage C passe de l'état «0» à l'état « 1 », et que ce contenu soit diminué d'une unité chaque fois que son entrée de décomptage D passe de l'état «0» à l'état « 1 ».The counter 25 is arranged, in a well-known manner, so that its content is increased by one unit each time its counting input C changes from state "0" to state "1", and this content is decreased by one each time its down counting input D goes from state "0" to state "1".

Les entrées C et D de ce compteur 25 sont respectivement reliées aux sorties de deux portes ET 26 et 27.The inputs C and D of this counter 25 are respectively connected to the outputs of two AND gates 26 and 27.

Les premières entrées de ces portes 26 et 27 sont reliées, ensemble, à la sortie d'un circuit formateur 28, et leurs deuxièmes entrées sont respectivement reliées aux sorties Q et Q du flip-flop 23.The first inputs of these gates 26 and 27 are connected together to the output of a formatter circuit 28, and their second inputs are respectively connected to the outputs Q and Q flip-flop 23.

Cette sortie Q du flip-flop 23 est en outre reliée à l'électrode de commande 14a de la porte de transmission 14.This exit Q of the flip-flop 23 is also connected to the control electrode 14a of the transmission door 14.

Le circuit formateur 28 est agencé de manière que sa sortie délivre une impulsion chaque fois que la tension de son entrée, qui est reliée à la borne 6b de la bobine 6, passe par zéro depuis ses valeurs négatives vers ses valeurs positives. Il comporte, par exemple, un amplificateur 28.1 à grand gain et à grande impédance d'entrée, un condensateur 28.2 et une résistance 28.3 reliés les uns aux autres de la manière représentée.The forming circuit 28 is arranged so that its output delivers a pulse each time the voltage of its input, which is connected to terminal 6b of the coil 6, passes through zero from its negative values to its positive values. It comprises, for example, an amplifier 28.1 with high gain and high input impedance, a capacitor 28.2 and a resistor 28.3 connected to each other as shown.

Le fonctionnement du convertisseur de la figure 1 va être décrit à l'aide des figures 2a et 2b dans lesquelles les diagrammes désignés par 22a, Q23 et 28a représentent respectivement les états logiques des signaux mesurés à la sortie 22a du compteur 22, à la sortie Q du flip-flop 23 et à la sortie 28a du formateur 28, et les diagrammes désignés par V et X représentent schématiquement la vitesse du rotor 3 et, respectivement, sa position angulaire en fonction du temps.The operation of the converter of FIG. 1 will be described with the aid of FIGS. 2a and 2b in which the diagrams designated by 22a, Q23 and 28a respectively represent the logic states of the signals measured at the output 22a of the counter 22, at the output Q of the flip-flop 23 and at the outlet 28a of the formatter 28, and the diagrams designated by V and X schematically represent the speed of the rotor 3 and, respectively, its angular position as a function of time.

Cette position angulaire est repérée par la position angulaire de l'axe d'aimantation de l'aimant 3a, et l'origine des angles X est choisie arbitrairement à la position par laquelle ce rotor 3 passe lorsque, en l'absence de tout courant par la bobine 6, la tension de la borne 6b de cette dernière passe par zéro en croissant ou, en d'autres termes, de ses valeurs négatives à ses valeurs positives.This angular position is identified by the angular position of the magnetization axis of the magnet 3a, and the origin of the angles X is chosen arbitrarily at the position through which this rotor 3 passes when, in the absence of any current by the coil 6, the voltage of the terminal 6b of the latter goes through zero increasing or, in other words, from its negative values to its positive values.

Cette position, qui sera appelée position zéro du rotor 3 dans la suite de cette description, est l'une de celles où l'axe d'aimantation de l'aimant 3a est perpendiculaire à la droite joignant le milieu des deux entrefers 5a et 5b. Elle correspond pratiquement à la position par laquelle le rotor 3 passe lorsque le formateur 28 délivre une impulsion.This position, which will be called the zero position of the rotor 3 in the following description, is one of those where the magnetization axis of the magnet 3a is perpendicular to the right joining the middle of the two air gaps 5a and 5b . It practically corresponds to the position through which the rotor 3 passes when the formatter 28 delivers a pulse.

Dans la description qui va suivre, les instants où le signal de référence passe de l'état «0» à l'état « 1 seront désignés par la référence t0. Cette référence sera parfois complétée par un numéro d'ordre permettant de distinguer les différents instants t0 les uns des autres.In the description which follows, the instants when the reference signal goes from state "0" to state "1 will be designated by the reference t0. This reference will sometimes be supplemented by a serial number making it possible to distinguish the different instants t0 from one another.

Il sera rendu évident par la suite de cette description que si le rotor 3 faisant chacun de ses tours à une vitesse moyenne constante égale à la vitesse de consigne Vc, il passerait par sa position zéro à chaque instant t0. En réalité, la vitesse moyenne du rotor 3 pendant chacun de ses tours est toujours légèrement supérieure ou légèrement inférieure à la vitesse de consigne Vc. Il en découle que, à chaque instant t0, le rotor 3 est légèrement en avance ou en retard par rapport à sa position zéro. Comme cela sera également rendu évident par la suite de cette description, cette avance ou ce retard est détecté par les portes 26 et 27 qui forment, ensemble, un circuit de comparaison entre la position angulaire réelle du rotor 3 à chaque instant t0 et sa position zéro.It will be made clear later on in this description that if the rotor 3 making each of its turns at a constant average speed equal to the set speed Vc, it would pass through its zero position at each instant t0. In reality, the average speed of the rotor 3 during each of its turns is always slightly higher or slightly lower than the set speed Vc. It follows that, at each instant t0, the rotor 3 is slightly ahead or behind with respect to its zero position. As will also be made clear later on in this description, this advance or delay is detected by the gates 26 and 27 which together form a circuit for comparing the actual angular position of the rotor 3 at each instant t0 and its position zero.

La description du fonctionnement du convertisseur de la figure 1 commence à un instantt0, désigné par t01.The description of the operation of the converter in FIG. 1 begins at time t0, designated by t01.

On admettra, par exemple, que le rotor 3 a déjà passé par sa position zéro à cet instant tO 1, et a donc commencé un tour, qui sera appelé arbitrairement premier tour, juste avant cet instant t01. Le formateur 28 a donc délivré une impulsion également juste avant cet instant t01, et le contenu du compteur 25 a pris une valeur N différente de zéro et de sa valeur maximum en réponse à cette impulsion.It will be assumed, for example, that the rotor 3 has already passed through its zero position at this instant tO 1, and therefore has started a revolution, which will be called arbitrarily the first revolution, just before this instant t01. The trainer 28 therefore delivered a pulse also just before this instant t01, and the content of the counter 25 took a value N other than zero and its maximum value in response to this pulse.

Il sera montré par la suite que juste avant chacun des instants t0 et donc également juste avant l'instant t01, le flip-flop 23 est dans son état de repos, et sa sortie Q est donc à l'état « 1 ». La porte de transmission 14 est donc conductrice, et le rotor 3 est freiné par la résistance 13 qui est branchée en parallèle avec la bobine 6. La vitesse V du rotor 3 est donc faible.It will be shown subsequently that just before each of the instants t0 and therefore also just before the instant t01, the flip-flop 23 is in its rest state, and its output Q is therefore in the state "1". The transmission door 14 is therefore conductive, and the rotor 3 is braked by the resistor 13 which is connected in parallel with the coil 6. The speed V of the rotor 3 is therefore low.

Il faut noter que lorsque le rotor 3 est freiné, sa vitesse V n'est pas constante, car le couple de freinage qui lui est appliqué dépend notamment du flux magnétique de l'aimant 3a passant dans la bobine 6, qui dépend lui-même de la position angulaire du rotor 3. Pour simplifier les figures 2a et 2b, c'est la vitesse moyenne du rotor 3 pendant qu'il est freiné qui a été représentée avec référence V1.It should be noted that when the rotor 3 is braked, its speed V is not constant, since the braking torque applied to it depends in particular on the flux magnetic of the magnet 3a passing through the coil 6, which itself depends on the angular position of the rotor 3. To simplify Figures 2a and 2b, it is the average speed of the rotor 3 while it is braked which has been shown with reference V1.

Comme cela a été mentionné plus haut, le signal de référence passe de l'état «0» à l'état « 1 » à l'instant t01.As mentioned above, the reference signal goes from state "0" to state "1" at time t01.

A cet instant t01, le flip-flop 23 prend donc l'état où ses sorties Q et Q sont respectivement à l'état « 1 » et à l'état «0». Ce dernier état «0» provoque le blocage de la porte de transmission 14. Le rotor 3 n'est donc plus freiné par la résistance 13, et sa vitesse V augmente rapidement pour prendre une valeur élevée.At this instant t01, the flip-flop 23 therefore takes the state where its outputs Q and Q are respectively in state "1" and in state "0". This latter state “0” causes the transmission door 14 to block. The rotor 3 is therefore no longer braked by the resistor 13, and its speed V increases rapidly to take a high value.

La vitesse V du rotor 3 n'est pas non plus constante lorsque ce rotor 3 n'est pas freiné. Cette vitesse dépend notamment du courant fourni par la bobine 6 au condensateur 8. Or, tant que la tension à vide de sortie du redresseur 7, c'est-à-dire la tension qui serait mesurée à ses bornes si ces dernières n'étaient pas reliées au condensateur 8 ni au reste du circuit, est inférieure à la tension aux bornes du condensateur 8, la bobine 6 ne fournit aucun courant, et le rotor 3 n'est donc soumis à aucun freinage électrique. Par contre, dès que la tension à vide de sortie du redresseur 7 devient supérieure à la tension aux bornes du condensateur 8, la bobine 6 commence à fournir un courant qui charge ce condensateur 8. Le rotor 3 est donc soumis à un couple de freinage électrique dû à la fourniture de ce courant. Ce dernier n'est d'ailleurs pas non plus constant car il dépend, entre autres, de la vitesse de rotation du rotor 3 et de la position angulaire de celui-ci. Toujours pour simplifier le dessin, c'est la vitesse moyenne du rotor 3 lorsqu'il n'est pas freiné qui est représentée aux figures 2a et 2b avec la référence V2.The speed V of the rotor 3 is also not constant when this rotor 3 is not braked. This speed depends in particular on the current supplied by the coil 6 to the capacitor 8. However, as long as the no-load voltage output of the rectifier 7, that is to say the voltage which would be measured at its terminals if the latter were not not connected to the capacitor 8 or to the rest of the circuit, is less than the voltage across the capacitor 8, the coil 6 does not supply any current, and the rotor 3 is therefore not subjected to any electrical braking. By cons, as soon as the no-load output voltage of the rectifier 7 becomes greater than the voltage across the capacitor 8, the coil 6 begins to supply a current which charges this capacitor 8. The rotor 3 is therefore subjected to a braking torque due to the supply of this current. The latter is also not constant either because it depends, among other things, on the speed of rotation of the rotor 3 and the angular position of the latter. Still to simplify the drawing, it is the average speed of the rotor 3 when it is not braked which is represented in FIGS. 2a and 2b with the reference V2.

A chaque instant t0, et donc à l'instant t01, le contenu du compteur 22 passe de sa valeur maximum à zéro.At each time t0, and therefore at time t01, the content of the counter 22 goes from its maximum value to zero.

Après l'instant t01, le contenu du compteur 22 augmente régulièrement, à partir de sa valeur zéro, en réponse aux impulsions fournies par l'oscillateur 21.After the instant t01, the content of the counter 22 increases regularly, starting from its zero value, in response to the pulses supplied by the oscillator 21.

A un instant désigné par t11, le contenu de compteur 22 devient égal au nombre N contenu dans le compteur 25.At an instant designated by t11, the content of counter 22 becomes equal to the number N contained in counter 25.

Les nombres binaires appliqués aux entrées A et B du comparateur 24 étant alors égaux, la sortie 24a de ce comparateur 24 passe à l'état « 1 », ce qui remet le flip-flop 23 dans son état de repos.The binary numbers applied to the inputs A and B of the comparator 24 then being equal, the output 24a of this comparator 24 goes to state "1", which returns the flip-flop 23 to its rest state.

La sortie Q de ce flip-flop 23 repasse donc à l'état « 1 », ce qui rend à nouveau la porte de transmission 14 conductrice. Le rotor 3 est à nouveau freiné par la résistance 13, et sa vitesse V reprend une valeur faible.The exit Q of this flip-flop 23 therefore returns to the state "1", which again makes the transmission door 14 conductive. The rotor 3 is again braked by the resistor 13, and its speed V returns to a low value.

On voit que le temps T1 séparant les instants t01 et t11, qui est le temps pendant lequel le rotor 3 n'est pas freiné, est proportionnel au nombre N contenu dans le compteur 25 à cet instant t11.It can be seen that the time T1 separating the instants t01 and t11, which is the time during which the rotor 3 is not braked, is proportional to the number N contained in the counter 25 at this instant t11.

Le passage du signal de référence de l'état «1» à l'état «0», 125 millisecondes après l'instant t01, n'a aucune influence sur le circuit qui reste dans le dernier état décrit ci dessus jusqu'à ce que l'un des deux cas suivants se présente.The passage of the reference signal from state "1" to state "0", 125 milliseconds after time t01, has no influence on the circuit which remains in the last state described above until that one of the following two cases occurs.

Dans le premier cas, qui est illustré par la figure 2a, le signal de référence repasse à l'état « 1 », à un instant t02, avant que le rotor 3 ait terminé son premier tour. Le rotor 3 est donc en retard.In the first case, which is illustrated in FIG. 2a, the reference signal returns to the state "1", at an instant t02, before the rotor 3 has completed its first turn. The rotor 3 is therefore late.

Comme cela a été décrit ci-dessus, ce passage à l'état « 1 » du signal de référence provoque le blocage de la porte de transmission 14. Le rotor 3 n'étant plus freiné depuis cet instant t02, il termine très rapidement son premier tour, et commence un deuxième tour, à un instant t21 postérieur à l'instant t02 et très proche de celui-ci.As described above, this change to state “1” of the reference signal causes the transmission door 14. The rotor 3 not to be braked since this instant t02, it very quickly ends its first round, and begins a second round, at an instant t21 posterior to the instant t02 and very close to it.

La sortie Q du flip-flop 23 étant à l'état « 1 depuis l'instant t02, le circuit de comparaison formé par les portes 26 et 27 délivre un signal de comparaison sous la forme d'une impulsion qui apparaît à la sortie de la porte 26 en réponse à l'impulsion délivrée par le formateur 28 à l'instant t21. La sortie de la porte 26 étant reliée à l'entrée C du compteur 25, le contenu de ce dernier prend donc la valeur (N + 1 ) à cet instant t21, en réponse à ce signal de comparaison.The output Q of the flip-flop 23 being in the state “1 from time t02, the comparison circuit formed by the gates 26 and 27 delivers a comparison signal in the form of a pulse which appears at the output of gate 26 in response to the pulse delivered by trainer 28 at time t21. The output of the gate 26 being connected to the input C of the counter 25, the content of the latter therefore takes the value (N + 1) at this time t21, in response to this comparison signal.

A l'instant t02, le contenu du compteur 22 passe de sa valeur maximum à zéro. Après cet instant t02, comme après l'instant t01, ce contenu croît régulièrement en réponse aux impulsions produites par l'oscillateur 21.At time t02, the content of counter 22 goes from its maximum value to zero. After this instant t02, as after the instant t01, this content increases regularly in response to the pulses produced by the oscillator 21.

Lorsque le contenu du compteur 22 atteint une valeur égale à la valeur (N + 1 à à un instant t12, la sortie du comparateur 24 passe à nouveau à l'état « 1 ». Comme à l'instantt11, la sortie Q du flip-flop 23 repasse donc à l'état «1» à cet instant t12, ce qui rend la porte de conduction 14 à nouveau conductrice et provoque donc le freinage du rotor 3 par la résistance 13.When the content of the counter 22 reaches a value equal to the value (N + 1 at an instant t12, the output of the comparator 24 again changes to the state "1". As at instantt11, the output Q of the flip flop 23 therefore returns to the state "1" at this instant t12, which makes the conduction door 14 again conductive and therefore causes the braking of the rotor 3 by the resistor 13.

Comme pendant son premier tour, le rotor 3 continue à tourner à faible vitesse après l'instant t12.As during its first turn, the rotor 3 continues to rotate at low speed after the instant t12.

Il faut noter que, dans ce cas, le temps T2 qui sépare les instants t02 et t12, c'est-à-dire le temps pendant lequel le rotor 3 n'est pas freiné, est plus long que le temps T1 mentionné ci-dessus. En effet, ce temps T2 est proportionnel au nombre (N + 1) contenu dans le compteur 25 à l'instant t12, nombre qui est évidemment plus grand que le nombre N qui déterminait la durée du temps T1.It should be noted that, in this case, the time T2 which separates the instants t02 and t12, that is to say the time during which the rotor 3 is not braked, is longer than the time T1 mentioned above. above. Indeed, this time T2 is proportional to the number (N + 1) contained in the counter 25 at time t12, a number which is obviously greater than the number N which determined the duration of the time T1.

Le deuxième des cas qui peuvent se présenter à la fin du premier tour du rotor 3 est illustré par la figure 2b dans laquelle la partie de gauche correspond également à ce premier tour et ne sera pas décrite à nouveau.The second of the cases which may arise at the end of the first turn of the rotor 3 is illustrated by FIG. 2b in which the left part also corresponds to this first turn and will not be described again.

Dans ce deuxième cas, le rotor 3 termine son premier tour à un instant t21' situé avant l'instant t02' où le signal de référence passe de l'état «0» à l'état «1». Il est donc en avance.In this second case, the rotor 3 ends its first turn at an instant t21 'situated before the instant t02' where the reference signal goes from the state "0" to the state "1". He is therefore ahead.

La sortie Q du flip-flop 23 étant encore à l'état « 1 » à l'instant t21 ', le signal de comparaison a, dans ce cas, la forme d'une impulsion qui apparaît à la sortie de la porte 27 en réponse à l'impulsion fournie à cet instant t21' par le formateur 28. La sortie de la porte 27 étant reliée à l'entrée D du compteur 25, le contenu de ce compteur prend une valeur (N-1) en réponse à ce signal de comparaison.The output Q of the flip-flop 23 still being in the state "1" at the instant t21 ', the comparison signal has, in this case, the form of a pulse which appears at the output of the gate 27 in response to the impulse supplied at this time t21 'by the trainer 28. The output of gate 27 being connected to input D of counter 25, the content of this counter takes a value (N-1) in response to this comparison signal.

Lorsque le signal de référence repasse à l'état « 1 », à l'instant t02', le freinage du rotor 3 est supprimé et ce rotor 3 prend une vitesse élevée jusqu'à un instant t12' où la valeur du contenu du compteur 22 devient égale à cette valeur (N-1 ).When the reference signal returns to the state "1", at the instant t02 ', the braking of the rotor 3 is suppressed and this rotor 3 takes a high speed until an instant t12' where the value of the content of the counter 22 becomes equal to this value (N-1).

Comme dans les autres cas décrits ci-dessus, le rotor 3 est freiné à partir de cet instant t12' et continue ensuite à tourner à faible vitesse.As in the other cases described above, the rotor 3 is braked from this instant t12 'and then continues to rotate at low speed.

On voit que, dans ce cas, le temps T2' qui sépare les instants t02' et t12' et pendant lequel le rotor n'est pas freiné est plus court que le temps T1 mentionné ci-dessus, puisqu'il est proportionnel au nombre (N-1) contenu dans le compteur 25 à l'instant t12', nombre qui est évidemment inférieur au nombre N.We see that, in this case, the time T2 'which separates the instants t02' and t12 'and during which the rotor is not braked is shorter than the time T1 mentioned above, since it is proportional to the number (N-1) contained in the counter 25 at time t12 ', a number which is obviously less than the number N.

En résumé, on voit que le contenu du compteur 25 est incrémenté ou décrémenté selon que le signal de comparaison entre la position angulaire réelle du rotor 3 à chaque instant tO et sa position zéro montre qu'il est en retard ou en avance.In summary, it can be seen that the content of the counter 25 is incremented or decremented depending on whether the comparison signal between the real angular position of the rotor 3 at each instant t0 and its zero position shows that it is late or early.

Il est clair que l'un ou l'autre des deux cas décrits ci-dessus se présente à la fin de chaque période du signal de référence, mais pas forcément alternativement. Il est en effet possible qu'à deux ou plusieurs instant tO successifs, le rotor 3 soit toujours en avance ou, au contraire, toujours en retard. Le nombre contenu dans le compteur 25 est alors respectivement diminué ou augmenté chaque fois.It is clear that one or the other of the two cases described above occurs at the end of each period of the reference signal, but not necessarily alternately. It is indeed possible that at two or more successive times t0, the rotor 3 is always early or, on the contrary, always late. The number contained in the counter 25 is then respectively decreased or increased each time.

Il est évident que pendant chacune des périodes du signal de référence, la vitesse moyenne Vt du rotor 3 dépend directement du temps pendant lequel il n'est pas freiné et tourne donc à une vitesse élevée, temps qui est proportionnel au nombre contenu dans le compteur 25. Toutes autres choses étant égales, une augmentation ou une diminution de ce nombre provoque donc une augmentation ou, respectivement une diminution de cette vitesse moyenne Vt.It is obvious that during each of the periods of the reference signal, the average speed Vt of the rotor 3 depends directly on the time during which it is not braked and therefore rotates at a high speed, time which is proportional to the number contained in the counter 25. All other things being equal, an increase or decrease in this number therefore causes an increase or, respectively, a decrease in this average speed Vt.

Si, à un instant t0, le rotor 3 est en retard, sa vitesse moyenne Vt pendant la période du signal de référende qui commence à cet instant t0 est donc augmentée par rapport à sa vitesse moyenne pendant la période précédente. Cette augmentation de la vitesse moyenne a comme conséquence que, toutes autres choses restant égales, le rotor 3 aura probablement de l'avance à l'instant t0 suivant ou, tout au moins, son retard aura diminué.If, at an instant t0, the rotor 3 is late, its average speed Vt during the period of the reference signal which begins at this instant t0 is therefore increased compared to its average speed during the previous period. This increase in the average speed has the consequence that, all other things remaining equal, the rotor 3 will probably have an advance at the next instant t0 or, at least, its delay will have decreased.

Un raisonnement analogue peut être fait dans le cas où, à un instant t0, le rotor 3 est en avance. Dans ce cas, à l'instant t0 suivant, le rotor sera probablement en retard ou, tout au moins, son avance aura diminué.A similar reasoning can be made in the case where, at an instant t0, the rotor 3 is ahead. In this case, at the next instant t0, the rotor will probably be late or, at least, its advance will have decreased.

On voit donc que, pendant le fonctionnement du convertisseur, la position angulaure réelle du rotor 3 à chaque t0 oscille de part et d'autre de sa position zéro. La position angulaire moyenne du rotor 3 aux instants t0, mesurée sur un temps assez long, est donc identique à sa position zéro.It can therefore be seen that, during the operation of the converter, the real angular position of the rotor 3 at each t0 oscillates on either side of its zero position. The average angular position of the rotor 3 at times t0, measured over a fairly long time, is therefore identical to its zero position.

Il en découle que la vitesse moyenne du rotor 3, également mesurée sur un temps assez long, est égale à la vitesse de consigne Vc. Cette égalité est maintenue, indépendamment des variations du couple moteur exercé par le ressort 1 par l'intermédiaire du train d'engrenages 4, pour autant bien sûr que ce ressort 1 ne soit pas complètement désarmé, et indépendamment des variations éventuelles des frottements mécaniques et/ou des pertes électriques et magnétiques dans le convertisseur.It follows that the average speed of the rotor 3, also measured over a fairly long time, is equal to the set speed Vc. This equality is maintained, independently of the variations in the motor torque exerted by the spring 1 via the gear train 4, provided of course that this spring 1 is not completely disarmed, and independently of the possible variations in mechanical friction and / or electrical and magnetic losses in the converter.

En résumé, on voit que le circuit 10 règle la vitesse moyenne du rotor 3 pendant chaque période du signal de référence en fonction du résultat d'une comparaison, effectuée juste avant ôu juste après le début de cette période, entre la position réelle du rotor 3 et la position qu'il occuperait s'il tournait en permanence à la vitesse de consigne Vc.In summary, it can be seen that the circuit 10 adjusts the average speed of the rotor 3 during each period of the reference signal as a function of the result of a comparison, carried out just before or just after the start of this period, between the actual position of the rotor 3 and the position it would occupy if it were to rotate continuously at the set speed Vc.

Cette régulation périodique est effectuée grâce au fait que le circuit 12 ouvre systématiquement l'interrupteur 14 en série avec la résistance de freinage 13 au début de chaque période du signal de référence, ce qui permet au rotor 3 de tourner à une vitesse supérieure à la vitesse de consigne Vc, et referme cet interrupteur après un temps qui est toujours inférieur à la période du signal de référence et qui dépend du résultat de la comparaison ci-dessus, ce qui provoque le freinage du rotor 3 jusqu'à une vitesse qui est en moyenne inférieure à la vitesse de consigne Vc.This periodic regulation is carried out thanks to the fact that the circuit 12 systematically opens the switch 14 in series with the braking resistor 13 at the start of each period of the reference signal, which allows the rotor 3 to rotate at a speed greater than the setpoint speed Vc, and closes this switch after a time which is always less than the period of the reference signal and which depends on the result of the above comparison, which causes the braking of the rotor 3 to a speed which is on average less than the set speed Vc.

Dans l'exemple de la figure 1, la période du signal de référence est égale au temps que mettrait le rotor 3 pour faire exactement un tour, soit 360°, s'il tournait à la vitesse de consigne Vc. Cette période du signal de référence est évidemment aussi égale à la période qu'aurait la tension fournie par la bobine 6 si le rotor 3 tournait à la vitesse de consigne Vc.In the example of FIG. 1, the period of the reference signal is equal to the time that the rotor 3 would take to make exactly one revolution, that is 360 °, if it rotated at the set speed Vc. This period of the reference signal is obviously also equal to the period that the voltage supplied by the coil 6 would have if the rotor 3 rotated at the set speed Vc.

Il résulte de ce qui précède que l'angle parcouru par le rotor lorsqu'il n'est pas freiné reste à peu près constant quel que soit le couple mécanique qui lui est appliqué. En effet, si ce couple est élevé, la vitesse du rotor lorsqu'il n'est pas freiné est relativement élevée, mais le temps pendant lequel ce rotor tourne à cette vitesse est relativement court. Au contraire, si ce couple est faible, cette vitesse du rotor est relativement faible, mais le temps pendant lequel le rotor tourne à cette vitesse est relativement long.It follows from the above that the angle traveled by the rotor when it is not braked remains approximately constant regardless of the mechanical torque applied to it. Indeed, if this torque is high, the speed of the rotor when it is not braked is relatively high, but the time during which this rotor turns at this speed is relatively short. On the contrary, if this torque is low, this speed of the rotor is relatively low, but the time during which the rotor turns at this speed is relatively long.

Cette propriété est conservée quelle que soit la différence entre la vitesse du rotor lorsqu'il est freiné, ou lorsqu'il ne l'est pas, avec la vitesse de consigne Vc.This property is retained regardless of the difference between the speed of the rotor when it is braked, or when it is not, with the set speed Vc.

Le fait que, dans le convertisseur de la figure 1, l'interrupteur 14 soit ouvert systématiquement au début de chaque période de référence garantit que le rotor 3 n'effectue jemais, quelles que soient les circonstances, plusieurs tours consécutifs, ni même un seul tour complet, en étant freiné. A chacun de ses tours, le rotor 3 tourne pendant un temps plus ou moins long sans être freiné et donc à une vitesse supérieure à la vitesse de consigne Vc.The fact that, in the converter of FIG. 1, the switch 14 is systematically opened at the start of each reference period guarantees that the rotor 3 never performs, whatever the circumstances, several consecutive turns, or even a single full turn, being braked. At each of its turns, the rotor 3 rotates for a more or less long time without being braked and therefore at a speed greater than the set speed Vc.

Des considérations théoriques vérifiées par des essais pratiques ont montré que toute l'énergie électrique consommée par les divers circuits électroniques du convertisseur de la figure 1 pendant la durée d'une période du signal de référence peut être fournie par le générateur 2 pendant la partie de cette période où le rotor 3 n'est pas freiné.Theoretical considerations verified by practical tests have shown that all the electrical energy consumed by the various electronic circuits of the converter of FIG. 1 during the duration of a period of the reference signal can be supplied by the generator 2 during the part of this period when the rotor 3 is not braked.

Il est donc possible de renoncer à la fourniture d'énergie électrique par le générateur 2 lorsque le rotor 3 est freiné, puisque ce dernier n'est jamais freiné sans interruption durant un tour complet ou plusieurs tours consécutifs.It is therefore possible to dispense with the supply of electrical energy by the generator 2 when the rotor 3 is braked, since the latter is never braked without interruption during a complete revolution or several consecutive revolutions.

Les composants du convertisseur, et notamment la résistance de freinage 13, peuvent donc être dimensionnés de manière que la vitesse 3 lorsqu'il est freiné soit beaucoup plus faible que dans le convertisseur connu décrit par le brevet CH-B-597 636. La valeur minimum de la résistance de freinage 13 n'est limitée que par le fait que la tension aux bornes de la bobine 6 doit avoir une valeur suffisante pour que le formateur 28 fonctionne correctement même lorsque la porte de transmission 14 est conductrice. A la limite, il est possible de remplacer la résistance de freinage 13 par un court-circuit, et de concevoir le formateur 28 de manière que la faible tension qui subsiste aux bornes de la porte de transmission 14 lorsque celle-ci est conductrice soit suffisante pour qu'il fonctionne correctement.The components of the converter, and in particular the braking resistor 13, can therefore be dimensioned so that the speed 3 when it is braked is much lower than in the known converter described by patent CH-B-597,636. The value minimum of the braking resistor 13 is limited only by the fact that the voltage across the terminals of the coil 6 must have a sufficient value for the formatter 28 to function correctly even when the transmission door 14 is conductive. Ultimately, it is possible to replace the braking resistor 13 with a short circuit, and to design the formatter 28 so that the low voltage remaining at the terminals of the transmission door 14 when the latter is conductive is sufficient for it to work properly.

En pratique, la vitesse du rotor 3 lorsqu'il est freiné peut être choisie à une valeur aussi basse que 1 tour pas seconde environ.In practice, the speed of the rotor 3 when it is braked can be chosen at a value as low as about 1 revolution per second.

Le fait que la vitesse du rotor 3 lorsqu'il est freiné peut être très faible permet de choisir pour la vitesse de consigne Vc une valeur nettement plus faible que dans le convertisseur connu décrit ci-dessus, tout en étant cependant encore nettement différente de cette vitesse du rotor 3 lorsquil est freiné.The fact that the speed of the rotor 3 when it is braked can be very low makes it possible to choose for the reference speed Vc a value much lower than in the known converter described above, while being however still clearly different from this. speed of rotor 3 when braked.

Dans l'exemple de la figure 1, la vitesse de consigne Vc est de quatre tours par seconde, alors qu'elle ne peut être inférieure à huit à dix tours par seconde dans le convertisseur connu, comme cela a été expliqué ci-dessus.In the example of FIG. 1, the set speed Vc is four revolutions per second, whereas it cannot be less than eight to ten revolutions per second in the known converter, as has been explained above.

Il en résulte que le rendement du convertisseur de la figure 1, et donc son autonomie, sont nettement augmentés par rapport à ceux d'un convertisseur connu utilisant des composants comparables.It follows that the efficiency of the converter of Figure 1, and therefore its autonomy, are significantly increased compared to those of a known converter using comparable components.

Le fait que la vitesse de consigne Vc est choisie à une valeur nettement differente de la vitesse du rotor 3 lorsqu'il est freiné permet de choisir pour la vitesse de ce rotor 3 lorsqu'il n'est pas freiné une valeur assez élevée.The fact that the reference speed Vc is chosen at a value clearly different from the speed of the rotor 3 when it is braked makes it possible to choose a fairly high value for the speed of this rotor 3 when it is not braked.

Il en découle que le nombre de spires de la bobine 6 peut être assez faible pour que son volume soit compatible avec la place à disposition dans une pièce d'horlogerie telle qu'une montre-bracelet, que sa fabrication ne pose aucun problème particulier, et que son prix de revient soit donc faible.It follows that the number of turns of the coil 6 can be low enough so that its volume is compatible with the space available in a timepiece such as a wristwatch, that its manufacture poses no particular problem, and that its cost price is therefore low.

De même, la résistance interne de la bobine 6 étant plus faible que dans le convertisseur connu décrit ci-dessus, les pertes par effet Joule dans cette bobine 6 sont également plus faibles, ce qui améliore encore le rendement du convertisseur.Similarly, the internal resistance of the coil 6 being lower than in the known converter described above, the Joule losses in this coil 6 are also lower, which further improves the efficiency of the converter.

Enfin, la tension continue nécessaire au fonctionnement des divers circuits électroniques peut être facilement obtenue en utilisant un redresseur simple, ou éventuellement un redresseur doubleur de tension, pour redresser la tension alternative fournie par la bobine 6.Finally, the DC voltage necessary for the operation of the various electronic circuits can be easily obtained by using a simple rectifier, or possibly a voltage doubling rectifier, to rectify the AC voltage supplied by the coil 6.

En résumé, dans le convertisseur de la figure 1, le déclenchement systématique de la résistance de freinage 13 au début de chaque période du signal de référence fourni par le compteur 22 a comme conséquence que la vitesse de consigne du rotor du générateur peut être choisie à une valeur nettement plus basse que dans le convertisseur connu décrit ci-dessus. Toutes autres choses étant égales, le rendement et l'autonomie du convertisseur de la figure 1 sont donc nettement supérieurs à ceux du convertisseur connu.In summary, in the converter of FIG. 1, the systematic triggering of the braking resistor 13 at the start of each period of the reference signal supplied by the counter 22 has the consequence that the set speed of the generator rotor can be chosen at a significantly lower value than in the known converter described above. All other things being equal, the efficiency and the autonomy of the converter of FIG. 1 are therefore clearly superior to those of the known converter.

Le déclenchement systématique et périodique de la résistance de freinage 13 a en outre comme conséquence que la tension continue nécessaire au fonctionnement des circuits électroniques du convertisseur et, le cas échéant, des circuits annexes, peut être obtenue à l'aide d'un générateur dont la bobine a un nombre de spires suffisamment faible pour que sa fabrication et son montage dans une pièce d'horlogerie de petit volume ne posent aucun problème.The systematic and periodic triggering of the braking resistor 13 also has the consequence that the DC voltage necessary for the operation of the electronic circuits of the converter and, where appropriate, of the auxiliary circuits, can be obtained using a generator whose the coil has a sufficiently low number of turns so that its manufacture and its assembly in a timepiece of small volume do not pose any problem.

Des calculs théoriques confirmés par des essais pratiques ont montré que, dans le convertisseur de la figure 1, le rotor 3 parcourt à grande vitesse un angle de 200° à 300° environ à chacun de ses tours, le reste de ce tour étant bien entendu parcouru à faible vitesse.Theoretical calculations confirmed by practical tests have shown that, in the converter of FIG. 1, the rotor 3 traverses at high speed an angle of 200 ° to 300 ° approximately at each of its turns, the rest of this turn being of course traveled at low speed.

Il est bien connu que la valeur instantanée de la tension aux bornes de la bobine 6 dépend, notamment, du produit des valeurs instantanées de la vitesse de rotation du rotor 3 et d'un terme appelé généralement facteur de couplage magnétique entre l'aimant 3a et la bobine 6.It is well known that the instantaneous value of the voltage across the terminals of the coil 6 depends, in particular, on the product of the instantaneous values of the speed of rotation of the rotor 3 and on a term generally called the magnetic coupling factor between the magnet 3a. and coil 6.

Le facteur de couplage, qui sera désigné par C1 dans la suite de cette description, est égal à la dérivée partielle, par rapport à l'angle X défini ci-dessus, du produit du flux de l'aimant 3a passant dans la bobine 6 par le nombre de spires de cette bobine 6. Il a une variation sensiblement sinusoïdale en fonction de l'angle X, avec des valeurs maximum, l'une positive et l'autre négative, correspondant aux positions du rotor 3 pour lesquelles l'angle X vaut 90° et 270°. Cette variation est représentée schématiquement à la figure 3.The coupling factor, which will be designated by C1 in the rest of this description, is equal to the partial derivative, with respect to the angle X defined above, of the product of the flux of the magnet 3a passing through the coil 6 by the number of turns of this coil 6. It has a substantially sinusoidal variation as a function of the angle X, with maximum values, one positive and the other negative, corresponding to the positions of the rotor 3 for which the angle X is 90 ° and 270 °. This variation is shown schematically in Figure 3.

En outre, le générateur 2 ne peut fournir de l'énergie électrique au condensateur 8 que lorsque la tension à vide de sortie du redresseur 7, c'est-à-dire la tension qui serait mesurée à ses bornes si celles-ci n'étaient pas reliées au condensateur 8 et au reste du circuit, devient supérieure à la tension aux bornes du condensateur 8.In addition, the generator 2 can only supply electrical energy to the capacitor 8 when the no-load voltage at the output of the rectifier 7, that is to say the voltage which would be measured at its terminals if these do not were not connected to capacitor 8 and to the rest of the circuit, becomes greater than the voltage across capacitor 8.

Il résulte de ce qui précède que, immédiatement après chaque instant t0, le générateur 2 ne fournit aucune énergie électrique au condensateur 8, la vitesse instantée du rotor 3 et le facteur de couplage C ayant tous deux une valeur relativement faible à ce moment. Le générateur 2 fonctionne donc «à vide», et la vitesse du rotor 3 augmente très rapidement.It follows from the above that, immediately after each instant t0, the generator 2 does not supply any electrical energy to the capacitor 8, the instantaneous speed of the rotor 3 and the coupling factor C both having a relatively low value at this moment. The generator 2 therefore operates “empty”, and the speed of the rotor 3 increases very rapidly.

Mais, puisque le rotor 3 parcourt au moins 200° à vitesse élevée, le produit de la vitesse instantanée du rotor 3 et du facteur de couplage C1 atteint forcément à chaque tour du rotor une valeur telle que le générateur 2 commence à fournir de l'énergie électrique au condensateur 8.However, since the rotor 3 travels at least 200 ° at high speed, the product of the instantaneous speed of the rotor 3 and the coupling factor C1 necessarily reaches a value at each revolution of the rotor such that the generator 2 begins to supply electrical energy to capacitor 8.

Cette fourniture d'énergie électrique provoque, de manière bien connue, un certain freinage du rotor 3 dont la vitesse instantanée diminue légèrement.This supply of electrical energy causes, in a well known manner, a certain braking of the rotor 3 whose instantaneous speed decreases slightly.

Cette vitesse instantanée reste cependant suffisante pour que l'énergie électrique continue à être fournie au condensateur 8 jusqu'à ce que le facteur de couplage C1 atteigne une valeur telle que cette fourniture ne soit plus possible, ou jusqu'à ce que le circuit de commande 12 provoque le freinage du rotor 3 en rendant la porte de transmission 14 conductrice.This instantaneous speed remains however sufficient for the electrical energy to continue to be supplied to the capacitor 8 until the coupling factor C1 reaches a value such that this supply is no longer possible, or until the circuit of control 12 causes braking of the rotor 3 by making the transmission door 14 conductive.

Dans les deux cas, plus aucune énergie n'est fournie au condensateur 8 jusqu'à l'instant tO suivant, où le processus décrit ci-dessus recommence.In both cases, no more energy is supplied to the capacitor 8 until the next instant t0, where the process described above begins again.

Le redresseur 7, comme tous les redresseurs, permet le transfert d'énergie électrique de la bobine 6 vers le condensateur 8, mais empêche le transfert de cette énergie en sens inverse. Le fait que, dans le convertisseur de la figure 1, les moyens de freinage 11 sont branchés directement aux bornes de la bobine 6 a donc encore comme avantage que le condensateur 8 ne peut pas se décharger dans la résistance de freinage 13 lorsque la porte de transmission 14 est conductrice. Uénergie électrique stockée dans le condensateur 8 ne peut donc en aucun cas être dissipée dans la résistance de freinage 13, ce qui a pour conséquence, toutes autres choses étant égales, d'augmenter encore le rendement du convertisseur de la figure 1 et donc son autonomie par rapport à ceux du convertisseur décrit dans le brevet CH-B-597 636.The rectifier 7, like all rectifiers, allows the transfer of electrical energy from the coil 6 to the capacitor 8, but prevents the transfer of this energy in the opposite direction. The fact that, in the converter of FIG. 1, the braking means 11 are connected directly to the terminals of the coil 6 therefore has the further advantage that the capacitor 8 cannot discharge into the braking resistor 13 when the transmission door 14 is conductive. The electrical energy stored in the capacitor 8 can therefore in no case be dissipated in the braking resistor 13, which has the consequence, all other things being equal, of further increasing the efficiency of the converter of FIG. 1 and therefore its autonomy compared to those of the converter described in patent CH-B-597,636.

La figure 4 représente le schéma d'un circuit de commande 12' des moyens de freinage 11 du convertisseur de la figure 1, qui est une variante du circuit 12 de cette figure 1.FIG. 4 represents the diagram of a control circuit 12 ′ of the braking means 11 of the converter of FIG. 1, which is a variant of the circuit 12 of this FIG. 1.

Dans ce circuit 12', les compteurs 22 et 25 du circuit 12 sont remplacés par d'autres compteurs 22' et 25' comportant chacun quinze flip-flops. La capacité de comptage de ces compteurs 22' et 25' est donc égale à 32'768, et la période du signal de référence produit par la sortie 22'a du compteur 22' est égale à 1 seconde.In this circuit 12 ', the counters 22 and 25 of the circuit 12 are replaced by other counters 22' and 25 'each comprising fifteen flip-flops. The counting capacity of these counters 22 'and 25' is therefore equal to 32,768, and the period of the reference signal produced by the output 22'a of the counter 22 'is equal to 1 second.

Le circuit 12' comporte un comparateur 24' semblable au comparateur 24 du circuit 12 mais comprenant quinze premières entrées A et quinze deuxièmes entrées B reliées respectivement aux quinze sorties Q des Flip-flops des compteurs 22' et 25'.The circuit 12 'includes a comparator 24' similar to the comparator 24 of the circuit 12 but comprising fifteen first inputs A and fifteen second inputs B connected respectively to the fifteen outputs Q of the flip-flops of the counters 22 'and 25'.

En outre, un compteur 29 comportant deux flip-flops est intercalé entre la sortie du formateur 28 et les premières entrées des portes 26 et 27. La capacité de comptage de ce compteur 29 est de 4.In addition, a counter 29 comprising two flip-flops is interposed between the output of the trainer 28 and the first inputs of the doors 26 and 27. The counting capacity of this counter 29 is 4.

Le fonctionnement du convertisseur comprenant ce circuit de commande 12' est le suivant:The operation of the converter comprising this control circuit 12 'is as follows:

Comme avec le circuit 12, le passage du signal de référence à l'état « 1 provoque le basculement du flip-flop 23 dans l'état où sa sortie Q est à l'état logique «0», et donc le blocage de la porte de transmission 14 qui était précédemment conductrice.As with circuit 12, the passage of the reference signal to the state "1 causes the flip-flop 23 to switch to the state where its output Q is in the logic state" 0 ", and therefore the blocking of the transmission door 14 which was previously conductive.

Le freinage du rotor 3 est donc supprimé, et ce dernier commence à tourner à grande vitesse.The braking of the rotor 3 is therefore eliminated, and the latter begins to rotate at high speed.

Lorsque le contenu du compteur 22' devient égal au contenu du compteur 25', la sortie 24'a du comparateur 24' passe à l'état « 1 ». La sortie Q du flip-flop 23 est donc remise à l'état « 1 », la porte de transmission 14 redevient conductrice et le rotor 3 est à nouveau freiné. Il continue ensuite à tourner à faible vitesse jusqu'à ce que le signal de référence passe à l'état « 1 ».When the content of the counter 22 'becomes equal to the content of the counter 25', the output 24'a of the comparator 24 'goes to state “1”. The output Q of the flip-flop 23 is therefore reset to the state "1", the transmission door 14 becomes conductive again and the rotor 3 is braked again. It then continues to rotate at low speed until the reference signal changes to state "1".

Les impulsions produites par le formateur 28 chaque fois que le rotor 3 passe par sa position zéro sont comptées par le compteur 29. La sortie de ce dernier passe donc à l'état « 1 » chaque fois que le rotor 3 a fait quatre tours.The pulses produced by the trainer 28 each time that the rotor 3 passes through its zero position are counted by the counter 29. The output of the latter therefore changes to state “1” each time the rotor 3 has made four turns.

Si cette sortie du compteur 29 passe à l'état « 1 » alors que la sortie Q du flip-flop 23 est à l'état «0», ce qui signifie que le rotor 3 est en avance par rapport à la position qu'il occuperait s'il tournait à une vitesse égale à la vitesse de consigne Vc, le contenu du compteur 25' est diminué d'une unité en réponse au signal de comparaison fourni, dans ce cas, par la sortie de la porte 27. La durée pendant laquelle le rotor 3 tournera à grande vitesse pendant la période du signal de référence suivante sera donc plus courte que pendant la période précédente, et sa vitesse moyenne sera donc plus faible.If this output of the counter 29 changes to the state "1" while the output Q of the flip-flop 23 is in the state "0", which means that the rotor 3 is ahead with respect to the position that it would occupy if it rotated at a speed equal to the set speed Vc, the content of the counter 25 'is reduced by one unit in response to the comparison signal supplied, in this case, by the output of gate 27. The duration during which the rotor 3 will rotate at high speed during the next reference signal period will therefore be shorter than during the previous period, and its average speed will therefore be lower.

Si, par contre, cette sortie du compteur 29 passe à l'état « 1 après que la sortie Q du flip-flop 23 a passé à l'état « 1 », ce qui signifie que le rotor 3 est en retard par rapport à la position qu'il occuperait s'il tournait à la vitesse de consigne Vc, le contenu du compteur 25' est augmenté d'une unité en réponse au signal de comparaison fourni, dans ce cas , par la sortie de la porte 26. La durée pendant laquelle le rotor 3 tournera à grande vitesse pendant la période du signal de référence suivante sera donc plus longue que pendant la période précédente, et sa vitesse moyenne sera plus élevée.If, on the other hand, this output of the counter 29 passes to the state “1 after the output Q of the flip-flop 23 has passed to the state“ 1 ”, which means that the rotor 3 is late with respect to the position it would occupy if it rotated at the set speed Vc, the content of the counter 25 'is increased by one unit in response to the comparison signal supplied, in this case, by the output of door 26. The duration during which the rotor 3 will rotate at high speed during the next reference signal period will therefore be longer than during the previous period, and its average speed will be higher.

Des calculs théoriques confirmés par des essais pratiques ont montré que, avec un tel circuit 12', le contenu du compteur 25', qui détermine le temps pendant lequel le rotor 3 tourne à grande vitesse, se stabilise à une valeur telle que ce rotor 3 fait environ trois tours à grande vitesse, et donc environ un tour à faible vitesse.Theoretical calculations confirmed by practical tests have shown that, with such a circuit 12 ′, the content of the counter 25 ′, which determines the time during which the rotor 3 rotates at high speed, stabilizes at a value such that this rotor 3 does about three laps at high speed, and therefore about one lap at low speed.

Ce circuit 12' réalise donc également une régulation périodique de la vitesse de rotation du rotor 3. Comme dans le cas de la figure 1, la régulation de la vitesse moyenne du rotor 3 est faite pendant chaque période du signal de référence en fonction d'une comparaison, effectuée au début de cette période, entre la position angulaire réelle du rotor et la position qu'il occuperait s'il tournait à la vitesse de consigne Vc. Cependant, dans ce cas de la figure 4, la période du signal de référence correspond au temps que mettrait le rotor 3 pour faire quatre tours, soit 1440°, s'il tournait à une vitesse moyenne égale à la vitesse de consigne Vc.This circuit 12 ′ therefore also performs periodic regulation of the speed of rotation of the rotor 3. As in the case of FIG. 1, the regulation of the average speed of the rotor 3 is made during each period of the reference signal as a function of a comparison, made at the start of this period, between the actual angular position of the rotor and the position it would occupy if it rotated at the set speed Vc. However, in this case of FIG. 4, the period of the reference signal corresponds to the time that the rotor 3 would take to make four turns, that is 1440 °, if it turned at an average speed equal to the set speed Vc.

Il est évident que le principe de régulation décrit à l'aide de la figure 4 peut s'appliquer quelles que soient les valeurs choisies pour l'angle parcouru par le rotor 3 entre deux signaux de comparaison successifs et pour la vitesse de consigne Vc. Cet angle est, d'une manière générale, égal à k- 3601, et le facteur k peut être en principe quelconque. Pour des raisons évidentes de simplicité, on choisira pour k une valeur entière, égale ou supérieure à 1. Il sera montré plus loin, dans la description de la figure 5, que l'on peut choisir pour le facteur k une valeur égale à 0,5.It is obvious that the principle of regulation described with the aid of FIG. 4 can be applied whatever the values chosen for the angle traveled by the rotor 3 between two successive comparison signals and for the reference speed Vc. This angle is generally equal to k-360 1 , and the factor k can be in principle arbitrary. For obvious reasons of simplicity, we will choose for k an integer value equal to or greater than 1. It will be shown later, in the description of FIG. 5, that we can choose for the factor k a value equal to 0 , 5.

Quelle que soit la valeur choisie pour ce facteur k, c'est-à-dire quelle que soit la valeur de l'angle parcouru par le rotor entre deux signaux de comparaison successifs, il faut bien entendu que la période du signal de référence soit égale au rapport entre cet angle et la vitesse de consigne choisie.Whatever the value chosen for this factor k, that is to say whatever the value of the angle traveled by the rotor between two successive comparison signals, it is of course necessary that the period of the reference signal is equal to the ratio between this angle and the chosen target speed.

Il est également évident que les avantages du convertisseur selon l'invention tels qu'ils ont été décrits en relation avec la forme d'exécution de la figure 1, et qui sont apportés par le fait que la résistance de freinage du rotor est déclenchée périodiquement, se retrouvent inchangés dans les autres formes d'exécution décrites ci-dessus, même si dans ces dernières le rotor 3 peut, dans certains cas, faire plus d'un tour à faible vitesse.It is also obvious that the advantages of the converter according to the invention as they have been described in relation to the embodiment of FIG. 1, and which are brought about by the fact that the braking resistor of the rotor is triggered periodically , are found unchanged in the other embodiments described above, even if in the latter the rotor 3 can, in certain cases, make more than one revolution at low speed.

Le symbole Vt a été utilisé dans la description de la figure 1 pour désigner la vitesse moyenne réelle du rotor 3 pendant qu'il fait, à peu près, le seul tour qu'il doit faire pendant chaque période du signal de référence. Ce même symbole Vt sera utilisé dans la suite de cette description pour désigner, d'une manière générale, la vitesse moyenne réelle du rotor 3 pendant une période du signal de référence, quel que soit le nombre de tours qu'il fait, à peu près, pendant cette période.The symbol Vt has been used in the description of FIG. 1 to designate the real average speed of the rotor 3 while it makes, roughly, the only revolution which it must make during each period of the reference signal. This same symbol Vt will be used in the remainder of this description to designate, in general, the real average speed of the rotor 3 pen during a period of the reference signal, whatever the number of turns it makes, roughly, during this period.

Comme cela a déjà été mentionné ci-dessus, les pertes mécaniques et magnétiques dans les convertisseurs d'énergie mécanique en énergie électrique du genre de ceux qui ont été décrits dépendent directement de la vitesse de consigne Vc choisie ou de son carré. Il est donc souhaitable de choisir cette vitesse Vc à une valeur aussi faible que possible pour diminuer ces pertes et augmenter le rendement du convertisseur.As has already been mentioned above, the mechanical and magnetic losses in mechanical energy to electrical energy converters of the kind which have been described depend directly on the set speed Vc chosen or on its square. It is therefore desirable to choose this speed Vc as low as possible to reduce these losses and increase the efficiency of the converter.

Il faut cependant que le circuit de commande soit capable de maintenir en toutes circonstances la vitesse moyenne Vt du rotor 3 à un valeur proche de la vitesse de consigne Vc choisie.However, the control circuit must be able to maintain in all circumstances the average speed Vt of the rotor 3 at a value close to the chosen reference speed Vc.

Cette vitesse Vt dépend bien entendu, entre autres, de la vitesse moyenne du rotor 3 pendant les périodes où il est freiné, vitesse moyenne qui est désignée par la référence V1 à à la figure 2.This speed Vt naturally depends, among other things, on the average speed of the rotor 3 during the periods when it is braked, the average speed which is designated by the reference V1 in in FIG. 2.

Pour pouvoir choisir une vitesse Vc faible, il faut donc que cette vitesse moyenne V1 soit également faible. Il est clair que la vitesse moyenne V1 la plus faible qui puisse être atteinte est celle à laquelle tourne le rotor 3 lorsque les bornes de la bobine 6 sont court-circuitées.To be able to choose a low speed Vc, this average speed V1 must therefore also be low. It is clear that the lowest average speed V1 that can be reached is that at which the rotor 3 rotates when the terminals of the coil 6 are short-circuited.

Cependant, la vitesse instantanée du rotor 3 lorsqu'il est freiné n'est pas constante. Cette vitesse instantanée dépend du facteur de couplage magnétique C1 entre l'aimant 3a et la bobine 6, qui a été mentionné ci-dessus, et donc la variation en fonction de la position angulaire X du rotor 3 est représentée schématiquement à la figure 3.However, the instantaneous speed of the rotor 3 when it is braked is not constant. This instantaneous speed depends on the magnetic coupling factor C1 between the magnet 3a and the coil 6, which was mentioned above, and therefore the variation as a function of the angular position X of the rotor 3 is shown diagrammatically in FIG. 3.

Il est évident que, toutes autres choses restant égales, la vitesse instantanée du rotor 3 augmente lorsque celui-ci s'approche, pendant les périodes où il est freiné, des positions où le facteur de couplage C1 est nul, et que cette vitesse instantanée diminue à nouveau lorsque le rotor 3 s'éloigne de ces positions.It is obvious that, all other things remaining equal, the instantaneous speed of the rotor 3 increases when the latter approaches, during the periods when it is braked, positions where the coupling factor C1 is zero, and that this instantaneous speed decreases again when the rotor 3 moves away from these positions.

La valeur de la vitesse moyenne V1 du rotor 3 pendant qu'il est freiné est influencée défavorablement par ces augmentations de sa vitesse instantée, ce qui impose par conséquent une limite inférieure à la valeur qui peut être choisie pour la vitesse de consigne Vc.The value of the average speed V1 of the rotor 3 while it is braked is influenced unfavorably by these increases in its instantaneous speed, which consequently imposes a lower limit on the value which can be chosen for the reference speed Vc.

Le convertisseur représenté à la figure 5 permet de pallier cet inconvénient. Comme le convertisseur de la figure 1, il est destiné à équiper une pièce d'horlogerie, et il comporte un ressort 1 entraînant, par l'intermédiaire d'un train d'engrenages 4, le rotor 3 d'un générateur d'énergie électrique qui est désigné, dans ce cas, par la référence 30, et des aiguilles 9 d'affichage de l'heure.The converter shown in Figure 5 overcomes this drawback. Like the converter of FIG. 1, it is intended to equip a timepiece, and it comprises a spring 1 driving, via a gear train 4, the rotor 3 of an energy generator electric which is designated, in this case, by the reference 30, and hands 9 for displaying the time.

Le ressort 1, le train d'engrenages 4 et les aiguilles 9 n'ont pas été représentés dans cette figure 5. Le rotor 3 est identique à celui du générateur 2 de la figure 1 et, comme ce dernier, il est symbolisé par l'aimant 3a qui en fait partie.The spring 1, the gear train 4 and the needles 9 have not been shown in this figure 5. The rotor 3 is identical to that of the generator 2 in FIG. 1 and, like the latter, it is symbolized by l magnet 3a which is part of it.

Le générateur 30, qui est représenté schématiquement, a une structure qui le fait ressembler au moteur décrit dans le brevet US-A-4 371 821. Comme ce moteur, le générateur 30 comporte un stator 31 comprenant trois pièces polaires 32, 33 et 34.The generator 30, which is represented diagrammatically, has a structure which makes it resemble the motor described in patent US-A-4 371 821. Like this motor, the generator 30 comprises a stator 31 comprising three pole pieces 32, 33 and 34 .

Les premières extrémités de ces pièces polaires 32, 33 et 34 sont séparées les unes des autres par des entrefers 35, 36 et 37 et délimitent un espace sensiblement cylindrique dans lequel l'aimant permanent 3a du rotor 3 est disposé.The first ends of these pole pieces 32, 33 and 34 are separated from each other by air gaps 35, 36 and 37 and delimit a substantially cylindrical space in which the permanent magnet 3a of the rotor 3 is disposed.

La deuxième extrémité de la pièce polaire 32 est reliée à la deuxième extrémité de la pièce polaire 33 par une armature 38 et à la pièce polaire 34 par une armature 39. Deux bobines 40 et 41 sont respectivement disposées sur les armatures 38 et 39.The second end of the pole piece 32 is connected to the second end of the pole piece 33 by a frame 38 and to the pole piece 34 by a frame 39. Two coils 40 and 41 are respectively arranged on the frames 38 and 39.

Contrairement au moteur mentionné ci-dessus, le générateur 30 de la figure 5 ne comporte aucun moyen de positionnement du rotor 3.Unlike the engine mentioned above, the generator 30 in FIG. 5 does not have any means for positioning the rotor 3.

Le convertisseur de la figure 5 comporte un redresseur 7, semblable à celui de la figure 1, dont l'entrée est reliée aux bornes 40a et 40b de la bobine 40 et dont la sortie est reliée à un condensateur de stockage et de filtrage 8, également semblable à celui de la figure 1.The converter of FIG. 5 comprises a rectifier 7, similar to that of FIG. 1, the input of which is connected to the terminals 40a and 40b of the coil 40 and the output of which is connected to a storage and filtering capacitor 8, also similar to that in Figure 1.

La vitesse de rotation du rotor 3 du générateur 30 est réglée par un circuit qui comporte des moyens de freinage 11' et un circuit de commande 12 de ces moyens de freinage 11' qui est identique, dans cet exemple, au circuit 12 de la figure 1 et qui n'a donc pas été représenté en détail à nouveau. L'entrée et la sortie de ce circuit 12, désignées par 12a et par 12b à la figure 5, correspondent respectivement à l'entrée du circuit formateur 28 et à la sortie Q du flip-flop 23 de la figure 1.The speed of rotation of the rotor 3 of the generator 30 is regulated by a circuit which includes braking means 11 'and a control circuit 12 of these braking means 11' which is identical, in this example, to circuit 12 in the figure 1 and which has therefore not been shown in detail again. The input and output of this circuit 12, designated by 12a and by 12b in FIG. 5, correspond respectively to the input of the forming circuit 28 and to the output Q of the flip-flop 23 of FIG. 1.

Les moyens de freinage 11 ' comportent une résistance 13 et une porte de transmission 14 branchées, en series l'une avec l'autre, aux bornes 40a et 40b de la bobine 40. Cette résistance 13 et cette porte 14 sont semblables à celles de la figure 1.The braking means 11 ′ comprise a resistor 13 and a transmission door 14 connected, in series with each other, to the terminals 40a and 40b of the coil 40. This resistor 13 and this door 14 are similar to those of Figure 1.

Les moyens de freinage 11 ' comportent en outre une porte de transmission 42 branchée directement aux bornes 41 a et 41 b de la bobine 41. L'électrode de commande 42a de cette porte 42 est reliée, comme l'électrode de commande 14a de la porte 14, à la sortie 12b du circuit de commande 12.The braking means 11 'further include a transmission door 42 connected directly to the terminals 41 a and 41 b of the coil 41. The control electrode 42a of this door 42 is connected, like the control electrode 14a of the gate 14, at the output 12b of the control circuit 12.

La borne 41 a de la bobine 41 est reliée à la borne 40a de la bobine 40 dont le potentiel est pris comme potentiel de référencé du circuit. La porte de transmission 42 répond donc comme la porte de transmission 14 au signal produit par le circuit de commande 12. Lorsque ce signal est à l'état logique «0», ces deux portes 14 et 42 sont bloquées, et lorsqu'il est à l'état logique «1», elles sont conductrices.Terminal 41a of coil 41 is connected to terminal 40a of coil 40, the potential of which is taken as the reference potential of the circuit. The transmission door 42 therefore responds as the transmission door 14 to the signal produced by the control circuit 12. When this signal is in the logic state "0", these two doors 14 and 42 are blocked, and when it is in logic state "1", they are conductive.

Enfin, l'entrée 12a du circuit de commande 12 est reliée à la borne 40b de la bobine 40.Finally, the input 12a of the control circuit 12 is connected to the terminal 40b of the coil 40.

La bobine 40 joue donc le même rôle que la bobine 6 du convertisseur de la figure 1. Elle fournit notamment l'énergie électrique destinée à alimenter le circuit 12 et les autres circuits éventuels, et la tension présente à sa borne 40b est utilisée par ce circuit 12 pour déterminer les instants où le rotor 3 passe par sa position zéro.The coil 40 therefore plays the same role as the coil 6 of the converter of FIG. 1. It provides in particular the electrical energy intended to supply the circuit 12 and the other possible circuits, and the voltage present at its terminal 40b is used by this circuit 12 to determine the instants when the rotor 3 passes through its zero position.

Le facteur de couplage magnétique de l'aimant 3a avec la bobine 40 a une variation en fonction de la position angulaire du rotor 3 qui est, au moins en première approximation, identique à celle du facteur de couplage C1 dans le cas de la figure 1. Dans un générateur tel que celui qui a été représenté à la figure 5, les positions angulaires où ce facteur de couplage est nul sont proches de celles où la direction de l'axe d'aimantation de l'aimant 3a fait un angle de 60° environ avec la droite passant par le milieu de l'entrefer 35 et par l'axe de rotation du rotor 3. Lune de ces deux positions est la position zéro du rotor 3 définie précédemment.The magnetic coupling factor of the magnet 3a with the coil 40 has a variation as a function of the angular position of the rotor 3 which is, at least as a first approximation, identical to that of the coupling factor C1 in the case of FIG. 1 In a generator such as that which has been represented in FIG. 5, the angular positions where this coupling factor is zero are close to those where the direction of the axis of magnetization of the magnet 3a makes an angle of 60 ° approximately with the straight line passing through the middle of the air gap 35 and through the axis of rotation of the rotor 3. One of these two positions is the zero position of the rotor 3 defined above.

L'aimant 3a est évidemment également couplé magnétiquement à la bobine 41. Le facteur de couplage C2 de cet aimant 3a et de cette bobine 41 a une variation semblable à celle du facteur C1, mais avec des valeurs nulles qui sont proches des positions angulaires du rotor 3 où la direction de l'axe d'aimantation de l'aimant 3a fait un angle de 60° environ avec la droite passant par le milieu de l'entrefer 36 et par l'axe de rotation du rotor 3.The magnet 3a is obviously also magnetically coupled to the coil 41. The coupling factor C2 of this magnet 3a and of this coil 41 has a variation similar to that of the factor C1, but with zero values which are close to the angular positions of the rotor 3 where the direction of the magnetization axis of the magnet 3a makes an angle of approximately 60 ° with the straight line passing through the middle of the air gap 36 and through the axis of rotation of the rotor 3.

Le décalage des courbes représentant la variation des facteurs de couplage C1 et C2 l'une par rapport à l'autre dépend évidemment de la position angulaire relative des entrefers 35, 36 et 37. La figure 3, où la courbe représentant la variation du facteur de couplage C2 a également été dessinée, représente un cas où ce décalage est de 60° environ.The offset of the curves representing the variation of the coupling factors C1 and C2 with respect to each other obviously depends on the relative angular position of the air gaps 35, 36 and 37. Figure 3, where the curve representing the variation of the factor C2 coupling has also been drawn, represents a case where this offset is approximately 60 °.

Le fonctionnement du dispositif de la figure 5 est identique à celui du dispositif de la figure 1 et ne sera donc pas décrit à nouveau ici.The operation of the device in FIG. 5 is identical to that of the device in FIG. 1 and will therefore not be described again here.

Il faut cependant noter que les deux portes de transmission 14 et 42 sont conductrices ou bloquées en même temps, puisqu'elles sont commandées par le même signal.It should however be noted that the two transmission doors 14 and 42 are conductive or blocked at the same time, since they are controlled by the same signal.

Il en résulte que lorsque ce signal est à l'état logique «0», c'est-à-dire pendant les périodes où le rotor 3 n'est pas freiné, la bobine 41 est en circuit ouvert et n'influence pas la rotation de ce rotor 3.It follows that when this signal is in the logic state "0", that is to say during the periods when the rotor 3 is not braked, the coil 41 is in open circuit and does not influence the rotation of this rotor 3.

Par contre, lorsque le signal de commande fourni par le circuit 12 est à l'état « 1 », c'est-à-dire pendant les périodes où le rotor 3 est freiné, la bobine 41 est mise pratiquement en court-circuit par la porte de transmission 42. Comme le facteur de couplage C2 de cette bobine 41 et de l'aimant 3a a une valeur élevée lorsque le facteur de couplage C 1 de la bobine 40 et de cet aimant 3a a une valeur faible, cette bobine 41 assure un freinage efficace du rotor 3 lorsque la bobine 40 n'est pas en mesure de le faire.On the other hand, when the control signal supplied by the circuit 12 is in the state "1", that is to say during the periods when the rotor 3 is braked, the coil 41 is practically short-circuited by the transmission door 42. Since the coupling factor C2 of this coil 41 and of the magnet 3a has a high value when the coupling factor C 1 of the coil 40 and of this magnet 3a has a low value, this coil 41 ensures effective braking of the rotor 3 when the coil 40 is unable to do so.

Le rotor 3a est donc efficacement freiné quelle que soit sa position angulaire, et sa vitesse instantanée, lorsqu'il est freiné, ne présente plus les variations importantes qu'elle présentait dans le cas de la figure 1.The rotor 3a is therefore effectively braked whatever its angular position, and its instantaneous speed, when it is braked, no longer exhibits the significant variations which it exhibited in the case of FIG. 1.

Grâce à cette caractéristique, qui est due au fait que le générateur 30 est muni de deux bobines 40 et 41 dont les facteurs de couplage avec l'aimant 3a sont décalés par rapport à la position angulaire du rotor 3, la vitesse de consigne Vc peut donc être choisie à une valeur encore plus basse que dans le cas de la figure 1, ce qui diminue d'autant les pertes mécaniques et magnétiques dans le convertisseur et augmente donc son rendement.Thanks to this characteristic, which is due to the fact that the generator 30 is provided with two coils 40 and 41 whose coupling factors with the magnet 3a are offset from the angular position of the rotor 3, the set speed Vc can therefore be chosen to an even lower value than in the case of FIG. 1, which correspondingly reduces the mechanical and magnetic losses in the converter and therefore increases its efficiency.

La capacité de comptage des compteurs 22 et 25 ainsi que, le cas échéant, la fréquence du signal fourni par l'oscillateur 21 doivent bien entendu être adaptées à la vitesse de consigne choisie.The counting capacity of the counters 22 and 25 as well as, if necessary, the frequency of the signal supplied by the oscillator 21 must of course be adapted to the chosen target speed.

Il faut noter que le circuit de commande 12' de la figure 4 peut également être utilisé dans un convertisseur équipé du générateur 30 de la figure 5. Cette variante ne sera pas décrite ici.It should be noted that the control circuit 12 ′ in FIG. 4 can also be used in a converter equipped with the generator 30 in FIG. 5. This variant will not be described here.

La figure 6 représente le schéma d'un circuit de commande 12" des moyens de freinage 11 qui peut être utilisé à la place du circuit 12 dans le convertisseur de la figure 5.FIG. 6 represents the diagram of a control circuit 12 "of the braking means 11 which can be used in place of the circuit 12 in the converter of FIG. 5.

Dans ce circuit 12", les compteurs 22 et 25 du circuit 12 sont remplacés par des compteurs 22" et 25" comprenant chacun douze flip-flops. La capacité de comptage de ces compteurs 22" et 25" n'est donc que de 4096. Le comparateur 24 du circuit 12 est bien entendu remplacé par une comparateur 24" ayant douze premières et douze deuxièmes entrées, également désignées respectivement par A et B. En outre, le formateur 28 du circuit 12 est remplacé par un formateur 28" dont la sortie délivre une impulsion chaque fois que la tension aux bornes de la bobine 40 passe par zéro dans un sens ou dans l'autre, c'est-à-dire deux fois par tour du rotor 3.In this 12 "circuit, the counters 22 and 25 of circuit 12 are replaced by 22" and 25 "counters each comprising twelve flip-flops. The counting capacity of these 22" and 25 "counters is therefore only 4096 The comparator 24 of circuit 12 is of course replaced by a comparator 24 "having twelve first and twelve second inputs, also designated respectively by A and B. In addition, the formatter 28 of circuit 12 is replaced by a formator 28" whose output delivers a pulse each time the voltage across the coil 40 passes through zero in one direction or the other, that is to say twice per revolution of the rotor 3.

Le formateur 28" comporte, dans cet exemple, un amplificateur 28.1, un condensateur 28.2 et une résistance 28.3 semblables aux éléments portant les mêmes références dans la figure 1, un inverseur 28.4 un deuxième condensateur 28.5, une deuxième résistance 28.6 et une porte OU 28.7. Tous ces éléments sont reliés les uns aux autres de la manière représentée.The trainer 28 "comprises, in this example, an amplifier 28.1, a capacitor 28.2 and a resistor 28.3 similar to the elements bearing the same references in FIG. 1, an inverter 28.4 a second capacitor 28.5, a second resistor 28.6 and an OR gate 28.7 All of these are connected to each other as shown.

Les autres composants du circuit 12" sont semblables aux composants du circuit 12 portant les mêmes références.The other components of circuit 12 "are similar to the components of circuit 12 having the same references.

Le fonctionnement du convertisseur équipé de ce circuit de commande 12" est comparable à celui du convertisseur de la figure 5 et ne sera pas décrit en détail. Il faut simplement relever que la période du signal de référence produit par la sortie 22"a du compteur 22" n'est que de 125 millisecondes, et qu'elle correspond au temps que mettrait le rotor 3 pour faire un demi-tour, ou 180°, si sa vitesse moyenne pendant ce demi-tour était égale à la vitesse de consigne Vc, qui a également été fixée à quatre tours par seconde dans cet exemple.The operation of the converter equipped with this 12 "control circuit is comparable to that of the converter in FIG. 5 and will not be described in detail. It should simply be noted that the period of the reference signal produced by output 22" a of the counter 22 "is only 125 milliseconds, and it corresponds to the time it would take rotor 3 to make a U-turn, or 180 °, if its average speed during this U-turn was equal to the set speed Vc , which was also set at four revolutions per second in this example.

En outre, la période du signal de référence correspondant à environ un demi-tour du rotor 3, et le facteur de couplage C1 entre l'aimant 3a et la bobine 40 atteignant une valeur élevée pendant la partie de cette période où le rotor 3 n'est pas freiné, le générateur 30 fournit de l'énergie électrique à chaque demi-tour du rotor 3.In addition, the period of the reference signal corresponding to about half a turn of the rotor 3, and the coupling factor C1 between the magnet 3a and the coil 40 reaching a high value during the part of this period when the rotor 3 n is not braked, the generator 30 supplies electrical energy to each half-turn of the rotor 3.

Le freinage du rotor 3 pendant la partie de la période du signal de référence où il doit être freiné est cependent efficace puisque le facteur de couplage C2 de l'aimant 3a avec la bobine 41 atteint une valeur élevée pendant cette partie de cette période. Comme dans le convertisseur de la figure 5, la vitesse de consigne Vc du rotor 3 pourrait donc être choisie à une valeur plus faible que quatre tours par seconde. Il faudrait bien entendu, dans un tel cas, adapter en conséquence les divers composants du convertisseur notamment l'oscillateur 21 et/ou le compteur 22" pour que la période du signal de référence ait une valeur correspondant à la vitesse de consigne choisie.The braking of the rotor 3 during the part of the period of the reference signal where it must be braked is however effective since the coupling factor C2 of the magnet 3a with the coil 41 reaches a high value during this part of this period. As in the converter of FIG. 5, the reference speed Vc of the rotor 3 could therefore be chosen at a lower value than four revolutions per second. It would of course be necessary, in such a case, to adapt the various components of the converter accordingly, in particular the oscillator 21 and / or the counter 22 "so that the period of the reference signal has a value corresponding to the chosen reference speed.

Il est évident que, dans le convertisseur de la figure 5 et dans sa variante décrite ci-dessus, la bobine 41 pourrait être reliée à l'entrée d'un redresseur, semblable au redresseur 7, dont la sortie serait également reliée au condensateur de stockage 8. Dans cette forme d'exécution, qui n'a pas été représentée, la bobine 41 fournirait donc également de l'énergie électrique au condensateur 8.It is obvious that, in the converter of FIG. 5 and in its variant described above, the coil 41 could be connected to the input of a rectifier, similar to rectifier 7, the output of which would also be connected to the capacitor of storage 8. In this embodiment, which has not been shown, the coil 41 would therefore also supply electrical energy to the capacitor 8.

Il est également évident que les bobines 40 et 41 pourraient être branchées en série, au moins lorsque le rotor 3 n'est pas freiné. Les moyens nécessaires à ce branchement ne seront pas décrits ici car leur réalisation est à la portée de l'homme du métier.It is also obvious that the coils 40 and 41 could be connected in series, at least when the rotor 3 is not braked. The means necessary to this connection will not be described here because their realization is within the reach of the skilled person.

Dans un tel cas, la tension appliquée au redresseur 7 serait évidemment plus élevée que dans le cas de la figure 5, ce qui améliorerait le rendement de ce redresseur 7, et donc du convertisseur ainsi modifié.In such a case, the voltage applied to the rectifier 7 would obviously be higher than in the case of FIG. 5, which would improve the efficiency of this rectifier 7, and therefore of the converter thus modified.

Dans les convertisseurs décrits ci-dessus, la vitesse moyenne Vt du rotor 3 pendant une période du signal -de référence commençant à un instant t0 est réglée en modifiant d'une durée fixe, à cet instant t0, le temps T2 ou T2' pendant lequel le rotor 3 ne sera pas freiné au cours de cette période, le sens de cette modification étant déterminé par le sens de l'écart entre la position angulaire réelle du rotor 3 à cet instant t0 et sa position zéro.In the converters described above, the average speed Vt of the rotor 3 during a period of the reference signal starting at an instant t0 is adjusted by modifying by a fixed duration, at this instant t0, the time T2 or T2 'during which the rotor 3 will not be braked during this period, the direction of this modification being determined by the direction of the difference between the actual angular position of the rotor 3 at this time t0 and its zero position.

En d'autres termes, la vitesse moyenne Vt du rotor 3 pendant chaque période du signal de référence est simplement réglée en fonction du sens de la différence entre la vitesse moyenne Vt pendant la période précédente et la vitesse de consigne Vc.In other words, the average speed Vt of the rotor 3 during each period of the reference signal is simply adjusted as a function of the direction of the difference between the average speed Vt during the previous period and the reference speed Vc.

Ce mode de réglage a l'avantage d'être particulièrement simple à mettre en oeuvre. Cependant, selon le type de convertisseur dans lequel il est mis en oeuvre, et notamment selon les caractéristiques mécaniques des divers éléments mobiles de ce convertisseur et les caractéristiques électriques et magnétiques de son générateur 2, ce mode de réglage n'est pas toujours le mieux adapté.This adjustment mode has the advantage of being particularly simple to implement. However, depending on the type of converter in which it is used, and in particular according to the mechanical characteristics of the various moving elements of this converter and the electrical and magnetic characteristics of its generator 2, this mode of adjustment is not always the best. adapted.

Notamment, si la modification du temps T2 ou T2' faite à chaque instant t0 est faible, comme dans les exemples décrits où elle est égale à une période du signal produit par l'oscillateur 21, soit 30,5 microsecondes environ, la rapidité du réglage, c'est-à-dire la rapidité avec laquelle la vitesse moyenne Vt est ramenée à une valeur proche de la vitesse de consigne Vc après s'en être notablement écartée pour une raison quelconque, peut être également faible.In particular, if the modification of time T2 or T2 'made at each instant t0 is small, as in the examples described where it is equal to a period of the signal produced by the oscillator 21, that is to say approximately 30.5 microseconds, the speed of the adjustment, that is to say the speed with which the average speed Vt is brought back to a value close to the speed of reference Vc after having deviated considerably from it for any reason, can also be low.

Il est évidemment possible d'augmenter la rapidité de ce réglage en augmentant la variation imposée au temps T2 ou T2' à chaque instant t0.It is obviously possible to increase the speed of this adjustment by increasing the variation imposed at time T2 or T2 'at each instant t0.

Selon les caractéristiques du convertisseur mentionnées ci-dessus, cette augmentation de la rapidité de réglage peut cependant causer une instabilité de la vitesse Vt qui peut se mettre à osciller avec une amplitude relativement grande autour de la vitesse de consigne Vc.According to the characteristics of the converter mentioned above, this increase in the speed of adjustment can however cause instability of the speed Vt which can start to oscillate with a relatively large amplitude around the reference speed Vc.

De nombreux autres modes de réglage de la vitesse moyenne Vt peuvent être utilisés et le choix de celui qui est le mieux adapté à un type de convertisseur particulier dépend évidemment des caractéristiques de celui-ci.Many other modes for adjusting the average speed Vt can be used and the choice of the one which is best suited to a particular type of converter obviously depends on the characteristics of the latter.

Parmi tous ces modes de réglage, on peut mentionner celui qui consiste à déterminer, à chaque instant t0, le sens de l'écart entre la position angulaire réelle du rotor 3 et sa position zéro, ainsi que le sens de la variation de la valeur de cet écart par rapport à la valeur qu'il avait à l'instant t0 précédent, et à modifier le temps T2 ou T2' en fonction de ces deux informations.Among all these adjustment modes, one can mention that which consists in determining, at each instant t0, the direction of the difference between the real angular position of the rotor 3 and its zero position, as well as the direction of the variation of the value. of this deviation from the value it had at the previous time t0, and to modify the time T2 or T2 'as a function of these two pieces of information.

Ce mode de réglage peut être avantageusement mis en oeuvre dans pratiquement n'importe quel type de convertisseur car l'influence de chacune des informations qu'il utilise sur la valeur de la modification imposée au temps T2 ou T2' peut être adaptée en fonction des caractéristiques du convertisseur de manière à assurer une grande rapidité du réglage de la vitesse Vt tout en éliminant pratiquement tout risque d'oscillation exagérée de cette vitesse Vt autour de la vitesse de consigne Vc.This adjustment mode can advantageously be implemented in practically any type of converter because the influence of each of the pieces of information that it uses on the value of the modification imposed at time T2 or T2 'can be adapted as a function of the characteristics of the converter so as to ensure great speed in adjusting the speed Vt while virtually eliminating any risk of excessive oscillation of this speed Vt around the set speed Vc.

Les moyens nécessaires à la mise en oeuvre d'un tel mode de réglage, ou d'un autre mode de réglage qui serait mieux adapté dans ce cas particulier ou un autre, ne seront pas décrits ici car leur constitution dépend des caractéristiques du convertisseur mentionnées ci-dessus et leur réalisation est en outre à la portée de l'homme du métier.The means necessary for the implementation of such an adjustment mode, or of another adjustment mode which would be better suited in this particular case or another, will not be described here since their constitution depends on the characteristics of the converter mentioned. above and their realization is also within the reach of the skilled person.

Dans toutes les formes d'exécution du convertisseur selon l'invention qui viennent d'être décrites, la régulation de la vitesse moyenne du rotor est assurée en ajustant, pendant chaque période du signal de référence, la durée pendant laquelle il tourne à une vitesse supérieure à la vitesse de consigne en fonction de la mesure plus ou moins directe, faite au début de cette période, de sa vitesse moyenne pendant la période précédente du signal de référence. Il est évident que cette régulation peut également être assurée en ajustant, pendant chaque période du signal de référence, la durée pendant laquelle le rotor tourne à une vitesse inférieure à la vitesse de consigne en fonction de la même comparaison. Des formes d'exécution de convertisseurs selon l'invention faisant usage de cette possibilité n'ont pas été représentées car elles se déduisent aisément de celles qui ont été décrites ci-dessus.In all the embodiments of the converter according to the invention which have just been described, the mean speed of the rotor is regulated by adjusting, during each period of the reference signal, the duration during which it rotates at a speed higher than the setpoint speed as a function of the more or less direct measurement, made at the start of this period, of its average speed during the preceding period of the reference signal. It is obvious that this regulation can also be ensured by adjusting, during each period of the reference signal, the duration during which the rotor turns at a speed lower than the set speed according to the same comparison. Embodiments of converters according to the invention making use of this possibility have not been shown because they are easily deduced from those which have been described above.

Il faut encore noter que, dans toutes les formes d'exécution du convertisseur selon l'invention qui viennent d'être décrites, le compteur 25, 25' ou 25" qui détermine la durée du temps T2 ou T2' peut être conçu de manière que son contenu prenne automatiquement une valeur prédéterminée au moment où, après la mise en marche du convertisseur, la tension aux bornes du condensateur 8 atteint une valeur suffisante pour que les circuits électroniques qu'elle alimente fonctionnent correctement. Cette valeur prédéterminée peut être égale, par exemple, à la moitié de la valeur maximum que peut prendre le contenu de ce compteur 25, 25' ou 25".It should also be noted that, in all the embodiments of the converter according to the invention which have just been described, the counter 25, 25 'or 25 "which determines the duration of the time T2 or T2' can be designed so its content automatically takes on a predetermined value at the moment when, after switching on the converter, the voltage across the terminals of the capacitor 8 reaches a value sufficient for the electronic circuits which it supplies to function properly. This predetermined value may be equal, for example, half the maximum value that the contents of this 25, 25 'or 25 "counter can take.

Cette disposition, qui ne sera pas décrite plus en détail car sa réalisation est à la portée du spécialiste, permet de diminuer sensiblement le temps nécessaire pour que la vitesse moyenne du rotor 3 se stabilise à la vitesse de consigne lorsque le convertisseur est remis en marche après un arrêt.This arrangement, which will not be described in more detail since its production is within the reach of the specialist, makes it possible to significantly reduce the time necessary for the average speed of the rotor 3 to stabilize at the set speed when the converter is restarted. after a stop.

Dans tous les convertisseurs qui ont été décrits ci-dessus, le rotor 3 tourne en permanence, tantôt à grande vitesse, tantôt à faible vitesse. La vitesse de consigne Vc ne peut donc pas être choisie à une valeur arbitrairement basse. Pratiquement, la valeur minimum qui peut être choisie est d'environ deux à trois tours par seconde.In all the converters which have been described above, the rotor 3 rotates continuously, sometimes at high speed, sometimes at low speed. The setpoint speed Vc cannot therefore be chosen at an arbitrarily low value. In practice, the minimum value that can be chosen is around two to three revolutions per second.

La figure 7 représente le schéma d'un convertisseur dans lequel la vitesse de consigne Vc du rotor 3 peut être choisie à une valeur pratiquement aussi faible qu'on le désire. Dans l'exemple de cette figure 7, cette valeur a été choisie à 0,5 tour par seconde.FIG. 7 represents the diagram of a converter in which the reference speed Vc of the rotor 3 can be chosen at a value practically as low as desired. In the example of this figure 7, this value was chosen at 0.5 revolutions per second.

Le convertisseur de la figure 7 comporte, comme ceux qui ont été décrits ci-dessus, une source d'énergie mécanique constituée par un ressort de barillet, qui est semblable à ceux des précédents convertisseurs et qui n'a donc pas été représenté.The converter of FIG. 7 comprises, like those which have been described above, a source of mechanical energy constituted by a barrel spring, which is similar to those of the preceding converters and which has therefore not been shown.

Ce ressort de barillet est relié, par l'intermédiaire d'un train d'engrenages, également non représenté, au rotor 3 d'un générateur 50. Ce rotor 3 est également semblable aux rotors des générateurs des précédents convertisseurs, et comme ceux-ci, il est symbolisé par l'aimant permanent 3a qui en fait partie.This barrel spring is connected, via a gear train, also not shown, to the rotor 3 of a generator 50. This rotor 3 is also similar to the rotors of the generators of the previous converters, and like those Ci, it is symbolized by the permanent magnet 3a which is part of it.

Le générateur 50 diffère du générateur 2 de la figure 1 uniquement par la présence de deux encoches 51 et 52 qui sont ménagées dans la paroi des épanouissements polaires qui entourent l'aimant 3a et qui sont diamétralement opposées l'une à l'autre.The generator 50 differs from the generator 2 in FIG. 1 only by the presence of two notches 51 and 52 which are formed in the wall of the pole shoes which surround the magnet 3a and which are diametrically opposite one another.

Il est bien connu que la présence de ces encoches 51 et 52 a pour effet de créer un couple, généralement appelé couple de positionnement, qui s'exerce sur le rotor 3 et qui a une variation sensiblement sinusoïdale en fonction de la position angulaire du rotor 3, avec une période égale à 180°, c'est-à-dire à un demi-tour du rotor 3. Ce couple de positionnement a été représenté à la figure 8 avec la référence CP.It is well known that the presence of these notches 51 and 52 has the effect of creating a torque, generally called positioning torque, which is exerted on the rotor 3 and which has a substantially sinusoidal variation as a function of the angular position of the rotor. 3, with a period equal to 180 °, that is to say a half-turn of the rotor 3. This positioning torque has been shown in FIG. 8 with the reference CP.

Par convention, le couple CP tend à faire tourner le rotor 3 dans le sens croissant de l'angle X lorsqu'il est représenté comme positif dans la figure 8, et dans le sens décroissant de l'angle X lorsqu'il est représenté comme négatif. La même convention sera utilisée pour la représentation des autres couples qui seront décrits plus loin.By convention, the torque CP tends to rotate the rotor 3 in the increasing direction of the angle X when it is represented as positive in FIG. 8, and in the decreasing direction of the angle X when it is represented as negative. The same convention will be used for the representation of the other couples which will be described later.

En l'absence de toute autre influence, le couple CP tend donc à amener ou à maintenir le rotor 3 dans l'une ou l'autre de deux positions d'équilibre stable, qui sont désignées par CP1 et CP2 dans la figure 8.In the absence of any other influence, the torque CP therefore tends to bring or maintain the rotor 3 in one or the other of two stable equilibrium positions, which are designated by CP1 and CP2 in FIG. 8.

Ces positions CP1 et CP2 sont celles pour lesquelles l'axe d'aimantation de l'aimant 3a du rotor 3 a une direction sensiblement perpendiculaire à la droite joignant le milieu des encoches 51 et 52. Dans l'exemple de la figure 7, la droite joignant le milieu des encoches 51 et 52 fait un angle de 10° avec la droite prise comme origine des angles X. Comme dans l'exemple de la figure 1, cette droite prise comme origine des angles X est perpendiculaire à la droite joignant le milieu des entrefers 5a et 5b.These positions CP1 and CP2 are those for which the magnetization axis of the magnet 3a of the rotor 3 has a direction substantially perpendicular to the straight line joining the middle of the notches 51 and 52. In the example of FIG. 7, the straight line joining the middle of the notches 51 and 52 makes an angle of 10 ° with the straight line taken as the origin of the angles X. As in the example of FIG. 1, this straight line taken as the origin of the angles X is perpendicular to the straight line joining the middle of air gaps 5a and 5b.

En l'absence de toute autre influence, les deux positions d'équilibre stable CP1 et CP2 du rotor 3 sont donc celles où l'axe d'aimantation de l'aimant 3a fait un angle de 80° avec l'origine des angles X et un angle de 90° avec la droite joignant le milieu des encoches 51 et 52.In the absence of any other influence, the two stable equilibrium positions CP1 and CP2 of the rotor 3 are therefore those where the magnetization axis of the magnet 3a makes an angle of 80 ° with the origin of the angles X and an angle of 90 ° with the straight line joining the middle of the notches 51 and 52.

Cependant, dans le convertisseur de la figure 7, le rotor 3 est en outre soumis au couple moteur mécanique transmis par le train d'engrenages 4 qui le relie au ressort 1. Les divers composants du convertisseur sont choisis de manière que la valeur maximum de ce couple mécanique soit inférieure à la valeur maximum du couple de positionnement CP.However, in the converter of FIG. 7, the rotor 3 is also subjected to the mechanical motor torque transmitted by the gear train 4 which connects it to the spring 1. The various components of the converter are chosen so that the maximum value of this mechanical torque is less than the maximum value of the positioning torque CP.

Une valeur arbitraire du couple mécanique a été représentée à la figure 8 avec la référence CM.An arbitrary value of the mechanical torque has been represented in FIG. 8 with the reference CM.

En l'absence de toute autre influence, le rotor 3 est donc soumis à un couple résultant égal à la somme du couple mécanique CM et du couple CP. Ce couple résultant a également été représenté à la figure 8 avec la référence CR.In the absence of any other influence, the rotor 3 is therefore subjected to a resulting torque equal to the sum of the mechanical torque CM and the torque CP. This resulting torque has also been represented in FIG. 8 with the reference CR.

Comme celle du couple CP, la variation du couple CR est périodique, avec une période égale à 180°. Comme en outre la valeur maximum du couple mécanique CM est inférieure à la valeur maximum du couple CP, le couple CR présente, sur un tour du rotor, quatre valeurs nulles dont deux, séparées par un angle de 180°, correspondent à des positions d'équilibre stable et les deux autres, également séparées par un angle de 180°, correspondent à des positions d'équilibre instable du rotor 3. Dans la figure 8, les deux positions d'équilibre stable ont été désignées par P1 et P2 et les deux positions d'équilibre instable ont été désignées par P3 et P4.Like that of the torque CP, the variation of the torque CR is periodic, with a period equal to 180 °. Since, in addition, the maximum value of the mechanical torque CM is less than the maximum value of the torque CP, the torque CR has, on one revolution of the rotor, four zero values, two of which, separated by an angle of 180 °, correspond to positions d stable equilibrium and the other two, also separated by an angle of 180 °, correspond to unstable equilibrium positions of the rotor 3. In FIG. 8, the two stable equilibrium positions have been designated by P1 and P2 and the two positions of unstable equilibrium have been designated by P3 and P4.

Le convertisseur de la figure 7 comporte des moyens de freinage 11, un redresseur 7 et un condensateur 8 semblables à ceux de la figure 1 et qui ne seront pas décrits à nouveau ici.The converter of FIG. 7 comprises braking means 11, a rectifier 7 and a capacitor 8 similar to those of FIG. 1 and which will not be described again here.

Le convertisseur de la figure 7 comporte également un circuit 53 de commande des moyens de freinage 11. Ce circuit 53 comprend un oscillateur 54 qui délivre un signal sous la forme d'impulsions ayant une fréquence de 32'768 Hz par exemple.The converter of FIG. 7 also includes a circuit 53 for controlling the braking means 11. This circuit 53 includes an oscillator 54 which delivers a signal in the form of pulses having a frequency of 32,768 Hz for example.

La sortie de l'oscillateur 54 est reliée à l'entrée d'un compteur 55 composé de quinze flip-flops qui n'ont pas été représentés séparément. Ces quinze flip-flops sont connectés les uns aux autres en cascade de manière classique, de sorte que la capacité de comptage du compteur 55 est égale à 32'768.The output of the oscillator 54 is connected to the input of a counter 55 composed of fifteen flip-flops which have not been shown separately. These fifteen flip-flops are connected to each other in a cascade in a conventional manner, so that the counting capacity of the counter 55 is equal to 32,768.

Le compteur 55 comporte une sortie 55a constituée par la sortie inverse du quinzième des flip-flops ci-dessus et qui délivre donc un signal ayant une période de 1 seconde. Cette sortie 55a est reliée aux entrées d'horloge Ck de trois flip-flops 56, 57 et 58, tous trois de type T.The counter 55 has an output 55a constituted by the inverse output of the fifteenth of the above flip-flops and which therefore delivers a signal having a period of 1 second. This output 55a is connected to the clock inputs Ck of three flip-flops 56, 57 and 58, all three of type T.

Le compteur 55 comporte en outre des sorties 55b, 55c et 55d qui sont constituées par les sorties directes de ses cinquième, septième et huitième flip-flops. Ces sorties 55b, 55c et 55d délivrent donc des signaux ayant respectivement des fréquences de 2048 Hz, 256 Hz et 128 Hz.The counter 55 further comprises outputs 55b, 55c and 55d which are constituted by the direct outputs of its fifth, seventh and eighth flip-flops. These outputs 55b, 55c and 55d therefore deliver signals having frequencies of 2048 Hz, 256 Hz and 128 Hz respectively.

Les sorties 55b, 55c et 55d du compteur 55 sont reliées aux entrées d'une porte ET 59 dont la sortie est reliée à l'entrée R de remise à zéro du flip-flop 56.The outputs 55b, 55c and 55d of the counter 55 are connected to the inputs of an AND gate 59 whose output is connected to the reset input R of the flip-flop 56.

Les sorties 55b et 55c du compteur 55 sont reliées aux entrées d'une autre porte ET 60 dont la sortie est reliée à l'entrée R de remise à zéro du flip-flop 58.The outputs 55b and 55c of the counter 55 are connected to the inputs of another AND gate 60 whose output is connected to the reset input R of the flip-flop 58.

La sortie Q du flip-flop 56 est reliée à l'électrode de commande 14a de la porte de transmission 14.The output Q of the flip-flop 56 is connected to the control electrode 14a of the transmission door 14.

Les sorties Q des flip-flops 57 et 58 sont reliées aux entrées d'une porte NON-ET 61 dont la sortie est reliée à l'électrode de commande d'un transistor MOS de type P désigné par Tr1.The outputs Q of the flip-flops 57 and 58 are connected to the inputs of a NAND gate 61 whose output is connected to the control electrode of a P-type MOS transistor designated by Tr1.

La sortie Q du flip-flop 58 est en outre reliée à une entrée d'une porte ET 62 ayant une deuxième entrée reliée à la sortie Q du flip-flop 57. La sortie de la porte 62 est reliée à l'électrode de commande d'un transistor MOS de type N désigné par Tr2.The output Q of the flip-flop 58 is further connected to an input of an AND gate 62 having a second input connected to the output Q of the flip-flop 57. The output of the gate 62 is connected to the control electrode an N-type MOS transistor designated by Tr2.

Les drains des transistor Tr1 et Tr2 sont reliés, ensemble, à la borne 6b de la bobine 6 et leurs sources sont reliées respectivement aux bornes 8b et 8a du condensateur 8. Les liaisons de ces sources avec ces bornes n'ont pas été représentées. Comme dans le cas de la figure 1, ces bornes 8a et 8b constituent respectivement les bornes négative et positive de l'alimentation du circuit.The drains of the transistor Tr1 and Tr2 are connected, together, to the terminal 6b of the coil 6 and their sources are connected respectively to the terminals 8b and 8a of the capacitor 8. The connections of these sources with these terminals have not been shown. As in the case of FIG. 1, these terminals 8a and 8b respectively constitute the negative and positive terminals of the supply of the circuit.

Le fonctionnement du convertisseur de la figure 7 va être décrit à l'aide des figures 8, déjà mentionnée, et 9 qui représente les états logiques mesurés en quelques points du circuit 53.The operation of the converter of FIG. 7 will be described with the aid of FIGS. 8, already mentioned, and 9 which represents the logic states measured at some points of the circuit 53.

La sortie 55a du compteur 55 délivre un signal ayant une période de 1 seconde dont il sera montré par la suite qu'il constitue un signal de référence comparable aux signaux de référence décrits ci-dessus. Les instants où ce signal 55a passe à l'état « 1 » seront désignés par tO, comme ci-dessus.The output 55a of the counter 55 delivers a signal having a period of 1 second which will later be shown to constitute a reference signal comparable to the reference signals described above. The instants when this signal 55a goes to state "1" will be designated by t0, as above.

Il sera rendu évident par la suite de cette description que, juste avant chaque instant tO, le rotor 3 est arrêté dans l'une ou l'autre de ses positions d'équilibre stable P1 et P2, et la sortie Q du flip-flop 56 est à l'état «1». La porte de transmission 14 est donc conductrice, et la résistance de freinage 13 est reliée en parallèle avec la bobine 6. Si, dans cette situation, le rotor 3 est soumis à une accélération angulaire due, par exemple, à un choc, il est donc freiné par le couple CR et par le couple dû au courant induit par le déplacement du rotor et circulant dans cette résistance 13, et ramené à sa position d'équilibre par le couple CR.It will be made evident from this description that, just before each instant t0, the rotor 3 is stopped in one or other of its stable equilibrium positions P1 and P2, and the output Q of the flip-flop 56 is in state "1". The transmission door 14 is therefore conductive, and the braking resistor 13 is connected in parallel with the coil 6. If, in this situation, the rotor 3 is subjected to an angular acceleration due, for example, to a shock, it is therefore braked by the torque CR and by the torque due to the current induced by the displacement of the rotor and flowing in this resistor 13, and brought back to its equilibrium position by the torque CR.

Egalement juste avant chaque instant tO, la sortie Q du flip-flop 58 est à l'état «0». Les sorties des portes 61 et 62 sont donc respectivement à l'état « 1 » et à l'état «0», et les deux transistors Tr1 et Tr2 sont bloqués.Also just before each instant t0, the output Q of the flip-flop 58 is in the state "0". The outputs of the gates 61 and 62 are therefore respectively in the state "1" and in the state "0", and the two transistors Tr1 and Tr2 are blocked.

On admettra que, avant l'instant t0 où commence cette description, qui sera désigné par t01, le rotor 3 est arrêté dans la position P1.It will be assumed that, before the instant t0 at which this description begins, which will be designated by t01, the rotor 3 is stopped in the position P1.

On admettra encore que, toujours avant l'instant t01, la sortie Q du flip-flop 57 est à l'état «0».It will also be admitted that, always before time t01, the output Q of the flip-flop 57 is in the state "0".

On admettra enfin que la bobine 6 est conformée et disposée sur le stator 5 de manière que lorsque sa borne 6b est reliée au pôle positif de l'alimentation, d'une manière qui sera décrite plus loin, elle crée un champ magnétique qui provoque la rotation du rotor 3 dans le sens positif de l'angle X lorsque ce rotor 3 se trouve dans sa position d'équilibre stable P1. De même, lorsque la borne 6b de la bobine 6 est reliée au pôle négatif de l'alimentation, le champ magnétique créé par cette bobine 6 provoque la rotation du rotor 3 également dans le sens positif de l'angle X, mais lorsque ce rotor 3 se trouve dans sa position d'équilibre stable P2.Finally, it will be admitted that the coil 6 is shaped and arranged on the stator 5 so that when its terminal 6b is connected to the positive pole of the power supply, in a manner which will be described later, it creates a magnetic field which causes the rotation of the rotor 3 in the positive direction of the angle X when this rotor 3 is in its stable equilibrium position P1. Similarly, when the terminal 6b of the coil 6 is connected to the negative pole of the power supply, the magnetic field created by this coil 6 causes the rotation of the rotor 3 also in the positive direction of the angle X, but when this rotor 3 is in its stable equilibrium position P2.

A l'instantt01, la sortie 55a du compteur 55 passe à l'état « 1 ». Au même instant, les sorties 55b, 55c et 55d de ce compteur 55 passent à l'état «0». Les entrées R des flip-flops 56 et 58 passent donc à l'état «O». La sortie Q du flip-flop 56 passe donc à l'état «O», ce qui bloque la porte de transmission 14, et les sorties Q des flip-flop 57 et 58 passent à l'état « 1 ».At instantt01, the output 55a of the counter 55 goes to state "1". At the same instant, the outputs 55b, 55c and 55d of this counter 55 pass to the state "0". The inputs R of the flip-flops 56 and 58 therefore pass to the "O" state. The Q output of the flip-flop 56 therefore goes to the "O" state, which blocks the transmission gate 14, and the Q outputs of the flip-flop 57 and 58 go to the "1" state.

Le blocage de la porte de transmission 14 ne suffit pas à provoquer la rotation du rotor 3, puisque ce dernier n'est soumis qu'au couple CR qui tend à le maintenir à la position P1.The blocking of the transmission door 14 is not sufficient to cause the rotation of the rotor 3, since the latter is only subjected to the torque CR which tends to maintain it in the position P1.

En même temps que la porte de transmission 14 est bloquée, le transistor Tr1 est rendu conducteur par l'état «0» qui apparaît à la sortie de la porte 61. La borne 6b de la bobine 6 est donc reliée au pôle positif de l'alimentation du circuit, et un courant commence à circuler dans cette bobine 6, dans le sens de la flèche 1. Le champ magnétique produit par ce courant provoque la rotation du rotor dans le sens croissant de l'angle X.At the same time as the transmission gate 14 is blocked, the transistor Tr1 is made conductive by the state "0" which appears at the output of the gate 61. The terminal 6b of the coil 6 is therefore connected to the positive pole of the power supply to the circuit, and a current begins to flow in this coil 6, in the direction of arrow 1. The magnetic field produced by this current causes the rotor to rotate in the increasing direction of the angle X.

Le générateur 50 fonctionne donc, immédiatement après l'instant t01, comme un moteur.The generator 50 therefore operates, immediately after time t01, like a motor.

A un istantt31 situé, dans le présent exemple, 2,2, millisecondes après l'instant t01, la sortie 55b du compteur 55 passe à l'état «1». La sortie 55c du compteur 55 étant déjà à «1» à cet instant, la sortie de la porte 60 passe aussi à l'état « 1 ». Le flip-flop 58 bascule donc dans l'état où sa sortie Q est à l'état «0».At an istantt31 located, in this example, 2.2, milliseconds after time t01, the output 55b of the counter 55 goes to state "1". The output 55c of the counter 55 being already at "1" at this instant, the output of the gate 60 also changes to the state "1". The flip-flop 58 therefore switches to the state where its output Q is in the state "0".

Le transistor Tr est donc bloqué par l'état «1» qui apparaît à la sortie de la porte 61, et le courant circulant dans la bobine 6 est interrompu.The transistor Tr is therefore blocked by the state "1" which appears at the output of the gate 61, and the current flowing in the coil 6 is interrupted.

Les caractéristiques du générateur 50 et la durée du temps T3 séparant les instants t01 et t31 ont été choisies de manière que le rotor 3 se trouve à proximité de sa position d'équilibre instable P3 à l'instant t31 et que, s'il n'a pas atteint cette position P3 à cet instant, son énergie cinétique soit suffisante pour qu'il l'atteigne et la dépasse.The characteristics of the generator 50 and the duration of the time T3 separating the instants t01 and t31 have been chosen so that the rotor 3 is close to its unstable equilibrium position P3 at the instant t31 and that, if there is n has not reached this position P3 at this time, its kinetic energy is sufficient for it to reach and exceed it.

Après que le rotor 3 a dépassé la position P3, il est entraîné en rotation, toujours dans le sens croissant de l'angle X, par le couple CR qui est alors positif.After the rotor 3 has exceeded the position P3, it is rotated, still in the increasing direction of the angle X, by the torque CR which is then positive.

Cette situation dure pendant un temps T4, jusqu'à un instant t41 situé, dans le présent exemple, environ 6 millisecondes après l'instant t01, ou, ce qui revient au même, environ 3,8 millisecondes après l'instant t31. A cet instant t41, la sortie 55b du compteur 55 passe à l'état «1» alors que les sorties 55c et 55d de ce compteur 55 sont déjà à l'état «1». La sortie de la porte 59 passe donc également à l'état « 1 », ce qui remet la sortie Q du flip-flop 56 également à l'état «1». La porte de transmission 14 devient donc conductrice, et la résistance 13 est branchée aux bornes de la bobine 6.This situation lasts for a time T4, up to an instant t41 situated, in the present example, approximately 6 milliseconds after the instant t01, or, which amounts to the same thing, approximately 3.8 milliseconds after the instant t31. At this instant t41, the output 55b of the counter 55 goes to state "1" while the outputs 55c and 55d of this counter 55 are already in state "1". The output of gate 59 therefore also goes to state "1", which puts the output back Q flip-flop 56 also in state "1". The transmission door 14 therefore becomes conductive, and the resistor 13 is connected to the terminals of the coil 6.

Le rotor 3, qui se trouve à cet instant t41 dans une position intermédiaire Pf1 située entre son point d'équilibre instable P3 et son point d'équilibre stable P2, est donc freiné, et sa vitesse diminue fortement. Il continue à tourner à vitesse lente en réponse au couple CR qui diminue et qui s'annule lorsque le rotor 3 atteint sa deuxième position d'équilibre stable P2. Le rotor 3 s'arrête donc dans cette position P2, après avoir fait quelques oscillations autour de celle-ci.The rotor 3, which is at this instant t41 in an intermediate position Pf1 situated between its unstable equilibrium point P3 and its stable equilibrium point P2, is therefore braked, and its speed decreases sharply. It continues to rotate at slow speed in response to the torque CR which decreases and which is canceled when the rotor 3 reaches its second stable equilibrium position P2. The rotor 3 therefore stops in this position P2, after having made some oscillations around it.

Le même processus se reproduit à l'instant t02 suivant, à la seule différence que le flip-flop 57 bascule cette fois dans l'état où sa sortie Q est à l'état «0» et sa sortie Q à l'état « 1 ». C'est donc le transistor Tr2 qui devient conducteur en réponse à l'état « 1 » appliqué sur son électrode de commande par la sortie de la porte 62.The same process is repeated at the following instant t02, with the only difference that the flip-flop 57 switches this time to the state where its output Q is at state "0" and its output Q at state " 1 ". It is therefore the transistor Tr2 which becomes conductive in response to the state "1" applied to its control electrode by the output of the gate 62.

La borne 6b de la bobine 6 est donc reliée, cette fois, au pôle négatif de l'alimentation, et un courant commence à circuler dans cette bobine 6, dans le sens inverse de la flèche 1. Comme le rotor se trouve à la position P2 à l'instant t02, le champ produit par ce courant provoque la rotation du rotor 3 à nouveau dans le sens de l'angle X croissant. Le générateur 50 fonctionne donc à nouveau comme un moteur.The terminal 6b of the coil 6 is therefore connected, this time, to the negative pole of the power supply, and a current begins to flow in this coil 6, in the opposite direction to the arrow 1. As the rotor is in the position P2 at time t02, the field produced by this current causes the rotor 3 to rotate again in the direction of the increasing angle X. The generator 50 therefore functions again as a motor.

Comme ci-dessus, la sortie de la porte 60 passe à l'état « 1 » après un temps T3, à un instant situé environ 2,2 millisecondes après l'instant t02 et désigné par t32. La sortie Q du flip-flop 58 repasse donc à l'état «0», ce qui provoque le blocage du transistor Tr2.As above, the output of gate 60 goes to state "1" after a time T3, at a time situated approximately 2.2 milliseconds after time t02 and designated by t32. The output Q of the flip-flop 58 therefore returns to the “0” state, which causes the transistor Tr2 to block.

Egalement comme ci-dessus, le rotor 3 continue sa rotation sous l'influence de son énergie cinétique et du couple CR pendant un temps T4, jusqu'à ce que la sortie de la porte 59 passe à l'état « 1 », à un instant désigné par t42 et situé environ 3,8 millisecondes après l'instant t32 où le rotor 3 se trouve dans une position intermédiaire Pf2 située entre ses positions P4 et P1.Also as above, the rotor 3 continues its rotation under the influence of its kinetic energy and the torque CR for a time T4, until the output of the gate 59 changes to the state "1", at a moment designated by t42 and located approximately 3.8 milliseconds after time t32 when the rotor 3 is in an intermediate position Pf2 located between its positions P4 and P1.

A partir de cet instant t42, la porte de transmission 14 est conductrice et le rotor 3 est freiné. Le rotor 3 continue à tourner à faible vitesse jusqu'à ce qu'il atteigne à nouveau la position d'équilibre stable P1 où il s'arrête jusqu'à l'instant tO suivant. Le processus décrit ci-dessus recommence bien entendu à chaque instant tO.From this instant t42, the transmission door 14 is conductive and the rotor 3 is braked. The rotor 3 continues to rotate at low speed until it again reaches the stable equilibrium position P1 where it stops until the next instant t0. The process described above of course starts again at each instant t0.

On voit que la vitesse moyenne de rotation du rotor 3 est bien égale à la vitesse de consigne Vc qui a été choisie, soit dans cet exemple 0,5 tour par seconde. En outre, comme dans les autres formes d'exécution décrites précédemment, la période du signal de référence est égale au rapport entre un angle prédéterminé de rotation du rotor, 180°, et la vitesse de consigne Vc. Le facteur k mentionné ci-dessus est donc égal à 0,5, comme dans le cas de la figure 5.It can be seen that the average speed of rotation of the rotor 3 is indeed equal to the set speed Vc which has been chosen, ie in this example 0.5 revolutions per second. In addition, as in the other embodiments described above, the period of the reference signal is equal to the ratio between a predetermined angle of rotation of the rotor, 180 °, and the reference speed Vc. The factor k mentioned above is therefore equal to 0.5, as in the case of FIG. 5.

Les pertes mécaniques et magnétiques dans le convertisseur de la figure 7, qui sont dépendantes de cette vitesse de consigne Vc, sont donc encore plus faibles que dans les convertisseurs des figures 1 et 5.The mechanical and magnetic losses in the converter of FIG. 7, which are dependent on this reference speed Vc, are therefore even lower than in the converters of FIGS. 1 and 5.

On voit également que cette vitesse moyenne est indépendante du temps mis effectivement par le rotor 3 pour faire un demi-tour, à condition bien entendu que ce temps ne soit pas supérieur à la période du signal de référence produit par la sortie 55a du compteur 55.We also see that this average speed is independent of the time actually taken by the rotor 3 to turn around, provided of course that this time is not greater than the period of the reference signal produced by the output 55a of the counter 55 .

Si cette condition est remplie, ce qui est pratiquement toujours le cas, la vitesse moyenne du rotor 3 ne dépend que de la période du signal de référence. Dans une pièce d'horlogerie ne comportant pas d'aiguille des secondes, il serait donc possible de choisir une valeur encore plus faible que 0,5 tour par seconde pour cette vitesse moyenne.If this condition is fulfilled, which is almost always the case, the average speed of the rotor 3 only depends on the period of the reference signal. In a timepiece without a second hand, it would therefore be possible to choose a value even lower than 0.5 revolutions per second for this average speed.

Il faut cependant noter que la capacité du condensateur de stockage 8 doit être d'autant plus grande que cette vitesse moyenne est faible. Ce condensateur 8 doit en effet assurer l'alimentation des divers éléments électroniques pendant tout le temps qui sépare deux fournitures d'énergie électrique par le générateur 50, sans que la tension à ses bornes varie dans une trop large mesure.It should however be noted that the capacity of the storage capacitor 8 must be all the greater when this average speed is low. This capacitor 8 must in fact supply the various electronic elements throughout the time which separates two supplies of electrical energy by the generator 50, without the voltage at its terminals varying too much.

Le volume d'un condensateur étant proportionnel à sa capacité, il peut s'avérer impossible de choisir pour la vitesse de consigne Vc une valeur très faible, le condensateur 8 alors nécessaire étant trop volumineux pour entrer dans une pièce d'horlogerie telle que, par exemple, une montre-bracelet.The volume of a capacitor being proportional to its capacity, it may prove impossible to choose a very low value for the reference speed Vc, the capacitor 8 then necessary being too bulky to enter a timepiece such that, for example, a wristwatch.

Comme cela ressort de la description qui vient d'être faite, chaque demi-tour du rotor 3 se décompose en trois phases:As appears from the description which has just been made, each half-turn of the rotor 3 is broken down into three phases:

Pendant la première phase, qui commence à chaque instant t0 et qui se termine après un temps T3, soit environ 2,2 millisecondes dans cet exemple, le générateur 50 fonctionne comme un moteur pas à pas. Il reçoit du condensateur de stockage 8 une certaine quantité d'énergie électrique, qu'il transforme, avec un certain rendement, en une énergie mécanique qu'il utilise pour faire tourner son rotor de sa position P1 ou P2, à sa position P3 ou, respectivement, P4. La grandeur de cette énergie mécanique est proportionnelle à la surface de chacune des zones Z1 délimitées par l'axe des X et la partie négative de la courbe CR dans la figure 8.During the first phase, which begins at each instant t0 and which ends after a time T3, that is to say approximately 2.2 milliseconds in this example, the generator 50 operates as a stepping motor. It receives from the storage capacitor 8 a certain amount of electrical energy, which it transforms, with a certain efficiency, into mechanical energy which it uses to rotate its rotor from its position P1 or P2, to its position P3 or , respectively, P4. The magnitude of this mechanical energy is proportional to the area of each of the zones Z1 delimited by the X axis and the negative part of the curve CR in FIG. 8.

Pendant la deuxième phase, qui commence à la fin de la première et qui dure pendant un temps T4, soit environ 3,8 millisecondes dans cet exemple, le rotor 3 du générateur 50 tourne à grande vitesse sous l'influence du couple CR. Le générateur 50 produit donc une certaine quantité d'énergie électrique, comme les générateurs 2 et 30 des figures 1 et 5. Cette quantité d'énergie produite est sensiblement proportionnelle à la surface de chacune des zones Z2 délimitées par l'axe des X et la partie positive de la courbe CR dans la figure 8, entre les points P3 et Pf1 1 ou P4 et Pf2.During the second phase, which begins at the end of the first and which lasts for a time T4, that is to say approximately 3.8 milliseconds in this example, the rotor 3 of the generator 50 rotates at high speed under the influence of the torque CR. The generator 50 therefore produces a certain amount of electrical energy, like the generators 2 and 30 of FIGS. 1 and 5. This amount of energy produced is substantially proportional to the surface of each of the zones Z2 delimited by the X axis and the positive part of the CR curve in Figure 8, between points P3 and Pf1 1 or P4 and Pf2.

Des considérations théoriques qui ne seront pas reproduites ici, confirmées par des essais pratiques, montrent qu'il est possible de dimensionner les différents composants du convertisseur de manière que la différence entre la quantité d'énergie électrique produite pendant la deuxième phase et la quantité d'énergie électrique consommée pendant la première phase soit suffisante pour que les circuits électroniques du convertisseur de la figure 7 fonctionnent correctement jusqu'à ce que le ressort 1 soit presque complètement désarmé.Theoretical considerations which will not be reproduced here, confirmed by practical tests, show that it is possible to size the various components of the converter so that the difference between the amount of electrical energy produced during the second phase and the amount of the electrical energy consumed during the first phase is sufficient for the electronic circuits of the converter of FIG. 7 to function correctly until the spring 1 is almost completely disarmed.

Pendant la troisième phase, qui commence environ 6 millisecondes après chaque instant t0 dans le présent exemple et qui dure jusqu'à ce que le rotor 3 s'arrête dans l'une de ses positions d'équilibre stable P1 et P2, le générateur 50 produit encore une certaine quantité d'énergie électrique, mais cette énergie est dissipée dans la résistance 13, ce qui provoque le freinage du rotor 3. Le rotor 3 reste ensuite immobile jusqu'à l'instant t0 suivant où le processus décrit ci-dessus recommence.During the third phase, which begins approximately 6 milliseconds after each instant t0 in the present example and which lasts until the rotor 3 stops in one of its stable equilibrium positions P1 and P2, the generator 50 still produces a certain amount of electrical energy, but this energy is dissipated in the resistor 13, which causes braking of the rotor 3. The rotor 3 then remains stationary until the time t0 following when the process described above start again.

Il est évident que lorsque le convertisseur de la figure 7 cesse de fonctionner parce que le ressort 1 est détendu, le condensateur 8 se décharge et la tension à ses bornes devient nulle.It is obvious that when the converter of FIG. 7 stops working because the spring 1 is relaxed, the capacitor 8 discharges and the voltage across its terminals becomes zero.

Lorsque le ressort 1 est remonté, après un tel arrêt, le convertisseur ne recommence pas à fonctionner si des moyens adéquats ne sont pas prévus à cet effet, puisque le couple moteur mécanique appliqué par le ressort 1 au rotor 3 par l'intermédiaire du train d'engrenages 4 est inférieur au couple de positionnement créé par les encoches 51 et 52, et que plus aucune énergie électrique n'est disponible dans le condensateur 8 pour surmonter ce couple de positionnement.When the spring 1 is wound up, after such a stop, the converter does not start to operate again if adequate means are not provided for this purpose, since the mechanical motor torque applied by the spring 1 to the rotor 3 via the train 4 is less than the positioning torque created by the notches 51 and 52, and that no more electrical energy is available in the capacitor 8 to overcome this positioning torque.

Les moyens nécessaires à la remise en marche du convertisseur peuvent être de nature mécanique. Ils peuvent par exemple être constitués par un embrayage répondant à une rotation rapide d'une tige de commande, telle que la tige de mise à l'heure de la montre, pour relier cette tige de commande au rotor 3.The means required to restart the converter can be mechanical in nature. They can for example be constituted by a clutch responding to a rapid rotation of a control rod, such as the time-setting rod of the watch, for connecting this control rod to the rotor 3.

Ces moyens peuvent également être de nature électrique. Ils peuvent par exemple être constitués par une cellule photoélectrique branchée en parallèle avec le condensateur 8 et susceptible de charger ce dernier lorsqu'elle reçoit une quantité de lumière suffisante.These means can also be of an electrical nature. They can for example be constituted by a photoelectric cell connected in parallel with the capacitor 8 and capable of charging the latter when it receives a sufficient quantity of light.

Une telle cellule a été représentée a la figure 7, en pointillé, avec la référence 63.Such a cell has been represented in FIG. 7, in dotted lines, with the reference 63.

Dans les convertisseurs décrits ci-dessus, le rotor du générateur comporte un seul aimant permanent n'ayant qu'une seule paire de pôles magnétiques. La tension produite par ce générateur présente donc une période complète pour chaque tour du rotor. En outre la période du signal de référence est égale au rapport entre un angle prédéterminé de rotation du rotor et la vitesse de consigne Vc, cet angle prédéterminé étant égal à k· 360° avec de préférence, k égal à 0,5 ou à un nombre entier égal ou supérieur à 1.In the converters described above, the rotor of the generator has a single permanent magnet having only one pair of magnetic poles. The voltage produced by this generator therefore has a full period for each revolution of the rotor. In addition, the period of the reference signal is equal to the ratio between a predetermined angle of rotation of the rotor and the set speed Vc, this predetermined angle being equal to k · 360 ° with preferably, k equal to 0.5 or to a whole number equal to or greater than 1.

Il est évident que dans toutes les formes d'exécution du convertisseur selon l'invention décrites ci-dessus, l'aimant permanent du rotor du générateur peut comporter non pas une mais p paires de pôles magnétiques, avec p entier. Dans un tel cas, qui n'a pas été représenté, la tension produite par le générateur présente donc p périodes par tour du rotor. L'angle prédéterminé mentionné ci-dessus est alors évidemment égal à k· 360°/p, la période du signal de référence devant toujours être égale au rapport entre cet angle prédéterminé et la vitesse de consigne.It is obvious that in all the embodiments of the converter according to the invention described above, the permanent magnet of the generator rotor can comprise not one but p pairs of magnetic poles, with p integer. In such a case, which has not been shown, the voltage produced by the generator therefore has p periods per revolution of the rotor. The predetermined angle mentioned above is then obviously equal to k · 360 ° / p, the period of the reference signal always having to be equal to the ratio between this predetermined angle and the set speed.

Les mêmes considérations peuvent être faites si le rotor du générateur comporte non pas un seul aimant permanent mais, comme le rotor du générateur décrit dans le brevet CH-B-597 636 mentionné ci-dessus, une pluralité d'aimants disposés à la périphérie d'un disque rotatif. Dans un tel cas, le nombre p ci-dessus est évidemment égal à la moitié du nombre de ces aimants.The same considerations can be made if the generator rotor does not have a single permanent magnet but, like the generator rotor described in patent CH-B-597,636 mentioned above, a plurality of magnets arranged at the periphery of 'a rotating disc. In such a case, the number p above is obviously equal to half the number of these magnets.

Un générateur selon l'invention peut également ne pas comporter de stator pour coupler magnétiquement son ou ses aimants à sa ou ses bobines.A generator according to the invention may also not include a stator for magnetically coupling its magnet (s) to its coil (s).

Il faut encore noter que, dans tous les convertisseurs selon l'invention qui ont été décrits ci-dessus, le condensateur 8 de stockage de l'énergie électrique peut être remplacé sans difficulté par un accumulateur rechargeable.It should also be noted that, in all the converters according to the invention which have been described above, the capacitor 8 for storing electrical energy can be replaced without difficulty by a rechargeable accumulator.

Claims (8)

1. A mechanical-to-electrical energy converter which comprises:
- an electrical energy generator (2; 30; 50) having a rotor (3) and means (6, 7; 40,41,7) for generating said electrical energy in response to rotation of said rotor (3);
- means (8) for storing at least temporarily said electrical energy;
- a mechanical energy source (1) connected mechanically to said rotor (3) and able to generate a mechanical driving torque for driving said rotor (3) at a first speed greater than a predetermined set speed in the absence of any other influence;
- means (21, 22; 22'; 22"; 54, 55) for generating a periodic reference signal having a period equal to the ratio between a predetermined angle of rotation of said rotor (3) and said set speed;
- means (23 to 28; 23, 24', 25', 26 to 29; 23, 24", 25", 26, 27, 28"; 56, 59) forgenerating a control signal having a first and a second state; and
- means (11; 11') for electrically braking said rotor (3) able to respond to said first state of the control signal to cause the application to said rotor (3) of a braking torque opposed to said mechanical driving torque and imposing on said rotor (3) a second speed lower on average than said set speed and able to respond to said second state of the control signal to stop said application to the rotor (3) of said braking torque;

characterized in that said means (23 to 28; 23, 24', 25', 26 to 29; 23, 24", 25", 26, 27, 28"; 56, 59) for generating a control signal include means (23, 56) for putting said control signal into one of said states at each one of a plurality of first instants that follow each other periodically with a period equal to that of said reference signal, and means (24 to 28;24', 25',26 to 29; 24", 25", 26, 27, 28"; 59) for putting said control signal into the other of said states at second instants, each separated from the immediately preceding first instant by a time interval having a duration less than said reference signal period.
2. A converter as in claim 1, characterized in that said means (24 to 28; 24', 25', 26 to 29; 24" 25", 26, 27, 28") for putting the control signal into its other state include means (26 to 28; 26 to 29; 26, 27, 28") for generating a comparison signal between the real position of said rotor (3) at each first instant and the position it would be in if it were to rotate at said set speed, and means (24, 25; 24', 25'; 24", 25") for adjusting the duration of the time interval that immediately follows each first instant in response to said comparison signal.
3. A converter as in claim 1, characterized in that said means (56) for putting the control signal into one of its states at each first instant sets the control signal into its second state at each first instant, said time interval has a predetermined fixed value, said generator (50) further has means (51, 52) for subjecting said rotor (3) to a positioning torque having a maximum value greater than said mechanical driving torque, and said converter further comprises means (Tr1, Tr2) for applying temporarily to said rotor (3), from each said first instant, an electrical driving torque having the same direction as said mechanical driving torque, the sum of said two driving torques being greater than said positioning torque.
4. A converter as in claim 1, 2 or 3, characterized in that said breaking means (11; 11') are separated from said storage means (8) by at least one unidirectional component (7) enabling the transfer of said electrical energy from said generator (2; 30; 50) to said storage means (8) and prohibiting the transfer of said energy from said storage means (8) to said braking means (11; 11').
5. A converter as in claim 1, 2 or 3, characterized in that said rotor (3) includes a permanent magnet (3a) which has at least one pair of magnetic poles defining a magnetization axis and which is rotatably driven with said rotor around an axis of rotation (3b) substantially perpendicular to said magnetization axis, and in that said means for generating said electrical energy include a coil (6; 40) coupled magnetically to said permanent magnet (3a).
6. A converter as in claim 5, characterized in that said means for generating the electrical energy further include a rectifying circuit (7) positioned between said coil (6; 40) and said storage means (8), and in that said braking means (11; 11 are connected between said coil (6; 40) and said rectifying circuit (7).
7. A converter as in claim 5, characterized in that said generator (30) has a second coil (41) coupled magnetically to said permanent magnet (3a) and in that said converter further comprises second means (42)forelectrically braking said rotor (3) that are connected to said second coil (41) and that are also able to respond to said first state of the control signal to cause a braking torque to be applied to said rotor (3).
8. A converter as in claim 5, characterized in that said predetermined angle is equal to k-360°/p, where k is equal to 0.5 or to an integer equal to or greater than 1 and where p is equal to the number of pairs of poles in said permanent magnet (3a).
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CH1247/86 1986-03-26
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