EP2044490B1 - Dispositif d'echappement electromecanique et piece d'horlogerie utilisant un tel dispositif - Google Patents

Dispositif d'echappement electromecanique et piece d'horlogerie utilisant un tel dispositif Download PDF

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EP2044490B1
EP2044490B1 EP07720227A EP07720227A EP2044490B1 EP 2044490 B1 EP2044490 B1 EP 2044490B1 EP 07720227 A EP07720227 A EP 07720227A EP 07720227 A EP07720227 A EP 07720227A EP 2044490 B1 EP2044490 B1 EP 2044490B1
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EP
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mechanical
electromechanical
coil
escapement
rotor
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Xuan Mai Tu
Michel Schwab
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ISA France SA
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C5/00—Electric or magnetic means for converting oscillatory to rotary motion in time-pieces, i.e. electric or magnetic escapements
    • G04C5/005—Magnetic or electromagnetic means

Definitions

  • the present invention relates to an electromechanical exhaust device and a timepiece using such a device.
  • the exhaust device serves on the one hand to maintain the oscillatory movement of the mechanical oscillator comprising the balance and the hairspring and on the other hand to transmit the frequency of this oscillator to the gear train causing the time display.
  • the traditional mechanical exhaust devices transmit the frequency of the mechanical oscillator directly to the gear train causing the time display.
  • the frequency of the mechanical oscillator generally between 2 and 4 Hz, is unfortunately not very precise and in addition very dependent on the position of the watch. The accuracy of a mechanical watch is therefore lower than that of an electronic quartz watch.
  • An object of the present invention is to provide an electromechanical exhaust device for significantly improving the accuracy of a mechanical watch.
  • Another object of the invention is to propose a mechanoelectronic timepiece equipped with such an exhaust device
  • the figure 1 represents a block diagram of a traditional mechanical watch in which the mechanical energy from a manual or automatic winding device is stored in a barrel spring 1 to be distributed through a set of wheels 2 to a device Exhaust 3 and a display 4.
  • the exhaust device 3 serves on the one hand to maintain the movement of the mechanical oscillator 5 comprising a balance and a hairspring and on the other hand to transmit the frequency of this oscillator to the gear 2 causing the time display 4.
  • the frequency of a mechanical oscillator generally between 2 and 4 Hz, is unfortunately not very precise and, moreover, very dependent on the position of the watch. The accuracy of a traditional mechanical watch is therefore lower than that of an electronic quartz watch.
  • the gear 7 linked to the display 8 and the electromechanical exhaust device 9 advance by a fixed angle and transmit, through an electromechanical converter described below. of the device 9, the electrical energy and the oscillation period of the mechanical oscillator 11 to the electronic device 10.
  • This electronic device 10 has an electric energy accumulator and a quartz time base taken as reference time base ; he compares the periods of mechanical oscillation with a reference period. When the sum of the differences between these periods exceeds a certain limit, the electronic device 10 sends electrical correction pulses through an electromechanical converter to advance the electromechanical exhaust device 9 as well as the gear 7 and the display 8.
  • the electromechanical escapement 9 advances at each period of the mechanical oscillator 11 and also, so independent of the mechanical oscillator 11, when it receives pulses coming from the electronic circuit 10.
  • the figure 3 represents an embodiment of an electromechanical exhaust device according to the invention.
  • This device comprises several mobiles rotating around 4 centers O1, O2, O3 and O4.
  • the escape wheel 12 shown in detail at the figure 4 , around the center O1 and is provided with pins 121.
  • the number of pins is equal to 8, but the choice of another number of pins is also possible.
  • FIG. 7 represents the details of these mobiles as well as the electromechanical converter 18 having, in addition to the rotor 182, a stator 181 of soft magnetic material provided with the cells 184, and a coil 183.
  • the electrical signal from the coil 183 during the energy transmission phase is sent to the charging means 100, which stores the energy in a capacitor or other energy accumulator 101. This signal is also sent to the setting means. 102, which transmit the information to the means 103 for measuring the period of the mechanical oscillator 11, based on a reference time base from a crystal oscillator 104.
  • the means 105 calculate the sum of the errors of the mechanical period and send a set of electrical pulse correction coil 183 when this sum exceeds a certain limit.
  • a timepiece equipped with an electromechanical exhaust device as described above has its operating accuracy significantly improved since it depends on the accuracy of the quartz oscillator.

Description

  • La présente invention a pour objet un dispositif d'échappement électromécanique et une pièce d'horlogerie utilisant un tel dispositif.
  • Pour une pièce d'horlogerie mécanique, le dispositif d'échappement sert d'une part à entretenir le mouvement d'oscillation de l'oscillateur mécanique comprenant le balancier et le spiral et d'autre part à transmettre la fréquence de cet oscillateur au rouage entraînant l'affichage horaire.
  • Les dispositifs d'échappement entièrement mécaniques sont donc très connus dans l'art antérieur. Les manuels « Echappements et moteurs pas à pas » de Charles Huguenin édité par la Fédération des Ecoles Techniques de Suisse et « Théorie d'horlogerie », ISBN 2-940025-10-X, édité également par la Fédération des Ecoles Techniques de Suisse, décrivent plusieurs dispositifs d'échappements mécaniques appelés « à ancre », « à détente », « de Graham », etc.
  • Comme mentionné précédemment, les dispositifs d'échappements mécaniques traditionnels transmettent directement la fréquence de l'oscillateur mécanique au rouage entraînant l'affichage horaire. La fréquence de l'oscillateur mécanique, généralement comprise entre 2 et 4 Hz, est malheureusement peu précise et en plus très dépendante de la position de la montre. La précision d'une montre mécanique est de ce fait plus faible que celle d'une montre électronique à quartz.
  • Il est connu par ailleurs, notamment du document EP 1 521 142 , une pièce d'horlogerie ayant un mouvement mécanique associé à un régulateur électronique.
  • Un but de la présente invention est de proposer un dispositif d'échappement électromécanique permettant d'améliorer très nettement la précision d'une montre mécanique.
  • Un autre but de l'invention est de proposer une pièce d'horlogerie mécanoélectronique équipée d'un tel dispositif d'échappement
  • Ces buts sont atteints par un dispositif d'échappement électromécanique tel que décrit dans la revendication 1 ainsi que par une pièce d'horlogerie telle que décrite dans la revendication 9. Des variantes d'exécution sont décrites dans les revendications dépendantes.
  • L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui suit décrivant une forme d'exécution particulière de l'invention, ainsi qu'au dessin annexé comportant les figures où :
    • la figure 1 représente un schéma de principe d'une montre mécanique traditionnelle,
    • la figure 2 représente un schéma de principe d'une montre mécanoélectronique utilisant un dispositif d'échappement électromécanique selon l'invention,
    • la figure 3 représente une forme d'exécution d'un échappement électromécanique selon l'invention,
    • la figure 4 représente des détails d'une roue d'échappement,
    • la figure 5 représente des détails des mobiles tournant autour du centre 02 de la figure 3,
    • la figure 6 représente des détails des mobiles tournant autour du centre 03 de la figure 3,
    • la figure 7 représente des détails des mobiles tournant autour du centre 04 de la figure 3 ainsi qu'un convertisseur mécanique,
    • la figure 8 illustre la position de blocage,
    • la figure 9 illustre la phase de dégagement mécanique,
    • la figure 10 illustre la phase de transmission d'énergie,
    • la figure 11 illustre la phase de repositionnement,
    • la figure 12 illustre la phase de dégagement électromagnétique, et
    • la figure 13 illustre un schéma de principe d'un dispositif électronique associé.
  • La figure 1 représente un schéma de principe d'une montre mécanique traditionnelle dans laquelle l'énergie mécanique provenant d'un dispositif de remontage manuel ou automatique est emmagasinée dans un ressort à barillet 1 pour être distribuée à travers un ensemble de roues 2 à un dispositif d'échappement 3 et à un affichage 4.
  • Le dispositif d'échappement 3 sert d'une part à entretenir le mouvement de l'oscillateur mécanique 5 comprenant un balancier et un spiral et d'autre part à transmettre la fréquence de cet oscillateur au rouage 2 entraînant l'affichage horaire 4. A chaque période d'oscillation de l'oscillateur mécanique 5, le rouage 2, lié à l'affichage 4, avance d'un angle fixe et, de ce fait, la vitesse de rotation du rouage 2 est proportionnelle à la fréquence de l'oscillateur mécanique 5, faisant que la précision de l'affichage 4 est directement dépendante de cette fréquence.
  • La fréquence d'un oscillateur mécanique, généralement comprise entre 2 et 4 Hz, est malheureusement peu précise et, de plus, très dépendante de la position de la montre. La précision d'une montre mécanique traditionnelle est de ce fait plus faible que celle d'une montre électronique à quartz.
  • La figure 2 représente un schéma de principe d'une montre mécanoélectronique utilisant un dispositif d'échappement électromécanique selon l'invention. L'énergie mécanique emmagasinée dans un ressort de barillet 6 est distribuée à travers un ensemble de roues 7 à un dispositif d'échappement électromécanique 9 et à un affichage 8. Le dispositif d'échappement électromécanique 9 selon l'invention a de multiples fonctions :
    • la première est d'entretenir le mouvement d'oscillation de l'oscillateur mécanique 11,
    • la deuxième est de transmettre la fréquence de l'oscillateur 11 au rouage 7 entraînant l'affichage horaire 8,
    • la troisième est de transformer une partie de l'énergie mécanique reçue en énergie électrique pour alimenter le dispositif électronique 10 qui possède une base de temps à quartz,
    • finalement la dernière fonction du dispositif d'échappement électromécanique 9 est de faire avancer le rouage 7 lorsqu'il reçoit des impulsions électriques de correction provenant du dispositif électronique 10.
  • On peut remarquer sur ce schéma que le ressort de barillet 6, le rouage 7, l'affichage 8 ainsi que l'oscillateur mécanique 11 sont des composants identiques à ceux de mêmes noms de la figure 1.
  • A chaque période d'oscillation de l'oscillateur mécanique 11, le rouage 7 lié à l'affichage 8 ainsi que le dispositif d'échappement électromécanique 9 avancent d'un angle fixe et transmettent, au travers d'un convertisseur électromécanique décrit plus loin du dispositif 9, l'énergie électrique et la période d'oscillation de l'oscillateur mécanique 11 au dispositif électronique 10. Ce dispositif électronique 10 possède un accumulateur d'énergie électrique et une base de temps à quartz prise comme base de temps de référence ; il compare les périodes d'oscillation mécanique avec une période de référence. Lorsque la somme des écarts entre ces périodes dépasse une certaine limite, le dispositif électronique 10 envoie des impulsions électriques de correction à travers un convertisseur électromécanique pour faire avancer le dispositif d'échappement électromécanique 9 ainsi que le rouage 7 et l'affichage 8.
  • On constate que, contrairement à un échappement mécanique traditionnel dont le mouvement est synchrone avec celui de l'oscillateur mécanique, l'échappement électromécanique 9 selon l'invention avance à chaque période de l'oscillateur mécanique 11 et également, de façon indépendante de l'oscillateur mécanique 11, lorsqu'il reçoit des impulsions provenant du circuit électronique 10.
  • Pour obtenir un bon fonctionnement de la pièce d'horlogerie selon la figure 2, il suffit de régler la période de l'oscillateur mécanique 11 légèrement plus grande que celle de la base de temps de référence de la base de temps à quartz. Le circuit électronique 10 mesure l'écart entre ces périodes et envoie un jeu d'impulsions de correction pour rattraper le retard. En pratique le réglage de la période d'un oscillateur mécanique avec une précision de un pour mille est facilement réalisable.
  • La figure 3 représente une forme d'exécution d'un dispositif d'échappement électromécanique selon l'invention. Ce dispositif comprend plusieurs mobiles tournant autour de 4 centres O1, O2, O3 et O4.
  • La roue d'échappement 12, représentée en détails à la figure 4, tourne autour du centre O1 et est munie de goupilles 121. Dans cet exemple le nombre de goupilles est égal à 8, mais le choix d'un autre nombre de goupilles est également possible.
  • Deux mobiles superposés tournent simultanément autour du centre 02 : un moyen de blocage 14 et une roue dentée 13, ces deux mobiles étant représentés en détails à la figure 5. L'oscillateur mécanique 11, comprenant le balancier et le spiral, tourne autour du centre 03. Sur la figure 3 ainsi que sur le dessin de détail de la figure 6, on représente uniquement le plateau 15, solidaire du balancier, et comportant le levier d'impulsions 151 ainsi que la goupille de dégagement 152.
  • Trois mobiles superposés tournent simultanément autour du centre 04 : un moyen de dégagement mécanique 16, une roue dentée 17 engrenant avec la roue dentée 13 et un rotor 182 du convertisseur électromécanique, réalisé en aimant permanent. La figure 7 représente les détails de ces mobiles ainsi que le convertisseur électromécanique 18 comportant, outre le rotor 182, un stator 181 en matériau magnétique doux pourvu des alvéoles 184, ainsi qu'une bobine 183.
  • Le convertisseur électromécanique 18 a plusieurs fonctions distinctes :
    • grâce aux alvéoles 184, le rotor 182 possède deux positions d'équilibre stables alignées sur l'axe S1-S2 en l'absence de courant dans la bobine 183,
    • lorsqu'on fournit un courant à la bobine 183 avec la polarité appropriée, le rotor 182 tourne dans le sens antihoraire indiqué par la flèche F,
    • finalement, lorsque le rotor 182 du convertisseur 18 est entraîné par la roue d'échappement 12, par l'intermédiaire des roue dentées 13 et 17, ce convertisseur 18 fonctionne en génératrice et fournit une tension aux bornes B1 et B2 de la bobine 183.
  • On décrit ci-dessous le fonctionnement du dispositif d'échappement électromécanique selon l'invention comprenant plusieurs phases principales :
    • Phase de blocage : la plupart du temps, lorsque le plateau 15 de l'oscillateur mécanique 11 n'a pas de contact mécanique avec la roue d'échappement 12 par l'intermédiaire du levier d'impulsion 151 ou avec le moyen de dégagement 16 par l'intermédiaire de la goupille de dégagement 152, la roue d'échappement 12 se trouve en position de blocage. La figure 8 illustre cette position de blocage. Dans cette figure, la roue d'échappement 12 est soumise à un couple provenant du barillet 6 dans le sens indiqué par la flèche F2. Grâce à la forme du moyen de blocage 14 et au couple de positionnement magnétique provenant du rotor 182 via les roues 17 et 13, la roue d'échappement 12 est bloquée dans cette position pendant que le plateau 15 de l'oscillateur mécanique 11 continue son mouvement.
    • Phase de dégagement mécanique : la figure 9 illustre la phase de dégagement mécanique. Dans cette figure, la goupille 152 du plateau 15, tournant dans le sens de la flèche F3, actionne le moyen de dégagement 16 et, par l'intermédiaire des roues 17 et 13, libère la goupille 121 du moyen de blocage 14. La roue d'échappement 12 peut tourner, sous l'effet du couple transmis par le barillet 6 dans le sens de la flèche F2.
    • Phase de transmission d'énergie : dans cette phase la roue d'échappement 12 transmet l'énergie à l'oscillateur mécanique 11 ainsi qu'au convertisseur électromécanique 18. La figure 10 illustre cette phase de transmission d'énergie. Après la phase de dégagement mécanique, la roue d'échappement 12 tourne dans le sens de la flèche F2, l'une des goupilles 121 de cette roue actionnant le levier d'impulsion 151 du plateau 15 pour fournir l'énergie destinée à l'entretien du mouvement de l'oscillateur 11. La goupille 121 précédant celle mentionnée ci-dessus dans le sens de rotation, actionne le moyen de blocage 14, lequel transmet l'énergie mécanique par l'intermédiaire des roues 13 et 17 au convertisseur électromécanique 18 qui la transforme en énergie électrique aux bornes de la bobine 183.
    • Phase de repositionnement : cette phase est illustrée par la figure 11. Après la phase de transmission d'énergie, le moyen de blocage 14 et la roue 13 continuent de tourner dans le même sens indiqué par la flèche F4 et, sous l'effet du couple de positionnement magnétique, retrouvent une nouvelle position de blocage à 180 degrés par rapport à la position de blocage précédente. Dans cette phase, la roue d'échappement 12 continue à fournir l'énergie à l'oscillateur mécanique 11 par l'intermédiaire du levier d'impulsion 151 du plateau 15.
    • Phase de dégagement électromagnétique : cette phase est illustrée par la figure 12. Une des particularités du dispositif d'échappement électromécanique selon l'invention est qu'il est apte à libérer la roue d'échappement 12 de la position de blocage, de façon indépendante de la fréquence de l'oscillateur mécanique 11. Pour ce faire, il suffit d'envoyer un jeu d'impulsions électriques à la bobine 183 du convertisseur électromécanique 18. L'interaction entre le champ magnétique créé par le courant dans la bobine 183 et le champ magnétique de l'aimant du rotor 182 engendre un couple électromagnétique dans le sens de la flèche F5, supérieur au couple de positionnement, qui actionne le moyen de blocage 14 dans le sens opposé par l'intermédiaire des roues 13 et 17. La phase de dégagement électromagnétique s'effectue généralement en dehors des phases de dégagement mécanique, de transmission d'énergie et de repositionnement. Pendant cette phase, la vitesse angulaire de l'oscillateur mécanique 11 est pratiquement nulle. Dans cette phase de dégagement électromagnétique, la roue d'échappement 12 ne transmet aucune énergie à l'oscillateur mécanique 11.
  • La figure 13 représente le schéma de principe du dispositif électronique 10 de la figure 2. Ce dispositif comprend :
    • des moyens de charge 100,
    • des moyens d'accumulation d'énergie 101,
    • des moyens 102 de mise en forme de la tension provenant de la bobine 183,
    • des moyens 103 de mesure de la période de l'oscillateur mécanique 11 basés sur une base de temps de référence provenant d'un oscillateur à quartz 104,
    • des moyens 105 de calcul et de fourniture d'un jeu d'impulsions électriques de correction.
  • Le signal électrique provenant de la bobine 183 pendant la phase de transmission d'énergie est envoyé aux moyens de charge 100, lesquels emmagasinent l'énergie dans un condensateur ou autre accumulateur d'énergie 101. Ce signal est également envoyé aux moyens de mise en forme 102, lesquels transmettent l'information aux moyens 103 de mesure de la période de l'oscillateur mécanique 11, basés sur une base de temps de référence provenant d'un oscillateur à quartz 104. Les moyens 105 calculent la somme des erreurs de la période mécanique et envoient un jeu d'impulsions électriques de correction de la bobine 183 lorsque cette somme dépasse une certaine limite.
  • Une forme d'exécution particulière du dispositif d'échappement électromécanique été décrite ci-dessus, il est bien évident que des variantes de construction peuvent être envisagées. En particulier la liaison mécanique entre les moyens de blocage mécaniques, les moyens de dégagement mécaniques ainsi que le rotor, décrits ici sous la forme de deux roues dentées, peuvent être différents de ceux décrits, sous réserve qu'ils assurent la même fonction. D'autres variantes de construction, envisageables par l'homme du métier, sont aussi à considérer.
  • Ainsi, une pièce d'horlogerie équipée d'un dispositif d'échappement électromécanique comme décrit ci-dessus voit sa précision de fonctionnement notablement améliorée puisque celle-ci dépend alors de la précision de l'oscillateur à quartz.

Claims (9)

  1. Système comprenant un dispositif d'échappement électromécanique (9) et un circuit électronique (10), comme composants d'un mouvement d'horlogerie mécanique comportant un oscillateur mécanique (11), ledit dispositif d'échappement électromécanique (9) comprenant :
    - une roue d'échappement (12),
    - des moyens de blocage mécaniques (14) montés sur un axe (02),
    - des moyens de dégagement mécaniques (16) montés sur un autre axe (O4),
    - un convertisseur électromécanique (18) comprenant un stator (181) en matériau magnétique, un rotor (182) en aimant permanent et une bobine (183),
    - des moyens d'entraînement mécaniques (13,17) reliant les deux dits axes (O2, O4) ainsi que le rotor (182),
    - les moyens de blocage (14) étant aptes à immobiliser périodiquement la roue d'échappement (12) selon des positions angulaires bien déterminées,
    - les moyens de dégagement mécaniques (16) étant aptes à libérer la roue d'échappement (12) jusqu'à une prochaine position de blocage de façon synchrone avec l'oscillateur mécanique (11),
    - la roue d'échappement (12) étant apte, lors de son pivotement entre deux positions de blocage successives à fournir d'une part l'énergie nécessaire à l'oscillateur mécanique (11) afin d'entretenir son mouvement d'oscillation, et d'autre part à faire pivoter le dispositif de blocage (14), entraînant le pivotement du rotor (182) par l'intermédiaire des moyens d'entraînement mécaniques (13,17), fournissant ainsi de l'énergie électrique à la bobine (183),
    - ledit dispositif d'échappement électromécanique (9) étant associé à un circuit électronique (10) comportant une base de temps à quartz (104), ledit circuit électronique étant apte à fournir un jeu d'impulsions électriques à la bobine (183), de manière à commander un pivotement du rotor (182) entraînant un pivotement des moyens de blocage (14) et la libération de la roue d'échappement (12) jusqu'à sa prochaine position de blocage, caractérisé en ce que ladite libération de la roue d'échappement est réalisée de manière indépendante de la fréquence de l'oscillateur mécanique (11).
  2. Dispositif d'échappement électromécanique (9) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (182) possède un couple de positionnement déterminant deux positions d'équilibre stables (S1-S2) en l'absence de courant dans la bobine (183).
  3. Dispositif d'échappement électromécanique (9) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les positions d'équilibre stables (S1-S2) sont déterminées par deux alvéoles (184) aménagées dans la périphérie du logement du rotor (182) dans le stator (181).
  4. Dispositif d'échappement électromécanique (9) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tension fournie par la bobine (183) pour faire pivoter le rotor (182) fournit un couple électromagnétique supérieur au couple de positionnement.
  5. Dispositif d'échappement électromécanique (9) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit électronique (10) qui lui est associé comprend en outre :
    - des moyens d'accumulation d'énergie (101) alimentés en énergie électrique lors du pivotement de la roue d'échappement (12) par l'intermédiaire de moyens de charge (100),
    - des moyens de mise en forme de la tension en provenance de la bobine (183) d' alimentation,
    - des moyens de mesure de la période d'oscillation de l'oscillateur mécanique (11),
    - des moyens de calcul (105) aptes à calculer la somme des différences entre la période d'oscillation de l'oscillateur mécanique (11) et la période fournie par la base de temps à quartz (104) et à fournir un jeu d'impulsions électriques à la bobine (183) lorsque cette différence dépasse une limite déterminée.
  6. Dispositif d'échappement électromécanique (9) selon a revendication 5, caractérisé en ce que le circuit électronique associé est apte à fournir le jeu d'impulsions électriques à la bobine (183) uniquement lorsque la vitesse angulaire d'oscillation de l'oscillateur mécanique (11) est sensiblement plus faible que sa valeur maximale.
  7. Dispositif d'échappement électromécanique (9) selon a revendication 5, caractérisé en ce que le circuit électronique associé est apte à fournir le jeu d'impulsions électriques à la bobine (183) uniquement lorsque la roue d'échappement (12) est en position bloquée.
  8. Dispositif d'échappement électromécanique (9) selon a revendication 5, caractérisé en ce que la période d'oscillation de l'oscillateur mécanique (11) est supérieure à la période d'oscillation de la base de temps à quartz (104).
  9. Pièce d'horlogerie comportant un mouvement d'horlogerie mécanique équipé d'un dispositif d'échappement électromécanique (9) selon l'une des revendications précédentes.
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