EP3182224A1 - Regulation de securite pour echappement d'horlogerie - Google Patents

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EP3182224A1
EP3182224A1 EP15201020.3A EP15201020A EP3182224A1 EP 3182224 A1 EP3182224 A1 EP 3182224A1 EP 15201020 A EP15201020 A EP 15201020A EP 3182224 A1 EP3182224 A1 EP 3182224A1
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EP
European Patent Office
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rotor
stator
magnetized
regulating mechanism
interaction
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EP15201020.3A
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German (de)
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EP3182224B1 (fr
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Sebastián Alagón Carrillo
Benoît LÉGERET
Davide Sarchi
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Montres Breguet SA
Original Assignee
Montres Breguet SA
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Publication date
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Priority to US15/373,003 priority patent/US10228659B2/en
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Priority to CN201611151889.9A priority patent/CN106896697B/zh
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B15/00—Escapements
    • G04B15/12—Adjusting; Restricting the amplitude of the lever or the like
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B15/00—Escapements
    • G04B15/10—Escapements with constant impulses for the regulating mechanism
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/04—Oscillators acting by spring tension
    • G04B17/06—Oscillators with hairsprings, e.g. balance
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/30—Rotating governors, e.g. centrifugal governors, fan governors
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B21/00—Indicating the time by acoustic means
    • G04B21/02—Regular striking mechanisms giving the full hour, half hour or quarter hour
    • G04B21/06—Details of striking mechanisms, e.g. hammer, fan governor

Definitions

  • the invention relates to a regulation mechanism for the dissipation of superfluous energy when performing the function of a clock mechanism comprising a functional mobile.
  • the invention also relates to an escape mechanism comprising such a regulation mechanism.
  • the invention also relates to a watch movement comprising at least one such regulation mechanism.
  • the invention also relates to a watch comprising such a movement, and / or at least one such regulation mechanism.
  • the invention relates to the field of watch mechanisms intended to be integrated in a watch or in a mobile device.
  • Improving the efficiency of an exhaust mechanism is a constant concern of the watch industry.
  • the accelerated dissipations in particular due to the intrinsic operation of the mechanism, or else by accelerations of external origin, in particular by shocks, and the frictional dissipations are harmful disturbances that are difficult to control.
  • the dissipations in an exhaust are generally minimized, because they define the efficiency of the oscillator. Nevertheless, by controlling the instants of appearance and disappearance of friction linked to a particular function, it is possible to keep the efficiency of the mechanism concerned, while exploiting the dissipation for functional applications, or acoustic, or aesthetic.
  • the present invention firstly focuses on acting on the accelerations due to the very operation of the mechanism, by an arrangement which furthermore has the advantage of limiting the undesirable effect of the accelerations imposed by an external factor.
  • Any escape mechanism requiring excess energy dissipation, and in particular any magnetic escapement, benefits from including a system where amplitude and peak of dissipation are controlled.
  • this excess energy causes visible rebounds of the escape wheel against its magnetic stops, which may cause gyrations during micro-shocks, and are also troublesome from a point of contact. aesthetic view.
  • the invention proposes to manage the energy dissipation in a clock mechanism comprising at least one stator and at least one rotor arranged to cooperate with each other, as a function of the respective angular positions between this stator and this rotor, or these stators or rotors where appropriate.
  • the present invention proposes, more particularly but not exclusively, to exploit a controlled eddy current dissipation, to dissipate all the excess energy on a single rebound.
  • the invention relates to a control mechanism according to claim 1.
  • the invention also relates to an escape mechanism comprising such a regulation mechanism.
  • the invention also relates to a watch movement comprising at least one such regulation mechanism.
  • the invention also relates to a watch comprising such a movement, and / or at least one such regulation mechanism.
  • the system according to the invention can equally well be introduced into a traditional exhaust, to take advantage of the purely viscous friction, which dissipates much more energy before the fall, where the speed of the wheel is maximum, and decreases the intensity of the fall shock.
  • the rebounds of the wheel against the pallet of the anchor, which are sometimes very important, can thus be minimized, and one can avoid the risk of rupture of the teeth of the wheel, in particular when it is made of silicon or another material similar micro-machinable, or the risk of plastic deformation.
  • the invention is favorable to the control of isochronism. Indeed, the rebounds of the wheel on an exhaust limit the frequency, because the next alternation must occur at a time when bounces are attenuated, to prevent them from altering the function. Quickly damping these friction allows to have alternations closer in time, and thus to reach a higher oscillator frequency, which allows to generate a better regulating power.
  • Another application of the invention consists of a fine adjustment system of the amplitude of a pendulum. Indeed, it is important, when sizing an oscillator, not to size an operating amplitude too high, which may generate rebate phenomena during operation of the movements.
  • an eddy-brake system according to the invention whose penetration, and therefore dissipation, is adjustable by the watchmaker, it is possible to design pendulums operating at large amplitude, without any risk of rebate, and with dispersion. very low in production.
  • the invention proposes to manage the energy dissipation in a clock mechanism comprising at least one stator and at least one rotor arranged to cooperate with each other, as a function of the respective angular positions between this stator and this rotor, or these stators or rotors where appropriate.
  • the invention applies both to the current case where at least one of the antagonistic components, conventionally the stator, is fixed, to a case where the rotor is a mobile belonging to a first mechanism, and the stator is a another mobile belonging to a second mechanism.
  • a preferred embodiment of the invention more specifically described here, but not limiting, consists in exploiting, in a clockwork mechanism dedicated to a particular function, the properties of the eddy currents. to specifically dissipate the energy that is not needed for the fulfillment of that particular function.
  • the invention also seeks to enable the watchmaker to fine tune the impact (positioning) of the dissipative elements.
  • such a fine adjustment can also be controlled by the movement itself, depending on the remaining power reserve, or any other relevant operating parameter.
  • the invention relates to a regulation mechanism 100 for the dissipation of superfluous energy at the completion of the function of a watch mechanism 200 comprising a functional mobile 300, and in particular able to limit the effect of the accelerations due to the operation. the mechanism 200, as well as the effect of untimely accelerations of external origin, including shocks, on such a functional mobile 300.
  • this regulation mechanism 100 is arranged to control a dissipation of energy in the event of runaway of the functional mobile 300.
  • the regulation mechanism 100 comprises at least one rotor 10, which is kinematically linked to the functional mobile 300, or which is constituted by the functional mobile 300 or is integral with it.
  • This rotor 10 comprises either a conductive rotor portion 11 which is magnetically permeable, or a magnetized rotor portion 12 which is magnetized.
  • the regulation mechanism 100 comprises, at the level of an annular zone of magnetic interaction, in the direct vicinity and vis-à-vis the conductive rotor part 11 or respectively the magnetized rotor part 12, at least one stator 20 arranged to cooperate with this rotor 10.
  • the stator 20 then comprises a magnetized stator part 21 which is magnetized, or respectively a magnetically permeable conductive stator part 22, according to the arrangement of the rotor 10 with which it cooperates.
  • conductive material is meant an electrical conductor, carrying electrical charges, such as copper, silver, or the like, according to the practice of the skilled person.
  • At least the rotor 10 or the stator 20 comprises at least one raised zone 15, 25, in which the rotor 10 or the stator 20 is capable of superposing with respectively the stator 20 or the rotor 10 in a magnetic interaction. And in this same area at least the rotor 10 or the stator 20 comprises at least one hollow zone 16, 26, in which the rotor 10 or the stator 20 can not come into magnetic interaction with the stator 20 or the rotor 10, respectively.
  • the energy depends on the relative angular position of the rotor 10 and the stator 20, and can only occur when solid portions of the rotor 10 and the stator 20 face each other in the annular zone.
  • the regulation mechanism 100 is arranged to control an energy dissipation by eddy currents in case of runaway of the functional mobile 300 in the annular zone.
  • At least the rotor 10 or the stator 20 comprises an alternation of such relief zones 15, 25, in which the rotor 10 or the stator 20 is capable of superposing with the stator 20 or the rotor 10 respectively in a generating interaction of eddy currents.
  • at least the rotor 10 or the stator 20 comprises an alternation of such recessed areas 16, 26, in which the rotor 10 or the stator 20 is not likely to superpose respectively with the stator 20 or the rotor 10, and where the interaction between the rotor 10 and the stator 20 can not generate eddy currents.
  • the speed of the rotor 10 depends on the mechanism 200 to be regulated. But the invention is not intended to regulate the speed of this rotor, but to dissipate the energy during an abnormal acceleration printed at this mechanism 200.
  • the invention is described herein, more particularly for application to an exhaust mechanism. This application is not limiting.
  • the speed of the rotor 10 depends on the speed of an escape wheel 3 that this escapement mechanism 200 comprises.
  • the conductive rotor part 11, or the magnetized rotor part 12, may be all or part of the escape wheel 3 itself.
  • the first variant of the figure 1 presents an application of the system to a magnetic type escapement mechanism 200, comprising two magnetized rotor parts 12, which are an upper wheel 13 and a lower wheel 14, here coaxial and parallel, in the air gap of which is arranged parallel a cylinder head 23 which forms a conductive stator part 22.
  • This yoke 23 comprises at the periphery an alternation of teeth 4 and notches 5.
  • the upper wheel 13 and a lower wheel 14 also have teeth 153 and 154.
  • the teeth 4 of the yoke 23 are arranged to, in certain relative positions, come opposite and in close proximity to the teeth 153 or 154, allowing the establishment of the eddy currents and the controlled dissipation of energy.
  • Each of the notches 5 of the yoke 23 is arranged to prohibit the interaction between the material of the yoke 23 and the teeth 153 or 154 which are opposite this notch 5 considered. These teeth 4 and notches 5 of the yoke 23 thus manage the angular dependence of the dissipation, which can then be dimensioned to be maximum during rebounds.
  • the choice of the material, the thickness and the penetration of the conductive rotor part 11 makes it possible to size the intensity of the dissipation, which can be chosen to operate in critical damping, with a stop without any rebound.
  • Such a device on at least one mobile annex 7, connected to the exhaust by a set of wheels, as visible on the Figures 3 and 4 .
  • Such an embodiment on a mobile annex 7 generates less congestion constraints, and may allow a greater dissipation.
  • conductive rotor part 11 cooperating with a magnetized stator part 21, or magnetized rotor part 12 cooperating with a conductive stator part 22.
  • An exemplary embodiment according to the scheme of the figure 1 constitutes a minimal, non-optimized embodiment of the concept of the invention.
  • a rotor upper wheel and a lower wheel each comprise six teeth separated by notches of triple angular amplitude of that of the teeth, while the stator head has six teeth and six notches of the same amplitude.
  • the thickness of the conductive stator part is 0.2 mm, and its conductivity is 5.998 ⁇ 10 7 S / m in the case of a copper embodiment.
  • the upper and lower rotor wheels each have the size of an escape wheel usual watchmaking, and the remanent field magnetic tracks is at least 1 T.
  • the distance between the magnets and the conductive portion is at most 0.10 mm.
  • the dissipated energy is thus of the order of 0.25 ⁇ j ⁇ ms, in a very simple embodiment where the conductive part undergoes a very weak field.
  • a solution with alternating magnetizations in sense on a mobile annex allows to significantly increase this dissipation; it is the same with a stronger sizing of the different components.
  • Magnetic exhaust mechanisms are described in the patent applications CH02140 / 13 , CH01416 / 14 and CH01129 / 15 The Swatch Group Research and Development Ltd. CH01444 / 14 and CH 01445/14 of the Nivarox-FAR SA Company, CH01290 / 14 and CH01127 / 15 of ETA Manufacture Horlogère Suisse, incorporated herein by reference.
  • the figure 2 shows a second variant, relating to an application where the regulation mechanism 100 comprises first adjustment means 50 of the angular position of the stator 20, here constituted by an eccentric screw 6 which makes it possible to adjust the penetration of the conductive stator part 22, here limited to an angular sector, in the gap between an upper wheel 13 and a lower wheel 14.
  • the regulation mechanism 100 comprises first adjustment means 50 of the angular position of the stator 20, here constituted by an eccentric screw 6 which makes it possible to adjust the penetration of the conductive stator part 22, here limited to an angular sector, in the gap between an upper wheel 13 and a lower wheel 14.
  • a particular application concerns the fine adjustment of the amplitude of a balance, by adjusting the Foucault dissipation by a manual or controlled modification of the penetration or the distance between the conductive part and the magnetized part, in the zone annular, with such a device.
  • the figure 3 presents a third variant, with a brake system without angular dependence, on a mobile annex 7.
  • a brake system without angular dependence, on a mobile annex 7.
  • On this type of mobile magnets have alternating axial magnetizations: NS, SN, NS.
  • This makes it possible to maximize the field variation, on the angular dependence, and thus maximize the variation of magnetic flux when the conductive part is moving in the field of the magnets.
  • the brake is proportional to the flow variation, a maximum brake is obtained when the magnets of the upper part are aligned with those of the lower part, NS opposite NS, and a minimum brake when the magnets are in opposition, NS in face of SN.
  • This variant allows a strong dissipation thanks to a great freedom of dimensioning, because there is no direct impact on the functions of the exhaust, contrary to the variant of the figure 2 , and thanks to the use of rare earth magnets.
  • the regulation mechanism 100 comprises second adjustment means 60 of the angular position of at least one of the rotors 10 relative to the others: a fine adjustment is made by turning one of the upper wheel 13 and the lower wheel 14 , here constituted of magnet plates, relative to each other, with the aid of a control pinion 61, in order to deindex the magnets and to reduce the variation of magnetic flux caused by a rotation of the mobile.
  • the rare earth magnets may have a direction of alternating magnetization or not.
  • Such a mechanism can also be realized by using a conductive rotor part 11 cooperating with a magnetized stator part 21, or a magnetized rotor part 12 cooperating with a conductive stator part 22, which are arranged to approach axially, instead of varying the penetration.
  • the modulation of the dissipated energy amplitude may, again, be obtained by varying the thickness of the conductive part or the magnetized part. It is thus possible to produce such a mechanism, in particular by using a conductive rotor part 11 cooperating with a magnetized stator part 21, or a magnetized rotor part 12 cooperating with a conductive stator part 22, the thickness of which varies, instead of varying the penetration .
  • the invention more particularly relates to a watchmaker escapement mechanism 200 comprising at least one escape wheel 300, and this escapement mechanism 200 comprises such a regulation mechanism 100, designed to limit the effect of accelerations, in particular shocks. , on this escape wheel 300.
  • the invention also relates to a watch movement 400 comprising at least one such escapement mechanism 200.
  • the invention also relates to a watch 500 comprising at least one watch movement 400, or / and at least one such regulation mechanism 100.
  • the watch 500 comprises another mechanism 600, independent of the movement 400, controlled by such a regulation mechanism 100.
  • the invention is still applicable to other mobile devices, such as automotive equipment, naval, air, ammunition retarders, or the like.
  • the generation of eddy currents is related to a field variation, the first being precisely generated by the second (local variation at best).
  • the field varies in the same way that it would vary with a thickness which changes (in the strict sense, it is even the limiting case where the thickness varies between 0 and a value fixed).
  • the figure 5 it is the radial conductor thickness and its proximity to the field that vary both, the same system is still possible with an axial thickness variation.

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Abstract

Mécanisme de régulation (100) de l'énergie pour l'accomplissement de la fonction d'un mécanisme horloger (200) comportant un mobile fonctionnel (300), contrôlant une dissipation d'énergie par courants de Foucault en cas d'emballement dudit mobile (300), comportant un rotor (10) magnétiquement perméable ou magnétisé lié cinématiquement audit mobile (300), et un stator (20) magnétisé, ou respectivement magnétiquement perméable, faisant face audit rotor (10) dans une zone annulaire où se développent lesdits courants de Foucault, et où ledit rotor (10) et ledit stator (20) sont extérieurs l'un à l'autre, ledit rotor (10) ou/et ledit stator (20) comportant une alternance de zones en relief où il peut venir en superposition avec l'autre dans une interaction génératrice de courants de Foucault, et de zones en creux dans lesquelles il ne peut venir en superposition avec l'autre. Mécanisme d'échappement (200) comportant tel un mécanisme de régulation (100), limitant l'effet des accélérations sur une roue d'échappement (300).

Description

    Domaine de l'invention
  • L'invention concerne un mécanisme de régulation pour dissipation de l'énergie superflue à l'accomplissement de la fonction d'un mécanisme horloger comportant un mobile fonctionnel.
  • L'invention concerne encore un mécanisme d'échappement comportant un tel mécanisme de régulation.
  • L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie comportant au moins un tel mécanisme de régulation.
  • L'invention concerne encore une montre comportant un tel mouvement, ou/et au moins un tel mécanisme de régulation.
  • L'invention concerne le domaine des mécanismes d'horlogerie destinés à être intégrés dans une montre ou dans un appareil mobile.
    • Arrière-plan de l'invention
  • L'amélioration du rendement d'un mécanisme d'échappement est une préoccupation constante de l'industrie horlogère. A cet effet, on cherche en général à minimiser les dissipations de tous ordres, dans un échappement, car elles sont difficiles à contrôler, et altèrent le rendement de l'oscillateur. En particulier les dissipations par accélérations, notamment dues au fonctionnement propre du mécanisme, ou encore par accélérations d'origine externe notamment par chocs, et les dissipations par frottements sont des perturbations nuisibles et difficilement contrôlables.
  • Actuellement aucun système de dissipation contrôlée n'est utilisé sur les mécanismes d'échappement.
    • Résumé de l'invention
  • Les dissipations dans un échappement sont en général minimisées, car elles définissent le rendement de l'oscillateur. Néanmoins, en contrôlant les instants d'apparition et de disparition des frottements liés à une fonction particulière, il est possible de conserver le rendement du mécanisme concerné, tout en exploitant la dissipation pour des applications fonctionnelles, ou acoustiques, ou encore esthétiques.
  • Dans un mécanisme d'échappement où la roue d'échappement est classiquement entraînée par un barillet, le couple communiqué par le barillet varie au fil de sa décharge, l'énergie transmise à l'échappement est plus faible après quelques heures de fonctionnement que juste après remontage. De la même manière, il existe une variation de couple, et donc d'énergie, dépendant des rouages, en raison notamment des différences de profils, et des phénomènes tribologiques. Pour qu'un échappement soit à force constante, il est avantageux de pouvoir rendre superflue l'énergie à partir d'un certain couple, par le dimensionnement d'un mécanisme adapté; c'est le mode d'opération d'un échappement magnétique. Cette énergie rendue superflue par le fonctionnement de l'échappement doit néanmoins être dissipée d'une façon ou d'une autre. De manière plus générale, dans tout échappement classique l'énergie cinétique de l'ancre après l'impulsion, avant la venue en butée contre l'étoqueau, est une énergie superflue.
  • La présente invention s'attache tout d'abord à agir sur les accélérations dues au fonctionnement même du mécanisme, par un agencement qui présente en outre l'avantage de limiter l'effet indésirable des accélérations imposées par un facteur externe.
  • L'application du principe d'une dissipation contrôlée à une roue d'échappement permet d'obtenir une roue qui ralentit graduellement après la fonction d'impulsion. Les avantages qui en découlent sont :
    • un aspect plus continu du fonctionnement,
    • une répercussion moindre du choc de chute dans le reste des rouages,
    • un choc de chute moins audible par le porteur,
    • un choc de chute plus espacé des chocs des autres fonctions lors de la mesure (facilité de mesure),
    • un rebond moindre de la roue d'échappement contre les palettes de l'ancre,
    • une usure moindre.
  • Actuellement aucun système de dissipation contrôlée n'est utilisé sur un mécanisme d'échappement. Les dissipations par accélérations intempestives, chocs et frottements sur des échappements à force constante, qui dépendent de la tribologie, ne sont pas contrôlées.
  • Seul le régulateur magnétique est un système où l'énergie excédentaire est dissipée par courant de Foucault, mais son action dépend du couple appliqué, et non du positionnement des mobiles.
  • On peut envisager l'utilisation d'autres moyens de dissipation forcée, par exemple par frottements mécaniques, par chocs, ou par l'utilisation d'une roue folle entraînée par frottement par le rouage et qui continue de tourner un petit moment lors d'un rebond à cause de son inertie, augmentant ainsi le frottement lors d'un rebond. A nouveau, les dissipations mécaniques sont difficiles à contrôler et à dimensionner.
  • Tout mécanisme d'échappement nécessitant une dissipation d'énergie excédentaire, et notamment tout échappement de type échappement magnétique, gagne à inclure un système où l'amplitude et le pic de dissipation sont contrôlés. Dans l'échappement magnétique par exemple, cette énergie excédentaire provoque des rebonds visibles de la roue d'échappement contre ses butées magnétiques, qui risquent de provoquer des dérives de marche lors de micro-chocs, et sont de plus gênants d'un point de vue esthétique.
  • L'invention se propose de gérer la dissipation énergétique dans un mécanisme horloger comportant au moins un stator et au moins un rotor agencés pour coopérer l'un avec l'autre, en fonction des positions angulaires respectives entre ce stator et ce rotor, ou ces stators ou rotors le cas échéant.
  • La présente invention se propose, plus particulièrement mais non limitativement, d'exploiter une dissipation par courants de Foucault contrôlée, pour dissiper toute l'énergie excédentaire sur un seul rebond.
  • A cet effet, l'invention concerne un mécanisme de régulation selon la revendication 1.
  • L'invention concerne encore un mécanisme d'échappement comportant un tel mécanisme de régulation.
  • L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie comportant au moins un tel mécanisme de régulation.
  • L'invention concerne encore une montre comportant un tel mouvement, ou/et au moins un tel mécanisme de régulation.
  • Le système selon l'invention peut tout aussi bien être introduit dans un échappement traditionnel, pour profiter du frottement purement visqueux, qui dissipe beaucoup plus d'énergie avant la chute, là où la vitesse de la roue est maximale, et diminue l'intensité du choc de chute. Les rebonds de la roue contre la palette de l'ancre, qui sont parfois très importants, peuvent ainsi être minimisés, et on peut éviter le risque de rupture des dents de la roue, en particulier quand elle est réalisée en silicium ou un autre matériau micro-usinable similaire, ou le risque de déformation plastique.
  • L'invention est favorable au contrôle de l'isochronisme. En effet, les rebonds de la roue sur un échappement limitent la fréquence, car l'alternance suivante doit intervenir à un moment où les rebonds sont atténués, pour éviter que ces derniers altèrent la fonction. Amortir rapidement ces frottements permet d'avoir des alternances plus rapprochées dans le temps, et donc d'atteindre une fréquence d'oscillateur plus élevée, ce qui permet de ce fait d'engendrer un meilleur pouvoir réglant.
  • Une autre application de l'invention consiste en un système de réglage fin de l'amplitude d'un balancier. En effet, il est important, lors du dimensionnement d'un oscillateur, de ne pas dimensionner une amplitude de fonctionnement trop élevée, qui risque de générer des phénomènes de rebat lors du fonctionnement du mouvements. Avec un système de frein de Foucault selon l'invention, dont la pénétration, et donc la dissipation, est réglable par l'horloger, il est possible de concevoir des balanciers fonctionnant à grande amplitude, sans aucun risque de rebat, et avec une dispersion très faible en production.
    • Description sommaire des dessins
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, où :
    • la figure 1 représente, de façon schématisée, et en perspective, une première variante de mécanisme d'échappement magnétique à deux pistes, entre lesquelles est disposée une culasse du frein de Foucault ;
    • la figure 2 représente, de façon similaire à la figure 1, une deuxième variante sans dépendance angulaire de la dissipation, et avec un système de réglage fin pour l'horloger par réglage de la pénétration d'une culasse dans l'entrefer entre les pistes;
    • la figure 3 représente, de façon similaire à la figure 1, une troisième variante avec frein de Foucault sans dépendance angulaire de la dissipation, situé sur un mobile annexe avec un système de réglage fin pour l'horloger;
    • la figure 4 représente, de façon similaire à la figure 1, une quatrième variante avec un frein magnétique avec réglage fin, dans une application de magnétisation radiale des composants magnétiques, et sur un mobile annexe ;
    • la figure 5 représente, de façon similaire à la figure 1, une cinquième variante avec un frein magnétique ciblé, dans une application radiale, avec une dépendance angulaire de la dissipation;
    • les figures 6 à 8 sont des schémas de principe, en coupe passant par l'axe de rotation du mobile, les figures 6 et 7 avec des configurations de reliefs et creux disposés radialement, et avec deux configurations différentes de parties conductrices et magnétisées, la figure 8 comporte des creux et reliefs disposés axialement ;
    • la figure 9 est un schéma-blocs représentant une montre comportant un mouvement qui comporte lui-même un mécanisme d'échappement avec un mécanisme de régulation selon l'invention.
    Description détaillée des modes de réalisation préférés
  • L'invention se propose de gérer la dissipation énergétique dans un mécanisme horloger comportant au moins un stator et au moins un rotor agencés pour coopérer l'un avec l'autre, en fonction des positions angulaires respectives entre ce stator et ce rotor, ou ces stators ou rotors le cas échéant.
  • L'invention s'applique aussi bien au cas courant où au moins l'un des composants antagonistes, classiquement le stator, est fixe, qu'à un cas où le rotor est un mobile appartenant à un premier mécanisme, et le stator est un autre mobile appartenant à un deuxième mécanisme.
  • Pour contrôler ces variations selon les positions angulaires respectives, un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention plus précisément décrit ici, mais non limitatif, consiste à exploiter, dans un mécanisme horloger dédié à une fonction particulière, les propriétés des courants de Foucault pour dissiper de façon ciblée l'énergie qui n'est pas nécessaire pour l'accomplissement de cette fonction particulière.
  • L'invention s'attache aussi à permettre à l'horloger d'effectuer un réglage fin de l'impact (positionnement) des éléments dissipatifs.
  • Dans des variantes particulières, un tel réglage fin peut aussi être commandé par le mouvement lui-même, en fonction de la réserve de marche restante, ou de tout autre paramètre de fonctionnement pertinent.
  • Ainsi, l'invention concerne un mécanisme de régulation 100 pour dissipation de l'énergie superflue à l'accomplissement de la fonction d'un mécanisme horloger 200 comportant un mobile fonctionnel 300, et notamment apte à limiter l'effet des accélérations dues au fonctionnement propre du mécanisme 200, ainsi que l'effet des accélérations intempestives d'origine externe, notamment chocs, sur un tel mobile fonctionnel 300.
  • Selon l'invention, ce mécanisme de régulation 100 est agencé pour contrôler une dissipation d'énergie en cas d'emballement du mobile fonctionnel 300. Le mécanisme de régulation 100 comporte au moins un rotor 10, qui est lié cinématiquement au mobile fonctionnel 300, ou bien qui est constitué par le mobile fonctionnel 300 ou est solidaire avec lui.
  • Ce rotor 10 comporte, ou bien une partie rotorique conductrice 11 qui est magnétiquement perméable, ou bien une partie rotorique magnétisée 12 qui est magnétisée.
  • Le mécanisme de régulation 100 comporte, au niveau d'une zone annulaire d'interaction magnétique, au voisinage direct et vis-à-vis de la partie rotorique conductrice 11 ou respectivement de la partie rotorique magnétisée 12, au moins un stator 20 agencé pour coopérer avec ce rotor 10.
  • Le stator 20 comporte alors une partie statorique magnétisée 21 qui est magnétisée, ou respectivement une partie statorique conductrice 22 magnétiquement perméable, selon l'agencement du rotor 10 avec lequel il coopère.
  • Par matériau conducteur on entend un conducteur électrique, portant des charges électriques, tel que cuivre, argent, ou similaire, selon les usages de l'homme du métier.
  • Dans la zone annulaire d'interaction magnétique, au moins le rotor 10 ou le stator 20 comporte au moins une zone en relief 15, 25, dans laquelle le rotor 10 ou le stator 20 est susceptible de venir en superposition avec respectivement le stator 20 ou le rotor 10 dans une interaction magnétique. Et, dans cette même zone annulaire, au moins le rotor 10 ou le stator 20 comporte au moins une zone en creux 16, 26, dans laquelle le rotor 10 ou le stator 20 ne peut venir en interaction magnétique avec respectivement le stator 20 ou le rotor 10. La dissipation d'énergie dépend de la position angulaire relative du rotor 10 et du stator 20, et ne peut se produire que lorsque des parties pleines du rotor 10 et du stator 20 sont face à face dans la zone annulaire.
  • Plus particulièrement, le mécanisme de régulation 100 est agencé pour contrôler une dissipation d'énergie par courants de Foucault en cas d'emballement du mobile fonctionnel 300, dans la zone annulaire.
  • Plus particulièrement encore, au moins le rotor 10 ou le stator 20 comporte une alternance de telles zones en relief 15, 25, dans lesquelles le rotor 10 ou le stator 20 est susceptible de venir en superposition avec respectivement le stator 20 ou le rotor 10 dans une interaction génératrice de courants de Foucault. Et au moins le rotor 10 ou le stator 20 comporte une alternance de telles zones en creux 16, 26, dans lesquelles le rotor 10 ou le stator 20 n'est pas susceptible de venir en superposition avec respectivement le stator 20 ou le rotor 10, et où l'interaction entre le rotor 10 et le stator 20 ne peut générer de courants de Foucault.
  • La vitesse du rotor 10 dépend du mécanisme 200 à réguler. Mais l'invention n'a pas pour but de réguler la vitesse de ce rotor, mais de dissiper l'énergie lors d'une accélération anormale imprimée à ce mécanisme 200.
  • L'invention est décrite ici, plus particulièrement pour l'application à un mécanisme d'échappement. Cette application n'est pas limitative.
  • Dans cette application à un mécanisme d'échappement 200, la vitesse du rotor 10 dépend de la vitesse d'une roue d'échappement 3 que comporte ce mécanisme d'échappement 200. La partie rotorique conductrice 11, ou la partie rotorique magnétisée 12, peut être tout ou partie de la roue d'échappement 3 elle-même.
  • La première variante de la figure 1 présente une application du système à un mécanisme d'échappement 200 de type magnétique, comportant deux parties rotoriques magnétisées 12, qui sont une roue supérieure 13 et une roue inférieure 14, ici coaxiales et parallèles, dans l'entrefer desquels est disposée parallèlement une culasse 23 formant une partie statorique conductrice 22. Cette culasse 23 comporte en périphérie une alternance de dents 4 et d'encoches 5. La roue supérieure 13 et une roue inférieure 14 comportent également des dents périphériques, respectivement 153 et 154. Les dents 4 de la culasse 23 sont agencées pour, dans certaines positions relatives, venir en face et à proximité immédiate des dents 153 ou 154, permettant l'établissement des courants de Foucault et la dissipation contrôlée d'énergie. Chacune des encoches 5 de la culasse 23 est agencée pour interdire l'interaction entre le matériau de la culasse 23 et les dents 153 ou 154 qui sont en regard de cette encoche 5 considérée. Ces dents 4 et encoches 5 de la culasse 23 gèrent ainsi la dépendance angulaire de la dissipation, qui peut alors être dimensionnée pour être maximale lors des rebonds. Le choix du matériau, de l'épaisseur et de la pénétration de la partie rotorique conductrice 11 permet de dimensionner l'intensité de la dissipation, qui peut être choisie pour fonctionner en amortissement critique, avec un arrêt sans aucun rebond.
  • Il est également possible d'implanter un tel dispositif sur au moins un mobile annexe 7, relié à l'échappement par un jeu de rouage, tel que visible sur les figures 3 et 4. Une telle réalisation sur un mobile annexe 7 engendre moins de contraintes d'encombrement, et peut permettre une dissipation plus importante.
  • Il est naturellement possible d'introduire plusieurs systèmes de dissipation ciblée, sur plusieurs mobiles différents reliés par un train de rouages. L'avantage est d'obtenir une dissipation plus importante et un moyennage des défauts des différents systèmes.
  • Il est avantageux de pouvoir régler l'intensité maximale des courants de Foucault, en réglant la dissipation de Foucault par une modification, manuelle ou commandée par un mécanisme, de la pénétration ou de la distance entre les parties conductrice et aimantée: partie rotorique conductrice 11 coopérant avec une partie statorique magnétisée 21, ou partie rotorique magnétisée 12 coopérant avec une partie statorique conductrice 22.
  • Un exemple de réalisation selon le schéma de la figure 1 constitue une réalisation minimale, non optimisée, du concept de l'invention. Une roue supérieure et une roue inférieure rotoriques comportent chacune six dents séparées par des encoches d'amplitude angulaire triple de celle des dents, tandis que la culasse statorique comporte six dents et six encoches de même amplitude. L'épaisseur de la partie statorique conductrice est de 0.2 mm, et sa conductivité est de 5.998·107 S/m dans le cas d'une réalisation en cuivre. Les roues supérieure et inférieure rotoriques ont chacune l'encombrement d'une roue d'échappement usuelle d'horlogerie, et le champ rémanent des pistes magnétiques est au minimum de 1 T. La distance entre les aimants et la partie conductrice est au plus de 0.10 mm. L'énergie dissipée est ainsi de l'ordre de 0.25 µj·ms, dans une réalisation très simple où la partie conductrice subit un très faible champ. Bien entendu, une solution avec des aimantations alternées en sens sur un mobile annexe, notamment selon la figure 3, permet d'augmenter sensiblement cette dissipation ; il en est de même avec un plus fort dimensionnement des différents composants. Des mécanismes d'échappement magnétique sont décrits dans les demandes de brevets CH02140/13 , CH01416/14 et CH01129/15 de la Société The Swatch Group Research and Development Ltd, CH01444/14 et CH 01445/14 de la Société Nivarox-FAR SA, CH01290/14 et CH01127/15 de la Société ETA Manufacture Horlogère Suisse, incorporées ici par référence.
  • La figure 2 montre une deuxième variante, relative à une application où le mécanisme de régulation 100 comporte des premiers moyens de réglage 50 de la position angulaire du stator 20, ici constitués par une vis excentrique 6 qui permet de régler la pénétration de la partie statorique conductrice 22, ici limitée à un secteur angulaire, dans l'entrefer entre une roue supérieure 13 et une roue inférieure 14.
  • Une application particulière concerne le réglage fin de l'amplitude d'un balancier, par réglage de la dissipation de Foucault par une modification manuelle, ou commandée, de la pénétration ou de la distance entre la partie conductrice et la partie aimantée, dans la zone annulaire, avec un tel dispositif.
  • La figure 3 présente une troisième variante, avec un système de frein sans dépendance angulaire, sur un mobile annexe 7. Sur ce type de mobile les aimants ont des magnétisations axiales alternées :N-S, S-N, N-S. Ceci permet de maximiser la variation de champ, sur la dépendance angulaire, et donc de maximiser la variation de flux magnétique lorsque la partie conductrice est en mouvement dans le champ des aimants. Le frein étant proportionnel à la variation de flux, on obtient un frein maximal quand les aimants de la partie supérieure sont alignés avec ceux de la partie inférieure, N-S en face de N-S, et un frein minimal quand les aimants sont en opposition, N-S en face de S-N. Cette variante permet une forte dissipation grâce à une grande liberté de dimensionnement, car il n'y a pas d'impact direct sur les fonctions de l'échappement, contrairement à la variante de la figure 2, et grâce à l'utilisation d'aimants en terre rare.
  • Plus particulièrement, le mécanisme de régulation 100 comporte des deuxièmes moyens de réglage 60 de la position angulaire d'au moins un des rotors 10 par rapport aux autres : un réglage fin se fait en tournant l'une des roue supérieure 13 et roue inférieure 14, constituées ici de plaques d'aimants, par rapport à l'autre, à l'aide d'un pignon de commande 61, afin de désindexer les aimants et de diminuer la variation de flux magnétique provoquée par une rotation du mobile. Les aimants en terre rare peuvent avoir une direction de magnétisation alternée ou non.
  • On peut encore réaliser un tel mécanisme en utilisant une partie rotorique conductrice 11 coopérant avec une partie statorique magnétisée 21, ou une partie rotorique magnétisée 12 coopérant avec une partie statorique conductrice 22, qui sont agencées pour se rapprocher axialement, au lieu de faire varier la pénétration.
  • La modulation de l'amplitude d'énergie dissipée peut, encore, être obtenue grâce à une variation de l'épaisseur de la partie conductrice ou de la partie magnétisée. On peut ainsi réaliser un tel mécanisme notamment en utilisant une partie rotorique conductrice 11 coopérant avec une partie statorique magnétisée 21, ou une partie rotorique magnétisée 12 coopérant avec une partie statorique conductrice 22, dont l'épaisseur varie, au lieu de faire varier la pénétration.
  • En ce qui concerne la variation de la dissipation en fonction de la variation d'épaisseur, la dépendance est à peu près linéaire: en imposant une variation d'épaisseur de 50%, on obtient, sur l'exemple cité plus haut sur la base de la figure 1, une variation de dissipation voisine de 50%, ce qui, en combinaison avec la vitesse élevée de la roue d'échappement lors de la phase de dissipation, suffit à dissiper l'énergie superflue d'origine interne au mécanisme. Le cas limite de variation d'épaisseur est bien sûr une variation de 100%, ce qui revient aux encoches séparant les dents illustrées sur les figures. Pour tenir compte de contraintes particulières d'encombrement, on peut préférer des constructions avec une magnétisation non-axiale, typiquement radiale, des composants magnétiques.
    • La figure 4 montre une quatrième variante avec une application radiale, qui est de ce fait moins encombrante axialement, avec un anneau conducteur 8 formant une partie rotorique conductrice 11, dont la distance par rapport à un aimant 9 qui constitue une partie statorique magnétisée 21 et est porté par une bascule 90 réglable par une vis excentrique 6.
    • La figure 5 présente une cinquième variante avec un système radial avec réglage fin, avec une partie rotorique conductrice 11 solidaire d'une roue d'échappement 3, et avec une dépendance angulaire de la dissipation, obtenue par un profil périphérique variable avec des reliefs 31 et des creux 32 en périphérie de cette partie rotorique conductrice 11. Là aussi, une bascule 90 qui porte un aimant 9 qui constitue une partie statorique magnétisée 21 est réglable en position, par une vis excentrique 6.
  • L'invention concerne plus particulièrement un mécanisme d'échappement 200 horloger, comportant au moins une roue d'échappement 300, et ce mécanisme d'échappement 200 comporte un tel mécanisme de régulation 100, agencé pour limiter l'effet des accélérations, notamment chocs, sur cette roue d'échappement 300.
  • L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie 400 comportant au moins un tel mécanisme d'échappement 200.
  • L'invention concerne encore une montre 500 comportant au moins un tel mouvement d'horlogerie 400, ou/et au moins un tel mécanisme de régulation 100.
  • Par exemple, la montre 500 comporte un autre mécanisme 600, indépendant du mouvement 400, contrôlé par un tel mécanisme de régulation 100.
  • L'invention est encore applicable à d'autres appareils mobiles, tels qu'appareils d'équipement automobile, naval, aérien, retardateurs pour munitions, ou similaires.
  • Afin de protéger l'extérieur de la montre, en particulier le porteur et les appareils sensibles, contre les champs magnétiques d'un tel système, et afin d'accroître l'efficacité de ce système il est possible et avantageux d'introduire un blindage ferromagnétique, non illustré sur les figures.
  • La génération de courants de Foucault est liée à une variation de champ, les premiers étant précisément générés par le second (variation locale au mieux). Sur la variante de la figure 1, via les dents de la roue et les dégagements, le champ varie de la même manière qu'il varierait avec une épaisseur qui change (au sens strict, il s'agit même du cas limite où l'épaisseur varie entre 0 et une valeur fixe). Sur la figure 5 c'est l'épaisseur radiale de conducteur et sa proximité au champ qui varient tous les deux, le même système est encore envisageable avec une variation axiale d'épaisseur.
  • En somme, l'invention procure de nombreux avantages :
    • la suppression des rebonds, sans pour autant affecter le rendement,
    • l'amélioration des sécurités, avec un fonctionnement amélioré lors de micro-chocs,
    • un fonctionnement plus continu des rouages,
    • un réglage fin de l'amplitude des oscillateurs, et notamment autorisant une haute amplitude sans risque de rebat,
    • des chocs de chute moins audibles, tout en étant plus facilement identifiables, et temporellement plus espacés des chocs des autres fonctions, ce qui procure une nouvelle facilité de mesure,
    • une usure moindre, et
    • moins de limitation de la fréquence.

Claims (12)

  1. Mécanisme de régulation (100) pour dissipation de l'énergie superflue à l'accomplissement de la fonction d'un mécanisme horloger (200) comportant un mobile fonctionnel (300), caractérisé en ce que ledit mécanisme de régulation (100) est agencé pour contrôler une dissipation d'énergie en cas d'emballement dudit mobile fonctionnel (300), ledit mécanisme de régulation (100) comportant au moins un rotor (10) lié cinématiquement audit mobile fonctionnel (300) ou constitué par ledit mobile fonctionnel (300) et comportant, ou bien une partie rotorique conductrice (11) qui est magnétiquement perméable, ou bien une partie rotorique magnétisée (12) qui est magnétisée, et ledit mécanisme de régulation (100) comportant, au niveau d'une zone annulaire d'interaction magnétique, au voisinage direct et vis-à-vis de ladite partie rotorique conductrice (11) ou respectivement de ladite partie rotorique magnétisée (12), au moins un stator (20) comportant une partie statorique magnétisée (21) qui est magnétisée, ou respectivement une partie statorique conductrice (22) magnétiquement perméable, et en ce que, dans ladite zone annulaire d'interaction magnétique, au moins ledit rotor (10) ou ledit stator (20) comporte au moins une zone en relief (15 ; 25) dans laquelle ledit rotor (10) ou ledit stator (20) est susceptible de venir en superposition avec respectivement ledit stator (20) ou ledit rotor (10) dans une interaction magnétique, et dans laquelle zone annulaire au moins ledit rotor (10) ou ledit stator (20) comporte au moins une zone en creux (16 ; 26) dans laquelle ledit rotor (10) ou ledit stator (20) ne peut venir en interaction magnétique avec respectivement ledit stator (20) ou ledit rotor (10), et caractérisé en ce que ledit mécanisme de régulation (100) est agencé pour contrôler une dissipation d'énergie par courants de Foucault dans ladite zone annulaire en cas d'emballement dudit mobile fonctionnel (300), la dissipation d'énergie dépendant de la position angulaire relative dudit rotor (10) et dudit stator (20) et ne se produisant que lorsque des parties pleines dudit rotor (10 et dudit stator (20) sont face à face dans ladite zone annulaire.
  2. Mécanisme de régulation (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins ledit rotor (10) ou ledit stator (20) comporte une alternance de dites zones en relief (15 ; 25) dans lesquelles ledit rotor (10) ou ledit stator (20) est susceptible de venir en superposition avec respectivement ledit stator (20) ou ledit rotor (10) dans une interaction génératrice de courants de Foucault, et en ce que au moins ledit rotor (10) ou ledit stator (20) comporte une alternance de dites zones en creux (16 ; 26) dans lesquelles ledit rotor (10) ou ledit stator (20) n'est pas susceptible de venir en superposition avec respectivement ledit stator (20) ou ledit rotor (10) et où l'interaction entre ledit rotor (10) et ledit stator (20) ne peut générer de courants de Foucault.
  3. Mécanisme de régulation (100) selon la revendication 2, caractérisé en ce que, dans ladite zone annulaire, à la fois ledit rotor (10) et ledit stator (20) comportent chacun une succession de zones en relief (15 ; 25) dans lesquelles ledit rotor (10) ou ledit stator (20) est susceptible de venir en superposition avec respectivement ledit stator (20) ou ledit rotor (10), dans une interaction génératrice de courants de Foucault, et de zones en creux (16 ; 26) dans lesquelles ledit rotor (10) ou ledit stator (20) n'est pas susceptible de venir en superposition avec respectivement ledit stator (20) ou ledit rotor (10), et où l'interaction entre ledit rotor (10) et ledit stator (20) ne peut générer de courants de Foucault.
  4. Mécanisme de régulation (100) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit mécanisme de régulation (100) comporte des premiers moyens de réglage (50) de la position angulaire dudit stator (20).
  5. Mécanisme de régulation (100) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit mécanisme de régulation (100) comporte une pluralité de dits rotors (10) coaxiaux dont au moins deux définissent ensemble un entrefer (E) dans lequel est logé un dit stator (20).
  6. Mécanisme de régulation (100) selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit mécanisme de régulation (100) comporte des deuxièmes moyens de réglage (60) de la position angulaire d'au moins un desdits rotors (10) par rapport aux autres.
  7. Mécanisme de régulation (100) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdites zones en creux (16 ; 26) et en relief (15 ; 25) s'étendent dans un plan perpendiculaire à l'axe de pivotement dudit rotor (10), pour un rapprochement ou un éloignement radial dudit rotor (10) et dudit stator (20).
  8. Mécanisme de régulation (100) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdites zones en creux (16 ; 26) et en relief (15 ; 25) s'étendent selon une direction parallèle à l'axe de pivotement dudit rotor (10), pour un rapprochement ou un éloignement axial dudit rotor (10) et dudit stator (20).
  9. Mécanisme de régulation (100) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite partie conductrice ou/et ladite partie magnétisée a une épaisseur variable permettant la modulation de l'amplitude d'énergie dissipée.
  10. Mécanisme d'échappement (200) horloger, comportant au moins une roue d'échappement (300), caractérisé en ce que ledit mécanisme d'échappement (200) comporte un mécanisme de régulation (100) selon l'une des revendications 1 à 8, agencé pour limiter l'effet des accélérations sur ladite roue d'échappement (300).
  11. Mouvement d'horlogerie (400) comportant au moins un mécanisme d'échappement (200) selon la revendication 10.
  12. Montre (500) comportant au moins un mouvement d'horlogerie (400) selon la revendication 10, ou/et au moins un mécanisme de régulation (100) selon l'une des revendications 1 à 9.
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