EP3182226B1 - Montre squelette-solaire - Google Patents

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EP3182226B1
EP3182226B1 EP15200201.0A EP15200201A EP3182226B1 EP 3182226 B1 EP3182226 B1 EP 3182226B1 EP 15200201 A EP15200201 A EP 15200201A EP 3182226 B1 EP3182226 B1 EP 3182226B1
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skeleton watch
watch
skeleton
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solar cell
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Michel Willemin
Alain Jornod
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Swatch Group Research and Development SA
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C10/00—Arrangements of electric power supplies in time pieces
    • G04C10/02—Arrangements of electric power supplies in time pieces the power supply being a radioactive or photovoltaic source
    • 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
    • G04B37/00—Cases
    • G04B37/0091—Cases for clock parts, e.g. for the escapement or the electric motor
    • 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
    • G04B45/00—Time pieces of which the indicating means or cases provoke special effects, e.g. aesthetic effects
    • G04B45/02—Time pieces of which the clockwork is visible partly or wholly
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C9/00—Electrically-actuated devices for setting the time-indicating means
    • G04C9/08—Electrically-actuated devices for setting the time-indicating means by electric drive
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C3/00—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
    • G04C3/14—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means incorporating a stepping motor

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of watchmaking. More particularly, it relates to a skeleton type watch comprising a solar cell.
  • skeleton watch is meant a watch comprising a movement in which certain parts typically its dial, its plate and / or its bridges are perforated in order to make visible the organs of movement by the wearer of the watch.
  • the movement of the watch is obscured by the dial or by the solar cell, which is not compatible with so-called skeleton watches, the latter generally not including a full dial and showing all or part of the organs of which they are constituted. Indeed, in this case, maintaining the visible organs is not very compatible with the arrangement of a solar cell which too must be visible to absorb the light and generate enough energy to power a quartz movement.
  • Documents are also known JP2011203213 , JP09281254 , FR2595481 and US2002 / 0167867 timepieces comprising a solar cell.
  • the object of the present invention is to integrate a photovoltaic cell in a skeleton-type watch, while maintaining an exposed surface sufficient to supply energy to a quartz watch movement or an additional electronic function in the case of a mechanical watch movement.
  • the present invention relates to a watch of the skeleton type, according to claim 1, provided with at least one photovoltaic cell, which will also be called solar cell or simply cell in the context of this booklet.
  • the Figures 1 to 4 represent a skeleton watch 1 which, in a conventional manner, comprises a case formed of the caseband 2, the ice 3 and the bottom 4.
  • the ice is fixed on the caseband 2 in a conventional manner with the aid of a telescope L.
  • the housing houses all the members of a quartz movement 5 ( figure 4 ) classic. It can be seen in the figures in particular a plate P having a plurality of apertures A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 , A 6 , A 7 and A 8 , an electric motor M, a gear train R and an integrated circuit 6
  • the organs are arranged between the bottom 4 and the ice 3 and visible wholly or partly through the ice.
  • the movement 5 is held in the middle part 2 by means of a flange 9 also forming the casing ring.
  • the movement 5 can be a mechanical watch movement.
  • the originality of the skeleton watch lies in the addition of a solar cell and in its positioning within the case.
  • the photovoltaic cell 7 is arranged on the bottom 4 of the watch between the latter and the movement 5.
  • the light passes through the lens 3 and reaches the cell 7 through the perforations A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 , A 6 , A 7 and A 8 formed between the members of the movement and in particular in the plate P.
  • These movement members obscure an area of between 65 and 90% of the surface of the bottom 4. This means that the apertures A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 , A 6 , A 7 and A 8 represent between 10 and 35% of this area.
  • the surface of the cut-outs is of the order of 146 mm 2 , ie 22% of the bottom area.
  • the power collected by the cell is equivalent to that collected by a cell of 2.9 cm diameter placed under a dial having a transmission of 22%.
  • the power thus harvested for example by an amorphous silicon solar cell made by physical and chemical depositions (PVD, CVD) on rigid or flexible substrates is on average 4.4 ⁇ W over one year. This power is clearly greater than the consumption of a 2-needle quartz movement which is typically 0.3 ⁇ W.
  • the solar cells may be covered with additional layers, for example a decorative layer of a semi-transparent material to give them a particular aesthetic that can match the movement parts such as, for example, a golden appearance .
  • additional layers for example a decorative layer of a semi-transparent material to give them a particular aesthetic that can match the movement parts such as, for example, a golden appearance .
  • the loss of transmission resulting from the addition of these layers could be offset by higher efficiency solar cell technology typically using CuInGaSe or AsGa-based solar cells.
  • a single solar cell is disposed on the bottom 4 and covers the entire bottom or a particularly well-lit part of the bottom.
  • the surface of each of the cells is similar to avoid a limitation of the current imposed by the cell having the smallest exposed surface. By connecting the cells in parallel, the current limitation due to the surface is avoided, but the output voltage is lower.
  • the electrical connection of the son is made for example by brazing with a suitable alloy (tin or other), by thermo compression, assisted or not, or by ultrasound.
  • a photovoltaic cell 7 is placed on a member exposed to the view, between the latter and the ice 3. In this way, the light passes through the ice and directly reaches the photovoltaic cell 7.
  • the cell is preferably placed on a fixed member of the movement to keep visible at least partially the moving parts that make the skeleton watch attractive.
  • the cell 7 can be placed on a bridge 8 as shown in FIG. figure 3 . It can also be placed on the integrated circuit 6 of the quartz movement, as shown in FIG. figure 4 , or the electronic function to be powered in the case of a variant not shown of a mechanical movement equipped with a complementary electronic module.
  • the cell 7 may be placed alternately or alternatively on the printed circuit CI carrying the integrated circuit 6.
  • a cell may be straddling several members or several cells may be arranged on the members provided that each cell has an exposed surface. Similar to again avoid the limitation of current imposed by the smallest cell.
  • an illuminated effective area of between 8 and 27% of the total surface area visible through the ice is targeted, ie an average power harvested per year of between 1.6 and 5.4 ⁇ W for amorphous silicon and between 6.1 and 20.6 ⁇ W for AsGa.
  • the present invention does not exclude that the two embodiments are combined, i.e. that cells are positioned on the bottom and on visible organs through the ice.
  • the assembly of the cell to the housing can be done in a very simple manner without having to make a structure carrying the cell.
  • the cell 7 may be glued or clipped on the bottom 4 or on an organ according to the chosen embodiment. It is not necessary to provide a specific housing that would change the stamping operations during the manufacture of the housing. If necessary, it is sufficient to raise the movement 5 of the thickness of the cell in the case where the cell is positioned on the bottom of the housing.
  • This type of assembly also makes it possible to better protect the cell which according to the chosen photovoltaic technology may be intrinsically fragile, for example in the case of a glass substrate.
  • the integrated circuit is preferably associated with a storage capacitor or a rechargeable battery (not shown).
  • the electrical connection between the cell (s) and the printed circuit may be carried out by two wires or by spring contacts arranged under the printed circuit board CI including the integrated circuit and the capacitor.
  • the electrical energy produced serves to power the quartz movement or an additional function on a mechanical watch, for example, an illumination function.

Description

    OBJET DE L'INVENTION
  • La présente invention se rapporte au domaine technique de l'horlogerie. Plus particulièrement, elle se rapporte à une montre de type squelette comprenant une cellule solaire. Par montre squelette on entend une montre comportant un mouvement dans lequel certaines parties typiquement son cadran, sa platine et/ou ses ponts sont ajourés dans le but de rendre visibles des organes du mouvement par le porteur de la montre.
    • ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE
  • C'est une pratique courante de munir les montres d'une cellule solaire afin d'alimenter en énergie le mouvement électronique. La cellule solaire est généralement disposée sur le pourtour du cadran en dessous de la glace ou peut remplacer le cadran pour absorber un maximum de lumière. Il existe également des alternatives comme dans les documents US 8,693,290 et EP 2 796 946 où la cellule solaire est positionnée sous le cadran qui est réalisé avec une résine transparente ou translucide.
  • Dans ces configurations, le mouvement de la montre est occulté par le cadran ou par la cellule solaire, ce qui n'est pas compatible avec les montres dites squelettes, ces dernières ne comprenant généralement pas de cadran plein et laissant voir tout ou partie des organes dont elles sont constituées. En effet, dans ce cas, maintenir les organes visibles est peu compatible avec l'agencement d'une cellule solaire qui elle aussi doit être visible pour absorber la lumière et générer suffisamment d'énergie pour alimenter en énergie un mouvement à quartz.
  • On connaît également des documents JP2011203213 , JP09281254 , FR2595481 et US2002/0167867 des pièces d'horlogerie comportant une cellule solaire.
    • RÉSUMÉ DE L'INVENTION
  • La présente invention a pour objet d'intégrer une cellule photovoltaïque dans une montre type squelette, tout en maintenant une surface exposée suffisante pour alimenter en énergie un mouvement horloger à quartz ou une fonction électronique additionnelle dans le cas d'un mouvement horloger mécanique.
  • A cette fin, une montre squelette selon la revendication 1 annexée est proposée et des formes d'exécution particulières sont reprises dans les revendications dépendantes.
    • BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
  • Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous faisant référence aux figures suivantes.
    • Les figures 1 et 2 représentent respectivement une vue du dessus et une vue en coupe de la montre squelette munie d'une cellule solaire selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Selon ce premier mode de réalisation, la cellule est placée entre le fond et les organes du mouvement.
    • Les figures 3 et 4 représentent respectivement une vue du dessus et une vue éclatée de la montre squelette munie d'une cellule solaire selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention. Selon ce second mode de réalisation, la cellule est placée sur des organes visibles à travers la glace et, plus précisément, sur un pont à la figure 3 et sur un circuit intégré à la figure 4.
    DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
  • La présente invention se rapporte à une montre du type squelette, selon la revendication 1, pourvue d'au moins une cellule photovoltaïque, qu'on appellera aussi cellule solaire ou simplement cellule dans le cadre de ce fascicule.
  • Les figures 1 à 4 représentent une montre squelette 1 qui, de manière classique, comporte un boîtier formé de la carrure 2, de la glace 3 et du fond 4. La glace est fixée sur la carrure 2 de manière classique à l'aide d'une lunette L. Dans l'exemple illustré, le boîtier abrite l'ensemble des organes d'un mouvement à quartz 5 (figure 4) classique. On peut voir sur les figures notamment une platine P comportant plusieurs ajourages A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7 et A8, un moteur électrique M, un rouage R et un circuit intégré 6. Les organes sont disposés entre le fond 4 et la glace 3 et visibles en tout ou partie à travers la glace. Dans cet exemple, le mouvement 5 est maintenu dans la carrure 2 à l'aide d'un rehaut 9 formant également le cercle d'encageage. Selon une variante non représentée le mouvement 5 peut être un mouvement horloger mécanique.
  • L'originalité de la montre squelette réside dans l'ajout d'une cellule solaire et dans son positionnement au sein du boîtier.
  • Selon un premier mode de réalisation illustré aux figures 1 et 2, la cellule photovoltaïque 7 est disposée sur le fond 4 de la montre entre ce dernier et le mouvement 5. La lumière traverse la glace 3 et atteint la cellule 7 au travers des ajourages A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7 et A8 formés entre les organes du mouvement et notamment dans la platine P. Ces organes du mouvement occultent une surface comprise entre 65 et 90% de la surface du fond 4. Cela signifie que les ajourages A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7 et A8 représentent entre 10 et 35% de cette surface. A titre d'exemple, pour une montre ayant une carrure à cavité circulaire de 2.9 cm de diamètre, soit une surface de fond de l'ordre de 660 mm2, la surface des ajourages est de l'ordre de 146 mm2, soit 22% de la surface de fond. Avec une telle surface effective éclairée, la puissance collectée par la cellule est équivalente à celle collectée par une cellule de 2.9 cm de diamètre placée sous un cadran ayant une transmission de 22%. La puissance ainsi récoltée par exemple par une cellule solaire en silicium amorphe réalisée par dépositions physiques et chimiques (PVD, CVD) sur substrats rigides ou flexibles est en moyenne de 4.4µW sur une année. Cette puissance est nettement supérieure à la consommation d'un mouvement à quartz à 2 aiguilles qui est typiquement de 0.3µW. Il est à noter que, selon les besoins, il est possible d'augmenter la surface effective éclairée en réalisant certains éléments du mouvement tels que les ponts et rouages en matière transparente ou translucide. Il est ainsi possible d'augmenter la surface effective éclairée jusqu'à 35% correspondant à une puissance moyenne annuelle collectée de 7µW. D'autres technologies de cellules solaires peuvent être utilisées comme par exemple des cellules utilisant: le silicium cristallin, le silicium à hétérojonctions, le CuInGaSe, le CuInSe, le CdTe, l'AsGa, ou encore des matériaux organiques. La technologie AsGa par exemple pourrait fournir pour les mêmes 146mm2 de surface exposée une puissance moyenne annuelle de 16.8µW. De plus, on notera que les cellules solaires peuvent être recouvertes de couches additionnelles, par exemple une couche de décor d'un matériau semi transparent pour leur conférer une esthétique particulière pouvant s'accorder aux pièces du mouvement comme, par exemple, un aspect doré. La perte de transmission résultant de l'addition de ces couches pourrait être compensée par une technologie de cellules solaires à plus haut rendement typiquement en utilisant des cellules solaires à base de CuInGaSe ou de AsGa.
  • De préférence, une seule cellule solaire est disposée sur le fond 4 et couvre l'ensemble du fond ou une partie particulièrement bien éclairée du fond. Il est cependant également envisageable de placer plusieurs cellules individuelles connectées entre elles sur le fond 4 avec chacune des cellules agencée en regard d'un ajourage. Dans le cas où les cellules sont connectées en série pour obtenir une tension de sortie plus élevée, il est préférable que la surface de chacune des cellules soit similaire pour éviter une limitation du courant imposée par la cellule ayant la surface exposée la plus petite. En connectant les cellules en parallèle, on évite la limitation de courant due à la surface mais la tension de sortie est plus faible. La connexion électrique des fils est réalisée par exemple par brasage avec un alliage approprié (étain ou autre), par thermo compression, assistée ou non, ou par ultrasons.
  • Selon un second mode de réalisation illustré aux figures 3 et 4, une cellule photovoltaïque 7 est placée sur un organe exposé à la vue, entre ce dernier et la glace 3. De cette manière, la lumière traverse la glace et atteint directement la cellule photovoltaïque 7. La cellule est préférentiellement placée sur un organe fixe du mouvement pour maintenir visibles au moins partiellement les organes mobiles qui font l'attrait de la montre squelette. Par exemple, la cellule 7 peut être placée sur un pont 8 comme montré à la figure 3. Elle peut également être placée sur le circuit intégré 6 du mouvement à quartz, comme montré à la figure 4, ou de la fonction électronique à alimenter dans le cas d'une variante non représentée d'un mouvement mécanique équipé d'un module électronique complémentaire. Dans une variante la cellule 7 peut être placée alternativement ou aussi sur le circuit imprimé CI portant le circuit intégré 6. Une cellule peut être à cheval sur plusieurs organes ou plusieurs cellules peuvent être disposées sur les organes à condition que chaque cellule ait une surface exposée similaire pour à nouveau éviter la limitation de courant imposée par la plus petite cellule. Dans ce mode de réalisation, on vise une surface effective éclairée comprise entre 8 et 27 % de la surface totale visible à travers la glace, soit une puissance moyenne récoltée par année comprise entre 1.6 et 5.4 µW pour du silicium amorphe et entre 6.1 et 20.6 µW pour de l'AsGa.
  • La présente invention n'exclut pas que les deux modes de réalisation soient combinés, c.à.d. que des cellules soient positionnées sur le fond et sur des organes visibles à travers la glace.
  • L'assemblage de la cellule au boîtier peut s'effectuer de manière très simple sans devoir réaliser une structure portant la cellule. Par exemple, la cellule 7 peut être collée ou clipsée sur le fond 4 ou sur un organe suivant le mode de réalisation choisi. Il n'est pas nécessaire de ménager un logement spécifique qui modifierait les opérations d'étampage lors de la fabrication du boîtier. Au besoin, il suffit de surélever le mouvement 5 de l'épaisseur de la cellule dans le cas où la cellule est positionnée sur le fond du boîtier. Ce type de montage permet en outre de mieux protéger la cellule qui selon la technologie photovoltaïque choisie peut être intrinsèquement fragile comme, par exemple, dans le cas d'un substrat en verre.
  • Pour stocker l'énergie électrique produite, le circuit intégré est de préférence associé à un condensateur de stockage ou une batterie rechargeable (non représenté). La connexion électrique entre la ou les cellule(s) et le circuit imprimé peut être réalisée par deux fils ou par des contacts ressorts disposés sous la carte de circuit imprimé CI portant notamment le circuit intégré et le condensateur.
  • L'énergie électrique produite sert à alimenter le mouvement à quartz ou une fonction additionnelle sur une montre mécanique, par exemple, une fonction d'illumination.

Claims (15)

  1. Montre squelette (1) comprenant un boîtier muni d'un fond (4) et d'une glace (3), et un ensemble d'organes formant un mouvement (5) de la montre squelette (1), lesdits organes étant disposés au sein du boîtier entre le fond (4) et la glace (3) et étant en tout ou partie visibles au travers de la glace (3), où la montre squelette (1) comporte au moins une cellule solaire (7), où la ou les cellules solaires (7) sont disposées entre le fond (4) du boîtier et l'ensemble d'organes, chaque cellule (7) étant exposée à la lumière au travers d'ajourages formés entre et/ou dans les organes formant ledit mouvement; caractérisée en ce que la ou les cellules solaires (7) couvrent toute la surface du fond (4) du boîtier.
  2. Montre squelette (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle un ou plusieurs des organes est réalisé dans un matériau transparent ou translucide.
  3. Montre squelette (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la ou les cellules solaires (7) sont disposées sur au moins un organe visible au travers de la glace (3).
  4. Montre squelette (1) selon la revendication 3, dans laquelle un des organes portant une cellule solaire (7) est une structure fixe du mouvement.
  5. Montre squelette (1) selon la revendication 3 ou4, dans laquelle l'organe est un pont (8) ou un circuit intégré (6) ou un circuit imprimé (CI).
  6. Montre squelette (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle, en cas de pluralité de cellules solaires (7), chaque cellule solaire (7) a une même surface exposée à la lumière à travers la glace (3).
  7. Montre squelette (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la surface exposée à la lumière de la ou des cellules solaires (7) est comprise entre 10 et 35% de la surface totale exposée à la lumière à travers la glace (3).
  8. Montre squelette (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la ou les cellules solaires (7) sont en silicium amorphe.
  9. Montre squelette (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chaque cellule solaire (7) est assemblée par collage à l'intérieur du boîtier.
  10. Montre squelette (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, ou ledit mouvement (5) c'est un mouvement à quartz ou un mouvement mécanique.
  11. Montre squelette (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes lorsqu'elle dépend de la revendication 2, caractérisée en ce que lesdites cellules solaires (7) sont connectées en série.
  12. Montre squelette (1) selon la revendication 13, caractérisée en ce que lesdites cellules solaires (7) présentent chacune une surface sensiblement identique.
  13. Montre squelette (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes lorsqu'elle dépend de la revendication 2, caractérisée en ce que lesdites cellules solaires (7) sont connectées en parallèle.
  14. Montre squelette (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que les cellules solaires (7) sont recouvertes d'une couche de décor semi transparente.
  15. Montre squelette (1) selon la revendication 14, caractérisée en ce que lesdites cellules solaires (7) sont des cellules solaires à base de AsGa ou à base de CuInGaSe.
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