EP3283926A1 - Antichoc magnétique pour arbre d'horlogerie - Google Patents

Antichoc magnétique pour arbre d'horlogerie

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Publication number
EP3283926A1
EP3283926A1 EP16714904.6A EP16714904A EP3283926A1 EP 3283926 A1 EP3283926 A1 EP 3283926A1 EP 16714904 A EP16714904 A EP 16714904A EP 3283926 A1 EP3283926 A1 EP 3283926A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shaft
magnetic
pivot axis
housing
electrostatic
Prior art date
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Granted
Application number
EP16714904.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP3283926B1 (fr
Inventor
Jean-Philippe Rochat
Benoît LÉGERET
Davide Sarchi
Polychronis Nakis Karapatis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Montres Breguet SA
Original Assignee
Montres Breguet SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Montres Breguet SA filed Critical Montres Breguet SA
Publication of EP3283926A1 publication Critical patent/EP3283926A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3283926B1 publication Critical patent/EP3283926B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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
    • G04B31/00—Bearings; Point suspensions or counter-point suspensions; Pivot bearings; Single parts therefor
    • G04B31/02—Shock-damping bearings

Definitions

  • the invention relates to a watch-making subassembly for a watch, comprising a main structure and a movable shaft pivoting about a pivot axis in at least one housing of said main structure, said shaft comprising at least one surface in a magnetic material. or ferromagnetic, or respectively in an electrified material or electrostatic conductor, and said main structure comprising at least one pole mass arranged to create, near at least one said surface, a magnetic field, or respectively an electrostatic field, for a maintenance axial and radial of said shaft.
  • the invention also relates to a movement comprising at least one such subset.
  • the invention also relates to a watch comprising at least one such subassembly.
  • the invention relates to the field of watch movements comprising mechanical components pivoting.
  • a mechanical technology is generally used for maintaining a component, in particular a shaft, in a particular position. It can be an abutment with an elastic system, especially when a certain freedom of movement is necessary for the case of a shock.
  • a spring holds a shaft in abutment.
  • the application EP 2450 758 in the name of MONTRES BREGUET SA describes a method of orienting a watch component magnetically or magnetically permeable material having two ends, where on both sides are created two magnetic fields each attracting the component on a polar mass, with an imbalance of intensity of the magnetic fields around the component to create a differential of forces on the latter and to press one of the ends on a contact surface of one of the masses, and maintain the other end to distance from the other polar mass.
  • This application also describes an electrostatic variant on the same principle.
  • the application also relates to a magnetic pivot (or an electrostatic variant) comprising such a clock component, comprising a guide device with, at a gap distance greater than the center distance between the ends, surfaces of two polar masses arranged to be attracted. each by a magnetic field emitted by one of the ends, or each to generate a magnetic field attracting one of the ends, so that the magnetic forces exerted at both ends are of different intensity, to attract one of the ends in contact with a only
  • the application EP 2450 759 in the name of WATCHES BREGUET SA describes a magnetic (or electrostatic) shockproof device for the protection of a watch component pivotally mounted between a first and a second ends. It comprises, on either side of these ends, on the one hand pivoting guide means or means of attraction of the first end held in abutment on a first polar mass, and on the other hand, in the vicinity a second polar mass of means for pivotally guiding the second end or means for attracting the second end towards the second pole mass, and the pivoting guide means or means for attracting the first end on the one hand, and the pivoting guide means or attraction means of the second end on the other hand, are movable along a given direction between stops.
  • Document FR1314364 in the name of HELD describes a combination of magnets for magnetic suspension of contactless clock pivots, with the combination of an annular disk magnet pierced right through the center.
  • this magnet is magnetized radially, with one pole on the internal generators of the hole, the other pole on the external generators.
  • this magnet is axially magnetized, the two polar areas being distributed over the two circular flat surfaces of the disk, the axis of the magnetically held and guided moving element passing through the center of the hole of the annular magnet.
  • axis being constituted by a thin-walled non-magnetic tube containing a hyper-coercive material, magnetized in one piece with two poles of opposite name at the two ends, or in two segments separated by an interval, the ends opposite the two segments housed in the protective tube having poles of the same name, in mounting with fixed magnet-disc, with radial polar axes and poles of opposite name in mounting with axially magnetized disk, the gap separating the two segments forming the core of the tubular axis being of the same order as the thickness of the disk considered and placed inside the central hole of the latter, so that the terminal ends of e the axial filiform magnet protrude slightly inside the hole, the two flat, circular surfaces delimiting the height of the cylinder or magnetic disc.
  • the invention proposes to define an architecture for maintaining a position in a position of a clockwork tree, which is capable of ensuring a stable shock effect over time, and which is reproducible.
  • the invention relates to a horological watch subassembly according to claim 1.
  • the invention also relates to a movement comprising at least one such subset.
  • the invention also relates to a watch comprising at least one such subassembly.
  • FIG. 1 is a diagrammatic perspective view of a timepiece subassembly according to the invention comprising a shaft which is held radially, by magnetic attraction or repulsion, in a first bore by a first pole mass forming a substantially tubular sector, the axis of this shaft is maintained along a pivot axis substantially corresponding to the axis of the first bore; this shaft is held axially by a second polar front mass, in a chamber here defined by a second bore that comprises a substantially tubular limiting sleeve; this subassembly is represented without any positioning stops;
  • Figure 2 shows schematically and in section, the subset of Figure 1;
  • Figure 3 shows schematically and in top view, the subset of Figure 1;
  • FIG. 6 is a diagrammatic sectional view of a cladding or movement subassembly according to the invention, in a first variant comprising a radial mechanical guide, and at least one magnet which provides the axial holding of a shaft in an axial direction;
  • this subassembly comprises a structure with a lower wing comprising a magnet at the bottom of a housing; this housing receives a shaft, which is subjected to a magnetic attraction force in a field direction parallel to the axial direction;
  • the structure comprises an upper wing, limiting the movement of the insert and forming a safety stop over the shaft;
  • Figure 7 shows, similarly to Figure 1, a reverse configuration, where the safety stop is below the shaft, and where a tribological surface is introduced on the stop;
  • FIG. 8 schematically shows in section and in section a magnet and a magnetic part in attraction, constituting a structure and a shaft comprising each, at their respective contact surfaces, a tribological or anti-wear layer;
  • FIG. 9 schematically shows in section a structure with a magnetic housing receiving a magnet in the form of a nail with a head, which comes to press a spacer forming part of a tree and which is held prisoner and pressed onto the structure by this magnet, pinched between the head of the magnet and the fixed element;
  • FIG. 10 shows, schematically, partially and in section along its axis, a shaft having a plurality of magnets, whose polarity is schematized by hatching or by a crisscrossing, and which is movable between other fixed magnets that includes a structure in which this tree is movable;
  • FIG. 1 1 shows another magnet-carrying shaft configuration between other fixed magnets of the structure
  • FIG. 12 schematically shows, partially and in section, a structure in the form of a fixed line in a z-direction, comprising an alternation of parts, on the one hand, paramagnetic or ferromagnetic, and on the other hand diamagnetic, schematized respectively; by a hatching and a crisscrossing, along which structure, which is fixed, is alignable a cylindrical shaft having a permanent magnet, not shown;
  • FIG. 13 is a diagrammatic front view of a watch comprising a movement comprising such a subassembly
  • FIG. 14 is a diagrammatic fragmentary view, in section through the axis of pivoting of its shaft, of a watchmaking subassembly according to the invention, comprising a pivotally movable shaft in a structure, where shaft generates an axial field at a lower end, and a substantially conical field around the pivot axis with a first intensity in the direction of the pivot axis, and wherein the structure in which the shaft is movable comprises a succession zones generating conical type fields, tending to oppose the fields generated by the shaft, and which have, since a service position of the shaft illustrated in FIG. 14A, increasing intensities as and when the bringing together of the lower part of the race of the tree; each of these zones of field of the structure constitutes a virtual notch, which slows down the tree in its descending run:
  • FIG. 14B shows the subassembly of FIG. 14A after an impact or a strong acceleration, the shaft starting a stroke towards a lower end of stroke not shown, and in a position where this tree has just crossed a first field barrier symbolized by simple arrows, substantially symmetrical and opposite to the conical field that includes the tree itself, and where the tree arrives on a second barrier of field, axial intensity greater than that of the first barrier, and symbolized by double arrows,
  • FIG. 14C shows the same subset in the case where the kinetic energy printed on the tree is important and allows it to cross this second field barrier, and where the tree arrives on a third field barrier, d axial intensity greater than that of the second barrier, and symbolized by triple arrows, and which, in this example, suffices to stop the axial stroke of this shaft,
  • FIG. 14D shows the subsequent raising of the shaft towards its operating position of FIG. 14A under the action of the repulsive fields to which it is subjected;
  • FIG. 15 illustrates, in the same way as FIG. 14, a similar arrangement, but in which the shaft generates only an axial end field, and where the third conical barrier at the lower end of the race is replaced by an axial field barrier of similar intensity, and a sequence of descent and ascent of the shaft on its axis which is similar to that of Figure 14;
  • FIG. 16 illustrates a structure comprising a housing in which a shaft is movable, with at the lower and upper ends of the shaft and the housing a symmetrical arrangement corresponding to the variant of FIG. 15;
  • FIG. 16A illustrates, in a manner similar to FIG. 16, a variant in which the fields generate attraction forces instead of repulsion efforts;
  • FIG. 16B illustrates, in a manner similar to FIG. 16, a variant in which the radial fields generate attraction forces instead of repulsive forces, whereas the axial fields of the structure generate repulsion forces;
  • FIG. 17 illustrates, in perspective in view 17A and in top view in view 17B, a subassembly according to FIG. 16, including a lateral cut parallel to the axis of pivoting of the shaft and allowing its insertion and its extraction;
  • FIG. 18A is a schematic perspective view of a mechanism exploiting the system of FIG. 12, with a shaft having in the middle part a dark permanent magnet placed close to the structure in the form of a line, here in the form of a shell concave with alternating diamagnetic and paramagnetic / ferromagnetic zones;
  • Fig. 18B is a sectional view of the whole of Fig. 18A, and
  • Fig. 18C illustrates the polarities generated by the presence of permanent magnet, fixed on the tree, and by the magnetic properties of the zones on the hull; the shaft provided with a permanent magnet then undergoes a force similar to the versions of Figures 10 to 12, but generated by diamagnetic and paramagnetic / ferromagnetic zones;
  • Figures 19A and 19B are similar to Figures 18B and 18C, but for a system operating a maintenance in mechanical contact, the portion shown in crosspieces being fixed;
  • FIG. 20 is a curve with the magnetic force exerted between two cylindrical magnets of the same power and diameter as a function of the ratio of their relative heights on the abscissa, the value 0.5 corresponding to the case where they are of the same height;
  • FIG. 21 is a curve with the magnetic force exerted between a magnet and a cylindrical ferromagnetic part of the same diameter as a function of the ratio of their relative heights on the abscissa, the value 0.25 corresponding to a ferromagnetic part three times smaller than the magnet;
  • FIG. 22 is a diagrammatic partial view in section of a clockwork movement comprising a subassembly according to the invention, with a shaft drawn axially by a polar mass, and whose end is in friction on the front part of it.
  • the invention proposes a weathering shaft support, of the shockproof type, in an unalterable manner, under the effect of a magnetic and / or electrostatic field.
  • the invention can also be implemented with the use of electrostatic fields, particularly through the use of electrets. Or by combining magnetic fields and electrostatic fields.
  • shaft means any watch component arranged to pivot about a theoretical pivot axis.
  • the invention is described hereinafter essentially for the tree parts of such a component, or mobile, or the like.
  • a pendulum we will focus more particularly on the ends of the tree part of this pendulum.
  • the invention is illustrated in a simplified manner with a revolution shaft, comprising one or more cylindrical bearing surfaces. But this illustration is not limiting, the invention can be applied to any type of component, such as anchor, escape wheel, wheel, pinion, or other.
  • the principle is to position one or more magnets on a fixed part, and to exploit the magnetic force that undergoes a ferromagnetic component (attraction), diamagnetic (repulsion) or paramagnetic (attraction) which must be fixed. This component therefore undergoes a force of attraction or repulsion, which can be used to hold it in place.
  • a first variant, in Figures 1 to 3, is to use the magnetic force to constrain in three directions a shaft, for example by keeping it in contact in a triangle which positions it (positioning stops).
  • the contact can also be made directly on the permanent magnets.
  • radial guidance can be performed via a chimney while the shaft is held axially by a magnet.
  • the number of magnets used can of course change from one variant to another.
  • a holding system is constructed, exploiting the forces in the broad sense, that is to say, forces or torques, induced on a piece of magnetized material or ferromagnetic material immersed in a magnetic field. .
  • This effort depends on the magnetization of the material, or its magnetic permeability, and the intensity of the local magnetic field.
  • one or more magnets are positioned on a fixed part called a structure, or / and on the shaft. This shaft undergoes (or generates, in the case where it is itself magnetized and cooperates with a magnetized magnetic or non-magnetized environment) an attraction or repulsion force that can be used to hold it in place.
  • the magnetic force alone can be sufficient to retain an element during shocks.
  • FIGS. 6 and 7 represent two type configurations of FIG. 4, with a safety abutment, once above the component and once beneath it, and potential contact zones referenced 5.
  • the magnetic retention is therefore used to counteract low shocks, with a limiting amplitude from which the component peels off to abut.
  • This mode of operation has the advantages of the springs, while causing a lower shock when returning to position. Indeed, the magnetic system, as opposed to the spring, exerts a force that decreases with the distance of the part relative to its stance. The energy stored during an accidental shock (which is released when the component returns to position) is therefore lower.
  • FIGS. 20 and 21 show the magnetic force Fm, in Newton, that can be generated by a system with two magnetic bodies, respectively with two magnets in FIG. 20, or with a magnet and a ferromagnetic part in FIG. 21, as a function of the ratio h1 / h2 of the relative size of these two bodies.
  • the magnetic system not only has a role of maintenance, but also facilitates the function of setting / replacing, as visible in Figures 10 and 1 1.
  • an additional force must be applied to overcome the repulsion of the magnets, and once the system is in place, it is maintained in the axial direction z; such a system becomes particularly interesting if it is combined with the introduction of stones, or any other tribological surface, to minimize the friction of the radial contact.
  • the second case of FIG. 11 is a magnetic re-centering system, where the shaft, including permanent magnets, is held against a line-shaped structure composed of attractive parts and repulsive parts. These parts can also be made of permanent magnets.
  • the radial strength of this system is magnetic via the attractive parts (with the possibilities of variants presented above); the component is refocused magnetically after each shock. This system is easily adaptable for a degree of angular freedom.
  • the line-like structure of Fig. 12 with attractive and repulsive regions can also be directly on the shaft with a permanent magnet on the fixed part of the movement.
  • the magnetic force to constrain a covering element or movement in the three directions, for example by keeping it in contact in a female trihedron which positions it, and which also constitutes a set of positioning stops.
  • the magnetic elements may be recessed with respect to the contact surfaces. Contact can also be made directly on surfaces of magnetic components.
  • One variant concerns the case where the magnetic force is used to constrain an element in one or both of the three directions, while a mechanical guidance is used to limit its displacement in the other directions.
  • the pivoting of the shaft may be traditional, by guidance in a stone or a bearing, or be magnetic type, or other, especially combined.
  • the cooperation of the magnetic and / or electrostatic fields present at the level of the structure and / or the shaft is sequenced, and comprises electromagnetic barriers which depend on the relative position of the tree and structure, and the passage of each consumes all or part of the kinetic energy of the tree during an impact.
  • the relative force can be generated by two magnets, or by a magnet near a ferromagnetic (attraction), diamagnetic (repulsion) or paramagnetic (attraction) part.
  • the tree to be held in place can itself be ferromagnetic, diamagnetic or paramagnetic and be located near a magnet, or comprise itself one or more magnets or magnetized zones, or respectively electrified.
  • the damping characteristics according to the invention are good for shocks of small or medium magnitude. If it is conceivable to use this technology for the complete absorption of the exceptional kinetic energy of the tree during an impact, it is clear that it is then at the expense of congestion.
  • the invention is preferably combined with a conventional mechanical stop, which may be a stopper, or a bearing surface of a spring which is not in contact with the shaft during low or medium magnitude shocks .
  • a conventional mechanical stop which may be a stopper, or a bearing surface of a spring which is not in contact with the shaft during low or medium magnitude shocks .
  • any magnet surface is protected, because of its fragility, by another surface that comprises, as the case, the shaft, or the structural element concerned.
  • the contact between antagonistic components such as a main structure 100 and a shaft 10 may be a contact of a portion of the shaft to be held against a positioning stop, which is not necessarily magnetic.
  • the magnetic or electrostatic means which are implemented to constitute an axial shock of the shaft, are also used to ensure an axial retention of the shaft in its operating position. It is understood that the contacts are completely avoided only in repulsion configurations as in FIG. 16. In most other cases, even while working in repulsion, a contact on the shaft is inevitable. The circumferential friction dissipates more energy than the friction on the front part.
  • the invention is particularly suitable for maintaining contact with the shaft, both axially and radially. Because the configuration with a remote maintenance of the shaft, axial or / and radial, advantageous in terms of friction, can not always be implemented. Note in this connection that a magnetic or electrostatic cooperation between the shaft and receiving structure is not necessarily only axial.
  • this cooperation provides a radial hold, to permanently tend to align the shaft 10 on its theoretical pivot axis DA. Therefore, even if the traditional pivoting guidance of the shaft 10 is not perfect, this guidance is optimized by the influence of magnetic or electrostatic fields that tend to realign the shaft 10 permanently along its axis DA.
  • the contact is not shown; this contact may be directly from the magnet against the shaft (or the fixed magnet against the magnet of the part to be kept in contact if appropriate), as in Figure 8 or a part of the component to maintain against a positioning stop (not necessarily magnetic) as in Figure 9.
  • the surface against which the contact is maintained can be adapted to optimize its tribological and mechanical properties.
  • a surface layer as visible in FIG. 8, which can also be produced in the variant of FIG. 9, or others, may for example be corundum, diamond or a protective coating.
  • This superficial layer may also be made of a material that combines special tribological and magnetic properties, such as tungsten carbide, especially with a cobalt binder.
  • the magnetic force alone can be sufficient to retain an element during shocks.
  • the magnetic forces are used to construct a shaft maintenance system, exploiting the forces induced on a piece of magnetic material immersed in a magnetic field.
  • one or more magnets is positioned preferably on a fixed part, and the magnetic force experienced by a ferromagnetic component (attraction) is exploited.
  • diamagnetic (repulsion) or paramagnetic (attraction) which must be fixed. This component will therefore undergo an attraction or repulsion effort that can be used to hold it in place. Reverse relative positioning is also possible.
  • a variant represented in FIGS. 1 to 3 consists in using a magnetic force to constrain a shaft 10 in the three directions, for example by keeping it in a trihedron which positions it, or in contact by positioning stops not shown, or / and by magnetic interaction with permanent magnets.
  • any shaft 10 cooperates with a first structure 11 which radially surrounds a first upper bearing surface 16 of the shaft, and with a second structure 12 in its axial alignment along the pivot axis DA.
  • this first structure 1 1 and this second structure 12 are magnets.
  • a third structure 13 has a bore 15 which limits the radial movement of a lower bearing surface 17 of the shaft 10.
  • FIGS. 4 and 5 illustrates the cases where the magnetic force is used to constrain a shaft 10 in one or both of the three directions, here in the axial direction corresponding to the pivot axis DA, while mechanical guidance is used to limit the displacement of the shaft 10 in the other directions.
  • the radial guidance can be carried out via a chimney, at a bore 14 of a first structure 11, while the shaft 10 is held axially by a magnet which comprises a second structure 12.
  • the number of magnets used can of course change from one variant to another.
  • a construction comprising a ring of several magnets instead of a single magnet for axial retention in the axial direction, in the examples of FIGS. 1 to 5, thus has the advantage of averaging the defects of the components, and of exerting the 'effort on a higher radius. This can be an advantage if the mechanism is designed to exploit eddy current dissipation to increase the frictional capacity of a magnetic equivalent of a friction spring.
  • the preferential solution uses a magnetic attraction force, or between two magnets, or between a magnet and a magnetically conductive part, in particular ferromagnetic. It allows a better stability and a better control in position of the parts. It is understood that equation (1) is valid only for determining the force between a magnet and a magnetic part (it is not valid for determining the force between two magnets), and in most cases the magnetic piece is ferromagnetic, and will therefore be aligned in accordance with the magnet: in this case, the force is attractive. Only in the case where the magnetic piece is diamagnetic, there is a repulsive force between the magnet and the component, but this force is ten to one hundred times weaker than that which can be obtained in attraction.
  • FIGS. 1 to 4 use only the force of attraction, the direction of the forces tends to bring the parts together, the force is negative, either in the ferromagnetic magnet-piece variant, or in the variant with two magnets.
  • the repulsive solutions make it possible to dissipate part or all of the energy of the shocks by magnetic repulsion rather than by mechanical shock.
  • This mode of operation has the advantages of spring-loaded, while causing a lower shock when returning to the normal operating position.
  • the magnetic system as opposed to the spring, exerts a force that decreases with the distance of the shaft relative to its holding position.
  • the energy stored during an accidental shock, which is released when the component returns to position, is therefore lower.
  • the contact is not shown.
  • This contact may be a direct contact of the magnet with the shaft, as in FIG. 8, or a portion of the shaft to be held against a positioning stop (not necessarily magnetic) as in FIG. 9.
  • the surface against which contact is maintained can be adapted to optimize its tribological and mechanical properties.
  • the red surface may for example be corundum, diamond, sapphire or a protective coating.
  • the surface can also be a material combining interesting tribological and magnetic properties, such as tungsten carbide with a cobalt binder.
  • the magnetic system has this role of maintenance, and also facilitates the function of setting / replacing, as shown in Figures 10 to 12.
  • the second case of Figure 12 is a magnetic centering system where the shaft 10 has permanent magnets, and is held against a line-shaped structure composed of attractive portions and repulsive portions. These parts can also be made of permanent magnets. The radial strength of this system is magnetic via the attractive parts, with the possibilities of variants presented above; the shaft is refocused magnetically after each shock. This system is easily adaptable for a degree of angular freedom. Such a line-shaped structure with attractive and repulsive regions can also be directly on the shaft 10, with a permanent magnet on the structure, linked to a fixed part of the clockwork movement.
  • FIGS. 18A, 18B, 18C show a mechanism exploiting the system of FIG. 12.
  • FIGS. 18A and 18B show a shaft having a permanent magnet placed close to the line-shaped structure, here in the form of a shell (not necessarily of revolution) which comprises an alternation of diamagnetic and paramagnetic / ferromagnetic zones.
  • Figure 18C illustrates the polarities generated by the presence of the permanent magnet (fixed on the tree) and by the magnetic properties of the zones on the hull.
  • the shaft provided with a permanent magnet is then subjected to a force similar to the versions of FIGS. 10 to 12, but this force is here generated by diamagnetic and paramagnetic / ferromagnetic zones.
  • Figures 19A and 19C are similar to Figures 18B and 18C, but for a system operating a maintenance in mechanical contact, the part designed in crosspieces being fixed.
  • the magnets of one of the two components are preferably of revolution to ensure correct operation in rotation of the shaft.
  • the response of the system is not isotropic, if the magnets are not revolution. This is not necessarily embarrassing, since it is only a transitional regime, and therefore we can consider different configurations:
  • the magnets of the tree are of revolution (and not those of the chimney) whereas the direction where the anti-shock function is maximum is fixed on the movement; this direction may correspond, for example, to a direction that receives statistically more shocks;
  • the direction where the anti-shock function is maximum is fixed on the tree; this direction may correspond to a direction where the radial position of the shaft must be better constrained than the other (for example because of the presence of a component fixed on the shaft which is not symmetrical of revolution and which would collide with another component of the movement);
  • FIGS. 14 to 17 are provided for radial recentering by repulsion, with axial positioning abutting by force magnetic.
  • the axial magnetic attraction variant end, not drawn, is particularly interesting.
  • the variant operating in magnetic attraction has the disadvantage that the radial centering is not precise; the shaft is in mechanical contact on one of the walls of the chimney, which wall may vary during the function; but this variant also makes it possible to axially press the shaft against a stop with a restoring force depending on the position of the shaft in its chimney.
  • An alternative with magnets that are not of revolution, similar to Figure 1, allows to press the shaft radially always on the same face, and the position of the shaft is then less variable.
  • Another variant is to add a frontal magnet on the fixed structure, so as to help the axial resistance of the shaft at one end.
  • variant shown in Figure 14 relates to a structure in which the shaft is movable, which comprises a succession of zones generating conical type fields, tending to oppose the fields generated by the tree, and which have, from a service position of the tree of increasing intensities as the approximation of the lower part of the race of the tree, it is understood that other variants may relate to:
  • FIG. 22 illustrates the case of a shaft drawn axially by a polar mass, and whose end is in friction on the front part thereof
  • the lateral support of Figures 1 to 3 is selected in part, to allow a maintenance in mechanical contact, and thus exploit the concept of anti-shock.
  • the shaft typically a balance shaft
  • the disadvantage of the lateral version lies in the increased friction (on the radius of the shaft and not on a reduced radius of friction). These friction can nevertheless be exploited to dissipate energy, typically to dampen the floating of a needle.
  • the invention relates to a watch 200 sub-assembly for a watch, comprising a main structure 100 and a shaft 10.
  • This shaft 10 is pivotally movable about a pivot axis DA, in at least one housing 14, 15 of this main structure 100.
  • This shaft 10 comprises at least one surface 16, 18, 21, 22, which is made of a magnetic material or magnetic conductor, or respectively in an electrified material or electrostatic conductor.
  • magnetic conductor a ferromagnetic material or diamagnetic or paramagnetic.
  • the main structure 100 comprising at least one polar mass January 1, 12, 31, 32, which is arranged to create, near at least one such surface 16, 18, 21, 22, to less a magnetic field, or respectively an electrostatic field, for the axial and / or radial retention of the shaft 10 with respect to the pivot axis DA.
  • the main structure 100 comprises at least one polar mass 1 1, 12, 31, 32, arranged to create, close to at least one such surface 16, 18, 21, 22, in addition to the field intended for the axial retention of the shaft 10, at least one magnetic field, or respectively an electrostatic field, for a radial holding of this shaft 10.
  • this field provides both axial and radial retention of the shaft 10.
  • At least one such polar mass 1 1, 12, 31, 32 is arranged to cooperate in axial attraction or repulsion and / or radial, along the pivot axis DA, with at least one such surface 16, 18, 21, 22, to absorb a shock and return the shaft 10 to the service position after the cessation of this shock.
  • At least one polar mass 1 1, 12, 31, 32 is arranged to create, close to at least one such surface 16, 18, 21, 22, at least one such magnetic field, or respectively electrostatic, which:
  • At least one such polar mass January 1, 12, 31, 32 is arranged to cooperate in axial attraction or repulsion, along the pivot axis DA, with at least one such surface 16, 18, 21, 22, to maintain the shaft 10 in an axial service position, in the absence of shock or external disturbance.
  • At least two polar masses 1 1, 12, 31, 32 cooperate, in geometrical opposition, with at least two surfaces 16, 18, 21,
  • the surfaces of the shaft may be polar masses arranged to create such a magnetic field, or respectively such an electrostatic field, just as some polar masses of the structure may comprise surfaces made of a magnetic material or conductor, or respectively in an electrified material or electrostatic conductor: both the shaft 10 and the main structure 100 may comprise field generating zones, or / and passive zones reacting to a magnetic field and / or electrostatic.
  • the axial component, along the axis of pivoting DA, of the resulting magnetic field, ensuring the attraction or the anti-shock axial repulsion preferably has an intensity greater than 0.55. Tesla, for the case of a steel shaft with a mass of 60 mg.
  • Electrostatic application requires fields that limit its application to trees of very small mass, well below 60 mg, and especially less than 10 mg.
  • At least one magnetic field, or electrostatic respectively tends to attract or repel the shaft 10 radially away from the walls of the housing 14, 15, and to align the shaft 10 on the axis of the housing.
  • pivoting DA More particularly, at least one of these polar masses 1 1, 12, 31, 32 is arranged to create such a field, close to at least one such surface 16, 18, 21, 22.
  • At least one magnetic or electrostatic field tends to attract the shaft radially towards a wall of a housing 14, 15. More particularly, at least one of these polar masses 1 1, 12, 31 , 32, is arranged to create such a field, close to at least one such surface 16, 18, 21, 22.
  • the shaft 10 is braked axially along the pivot axis DA only by a magnetic potential, respectively electrostatic, varying along the pivot axis DA and creating a resistive effort resulting from the cooperation in attraction or repulsion between at least one polar mass 1 1, 12, 31, 32, and at least one surface 16, 18, 21, 22.
  • the profile of this potential is such that this resistive effort is continuously increasing or decreasing during the stroke of the shaft 10 along the pivot axis DA.
  • the shaft 10 is braked axially along the pivot axis DA only by this profile.
  • a potential which forms at least one magnetic field barrier, respectively electrostatic, resulting from the cooperation in attraction or repulsion between at least one polar mass 1 1, 12, 31, 32, and at least one said surface 16, 18, 21, 22
  • This barrier forms a virtual annular notch, arranged to brake or stop the stroke of the shaft 10 along the pivot axis DA. The passage of such a barrier absorbs part of the kinetic energy of the shaft 10 during an impact.
  • this energy is restored if the barrier forms a potential peak between an increasing ramp and a decreasing ramp potential, or accumulated if the potential profile is stepped, or even sawtooth, with bearings each limited by such a potential barrier.
  • the shaft 10 is braked axially along the pivot axis DA only by a plurality of such barriers, the passage of each of which absorbs a portion of the kinetic energy of a shock, each barrier thus constituting the limit of a level of potential.
  • these barriers are successive and have, along the pivot axis DA, magnetic field intensities, respectively electrostatic, which are increasing, from a service position of the shaft 10, towards a mechanical stop that includes the main structure 100, forming a limit switch of the relevant end of the shaft 10.
  • this mechanical stop is paired with a magnetic stop, or itself constitutes a magnetic stop.
  • the shaft 10 is cylindrical
  • At least one housing 14, 15, of the main structure 100 is cylindrical. More particularly, the main structure 100 comprises a single bore for housing the shaft 10.
  • the main structure 100 comprises a lateral cutout 19 extending parallel to the pivot axis DA, and sized to allow lateral insertion and extraction of the shaft 10.
  • the main structure 100 comprises an end cutout 190 sized to allow insertion and extraction of the shaft 10 along the pivot axis DA.
  • the main structure 100 comprises a first structure 1 1 comprising at least a first housing 14.
  • the shaft 10 is pivotably movable at least in this first housing 14.
  • This first structure 1 1 creates in this first housing 14, such a magnetic field, or respectively such an electrostatic field, substantially of revolution about the pivot axis DA, to subject the shaft 10 to a force tending to align the shaft 10 along the pivot axis DA.
  • the main structure 100 comprises, in a second housing 15 arranged at the level of the first structure 1 1 or a second structure 12 that comprises the main structure 100, a limiting surface 120 magnetized, or respectively electrified, arranged to attract or axially pushing along the axis of pivoting DA a magnetized or electrified front surface 18 which the shaft 10 comprises.
  • the intensity of the magnetic field between the front surface 18 and the limiting surface 120 is greater than 0.55 Tesla, for a steel shaft with a mass of 60 mg.
  • this at least one front surface 18 is of revolution about a shaft axis AA of the shaft 10 which is aligned with the pivot axis DA, when the shaft 10 is in the first housing 14.
  • the shaft 10 has two such end faces 18 opposite one another, and the watch sub-assembly 200 comprises two said limiting surfaces 120, each arranged to attract or repel such a front surface 18.
  • the shaft 10 comprises at least one such front surface 18 at a distal end along a shaft axis AA of the shaft 10 which is aligned with the pivot axis DA when the shaft 10 is in the first housing 14.
  • the shaft 10 has such a front surface 18 at each of its distal ends along this shaft axis AA.
  • the shaft 10 comprises at least a first upper surface 16, housed in the first housing 14, and having at least superficially a magnetized or ferromagnetic material, or respectively at least superficially comprising an electrostatic conductive material.
  • This at least one first upper surface 16 is subjected, in this first housing 14, to the magnetic field, or respectively the electrostatic field, generated by the first structure 1 1.
  • the shaft 10 comprises at least a second lower surface 17 housed in a second housing 15 that includes the structure 1 1 or that comprises a third structure 13 of the watch sub-assembly 200, the second housing 15 constituting a stop, in particular radial.
  • the second housing 15 surrounds a second structure 12 comprising such a limiting surface 120.
  • the shaft 10 is of revolution about a shaft axis AA of the shaft 10 which is aligned with the pivot axis DA when the shaft 10 is in the first housing 14.
  • the shaft 10 comprises at least a first cylindrical upper surface 16 which cooperates with a revolution bore constituting the first housing 14.
  • the invention also relates to a movement 500 comprising at least one such watch sub-assembly 200.
  • the invention also relates to a watch 1000 comprising at least one such watch sub-assembly 200.
  • the structure is ceramic, and comprises, at least in the vicinity of the surface of at least one housing 3, an encrustation of magnets and / or electrets, and / or magnetizable ferromagnetic particles.
  • the housing 3 is smooth.
  • the structure 1 comprises or constitutes a ferromagnetic shielding.
  • the caliber ETA 2894 discloses the use of a magnet for braking a small second wheel in the form of a friction to suppress the floating; in this case the magnetic interaction is used only to dissipate the energy of the mobile, without ensuring the centering of the rotational mobile.
  • the configuration of the shockproof according to the invention differs in that:
  • a mechanical stop occurs only during shocks, while the magnetic field ensures the recentering of the mobile after shock independently of the shock amplitude: the mechanical and magnetic forces therefore intervene separately.
  • Another ETA caliber uses magnets to angularly position a spindle system.
  • the magnetic configuration imposes a finite holding torque (threshold effect) which opposes the angular displacements.
  • the present invention aims at an exactly opposite function: the magnetic configuration is defined to impose a radial / axial retaining / centering force without a holding torque or angular brake being introduced. In this way, the mobile is free to turn but its centering is assured.
  • a fundamental feature of the invention is, in the case of axial retention, the cylindrical symmetry of the magnetic system.
  • the fine position of the component is therefore not precisely known in time, and it is possible, and even inevitable, that the latter oscillates. around a position of equilibrium, generating friction where there is mechanical contact, and generating operational problems if the amplitude of the oscillation is too great.
  • the magnetic force is, in most applications, used to press with a certain prestressing force the shaft against a mechanical stop. In normal operation the component is therefore in a constant position mechanically fixed.
  • the dissipation of the impact energy is not optimal with a magnetic system, which is highly conservative, and forces to use mechanical stops.
  • the recentering (radial for example in the case of Figure 9) is a side effect of the anti-shock system (axial).
  • FIGS. 10 and 11 show variants in which the different magnetic fields in the presence are not coaxial, and the interactions between components can be particularly oblique.
  • the main advantage of the magnetic anti-shock for a tree is the dependence of the restoring force as a function of the displacement of the shaft, in the axial direction for example.
  • a prestressing force or a holding force in the case of the magnetic shock absorber, forces the component not to move during small impacts.
  • the restoring force of a traditional anti-shock increases with the distance of the component, because of the loading of the spring, while that of a magnetic shock absorber according to the invention decreases. with the distance of the component.
  • This characteristic makes it possible to really decouple two different regimes: one where the shocks have small amplitudes, and the second one with larger shock amplitudes, with a plateau value of shocks from which the energy is stored mechanically or dissipated. , by a stop for example.
  • these contacts may be as identical or larger than with a traditional friction spring, and thus make it possible to exploit the dissipation of energy to damp the floating of a needle or the like;
  • a mechanical stop occurs only during significant impacts, while the magnetic field provides the recentering of the shaft after the shock, regardless of the amplitude of the shock, and the maintenance of the shaft in position during weak impacts: the mechanical and magnetic forces therefore intervene separately;
  • the magnetic or electrostatic configuration is defined in order to impose a radial / and / or axial retaining / refocusing force, without a holding torque or an angular brake being introduced into the system. In this way, the shaft is free to turn, and its centering is assured.
  • An advantageous characteristic of certain variants of the invention is the cylindrical symmetry of the magnetic system around the pivot axis DA;
  • the horological achievements in the magnetic variant function correctly with an axial field of 0.55 Tesla.
  • a particular embodiment relates to a steel shaft with a mass of 60 mg, held in contact by a magnet, in attraction, and with an axial field of 0.55 Tesla, the shaft has a diameter (for the near part magnet) of 0.15 mm, with NeFeB magnets having a remanence of 1.47 T, and is plated with a holding force sufficient to withstand shocks with accelerations below 75 g if the magnet has a height of 0.8 mm and a radius of 0.45 mm; the calculation takes into account the presence of a tribological layer with a thickness of 60 ⁇ between the shaft and the magnet.
  • a typical magnetic potential variation between the mechanical stop and the contact in the operating position is 6 ⁇ for 0.1 mm of displacement, particularly in the case of this example. With a variation twice as large (0.12 J / m), it is possible for example to achieve two potential levels, which occur during two different shock conditions (0-100 g and 100-200 g).
  • the invention allows the decoupling of functions during shocks, depending on their amplitude:
  • the magnetic force keeps the axis in contact during low shocks but decreases sharply when the impact is large enough to make it take off. It is then a mechanical stop that takes over; for a system with a magnetization varying along the axial direction, several displacement values in this direction are defined as a function of the intensity of the impact, up to a maximum where the axis dissipates the remaining energy in abutment.

Landscapes

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Abstract

Sous-ensemble (200) pour montre, comportant un arbre (10) comportant une surface (16) aimantée ou électrisée pivotant dans un logement (14; 15), et une masse polaire (11; 12; 31; 32) soumettant cette surface à un champ magnétique ou électrostatique autour d'un axe (DA), une masse polaire (11; 12; 31; 32) coopérant axialement avec cette surface pour absorber un choc puis ensuite ramener l'arbre (10) en position de service, et créant, à proximité de cette surface, un champ magnétique ou électrostatique qui, ou bien attire radialement l'arbre (10) vers une paroi du logement (14; 15), ou bien varie le long de l'axe (DA) et applique à l'arbre (10) un effort résistif résultant de la coopération entre une masse polaire (11; 12; 31; 32) et cette surface.

Description

Antichoc magnétique pour arbre d'horlogerie Domaine de l'invention
L'invention concerne un sous-ensemble horloger pour montre, comportant une structure principale et un arbre mobile en pivotement autour d'un axe de pivotement dans au moins un logement de ladite structure principale, ledit arbre comportant au moins une surface dans un matériau aimanté ou ferromagnétique, ou respectivement dans un matériau électrisé ou conducteur électrostatique, et ladite structure principale comportant au moins une masse polaire agencée pour créer, à proximité d'au moins une dite surface, un champ magnétique, ou respectivement un champ électrostatique, pour un maintien axial et radial dudit arbre.
L'invention concerne encore un mouvement comportant au moins un tel sous-ensemble.
L'invention concerne encore une montre comportant au moins un tel sous- ensemble.
L'invention concerne le domaine des mouvements de montres comportant des composants mécaniques en pivotement.
Arrière-plan de l'invention
En horlogerie, et plus particulièrement pour les montres, on utilise généralement une technologie mécanique pour le maintien d'un composant, en particulier d'un arbre, dans une position particulière. Il peut s'agir d'une tenue en butée grâce à un système élastique, notamment lorsqu'une certaine liberté de mouvement est nécessaire pour le cas d'un choc. Par exemple, un ressort maintient un arbre en butée.
Le maintien par un ressort en pré-contrainte n'est pas stable dans le temps: un tel ressort, qui doit travailler avec des variations de contraintes dues aux chocs subis par la montre, est soumis à la fatigue et à l'usure, de même que chaque composant qui est soumis à des efforts de percussion en butée.
De plus, la fabrication d'un tel ressort est difficilement reproductible. Le jeu des tolérances peut, encore, provoquer une grande dispersion quant à la valeur de l'effort de pré-contrainte. De ce fait, les performances ne sont pas stables dans le temps, et l'effet antichoc se dégrade également au cours de la vie de la montre.
En somme, les principaux problèmes rencontrés sur les systèmes de maintien élastique mécaniques sont l'usure des composants engendrée par les contraintes mécaniques répétées, et la nécessité de réalisations avec des tolérances serrées, et donc coûteuses.
Il reste donc difficile d'assurer le maintien axial d'un arbre d'horlogerie, avec un mécanisme antichoc inaltérable.
La demande EP 2450 758 au nom de MONTRES BREGUET SA décrit un procédé d'orientation d'un composant horloger en matériau perméable magnétiquement ou magnétique comportant deux extrémités, où on crée de part et d'autre de ces extrémités deux champs magnétiques attirant chacun le composant sur une masse polaire, avec un déséquilibre d'intensité des champs magnétiques autour du composant pour créer un différentiel de forces sur ce dernier et plaquer une des extrémités sur une surface de contact d'une des masses, et maintenir l'autre extrémité à distance de l'autre masse polaire. Cette demande décrit aussi une variante électrostatique sur le même principe. La demande concerne encore un pivot magnétique (ou une variante électrostatique) comportant un tel composant horloger, comportant un dispositif de guidage avec, à une distance d'entrefer supérieure à l'entraxe des extrémités, des surfaces de deux masses polaires agencées pour être attirée chacune par un champ magnétique émis par une des extrémités, ou pour générer chacune un champ magnétique attirant une des extrémités, de façon à ce que les forces magnétiques exercées aux deux extrémités soient d'intensité différente, pour attirer une des extrémités en contact avec une seule des surfaces polaires.
La demande EP 2450 759 au nom de MONTRES BREGUET SA décrit un dispositif antichoc magnétique (ou électrostatique) pour la protection d'un composant horloger monté en pivot entre une première et une deuxième extrémités. Il comporte, de part et d'autre de ces extrémités, d'une part des moyens de guidage en pivotement ou des moyens d'attraction de la première extrémité maintenue en appui sur une première masse polaire, et d'autre part, au voisinage d'une deuxième masse polaire des moyens de guidage en pivotement de la deuxième extrémité ou des moyens d'attraction de la deuxième extrémité vers la deuxième masse polaire, et les moyens de guidage en pivotement ou moyens d'attraction de la première extrémité d'une part, et les moyens de guidage en pivotement ou moyens d'attraction de la deuxième extrémité d'autre part, sont mobiles le long d'une direction donnée entre des butées.
Le document FR1314364 au nom de HELD décrit une combinaison d'aimants pour suspension magnétique de pivots d'horlogerie sans contact, avec la combinaison d'un aimant annulaire en disque percé de part en part au centre. Dans une première variante cet aimant est aimanté radialement, avec un pôle sur les génératrices intérieures du trou, l'autre pôle sur les génératrices extérieures. Dans une deuxième variante cet aimant est aimanté axialement, les deux plages polaires étant réparties sur les deux surfaces planes circulaires du disque, l'axe de l'équipage mobile magnétiquement maintenu et guidé passant par le centre du trou de l'aimant annulaire, cet axe étant constitué par un tube à paroi mince non magnétique contenant un matériau hyper-coercitif, aimanté d'un seul tenant avec deux pôles de nom contraire aux deux extrémités, ou en deux segments séparés par un intervalle, les extrémités en regard des deux segments logés dans le tube protecteur ayant des pôles de même nom, en montage avec disque-aimant fixe, à axes polaires radiaux et des pôles de nom contraire en montage avec disque aimanté axialement, l'intervalle séparant les deux segments formant l'âme de l'axe tubulaire étant du même ordre que l'épaisseur du disque considéré et placé à l'intérieur du trou central de ce dernier, de telle sorte que les extrémités terminales de l'aimant filiforme axial dépassent légèrement à l'intérieur du trou, les deux surfaces planes, circulaires délimitant la hauteur du cylindre ou disque aimanté.
Résumé de l'invention
L'invention se propose de définir une architecture de maintien en position d'un arbre d'horlogerie, qui soit apte à assurer un effet antichoc stable dans le temps, et qui soit reproductible.
A cet effet, l'invention concerne un sous-ensemble horloger pour montre selon la revendication 1 .
L'invention concerne encore un mouvement comportant au moins un tel sous-ensemble.
L'invention concerne encore une montre comportant au moins un tel sous- ensemble. 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, un sous- ensemble d'horlogerie selon l'invention comportant un arbre qui est maintenu radialement, par attraction ou répulsion magnétique, dans un premier alésage, par une première masse polaire formant un secteur sensiblement tubulaire, l'axe de cet arbre est maintenu selon un axe de pivotement correspondant sensiblement à l'axe du premier alésage; cet arbre est maintenu axialement par une deuxième masse polaire frontale, dans une chambre ici définie par un deuxième alésage que comporte une douille de limitation sensiblement tubulaire; ce sous-ensemble est représenté sans ses butées de positionnement éventuelles ;
- la figure 2 représente, de façon schématisée et en coupe, le sous-ensemble de la figure 1 ;
- la figure 3 représente, de façon schématisée et en vue de dessus, le sous- ensemble de la figure 1 ;
- les figures 4 et 5 représentent, respectivement en coupe et en vue de dessus, un autre sous-ensemble similaire, où la première masse polaire est de révolution autour de l'arbre ;
- la figure 6 représente, de façon schématisée et en coupe, un sous-ensemble d'habillage ou de mouvement selon l'invention, dans une première variante qui comporte un guidage mécanique radial, et au moins un aimant qui assure la tenue axiale d'un arbre selon une direction axiale; ce sous-ensemble comporte une structure avec une aile inférieure comportant un aimant au fond d'un logement ; ce logement reçoit un arbre, qui est soumis à un effort d'attraction magnétique selon une direction de champ parallèle à la direction axiale; la structure comporte une aile supérieure, limitant le débattement de l'insert et formant une butée de sécurité au-dessus de l'arbre;
- la figure 7 représente, de façon similaire à la figure 1 , une configuration inverse, où la butée de sécurité est en-dessous de l'arbre, et où une surface tribologique est introduite sur la butée;
- la figure 8 représente, de façon schématisée et en coupe, un aimant et une pièce magnétique en attraction, constituant une structure et un arbre comportant chacun, au niveau de leurs surfaces de contact respectives, une couche tribologique ou anti-usure ;
- la figure 9 représente, de façon schématisée et en coupe, une structure avec un logement aimanté recevant un aimant en forme de clou à tête, qui vient plaquer une entretoise faisant partie d'un arbre et qui est maintenue prisonnière et plaquée sur la structure par cet aimant, pincée entre la tête de l'aimant et l'élément fixe ;
- la figure 10 représente, de façon schématisée, partielle et en coupe le long de son axe, un arbre comportant plusieurs aimants, dont la polarité est schématisée par un hachurage ou bien par un croisillonnage, et qui est mobile entre d'autres aimants fixes que comporte une structure dans laquelle cet arbre est mobile;
- la figure 1 1 représente une autre configuration d'arbre porteur d'aimants entre d'autres aimants fixes de la structure;
- la figure 12 représente, de façon schématisée, partielle et en coupe, une structure en forme de ligne fixe selon une direction z, comportant une alternance de parties, d'une part paramagnétiques ou ferromagnétiques, et d'autre part diamagnétiques, schématisées respectivement par un hachurage et par un croisillonnage, le long de laquelle structure, qui est fixée, est alignable un arbre cylindrique comportant un aimant permanent, non représenté;
- la figure 13 représente, de façon schématisée et en vue de face, une montre comportant un mouvement qui comporte un tel sous-ensemble ;
- la figure 14 représente, de façon schématisée, partielle et en coupe passant par l'axe de pivotement de son arbre, un sous-ensemble d'horlogerie selon l'invention, comportant un arbre mobile en pivotement dans une structure, où l'arbre génère un champ axial à une extrémité inférieure, et un champ sensiblement conique autour de l'axe de pivotement avec une première intensité selon la direction de l'axe de pivotement, et où la structure dans laquelle est mobile l'arbre comporte une succession de zones générant des champs de type conique, tendant à s'opposer, aux champs générés par l'arbre, et qui ont, depuis une position de service de l'arbre illustrée à la figure 14A, des intensités croissantes au fur et à mesure du rapprochement de la partie inférieure de la course de l'arbre ; chacune de ces zones de champ de la structure constitue un cran virtuel, qui freine l'arbre dans sa course descendante :
- la figure 14B montre le sous-ensemble de la figure 14A après un choc ou une forte accélération, l'arbre entamant une course vers une fin de course inférieure non représentée, et dans une position où cet arbre vient de franchir une première barrière de champ symbolisée par des flèches simples, sensiblement symétrique et opposée au champ conique que comporte l'arbre lui-même, et où l'arbre arrive sur une deuxième barrière de champ, d'intensité axiale supérieure à celle de la première barrière, et symbolisée par des flèches doubles,
- la figure 14C montre le même sous-ensemble dans le cas où l'énergie cinétique imprimée à l'arbre est importante et lui permet de franchir cette deuxième barrière de champ, et où l'arbre arrive sur une troisième barrière de champ, d'intensité axiale supérieure à celle de la deuxième barrière, et symbolisée par des flèches triple, et qui, dans cet exemple, suffit à stopper la course axiale de cet arbre,
- la figure 14D montre la remontée ultérieure de l'arbre vers sa position de service de la figure 14A sous l'action des champs répulsifs auxquels il est soumis ;
- la figure 15 illustre, de la même façon que la figure 14, un agencement analogue, mais où l'arbre ne génère qu'un champ axial d'extrémité, et où la troisième barrière conique à l'extrémité inférieur de la course est remplacée par une barrière de champ axial d'intensité similaire, et une séquence de descente et de remontée de l'arbre sur son axe qui est similaire à celle de la figure 14 ;
- la figure 16 illustre une structure comportant un logement dans lequel est mobile un arbre, avec en extrémités inférieure et supérieure de l'arbre et du logement un agencement symétrique correspondant à la variante de la figure 15 ;
- la figure 16A illustre, de façon similaire à la figure 16, une variante où les champs génèrent des efforts d'attraction au lieu d'efforts de répulsion ;
- la figure 16B illustre, de façon similaire à la figure 16, une variante où les champs radiaux génèrent des efforts d'attraction au lieu d'efforts de répulsion, tandis que les champs axiaux de la structure génèrent des efforts de répulsion;
- la figure 17 illustre, en perspective en vue 17 A et en vue de dessus en vue 17B, un sous-ensemble selon la figure 16, comportant une découpe latérale parallèle à l'axe de pivotement de l'arbre et permettant son insertion et son extraction ;
- la figure 18A est une vue schématisée en perspective d'un mécanisme exploitant le système de la figure 12, avec un arbre possédant en partie médiane un aimant permanent en foncé mis à proximité de la structure en forme de ligne, ici sous forme de coque concave avec une alternance de zones diamagnétiques et paramagnétiques/ferromagnétiques; la figure 18B est une coupe de l'ensemble de la figure 18A, et la figure 18C illustre les polarités engendrées par la présence de raimant permanent, fixé sur l'arbre, et par les propriétés magnétiques des zones sur la coque; l'arbre muni d'un aimant permanent subit alors une force similaire aux versions des figures 10 à 12, mais engendrée par des zones diamagnétiques et paramagnétiques/ferromagnétiques;
- les figures 19A et 19B sont similaires aux figures 18B et 18C, mais pour un système exploitant un maintien en contact mécanique, la partie représentée en croisillons étant fixe;
- la figure 20 est une courbe avec en ordonnée la force magnétique exercée entre deux aimants cylindriques de même puissance et diamètre, en fonction du ratio de leurs hauteurs relatives en abscisse, la valeur 0.5 correspondant au cas où ils sont de même hauteur ;
- la figure 21 est une courbe avec en ordonnée la force magnétique exercée entre un aimant et une pièce ferromagnétique cylindriques de même diamètre, en fonction du ratio de leurs hauteurs relatives en abscisse, la valeur 0.25 correspondant à une pièce ferromagnétique trois fois plus petite que l'aimant;
- la figure 22 représente, de façon schématisée, partielle et en coupe, un mouvement d'horlogerie comportant un sous-ensemble selon l'invention, avec un arbre attiré axialement par une masse polaire, et dont l'extrémité est en frottement sur la partie frontale de celle-ci.
Description détaillée des modes de réalisation préférés
Les effets des contraintes mécaniques dans un composant dépendent d'une grande quantité de paramètres dont la plage de tolérances est souvent large. Les conséquences des frottements et de l'usure sont tout particulièrement difficiles à maîtriser, car ils dépendent fortement des états de surface et des propriétés physiques des matériaux utilisés.
Ces propriétés dépendent elles-mêmes des alliages utilisés et des procédés mis en œuvre, en particulier de traitements thermiques, de surface, et d'implantation ionique. Le cumul des tolérances propres aux différents paramètres des procédés et des matériaux empêche de connaître et de maîtriser précisément ces propriétés physiques. Et la reproductibilité n'est de ce fait pas assurée, en raison de ces tolérances. Ou alors la réduction des plages de tolérances, qui permet d'obtenir une meilleure reproductibilité des phénomènes, entraîne des coûts trop élevés pour une fabrication de série. La théorie régissant les interactions magnétiques est, quant à elle, pleinement décrite par les équations de Maxwell, et les inconnues qui subsistent proviennent des matériaux magnétiques utilisés, qui sont de mieux en mieux maîtrisés, et de la difficulté à résoudre ces équations analytiquement et numériquement avec les approximations les plus réduites possible. Néanmoins, d'un point de vue macroscopique ces imprécisions sont suffisamment faibles pour rendre les systèmes magnétiques intrinsèquement fiables.
L'invention propose un maintien d'arbre d'horlogerie, de type antichoc, de façon inaltérable, sous l'effet d'un champ magnétique et/ou électrostatique.
Elle est plus particulièrement décrite avec des exemples, non limitatifs, d'une application magnétique. L'invention peut aussi être mise en œuvre avec l'emploi de champs électrostatiques, notamment grâce à l'utilisation d'électrets. Ou encore en combinant des champs magnétiques et des champs électrostatiques.
On entend ici par « arbre » tout composant d'horlogerie agencé pour pivoter autour d'un axe de pivotement théorique. L'invention est décrite ci-après essentiellement pour les parties arbrées d'un tel composant, ou mobile, ou similaire. Par exemple, dans le cas d'un balancier on s'intéressera plus particulièrement aux extrémités de la partie arbrée de ce balancier. L'invention est illustrée de façon simplifiée avec un arbre de révolution, comportant une ou plusieurs portées cylindriques. Mais cette illustration n'est nullement limitative, l'invention peut s'appliquer à tout type de composant, tel qu'ancre, roue d'échappement, roue, pignon, ou autre.
On propose, dans ces exemples, d'utiliser les forces magnétiques afin de construire un système de maintien d'axe, exploitant les forces induites sur un morceau de matière aimantée plongée dans un champ magnétique. Cette force est donnée (pour l'interaction entre un aimant et une pièce magnétique) par la loi suivante :
F = (M- V)B (1 )
où M est la magnétisation du matériau et B est le champ magnétique extérieur, toutes les quantités en (1 ) étant des vecteurs.
Le principe est de positionner un ou plusieurs aimants sur une partie fixe, et d'exploiter la force magnétique que subit un composant ferromagnétique (attraction), diamagnétique (répulsion) ou paramagnétique (attraction) qui doit être fixé. Ce composant subit donc une force d'attraction ou de répulsion, qui peut être utilisée pour le maintenir en place.
Une première variante, en figures 1 à 3, consiste à utiliser la force magnétique pour contraindre dans les trois directions un arbre, par exemple en le maintenant au contact dans un triangle qui le positionne (butées de positionnement). Le contact peut aussi être effectué directement sur les aimants permanents.
Une deuxième variante, en figure 4, avec un guidage mécanique radial et un aimant qui assure la tenue axiale, concerne les cas où la force magnétique est utilisée pour contraindre un arbre dans une ou deux des trois directions, alors qu'un guidage mécanique est utilisé pour limiter son déplacement dans les autres directions. Typiquement, le guidage radial peut être effectué via une cheminée alors que l'arbre est maintenu axialement par un aimant.
Le nombre d'aimants utilisés peut bien entendu changer d'une variante à l'autre. On peut imaginer par exemple une construction qui utilise une couronne de plusieurs aimants au lieu d'un simple aimant pour la tenue axiale en z sur les figures 1 à 4. Ceci présente l'avantage de moyenner les défauts des composants, et d'exercer l'effort, notamment la force, sur un rayon plus élevé.
Dans cette application magnétique décrite ci-après, on construit un système de maintien, exploitant les efforts au sens large, c'est-à-dire forces ou couples, induits sur un morceau de matière aimantée ou de matière ferromagnétique plongée dans un champ magnétique. Cet effort dépend de la magnétisation du matériau, ou de sa perméabilité magnétique, et de l'intensité du champ magnétique local. Dans une réalisation particulière, on positionne un ou plusieurs aimants sur une partie fixe appelée structure, ou/et sur l'arbre. Cet arbre subit (ou génère, dans le cas où il est lui-même aimanté et coopère avec un environnement ferromagnétique aimanté ou non aimanté) un effort d'attraction ou de répulsion qui peut être utilisé pour le maintenir en place.
Pour des éléments légers, et si l'encombrement autorise la présence d'un ou plusieurs aimants capables de générer un champ magnétique suffisant, l'effort magnétique seul peut suffire à retenir un élément lors de chocs.
Néanmoins, dans la plupart des cas cette force est trop faible. Quand la force magnétique est trop faible pour résister à un choc, il est possible d'introduire une butée de sécurité limitant le déplacement trop important, tel que visible sur les figures 6 et 7, qui représentent deux configurations de type de la figure 4, avec une butée de sécurité, une fois au-dessus du composant et une fois au-dessous, et des potentielles zones de contact référencées 5. Le maintien magnétique est donc utilisé pour contrer les chocs faibles, avec une amplitude limite à partir de laquelle le composant se décolle pour aller en butée. Ce mode de fonctionnement possède les avantages des tenues par ressorts, tout en provoquant un choc plus faible lors du retour en position. En effet, le système magnétique, par opposition au ressort, exerce une force qui diminue avec l'éloignement de la pièce par rapport à sa position en tenue. L'énergie stockée lors d'un choc accidentel (qui est libérée quand le composant revient en position) est donc plus faible.
La force peut aussi être générée par deux aimants. Les figures 20 et 21 montrent la force magnétique Fm, en Newton, pouvant être générée par un système à deux corps magnétiques, respectivement avec deux aimants en figure 20, ou avec un aimant et une pièce ferromagnétique en figure 21 , en fonction du ratio h1/h2 de la taille relative de ces deux corps.
Dans une variante supplémentaire, le système magnétique non seulement a un rôle de maintien, mais permet aussi de faciliter la fonction de mise/remise en place, tel que visible sur les figures 10 et 1 1 . Dans le premier cas de la figure 10, une force supplémentaire doit être appliquée pour vaincre la répulsion des aimants, et, une fois que le système est en place, il y est maintenu dans la direction axiale z; un tel système devient particulièrement intéressant s'il est combiné avec l'introduction de pierres, ou de toute autre surface tribologique, pour minimiser les frottements du contact radial. Le deuxième cas de la figure 1 1 est un système de recentrage magnétique, où l'arbre, incluant des aimants permanents, est maintenu contre une structure en forme de ligne composée de parties attractives et de parties répulsives. Ces parties peuvent aussi être faites d'aimants permanents. La tenue radiale de ce système est magnétique via les parties attractives (avec les possibilités de variantes présentées ci-dessus); le composant est recentré magnétiquement après chaque choc. Ce système est facilement adaptable pour un degré de liberté angulaire.
La structure en forme de ligne de la figure 12, avec des régions attractives et répulsives peut aussi être directement sur l'arbre, avec un aimant permanent sur la partie fixe du mouvement.
Différentes configurations géométriques sont ainsi utilisables. On peut ainsi utiliser l'effort magnétique pour contraindre un élément d'habillage ou de mouvement dans les trois directions, par exemple en le maintenant au contact dans un trièdre femelle qui le positionne, et qui constitue aussi un ensemble de butées de positionnement. Les éléments magnétiques peuvent être en retrait par rapport aux surfaces de contact. Le contact peut aussi être effectué directement sur des surfaces de composants magnétiques.
Une variante concerne les cas où l'effort magnétique est utilisé pour contraindre un élément dans une ou deux des trois directions, alors qu'un guidage mécanique est utilisé pour limiter son déplacement dans les autres directions.
Ainsi, l'invention est plus précisément décrite en ce qui concerne l'amortissement axial d'un arbre. Le pivotement de l'arbre peut être traditionnel, par guidage dans une pierre ou un palier, ou encore être de type magnétique, ou autre, notamment combiné.
Pour chacune de ces variantes, quand l'effort magnétique est trop faible pour résister à un choc, il est possible d'introduire une butée de sécurité, de façon à limiter le déplacement de l'arbre et éviter une course trop importante. Le maintien magnétique est donc utilisé pour contrer les chocs faibles, avec une amplitude à partir de laquelle l'arbre maintenu magnétiquement se décolle pour aller en butée mécanique de sécurité. Ce mode de fonctionnement possède les avantages des tenues par ressorts, tout en provoquant un choc plus faible lors du retour en position. En effet, le système magnétique, par opposition au système à ressort, exerce un effort qui diminue avec l'éloignement de l'arbre par rapport à sa position de service, en tenue. L'énergie stockée lors d'un choc accidentel, et qui est libérée quand l'élément revient en position, est donc plus faible.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, la coopération des champs magnétiques ou/et électrostatiques présents au niveau de la structure ou/et de l'arbre est séquencée, et comporte des barrières électromagnétiques qui dépendent de la position relative de l'arbre et de la structure, et dont le passage de chacune consomme tout ou partie de l'énergie cinétique de l'arbre lors d'un choc.
L'effort relatif peut être généré par deux aimants, ou par un aimant à proximité d'une pièce ferromagnétique (attraction), diamagnétique (répulsion) ou paramagnétique (attraction).
L'arbre à maintenir en place peut lui-même être ferromagnétique, diamagnétique ou paramagnétique et être situé à proximité d'un aimant, ou bien comporter lui-même un ou plusieurs aimants ou zones aimantées, ou respectivement électrisées.
Dans le cas où l'effort est provoqué par deux aimants, ces derniers peuvent travailler en attraction ou en répulsion; le travail en attraction engendre théoriquement un vieillissement plus lent du système magnétique. Le mode de répulsion est toutefois plus facile à mettre en œuvre pour un amortissement en bout d'arbre, et ce mode non limitatif est décrit dans les exemples illustrés.
Les caractéristiques d'amortissement selon l'invention, par voie magnétique ou électrostatique, sont bonnes pour des chocs d'ampleur faible ou moyenne. S'il est envisageable d'utiliser cette technologie pour l'absorption complète de l'énergie cinétique exceptionnelle de l'arbre lors d'un choc, il est clair que c'est alors au détriment de l'encombrement. Aussi l'invention se cumule de préférence avec une butée mécanique classique, qui peut être une butée franche, ou une surface d'appui d'un ressort lequel n'est pas en contact avec l'arbre lors de chocs de faible ou moyenne ampleur. De préférence toute surface d'aimant est protégée, en raison de sa fragilité, par une autre surface que comporte, selon le cas, l'arbre, ou l'élément de structure concerné. Ainsi, le contact entre des constituants antagonistes, comme une structure principale 100 et un arbre 10, peut être un contact d'une partie de l'arbre à maintenir contre une butée de positionnement, laquelle n'est pas nécessairement magnétique.
Dans une application préférée de l'invention, les moyens magnétiques ou électrostatiques, qui sont mis en œuvre pour constituer un antichoc axial de l'arbre, sont aussi utilisés pour assurer un maintien axial de l'arbre dans sa position de service. On comprend que les contacts sont complètement évités uniquement dans des configurations en répulsion comme sur la figure 16. Dans la plupart des autres cas, même en travaillant en répulsion, un contact sur l'arbre est inévitable. Les frottements circonférentiels dissipent une énergie plus importante que les frottements sur la partie frontale.
L'invention se prête particulièrement bien à un maintien au contact de l'arbre, tant axialement que radialement. Car la configuration avec un maintien à distance de l'arbre, axial ou/et radial, avantageuse en termes de frottements, ne peut pas toujours être mise en œuvre. On remarque à ce propos qu'une coopération magnétique ou électrostatique entre l'arbre et se structure de réception n'est pas nécessairement uniquement axiale.
De façon avantageuse, cette coopération assure un maintien radial, pour tendre en permanence à aligner l'arbre 10 sur son axe de pivotement théorique DA. De ce fait, même si le guidage en pivotement traditionnel de l'arbre 10 n'est pas parfait, ce guidage est optimisé par l'influence des champs magnétiques ou électrostatiques qui tendent à réaligner l'arbre 10 en permanence selon son axe DA.
Sur les figures 1 à 4, le contact n'est pas représenté; ce contact peut être directement de l'aimant contre l'arbre (ou de l'aimant fixe contre l'aimant de la pièce à maintenir en contact cas échéant), comme sur la figure 8 ou encore d'une partie du composant à maintenir contre une butée de positionnement (pas forcément magnétique) comme sur la figure 9. La surface contre laquelle le contact est maintenu peut subir une adaptation pour optimiser ses propriétés tribologiques et mécaniques.
Dans une alternative de guidage traditionnel de l'arbre dans la structure, par l'intermédiaire de surfaces de contact, ces surfaces peuvent subir une adaptation d'optimisation de leurs propriétés tribologiques, ou/et mécaniques, ou/et anti-usure. Une couche superficielle, telle que visible sur la figure 8, aussi réalisable sur la variante de la figure 9, ou d'autres, peut, par exemple, être du corindon, du diamant ou un revêtement de protection. Cette couche superficielle peut aussi être réalisée dans un matériau alliant des propriétés tribologiques et magnétiques particulières, tel que le carbure de tungstène, notamment avec un liant de cobalt.
Pour des éléments légers, et si l'encombrement autorise la présence d'un ou plusieurs aimants capables de générer un champ magnétique suffisant, l'effort magnétique seul peut suffire à retenir un élément lors de chocs.
Différentes configurations géométriques sont utilisables. Dans les exemples illustrés, on utilise les efforts (forces ou/et couples) magnétiques afin de construire un système de maintien d'arbre, exploitant les efforts induits sur un morceau de matière aimantée plongée dans un champ magnétique. Pour ce faire, on positionne un ou plusieurs aimants de préférence sur une partie fixe, et on exploite l'effort magnétique que subit un composant ferromagnétique (attraction), diamagnétique (répulsion) ou paramagnétique (attraction) qui doit être fixé. Ce composant subira donc un effort d'attraction ou de répulsion qui peut être utilisé pour le maintenir en place. Le positionnement relatif inverse est aussi possible.
Une variante représentée aux figures 1 à 3 consiste à utiliser un effort magnétique pour contraindre dans les trois directions un arbre 10, par exemple en le maintenant dans un trièdre qui le positionne, ou bien au contact par des butées de positionnement non représentées, ou/et par interaction magnétique avec des aimants permanents. Par exemple, un arbre 10 quelconque coopère avec une première structure 1 1 qui entoure radialement une première portée supérieure 16 de l'arbre, et avec une deuxième structure 12 dans son alignement axial selon l'axe de pivotement DA. Dans un cas particulier, cette première structure 1 1 et cette deuxième structure 12 sont des aimants. Une troisième structure 13 comporte un alésage 15 qui limite le mouvement radial d'une portée inférieure 17 de l'arbre 10.
Une autre variante, représentée aux figures 4 et 5, illustre les cas où l'effort magnétique est utilisé pour contraindre un arbre 10 dans une ou deux des trois directions, ici dans la direction axiale correspondant à l'axe de pivotement DA, alors qu'un guidage mécanique est utilisé pour limiter le déplacement de l'arbre 10 dans les autres directions. Typiquement, le guidage radial peut être effectué via une cheminée, au niveau d'un alésage 14 d'une première structure 1 1 , alors que l'arbre 10 est maintenu axialement par un aimant que comporte une deuxième structure 12.
Le nombre d'aimants utilisés peut bien entendu changer d'une variante à l'autre. Une construction comportant une couronne de plusieurs aimants au lieu d'un simple aimant pour la tenue axiale selon la direction axiale, dans les exemples des figures 1 à 5, présente ainsi l'avantage de moyenner les défauts des composants, et d'exercer l'effort sur un rayon plus élevé. Ceci peut être un avantage si on aménage le mécanisme pour exploiter une dissipation par courants de Foucault, pour augmenter les capacités de friction d'un équivalent magnétique d'un ressort de friction.
La solution préférentielle, mais non limitative, utilise ainsi une force magnétique d'attraction, ou bien entre deux aimants, ou bien entre un aimant et une pièce conductrice magnétiquement, notamment ferromagnétique. Elle permet une meilleure stabilité et un meilleur contrôle en position des pièces. On comprend que l'équation (1 ) est valable seulement pour déterminer la force entre un aimant et une pièce magnétique (elle n'est pas valable pour déterminer la force entre deux aimants), et, dans la plupart des cas la pièce magnétique est ferromagnétique, et va donc s'aimanter en concordance avec l'aimant: dans ce cas, la force est attractive. Seulement dans le cas où la pièce magnétique est diamagnétique, il y a une force répulsive entre l'aimant et le composant, mais cette force est de dix à cent fois plus faible que celle qu'on peut obtenir en attraction.
Les solutions illustrées aux figures 1 à 4 utilisent uniquement la force d'attraction, la direction des forces tend à rapprocher les pièces, la force est négative, soit dans la variante aimant-pièce ferromagnétique, soit dans la variante avec deux aimants.
Seule la figure 5 correspond à une solution où les forces d'attraction et répulsion sont combinées pour stabiliser la position du composant.
Les solutions répulsives permettent, quant à elles, de dissiper une partie ou la totalité de l'énergie des chocs par répulsion magnétique plutôt que par choc mécanique.
Pour des arbres légers, et si l'encombrement permet d'introduire un nombre suffisant d'aimants, l'effort magnétique seul peut suffire à retenir un arbre lors des chocs. Néanmoins, dans la plupart des cas cet effort, limité par les contraintes d'encombrement, est trop faible. Quand l'effort magnétique est trop faible pour résister à un choc, il est possible, tel que visible sur la figure 6 ou 7, d'introduire une butée de sécurité limitant le déplacement trop important. Ces deux configurations montrent une butée de sécurité, une fois au-dessus du composant en figure 6, et une fois au-dessous en figure 7. Le maintien magnétique est donc utilisé préférentiellement pour contrer les chocs faibles, avec une amplitude limite, à partir de laquelle le composant se libère de l'influence magnétique, pour aller en butée mécanique sous l'effet du reste de son énergie cinétique. Ce mode de fonctionnement possède les avantages des tenues par ressorts, tout en provoquant un choc plus faible lors du retour en position de service normale. En effet, le système magnétique, par opposition au ressort, exerce un effort qui diminue avec l'éloignement de l'arbre par rapport à sa position en tenue. L'énergie stockée lors d'un choc accidentel, qui est libérée quand le composant revient en position, est donc plus faible. Sur les figures 1 à 5, le contact n'est pas représenté. Ce contact peut être un contact direct de l'aimant avec l'arbre, comme sur la figure 8, ou encore d'une partie de l'arbre à maintenir contre une butée de positionnement (pas forcément magnétique) comme sur la figure 9. La surface contre laquelle le contact est maintenu peut subir une adaptation pour optimiser ses propriétés tribologiques et mécaniques. La surface rouge peut par exemple être du corindon, du diamant, du saphir ou un revêtement de protection. La surface peut aussi être un matériau alliant des propriétés tribologiques et magnétiques intéressantes, tel que le carbure de tungstène avec un liant de cobalt.
Dans une autre variante, le système magnétique a ce rôle de maintien, et permet aussi de faciliter la fonction de mise/remise en place, tel que visible sur les figures 10 à 12.
Dans le premier cas des figures 10 et 1 1 , lors de l'introduction axiale de l'arbre dans un alésage de la structure, un effort supplémentaire doit être appliqué pour vaincre la répulsion des aimants, mais une fois que le système est en place, il y est maintenu dans la direction axiale DA. Un tel système devient particulièrement intéressant s'il est combiné avec l'introduction de pierres (ou toute autre surface tribologique) pour minimiser les frottements du contact radial, dans le cas où les frottements ne sont pas exploités.
Le deuxième cas de la figure 12 est un système de recentrage magnétique où l'arbre 10 comporte des aimants permanents, et est maintenu contre une structure en forme de ligne composée de parties attractives et de parties répulsives. Ces parties peuvent aussi être faites d'aimants permanents. La tenue radiale de ce système est magnétique via les parties attractives, avec les possibilités de variantes présentées ci-dessus; l'arbre est recentré magnétiquement après chaque choc. Ce système est facilement adaptable pour un degré de liberté angulaire. Une telle structure en forme de ligne avec des régions attractives et répulsives peut aussi être directement sur l'arbre 10, avec un aimant permanent sur la structure, liée à une partie fixe du mouvement d'horlogerie.
Les figures 18A, 18B, 18C, représentent un mécanisme exploitant le système de la figure 12. Les figures 18A et 18B montrent un arbre possédant un aimant permanent mis à proximité de la structure en forme de ligne, ici sous forme de coque (pas forcément de révolution) laquelle comporte une alternance de zones diamagnétiques et paramagnétiques/ferromagnétiques. La figure 18C illustre les polarités engendrées par la présence de l'aimant permanent (fixé sur l'arbre) et par les propriétés magnétiques des zones sur la coque. L'arbre muni d'un aimant permanent subit alors une force similaire aux versions des figures 10 à 12, mais cette force est ici engendrée par des zones diamagnétiques et paramagnétiques/ferromagnétiques.
Les figures 19A et 19C sont similaires aux figures 18B et 18C, mais pour un système exploitant un maintien en contact mécanique, la partie dessinée en croisillons étant fixe.
Si l'on revient à la figure 10, les aimants de l'un des deux composants (arbre ou cheminée) sont préférentiellement de révolution pour assurer un fonctionnement correct en rotation de l'arbre. Pour ce qui est de la fonction antichoc, la réponse du système n'est pas isotrope, si les aimants ne sont pas de révolution. Cela n'est pas forcément gênant, dans la mesure où il s'agit uniquement d'un régime transitoire, et donc on peut envisager différentes configurations:
les aimants de l'arbre sont de révolution (et pas ceux de la cheminée) alors la direction où la fonction anti-choc est maximale est fixée sur le mouvement; cette direction peut correspondre par exemple à une direction qui reçoit statistiquement plus de chocs ;
- les aimants de la cheminée sont de révolution (et pas ceux de l'arbre) alors la direction où la fonction anti-choc est maximale est fixée sur l'arbre; cette direction peut correspondre à une direction où la position radiale de l'arbre doit être mieux contrainte que l'autre (par exemple à cause de la présence d'un composant fixé sur l'arbre qui n'est pas symétrique de révolution et qui irait en collision avec un autre composant du mouvement);
l'une des deux configurations ci-dessus, mais où les aimants qui ne sont pas de révolution ne sont pas non plus situés de part et d'autre ; ainsi un maintien en contact mécanique d'un côté assure le positionnement radial de l'arbre.
Ces solutions permettent plus un positionnement axial (avec un guidage mécanique pour la partie radiale) que radial, parce qu'elles travaillent en attraction. Cette propriété les rend instables s'ils sont utilisés pour le centrage radial.
Les variantes des figures 14 à 17 sont prévues pour un recentrage radial grâce à la répulsion, avec un positionnement axial en butée par la force magnétique. La variante d'attraction magnétique axiale en extrémité, non dessinée, est particulièrement intéressante.
La variante fonctionnant en attraction magnétique a pour inconvénient que le centrage radial n'est pas précis ; l'arbre est en contact mécanique sur l'une des parois de la cheminée, paroi qui peut varier au cours de la fonction ; mais cette variante permet aussi de plaquer axialement l'arbre contre une butée avec une force de rappel dépendant de la position de l'arbre dans sa cheminée. Une variante avec des aimants qui ne sont pas de révolution, similaire à la figure 1 , permet de plaquer l'arbre radialement toujours sur la même face, et la position de l'arbre est alors moins variable.
Une autre variante consiste à ajouter un aimant frontal sur la structure fixe, de façon à aider la tenue axiale de l'arbre à l'une des extrémités.
Une autre variante, avec une force décroissante au lieu de croissante avec le déplacement de l'arbre dans la cheminée, permet l'obtention d'une force de maintien forte, et une contribution de la force magnétique diminuant avec des chocs d'amplitudes plus importantes (où une butée prend le relais).
On peut imaginer différents types de profils de potentiel magnétique, et en particulier une variante en escalier, où l'on absorbe de plus en plus d'énergie lors du déplacement de l'arbre vers sa butée. Une autre variante comporte de vraies barrières, qui techniquement n'absorbent que temporairement l'énergie, puisque cette dernière est rendue dès que l'arbre quitte la zone de la barrière.
Si la variante représentée à la figure 14 concerne une structure, dans laquelle est mobile l'arbre, qui comporte une succession de zones générant des champs de type conique, tendant à s'opposer aux champs générés par l'arbre, et qui ont, depuis une position de service de l'arbre des intensités croissantes au fur et à mesure du rapprochement de la partie inférieure de la course de l'arbre, on comprend que d'autres variantes peuvent concerner :
une succession de zones générant des champs qui ont tendance à s'aligner sur les champs générés par l'arbre ;
- ou/et des champs avec des intensités décroissantes lors du rapprochement de la partie inférieure de la course de l'arbre.
La configuration où la force magnétique dépend de la position de l'arbre dans la cheminée (augmentant en intensité lors des chocs importants) est avantageuse. Dans cette variante on peut encore créer une dépendance de la force magnétique, de façon similaire à un ressort mécanique (augmentant avec l'écartement de l'arbre par rapport à sa position d'équilibre).
La figure 22 illustre le cas d'un arbre attiré axialement par une masse polaire, et dont l'extrémité est en frottement sur la partie frontale de celle-ci
Le maintien latéral des figures 1 à 3 est choisi partiel, pour permettre un maintien en contact mécanique, et ainsi exploiter le concept d'anti-choc. Pour des chocs de faible amplitude, l'arbre, typiquement un arbre de balancier, ne quitte pas sa position (maintenu dans une direction angulaire privilégiée) et se décolle seulement à partir d'un certain seuil. L'inconvénient de la version latérale réside dans les frottements augmentés (sur le rayon de l'arbre et non sur un rayon de frottement réduit). Ces frottements peuvent néanmoins être exploités pour dissiper de l'énergie, typiquement pour amortir le flottement d'une aiguille.
Naturellement, si sur les exemples l'arbre et l'aimant sont illustrés en attraction, il est tout à fait possible de créer le même système en répulsion, qui établit alors un contact sur le côté opposé.
Afin de protéger l'extérieur de la montre, en particulier l'utilisateur et certains appareils sensibles, contre les champs magnétiques d'un tel système, et afin d'accroître l'efficacité du système de maintien, il est possible, et avantageux, d'introduire un blindage ferromagnétique ou d'utiliser la carrure comme tel.
Plus particulièrement, l'invention concerne un sous-ensemble horloger 200 pour montre, comportant une structure principale 100 et un arbre 10. Cet arbre 10 est mobile en pivotement autour d'un axe de pivotement DA, dans au moins un logement 14, 15, de cette structure principale 100.
Cet arbre 10 comporte au moins une surface 16, 18, 21 , 22, qui est réalisée dans un matériau aimanté ou conducteur magnétique, ou respectivement dans un matériau électrisé ou conducteur électrostatique. On appelle ici « conducteur magnétique » un matériau ferromagnétique ou diamagnétique ou paramagnétique.
Pour coopérer avec cet arbre 10, la structure principale 100 comportant au moins une masse polaire 1 1 , 12, 31 , 32, qui est agencée pour créer, à proximité d'au moins une telle surface 16, 18, 21 , 22, au moins un champ magnétique, ou respectivement un champ électrostatique, pour le maintien axial ou/et radial de l'arbre 10 par rapport à l'axe de pivotement DA.
Dans le cas d'un maintien axial de l'arbre 10, ce champ est sensiblement de révolution autour de l'axe de pivotement DA. Dans une variante, la structure principale 100 comporte au moins une masse polaire 1 1 , 12, 31 , 32, agencée pour créer, à proximité d'au moins une telle surface 16, 18, 21 , 22, en plus du champ destiné au maintien axial de l'arbre 10, au moins un champ magnétique, ou respectivement un champ électrostatique, pour un maintien radial de cet arbre 10.
Plus particulièrement, ce champ assure le maintien à la fois axial et radial de l'arbre 10.
Selon l'invention, au moins une telle masse polaire 1 1 , 12, 31 , 32, est agencée pour coopérer en attraction ou répulsion axiale ou/et radiale, selon l'axe de pivotement DA, avec au moins une telle surface 16, 18, 21 , 22, pour absorber un choc et ramener l'arbre 10 en position de service après la cessation de ce choc.
Selon l'invention, au moins une masse polaire 1 1 , 12, 31 , 32, est agencée pour créer, à proximité d'au moins une telle surface 16, 18, 21 , 22, au moins un tel champ magnétique, ou respectivement électrostatique, qui :
- ou bien tend à attirer radialement l'arbre 10 vers une paroi du logement 14 , 15 ; - ou bien varie le long de l'axe de pivotement DA et est agencé pour appliquer à l'arbre 10 un effort résistif résultant de la coopération en attraction ou répulsion entre au moins une masse polaire 1 1 , 12, 31 , 32, et au moins une surface 16, 18,
21 , 22.
Plus particulièrement, au moins une telle masse polaire 1 1 , 12, 31 , 32, est agencée pour coopérer en attraction ou répulsion axiale, selon l'axe de pivotement DA, avec au moins une telle surface 16, 18, 21 , 22, pour maintenir l'arbre 10 dans une position axiale de service, en l'absence de choc ou de perturbation extérieure.
Plus particulièrement, au moins deux masses polaires 1 1 , 12, 31 , 32, coopèrent, en opposition géométrique, avec au moins deux surfaces 16, 18, 21 ,
22, correspondantes, pour exercer sur l'arbre 10 des efforts axiaux opposés et égaux. On comprend que, en position de service normal, toutes les surfaces de l'arbre 10 n'ont pas nécessairement à coopérer avec la totalité des masses polaires de la structure principale 100 : en effet, la coopération relative entre certaines surfaces et certaines masses polaires n'existe que dans certaines positions axiales relatives de l'arbre 10 par rapport à la structure principale 100.
Bien sûr, les surfaces de l'arbre peuvent être des masses polaires agencées pour créer un tel champ magnétique, ou respectivement un tel champ électrostatique, tout comme certaines masses polaires de la structure peuvent comporter des surfaces réalisées dans un matériau aimanté ou conducteur magnétique, ou respectivement dans un matériau électrisé ou conducteur électrostatique: aussi bien l'arbre 10 que la structure principale 100 peut comporter des zones génératrices de champs, ou/et des zones passives réagissant à un champ magnétique ou/et électrostatique.
Selon l'invention, dans l'application magnétique, la composante axiale, selon l'axe de pivotement DA, du champ magnétique résultant, assurant l'attraction ou la répulsion axiale anti-choc, a de préférence une intensité supérieure à 0,55 Tesla, pour le cas d'un arbre en acier d'une masse de 60 mg.
L'application électrostatique nécessite quant à elle des champs qui limitent son application à des arbres de très petite masse, bien inférieure à 60 mg, et notamment inférieure à 10 mg.
Dans une réalisation particulière qui minimise les frottements, au moins un champ magnétique, ou respectivement électrostatique, tend à attirer ou repousser radialement l'arbre 10 à distance des parois du logement 14, 15, et à aligner cet arbre 10 sur l'axe de pivotement DA. Plus particulièrement, au moins une de ces masses polaires 1 1 , 12, 31 , 32, est agencée pour créer un tel champ, à proximité d'au moins une telle surface 16, 18, 21 , 22.
Dans une autre variante, au moins un champ magnétique, ou respectivement électrostatique, tend à attirer radialement l'arbre 10 vers une paroi d'un logement 14, 15. Plus particulièrement, au moins une de ces masses polaires 1 1 , 12, 31 , 32, est agencée pour créer un tel champ, à proximité d'au moins une telle surface 16, 18, 21 , 22.
Dans une mise en œuvre avantageuse, l'arbre 10 est freiné axialement selon l'axe de pivotement DA seulement par un potentiel magnétique, respectivement électrostatique, variant le long de l'axe de pivotement DA et créant un effort résistif résultant de la coopération en attraction ou répulsion entre au moins une masse polaire 1 1 , 12, 31 , 32, et au moins une surface 16, 18, 21 , 22.
Plus particulièrement, le profil de ce potentiel est tel que cet effort résistif est continûment croissant ou décroissant lors de la course de l'arbre 10 selon l'axe de pivotement DA.
Plus particulièrement, de façon à assurer la transformation de l'énergie cinétique communiquée à l'arbre 10 lors d'une accélération ou d'un choc, l'arbre 10 est freiné axialement selon l'axe de pivotement DA seulement par ce profil de potentiel qui forme au moins une barrière de champ magnétique, respectivement électrostatique, résultant de la coopération en attraction ou répulsion entre au moins une masse polaire 1 1 , 12, 31 , 32, et au moins une dite surface 16, 18, 21 , 22. Cette barrière forme un cran annulaire virtuel, agencé pour freiner ou stopper la course de l'arbre 10 selon l'axe de pivotement DA. Le passage d'une telle barrière absorbe une partie de l'énergie cinétique de l'arbre 10 lors d'un choc. Selon la configuration du profil de potentiel, cette énergie est restituée si la barrière forme un pic de potentiel entre une rampe croissante et une rampe décroissante de potentiel, ou bien accumulée si le profil de potentiel est en escalier, ou encore en dents de scie, avec des paliers limités chacun par une telle barrière de potentiel.
Plus particulièrement, l'arbre 10 est freiné axialement selon l'axe de pivotement DA seulement par une pluralité de telles barrières, dont le passage de chacune absorbe une partie de l'énergie cinétique d'un choc, chaque barrière constituant ainsi la limite d'un palier de potentiel.
Plus particulièrement encore, ces barrières sont successives et ont, selon l'axe de pivotement DA, des intensités de champ magnétique, respectivement électrostatique, qui sont croissantes, depuis une position de service de l'arbre 10, vers une butée mécanique que comporte la structure principale 100, formant une fin de course de l'extrémité concernée de l'arbre 10.
Dans une variante, cette butée mécanique est jumelée à une butée magnétique, ou constitue elle-même une butée magnétique.
Dans une réalisation particulière, l'arbre 10 est cylindrique
Dans une réalisation particulière, au moins un logement 14, 15, de la structure principale 100 est cylindrique. Plus particulièrement, la structure principale 100 comporte un alésage unique pour le logement de l'arbre 10.
Dans une variante pour une introduction latérale de l'arbre 10, la structure principale 100 comporte une découpe latérale 19 s'étendant parallèlement à l'axe de pivotement DA, et dimensionnée pour autoriser l'insertion et l'extraction latérales de l'arbre 10.
Dans une variante pour une introduction axiale de l'arbre 10, la structure principale 100 comporte une découpe d'extrémité 190 dimensionnée pour autoriser l'insertion et l'extraction de l'arbre 10 selon l'axe de pivotement DA. Dans une variante particulière, la structure principale 100 comporte une première structure 1 1 comportant au moins un premier logement 14. L'arbre 10 est mobile en pivotement au moins dans ce premier logement 14. Cette première structure 1 1 crée, dans ce premier logement 14, un tel champ magnétique, ou respectivement un tel champ électrostatique, sensiblement de révolution autour de l'axe de pivotement DA, pour soumettre l'arbre 10 à un effort tendant à aligner cet arbre 10 selon l'axe de pivotement DA. Et la structure principale 100 comporte, dans un deuxième logement 15 agencé au niveau de la première structure 1 1 ou d'une deuxième structure 12 que comporte la structure principale 100, une surface de limitation 120 magnétisée, ou respectivement électrisée, agencée pour attirer ou repousser axialement selon l'axe de pivotement DA une surface frontale 18 magnétisée, ou respectivement électrisée, que comporte l'arbre 10. Dans la variante magnétique, l'intensité du champ magnétique, entre la surface frontale 18 et la surface de limitation 120 est supérieure à 0,55 Tesla, pour un arbre en acier d'une masse de 60 mg.
Plus particulièrement, cette au moins une surface frontale 18 est de révolution autour d'un axe d'arbre AA de l'arbre 10 qui est aligné avec l'axe de pivotement DA, quand l'arbre 10 est dans le premier logement 14.
Plus particulièrement, l'arbre 10 comporte deux telles surfaces frontales 18 opposées l'une à l'autre, et le sous-ensemble horloger 200 comporte deux dites surfaces de limitation 120, chacune agencée pour attirer ou repousser une telle surface frontale 18.
Plus particulièrement, l'arbre 10 comporte au moins une telle surface frontale 18 à une extrémité distale selon un axe d'arbre AA de l'arbre 10 qui est aligné avec l'axe de pivotement DA quand l'arbre 10 est dans le premier logement 14.
Plus particulièrement, l'arbre 10 comporte une telle surface frontale 18 à chacune de ses extrémités distales selon cet axe d'arbre AA.
Dans une variante particulière, l'arbre 10 comporte au moins une première portée supérieure 16, logée dans le premier logement 14, et comportant au moins superficiellement un matériau aimanté ou ferromagnétique, ou respectivement comportant au moins superficiellement un matériau conducteur électrostatique. Cette au moins une première portée supérieure 16 est soumise, dans ce premier logement 14, au champ magnétique, ou respectivement champ électrostatique, généré par la première structure 1 1 . Et l'arbre 10 comporte au moins une deuxième portée inférieure 17 logée dans un deuxième logement 15 que comporte la structure 1 1 ou que comporte une troisième structure 13 du sous-ensemble horloger 200, ce deuxième logement 15 constituant une butée, notamment radiale.
Plus particulièrement, le deuxième logement 15 entoure une deuxième structure 12 comportant une telle surface de limitation 120.
Plus particulièrement, l'arbre 10 est de révolution autour d'un axe d'arbre AA de l'arbre 10 qui est aligné avec l'axe de pivotement DA quand l'arbre 10 est dans le premier logement 14. Et l'arbre 10 comporte au moins une première portée supérieure 16 cylindrique qui coopère avec un alésage de révolution constituant le premier logement 14.
L'invention concerne encore un mouvement 500 comportant au moins un tel sous-ensemble horloger 200.
L'invention concerne encore une montre 1000 comportant au moins un tel sous-ensemble horloger 200.
Dans une réalisation particulière, la structure est en céramique, et comporte, au moins au voisinage de la surface d'au moins un logement 3, une incrustation d'aimants ou/et d'électrets, ou/et de particules ferromagnétiques magnétisables.
De façon particulière, le logement 3 est lisse.
De façon particulière, la structure 1 comporte ou constitue un blindage ferromagnétique.
Si on compare l'invention aux réalisations de l'art antérieur incorporant des éléments magnétiques au niveau de guidages, on connaît dans le calibre ETA 2894 l'utilisation d'un aimant pour freiner un mobile de petite seconde, sous forme d'une friction pour supprimer le flottement; dans ce cas l'interaction magnétique est utilisée uniquement pour dissiper l'énergie du mobile, sans assurer le centrage du mobile de rotation. La configuration de l'antichoc selon l'invention en diffère en ce que:
- la position relative de l'aimant et de la partie ferromagnétique du mobile de rotation est invariante sous rotation, évitant ainsi les variations de couple dues à cette asymétrie ; - les contacts purement mécaniques présentent une surface de contact minimale et donnent une tribologie efficace, avec ainsi une minimisation de la dissipation d'énergie, et donc de la prise de couple ;
- dans certaines variantes, une butée mécanique intervient uniquement lors des chocs, tandis que le champ magnétique assure le recentrage du mobile après choc indépendamment de l'amplitude du choc: les forces mécaniques et magnétiques interviennent donc séparément.
Un autre calibre ETA utilise des aimants pour positionner angulairement un système de fuseau. Dans ce cas, la configuration magnétique impose un couple de maintien fini (effet de seuil) qui s'oppose aux déplacements angulaires. La présente invention vise une fonction exactement opposée: la configuration magnétique est définie pour imposer une force de maintien/recentrage radial et/ou axial sans qu'un couple de maintien ou frein angulaire soit introduit. De cette façon, le mobile est libre de tourner mais son centrage est assuré. Faisant référence à la figure 12, une caractéristique fondamentale de l'invention est, dans le cas d'un maintien axial, la symétrie cylindrique du système magnétique.
La présence de l'attraction magnétique est un des aspects caractérisant l'invention, en comparaison avec des systèmes incorporant plutôt des aimants en répulsion.
Par exemple, dans un système utilisant des parties magnétisées fonctionnant uniquement en répulsion pour générer de la sustentation magnétique, la position fine du composant n'est donc pas connue précisément dans le temps, et il est possible , et même inévitable, que ce dernier oscille autour d'une position d'équilibre, engendrant du frottement là où il y a contact mécanique, et engendrant des problèmes de fonctionnement si l'amplitude de l'oscillation est trop grande. Alors que, dans le cadre de l'invention, la force magnétique est, dans la plupart des applications, utilisée pour plaquer avec une certaine force de précontrainte l'arbre contre une butée mécanique. En fonctionnement normal le composant est donc dans une position constante fixée mécaniquement.
Les mécanismes connus n'exploitent pas les propriétés magnétiques d'un composant dont les parties magnétiques ne sont que des appendices, car précisément le travail en attraction est toujours évité.
L'utilisation des propriétés magnétiques selon l'invention dans une fonction anti-choc s'écarte des applications magnétiques connues, axées sur la lévitation ou le centrage de positionnement, et où le positionnement est très sensible aux tolérances (géométries des aimants et champs rémanents).
En effet, la dissipation de l'énergie du choc n'est pas optimale avec un système magnétique, qui est fortement conservatif, et qui force à user de butées mécaniques. Dans l'invention, le recentrage (radial par exemple dans le cas de la figure 9) est un effet secondaire du système anti-choc (axial).
Les figures 10 et 1 1 présentent des variantes où les différents champs magnétiques en présence ne sont pas coaxiaux, et les interactions entre composants peuvent être en particulier obliques.
Le fonctionnement d'un système selon l'invention, avec des aimants maintenant en contact mécanique, permet en revanche d'être insensible (pour le positionnement) aux tolérances de l'aimant.
Le principal atout de l'anti-choc magnétique pour un arbre est la dépendance de la force de rappel en fonction du déplacement de l'arbre, sur la direction axiale par exemple. Tout comme pour un anti-choc traditionnel, une force de précontrainte, ou une force de maintien au contact dans le cas de l'anti-choc magnétique, force le composant à ne pas bouger lors des petits chocs. Au-delà de cette amplitude de choc, la force de rappel d'un anti-choc traditionnel augmente avec l'éloignement du composant, en raison du chargement du ressort, alors que celle d'un anti-choc magnétique selon l'invention diminue avec l'éloignement du composant. Cette caractéristique permet de vraiment découpler deux régimes différents: l'un où les chocs ont de faibles amplitudes, et le second avec des amplitudes de choc plus importantes, avec une valeur palier de chocs à partir de laquelle l'énergie est stockée mécaniquement ou dissipée, par une butée par exemple.
En pratique, on observe souvent une force de précontrainte qui varie fortement avec les tolérances. Déléguer cette force de pré-contrainte à la force magnétique permet de ne dépendre du ressort mécanique que par sa rigidité lors de l'amortissement au-delà d'une amplitude de choc donnée (grands chocs).
L'invention se distingue par différents avantages:
- pour éviter les variations de couple dues à une asymétrie éventuelle, on peut construire la position relative de l'aimant et de la partie ferromagnétique de l'arbre invariante sous rotation; - les contacts purement mécaniques peuvent être minimisés, grâce au maintien axial magnétique ou électrostatique, en particulier dans la configuration en répulsion sans butée, et, dans le cas où ces contacts mécaniques sont maintenus, ils présentent une surface de contact minimale et donnant une tribologie efficace, avec minimisation de la dissipation d'énergie, et donc de la prise de couple ;
- ces contacts peuvent être aussi identiques ou plus importants qu'avec un ressort de friction traditionnel, et permettre donc d'exploiter la dissipation d'énergie pour amortir le flottement d'une aiguille ou similaire ;
- dans certaines variantes de l'invention, une butée mécanique intervient uniquement lors des chocs importants, tandis que le champ magnétique assure le recentrage de l'arbre après le choc, indépendamment de l'amplitude du choc, et le maintien de l'arbre en position lors des chocs faibles: les efforts mécaniques et magnétiques interviennent donc séparément ;
- la configuration magnétique ou électrostatique est définie pour imposer un effort de maintien/recentrage radial et/ou axial, sans qu'un couple de maintien ou qu'un frein angulaire soit introduit dans le système. De cette façon, l'arbre est libre de tourner, et son centrage est assuré. Une caractéristique avantageuse de certaines variantes de l'invention est la symétrie cylindrique du système magnétique autour de l'axe de pivotement DA ;
- la dépendance au respect des tolérances est moins importante que dans l'art antérieur ;
- les problèmes liés à l'usure due aux chocs sur la montre sont très fortement réduits, puisqu'ils ne concernent plus que les rares cas où l'arbre vient en contact avec une butée mécanique dans le cas des chocs les plus importants;
- la coopération des champs assure un recentrage fin après un choc ;
- la réponse fortement élastique des champs magnétiques permet une meilleure maîtrise des frottements ;
- les variantes présentées permettent de découpler la contrainte axiale et radiale, qui sont traitées séparément ;
- il est désormais possible d'effectuer la fixation de n'importe quel arbre dans un mouvement, par des efforts magnétiques ou électrostatiques ;
- il est possible de traiter les chocs de différentes amplitudes de façon différente, en faisant travailler des composants (ou les parties de composants) différents pour la dissipation. On peut imaginer une amplitude en dessous de laquelle la force magnétique est exploitée, et au-dessus de laquelle la dissipation est mécanique.
Les réalisations horlogères en variante magnétique fonctionnent correctement avec un champ axial de 0,55 Tesla.
Un exemple particulier de réalisation concerne un arbre en acier d'une masse de 60 mg, maintenu en contact par un aimant , en attraction, et avec un champ axial de 0,55 Tesla, l'arbre a un diamètre (pour la partie proche de l'aimant) de 0.15 mm, avec des aimants en NeFeB ayant une rémanence de 1 .47 T, et est plaqué avec une force de maintien suffisante pour résister aux chocs avec des accélérations en-dessous de 75 g si l'aimant a une hauteur de 0.8 mm et un rayon de 0.45 mm; le calcul tient compte de la présence d'une couche tribologique d'une épaisseur de 60 μηι entre l'arbre et l'aimant. Une variation typique de potentiel magnétique entre la butée mécanique et le contact en position de fonctionnement est de 6 μύ pour 0.1 mm de déplacement, notamment dans le cas de cet exemple. Avec une variation deux fois plus grande (0.12 J/m), on peut par exemple réaliser deux paliers de potentiel, qui interviennent lors de deux régimes de chocs différents (0-100 g et 100-200 g).
En ce qui concerne la variante électrostatique, pour des applications similaires, il convient de prévoir entre 0.5 et 50 mC/mA2 (un champ d'environ 0.01 - 1 MV/m).
On peut donc utiliser un système selon l'invention pour remplacer un ressort de friction mécanique. Les frottements mécaniques éventuels engendrés par ce système ne sont pas forcément un désavantage, et peuvent être exploités, y compris dans le cas d'un maintien radial où le frottement contre la cheminée est important. Le frottement peut donc être exploité pour dissiper l'énergie du flottement d'un mobile tel qu'une aiguille.
On peut, encore, combiner ce frottement mécanique dû au maintien en contact, et un freinage de type courants de Foucault.
En somme, l'invention permet le découplage de fonctions lors des chocs, en fonction de leur amplitude :
- pour un système avec maintien de l'axe en butée, par exemple au moyen d'aimants déséquilibrés, la force magnétique garde l'axe en contact lors des chocs faibles mais diminue fortement lorsque le choc est suffisamment grand pour le faire décoller. C'est ensuite une butée mécanique qui prend le relais ; - pour un système avec une magnétisation variant le long de la direction axiale, on définit plusieurs valeurs de déplacement dans cette direction en fonction de l'intensité du choc, jusqu'à un maximum où l'axe dissipe l'énergie restante en butée.

Claims

R EVE N D I CAT I O NS
1 . Sous-ensemble horloger (200) pour montre, comportant une structure principale (100) et un arbre (10) mobile en pivotement autour d'un axe de pivotement (DA) dans au moins un logement (14 ; 15) de ladite structure principale (100), ledit arbre (10) comportant au moins une surface (16 ; 18 ; 21 ; 22) dans un matériau aimanté ou conducteur magnétique, ou respectivement dans un matériau électrisé ou conducteur électrostatique, et ladite structure principale (100) comportant au moins une masse polaire (1 1 ; 12 ; 31 ; 32) agencée pour créer, à proximité d'au moins une dite surface (16 ; 18 ; 21 ; 22), au moins un champ magnétique, ou respectivement un champ électrostatique, pour un maintien axial et radial dudit arbre (10), caractérisé en ce que au moins une dite masse polaire (1 1 ; 12 ; 31 ; 32) est agencée pour coopérer en attraction ou répulsion axiale et radiale, selon ledit axe de pivotement (DA), avec au moins une dite surface (16 ; 18 ; 21 ; 22), pour absorber un choc et ramener ledit arbre (10) en position de service après la cessation dudit choc, et caractérisé en ce que au moins une masse polaire (1 1 ; 12 ; 31 ; 32) est agencée pour créer, à proximité d'au moins une dite surface (16 ; 18 ; 21 ; 22), au moins un dit champ magnétique, ou respectivement électrostatique, qui, ou bien tend à attirer radialement ledit arbre (10) vers une paroi dudit logement (14 ; 15), ou bien varie le long de l'axe de pivotement (DA) et est agencé pour appliquer audit arbre (10) un effort résistif résultant de la coopération en attraction ou répulsion entre au moins une dite masse polaire (1 1 ; 12 ; 31 ; 32) et au moins une dite surface (16 ; 18 ; 21 ; 22).
2. Sous-ensemble horloger (200) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que au moins un dit champ assure ladite attraction ou répulsion dudit arbre (10) de façon axiale, et est sensiblement de révolution autour dudit axe de pivotement (DA), est un champ magnétique, et en ce que sa composante axiale, selon ledit axe de pivotement (DA), a une intensité supérieure à 0,55 Tesla.
3. Sous-ensemble horloger (200) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit arbre (10) est freiné axialement selon ledit axe de pivotement (DA) seulement par un potentiel magnétique, respectivement électrostatique, variant le long de l'axe de pivotement (DA) et créant un effort résistif résultant de la coopération en attraction ou répulsion entre au moins une dite masse polaire (1 1 ; 12 ; 31 ; 32) et au moins une dite surface (16 ; 18 ; 21 ; 22).
4. Sous-ensemble horloger (200) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le profil dudit potentiel est tel que ledit effort résistif est continûment croissant ou décroissant lors de la course dudit arbre (10) selon l'axe de pivotement (DA).
5. Sous-ensemble horloger (200) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit arbre (10) est freiné axialement selon ledit axe de pivotement (DA) par ledit profil de potentiel qui forme au moins une barrière de champ magnétique, respectivement électrostatique, ladite barrière formant un cran annulaire virtuel, agencé pour freiner ou stopper la course dudit arbre selon ledit axe de pivotement (DA).
6. Sous-ensemble horloger (200) selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit arbre (10) est freiné axialement selon ledit axe de pivotement (DA) seulement par une pluralité de dites barrières dont le passage de chacune absorbe une partie de l'énergie cinétique d'un choc, chaque dite barrière constituant la limite d'un palier de potentiel.
7. Sous-ensemble horloger (200) selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que lesdites barrières sont successives et ont, selon ledit axe de pivotement (DA), des intensités de champ magnétique, respectivement électrostatique, qui sont croissantes, depuis une position de service dudit arbre (10), vers une butée mécanique que comporte ladite structure principale (100).
8. Sous-ensemble horloger (200) selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite butée mécanique est jumelée à une butée magnétique ou constitue une butée magnétique.
9. Sous-ensemble horloger (200) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite structure principale (100) comporte une première structure (1 1 ) comportant au moins un premier logement (14), au moins dans lequel ledit arbre (10) est mobile en pivotement, ladite première structure (1 1 ) créant dans ledit premier logement (14) un dit champ magnétique, ou respectivement un dit champ électrostatique, sensiblement de révolution autour dudit axe de pivotement (DA), pour soumettre ledit arbre (10) à un effort tendant à aligner ledit arbre (10) selon ledit axe de pivotement (DA), et en ce que ladite structure principale (100) comporte, dans un deuxième logement (15) agencé au niveau de ladite première structure (1 1 ) ou d'une deuxième structure (12) que comporte ladite structure principale (100), une surface de limitation (120) magnétisée ou respectivement électrisée agencée pour attirer ou repousser axialement selon ledit axe de pivotement (DA) une surface frontale (18) magnétisée ou respectivement électrisée que comporte ledit arbre (10).
10. Sous-ensemble horloger (200) selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit champ est un champ magnétique et que son intensité entre ladite surface frontale (18) et ladite surface de limitation (120) est supérieure à 0,55 Tesla.
1 1 . Sous-ensemble horloger (200) selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que ledit arbre (10) comporte au moins une première portée supérieure (16) logée dans ledit premier logement (14) et comportant au moins superficiellement un matériau aimanté ou conducteur magnétique, ou respectivement comportant au moins superficiellement un matériau conducteur électrostatique, ladite au moins une première portée supérieure (16) étant soumise, dans ledit premier logement (14), audit champ magnétique, ou respectivement champ électrostatique, généré par ladite première structure (1 1 ), et caractérisé en ce que ledit arbre (10) comporte au moins une deuxième portée inférieure (17) logée dans un deuxième logement (15) que comporte ladite structure (1 1 ) ou que comporte une troisième structure (13) dudit sous-ensemble horloger (200) ledit deuxième logement (15) constituant une butée
12. Sous-ensemble horloger (200) selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce que ledit deuxième logement (15) entoure une dite deuxième structure (12) comportant une dite surface de limitation (120).
13. Sous-ensemble horloger (200) selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que ledit arbre (10) est de révolution autour d'un axe d'arbre (AA) dudit arbre (10) qui est aligné avec ledit axe de pivotement (DA) quand ledit arbre (10) est dans ledit premier logement (14), et en ce que ledit arbre (10) comporte au moins une première portée supérieure (16) cylindrique qui coopère avec un alésage de révolution constituant ledit premier logement (14).
14. Mouvement (500) comportant au moins un sous-ensemble horloger (200) selon l'une des revendications 1 à 13.
15. Montre (1000) comportant au moins un sous-ensemble horloger (200) selon l'une des revendications 1 à 13.
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