EP3602206A1 - Piece d'horlogerie mecanique comprenant un mouvement dont la marche est amelioree par un dispositif de correction - Google Patents

Piece d'horlogerie mecanique comprenant un mouvement dont la marche est amelioree par un dispositif de correction

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EP3602206A1
EP3602206A1 EP18710877.4A EP18710877A EP3602206A1 EP 3602206 A1 EP3602206 A1 EP 3602206A1 EP 18710877 A EP18710877 A EP 18710877A EP 3602206 A1 EP3602206 A1 EP 3602206A1
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EP
European Patent Office
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mechanical
braking
oscillator
resonator
pulses
Prior art date
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Application number
EP18710877.4A
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German (de)
English (en)
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EP3602206B1 (fr
Inventor
Lionel TOMBEZ
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Swatch Group Research and Development SA
Original Assignee
Swatch Group Research and Development SA
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3602206B1 publication Critical patent/EP3602206B1/fr
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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
    • G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/20—Compensation of mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/26—Compensation of mechanisms for stabilising frequency for the effect of variations of the impulses
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B15/00—Escapements
    • G04B15/14—Component parts or constructional details, e.g. construction of the lever or the escape wheel

Definitions

  • the present invention relates to a mechanical timepiece comprising a movement whose progress is improved by a device for correcting a possible time drift in the operation of the mechanical oscillator which speeds the movement.
  • the mechanical timepiece is formed, on the one hand, by a movement comprising:
  • a mechanism indicating at least one temporal data a mechanism indicating at least one temporal data
  • a mechanical resonator capable of oscillating along a general axis of oscillation around a neutral position corresponding to its state of minimum potential energy
  • a maintenance device for the mechanical resonator forming with the latter a mechanical oscillator which is arranged to clock the operation of the indicating mechanism, each oscillation of this mechanical oscillator defining a period of oscillation,
  • a device for correcting a possible time drift in the operation of the aforementioned mechanical oscillator by a device for correcting a possible time drift in the operation of the aforementioned mechanical oscillator.
  • Such a time drift occurs especially when the average natural oscillation period of said mechanical oscillator is not equal to a set period.
  • This set period is determined by an auxiliary oscillator which is incorporated in the correction device.
  • Patent CH 597 636 published in 1977, proposes such a timepiece in The movement is equipped with a resonator formed by a sprung balance and a conventional maintenance device comprising an anchor and an escape wheel in kinematic connection with a barrel provided with a spring.
  • This watch movement further comprises an electronic device for regulating the frequency of its mechanical oscillator.
  • This control device comprises an electronic circuit and a magnetic assembly formed of a flat coil, arranged on a support under the beam shank, and two magnets mounted on the balance and arranged close to each other so as to both pass over the coil when the oscillator is on.
  • the electronic circuit comprises a time base comprising a crystal resonator and for generating a reference frequency signal FR, this reference frequency being compared with the frequency FG of the mechanical oscillator.
  • the detection of the frequency FG of the oscillator is performed via the electrical signals generated in the coil by the pair of magnets.
  • the control circuit is arranged to be able momentarily to generate a braking torque via a magnet-coil magnetic coupling and a switchable load connected to the coil.
  • the arrangement of permanent magnets on the balance means that a magnetic flux is constantly present in the watch movement and that this magnetic flux spatially varies periodically. Such a magnetic flux may have a detrimental effect on various members or elements of the watch movement, in particular on magnetic material elements such as parts made of ferromagnetic material. This can have repercussions on the proper functioning of the watch movement and also increase the wear of rotated elements.
  • shielding requires particular elements that are carried by the pendulum. Such shielding tends to increase the bulk of the mechanical resonator and its weight. In addition, it limits the possibilities of aesthetic configurations for the sprung balance.
  • the finger being provided to be able to momentarily block the pendulum which is then stopped in its movement during a certain period of time (the abutment bearing against the finger moved in its direction during a return of the pendulum towards its neutral position), or limit the amplitude of oscillation when the finger comes against the stop while the rocker rotates towards one of its two extreme angular positions (defining its amplitude), the finger then stopping the oscillation and the pendulum starting directly in the opposite direction.
  • the movement of the finger is provided to stop the balance by contact with the stop, but the finger is arranged not to come into contact with the balance beam.
  • the instant of an interaction between the finger and the stop also depends on the amplitude of the oscillation of the sprung balance.
  • the desired synchronization seems improbable. Indeed, in particular for a sprung balance whose frequency is greater than the reference frequency setting the back and forth of the finger and with a first interaction between the finger and the abutment which temporarily holds the pendulum returning from one of its two extreme angular positions (correction reducing the error), the second interaction, after many oscillations without the stop touching the finger during its reciprocating movement, will certainly be a stop of the pendulum by the finger with immediate inversion of its sense of oscillation, in that the stop abuts against the finger while the rocker rotates towards said extreme angular position (correction increasing the error).
  • An object of the present invention is to find a solution to the technical problems and disadvantages of the prior art mentioned in the technological background.
  • a general object of the invention is to find a device for correcting a time drift of a mechanical movement, namely a device for correcting its progress to increase its accuracy, without giving up what it is. it can operate autonomously with the best accuracy that it is possible to have thanks to its own characteristics, that is to say in the absence of the correction device or when the latter is inactive.
  • Another object of the present invention is to achieve the aforementioned aims without having to incorporate electrical and / or electronic devices in the timepiece according to the invention, that is to say using organs and systems specific to so-called mechanical watches, the latter being able to integrate, according to various developments in the field of mechanical watchmaking, magnetic elements such as magnets and ferromagnetic elements, but no devices requiring a power supply and therefore a source of electrical energy.
  • the present invention relates to a timepiece as defined above in the technical field, in which the mentioned mechanical oscillator is a slave oscillator and the correction device is of the mechanical type, this mechanical correction device being formed by a mechanical auxiliary oscillator, which defines a master oscillator, and by a mechanical braking device of the mechanical resonator of the slave oscillator.
  • the mechanical braking device is arranged to be able to apply to the mechanical resonator of the slave oscillator a mechanical braking torque during periodic braking pulses which are generated at a braking frequency selected only as a function of a reference frequency for the slave oscillator and determined by the master oscillator.
  • the mechanical system formed of the mechanical resonator of the slave oscillator and the mechanical braking device is configured to allow the mechanical braking device to be able to start the periodic braking pulses at any position of said mechanical resonator in a position range, along the general axis of oscillation of this mechanical resonator, which extends at least a first of two sides of the neutral position of said mechanical resonator over at least a first range of amplitudes that the The slave oscillator is likely to have this first side for a useful operating range of this slave oscillator.
  • the mechanical system mentioned is configured such that said range of positions of the mechanical resonator of the slave oscillator, in which the periodic braking pulses can begin, also extends from the second of the two sides of the neutral position. of said mechanical resonator over at least a second range of amplitudes that the slave oscillator is likely to have second side, along the general axis of oscillation, for the useful operating range of this mechanical oscillator.
  • each of the two parts of the range of positions of the mechanical resonator identified above, incorporating respectively the first and second ranges of the amplitudes that the slave oscillator is likely to have respectively on both sides of the neutral position of its mechanical resonator, has a certain extent on which it is continuous or almost continuous.
  • the mechanical braking device is arranged in such a way that the periodic braking pulses each have essentially less than a quarter of the corresponding reference period, the inverse of the reference frequency.
  • the periodic braking pulses have a duration less than 1/10 of the reference period.
  • the duration of the periodic braking pulses is essentially less than 1/40 of the reference period.
  • the slave mechanical oscillator is synchronized to the master mechanical oscillator in an efficient and fast manner, as will become clear later in the detailed description of the invention.
  • the mechanical correction device constitutes a synchronization device of the mechanical oscillator slave on the master mechanical oscillator, and this without closed-loop servo and without measuring sensor of the movement of the mechanical oscillator.
  • the mechanical correction device thus operates with an open loop and it makes it possible to correct both an advance and a delay in the natural course of the mechanical movement, as will be explained later. This result is quite remarkable.
  • synchronization on a master oscillator here comprises a servo (open loop, without feedback) of the mechanical oscillator slave to the master mechanical oscillator.
  • correction device is such that the braking frequency derived from the reference frequency of the master oscillator is imposed on the slave oscillator which clock the operation of the indicator mechanism of a given time.
  • the braking frequency of the mechanical braking pulses determines the average frequency of the slave oscillator.
  • the mechanical system formed of the mechanical resonator and the mechanical braking device is configured to allow the mechanical braking device to start, within the useful operating range of the slave mechanical oscillator, a pulse of mechanical braking substantially at any time of the natural oscillation period of this slave mechanical oscillator.
  • one of the periodic braking pulses can begin substantially at any position of the mechanical resonator of the slave mechanical oscillator along the general axis of oscillation of this mechanical resonator.
  • the braking pulses have a dissipative nature because part of the energy of the oscillator is dissipated by these braking pulses.
  • the mechanical braking torque is applied substantially by friction, in particular by means of a mechanical braking member exerting a certain pressure on a braking surface of the mechanical resonator which has a certain extent (non-point) along the axis of oscillation.
  • the braking pulses exert a braking torque on the slave resonator whose value is provided to not momentarily block this slave resonator during periodic braking pulses.
  • the mechanical system mentioned above is arranged to allow the mechanical braking torque generated by each of the braking pulses to be applied to the slave resonator during a continuous or quasi-continuous time interval (non-zero or one-time). but having a certain significant duration).
  • FIG. 1 shows, in part schematically, a first embodiment of a timepiece according to the invention
  • FIGS. 2A to 2D partially show a second embodiment of a timepiece according to the invention and a sequence of its operation
  • FIG. 3 partially shows a third embodiment of a timepiece according to the invention
  • FIG. 4 schematically shows a first configuration of the general arrangement of a timepiece according to the invention
  • FIG. 5 schematically shows a second configuration of the general arrangement of a timepiece according to the invention
  • FIG. 6 shows the application of a first braking pulse to a mechanical resonator in a certain alternation of its oscillation before it passes through its neutral position, as well as the angular speed of the balance of this mechanical resonator and its position. angular in a time interval during which the first braking pulse occurs,
  • Figure 7 is a figure similar to Figure 6 but for the application of a second braking pulse in a certain alternation the oscillation of a mechanical oscillator after it has passed through its neutral position
  • FIGS. 8A, 8B and 8C respectively show the angular position of a sprung balance during a period of oscillation, the variation of the movement of the watch movement obtained for a fixed duration braking pulse, for three values a constant braking torque, depending on the angular position of the balance spring, and the corresponding braking power,
  • FIGS. 9, 10 and 11 show respectively three different situations that may occur in an initial phase following the engagement of the correction device in a timepiece according to the invention
  • FIG. 12 is an explanatory graph of the physical process occurring following the engagement of the correction device in the timepiece according to the invention and leading to the desired synchronization for the case where the natural frequency of the slave mechanical oscillator is greater than the set frequency,
  • FIG. 13 represents, in the case of FIG. 12, an oscillation of the slave mechanical oscillator and the braking pulses in a stable synchronous phase for a variant in which a braking pulse occurs in each alternation,
  • FIG. 14 is an explanatory graph of the physical process occurring following the engagement of the correction device in the timepiece according to the invention and leading to the desired synchronization for the case where the natural frequency of the slave mechanical oscillator is less than the set frequency,
  • FIG. 15 represents, in the case of FIG. 14, an oscillation of the slave mechanical oscillator and the braking pulses in a stable synchronous phase for a variant where a braking pulse occurs in each alternation
  • FIGS. 16 and 17 give, respectively for the two cases of FIGS. 12 and 14, the graph of the angular position of a mechanical oscillator and the corresponding oscillation periods for a mode of operation of the correction device where a braking pulse intervenes every four periods of oscillation
  • Figures 18 and 19 are respectively partial enlargements of Figures 16 and 17,
  • FIG. 20 represents, in a manner similar to the two previous figures, a specific situation in which the frequency of a mechanical oscillator is equal to the braking frequency
  • FIG. 21 shows, for a variant of a timepiece according to the invention, the evolution of the oscillation period of the slave mechanical oscillator as well as the evolution of the total temporal error
  • FIG. shows, for another variant of a timepiece according to the invention, the graph of the oscillation of the mechanical oscillator slave in an initial phase following the engagement of the correction device of a possible time drift
  • FIGS. 23A to 23C partially show a fourth embodiment of a timepiece according to the invention and a sequence of its operation
  • Figures 24A to 24C partially show a fifth embodiment of a timepiece according to the invention and a sequence of its operation.
  • Figure 1 is shown, in part schematically, a first embodiment of a mechanical timepiece 2 according to the present invention. It comprises a mechanical clock movement 4 which comprises a mechanism 12 indicating a time data.
  • the mechanical movement further comprises a mechanical resonator 6, formed by a balance 8 and a hairspring 10, and a main device for maintaining this mechanical resonator which is formed by a main exhaust.
  • This main exhaust 14 and the mechanical resonator 6 form a mechanical oscillator 18 which speeds the operation of the indicator mechanism.
  • the main escapement 14 is formed for example by an anchor and an escape wheel which is kinematically connected to a main source of mechanical energy 16.
  • the mechanical resonator is able to oscillate around a neutral position (position of rest / zero angular position) corresponding to its state of minimum potential energy, along a circular axis whose radius corresponds for example to the outer radius of the strut 9 of the balance.
  • a neutral position position of rest / zero angular position
  • the radius of the circular axis here is unimportant. It defines a general axis of oscillation which indicates the nature of the motion of the mechanical resonator, which can be linear, for example, in another particular embodiment.
  • the timepiece 2 further comprises a mechanical device 20 for correcting a possible time drift in the operation of the mechanical oscillator 18, this mechanical correction device comprising for this purpose a mechanical braking device 24 and a mechanical oscillator master 22 (later also called Master Oscillator ').
  • the master oscillator is associated / coupled to the mechanical braking device to provide a reference frequency which controls its operation and determines the braking frequency of the mechanical braking pulses provided by the mechanical braking device.
  • the master oscillator 22 is an auxiliary mechanical oscillator insofar as the main mechanical oscillator, which directly rates the march of the watch movement, is the mechanical oscillator 18, the latter thus being a slave oscillator.
  • the auxiliary mechanical oscillator is by nature or by construction more accurate than the main mechanical oscillator.
  • the master oscillator 22 is associated with an equalization mechanism of the force exerted on it to maintain its oscillation.
  • the master oscillator 22 comprises an auxiliary mechanical resonator 28, conventionally formed here by a rocker 30 and a hairspring, and an auxiliary maintenance device formed by an auxiliary escapement 32, which comprises for example an anchor 33 and an escape wheel 34 which rotates in steps, a step being made at each alternation of the master oscillator.
  • the average rotational speed of the wheel 34 is determined by the reference frequency of the master oscillator 22.
  • the braking device 24 comprises a control mechanism 48 and a braking pulse generator mechanism 50 (also called pulse generator 'thereafter) arranged to generate mechanical braking pulses at a braking frequency determined by the control mechanism.
  • This control mechanism comprises a control wheel 37, which is integral with a mobile 36 or forming thereof.
  • the mechanism for generating braking pulses comprises a braking member, formed by a pivoting member 40, and a spring 44 associated with the pivoting member.
  • the mobile 36 is kinematically connected to an auxiliary source of mechanical energy 26.
  • This mobile 36 is a mobile for transmitting the mechanical energy of the auxiliary source 26, on the one hand, to the master oscillator 22 and, on the other hand, secondly, to the braking pulse generator 50.
  • This is an advantageous variant insofar as the mechanical correction device requires a single source of mechanical energy.
  • the exhaust 32 maintains the resonator 28 via the mobile 36 which meshes with a pinion of the escape wheel 34, the latter communicates to the mobile 36 a rhythm and thus determines its average angular velocity (because advance step-by-step) which is a function of the reference frequency of the master oscillator.
  • the pivoting member 40 is mounted on an axis of rotation 43 and thus forms a rocker with two arms.
  • the first end 41 of the rocker cooperates with the control wheel 37, which carries pins 38 arranged to come successively in contact with said first end to actuate the rocker so as to first arm the generator pulse by pressing laterally against this first end to thereby pivot the rocker by compressing the spring 44.
  • the pulse generator is armed when the step-by-step advance of the control wheel to a step triggering a braking pulse when the pin in contact with the first end passes beyond this first end which is then released.
  • the braking device will be adjusted so that this release occurs positively during a determined step of the control wheel.
  • the latch 40 here forms a kind of hammer.
  • the rocker 40 has at its second end a relatively rigid leaf spring 42 which forms a braking pad.
  • the rocker is rotated, thanks to the pressure exerted by the spring 44 then compressed, in the direction of the shank 9 of the beam and the spring blade undergoes a substantially radial movement relatively to the axis of rotation of the pendulum as it approaches the serge.
  • the pulse generator is configured so that the braking pad comes into contact with the lateral surface 46 of the serge 9 during the first swing of the rocker after its release and so that it exerts on the balance a certain amount of torque. force to stop him momentarily.
  • the braking pulse generator is preferably configured so that the movement of the rocker is sufficiently damped so as to avoid rebounds which would generate a series of braking pulses instead of having a single braking pulse at the frequency of the braking pulse. braking. However, this damping is adjusted so that the brake shoe comes into contact with the rocker during the first swing of the rocker following its release.
  • the braking pulse generator is arranged so that the periodic braking pulses can have a certain duration, mainly by a dynamic dry friction.
  • the stiffness and the mass of the leaf spring 42 can be selected appropriately.
  • the leaf spring 42 dampens the shock during the impact of it on the beam while extending the contact time and generating frictional braking between the leaf spring and the braking surface provided on the beam.
  • We will also choose an adequate stiffness for the spring 44 and determine the position of the latch relative to the braking surface when the spring is at rest (position 'not deformed').
  • other parameters of the pulse generator will advantageously be adjusted, in particular the length of each of its two arms and the position of the anchoring of the spring on one of its two arms.
  • the balance of the master resonator is mounted on flexible blades.
  • the anchor of the exhaust may be formed of flexible blades defining a bistable system and do not have a rotated shaft.
  • the coupling between the anchor and the escape wheel is magnetic. In this case, we have a magnetic escapement with stop. Any high precision mechanical oscillator can therefore be incorporated into a timepiece according to the invention.
  • the master oscillator 22 oscillates at a natural frequency of 10 Hz and has an intrinsic accuracy greater than the slave oscillator 18 whose reference frequency is equal to 3 Hz.
  • the escape wheel 34 comprises twenty teeth and thus it performs a half turn per second (1/2 turn / s).
  • the control wheel carries five pins 38 regularly spaced on its serge.
  • the reduction ratio between the pinion of the escape wheel and the control wheel being provided here at 7.5 (6-tooth pinion and 45-toothed wheel), the control wheel 37 performs 1/15 turn per second (1). / 15 revolution / s) and the pulse generator is thus armed and released every third of a second, thus generating braking pulses at a frequency of 1/3 Hz (called 'braking frequency').
  • the mechanical correction device 20 generates a mechanical braking pulse every nine set periods, which corresponds substantially to one pulse per nine periods. oscillation of the main oscillator whose natural frequency is best adjusted to the target frequency.
  • the control wheel carries only one pin so as to generate a single braking pulse per revolution.
  • the braking frequency is equal to 1/15 Hz and a braking pulse occurs every forty-five periods.
  • the control wheel has two pins diametrically opposite. In this case, the braking frequency is equal to 2/15 Hz and a braking pulse occurs every twenty-two and a half periods, that is to say only every forty-five alternations (odd number) of the main oscillator slave 18.
  • the mechanical braking device 24 is arranged to be able to periodically apply to the mechanical resonator 6 braking pulses at a braking frequency selected only as a function of the reference frequency for the main oscillator slave and determined by the oscillator master auxiliary 22.
  • the mechanical braking device comprises a braking member capable of momentarily coming into contact with a braking surface of the slave mechanical resonator 6.
  • the braking member is movable and has a movement of va-and -which is controlled by a mechanical control device that periodically actuates it at a braking frequency, so that the braking member periodically comes into contact with the braking surface of the slave mechanical resonator to apply braking pulses thereto .
  • the mechanical system formed of the slave mechanical resonator 6 and the mechanical braking device 24, is configured so to allow the mechanical braking device to be able to start the periodic braking pulses at any position of the slave mechanical resonator at least in a certain continuous or quasi-continuous range of positions by which this mechanical slave resonator is likely to pass along. its general axis of oscillation.
  • the variant represented in FIG. 1 corresponds to a preferred variant in which the mechanical system is configured so as to allow the mechanical braking device to apply a mechanical braking pulse to the slave mechanical resonator at any instant of an oscillation period. in the useful operating range of the slave oscillator.
  • the outer lateral surface 46 of the serge 30 defines a continuous and circular braking surface, so that the pad 42 of the braking member 40 can exert a mechanical braking torque at any angular position of the sprung balance.
  • a braking pulse can begin at any angular position of the slave mechanical resonator between the two extreme angular positions (the two amplitudes of the slave oscillator respectively on both sides of the neutral position of its mechanical resonator). is likely to reach when the slave oscillator is functional.
  • the braking surface may be other than the external lateral surface of the balance beam. In a variant not shown, it is the central shaft of the balance which defines a circular braking surface. In this case, a pad of the braking member is arranged to exert a pressure against this surface of the central shaft during the application of the mechanical braking pulses.
  • the mechanical braking device 24 is arranged so that the periodic braking pulses each have essentially less than a quarter of the reference period for the oscillation of the mechanical slave oscillator 18.
  • the range of values for the average braking torque is between 0.2 ⁇ and 10 ⁇
  • the range of values for the duration of the braking pulses is between 5 ms and 20 ms and the range of values relative to the braking period for the application of the periodic braking pulses is between 0.5 s and 3 s.
  • the range of values for the average braking torque is between 0.1 ⁇ and 5 ⁇
  • the range of values for the duration of the periodic braking pulses is between 1 ms and 10 ms
  • the range of values for the braking period is between 3 s and 60 s, ie at least once a minute.
  • the slave main oscillator is not limited to a version comprising a balance-spring and an escapement with a stop, in particular of the Swiss anchor type.
  • Other mechanical oscillators may be provided, in particular with a flexible leaf rocker.
  • the exhaust may include a stop or be of continuous rotation type.
  • the auxiliary mechanical oscillator forming the master oscillator.
  • the master oscillator is the one that finally gives the high precision required for the march of the mechanical movement, we will try to select for him a mechanical oscillator that is as accurate as possible, knowing that this oscillator does not have to train the mechanism or mechanisms of the watch movement, including a mechanism indicating the time. This is illustrated by the second embodiment of the invention described hereinafter.
  • FIG 2A a second embodiment of a timepiece according to the invention.
  • the correction device is formed by a master mechanical oscillator 54 and a mechanical braking device 56 which comprises a braking pulse generating mechanism 50 similar to that presented in the context of the first embodiment.
  • the resonator 6, similar to that of Figure 1, and the pulse generator 50 will not be described here again in detail.
  • the master oscillator 54 is of the magnetic escaping type. It comprises a resonator 60 formed of a rocker 62 and a hairspring 66 (shown schematically). In a variant, the balance is mounted on flexible blades.
  • This balance has two arms which are located on two sides of its pivot axis and which carry at their respective ends two magnets 63 and 64. These two magnets are used to couple the resonator 60 to an escape wheel 68.
  • This wheel of exhaust and the magnets 63 and 64 form the magnetic escapement of the master oscillator 54.
  • the escape wheel comprises a magnetic structure formed of two annular tracks 70 and 72. Each of the two annular tracks has an alternation of annular sectors 74 and 76, a sector 74 and an adjacent sector 76 together defining an angular period of the magnetic structure. Both tracks are angularly out of phase by half a period.
  • a sector 74 has at least one physical characteristic or defines at least one physical parameter, relative to the magnets carried by the pendulum, which is different from a similar physical characteristic of a sector 76 or of a similar physical parameter defined by a sector 76.
  • the magnetic potential for any of the two magnets passing over a sector 74 is different from the magnetic potential that it has when passing over a sector 76.
  • the escape wheel rotates, it causes the resonator 60 to swing to its own oscillation frequency (natural frequency) which then imposes a continuous rotational speed on the escape wheel according to the value of this frequency of oscillation, here called 'reference frequency'.
  • the escape wheel advances an angular period of the magnetic structure per oscillation period of the balance 62. It will be noted that if the resonator is directly excited and oscillates at its resonant frequency (natural frequency ), then the escape wheel is rotated at the above-mentioned continuous rotational speed.
  • continuous rotation speed it is understood here that the wheel rotates without stopping; but there may be a periodic variation in speed.
  • the sectors 74 are formed of a ferromagnetic material while the sectors 76 are formed of a non-magnetic material.
  • the sectors 74 are formed of a magnetic material while the sectors 76 are formed of a non-magnetic material.
  • the sectors 74 are formed of a material magnetized in a first direction while the sectors 76 are formed of a magnetized material in a second direction opposite to the first direction (opposite polarities). In the latter case, each of the two magnets 63 and 64 undergoes a magnetic repulsion force above one of the two sectors and a magnetic attraction force above the other sector.
  • Other improved variants are described in the patent application EP 2 891 930. Reference can be made to this document to understand in more detail the operation of the master oscillator 54.
  • the escape wheel carries at its periphery a finger 58 arranged to be able to actuate the pulse generator 50 at each turn made by the escape wheel.
  • This finger belongs to the braking device 56 and its role is similar to a pin 38 of the first embodiment. So, the escape wheel and the actuating finger 58 together form a control mechanism of the pulse generator 50.
  • a sequence of the operation of the correction device of the second embodiment is given in Figures 2A to 2D.
  • the pulse generator 50 is at rest and the actuating finger 58 is progressively rotating in its direction.
  • Figure 2B the actuating finger has contacted the end 41 of the latch 40 and the latch 40 has begun to rotate in a clockwise direction. The pulse generator is thus armed.
  • the finger slides along the end 41 until it loses contact with this end, which releases the rocker and then triggers the generation of a braking pulse, an event which is represented in FIG. Figure 2C.
  • the spring 44 compressed in advance causes, during a first swing, the rocker in a counterclockwise direction and the spring blade 42, defining a braking pad, press against the braking surface 46 of the balance rod during a certain time interval.
  • the rocker turns clockwise again during a second swing and then it oscillates around the rest position of the pulse generator undergoing damping, as shown in Figure 2D. Finally, the rocker stabilizes until the actuating finger has completed a new turn.
  • the reference frequency of the master oscillator 54 is equal to 12 Hz and the magnetic structure of the escape wheel has magnetic periods of 30 °, ie 12 periods in total.
  • the brake pulse generating mechanism is therefore actuated at a braking frequency of 1 Hz because the escape wheel performs one revolution per second.
  • the number of magnetic periods is equal to 24 so that the braking frequency is then equal to 2 Hz.
  • FIG. 3 shows a third embodiment of a timepiece according to the invention.
  • Timepiece 80 (represented in part) is distinguished from that of Figure 1 by only a few characteristics of the slave main resonator 6A and the braking pulse generating mechanism 50A.
  • the resonator 6A comprises a serge 9A having cavities 84 (in the general plane of the balance) in which are housed screws 82 for balancing the balance.
  • the outer lateral surface 46A of the beam no longer defines a continuous circular surface, but a discontinuous circular surface with four continuous angular sectors.
  • the leaf spring 42 has a contact surface with an extent such that braking pulses remain possible for any angular position of the beam 8A, even when a cavity is opposite the leaf spring, as shown. in Figure 3.
  • the flip-flop 40A of the pulse generator 50A is held in a central portion by two elastic strips 86A and 86B which respectively extend on both sides of the rocker, which can thus pivot about an axis fictitious defined by the two elastic blades.
  • the two resilient blades are fixed to two studs each having a slot in which is rigidly inserted a blade end.
  • a damper 88 is associated with the flip-flop 40A so as to sufficiently damp the oscillation of this flip-flop, after the generation of a first braking pulse, in order to prevent other significant braking pulses from being applied to the resonator 6A in a braking period following this first braking pulse.
  • Figures 4 and 5 are schematically shown two alternative configurations for the general arrangement of a timepiece according to the invention.
  • Figure 4 relates to a preferred arrangement that has been implemented in the previously described embodiments.
  • a main source of mechanical energy formed by a main cylinder, transmits its energy, via a main transmission, to a slave oscillator 92 and to a mechanical mechanism. indication of the time whose operation is clocked by this slave oscillator.
  • a braking device is arranged to brake the slave resonator, the intensity of this braking periodically varying at a braking frequency, as already exposed.
  • This braking device is part of a mechanical correction device independent of the elements of the main part of the mechanical movement.
  • the mechanical correction device comprises an auxiliary source of mechanical energy formed by an auxiliary barrel which is distinct from the main barrel.
  • This auxiliary barrel supplies its energy, via an auxiliary transmission, on the one hand to the master oscillator 94 and on the other hand to the braking device.
  • the energy is supplied to the braking device through the auxiliary transmission (version V1), a mobile of this auxiliary transmission forming a control mechanism of the pulse generator which not only determines the instants of triggering the braking pulses but in addition transmits the energy necessary to arm this pulse generator.
  • the escape wheel which performs directly with the actuating finger these two functions (version V2).
  • This arrangement has the advantage of completely separating mobiles in connection with the slave oscillator of mobiles in connection with the master oscillator. This makes it possible to avoid any coupling between the two oscillators which could possibly influence the operation and accuracy of the master oscillator.
  • the only interaction expected between the slave oscillator and the master oscillator is constituted by the braking pulses.
  • Figure 5 shows an alternative general arrangement that may be considered. It is characterized in that the main part of the watch movement and the correction device have in common a single source of energy, namely a barrel supplying its energy, via a possible common transmission, to a differential mechanism which distributes this energy on the one hand to the slave oscillator 92 and the time indicating mechanism and, on the other hand, to the master oscillator 94 and the braking device. It should be noted that this alternative does not prevent several barrels in series or in parallel supplying energy to the differential mechanism.
  • the first graph indicates the instant tpi at which a braking pulse P1, respectively P2, is applied to the mechanical resonator considered to effect a correction of the operation of the mechanism which is clocked by the mechanical oscillator formed by this resonator.
  • the last two graphs respectively show the angular velocity (values in radians per second: [rad / s]) and the angular position (values in radian: [rad]) of the oscillating organ (later also 'the pendulum') of the mechanical resonator over time.
  • the curves 90 and 92 respectively correspond to the angular speed and the angular position of the freely oscillating rocker (oscillation at its natural frequency) before the intervention of a braking pulse.
  • the speed curves 90a and 90b corresponding to the behavior of the resonator respectively in the case disturbed by the braking pulse and the undisturbed case.
  • the position curves 92a and 92b correspond to the behavior of the resonator respectively in the case disturbed by the braking pulse and the undisturbed case.
  • the instants tpi and tp2 to which the braking pulses P1 and P2 correspond to the temporal positions of the middle of these pulses.
  • the beginning of the braking pulse and its duration are considered as the two parameters which define a braking pulse temporally.
  • the pulses P1 and P2 are represented in FIGS. 6 and 7 by binary signals.
  • mechanical braking pulses applied to the mechanical resonator and not control pulses are considered.
  • the control pulse can intervene at least in part before the application of a mechanical braking pulse.
  • the braking pulses P1, P2 correspond to the mechanical braking pulses applied to the resonator and not to previous control pulses.
  • the braking pulses may be applied with a constant force torque or a non-constant force torque (for example substantially in a Gaussian or sinusoidal curve).
  • braking pulse it is understood the momentary application of a force torque to the mechanical resonator which brakes its oscillating member (balance), that is to say which opposes the oscillating movement of this oscillating member.
  • the duration of the pulse is generally defined as the portion of this pulse that has a significant torque force to brake the mechanical resonator.
  • a braking pulse can have a large variation. It can even be chopped and form a succession of shorter pulses.
  • each braking pulse can either brake the mechanical resonator without stopping it, as in Figures 6 and 7, either stop it during the braking pulse and stop momentarily during the rest of this braking pulse.
  • Each free oscillation period T0 of the mechanical oscillator defines a first alternation A0 1 followed by a second alternation AO 2 each intervening between two extreme positions defining the amplitude of oscillation of this mechanical oscillator, each alternation having an identical duration TO / 2 and having a passage of the mechanical resonator by its zero position at a median time.
  • the two successive alternations of an oscillation define two half-periods during which the rocker is respectively subjected to an oscillation movement in one direction and then an oscillation movement in the other direction.
  • an alternation here corresponds to a rocking of the balance in one direction or the other direction between its two extreme positions defining the amplitude of oscillation.
  • a new alternation A1 during which a braking pulse P1 occurs.
  • ÎDI begins the alternation A1
  • the resonator 14 occupying a maximum positive angular position corresponding to an extreme position.
  • the braking pulse P1 at the instant tpi which is located before the median moment tm at which the resonator passes through its neutral position and therefore also before the corresponding median instant ÎNO of the undisturbed oscillation.
  • the alternation A1 ends at the final instant ÎFL
  • the braking pulse is triggered after a time interval TAI following the time ÎDI marking the beginning of the alternation A1.
  • the duration TAI is less than half-alternation TO / 4 less the duration of the braking pulse P1. In the example given, the duration of this braking pulse is much less than a half-alternation TO / 4.
  • the braking pulse is generated between the beginning of an alternation and the passage of the resonator by its neutral position in this alternation.
  • the angular speed in absolute value decreases at the moment of the braking pulse P1.
  • Such a braking pulse induces a negative phase shift Tci in the oscillation of the resonator, as shown in FIG. 6 the two curves 90a and 90b of the angular velocity and also the two curves 92a and 92b of the angular position, that is, a delay relative to the undisturbed theoretical signal (shown in broken lines).
  • the duration of the alternation A1 is increased by a time interval Tci.
  • the oscillation period T1, comprising the alternation A1 is therefore extended relative to the value TO.
  • the braking pulse P2 at time tp2 which is located in the alternation A2 after the median time tN2 at which the resonator passes through its neutral position. Finally, after the braking pulse P2, this alternation A2 terminates at the final time tF2 at which the resonator again occupies an extreme position (maximum positive angular position in the period T2) and therefore also before the corresponding final instant ÎFO de undisturbed oscillation.
  • the braking pulse is triggered after a time interval TA2 following the initial time tD2 of the alternation A2.
  • the duration TA2 is greater than a half-alternation TO / 4 and less than an alternation TO / 2 less the duration of the braking pulse P2.
  • the duration of this braking pulse is much less than half a half cycle.
  • the braking pulse is thus generated, in an alternation, between the median instant at which the resonator passes through its neutral position (zero position) and the final instant at which this alternation ends.
  • the angular speed in absolute value decreases at the moment of the braking pulse P2.
  • the braking pulse here induces a positive time phase shift Tc2 in the oscillation of the resonator, as shown in Figure 4 the two curves 90b and 90c of the angular velocity and also the curves 92b and 92c of the position angular, an advance relative to the undisturbed theoretical signal (shown in broken lines).
  • the duration of the alternation A2 is reduced by the time interval Tc2.
  • the oscillation period T2 comprising the alternation A2 is therefore shorter than the value T0. This consequently generates a point increase in the frequency of the mechanical oscillator and a momentary acceleration of the associated mechanism whose operation is clocked by this mechanical oscillator. This phenomenon is surprising and unintuitive, which is why the skilled person ignored it in the past. Indeed, get an acceleration of the mechanism by a braking impulse is a priori surprising, but such is the case when this step is clocked by a mechanical oscillator and the braking pulse is applied to its resonator.
  • the aforementioned physical phenomenon for mechanical oscillators is involved in the synchronization method implemented in a timepiece according to the invention. Unlike general education in the horological field, it is possible not only to reduce the frequency of a mechanical oscillator by braking pulses, but it is also possible to increase the frequency of such a mechanical oscillator also by braking pulses. The person skilled in the art expects to be able to practically only reduce the frequency of a mechanical oscillator by braking pulses and, as a corollary, to be able only to increase the frequency of such a mechanical oscillator by the application of driving pulses. during a supply of energy to this oscillator.
  • the application of a braking torque during an alternation of the oscillation of a sprung balance causes a negative or positive phase shift in the oscillation of this sprung balance depending on whether this braking torque is applied respectively before or after the sprung balance has passed through its neutral position.
  • FIG. 8A is shown the angular position (in degrees) of a resonator mechanical watch oscillating with an amplitude of 300 ° during a period of oscillation of 250 ms.
  • FIG. 8B shows the daily error generated by millisecond (1 ms) braking pulses applied in successive oscillation periods of the mechanical resonator as a function of the moment of their application within these periods and therefore according to the angular position of the mechanical resonator.
  • the mechanical oscillator operates freely at a natural frequency of 4 Hz (undisturbed case).
  • FIG. 8C is given the braking power consumed for the three aforementioned force torque values as a function of the time of application of the braking pulse during an oscillation period.
  • braking power also decreases.
  • the error generated in FIG. 8B may correspond to a correction in the case where the mechanical oscillator has a natural frequency that does not correspond to a reference frequency.
  • braking pulses occurring in the second or fourth quarter of the oscillation period can allow correction of the delay taken by the free oscillation (undisturbed), this correction being more or less strong depending on the moment of the braking pulses within the oscillation period.
  • braking pulses occurring in the first or third quarter of the oscillation period may allow a correction of the advance taken by the free oscillation, this correction being more or less strong depending on the moment of the braking pulses in the oscillation period.
  • the braking frequency is thus proportional to the reference frequency for the master oscillator and depends only this reference frequency as soon as the positive integer N is given.
  • the braking frequency is therefore proportional to the reference frequency and determined by this reference frequency, which is provided by the auxiliary mechanical oscillator which is by nature or by construction more accurate than the main mechanical oscillator.
  • FIG. 9 is represented on the top graph the angular position of the slave mechanical resonator, in particular the spiral balance of a clock resonator, oscillating freely (curve 100) and oscillating with braking (curve 102).
  • the first mechanical braking pulses 104 (hereinafter also referred to as "pulses") occur here once per half-wave oscillation period. between the passage through an extreme position and the passage through zero. This choice is arbitrary because the planned system does not detect the angular position of the mechanical resonator; it is therefore just one possible hypothesis among others that will be analyzed later. We are here in the case of a slowing down of the mechanical oscillator.
  • the braking torque for the first braking pulse is provided here greater than a minimum braking torque to compensate for the advance that the free oscillator takes over an oscillation period. This has the consequence that the second braking pulse takes place a little before the first inside the quarter period where these pulses occur.
  • Curve 106 which gives the instantaneous frequency of the mechanical oscillator, in fact indicates that the instantaneous frequency decreases below the reference frequency at the first pulse.
  • the second braking pulse is closer to the foregoing extreme position, so that the effect of braking increases and so on with subsequent pulses.
  • the instantaneous frequency of the oscillator thus gradually decreases and the pulses are gradually approaching an extreme position of the oscillation.
  • the braking pulses include the passage through the extreme position where the speed of the mechanical resonator changes direction and the instantaneous frequency then begins to increase. Braking is unique in that it opposes the movement of the resonator whatever the direction of its movement. Thus, when the resonator goes through an inversion of the direction of its oscillation during a braking pulse, the braking torque automatically changes sign at the moment of this inversion. There are then braking pulses 104a which have, for the braking torque, a first part with a first sign and a second part with a second sign opposite to the first sign. In this situation, there is therefore the first part of the signal which comes before the extreme position and which opposes the effect of the second part which comes after this extreme position.
  • the second part decreases the instantaneous frequency of the mechanical oscillator
  • the first part increases it.
  • the correction then decreases to stabilize finally and relatively quickly to a value for which the instantaneous frequency of the oscillator is equal to the reference frequency (corresponding here to the braking frequency).
  • the oscillation frequency is substantially equal to the target frequency and where the first and second portions of the braking pulses has a substantially constant and defined ratio.
  • the first pulses 104 intervene in FIG. the same half-wave as in Figure 9.
  • the graphs of FIG. 11 are analogous to those of FIG. 10.
  • the major difference comes from the fact that the first braking pulses 14 occur in another half-waveform than in FIG. 10, namely in a half wave. alternation between the zero crossing and the passage through an extreme position.
  • an increase in the instantaneous frequency given by the curve 1 12 is observed here in a transient phase.
  • the braking torque for the first braking pulse is provided here greater than a minimum braking torque to compensate. the delay that the free mechanical oscillator takes over a period of oscillation. This has the consequence that the second braking pulse takes place a little after the first inside the quarter period where these pulses occur.
  • the curve 1 12 indicates that the instantaneous frequency of the oscillator increases above the reference frequency from the first pulse.
  • the second braking pulse is closer to the end position that follows, so that the effect of braking increases and so on with subsequent pulses.
  • the instantaneous frequency of the oscillation with braking 1 14 therefore increases and the braking pulses are gradually approaching an extreme position of the oscillation.
  • the braking pulses include the passage through the extreme position where the speed of the mechanical resonator changes direction. From that moment, we have a phenomenon similar to that explained above.
  • the braking pulses 1 14a then have two parts and the second part decreases the instantaneous frequency.
  • This decrease in the instantaneous frequency continues until it has a value equal to the value of setpoint for the same reasons as given with reference to FIGS. 9 and 10.
  • the frequency decrease stops automatically when the instantaneous frequency is substantially equal to the reference frequency. This results in a stabilization of the frequency of the mechanical oscillator at the reference frequency in a synchronous phase.
  • Figure 12 shows a period of oscillation with the curve S1 of the positions of a mechanical resonator.
  • the natural oscillation frequency F0 of the free mechanical oscillator (without braking pulses) is greater than the reference frequency FOc (F0> FOc).
  • the oscillation period conventionally comprises a first alternation A1 followed by a second alternation A2, each between two extreme positions (tm-i, Am-i; tm, Am; tm + i, A m + i) corresponding to the amplitude oscillation.
  • a braking pulse 'Imp1' whose middle time position intervenes at a time ti and, in the second alternation, another braking pulse 'Imp2' whose middle time position intervenes at a moment t2.
  • the pulses Imp1 and Imp2 have a phase shift of TO / 2, and they are particular because they correspond, for a given profile of the braking torque, to corrections generating two unstable equilibriums of the system.
  • pulses Imp1 and Imp2 are both first pulses, each being considered for herself in the absence of the other. It will be noted that the effects of pulses Imp1 and Imp2 are identical.
  • the pulse will quickly drift to the extreme position A m .
  • the following pulses will progressively approach the next extreme position A m .
  • the same behavior is observed in the second alternation A2. If a pulse occurs to the left of pulse Imp2 in zone Z2a, the following pulses will progressively move closer to the previous extreme position A m . On the other hand, if a pulse occurs to the right of pulse Imp2 in zone Z2b, the following pulses will progressively approach the next extreme position A m + 1.
  • Figure 13 shows the synchronous phase corresponding to a final stable situation occurring after the transient phase described above.
  • this extreme position will be stalled on the braking pulses provided that these braking pulses are configured (the torque and the duration) to be able to sufficiently correct the time drift of the free mechanical oscillator at least by a braking pulse occurring entirely, as the case may be, just before or just after an extreme position.
  • the extreme position A m -i of the oscillation is locked to the impulses Impl a, or the extreme position A m of the oscillation is set on impulses Impl b.
  • the impulses Impl a and Impl b each have a first part whose duration is shorter than that of their second part, so as to correct exactly the difference between the too high natural frequency of the slave main oscillator and the set frequency imposed by the master auxiliary oscillator.
  • the extreme position A m of the oscillation is locked to the pulses Imp2a, or the extreme position A m + i of the oscillation is set to Imp2b pulses.
  • Imp2a and Imp2b occupy stable relative time positions. Indeed, a slight deviation to the left or right of one of these pulses, due to an external disturbance, will have the effect of reducing a next pulse to the initial relative time position. Then, if the time drift of the mechanical oscillator varies during the synchronous phase, the oscillation will automatically undergo a slight phase shift so that the ratio between the first part and the second part of the impulses Impl a, respectively Impl b, Imp2a and Imp2b varies in a measure which adapts the correction generated by the braking pulses to the new frequency difference. Such behavior of the timepiece according to the present invention is truly remarkable.
  • Figures 14 and 15 are similar to Figures 12 and 13, but for a situation where the natural frequency of the oscillator is lower than the target frequency. Therefore Imp3 and Imp4 pulses, corresponding to an unstable equilibrium situation in the correction made by the braking pulses, are respectively located in the second and fourth quarter period (times t3 and U) where the pulses cause an increase in the oscillation frequency.
  • the explanations in detail will not be repeated here because the behavior of the system follows from the preceding considerations.
  • the transient phase (FIG. 14) if an impulse occurs in the alternating A3 on the left of the pulse Imp3 in the zone Z3a, the previous extreme position (tm-i, A m -i) will progressively approach the subsequent pulses.
  • the pulses Imp3a and Imp3b each have a first portion whose duration is longer than that of their second part, so as to correct exactly the difference between the natural frequency too low of the oscillator main slave and the set frequency imposed by the master auxiliary oscillator.
  • the correction device of the The invention is effective and rapidly synchronizes the frequency of the mechanical oscillator, timing the movement of the mechanical movement, to the reference frequency which is determined by the reference frequency of the master auxiliary oscillator, which controls the braking frequency at which the Braking pulses are applied to the resonator of the mechanical oscillator. This remains true if the natural frequency of the mechanical oscillator varies and even if it is, in certain periods of time, greater than the reference frequency, while in other periods of time it is lower than this reference frequency.
  • the teaching given above and the synchronization obtained thanks to the characteristics of the timepiece according to the invention also apply to the case where the braking frequency for the application of the braking pulses is not equal to the setpoint frequency.
  • the pulses occurring at the unstable positions correspond to corrections to compensate the temporal drift during a single oscillation period.
  • the predicted braking pulses have a sufficient effect to correct a time drift during several oscillation periods, it is then possible to apply a single pulse per time interval equal to these several oscillation periods. We will then observe the same behavior as for the case where a pulse is generated by oscillation period.
  • Figures 16 and 17 show the synchronous phase for a variant with a braking frequency FFR equal to one quarter of the target frequency, a braking pulse therefore occurring every four periods of oscillation.
  • Figures 18 and 19 are partial enlargements respectively of Figures 16 and 17.
  • Figure 17 relates to a case where the natural frequency of the main oscillator is greater than this reference frequency. It is observed that only the oscillation periods T1 * and T2 * , in which intervene braking pulses Impl b or Imp2a, respectively Imp3b or Imp4a, have a variation relative to the natural period T0 * .
  • the braking pulses generate a phase shift only in the corresponding periods.
  • the periods snapshots oscillate around an average value that is equal to that of the set period.
  • the instantaneous periods are measured from a zero crossing on a rising edge of the oscillation signal to such a next pass.
  • the synchronous pulses that occur at the extreme positions are fully encompassed in periods of oscillation.
  • Figure 20 shows the specific case where the natural frequency is equal to the target frequency.
  • the oscillation periods T0 * remain all equal, the impulse pulses Imp5 occurring exactly at extreme positions of the free oscillation with first and second parts of these pulses which have identical durations (case of a constant braking torque), so that the effect of the first part is canceled by the opposite effect of the second part.
  • the total temporal error increases linearly as a function of time, whereas this error stabilizes rapidly after the activation of the correction device.
  • the total error also called 'cumulative error'
  • the timepiece indicates by the following an hour with a precision corresponding to that of the oscillator master incorporated in this timepiece and associated with the braking device.
  • Figure 22 shows the evolution of the amplitude of the slave mechanical oscillator after the engagement of the correction device according to the invention.
  • the transient phase there is a relatively marked decrease in amplitude in a case where the first pulse is near the zero position (neutral position).
  • the various braking pulses occurring in particular in a first part of this transient phase generate relatively high energy losses, which follows from the graph of FIG. 8C. Subsequently, the energy losses decrease rather quickly and finally become minimal for a given correction in the synchronous phase.
  • the part according to the invention also has the benefit of stabilizing in a synchronous phase for which the energy dissipated by the oscillator, due to the braking pulses provided, is minimal. Indeed, the oscillator has after stabilization of its amplitude the smallest possible amplitude decrease for the braking pulses provided.
  • the device for correcting the gait of a mechanical movement that generates the synchronization according to the invention therefore has a minimized influence for the power reserve.
  • the braking pulses each have a duration less than 1/10 of the reference period.
  • the braking pulses each have a duration between 1/250 and 1/40 of said set period. In the latter case, for a reference frequency equal to 4 Hz, the duration of the pulses is between 1 ms and 5 ms.
  • timepieces with mechanical resonators having a circular braking surface enabling the braking device to apply a mechanical braking pulse to the slave mechanical resonator substantially at all times of a moment. oscillation period in the useful operating range of the slave oscillator.
  • the stable synchronization can already be obtained, after a certain period of time, with a mechanical system, formed of the slave mechanical resonator and the mechanical braking device, which is configured to allow the mechanical braking device to be able to start periodic braking pulses at any position of the slave mechanical resonator only in a continuous or quasi-continuous range of positions of this defined resonator, of a first of two sides of the neutral position of the slave mechanical resonator, by the range of amplitudes of the slave oscillator for its useful operating range.
  • this range of positions is increased, on the minimum amplitude side, at least by an angular distance corresponding to the duration of a braking pulse, so that allow for a minimum amplitude a braking pulse by a dynamic dry friction. So that the mechanical system can act in all the alternations and not only in all periods of oscillation, it is then necessary for this mechanical system to be configured so as to allow the mechanical braking device to also be able to start the periodic braking pulses. at any position of the mechanical resonator of the second of two sides of said neutral position, in the amplitude range of the slave mechanical oscillator for its useful operating range.
  • the range of positions is also increased, on the minimum amplitude side, at least by an angular distance substantially corresponding to the duration of a braking pulse.
  • the above-mentioned continuous or quasi-continuous range of positions of the slave mechanical resonator extends, from a first of two sides of its neutral position, at least over the amplitude range that the slave oscillator is capable of having on this first side for a useful operating range of this slave oscillator and advantageously in addition, on the side of a minimum amplitude of the amplitudes range, at least over an angular distance substantially corresponding to the duration of the pulses of braking.
  • the aforementioned mechanical system is configured to allow the mechanical braking device it is also possible to start the periodic braking pulses at any position of the slave mechanical resonator, the second of the two sides of its neutral position, at least in a second continuous or quasi-continuous range of positions of this slave mechanical resonator extending over the amplitude range that the slave oscillator is likely to have from this second side for said useful operating range and advantageously in addition, on the side of a minimum amplitude of the latter range of amplitudes, at least on said first angular distance.
  • two categories of periodic braking pulses can be distinguished in relation to the intensity of the mechanical force torque applied to the slave mechanical resonator and the duration of the periodic braking pulses.
  • the braking torque and the duration of the braking pulses are provided, for the useful operating range of the slave oscillator, so as not to momentarily block the mechanical resonator slave during the periodic braking pulses at the less in most of the possible transitional phase that has been described previously.
  • the system is arranged so that the mechanical braking torque can be applied to the slave mechanical resonator, at least in the major part of the possible transient phase, during each braking pulse.
  • the oscillating member and the braking member are arranged in such a way that the periodic braking pulses can be applied, at least during most of the possible transient phase, mainly by a dynamic dry friction between the braking member and a braking surface of the oscillating member.
  • the mechanical braking torque and the duration of the periodic braking pulses are provided so as to block the mechanical resonator during periodic braking pulses at least in their terminal part.
  • a momentary blocking of the slave mechanical resonator by the periodic braking pulses is provided in the synchronous phase whereas, in an initial part of the eventual transient phase, where the periodic braking pulses occur. outside the extreme positions of the slave mechanical resonator, the latter is not blocked by these periodic braking pulses.
  • FIGS. 23A to 23C show a sequence of the operation of a correction device in a fourth embodiment of a timepiece according to the invention. Only the slave main resonator 6 and the mechanical correction device 52A have been represented.
  • the correction device is formed by a master auxiliary oscillator 96 and by a braking device 56A, similar to that presented in the context of the first embodiment, which comprises a braking pulse generating mechanism 50A.
  • the master oscillator 96 is related to the oscillator 54 of the second embodiment. Its operation is analogous and will not be described here again. It is distinguished by its resonator 98 formed by a tuning fork which carries at the free ends of its two vibrating branches respectively two magnets 99 and 100 which have an axial magnetization.
  • the tuning fork has a fundamental resonance mode with its two branches oscillating in phase opposition and that the two magnets 99 and 100 that it carries are arranged at rest diametrically opposite to the axis of rotation of the escape wheel, the number of magnetic periods of the magnetic structure of the escape wheel is planned pair.
  • the tuning fork may have a relatively high natural frequency, so that it is envisaged in a variant to arrange the actuating finger 58 on a mobile of an auxiliary transmission train with the mechanical energy necessary for the operation of the device. correction 52A, this mobile rotating at a lower speed than the escape wheel 68.
  • the operation of the correction device differs from that of the preceding embodiments in that the control mechanism formed by the escape wheel 68 and the actuating finger 58 acts as the reverse on the brake pulse generating mechanism 50A.
  • the control mechanism formed by the escape wheel 68 and the actuating finger 58 acts as the reverse on the brake pulse generating mechanism 50A.
  • the force of the spring 44A can here be very small, but preferably sufficient damping is provided to prevent oscillation of the rocker, following its release, generating a second parasitic braking pulse during the braking period following the first pulse.
  • the duration of the braking pulses is determined by the angular distance on which the actuating finger remains in contact with the end of the rocker following the moment when the leaf spring touches the braking surface. This angular distance can be adjusted to a given value by adjusting in particular the length of the actuating finger. It will be noted that the braking torque increases here during the braking pulse and then decreases almost instantaneously as soon as the rocker is released. This force torque can be adjusted to a given value in particular according to the stiffness of the leaf spring and the length ratio between the two arms of the rocker.
  • FIGs 24A-24C is shown a sequence of the operation of a correction device in a fifth embodiment of a timepiece according to the invention. Only the slave main resonator 6 and part of the mechanical correction device has been shown.
  • the correction device is formed by a master auxiliary oscillator 22A, of which only the escape wheel 34A has been shown (its resonator and the anchor being similar to those shown in FIG. 1), and by a braking device 56A.
  • the escape wheel rotates step by step with an angular velocity determined by the reference frequency of the master resonator.
  • the braking device comprises a braking pulse generating mechanism 50A similar to that presented above in the context of the fourth embodiment. This pulse generator operates in the same manner as that of the fourth embodiment.
  • the control mechanism 48A of the braking device is formed here by the escape wheel and by two pins 38 fixed on this wheel diametrically opposite.
  • the control mechanism advances by step.
  • the generation of a braking pulse is provided during a step of the escape wheel (Figure 24B).
  • This wheel has for example 15 teeth and the master oscillator 22A operates at a reference frequency of 7.5 Hz.
  • the escape wheel performs 1/2 turn per second so that the braking pulses are made at a frequency of 1 Hz braking.
  • the wheel 34A takes two steps and advances by an angular distance equal to 24 °, so that at least one of the two steps corresponds to a rotation of at least 12 °.
  • the end 41 of the flip-flop 40 is configured and positioned relative to the circle described by the pins 38 in rotation so as to allow the braking pulse to be completely effected at a given pitch of the control wheel. Note that it is advantageous that the rocker is already rotated during a step of the control wheel preceding that which occurs to generate a braking pulse. In this case, care will be taken to arrange the braking device so that the leaf spring 42 rotates towards the braking surface 46 of the beam when said previous step without touching this braking surface, but stopping at a short distance from it (Figure 24A).
  • FIG. 24A represents a first state of the braking device at the end of a determined pitch of the wheel 34A.
  • Figure 24B shows a second state of the braking device at a first step following said determined step (application of a braking pulse to the balance 8).
  • Fig. 24C corresponds to a third state where the wheel 34A has completed the first step shown in Fig. 24B, before a second step follows directly following said first step. Since during a step, the wheel 34A rotates very quickly (free rotation), the duration of the braking pulses can be thus relatively short.

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Abstract

La pièce d'horlogerie mécanique est munie d'un mouvement qui comprend un mécanisme indicateur d'au moins une donnée temporelle, un résonateur mécanique (6) formant un oscillateur esclave qui cadence la marche du mécanisme indicateur, et un dispositif mécanique de correction (52) pour prévenir une dérive temporelle éventuelle dans la marche du mécanisme indicateur. Le dispositif mécanique de correction est formé par un oscillateur mécanique maître (54) et un dispositif mécanique (56) de freinage du résonateur mécanique, ce dispositif de freinage étant agencé pour pouvoir appliquer périodiquement audit résonateur mécanique des impulsions de freinage mécanique à une fréquence de freinage déterminée par l'oscillateur mécanique maître. Ensuite, le système mécanique, formé dudit résonateur mécanique et du dispositif de freinage, est configuré de manière à permettre au dispositif de freinage de pouvoir débuter les impulsions de freinage de préférence à n'importe quelle position dudit résonateur mécanique. De préférence, les impulsions de freinage ont une durée inférieure au quart d'une période de consigne.

Description

P I ECE D' HORLOG E R I E M ECAN IQU E COM P RENANT U N MOUVEM ENT DONT LA MARC H E EST AM ÉLIO RÉE PAR U N
D ISPOS ITI F DE CORRECTION
Domaine technique
La présente invention concerne une pièce d'horlogerie mécanique comprenant un mouvement dont la marche est améliorée par un dispositif de correction d'une dérive temporelle éventuelle dans le fonctionnement de l'oscillateur mécanique qui cadence la marche du mouvement.
En particulier, la pièce d'horlogerie mécanique est formée, d'une part, par un mouvement comprenant :
- un mécanisme indicateur d'au moins une donnée temporelle, - un résonateur mécanique susceptible d'osciller le long d'un axe général d'oscillation autour d'une position neutre correspondant à son état d'énergie potentielle minimale,
- un dispositif d'entretien du résonateur mécanique formant avec ce dernier un oscillateur mécanique qui est agencé pour cadencer la marche du mécanisme indicateur, chaque oscillation de cet oscillateur mécanique définissant une période d'oscillation,
et, d'autre part, par un dispositif de correction d'une dérive temporelle éventuelle dans le fonctionnement de l'oscillateur mécanique susmentionné. Une telle dérive temporelle intervient notamment lorsque la période d'oscillation naturelle moyenne dudit oscillateur mécanique n'est pas égale à une période de consigne. Cette période de consigne est déterminée par un oscillateur auxiliaire qui est incorporé dans le dispositif de correction.
Arrière-plan technologique Des pièces d'horlogerie telles que définies dans le domaine de l'invention ont été proposées dans quelques documents antérieurs. Le brevet CH 597 636, publié en 1977, propose une telle pièce d'horlogerie en référence à sa figure 3. Le mouvement est équipé d'un résonateur formé par un balancier-spiral et d'un dispositif d'entretien classique comprenant une ancre et une roue d'échappement en liaison cinématique avec un barillet muni d'un ressort. Ce mouvement horloger comprend en outre un dispositif électronique de régulation de la fréquence de son oscillateur mécanique. Ce dispositif de régulation comprend un circuit électronique et un ensemble magnétique formé d'une bobine plate, agencée sur un support sous la serge du balancier, et de deux aimants montés sur le balancier et agencés proches l'un de l'autre de manière à passer tous deux au-dessus de la bobine lorsque l'oscillateur est activé.
Le circuit électronique comprend une base de temps comprenant un résonateur à quartz et servant à générer un signal de fréquence de référence FR, cette fréquence de référence étant comparée avec la fréquence FG de l'oscillateur mécanique. La détection de la fréquence FG de l'oscillateur est réalisée via les signaux électriques générés dans la bobine par la paire d'aimants. Le circuit de régulation est agencé pour pouvoir engendrer momentanément un couple de freinage via un couplage magnétique aimant- bobine et une charge commutable reliée à la bobine.
L'utilisation d'un système électromagnétique du type aimant-bobine pour coupler le balancier-spiral avec le dispositif de régulation électronique engendre divers problèmes. Premièrement, l'agencement d'aimants permanents sur le balancier a pour conséquence qu'un flux magnétique est constamment présent dans le mouvement horloger et que ce flux magnétique varie spatialement de manière périodique. Un tel flux magnétique peut avoir une action néfaste sur divers organes ou éléments du mouvement horloger, notamment sur des éléments en matériau magnétique comme des pièces en matériau ferromagnétique. Ceci peut avoir des répercussions sur le bon fonctionnement du mouvement horloger et également augmenter des usures d'éléments pivotés. On peut certes penser à blinder dans une certaine mesure le système magnétique en question, mais un blindage nécessite des éléments particuliers qui sont portés par le balancier. Un tel blindage tend à augmenter l'encombrement du résonateur mécanique et son poids. De plus, il limite les possibilités de configurations esthétiques pour le balancier-spiral.
L'homme du métier connaît aussi des mouvements mécaniques horlogers auxquels on associe un dispositif de régulation de la fréquence de leur balancier-spiral qui est du type électromécanique. Plus précisément, la régulation intervient via une interaction mécanique entre le balancier-spiral et le dispositif de régulation, ce dernier étant agencé pour agir sur le balancier oscillant par un système formé d'une butée agencée sur le balancier et d'un actuateur muni d'un doigt mobile qui est actionné à une fréquence de freinage en direction de la butée, sans toutefois toucher la serge du balancier. Une telle pièce d'horlogerie est décrite dans le document FR 2.162.404. Selon le concept proposé dans ce document, on vise à synchroniser la fréquence de l'oscillateur mécanique sur celle d'un oscillateur à quartz par une interaction entre le doigt et la butée lorsque l'oscillateur mécanique présente une dérive temporelle relativement à une fréquence de consigne, le doigt étant prévu pour pouvoir soit bloquer momentanément le balancier qui est alors stoppé dans son mouvement durant un certain intervalle de temps (la butée venant en appui contre le doigt déplacé dans sa direction lors d'un retour du balancier en direction de sa position neutre), soit limiter l'amplitude d'oscillation lorsque le doigt arrive contre la butée alors que le balancier tourne en direction d'une de ses deux positions angulaires extrêmes (définissant son amplitude), le doigt stoppant alors l'oscillation et le balancier repartant directement en sens inverse. Un tel système de régulation présente de nombreux inconvénients et on peut sérieusement douter qu'il puisse former un système fonctionnel. L'actionnement périodique du doigt relativement au mouvement d'oscillation de la butée et également un déphasage initial potentiellement grand, pour l'oscillation de la butée par rapport au mouvement périodique du doigt en direction de cette butée, posent plusieurs problèmes. On remarquera que l'interaction entre le doigt et la butée est limitée à une seule position angulaire du balancier, cette position angulaire étant définie par la position angulaire de l'actionneur relativement à l'axe du balancier-spiral et la position angulaire de la butée sur le balancier au repos (définissant sa position neutre). En effet, le mouvement du doigt est prévu pour permettre d'arrêter le balancier par un contact avec la butée, mais le doigt est agencé pour ne pas venir en contact avec la serge du balancier. De plus, on notera que l'instant d'une interaction entre le doigt et la butée dépend aussi de l'amplitude de l'oscillation du balancier-spiral.
On remarquera que la synchronisation souhaitée paraît improbable. En effet, en particulier pour un balancier-spiral dont la fréquence est supérieure à la fréquence de consigne cadençant les va-et-vient du doigt et avec une première interaction entre le doigt et la butée qui retient momentanément le balancier revenant d'une de ses deux positions angulaires extrêmes (correction réduisant l'erreur), la deuxième interaction, après de nombreuses oscillations sans que la butée touche le doigt lors de son mouvement alternatif, sera certainement un arrêt du balancier par le doigt avec inversion immédiat de son sens d'oscillation, par le fait que la butée vient buter contre le doigt alors que le balancier tourne en direction de ladite position angulaire extrême (correction augmentant l'erreur). Ainsi, non seulement il y a une dérive temporelle non corrigée durant un intervalle de temps qui peut être long, par exemple de plusieurs centaines de périodes d'oscillation, mais certaines interactions entre le doigt et la butée augmentent la dérive temporelle au lieu de la réduire ! On remarquera encore que le déphasage de l'oscillation de la butée, et donc du balancier-spiral, lors de la deuxième interaction susmentionnée peut être important selon la position angulaire relative entre le doigt et la butée (balancier dans sa position neutre).
On peut ainsi douter que la synchronisation voulue soit obtenue. De plus, en particulier si la fréquence naturelle du balancier-spiral est proche mais non égale à la fréquence de consigne, des situations où le doigt est bloqué dans son mouvement en direction du balancier par la butée qui est située à cet instant en face du doigt sont prévisibles. De telles interactions parasites peuvent endommager l'oscillateur mécanique et/ou l'actuateur. De plus, ceci limite pratiquement l'étendue tangentielle du doigt. Finalement, la durée du maintien du doigt en position d'interaction avec la butée doit être relativement courte, limitant donc une correction engendrant un retard. En conclusion, le fonctionnement de la pièce d'horlogerie proposée dans le document FR 2.162.404 paraît à l'homme du métier hautement improbable, et il se détourne d'un tel enseignement.
Résumé de l'invention Un but de la présente invention est de trouver une solution aux problèmes techniques et inconvénients de l'art antérieur mentionnés dans l'arrière-plan technologique.
Dans le cadre de la présente invention, on cherche de manière générale à améliorer la précision de la marche d'un mouvement horloger mécanique, c'est-à-dire de diminuer la dérive temporelle journalière de ce mouvement mécanique. En particulier, la présente invention cherche à atteindre un tel but pour un mouvement horloger mécanique dont la marche est réglée initialement au mieux. En effet, un but général de l'invention est de trouver un dispositif de correction d'une dérive temporelle d'un mouvement mécanique, à savoir un dispositif de correction de sa marche pour augmenter sa précision, sans pour autant renoncer à ce qu'il puisse fonctionner de manière autonome avec la meilleure précision qu'il lui est possible d'avoir grâce à ses propres caractéristiques, c'est-à-dire en l'absence du dispositif de correction ou lorsque ce dernier est inactif. Un autre but de la présente invention est d'atteindre les buts susmentionnés sans devoir incorporer des dispositifs électriques et/ou électroniques dans la pièce d'horlogerie selon l'invention, c'est-à-dire en utilisant des organes et systèmes propres aux montres dites mécaniques, ces dernières pouvant intégrer, selon divers développements dans le domaine de l'horlogerie mécanique, des éléments magnétiques comme des aimants et éléments ferromagnétiques, mais pas de dispositifs nécessitant une alimentation électrique et donc une source d'énergie électrique.
A cet effet, la présente invention concerne une pièce d'horlogerie telle que définie précédemment dans le domaine technique, dans laquelle l'oscillateur mécanique mentionné est un oscillateur esclave et le dispositif de correction est du type mécanique, ce dispositif mécanique de correction étant formé par un oscillateur auxiliaire mécanique, lequel définit un oscillateur maître, et par un dispositif mécanique de freinage du résonateur mécanique de l'oscillateur esclave. Le dispositif mécanique de freinage est agencé pour pouvoir appliquer au résonateur mécanique de l'oscillateur esclave un couple de freinage mécanique durant des impulsions de freinage périodiques qui sont générées à une fréquence de freinage sélectionnée seulement en fonction d'une fréquence de consigne pour l'oscillateur esclave et déterminée par l'oscillateur maître. Ensuite, le système mécanique formé du résonateur mécanique de l'oscillateur esclave et du dispositif mécanique de freinage est configuré de manière à permettre au dispositif mécanique de freinage de pouvoir débuter les impulsions de freinage périodiques à n'importe quelle position dudit résonateur mécanique dans une plage de positions, le long de l'axe général d'oscillation de ce résonateur mécanique, qui s'étend au moins d'un premier des deux côtés de la position neutre dudit résonateur mécanique sur au moins une première plage des amplitudes que l'oscillateur esclave est susceptible d'avoir de ce premier côté pour une plage de fonctionnement utile de cet oscillateur esclave.
Dans une variante générale, le système mécanique mentionné est configuré de manière que ladite plage de positions du résonateur mécanique de l'oscillateur esclave, dans laquelle peuvent débuter les impulsions de freinage périodiques, s'étend également du second des deux côtés de la position neutre dudit résonateur mécanique sur au moins une deuxième plage des amplitudes que l'oscillateur esclave est susceptible d'avoir de ce second côté, le long de l'axe général d'oscillation, pour la plage de fonctionnement utile de cet oscillateur mécanique.
Dans une variante préférée, chacune des deux parties de la plage de positions du résonateur mécanique identifiées ci-avant, incorporant respectivement les première et deuxième plages des amplitudes que l'oscillateur esclave est susceptible d'avoir respectivement des deux côtés de la position neutre de son résonateur mécanique, présente une certaine étendue sur laquelle elle est continue ou quasi continue.
Dans une variante générale, le dispositif mécanique de freinage est agencé de manière que les impulsions de freinage périodiques ont chacune essentiellement une durée inférieure au quart de la période de consigne correspondant à l'inverse de la fréquence de consigne. Dans une variante particulière, les impulsions de freinage périodiques ont une durée inférieure à 1/10 de la période de consigne. Dans une variante préférée, la durée des impulsions de freinage périodiques est essentiellement prévue inférieure à 1/40 de la période de consigne.
Grâce aux caractéristiques de l'invention, de manière surprenante, l'oscillateur mécanique esclave est synchronisé sur l'oscillateur mécanique maître d'une manière efficace et rapide, comme ceci ressortira par la suite clairement dans la description détaillée de l'invention. Le dispositif mécanique de correction constitue un dispositif de synchronisation de l'oscillateur mécanique esclave sur l'oscillateur mécanique maître, et ceci sans asservissement à boucle fermée et sans capteur de mesure du mouvement de l'oscillateur mécanique. Le dispositif mécanique de correction fonctionne donc à boucle ouverte et il permet de corriger aussi bien une avance qu'un retard dans la marche naturelle du mouvement mécanique, comme ceci sera exposé par la suite. Ce résultat est tout-à-fait remarquable. Par 'synchronisation sur un oscillateur maître', on comprend ici un asservissement (à boucle ouverte, sans rétroaction) de l'oscillateur mécanique esclave à l'oscillateur mécanique maître. Le fonctionnement du dispositif de correction est tel que la fréquence de freinage dérivée de la fréquence de référence de l'oscillateur maître est imposée à l'oscillateur esclave qui cadence la marche du mécanisme indicateur d'une donnée temporelle. Nous ne sommes pas dans la situation d'oscillateurs mécaniques couplés, ni même dans le cas standard d'un oscillateur forcé. Dans la présente invention, la fréquence de freinage des impulsions de freinage mécanique détermine la fréquence moyenne de l'oscillateur esclave.
On comprend par 'cadencer la marche d'un mécanisme' le fait de rythmer le mouvement des éléments mobiles de ce mécanisme lorsqu'il fonctionne, en particulier de déterminer les vitesses de rotation de ses roues et ainsi d'au moins un indicateur d'une donnée temporelle.
Dans un mode de réalisation préféré, le système mécanique formé du résonateur mécanique et du dispositif mécanique de freinage est configuré de manière à permettre au dispositif mécanique de freinage de débuter, dans la plage de fonctionnement utile de l'oscillateur mécanique esclave, une impulsion de freinage mécanique sensiblement à tout instant de la période d'oscillation naturelle de cet oscillateur mécanique esclave. En d'autres termes, une des impulsions de freinage périodiques peut débuter sensiblement à n'importe quelle position du résonateur mécanique de l'oscillateur mécanique esclave le long de l'axe général d'oscillation de ce résonateur mécanique.
De manière générale, les impulsions de freinage ont un caractère dissipatif car une partie de l'énergie de l'oscillateur est dissipée par ces impulsions de freinage. Dans un mode de réalisation principal, le couple de freinage mécanique est appliqué substantiellement par frottement, en particulier au moyen d'un organe de freinage mécanique exerçant une certaine pression sur une surface de freinage du résonateur mécanique qui présente une certaine étendue (non ponctuelle) le long de l'axe d'oscillation.
Dans un mode de réalisation particulier, les impulsions de freinage exercent un couple de freinage sur le résonateur esclave dont la valeur est prévue pour ne pas bloquer momentanément ce résonateur esclave au cours des impulsions de freinage périodiques. Dans ce cas, de préférence, le système mécanique mentionné ci-avant est agencé pour permettre que le couple de freinage mécanique engendré par chacune des impulsions de freinage soit appliqué au résonateur esclave durant un intervalle de temps continu ou quasi continu (non nul ou ponctuel, mais ayant une certaine durée significative).
Brève description des figures L'invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés, donnés à titre d'exemples nullement limitatifs, dans lesquels :
- La Figure 1 montre, en partie schématiquement, un premier mode de réalisation d'une pièce d'horlogerie selon l'invention,
- Les Figures 2A à 2D montrent partiellement un deuxième mode de réalisation d'une pièce d'horlogerie selon l'invention et une séquence de son fonctionnement,
- La Figure 3 montre partiellement un troisième mode de réalisation d'une pièce d'horlogerie selon l'invention,
- La Figure 4 montre schématiquement une première configuration de l'agencement général d'une pièce d'horlogerie selon l'invention,
- La Figure 5 montre schématiquement une deuxième configuration de l'agencement général d'une pièce d'horlogerie selon l'invention,
- La Figure 6 montre l'application d'une première impulsion de freinage à un résonateur mécanique dans une certaine alternance de son oscillation avant qu'il passe par sa position neutre, ainsi que la vitesse angulaire du balancier de ce résonateur mécanique et sa position angulaire dans un intervalle temporel au cours duquel intervient la première impulsion de freinage,
- La Figure 7 est une figure similaire à la Figure 6 mais pour l'application d'une deuxième impulsion de freinage dans une certaine alternance de l'oscillation d'un oscillateur mécanique après qu'il a passé par sa position neutre,
- Les Figures 8A, 8B et 8C montrent respectivement la position angulaire d'un balancier-spiral au cours d'une période d'oscillation, la variation de la marche du mouvement horloger obtenue pour une impulsion de freinage de durée fixe, pour trois valeurs d'un couple de freinage constant, en fonction de la position angulaire du balancier spiral, et la puissance de freinage correspondante,
- Les Figures 9, 10 et 1 1 montrent respectivement trois situations différentes pouvant intervenir dans une phase initiale suite à l'enclenchement du dispositif de correction dans une pièce d'horlogerie selon l'invention,
- La Figure 12 est un graphe explicatif du processus physique intervenant suite à l'enclenchement du dispositif de correction dans la pièce d'horlogerie selon l'invention et conduisant à la synchronisation voulue pour le cas où la fréquence naturelle de l'oscillateur mécanique esclave est supérieure à la fréquence de consigne,
- La Figure 13 représente, dans le cas de la Figure 12, une oscillation de l'oscillateur mécanique esclave et les impulsions de freinage dans une phase synchrone stable pour une variante où une impulsion de freinage intervient dans chaque alternance,
- La Figure 14 est un graphe explicatif du processus physique intervenant suite à l'enclenchement du dispositif de correction dans la pièce d'horlogerie selon l'invention et conduisant à la synchronisation voulue pour le cas où la fréquence naturelle de l'oscillateur mécanique esclave est inférieure à la fréquence de consigne,
- La Figure 15 représente, dans le cas de la Figure 14, une oscillation de l'oscillateur mécanique esclave et les impulsions de freinage dans une phase synchrone stable pour une variante où une impulsion de freinage intervient dans chaque alternance, Les Figures 16 et 17 donnent, respectivement pour les deux cas des Figures 12 et 14, le graphe de la position angulaire d'un oscillateur mécanique et les périodes d'oscillation correspondantes pour un mode de fonctionnement du dispositif de correction où une impulsion de freinage intervient toutes les quatre périodes d'oscillation,
Les Figures 18 et 19 sont respectivement des agrandissements partiels des Figures 16 et 17,
La figure 20 représente, de manière similaire aux deux figures précédentes, une situation spécifique dans laquelle la fréquence d'un oscillateur mécanique est égale à la fréquence de freinage,
La Figure 21 montre, pour une variante d'une pièce d'horlogerie selon l'invention, l'évolution de la période d'oscillation de l'oscillateur mécanique esclave ainsi que l'évolution de l'erreur temporelle totale, La Figure 22 montre, pour une autre variante d'une pièce d'horlogerie selon l'invention, le graphe de l'oscillation de l'oscillateur mécanique esclave dans une phase initiale suivant l'enclenchement du dispositif de correction d'une dérive temporelle éventuelle,
Les Figures 23A à 23C montrent partiellement un quatrième mode de réalisation d'une pièce d'horlogerie selon l'invention et une séquence de son fonctionnement, et
Les Figures 24A à 24C montrent partiellement un cinquième mode de réalisation d'une pièce d'horlogerie selon l'invention et une séquence de son fonctionnement.
Description détaillée de l'invention
A la Figure 1 est représentée, en partie schématiquement, un premier mode de réalisation d'une pièce d'horlogerie mécanique 2 selon la présente invention. Elle comprend un mouvement horloger mécanique 4 qui comporte un mécanisme 12 indicateur d'une donnée temporelle. Le mouvement mécanique comprend encore un résonateur mécanique 6, formé par un balancier 8 et un spiral 10, et un dispositif principal d'entretien de ce résonateur mécanique qui est formé par un échappement principal. Cet échappement principal 14 et le résonateur mécanique 6 forment un oscillateur mécanique 18 qui cadence la marche du mécanisme indicateur. L'échappement principal 14 est formé par exemple par une ancre et une roue d'échappement qui est reliée cinématiquement à une source principale d'énergie mécanique 16. Le résonateur mécanique est susceptible d'osciller, autour d'une position neutre (position de repos / position angulaire zéro) correspondant à son état d'énergie potentielle minimale, le long d'un axe circulaire dont le rayon correspond par exemple au rayon extérieur de la serge 9 du balancier. Comme la position du balancier est donnée par sa position angulaire, on comprend que le rayon de l'axe circulaire est ici sans importance. Il définit un axe général d'oscillation qui indique la nature du mouvement du résonateur mécanique, lequel peut être par exemple linéaire dans un autre mode de réalisation particulier.
La pièce d'horlogerie 2 comprend en outre un dispositif mécanique 20 de correction d'une dérive temporelle éventuelle dans le fonctionnement de l'oscillateur mécanique 18, ce dispositif mécanique de correction comprenant à cet effet un dispositif mécanique de freinage 24 et un oscillateur mécanique maître 22 (nommé par la suite aussi Oscillateur maître'). L'oscillateur maître est associé / couplé au dispositif mécanique de freinage pour lui fournir une fréquence de référence qui rythme son fonctionnement et détermine la fréquence de freinage des impulsions de freinage mécaniques fournies par le dispositif mécanique de freinage. On remarquera que l'oscillateur maître 22 est un oscillateur mécanique auxiliaire dans la mesure où l'oscillateur mécanique principal, qui cadence directement la marche du mouvement horloger, est l'oscillateur mécanique 18, ce dernier étant ainsi un oscillateur esclave. Généralement, l'oscillateur mécanique auxiliaire est par nature ou par construction plus précis que l'oscillateur mécanique principal. Dans une variante avantageuse, l'oscillateur maître 22 est associé à un mécanisme d'égalisation de la force exercée sur lui pour entretenir son oscillation. L'oscillateur maître 22 comprend un résonateur mécanique auxiliaire 28, formé ici classiquement par un balancier 30 et un spiral, et un dispositif d'entretien auxiliaire formé par un échappement auxiliaire 32, lequel comprend par exemple une ancre 33 et une roue d'échappement 34 qui tourne par pas, un pas étant effectué à chaque alternance de l'oscillateur maître. Ainsi, la vitesse de rotation moyenne de la roue 34 est déterminée par la fréquence de référence de l'oscillateur maître 22. Le dispositif de freinage 24 comprend un mécanisme de commande 48 et un mécanisme générateur d'impulsions de freinage 50 (aussi nommé 'générateur d'impulsions' par la suite) agencé pour générer des impulsions de freinage mécanique à une fréquence de freinage déterminée par le mécanisme de commande. Ce mécanisme de commande comprend une roue de commande 37, laquelle est solidaire d'un mobile 36 ou formant celui-ci. Le mécanisme générateur d'impulsions de freinage comprend un organe de freinage, formé par un organe pivotant 40, et un ressort 44 associé à l'organe pivotant.
Le mobile 36 est relié cinématiquement à une source auxiliaire d'énergie mécanique 26. Ce mobile 36 est un mobile de transmission de l'énergie mécanique de la source auxiliaire 26, d'une part, à l'oscillateur maître 22 et, d'autre part, au générateur d'impulsions de freinage 50. Ceci est une variante avantageuse dans la mesure où le dispositif mécanique de correction nécessite une seule source d'énergie mécanique. Comme l'échappement 32 entretient le résonateur 28 via le mobile 36 qui engrène avec un pignon de la roue d'échappement 34, cette dernière communique au mobile 36 un rythme et détermine donc sa vitesse angulaire moyenne (car avance pas-à-pas), laquelle est fonction de la fréquence de référence de l'oscillateur maître.
L'organe pivotant 40 est monté sur un axe de rotation 43 et forme ainsi une bascule à deux bras. La première extrémité 41 de la bascule coopère avec la roue de commande 37, laquelle porte des goupilles 38 agencées de manière à venir successivement en contact avec ladite première extrémité pour actionner la bascule de manière à premièrement armer le générateur d'impulsions en pressant latéralement contre cette première extrémité pour ainsi faire pivoter la bascule en comprimant le ressort 44. Le générateur d'impulsions est donc armé lors de l'avance pas-à-pas de la roue de commande jusqu'à un pas de déclenchement d'une impulsion de freinage lorsque la goupille en contact avec la première extrémité passe au-delà de cette première extrémité qui est alors libérée. On ajustera le dispositif de freinage de manière que cette libération intervienne franchement lors d'un pas déterminé de la roue de commande. La bascule 40 forme ici une sorte de marteau. Pour appliquer les impulsions de freinage mécanique au balancier 8, la bascule 40 présente à sa deuxième extrémité une lame- ressort 42 relativement rigide qui forme un patin de freinage. Suite au pas de déclenchement d'une impulsion de freinage, la bascule est entraînée en rotation, grâce à la pression exercée par le ressort 44 alors comprimé, en direction de la serge 9 du balancier et la lame-ressort subit un mouvement sensiblement radial relativement à l'axe de rotation du balancier lorsqu'elle s'approche de la serge. Le générateur d'impulsions est configuré pour que le patin de freinage vienne en contact avec la surface latérale 46 de la serge 9 lors du premier balancement de la bascule suite à sa libération et pour qu'il exerce ainsi sur le balancier un certain couple de force pour le freiner momentanément. Le générateur d'impulsions de freinage est de préférence configuré pour que le mouvement de la bascule soit suffisamment amorti de manière à éviter des rebonds qui engendreraient une série d'impulsions de freinage au lieu d'avoir une seule impulsion de freinage à la fréquence de freinage. Cependant, cet amortissement est réglé de manière que le patin de freinage vienne en contact avec le balancier lors du premier balancement de la bascule suite à son déclenchement.
Le générateur d'impulsions de freinage est agencé pour que les impulsions de freinage périodiques puissent avoir une certaine durée, principalement par un frottement sec dynamique. A cet égard la rigidité et la masse de la lame-ressort 42 peuvent être sélectionnées de manière appropriée. La lame-ressort 42 permet d'amortir le choc lors de l'impact de celle-ci sur le balancier tout en prolongeant la durée de contact et en engendrant un freinage par frottement entre cette lame-ressort et la surface de freinage prévue sur le balancier. On choisira aussi une rigidité adéquate pour le ressort 44 et on déterminera la position de la bascule relativement à la surface de freinage lorsque ce ressort est au repos (position 'non déformé'). Finalement, on notera que d'autres paramètres du générateur d'impulsions seront avantageusement ajustés, en particulier la longueur de chacun de ses deux bras et la position de l'ancrage du ressort sur l'un de ses deux bras. Dans une variante avantageuse, le balancier du résonateur maître est monté sur lames flexibles. De même, l'ancre de l'échappement peut être formée de lames flexibles définissant un système bistable et ne pas comporter un arbre pivoté. Dans une autre variante spécifique, le couplage entre l'ancre et la roue d'échappement est magnétique. Dans ce cas, on a un échappement magnétique avec arrêtoir. Tout oscillateur mécanique de haute précision peut donc être incorporé dans une pièce d'horlogerie selon l'invention. A titre d'exemple, l'oscillateur maître 22 oscille à une fréquence propre de 10 Hz et présente une précision intrinsèque supérieure à l'oscillateur esclave 18 dont la fréquence de consigne est égale à 3 Hz. La roue d'échappement 34 comporte vingt dents et ainsi elle effectue un demi- tour par seconde (1/2 tour/s). Dans la variante représentée, la roue de commande porte cinq goupilles 38 régulièrement espacées sur sa serge. Le rapport de réduction entre le pignon de la roue d'échappement et la roue de commande étant prévu ici à 7.5 (pignon à 6 dents et roue avec 45 dents), la roue de commande 37 effectue 1/15 de tour par seconde (1/15 tour/s) et le générateur d'impulsions est donc armé et libéré chaque tiers de seconde, générant ainsi des impulsions de freinage à une fréquence de 1/3 Hz (nommée 'fréquence de freinage'). Comme la fréquence de consigne pour l'oscillateur principal 18 est de 3 Hz, le dispositif mécanique de correction 20 engendre une impulsion de freinage mécanique toutes les neuf périodes de consigne, ce qui correspond sensiblement à une impulsion par neuf périodes d'oscillation de l'oscillateur principal dont la fréquence naturelle est réglée au mieux sur la fréquence de consigne. La synchronisation obtenue par le dispositif mécanique de correction selon l'invention sera décrit en détails par la suite. Dans une variante, il est prévu que la roue de commande ne porte qu'une seule goupille de manière à engendrer une seule impulsion de freinage par tour. Dans ce cas, la fréquence de freinage est égale à 1/15 Hz et une impulsion de freinage intervient toutes les quarante-cinq périodes de consigne. Dans une autre variante également fonctionnelle, comme ceci ressortira de l'exposé du phénomène de synchronisation obtenu par l'invention, la roue de commande présente deux goupilles diamétralement opposée. Dans ce cas, la fréquence de freinage est égale à 2/15 Hz et une impulsion de freinage intervient toutes les vingt-deux périodes et demie, c'est-à-dire seulement toutes les quarante-cinq alternances (nombre impair) de l'oscillateur principal esclave 18.
De manière générale, le dispositif mécanique de freinage 24 est agencé pour pouvoir appliquer périodiquement au résonateur mécanique 6 des impulsions de freinage à une fréquence de freinage sélectionnée seulement en fonction de la fréquence de consigne pour l'oscillateur principal esclave et déterminée par l'oscillateur auxiliaire maître 22. Le dispositif mécanique de freinage comprend un organe de freinage susceptible de venir momentanément en contact avec une surface de freinage du résonateur mécanique esclave 6. A cet effet, l'organe de freinage est mobile et présente un mouvement de va-et-vient qui est commandé par un dispositif de commande mécanique qui l'actionne périodiquement à une fréquence de freinage, de manière que l'organe de freinage vienne périodiquement en contact avec la surface de freinage du résonateur mécanique esclave pour lui appliquer des impulsions de freinage.
Ensuite, le système mécanique, formé du résonateur mécanique esclave 6 et du dispositif mécanique de freinage 24, est configuré de manière à permettre au dispositif mécanique de freinage de pouvoir débuter les impulsions de freinage périodiques à n'importe quelle position du résonateur mécanique esclave au moins dans une certaine plage continue ou quasi continue de positions par lesquelles ce résonateur mécanique esclave est susceptible de passer le long de son axe général d'oscillation. La variante représentée à la Figure 1 correspond à une variante préférée dans laquelle le système mécanique est configuré de manière à permettre au dispositif mécanique de freinage d'appliquer une impulsion de freinage mécanique au résonateur mécanique esclave à tout instant d'une période d'oscillation dans la plage de fonctionnement utile de l'oscillateur esclave. En effet, la surface latérale externe 46 de la serge 30 définit une surface de freinage continue et circulaire, de sorte que le patin 42 de l'organe de freinage 40 peut exercer un couple de freinage mécanique à toute position angulaire du balancier-spiral. Ainsi, une impulsion de freinage peut débuter à n'importe quelle position angulaire du résonateur mécanique esclave entre les deux positions angulaires extrêmes (les deux amplitudes de l'oscillateur esclave respectivement des deux côtés de la position neutre de son résonateur mécanique) qu'il est susceptible d'atteindre lorsque l'oscillateur esclave est fonctionnel. On remarquera que la surface de freinage peut être autre que la surface latérale externe de la serge du balancier. Dans une variante non représentée, c'est l'arbre central du balancier qui définit une surface de freinage circulaire. Dans ce cas, un patin de l'organe de freinage est agencé de manière à venir exercer une pression contre cette surface de l'arbre central lors de l'application des impulsions de freinage mécanique.
Dans un mode de fonctionnement général, le dispositif mécanique de freinage 24 est agencé pour que les impulsions de freinage périodiques aient chacune essentiellement une durée inférieure au quart de la période de consigne pour l'oscillation de l'oscillateur mécanique esclave 18. A titre d'exemples non limitatifs, pour un résonateur horloger principal formé par un balancier-spiral, dont la constante du spiral k = 5.75 E-7 Nm/rad et l'inertie I = 9.1 E-10 kg-m2, et une fréquence de consigne FOc égale à 4 Hz, on peut considérer une première variante pour un mouvement horloger dont la marche non synchronisée est peu précise, avec une erreur journalière d'environ cinq minutes, et une deuxième variante pour un autre mouvement horloger dont la marche non synchronisée est plus précise avec une erreur journalière d'environ trente secondes. Dans la première variante, la plage de valeurs pour le couple de freinage moyen est comprise entre 0.2 μΝηπ et 10 μΝηπ, la plage de valeurs pour la durée des impulsions de freinage est comprise entre 5 ms et 20 ms et la plage de valeurs relative à la période de freinage pour l'application des impulsions de freinage périodiques est comprise entre 0.5 s et 3 s. Dans la deuxième variante, la plage de valeurs pour le couple de freinage moyen est comprise entre 0.1 μΝηπ et 5 μΝηπ, la plage de valeurs pour la durée des impulsions de freinage périodiques est comprise entre 1 ms et 10 ms et la plage de valeurs pour la période de freinage est comprise entre 3 s et 60 s, soit au minimum une fois par minute.
On notera que l'oscillateur principal esclave n'est pas limité à une version comprenant un balancier-spiral et un échappement avec un arrêtoir, notamment du type à ancre suisse. D'autres oscillateurs mécaniques peuvent être prévus, notamment avec un balancier à lames flexibles. L'échappement peut comporter un arrêtoir ou être du type à rotation continue. Ceci est aussi vrai pour l'oscillateur mécanique auxiliaire formant l'oscillateur maître. Comme l'oscillateur maître est celui qui donne finalement la haute précision voulue pour la marche du mouvement mécanique, on cherchera donc à sélectionner pour lui un oscillateur du type mécanique qui soit le plus précis possible, en sachant que cet oscillateur n'a pas à entraîner le ou les mécanismes du mouvement horloger, notamment un mécanisme indicateur de l'heure. Ceci est illustré par le deuxième mode de réalisation de l'invention décrit ci-après. A la Figure 2A est représenté un deuxième mode de réalisation d'une pièce d'horlogerie selon l'invention. Pour ne pas trop charger le dessin, seuls le résonateur principal esclave 6 et le dispositif mécanique de correction 52 ont été représentés. Le dispositif de correction est formé par un oscillateur mécanique maître 54 et par un dispositif mécanique de freinage 56 qui comprend un mécanisme générateur d'impulsions de freinage 50 similaire à celui présenté dans le cadre du premier mode de réalisation. Le résonateur 6, semblable à celui de la Figure 1 , et le générateur d'impulsions 50 ne seront pas décrits ici à nouveau en détails. L'oscillateur maître 54 est du type à échappement magnétique. Il comprend un résonateur 60 formé d'un balancier 62 et d'un spiral 66 (représenté schématiquement). Dans une variante, le balancier est monté sur lames flexibles. Ce balancier comporte deux bras qui sont situés de deux côtés de son axe de pivotement et qui portent à leurs extrémités respectives deux aimants 63 et 64. Ces deux aimants servent à coupler le résonateur 60 à une roue d'échappement 68. Cette roue d'échappement et les aimants 63 et 64 forment l'échappement magnétique de l'oscillateur maître 54. La roue d'échappement comprend une structure magnétique formée de deux pistes annulaires 70 et 72. Chacune des deux pistes annulaires présente une alternance de secteurs annulaires 74 et 76, un secteur 74 et un secteur 76 adjacent définissant ensemble une période angulaire de la structure magnétique. Les deux pistes sont déphasées angulairement d'une demi- période. De manière générale, un secteur 74 a au moins une caractéristique physique ou définit au moins un paramètre physique, relativement aux aimants portés par le balancier, qui est différent d'une caractéristique physique analogue d'un secteur 76 ou d'un paramètre physique analogue défini par un secteur 76. En d'autres termes, le potentiel magnétique pour un quelconque des deux aimants passant au-dessus d'un secteur 74 est différent du potentiel magnétique qu'il a en passant au-dessus d'un secteur 76. En particulier, il est prévu qu'un potentiel magnétique minimum apparaisse dans l'un des deux secteurs alors qu'un potentiel magnétique maximum apparaît dans l'autre de ces deux secteurs. Ainsi, si la roue d'échappement tourne, elle engendre un balancement du résonateur 60 à sa propre fréquence d'oscillation (fréquence naturelle) qui impose alors une vitesse de rotation continue à la roue d'échappement en fonction de la valeur de cette fréquence d'oscillation, nommée ici 'fréquence de référence'. La roue d'échappement avance d'une période angulaire de la structure magnétique par période d'oscillation du balancier 62. On notera que si c'est le résonateur qui est directement excité et qu'il oscille à sa fréquence de résonance (fréquence naturelle), alors la roue d'échappement est entraînée en rotation à la vitesse de rotation continue susmentionnée. Par vitesse de rotation continue, on comprend ici que la roue tourne sans s'arrêter ; mais il peut y avoir une variation périodique de la vitesse.
Plusieurs variantes sont envisageables pour la structure magnétique de la roue d'échappement 68. Dans une première variante, les secteurs 74 sont formés d'un matériau ferromagnétique alors que les secteurs 76 sont formés d'un matériau amagnétique. Dans une deuxième variante, les secteurs 74 sont formés d'un matériau aimanté alors que les secteurs 76 sont formés d'un matériau amagnétique. Dans une troisième variante, les secteurs 74 sont formés d'un matériau aimanté dans un premier sens alors que les secteurs 76 sont formés d'un matériau aimanté dans un second sens opposé au premier sens (polarités opposées). Dans ce dernier cas, chacun des deux aimants 63 et 64 subit une force de répulsion magnétique au-dessus de l'un des deux secteurs et une force d'attraction magnétique au-dessus de l'autre secteur. D'autres variantes perfectionnées sont décrites dans la demande de brevet EP 2 891 930. On peut se référer à ce document pour comprendre plus en profondeur le fonctionnement de l'oscillateur maître 54.
La roue d'échappement porte à sa périphérie un doigt 58 agencé pour pouvoir actionner le générateur d'impulsion 50 à chaque tour effectué par la roue d'échappement. Ce doigt appartient au dispositif de freinage 56 et son rôle est semblable à une goupille 38 du premier mode de réalisation. Ainsi, la roue d'échappement et le doigt d'actionnement 58 forment ensemble un mécanisme de commande du générateur d'impulsions 50. Une séquence du fonctionnement du dispositif de correction du deuxième mode de réalisation est donnée aux Figures 2A à 2D. A la Figure 2A, le générateur d'impulsions 50 est au repos et le doigt d'actionnement 58 tourne progressivement dans sa direction. A la Figure 2B, le doigt d'actionnement est entré en contact avec l'extrémité 41 de la bascule 40 et cette dernière a commencé à tourner dans un sens horaire. Le générateur d'impulsions est ainsi armé. En continuant de tourner, le doigt glisse le long de l'extrémité 41 jusqu'au moment où il perd le contact avec cette extrémité, ce qui libère la bascule et déclenche alors la génération d'une impulsion de freinage, événement qui est représenté à la Figure 2C. Le ressort 44 comprimé au préalable entraîne, lors d'un premier balancement, la bascule dans un sens antihoraire et la lame-ressort 42, définissant un patin de freinage, vient presser contre la surface de freinage 46 de la serge du balancier durant un certain intervalle de temps. Suite à l'impulsion de freinage, la bascule tourne à nouveau dans le sens horaire lors d'un deuxième balancement et ensuite elle oscille autour de la position de repos du générateur d'impulsions en subissant un amortissement, comme représenté à la Figure 2D. Finalement, la bascule se stabilise en attendant que le doigt d'actionnement ait achevé un nouveau tour.
A titre d'exemple, la fréquence de référence de l'oscillateur maître 54 est égale à 12 Hz et la structure magnétique de la roue d'échappement présente des périodes magnétiques de 30°, soit 12 périodes au total. Le mécanisme générateur d'impulsions de freinage est donc actionné à une fréquence de freinage de 1 Hz car la roue d'échappement effectue un tour par seconde. Dans une autre variante, le nombre de périodes magnétiques est égal à 24 de sorte que la fréquence de freinage est alors égale à 2 Hz.
La Figure 3 montre un troisième mode de réalisation d'une pièce d'horlogerie selon l'invention. La pièce d'horlogerie 80 (représentée en partie) se distingue de celle de la Figure 1 par seulement quelques caractéristiques du résonateur principal esclave 6A et du mécanisme générateur d'impulsions de freinage 50A. Le résonateur 6A comprend une serge 9A présentant des cavités 84 (dans le plan général du balancier) dans lesquelles sont logées des vis 82 d'équilibrage du balancier. Ainsi, la surface latérale externe 46A du balancier ne définit plus une surface circulaire continue, mais une surface circulaire discontinue avec quatre secteurs angulaires continus. On remarquera que la lame-ressort 42 présente une surface de contact avec une étendue telle que des impulsions de freinage demeurent possible pour toute position angulaire du balancier 8A, même lorsque qu'une cavité se présente en regard de la lame-ressort, comme représenté à la Figure 3. Ensuite, la bascule 40A du générateur d'impulsions 50A est tenue dans une partie centrale par deux lames élastiques 86A et 86B qui s'étendent respectivement des deux côtés de la bascule, laquelle peut ainsi pivoter autour d'un axe fictif défini par les deux lames élastiques. Les deux lames élastiques sont fixées à deux plots présentant chacun une fente dans laquelle est insérée rigidement une extrémité de lame. Finalement, un amortisseur 88 est associé à la bascule 40A de manière à amortir suffisamment l'oscillation de cette bascule, après la génération d'une première impulsion de freinage, pour éviter que d'autres impulsions de freinage significatives soient appliquées au résonateur 6A dans une période de freinage suite à cette première impulsion de freinage.
Dans les Figures 4 et 5 sont représentées schématiquement deux configurations alternatives pour l'agencement général d'une pièce d'horlogerie selon l'invention. La Figure 4 concerne un agencement préféré qui a été implémenté dans les modes de réalisation décrits précédemment. D'une part, on a le mouvement horloger avec une partie principale dans laquelle une source principale d'énergie mécanique, formée par un barillet principal, transmet son énergie, via une transmission principale, à un oscillateur esclave 92 et à un mécanisme d'indication de l'heure dont la marche est cadencée par cet oscillateur esclave. Selon l'invention, un dispositif de freinage est agencé pour freiner le résonateur esclave, l'intensité de ce freinage variant périodiquement à une fréquence de freinage, comme déjà exposé. Ce dispositif de freinage fait partie d'un dispositif mécanique de correction indépendant des éléments de la partie principale du mouvement mécanique. Le dispositif mécanique de correction comprend une source auxiliaire d'énergie mécanique formée par un barillet auxiliaire qui est distinct du barillet principal. Ce barillet auxiliaire fournit son énergie, via une transmission auxiliaire, d'une part à l'oscillateur maître 94 et d'autre part au dispositif de freinage. Dans le premier mode de réalisation, l'énergie est fournie au dispositif de freinage au travers de la transmission auxiliaire (version V1 ), un mobile de cette transmission auxiliaire formant un mécanisme de commande du générateur d'impulsions qui non seulement détermine les instants de déclenchement des impulsions de freinage mais en plus transmet l'énergie nécessaire pour armer ce générateur d'impulsion. Dans le deuxième mode de réalisation, c'est la roue d'échappement qui effectue directement avec le doigt d'actionnement ces deux fonctions (version V2). Cet agencement présente l'avantage de séparer entièrement les mobiles en lien avec l'oscillateur esclave des mobiles en lien avec l'oscillateur maître. Ceci permet d'éviter un éventuel couplage entre les deux oscillateurs qui pourrait éventuellement influencer le fonctionnement et la précision de l'oscillateur maître. La seule interaction prévue entre l'oscillateur esclave et l'oscillateur maître est constituée par les impulsions de freinage.
La Figure 5 montre un agencement général alternatif qui peut être envisagé. Il se caractérise par le fait que la partie principale du mouvement horloger et le dispositif de correction ont en commun une seule et même source d'énergie, à savoir un barillet fournissant son énergie, via une transmission commune éventuelle, à un mécanisme différentiel qui distribue cette énergie d'une part à l'oscillateur esclave 92 et au mécanisme d'indication de l'heure et, d'autre part, à l'oscillateur maître 94 et au dispositif de freinage. On notera que cette alternative n'empêche pas d'avoir plusieurs barillets en série ou en parallèle alimentant en énergie le mécanisme différentiel.
Avant de présenter encore d'autres modes de réalisation particuliers, on décrira ci-après en détails le fonctionnement remarquable d'une pièce d'horlogerie selon l'invention et comment la synchronisation de l'oscillateur principal esclave sur l'oscillateur auxiliaire maître est obtenue.
On décrira ci-après, en référence aux Figures 6 et 7, un phénomène physique remarquable mis en lumière dans le cadre de développements ayant conduit à la présente invention et intervenant dans le procédé de synchronisation implémenté dans la pièce d'horlogerie selon l'invention. La compréhension de ce phénomène permettra de mieux comprendre la synchronisation obtenue par le dispositif de correction régulant la marche du mouvement mécanique, résultat qui sera décrit par la suite en détails.
Aux Figures 6 et 7, le premier graphe indique l'instant tpi auquel une impulsion de freinage P1 , respectivement P2 est appliquée au résonateur mécanique considéré pour effectuer une correction de la marche du mécanisme qui est cadencée par l'oscillateur mécanique formé par ce résonateur. Les deux derniers graphes montrent respectivement la vitesse angulaire (valeurs en radian par seconde : [rad/s] ) et la position angulaire (valeurs en radian : [rad] ) de l'organe oscillant (par la suite aussi 'le balancier') du résonateur mécanique au cours du temps. Les courbes 90 et 92 correspondent respectivement à la vitesse angulaire et à la position angulaire du balancier oscillant librement (oscillation à sa fréquence naturelle) avant l'intervention d'une impulsion de freinage. Après l'impulsion de freinage sont représentées les courbes de vitesse 90a et 90b correspondant au comportement du résonateur respectivement dans le cas perturbé par l'impulsion de freinage et le cas non perturbé. De même, les courbes de position 92a et 92b correspondent au comportement du résonateur respectivement dans le cas perturbé par l'impulsion de freinage et le cas non perturbé. Aux figures, les instants tpi et tp2 auxquels interviennent les impulsions de freinage P1 et P2 correspondent aux positions temporelles du milieu de ces impulsions. Cependant, on considère le début de l'impulsion de freinage et sa durée comme les deux paramètres qui définissent temporellement une impulsion de freinage. On remarquera que les impulsions P1 et P2 sont représentées aux figures 6 et 7 par des signaux binaires. Cependant, dans les explications qui suivent, on considère des impulsions de freinage mécanique appliquées au résonateur mécanique et non des impulsions de commande. Ainsi, on notera que, dans certains modes de réalisation, en particulier avec des dispositifs de correction mécanique ayant un dispositif de commande mécanique, l'impulsion de commande peut intervenir au moins en partie avant l'application d'une impulsion de freinage mécanique. Dans un tel cas, dans les explications suivantes, les impulsions de freinage P1 , P2 correspondent aux impulsions de freinage mécanique appliquées au résonateur et non à des impulsions de commande antérieures.
On notera encore que les impulsions de freinage peuvent être appliquées avec un couple de force constant ou un couple de force non constant (par exemple sensiblement en courbe de Gauss ou sinusoïdal). Par impulsion de freinage, on comprend l'application momentanée d'un couple de force au résonateur mécanique qui freine son organe oscillant (balancier), c'est-à-dire qui s'oppose au mouvement d'oscillation de cet organe oscillant. Dans le cas d'un couple non nul qui est variable, la durée de l'impulsion est définie généralement comme la partie de cette impulsion qui présente un couple de force significatif pour freiner le résonateur mécanique. On notera qu'une impulsion de freinage peut présenter une forte variation. Elle peut même être hachée et former une succession d'impulsions plus courtes. Dans le cas d'un couple constant, la durée de chaque impulsion est prévue inférieure à une demi-période de consigne et de préférence inférieure à un quart d'une période de consigne. On notera que chaque impulsion de freinage peut soit freiner le résonateur mécanique sans toutefois le stopper, comme aux Figures 6 et 7, soit l'arrêter au cours de l'impulsion de freinage et le stopper momentanément durant le reste de cette impulsion de freinage.
Chaque période d'oscillation libre T0 de l'oscillateur mécanique définit une première alternance A01 suivie d'une deuxième alternance AO2 intervenant chacune entre deux positions extrêmes définissant l'amplitude d'oscillation de cet oscillateur mécanique, chaque alternance ayant une durée identique TO/2 et présentant un passage du résonateur mécanique par sa position zéro à un instant médian. Les deux alternances successives d'une oscillation définissent deux demi-périodes au cours desquelles le balancier subit respectivement un mouvement d'oscillation dans un sens et ensuite un mouvement d'oscillation dans l'autre sens. En d'autres termes, une alternance correspond ici à un balancement du balancier dans un sens ou l'autre sens entre ses deux positions extrêmes définissant l'amplitude d'oscillation. De manière générale, on observe une variation de la période d'oscillation au cours de laquelle interviennent une impulsion de freinage et donc une variation ponctuelle de la fréquence de l'oscillateur mécanique. De fait, la variation temporelle concerne la seule alternance au cours de laquelle intervient l'impulsion de freinage. Par 'instant médian', on comprend un instant intervenant sensiblement au milieu des alternances. C'est précisément le cas lorsque l'oscillateur mécanique oscille librement. Par contre, pour les alternances où interviennent des impulsions de régulation, cet instant médian ne correspond plus exactement au milieu de la durée de chacune de ces alternances du fait de la perturbation de l'oscillateur mécanique engendrée par le dispositif de régulation. On décrira premièrement le comportement de l'oscillateur mécanique dans un premier cas de correction de sa fréquence d'oscillation, qui correspond à celui montré à la Figure 6. Après une première période T0 commence alors une nouvelle période T1 , respectivement une nouvelle alternance A1 au cours de laquelle intervient une impulsion de freinage P1 . A l'instant initial ÎDI débute l'alternance A1 , le résonateur 14 occupant une position angulaire positive maximale correspondant à une position extrême. Ensuite intervient l'impulsion de freinage P1 à l'instant tpi qui est situé avant l'instant médian tm auquel le résonateur passe par sa position neutre et donc également avant l'instant médian correspondant ÎNO de l'oscillation non perturbée. Finalement l'alternance A1 se termine à l'instant final ÎFL L'impulsion de freinage est déclenchée après un intervalle de temps TAI suivant l'instant ÎDI marquant le début de l'alternance A1 . La durée TAI est inférieure à une demi-alternance TO/4 diminuée de la durée de l'impulsion de freinage P1 . Dans l'exemple donné, la durée de cette impulsion de freinage est bien inférieure à une demi-alternance TO/4.
Dans ce premier cas, l'impulsion de freinage est donc générée entre le début d'une alternance et le passage du résonateur par sa position neutre dans cette alternance. La vitesse angulaire en valeur absolue diminue au moment de l'impulsion de freinage P1 . Une telle impulsion de freinage induit un déphasage temporel négatif Tci dans l'oscillation du résonateur, comme le montrent à la Figure 6 les deux courbes 90a et 90b de la vitesse angulaire et aussi les deux courbes 92a et 92b de la position angulaire, c'est-à-dire un retard relativement au signal théorique non perturbé (représenté en traits interrompus). Ainsi, la durée de l'alternance A1 est augmentée d'un intervalle de temps Tci . La période d'oscillation T1 , comprenant l'alternance A1 , est donc prolongée relativement à la valeur TO. Ceci engendre une diminution ponctuelle de la fréquence de l'oscillateur mécanique et un ralentissement momentané du mécanisme associé dont la marche est cadencée par cet oscillateur mécanique. En référence à la Figure 7, on décrira ci-après le comportement de l'oscillateur mécanique dans un deuxième cas de correction de sa fréquence d'oscillation. Après une première période TO commence alors une nouvelle période d'oscillation T2, respectivement une alternance A2 au cours de laquelle intervient une impulsion de freinage P2. A l'instant initial tD2 débute l'alternance A2, le résonateur mécanique étant alors dans une position extrême (position angulaire négative maximale). Après un quart de période TO/4 correspondant à une demi-alternance, le résonateur atteint sa position neutre à l'instant médian tN2. Ensuite intervient l'impulsion de freinage P2 à l'instant tp2 qui est situé dans l'alternance A2 après l'instant médian tN2 auquel le résonateur passe par sa position neutre. Finalement, après l'impulsion freinage P2, cette alternance A2 se termine à l'instant final tF2 auquel le résonateur occupe à nouveau une position extrême (position angulaire positive maximale dans la période T2) et donc également avant l'instant final correspondant ÎFO de l'oscillation non perturbée. L'impulsion de freinage est déclenchée après un intervalle de temps TA2 suivant l'instant initial tD2 de l'alternance A2. La durée TA2 est supérieure à une demi-alternance TO/4 et inférieure à une alternance TO/2 diminuée de la durée de l'impulsion de freinage P2. Dans l'exemple donné, la durée de cette impulsion de freinage est bien inférieure à une demi-alternance. Dans le deuxième cas considéré, l'impulsion de freinage est donc générée, dans une alternance, entre l'instant médian auquel le résonateur passe par sa position neutre (position zéro) et l'instant final auquel se termine cette alternance. La vitesse angulaire en valeur absolue diminue au moment de l'impulsion de freinage P2. De manière remarquable, l'impulsion de freinage induit ici un déphasage temporel positif Tc2 dans l'oscillation du résonateur, comme le montrent à la Figure 4 les deux courbes 90b et 90c de la vitesse angulaire et aussi les courbes 92b et 92c de la position angulaire, soit une avance relativement au signal théorique non perturbé (représenté en traits interrompus). Ainsi, la durée de l'alternance A2 est diminuée de l'intervalle de temps Tc2. La période d'oscillation T2 comprenant l'alternance A2 est donc plus courte que la valeur T0. Ceci engendre par conséquent une augmentation ponctuelle de la fréquence de l'oscillateur mécanique et une accélération momentanée du mécanisme associé dont la marche est cadencée par cet oscillateur mécanique. Ce phénomène est surprenant et non intuitif, raison pour laquelle l'homme du métier l'a ignoré par le passé. En effet, obtenir une accélération du mécanisme par une impulsion de freinage est a priori étonnant, mais tel est bien le cas lorsque cette marche est cadencée par un oscillateur mécanique et que l'impulsion de freinage est appliquée à son résonateur.
Le phénomène physique susmentionné pour des oscillateurs mécaniques intervient dans le procédé de synchronisation implémenté dans une pièce d'horlogerie selon l'invention. Contrairement à l'enseignement général dans le domaine horloger, il est possible non seulement de diminuer la fréquence d'un oscillateur mécanique par des impulsions de freinage, mais il est aussi possible d'augmenter la fréquence d'un tel oscillateur mécanique également par des impulsions de freinage. L'homme du métier s'attend à pouvoir pratiquement seulement réduire la fréquence d'un oscillateur mécanique par des impulsions de freinage et, comme corolaire, à pouvoir seulement augmenter la fréquence d'un tel oscillateur mécanique par l'application d'impulsions motrices lors d'un apport d'énergie à cet oscillateur. Une telle intuition, qui s'est imposée dans le domaine horloger et vient donc de prime à bord à l'esprit d'un homme du métier, s'avère fausse pour un oscillateur mécanique. Ainsi, comme cela sera exposé par la suite en détail, il est possible de synchroniser, via un oscillateur auxiliaire définissant un oscillateur maître, un oscillateur mécanique par ailleurs très précis, qu'il présente momentanément une fréquence légèrement trop haute ou trop basse. On peut donc corriger une fréquence trop haute ou une fréquence trop basse seulement au moyen d'impulsions de freinage. En résumé, l'application d'un couple de freinage pendant une alternance de l'oscillation d'un balancier-spiral provoque un déphasage négatif ou positif dans l'oscillation de ce balancier-spiral selon que ce couple de freinage est appliqué respectivement avant ou après le passage du balancier-spiral par sa position neutre.
Le procédé de synchronisation résultant du dispositif de correction incorporé dans une pièce d'horlogerie selon l'invention est décrit ci-après. A la Figure 8A est montrée la position angulaire (en degrés) d'un résonateur mécanique horloger oscillant avec une amplitude de 300° au cours d'une période d'oscillation de 250 ms. A la Figure 8B est montrée l'erreur journalière engendrée par des impulsions de freinage d'une milliseconde (1 ms) appliquées dans des périodes d'oscillation successives du résonateur mécanique en fonction de l'instant de leur application à l'intérieur de ces périodes et donc en fonction de la position angulaire du résonateur mécanique. Ici, on part du fait que l'oscillateur mécanique fonctionne librement à une fréquence propre de 4 Hz (cas non perturbé). Trois courbes sont données respectivement pour trois couples de force (100 nNm, 300 nNm et 500 nNm) appliqués par chaque impulsion de freinage. Le résultat confirme le phénomène physique exposé précédemment, à savoir qu'une impulsion de freinage intervenant dans le premier quart de période ou le troisième quart de période engendre un retard provenant d'une diminution de la fréquence de l'oscillateur mécanique, alors qu'une impulsion de freinage intervenant dans le deuxième quart de période ou le quatrième quart de période engendre une avance provenant d'une augmentation de la fréquence de l'oscillateur mécanique. Ensuite, on observe que, pour un couple de force donné, l'erreur journalière est égale à zéro pour une impulsion de freinage intervenant à la position neutre du résonateur, cette erreur journalière augmentant (en valeur absolue) à mesure qu'on s'approche d'une position extrême de l'oscillation. A cette position extrême où la vitesse du résonateur passe par zéro et où le sens du mouvement change, il y a une brusque inversion du signe de l'erreur journalière. Finalement, à la Figure 8C est donnée la puissance de freinage consommée pour les trois valeurs de couple de force susmentionnées en fonction de l'instant d'application de l'impulsion de freinage au cours d'une période d'oscillation. Comme la vitesse diminue en s'approchant des positions extrêmes du résonateur, la puissance freinage diminue aussi. Ainsi, alors que l'erreur journalière engendrée augmente en s'approchant des positions extrêmes, la puissance de freinage nécessaire (et donc l'énergie perdue par l'oscillateur) diminue de manière importante. L'erreur engendrée à la Figure 8B peut correspondre de fait à une correction pour le cas où l'oscillateur mécanique présente une fréquence propre qui ne correspond pas à une fréquence de consigne. Ainsi, si l'oscillateur présente une fréquence propre trop basse, des impulsions de freinage intervenant dans le deuxième ou quatrième quart de la période d'oscillation peuvent permettre une correction du retard pris par l'oscillation libre (non perturbée), cette correction étant plus ou moins forte en fonction de l'instant des impulsions de freinage au sein de la période d'oscillation. Par contre, si l'oscillateur présente une fréquence propre trop haute, des impulsions de freinage intervenant dans le premier ou troisième quart de la période d'oscillation peuvent permettre une correction de l'avance prise par l'oscillation libre, cette correction étant plus ou moins forte en fonction de l'instant des impulsions de freinage dans la période d'oscillation.
L'enseignement donné précédemment permet de comprendre le phénomène remarquable de la synchronisation d'un oscillateur mécanique principal (oscillateur esclave) sur un oscillateur mécanique auxiliaire, formant un oscillateur maître, par la seule application périodique d'impulsions de freinage sur le résonateur mécanique esclave à une fréquence de freinage FFR correspondant avantageusement au double de la fréquence de consigne FOc divisée par un nombre entier positif N, soit FFR = 2F0c / N. La fréquence de freinage est ainsi proportionnelle à la fréquence de consigne pour l'oscillateur maître et dépend seulement de cette fréquence de consigne dès que le nombre entier positif N est donné. Comme la fréquence de consigne est prévue égale à un nombre fractionnaire multiplié par la fréquence de référence, la fréquence de freinage est donc proportionnelle à la fréquence de référence et déterminée par cette fréquence de référence, laquelle est fournie par l'oscillateur mécanique auxiliaire qui est par nature ou par construction plus précis que l'oscillateur mécanique principal. La synchronisation susmentionnée obtenue par le dispositif de correction incorporé dans la pièce d'horlogerie de l'invention sera maintenant décrite plus en détails à l'aide des Figures 9 à 22.
A la Figure 9 est représentée sur le graphe du haut la position angulaire du résonateur mécanique esclave, notamment du balancier-spiral d'un résonateur horloger, oscillant librement (courbe 100) et oscillant avec freinage (courbe 102). La fréquence de l'oscillation libre est supérieure à la fréquence de consigne FOc = 4 Hz. Les premières impulsions de freinage mécanique 104 (ci-après aussi nommées 'impulsions') interviennent ici une fois par période d'oscillation dans une demi-alternance entre le passage par une position extrême et le passage par zéro. Ce choix est arbitraire car le système prévu ne détecte pas la position angulaire du résonateur mécanique ; c'est donc juste une hypothèse possible parmi d'autres qui seront analysées par la suite. On est donc ici dans le cas d'un ralentissement de l'oscillateur mécanique. Le couple de freinage pour la première impulsion de freinage est prévu ici supérieur à un couple de freinage minimum pour compenser l'avance que prend l'oscillateur libre sur une période d'oscillation. Ceci a pour conséquence que la seconde impulsion de freinage a lieu un peu avant la première à l'intérieur du quart de période où interviennent ces impulsions. La courbe 106, qui donne la fréquence instantanée de l'oscillateur mécanique, indique en effet que la fréquence instantanée diminue en-dessous de la fréquence de consigne dès la première impulsion. Ainsi, la seconde impulsion de freinage est plus proche de la position extrême qui précède, de sorte que l'effet du freinage augmente et ainsi de suite avec les impulsions suivantes. Dans une phase transitoire, la fréquence instantanée de l'oscillateur diminue donc progressivement et les impulsions se rapprochent progressivement d'une position extrême de l'oscillation. Après un certain temps, les impulsions de freinage comprennent le passage par la position extrême où la vitesse du résonateur mécanique change de sens et la fréquence instantanée commence alors à augmenter. Le freinage a ceci de particulier qu'il s'oppose au mouvement du résonateur quel que soit le sens de son mouvement. Ainsi, lorsque le résonateur passe par une inversion du sens de son oscillation au cours d'une impulsion de freinage, le couple de freinage change automatiquement de signe à l'instant de cette inversion. On a alors des impulsions de freinage 104a qui présentent, pour le couple de freinage, une première partie avec un premier signe et une seconde partie avec un deuxième signe opposé au premier signe. Dans cette situation, on a donc la première partie du signal qui intervient avant la position extrême et qui s'oppose à l'effet de la seconde partie qui intervient après cette position extrême. Si la seconde partie diminue la fréquence instantanée de l'oscillateur mécanique, la première partie l'augmente. La correction diminue alors pour se stabiliser finalement et relativement rapidement à une valeur pour laquelle la fréquence instantanée de l'oscillateur est égale à la fréquence de consigne (correspondant ici à la fréquence de freinage). Ainsi, à la phase transitoire succède une phase stable, aussi nommée phase synchrone, où la fréquence d'oscillation est sensiblement égale à la fréquence de consigne et où les première et deuxième parties des impulsions de freinage présente un rapport sensiblement constant et défini. Les graphes de la Figure 10 sont analogues à ceux de la Figure 9. La différence majeure est la valeur de la fréquence naturelle de l'oscillateur mécanique libre qui est inférieure à la fréquence de consigne FOc = 4 Hz. Les premières impulsions 104 interviennent dans la même demi-alternance qu'à la Figure 9. On observe comme attendu une diminution de la fréquence instantanée donnée par la courbe 1 10. L'oscillation avec freinage 108 prend donc momentanément encore plus de retard dans la phase transitoire, ceci jusqu'à ce que les impulsions 104b commence à englober le passage du résonateur par une position extrême. A partir de ce moment, la fréquence instantanée commence à augmenter jusqu'à atteindre la fréquence de consigne, car la première partie des impulsions intervenant avant la position extrême augmente la fréquence instantanée. Ce phénomène est automatique. En effet, tant que la durée des périodes d'oscillation est supérieure à la durée de la période de consigne TOc, la première partie de l'impulsion augmente alors que la seconde partie diminue et par conséquent la fréquence instantanée continue à augmenter jusqu'à une situation stable où la période de consigne est sensiblement égale à la période d'oscillation. On a donc la synchronisation voulue.
Les graphes de la Figure 1 1 sont analogues à ceux de la Figure 10. La différence majeure vient du fait que les premières impulsions de freinage 1 14 interviennent dans une autre demi-alternance qu'à la Figure 10, à savoir dans une demi-alternance entre le passage par zéro et le passage par une position extrême. Selon ce qui a été exposé précédemment, on observe ici dans une phase transitoire une augmentation de la fréquence instantanée donnée par la courbe 1 12. Le couple de freinage pour la première impulsion de freinage est prévu ici supérieur à un couple de freinage minimum pour compenser le retard que prend l'oscillateur mécanique libre sur une période d'oscillation. Ceci a pour conséquence que la seconde impulsion de freinage a lieu un peu après la première à l'intérieur du quart de période où interviennent ces impulsions. La courbe 1 12 indique en effet que la fréquence instantanée de l'oscillateur augmente au-dessus de la fréquence de consigne dès la première impulsion. Ainsi, la seconde impulsion de freinage est plus proche de la position extrême qui suit, de sorte que l'effet du freinage augmente et ainsi de suite avec les impulsions suivantes. Dans la phase transitoire, la fréquence instantanée de l'oscillation avec freinage 1 14 augmente donc et les impulsions de freinage se rapprochent progressivement d'une position extrême de l'oscillation. Après un certain temps, les impulsions de freinage comprennent le passage par la position extrême où la vitesse du résonateur mécanique change de sens. Dès ce moment-là, on a un phénomène similaire à celui exposé ci-avant. Les impulsions de freinage 1 14a présentent alors deux parties et la seconde partie diminue la fréquence instantanée. Cette diminution de la fréquence instantanée continue jusqu'à ce qu'elle ait une valeur égale à la valeur de consigne pour de mêmes raisons que données en référence aux Figures 9 et 10. La diminution de fréquence s'arrête automatiquement lorsque la fréquence instantanée est sensiblement égale à la fréquence de consigne. On obtient alors une stabilisation de la fréquence de l'oscillateur mécanique à la fréquence de consigne dans une phase synchrone.
A l'aide des Figures 12 à 15, on exposera le comportement de l'oscillateur mécanique dans la phase de transition pour n'importe quel instant où intervient une première impulsion de freinage au cours d'une période d'oscillation, ainsi que la situation finale correspondant à la phase synchrone où la fréquence d'oscillation est stabilisée sur la fréquence de consigne. La Figure 12 représente une période d'oscillation avec la courbe S1 des positions d'un résonateur mécanique. Dans le cas considéré ici, la fréquence d'oscillation naturelle F0 de l'oscillateur mécanique libre (sans impulsions de freinage) est supérieure à la fréquence de consigne FOc (F0 > FOc). La période d'oscillation comprend classiquement une première alternance A1 suivie d'une deuxième alternance A2, chacune entre deux positions extrêmes (tm-i , Am-i ; tm, Am ; tm+i , Am+i ) correspondant à l'amplitude d'oscillation. Ensuite, on a représenté, dans la première alternance, une impulsion de freinage 'Imp1 ' dont la position temporelle milieu intervient à un instant ti et, dans la seconde alternance, une autre impulsion de freinage 'Imp2' dont la position temporelle milieu intervient à un instant t2. Les impulsions Imp1 et Imp2 présentent un déphasage de TO/2, et elles sont particulières car elles correspondent, pour un profil donné du couple de freinage, à des corrections engendrant deux équilibres instables du système. Comme ces impulsions interviennent respectivement dans le premier et le troisième quart de la période d'oscillation, elles freinent donc l'oscillateur mécanique dans une mesure qui permet exactement de corriger la fréquence naturelle trop élevée de l'oscillateur mécanique libre (avec la fréquence de freinage sélectionnée pour l'application des impulsions de freinage). On notera que les impulsions Imp1 et Imp2 sont toutes deux des premières impulsions, chacune étant considérée pour elle-même en l'absence de l'autre. On remarquera que les effets des impulsions Imp1 et Imp2 sont identiques.
Si une première impulsion intervient au temps ti ou .2, on aura donc théoriquement une répétition de cette situation lors des prochaines périodes d'oscillation et une fréquence d'oscillation égale à la fréquence de consigne. Deux choses sont à relever pour un tel cas. Premièrement, la probabilité qu'une première impulsion intervienne exactement au temps ti ou t2 est relativement faible bien que possible. Deuxièmement, au cas où une telle situation particulière se présente, elle ne pourra durer longtemps. En effet, la fréquence instantanée d'un balancier-spiral dans une pièce d'horlogerie varie un peu au cours du temps pour diverses raisons (amplitude d'oscillation, température, changement d'orientation spatiale, etc.). Bien que ces raisons constituent des perturbations qu'on cherche généralement à minimiser en haute horlogerie, il n'en demeure pas moins qu'en la pratique un tel équilibre instable ne va pas durer bien longtemps. On notera que plus le couple de freinage est élevé, plus les temps ti et .2 se rapprochent des deux temps de passage du résonateur mécanique par sa position neutre qui les suivent respectivement. On notera encore que plus la différence entre la fréquence d'oscillation naturelle F0 et la fréquence de consigne FOc est petite, plus les temps ti et t2 se rapprochent également des deux temps de passage du résonateur mécanique par sa position neutre qui les suivent respectivement.
Considérons maintenant ce qui se passe dès qu'on s'écarte un peu des positions temporelles ti ou t2 lors de l'application des impulsions. Selon l'enseignement donné en référence à la Figure 8B, si une impulsion intervient à gauche (position temporelle antérieure) de l'impulsion Imp1 dans la zone Z1 a, la correction augmente de sorte qu'au cours des périodes suivantes, la position extrême précédente Am-i va progressivement se rapprocher de l'impulsion de freinage. Par contre, si une impulsion intervient à droite (position temporelle postérieure) de l'impulsion Imp1 , à gauche de la position zéro, la correction diminue de sorte qu'au cours des périodes suivantes les impulsions dérivent vers cette position zéro où la correction devient nulle. Ensuite, l'effet de l'impulsion change et une augmentation de la fréquence instantanée intervient. Comme la fréquence naturelle est déjà trop élevée, l'impulsion va rapidement dériver vers la position extrême Am. Ainsi, si une impulsion a lieu à droite de l'impulsion Imp1 dans la zone Z1 b, les impulsions suivantes vont progressivement se rapprocher de la position extrême suivante Am. On observe un même comportement dans la seconde alternance A2. Si une impulsion a lieu à gauche de l'impulsion Imp2 dans la zone Z2a, les impulsions suivantes vont progressivement se rapprocher de la position extrême précédente Am. Par contre, si une impulsion a lieu à droite de l'impulsion Imp2 dans la zone Z2b, les impulsions suivantes vont progressivement se rapprocher de la position extrême suivante Am+i . On remarquera que cette formulation est relative car en réalité la fréquence d'application des impulsions de freinage est imposée par l'oscillateur maître (fréquence de freinage donnée), de sorte que ce sont les périodes d'oscillation qui varient et de fait c'est la position extrême en question qui se rapproche de l'instant d'application d'une impulsion de freinage. En conclusion, si une impulsion intervient dans la première alternance A1 à un autre instant que ti , la fréquence d'oscillation instantanée évolue dans une phase transitoire au cours des périodes d'oscillation suivantes de manière qu'une des deux positions extrêmes de cette première alternance (positions d'inversion du sens du mouvement du résonateur mécanique) s'approche progressivement des impulsions de freinage. Il en va de même pour la seconde alternance A2. La Figure 13 montre la phase synchrone correspondant à une situation stable finale intervenant après la phase transitoire décrite ci-avant. Comme déjà exposé, dès que le passage par une position extrême intervient durant une impulsion de freinage, cette position extrême va se caler sur les impulsions de freinage pour autant que ces impulsions de freinage soient configurées (le couple de force et la durée) pour pouvoir corriger suffisamment la dérive temporelle de l'oscillateur mécanique libre au moins par une impulsion de freinage intervenant entièrement, selon le cas, juste avant ou juste après une position extrême. Ainsi, dans la phase synchrone, si une première impulsion intervient dans la première alternance A1 , soit la position extrême Am-i de l'oscillation est calée sur les impulsions Impl a, soit la position extrême Am de l'oscillation est calée sur les impulsions Impl b. Dans le cas d'un couple sensiblement constant, les impulsions Impl a et Impl b présentent chacune une première partie dont la durée est plus courte que celle de leur seconde partie, de manière à corriger exactement la différence entre la fréquence naturelle trop élevée de l'oscillateur principal esclave et la fréquence de consigne imposée par l'oscillateur auxiliaire maître. De même, dans la phase synchrone, si une première impulsion intervient dans la seconde alternance A2, soit la position extrême Am de l'oscillation est calée sur les impulsions Imp2a, soit la position extrême Am+i de l'oscillation est calée sur les impulsions Imp2b. On remarquera que les impulsions Impl a, respectivement Impl b,
Imp2a et Imp2b occupent des positions temporelles relatives stables. En effet, une légère déviation à gauche ou à droite d'une de ces impulsions, dû à une perturbation externe, aura pour effet de ramener une impulsion suivante vers la position temporelle relative initiale. Ensuite, si la dérive temporelle de l'oscillateur mécanique varie durant la phase synchrone, l'oscillation va automatiquement subir un léger déphasage de sorte que le rapport entre la première partie et la seconde partie des impulsions Impl a, respectivement Impl b, Imp2a et Imp2b varie dans une mesure qui adapte la correction engendrée par les impulsions de freinage à la nouvelle différence de fréquence. Un tel comportement de la pièce d'horlogerie selon la présente invention est vraiment remarquable.
Les Figures 14 et 15 sont similaires aux Figures 12 et 13, mais pour une situation où la fréquence naturelle de l'oscillateur est inférieure à la fréquence de consigne. Par conséquent, les impulsions Imp3 et Imp4, correspondant à une situation d'équilibre instable dans la correction apportée par les impulsions de freinage, sont respectivement situées dans le deuxième et le quatrième quart de période (instants t3 et U) où les impulsions engendrent une augmentation de la fréquence d'oscillation. On ne redonnera pas ici les explications en détails car le comportement du système découle des considérations précédentes. Dans la phase transitoire (Figure 14), si une impulsion a lieu dans l'alternance A3 à gauche de l'impulsion Imp3 dans la zone Z3a, la position extrême précédente (tm-i , Am-i ) va progressivement se rapprocher des impulsions suivantes. Par contre, si une impulsion a lieu à droite de l'impulsion Imp3 dans la zone Z3b, la position extrême suivante (tm , Am) va progressivement se rapprocher des impulsions suivantes. De même, si une impulsion a lieu dans l'alternance A4 à gauche de l'impulsion Imp4 dans la zone Z4a, la position extrême précédente (tm , Am) va progressivement se rapprocher des impulsions suivantes. Finalement, si une impulsion a lieu à droite de l'impulsion Imp4 dans la zone Z4b, la position extrême suivante (tm+i , Am+i ) va progressivement se rapprocher des impulsions suivantes durant la phase de transition.
Dans la phase synchrone (Figure 15), si une première impulsion intervient dans la première alternance A3, soit la position extrême Am-i de l'oscillation est calée sur les impulsions Imp3a, soit la position extrême Am de l'oscillation est calée sur les impulsions Imp3b. Dans le cas d'un couple sensiblement constant, les impulsions Imp3a et Imp3b présentent chacune une première partie dont la durée est plus longue que celle de leur seconde partie, de manière à corriger exactement la différence entre la fréquence naturelle trop faible de l'oscillateur principal esclave et la fréquence de consigne imposée par l'oscillateur auxiliaire maître. De même, dans la phase synchrone, si une première impulsion intervient dans la seconde alternance A4, soit la position extrême Am de l'oscillation est calée sur les impulsions Imp4a, soit la position extrême Am+i de l'oscillation est calée sur les impulsions Imp4b. Les autres considérations faîtes dans le cadre du cas décrit précédemment en référence aux Figures 12 et 13 s'appliquent par analogie au cas des Figures 14 et 15. En conclusion, que la fréquence naturelle de l'oscillateur mécanique libre soit trop élevée ou trop basse et quel que soit l'instant de l'application d'une première impulsion de freinage à l'intérieur d'une période d'oscillation, le dispositif de correction de l'invention est efficace et synchronise rapidement la fréquence de l'oscillateur mécanique, cadençant la marche du mouvement mécanique, sur la fréquence de consigne qui est déterminée par la fréquence de référence de l'oscillateur auxiliaire maître, lequel pilote la fréquence de freinage à laquelle les impulsions de freinage sont appliquées au résonateur de l'oscillateur mécanique. Ceci reste vrai si la fréquence naturelle de l'oscillateur mécanique varie et même si elle est, dans certaines périodes de temps, supérieure à la fréquence de consigne, alors que dans d'autres périodes de temps elle est inférieure à cette fréquence de consigne.
L'enseignement donné ci-avant et la synchronisation obtenue grâce aux caractéristiques de la pièce d'horlogerie selon l'invention s'appliquent également au cas où la fréquence de freinage pour l'application des impulsions de freinage n'est pas égale à la fréquence de consigne. Dans le cas de l'application d'une impulsion par période d'oscillation, les impulsions ayant lieu aux positions instables (ti , Imp1 ; .2, Imp2 ; .3, Imp3 ; U, Imp4) correspondent à des corrections pour compenser la dérive temporelle au cours d'une seule période d'oscillation. Par contre, si les impulsions de freinage prévues ont un effet suffisant pour corriger une dérive temporelle au cours de plusieurs périodes d'oscillation, il est alors possible d'appliquer une seule impulsion par intervalle de temps égal à ces plusieurs périodes d'oscillation. On observera alors le même comportement que pour le cas où une impulsion est engendrée par période d'oscillation. En considérant les périodes d'oscillation où interviennent les impulsions, on a les mêmes phases transitoires et les mêmes phases synchrones que dans le cas exposé précédemment. De plus, ces considérations sont aussi correctes s'il y a un nombre entier d'alternances entre chaque impulsion de freinage. Dans le cas d'un nombre impair d'alternances, on passe alternativement, selon le cas, de l'alternance A1 ou A3 à l'alternance A2 ou A4 sur les Figures 12 à 15. Comme l'effet de deux impulsions décalées d'une alternance est identique, on comprend que la synchronisation est réalisée comme pour un nombre pair d'alternances entre deux impulsions de freinage successives. En conclusion, comme déjà indiqué, le comportement du système décrit en référence aux Figures 12 à 15 est observé dès que la fréquence de freinage FFR est égale à 2F0c / N, FOc étant la fréquence de consigne pour la fréquence d'oscillation et N un nombre entier positif.
Bien que peu intéressant, on remarquera que la synchronisation est aussi obtenue pour une fréquence de freinage FFR supérieure au double de la fréquence de consigne (2F0), à savoir pour une valeur égale à N fois F0 avec N > 2. Dans une variante avec FFR = 4F0, on a juste une perte d'énergie dans le système sans effet dans la phase synchrone, car une impulsion sur deux intervient au point neutre du résonateur mécanique. Pour une fréquence de freinage FFR plus élevée que 2F0, les impulsions dans la phase synchrone qui n'interviennent pas aux positions extrêmes annulent leurs effets deux à deux. On comprend donc qu'il s'agit de cas théoriques sans grand sens pratique.
Les Figures 16 et 17 montrent la phase synchrone pour une variante avec une fréquence de freinage FFR égale au quart de la fréquence de consigne, une impulsion de freinage intervenant donc toutes les quatre périodes d'oscillation. Les Figures 18 et 19 sont des agrandissements partiels respectivement des Figures 16 et 17. La Figure 16 concerne un cas où la fréquence naturelle de l'oscillateur principal est supérieure à la fréquence de consigne F0C = 4 Hz, alors que la Figure 17 concerne un cas où la fréquence naturelle de l'oscillateur principal est supérieure à cette fréquence de consigne. On observe que seules les périodes d'oscillation T1 * et T2*, dans lesquelles interviennent des impulsions de freinage Impl b ou Imp2a, respectivement Imp3b ou Imp4a, présentent une variation relativement à la période naturelle T0*. Les impulsions de freinage engendrent un déphasage seulement dans les périodes correspondantes. Ainsi, les périodes instantanées oscillent ici autour d'une valeur moyenne qui est égale à celle de la période de consigne. On notera que, aux Figures 16 à 19, les périodes instantanées sont mesurées d'un passage par zéro sur un flanc montant du signal d'oscillation à un tel passage suivant. Ainsi, les impulsions synchrones qui interviennent aux positions extrêmes sont entièrement englobées dans des périodes d'oscillation. Pour être complet, la Figure 20 montre le cas spécifique où la fréquence naturelle est égale à la fréquence de consigne. Dans ce cas, les périodes d'oscillation T0* demeurent toutes égales, les impulsions de freinage Imp5 intervenant exactement à des positions extrêmes de l'oscillation libre avec des première et seconde parties de ces impulsions qui ont des durées identiques (cas d'un couple de freinage constant), de sorte que l'effet de la première partie est annulé par l'effet opposé de la deuxième partie.
La Figure 21 montre la variation des périodes d'oscillation pour une fréquence de consigne F0C = 3 Hz et une impulsion de freinage appropriée intervenant toutes les trois périodes d'oscillation de l'oscillateur mécanique qui cadence la marche d'un mécanisme indicateur de l'heure présentant une erreur journalière de 550 secondes par jour, soit environ 9 minutes par jour. Cette erreur est très importante, mais le dispositif de freinage est configuré pour permettre de corriger une telle erreur. L'effet du freinage devant être ici relativement important, on a une grande variation de la période instantanée mais la période moyenne est sensiblement égale à la période de consigne après l'enclenchement du dispositif de correction dans la pièce d'horlogerie selon l'invention et une courte phase transitoire. Lorsque le dispositif de correction est inactif, on observe, comme attendu, que l'erreur temporelle totale augmente linéairement en fonction du temps alors que cette erreur se stabilise rapidement après l'enclenchement du dispositif de correction. Ainsi, si une mise à l'heure est effectuée après un tel enclenchement du dispositif de correction et la phase transitoire, l'erreur totale (aussi nommée 'erreur cumulée') demeure faible, de sorte que la pièce d'horlogerie indique par la suite une heure avec une précision correspondant à celle de l'oscillateur maître incorporé dans cette pièce d'horlogerie et associé au dispositif de freinage.
La Figure 22 montre l'évolution de l'amplitude de l'oscillateur mécanique esclave après l'enclenchement du dispositif de correction selon l'invention. Dans la phase transitoire, on observe une diminution relativement marquée de l'amplitude dans un cas où la première impulsion a lieu proche de la position zéro (position neutre). Les diverses impulsions de freinage intervenant en particulier dans une première partie de cette phase transitoire engendrent des pertes en énergie relativement importantes, ceci découlant du graphe de la Figure 8C. Par la suite, les pertes en énergie diminuent assez rapidement pour finalement devenir minimales pour une correction donnée dans la phase synchrone. Dès lors, on observe que l'amplitude augmente à nouveau dès que les impulsions englobent le passage par une position extrême du résonateur mécanique et continue d'augmenter au début de la phase synchrone bien que l'énergie de freinage dissipée se stabilise alors à son minimum, étant donné une relativement grande constante de temps pour la variation d'amplitude de l'oscillateur mécanique. Ainsi, la pièce selon l'invention présente en plus le bénéfice de se stabiliser dans une phase synchrone pour laquelle l'énergie dissipée par l'oscillateur, du fait des impulsions de freinage prévues, est minimale. En effet, l'oscillateur présente après stabilisation de son amplitude la plus petite diminution d'amplitude possible pour les impulsions de freinage prévues. C'est un avantage car lorsque le ressort-moteur entretenant l'oscillateur principal se détend, l'amplitude d'oscillation minimale pour assurer le fonctionnement du mouvement mécanique est atteinte le plus tard possible tout en assurant une marche précise. Le dispositif de correction de la marche d'un mouvement mécanique qui engendre la synchronisation selon l'invention a donc une influence minimisée pour la réserve de marche.
Pour minimiser les perturbations engendrées par les impulsions de freinage et notamment les pertes en énergie pour le mouvement horloger, on sélectionnera de préférence de courtes durées d'impulsion, voire de très courtes durées d'impulsion. Ainsi, dans une variante particulière, les impulsions de freinage ont chacune une durée inférieure à 1 /10 de la période de consigne. Dans une variante préférée, les impulsions de freinage ont chacune une durée comprise entre 1/250 et 1/40 de ladite période de consigne. Dans ce dernier cas, pour une fréquence de consigne égale à 4 Hz, la durée des impulsions est comprise entre 1 ms et 5 ms.
En référence aux Figures 1 à 3, on a décrit des pièces d'horlogerie avec des résonateurs mécaniques présentant une surface de freinage circulaire permettant au dispositif de freinage d'appliquer une impulsion de freinage mécanique au résonateur mécanique esclave sensiblement à tout instant d'une période d'oscillation dans la plage de fonctionnement utile de l'oscillateur esclave. Ceci est une variante de réalisation préférée. Comme les mouvements horlogers ont généralement des balanciers présentant une serge circulaire avec une surface externe avantageusement continue, la variante préférée indiquée ci-dessus peut être aisément implémentée dans de tels mouvements sans nécessiter de modifications de leur oscillateur mécanique. On comprend que cette variante préférée permet de minimiser la durée de la phase de transition et d'assurer la synchronisation voulue dans le meilleur délai. Cependant, la synchronisation stable peut déjà être obtenue, après une certaine période de temps, avec un système mécanique, formé du résonateur mécanique esclave et du dispositif mécanique de freinage, qui est configuré de manière à permettre au dispositif mécanique de freinage de pouvoir débuter les impulsions de freinage périodiques à n'importe quelle position du résonateur mécanique esclave seulement dans une plage continue ou quasi continue de positions de ce résonateur définie, d'un premier des deux côtés de la position neutre du résonateur mécanique esclave, par la plage des amplitudes de l'oscillateur esclave pour sa plage de fonctionnement utile. Avantageusement, cette plage de positions est augmentée, du côté de l'amplitude minimale, au moins par une distance angulaire correspondant à la durée d'une impulsion de freinage, de sorte à permettre pour une amplitude minimale une impulsion de freinage par un frottement sec dynamique. Pour que le système mécanique puisse agir dans toutes les alternances et non seulement dans toutes les périodes d'oscillation, il est alors nécessaire que ce système mécanique soit configuré de manière à permettre au dispositif mécanique de freinage de pouvoir également débuter les impulsions de freinage périodiques à n'importe quelle position du résonateur mécanique du second des deux côtés de ladite position neutre, dans la plage des amplitudes de l'oscillateur mécanique esclave pour sa plage de fonctionnement utile. Avantageusement, la plage de positions est aussi augmentée, du côté de l'amplitude minimale, au moins par une distance angulaire correspondant sensiblement à la durée d'une impulsion de freinage.
Ainsi, dans une première variante générale, la plage continue ou quasi continue susmentionnée de positions du résonateur mécanique esclave s'étend, d'un premier des deux côtés de sa position neutre, au moins sur la plage des amplitudes que l'oscillateur esclave est susceptible d'avoir de ce premier côté pour une plage de fonctionnement utile de cet oscillateur esclave et avantageusement en plus, du côté d'une amplitude minimale de la plage des amplitudes, au moins sur une distance angulaire correspondant sensiblement à la durée des impulsions de freinage. Dans une deuxième variante générale, en plus de la plage continue ou quasi continue définie ci- avant dans la première variante générale, laquelle est une première plage continue ou quasi continue, le système mécanique susmentionné est configuré de manière à permettre au dispositif mécanique de freinage de pouvoir aussi débuter les impulsions de freinage périodiques à n'importe quelle position du résonateur mécanique esclave, du second des deux côtés de sa position neutre, au moins dans une deuxième plage continue ou quasi continue de positions de ce résonateur mécanique esclave s'étendant sur la plage des amplitudes que l'oscillateur esclave est susceptible d'avoir de ce second côté pour ladite plage de fonctionnement utile et avantageusement en plus, du côté d'une amplitude minimale de cette dernière plage des amplitudes, au moins sur ladite première distance angulaire.
Finalement, dans le cadre de la présente invention, on peut distinguer deux catégories d'impulsions de freinage périodiques en relation avec l'intensité du couple de force mécanique appliqué au résonateur mécanique esclave et la durée des impulsions de freinage périodiques. Concernant la première catégorie, le couple de freinage et la durée des impulsions de freinage sont prévus, pour la plage de fonctionnement utile de l'oscillateur esclave, de manière à ne pas bloquer momentanément le résonateur mécanique esclave au cours des impulsions de freinage périodiques au moins dans la majeure partie de la phase transitoire éventuelle qui a été décrite précédemment. Dans ce cas, le système est agencé de manière que le couple de freinage mécanique puisse être appliqué au résonateur mécanique esclave, au moins dans ladite majeure partie de la phase transitoire éventuelle, durant chaque impulsion de freinage.
Dans une variante avantageuse, l'organe oscillant et l'organe de freinage sont agencés de manière que les impulsions de freinage périodiques puissent être appliquées, au moins dans ladite majeure partie de la phase transitoire éventuelle, principalement par un frottement sec dynamique entre l'organe de freinage et une surface de freinage de l'organe oscillant. Concernant la deuxième catégorie, pour la plage de fonctionnement utile de l'oscillateur esclaveet dans la phase synchrone qui a été décrite précédemment, le couple de freinage mécanique et la durée des impulsions de freinage périodiques sont prévus de manière à bloquer le résonateur mécanique au cours des impulsions de freinage périodiques au moins dans leur partie terminale.
Dans une variante particulière, il est prévu dans la phase synchrone un blocage momentané du résonateur mécanique esclave par les impulsions de freinage périodiques alors que, dans une partie initiale de la phase transitoire éventuelle où les impulsions de freinage périodiques interviennent hors des positions extrêmes du résonateur mécanique esclave, ce dernier n'est pas bloqué par ces impulsions de freinage périodiques.
Aux Figures 23A à 23C est représentée une séquence du fonctionnement d'un dispositif de correction dans un quatrième mode de réalisation d'une pièce d'horlogerie selon l'invention. Seuls le résonateur principal esclave 6 et le dispositif mécanique de correction 52A ont été représentés. Le dispositif de correction est formé par un oscillateur auxiliaire maître 96 et par un dispositif de freinage 56A, similaire à celui présenté dans le cadre du premier mode de réalisation, qui comprend un mécanisme générateur d'impulsions de freinage 50A. L'oscillateur maître 96 est apparenté à l'oscillateur 54 du deuxième mode de réalisation. Son fonctionnement est analogue et ne sera pas décrit ici à nouveau. Il se distingue par son résonateur 98 formé par un diapason qui porte aux extrémités libres de ses deux branches vibrantes respectivement deux aimants 99 et 100 qui ont une aimantation axiale. Ces aimants servent à coupler le résonateur 98 à une roue d'échappement 68. La roue d'échappement et les deux aimants forment l'échappement magnétique de l'oscillateur maître 96. Comme le diapason présente un mode de résonance fondamental avec ses deux branches oscillant en opposition de phase et que les deux aimants 99 et 100 qu'il porte sont agencés au repos de manière diamétralement opposée relativement à l'axe de rotation de la roue d'échappement, le nombre de périodes magnétiques de la structure magnétique de la roue d'échappement est prévu pair. Le diapason peut présenter une fréquence propre relativement élevée, de sorte qu'il est envisagé dans une variante d'agencer le doigt d'actionnement 58 sur un mobile d'un rouage de transmission auxiliaire de l'énergie mécanique nécessaire au fonctionnement du dispositif de correction 52A, ce mobile tournant à une moindre vitesse que la roue d'échappement 68.
Le fonctionnement du dispositif de correction se distingue de celui des modes de réalisation précédents par le fait que le mécanisme de commande formé par la roue d'échappement 68 et le doigt d'actionnement 58 agit à l'inverse sur le mécanisme générateur d'impulsions de freinage 50A. Comme à la Figure 2A, lorsque le doigt 58 tourne en direction de l'extrémité 41 de la bascule 40, cette dernière est au repos et la lame-ressort 42 est à une certaine distance de la surface de freinage 46 du balancier 8 (Figure 23A). Par contre, dès que le doigt entre en contact avec l'extrémité 41 de la bascule, celle-ci se met à tourner dans le sens horaire et le ressort-lame tourne progressivement en direction de la surface de freinage 46 jusqu'à la toucher alors que le doigt 58 est toujours en appui contre ladite extrémité 41 (Figure 23B montrant la bascule lorsqu'elle vient d'entrer en contact avec le balancier). Ensuite, comme le doigt poursuit son avance continue, la lame- ressort presse de plus en plus contre le balancier pour le freiner jusqu'à ce que le contact entre le doigt et ladite extrémité soit perdu et que la bascule soit alors libérée (Figure 23C), ce qui met fin à l'impulsion de freinage car la bascule est alors tirée en arrière par le ressort 44A qui s'est détendu dans la phase précédente.
La force du ressort 44A peut ici être très faible, mais de préférence un amortissement suffisant est prévu pour éviter une oscillation de la bascule, suite à sa libération, engendrant une seconde impulsion de freinage parasite durant la période de freinage suivant la première impulsion. La durée des impulsions de freinage est déterminée par la distance angulaire sur laquelle le doigt d'actionnement reste en contact avec l'extrémité de la bascule suite à l'instant où la lame-ressort touche la surface de freinage. Cette distance angulaire peut être réglée à une valeur donnée par un ajustement notamment de la longueur du doigt d'actionnement. On remarquera que le couple de freinage augmente ici durant l'impulsion de freinage puis diminue quasi instantanément dès que la bascule est libérée. Ce couple de force peut être réglé à une valeur donnée notamment en fonction de la rigidité de la lame- ressort et du rapport de longueur entre les deux bras de la bascule.
Aux Figures 24A à 24C est montrée une séquence du fonctionnement d'un dispositif de correction dans un cinquième mode de réalisation d'une pièce d'horlogerie selon l'invention. Seuls le résonateur principal esclave 6 et une partie du dispositif mécanique de correction ont été représentés. Le dispositif de correction est formé par un oscillateur auxiliaire maître 22A, dont seule la roue d'échappement 34A a été représentée (son résonateur et l'ancre étant similaires à ceux représentés à la Figure 1 ), et par un dispositif de freinage 56A. Ainsi, comme dans le premier mode de réalisation, la roue d'échappement tourne pas-à-pas avec une vitesse angulaire déterminée par la fréquence de référence du résonateur maître. Le dispositif de freinage comprend un mécanisme générateur d'impulsions de freinage 50A similaire à celui présenté ci-avant dans le cadre du quatrième mode de réalisation. Ce générateur d'impulsions fonctionne de la même manière que celui du quatrième mode de réalisation. Le mécanisme de commande 48A du dispositif de freinage est formé ici par la roue d'échappement et par deux goupilles 38 fixées sur cette roue de manière diamétralement opposée.
Contrairement au mode de réalisation précédent, le mécanisme de commande avance par pas. La génération d'une impulsion de freinage est prévue lors d'un pas de la roue d'échappement (Figure 24B). Cette roue a par exemple 15 dents et l'oscillateur maître 22A fonctionne à une fréquence de référence de 7,5 Hz. La roue d'échappement effectue 1/2 tour par seconde de sorte que les impulsions de freinage sont effectuées à une fréquence de freinage de 1 Hz. A chaque période de l'oscillateur maître la roue 34A effectue deux pas et avance d'une distance angulaire égale à 24°, de sorte qu'au moins un des deux pas correspond à une rotation d'au moins 12°. L'extrémité 41 de la bascule 40 est configurée et positionnée relativement au cercle décrit par les goupilles 38 en rotation de manière à permettre que l'impulsion de freinage soit entièrement effectuée lors d'un pas donné de la roue de commande. On remarquera qu'il est avantageux que la bascule soit déjà déplacée en rotation lors d'un pas de la roue de commande précédant celui qui intervient pour engendrer une impulsion de freinage. Dans ce cas, on veillera à agencer le dispositif de freinage pour que la lame- ressort 42 tourne en direction de la surface de freinage 46 du balancier lors dudit pas précédent sans toucher cette surface de freinage, mais en s'arrêtant à faible distance de celle-ci (Figure 24A).
Les Figures 24A à 24C montrent trois configurations du dispositif de freinage intervenant sur une période de référence au cours de laquelle la roue d'échappement effectue deux pas successifs. La figure 24A représente un premier état du dispositif de freinage à la fin d'un pas déterminé de la roue 34A. La Figure 24B représente un deuxième état du dispositif de freinage lors d'un premier pas suivant directement ledit pas déterminé (application d'une impulsion de freinage au balancier 8). La Figure 24C correspond à un troisième état où la roue 34A a terminé le premier pas représenté à la Figure 24B, avant qu'intervienne un deuxième pas suivant directement ledit premier pas. Etant donné que lors d'un pas, la roue 34A tourne très rapidement (rotation libre), la durée des impulsions de freinage peut être ainsi relativement courte.

Claims

REVEN D ICATIONS
1 . Pièce d'horlogerie (2, 80) comprenant un mouvement mécanique (4) qui comprend :
- un mécanisme (12) indicateur d'au moins une donnée temporelle,
- un résonateur mécanique (6, 6A) susceptible d'osciller le long d'un axe général d'oscillation autour d'une position neutre (0) correspondant à son état d'énergie potentielle minimale,
- un dispositif (14) d'entretien du résonateur mécanique formant avec ce résonateur mécanique un oscillateur mécanique (18) qui est agencé pour cadencer la marche du mécanisme indicateur ;
la pièce d'horlogerie comprenant en outre un dispositif de correction d'une dérive temporelle éventuelle dans le fonctionnement dudit oscillateur mécanique ;
caractérisée en ce que ledit dispositif de correction (20, 52, 52A) est du type mécanique, ce dispositif mécanique de correction étant formé par un oscillateur auxiliaire mécanique (22, 22A, 54, 96), lequel définit un oscillateur maître, et par un dispositif mécanique (24, 56, 56A) de freinage dudit résonateur mécanique ; en ce que le dispositif mécanique de freinage est agencé pour pouvoir appliquer audit résonateur mécanique (6, 6A) un couple de freinage mécanique durant des impulsions de freinage périodiques qui sont générées à une fréquence de freinage sélectionnée seulement en fonction d'une fréquence de consigne pour ledit oscillateur mécanique, lequel définit un oscillateur esclave, et déterminée par ledit oscillateur maître, le système mécanique formé dudit résonateur mécanique et du dispositif mécanique de freinage étant configuré de manière à permettre au dispositif mécanique de freinage (24, 56, 56A) de pouvoir débuter lesdites impulsions de freinage périodiques à n'importe quelle position dudit résonateur mécanique dans une plage de positions, le long dudit axe général d'oscillation, qui s'étend au moins d'un premier des deux côtés de la position neutre dudit résonateur mécanique sur au moins une plage d'amplitudes que ledit oscillateur esclave est susceptible d'avoir de ce premier côté pour une plage de fonctionnement utile de cet oscillateur esclave.
2. Pièce d'horlogerie selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'une première partie de ladite plage de positions du résonateur mécanique, incorporant ladite plage des amplitudes que l'oscillateur mécanique est susceptible d'avoir dudit premier côté de la position neutre dudit résonateur mécanique, présente une certaine étendue sur laquelle elle est continue ou quasi continue.
3. Pièce d'horlogerie selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit système mécanique est configuré de manière que ladite plage de positions du résonateur mécanique, dans laquelle peuvent débuter lesdites impulsions de freinage périodiques, s'étend également du second des deux côtés de la position neutre dudit résonateur mécanique sur au moins une plage d'amplitudes que ledit oscillateur mécanique est susceptible d'avoir de ce second côté pour ladite plage de fonctionnement utile de cet oscillateur mécanique.
4. Pièce d'horlogerie selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'une deuxième partie de ladite plage de positions du résonateur mécanique, incorporant ladite plage d'amplitudes que l'oscillateur mécanique est susceptible d'avoir dudit second côté de la position neutre dudit résonateur mécanique, présente une certaine étendue sur laquelle elle est continue ou quasi continue.
5. Pièce d'horlogerie selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite fréquence de freinage est prévue égale au double de ladite fréquence de consigne divisée par un nombre entier positif N, soit FFR = 2-F0c / N où FFR est la fréquence de freinage et FOc est la fréquence de consigne.
6. Pièce d'horlogerie selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit dispositif mécanique de freinage (24, 56, 56A) est agencé de manière que les impulsions de freinage périodiques ont chacune essentiellement une durée inférieure au quart de la période de consigne correspondant à l'inverse de la fréquence de consigne.
7. Pièce d'horlogerie selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le dispositif mécanique de freinage (24, 56, 56A) est agencé de manière que les impulsions de freinage périodiques ont chacune essentiellement une durée inférieure à 1/10 de la période de consigne correspondant à l'inverse de la fréquence de consigne.
8. Pièce d'horlogerie selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le dispositif mécanique de freinage (24, 56, 56A) est agencé de manière que les impulsions de freinage périodiques ont chacune essentiellement une durée inférieure à 1/40 de la période de consigne correspondant à l'inverse de la fréquence de consigne.
9. Pièce d'horlogerie selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit système mécanique est configuré de manière à permettre au dispositif mécanique de freinage (24, 56, 56A) de débuter, dans ladite plage de fonctionnement utile dudit oscillateur esclave, une desdites impulsions de freinage périodiques à n'importe quelle position dudit résonateur mécanique le long dudit axe général d'oscillation.
10. Pièce d'horlogerie selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit oscillateur maître (22, 22A) comprend un résonateur maître (28) qui est formé par un balancier-spiral ou un balancier monté sur lames flexibles.
1 1 . Pièce d'horlogerie selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit oscillateur maître (22, 22A) comprend un échappement muni d'un arrêtoir (33) et fonctionnant ainsi dans un mode pas-à-pas.
12. Pièce d'horlogerie selon une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ledit oscillateur maître (96) comprend un résonateur maître qui est formé par un diapason (98).
13. Pièce d'horlogerie selon une quelconque des revendications 1 à 10 et 12, caractérisée en ce que ledit oscillateur maître (54, 96) comprend un échappement à rotation continue du type magnétique, avec un couplage magnétique entre un résonateur maître (60, 98) formant cet oscillateur maître et une roue d'échappement (68) formant l'échappement à rotation continue.
14. Pièce d'horlogerie selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit oscillateur maître est associé à un mécanisme d'égalisation de la force exercée sur son résonateur maître pour entretenir son oscillation.
15. Pièce d'horlogerie selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif mécanique de freinage (24, 56, 56A) comprend un mécanisme de commande (48, 48A, 58 & 68) et un mécanisme (50, 50A) générateur d'impulsions de freinage qui est agencé pour être actionné par le mécanisme de commande à ladite fréquence de freinage, de manière à exercer sur un organe oscillant (8, 8A) du résonateur mécanique (6, 6A) dudit oscillateur esclave ledit couple de freinage mécanique durant lesdites impulsions de freinage périodiques.
16. Pièce d'horlogerie selon la revendication 14, caractérisée en ce que ledit mécanisme générateur d'impulsions de freinage comprend une bascule (40, 40A) associée à un ressort (44, 44A) ou un élément flexible et munie d'un organe de freinage (42) agencé pour venir en contact avec une surface de freinage (46) dudit organe oscillant lors desdites impulsions de freinage périodiques.
17. Pièce d'horlogerie selon la revendication 15, caractérisée en ce que ledit mécanisme de commande comprend un doigt d'actionnement (58) ou une goupille d'actionnement (38) agencé / agencée sur une roue de commande (68, 37, 34A) de manière à pouvoir actionner à chaque tour de cette roue de commande ladite bascule pour engendrer une desdites impulsions de freinage périodiques ; et en ce que la roue de commande est entraînée en rotation à une vitesse moyenne qui est déterminée par ledit oscillateur maître.
18. Pièce d'horlogerie selon la revendication 17, caractérisée en ce que ladite roue de commande est solidaire d'une roue d'échappement (34A) dudit oscillateur maître.
19. Pièce d'horlogerie selon la revendication 17, caractérisée en ce que ladite roue de commande est solidaire d'un mobile (36) de transmission de l'énergie d'un barillet mécanique (26) audit oscillateur maître, cette roue de transmission étant reliée cinématiquement à une roue d'échappement de l'oscillateur maître.
20. Pièce d'horlogerie selon une quelconque des revendications 17 à 19, caractérisée en ce que ledit dispositif mécanique de freinage (24, 56) est agencé de manière que le doigt d'actionnement (58) ou la goupille d'actionnement (38) vient, à chaque tour de la roue de commande, momentanément en contact avec ladite bascule (40) pour premièrement l'entraîner en rotation en armant ainsi le mécanisme générateur d'impulsions de freinage et pour ensuite déclencher une desdites impulsions de freinage périodiques alors que le contact entre le doigt d'actionnement ou la goupille d'actionnement et ledit mécanisme générateur est interrompu.
21 . Pièce d'horlogerie selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un barillet auxiliaire prévu pour fournir en énergie ledit oscillateur maître et non ledit oscillateur esclave, ce dernier étant fourni en énergie par un barillet principal.
22. Pièce d'horlogerie selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdites impulsions de freinage périodiques présentent un couple de force et une durée qui sont prévus, pour ladite plage de fonctionnement utile de l'oscillateur esclave, de manière à ne pas bloquer momentanément ledit résonateur mécanique au cours des impulsions de freinage périodiques au moins dans la majeure partie d'une phase transitoire éventuelle dans le fonctionnement de la pièce d'horlogerie, cette phase transitoire pouvant intervenir, suite à un enclenchement du dispositif mécanique de correction, avant une phase synchrone où l'oscillateur esclave est synchronisé avec lesdites impulsions de freinage périodiques ; et en ce que ledit système mécanique est agencé de manière que ledit couple de freinage mécanique puisse être appliqué audit résonateur mécanique, au moins dans ladite majeure partie de ladite phase transitoire éventuelle, durant ladite durée de chacune des impulsions de freinage périodiques.
23. Pièce d'horlogerie selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que, pour ladite plage de fonctionnement utile dudit oscillateur esclave et dans une phase synchrone du fonctionnement de la pièce d'horlogerie où cet oscillateur esclave est synchronisé avec lesdites impulsions de freinage périodiques, ces impulsions de freinage périodiques présentent un couple de force et une durée qui sont prévus de manière à bloquer momentanément ledit résonateur mécanique au cours des impulsions de freinage périodiques au moins dans leur partie terminale.
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