EP4130890B1 - Mouvement horloger muni d'un oscillateur comprenant un spiral piézoélectrique - Google Patents

Mouvement horloger muni d'un oscillateur comprenant un spiral piézoélectrique Download PDF

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EP4130890B1
EP4130890B1 EP21189581.8A EP21189581A EP4130890B1 EP 4130890 B1 EP4130890 B1 EP 4130890B1 EP 21189581 A EP21189581 A EP 21189581A EP 4130890 B1 EP4130890 B1 EP 4130890B1
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EP
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amplitude
oscillator
horological movement
control circuit
electronic control
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EP4130890A1 (fr
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Matthias Imboden
Alexandre DIDIER
Alexandre Haemmerli
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Swatch Group Research and Development SA
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Swatch Group Research and Development SA
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    • G04C3/08—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means wherein movement is regulated by a mechanical oscillator other than a pendulum or balance, e.g. by a tuning fork, e.g. electrostatically
    • G04C3/12—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means wherein movement is regulated by a mechanical oscillator other than a pendulum or balance, e.g. by a tuning fork, e.g. electrostatically driven by piezoelectric means; driven by magneto-strictive means

Definitions

  • the present invention relates to a watch movement comprising a barrel and an analog time display, which is driven by the barrel via a gear train, as well as a sprung balance to control the operation of the watch movement.
  • the hairspring is of the piezoelectric type with electrodes arranged on the two side surfaces.
  • the invention also relates to a watch incorporating such a watch movement and a source of electrical energy.
  • Patent applications EP 3 540 528 And EP 3 629 103 respectively describe a method for regulating the average frequency of a sprung balance and a method for synchronizing the frequency of a sprung balance using a piezoelectric balance spring connected to an electronic control unit provided with a quartz oscillator.
  • the present invention aims to modify a watch movement of the mechanical type by incorporating an electronic system making it possible to increase its running precision, without giving up a sprung balance to clock the progress of the watch movement, in particular driving its analog display device. Moreover, the present invention proposes to modify the watch movement so that it remains functional even when the electronic system is inactive, in particular due to lack of electrical energy available.
  • the subject of the invention is a watch movement comprising an analog time display, a gear train, a barrel in kinematic relationship with the analog display via the gear train, and an oscillator formed by a resonator, comprising a balance wheel and a hairspring.
  • the watch movement is configured so that the barrel is capable of driving the analog display and alone maintaining a functional oscillation of the oscillator with a first amplitude which is notably a function of the spatial orientation of the watch movement.
  • the electronic control circuit is arranged to be able to be connected to a source of electrical energy and to be able to control the application of an electrical voltage to said at least one electrode so as to generate electrical driving pulses for the oscillator which provide it with sufficient energy to allow a functional oscillation of this oscillator, for each spatial orientation of the watch movement, with a second amplitude which is greater than a maximum nominal value of the first amplitude for this spatial orientation.
  • the electronic control circuit is arranged to control said application of an electrical voltage so as to maintain the second amplitude substantially constant for any spatial orientation of the watch movement and all barrel cocking level.
  • the electronic control circuit comprises a circuit for detecting the amplitude of a voltage induced in the piezoelectric hairspring and a feedback loop to maintain this amplitude at a given setpoint value, thus allowing to regulate the amplitude of the oscillation of the resonator.
  • said maximum nominal value is less than or equal to 300° for any spatial orientation of the watch movement and said second amplitude is greater than 300° for any spatial orientation of the watch movement and any winding level of the barrel.
  • the invention also relates to a watch in which a source of energy is incorporated which is formed by an electricity generator arranged to be able to collect external energy and transform it into electrical energy, so as to enable power supply of the electronic control circuit. and the piezoelectric hairspring.
  • the precision of the watch incorporating the movement according to the invention can be increased, in particular thanks to a large amplitude for the oscillation of the balance which can be maintained by the electrical driving pulses supplied to the electromechanical oscillator via the piezoelectric hairspring.
  • the preferred embodiment makes it possible firstly to compensate for a reduction in the force torque supplied by the barrel, so as to maintain substantially constant the sustaining power of the oscillation for each spatial orientation of the watch movement, respectively of the watch which incorporates it.
  • the variation in frequency of the oscillator generally occurring in a conventional mechanical movement due to the variation in the force torque provided by the barrel over time is eliminated in this preferred embodiment.
  • this preferred embodiment makes it possible to eliminate a difference in amplitude for different spatial positions of the watch movement, respectively of the watch which incorporates it.
  • the mode preferred embodiment makes it possible to avoid variations in the running of the watch movement which may occur for other reasons in conventional mechanical movements, namely the aging of oils, hard points in the gear train or a momentarily increased torque demand, such as when moving from one date to the next, etc.
  • the present invention makes it possible to effectively resolve the various problems that may occur in mechanical watch movements and lead to a loss of isochronism, which results in a temporal drift in the display of the current time.
  • the watch movement 2 comprises an analog time display 4, a gear train 6, a barrel 8 driving the analog display via the gear train, and an electromechanical oscillator 10 formed by a resonator 12, comprising a balance wheel 14 and a piezoelectric hairspring 16, and a mechanical escapement 18 coupling the balance wheel to the gear train.
  • the watch movement is equipped with an oscillating mass 24 (not shown in the Figures 1 And 2 , but to Figures 5 And 6 ) used to wind the barrel.
  • the balance wheel is pivoted in a balance bridge 26, this bridge carrying a rack 28 used to adjust the oscillation frequency of the resonator 12, as is usual in mechanical watch movements.
  • the piezoelectric spiral is formed at least partially of a piezoelectric material and comprises at least two electrodes, at least one of which is connected to an electronic control circuit 20.
  • Figure 3 are shown the resonator 12 and the electronic control circuit 20 to which two external electrodes 68 and 69 of the piezoelectric spiral 16 are connected by two electrical connections 21A and 21B.
  • a cross section of the piezoelectric spiral 16 is shown in Figure 4 in no way limiting.
  • This hairspring comprises a central body 60 made of silicon, a layer of silicon oxide 62 deposited on the surface of the central body so as to thermally compensate the hairspring, a first conductive layer 64 deposited on the silicon oxide layer, and a piezoelectric material deposited in the form of a piezoelectric layer 66 on the first conductive layer 64.
  • the piezoelectric layer consists of an aluminum nitride crystal formed by growth of this crystal from the first conductive layer and perpendicular thereto.
  • Two external electrodes 68 and 69, formed by a second partial conductive layer on the piezoelectric layer, are arranged respectively on the two lateral sides of the hairspring and are connected to two respective terminals 70 and 71 of the electronic control circuit 20.
  • the piezoelectric layer 66 comprises a first part 74A and a second part 74B which extend respectively on the two lateral sides of the central body 60 and which present, by their growth from the first conductive layer 64, respective crystallographic structures which are symmetrical relative to a median plane 76 parallel to these two lateral sides.
  • the piezoelectric layer 66 has two respective piezoelectric axes 78A and 78B perpendicular to this piezoelectric layer and in opposite directions.
  • the internal electrode formed from the first conductive layer 64, does not need its own electrical connection with the electronic control circuit 20 or to the ground of the watch movement, although this is not excluded.
  • the piezoelectric material 66 and the two electrodes 68 and 69 are arranged so as to allow the application, controlled by the electronic control circuit 20, of an electrical stress on the piezoelectric spiral so as to provide the resonator 12 with driving pulses which participate at least in part in maintaining a functional oscillation of this resonator, preferably with a substantially constant amplitude.
  • the electronic control circuit 20 is arranged to be able to be connected to a source of electrical energy 30 and to be able to control the application of an electrical voltage between the external electrodes 68 and 69, so as to generate driving pulses for the resonator 12.
  • the electronic control circuit is arranged to be able to manage the application of an electrical voltage to at least one of the two external electrodes 68 and 69, so as to generate pulses driving forces for the electromechanical oscillator 10 via the piezoelectric hairspring constrained by the applied electrical voltage, so as to provide electrical energy to this oscillator which is sufficient for the resonator 12 to be able to have a functional oscillation with an amplitude greater than a maximum nominal value for the amplitude of an oscillation functional of this resonator, for each spatial orientation of the watch movement, in the absence of motor impulses of electrical origin.
  • the electromechanical oscillator 10 that is to say energy pulses, which make it possible either to maintain a functional oscillation of the resonator 12, or to participate in the maintenance of such a functional oscillation.
  • the frequency of these motor impulses depends in particular on their duration and their electrical voltage.
  • driving pulses can be dimensioned so that they occur once during each alternation or once per period of the oscillation of the resonator.
  • the Figures 5 And 6 schematically represent a watch 22 according to the invention comprising a watch movement according to the invention.
  • the parts of the watch movement already described will not be described again here in detail.
  • the watch 22 comprises a source of electrical energy 30 which is formed by an electricity generator arranged to produce electricity so as to enable power supply of the electronic control circuit 20 and the piezoelectric hairspring.
  • the electricity generator is connected to a storage unit, in particular a rechargeable battery or a supercapacitor, via a circuit for managing the electrical power supplied to the electronic control circuit 20 and to the electromechanical oscillator 10.
  • the voltage necessary to power the piezoelectric hairspring is located in a voltage range between 10 V and 40 V.
  • the electrical power management circuit is arranged to be able to increase the voltage accumulated in the storage unit or supplied directly by the electricity generator.
  • it includes a voltage booster, for example a charge pump.
  • thermopile which receives thermal energy coming from the user's arm as energy external to the watch.
  • the thermopile is thus arranged so as to be able to convert the heat of a user's body into electricity.
  • the watch When the watch is not worn and the power supply is not active, this watch can be left in a stable position so that the oscillation amplitude and thus the frequency of the electromechanical oscillator are no longer disturbed by variations in orientation of the watch.
  • the electrical power supply is active and the electrical control circuit is operational when the watch is worn, namely when the amplitude and thus the frequency of a conventional mechanical movement vary depending on the spatial orientation of the watch .
  • the present invention generally makes it possible to improve the operation of the watch and, in a preferred embodiment which will be described in more detail later, to maintain constant the amplitude of oscillation of the electromechanical oscillator to any spatial orientation and any level of cocking of the barrel which is sufficient to drive the analog display device.
  • the watch according to the invention does not does not include an electric generator which makes it autonomous, but it does include a battery in the form of a cell.
  • the watch movement 2 therefore behaves like a classic mechanical movement.
  • the escapement 18 is a usual escapement which is not only counter but also arranged to allow the barrel, via a gear train, to provide mechanical maintenance pulses to the resonator 12 to obtain a functional oscillation of the latter.
  • the watch movement is therefore configured so that the barrel is capable of driving the analog display 4 of the watch 22 and of alone maintaining a functional oscillation of the oscillator with a first amplitude which is in particular a function of the spatial orientation of the watch movement.
  • the oscillation frequency of the resonator will therefore vary depending on the spatial orientation of the watch movement and in general also the winding level of the barrel. It is known that when the torque provided by the barrel decreases, the amplitude of the oscillation of the resonator also decreases and this significantly in the last third of the power reserve. A reduction in amplitude generally results in a reduction in oscillation frequency and walking precision is therefore affected. Furthermore, the amplitude varies depending on the orientation of the watch movement (more particularly of the resonator), so that this first state is therefore not ideal but useful in the context of the present invention which has in particular the aim of keeping the watch movement functional in the absence of sufficient electrical power. This first state is in particular intended for a situation where the watch concerned is not worn and advantageously left in a given favorable position. We thus limit the variation in frequency of the resonator since no variation in amplitude due to changes in orientation of this resonator occurs.
  • the electrical energy source 30 of the watch comprises sufficient stored electrical energy or it receives sufficient electrical energy from the electricity generator to correctly power the piezoelectric hairspring, so that the electronic control circuit 20 then generates electrical driving pulses.
  • the electronic control circuit manages the application of an electrical voltage to at least one electrode of the two electrodes 68, 69 of the piezoelectric hairspring by applying an electrical voltage to at least one of the corresponding terminals 70, 71 (see Figures 4 And 7 ), so as to generate driving pulses for the oscillator 10 which provide it with sufficient energy to allow a functional oscillation of the oscillator, for each spatial orientation of the watch movement, with a second amplitude which is greater than a maximum nominal value of the first amplitude, mentioned previously and occurring in the first main state, for this spatial orientation.
  • the maximum nominal value of the first amplitude is less than or equal to 300° for any spatial orientation of the watch movement, in particular of its resonator 12, and the second amplitude is greater than 300° for any spatial orientation of the watch movement and any level of winding of the barrel.
  • the maximum nominal value of the first amplitude is between 240° and 300° for any spatial orientation of the watch movement, in particular of its resonator 12, and the second amplitude is provided between 305° and 330° for any spatial orientation of the watch movement and any winding level of the barrel.
  • the invention makes it possible to provide a gear ratio between the barrel and the escape wheel which can be greater than that of conventional mechanical movements. , and therefore to increase the power reserve, while ensuring functional oscillation of the oscillator 10 at least during stable conditions, in particular in the absence of accelerations such as when the watch is not worn, preferably for any spatial orientation of this watch and therefore of the watch movement but at least for a given orientation.
  • two operating variants can occur in the second main state of the watch 22 described above .
  • the first variant in particular because of the inertia of the train (including the escape wheel), the maintenance of the resonator 12 and also the reciprocating movement of the anchor of the mechanical escapement are substantially or completely ensured by the electrical supply of the piezoelectric hairspring, in particular by electrical driving pulses.
  • the driving speed of the anchor by the balance of resonator 12 is too high for the escape wheel to be able, during each step of this wheel exhaust after releasing the anchor, provide a significant torque to this anchor.
  • the maintenance of the resonator and the reciprocating movement of the anchor are ensured jointly by the barrel 8 and the source of electrical energy 30.
  • a watch according to the invention only presents the one or the other of these two variants in its operation when the second main state is activated.
  • the first variant and the second operating variant intervene at different times, in particular depending on the winding level of the barrel and possibly on the spatial orientation of this other watch, in particular of its resonator.
  • the electronic control circuit 20 is arranged to be able to control the application of an electrical voltage to the piezoelectric spiral so as to maintain, in the second main state of the operation of the watch movement, the amplitude of the oscillation of the resonator 12 / oscillator 14 substantially constant in particular for any spatial orientation of the watch movement and any winding level of the barrel.
  • the electronic control circuit 20 comprises a peak voltage detector 46, which is arranged to be able to detect substantially the amplitude of the voltage induced in the piezoelectric hairspring 16 when the resonator 12 oscillates, and a circuit regulation 20A which receives from the peak voltage detector a signal S A relating to the amplitude of the induced voltage and which is arranged to manage a supply voltage V A , supplied to the piezoelectric spiral through a locking loop phase 20B, as a function of a set value Sc for the signal S A supplied by the peak voltage detector, so as to obtain an oscillation of the resonator with a substantially constant amplitude.
  • a peak voltage detector 46 which is arranged to be able to detect substantially the amplitude of the voltage induced in the piezoelectric hairspring 16 when the resonator 12 oscillates
  • a circuit regulation 20A which receives from the peak voltage detector a signal S A relating to the amplitude of the induced voltage and which is arranged to manage a supply voltage V A
  • the setpoint value Sc corresponds to a setpoint amplitude planned for the oscillation of the resonator 12.
  • the regulation circuit 20A comprises processing parts P, I, D arranged in parallel and well known to those skilled in the art, which process a difference between the setpoint value Sc and the value of the signal d amplitude S A by a proportional response, respectively as a function of an integration and a derivation of this difference over time.
  • the regulation circuit also receives a reference voltage V R which is adjusted according to the regulation carried out by the 20A circuit.
  • a buffer element 44 transistor with high input impedance
  • the phase-locked loop 20B controls the phase of the periodic power supply signal to the phase of the induced voltage signal, supplied in particular to terminal 71, so that the supply voltage constrains the piezoelectric spiral in the direction of its movement, which is either in contraction or in extension depending on the alternation in progress.
  • circuit 20B detects zero crossings of the induced voltage, in particular at terminal 71.
  • the polarity of the supply voltage is selected so as to constrain the piezoelectric spiral in the direction of its movement, which is alternately in extension and contraction during the alternations of the oscillation of the resonator.
  • a quartz oscillator is associated with the electronic control circuit 20.
  • This quartz oscillator can be used for various needs.
  • the management of the supply voltage V A can include modulation of the driving pulses with a variable cycle ratio as a function of the amplitude signal S A and the setpoint value Sc, in particular their difference.
  • the electrical pulses motors are triggered with a set frequency Fc for the oscillator 10 / the resonator 12 which is determined very precisely by the quartz oscillator.
  • the frequency Fs of the supply signal is not too far from the resonance frequency of the resonator, namely from its natural frequency F N , such a supply of the piezoelectric spiral can impose the set frequency on the maintained resonator 12, in partly or totally, by the electrical driving pulses, so that the electromechanical oscillator 10 will be able to oscillate at the set frequency, with the precision of quartz, and an amplitude greater than that corresponding in the first main operating state, and in particular greater than a given limit value, whatever the spatial orientation of the watch movement.
  • the quartz oscillator more generally the electronic oscillator, is in this system a master oscillator and the electromechanical oscillator is a slave oscillator.
  • the electromechanical oscillator is slaved to the electronic oscillator indirectly, through the generation of electrical driving pulses supplied to the electromechanical oscillator, the triggering of which is controlled/determined by the electronic oscillator.
  • This number N must be provided sufficiently small, depending in particular on the range of possible values for the natural frequency F N of the electromechanical oscillator and also on the quantity of electrical energy to be supplied to this electromechanical oscillator to have an amplitude of oscillation increased and advantageously maintained above a predetermined limit value.
  • the advantageous variant described above can be easily implemented to obtain a gain in precision for the operation of the watch movement in the second main operating state, and therefore of the shows which incorporates it, almost without an increase in electrical consumption linked to the maintenance, partial or total, of a relatively large amplitude oscillation.
  • the power supply circuit does not need to include a phase-locked loop for controlling the driving pulses; which simplifies its design.
  • the electronic control circuit is therefore associated with a quartz oscillator and arranged so as to generate the electrical driving pulses with a specific supply frequency which is determined by the quartz oscillator and which is a function of a set frequency for the electromechanical oscillator, which is configured so that its natural oscillation frequency remains within a range of values, for any spatial orientation of the watch movement and any winding level of the barrel, sufficiently close to the set frequency to allow the electrical driving pulses to impose, at least after an initial operating period and in the absence of excessively significant disturbances, the set frequency Fc to the electromechanical oscillator 10, having an oscillation functional of this electromechanical oscillator at the second amplitude mentioned above, preferably constant.
  • N which can be variable, is selected from a range of values making it possible to impose the set frequency Fc on the electromechanical oscillator, this range of values being a function of the range of possible natural frequencies for this oscillator, which is kept sufficiently close to the set frequency thanks to the first regulation mentioned above.
  • the second regulation by a signal of Periodic power supply determined by the quartz oscillator, in particular by electrical driving pulses at the set frequency Fc is guaranteed with a relatively large functional amplitude, provided that the number N is not too high.
  • the advantageous variant of the particular embodiment may, in another implementation, not be combined with the preferred embodiment of the electronic control circuit, so that amplitude regulation is not provided and the frequency of the electromechanical oscillator is imposed, at least after an initial operating phase, by the generation of electrical driving pulses at a power supply frequency Fs defined previously.
  • the power supply circuit does not include a circuit for detecting the zero crossing of the induced voltage.

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Description

    Domaine technique de l'invention
  • La présente invention concerne un mouvement horloger comprenant un barillet et un affichage analogique de l'heure, qui est entraîné par le barillet via un rouage, ainsi qu'un balancier-spiral pour commander la marche du mouvement horloger. Le spiral est du type piézoélectrique avec des électrodes agencées sur les deux surfaces latérales. L'invention concerne également une montre incorporant un tel mouvement horloger et une source d'énergie électrique.
    • Arrière-plan technologique
  • On connaît du brevet US 8,721,169 un mouvement horloger comprenant un oscillateur du type balancier-spiral avec un spiral piézoélectrique muni d'électrodes reliées à une capacité variable pour pouvoir varier la rigidité du spiral et ainsi ajuster sa fréquence propre pour augmenter la précision de l'affichage de l'heure.
  • Les demandes de brevet EP 3 540 528 et EP 3 629 103 décrivent respectivement un procédé de régulation de la fréquence moyenne d'un balancier-spiral et un procédé de synchronisation de la fréquence d'un balancier-spiral en utilisant un spiral piézoélectrique relié à une unité électronique de commande munie d'un oscillateur à quartz.
    • Résumé de l'invention
  • La présente invention a pour objectif de modifier un mouvement horloger du type mécanique par l'incorporation d'un système électronique permettant d'augmenter sa précision de marche, sans pour autant renoncer à un balancier-spiral pour cadencer la marche du mouvement horloger, notamment l'entraînement de son dispositif d'affichage analogique. De plus, la présente invention se propose de modifier le mouvement horloger de manière qu'il demeure fonctionnel même lorsque le système électronique est inactif, notamment par manque d'énergie électrique à disposition.
  • L'invention a pour objet un mouvement horloger comprenant un affichage analogique de l'heure, un rouage, un barillet en relation cinématique avec l'affichage analogique via le rouage, et un oscillateur formé d'un résonateur, comprenant un balancier et un spiral piézoélectrique, et d'un échappement mécanique couplant le balancier au rouage, le spiral piézoélectrique étant formé au moins partiellement d'un matériau piézoélectrique et comprenant au moins deux électrodes dont au moins une électrode est reliée à un circuit électronique de commande, le matériau piézoélectrique et ladite au moins une électrode étant agencés de manière à permettre l'application, gérée par le circuit électronique de commande, d'une contrainte électrique sur le spiral piézoélectrique. Ensuite, le mouvement horloger est configuré de sorte que le barillet est capable d'entraîner l'affichage analogique et d'entretenir seul une oscillation fonctionnelle de l'oscillateur avec une première amplitude qui est notamment fonction de l'orientation spatiale du mouvement horloger. De plus, le circuit électronique de commande est agencé pour pouvoir être relié à une source d'énergie électrique et pouvoir commander l'application d'une tension électrique à ladite au moins une électrode de manière à générer des impulsions électriques motrices pour l'oscillateur qui lui fournissent une énergie suffisante pour permettre une oscillation fonctionnelle de cet oscillateur, pour chaque orientation spatiale du mouvement horloger, avec une deuxième amplitude qui est supérieure à une valeur nominale maximale de la première amplitude pour cette orientation spatiale.
  • Selon un mode de réalisation préféré, le circuit électronique de commande est agencé pour commander ladite application d'une tension électrique de manière à maintenir la deuxième amplitude sensiblement constante pour toute orientation spatiale du mouvement horloger et tout niveau d'armage du barillet. A cet effet, dans une variante particulière, le circuit électronique de commande comprend un circuit de détection de l'amplitude d'une tension induite dans le spiral piézoélectrique et une boucle de rétroaction pour maintenir cette amplitude à une valeur de consigne donnée, permettant ainsi de réguler l'amplitude de l'oscillation du résonateur.
  • Dans une variante avantageuse, ladite valeur nominale maximale est inférieure ou égale à 300° pour toute orientation spatiale du mouvement horloger et ladite deuxième amplitude est supérieure à 300° pour toute orientation spatiale du mouvement horloger et tout niveau d'armage du barillet.
  • L'invention concerne aussi une montre dans laquelle est incorporée une source d'énergie qui est formée par un générateur d'électricité agencé pour pouvoir collecter une énergie externe et la transformer en énergie électricité, de manière à permettre une alimentation du circuit électronique de commande et du spiral piézoélectrique.
  • Grâce aux caractéristiques de l'invention, la précision de la montre incorporant le mouvement selon l'invention peut être augmentée, en particulier grâce à une grande amplitude pour l'oscillation du balancier qui peut être maintenue par les impulsions électriques motrices fournies à l'oscillateur électromécanique via le spiral piézoélectrique. Ensuite, le mode de réalisation préféré permet premièrement de compenser une diminution du couple de force fourni par le barillet, de sorte à maintenir sensiblement constant la puissance d'entretien de l'oscillation pour chaque orientation spatiale du mouvement horloger, respectivement de la montre qui l'incorpore. Ainsi, la variation de fréquence de l'oscillateur intervenant généralement dans un mouvement mécanique classique à cause de la variation du couple de force fourni par le barillet au cours du temps est éliminée dans ce mode de réalisation préféré. De plus, ce mode de réalisation préféré permet d'éliminer une différence d'amplitude pour différentes positions spatiales du mouvement horloger, respectivement de la montre qui l'incorpore. Finalement, le mode de réalisation préféré permet d'éviter des variations de la marche du mouvement horloger pouvant survenir pour d'autres raisons dans des mouvements mécaniques classiques, à savoir le vieillissement des huiles, des points durs dans le rouage ou une demande de couple momentanément accrue, comme lors du passage d'un quantième au suivant, etc. Ainsi, la présente invention permet de résoudre de manière efficace les divers problèmes pouvant intervenir dans des mouvements horlogers mécaniques et conduisant à une perte de l'isochronisme, laquelle a pour conséquence une dérive temporelle dans l'affichage de l'heure courante.
    • 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 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un mouvement horloger selon l'invention (sans la masse oscillante prévue pour remonter le barillet) ;
    • la Figure 2 est une vue de dessous du mouvement horloger de la Figure 1, duquel le pont de balancier et la raquetterie ont été enlevés ;
    • la Figure 3 est une vue agrandie et schématique du résonateur formant l'oscillateur électromécanique incorporé dans le mode de réalisation du mouvement horloger de la Figure 1 ;
    • la Figure 4 est coupe transversale du spiral piézoélectrique formant le résonateur de la Figure 3 ;
    • la Figure 5 montre schématiquement une montre selon l'invention incorporant un mouvement horloger selon l'invention, cette montre étant représentée ici dans un premier état de fonctionnement principal ;
    • la Figure 6 représente la montre de la Figure 6 alors qu'elle est dans un deuxième état de fonctionnement principal ; et
    • la Figure 7 est une représentation schématique du circuit électronique de commande de l'oscillateur électromécanique incorporé dans le mode de réalisation préféré de l'invention.
    Description détaillée de l'invention
  • En référence aux Figures on décrira divers modes de réalisation d'un mouvement horloger selon l'invention, ainsi que l'agencement général d'une montre selon l'invention.
  • Le mouvement horloger 2 comprend un affichage analogique 4 de l'heure, un rouage 6, un barillet 8 entraînant l'affichage analogique via le rouage, et un oscillateur électromécanique 10 formé d'un résonateur 12, comprenant un balancier 14 et un spiral piézoélectrique 16, et d'un échappement mécanique 18 couplant le balancier au rouage. Le mouvement horloger est muni d'une masse oscillante 24 (non représentée aux Figures 1 et 2, mais aux Figures 5 et 6) servant à remonter le barillet. Le balancier est pivoté dans un pont de balancier 26, ce pont portant une raquetterie 28 servant au réglage de la fréquence d'oscillation du résonateur 12, comme ceci est usuel dans les mouvements mécaniques horlogers.
  • De manière générale, le spiral piézoélectrique est formé au moins partiellement d'un matériau piézoélectrique et comprend au moins deux électrodes dont au moins une est reliée à un circuit électronique de commande 20. A la Figure 3 sont représentés le résonateur 12 et le circuit électronique de commande 20 auquel deux électrodes externes 68 et 69 du spiral piézoélectrique 16 sont reliés par deux liaisons électriques 21A et 21B. Une coupe transversale du spiral piézoélectrique 16 est représentée à la Figure 4 de manière nullement limitative. Ce spiral comprend un corps central 60 en silicium, une couche d'oxyde de silicium 62 déposée en surface du corps central de manière à compenser thermiquement le spiral, une première couche conductrice 64 déposée sur la couche d'oxyde de silicium, et un matériau piézoélectrique déposé sous forme d'une couche piézoélectrique 66 sur la première couche conductrice 64. Dans une variante particulière, la couche piézoélectrique est constituée d'un cristal de nitrure d'aluminium formé par une croissance de ce cristal depuis la première couche conductrice et perpendiculairement à celle-ci. Deux électrodes externes 68 et 69, formées par une deuxième couche conductrice partielle sur la couche piézoélectrique, sont agencées respectivement des deux côtés latéraux du spiral et sont reliées à deux bornes respectives 70 et 71 du circuit électronique de commande 20. Ainsi, la couche piézoélectrique 66 comprend une première partie 74A et une deuxième partie 74B qui s'étendent respectivement sur les deux côtés latéraux du corps central 60 et qui présentent, de par leur croissance depuis la première couche conductrice 64, des structures cristallographiques respectives qui sont symétriques relativement à un plan médian 76 parallèle à ces deux côtés latéraux. Ainsi, dans les deux parties latérales 74A et 74B, la couche piézoélectrique 66 présente deux axes piézoélectriques respectifs 78A et 78B perpendiculaires à cette couche piézoélectrique et de sens opposés.
  • Pour une même contrainte mécanique globale exercée sur le spiral piézoélectrique 16 (spiral en contraction ou en extension relativement à sa position de repos), une inversion du signe de la tension induite intervient entre l'électrode interne 64, formée par la première couche conductrice, et chacune des deux électrodes latérales externes 68 et 69 étant donné que, lorsque le spiral se contracte ou s'étend depuis sa position de repos, il y a une inversion de la contrainte mécanique dans les première et deuxième parties latérales 74A et 74B, c'est-à-dire que l'une de ces deux parties subit une compression alors que l'autre de ces parties subit une élongation / traction, et inversement.
  • Il résulte des considérations précédentes que des tensions induites locales dans les première et deuxième parties 74A, 74B de la couche piézoélectrique présentent, selon un axe géométrique perpendiculaire aux deux côtés latéraux, une même polarité, de sorte qu'une seule électrode interne commune 64 est suffisante, cette électrode interne commune s'étendant des deux côtés latéraux du corps central 60. On peut donc récupérer une tension induite entre les deux électrodes externes 68 et 69, laquelle correspond à l'addition des deux tensions induites locales (en valeurs absolues) qui sont générées respectivement dans les première et deuxième parties 74A et 74B de la couche piézoélectrique 66. Il résulte également de ces considérations qu'on peut appliquer une certaine tension entre les deux électrodes 68 et 69 pour contraindre activement le spiral lors d'une excitation du résonateur 12 et notamment lui fournir des impulsions motrices. On remarquera que l'électrode interne, formée de la première couche conductrice 64, n'a pas besoin d'une liaison électrique propre avec le circuit électronique de commande 20 ou à la masse du mouvement horloger, bien que ceci ne soit pas exclu.
  • Dans le cadre de l'invention, le matériau piézoélectrique 66 et les deux électrodes 68 et 69 sont agencés de manière à permettre l'application, commandée par le circuit électronique de commande 20, d'une contrainte électrique sur le spiral piézoélectrique de manière à fournir au résonateur 12 des impulsions motrices qui participent au moins en partie à l'entretien d'une oscillation fonctionnelle de ce résonateur, de préférence avec une amplitude sensiblement constante. A cet effet, le circuit électronique de commande 20 est agencé pour pouvoir être relié à une source d'énergie électrique 30 et pouvoir commander l'application d'une tension électrique entre les électrodes externes 68 et 69, de manière à générer des impulsions motrices pour le résonateur 12. De manière générale, selon l'invention, le circuit électronique de commande est agencé pour pouvoir gérer l'application d'une tension électrique à au moins une des deux électrodes externes 68 et 69, de manière à générer des impulsions motrices pour l'oscillateur électromécanique 10 via le spiral piézoélectrique contraint par la tension électrique appliquée, de sorte à fournir une énergie électrique à cet oscillateur qui soit suffisante pour que le résonateur 12 puisse avoir une oscillation fonctionnelle avec une amplitude supérieure à une valeur nominale maximale pour l'amplitude d'une oscillation fonctionnelle de ce résonateur, pour chaque orientation spatiale du mouvement horloger, en l'absence d'impulsions motrices d'origine électrique.
  • En particulier, il est prévu de fournir des impulsions électriques motrices à l'oscillateur électromécanique 10, c'est-à-dire des impulsions d'énergie, qui permettent soit d'entretenir une oscillation fonctionnelle du résonateur 12, soit de participer à l'entretien d'une telle oscillation fonctionnelle. La fréquence de ces impulsions motrices dépend notamment de leur durée et de leur tension électrique. En particulier, de telles impulsions motrices peuvent être dimensionnées de manière qu'elles interviennent une fois lors de chaque alternance ou une fois par période de l'oscillation du résonateur.
  • Les Figures 5 et 6 représentent schématiquement une montre 22 selon l'invention comprenant un mouvement horloger selon l'invention. Les parties du mouvement horloger déjà décrites ne seront pas nouveau décrites ici en détails. La montre 22 comprend une source d'énergie électrique 30 qui est formée par un générateur d'électricité agencé pour produire de l'électricité de sorte à permettre une alimentation du circuit électronique de commande 20 et du spiral piézoélectrique. Dans la variante représentée, le générateur d'électricité est relié à une unité de stockage, notamment une batterie rechargeable ou une super-capacité, via un circuit de gestion de la puissance électrique fournie au circuit électronique de commande 20 et à l'oscillateur électromécanique 10. En particulier, on notera que la tension nécessaire pour alimenter le spiral piézoélectrique est située dans une plage de tension entre 10 V et 40 V. Une telle tension est largement supérieure aux tensions de batterie incorporées généralement dans des montres et aussi bien supérieure aux tensions fournies par des cellules solaires du type horloger. Ainsi, le circuit de gestion de la puissance électrique est agencé pour pouvoir augmenter la tension accumulée dans l'unité de stockage ou fournie directement par le générateur d'électricité. A cet effet, il comprend un élévateur de tension, par exemple une pompe de charges.
  • Divers types de générateurs électriques peuvent être prévus, en particulier au moins une cellule solaire agencée au niveau du cadran de la montre ou de la lunette de cette montre. Dans une autre réalisation, il est prévu une thermopile qui reçoit comme énergie extérieure à la montre une énergie thermique provenant du bras de l'utilisateur. La thermopile est ainsi agencée de manière à pouvoir convertir de la chaleur du corps d'un utilisateur en électricité. Cette dernière variante est particulièrement intéressante car elle permet d'activer une alimentation en énergie électrique de l'oscillateur électromécanique, pour augmenter son amplitude d'oscillation selon l'invention et permettre une amélioration de sa précision comme ceci sera exposé plus en détails par la suite, lorsque la montre est portée et donc sujette à subir des variations de son orientation spatiale. Lorsque la montre n'est pas portée et que l'alimentation électrique n'est pas active, cette montre peut être laissée dans une position stable de sorte que l'amplitude d'oscillation et ainsi la fréquence de l'oscillateur électromécanique ne sont plus perturbés par des variations d'orientation de la montre. Par contre, l'alimentation électrique est active et le circuit électrique de commande est opérationnel lorsque la montre est portée, à savoir lorsque l'amplitude et ainsi la fréquence d'un mouvement mécanique classique varient en fonction de l'orientation spatiale de la montre. Dans cette situation, la présente invention permet généralement d'améliorer la marche de la montre et, dans un mode de réalisation préféré qui sera décrit plus en détails par la suite, de maintenir constante l'amplitude d'oscillation de l'oscillateur électromécanique pour toute orientation spatiale et tout niveau d'armage du barillet qui est suffisant à l'entraînement du dispositif d'affichage analogique. Finalement, on notera que dans un autre mode de réalisation, la montre selon l'invention ne comprend pas de générateur électrique qui la rend autonome, mais elle comprend alors une batterie sous forme de pile.
  • A la Figure 5 est représenté un premier état principal prévu lors du fonctionnement de la montre 22, en particulier du mouvement horloger 2 qu'elle incorpore. Dans ce premier état principal de fonctionnement, la source d'énergie électrique 30 n'a pas suffisamment d'énergie électrique stockée ou ne reçoit pas suffisamment d'énergie électrique du générateur d'électricité pour alimenter correctement le spiral piézoélectrique, de sorte que le circuit électronique de commande 20 ne génère pas d'impulsions électriques motrices. Dans ce premier état, le mouvement horloger 2 se comporte donc comme un mouvement mécanique classique. L'échappement 18 est un échappement usuel qui est non seulement compteur mais aussi agencé pour permettre au barillet, via un rouage, de fournir des impulsions mécaniques d'entretien au résonateur 12 pour obtenir une oscillation fonctionnelle de ce dernier. Le mouvement horloger est donc configuré de sorte que le barillet est capable d'entraîner l'affichage analogique 4 de la montre 22 et d'entretenir seul une oscillation fonctionnelle de l'oscillateur avec une première amplitude qui est notamment fonction de l'orientation spatiale du mouvement horloger.
  • Dans le premier état principal de fonctionnement, la fréquence d'oscillation du résonateur va donc varier en fonction de l'orientation spatiale du mouvement horloger et en général aussi du niveau d'armage du barillet. Il est connu que lorsque le couple de force fourni par le barillet diminue, l'amplitude de l'oscillation du résonateur diminue également et ceci de manière importante dans le dernier tiers de la réserve de marche. Une diminution d'amplitude engendre généralement une diminution de la fréquence d'oscillation et la précision de la marche en est donc affectée. De plus, l'amplitude varie en fonction de l'orientation du mouvement horloger (plus particulièrement du résonateur), de sorte que ce premier état n'est donc pas idéal mais utile dans le cadre de la présente invention qui a notamment pour objectif de maintenir fonctionnel le mouvement horloger en l'absence d'alimentation électrique suffisante. Ce premier état est en particulier prévu pour une situation où la montre concernée n'est pas portée et laissée avantageusement dans une position donnée favorable. On limite ainsi la variation de fréquence du résonateur puisqu'aucune variation d'amplitude due à des changements d'orientation de ce résonateur n'intervient.
  • A la Figure 6 est représenté un deuxième état principal prévu lors du fonctionnement de la montre 22, en particulier du mouvement horloger 2. Dans ce deuxième état principal de fonctionnement, la source d'énergie électrique 30 de la montre comprend suffisamment d'énergie électrique stockée ou elle reçoit suffisamment d'énergie électrique du générateur d'électricité pour alimenter correctement le spiral piézoélectrique, de sorte que le circuit électronique de commande 20 génère alors des impulsions électriques motrices. Ainsi, le circuit électronique de commande gère l'application d'une tension électrique à au moins une électrode des deux électrodes 68, 69 du spiral piézoélectrique en appliquant une tension électrique à au moins une des bornes correspondantes 70, 71 (voir Figures 4 et 7), de manière à générer des impulsions motrices pour l'oscillateur 10 qui lui fournissent une énergie suffisante pour permettre une oscillation fonctionnelle de l'oscillateur, pour chaque orientation spatiale du mouvement horloger, avec une deuxième amplitude qui est supérieure à une valeur nominale maximale de la première amplitude, mentionnée précédemment et intervenant dans le premier état principal, pour cette orientation spatiale.
  • Dans une première variante de réalisation, la valeur nominale maximale de la première amplitude est inférieure ou égale à 300° pour toute orientation spatiale du mouvement horloger, en particulier de son résonateur 12, et la deuxième amplitude est supérieure à 300° pour toute orientation spatiale du mouvement horloger et tout niveau d'armage du barillet.
  • Dans une deuxième variante de réalisation, la valeur nominale maximale de la première amplitude est comprise entre 240° et 300° pour toute orientation spatiale du mouvement horloger, en particulier de son résonateur 12, et la deuxième amplitude est prévue entre 305° et 330° pour toute orientation spatiale du mouvement horloger et tout niveau d'armage du barillet.
  • En augmentant l'amplitude d'oscillation de résonateur 10 par des moyens électriques, notamment lors du porter de la montre par un utilisateur comme indiqué précédemment, on augmente son énergie globale et ainsi sa capacité de résister à des accélérations dus notamment à des mouvements brusques, ceci sans augmenter la consommation d'énergie mécanique. La précision de l'affichage de l'heure en est améliorée. En particulier, si le deuxième état principal de fonctionnement est garanti lors du porter de la montre concernée, l'invention permet de prévoir un rapport d'engrenage entre le barillet et la roue d'échappement qui peut être supérieur à celui des mouvements mécaniques classiques, et donc d'augmenter la réserve de marche, tout en assurant une oscillation fonctionnelle de l'oscillateur 10 au moins lors de conditions stables, notamment en l'absence d'accélérations comme lorsque la montre n'est pas portée, de préférence pour toute orientation spatiale de cette montre et donc du mouvement horloger mais pour le moins pour une orientation donnée.
  • En fonction de la configuration de l'échappement mécanique, du niveau d'armage du barillet et de la puissance électrique fournie à l'oscillateur électromécanique 10, deux variantes de fonctionnement peuvent intervenir dans le deuxième état principal de la montre 22 décrit ci-avant. Dans la première variante, notamment à cause de l'inertie du rouage (y compris la roue d'échappement), l'entretien du résonateur 12 et aussi le mouvement alternatif de l'ancre de l'échappement mécanique sont substantiellement ou totalement assurés par l'alimentation électrique du spiral piézoélectrique, notamment par des impulsions électriques motrices. Dans ce cas, la vitesse d'entraînement de l'ancre par le balancier du résonateur 12 est trop élevée pour que la roue d'échappement puisse, lors de chaque pas de cette roue d'échappement après le dégagement de l'ancre, fournir un couple de force significatif à cette ancre. Dans la seconde variante, l'entretien du résonateur et le mouvement alternatif de l'ancre sont assurés conjointement par le barillet 8 et la source d'énergie électrique 30. On peut envisager qu'une montre selon l'invention ne présente que l'une ou l'autre de ces deux variantes dans son fonctionnement lorsque le deuxième état principal est activé. Cependant, dans une autre montre selon l'invention, la première variante et la seconde variante de fonctionnement interviennent à des moments différents, notamment en fonction du niveau d'armage du barillet et éventuellement de l'orientation spatiale de cette autre montre, en particulier de son résonateur.
  • En référence à la Figure 7, on décrira ci-après un mode de réalisation préféré de l'invention, dans lequel le circuit électronique de commande 20 est agencé pour pouvoir commander l'application d'une tension électrique au spiral piézoélectrique de manière à maintenir, dans le deuxième état principal du fonctionnement du mouvement horloger, l'amplitude de l'oscillation du résonateur 12 / oscillateur 14 sensiblement constante notamment pour toute orientation spatiale du mouvement horloger et tout niveau d'armage du barillet.
  • Dans ce mode de réalisation préféré, le circuit électronique de commande 20 comprend un détecteur de tension de crête 46, lequel est agencé pour pouvoir détecter sensiblement l'amplitude de la tension induite dans le spiral piézoélectrique 16 lorsque le résonateur 12 oscille, et un circuit de régulation 20A qui reçoit du détecteur de tension de crête un signal SA relatif à l'amplitude de la tension induite et qui est agencé pour gérer une tension d'alimentation VA, fournie au spiral piézoélectrique au travers d'une boucle à verrouillage de phase 20B, en fonction d'une valeur de consigne Sc pour le signal SA fourni par le détecteur de tension de crête, de sorte à obtenir une oscillation du résonateur avec une amplitude sensiblement constante. La valeur de consigne Sc correspond à une amplitude de consigne prévue pour l'oscillation du résonateur 12. Le circuit de régulation 20A comprend des parties de traitement P, I, D agencées en parallèle et bien connues de la personne du métier, lesquelles traitent une différence entre la valeur de consigne Sc et la valeur du signal d'amplitude SA par une réponse proportionnelle, respectivement en fonction d'une intégration et d'une dérivation de cette différence au cours du temps. Le circuit de régulation reçoit également une tension de référence VR qui est ajustée en fonction de la régulation effectuée par le circuit 20A. Finalement, pour isoler le spiral piézoélectrique du détecteur de tension de crête et du circuit de régulation et éviter de perturber son alimentation électrique, un élément tampon 44 (transistor à haute impédance d'entrée) est prévu en amont du détecteur de tension de crête.
  • Dans une variante principale, la boucle à verrouillage de phase 20B asservit la phase du signal d'alimentation périodique sur la phase du signal de tension induite, fournie notamment à la borne 71, pour que la tension d'alimentation contraigne le spiral piézoélectrique dans le sens de son mouvement, lequel est soit en contraction, soit en extension selon l'alternance en cours. Par exemple, le circuit 20B détecte les passages par zéro de la tension induite, notamment à la borne 71. Ainsi, pour que les impulsions soient motrices, la polarité de la tension d'alimentation est sélectionnée de manière à contraindre le spiral piézoélectrique dans le sens de son mouvement, lequel est alternativement en extension et en contraction au cours des alternances de l'oscillation du résonateur.
  • Dans un mode de réalisation particulier, un oscillateur à quartz est associé au circuit électronique de commande 20. Cet oscillateur à quartz peut être utilisé pour divers besoins. En particulier, la gestion de la tension d'alimentation VA peut comprendre une modulation des impulsions motrices avec un rapport de cycle variable en fonction du signal d'amplitude SA et de la valeur de consigne Sc, notamment de leur différence. Dans une variante avantageuse de ce mode de réalisation particulier, les impulsions électriques motrices sont déclenchées avec une fréquence de consigne Fc pour l'oscillateur 10 / le résonateur 12 qui est déterminée de manière très précise par l'oscillateur à quartz. Si la fréquence Fs du signal d'alimentation n'est pas trop éloignée de la fréquence de résonance du résonateur, à savoir de sa fréquence naturelle FN, une telle alimentation du spiral piézoélectrique peut imposer la fréquence de consigne au résonateur 12 entretenu, en partie ou totalement, par les impulsions électriques motrices, de sorte que l'oscillateur électromécanique 10 va pouvoir osciller à la fréquence de consigne, avec la précision du quartz, et une amplitude supérieure à celle correspondante dans le premier état principal de fonctionnement, et notamment supérieure à une valeur limite donnée, quelle que soit l'orientation spatiale du mouvement horloger. L'oscillateur à quartz, plus généralement l'oscillateur électronique est dans ce système un oscillateur maître et l'oscillateur électromécanique est un oscillateur esclave. L'oscillateur électromécanique est asservi à l'oscillateur électronique de manière indirecte, au travers de la génération des impulsions électriques motrices fournies à l'oscillateur électromécanique dont le déclenchement est commandé / déterminé par l'oscillateur électronique. De manière générale, pour pouvoir imposer la fréquence de consigne à l'oscillateur électromécanique via les impulsions électriques motrices, ces dernières sont fournies à la fréquence de consigne Fc, à une harmonique de cette fréquence de consigne, par exemple au double de la fréquence de consigne (Fs = 2·Fc), ou à une fréquence moindre Fs = 2·Fc / N avec N égal à un nombre entier supérieur à deux (N > 2). Ce nombre N doit être prévu suffisamment petit, en fonction notamment de la plage de valeurs possibles pour la fréquence naturelle FN de l'oscillateur électromécanique et aussi de la quantité d'énergie électrique à fournir à cet oscillateur électromécanique pour avoir une amplitude d'oscillation augmentée et avantageusement maintenue au-dessus d'une valeur limite prédéterminée.
  • La variante avantageuse décrite ci-dessus peut être aisément implémentée pour obtenir un gain en précision pour la marche du mouvement horloger dans le deuxième état principal de fonctionnement, et donc de la montre qui l'incorpore, quasi sans augmentation de la consommation électrique liée à l'entretien, partiel ou total, d'une oscillation à relativement grande amplitude. On notera que, dans cette variante avantageuse, le circuit d'alimentation n'a pas besoin de comprendre une boucle à verrouillage de phase pour la commande des impulsions motrices ; ce qui simplifie son design. Toutefois, dans le cas où l'entretien de l'oscillateur électromécanique est assuré conjointement par le barillet (via l'échappement mécanique) et par le circuit électronique de commande via les impulsions électriques appliquées au spiral piézoélectrique, une détection périodique de la phase de l'oscillateur électromécanique, en particulier de passages par zéro de la tension induite dans le spiral piézoélectrique par un circuit de détection de tels passages par zéro, peut s'avérer utile pour pouvoir gérer de manière efficace au moins une période de fonctionnement initiale, en diminuant notamment sa durée, avant une période de synchronisation où la fréquence et la phase des impulsions électriques périodiques s'imposent à l'oscillateur électromécanique, de sorte que des impulsions motrices interviennent sensiblement aux passages du résonateur par sa position de repos. De manière générale, dans la variante avantageuse, le circuit électronique de commande est donc associé à un oscillateur à quartz et agencé de manière à engendrer les impulsions électriques motrices avec une fréquence d'alimentation spécifique qui est déterminée par l'oscillateur à quartz et qui est fonction d'une fréquence de consigne pour l'oscillateur électromécanique, lequel est configuré de sorte que sa fréquence d'oscillation naturelle reste dans une plage de valeurs, pour toute orientation spatiale du mouvement horloger et tout niveau d'armage du barillet, suffisamment proche de la fréquence de consigne pour permettre aux impulsions électriques motrices d'imposer, au moins après une période de fonctionnement initiale et en l'absence de perturbations trop importantes, la fréquence de consigne Fc à l'oscillateur électromécanique 10, en ayant une oscillation fonctionnelle de cet l'oscillateur électromécanique à la deuxième amplitude mentionnée précédemment, de préférence constante.
  • En combinant la variante avantageuse susmentionnée avec le mode de réalisation préféré du circuit électronique de commande 20 décrit précédemment, on a une sorte de double régulation de la fréquence d'oscillation de l'oscillateur électromécanique dans le deuxième état principal de fonctionnement, à savoir une première régulation en amplitude qui tend à maintenir constante l'amplitude d'oscillation, quelle que soit l'orientation spatiale du mouvement horloger, diminuant ainsi la variation de la fréquence naturelle du résonateur en lien avec l'orientation spatiale du mouvement horloger, de sorte que cette fréquence naturelle reste proche de la fréquence de consigne Fc pour toute orientation spatiale possible dès qu'un réglage initial est opéré correctement, et une seconde régulation obtenue par la génération d'impulsions électriques motrices à une fréquence d'alimentation Fs définie précédemment, de préférence Fs = 2·Fc / N avec N égal à un nombre entier non nul, ou plus généralement avec des intervalles de temps entre les impulsions électriques motrices dont la valeur DT est égale à un nombre entier N multiplié par la moitié de la période de consigne Tc ( Tc = 1 / Fc ), soit une relation mathématique DT = N·Tc / 2 avec N supérieur à zéro. Le nombre N, qui peut être variable, est sélectionné dans une plage de valeurs permettant d'imposer la fréquence de consigne Fc à l'oscillateur électromécanique, cette plage de valeurs étant fonction de la plage de fréquences naturelles possibles pour cet oscillateur, laquelle est maintenue suffisamment proche de la fréquence de consigne grâce à la première régulation susmentionnée.
  • Ainsi, comme la première régulation en amplitude permet de minimiser un écart maximal entre la fréquence naturelle FN de l'oscillateur électromécanique et la fréquence de consigne Fc, quelle que soit l'orientation du mouvement horloger, la seconde régulation par un signal d'alimentation périodique déterminé par l'oscillateur à quartz, en particulier par des impulsions électriques motrices à la fréquence de consigne Fc, est garantie avec une amplitude fonctionnelle relativement grande, pour autant que le nombre N ne soit pas trop élevé. On a ainsi une précision de la marche du mouvement horloger qui est égale à celle de l'oscillateur à quartz pour toute orientation spatiale du mouvement horloger et tout niveau d'armage du barillet dans le deuxième état principal de fonctionnement.
  • La variante avantageuse du mode de réalisation particulier peut, dans une autre implémentation, ne pas être combinée au mode de réalisation préféré du circuit électronique de commande, de sorte que la régulation en amplitude n'est pas prévue et la fréquence de l'oscillateur électromécanique est imposée, au moins après une phase de fonctionnement initiale, par la génération d'impulsions électriques motrices à une fréquence d'alimentation Fs définie précédemment. Dans ce cas, pour que la fréquence des impulsions électriques motrices permette d'imposer la fréquence de consigne Fc à l'oscillateur électromécanique, ces impulsions électriques motrices sont de préférence dimensionnées pour que leur fréquence corresponde à un nombre N petit, par exemple N=1 ou N=2. A noter qu'un nombre N pair est préférable car la tension d'alimentation peut alors conserver une même polarité. Dans une variante simplifiée, le circuit d'alimentation ne comprend pas de circuit de détection de passage par zéro de la tension induite.

Claims (10)

  1. Mouvement horloger (2) comprenant un affichage analogique (4) de l'heure, un rouage (6), un barillet (8) en relation cinématique avec l'affichage analogique via le rouage, et un oscillateur (10) formé d'un résonateur (12), comprenant un balancier (14) et un spiral piézoélectrique (16), et d'un échappement mécanique (18) couplant le balancier au rouage, le spiral piézoélectrique étant formé au moins partiellement d'un matériau piézoélectrique (66) et comprenant au moins deux électrodes (68, 69) dont au moins une électrode est reliée à un circuit électronique de commande (20), le matériau piézoélectrique et ladite au moins une électrode étant agencés de manière à permettre l'application, gérée par le circuit électronique de commande, d'une contrainte électrique sur le spiral piézoélectrique, le mouvement horloger étant configuré de sorte que le barillet est capable d'entraîner l'affichage analogique et d'entretenir tout seul une oscillation fonctionnelle de l'oscillateur avec une première amplitude qui est notamment fonction de l'orientation spatiale du mouvement horloger ; le circuit électronique de commande (20) étant agencé pour pouvoir être relié à une source d'énergie électrique (30) ; caractérisé en ce que le circuit électronique de commande (20) est agencé pour pouvoir commander l'application d'une tension électrique à ladite au moins une électrode de manière à générer des impulsions électriques motrices pour l'oscillateur qui lui fournissent une énergie suffisante pour permettre une oscillation fonctionnelle de cet oscillateur, pour chaque orientation spatiale du mouvement horloger, avec une deuxième amplitude qui est supérieure à une valeur nominale maximale de la première amplitude pour cette orientation spatiale.
  2. Mouvement horloger selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit électronique de commande (20) est agencé pour commander ladite application d'une tension électrique de manière à maintenir la deuxième amplitude sensiblement constante pour toute orientation spatiale du mouvement horloger et tout niveau d'armage du barillet.
  3. Mouvement horloger selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit électronique de commande (20) comprend un détecteur de tension de crête (46), lequel est agencé pour pouvoir détecter sensiblement l'amplitude d'une tension induite dans le spiral piézoélectrique (16) lorsque le résonateur (12) oscille, et un circuit de régulation (20A) qui reçoit du détecteur de tension de crête un signal (SA) relatif à l'amplitude de la tension induite et qui est agencé pour pouvoir gérer une tension d'alimentation (VA) en fonction d'une valeur de consigne (Sc) pour ledit signal fourni par le détecteur de tension de crête, de sorte à obtenir une oscillation du résonateur avec une amplitude sensiblement constante.
  4. Mouvement horloger selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit électronique de commande est associé à un oscillateur à quartz que comprend ce mouvement horloger, le circuit électronique de commande étant agencé de manière à engendrer lesdites impulsions électriques motrices avec une fréquence d'alimentation spécifique qui est déterminée par l'oscillateur à quartz et fonction d'une fréquence de consigne pour l'oscillateur électromécanique (10), lequel est configuré de sorte que sa fréquence d'oscillation naturelle reste dans une plage de valeurs, pour toute orientation spatiale du mouvement horloger et tout niveau d'armage du barillet, suffisamment proche de la fréquence de consigne pour permettre aux impulsions électriques motrices d'imposer la fréquence de consigne à l'oscillateur électromécanique tout en ayant une oscillation fonctionnelle à ladite deuxième amplitude.
  5. Mouvement horloger selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le circuit électronique de commande est associé à un oscillateur à quartz que comprend ce mouvement horloger, le circuit électronique de commande étant agencé de manière à engendrer lesdites impulsions électriques motrices avec une fréquence d'alimentation spécifique qui est déterminée par l'oscillateur à quartz et fonction d'une fréquence de consigne pour l'oscillateur électromécanique (10), lequel est configuré de sorte que sa fréquence d'oscillation naturelle reste dans une plage de valeurs, pour toute orientation spatiale du mouvement horloger et tout niveau d'armage du barillet, suffisamment proche de la fréquence de consigne pour permettre aux impulsions électriques motrices d'imposer la fréquence de consigne à l'oscillateur électromécanique tout en ayant une oscillation fonctionnelle à ladite deuxième amplitude sensiblement constante.
  6. Mouvement horloger selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite valeur nominale maximale est inférieure ou égale à 300° pour toute orientation spatiale du mouvement horloger, et ladite deuxième amplitude est supérieure à 300° pour toute orientation spatiale du mouvement horloger et tout niveau d'armage du barillet.
  7. Mouvement horloger selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite valeur nominale maximale est comprise entre 240° et 300° pour toute orientation spatiale du mouvement horloger, et ladite deuxième amplitude est prévue entre 305° et 330° pour toute orientation spatiale du mouvement horloger et tout niveau d'armage du barillet.
  8. Montre (22) comprenant un mouvement horloger (2) selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la source d'énergie est incorporée dans cette montre et comprend un générateur d'électricité agencé pour pouvoir collecter une énergie externe et la transformer en énergie électricité, de manière à permettre une alimentation du circuit électronique de commande (20) et du spiral piézoélectrique (16).
  9. Montre selon la revendication 8, caractérisée en ce que le générateur d'électricité comprend un capteur de lumière.
  10. Montre selon la revendication 8, caractérisée en ce que le générateur d'électricité comprend une thermopile agencée de manière à pouvoir convertir de la chaleur du corps d'un utilisateur en électricité.
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