EP4443246A1 - Dispositif de régulation de vitesse pour mobile rotatif d'horlogerie - Google Patents

Dispositif de régulation de vitesse pour mobile rotatif d'horlogerie Download PDF

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EP4443246A1
EP4443246A1 EP24160658.1A EP24160658A EP4443246A1 EP 4443246 A1 EP4443246 A1 EP 4443246A1 EP 24160658 A EP24160658 A EP 24160658A EP 4443246 A1 EP4443246 A1 EP 4443246A1
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EP
European Patent Office
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rotor
light
timepiece
micro
generator
Prior art date
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Application number
EP24160658.1A
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German (de)
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EP4443246B1 (fr
Inventor
Jean-Jacques Born
Pierpasquale Tortora
Baptiste Hinaux
Cédric Nicolas
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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
Application filed by Swatch Group Research and Development SA filed Critical Swatch Group Research and Development SA
Publication of EP4443246A1 publication Critical patent/EP4443246A1/fr
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    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C3/00—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
    • G04C3/08—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
    • G04C3/10—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 electromagnetic means
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/30—Rotating governors, e.g. centrifugal governors, fan governors
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B13/00—Gearwork
    • G04B13/02—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots
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    • G04B19/00—Indicating the time by visual means
    • G04B19/02—Back-gearing arrangements between gear train and hands
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    • 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
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    • G04—HOROLOGY
    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C10/00—Arrangements of electric power supplies in time-pieces

Definitions

  • the invention relates to a timepiece comprising a rotating mobile, a motor device arranged to be able to drive this rotating mobile, a regulation device for regulating the speed of rotation of the rotating mobile, this regulation device comprising a micro-generator which comprises a stator and a rotor mechanically coupled to the rotating mobile, the stator carrying permanent magnets or coils and the rotor carrying coils or permanent magnets respectively.
  • the invention also relates to a method for regulating the speed of rotation of a rotating wheel of a timepiece, in a functional speed range of the rotating wheel between a minimum speed and a maximum speed strictly greater than the minimum speed, the rotating wheel being driven by a motor device included in the timepiece, by which method a device for regulating the speed of rotation of the rotating wheel is implemented, this regulating device comprising a micro-generator which comprises a rotor mechanically coupled to the rotating wheel, this rotor being movable about an axis of rotation relative to a stator carrying permanent magnets or coils, the rotor respectively carrying coils or permanent magnets, the coils being connected, directly or indirectly, to at least one light-emitting diode.
  • a micro-generator which comprises a rotor mechanically coupled to the rotating wheel, this rotor being movable about an axis of rotation relative to a stator carrying permanent magnets or coils, the rotor respectively carrying coils or permanent magnets, the coils being connected
  • the invention relates to the field of timepieces, and more particularly watches, and more particularly still watches comprising a mechanical energy source, of the type comprising an auxiliary mechanism not dedicated to measuring time but generally dedicated to sound or visual display functions, for example for watches with a chime or visual animation, or even music boxes, this mechanism comprising at least one rotating mobile. And the invention relates more particularly to the field of speed regulation of such a rotating mobile, generally actuated by a spring whose discharge generates a very variable speed of the rotating mobile in the absence of a regulation mechanism.
  • the document EP3838424 on behalf of The Swatch Group Research & Development Ltd describes a musical or striking mechanism for a timepiece or music box, comprising a power source delivering a mechanical torque and means for transmitting mechanical torque from the power source to a mobile for generating music or striking.
  • the mechanism further comprises a mobile regulator.
  • the regulator is configured to regulate, around a set speed value, the pivoting speed of the mobile around a pivot axis, and comprises means for braking the mobile configured to return its pivoting speed to the set speed.
  • the mobile regulator consists of a system comprising a micro-generator, also called “generator”, whose rotor is mechanically connected to the energy source delivering the mechanical torque, and an electronic circuit for regulating the rotation frequency of the micro-generator.
  • This circuit electronically regulates the frequency as in generator watches indicating the time, therefore in fact according to a rotor revolution counting technology, requiring an electronic time base, to compare the rotation frequency with a time base, and action on a transistor which regulates the passage of current in the coils with short-circuit braking pulses.
  • an electronic braking circuit controls the generation of braking pulses.
  • the invention proposes to solve in particular the problems of the prior art indicated above. Other objectives will also emerge from the description of the invention which follows.
  • the invention relates to a timepiece according to claim 1, which comprises a rotating mobile, a motor device arranged to be able to drive this rotating mobile, a regulating device to regulate the speed of rotation of the rotating body, this regulating device comprising a micro-generator, which comprises a stator and a rotor mechanically coupled to the rotating body, and at least one light-emitting diode which is powered, directly or indirectly, by the micro-generator.
  • the invention also relates to a method for regulating the rotation speed of a rotating wheel of a timepiece, in a functional speed range of the rotating wheel between a minimum speed and a maximum speed strictly greater than the minimum speed, according to claim 25.
  • the invention proposes to use a micro-generator powering at least one light-emitting diode to consume part of the energy supplied by a motor device to a rotating body, to regulate the speed of this rotating body.
  • the invention relates to a timepiece 2000 comprising a rotating mobile 1, a motor device arranged to be able to drive this rotating mobile 1, and a regulation device 1000 for regulating the rotation speed of the rotating mobile 1.
  • This motor device is in particular a mechanical motor device, notably formed by a barrel 200.
  • the regulating device 1000 comprises a micro-generator 100 of the watch type, which comprises a stator 20 and a rotor 10 which is mechanically coupled to the rotating mobile 1, and at least one light-emitting diode 31, 32, (also called ⁇ LED' hereinafter), which is powered, directly or indirectly, by the micro-generator 100, and more particularly by at least one coil which the micro-generator 100 comprises.
  • the stator carries permanent magnets 25 or coils
  • the rotor carries respectively coils 11 or permanent magnets.
  • Each coil 11 supplies said at least one light-emitting diode 31, 32 with an electric current induced during the rotation of the rotor 10 relative to the stator 20.
  • FIGS. 1 to 5 illustrate a non-limiting example of a micro-generator 100 with a rotor 10 comprising coils 11, in particular flat coils (pancake coils), and a stator 20 comprising an annular base 21, with an L-shaped radial section, carrying a first part of the permanent magnets 25, and an annular flange 22 for closing the annular base and carrying a second part of the permanent magnets 25.
  • the annular base and the annular flange form a stator cage with a C-shaped radial section with three straight portions.
  • the micro-generator 100 has a diameter generally between 6 mm and 15 mm.
  • the annular base 21 and the flange 22 are preferably made of a ferromagnetic material forming an external closure for the magnetic field of the permanent magnets 25, which are axially magnetized and arranged on the inner side of the stator cage, opposite the coils 11 of the rotor 10. More generally, the coils 11 and the permanent magnets 25 are arranged so that the coils pass at least partially above the permanent magnets when the rotor 10 rotates, driven directly or indirectly by a barrel 200, which the motor device comprises, or by any suitable drive means.
  • micro-generator 100 of the type with axial magnetization of the permanent magnets 25 and a “three-level” structure with the rotor 10 carrying the coils 11 placed in the intermediate level, in the space between two levels of permanent magnets 25 located respectively on the two axial sides of the coils 11.
  • the magnets 25 axially facing each other have the same polarity, two adjacent magnets on the same level have opposite magnetic polarities.
  • the polarities are alternated.
  • At least one light-emitting diode 31, respectively 32 is powered directly by at least one coil 11 during its rotation relative to the stator 20 of the micro-generator 100, without electrical and/or electronic circuit between said at least one light-emitting diode and said at least one coil, with the exception of contact pads and two circular tracks, for example made of gold, in particular without capacitor and/or other electrical and/or electronic components.
  • the at least one light-emitting diode 31, 32 forms with the micro-generator 100 the regulation device 1000.
  • the at least one light-emitting diode 31, 32 is connected to the micro-generator 100 through an electrical and/or electronic circuit without a substantial electrical energy storage component.
  • the at least one light-emitting diode 31, 32, the electrical and/or electronic circuit, without a substantial electrical energy storage component, and the micro-generator 100 together form the regulation device.
  • the micro-generator 100 and the at least one light-emitting diode 31, 32 are arranged such that, for a functional speed range of the rotating body 1 between a minimum speed V min and a maximum speed V max strictly greater than the minimum speed V min , the corresponding frequency range of the rotation of the rotor 10, between a minimum frequency F min and a maximum frequency F max , generates, in the coils 11, an induced voltage range whose maximum induced voltage value (peak voltage) U max , occurring for the maximum frequency F max , is greater than a threshold voltage Us of said at least one light-emitting diode 31, 32.
  • the minimum induced voltage value (peak voltage) U min occurring for said minimum frequency F min , of the induced voltage range is also greater than the threshold voltage Us of said at least one light-emitting diode 31, 32.
  • the at least one light-emitting diode 31, 32 and, where appropriate, the aforementioned electrical and/or electronic circuit constitute the only electrical energy consumption device incorporated in the regulation device 1000, the motor device being arranged in such a way that it has a useful range of motor torque allowing the rotary mobile 1 to be driven substantially in the functional speed range.
  • the combination of these characteristics has the effect that the LED(s) 31, 32 regulate the rotation frequency of the rotor 10, and thus the rotation speed of the rotating mobile 1, for a range of useful mechanical torque provided by the motor device, and that the regulation device 1000 is configured to for this purpose, this device being limited to the assembly formed by the LED(s) 31, 32, possibly an electrical and/or electronic circuit, without a substantial electrical energy storage component, and the micro-generator 100.
  • the LED(s) 31, 32 and the micro-generator 100 are arranged in such a way that the voltage induced in the micro-generator 100 remains within an induced voltage range, for the useful mechanical torque range, which corresponds to a working voltage range of each LED 31, 32, on the characteristic current/voltage curve of an LED and represented in figure 6 .
  • the minimum voltage value U min (peak voltage) of the induced voltage range, corresponding to the minimum frequency F min is also greater than the threshold voltage Us of said at least one light-emitting diode 31, 32.
  • the LEDs operate over the entire speed range of the rotating body 1 and therefore regulate the speed of rotation of this rotating body over the entire speed range provided for in normal operation for this rotating body.
  • the regulation device does not include any means of dissipating kinetic energy from the rotor 10 of the micro-generator 100.
  • the aim is to prevent the frequency of the rotor from increasing, rather than lowering its frequency;
  • the motor device is arranged so that its useful motor torque range has a minimum torque C MotMin , driving the rotating mobile 1 at the minimum speed V min of the functional speed range, and a maximum torque C MotMax driving the rotating mobile 1 at the maximum speed V max of this functional speed range.
  • the regulating device 1000 regulates the rotation frequency of the rotor 10 by maintaining it in the frequency range, between the minimum frequency F min and the maximum frequency F max , for the useful torque range of the motor device between the minimum motor torque C MotMin and the maximum motor torque C MotMax .
  • the regulating device 1000 comprises one or more light-emitting diodes 31, 32, in such a number that, depending on their type and their dimensioning, all of the light-emitting diodes 31, 32, which the regulating device 1000 comprises are arranged to dissipate electrical energy with a drive torque of the rotor 10 comprised between the minimum rotor drive torque C EDmin , corresponding to the minimum frequency F min of the rotor 10 on the one hand, and the maximum rotor drive torque C EDmax corresponding to the maximum frequency F max of the rotor 10 on the other hand.
  • the coils 11 are connected, directly or indirectly, to at least one light-emitting diode 31, 32.
  • At least one light-emitting diode 31, 32 is powered indirectly, through an electrical or electronic circuit which comprises a Graetz bridge rectifier forming the only electrical and/or electronic circuit, by at least one coil 11 providing an induced electric current during its rotation relative to the stator 20 of the micro-generator 100.
  • the stator 20 carries the permanent magnets 25, and the rotor 10 carries the coils 11, and each light-emitting diode 31, 32 is mounted on the rotor 10.
  • the permanent magnets 25 are located, in axial projection, inside a circular surface defined by the rotor 10 when it rotates.
  • At least one light-emitting diode 31, 32 is powered directly by at least one coil 11 during its rotation relative to the stator 20 of the micro-generator 100.
  • the rotor 10 carries at least one pair of light-emitting diodes 31, 32, preferably diametrically opposed and arranged in polarities opposite each other.
  • the rotor 10 carries four light-emitting diodes (also called 'LEDs') at 90°, arranged two by two in reverse polarities (preferably two diametrically opposed LEDs having the same polarity).
  • 'LEDs' light-emitting diodes
  • any electrical and/or electronic device included in the timepiece 2000 is an element of the micro-generator 100 and of the regulation device.
  • any electrical and/or electronic equipment included in the timepiece 2000 is embedded on the rotor 10 of the micro-generator 100.
  • This electrical and electronic equipment is formed by said at least one light-emitting diode 31, 32, the coil or coils, and, where appropriate, an electrical and/or electronic circuit arranged between at least one of the coils and said at least one light-emitting diode 31, 32.
  • a mechanical timepiece thus escapes any wiring or means of transferring electrical energy out of the rotor 10.
  • the rotor 10 and the stator 20 are mounted coaxially around an axis of rotation D of the micro-generator 100, and said at least one light-emitting diode 31, 32 is mounted eccentrically relative to said axis of rotation D, each light-emitting diode 31, 32 thus describing an annular surface during rotation of the rotor 10.
  • said at least one light-emitting diode 31, 32 is arranged to provide at least a major portion of the light 70 that it emits to at least a portion of the timepiece 1000 visible to a user of this timepiece, so as to illuminate this at least one visible portion.
  • the light-emitting diodes 31, 32 are arranged on the rotor 10 to obtain the best result, and the external structure on the light-emitting side must be perforated to allow the emitted light 70 to pass through most of this external structure, preferably so that substantially all of the emitted light can pass through this external structure.
  • the rotor 10 comprises a hub 19 which comprises a drive pinion 19a and which carries a lower annular structure 52, a disk 54, for example made of ceramic, forming a support for the coils 11 arranged in peripheral openings of this disk and for the two LEDs 31, 32, arranged in two respective openings 55 of the disk, and a toothed wheel 18 located above the emission surfaces of the LEDs 31, 32, and which is perforated, comprising openings 17 configured to allow the passage of the light 70 emitted by each of these LEDs towards means for guiding this light emitted towards said at least one visible part of the timepiece.
  • a hub 19 which comprises a drive pinion 19a and which carries a lower annular structure 52, a disk 54, for example made of ceramic, forming a support for the coils 11 arranged in peripheral openings of this disk and for the two LEDs 31, 32, arranged in two respective openings 55 of the disk, and a toothed wheel 18 located above the emission surfaces of the LEDs 31, 32, and which
  • the toothed wheel 18 is a ratchet forming a locking and releasing device for the micro-generator 100.
  • the lower annular structure 52 is preferably opaque and without openings, so as to mask the openings 55, the contact pads 65, the glue drops 68 and the circular tracks 66.
  • the contact pads 60 and the connections of the coils 11 to these contact pads are masked from the view of an observer by the base 22 of the stator cage.
  • the micro-generator 100 does not reveal any electrical or electronic element, with the exception of the emission surfaces of the LEDs, which have a noble appearance and are located in an internal region of this light micro-generator.
  • Such a construction is particularly well suited to a lighting device incorporated in a high-end mechanical movement.
  • the electrical connections can be made of gold.
  • the regulation device 1000 comprises, in the vicinity of the micro-generator 100, at least one stationary light guide structure, which is arranged to collect, for any angular position of the rotor 10 when the latter is rotating, at least a major portion of the light emitted by at least one light-emitting diode 31, 32, and to then guide this emitted light towards at least one visible part of the timepiece, so as to obtain an illumination of this visible part that is substantially constant and/or substantially uniform when the at least one light-emitting diode is emitting.
  • the rotor 10 is driven by a barrel 200, through a barrel gear train 300.
  • the micro-generator 100 is equipped with a device 400 for blocking and releasing the rotor which comprises ratchet 18 and a pawl 92, this device allowing the micro-generator to be activated on demand as a speed regulator, particularly in a musical or striking watch. It is used to start the rotation of the micro-generator on demand and then to stop it. It is therefore possible to briefly activate the rotation of the rotor several times on a barrel charge.
  • the rotor 10 comprises a module composed of the support disk 54 (in particular made of ceramic material) which carries a certain number of small coils 11 at its periphery as well as at least one light-emitting diode, in particular two LEDs 31, 32.
  • the rotation of the coils 11 in the magnetic field of the magnets 25 of the stator 20 generates an induced voltage and thus an alternating induced current, which supplies the light-emitting diodes according to the equivalent electrical diagram given in figure 8 .
  • the coils 11 are connected in series, with alternating polarities, the inner end 61 and the outer end 62 of each coil being connected respectively to two contact pads 60 formed on the support disk 54.
  • This plurality of coils is connected to the two LEDs, in particular via a printed circuit which is made up of two contact pads 64 for two respective ends of two end coils of the series of coils and for an electrical connection 67 of the first LED 31 to these coils, of two contact pads 65 for the electrical connection 67 of the second LED 32, and of two circular tracks 66 connecting the two contact pads 64 respectively to the two contact pads 65.
  • the two LEDs 31, 32 are arranged in reverse polarization in order to exploit the alternation of the electric current generated in this system of direct power supply of the LEDs by the coils 11.
  • the contact pads 64 and 65 and the two circular tracks 66 are directly printed/deposited on the support disk. Thus no conventional PCB made of synthetic material is necessary.
  • the electrical connections 67 are protected by drops of glue 68 which also serve to fix the LEDs in the respective openings 55 of the support disk 54.
  • the current i LED over time flowing in each light-emitting diode 31, 32 then takes the form visible on the figure 9 .
  • the rotation frequency of the micro-generator is the average current i LED MOY , represented in figure 10 , circulating in the two light-emitting diodes; which results in an average braking torque C MFR applied to the rotor as shown in the figure 11 .
  • this circuit can easily be configured to consume very little electrical energy relative to the light-emitting diodes, so that its impact is low, or even insignificant.
  • such a circuit can be composed exclusively of passive elements.
  • an electrical and/or electronic circuit for managing the power supply of light-emitting diodes consumes a small, substantially constant current, which generates an ⁇ offset' in the graph of the figure 10 by taking the total current including that of this circuit.
  • a small offset in the graph of the figure 11 Even if the consumption of the electrical and/or electronic circuit underwent a certain increase when the threshold voltage of the light-emitting diodes is exceeded and the circuit is then crossed by a stronger electric current, there would be a small offset beyond this threshold voltage, and thus in the functional range for the regulation of the microgenerator. Such an offset does not change the principle of regulation, the electrical energy consumption curve maintains a profile similar to that shown in figure 11 , allowing the regulation provided for within the framework of the invention.
  • the barrel initially delivers a maximum torque of 20 ⁇ N m to the rotor, and we have an initial rotation frequency of this rotor approximately equal to 120 Hz, which gradually decreases with the discharge of the barrel, in particular up to approximately 100 Hz corresponding approximately to a minimum torque of 12 ⁇ N m supplied to the rotor, the minimum torque and the maximum torque corresponding to a useful range of the motor torque of the barrel for correct operation of the driven mechanism. Without power dissipated by the light-emitting diodes (LEDs), the assembly would rotate much faster.
  • LEDs light-emitting diodes
  • V IND ⁇ ⁇ n BOB ⁇ K U ⁇ sin ⁇ ⁇ n BOB ⁇ t / 2
  • the electrical pulsation is equal to n BOB /2 multiplied by the rotation frequency ⁇ , because the induced voltage is the derivative of the variation of magnetic flux, which passes once from + to - and the next time from - to +.
  • the induced voltage is therefore a linear function of the rotation frequency.
  • the dimensions of the magnets and coils are optimized, as seen in figure 5 , for a relatively small stator cage, with a outer diameter of 8.4 mm, and a total thickness excluding hub of only 1.4 mm.
  • the number of turns and the diameter of the wire are adapted to ensure the operation of the light-emitting diodes.
  • Another number of coils, magnets and different dimensions are entirely possible.
  • Increasing the volume of the magnets 25, or reducing the air gap allows the coupling between coils 11 and magnets 25 to be increased.
  • the magnets 25 and the coils 11 are brought as close as possible to each other.
  • Concerning the coils 11, increasing their volume or reducing the diameter of the wire allows the induced voltage coefficient Ku (defined as the ratio of the induced voltage to the rotation frequency) to be increased but also increases the resistance of the coil.
  • Figures 12 to 15 show the effects of the thickness of the coil wire 11 on the resistance ( figure 12 ), on the current in the diodes ( figure 13 ), on the induced voltage ( figure 13 ), and on the total discharge time of the barrel ( figure 15 ).
  • the timepiece 2000 comprises a device for releasing and stopping the micro-generator 100 which comprises, on the one hand, a control device 400 actuable by a user to at least trigger and preferably also then stop the driving of the rotor 10 of the micro-generator 100, the control device 400 comprising an external control member, in particular a push button or a latch equipped with a latch spring and on the other part a trigger mechanism 500 actuated by the movement 600 included in the timepiece 2000, for example to strike the hour or produce a melody on demand or at given times.
  • a control device 400 actuable by a user to at least trigger and preferably also then stop the driving of the rotor 10 of the micro-generator 100
  • the control device 400 comprising an external control member, in particular a push button or a latch equipped with a latch spring and on the other part a trigger mechanism 500 actuated by the movement 600 included in the timepiece 2000, for example to strike the hour or produce a melody on demand or at given times.
  • the user can in particular release the rotating mobile and the rotor 10 and the micro-generator 100, by pressing a push button 401 actuating a rocker 402, acting on an actuating arm 403, and an elastic element 404 controlling the pawl 92 that the release and stop device comprises and actuable by the actuating arm 403 and automatically by the engagement mechanism 500 driven by the movement.
  • the rotation continues until the push button is released or for a determined time interval.
  • the engagement mechanism 500 actuated by the watch movement 600 acts on the elastic element 404, in particular for an alarm function, preferably during a determined time interval. Any similar system can be imagined to control the rotation and stopping of the rotating mobile 1 on command.
  • the various mechanisms provided are arranged to momentarily release the pawl 92 from the ratchet 18 of the rotor 10, and thus allow the rotation of the rotor 10 of the micro-generator 100 on demand, allowing the driving of the rotating mobile.
  • the most advanced repeater and/or striking mechanisms include safety devices comprising levers called isolators allowing the entirety of a melody or sound display to be played, and preventing any operation by the user during this time, or any other command by the timepiece itself.
  • the energy stored for this purpose, in a striking barrel or a bolt spring or similar, is greater than the energy required to play the sound range of longer duration.
  • the release and stop device comprises a mechanical timing device to limit the rotation time of the rotor 10.
  • the timepiece 2000 comprises a specific zone which can be illuminated directly or indirectly by at least one light-emitting diode 31, 32, when the latter emits light.
  • the timepiece 2000 comprises an acoustic animation mechanism which is a striking or repeating or musical animation mechanism comprising the rotating mobile 1 whose rotation speed is regulated by the regulating device 1000.
  • the timepiece 2000 comprises a visual animation mechanism comprising the rotating mobile 1 whose rotation speed is regulated by the regulating device 1000.
  • At least one light-emitting diode 31, 32 emits light towards a determined zone synchronously during an acoustic animation or visual animation sequence of the timepiece 2000. It can specifically illuminate a particular zone/zones of the mechanism, or a visual animation, or a particular decorative element of the watch such as a stained glass window, musical notes, or other.
  • the 2000 timepiece is devoid of an electrical energy storage capacitor.
  • the invention also relates to a method for regulating the rotation speed of a rotating wheel set 1 of a timepiece 2000, in a functional speed range of the rotating wheel set 1 between a minimum speed V min and a maximum speed V max strictly greater than the minimum speed, the rotating wheel set 1 being driven by a motor device, in particular a barrel 200, which the timepiece 2000 comprises.
  • a device 1000 for regulating the speed of rotation of the rotating body 1, this regulating device 1000 comprising a micro-generator 100 which comprises a rotor 10 coupled mechanically to the rotating mobile 1, this rotor being movable about an axis of rotation D relative to a stator 20 carrying permanent magnets 25 or coils, the rotor respectively carrying coils 11 or permanent magnets, the coils 11 being connected, directly or indirectly, to at least one light-emitting diode 31, 32.
  • a micro-generator 100 which comprises a rotor 10 coupled mechanically to the rotating mobile 1, this rotor being movable about an axis of rotation D relative to a stator 20 carrying permanent magnets 25 or coils, the rotor respectively carrying coils 11 or permanent magnets, the coils 11 being connected, directly or indirectly, to at least one light-emitting diode 31, 32.
  • the characteristics of the micro-generator 100 and of the at least one light-emitting diode 31, 32 are determined together with, where appropriate, the electrical and/or electronic circuit without a substantial electrical energy storage component, which constitute the only electrical energy consumption device produced by the micro-generator, and the gearing down of the regulation device 1000 between the rotating body 1 and the rotor 10 in such a way that, for the functional speed range of the rotating body 1, the corresponding frequency range of the rotation of the rotor 10, between a minimum frequency F min and a maximum frequency F max , generates in the coils 11 an induced voltage range whose maximum voltage value U max for the maximum frequency F max is greater than a threshold voltage Us of the at least one light-emitting diode 31, 32.
  • the motor device is chosen arranged in such a way that its useful motor torque range has a minimum torque C MotMin driving the rotating body 1 at the minimum speed of the functional speed range, and a maximum torque C MotMax driving the rotating mobile 1 at the maximum speed of the functional speed range.
  • said induced voltage range is located in a functional voltage range of said at least one light-emitting diode 31, 32, i.e. in a voltage range above the threshold voltage Us so that said at least one light-emitting diode produces light in the entire induced voltage range concerned in normal operation, which allows efficient regulation over the entire intended operating range.
  • the regulating device 1000 is determined to regulate the rotation frequency of the rotor 10 while maintaining it in the frequency range, between the minimum frequency F min and the maximum frequency F max , for a useful torque range of the motor device, between a minimum motor torque C MotMin and a maximum motor torque C MotMax .
  • the minimum voltage value U min for the minimum frequency F min is provided above said threshold voltage Us
  • the regulation device 1000 is arranged so as not to include any means of dissipating kinetic energy from the rotor 10 of the micro-generator 100. It is understood that the invention does not brake the rotor to reduce its frequency, but only to prevent its frequency from increasing.
  • the motor device is equipped with a barrel 200 sized so that the useful range of the torque that it delivers, between the minimum motor torque C MotMin and the maximum motor torque C MotMax , is such that the minimum motor torque C MotMin is equal to the sum of a mechanical torque C MecVmin necessary for driving the mechanism driven by the barrel, with the exception of the rotor 10 of the micro-generator 100, with the rotating mobile 1 rotating at the minimum speed V min , on the one hand, and of a minimum rotor drive torque C EDmin corresponding to the minimum frequency F min of the rotor 10 on the other hand, and such that the maximum motor torque C MotMax is equal to the sum of a mechanical torque C MecVmax necessary for driving the mechanism, with the exception of the rotor 10 of the micro-generator 100, with the rotating mobile 1 rotating at the maximum speed V max , on the one hand, and at a maximum rotor drive torque C EDmax corresponding to the maximum rotor frequency F max on the other hand.
  • the light-emitting diode or several light-emitting diodes 31, 32 are chosen in such a number that, depending on their type and their dimensioning, all of the light-emitting diodes 31, 32, which the regulation device 1000 comprises are arranged to carry out electrical dissipation with a rotor drive torque between the rotor drive torque minimum C EDmin , corresponding to the minimum frequency F min , and the maximum rotor drive torque C EDmax corresponding to the maximum frequency F max on the other hand, as visible on the figure 7 .
  • an indirect power supply of the at least one light-emitting diode 31, 32 is chosen, by the micro-generator 100, and the at least one light-emitting diode 31, 32 is connected to the micro-generator 100 through an electrical and/or electronic circuit without a substantial storage component of an electric current induced in the coils 11 during a rotation of the rotor 10 of the micro-generator 100.
  • the invention implements passive regulation, requiring no electronic circuit for data processing and regulation control.
  • Powering LEDs directly or indirectly via an electrical/electronic circuit without a substantial electrical energy storage component by a micro-generator for a device for regulating the rotation speed of a mobile is a new concept, which makes it possible to combine high efficiency, good compactness, a low number of components, and a reduced cost.
  • such a device makes it possible to obtain a robust and relatively high-end arrangement, suitable for high-end watchmaking.
  • the invention also makes it possible to dispense with mobile, fragile and wear-prone mechanical components, such as those used in inertia regulators, aerodynamic regulators or eddy current regulators.
  • Mechanical return means such as springs are also dispensed with.
  • the arrangement of the light-emitting diodes directly on the micro-generator means that there is no need for friction contact connections, conductive wires or printed circuit or PCB tracks. This ensures compatibility with high-end watchmaking.
  • Their advantageous arrangement on the rotor means that there is no need for any electronic component composed of materials not compatible with a high-end mechanical watch.
  • the light-emitting diodes are then the only components that can be described as "electronic" but their composition is inorganic and the vast majority of the volume is composed of crystal and metal. As a result, the proposed arrangement is aesthetically discreet and also compatible with a skeleton watch construction with an apparent system.
  • the preferred embodiment of the invention offers the advantage of presenting a passive circuit without any intermediate energy storage, thanks to the power supply of each diode directly by the coils, without necessarily requiring an induced voltage rectifier or smoothing capacitor.
  • the light-emitting diode has no persistent brightness when the current is turned off, but the user's eye sees persistent lighting, because, with a rotation of the order of a hundred Hertz and for example 12 or 14 poles in the micro-generator, we have a flashing of the order of kHz, imperceptible to the eye.
  • small braking torques a thousand times per second will act as smoothing on the rotation frequency.
  • An energy storage capacitor is not desirable, because it would not have a voltage variation that follows the induced voltage variation quickly enough, and would therefore have low efficiency for speed regulation.
  • LEDs When light-emitting diodes (LEDs) rotate at high frequency, they generate an almost continuous and uniform annular light distribution for the human eye and whose surface extension is much greater than that of a light-emitting diode.

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Abstract

Un aspect de l'invention concerne une pièce d'horlogerie avec, pour réguler la vitesse de rotation d'un mobile rotatif, un dispositif de régulation comportant une micro-génératrice et au moins une LED alimentée par la micro-génératrice sans stockage d'énergie électrique et agencées de manière que, pour une plage de vitesses fonctionnelle du mobile rotatif (Vmin ; Vmax), la plage de fréquences correspondante (Fmin ; Fmax) de rotation du rotor de la micro-génératrice engendre, dans les bobines de celle-ci, une plage de tension induite dont la valeur de tension maximale pour ladite fréquence maximale (Fmax) est supérieure à une tension de seuil (Us), de préférence également la valeur de tension minimale pour ladite fréquence minimale (Fmin), le dispositif moteur qui entraîne le mobile rotatif étant agencé de manière à avoir une plage utile de couple moteur permettant un entraînement du mobile rotatif sensiblement dans ladite plage de vitesse fonctionnelle. L'invention concerne encore un procédé de régulation de la vitesse de rotation du mobile rotatif.

Description

    Domaine technique de l'invention
  • L'invention concerne une pièce d'horlogerie comprenant un mobile rotatif, un dispositif moteur agencé pour pouvoir entraîner ce mobile rotatif, un dispositif de régulation pour réguler la vitesse de rotation du mobile rotatif, ce dispositif de régulation comportant une micro-génératrice qui comporte un stator et un rotor couplé mécaniquement au mobile rotatif, le stator portant des aimants permanents ou des bobines et le rotor portant respectivement des bobines ou des aimants permanents.
  • L'invention concerne encore un procédé de régulation de la vitesse de rotation d'un mobile rotatif d'une pièce d'horlogerie, dans une plage de vitesse fonctionnelle du mobile rotatif entre une vitesse minimale et une vitesse maximale strictement supérieure à la vitesse minimale, le mobile rotatif étant entraîné par un dispositif moteur que comporte la pièce d'horlogerie, par lequel procédé on met en oeuvre un dispositif de régulation de la vitesse de rotation du mobile rotatif, ce dispositif de régulation comportant une micro-génératrice qui comporte un rotor couplé mécaniquement au mobile rotatif, ce rotor étant mobile autour d'un axe de rotation par rapport à un stator portant des aimants permanents ou des bobines, le rotor portant respectivement des bobines ou des aimants permanents, les bobines étant reliées, directement ou indirectement, à au moins une diode électroluminescente.
  • L'invention concerne le domaine des pièces d'horlogerie, et plus particulièrement des montres, et plus particulièrement encore des montres comprenant une source d'énergie mécanique, du type comportant un mécanisme annexe non dédié à la mesure du temps mais en général dédié à des fonctions d'affichage sonore ou visuel, par exemple pour des montres à sonnerie ou à animation visuelle, ou encore des boîtes à musique, ce mécanisme comprenant au moins un mobile rotatif. Et l'invention concerne plus particulièrement le domaine de la régulation de vitesse d'un tel mobile rotatif, généralement actionné par un ressort dont la décharge engendre une vitesse très variable du mobile rotatif en l'absence de mécanisme de régulation.
    • Arrière-plan technologique
  • La régulation de vitesse des mobiles d'horlogerie est un problème ancien, lié à l'origine à la régulation de la sonnerie des cloches. Des solutions anciennes sont purement mécaniques basées sur la variation d'inertie du mobile avec par exemple des régulateurs à boules, ou encore sur le freinage par frottement d'air, mais de telles solutions applicables sur des horloges ou pendules ne le sont pas pour des montres.
  • L'encombrement limité dans une boîte de montre a conduit à imaginer des nouvelles solutions, telles des régulateurs électromagnétiques, ou encore des régulateurs à courant de Foucault. Ces solutions sont fonctionnelles mais coûteuses et réservées à des produits de luxe; certains de leurs composants sont très délicats et nécessitent une maintenance particulière.
  • Le document EP3838424 au nom de The Swatch Group Research & Development Ltd décrit un mécanisme musical ou de sonnerie pour pièce d'horlogerie ou boîte à musique, comprenant une source d'énergie délivrant un couple mécanique et des moyens de transmission de couple mécanique depuis la source d'énergie vers un mobile de génération de musique ou de sonnerie. Le mécanisme comprend en outre un régulateur de mobile. Le régulateur est configuré pour réguler, autour d'une valeur de vitesse de consigne, la vitesse de pivotement du mobile autour d'un axe de pivotement, et comporte des moyens de freinage du mobile configurés pour ramener sa vitesse de pivotement à la vitesse de consigne. Le régulateur de mobile est constitué d'un système comprenant une micro-génératrice, aussi nommée "génératrice", dont un rotor est relié mécaniquement à la source d'énergie délivrant le couple mécanique, et un circuit électronique de régulation de la fréquence de rotation de la micro-génératrice. Ce circuit règle électroniquement la fréquence comme dans les montres à génératrice indiquant l'heure, donc de fait selon une technologie de comptage de tours du rotor, nécessitant une base de temps électronique, pour comparer la fréquence de rotation avec une base de temps, et action sur un transistor qui régule le passage de courant dans les bobines avec des impulsions de freinage par court-circuit. En somme, un circuit électronique de freinage y commande la génération d'impulsions de freinage.
  • L'emploi de circuits électroniques ou électriques présente des inconvénients majeurs pour une montre munie d'un mouvement mécanique, en particulier pour une montre haut de gamme pour laquelle il est important de conserver le plus possible le caractère mécanique de la montre. En effet, ces systèmes connus sont munis d'un circuit électronique avec divers éléments électroniques agencés sur un circuit électrique (en général un PCB) situé à la périphérie de la micro-génératrice, ce qui introduit un dispositif du type électronique relativement étendu dans la montre. L'ensemble de toutes ces parties électriques et électroniques stationnaires occupe donc une surface relativement importante, au-delà de la surface définie par la microgénératrice, et cet ensemble est généralement visible, ce qui accentue, pour un consommateur, un caractère hybride de la montre.
    • Résumé de l'invention
  • L'invention se propose de solutionner notamment les problèmes de l'art antérieur indiqués précédemment. D'autres objectifs ressortiront aussi de la description de l'invention qui suit.
  • A cet effet, l'invention concerne une pièce d'horlogerie selon la revendication 1, laquelle comprend un mobile rotatif, un dispositif moteur agencé pour pouvoir entraîner ce mobile rotatif, un dispositif de régulation pour réguler la vitesse de rotation du mobile rotatif, ce dispositif de régulation comportant une micro-génératrice, qui comporte un stator et un rotor couplé mécaniquement au mobile rotatif, et au moins une diode électro-luminescente qui est alimentée, directement ou indirectement, par la micro-génératrice.
  • L'invention concerne encore un procédé de régulation de la vitesse de rotation d'un mobile rotatif d'une pièce d'horlogerie, dans une plage de vitesse fonctionnelle du mobile rotatif entre une vitesse minimale et une vitesse maximale strictement supérieure à la vitesse minimale, selon la revendication 25.
    • Brève description des figures
  • Les buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en référence aux dessins annexés, où:
    • la figure 1 représente en perspective un exemple d'application de l'invention à une montre comportant un dispositif d'éclairage : en partie gauche de la figure est visible un barillet, qui alimente, au travers d'un rouage, une micro-génératrice, laquelle comporte un rotor mobile en rotation face à un stator; la micro-génératrice porte au moins une diode électroluminescente, qui est alimentée par au moins une bobine et qui est montée sur le rotor, excentrée par rapport à l'axe de rotation du rotor, tandis que le stator porte des aimants permanents; ce rotor porte un rochet, qui coopère avec un cliquet pour libérer ou bloquer sa rotation ; la flèche indique schématiquement un dispositif d'actionnement du cliquet qui est mobile en rotation pour stopper et libérer la génératrice;
    • la figure 2A représente en perspective la micro-génératrice de la figure 1, dans laquellees deux anneaux du stator portent des aimants permanents, en polarités alternées, et, dans leur entrefer, le rotor porte des bobines; les flèches montrent les sens alternés du champ magnétique, selon une même direction parallèle à l'axe de rotation du rotor; celui-ci porte deux diodes électroluminescentes montées en symétrie par rapport à cet axe de rotation, et toutes deux excentrées;
    • la figure 2B est une vue de dessus de la micro-génératrice de la figure 1;
    • la figure 3 représente en perspective éclatée la micro-génératrice des figures 1, 2A et 2B ; le disque rotor porte ici 12 bobines, on voit la double rangée de 12 aimants des anneaux statoriques ;
    • la figure 4 représente, en vue de dessus selon la direction de l'axe de rotation, le rotor de la micro-génératrice des figures 1 à 3 ; on y voit la connectique des bobines entre elles et avec les diodes électroluminescentes toutes portées par le rotor ;
    • la figure 5 est une coupe de la micro-génératrice des figures précédentes, passant par l'axe de rotation de la micro-génératrice; dans cet exemple particulier et non limitatif, les dimensions de la micro-génératrice sont très réduites, avec une cage statorique de diamètre d'environ 8 mm, et une épaisseur d'environ 1,4 mm;
    • la figure 6 représente la courbe caractéristique de l'intensité du courant dans une diode électro-luminescente (en ordonnée) en fonction de la tension appliquée aux bornes de cette diode électro-luminescente (en abscisse) ; on peut voir qu'au-delà d'une tension de seuil Us, l'intensité du courant croît rapidement de façon sensiblement linéaire avec la tension ;
    • la figure 7 est un graphe représentant la dissipation d'énergie électrique dans le dispositif de régulation selon l'invention, avec en ordonnée le couple d'entraînement du rotor en fonction de la fréquence du rotor en abscisse, ce couple d'entraînement étant compris entre une valeur minimale, correspondant à une fréquence minimale du rotor prévue pour une plage de couple fonctionnelle, et une valeur maximale correspondant à une fréquence maximale du rotor prévue ; la caractéristique de couple d'entraînement du rotor en fonction de la fréquence du rotor est sensiblement linéaire dans le domaine sélectionné. En somme on voit en abscisse, entre la fréquence minimale et la fréquence maximale du rotor, une plage de fréquences du rotor « acceptée » pour une vitesse de rotation du mobile rotatif dans sa plage de fonctionnement ; et on voit en ordonnée, entre le couple d'entraînement minimal et le couple d'entraînement maximal, une plage de couple dissipé par les LEDs qui correspond à une variation de couple d'entrainement du rotor prévue pour la plage de couple fonctionnelle, ce qui permet de réguler la fréquence de rotation du rotor en présence d'un couple moteur variable de sorte à maintenir cette fréquence dans une plage relativement restreinte ;
    • la figure 8 représente, de façon schématisée, un circuit électrique équivalent d'une variante préférée du dispositif de régulation proposé, avec une micro-génératrice, générant un signal alternatif, qui est connectée en parallèle avec deux diodes électroluminescentes en polarité inversée. De cette manière, pendant l'alternance du signal, l'une ou l'autre des diodes émettra de la lumière. Pour des fréquences supérieures à 30 Hz, l'oeil ne distingue plus cette alternance et perçoit donc les deux diodes allumées en même temps ;
    • la figure 9 représente la forme du courant induit (en ordonnée) dans les diodes électroluminescentes, en fonction du temps (en abscisse), pour une fréquence à 150 Hz ; la courbe en trait plein correspond à une première LED, et la courbe interrompue à une deuxième LED montée en parallèle à la première LED, en liaison directe avec elle et agencée en polarité inverse de la première LED ;
    • la figure 10 représente la forme du courant moyen (en ordonnée) circulant dans les deux diodes électroluminescentes en fonction de la fréquence de rotation (en abscisse) du rotor;
    • la figure 11 représente la forme du couple moyen de freinage appliqué au rotor (en ordonnée) par les deux diodes électro-luminescentes en fonction de la fréquence de rotation du rotor (en abscisse);
    • la figure 12 est une courbe montrant l'influence de l'épaisseur du fil de bobine en abscisse sur la résistance de la bobine en ordonnée;
    • la figure 13 est une courbe montrant l'influence de l'épaisseur du fil de bobine en abscisse sur le courant dans les diodes électroluminescentes en ordonnée;
    • la figure 14 est une courbe montrant l'influence de l'épaisseur du fil de bobine en abscisse sur la tension induite en ordonnée;
    • la figure 15 est une courbe montrant l'influence de l'épaisseur du fil de bobine en abscisse sur le temps de décharge totale du barillet en ordonnée;
    • la figure 16 représente, de façon schématisée, une pièce d'horlogerie selon un mode de réalisation général de l'invention ;
    • la figure 17 représente, de manière partielle, une pièce d'horlogerie qui comporte un dispositif de libération et d'arrêt de la micro-génératrice associé à un dispositif de commande à bouton-poussoir actionnable par un utilisateur, pour déclencher l'entraînement ou l'arrêt du rotor de la micro-génératrice.
    Description détaillée de l'invention
  • L'invention se propose d'utiliser une micro-génératrice alimentant au moins une diode électroluminescente pour consommer une partie de l'énergie fournie par un dispositif moteur à un mobile rotatif, pour réguler la vitesse de ce mobile rotatif.
  • L'invention concerne une pièce d'horlogerie 2000 comprenant un mobile rotatif 1, un dispositif moteur agencé pour pouvoir entraîner ce mobile rotatif 1, et un dispositif de régulation 1000 pour réguler la vitesse de rotation du mobile rotatif 1. Ce dispositif moteur est en particulier un dispositif moteur mécanique, notamment formé par un barillet 200.
  • Le dispositif de régulation 1000 comporte une micro-génératrice 100 du type horloger, laquelle comporte un stator 20 et un rotor 10 qui est couplé mécaniquement au mobile rotatif 1, et au moins une diode électro-luminescente 31, 32, (aussi nommée `LED' par la suite), qui est alimentée, directement ou indirectement, par la micro-génératrice 100, et plus particulièrement par au moins une bobine que comporte la micro-génératrice 100. De manière générale, le stator porte des aimants permanents 25 ou des bobines, et le rotor porte respectivement des bobines 11 ou des aimants permanents. On distingue ci-après la « vitesse » de rotation du mobile rotatif 1 et la « fréquence » de rotation du rotor 10. Chaque bobine 11 fournit à ladite au moins une diode électro-luminescente 31, 32, un courant électrique induit lors de la rotation du rotor 10 par rapport au stator 20.
  • Les figures 1 à 5 illustrent un exemple non limitatif de micro-génératrice 100 avec un rotor 10 comportant des bobines 11, notamment des bobines plates (galettes), et un stator 20 comprenant une base annulaire 21, avec une section radiale en L, porteur d'une première partie des aimants permanents 25, et un flaque annulaire 22 de fermeture de la base annulaire et porteur d'une seconde partie des aimants permanents 25. La base annulaire et le flasque annulaire forment une cage statorique avec une section radiale en forme de C à trois portions droites. La micro-génératrice 100 a un diamètre généralement compris entre 6 mm et 15 mm.
  • La base annulaire 21 et le flasque 22 sont de préférence constitués par un matériau ferromagnétique formant une fermeture extérieure pour le champ magnétique des aimants permanents 25, lesquels sont à aimantation axiale et agencés du côté intérieur de la cage statorique, en regard des bobines 11 du rotor 10. Plus généralement, les bobines 11 et les aimants permanents 25 sont agencés de sorte que les bobines passent au moins partiellement au-dessus des aimants permanents lorsque le rotor 10 tourne, entraîné directement ou indirectement par un barillet 200, que comporte le dispositif moteur, ou par tout moyen d'entraînement adéquat. On a donc une micro-génératrice 100 du type à aimantation axiale des aimants permanents 25 et une structure à « trois niveaux » avec le rotor 10 portant les bobines 11 placées dans le niveau intermédiaire, dans l'espace entre deux niveaux d'aimants permanents 25 situés respectivement des deux côtés axiaux des bobines 11. Les aimants 25 axialement en vis-à-vis ont une même polarité, deux aimants adjacents sur un même niveau présentent des polarités magnétiques opposées. Ainsi, classiquement, pour chacun des deux niveaux d'aimants, les polarités sont alternées.
  • Dans une variante préférée, et tel que visible sur la figure 4, au moins une diode électroluminescente 31, respectivement 32, est alimentée directement par au moins une bobine 11 lors de sa rotation par rapport au stator 20 de la micro-génératrice 100, sans circuit électrique ou/et électronique entre ladite au moins une diode électroluminescente et ladite au moins une bobine, à l'exception de plages de contact et deux pistes circulaires, par exemple en or, en particulier sans condensateur et/ou autres composants électriques et/ou électroniques.
  • Selon la variante préférée de l'invention, la au moins une diode électroluminescente 31, 32 forme avec la micro-génératrice 100 le dispositif de régulation 1000.
  • Dans le cas d'une alimentation indirecte de la au moins une diode électroluminescente 31, 32 par la micro-génératrice 100, la au moins une diode électroluminescente 31, 32 est reliée à la micro-génératrice 100 au travers d'un circuit électrique et/ou électronique sans composant de stockage substantiel d'énergie électrique. Selon cette variante avantageuse de l'invention, la au moins une diode électroluminescente 31, 32, le circuit électrique et/ou électronique, sans composant de stockage substantiel d'énergie électrique, et la micro-génératrice 100 forment ensemble le dispositif de régulation.
  • La micro-génératrice 100 et la au moins une diode électroluminescente 31, 32, sont agencées de manière que, pour une plage de vitesse fonctionnelle du mobile rotatif 1 entre une vitesse minimale Vmin et une vitesse maximale Vmax strictement supérieure à la vitesse minimale Vmin, la plage de fréquence correspondante de la rotation du rotor 10, comprise entre une fréquence minimale Fmin et une fréquence maximale Fmax, engendre, dans les bobines 11, une plage de tension induite dont la valeur de tension induite (tension de crête) maximale Umax, intervenant pour la fréquence maximale Fmax, est supérieure à une tension de seuil Us de ladite au moins diode électro-luminescente 31, 32. De préférence, la valeur de tension induite (tension de crête) minimale Umin, intervenant pour ladite fréquence minimale Fmin, de la plage de tension induite est aussi supérieure à la tension de seuil Us de ladite au moins diode électroluminescente 31, 32.
  • La au moins une diode électro-luminescente 31, 32 et, le cas échéant, le circuit électrique et/ou électronique susmentionné constituent le seul dispositif de consommation d'énergie électrique incorporé dans le dispositif de régulation 1000, le dispositif moteur étant agencé de manière qu'il a une plage utile de couple moteur permettant un entraînement du mobile rotatif 1 sensiblement dans la plage de vitesse fonctionnelle.
  • La réunion de ces caractéristiques a pour effet que la ou les LEDs 31, 32 régulent la fréquence de rotation du rotor 10, et ainsi la vitesse de rotation du mobile rotatif 1, pour une plage de couple mécanique utile fourni par le dispositif moteur, et que le dispositif de régulation 1000 est configuré à cet effet, ce dispositif se limitant à l'ensemble formé par la ou les LEDs 31, 32, éventuellement un circuit électrique et/ou électronique, sans composant de stockage substantiel d'énergie électrique, et la micro-génératrice 100. Ainsi, la ou les LEDs 31, 32 et la micro-génératrice 100 sont agencées de manière que la tension induite dans la micro-génératrice 100 reste dans une plage de tension induite, pour la plage de couple mécanique utile, qui correspond à une plage de tension de travail de chaque LED 31, 32, sur la courbe courant/tension caractéristique d'une LED et représentée en figure 6.
  • Selon une caractéristique particulière, la valeur de tension minimale Umin (tension de crête) de la plage de tension induite, correspondant à la fréquence minimale Fmin, est aussi supérieure à la tension de seuil Us de ladite au moins diode électroluminescente 31, 32. Ainsi les LEDs fonctionnent sur toute la plage de vitesse du mobile rotatif 1 et régulent donc la vitesse de rotation de ce mobile rotatif sur toute la plage de vitesse prévue en fonctionnement normal pour ce mobile rotatif.
  • Selon une caractéristique particulière, le dispositif de régulation ne comporte aucun moyen de dissipation d'énergie cinétique du rotor 10 de la micro-génératrice 100. On cherche en effet à éviter que la fréquence du rotor augmente, plutôt que d'abaisser sa fréquence ;
  • Selon une caractéristique particulière, le dispositif moteur est agencé de manière que sa plage utile de couple moteur présente un couple minimum CMotMin, entraînant le mobile rotatif 1 à la vitesse minimale Vmin de la plage de vitesse fonctionnelle, et un couple maximal CMotMax entraînant le mobile rotatif 1 à la vitesse maximale Vmax de cette plage de vitesse fonctionnelle.
  • Avantageusement, le dispositif de régulation 1000 régule la fréquence de rotation du rotor 10 en la maintenant dans la plage de fréquence, entre la fréquence minimale Fmin et la fréquence maximale Fmax, pour la plage de couple utile du dispositif moteur entre le couple moteur minimal CMotMin et le couple moteur maximal CMotMax.
  • Plus particulièrement, le dispositif moteur est formé par un barillet 200 qui est dédié à l'entraînement d'un mécanisme comprenant le mobile rotatif 1 et est dimensionné pour que la plage utile du couple qu'il délivre, entre le couple moteur minimal CMotMin et le couple moteur maximal Cmotmax, soit telle que le couple moteur minimal CMotMin soit égal à la somme d'un couple mécanique CMecVmin nécessaire à l'entraînement du mécanisme, à l'exception du rotor 10 de la micro-génératrice 100, avec le mobile rotatif 1 tournant à la vitesse minimale Vmin, d'une part, et d'un couple d'entraînement du rotor minimal CEDmin correspondant à la fréquence minimale Fmin du rotor 10 d'autre part, et pour que la plage utile (CMotMin; CMotMax) du couple qu'il délivre soit encore telle que le couple moteur maximal CMotMax soit égal à la somme d'un couple mécanique CMecVmax nécessaire à l'entraînement du mécanisme, à l'exception du rotor 10 de la micro-génératrice 100, avec le mobile rotatif 1 tournant à la vitesse maximale Vmax, d'une part, et à un couple d'entraînement du rotor maximal CEDmax correspondant à la fréquence maximale Fmax du rotor 10 d'autre part. Ainsi :
    • C MotMin = C MecVmin + C EDmin
      Figure imgb0001
    • C MotMax = C MecVmax + C EDmax
      Figure imgb0002
  • Le dispositif de régulation 1000 comporte une diode électroluminescente ou plusieurs diodes électroluminescentes 31, 32, en nombre tel que, selon leur type et leur dimensionnement, l'ensemble des diodes électroluminescentes 31, 32, que comporte le dispositif de régulation 1000 soit agencé pour effectuer une dissipation d'énergie électrique avec un couple d'entraînement du rotor 10 compris entre le couple d'entraînement du rotor minimal CEDmin, correspondant à la fréquence minimale Fmin du rotor 10 d'une part, et le couple d'entraînement du rotor maximal CEDmax correspondant à la fréquence maximale Fmax du rotor 10 d'autre part.
  • Selon deux variantes particulières, les bobines 11 sont reliées, directement ou indirectement, à la au moins une diode électro-luminescente 31, 32.
  • Selon une caractéristique avantageuse, au moins une diode électro-luminescente 31, 32, est alimentée indirectement, au travers d'un circuit électrique ou électronique qui comprend un redresseur à pont de Graetz formant le seul circuit électrique et/ou électronique, par au moins une bobine 11 fournissant un courant électrique induit lors de sa rotation par rapport au stator 20, de la micro-génératrice 100.
  • Selon des caractéristiques avantageuses illustrées par les figures, le stator 20 porte les aimants permanents 25, et le rotor 10 porte les bobines 11, et chaque diode électro-luminescente 31, 32 est montée sur le rotor 10.
  • Plus particulièrement, les aimants permanents 25 sont situés, en projection axiale, à l'intérieur d'une surface circulaire définie par le rotor 10 lorsqu'il tourne.
  • De préférence, au moins une diode électro-luminescente 31, 32 est alimentée directement par au moins une bobine 11 lors de sa rotation par rapport au stator 20 de la micro-génératrice 100.
  • Plus particulièrement, et tel que visible dans la variante avantageuse représentée aux figures 1 à 5, le rotor 10 porte au moins une paire de diodes électro-luminescentes 31, 32, de préférence diamétralement opposées et agencées en polarités inverses l'une à l'autre.
  • Plus particulièrement encore, dans une variante non illustrée, le rotor 10 porte quatre diodes électroluminescentes (aussi nommées 'LEDs') à 90°, agencées deux à deux en polarités inverses (de préférence deux LEDs diamétralement opposées ayant une même polarité).
  • Selon une caractéristique avantageuse, tout dispositif électrique et/ou électronique que comporte la pièce d'horlogerie 2000 est un élément de la micro-génératrice 100 et du dispositif de régulation.
  • De préférence, tout équipment électrique et/ou électronique que comporte la pièce d'horlogerie 2000 est embarqué sur le rotor 10 de la micro-génératrice 100. Cet équipement électrique et électronique est formé par ladite au moins une diode électroluminescente 31, 32, la bobine ou les bobines, et, le cas échéant, un circuit électrique ou/et électronique agencé entre au moins une des bobines et ladite au moins une diode électroluminescente 31, 32. Une pièce d'horlogerie mécanique échappe ainsi à tout câblage ou moyen de transfert d'énergie électrique hors du rotor 10.
  • En particulier, et tel que visible sur les figures 1 à 5, le rotor 10 et le stator 20 sont montés coaxiaux autour d'un axe de rotation D de la micro-génératrice 100, et ladite au moins une diode électroluminescente 31, 32, est montée excentrée par rapport audit axe de rotation D, chaque diode électroluminescente 31, 32, décrivant ainsi une surface annulaire pendant la rotation du rotor 10.
  • Et, dans une réalisation particulière, ladite au moins une diode électroluminescente 31, 32, est agencée pour fournir au moins une majeure partie de la lumière 70 qu'elle émet à au moins une partie de la pièce d'horlogerie 1000 visible pour un utilisateur de cette pièce d'horlogerie, de sorte à illuminer cette au moins une partie visible. Ainsi, les diodes électroluminescentes 31, 32, sont agencées sur le rotor 10 pour obtenir le meilleur résultat, et la structure extérieure du côté de l'émission de lumière doit être ajourée pour permettre à la lumière émise 70 de traverser en majeure partie cette structure extérieure, de préférence pour que substantiellement toute la lumière émise puisse traverser cette structure extérieure.
  • Aussi, plus particulièrement, tel que visible sur les figures 4 et 5, le rotor 10 comprend un moyeu 19 qui comprend un pignon d'entraînement 19a et qui porte une structure annulaire inférieure 52, un disque 54, par exemple en céramique, formant un support pour les bobines 11 agencées dans des ouvertures périphériques de ce disque et pour les deux LEDs 31, 32, agencées dans deux ouvertures respectives 55 du disque, et une roue dentée 18 située au-dessus des surfaces d'émission des LEDs 31, 32, et qui est ajourée, comportant des ouvertures 17 configurées pour laisser passer la lumière 70 émise par chacune de ces LEDs vers des moyens de guidage de cette lumière émise vers ladite au moins une partie visible de la pièce d'horlogerie.
  • La roue dentée 18 est un rochet formant un dispositif de blocage et de libération de la micro-génératrice 100. La structure annulaire inférieure 52 est de préférence opaque et sans ouverture, de sorte à masquer les ouvertures 55, les plages de contact 65, les gouttes de colle 68 et les pistes circulaires 66. Les plages de contact 60 et les connexions des bobines 11 à ces plages de contact sont masqués à la vue d'un observateur par la base 22 de la cage statorique. Ainsi, hormis une petite portion des deux plages de contact 64 éventuellement visibles au travers de la fente circulaire située entre la structure annulaire 52 et la base 22, la micro-génératrice 100 ne laisse apparaître aucun élément électrique ou électronique, l'exception des surfaces d'émission des LEDs, lesquelles ont une noble apparence et sont situées dans une région interne de cette micro-génératrice lumineuse. Une telle construction est particulièrement bien adaptée à un dispositif d'éclairage incorporé dans un mouvement mécanique haut de gamme. En plus, les liaisons électriques peuvent être prévues en or.
  • Plus particulièrement, le dispositif de régulation 1000 comporte, au voisinage de la micro-génératrice 100, au moins une structure guide de lumière stationnaire, qui est agencée pour collecter, pour toute position angulaire du rotor 10 lorsque celui-ci tourne, au moins une majeure partie de la lumière émise par au moins une diode électro-luminescente 31, 32, et pour ensuite guider cette lumière émise vers au moins une partie visible de la pièce d'horlogerie, de manière à obtenir une illumination de cette partie visible sensiblement constante et/ou sensiblement uniforme lorsque la au moins une diode électro-luminescente émet.
  • Dans une variante particulière, le rotor 10 est entraîné par un barillet 200, au travers d'un rouage de barillet 300. La micro-génératrice 100 est équipée d'un dispositif 400 de blocage et de libération du rotor qui comprend le rochet 18 et un cliquet 92, ce dispositif permettant d'activer la micro-génératrice à la demande comme régulateur de vitesse, en particulier dans une montre musicale ou à sonnerie. Il est utilisé pour enclencher la rotation de la micro-génératrice à la demande et pour ensuite l'arrêter. Il est donc possible d'actionner brièvement plusieurs fois la rotation du rotor sur une charge de barillet.
  • Le rotor 10 comprend un module composé du disque support 54 (notamment en matière céramique) qui porte un certain nombre de petites bobines 11 à sa périphérie ainsi qu'au moins une diode électroluminescente, notamment deux LEDs 31, 32. La rotation des bobines 11 dans le champ magnétique des aimants 25 du stator 20, génère une tension induite et ainsi un courant induit alternatif, lequel alimente les diodes électroluminescentes selon le schéma électrique équivalent donné en figure 8. Les bobines 11 sont connectées en série, avec des polarités alternées, l'extrémité intérieur 61 et l'extrémité extérieure 62 de chaque bobine étant reliées respectivement à deux plages de contact 60 formées sur le disque support 54. Cette pluralité de bobines est reliée aux deux LEDs, notamment via un circuit imprimé qui est constitué de deux plages de contact 64 pour deux extrémités respectives de deux bobines d'extrémité de la série de bobines et pour une connexion électrique 67 de la première LED 31 à ces bobines, de deux plages de contact 65 pour la connexion électrique 67 de la deuxième LED 32, et de deux pistes circulaires 66 reliant les deux plages de contact 64 respectivement aux deux plages de contact 65. Les deux LEDs 31, 32 sont agencées en polarisation inversée afin d'exploiter l'alternance du courant électrique généré dans ce système d'alimentation directe des LEDs par les bobines 11. Dans la variante avantageuse représentée, les plages de contact 64 et 65 et les deux pistes circulaires 66 sont directement imprimées / déposées sur le disque support. Ainsi aucun PCB classique en matériau synthétique n'est nécessaire. A noter que les connexions électriques 67 sont protégées par des gouttes de colle 68 qui servent aussi à la fixation des LEDs dans les ouvertures respectives 55 du disque support 54.
  • On peut donc fonctionner avec un circuit électrique aussi simple que celui représenté sur la figure 8.
  • Le courant i LED au cours du temps circulant dans chaque diode électroluminescente 31, 32 prend alors la forme visible sur la figure 9.
  • Ce qui compte pour la fréquence de rotation de la micro-génératrice est le courant moyen i LED MOY, représenté à la figure 10, circulant dans les deux diodes électroluminescentes ; ce qui se traduit par un couple moyen de freinage CMFR appliqué au rotor tel que représenté sur la figure 11. On remarquera que dans le cas d'une variante dans laquelle il est prévu une alimentation indirecte des diodes électroluminescentes et qui comprend un circuit électrique et/ou électronique sans composant de stockage substantiel d'énergie électrique, ce circuit peut aisément être configuré pour consommer très peu d'énergie électrique relativement aux diodes électroluminescentes, de sorte que son impact est faible, voire insignifiant. En particulier, un tel circuit peut être composé exclusivement d'éléments passifs. Quoiqu'il en soit, un circuit électrique et/ou électronique de gestion de l'alimentation de diodes électroluminescentes consomme un faible courant sensiblemement constant, ce qui engendre un `offset' dans le graphe de la figure 10 en prenant le courant total incluant celui de ce circuit. De même, on observera un petit offset dans le graphe de la figure 11. Et même si la consommation du circuit électrique et/ou électronique subissait une certaine augmentation lorsque la tension de seuil des diodes électroluminescentes est dépassée et que le circuit est alors traversé par un courant électrique plus fort, on aurait un petit offset au-delà de cette tension de seuil, et ainsi dans la plage fonctionnelle pour la régulation de la microgénératrice. Un tel offset ne change pas le principe de régulation, la courbe de consommation d'énergie électrique conserve un profil semblable à celui représenté à la figure 11, permettant la régulation prévue dans le cadre de l'invention.
  • Dans un exemple particulier, le barillet délivre au départ un couple maximal de 20 µN·m au rotor, et on a une fréquence de rotation initiale de ce rotor environ égale à 120 Hz, laquelle baisse progressivement avec la décharge du barillet, notamment jusqu'à environ 100 Hz correspondant approximativement à un couple minimal de 12 µN·m fourni au rotor, le couple minimal et le couple maximal correspondant à une plage utile du couple moteur du barillet pour un fonctionnement correct du mécanisme entraîné. Sans puissance dissipée par les diodes électroluminescentes (LEDs), l'ensemble tournerait beaucoup plus vite. Concernant la tension induite dans les bobines, si on note: Ku le coefficient de tension induite pour une bobine (valeur max de la tension induite dans une bobine), nBOB le nombre de bobines, ω la fréquence de rotation (rad/s), et en considérant toutes les bobines alternées en série, la tension induite est VIND :
    V IND = ω ⋅ n BOB ⋅ K U ⋅ sin ω ⋅ n BOB ⋅ t / 2
    Figure imgb0003
  • En effet la pulsation électrique est égale à nBOB/2 multiplié par la fréquence de rotation ω, car la tension induite est la dérivée de la variation de flux magnétique, qui passe une fois de + à - et la fois suivante de - à +. La tension induite est donc une fonction linéaire de la fréquence de rotation.
  • En ce qui concerne la relation entre la tension induite et le courant dans la diode électroluminescente, elle est donnée en théorie par l'équation de Shockley, où Vt vaut 26mV à température ambiante et n est un paramètre de qualité compris entre 1 et 2: I = IS·(e VIND/nVt - 1 ). Une bonne approximation est donnée par la figure 6: la diode est bloquée aux tensions négatives et basses, et est passante au-delà de la tension de seuil Us, la courbe caractéristique ID = f (UD) montre la forte croissance de l'intensité dans la LED, sensiblement linéaire au-delà de la tension de seuil Us, et on voit que de faibles augmentations de la tension au-delà de la valeur de seuil Us produisent de grandes augmentations de courant, et une conséquente dissipation d'énergie. Cette approximation est très proche du comportement réel de la LED donné par l'équation de Shockley ci-dessus.
  • Les dimensions des aimants et bobines sont optimisées, telles que visibles en figure 5, pour une cage statorique relativement petite, avec un diamètre extérieur de 8,4 mm, et une épaisseur totale hors moyeu de 1,4 mm seulement.
  • Le nombre de spires et le diamètre du fil sont adaptés afin d'assurer le fonctionnement des diodes électroluminescentes. Un autre nombre de bobines, aimants et des dimensions différentes sont tout à fait envisageables. L'augmentation du volume des aimants 25, ou la diminution de l'entrefer, permet l'augmentation du couplage entre bobines 11 et aimants 25. Afin de maximiser les variations de flux, on rapproche au maximum les aimants 25 entre eux et les bobines 11 entre elles. Concernant les bobines 11, l'augmentation de leur volume ou la diminution du diamètre du fil permet d'augmenter le coefficient de tension induite Ku (défini comme le rapport de la tension induite par la fréquence de rotation) mais augmente également la résistance de la bobine. Dans ce cas, on diminue l'intensité du courant dans les diodes électroluminescentes mais on diminue également la fréquence de rotation du rotor, augmentant ainsi le temps de décharge du barillet et d'éclairage. Les figures 12 à 15 montrent les effets de l'épaisseur du fil de bobine 11 sur la résistance (figure 12), sur le courant dans les diodes (figure 13), sur la tension induite (figure 13), et sur le temps de décharge totale du barillet (figure 15).
  • Ainsi, en choisissant un diamètre de fil de 14 µm, on obtient une fréquence de rotor de 120 tours par seconde, barillet chargé, ce qui, avec une réserve de marche de l'ordre de 5500 tours rapportée au rotor, permet une durée de fonctionnement de plus de 40 secondes.
  • Selon une caractéristique particulière, la pièce d'horlogerie 2000 comporte un dispositif de libération et d'arrêt de la micro-génératrice 100 qui comprend, d'une part, un dispositif de commande 400 actionnable par un utilisateur pour au moins déclencher et de préférence également stopper ensuite l'entraînement du rotor 10 de la micro-génératrice 100, le dispositif de commande 400 comportant un organe de commande externe, notamment un bouton-poussoir ou une targette équipée d'un ressort de targette et d'autre part un mécanisme d'enclenchement 500 actionnable par le mouvement 600 que comporte la pièce d'horlogerie 2000, par exemple pour sonner l'heure ou produire une mélodie à la demande ou à des heures données.
  • Dans une variante illustrée par la figure 17, l'utilisateur peut notamment libérer le mobile rotatif et le rotor 10 et la micro-génératrice 100, en pressant sur un bouton-poussoir 401 actionnant une bascule 402, agissant sur un bras d'actionnement 403, et un élément élastique 404 commandant le cliquet 92 que comporte le dispositif de libération et d'arrêt et actionnable par le bras d'actionnement 403 et de manière automatique par mécanisme d'enclenchement 500 entraîné par le mouvement. La rotation perdure jusqu'à que le bouton-poussoir soit relâché ou pour un intervalle de temps déterminé. Le mécanisme d'enclenchement 500 actionné par le mouvement horloger 600 agit sur l'élément élastique 404, notamment pour une fonction de réveil, de préférence durant un intervalle de temps déterminé. Tout système similaire peut être imaginé pour commander la rotation et l'arrêt du mobile rotatif 1 à la commande. En particulier, les différents mécanismes prévus sont agencés pour libérer momentanément le cliquet 92 du rochet 18 du rotor 10, et autoriser ainsi la rotation du rotor 10 de la micro-génératrice 100 à la demande, permettant l'entraînement du mobile rotatif.
  • On notera que les mécanismes de répétition et/ou de sonnerie les plus perfectionnés comportent des dispositifs de sécurité comportant des leviers dénommés isolateurs permettant de jouer l'entier d'une mélodie ou d'un affichage sonore, et interdisant toute manoeuvre par l'utilisateur pendant ce temps, ou encore toute autre commande par la pièce d'horlogerie elle-même. L'énergie stockée à cette fin, dans un barillet de sonnerie ou un ressort de targette ou similaire, est supérieure à l'énergie nécessaire pour jouer la plage sonore de plus grande durée.
  • Plus particulièrement encore, le dispositif de libération et d'arrêt comporte un dispositif de temporisation mécanique pour limiter la durée de rotation du rotor 10.
  • Selon une caractéristique particulière, la pièce d'horlogerie 2000 comporte une zone déterminée éclairable directement ou indirectement par au moins une diode électro luminescente 31, 32, quand celle-ci émet de la lumière.
  • Selon une caractéristique particulière, la pièce d'horlogerie 2000 comporte un mécanisme d'animation acoustique qui est un mécanisme de sonnerie ou de répétition ou d'animation musicale comportant le mobile rotatif 1 dont la vitesse de rotation est régulée par le dispositif de régulation 1000.
  • Selon une caractéristique particulière, la pièce d'horlogerie 2000 comporte un mécanisme d'animation visuelle comportant le mobile rotatif 1 dont la vitesse de rotation est régulée par le dispositif de régulation 1000.
  • Plus particulièrement,au moins une diode électro luminescente 31, 32, émet de la lumière vers une zone déterminée de façon synchrone pendant une séquence d'animation acoustique ou d'animation visuelle de la pièce d'horlogerie 2000. Elle peut éclairer spécifiquement une zone / des zones particulière (s) du mécanisme, ou une animation visuelle, ou un élément décoratif particulier de la montre tel qu'un vitrail, des notes de musique, ou autre.
  • Selon une caractéristique particulière, la pièce d'horlogerie 2000 est dépourvue de condensateur de stockage d'énergie électrique.
  • L'invention concerne encore un procédé de régulation de la vitesse de rotation d'un mobile rotatif 1 d'une pièce d'horlogerie 2000, dans une plage de vitesse fonctionnelle du mobile rotatif 1 entre une vitesse minimale Vmin et une vitesse maximale Vmax strictement supérieure à la vitesse minimale, le mobile rotatif 1 étant entraîné par un dispositif moteur, notamment un barillet 200, que comporte la pièce d'horlogerie 2000.
  • Par ce procédé on met en oeuvre un dispositif 1000 de régulation de la vitesse de rotation du mobile rotatif 1, ce dispositif de régulation 1000 comportant une micro-génératrice 100 qui comporte un rotor 10 couplé mécaniquement au mobile rotatif 1, ce rotor étant mobile autour d'un axe de rotation D par rapport à un stator 20 portant des aimants permanents 25 ou des bobines, le rotor portant respectivement des bobines 11 ou des aimants permanents, les bobines 11 étant reliées, directement ou indirectement, à au moins une diode électroluminescente 31, 32.
  • Selon l'invention, on détermine les caractéristiques de la micro-génératrice 100 et de la au moins une diode électro-luminescente 31, 32 ensemble avec, le cas échéant, le circuit électrique et/ou électronique sans composant de stockage substantiel d'énergie électrique, qui constituent le seul dispositif de consommation d'énergie électrique produit par la micro-génératrice, et la démultiplication du dispositif de régulation 1000 entre le mobile rotatif 1 et le rotor 10 de manière que, pour la plage de vitesse fonctionnelle du mobile rotatif 1, la plage de fréquence correspondante de la rotation du rotor 10, comprise entre une fréquence minimale Fmin et une fréquence maximale Fmax, engendre dans les bobines 11 une plage de tension induite dont la valeur de tension maximale Umax pour la fréquence maximale Fmax est supérieure à une tension de seuil Us de la au moins une diode électroluminescente 31, 32. Et on choisit le dispositif moteur agencé de manière que sa plage utile de couple moteur présente un couple minimum CMotMin entraînant le mobile rotatif 1 à la vitesse minimale de la plage de vitesse fonctionnelle, et un couple maximal CMotMax entraînant le mobile rotatif 1 à la vitesse maximale de la plage de vitesse fonctionnelle. De préférence, ladite plage de tension induite est située dans une plage de tension fonctionnelle de ladite au moins une diode électroluminescente 31, 32, c'est-à-dire dans une plage de tension au-dessus de la tension de seuil Us de sorte que ladite au moins une diode électroluminescente produit de la lumière dans toute la plage de tension induite concernée en fonctionnement normal, ce qui permet une régulation efficace sur toute la plage de fonctionnement prévue.
  • Plus particulièrement, on détermine le dispositif de régulation 1000 pour réguler la fréquence de rotation du rotor 10 en la maintenant dans la plage de fréquence, entre la fréquence minimale Fmin et la fréquence maximale Fmax, pour une plage de couple utile du dispositif moteur, entre un couple moteur minimal CMotMin et un couple moteur maximal CMotMax. Et la valeur de tension minimale Umin pour la fréquence minimale Fmin est prévue au-dessus de ladite tension de seuil Us
  • Plus particulièrement, on agence le dispositif de régulation 1000 de façon à ne comporter aucun moyen de dissipation d'énergie cinétique du rotor 10 de la micro-génératrice 100. On comprend que l'invention ne freine pas le rotor pour réduire sa fréquence, mais seulement pour éviter que sa fréquence augmente.
  • Plus particulièrement encore, on équipe le dispositif moteur d'un barillet 200 dimensionné pour que la plage utile du couple qu'il délivre, entre le couple moteur minimal CMotMin et le couple moteur maximal CMotMax, soit telle que le couple moteur minimal CMotMin soit égal à la somme d'un couple mécanique CMecVmin nécessaire à l'entraînement du mécanisme entraîné par le barillet, à l'exception du rotor 10 de la micro-génératrice 100, avec le mobile rotatif 1 tournant à la vitesse minimale Vmin, d'une part, et d'un couple d'entraînement du rotor minimal CEDmin correspondant à la fréquence minimale Fmin du rotor 10 d'autre part, et telle que le couple moteur maximal CMotMax soit égal à la somme d'un couple mécanique CMecVmax nécessaire à l'entraînement du mécanisme, à l'exception du rotor 10 de la micro-génératrice 100, avec le mobile rotatif 1 tournant à la vitesse maximale Vmax, d'une part, et à un couple d'entraînement du rotor maximal CEDmax correspondant à la fréquence maximale Fmax du rotor d'autre part.
  • Plus particulièrement encore, on choisit la diode électro-luminescente ou plusieurs diodes électroluminescentes 31, 32, en nombre tel que, selon leur type et leur dimensionnement, l'ensemble des diodes électroluminescentes 31, 32, que comporte le dispositif de régulation 1000 soit agencé pour effectuer une dissipation électrique avec un couple d'entraînement du rotor compris entre le couple d'entraînement du rotor minimal CEDmin, correspondant à la fréquence minimale Fmin, et le couple d'entraînement du rotor maximal CEDmax correspondant à la fréquence maximale Fmax d'autre part, tel que visible sur la figure 7.
  • Selon une variante particulière, on choisit une alimentation indirecte de la au moins une diode électroluminescente 31, 32, par la micro-génératrice 100, et on relie la au moins une diode électroluminescente 31, 32 à la micro-génératrice 100 au travers d'un circuit électrique et/ou électronique sans composant de stockage substantiel d'un courant électrique induit dans les bobines 11 lors d'une rotation du rotor 10 de la micro-génératrice 100.
  • En somme, l'invention met en oeuvre une régulation passive, ne nécessitant aucun circuit électronique de traitement de données et de commande de la régulation. L'alimentation de LEDs directement ou indirectement via un circuit électrique / électronique sans composant de stockage substantiel d'énergie électrique par une micro-génératrice pour un dispositif de régulation de la vitesse de rotation d'un mobile est un concept nouveau, qui permet d'associer une grande efficacité, une bonne compacité, un faible nombre de composants, et un coût réduit. De plus, un tel dispositif permet d'obtenir un agencement robuste et relativement haut de gamme, adapté à l'horlogerie haut de gamme.
  • L'invention permet aussi de s'affranchir de composants mécaniques mobiles, fragiles et sujets à l'usure, tels ceux mis en oeuvre dans des régulateurs à inertie, des régulateurs aérodynamiques, ou encore des régulateurs à courants de Foucault. On s'affranchit également de moyens de rappel mécaniques tels des ressorts.
  • Les avantages de l'invention sont multiples.
  • L'agencement des diodes électroluminescentes directement sur la micro-génératrice permet de ne pas avoir recours à une connectique de contacts frottants, ou des fils conducteurs ou des pistes de circuit imprimé ou PCB. Ceci assure la compatibilité avec l'horlogerie haut de gamme. Leur agencement avantageux sur le rotor permet d'éviter la présence de tout composant électronique composé de matériaux non compatibles avec une montre mécanique haut de gamme. Dans la variante préférée, les diodes électroluminescentes sont alors les seuls composants qualifiables « d'électronique » mais leur composition est inorganique et la grande majorité du volume est composé de cristal et métal. Par ce fait, l'agencement proposé est esthétiquement discret et compatible aussi avec une construction de montre squelette avec un système apparent. Dans la variante avantageuse avec une alimentation indirecte des diodes électroluminescentes, dans laquelle il est prévu un circuit électrique et/ou électronique sans composant de stockage substantiel d'un courant électrique, on peut aussi avoir essentiellement que du cristal, notamment du silicium et du métal, et assurer une très grande longévité aux éléments du type « électronique ». Cette variante est ainsi aussi appropriée à l'horlogerie haut de gamme relative aux mouvements mécaniques soignés.
  • L'alimentation d'une ou plusieurs diodes électroluminescentes est possible sans avoir recours à une pile ou batterie. On peut certes employer une capacité de lissage embarquée sur le rotor, mais cela ne semble pas nécessaire car le rotor tourne avec une relativement haute fréquence de sorte que la variation périodique de luminosité n'est pas perceptible pour l'œil humain, quand on utilise la fonctionnalité d'éclairage des LEDs pour éclairer une partie visible de la pièce d'horlogerie. En effet, le mode de réalisation préféré de l'invention offre justement l'avantage de présenter un circuit passif sans aucun stockage d'énergie intermédiaire, grâce à l'alimentation de chaque diode directement par les bobines, sans nécessiter obligatoirement de redresseur de tension induite ou de capacité de lissage.
  • La possibilité d'activer une fonction lumineuse, couplée avec une autre fonction liée à la rotation du mobile rotatif 1, et de l'arrêter après un temps voulu est très avantageuse. Cette option n'est pas dans les montres connues de l'art antérieur. Il est ainsi possible de disposer d'une fonction annexe d'éclairage, par exemple pour l'éclairage d'un cadran, ou d'un mobile visible par l'utilisateur, ou autre, pendant la rotation du mobile rotatif.
  • La diode électroluminescente n'a pas de luminosité persistante lorsque le courant s'éteint, mais l'œil de l'utilisateur voit un éclairage persistant, car, avec une rotation de l'ordre de la centaine de Hertz et par exemple 12 ou 14 pôles dans la micro-génératrice, on a un clignotement de l'ordre du kHz, imperceptible à l'œil. Quant à la rotation de la micro-génératrice, des petits couples de freinage un millier de fois par seconde vont agir comme lissage sur la fréquence de rotation. Un condensateur de stockage d'énergie n'est quant à lui pas souhaitable, car il n'aurait pas de variation de tension qui suive suffisamment vite la variation de tension induite, et présenterait donc une faible efficacité pour la régulation de vitesse. Lorsque les diodes électroluminescentes (LEDs) tournent à haute fréquence, elles génèrent une distribution lumineuse annulaire quasi continue et uniforme pour l'œil humain et dont l'extension superficielle est beaucoup plus grande de celle d'une diode électroluminescente.
  • La solution sans électronique autre qu'un éventuel pont de Graetz (passif) embarqué sur le rotor, et sans aucun accumulateur d'énergie électrique, garantit la pleine compatibilité avec une construction horlogère haut de gamme.

Claims (30)

  1. Pièce d'horlogerie (2000) comprenant un mobile rotatif (1), un dispositif moteur (200) agencé pour pouvoir entraîner ce mobile rotatif, un dispositif de régulation (1000) pour réguler la vitesse de rotation du mobile rotatif, ce dispositif de régulation comportant une micro-génératrice (100) qui comporte un stator (20) et un rotor (10) couplé mécaniquement au mobile rotatif (1), le stator (20) portant des aimants permanents (25) ou des bobines et le rotor portant respectivement des bobines (11) ou des aimants permanents ; caractérisée en ce que le dispositif de régulation comprend en outre au moins une diode électroluminescente (31, 32) qui est alimentée, directement ou indirectement, par la micro-génératrice ; en ce que, dans le cas d'une alimentation indirecte de ladite au moins une diode électroluminescente par la micro-génératrice, ladite au moins une diode électroluminescente est reliée à la micro-génératrice au travers d'un circuit électrique et/ou électronique sans composant de stockage substantiel d'énergie électrique ; en ce que la micro-génératrice (100) et ladite au moins une diode électroluminescente sont agencées de manière que, pour une plage de vitesse fonctionnelle du mobile rotatif entre une vitesse minimale (Vmin) et une vitesse maximale (Vmax) strictement supérieure à la vitesse minimale, la plage de fréquence correspondante de la rotation du rotor (10), comprise entre une fréquence minimale (Fmin) et une fréquence maximale (Fmax), engendre, dans les bobines (11), une plage de tension induite dont la valeur de tension induite maximale, intervenant pour ladite fréquence maximale (Fmax), est supérieure à une tension de seuil (Us) de ladite au moins une diode électro-luminescente (31, 32) ; et en ce que ladite au moins une diode électro-luminescente et, le cas échant, ledit circuit électrique et/ou électronique sans composant de stockage substantiel d'énergie électrique constituent substantiellement le seul dispositif de consommation d'énergie électrique incorporé dans le dispositif de régulation, le dispositif moteur étant agencé de manière qu'il a une plage utile de couple moteur permettant un entraînement du mobile rotatif sensiblement dans ladite plage de vitesse fonctionnelle.
  2. Pièce d'horlogerie (2000) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la valeur de tension induite minimale, intervenant pour ladite fréquence minimale (Fmin), de ladite plage de tension induite est aussi supérieure à la tension de seuil (Us) de ladite au moins diode électroluminescente (31, 32).
  3. Pièce d'horlogerie (2000) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le dispositif de régulation ne comporte aucun moyen de dissipation d'énergie cinétique du rotor (10) de la micro-génératrice (100).
  4. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le dispositif moteur est agencé de manière que sa plage utile de couple moteur présente un couple minimum (CMotMin), entraînant le mobile rotatif (1) à ladite vitesse minimale (Vmin) de la plage de vitesse fonctionnelle, et un couple maximal (CMotMax) entraînant le mobile rotatif à ladite vitesse maximale (Vmax) de cette plage de vitesse fonctionnelle.
  5. Pièce d'horlogerie (2000) selon la revendication 4, caractérisée en ce que le dispositif de régulation (1000) régule la fréquence de rotation du rotor (10) en la maintenant dans ladite plage de fréquence, entre la fréquence minimale (Fmin) et la fréquence maximale (Fmax), pour la plage de couple utile du dispositif moteur entre le couple moteur minimal (CMotMin) et le couple moteur maximal (CMotMax).
  6. Pièce d'horlogerie (2000) selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit dispositif moteur est formé par un barillet (200) qui est dédié à l'entraînement d'un mécanisme comprenant le mobile rotatif (1) et dimensionné pour que la plage utile du couple qu'il délivre, entre le couple moteur minimal (CMotMin) et le couple moteur maximal (CMotMax), soit telle que le couple moteur minimal (CMotMin) soit égal à la somme d'un couple mécanique (CMecVmin) nécessaire à l'entraînement du mécanisme, à l'exception du rotor (10) de la micro-génératrice (100), avec le mobile rotatif (1) tournant à la vitesse minimale (Vmin), d'une part, et d'un couple d'entraînement du rotor minimal (CEDmin) correspondant à la fréquence minimale (Fmin) du rotor (10) d'autre part, et telle que le couple moteur maximal (CMotMax) soit égal à la somme d'un couple mécanique (CMecVmax) nécessaire à l'entraînement du mécanisme, à l'exception du rotor (10) de la micro-génératrice (100), avec le mobile rotatif (1) tournant à la vitesse maximale (Vmax), d'une part, et à un couple d'entraînement du rotor maximal (CEDmax) correspondant à la fréquence maximale (Fmax) du rotor d'autre part.
  7. Pièce d'horlogerie (2000) selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit dispositif de régulation (1000) comporte une diode électroluminescente (31, 32) ou plusieurs diodes électroluminescentes (31, 32) en nombre tel que, selon leur type et leur dimensionnement, l'ensemble des diodes électroluminescentes (31, 32) que comporte le dispositif de régulation (1000) soit agencé pour effectuer une dissipation d'énergie électrique avec un couple d'entraînement du rotor (10) compris entre le couple d'entraînement du rotor minimal (CEDmin), correspondant à la fréquence minimale (Fmin) du rotor, et le couple d'entraînement du rotor maximal (CEDmax) correspondant à la fréquence maximale (Fmax) du rotor (10) d'autre part.
  8. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'au moins une diode électro-luminescente (31, 32) est alimentée indirectement, au travers d'un redresseur à pont de Graetz formant le seul circuit électrique et/ou électronique, par au moins une bobine (11) fournissant un courant électrique induit lors de la rotation du rotor par rapport au stator (20) de la micro-génératrice (100).
  9. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'au moins une diode électro-luminescente (31, 32) est alimentée directement par au moins une bobine (11) lors de sa rotation par rapport au stator (20) de la micro-génératrice (100).
  10. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le stator (20) porte les aimants permanents (25), et le rotor (10) porte les bobines (11) ; et en ce que chaque dite diode électro-luminescente (31, 32) est montée sur ledit rotor (10).
  11. Pièce d'horlogerie (2000) selon la revendication 10, caractérisée en ce que les aimants permanents (25) sont situés, en projection axiale, à l'intérieur d'une surface circulaire définie par le rotor (10) lorsqu'il tourne.
  12. Pièce d'horlogerie (2000) selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que le rotor (10) porte au moins une paire de diodes électro-luminescentes (31, 32), de préférence diamétralement opposées, agencées en polarités inverses l'une à l'autre.
  13. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que le dispositif de régulation (1000) comporte, au voisinage de la micro-génératrice (100), au moins une structure guide de lumière stationnaire agencée pour collecter, pour toute position angulaire du rotor (10) lorsque celui-ci tourne, au moins une majeure partie de la lumière émise par au moins une diode électro-luminescente (31, 32) et pour ensuite guider cette lumière émise vers au moins une partie visible de la pièce d'horlogerie, de manière à obtenir une illumination de cette partie visible sensiblement constante et/ou sensiblement uniforme lorsque la au moins une diode électro-luminescente émet.
  14. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que tout équipement électrique et/ou électronique que comporte la pièce d'horlogerie est un élément de la micro-génératrice (100).
  15. Pièce d'horlogerie (2000) selon les revendications 10 et 14, caractérisée en ce que tout circuit électrique et/ou électronique que comporte la pièce d'horlogerie est embarqué sur le rotor (10) de la micro-génératrice (100).
  16. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que la pièce d'horlogerie comporte un dispositif de libération et d'arrêt de ladite micro-génératrice (100) qui comprend, soit un dispositif de commande (400) actionnable par un utilisateur pour déclencher l'entraînement du rotor (10) de la micro-génératrice (100), ledit dispositif de commande (400) comportant un organe de commande et/ou un bouton-poussoir et/ou une targette équipée d'un ressort de targette, soit un mécanisme d'enclenchement actionnable par un mécanisme (600) que comporte ladite pièce d'horlogerie (2000).
  17. Pièce d'horlogerie (2000) selon la revendication 16, caractérisée en ce que le rotor (10) comporte un rochet (18), et le dispositif de libération et d'arrêt comporte un cliquet (92) coopérant avec le rochet (18) pour enclencher la rotation de la micro-génératrice (100) à la demande.
  18. Pièce d'horlogerie (2000) selon la revendication 16 ou 17, caractérisée en ce que le dispositif de libération et d'arrêt comporte un dispositif de temporisation mécanique pour limiter la durée de rotation du rotor (10).
  19. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisée en ce que la pièce d'horlogerie comporte une zone déterminée éclairable directement ou indirectement par au moins une diode électro luminescente (31, 32) quand celle-ci émet de la lumière.
  20. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisée en ce que la pièce d'horlogerie comporte un mécanisme d'animation acoustique qui est un mécanisme de sonnerie ou de répétition ou d'animation musicale comportant le mobile rotatif (1) dont la vitesse de rotation est régulée par le dispositif de régulation (1000).
  21. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisée en ce que la pièce d'horlogerie comporte un mécanisme d'animation visuelle comportant le mobile rotatif (1) dont la vitesse de rotation est régulée par le dispositif de régulation (1000).
  22. Pièce d'horlogerie (2000) selon la revendication 20 ou 21, caractérisée en ce qu'au moins une diode électroluminescente (31, 32) émet de la lumière vers une zone déterminée pendant une séquence d'animation acoustique ou d'animation visuelle de la pièce d'horlogerie (2000).
  23. Pièce d'horlogerie (2000) selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisée en ce que le dispositif de régulation est dépourvu de condensateur de stockage d'énergie électrique.
  24. Procédé de régulation de la vitesse de rotation d'un mobile rotatif (1) d'une pièce d'horlogerie (2000), dans une plage de vitesse fonctionnelle du mobile rotatif (1) entre une vitesse minimale (Vmin) et une vitesse maximale (Vmax) strictement supérieure à la vitesse minimale, le mobile rotatif (1) étant entraîné par un dispositif moteur (200) que comporte la pièce d'horlogerie (2000), ce procédé mettant en oeuvre un dispositif (1000) de régulation de la vitesse de rotation du mobile rotatif (1) qui est formé par une micro-génératrice (100) comprenant un rotor, (10) couplé mécaniquement au mobile rotatif (1), ce rotor étant mobile autour d'un axe de rotation (D) par rapport à un stator (20) portant des aimants permanents (25) ou des bobines, le rotor portant respectivement des bobines (11) ou des aimants permanents ; caractérisé en ce que les bobines (11) sont reliées, directement ou indirectement, à au moins une diode électroluminescente (31, 32) ; en ce qu'on détermine les caractéristiques de la micro-génératrice (100) et de ladite au moins une diode électro-luminescente (31, 32), laquelle constitue avec, le cas échéant, un circuit électrique et/ou électronique sans composant de stockage substantiel d'un courant électrique agencé entre les bobines, le seul dispositif de consommation d'énergie électrique et la démultiplication du dispositif de régulation (1000) entre le mobile rotatif (1) et le rotor (10) de manière que, pour la plage de vitesse fonctionnelle du mobile rotatif (1), la plage de fréquence correspondante de la rotation du rotor (10), comprise entre une fréquence minimale (Fmin) et une fréquence maximale (Fmax), engendre dans les bobines une plage de tension induite dont la valeur de tension induite maximale, intervenant pour ladite fréquence maximale (Fmax), est supérieure à une tension de seuil (Us) de ladite au moins une diode électroluminescente (31, 32) ; et en ce qu'on agence le dispositif moteur (200) de manière que sa plage utile de couple moteur présente un couple minimum (CMotMin) entraînant le mobile rotatif (1) à ladite vitesse minimale de la plage de vitesse fonctionnelle, et un couple maximal (CMotMax) entraînant le mobile rotatif (1) à la vitesse maximale de la plage de vitesse fonctionnelle.
  25. Procédé de régulation selon la revendication 24, caractérisé en ce que la valeur de tension induite minimale, intervenant pour ladite fréquence minimale (Fmin), de ladite plage de tension induite est aussi supérieure à la tension de seuil (Us) de ladite au moins diode électroluminescente (31, 32).
  26. Procédé de régulation selon la revendication 24 ou 25, caractérisé en ce qu'on détermine le dispositif de régulation (1000) pour réguler la fréquence de rotation du rotor (10) en la maintenant dans ladite plage de fréquence, entre la fréquence minimale (Fmin) et la fréquence maximale (Fmax), pour une plage de couple utile du dispositif moteur, entre un couple moteur minimal (CMotMin) et un couple moteur maximal (CMotMax).
  27. Procédé de régulation selon l'une des revendications 24 à 26, caractérisé en ce qu'on agence le dispositif de régulation de façon à ne comporter aucun moyen de dissipation d'énergie cinétique du rotor (10) de la micro-génératrice (100).
  28. Procédé de régulation selon l'une des revendications 24 à 27, caractérisé en ce qu'on équipe le dispositif moteur d'un barillet (200) dimensionné pour que la plage utile du couple qu'il délivre, entre le couple moteur minimal (CMotMin) et le couple moteur maximal (CMotMax), soit telle que le couple moteur minimal (CMotMin) soit égal à la somme d'un couple mécanique (CMecVmin) nécessaire à l'entraînement du mécanisme, à l'exception du rotor (10) de la micro-génératrice (100), avec le mobile rotatif (1) tournant à la vitesse minimale (Vmin), d'une part, et d'un couple d'entraînement du rotor minimal (CEDmin) correspondant à la fréquence minimale (Fmin) du rotor (10) d'autre part, et telle que le couple moteur maximal (CMotMax) soit égal à la somme d'un couple mécanique (CMecVmax) nécessaire à l'entraînement du mécanisme, à l'exception du rotor (10) de la micro-génératrice (100), avec le mobile rotatif (1) tournant à la vitesse maximale (Vmax), d'une part, et à un couple d'entraînement du rotor maximal (CEDmax) correspondant à la fréquence maximale (Fmax) du rotor d'autre part.
  29. Procédé de régulation selon la revendication 28, caractérisé en ce qu'on choisit la diode électroluminescente (31, 32) ou plusieurs diodes électroluminescentes (31, 32) en nombre tel que, selon leur type et leur dimensionnement, l'ensemble des diodes électroluminescentes (31, 32) que comporte le dispositif de régulation (1000) soit agencé pour effectuer une dissipation électrique avec un couple d'entraînement du rotor compris entre le couple d'entraînement du rotor minimal (CEDmin), correspondant à la fréquence minimale (Fmin), et le couple d'entraînement du rotor maximal (CEDmax) correspondant à la fréquence maximale (Fmax) d'autre part.
  30. Procédé de régulation selon l'une des revendications 24 à 29, caractérisé en ce qu'on choisit une alimentation indirecte de ladite au moins une diode électroluminescente (31, 32) par la micro-génératrice (100), et en ce que ladite au moins une diode électroluminescente (31, 32) est reliée à la micro-génératrice (100) au travers d'un circuit électrique et/ou électronique sans composant de stockage substantiel d'un courant électrique induit dans les bobines (11) lors d'une rotation du rotor (10) de la micro-génératrice (100).
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