Pièce d'horlogerie électrique comportant un ensemble balancier-spiral
commandé par un transducteur
L'objet de la présente invention est une pièce d'horlogerie électrique comportant un ensemble balancierspiral commandé par un transducteur comprenant un organe mobile, ledit balancier et ledit organe mobile étant agencés pour se trouver engagés l'un avec l'autre lorsque le balancier se trouve au voisinage de son point mort et dégagés l'un de l'autre lorsque le balancier se trouve loin de son point mort, de manière telle que ledit transducteur détecte le passage dudit balancier près de son point mort et soit capable en ce point de communiquer au balancier, par l'intermédiaire dudit organe mobile qui effectue une certaine course alors qu'il est engagé avec le balancier,
I'apport d'énergie nécessaire à l'entretien de ses oscfflations.
I1 est bien connu qu'une haute précision dans la mesure du temps nécessite, dans un tel dispositif, une quasicoïncidence entre les impulsions d'entretien et le passage du balancier à son point mort. De plus, spécialement dans le cas d'une pièce électrique, il faut, pour maintenir l'isochronisme, que le balancier ne soit pas un élément constitutif du transducteur, mais soit un simple élément de régulation comme c'est le cas dans les pièces mécaniques ordinaires. Un transducteur travaillant de la sorte peut être constitué par une fourchette d'ancre conventionnelle coopérant avec un convertisseur électromécanique. Ceci est aisément réalisable, sans complication constmctive et le moment d'inertie de ladite fourchette demeurant restreint, en munissant ladite fourchette d'un aimant permanent.
Pour prévenir la dispersion du flux magnétique, il est clair que l'armature magnétique conduisant ce flux doit être disposée le plus près possible dudit aimant. Il faut remarquer que, durant les phases d'oscillation du balancier où ladite fourchette cesse de lui être liée, celle pourrait subir des vibrations anormales dues aux perturbations extérieures.
Les circuits électriques conventionnels actuellement applicables à de tels dispositifs ne permettent pas de rendre le balancier autodémarrant tout en assurant une consommation électrique réduite à une valeur proche du minimum indispensable à l'entretien des oscillations du balancier ou même à une valeur moins proche de ce minimum, car la grande durée d'impulsions sans laquelle le démarrage n'est pas possible, et pour laquelle doivent être dimensionnés les éléments desdits circuits, se trouve maintenue lorsque ledit balancier oscille à son amplitude normale, situation dans laquelle une durée d'impulsions beaucoup plus faible serait suffisante,
c'est-à-dire que la consommation effective est alors supérieure à ladite valeur proche du minimum indispensable qu'on aurait si la durée des impulsions était adaptée suivant l'amplitude des oscillations du balancier pour éviter les dépenses d'énergie inutiles, et supérieure aussi à une valeur moins proche du minimum indispensable qu'on aurait si la durée des impulsions était, pour les grandes amplitudes d'oscillation, simplement réduite, sans autre adaptation particulière, mais dans une mesure telle que les conditions d'entretien ne risquent en aucun cas d'en être affectées. Cette consommation d'énergie plus grande que nécessaire a le grand inconvénient de raccourcir la durée d'emploi des piles alimentant le dispositif, durée d'emploi particulièrement critique dans le cas des montres-bracelets.
On connaît également, à côté des circuits les plus conventionnels, un circuit particulier, représenté notamment dans l'exposé de brevet US No 3238431, qui est capable de fournir des impulsions de longue durée lors du démarrage et des impulsions beaucoup plus courtes lorsque le balancier oscille à grande amplitude: ce circuit est cependant destiné à un dispositif où le bal an- cier porte lui-même au moins une bobine ou un aimant , c'est-à-dire est un élément constitutif du transducteur.
Dans un tel dispositif, il n'existe pas, en fonction du mouvement du balancier, c'est-à-dire en fonction du temps, une limite franche jusqu'à laquelle l'impulsion électrique est efficace et depuis laquelle l'impulsion est inefficace, mais simplement une dégressivité de l'efficacité de l'impulsion quand la bobine s'éloigne de plus en plus de l'aimant. Le circuit en question effectue, d'une manière adéquate pour le dispositif auquel il est destiné, une restriction de la durée de l'impulsion en dépendance de la tension de détection induite, cette dépendance étant obtenue à l'aide d'un composant non linéaire (par exemple une diode) placé dans la branche de circuit de la bobine.
Ce circuit fournit donc une impulsion d'une durée qui diminue quand l'amplitude d'oscillation du balancier augmente selon une fonction de dépendance qui fait intervenir la relation de covariation de deux grandeurs caraotéristiques d'un composant non linéaire, loi de dépendance qui va dans le sens recherché, mais n'en demeure pas moins soumise à un paramètre étranger (fourni par ledit composant non linéaire), dont la sélection cependant peut fort bien permettre d'obtenir une fonction de dépendance favorable pour un dispositif comme celui auquel ce circuit est destiné et dans lequel n'apparaît pas ladite limite franche d'efficacité.
Un tel circuit ne permet cependant pas d'assurer la meilleure adaptation possible de la durée de l'impulsion en fonction de l'amplitude des oscillations du balancier dans le cas d'un dispositif où l'action de l'impulsion s'exerce par une fourchette (ou un organe mobile agissant similairement) et non directement sur une bobine ou un aimant solidaires du balancier.
Cela revient à dire que ce circuit permet de réduire la consommation, mais sans assurer l'adaptation particulière qui amènerait la consommation à la valeur proche du minimum indispensable précédemment mentionnée, ce circuit n'étant apte, du fait qu'iI restreint la durée de l'impulsion en dépendance de la tension de détection, qu'à effectuer, du moins dans le cas d'un dispositif à fourchette , une restriction de la durée des impulsions sans adaptation particulière et maintenue dans une mesure telle que les conditions d'entretien ne risquent en aucun cas d'en être affectées .
Une telle réduction de durée d'impulsion conduit à une valeur de consommation moins proche du minimum indispensable que la valeur de consommation à laquelle conduit une réduction de durée d'impulsion adaptée, suivant l'amplitude d'oscillation du balancier, pour éviter les dépenses d'énergie inutiles ; elle est donc insuffisante si l'on tient, dans le cas d'un dispositif à fourchette, à abaisser la consommation jusqu'à une valeur proche du minimum indispensable, et le circuit particulier en question est donc inadéquat pour atteindre cette performance dans le cas d'un dispositif à fourchette .
La présente invention a pour but de fournir une pièce d'horlogerie électrique du type susmentionné ne présentant pas les inconvénients précédemment indiqués, c'està-dire dont la partie mobile du transducteur soit retenue en position d'arrêt lorsqu'elle n'est pas liée au balancier, et dont la durée d'impulsion soit adaptée en fonction de l'amplitude d'oscillation du balancier de manière telle que le démarrage s'effectue aisément et que la consommation soit réduite par élimination des dépenses d'énergie inutiles, à une valeur proche du minimum indispensable à l'entretien des oscillations du balancier.
L'invention consiste en ce que ledit transducteur comporte une armature magnétique coopérant avec ledit organe mobile et dont la conformation est déterminée de façon que ledit organe mobile soit arrêté en situation stable de moindre potentiel magnétomécanique lorsque ledit balancier occupe une position dans laquelle cet organe mobile n'est pas engagé avec lui, et en ce que ledit transducteur est relié à un circuit électrique agencé de manière à lui fournir des impulsions d'entretien dont la durée, grande lors du démarrage et lorsque le balancier oscille à une faible amplitude, subit, quand cette amplitude devient grande, une diminution réalisée par le fait que l'impulsion d'entretien prend fin à l'instant même où ledit organe mobile achève sa course en s'arrêtant en ladite situation stable et cesse d'être engagé avec le balancier.
Il est possible en outre d'agencer ledit circuit électrique de manière qu'il fournisse de lui-même au trans docteur une impulsion de très longue durée, lorsque le balancier est arrêté ou que l'amplitude de ses oscillations est pratiquement nulle.
Le dessin annexé représente une forme d'exécution, pour laquelle il présente quatre schémas possibles de circulits électriques accompagnés de diagrammes explicatifs.
Le dessin présente en outre un schéma supplémentaire de circuit électrique correspondant à l'art antérieur.
La fig. 1 représente l'ensemble du transducteur et du balancier;
la fig. 2 représente le transducteur seul alors que l'aimant permanent occupe la position inverse de celle qu'illustre la fig. 1 ; elle montre également le chemin du flux magnétique dans cette situation;
la fig. 3 est un diagramme montrant, en fonction de son angle de position, le potentiel de l'aimant permanent représenté sur les fig. 1 et 2;
la fig. 4 représente, à titre d'exemple comparatif, le schéma d'un circuit conventionnel que l'art antérieur aurait pu utiliser en liaison avec un tel transducteur;
les fig. 5, 6, 7 et 8 représentent le schéma de différents circuits électriques réalisables selon la présente invention;
la fig. 9 présente trois diagrammes montrant, en fonction du temps, l'évolution des tensions en différents points des circuits;
;
les fig. 10-I et 10-II sont des diagrammes montrant les tensions et les courants de charge du condensateur temporisateur du circuit.
Avant la description des circuits électriques fournies sant les impulsions utilisés pour la pièce d'horlogerie électrique décrite, une forme d'exécution typique du transducteur chargé de maintenir les oscillations du balancier est décrite en liaison avec les fig. 1 et 2. La fig. 1 représente un tel transducteur coopérant avec un balancier selon une forme connue. Dans la fig. 1, une roue de balancier avec son axe, une ellipse et une fourchette d'ancre, avec son pivot, sont représentées respectivement en 1, 2, 3, 4 et 5.
Ils sont de construction semblable à ceux qu'on trouve dans une montre mécanique du type standard à échappement ancre, un aimant permanent 6 est agencé de manière à se mouvoir solidairement avec une fourchette d'ancre 4, 7 et 8 en constituant respectivement les pôles magnétiques N et S. 9, 9', 10 et 10' sont respectivement les pôles de l'armature magnétique 1 1 qui ferme le circuit magnétique dudit aimant permanent. Dans la fig. 1, le pôle magnétique 9 est en face du pôle N 7 de l'aimant permanent et le pôle magnétique 10' est en face du pôle S 8 de l'aimant permanent. Une bobine de commande 12 et une bobine de détection 13 sont respectivement destinées à la génération du flux magnétique impulsionnel dans le circuit magnétique et à la détection des variations du flux magnétique dû à l'aimant permanent.
La bobine de commande 12 a des fils de connexion terminaux 12a et 12c et un fil de con nexion intermédiaire 12b, et la bobine de détection 13 possède deux fils de connexion 13a et 13b. Le sens de bobinage des bobines 12 et 13 est tel que les flux magnétiques qu'elles créent dans l'armature s'additionnent lorsque la connexion 12c et la connexion 13a sont reliées et que l'on fait passer un courant de la connexion 12a à la connexion 13b. Non représenté fig. 1, un mécanisme bien connu actionne les rouages de la montre à partir de la fourchette 4.
Lorsque l'aimant permanent occupe la position montrée fig. 1, si la bobine de commande 12 reçoit une impulsion de courant capable de produire dans le circuit magnétique un flux orienté dans le sens indiqué, sur la fig. 1, par les flèches continues, I'aimant permanent, repoussé par les pôles magnétiques 9 et 10' et attiré par les pôles magnétiques 9' et 10 pivotera sur son axe; si à ce moment l'ellipse 3 est engagée dans la fourchette 4, le balancier 1 reçoit un apport d'énergie. Si cet apport est suffisant, le balancier 1 quitte la fourchette 4 tandis que l'aimant permanent s'arrête en face des pôles magnétiques 9'-10. Peu après le balancier revient vers sa position d'origine mû par l'énergie que lui restitue le spiral.
et l'ellipse s'engage à nouveau dans la fourchette 4. lorsque le balancier arrive près de son point mort. Ensuite,
I'aimant permanent 6 reprend sa première position, c'està-dire qu'il passe de l'orientation 9'-10 à l'orientation 9-10', étant mû par l'énergie cinétique du balancier ].
Si la bobine de commande reçoit maintenant un courant produisant dans le circuit magnétique un flux de sens opposé à celui précédemment produit. I'aimant permanent 6, repoussé par les pôles magnétiques 9' et 10, et attiré par les pôles magnétiques 9 et 10' se trouve soumis à un couple mécanique d'origine magnétique qui accélère son mouvement de rotation et fournit ainsi un nouvel apport d'énergie au balancier 1. Ainsi, par l'établissement répété dans la bobine de commande 12 d'impulsions électriques alternées en correspondance avec la période d'oscillation du balancier 1, ce dernier acquiert toujours davantage d'énergie et atteint finalement son amplitude normale à laquelle les pertes d'énergie s'équilibrent avec les apports d'énergie.
L'aimant permanent 6 est actionné avec suffisamment de force tour à tour par le courant de commande et par l'énergie cinétique du balancier 1, le flux magnétique allant du pôle N 7 au pôle S 8 de l'aimant permanent 6 étant établi alternativement dans la direction de la ligne pointillée montrée fig. 1, allant donc du pôle N 7 par le pôle magnétique 9,
I'armature 11, et le pôle magnétique 10' jusqu'au pôle
S 8, et dans la direction de la ligne pointillée montrée fig. 2, allant donc du pôle 7 par le pôle magnétique 9', l'armature 11 et le pôle magnétique 10 jusqu'au pôle
S 8. A chaque changement de direction du flux magnétique dans l'armature 11, une tension électrique est induite dans les bobines de commande 12 et de détection 13, le sens de la tension induite étant opposé à celui du courant de commande.
Si le courant de commande circule en surmontant ladite tension induite, I'énergie électromagnétique convertie en énergie mécanique vient augmenter l'énergie du balancier 1. Ladite tension induite agit également comme signal de synchronisation du circuit électrique équipant la montre. La durée de l'impulsion de tension induite correspond approximativement à la durée de l'engagement de la fourchette 4 avec l'ellipse 2 du balancier 1.
L'évolution par rapport au temps de cette tension induite est représentée fig. 9-I, dans laquelle la partie inférieure correspond à la tension induite lorsque l'aimant permanent opère un mouvement dextrogyre, l'aimant permanent tournant de la direction 9-10' à la direction 9'-10, et la partie supérieure correspond à la tension induite lorsque l'aimant permanent opère un mouvement lévogyre, l'aimant permanent tournant de la direction 9'-10 à la direction 9-10'. Lorsque l'amplitude d'oscillation du balancier 1 croît, la durée d'engagement de la fourchette 4 décroît, en même temps, la vitesse de rotation de l'aimant permanent 6 et la vitesse de variation du flux magnétique augmentent, ce qui accroît la tension induite comme l'illustre le passage de la ligne pointillée à la ligne continue sur la fig. 9-I.
On note particulièrement le fait que, dans un transducteur coopérant avec un balancier comme montré fig. 1, I'aimant permanent 6 solidaire de la fourchette 4 induit dans les pôles magnétiques situés en face du pôle N 7 et du pôle S 8 des charges magnétiques de polarités inverses, étant ainsi attiré et maintenu dans l'une des positions 9-10' ou 9'-10 durant la plus grande partie de l'oscillation du balancier.
De ceci résulte que la relation entre l'angle de position e de l'aimant permanent 6 et son énergie potentielle magnétique correspond au diagramme représenté fig. 3, dans lequel -6 est l'angle de position de l'aimant permanent maintenu, comme montré fig. 1, près des pôles magnétiques 9-10', + µ l'angle de position correspondant à la fig. 2, I'aimant étant maintenu près des pôles magnétiques 9'-10 et it" I'angle de position correspondant au cas où l'aimant est à égale distance des pôles 9 et 10' et des pôles 9' et 10, le pôle
N 7 étant situé au milieu de l'entrefer 9-9' et le pôle S 8 étant situé au milieu de l'entrefer 10-10'.
Comme montré fig. 3, au cours d'une rotation de la fourchette égale à 2 la, I'énergie potentielle magnétique passe par un maximum. L'énergie cinétique du balancier doit donc, lorsque ledit balancier a atteint un état stable d'oscillation dans lequel l'amplitude est élevée, être notablement supérieure à cette crête d'énergie potentielle.
Dans ledit état stable d'oscillation, lorsque le balancier déplace la fourchette 4 et l'aimant permanent 6 de l'angle -µ à l'angle +6, le balancier perd, en passant de -µ à µ, I'énergie nécessaire à surmonter cette crête.
mais il récupère ensuite cette même énergie en passant de {}n à + e de sorte qu'il n'y a pas de perte d'énergie pour le balancier lui-même. Cependant, comme au démarrage ou en début d'oscillation l'énergie cinétique du balancier n'est pas suffisante pour surmonter ladite crête d'énergie potentielle, il est nécessaire, pour éviter l'arrêt du balancier et lui permettre de passer ladite crête, de fournir au transducteur une impulsion électrique relativement puissante ou relativement longue et de puissance atteignant le minimum nécessaire, comme la tension relativement basse des piles électriques pouvant être montées dans une montre-bracelet rend difficile l'obtention d'impulsions très puissantes, il est préférable de prévoir un circuit électrique augmentant la durée et non la puissance des impulsions.
Lors du démarrage ou en début d'oscillation. la fourchette 4 du transducteur montré fig. l est liée au balancier 1 durant presque toute la période d'oscillation et le circuit électrique ne peut actionner le balancier que s'il fournit au transducteur des impulsions de durée corres pondant. Par contre, dès que le balancier 1 atteint son état stable d'oscillation, la période durant laquelle ledit balancier 1 est lié à la fourchette 4 se raccourcit; de ce fait, si le circuit continue à fournir au transducteur des impulsions électriques de longue durée, une grande partie de l'énergie ainsi dépensée reste inutilisée. Il s'avère judicieux de diminuer alors la durée des impulsions. Les circuits électriques décrits plus loin, et spécialement destinés à la pièce d'horlogerie ci-décrite satisfont à cette condition.
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<tb>
a <SEP> 1° <SEP> diespositif <SEP> selon <SEP> tie. <SEP> i <SEP> on <SEP> a <SEP> admis <SEP> que <SEP> pour
<tb> actionner le balancier le courant de commande circulait alternativement dans les deux sens à l'intérieur de la bobine de commande, de manière à induire un flux magnétique traversant alternativement l'armature 11 dans les deux sens. I1 est cependant possible de communiquer suffisamment d'énergie ou balancier au moyen d'un courant de commande unidirectionnel, il est également possible d'entretenir les oscillations du balancier 1, en faisant appel, pour ramener la fourchette 4, à l'énergie cinétique du balancier et en fournissant au transducteur des impulsions de courant unidirectionnel en synchronisme avec les oscillations du balancier 1.
Cela revient à dire qu'il suffit généralement que le circuit électrique fournisse, à raison d'une seule par période d'oscillation, les impulsions électriques que le transducteur transmet au balancier sous forme d'appoint d'énergie mécanique.
La suite de la description concerne des circuits électriques capables de fournir au transducteur des impulsions électriques en synchronisme avec la période d'oscillation du balancier, afin de maintenir lesdites oscillations. Parmi ces circuits électriques capables de four nir les impulsions voulues au transducteur, on trouve de nombreux circuits-types allant du simple amplificateur à un transistor incluant la bobine de commande dans le circuit du collecteur et la bobine de détection dans le circuit de base, à l'oscillateur bloqué astable à un transistor comprenant un condensateur temporisateur déterminant la période d'oscillation propre du circuit en coopération avec une résistance de temporisation connectée, en série avec la bobine de détection à la base du transistor,
en passant par les multivibrateurs monostables ou astables constitués par deux transistors de mêmes polarités de conduction ou de polarités de conduction différentes. On note cependant que, dans le cas du simple amplificateur, si aucune tension n'est induite dans la bobine de détection par les oscillations du balancier, le transistor n'est pas rendu conducteur, cela rend impossible le démarrage à partir du repos complet.
Dans l'oscillateur bloqué, le temps de conduction du transistor, c'est-à-dire la durée des impulsions électriques, est fixée par la self inductance des bobines de commande et de détection et par leur inductance mutuelle. Comme le circuit magnétique du transducteur est ouvert au moins à un endroit, ainsi que cela paraît sur la fig. 1, I'induc- tance est faible et la durée des impulsions l'est aussi. En plus, on a observé qu'un tel circuit coopérant avec le transducteur décrit fournissait des impulsions augmentant de durée quand l'amplitude du balancier croît. Il est impossible de réaliser l'autodémarrage au moyen d'un tel circuit.
Dans le cas du multivibrateur monostable constitué par deux transistors de la même polarité, comme dans le cas du simple amplificateur, le transistor de sortie ne devient pas conducteur en l'absence de tension induite sur les bobines. Dans le cas du multivibrateur astable, même si la durée initiale des impulsions peut être rendue assez grande pour que le balancier démarre à partir du repos complet, la consommation électrique augmente défavorablement dans l'état stable d'oscillation du fait que l'un ou l'autre des deux transistors se trouve toujours conducteur.
Comme indiqué plus haut, il n'est pas possible pour des circuits conventionnels de concilier l'autodémarrage du balancier et la consommation électrique minimum.
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<tb> A5n <SEP> cependant <SEP> de <SEP> rendre <SEP> plus <SEP> compréhe sible <SEP> la <SEP> suite
<tb> de <SEP> la <SEP> descrîption <SEP> on <SEP> va, <SEP> sur <SEP> la <SEP> base <SEP> de <SEP> la <SEP> fig. <SEP> 4, <SEP> décrire
<tb> à titre d'exemple comparatif, un circuit électrique conventionnel. La fig. 4 représente un oscillateur astable constitué de deux transistors complémentaires de différentes polarités dans lequel le transistor NPN est le transistor de sortie et le transistor PNP est le transistor de contrôle.
La tension d'induction négative, représentée fig. 9-I, qui est engendrée dans la bobine de commande 17 en correspondance avec les mouvements du balancier, a le sens voulu pour rendre conducteur le transistor de contrôle 16. Lorsque cette tension est appliquée à la base du transistor de contrôle 16, par l'intermédiaire du condensateur temporisateur 18 et de la résistance 19 qui contrôle le courant de charge dudit condensateur 18, le circuit comprenant le transistor de contrôle 16, la résistance 21 et le transistor de sortie 15 est parcouru par le courant de collecteur du transistor de contrôle 16, qui est aussi le courant de base du transistor de sortie 15.
Ce dernier devient alors également conducteur, et sa tension de collecteur diminue; cette chute de tension rend le transistor de contrôle 16 encore plus conducteur, produisant un phénomène de réaction cumulative dans le circuit.
Ensuite, dès que le transistor de sortie 15 est saturé, la source de tension 23 débite son courant à travers la bobine de commande à l'encontre de la tension induite et fournit l'énergie au balancier. Le courant de charge du condensateur temporisateur 18, qui passe du pôle positif de la source de tension 23 par l'émetteur et la base du transistor de contrôle 16, la résistance 19, le condensateur temporisateur 18, le collecteur et l'émetteur du transistor de sortie 15 pour revenir au pôle négatif de la source de tension, décroît graduellement. Cette diminution de courant de charge coupe rapidement la conduction du transistor de contrôle 16 et du transistor de sortie 15 du fait de ladite réaction cumulative.
Dans cet état non conducteur, si la constante de temps de décharge du condensateur temporisateur 18, qui dépend des résistances 19 et 20, est un petit peu plus longue que la période du balancier, il est possible de parvenir à ce que le circuit soit commuté à nouveau dans l'état conducteur, lorsque apparaît la tension induite précédemment mentionnée et correspondant au mouvement du balancier, ceci pour autant que cette tension apparaisse au dernier moment avant que le circuit ne bascule de lui-même. Ainsi, même avec un circuit électrique conventionnel comme celui montré fig. 4, il est possible de commander le transducteur de manière qu'il fournisse des impulsions d'énergie synchronisées avec la période du balancier.
Cependant, la durée des impulsions électriques fournies est déterminée uniquement par le condensateur temporisateur 18 et la résistance 19 qui contrôle son courant de charge. C'est-à-dire que la tension pouvant charger le condensateur-temporisateur 18 étant uniquement celle de la source de tension 23, et la tension de charge du condensateur 18 devant atteindre en fin d'impulsion une valeur proche de la tension même de la source 23, le temps de charge du condensateur 18 est déterminé par la constante de temps résultant des valeurs dudit condensateur 18 et de la résistance 19.
Donc, dans le cas où l'énergie est fournie au balancier au moyen d'un transducteur comme celui montré fig. 1, cas dans lequel il est impossible de faire démarrer le balancier sans fournir au transducteur une longue impulsion électrique au moment du démarrage, les valeurs du condensateurtemporisateur 18 et de la résistance 19 doivent être fixées, dans un circuit comme celui représenté dans la fig. 4, de telle manière que l'impulsion électrique ait la durée voulue. Bien que dans ce cas le balancier finisse aussi par atteindre une amplitude d'oscillation stable, les impulsions électriques gardent alors la durée qu'elles avaient au moment du démarrage. et lorsque le balancier cesse d'être lié à la fourchette, le circuit électrique fournit au transducteur une énergie inutilisée.
Dans le cas où, comme sur les montres-bracelets, on utilise des piles de faible capacité, ce phénomène raccourcit par trop leur durée d'emploi et constitue donc un grave défaut pratique. Sur la fig. 4, une diode 22 absorbe à la fin de l'impulsion l'énergie qui se trouve emmagasinée dans la bobine de commande.
En liaison maintenant avec la fig. 5, un circuit spécialement conçu pour la présente pièce est décrit d'une manière approfondie.
Le circuit électrique spécial correspondant au schéma de la fig. 5 comporte une branche de circuit destinée à la réaction cumulative et constituée par la connexion intermédiaire 12b de la bobine de commande 12, la bobine de détection 13, ces deux bobines faisant partie du transducteur montré fig. 1, le condensateur-temporisateur 26, la résistance 27 contrôlant la charge dudit condensateur 26, la base et le collecteur du transistor de contrôle 25.
la résistance 29, la base et le collecteur du transistor de sortie 24 et les connexions 12c et 12b de la bobine de commande 12; une autre branche de circuit destinée à la temporisation de charge du condensateur 26 comprend le pôle positif de la source de tension 31, I'émet- teur et la base du transistor de contrôle 25, la résistance 27, le condensateur-temporisateur 26. la bobine de détection 13, la connexion intermédiaire 12b et la connexion terminale 12c de la bobine de commande 12, le collecteur et l'émetteur du transistor de sortie 12 et le pôle négatif de la source de tension 31:
enfin, la branche de circuit destinée à la temporisation de décharge du condensateur 26 comprend le pôle positif de la source de tension 31, la connexion terminale 12a et la connexion intermédiaire 12b de la bobine de commande 12, la bobine de détection 13. le condensateur-temporisateur 26, la résistance 27, la résistance temporisatrice 28 qui doit rendre la période propre du circuit un petit peu plus longue que la période du balancier, et le pôle négatif de l source de tension 31. Ce schéma est celui d'un multivibrateur astable utilisant un transistor NPN 25 qui est le transistor de sortie, et un transistor PNP 24 qui est le transistor de contrôle. De plus, une diode 30 absorbe l'énergie emmagasinée dans la bobine de commande et devant être résorbée lors du flanc de fin d'impulsion, comme c était le cas aussi dans le circuit montré fig. 4.
Le multivibrateur astable selon fig. 5 oscille de lui-même continuellement, même lorsque le balancier n'est pas en mouvement et fournit au transducteur par la bobine de commande 12 des impulsions électriques ayant une certaine durée. Si ces impulsions fournissent suffisamment d'énergie pour permettre à l'aimant permanent 6 de franchir la crête de potentiel mentionnée plus haut, le balancier se met à osciller. Lorsque le balancier oscille, des tensions sont induites dans les bobines de commande 12 et de détection 13.
Ces bobines sont connectées, selon fig. 5, de telle manière que les tensions induites entre les connexions 12a et 12b de la bobine de commande et les connexions 13a et 13b de la bobine de détection s'ajoutent l'une à l'autre, c'est-à-dire qu'elles sont de sens tel qu'elles s'opposent au courant provenant de la source 31 dans la bobine de commande 12 et qu'elles favorisent le passage dudit courant dans la bobine de détection 13.
Ainsi, les tensions induites dans les deux bobines forcent les transistors à devenir fortement conducteurs avant que le transistor de contrôle 25 ne le devienne du fait de la période propre du cicruit. Ainsi, une impulsion électrique parvient à la bobine de commande 12 et fournit au moment voulu un apport d'énergie au balancier. On voit donc que le circuit selon fig. 5 se synchronise avec les oscillations du balancier dont il peut ainsi augmenter l'énergie.
Ce circuit spécial, selon fig. 5, se distingue du circuit conventionnel, selon fig. 4, par les points suivants:
I1 peut, lors du démarrage du balancier, fournir des impulsions de grande durée, indépendantes de l'oscillation dudit balancier.
Quand le balancier atteint une certaine amplitude, la durée des impulsions commence à décroître et devient fonction de l'amplitude dudit balancier d'une manière (étudiée en détail plus loin) qui lui fait prendre fin à l'instant même où l'aimant achève son mouvement. Ce deuxième point correspond au caractère recherché dans le circuit selon fig. 5.
Contrairement au circuit selon fig. 4, dont la durée d'impulsion fournie reste constante, le circuit selon fig. 5, qui fournit des impulsions dont la durée est également déterminée par le temps de charge du condensateurtemporisateur, travaille dans des conditions telles que ce temps de charge se trouve suffisamment long lors du démarrage du balancier, et est ensuite, lorsque l'amplitude des oscillations augmente, raccourci, même interrompu, sous l'action de la tension induite dans la bobine de détection connectée en série dans le circuit temporisateur de charge.
Suivent maintenant quelques considérations concernant la force électromotrice qui contribue à charger le condensateur-temporisateur dès que le circuit selon fig. 5 a été mis en état de conduction. Désignons par CtE la tension existant sur la connexion intermédiaire 12b de la bobine de commande 12, lorsque le transistor de sortie 24 est saturé. expression dans laquelle E est la tension de la source 31, et Ct une fraction correspondant au rapport du nombre de spires existant entre les connexions 12b et 12c de la bobine de commande 12 au nombre de spires existant entre les connexions 12a et 12c de la même bobine.
La tension tendant à charger le condensateurtemporisateur 26 se compose de la différence entre la tension E de la source 31 et la tension seE de la connexion 12b, de la tension induite V dans la bobine 13 et d'une tension Vm engendrée dans la bobine 13 par induction mutuelle à partir de la bobine 12.
On peut écrire pour cette tension tendant à charger le condensateurtemporisateur 26, la formule suivante (1):
E-aEQV+Vm--c±'EQVÙVm (I) dans laquelle ax'=l-el
L'impédance Z, vue depuis les deux extrémités du condensateur-temporisateur 26 lorsque le circuit, selon fig. 5, est conducteur, est constituée par les inductances de la bobine de commande 12 et de la bobine de détec tion 13, par la résistance ohmique de leurs bobinages, par la résistance 27, par la résistance de saturation entre l'émetteur et le collecteur du transistor de sortie 24 et la résistance de saturation entre l'émetteur et la base du transistor de contrôle 25.
Cependant, comme la valeur de la résistance 27 est généralement beaucoup plus grande que celle des autres impédances, Z est environ égale à R, et l'on peut admettre Z = R. Il est possible aussi de considérer 'E + Vm comme constant pendant la durée de l'impulsion électrique en question pour autant que Vm, dû à l'induction mutuelle, soit suffisamment bref et de valeur peu élevée. Cette simplification est admissible du fait que l'inductance mutuelle des bobines de commande et de détection est très faible, puisque le transducteur du type illustré fig. 1 comporte un circuit magnétique ouvert au moins en un point.
D'autre part, au moment du démarrage du balancier, alors qu'aucune tension induite n'est encore engendrée, les tensions et courants de charge du condensateur-temporisateur 26 sont représentées par les formules (2) et (3):
EMI6.1
I= a'E + Vm e - CR
I CR (3)
R dans lesquelles C est la capacité du condensateur-temporisateur 26 et t le temps.
Ces valeurs V et I sont représentées en fonction du temps par les courbes A dans les fig. 10-I et 10-II. Des formules (2) et (3) il ressort que la constante de temps de charge est égale à CR. Comme c'est le courant de charge du condensateur 26 qui rend le transistor 25 conducteur, si on augmente la valeur de la résistance 27, la constante de temps de charge augmente également et il est possible ainsi de maintenir le transistor de contrôle conducteur durant une longue période. Le transistor de sortie 24 peut donc fournir à la bobine de commande 12 une impulsion électrique de longue durée.
Au départ, la durée de l'impulsion électrique est ainsi augmentée électriquement afin d'accroître l'amplitude d'oscillation du balancier jusqu'à la valeur désirée. Aussitôt que l'amplitude est suffisante, la tension induite, qui augmente avec l'amplitude, fait basculer le transistor de contrôle dans l'état conducteur juste avant la fin de la période propre du multivibrateur, le circuit électrique étant ainsi synchronisé avec la période du balancier. D'autre part, lorsque cette tension induite commence à être engendrée, les conditions de charge du condensateur-temporisateur se modifient, c'est-à-dire que la tension tendant à charger le condensateur 26 passe de a'E + Vm à a.'E + Vm + V, et lorsque la tension induite disparaît, elle reprend la valeur a'E + Vm.
De l'accroissement d'amplitude résulte donc un accroissement du courant de charge qui, durant l'impulsion, fait augmenter rapidement la tension de charge et diminuer le temps qui serait nécessaire pour que la tension aux bornes du condensateur atteigne la valeur a'E + Vm qui mettrait fin à l'impulsion si la tension aux bornes de la bobine 13 était nulle.
Tant que cette tension n'est pas nulle, l'impulsion peut se continuer, même si la tension aux bornes du condensateur dépasse cette valeur ct'E + Vm pour autant qu'elle soit encore inférieure à 'E + Vm + V; c'est ce qui se produit à grande amplitude (pour de grandes valeurs de V) et donc la tension du condensateur en vient, durant l'impulsion, à dépasser a.'E + Vm; au moment où la tension aux bornes du condensateur a dépassé a'E + Vm, une annulation de V provoque instantanément la fin de l'impulsion, ce dont il résulte que l'impulsion prend fin à l'instant même où V s'annule, c'est-à-dire où l'aimant achève sa course.
Ainsi, le courant de charge disparaît très rapidement et la durée de conduction du transistor de contrôle 25, commandée par ledit courant de charge, s'adaptant au mouvement de l'aimant pour que la période de conduction s'achève avec lui, devient très faible, ce qui diminue la durée des impulsions électriques fournies de manière à les faire finir au moment où l'aimant achève son mouvement.
Par exemple, dans le cas où la tension induite atteint une valeur environ- égale à a'E + Vm, le condensateur-temporisateur 26 se charge rapidement au moins à cette tension otE t Vm et, lorsque V dispa raît, le courant de charge s'annule immédiatement, puisque la tension a déjà atteint sa valeur finale a'E + Vm, la durée d'impulsion électrique est donc ainsi réduite au minimum indispensable.
Puisque le temps durant lequel la tension est induite est pratiquement égal au temps durant lequel la fourchette 4 et le balancier 1 sont liés (voir fig. 1), et puisque la durée de l'impulsion électrique fournie à la bobine de commande 12 se trouve égale à la durée de la tension induite, lorsque le balancier 1 a atteint son amplitude normale, ses oscillations se trouvent maintenues avec un maximum d'efficacité.
Réciproquement, dans le cas où l'amplitude du balancier diminue, par suite de perturbations extérieures ou autres, la tension induite redevient faible, ce qui a pour effet de rendre à l'impulsion sa durée première, et donc par-là de tendre immédiatement à la restauration de l'amplitude normale. Il apparaît donc que cette possibilité de contrôler électriquement l'amplitude est une des caractéristiques particulières du circuit électrique utilisées pour la présente pièce d'horlogerie, circuit dans lequel le temps de charge du condensateur-temporisateur est fonction de l'amplitude du balancier.
Les courbes B des fig. 10-I et 10-Il représentent l'évolution, en fonction du temps, de la tension et du courant de charge du condensateur, lorsque la tension V est induite dans les bobines, donc à l'amplitude normale.
On voit que la durée des impulsions électriques passe de la valeur t0 à la valeur toto, lorsque l'amplitude passe de zéro à sa valeur normale.
La fig. 9 représente l'évolution des tensions en fonction du temps en différents points du circuit électrique selon fig. 5. La fig. 9-II montre la tension au collecteur du transistor de sortie 24 et la fig. 9-III la tension à la base du transistor de contrôle. Dans chacune de ces figures, la ligne pointillée correspond au démarrage du balancier et la ligne continue à l'état stable d'oscillation du balancier.
On voit sur ces figures que les impulsions marquées par la ligne pointillée, pour lesquelles la tension induite est nulle ou très faible (fig. 9-I), sont de plus longue durée que les impulsions marquées par la ligne continue, pour lesquelles la tension induite est grande (fig. 9-I). I1 apparaît donc bien que l'impulsion électrique est notablement plus courte à amplitude normale que lors du démarrage. On voit également fig. 9-II et 9-III les portions C et d représentant les tensions induites lors du mouvement de retour du balancier.
Dans la fig. 9, on a admis a' = I . Remarquons que la connexion intermédiaire 12b de la bobine de com mande 12 ayant pour but de faciliter le réglage de la durée d'impulsion en rendant la tension induite V approximativement égale à & + Vm, si la tension de la source est relativement faible, I'effet voulu peut être obtenu en connectant la bobine de détection 13 directement au collecteur du transistor de sortie 24, ce qui donne a' = 1, et donc a'E = E, comme admis pour la fig. 9.
La fig. 6 montre une autre disposition du circuit électrique utilisable pour la pièce décrite. La différence entre la disposition selon fig. 6 et la disposition selon fig. 5 consiste en ce que la bobine de détection 13 est insérée entre l'émetteur du transistor de contrôle 25 et le pôle positif de la source de tension 31. Dans ce cas, la courbe de la tension sur la base du transistor de contrôle, montrée fig. 9, se trouve légèrement modifiée; cependant il est clair que l'effet résultant de la disposition selon fig. 6 est le même que celui résultant de la disposition selon fig. 5, aucune modification n'étant apportée dans le circuit de charge du condensateur-tempo rîsateur 26.
La fig. 7 représente une troisième disposition possible de circuit électrique utilisable pour la pièce décrite. Dans cette disposition, les forces électromotrices tendant à charger le condensateur-temporisateur 26 sont essentiellement les mêmes que dans les dispositions selon fig. 5 et 6, excepté le fait que la tension de comparaison due à la source de courant 31 n'est pas a'E mais aE .
La fig. 8 représente une quatrième disposition possible de circuit électrique utilisable pour la pièce décrite.
Cette disposition diffère de la disposition fig. 7 uniquement en ce que la bobine de détection 13 est insérée.
dans le circuit de charge du condensateur, entre la connexion intermédiaire 12b de la bobine de commande 12 et l'émetteur du transistor de contrôle 25. ce qui ne modifie rien d'essentiel à partir des circuits précédents selon fig. 5, 6 et 7.
Dans chacune des dispositions selon fig. 5, 6. 7 et 8 la résistance 27, chargée de contrôler la charge du condensateur-temporisateur 26, peut remplir sa fonction.
quel que soit l'endroit où elle est insérée dans le circuit de charge dudit condensateur, pour autant qu'elle ne se trouve pas en série dans la boucle constituée par la source de tension 31, la bobine de commande 12 et le collecteur et l'émetteur du transistor de sortie 24.
Comme précédemment indiqué. la pièce ci-décrite est donc capable de démarrer d'elle-même, même dans le cas où le transducteur doit surmonter une importante crête d'énergie potentielle pour franchir le point mort et maintenir les oscillations du balancier. Elle permet également de réduire la consommation électrique à un minimum lorsque le balancier a atteint son état stable d'oscillation. De plus, elle réalise le contrôle et la stabilisation de l'amplitude des oscillations du balancier.
La description qui précède se limite à l'exemple d'exécution utilisant un transducteur du type montré fig. 1, mais les circuits électriques décrits peuvent être adéquatement utilisés en liaison avec d'autres transducteurs, et en particulier avec les transducteurs qui doivent, au démarrage, surmonter d'abord une crête d'énergie.
Les circuits décrits suivant les fig. 5, 6, 7 et 8 utilisent un transistor NPN comme transistor de sortie et un transistor PNP comme transistor de contrôle, il est clair que des circuits présentant une disposition réciproquement inversée des transistors seraient équivalents aux circuits représentés par ces fig. 5, 6, 7 et 8.