EP2889701B1 - Mécanisme de synchronisation d'horlogerie - Google Patents
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- G—PHYSICS
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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
- G04C3/04—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 balance
- G04C3/047—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 balance using other coupling means, e.g. electrostrictive, magnetostrictive
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- G04C5/00—Electric or magnetic means for converting oscillatory to rotary motion in time-pieces, i.e. electric or magnetic escapements
- G04C5/005—Magnetic or electromagnetic means
Definitions
- the invention relates to a watch movement comprising, fixed on the same plate, a gear subjected to a torque in said movement, and a power storage means arranged to deliver said torque to the gear train which is arranged for the actuation of a mechanism for synchronizing said work train with an annular resonator, having a given resonant natural frequency, that comprises said movement, said annular resonator comprising a ring disposed about an axis, which ring is arranged to be periodically deformed under a action induced by the movement of a driver, which comprises said synchronization mechanism, and which driver is driven in a pivoting movement, directly or indirectly, by said wheel, where the interaction between said driver and said annular resonator is performed by magnetic interaction means comprising magnets and / or magnetic poles.
- the invention also relates to a timepiece comprising such a movement.
- the invention relates to the field of the regulation of mechanical timepieces, in particular mechanical watches.
- the Swiss lever escapement generally used has a fairly low efficiency (of the order of 35%).
- the document CH 701036A2 in the name of Peter GSCHWIND describes a harmonic drive mechanism between two barrels of a self-winding watch, providing a significant gain in volume and thickness.
- the document EP 2 544 370 A1 in the name of NXP BV discloses a MEMS resonator comprising: a resonator mass in the form of a closed ring; a set of anchor points spaced around the ring, where the ring is connected to a fixed substrate at the anchor points; a set of comb-shaped electrode devices attached to the ring; at least one comb electrode driving means fixed to the substrate and cooperating with a first comb-shaped electrode, at least one second comb electrode driving means fixed to the substrate and cooperating with another electrode comb-shaped, and which further comprises a control circuit for controlling the signals applied to all the comb-shaped electrodes, and at least one of these drive means.
- the document GB 1049638 in the name of JECO KABUSHIKI KAISHA describes a mechanical oscillator forming a time base for watches, constituted by a tuning fork mass, comprising a circular oscillating element with two free ends comprising flyweights, a support member integral with the oscillating element in a nodal region near the midpoint between the free ends.
- the invention proposes to create mechanisms which would have a higher performance than the efficiency of the Swiss lever escapement.
- the invention consists of a system for synchronizing a gear driven by a motor spring with a resonator.
- the invention relates to a watch movement according to claim 1.
- the invention also relates to a timepiece comprising such a movement, more particularly this piece is a watch.
- ring will be called a volume similar to an open torus, unfolding, closed on itself, around an axis. This "ring” is substantially of revolution about this axis, but not necessarily exactly of revolution around this axis.
- a particular type of resonator combines the implementation of different waves.
- a so-called "glassglas" laboratory resonator or wine glass in which the tulip of a stemmed glass, the foot of which is held in recess, is subjected to a particular sound excitation.
- the excitation frequency effected by a loudspeaker in the vicinity of the glass
- a resonant frequency of the glass of the order of 800 to 900 Hz
- a signal power of about 100 W we can create in the tulip of the glass a wave network bringing important deformations of this tulip, which seen in plan at the opening of the glass, perpendicular to the axis of the foot, give at a given moment to the edge of the an elliptical shape, as visible on the Figures 7 and 8 , on this latter being spotted the nodes of vibration N and the bellies V.
- This elliptic form is deformable, and the maintenance of the excitation makes evolve this form in ellipse, by modifying its eccentricity, and even to swap the big one.
- axis and the minor axis of the ellipse passing through the eccentricity position equal to one corresponding to the free form of the edge of the glass.
- This phenomenon is due to a standing wave.
- This standing wave can be seen as the sum of a progressive wave and a regressive wave propagating in both directions along the edge of the glass, in an annular zone, substantially of revolution.
- u x t sin kx + ⁇ t + sin kx - ⁇ t
- the invention proposes to extrapolate such a principle, which is without known industrial application, by exciting a single wave, for example the traveling wave, by acting on a deformable ring.
- This wave can then rotate at the same speed around the edge of the ring as an excitation source, here constituted, without limitation, by a trainer, in particular constituted by a central crank or by a wheel.
- the wave propagates in the material of the ring.
- the wave has the effect of an elastic deformation of the ring (bending).
- the excitation is continuous.
- the passage of the trainer at a point is analogous to a sinus vertex.
- the signal is preferably periodic.
- the effect of the wave related to the presence of the trainer tends to push the ring radially, forcing it to deform elastically.
- the excitation wave is a wave of elastic deformation of the ring, which is a wave approximately transverse, resulting in a substantially radial deformation.
- the object subjected to this or these excitation waves is of preferably substantially annular shape, the ring torus of perfect revolution being a special case.
- This object can be kept in simple embedding as the foot of the glass in the laboratory example described above.
- the figures show variants where recessed blades hold the ring.
- these blades are very flexible relative to the ring, to allow proper operation.
- the invention relates to a clockwork movement 10 comprising, fixed on a plate 5, energy storage means 3 arranged to deliver torque to a gear train 2 for actuating a synchronization mechanism 1 of a clockwork train. with an annular resonator 6, that includes this movement 10, this annular resonator 6 having a ring 7 fixed by flexible blades 9 to the plate 5, and the synchronization mechanism 1 comprising a driver 8 driven by the gear 2, this coach 8 controlling the display means 4, in particular displaying the second, the movement 10.
- This deformable annular resonator mechanism is substantially concentric with the axis of the driver, which performs the function ordinarily assigned to the escape wheel in a conventional clockwork train.
- this annular resonator is similar to a resonator of the "wineglass" type, as described above.
- the interaction between the trainer and the resonator may be mechanical or non-contact, in particular of the magnetic and / or electrostatic type.
- the gear 2 is subjected to a torque, in particular coming from a means of energy storage 3 that this movement 10 comprises.
- this annular resonator 6 thus comprises a ring 7, which is deformable around an axis A under the effect of an action induced by the movement of a driver 8, that the synchronization mechanism 1 comprises.
- This trainer 8 is driven, directly or indirectly, by this pair, and more particularly by said energy storage means 3, in particular from a cylinder via a wheel.
- the speed of the driver 8 defines a speed of propagation of a wave of deformation in the material of the ring 7 all around it.
- the speed of the driver 8 defines a stationary oscillation wave of the ring 7 between repetitive forms corresponding to stationary modes.
- this driver 8 drives a display 4, for example a second display, of the watch movement 10.
- the movement of the coach 8 includes a pivoting movement.
- the movement of the driver 8 is a pivoting movement.
- the driver 8 comprises at least one distal end 800 which extends, relative to the axis A, beyond the smallest diameter that has, in an unstressed free state, the ring 7 with respect to the Axis A. More particularly, at least one distal end 800 locally deforms the ring 7 in the form of a bead 700) protruding radially outwards with respect to the axis A.
- At least one distal end 800 is arranged to cooperate with at least one clearance 71 that comprises, in an unstressed free state, the ring 7 at its inner periphery on the side of the axis A.
- the ring 7 comprises, in an unstressed free state, at its inner periphery on the side of the axis A, at least one bulge 70 facing the axis A constituting the smallest diameter that presents the ring 7 with respect to the axis A.
- the interaction between the driver 8 and the annular resonator 6 is mechanical.
- the driver 8 exerts at least one radial force with respect to the axis A in the centrifugal direction on the ring 7.
- the ring 7 is fixed to a plate 5 that includes said watch movement 10 by a plurality of flexible blades 9, which in a first alternative are more flexible than the ring 7, arranged to hold the ring 7 substantially centered on said axis A, and to restrict the movements of the ring 7 in the same plane P perpendicular to the axis A with limited displacements of the center of inertia of the ring 7 less than one-tenth of the smallest dimension outer ring 7 in said plane P.
- these flexible blades 9 are more rigid than the ring 7.
- annular resonator 6 of the "wineglass” type is synchronized with a driver 8 acting as a crank.
- the figure 2 shows the shape of the resonator at rest, and the Figures 1 and 3 show the extreme states that can take the ring resonator 6 during the evolution of the crank.
- the ring 7 of the annular resonator 6 is fixed to a plate 5 that the watch movement 10 comprises by a plurality of flexible blades 9, more flexible than the ring 7, and which are arranged to hold the ring 7 centered on the axis A, and to restrict the movements of this ring 7 in the same plane P perpendicular to the axis A at very short strokes, especially with strokes less than one-tenth of the smallest outer dimension of the ring 7 in this plane P.
- this smaller dimension is the length of the minor axis of the flatter ellipse corresponding to an extreme deformation of this ring 7.
- FIGs 9 to 11 illustrate a similar configuration, but where the flexible blades 9 are attached to areas likely to become vibration nodes, at 45 ° modulo 90 ° relative to the horizontal axis of the figures, and where the annular resonator is not strictly of revolution in the free state, but includes two narrowing, as visible in figure 10 , forcing the trainer to exert on the ring an additional radial force to cross them.
- the interaction between the driver 8 and the annular resonator 6 is of the mechanical type, and the driver 8 induces a radial centrifugal force on the ring 7.
- the interaction between the driver 8 and the annular resonator 6 is achieved by magnetic interaction means 11 comprising magnets and / or magnetic poles.
- the ring 7 comprises a plurality according to a first number of magnets or magnetic poles
- the driver 8 comprises a plurality according to a second number of magnets or magnetic poles, the first number differing from the second number , so that the ring 7 and the driver 8 together constitute a gear reduction mechanism or multiplier. More particularly, the first number differs from the second number by one unit.
- the shape of the magnetic interaction means 11 or magnets defines first zones forming potential ramps and second potential barrier zones, making it possible to locate a pulse between the driver 8 and the annular resonator 6 .
- the interaction between the driver 8 and the annular resonator 6 is performed by electrostatic interaction means comprising electrets or / and electrostatically conductive poles.
- the form of the electrostatic magnetic interaction means 11 or electrets defines first zones forming potential ramps and second potential barrier zones, making it possible to locate a pulse between the driver 8 and the electrodes; the annular resonator 6.
- the coach 8 carries T-shaped magnets 81, which, in certain relative positions of the coach 8 and the ring 7, will arrive in superposition, initially partial then total, with zones of the 7, equipped or not with magnetic tracks 71.
- a first branch 82 of the magnet 81 begins to cooperate with the magnetic track 71 antagonist, forming a potential ramp, then a transverse bar 83 of the magnet 81 forms a real potential barrier generating a pulse.
- the ring 7 is weighted on its periphery, continuously or periodically, for example by flyweights 75 giving the ring 7 thus equipped the appearance of a vehicle crawler.
- the Figures 27 to 31 illustrate the advantage these weights bring by lowering the frequency of the first eigen modes.
- the ring 7 is weighted on its periphery, continuously or periodically.
- the ring 7 is ballasted by a plurality of weights 75.
- At least some weights 75 extend externally to the ring 7 relative to the axis A, with a T-shaped profile whose vertical bar is radial with respect to the axis A, and whose bar cross is perpendicular to the axis A and the farthest from it.
- the figure 4 thus illustrates an annular resonator 6 of the "wineglass” type weighted in order to lower the natural frequency, synchronized with a crank.
- the figure 5 illustrates an annular resonator 6 of wineglass type weighted to lower the natural frequency, synchronized magnetically with a wheel.
- magnets as interaction elements between the wheel and the resonator makes it possible to eliminate friction losses, impact noise and losses due to "falls".
- the shape of the magnets can be optimized to obtain a ramp / potential barrier effect for locating the pulse.
- the driver 8 is advantageously a crank inducing a mechanical deformation of the ring 7.
- the driver 8 is a wheel arranged to exert a contactless force on the ring 7.
- the wheel carries a crank arm provided with at least one roller 85 arranged to roll or slide on the inner peripheral surface of the ring 7 on the side of the axis A.
- the ring 7 may have sections and / or varying thicknesses along its periphery.
- the ring 7 has, in an unstressed free state, a polygonal or multi-lobed shape in a plane P orthogonal to the axis A.
- the ring 7 is made of micro-machinable material or silicon and has a rectangular section in any plane passing through said axis A.
- the ring 7 is integral with a plurality of flexible blades 9 connecting with a plate 5 that includes the watch movement 10. More particularly, the ring 7 is integral with the plurality of flexible blades 9 and with the platinum 5.
- the driver 8 is driven by a gearing mechanism or speed multiplier interposed between the energy storage means 3 and the driver 8. More particularly, this gear reduction mechanism or speed multiplier is a coupling mechanism magnetic, as visible on the figure 6 , which illustrates an annular resonator 6 of the "wineglass” type weighted in order to lower the natural frequency, synchronized magnetically with a wheel, via a magnetic multiplier, arranged to have an escape wheel that rotates at a frequency lower than the frequency own of the resonator.
- the driver 8 comprises a first disk having magnetic fields 81 alternating in a first step, and cooperating with a second disk having magnetic fields 82 in a second step, very close, but different from the first step.
- Another variant not illustrated, consists of the combination of a mechanical and magnetic or electrostatic interaction.
- the invention also relates to a timepiece 100 comprising such a movement 10. More particularly, this piece 200 is a watch.
- the invention has important advantages: the invention makes it possible to eliminate the jerky movements of a Swiss lever escapement, and hence the losses due to shocks. The exhaust efficiency is substantially increased.
- Such an annular resonator does not have pivots, and therefore does not support the frictional losses of the pivots of a spiral balance.
- crank variants represent purely mechanical synchronization systems, which can not pick up.
- the invention proposes an innovation in the field of the exhaust and the resonator. It has, again, a strong emotional potential because of its visual similarities with a beating heart.
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Description
- L'invention concerne un mouvement d'horlogerie comportant, fixés sur une même platine, un rouage soumis à un couple dans ledit mouvement, et un moyen de stockage d'énergie agencé pour délivrer ledit couple audit rouage lequel est agencé pour l'actionnement d'un mécanisme de synchronisation dudit rouage avec un résonateur annulaire, ayant une fréquence propre de résonance donnée, que comporte ledit mouvement, ledit résonateur annulaire comportant un anneau disposé autour d'un axe, lequel anneau est agencé pour être déformé de façon périodique sous une action induite par le mouvement d'un entraîneur, que comporte ledit mécanisme de synchronisation, et lequel entraîneur est entraîné dans un mouvement de pivotement, directement ou indirectement, par ledit rouage, où l'interaction entre ledit entraîneur et ledit résonateur annulaire est réalisée par des moyens d'interaction magnétiques comportant des aimants ou/et des pôles magnétiques.
- L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie comportant un tel mouvement.
- L'invention concerne le domaine de la régulation des pièces d'horlogerie mécaniques, en particulier des montres mécaniques.
- Dans un mécanisme d'échappement d'horlogerie, l'échappement à ancre suisse généralement utilisé présente un rendement assez bas (de l'ordre de 35%).
- Les principales sources de pertes d'un échappement à ancre suisse sont :
- les frottements des palettes de l'ancre sur les dents ;
- les chocs dus aux mouvements saccadés de la roue et de l'ancre ;
- la chute nécessaire pour s'accommoder des erreurs d'usinage.
- La mise au point d'un nouveau système de synchronisation dans un mouvement de montre, à rendement supérieur à celui d'un échappement à ancre suisse, peut se traduire par:
- une augmentation de l'autonomie de la montre ;
- une amélioration des propriétés chronométriques de la montre ;
- une différentiation marketing et esthétique.
- Le document
CH 701036A2 - Le document
EP 2 544 370 A1 au nom de NXP BV décrit un résonateur MEMS comprenant: une masse de résonateur sous la forme d'un anneau fermé; un ensemble de points d'ancrage espacés autour de l'anneau, où l'anneau est connecté à un substrat fixe aux points d'ancrage; un ensemble de dispositifs d'électrodes en forme de peigne fixées à l'anneau; au moins un moyen d'entraînement d'électrode de peigne fixé au substrat et qui coopère avec une première électrode en forme de peigne, au moins un deuxième moyen d'entraînement d'électrode de peigne fixé au substrat et qui coopère avec une autre électrode en forme de peigne, et qui comprend encore un circuit de commande pour commander les signaux appliqués à l'ensemble des électrodes en forme de peigne, et à au moins un de ces moyens d'entraînement. - Le document « 1.5-GHz Micromechanical Extensional Wine-Glass Mode Ring Resonateurs » de Yuan Xie et al., pages 890 à 907 de « IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, Vol. 55, No. 4, April 2008, décrit la résonance de type « wine-glass ».
- Le document
GB 1049638 - Le document
US 2194896 au nom de GROMANN décrit un balancier d'horlogerie avec un pivotage particulier permettant un appui minimal sur une pierre de pivot. - Le document
FR 2132162 - L'invention se propose de créer des mécanismes qui présenteraient un rendement supérieur au rendement de l'échappement à ancre suisse.
- L'invention consiste en un système permettant de synchroniser un rouage mû par un ressort moteur avec un résonateur.
- A cet effet, l'invention concerne un mouvement d'horlogerie selon la revendication 1.
- L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie comportant un tel mouvement, plus particulièrement cette pièce est une montre.
- D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, où :
- les
figures 1 à 3 représentent, de façon schématisée, partielle, et en vue en plan, un mouvement horloger selon l'invention comportant un mécanisme de synchronisation d'un rouage du mouvement avec un résonateur annulaire que comporte ce mouvement horloger et lequel comporte un anneau déformable dont la déformation est induite par un entraîneur faisant fonction de manivelle, qui pivote autour de l'axe de cet anneau, lafigure 2 représentant un état neutre où cet anneau est de profil sensiblement circulaire, entre lesfigures 1 et 3 qui représentent des profils de déformation maximale en ellipses, avec permutation des axes d'ellipse entre ces deux positions extrêmes de déformation ; - la
figure 4 représente, de façon schématisée et en vue en plan, une variante avec un résonateur annulaire de type « wineglass » lesté en vue d'abaisser la fréquence propre, synchronisé avec un entraîneur faisant fonction de manivelle; - la
figure 5 représente, de façon schématisée et en vue en plan, une variante avec un résonateur annulaire de type « wineglass » lesté en vue d'abaisser la fréquence propre, synchronisé magnétiquement avec une roue, laquelle comporte des zones magnétiques agencées pour coopérer avec des pistes magnétiques de l'anneau pour générer des déformations ou/et des impulsions ; - la
figure 6 représente, de façon schématisée et en vue en plan, une variante comportant un résonateur annulaire de type « wineglass » lesté en vue d'abaisser la fréquence propre, synchronisé magnétiquement avec une roue ; - la
figure 7 représente, de façon schématisée et en vue de côté, une expérimentation « wineglass » avec une source d'excitation constituée par un haut-parleur à proximité de la tulipe d'un verre à pied dont le pied est maintenu en encastrement ; - la
figure 8 représente, de façon schématisée et en vue de dessus, le verre de lafigure 7 dans ses différents états de déformation de profil elliptique, avec la répartition des ventres et des noeuds de vibration ; - les
figures 9 à 11 sont similaires auxfigures 1 à 3 , avec un anneau dont l'état libre n'est pas exactement circulaire mais comporte des renflements faisant seuils d'énergie, et où les attaches des lames flexibles reliant cet anneau à la platine sont dans les diagonales des grand et petit axes de l'ellipse ; - la
figure 12 est un schéma-blocs illustrant une pièce d'horlogerie comportant un mouvement intégrant un mécanisme selon l'invention ; - les
figures 13 à 18 illustrent des formes particulières et non limitatives d'anneaux convenant à la mise en oeuvre de l'invention :- en
figure 13 , circulaire extérieurement et quadrilobé intérieurement ; - en
figure 14 , sensiblement triangulaire extérieurement, et trilobé intérieurement ; - en
figure 15 , sensiblement circulaire à section sensiblement constante ; - en
figure 16 , circulaire extérieurement et comportant une pluralité de dégagement ponctuels ; - en
figure 17 , avec une épaisseur variable en fonction du rayon ; - en
figure 18 , circulaire intérieurement et avec une pluralité de masselottes externes à profil en té ;
- en
- la
figure 19 illustre la coopération d'un anneau et d'un entraîneur tous deux sensiblement annulaires et comportant chacun une pluralité de pistes magnétiques ; - les
figures 20 à 31 illustrent les modes propres dans le plan XY d'un tel résonateur, avec un anneau de diamètre 14,00 mm, de type mince, avec une épaisseur et une hauteur de 0,01 mm, en silicium avec un module d'Young de 146 GPa, une masse volumique de 2329 kg/m3 et un module de Poisson de 0.26 : -
figure 20 avec un premier mode propre selon lafigure 22 à 182 Hz, un deuxième mode propre selon lafigure 23 à 470 Hz, un troisième mode propre identique à celui de lafigure 23 mais orthogonal, non représenté, un quatrième mode propre selon lafigure 24 à 550 Hz, un cinquième mode propre selon lafigure 25 à 605 Hz, un sixième mode propre selon lafigure 26 à 692 Hz ; -
figure 21 avec 32 lests chacun de rayon 1,0 mm, permettant un très net abaissement des fréquences des modes propres : un premier mode propre selon lafigure 27 à 33 Hz, un deuxième mode propre selon lafigure 28 à 85 Hz, un troisième mode propre identique à celui de lafigure 28 mais orthogonal, non représenté à 89 Hz, un quatrième mode propre selon lafigure 29 à 96 Hz, un cinquième mode propre selon lafigure 30 à 148 Hz, un sixième mode propre selon lafigure 31 à 155 Hz. - On appellera dans la suite de l'exposé «anneau» un volume similaire à un tore ouvert, se déployant, refermé sur lui-même, autour d'un axe. Cet «anneau» est sensiblement de révolution autour de cet axe, mais non nécessairement exactement de révolution autour de cet axe.
- Un type de résonateur particulier combine la mise en oeuvre de différentes ondes.
- On connaît en particulier un résonateur de laboratoire dit «wineglas» ou encore verre à vin, où la tulipe d'un verre à pied, dont le pied est maintenu en encastrement, est soumise à une excitation sonore particulière. Quand la fréquence d'excitation, effectuée par un haut-parleur au voisinage du verre, est choisie égale à une fréquence de résonance du verre, de l'ordre de 800 à 900 Hz, avec une puissance de signal d'environ 100 W, on peut créer dans la tulipe du verre un réseau d'ondes amenant des déformations importantes de cette tulipe, qui vues en plan au niveau de l'ouverture du verre, perpendiculaire à l'axe du pied, donnent à un instant donné au bord du verre une forme elliptique, tel que visible sur les
figures 7 et 8 , sur cette dernière étant repérés les noeuds de vibration N et les ventres V. Cette forme elliptique est déformable, et l'entretien de l'excitation fait évoluer cette forme en ellipse, en modifiant son excentricité, et allant jusqu'à permuter le grand axe et le petit axe de l'ellipse, en passant par la position d'excentricité égale à un correspondant à la forme libre du bord du verre. Ces déformations peuvent aller jusqu'à entraîner la rupture du verre. Quand la source d'excitation est disposée radialement, on constate la présence de quatre ventres de vibration identiques dont l'un directement en face de la source d'excitation, les noeuds de vibration étant selon des directions à 45° de l'axe défini par l'axe du verre et la source d'excitation. - Ce phénomène est dû à une onde stationnaire. Cette onde stationnaire peut être vue comme la somme d'une onde progressive et d'une onde régressive se propageant dans les deux sens le long du bord du verre, dans une zone annulaire, sensiblement de révolution.
-
- où f est la fonction qualifiant l'onde progressive,
- où g est la fonction qualifiant l'onde régressive.
- Ces fonctions f et g peuvent être quelconques, et dépendent de l'excitation initiale du verre.
- Si on attend assez longtemps, on peut obtenir une onde stationnaire.
-
- L'invention se propose d'extrapoler un tel principe, lequel est sans application industrielle connue, en excitant une seule des ondes, par exemple l'onde progressive, en agissant sur un anneau déformable.
- Cette onde peut alors tourner à la même vitesse autour du bord de l'anneau qu'une source d'excitation, ici constituée, de façon non limitative, par un entraîneur, notamment constitué par une manivelle centrale ou encore par une roue.
- Comme pour un échappement, cet entraîneur assure :
- la transmission d'énergie (entretien de l'oscillation), et
- le comptage, puisque cet entraîneur tourne à la même vitesse que l'onde.
- Il faut comprendre que la vitesse de propagation de l'onde autour de l'anneau est une propriété de l'anneau, indépendamment de l'entraîneur.
- Donc cet entraîneur ne peut que suivre cette onde, à la même vitesse que l'onde, si on a dimensionné le système correctement.
- L'onde se propage dans le matériau de l'anneau. L'onde a pour effet une déformation élastique de l'anneau (flexion).
- De façon préférée, mais non limitative, l'excitation est continue. Ainsi, si on se focalise sur un point de l'anneau, le passage de l'entraîneur en un point est analogue à un sommet de sinus. Le signal est de préférence périodique.
- Dans les exemples illustrés par les figures, l'effet de l'onde liée à la présence de l'entraîneur tend à pousser l'anneau radialement, en le forçant à se déformer élastiquement.
- L'onde d'excitation est une onde de déformation élastique de l'anneau, qui est une onde à peu près transverse, se traduisant par une déformation essentiellement radiale.
- Ceci explique que, dans l'exemple illustré, à partir d'un anneau circulaire, la déformation soit en forme d'ellipse dont l'axe principal tourne autour du centre. On peut naturellement imaginer d'autres formes de déformation.
- L'objet soumis à cette ou à ces ondes d'excitation est de forme de préférence sensiblement annulaire, l'anneau en tore de révolution parfait étant un cas particulier.
- Cet objet peut être maintenu en encastrement simple comme le pied du verre dans l'exemple de laboratoire décrit plus haut.
- Les figures montrent des variantes où des lames encastrées tiennent l'anneau. De préférence ces lames sont très souples par rapport à l'anneau, pour permettre un bon fonctionnement.
- En effet, l'analogie avec le pied du verre semble peu adaptée à une montre, car cette réalisation nécessite une grande hauteur de paroi de verre pour que le bord du verre puisse se déformer, à une distance suffisante de ce point d'encastrement.
- L'invention concerne un mouvement d'horlogerie 10 comportant, fixés sur une platine 5, un moyen de stockage d'énergie 3 agencé pour délivrer du couple à un rouage 2 d'actionnement d'un mécanisme de synchronisation 1 d'un rouage horloger avec un résonateur annulaire 6, que comporte ce mouvement 10, ce résonateur annulaire 6 comportant un anneau 7 fixé par des lames flexibles 9 à la platine 5, et le mécanisme de synchronisation 1 comportant un entraîneur 8 entraîné par le rouage 2, cet entraîneur 8 commandant des moyens d'affichage 4, notamment d'affichage de la seconde, du mouvement 10.
- Ce mécanisme de résonateur annulaire déformable est sensiblement concentrique à l'axe de l'entraîneur, lequel remplit la fonction ordinairement dévolue à la roue d'échappement dans un rouage horloger classique. De préférence ce résonateur annulaire est similaire à un résonateur du type «wineglass», tel que décrit ci-dessus. L'interaction entre l'entraîneur et le résonateur peut être mécanique ou sans contact, notamment de type magnétique ou/et électrostatique.
- Le rouage 2 est soumis à un couple, notamment provenant d'un moyen de stockage d'énergie 3 que comporte ce mouvement 10.
- Selon l'invention, ce résonateur annulaire 6 comporte ainsi un anneau 7, qui est déformable autour d'un axe A sous l'effet d'une action induite par le mouvement d'un entraîneur 8, que comporte le mécanisme de synchronisation 1. Cet entraîneur 8 est entraîné, directement ou indirectement, par ce couple, et, plus particulièrement, par ledit moyen de stockage d'énergie 3, notamment depuis un barillet par l'intermédiaire d'un rouage.
- Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, la vitesse de l'entraîneur 8 définit une vitesse de propagation d'une onde de déformation dans le matériau de l'anneau 7 tout autour de celui-ci.
- Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, la vitesse de l'entraîneur 8 définit une onde stationnaire d'oscillation de l'anneau 7 entre des formes répétitives correspondant à des modes stationnaires.
- Dans une réalisation préférée, cet entraîneur 8 entraîne un affichage 4, par exemple un affichage de seconde, du mouvement horloger 10.
- Le mouvement de l'entraîneur 8 comporte un mouvement de pivotement. De préférence, le mouvement de l'entraîneur 8 est un mouvement de pivotement.
- Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, tel que visible sur la
figure 15 , l'entraîneur 8 comporte au moins une extrémité distale 800 qui s'étend, par rapport à l'axe A, au-delà du plus petit diamètre que présente, dans un état libre non contraint, l'anneau 7 par rapport à l'axe A. Plus particulièrement, au moins une extrémité distale 800 déforme localement l'anneau 7 sous la forme d'un bourrelet 700) saillant radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe A. - Plus particulièrement, au moins une extrémité distale 800 est agencée pour coopérer avec au moins un dégagement 71 que comporte, dans un état libre non contraint, l'anneau 7 à sa périphérie intérieure du côté de l'axe A.
- Dans une réalisation particulière, l'anneau 7 comporte, dans un état libre non contraint, à sa périphérie intérieure du côté de l'axe A, au moins un renflement 70 tourné vers l'axe A constituant le plus petit diamètre que présente l'anneau 7 par rapport à l'axe A.
- Dans une réalisation particulière, l'interaction entre l'entraîneur 8 et le résonateur annulaire 6 est mécanique.
- Dans une réalisation particulière, en statique, l'entraîneur 8 exerce au moins un effort radial par rapport à l'axe A selon le sens centrifuge sur l'anneau 7.
- Dans une réalisation préférée, l'anneau 7 est fixé à une platine 5 que comporte ledit mouvement horloger 10 par une pluralité de lames flexibles 9, qui dans une première alternative sont plus souples que l'anneau 7, agencées pour maintenir l'anneau 7 sensiblement centré sur ledit axe A, et pour restreindre les mouvements de l'anneau 7 dans un même plan P perpendiculaire à l'axe A avec des déplacements limités du centre d'inertie de l'anneau 7 inférieurs au dixième de la plus petite dimension extérieure de l'anneau 7 dans ledit plan P.
- Dans une deuxième alternative, ces lames flexibles 9 sont plus rigides que l'anneau 7.
- Dans une première variante de réalisation, tel que visible sur les
figures 1 à 4 et9 à 11 , un résonateur annulaire 6 de type «wineglass» est synchronisé avec un entraîneur 8 faisant fonction de manivelle. Lafigure 2 montre la forme du résonateur au repos, et lesfigures 1 et 3 montrent les états extrêmes que peut prendre le résonateur annulaire 6 pendant l'évolution de la manivelle. - De façon avantageuse, l'anneau 7 du résonateur annulaire 6 est fixé à une platine 5 que comporte le mouvement horloger 10 par une pluralité de lames flexibles 9, plus souples que l'anneau 7, et qui sont agencées pour maintenir l'anneau 7 centré sur l'axe A, et pour restreindre les mouvements de cet anneau 7 dans un même plan P perpendiculaire à l'axe A à des très faibles courses, notamment avec des courses inférieures au dixième de la plus petite dimension extérieure de l'anneau 7 dans ce plan P. Dans le cas préféré et illustré où l'anneau 7 présente au repos une forme sensiblement circulaire, cette plus petite dimension est la longueur du petit axe de l'ellipse la plus plate correspondant à une déformation extrême de cet anneau 7. Les
figures 9 à 11 illustrent une configuration similaire, mais où les lames flexibles 9 sont attachées à des zones susceptibles de devenir des noeuds de vibration, à 45° modulo 90° par rapport à l'axe horizontal des figures, et où le résonateur annulaire n'est pas strictement de révolution à l'état libre, mais comporte deux rétrécissements, tel que visible enfigure 10 , obligeant l'entraîneur à exercer sur l'anneau un effort radial supplémentaire pour les franchir. - L'interaction entre l'entraîneur 8 et le résonateur annulaire 6 est de type mécanique, et l'entraîneur 8 induit un effort radial centrifuge sur l'anneau 7.
- Dans une deuxième variante de réalisation, l'interaction entre l'entraîneur 8 et le résonateur annulaire 6 est réalisée par des moyens d'interaction magnétiques 11 comportant des aimants ou/et des pôles magnétiques.
- Selon l'invention, l'anneau 7 comporte une pluralité selon un premier nombre d'aimants ou de pôles magnétiques, l'entraîneur 8 comporte une pluralité selon un deuxième nombre d'aimants ou de pôles magnétiques, le premier nombre différant du deuxième nombre, de façon à ce que l'anneau 7 et l'entraîneur 8 constituent ensemble un mécanisme réducteur ou multiplicateur de vitesse. Plus particulièrement, le premier nombre diffère du deuxième nombre d'une unité.
- Dans une réalisation particulière, la forme des moyens d'interaction magnétiques 11 ou des aimants définit des premières zones formant des rampes de potentiel et des deuxièmes zones faisant barrières de potentiel, permettant de localiser une impulsion entre l'entraîneur 8 et le résonateur annulaire 6.
- Dans une troisième variante, l'interaction entre l'entraîneur 8 et le résonateur annulaire 6 est réalisée par des moyens d'interaction électrostatiques comportant des électrets ou/et des pôles électrostatiquement conducteurs.
- Dans la deuxième ou la troisième variante, et tel que visible sur la
figure 5 , la forme des moyens d'interaction magnétiques 11, respectivement électrostatiques, ou desdits aimants, respectivement électrets, définit des premières zones formant des rampes de potentiel et des deuxièmes zones faisant barrières de potentiel, permettant de localiser une impulsion entre l'entraîneur 8 et le résonateur annulaire 6. Sur la réalisation non limitative de lafigure 5 , l'entraîneur 8 porte des aimants 81 en forme de T, qui, dans certaines positions relatives de l'entraîneur 8 et de l'anneau 7, vont arriver en superposition, d'abord partielle puis totale, avec des zones de l'anneau 7, équipées ou non de pistes magnétiques 71. La coopération entre les aimants 81 et les pistes 71 est progressive : une première branche 82 de l'aimant 81 commence à coopérer avec la piste magnétique 71 antagoniste, formant une rampe de potentiel, puis une barre transversale 83 de l'aimant 81 forme une véritable barrière de potentiel génératrice d'une impulsion. - Dans une variante avantageuse illustrée sur les
figures 4 et5 ,21 et27 à 31 , l'anneau 7 est lesté sur sa périphérie, de façon continue ou périodique, par exemple par des masselottes 75 donnant à l'anneau 7 ainsi équipé l'aspect d'une chenille de véhicule. - Les
figures 27 à 31 illustrent l'avantage qu'apportent ces lests en abaissement de la fréquence des premiers modes propres. - Plus particulièrement, l'anneau 7 est lesté sur sa périphérie, de façon continue ou périodique.
- Dans une réalisation particulière, l'anneau 7 est lesté par une pluralité de masselottes 75.
- Dans une réalisation particulière, au moins certaines masselottes 75 s'étendent extérieurement à l'anneau 7 par rapport à l'axe A, avec un profil en T dont la barre verticale est radiale par rapport à l'axe A, et dont la barre transversale est perpendiculaire à l'axe A et la plus éloignée de celui-ci.
- La
figure 4 illustre ainsi un résonateur annulaire 6 de type «wineglass» lesté en vue d'abaisser la fréquence propre, synchronisé avec une manivelle. Lafigure 5 illustre un résonateur annulaire 6 de type «wineglass» lesté en vue d'abaisser la fréquence propre, synchronisé magnétiquement avec une roue. - L'utilisation d'aimants comme éléments d'interaction entre la roue et le résonateur permet de supprimer les pertes par frottement, le bruit des chocs et les pertes dues aux « chutes ». La forme des aimants peut être optimisée en vue d'obtenir un effet rampe/barrière de potentiel permettant de localiser l'impulsion.
- Dans une première variante de type mécanique, l'entraîneur 8 est avantageusement une manivelle induisant une déformation mécanique de l'anneau 7.
- Dans des réalisations telles celles des
figures 5 et 6 , l'entraîneur 8 est une roue agencée pour exercer un effort sans contact sur l'anneau 7. - Dans une réalisation particulière, la roue porte un bras faisant manivelle muni d'au moins un galet 85 agencé pour rouler ou glisser sur la surface périphérique intérieure de l'anneau 7 du côté de l'axe A.
- Dans l'un ou l'autre des modes de réalisation décrits ci-dessus, l'anneau 7 peut présenter des sections ou/et des épaisseurs variables le long de sa périphérie.
- Dans une réalisation particulière, l'anneau 7 a, dans un état libre non contraint, une forme polygonale ou polylobée dans un plan P orthogonal à l'axe A.
- Dans une réalisation particulière, et préférée, l'anneau 7 est en matériau micro-usinable ou en silicium et a une section rectangulaire dans tout plan passant par ledit axe A.
- Dans une réalisation particulière, l'anneau 7 est monobloc avec une pluralité de lames flexibles 9 de liaison avec une platine 5 que comporte le mouvement horloger 10. Plus particulièrement, l'anneau 7 est monobloc avec la pluralité de lames flexibles 9 et avec la platine 5.
- Dans une réalisation particulière, l'entraîneur 8 est entraîné par un mécanisme réducteur ou multiplicateur de vitesse interposé entre le moyen de stockage d'énergie 3 et l'entraîneur 8. Plus particulièrement, ce mécanisme réducteur ou multiplicateur de vitesse est un mécanisme à couplage magnétique, tel que visible sur la
figure 6 , qui illustre un résonateur annulaire 6 de type «wineglass» lesté en vue d'abaisser la fréquence propre, synchronisé magnétiquement avec une roue, via un multiplicateur magnétique, agencé pour avoir une roue d'échappement qui tourne à une fréquence inférieure à la fréquence propre du résonateur. - Dans une réalisation particulière, l'entraîneur 8 comporte un premier disque comportant des champs 81 magnétiques alternés selon un premier pas, et qui coopère avec un deuxième disque comportant des champs 82 magnétiques selon un deuxième pas, très proche, mais différent du premier pas.
- Une autre variante, non illustrée, consiste en la combinaison d'une interaction mécanique et magnétique ou électrostatique.
- L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie 100 comportant un tel mouvement 10. Plus particulièrement cette pièce 200 est une montre.
- L'invention présente des avantages importants: l'invention permet de supprimer les mouvements saccadés d'un échappement à ancre suisse, et, partant, les pertes dues aux chocs. Le rendement d'échappement est sensiblement augmenté.
- Un tel résonateur annulaire ne possède pas de pivots, et donc ne supporte pas les pertes par frottement des pivots d'un balancier spiral.
- Du fait de l'absence de mouvements saccadés, on peut augmenter la fréquence du résonateur, et par conséquent le facteur de qualité et la précision de la montre.
- Les variantes à manivelle représentent des systèmes de synchronisation purement mécaniques, qui ne peuvent pas décrocher.
- L'invention propose une innovation dans le domaine de l'échappement et du résonateur. Elle possède, encore, un fort potentiel émotionnel de par ses similitudes visuelles avec un coeur qui bat.
Claims (25)
- Mouvement d'horlogerie (10) comportant, fixés sur une même platine (5), un rouage (2) soumis à un couple dans ledit mouvement (10), et un moyen de stockage d'énergie (3) agencé pour délivrer ledit couple audit rouage (2) lequel est agencé pour l'actionnement d'un mécanisme de synchronisation (1) dudit rouage (2) avec un résonateur annulaire (6), ayant une fréquence propre de résonance donnée, que comporte ledit mouvement (10), ledit résonateur annulaire (6) comportant un anneau (7) disposé autour d'un axe (A), lequel anneau (7) est agencé pour être déformé de façon périodique sous une action induite par le mouvement d'un entraîneur (8), que comporte ledit mécanisme de synchronisation (1), et lequel entraîneur (8) est entraîné dans un mouvement de pivotement, directement ou indirectement, par ledit rouage (2), caractérisé en ce que l'interaction entre ledit entraîneur (8) et ledit résonateur annulaire (6) est réalisée par des moyens d'interaction magnétiques (11) comportant des aimants ou/et des pôles magnétiques, ledit anneau (7) comporte une pluralité selon un premier nombre d'aimants ou de pôles magnétiques, en ce que ledit entraîneur (8) comporte une pluralité selon un deuxième nombre d'aimants ou de pôles magnétiques, ledit premier nombre différant dudit deuxième nombre, de façon à ce que ledit anneau (7) et ledit entraîneur (8) constituent ensemble un mécanisme réducteur ou multiplicateur de vitesse.
- Mouvement (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier nombre diffère dudit deuxième nombre d'une unité.
- Mouvement (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la forme desdits moyens d'interaction magnétiques (11) ou desdits aimants définit des premières zones formant des rampes de potentiel et des deuxièmes zones faisant barrières de potentiel, permettant de localiser une impulsion entre ledit entraîneur (8) et ledit résonateur annulaire (6).
- Mouvement (10) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit entraîneur (8) est une roue agencée pour exercer un effort sans contact sur ledit anneau (7).
- Mouvement (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite roue porte un bras faisant manivelle muni d'au moins un galet (85) agencé pour rouler ou glisser sur la surface périphérique intérieure dudit anneau (7) du côté dudit axe (A).
- Mouvement (10) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite fréquence propre de résonance donnée définit une vitesse de propagation d'une onde de déformation dans le matériau dudit anneau (7) tout autour de celui-ci, lors du mouvement dudit entraîneur (8), lequel suit ladite onde, à la même vitesse que ladite onde.
- Mouvement (10) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite fréquence propre de résonance donnée définit une onde stationnaire d'oscillation dudit anneau (7) entre des formes répétitives correspondant à des modes stationnaires, lors du mouvement dudit entraîneur (8), lequel suit ladite onde, à la même vitesse que ladite onde.
- Mouvement (10) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit entraîneur (8) entraîne un affichage (4) dudit mouvement horloger (10).
- Mouvement (10) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit mouvement dudit entraîneur (8) comporte au moins un mouvement de pivotement.
- Mouvement (10) selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit mouvement dudit entraîneur (8) est un mouvement de pivotement.
- Mouvement (10) selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit entraîneur (8) comporte au moins une extrémité distale (800) qui s'étend, par rapport audit axe (A) au-delà du plus petit diamètre que présente ledit anneau (7) par rapport audit axe (A).
- Mouvement (10) selon la revendication 11, caractérisé en ce ledit anneau (7) comporte, au niveau de ladite au moins une extrémité distale (800), un bourrelet (700) saillant radialement vers l'extérieur par rapport audit axe (A).
- Mouvement (10) selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite au moins une extrémité distale (800) est agencée pour coopérer avec au moins un dégagement (71) que comporte ledit anneau (7) à sa périphérie intérieure du côté dudit axe (A).
- Mouvement (10) selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ledit anneau (7) comporte, dans un état libre non contraint, à sa périphérie intérieure du côté dudit axe (A), au moins un renflement (70) tourné vers ledit axe (A) constituant le plus petit diamètre que présente ledit anneau (7) par rapport audit axe (A).
- Mouvement (10) selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que ledit anneau (7) est fixé à ladite platine (5) par une pluralité de lames flexibles (9), plus souples que ledit anneau (7), agencées pour maintenir ledit anneau (7) sensiblement centré sur ledit axe (A), et pour restreindre les mouvements dudit anneau (7) dans un même plan (P) perpendiculaire audit axe (A) avec des déplacements limités du centre d'inertie dudit anneau (7) inférieurs au dixième de la plus petite dimension extérieure dudit anneau (7) dans ledit plan (P).
- Mouvement (10) selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que ledit anneau (7) est fixé à ladite platine (5) par une pluralité de lames flexibles (9), plus rigides que ledit anneau (7), agencées pour maintenir ledit anneau (7) sensiblement centré sur ledit axe (A), et pour restreindre les mouvements dudit anneau (7) dans un même plan (P) perpendiculaire audit axe (A) avec des déplacements limités du centre d'inertie dudit anneau (7) inférieurs au dixième de la plus petite dimension extérieure dudit anneau (7) dans ledit plan (P).
- Mouvement (10) selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que ledit anneau (7) est lesté sur sa périphérie, de façon continue ou périodique.
- Mouvement (10) selon la revendication 17, caractérisé en ce que ledit anneau (7) est lesté par une pluralité de masselottes (75).
- Mouvement (10) selon la revendication 18, caractérisé en ce que au moins certaines dites masselottes (75) s'étendent extérieurement audit anneau (7) par rapport audit axe (A), avec un profil en T dont la barre verticale est radiale par rapport audit axe (A), et dont la barre transversale est perpendiculaire audit axe (A) et la plus éloignée de celui-ci.
- Mouvement (10) selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que ledit anneau (7) présente des sections ou/et des épaisseurs variables le long de sa périphérie.
- Mouvement (10) selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que ledit anneau (7) a, dans un état libre non contraint, une forme polygonale ou polylobée dans un plan (P) orthogonal audit axe (A).
- Mouvement (10) selon l'une des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que ledit anneau (7) est en matériau micro-usinable ou en silicium et a une section rectangulaire dans tout plan passant par ledit axe (A).
- Mouvement (10) selon la revendication 22, caractérisé en ce que ledit anneau (7) est monobloc avec une pluralité de lames flexibles (9) de liaison avec une platine (5) que comporte ledit mouvement horloger (10).
- Mouvement (10) selon la revendication 23, caractérisé en ce que ledit anneau (7) est monobloc avec ladite pluralité de lames flexibles (9) et avec ladite platine (5).
- Pièce d'horlogerie (100) comportant un mouvement (10) selon l'une des revendications 1 à 24, caractérisée en ce qu'elle est une montre.
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