MECANISME REGULATEUR D'HORLOGERIE A ECHAPPEMENT MAGNETIQUE OPTIMISE

Domaine de l'invention

L'invention concerne un mécanisme régulateur d'horlogerie à échappement magnétique comportant un moyen de stockage d'énergie agencé pour délivrer de l'énergie sous forme d'un couple de sortie, au travers d'un rouage de transmission, à un mobile d'échappement magnétique formant un mécanisme d'échappement magnétique avec un mobile de résonateur soumis au couple d'un moyen de rappel, ledit mobile d'échappement magnétique coopérant avec ledit mobile de résonateur, soit directement, soit au travers d'un arrêtoir magnétique, ledit mécanisme d'échappement magnétique étant agencé pour fonctionner quand ledit mobile d'échappement magnétique reçoit un couple supérieur ou égal à un couple d'entretien propre audit mécanisme d'échappement magnétique.

L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie comportant un tel mécanisme régulateur.

L'invention concerne encore une montre comportant un tel mouvement d'horlogerie.

L'invention concerne le domaine des mécanismes régulateurs d'horlogerie, et plus particulièrement des mécanismes d'échappement à effet de champ, sans contact ou à contact atténué, de type magnétique ou électrostatique.

Arrière-plan de l'invention

Un mécanisme d'échappement à ancre suisse traditionnel possède un rendement de typiquement 35%, voire 40% au mieux. Dans un tel échappement, l'interaction entre la roue d'échappement et l'ancre, dans le cas usuel de dents en acier sur palettes en rubis, génère un frottement considérable, et péjore le rendement de l'échappement.

Le document EP13199427 au nom de SWATCH GROUP RESARCH & DEVELOPMENT Ltd, incorporé ici par référence, a proposé de remplacer cette interaction mécanique par des forces magnétiques à l'aide d'aimants en répulsion, ce qui a permis de grandement minimiser les pertes par frottements.

Toutefois, le rendement est intrinsèquement lié au niveau du couple fourni par le barillet, du fait de la conception de l'échappement à ancre magnétique. En effet, c'est un échappement à force constante, c'est-à-dire qu'il fournit théoriquement toujours la même énergie au résonateur. Une part variable d'énergie excédentaire est dissipée dans les rebonds de la roue d'échappement magnétique. Plus le couple d'entrée à la roue d'échappement est élevé, plus la puissance totale fournie par le barillet est élevée, ce qui fait rebondir la roue d'échappement magnétique plus longtemps. Ce phénomène a pour conséquence une diminution du rendement de l'échappement lorsque le couple à la roue d'échappement est élevé.

A couple faible, la part des rebonds de la roue est faible. Le rendement de l'échappement est élevé, bien supérieur à celui d'un échappement à ancre suisse traditionnel.

A couple élevé, la part des rebonds de la roue est élevée. Le rendement de l'échappement est moindre qu'à couple faible, et revient à un niveau comparable à celui d'un échappement à ancre suisse traditionnel.

Résumé de l'invention

L'invention se propose d'optimiser l'utilisation de l'énergie de la source d'énergie, notamment d'un barillet, en faisant travailler un mécanisme d'échappement magnétique au plus proche de la valeur du couple d'entretien minimal pour assurer le fonctionnement, et où le rendement est le plus élevé. Elle se propose, encore, de maintenir ce couple minimum constant le plus longtemps possible, à l'aide d'un mécanisme de régulation du couple entrant sur le mobile d'échappement, notamment en utilisant une transmission de type fusée-chaîne.

Depuis Léonard de Vinci vers 1540, la fusée est connue pour régulariser la force motrice transmise au rouage, et pour remédier au problème de perte de couple d'un barillet traditionnel: elle est donc usuellement utilisée dans le domaine de couple le plus haut possible, pour compenser la perte de puissance par l'augmentation de couple.

L'invention ne retient, de l'utilisation usuelle d'une fusée-chaîne, que sa capacité à délivrer un couple sensiblement constant. Le mécanisme de régulation du couple se conjugue, avantageusement, avec une transmission démultiplicatrice, pour abaisser le niveau de couple en provenance de la source d'énergie, de façon à ce que, en début de désarmage, le niveau du couple fourni au mobile d'échappement soit égal ou légèrement supérieur à la valeur du couple d'entretien de l'échappement magnétique. Bien sûr, du fait de la régulation du couple, en fin de désarmage de la source d'énergie, le niveau du couple fourni au mobile d'échappement est resté le même.

A cet effet, l'invention concerne un mécanisme régulateur d'horlogerie selon la revendication 1.

L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie comportant un tel mécanisme régulateur.

L'invention concerne encore une montre comportant un tel mouvement.

Description sommaire des dessins

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 :

• la figure 1 représente, de façon schématisée, et en perspective, un mécanisme régulateur d'horlogerie avec mécanisme d'échappement à ancre magnétique optimisé selon l'invention par l'implantation d'une transmission à fusée-chaîne ;
• les figures 2 et 3 sont des graphiques illustrant la diminution du rendement d'un échappement magnétique lorsque le couple est élevé: la figure 2 montre les canaux de pertes absolus dans un échappement magnétique traditionnel, où seules les pertes dues aux rebonds de la roue d'échappement magnétique varient lorsque le couple varie, et la figure 3 montre les canaux de pertes relatifs dans un échappement magnétique traditionnel: le rendement de l'échappement est faible lorsque le couple est élevé, et il est élevé lorsque le couple est faible ;
• la figure 4 est un graphique illustrant la constance du rendement dans le temps pour un mécanisme régulateur selon l'invention ;
• la figure 5 représente, de façon schématisée et en plan, un exemple non limitatif de mécanisme d'échappement magnétique intégré dans un tel mécanisme régulateur selon l'invention ;
• la figure 6 représente, de façon schématisée et en plan, un exemple non limitatif de rouage selon l'invention ;
• la figure 7 est un schéma-blocs représentant une montre comportant un mouvement équipé d'un tel mécanisme d'échappement à ancre magnétique optimisé ;
• la figure 8 représente, de façon schématisée, et en perspective, une telle montre.

Description détaillée des modes de réalisation préférés

L'invention concerne le domaine des mécanismes régulateurs d'horlogerie, et plus particulièrement des mécanismes d'échappement à effet de champ, sans contact ou à contact atténué, de type magnétique ou électrostatique.

Les figures 2 et 3 sont des graphiques illustrant la diminution du rendement d'un échappement magnétique lors de l'élévation du couple appliqué au mobile d'échappement, en général une roue d'échappement.

La figure 2 montre, en ordonnée les pertes, et en abscisse le couple appliqué au mobile d'échappement. Elle illustre les canaux de pertes absolus dans un échappement magnétique traditionnel, où seules les pertes pR dues aux rebonds du mobile d'échappement, notamment une roue d'échappement magnétique, varient lorsque le couple varie. Ces rebonds consomment une énergie excédentaire inutilisable, dissipée dans l'air et dans les pivots. La courbe supérieure PTF illustre la puissance totale fournie, qui est le cumul de la puissance dissipée par le résonateur PDR qui est à un niveau constant, ce qui est l'avantage d'un échappement magnétique ou électrostatique, des pertes par chocs et frottements pCF (qui sont conséquentes quand le mécanisme d'échappement comporte un arrêtoir tel qu'une ancre ou similaire), et les pertes par rebond pR, qui représentent la consommation d'énergie excédentaire, qui est inefficace.

Le niveau de couple appliqué au mobile d'échappement, nécessaire au fonctionnement du système, est le couple d'entretien CE, auquel les pertes par rebond sont minimales ou nulles ; le niveau de couple maximal CMAX dépend de la source d'énergie et du rouage qui transmet l'énergie au mobile d'échappement.

La figure 3 montre, en ordonnée le rendement p, et en abscisse le couple appliqué au mobile d'échappement. Elle illustre les canaux de pertes relatifs dans le même échappement magnétique traditionnel: le rendement de l'échappement est faible à un niveau ρMIN lorsque le couple est élevé à la valeur CMAX, et il est élevé à un niveau pMAX lorsque le couple est à la valeur CE.

L'invention se propose donc de contrôler les pertes, et d'éviter le gaspillage énergétique, en limitant les rebonds ou en les annulant complètement. A cet effet, il s'agit de soumettre le mobile d'échappement à un couple constant, de valeur au moins égale au couple d'entretien CE. La figure 4 montre alors la constance dans le temps du rendement ρ à la valeur ρMAX.

L'invention est ici décrite dans un mode particulier, non limitatif, qui est celui d'un échappement magnétique. Elle peut être mise en oeuvre dans un mode électrostatique, en se référant au document EP13199427 cité plus haut.

Elle est aussi illustrée dans une variante particulière, non limitative, d'un échappement magnétique comportant un arrêtoir, décrit dans le même document.

L'invention peut tout aussi bien être mise en oeuvre dans une variante sans arrêtoir, avec une interaction directe entre un mobile d'échappement et un balancier ou similaire, décrite notamment dans le document EP14186261.5 au nom de Nivarox-FAR SA, incorporé ici par référence.

La figure 1 montre un exemple non limitatif de construction d'un mécanisme régulateur 1 d'horlogerie comportant un mécanisme d'échappement à ancre magnétique 10, optimisé selon l'invention. L'invention combine les avantages d'un échappement à effet de champ, notamment d'un échappement à ancre magnétique dans la variante illustrée par les figures, qui est un mécanisme à force constante en ce qui concerne le mobile de résonateur, typiquement un balancier, et les avantages d'un mécanisme de régulation de couple. Plus particulièrement, la transmission du couple d'une source d'énergie 2, notamment mais non limitativement d'au moins un barillet 20, par un système à couple constant, par exemple une fusée-chaîne, garantit un couple à l'échappement presque constant.

La valeur de couple CE fourni au mobile d'échappement doit être choisie faible, de sorte que l'échappement ait son rendement le plus élevé, de l'ordre de 60% à 70%.

Ainsi, l'invention concerne un mécanisme régulateur 1 d'horlogerie à échappement magnétique comportant un moyen de stockage d'énergie 2 agencé pour délivrer de l'énergie sous forme d'un couple de sortie CS, au travers d'un rouage de transmission 3, à un mobile d'échappement magnétique 4.

Ce mobile d'échappement magnétique 4, ici illustré sous la forme d'une roue d'échappement magnétique, forme un mécanisme d'échappement magnétique 10 avec un mobile de résonateur 5 soumis au couple d'un moyen de rappel 6, ici illustrés respectivement sous la forme d'un balancier et d'un spiral.

Le mobile d'échappement magnétique 4 coopère avec le mobile de résonateur 5, soit directement, soit au travers d'un arrêtoir 7 magnétique ici illustré sous la forme d'une ancre magnétique.

Le mécanisme d'échappement magnétique 10 est agencé pour fonctionner quand le mobile d'échappement magnétique 4 reçoit un couple supérieur ou égal à un couple d'entretien CE propre au mécanisme d'échappement magnétique 10.

Selon l'invention, le rouage de transmission 3 comporte un moyen de régulation de couple 30, qui est agencé pour délivrer au mobile d'échappement magnétique 4 un couple constant compris entre 1.0 et 2.0 fois le couple d'entretien CE, plus particulièrement entre 1.0 et 1.5 fois le couple d'entretien CE, plus particulièrement encore entre 1.0 et 1.2 fois le couple d'entretien CE, et le plus près possible de ce couple d'entretien CE, en fonction des complications consommatrices de couple, et de la structure du rouage de finissage. Ce couple correspond à l'auto-démarrage et à l'annulation des rebonds.

Naturellement, l'invention concerne aussi la variante avec un échappement électrostatique, qui n'est pas décrite en détail, et que l'homme du métier saura mettre en oeuvre en référence aux documents cités.

Dans une application avantageuse et tel que visible sur la figure 1, le moyen de régulation de couple 30 comporte une fusée 8 à section continûment variable, dont se déroule une chaîne 9 enroulée par un tambour 21 entraîné directement ou indirectement par le moyen de stockage d'énergie 2.

Plus particulièrement, le moyen de stockage d'énergie 2 comporte au moins un barillet 20. L'invention utilise alors de façon optimale la totalité d'énergie du barillet, lequel ne tourne plus à vitesse constante, puisque sa vitesse tangentielle instantanée dépend du rayon d'enroulement instantané de la chaîne 9 sur la fusée 8.

Dans une variante, tel que visible sur la figure 6, le rouage de transmission 3 comporte un rouage démultiplicateur 31 agencé pour transformer le couple de sortie CS en un couple intermédiaire CI inférieur, à l'entrée du moyen de régulation de couple 30.

Dans une variante, tel que visible sur la figure 5, le mécanisme d'échappement magnétique 10 comporte un arrêtoir 7 magnétique entre le mobile d'échappement magnétique 4 et le mobile de résonateur 5. Ce mobile d'échappement magnétique 4 comporte au moins une piste 40 magnétisée ou ferromagnétique, avec une période de défilement PD selon laquelle ses caractéristiques magnétiques se répètent. L'arrêtoir 7 comporte au moins une masse polaire 70 magnétisée ou ferromagnétique, cette masse polaire 70 étant mobile selon une direction transversale DT par rapport à la direction de défilement DD d'au moins un élément d'une surface 41 de la piste 40. Et au moins la masse polaire 70, ou la piste 40, crée un champ magnétique dans un entrefer 5 entre lad au moins une masse polaire 70 et la au moins une surface 41, Cette masse polaire 70 est opposée à une barrière 42 de champ magnétique sur la piste 40, juste avant chaque mouvement transversal de l'arrêtoir 7 commandé par l'action périodique du mobile de résonateur 5.

L'invention concerne encore un mouvement 100 d'horlogerie comportant un tel mécanisme régulateur 1.

L'invention concerne encore une montre 1000 comportant un tel mouvement 100.

En somme, la valeur élevée du rendement, devenu constant, permet d'augmenter la réserve de marche de plus de 50% par rapport à une configuration à ancre suisse traditionnelle (mécanique ou magnétique), pour un barillet, un résonateur et une puissance réglante donnés.

Pour l'utilisateur, cela signifie que la montre peut rester plus longtemps sans être remontée ou réarmée.

L'invention allie la régularité de marche propre au mécanisme d'échappement à effet de champ, notamment magnétique, avec une notable économie d'énergie.