EP0935177B1 - Pièce d'horlogerie électronique comportant une génératrice entraînée par un barillet à ressort - Google Patents

Pièce d'horlogerie électronique comportant une génératrice entraînée par un barillet à ressort Download PDF

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EP0935177B1
EP0935177B1 EP19980102192 EP98102192A EP0935177B1 EP 0935177 B1 EP0935177 B1 EP 0935177B1 EP 19980102192 EP19980102192 EP 19980102192 EP 98102192 A EP98102192 A EP 98102192A EP 0935177 B1 EP0935177 B1 EP 0935177B1
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timepiece
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Jean-Jacques Born
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C10/00—Arrangements of electric power supplies in time pieces

Definitions

  • the present invention relates to an electronic timepiece of the type comprising a power source formed of a spring barrel, manual or automatic winding, coupled to an alternating current generator for supplying the electronic circuits of the room possibly via a rectifier.
  • the regulator circuit operates as follows. During the normal running time, the generator coupled directly to the barrel tends to turn too fast and thus to provide a voltage whose frequency is higher than a frequency reference value derived from a frequency standard operating on the base of a watch quartz. The generator must be braked, which is achieved by short-circuiting its winding periodically. The amount of braking required to maintain the generator at rated speed is high at the beginning of spring disarming and decreases progressively as the energy accumulated in the spring becomes depleted.
  • This regulator circuit is designed in such a way that it can operate with a low supply voltage, which is preferably obtained thanks to CMOS technology. Its energy consumption depends almost linearly on the voltage applied to it, provided that it is sufficient to allow the operation of the circuit components. Indeed, if the supply voltage drops below a critical value, the circuit stops working. It is none the less true that from the point of view of the low consumption, favorable to ensure a great autonomy of the timepiece when it is not worn, it would be advantageous to operate the regulator circuit to a voltage limit as close as possible to this critical voltage but nevertheless sufficient for the room to still operate.
  • the timepiece in this way, in other words if we choose the limit voltage too close to the critical voltage, it may suffer significant operational defects (and therefore not to keep the exact time) because the voltage of the generator supplying the regulator circuit can be subject to significant variations due to variations in the speed of rotation of the generator. These latter variations are caused by all kinds of external factors depending on how the timepiece is worn. For example, the speed of rotation of the generator can vary in case of more or less violent shocks, abrupt movements of the carrier, etc. If such a disturbance factor is detrimental to maintaining the rated speed, the supply voltage may drop below the critical value. Irregularities of the timepiece would then be unavoidable.
  • the object of the invention is to provide a timepiece that can operate with a regulator circuit powered with a supply voltage situated substantially at the limit value necessary for its correct operation, but without the gait being disturbed by it. possible irregularities of rotation of the generator.
  • the subject of the invention is therefore an electronic timepiece comprising the features of claim 1.
  • the timepiece comprises a generator symbolized by the rectangle 1 having a magnetic rotor 2 and at least one winding 3.
  • the rotor is mechanically coupled by example through a gear 4 symbolized by dashed lines, a barrel 5 in which is housed a spring 6. This can be armed by a winding mechanism, manual or automatic, known in itself and symbolized by the rectangle 5a .
  • the wheel 4 is also coupled to a set of hour indicator needles consisting of an hour hand 7, a minute hand 8 and a second hand 9.
  • the hands are coupled to each other. usual way with the gear ratios appropriate, and rigidly related to the rotor of the generator 1. As a result, they rotate as the rotor 2 is in motion.
  • the generator 1 delivers a nominal AC voltage of a first predetermined value U 1 at its terminals 1a and 1b at a predetermined frequency of 21.3 Hz for example.
  • the maximum value or absolute value ⁇ 1 of the predetermined value U 1 may correspond to a maximum amplitude of 1.5 volts for example.
  • the invention is not limited to a generator delivering an alternating voltage, a DC generator can also be suitable.
  • the generator 1 is of alternative type and connected to a full-wave rectifier 10 delivering a DC voltage U 1 'of a value very slightly lower than that of the AC voltage of the generator, the difference being determined by the losses, however low value, caused by the rectifier 10.
  • the timepiece also comprises a crystal oscillator 12 associated with an integrated circuit 11, some components of which form a regulator circuit of the speed of rotation of the generator 1.
  • the oscillator The standard frequency crystal circuit 12 delivers a pulse signal, of a frequency of, for example, 32 768 Hz, to a frequency divider 13 of the integrated circuit 11, this divider being able to be produced for example by means of an EEPROM circuit.
  • It comprises a terminal 14 delivering a signal whose frequency corresponds to the nominal frequency that must deliver the generator 1 so that the needles 7, 8 and 9 indicate the exact time. In the example described, this nominal frequency is 21.3 Hz.
  • the output 14 is connected to the counting input 15 of a reversible counter 16.
  • the terminal 1a of the generator 1 is connected to one of the inputs of a comparator 17 whose other input is connected to a source of reference potential 18 such as ground for example.
  • the output of the comparator 17 is connected to the counting input 19 of the reversible counter 16.
  • the comparator 17 delivers an output pulse to the reversible meter 16 as soon as the voltage on the terminal la of the generator rises slightly above the potential of the mass. Therefore, in the example to assume that the generator 1 rotates exactly at the nominal speed corresponding to a frequency of 21.3 Hz, the content of the reversible counter 16 should be zero at the end of each alternation of the voltage of output of the generator 1.
  • the output of the reversible counter 16 is connected to a decision logic 20 which, according to certain predetermined criteria, produces an output signal at a terminal 21, the criteria being materialized by wiring a number of elementary gates which compose this decision logic.
  • the signal present on the output terminal 21 is applied to the control electrode of a switching component 22 selectively controlling the braking of the generator 1 by shorting the coil 3 thereof.
  • This switching component 22 may be an MOS transistor whose source-drain circuit is connected between the terminals 1a and 1b of the generator 1.
  • the integrated circuit 11 has power supply terminals 23 and 24 carried respectively at the voltage V SS and the voltage V DD of the integrated circuit.
  • the supply terminals 23 and 24 are connected to the output of a voltage regulator 25.
  • the latter is designed to deliver on its output terminals a regulated voltage having a second predetermined value U 2 .
  • This voltage value corresponds to or is slightly greater than the lower limit voltage, or critical voltage, which the integrated circuit 11 needs to be able to operate.
  • the output voltage U 2 of the voltage regulator is chosen between 0% and 5% higher, or preferably between 2 and 5% greater than the operating limit voltage of the integrated circuit 11.
  • the DC output voltage U 2 of the controller 25 is significantly less than the maximum or absolute value ⁇ 1 of the AC voltage U 1 delivered by the generator 1.
  • rate of change here we mean that governed solely by the fluctuations that will undergo the voltage ⁇ 1 due to the irregularities of rotation of the generator due to mechanical phenomena suffered by the timepiece to wear.
  • the voltage regulator 25 will smooth any fluctuation present at its input vis-à-vis the integrated circuit 11 which will always have a voltage at least equal to the lower limit value it will need to properly operate .
  • the rate of change of the nominal voltage of the generator can be 20% to wear, so that k is preferably at least equal to 1.2.
  • the voltage regulator can be of any suitable type made in low power CMOS technology.

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Description

  • La présente invention est relative à une pièce d'horlogerie électronique du type comportant une source d'énergie formée d'un barillet à ressort, à remontage manuel ou automatique, couplé à une génératrice de courant alternatif destinée à alimenter les circuits électroniques de la pièce, éventuellement par l'intermédiaire d'un redresseur.
  • Une description d'une telle pièce d'horlogerie a été donnée dans le brevet CH 686 332 ainsi que dans le document US4799003 , ces documents portant notamment sur un circuit régulateur permettant d'asservir la vitesse de rotation de la génératrice à une vitesse de consigne qui correspond à la marche exacte de la pièce, pour autant que l'énergie du ressort du barillet soit suffisante pour maintenir cette vitesse de rotation à la valeur de consigne.
  • Le circuit régulateur fonctionne de la façon suivante. Pendant la durée normale de marche, la génératrice couplée directement au barillet a tendance à tourner trop vite et à fournir ainsi une tension dont la fréquence est plus élevée qu'une valeur de consigne de fréquence dérivée d'un standard de fréquence fonctionnant sur la base d'un quartz horloger. La génératrice doit donc être freinée, ce qui est réalisé en court-circuitant périodiquement son bobinage. Le nombre de freinages nécessaires pour maintenir la génératrice à la vitesse nominale est élevé au début du désarmage du ressort et décroît progressivement au fur et à mesure que l'énergie accumulée dans le ressort s'épuise.
  • Ce circuit régulateur est réalisé de telle façon qu'il puisse fonctionner avec une faible tension d'alimentation, ce qui est obtenu de préférence grâce à la technologie CMOS. Sa consommation en énergie dépend presque linéairement de la tension qui lui est appliquée, pour autant que celle-ci soit suffisante pour permettre le fonctionnement des composants du circuit. En effet, si la tension d'alimentation passe en-dessous d'une valeur critique, la circuit cesse de fonctionner. Il n'en reste pas moins vrai que du point de vue de la faible consommation, favorable pour assurer une grande autonomie de la pièce d'horlogerie quand elle n'est pas portée, il serait avantageux de faire fonctionner le circuit régulateur à une tension limite située le plus près possible de cette tension critique mais néanmoins suffisante pour que la pièce puisse encore fonctionner.
  • Or, si on conçoit la pièce d'horlogerie de cette façon, autrement dit si on choisit la tension limite trop près de la tension critique, elle risque de subir des défauts de fonctionnement importants (et donc de ne pas garder l'heure exacte), car la tension de la génératrice alimentant le circuit régulateur peut être sujette à des variations importantes dues à des variations de la vitesse de rotation de la génératrice. Ces dernières variations sont provoquées par toutes sortes de facteurs extérieurs dépendant de la façon dont la pièce d'horlogerie est portée. Par exemple, la vitesse de rotation de la génératrice peut varier en cas de chocs plus ou moins violents, de mouvements brusques du porteur, etc. Si un tel facteur perturbateur joue en défaveur du maintien de la vitesse de rotation nominale, la tension d'alimentation risque de baisser en-dessous de la valeur critique. Des irrégularités de marche de la pièce d'horlogerie seraient alors inévitables.
  • L'invention a pour but de fournir une pièce d'horlogerie pouvant fonctionner avec un circuit régulateur alimenté avec une tension d'alimentation située sensiblement à la valeur limite nécessaire pour son fonctionnement correct, mais ce sans que la marche en soit perturbée par d'éventuelles irrégularités de rotation de la génératrice.
  • L'invention a donc pour objet une pièce d'horlogerie électronique comportant les caractéristiques de la revendication 1.
  • Il résulte de ces caractéristiques que le circuit électronique de la pièce d'horlogerie recevra une tension d'alimentation suffisante pour ne pas interrompre son fonctionnement, en dépit d'influences d'ordre cinétique agissant au porter sur ses constituants mécaniques.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé sur lequel :
    • la figure unique montre un schéma simplifié d'un exemple de la pièce d'horlogerie selon l'invention.
  • On va maintenant se référer à cette figure unique sur laquelle on voit que la pièce d'horlogerie selon l'invention comporte une génératrice symbolisée par le rectangle 1 comportant un rotor aimanté 2 et au moins un bobinage 3. Le rotor est couplé mécaniquement, par exemple à travers un rouage 4 symbolisé par des traits en pointillé, à un barillet 5 dans lequel est logé un ressort 6. Celui-ci peut être armé par un mécanisme de remontage, manuel ou automatique, connu en soi et symbolisé par le rectangle 5a. Le rouage 4 est couplé également à un jeu d'aiguilles indicatrices de l'heure composé d'une aiguilles des heures 7, d'une aiguilles des minutes 8 et d'une aiguilles des secondes 9. Les aiguilles sont couplées entre elles de la façon habituelle avec les rapports de démultiplication appropriés, et rigidement liées au rotor de la génératrice 1. De ce fait, elles tournent tant que le rotor 2 est en mouvement.
  • Dans l'exemple décrit, la génératrice 1 délivre une tension alternative nominale d'une première valeur prédéterminée U1 à ses bornes 1a et 1b à une fréquence prédéterminée, de 21,3 Hz par exemple. La valeur maximale ou valeur absolue Û1 de la valeur prédéterminée U1 peut correspondre à une amplitude maximale de 1,5 Volt par exemple.
  • On notera que l'invention n'est pas limitée à une génératrice délivrant une tension alternative, une génératrice à tension continue pouvant également convenir.
  • Dans le présent exemple, la génératrice 1 est de type alternatif et connectée à un redresseur à double alternance 10 délivrant une tension continue U1' d'une valeur très légèrement inférieure à celle de la tension alternative de la génératrice, la différence étant déterminée par les pertes, au demeurant de faible valeur, provoquées par le redresseur 10.
  • La pièce d'horlogerie comprend également un oscillateur à quartz 12 associé à un circuit intégré 11 dont certains composants forment un circuit régulateur de la vitesse de rotation de la génératrice 1. L'oscillateur à quartz 12 de fréquence standard délivre un signal impulsionnel, d'une fréquence de 32 768 Hz par exemple, à un diviseur de fréquence 13 du circuit intégré 11, ce diviseur pouvant être réalisé par exemple à l'aide d'un circuit EEPROM. Il comprend une borne 14 délivrant un signal dont la fréquence correspond à la fréquence nominale que doit délivrer la génératrice 1 pour que les aiguilles 7, 8 et 9 indiquent l'heure exacte. Dans l'exemple décrit, cette fréquence nominale est de 21,3 Hz. La sortie 14 est connectée à l'entrée de comptage 15 d'un compteur réversible 16.
  • La borne 1a de la génératrice 1 est connectée à l'une des entrées d'un comparateur 17 dont l'autre entrée est reliée à une source de potentiel de référence 18 comme la masse par exemple. La sortie du comparateur 17 est reliée à l'entrée de décomptage 19 du compteur réversible 16.
  • Le comparateur 17 délivre une impulsion de sortie au compteur réversible 16 dès que la tension sur la borne la de la génératrice monte légèrement au-dessus du potentiel de la masse. Par conséquent, dans l'exemple à supposer que la génératrice 1 tourne exactement à la vitesse nominale correspondant à une fréquence de 21,3 Hz, le contenu du compteur réversible 16 devra être égal à zéro à la fin de chaque alternance de la tension de sortie de la génératrice 1.
  • La sortie du compteur réversible 16 est connectée à une logique de décision 20 qui, en fonction de certains critères prédéterminés, produit un signal de sortie à une borne 21, les critères étant matérialisés par câblage d'un certain nombre de portes élémentaires qui composent cette logique de décision.
  • Le signal présent sur la borne de sortie 21 est appliqué à l'électrode de commande d'un composant de commutation 22 commandant sélectivement le freinage de la génératrice 1 en court-circuitant la bobine 3 de celle-ci. Ce composant de commutation 22 peut être un transistor MOS dont le circuit source-drain est relié entre les bornes 1a et 1b de la génératrice 1.
  • Le circuit intégré 11 comporte des bornes d'alimentation 23 et 24 portées respectivement à la tension VSS et la tension VDD du circuit intégré.
  • Il est à noter que les particularités du circuit régulateur énoncées ci-dessus, n'ont été décrite que pour en rappeler un mode de réalisation particulier faisant l'objet de la demande de brevet européen EP 97 112 585.1 au nom de la Demanderesse. Cependant, la présente invention peut être mise en oeuvre avec profit également avec des circuits régulateurs d'autres types assurant la régulation de marche de la pièce d'horlogerie. On notera toutefois que le circuit intégré 11 est du type à basse consommation, ce qui veut dire qu'il fonctionne avec une tension d'alimentation nettement inférieure à celle de la valeur absolue Û1 de la tension nominale U1 délivrée par la génératrice 1.
  • Selon l'invention, les bornes d'alimentation 23 et 24 sont connectées à la sortie d'un régulateur de tension 25. Celui-ci est conçu pour délivrer sur ses bornes de sortie une tension régulée ayant une seconde valeur prédéterminée U2. Cette valeur de tension correspond à ou est légèrement supérieure à la tension limite inférieure, ou tension critique, dont le circuit intégré 11 a besoin pour encore être capable de fonctionner. De préférence, la tension de sortie U2 du régulateur de tension est choisie entre 0% et 5% supérieure, ou de préférence entre 2 et 5% supérieure à la tension limite de fonctionnement du circuit intégré 11.
  • La tension de sortie continue U2 du régulateur 25 est nettement inférieure à la valeur maximale ou absolue Û1 de la tension alternative U1 délivrée par la génératrice 1. La relation entre les valeurs Û1 et U2 peut ainsi s'écrire Ûl=k8U2 dans laquelle k est un facteur correspondant au moins au taux maximal attendu de variation de la tension nominale Û1 de la génératrice, lorsqu'elle fonctionne en régime non freiné, au porter de la pièce d'horlogerie. Par taux de variation, on entend donc ici celui régi uniquement par les fluctuations que subira la tension Û1 du fait des irrégularités de rotation de la génératrice dues à des phénomènes mécaniques subies par la pièce d'horlogerie au porter. De la sorte, le régulateur de tension 25 parviendra à lisser toute fluctuation présente à son entrée vis-à-vis du circuit intégré 11 qui ainsi disposera toujours d'une tension au moins égale à la valeur limite inférieure dont il aura besoin pour correctement fonctionner. Dans un exemple pratique, on a pu constater que le taux de variation de la tension nominale de la génératrice peut être de 20 % au porter, de sorte que k sera de préférence au moins égale à 1,2.
  • Pour fixer les idées et à titre d'exemple uniquement les valeurs suivantes des tensions peuvent être choisies :
    Û1 = 1,5 V, U2 = 1 V
  • Le régulateur de tension peut être de tout type approprié réalisé en technologie CMOS à faible consommation.
  • Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple, l'invention étant définie par les revendications annexées.

Claims (3)

  1. Pièce d'horlogerie électronique comportant :
    - une génératrice (1) agencée pour engendrer une tension d'alimentation d'une première valeur prédéterminée U1;
    - un barillet (5) à ressort (6) couplé à ladite génératrice (1) pour l'entraîner;
    - un mécanisme de remontage (5a) couplé audit barillet (5) pour en remonter le ressort (6);
    - un jeu d'aiguilles d'indication de l'heure (7 à 9) entraîné également par ledit barillet (5), et
    - un circuit électronique (11, 12) nécessitant pour fonctionner au minimum une tension d'alimentation limite inférieure ayant une seconde valeur prédéterminée U2,
    ledit circuit électronique comprenant une base de temps (12) et un circuit régulateur (11) pour réguler la vitesse de rotation de ladite génératrice (1) de manière que ledit jeu d'aiguilles (7 à 9) soit entraîné à la vitesse nominale d'indication de l'heure,
    ladite pièce d'horlogerie étant caractérisée en ce qu'elle comprend également un régulateur de tension (25) connecté entre ladite génératrice (1) et ledit circuit électronique (11, 12) et agencé pour ajuster sa tension de sortie à ladite seconde valeur limite U2 ou légèrement au-dessus de cette valeur, et en ce que
    le rapport entre la valeur absolue Û1 de ladite première valeur prédéterminée U1 et ladite seconde valeur prédéterminée U2 satisfait la relation Û1=k●U2, dans laquelle k est un facteur correspondant au moins au taux de variation maximal attendu de ladite valeur absolue Û1 au porter de ladite pièce d'horlogerie.
  2. Pièce d'horlogerie suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le facteur k est situé entre 1,2 et 1,5.
  3. Pièce d'horlogerie suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ladite seconde valeur prédéterminée U2 est de 0 à 5% supérieure, et de préférence de 2 à 5% supérieure à la tension limite inférieure à laquelle ledit circuit électronique (11) peut encore fonctionner.
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