EP2570867B1 - Oscillateurs synchronisés par un échappement à intermittence - Google Patents
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- EP2570867B1 EP2570867B1 EP12180495.9A EP12180495A EP2570867B1 EP 2570867 B1 EP2570867 B1 EP 2570867B1 EP 12180495 A EP12180495 A EP 12180495A EP 2570867 B1 EP2570867 B1 EP 2570867B1
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Definitions
- the invention relates to a timepiece comprising oscillators synchronized by an intermittent escapement.
- the regulating organ of a watch is constituted by an almost isochronous damped harmonic resonator, maintained by an exhaust system which transfers the energy to the resonator at each alternation (anchor escapement) or at each period (expansion escapement ) of oscillation.
- the amplitude of the oscillator being limited by geometric reasons, to increase the energy of the oscillator (and therefore its stability in the face of external disturbances) one must increase its elastic constant which may imply the impossibility of start high frequency oscillators.
- the average efficiency of the exhaust and the fluctuation of efficiency are influenced, inter alia, by the acceleration of the components of the exhaust.
- the faster the recovery of the resonator the higher the efficiency is high and constant over time. Therefore, for very high frequency resonators, it is mandatory to increase the losses (and decrease the power reserve) and / or to increase the fluctuations of efficiency.
- the document CH 156 801 describes a timepiece comprising two identical resonators each controlled by a Swiss lever escapement system. Each escape wheel is connected to a differential mechanism to provide a display of the averaged time of the two resonators.
- the document EP 2,221,676 describes a timepiece comprising a chronograph system independent of the time display system but connected by the same barrel.
- the object of the present invention is to overcome all or part of the disadvantages mentioned above by proposing a timepiece whose frequency (improvement of the display resolution) and mechanical energy (improvement of stability and accuracy) are increased while improving the performance of the maintenance and the power reserve.
- the invention relates to a timepiece comprising a first resonator oscillating at a first frequency and connected by a main gear train to a main source of energy via an exhaust principal, a second resonator oscillating at a second frequency which is a product of the first frequency according to a factor which is a whole number greater than 1 characterized in that the second resonator also cooperates with the main exhaust to release the main exhaust for the maintenance of the first resonator only with each oscillation of said second resonator.
- the invention relates to a timepiece comprising a first resonator oscillating at a first frequency and connected by a main gear train to a main source of energy via a main escapement, a second resonator oscillating at a second frequency which is a product of the first frequency according to a factor which is a rational number the second resonator cooperating also with the main exhaust in order to release the main exhaust for the maintenance of the first resonator only at each oscillation said second resonator, the main escapement being of the expansion type, the first escapement wheel cooperating with a first expansion controlled by the first resonator and the second escape wheel cooperating with a second expansion controlled by the second resonator, the first and second exhaust wheels being secured by meshing.
- the invention reduces the frequency of maintenance of a resonator below its frequency. It also makes it possible to guarantee the self-starting of a high-frequency movement while preserving its power reserve by, in particular, improving the efficiency of the exhaust functions. Finally, the invention makes it possible to substantially reduce the operating faults generated by external disturbances to the watch.
- the aim of the invention is to integrate, in a mechanical wristwatch, a high frequency resonator (for example 10 Hz or 50 Hz or more) whose maintenance is synchronized by a low frequency resonator ( eg 1 Hz or 2 Hz) to maintain it over a period greater than its frequency.
- a high frequency resonator for example 10 Hz or 50 Hz or more
- a low frequency resonator eg 1 Hz or 2 Hz
- the timepiece 1 thus comprises a first resonator R 1 oscillating at a first frequency f 1 and connected by a main gear train T 2 to a main power source B 2 via a main escapement D 2 .
- the timepiece 1 further comprises a second resonator R 2 oscillating at a second frequency f 2 less than the first frequency and cooperates with the same main escapement D 2 in order to synchronize the maintenance of the first resonator R 1 to said second frequency f 2 .
- the factor can also be a rational number N 'if the gear ratio R i is different between each oscillator.
- the frequencies at the wheel that secures the two escapements must be connected by an integer multiple, against the gear can subdivide the frequency of the oscillators arbitrarily and independently.
- Such a configuration advantageously makes it possible to carry out a basic movement (or a chrono movement) at high resolution (for example 1/20 s or 1/100 s). It also makes it possible to increase the precision and the resistance to shocks of the main resonator and to increase the power reserve while guaranteeing the self-starting of a movement even at very high frequency such as for example at 50 Hz. Finally, such a configuration allows maintenance of low amplitude resonators and the partial or total removal of the display and / or maintenance train.
- the main exhaust D 2 is of the expansion type and comprises a single escape wheel 3 cooperating with a first expansion 5 controlled by the first resonator R 1 and a second trigger 7 controlled by the second resonator R 2 .
- the wheel 3 is free if the two resonators R 1 & R 2 are around the point of rest in the angular interval (-20 °, + 20 °).
- the trigger 7 of the secondary resonator R 2 can be constructed to increase the angular interval for which the main exhaust D 2 is released by the secondary resonator R 2 . It is then understood that the trigger 7 of the secondary resonator R 2 preferably comprises a release over an angular interval greater than the angle of the trigger 5 for which the main resonator R 1 releases the wheel 3.
- the isochronous curve of the main resonator R 1 makes it possible to catch the phase between the two resonators after some oscillations.
- the main resonator R 1 will lose amplitude until the phasing is reestablished between the oscillation of the secondary resonator R 2 and one of the N oscillations of the main resonator R 1 .
- the additional running fault on the display will be less than or equal to a period of the main resonator R 1 which means that it will be smaller if the frequency f 1 is very high.
- the main exhaust D 2 is of the expansion type and comprises a first escape wheel 11 cooperating with a first detent 13 controlled by the first resonator R 1 and a second escape wheel 15 cooperating with a second trigger 17 controlled by the second resonator R 2 , the first and second wheels 11, 15 exhaust being integral by meshing. It is therefore understood that one then structurally obtains the same advantages as for the first embodiment in particular during phase shifts intrinsic or induced by shock.
- the resonators R 1 & R 2 releases by expansion two different wheels 11 and 15, which mesh (in parallel or in series) with the main gear T 2 . Once released, the wheel 15 is no longer locked until the release of the wheel 11 and thus the exhaust D 2 . In this case, the exhaust D 2 is released at each period (or alternation) of the main resonator R 1 and the maintenance at each oscillation of the secondary resonator R 2 is guaranteed independently of the phase shift of the resonators R 1 and R 2 .
- the wheel 11 is released by the trigger 13 at the upper toothing 12 and allows maintenance of the main resonator R 1 , before being blocked again by its trigger 13 at the upper teeth 12 and / or the wheel 15 which then plays a role comparable to a stop device.
- the wheel 11 remains blocked during the passage of the main resonator R 1 if the secondary resonator R 2 has not previously released the wheel 15.
- main escapement D 2 leads substantially to the same advantages and use a single main exhaust D 2 for the two resonators R 1 and R 2 , that is to say that they are maintained from the same main energy source B 2 by the main exhaust D 2 .
- the second resonator R 2 is also connected to a secondary gear train T 3 to a secondary energy source B 3 via a second escapement D 3 .
- a second escapement D 3 preferably of the Swiss anchor type, maintains the secondary resonator R 2 .
- the latter is fed by the secondary energy source B 3 (or, alternatively, by the main energy source B 2 by means of a differential) via the train of secondary gear T 3 .
- the timepiece 1 comprises selective locking means C of the main escapement D 2 in order to measure a time from the first resonator R 1 by releasing said selective locking means.
- the main resonator R 1 structurally becomes a chronograph device, that is to say that it only functions during the measurement periods and the secondary resonator R 2 is the basic movement, that is, to say that it works permanently.
- the secondary resonator R 2 preferably has a very good isochronism to allow the correct display from the release of said selective blocking means C.
- the advantages of the invention have been quantified from the variant of the first embodiment of the main escapement D 2 .
- the quality factor Q j increases what is favorable for better chronometry. If the energy of the resonator is constant, the losses decrease and the maintenance energy also decreases. Since the energy transmission angle can not be decreased indefinitely, the maintenance torque must be decreased.
- the necessary condition for starting is that the maintenance torque exceeds the elastic restoring torque of the resonator at the exit angle thereof: VS ech > k j ⁇ j / 2
- the maintenance energy E ech is substantially equal to 25 nJ.
- the system does not auto-start because the term k . ⁇ j / 2 is greater than the maintenance torque E ech according to relation (5).
- the acceleration of maintenance mobiles is increased by 20 times and the output can be optimized freely according to the only geometric and tribological constraint and no longer dynamic and energy balance. Therefore, the efficiency being increased, the power reserve is necessarily improved.
- the coupled equations of the movements have been solved numerically. It has been considered a secondary resonator R 2 of inertia m 2 equal to 10 mg.cm 2 , of frequency f 2 equal to 1 Hz and with a quality factor Q 2 equal to 150.
- the main resonator R 1 has a mechanical energy equal to 9.6 ⁇ J
- secondary resonator R 2 has an energy equal to 0.5 ⁇ J.
- the figure 5 simulates the start of the two resonators R 1 and R 2 .
- the main resonator R 1 at high frequency reaches its stationary amplitude after about 50 seconds.
- the secondary resonator R 2 at low frequency reaches its stationary amplitude more slowly. This however has no significant influence because its function of regulating the energy transfer to the main resonator R 1 is fully operational as soon as the secondary resonator R2 reaches a few tens of degrees.
- the timepiece manages to self-start and stabilizes on a substantially stationary amplitude for main resonator R 1 even if it is equal to or greater than 10 Hz.
- the figure 6 simulates the perturbation P brought to the timepiece when the two resonators R 1 and R 2 are stabilized.
- the figure 7 simulates the same perturbation P brought to the timepiece when the two resonators R 1 and R 2 are stabilized. This time, the step of each resonator is measured relative to that of a simple resonator R x . It can be seen that the presence of an escapement D 2 according to the invention does not amplify the operating fault with respect to the simple resonator R x . It is thus clear that the direct effect on the main resonator R 1 and the indirect effect of the maintenance of the main resonator R 1 on the resonator R 2 partially compensate.
- the response of a timepiece according to the invention to a given perturbation P is similar, or even better, to the response of a single resonator R x equivalent, that is to say with the same energy E x , the same frequency f x and the same amplitude A x .
- the secondary resonator R 2 advantageously forms an anti-gallop system for the maintenance function, in particular avoiding the defects of steps related to double maintenance.
- the timepiece 1 proposes three types of display device A 1 , A 2 and / or A 3 .
- a first type of display comprises a display device A 1 comprising a display energy source B 1 connected to a gear train for the display T 1 integral with a dispensing mechanism D 1 controlled by the main resonator R 1 .
- the dispensing mechanism D 1 is formed by a trigger 9 controlled by the main resonator R 1 in order to release, at each period or alternation of the main resonator R 1 , the wheel 10 connected to the gear train T 1 without providing additional maintenance torque to the first resonator R 1 .
- the display device A 1 benefits from the high frequency of the main resonator R 1 by displaying the displacement of, for example, the wheel 10, that is to say in an improved resolution, such as, for example, until to 1/20 of a second or 1 / 100th of a second. Therefore, in the case of both embodiments and / or its variant explained above, the display device A 1 displays the time with improved resolution. Moreover, in the case of the alternative explained above, the display device A 1 displays the measured time with improved resolution.
- a second type of display comprises a display device A 2 of the hour connected to the secondary gear train T 2 . It is then understood that the display is done at the same time as the maintenance of the main resonator R 1 . In this case, the high frequency is not used to improve the resolution but to improve the stability. It is also realized that this configuration forms a very effective anti-gallop system for the expansion escapement D 2 whatever its embodiment.
- a third type of display comprises a device for displaying the time A 3 connected to the secondary gear train T 3 .
- This third type is entirely dedicated to the above alternative in which the main resonator R 1 is used solely for measuring a time. Indeed, the secondary resonator R 2 being the only one to operate permanently, the time display can be performed only from the secondary gear train T 3 .
- the invention reduces the frequency of maintenance of a resonator below of its frequency. It also makes it possible to guarantee the self-starting of a high-frequency movement while preserving its power reserve by, in particular, improving the efficiency of the exhaust functions. Finally, the invention makes it possible to substantially reduce the operating faults generated by external disturbances to the watch.
- the timepiece may comprise a single energy source, that is to say that a single energy source equipped with differentials can respectively form the energy sources described above B 1 and / or or B 2 and / or B 3 .
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Description
- L'invention se rapporte à une pièce d'horlogerie comportant des oscillateurs synchronisés par un échappement à intermittence.
- Généralement, l'organe réglant d'une montre est constitué par un résonateur harmonique amorti presque isochrone, entretenu par un système d'échappement qui transfert l'énergie au résonateur à chaque alternance (échappement à ancre) ou à chaque période (échappement à détente) d'oscillation.
- Plusieurs problèmes concernent l'entretien de l'organe réglant également appelé résonateur. Ainsi, le transfert d'énergie au résonateur perturbe sa fréquence (et donc la marche de la montre) dans tous le cas où le transfert n'est pas symétrique par rapport au point de repos du résonateur. De plus, l'énergie dépensée par l'échappement par alternance (ou par période) et la fréquence du résonateur déterminent la réserve de marche de la montre, qui est donc limitée.
- En outre, l'amplitude de l'oscillateur étant limitée par des raisons géométriques, pour augmenter l'énergie de l'oscillateur (et donc sa stabilité faces aux perturbations externes) on doit augmenter sa constante élastique ce qui peut impliquer l'impossibilité de démarrer des oscillateurs à haute fréquence.
- Enfin, le rendement moyen de l'échappement et la fluctuation de rendement sont influencées, entre autres, par l'accélération des composants de l'échappement. Ainsi, plus le rattrapage du résonateur est rapide, plus le rendement est élevé et constant dans le temps. Dès lors, pour des résonateurs de très hautes fréquences, il est obligatoire d'augmenter les pertes (et diminuer la réserve de marche) et/ou d'augmenter les fluctuations de rendement.
- Le document
US 1,232,285 décrit une pièce d'horlogerie comportant un échappement unique commandé par deux résonateurs identiques en opposition de phase. - Le document
CH 156 801 - Le document
EP 2 221 676 décrit une pièce d'horlogerie comportant un système chronographe indépendant du système de l'affichage de l'heure mais relié par le même barillet. - Le but de la présente invention est de pallier tout ou partie les inconvénients cités précédemment en proposant une pièce d'horlogerie dont la fréquence (amélioration de la résolution d'affichage) et l'énergie mécanique (amélioration de la stabilité et de la précision) sont augmentées tout en améliorant le rendement de l'entretien et de la réserve de marche.
- A cet effet, selon un premier mode de réalisation, l'invention se rapporte à une pièce d'horlogerie comportant un premier résonateur oscillant à une première fréquence et relié par un train d'engrenages principal à une source d'énergie principale via un échappement principal, un deuxième résonateur oscillant à une deuxième fréquence qui est un produit de la première fréquence selon un facteur qui est un nombre entier supérieur à 1 caractérisé en ce que le deuxième résonateur coopère également avec l'échappement principal afin de libérer l'échappement principal pour l'entretien du premier résonateur uniquement à chaque oscillation dudit deuxième résonateur.
- Selon un deuxième mode de réalisation, l'invention se rapporte à une pièce d'horlogerie comportant un premier résonateur oscillant à une première fréquence et relié par un train d'engrenages principal à une source d'énergie principale via un échappement principal, un deuxième résonateur oscillant à une deuxième fréquence qui est un produit de la première fréquence selon un facteur qui est un nombre rationnel le deuxième résonateur coopérant également avec l'échappement principal afin de libérer l'échappement principal pour l'entretien du premier résonateur uniquement à chaque oscillation dudit deuxième résonateur, l'échappement principal étant du type à détente, la première roue d'échappement coopérant avec une première détente commandée par le premier résonateur et la deuxième roue d'échappement coopérant avec une deuxième détente commandée par le deuxième résonateur, les première et deuxième roues d'échappement étant solidaires par engrènement.
- On comprend que l'invention permet de réduire la fréquence de l'entretien d'un résonateur en dessous de sa fréquence. Elle permet également de garantir l'auto-démarrage d'un mouvement à haute fréquence tout en préservant sa réserve de marche par, notamment, une amélioration du rendement des fonctions d'échappement. Enfin, l'invention permet de réduire sensiblement les défauts de marche générés par les perturbations externes à la montre.
- Conformément à d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention :
- selon le premier mode de réalisation, l'échappement principal est du type à détente et comporte une roue d'échappement unique coopérant avec une première détente commandée par le premier résonateur et une deuxième détente commandée par le deuxième résonateur ;
- selon le deuxième mode de réalisation, l'échappement principal est du type à détente, la première roue d'échappement coopère avec une première détente commandée par le premier résonateur et la deuxième roue d'échappement coopère avec une deuxième détente commandée par le deuxième résonateur ;
- selon une variante des modes de réalisation, le deuxième résonateur est également relié à un train d'engrenages secondaire à une source d'énergie secondaire via un deuxième échappement ;
- le deuxième échappement est du type à ancre suisse ;
- la variante comporte un dispositif d'affichage de l'heure comprenant une source d'énergie d'affichage reliée à un train d'engrenages pour l'affichage solidaire d'un mécanisme de distribution formé par une détente et commandé par le résonateur principal ou un dispositif d'affichage de l'heure relié au train d'engrenages principal ;
- selon une alternative particulière de la variante, la pièce d'horlogerie comporte des moyens sélectifs de blocage de l'échappement principal afin de mesurer un temps à partir du premier résonateur par libération desdites moyens sélectifs de blocage ;
- l'alternative particulière comporte un dispositif d'affichage dudit temps mesuré comprenant une source d'énergie d'affichage reliée à un train d'engrenages pour l'affichage solidaire d'un mécanisme de distribution commandé par le résonateur principal et un dispositif d'affichage de l'heure relié au train d'engrenages secondaire.
- D'autres particularités et avantages ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la
figure 1 est une représentation schématique des éléments d'une pièce d'horlogerie selon l'invention ; - la
figure 2 est une représentation schématique de l'échappement principal selon un premier mode de réalisation ; - la
figure 3 est une représentation schématique de l'échappement principal selon un deuxième mode de réalisation ; - la
figure 4 est une représentation partielle et agrandie de lafigure 3 ; - la
figure 5 est un graphique montrant la synchronisation des résonateurs selon l'invention ; - les
figures 6 et7 sont des graphiques montrant la faible dépendance de chocs d'une pièce d'horlogerie selon l'invention suite à la synchronisation de ses résonateurs vis-à-vis respectivement de leur amplitude et de leur variation de marche. - Comme expliqué ci-dessus, l'invention vise à intégrer, dans une montre-bracelet mécanique, un résonateur à haute fréquence (par ex. 10 Hz ou 50 Hz ou plus) dont l'entretien est synchronisé par un résonateur à basse fréquence (par ex. 1 Hz ou 2 Hz) afin de l'entretenir sur une période supérieure à sa fréquence.
- Dans un exemple de réalisation illustré à la
figure 1 , la pièce d'horlogerie 1 comporte ainsi un premier résonateur R1 oscillant à une première fréquence f 1 et relié par un train d'engrenages principal T2 à une source d'énergie principale B2 via un échappement principal D2. Avantageusement, la pièce d'horlogerie 1 comporte en outre un deuxième résonateur R2 oscillant à une deuxième fréquence f 2 moins élevée que la première fréquence et coopère avec le même échappement principal D2 afin de synchroniser l'entretien du premier résonateur R1 à ladite deuxième fréquence f 2. - Préférentiellement selon l'invention, la deuxième fréquence f 2 est une fraction de la première fréquence (f 2 = f 1/N ou f 2 = f 1/2N où N est un entier supérieur à 1). On comprend donc que l'entretien du résonateur principal R1 est effectué uniquement avec la période du résonateur secondaire.
- Toutefois, le facteur peut également être un nombre rationnel N' si le rapport d'engrenage Ri est différent entre chaque oscillateur. En effet, dans cette variante, les fréquences au niveau de la roue qui solidarise les deux échappements doivent bien être reliées par un multiple entier, par contre l'engrenage peut subdiviser la fréquence des oscillateurs de manière arbitraire et indépendante. Les fréquences des oscillateurs peuvent dès lors ne pas être reliées par un nombre entier, mais par un nombre rationnel (f 2 = f 1/N' où N' est égale à N*R1/R2 où N est un entier supérieur à 1).
- Une telle configuration permet de manière avantageuse de réaliser un mouvement de base (ou un mouvement chrono) à grande résolution (par exemple 1/20 s ou 1/100 s). Elle permet également d'augmenter la précision et la résistance aux chocs du résonateur principal et d'augmenter la réserve de marche tout en garantissant l'auto-démarrage d'un mouvement même à très haute fréquence comme par exemple à 50 Hz. Enfin, une telle configuration permet l'entretien de résonateurs à faible amplitude et la suppression partielle ou totale du rouage d'affichage et/ou d'entretien.
- Selon un premier mode de réalisation illustré à la
figure 2 , l'échappement principal D2 est du type à détente et comporte une roue d'échappement 3 unique coopérant avec une première détente 5 commandée par le premier résonateur R1 et une deuxième détente 7 commandée par le deuxième résonateur R2. - A titre d'exemple, on peut considérer que la roue 3 est libre si les deux résonateurs R1 & R2 se trouvent autour du point de repos dans l'intervalle angulaire (-20°, +20°). Pour garantir l'entretien du résonateur principal R1, dans le cas où les deux résonateurs ont une phase considérablement différente, c'est-à-dire qu'ils passent au point de repos à deux instants différents, la détente 7 du résonateur secondaire R2 peut être construite pour augmenter l'intervalle angulaire pour lequel l'échappement principal D2 est libéré par le résonateur secondaire R2. On comprend alors que la détente 7 du résonateur secondaire R2 comporte, de manière préférée, une libération sur un intervalle angulaire supérieur à l'angle de la détente 5 pour lequel le résonateur principal R1 libère la roue 3.
- De fait, lors de la libération de la détente, puisque la force de freinage agissant sur l'oscillateur est appliquée très proche du centre de rotation de l'oscillateur, le couple perturbateur qui en résulte est très faible, c'est-à-dire que l'angle de libération pour le résonateur secondaire R2 peut donc être augmenté considérablement sans en affecter la marche.
- Si, suite à un choc, le déphasage des résonateurs est trop important et que l'entretien est empêché, on comprend que la courbe d'isochronisme du résonateur principal R1, croissante ou décroissante, permet de rattraper la phase entre les deux résonateurs après quelques oscillations. En fait, le résonateur principal R1 perdra de l'amplitude jusqu'à ce que le phasage soit rétabli entre l'oscillation du résonateur secondaire R2 et une des N oscillations du résonateur principal R1. On comprend donc que le défaut de marche additionnel sur l'affichage sera inférieur ou égal à une période du résonateur principal R1 ce qui signifie qu'il sera d'autant plus petit que la fréquence f 1 est très élevée.
- Selon un deuxième mode de réalisation illustré aux
figures 3 et 4 , l'échappement principal D2 est du type à détente et comporte une première roue d'échappement 11 coopérant avec une première détente 13 commandée par le premier résonateur R1 et une deuxième roue d'échappement 15 coopérant avec une deuxième détente 17 commandée par le deuxième résonateur R2, les première et deuxième roues 11, 15 d'échappement étant solidaires par engrènement. On comprend donc qu'on obtient structurellement alors les mêmes avantages que pour le premier mode de réalisation notamment lors de déphasages intrinsèque ou induit par un choc. - Toutefois, par rapport au premier mode de réalisation, on remarque que les résonateurs R1 & R2 libèrent par détente deux roues différentes 11 et 15, qui engrènent (en parallèle ou en série) avec le train d'engrenages principal T2. Une fois libérée, la roue 15 n'est plus bloquée jusqu'à la libération de la roue 11 et donc de l'échappement D2. Dans ce cas, l'échappement D2 est libéré à chaque période (ou alternance) du résonateur principal R1 et l'entretien à chaque oscillation du résonateur secondaire R2 est garanti indépendamment du déphasage des résonateurs R1 et R2.
- Dans l'exemple illustré à la
figure 4 , on peut voir l'engrènement des roues 11, 12, 15, 16 et des détentes 13, 17. La roue d'échappement 15 est libérée par la détente 17 au niveau de la denture supérieure 16 à chaque oscillation du résonateur secondaire R2 et décrit un petit angle avant d'être bloquée par la denture supérieure 16 à nouveau par la détente 17 du résonateur secondaire R2. Toutefois, pendant le mouvement de la roue 15, la roue 11 reste bloquée au niveau de la denture supérieure 12 par la détente 13 du résonateur principal R1. - Au passage du résonateur principal R1, la roue 11 est libérée par la détente 13 au niveau de la denture supérieure 12 et permet l'entretien du résonateur principal R1, avant d'être bloquée à nouveau par sa détente 13 au niveau de la denture supérieure 12 et/ou par la roue 15 qui joue alors un rôle comparable à un dispositif d'arrêtage. Bien évidemment, la roue 11 reste bloquée lors du passage du résonateur principal R1 si le résonateur secondaire R2 n'a pas libéré préalablement la roue 15.
- On comprend donc que les deux modes de réalisation de l'échappement principal D2 aboutissent sensiblement aux mêmes avantages et utilisent un échappement principal D2 unique pour les deux résonateurs R1 et R2, c'est-à-dire que ces derniers sont entretenus à partir de la même source d'énergie principale B2 par l'échappement principal D2.
- Selon une variante des deux modes de réalisation ci-dessus, le deuxième résonateur R2 est également relié à un train d'engrenages secondaire T3 à une source d'énergie secondaire B3 via un deuxième échappement D3. En effet, si un entretien du résonateur secondaire R2 extérieur à l'échappement principal D2 s'avère nécessaire, un deuxième échappement D3, préférablement du type à ancre suisse, entretient le résonateur secondaire R2. Ainsi, à chaque alternance du résonateur secondaire R2, ce dernier est alimenté par la source d'énergie secondaire B3 (ou, alternativement, par la source d'énergie principale B2 au moyen d'un différentiel) via le train d'engrenage secondaire T3.
- Une alternative particulière de cette variante qui nécessite un entretien du résonateur secondaire R2 extérieur à l'échappement principal D2 est présentée à la
figure 1 . Dans cette alternative, la pièce d'horlogerie 1 comporte des moyens sélectifs de blocage C de l'échappement principal D2 afin de mesurer un temps à partir du premier résonateur R1 par libération desdites moyens sélectifs de blocage. On comprend donc que le résonateur principal R1 devient structurellement un dispositif de chronographe, c'est-à-dire qu'il ne fonctionne que pendant les périodes de mesure et le résonateur secondaire R2 est le mouvement de base, c'est-à-dire qu'il fonctionne en permanence. Bien évidemment, dans cette alternative, le résonateur secondaire R2 possède préférablement un très bon isochronisme pour permettre l'affichage correct à partir de la libération desdites moyens sélectifs de blocage C. - Les avantages de l'invention ont été quantifiés à partir de la variante du premier mode de réalisation de l'échappement principal D2. La constante élastique du résonateur étant kj et son inertie mj , sa fréquence d'oscillation est :
-
- En augmentant la fréquence du résonateur, le facteur de qualité Qj augmente ce qui est favorable pour une meilleure chronométrie. Si l'énergie du résonateur est constante, les pertes diminuent et l'énergie d'entretien diminue aussi. Puisque l'angle de transmission de l'énergie ne peut pas être diminué indéfiniment, le couple d'entretien doit être diminué.
-
- Cela signifie qu'on ne peut pas diminuer indéfiniment le couple d'entretien en conservant la propriété d'auto-démarrage du résonateur et, en même temps, sans diminuer l'énergie mécanique du résonateur ce qui diminue sa stabilité face aux perturbations externes.
- Il faut aussi se rendre compte que l'augmentation de la fréquence et la diminution du couple d'entretien entraîne une vitesse du résonateur plus importante (v = 2 π f A, (6)) au point de repos, c'est-à-dire à l'instant où l'entretien ne donne pas des défauts de marche, tandis que l'accélération des mobiles d'échappement est plus faible. On s'aperçoit alors que le rendement d'échappement chute parce que l'échappement n'arrive pas à rattraper le résonateur. On comprend donc qu'il est nécessaire que les mobiles d'échappement rejoignent la vitesse du résonateur pendant le temps disponible à l'entretien :
- Finalement, si on augmente la fréquence et l'énergie du résonateur, la réserve de marche va forcément diminuer, parce que l'échappement doit entretenir le résonateur plus souvent et avec plus d'énergie à chaque passage.
- Ainsi, quantitativement, pour un résonateur habituel de fréquence f égale à 10 Hz, avec une inertie m égale à 2 mg.cm2, un coefficient élastique k égale à 0,79 µNm.rad-1 et un facteur de qualité Q égal à 600, l'énergie d'entretien Eech est sensiblement égale à 25 nJ. Cela correspond donc, selon la relation (4), à un couple d'entretien Cech égale sensiblement à 28 nNm, pour un angle d'entretien θ j de 50°. Le système n'auto-démarre pas parce que le terme k. θ j / 2 est supérieur au couple d'entretien Eech selon la relation (5).
- D'un autre côté, le temps disponible à l'entretien, qui correspond au passage du résonateur du point de repos, se réduit à dtech égale à 40° soit, selon la relation (6), un temps de 2,3 ms pour une amplitude A égale à 280°. Pour atteindre une accélération suffisante des mobiles d'échappement avec un couple d'entretien si faible, selon la relation (7), il faut réduire considérablement l'inertie des mobiles d'entretien jusqu'à une inertie équivalente de sensiblement 2.10-3 mg.cm2.
- Si un résonateur du même type est entretenu, par un échappement D2 selon l'invention, à une fréquence f 2 égale à 1 Hz, la perte d'énergie à compenser à chaque fonction d'entretien est 20 fois plus élevée. A parité d'angle d'entretien θ j égale à 50°, le couple d'entretien Cech est 20 fois plus élevé, c'est-à-dire d'environ 0,7 µNm, et le système auto-démarre en accord avec la relation (5).
- Pareillement, l'accélération des mobiles d'entretien est augmentée de 20 fois et le rendement peut être optimisé librement selon la seule contrainte géométrique et tribologique et non plus dynamique et de bilan énergétique. Par conséquent, le rendement étant augmenté, la réserve de marche est forcément améliorée.
- Pour montrer les avantages de la pièce d'horlogerie selon l'invention, les équations couplées des mouvements ont été résolues numériquement. Il a été considéré un résonateur secondaire R2 d'inertie m 2 égale à 10 mg.cm2, de fréquence f 2 égale à 1 Hz et avec un facteur de qualité Q 2 égale à 150. De plus, Le résonateur principal R1 a une énergie mécanique égale à 9,6 µJ, tandis que résonateur secondaire R2 a une énergie égale à 0,5 µJ.
- La
figure 5 simule le démarrage des deux résonateurs R1 et R2. Le résonateur principal R1 à haute fréquence rejoint son amplitude stationnaire après environ 50 secondes. On remarque que le résonateur secondaire R2 à basse fréquence rejoint son amplitude stationnaire plus lentement. Cela n'a toutefois pas d'influence notable car sa fonction de réguler le transfert d'énergie vers le résonateur principal R1, est pleinement opérationnel dès que le résonateur secondaire R2 rejoint quelques dizaines de degrées. Par conséquent, la pièce d'horlogerie parvient à s'auto-démarrer et se stabilise sur une amplitude sensiblement stationnaire pour résonateur principal R1 même s'il est égal ou supérieur à 10 Hz. - La
figure 6 simule la perturbation P apportée à la pièce d'horlogerie lorsque les deux résonateurs R1 et R2 sont stabilisés. La perturbation P, égale à 0,1 µJ, est opérée à l'instant t = 0 par une accélération angulaire impulsée de 50 rad.s-2 avec une forme gaussienne et une largeur de 20 ms. On remarque que les résonateurs R1 et R2 ne subissent pas de déphases notables avant et après la perturbation P. - De plus, la
figure 7 simule la même perturbation P apportée à la pièce d'horlogerie lorsque les deux résonateurs R1 et R2 sont stabilisés. Cette fois-ci, c'est la marche de chaque résonateur qui est mesurée par rapport à celle d'un résonateur simple Rx. On s'aperçoit que la présence d'un échappement D2 selon l'invention n'amplifie pas le défaut de marche par rapport au résonateur simple Rx. On comprend donc que l'effet direct sur le résonateur principal R1 et l'effet indirect de l'entretien du résonateur principal R1 sur le résonateur R2 se compensent partiellement. - Par conséquent, la réponse d'une pièce d'horlogerie selon l'invention à une perturbation P donnée est similaire, voire meilleure à la réponse d'un résonateur simple Rx équivalent, c'est-à-dire avec une même énergie Ex , une même fréquence fx et une même amplitude Ax . De plus, le résonateur secondaire R2 forme avantageusement un système anti-galop pour la fonction d'entretien en évitant notamment les défauts de marches liés au double entretien.
- Suivant le mode de réalisation, la variante et/ou l'alternative choisie ci-dessus, la pièce d'horlogerie 1 selon l'invention propose trois types de dispositif d'affichage A1, A2 et/ou A3.
- Un premier type d'affichage comporte un dispositif d'affichage A1 comprenant une source d'énergie d'affichage B1 reliée à un train d'engrenages pour l'affichage T1 solidaire d'un mécanisme de distribution D1 commandé par le résonateur principal R1. Préférentiellement selon l'invention, le mécanisme de distribution D1 est formé par une détente 9 commandée par le résonateur principal R1 afin de libérer, à chaque période ou alternance du résonateur principal R1, la roue 10 reliée au train d'engrenages T1 sans fournir de couple d'entretien supplémentaire au premier résonateur R1.
- On comprend donc que le dispositif d'affichage A1 bénéficie de la haute fréquence du résonateur principal R1 en affichant le déplacement par exemple de la roue 10, c'est-à-dire selon une résolution améliorée comme, par exemple, jusqu'au 1/20 de seconde ou jusqu'au 1/100 de seconde. Par conséquent, dans le cas des deux modes de réalisation et/ou de sa variante expliqués ci-dessus, le dispositif d'affichage A1 permet d'afficher l'heure avec une résolution améliorée. De plus, dans le cas de l'alternative expliquée ci-dessus, le dispositif d'affichage A1 permet d'afficher le temps mesuré avec une résolution améliorée.
- Un deuxième type d'affichage comporte un dispositif d'affichage A2 de l'heure relié au train d'engrenages secondaire T2. On comprend alors que l'affichage se fait au même temps que l'entretien du résonateur principal R1. Dans ce cas, la haute fréquence n'est pas utilisée pour améliorer la résolution mais pour améliorer la stabilité. On réalise également que cette configuration forme un système anti-galop très efficace pour l'échappement à détente D2 quel que soit son mode de réalisation.
- Enfin, un troisième type d'affichage comporte un dispositif d'affichage de l'heure A3 relié au train d'engrenages secondaire T3. Ce troisième type est entièrement dédié à l'alternative ci-dessus dans laquelle le résonateur principal R1 est utilisé uniquement pour mesurer un temps. En effet, le résonateur secondaire R2 étant le seul à fonctionner en permanence, l'affichage de l'heure ne peut être effectué qu'à partir du train d'engrenages secondaire T3.
- Au vu des explications ci-dessus, on comprend que l'invention permet de réduire la fréquence de l'entretien d'un résonateur en dessous de sa fréquence. Elle permet également de garantir l'auto-démarrage d'un mouvement à haute fréquence tout en préservant sa réserve de marche par, notamment, une amélioration du rendement des fonctions d'échappement. Enfin, l'invention permet de réduire sensiblement les défauts de marche générés par les perturbations externes à la montre.
- Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à l'exemple illustré mais est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, d'autres types de résonateurs et/ou d'échappements peuvent être envisagés sans sortir du cadre de l'invention. A titre d'exemple, certains composants mécaniques pourraient être avantageusement remplacés et/ou assistés par des composants magnétiques.
- Enfin, la pièce d'horlogerie peut comporter une source d'énergie unique, c'est-à-dire qu'une seule source d'énergie équipée de différentiels peut former respectivement les sources d'énergie décrites ci-dessus B1 et/ou B2 et/ou B3.
Claims (11)
- Pièce d'horlogerie (1) comportant un premier résonateur (R1) oscillant à une première fréquence (f 1) et relié par un train d'engrenages principal (T2) à une source d'énergie principale (B2) via un échappement principal (D2), un deuxième résonateur (R2) oscillant à une deuxième fréquence (f 2) qui est un produit de la première fréquence (f 1) selon un facteur (N) qui est un nombre entier supérieur à 1, caractérisé en ce que le deuxième résonateur (R2) coopère également avec l'échappement principal (D2) afin de libérer l'échappement principal (D2) pour l'entretien du premier résonateur (R1) uniquement à chaque oscillation dudit deuxième résonateur (R2).
- Pièce d'horlogerie (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'échappement principal (D2) est du type à détente et comporte une roue d'échappement (3) unique coopérant avec une première détente (5) commandée par le premier résonateur (R1) et une deuxième détente (7) commandée par le deuxième résonateur (R2).
- Pièce d'horlogerie (1) comportant un premier résonateur (R1) oscillant à une première fréquence (f 1) et relié par un train d'engrenages principal (T2) à une source d'énergie principale (B2) via un échappement principal (D2), un deuxième résonateur (R2) oscillant à une deuxième fréquence (f 2) moins élevée que la première fréquence et qui est un produit de la première fréquence (f 1) selon un facteur (N') qui est un nombre rationnel, caractérisé en ce que le deuxième résonateur (R2) coopère également avec l'échappement principal (D2) , ce dernier étant du type à détente, la première roue d'échappement (11) coopérant avec une première détente (13) commandée par le premier résonateur (R1) et la deuxième roue d'échappement (15) coopérant avec une deuxième détente (17) commandée par le deuxième résonateur (R2), les première et deuxième roues d'échappement (11, 15) étant solidaires par engrènement.
- Pièce d'horlogerie (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le deuxième résonateur (R2) est également relié par un train d'engrenages secondaire (T3) à une source d'énergie secondaire (B3) via un deuxième échappement (D3).
- Pièce d'horlogerie (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le deuxième échappement (D3) est du type à ancre suisse.
- Pièce d'horlogerie (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'affichage de l'heure (A1) comprenant une source d'énergie d'affichage (B1) reliée à un train d'engrenages pour l'affichage (T1) solidaire d'un mécanisme de distribution (D1) formé par une détente (9) et commandé par le résonateur principal (R1).
- Pièce d'horlogerie (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'affichage de l'heure (A2) relié au train d'engrenages principal (T2).
- Pièce d'horlogerie (1) selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens sélectifs de blocage (C) de l'échappement principal (D2) afin de mesurer un temps à partir du premier résonateur (R1) par libération desdites moyens sélectifs de blocage.
- Pièce d'horlogerie (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'affichage (A1) dudit temps mesuré comprenant une source d'énergie d'affichage (B1) reliée à un train d'engrenages pour l'affichage (T1) solidaire d'un mécanisme de distribution (D1) commandé par le résonateur principal (R1).
- Pièce d'horlogerie (1) selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'affichage de l'heure (A3) relié au train d'engrenages secondaire (T3).
- Pièce d'horlogerie (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une source d'énergie unique (B1, B2, B3).
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