[0001] La présente invention a pour objet un ensemble moteur capable de fonctionner à grande
vitesse et utilisable, notamment mais non exclusivement, dans une montre électroniqcre
à-affichage analogique.
[0002] Plus précisément, l'invention concerne un ensemble moteur comprenant un moteur pas
à pas et son circuit de commande, qui permet d'obtenir une vitesse de rotation nettement
accrue par rapport à celles que peuvent atteindre les moteurs pas à pas actuellement
utilisés en horlogerie.
[0003] A noter qu'ici l'expression "pas à pas" signifie que le moteur est conçu pour que
son rotor puisse se déplacer par à coups en s'arrêtant dans une ou plusieurs positions
de repos bien déterminées. Cela n'exclut pas la possibilité de le faire tourner de
façon continue, c'est-à-dire sans que le rotor marque un temps d'arrêt lorsqu'il passe
par une position de repos et même sans qu'il soit freiné à cet endroit.
[0004] Dans le cas d'une montre qui comporte une aiguille de secondes entraînée par un moteur
pas à pas et dans laquelle la correction se fait mécaniquement, il suffit de disposer
d'un moteur qui fait un nombre de pas par seconde égal a celui que doit faire l'aiguille
des secondes pour passer d'une division à la suivante. Ce nombre de pas est le plus
souvent égal à un et parfais à deux ou à six. Cela signifie donc que le moteur doit
seulement faire six pas au maximum par seconde, ce qui ne présente pas de difficulté.
[0005] En revanche, un problème se pose déjà lorsque, même dans une montre sans aiguille
de secondes, on veut faire des corrections ou des changements de fuseau horaire en
commandant directement le moteur. Dans ce cas, il est nécessaire -de pouvoir faire-tourner
le moteur à une fréquence nettement plus élevée que 6 Hz, c'est-à-dire six pas par
seconde. Or, actuellement, avec des moteurs pas à pas de type Lavet par exemple, commandés
de façon classique, il est pratiquement impossible d'aller au-delà de 64 Hz et même
de garantir un bon fonctionnement du moteur à plus de 50 Hz. Si l'on prend le cas
d'une montre à aiguilles de minutes et d'heures dans laquelle il faut que le moteur
fasse deux pas pour que l'aiguille des minutes progresse d'une division et si, de
plus, on veut effectuer un changement de fuseau horaire de six heures, ce qui correspond
à la correction la plus longue que l'on ait à faire si l'on s'arrange pour pouvoir
faire tourner le moteur dans les deux sens, en utilisant par exemple la solution qui
fait l'objet du brevet US 4 112 671 pour le commander, on voit que, même avec une
fréquence de 64 Hz, il faudra quinze secondes pour effectuer cette seule correction,
ce qui est déjà très long.
[0006] Quant à la mise à l'heure électronique dans une montre avec aiguille de secondes,
elle n'est envisageable que si l'on fait appel à au moins deux moteurs pour entraîner
les aiguilles, par exemple un pour l'aiguille des secondes et un pour celles des minutes
et des heures ou un pour l'aiguille des secondes et celle des minutes et un autre
pour l'aiguille des heures. L'emploi d'un seul moteur conduirait à des temps de correction
exorbitants.
[0007] La demande de brevet EP 0 103 542 indique une solution intéressante qui permet de
faire fonctionner un moteur de type Lavet en marche avant et en marche arrière à une
vitesse beaucoup plus grande que 50 ou 64 pas par seconde. Cette solution consiste
à appliquer au moteur d'abord une impulsion motrice de lancement en marche avant ou
en marche arrière pour provoquer effectivement le démarrage du moteur dans le sens
de rotation souhaité, puis un train d'impulsions simples d'entretien de polarité alternée
et de durée plus courte que celle de l'impulsion de démarrage, et enfin une impulsion
simple d'arrêt de polarité opposée à celle de la dernière impulsion-d'entretien et
plus longue que celle-ci. Dans le cas de la marche avant, l'impulsion de démarrage
est, comme les autres, une impulsion simple alors que, pour la marche arrière, cette
impulsion de démarrage est formée de trois impulsions élémentaires de polarité alternée,
la polarité de la première impulsion dépendant de la position de repos occupée initialement
par le rotor. La première impulsion élémentaire a pour rôle de lancer le moteur en
marche avant de façon que le rotor acquiert une énergie suffisante pour pouvoir franchir
le premier pas en marche arrière sous l'effet des deux impulsions suivantes.
[0008] Les instants d'application des impulsions d'entraînement et d'arrêt par rapport au
début de l'impulsion de démarrage peuvent être soit déterminés à l'avance, compte
tenu des caractéristiques du moteur, soit fixés en détectant une grandeur représentative
du mouvement du rotor, comme par exemple la tension induite par ce dernier dans la
bobine du moteur.
[0009] Cette façon de commander un moteur Lavet classique permet d'atteindre aussi bien
pour la marche avant que pour la marche arrière une fréquence très proche de la fréquence
théorique de synchronisme qui est de l'ordre de 200 Hz et conduit donc à des temps
de correction raisonnables pour une montre indiquant seulement les minutes et les
heures mais encore beaucoup trop longs pour une montre avec aiguille de secondes.
De plus, elle nécessite un circuit de commande du moteur relativement compliqué.
[0010] Une autre solution pour augmenter la vitesse maximale de fonctionnement d'un moteur
fait l'objet de la demande de brevet suisse déposée par la requérante le 4 mai 1984
sous le No 2 180/84. Il s'agit principalement de substituer à la bobine unique ou
à chaque bobine d'un moteur pas à pas existant deux enroulements ou plus et de brancher
ces enroulements en série pour faire fonctionner le moteur à petite vitesse et en
parallèle pour le faire tourner à vitesse élevée. Naturellement, il y a le plus souvent
intérêt à ce que le nombre total de spires des enroulements et la somme de leurs résistances
soient égaux ou presque respectivement au nombre de spires et à la résistance de la
bobine qu'ils remplacent, ceci afin que malgré la modification apportée à son bobinage
le moteur continue à avoir pratiquement les mêmes caractéristiques et les mêmes performances
lorsqu'il tourne lentement. D'autre part, il est clair que, lorsque les enroulements
sont connectés en parallèle, la résistance et l'inductance propre de l'ensemble sont
plus faibles que celles d'une seule bobine et que, par conséquent, le transfert d'énergie
de la source de tension d'alimentation au rotor du moteur est augmenté et facilité.
Il s'ensuit que la durée ou, plus généralement, l'énergie des impulsions motrices
à appliquer au bobinage peut être réduite dans une large mesure et la vitesse maximale
de fonctionnement du moteur nettement accrue.
[0011] Dans le cas d'un moteur de type Lavet, cette solution permet, à elle seule et comme
celle de la demande de brevet EP 0 103 542, d'atteindre une fréquence proche de 200
Hz mais en ne nécessitant pas un circuit de commande aussi compliqué, même s'il est
prévu de faire tourner le moteur dans les deux sens.
[0012] Elle présente par ailleurs au moins deux avantages. Le premier est qu'elle peut être
appliquée à différents types de moteurs pas à pas, notamment parmi ceux qui servent
actuellement à la fabrication de montres ou autres pièces d'horlogerie. Le deuxième
est que, combinée à la technique bien connue de l'asservissement, elle permet d'atteindre
effectivement la vitesse qu'il faut pour pouvoir munir une montre à aiguille de secondes
d'un système de correction électronique et qui doit être au moins de 1000 pas par
seconde.
[0013] Malheureusement, cette solution présente aussi des inconvénients. D'une part, elle
complique la fabrication du moteur du point de vue du bobinage. D'autre part, elle
augmente dans une large mesure à la fois le nombre de bornes de sortie et le nombre
de transistors de puissance qu'il faut prévoir dans le circuit de commande pour alimenter
le moteur. Par exemple, si l'on remplace la bobine d'un moteur Lavet classique par
deux enroulements, le nombre de bornes de sortie passe de deux à au moins quatre et
le nombre de transistors de quatre à au moins sept. Or, on sait que des transistors
de puissance occupent une grande surface sur une plaquette de circuit intégré et que
plus ce circuit comporte de bornes moins il est fiable et plus il revient cher.
[0014] La présente invention a pour but de fournir une solution pour augmenter la vitesse
maximale de fonctionnement d'un moteur pas à pas qui ne présente pas ces inconvénients.
[0015] Ce but est atteint grâce au fait que, dans un ensemble moteur selon l'invention qui
comprend un moteur pas à pas muni d'un rotor, d'un stator et d'une bobine couplée
magnétiquement au stator et pour lequel il existe des valeurs optimales de la résistance
et de l'inductance propre de la bobine et une durée optimale des impulsions motrices
à appliquer à cette bobine pour le commander qui lui permettent d'avoir un rendement
n de valeur maximale lorsqu'il est alimenté à une tension déterminée, ce rendement
étant défini par la relation

où T est le couple utile maximal que peut fournir le moteur, n le nombre de pas par
tour effectués par son rotor, V la tension à laquelle il est alimenté et 1 le courant
moyen qui lui est appliqué pendant une seconde; et un circuit de commande pour faire
fonctionner ce moteur à petite et à grande vitesse en lui appliquant des impulsions
motrices respectivement de fréquence basse et de fréquence élevée, les valeurs réelles
de la résistance et de l'inductance propre de la bobine du moteur sont inférieures
aux valeurs optimales et les impulsions motrices de fréquence basse sont telles que
ce moteur ait un rendement de valeur sensiblement égale à la valeur maximale lorsqu'il
fonctionne à petite vitesse.
[0016] De préférence, les impulsions motrices de fréquence basse sont des impulsions qui
ont la durée optimale et la tension déterminée en question et qui sont formées par
des trains d'impulsions élémentaires dont le rapport cyclique permet au rendement
n du moteur d'avoir sensiblement la valeur maximale lorsque celui-ci fonctionne à
petite vitesse.
[0017] Naturellement, la façon la plus simple et la plus économique de mettre en oeuvre
l'invention est de faire comme pour la solution donnée dans la demande de brevet CH
2 180/84, c'est-à-dire de partir d'un moteur pas à pas déjà mis au point et de substituer
à la bobine unique ou à chaque bobine de ce moteur une autre bobine qui a un nombre
de spires plus faible et qui est réalisée en un fil de même nature mais de diamètre
plus grand.
[0018] D'ailleurs, les deux solutions, celle de la présente invention et celle de la demande
de brevet suisse, relèvent en fait du même principe puisqu'il s'agit dans les deux
cas de réduire la résistance et l'inductance propre du bobinage d'un moteur pour augmenter
sa vitesse maximale de fonctionnement en évitant que cette diminution entraîne une
baisse des performances de ce moteur lorsqu'il doit tourner lentement, ce qui, dans
le cas d'une montre électronique, arrive le plus souvent.
[0019] Mais l'invention ne rend pas l'opération de bobinage plus compliquée et plus coûteuse.
Au contraire, elle la raccourcit et elle la facilite puisqu'il y a besoin de moins
de spires et que l'on peut utiliser un fil plus gros.
[0020] D'autre part, tant que l'on n'envisage pas de faire tourner le moteur à une vitesse
supérieure à une certaine limite au-delà de laquelle il n'est plus sûr que le rotor
ne fasse pas plus de pas qu'il ne doit, le circuit de commande n'a pas besoin de comprendre
plus de transistors de puissance ni de bornes de sortie que d'habitude. Comme cela
apparaîtra par la suite, ce n'est que lorsqu'il devient nécessaire de prévoir des
moyens de freinage que le nombre de transistors augmente mais il en faut encore moins
que pour pouvoir brancher sélectivement deux enroulements en série ou en parallèle.
[0021] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de plusieurs
modes d'exécution, description faite en référence au dessin annexé sur lequel :
- la figure 1 représente schématiquement une forme possible de réalisation de l'ensemble
moteur selon l'invention;
- la figure 2 est un ensemble de trois diagrammes qui montrent la forme des impulsions
motrices qui sont appliquées habituellement dans une montre à un moteur pas à pas
monophasé bipolaire de type Lavet et de celles qui sont appliquées au moteur de l'ensemble
moteur de la figure 1 pour le faire tourner à petite et à grande vitesse;
- la figure 3 est un autre diagramme qui montre comment varie l'énergie électrique
minimale à fournir au moteur pour qu'il fonctionne, à vide et en charge, en fonction
de la durée des impulsions motrices qui lui sont appliquées;
- la figure 4 est un schéma qui représente en détail un exemple de réalisation du
circuit de contrôle et de hachage qui fait partie de l'ensemble moteur de la figure
1;
- la figure 5 représente schématiquement une autre forme possible d'exécution de l'ensemble
moteur selon l'invention qui utilise la technique de l'asservissement;
- la figure 6 est un diagramme montrant comment le moteur de l'ensemble moteur de
la figure 5 est alimenté lorsqu'il tourne à grande vitesse;
- la figure 7 est un schéma de détail qui montre sous quelle forme peut éventuellement
se présenter le circuit de contrôle et de hachage qui fait partie de l'ensemble moteur
de la figure 5;
- la figure 8 est un diagramme qui montre, avec deux exemples, comment varient la
vitesse maximale de fonctionnement à vide et la consommation du moteur dans le cas
d'un ensemble moteur comme celui de la figure 5, lorsqu'une résistance est branchée
en série avec la bobine de ce moteur, en fonction de la valeur de cette résistance;
et
- la figure 9 montre en détail sous quelle forme se présente le circuit d'alimentation
du moteur dans un ensemble moteur semblable à celui de la figure 5, lorsqu'il est
effectivement prévu de brancher une résistance en série avec la bobine pour contrôler
la vitesse de ce moteur.
[0022] Il ressort déjà de ce qui précède que l'invention peut s'appliquer à toutes sortes
de montres analogiques, des plus simples aux plus sophistiquées.
[0023] Par ailleurs, comme on pourra s'en rendre compte par la suite, il est souvent possible
de partir non seulement d'un moteur existant mais aussi d'un circuit électronique
de montre déjà connu et d'apporter à ce circuit quelques modifications pour aboutir
à un ensemble moteur conforme à l'invention.
[0024] Le mieux est donc d'illustrer cette dernière par des exemples simples qui permettent
de mettre en évidence ces modifications qui, dans leur principe, sont toujours les
mêmes et qui restent toujours à la portée de l'homme de métier.
[0025] Pour cette raison, l'ensemble moteur qui est représenté schématiquement sur la figure
1 et dont les éléments pourraient appartenir à une montre sans aiguille de secondes,
se compose seulement d'un moteur pas à pas monophasé bipolaire 1, de type Lavet, et
d'un circuit de commande 2 prévu pour faire tourner ce moteur dans un seul sens, celui
indiqué par la flèche F, et à deux vitesses différentes, une vitesse faible lorsque
la montre doit fonctionner normalement et une vitesse élevée pour permettre de procéder
à une mise à l'heure rapide.
[0026] Le moteur 1 comprend classiquement un stator 3 qui est représenté sur la figure comme
étant en une seule pièce mais qui pourrait tout aussi bien être réalisé en deux parties,
un rotor 4 comprenant un aimant permanent cylindrique à aimantation diamétrale, entouré
par le stator, et une bobine 5 qui entoure un noyau 6 couplé magnétiquement au stator
3.
[0027] A l'exception de la bobine 5, les éléments du moteur 1 sont censés avoir exactement
les mêmes caractéristiques géométriques et physiques que ceux d'un moteur du même
genre, utilisé actuellement pour la fabrication de montres analogiques et n'ont par
conséquent pas besoin d'être décrits en détail ici. Il suffit de préciser que ces
caractéristiques sont celles pour lesquelles on a généralement l'habitude d'alimenter
le moteur par des impulsions motrices telles que celles qui sont représentées par
le diagramme a de la figure 2, c'est-à-dire des impulsions continues, de polarité
alternée et d'une durée de 7,8 ms, ceci lorsque la montre est prévue pour être équipée
d'une source d'énergie électrique fournissant une tension de 1,55 V, par exemple d'une
pile à l'argent, et lorsqu'elle est dépourvue de moyens pour adapter la durée des
impulsions motrices à la charge momentanée du moteur.
[0028] Cette durée de 7,8 ms correspond à un rendement optimal ou quasi-optimal du moteur
lorsqu'il fonctionne véritablement en pas à pas, dans son sens normal de rotation,
compte tenu du couple maximal qu'il doit fournir.
[0029] Le rendement dont il est question ici est celui qui est défini par l'expression

dans laquelle T est le couple utile maximal que doit être capable de fournir le moteur,
n le nombre de pas par tour effectué par son rotor, V la tension à laquelle il est
alimenté et 1 le courant moyen qui traverse son bobinage pendant une seconde, à vide,
c'est-à-dire lorsque son rotor n'est soumis à aucun couple résistant dû à des éléments
extérieurs.
[0030] A noter que cette expression du rendement qui est couramment utilisée en horlogerie
s'applique aussi bien à des moteurs à plusieurs bobines qu'à des moteurs qui n'en
ont qu'une. D'autre part, elle n'est pas liée à la forme des impulsions motrices qui
servent à commander le moteur.
[0031] Dans le cas d'un moteur monophasé bipolaire, lorsque l'on sait à quelle tension ce
moteur sera alimenté et quel couple utile maximal il devra fournir il est facile de
déterminer la durée d'impulsion qui correspond à un rendement maximal en faisant varier
cette durée et en mesurant l'énergie minimale E à fournir au moteur qui est égale
au produit de la tension inférieure de fonctionnement par la consommation qui est
égale, elle, au produit du courant moyen I
m par la durée
T des impulsions.
[0032] Comme le montre la courbe C
1 du diagramme de la figure 3, cette énergie électrique minimale E
m commence par décroître rapidement lorsque la durée d'impulsion
T augmente, puis passe par un minimum pour croître ensuite relativement lentement. La
durée
TD qui correspond au minimum est précisément celle pour laquelle le rendement du moteur
est maximal.
[0033] Naturellement cette durée
TO qui sera qualifiée par la suite de "normale" varie dans d'assez larges proportions
selon la façon dont le moteur est réalisé, c'est-à-dire selon la forme et les dimensions
des différents éléments, les matériaux qui les constituent, etc. Par exemple, pour
beaucoup de moteurs du genre Lavet qui sont utilisés actuellement pour la fabrication
de montres la durée τ
0 est de 7,8 ms mais il en existe également pour lesquels elle n'est que de 3,9 ms
environ.
[0034] Par ailleurs, on voit, toujours sur la figure 3, que lorsque l'on soumet le moteur
à une certaine charge on obtient pour l'énergie minimale de fonctionnement une autre
courbe, C
2, sensiblement de même forme que la courbe CI et dont le minimum a lieu pour la même
durée d'impulsion τ
0 qui continue à correspondre à un rendement maximal du moteur.
[0035] Bien entendu, en ce qui concerne les moteurs pas à pas à plusieurs bobines, la détermination
de la durée optimale des impulsions motrices est en général plus délicate car souvent
il ne suffit pas d'appliquer une impulsion à l'une des bobines pour faire franchir
un pas au rotor. Il faut au contraire alimenter simultanément ou consécutivement les
différentes bobines et par des impulsions motrices qui ne sont pas forcément des impulsions
simples. Certaines au moins de ces impulsions motrices peuvent en effet être formées
de deux impulsions élémentaires ou plus, de polarité différente. D'autre part, certains
moteurs peuvent fonctionner en étant commandés de plusieurs manières distinctes qui
ne conduisent pas toujours aux mêmes performances.
[0036] Malgré cela, il est toujours possible, ne serait-ce que par approches successives,
de trouver pour les impulsions motrices qui doivent être appliquées à chaque bobine
d'un moteur donné une durée qui permet d'obtenir le meilleur rendement et ceci pour
chacune des façons de commander ce moteur s'il en existe plusieurs.
[0037] Pour en revenir à l'ensemble moteur représenté sur la figure 1, l'originalité du
moteur 1 est que sa bobine 5 est réalisée de façon à avoir une résistance et une inductance
propre nettement inférieures à celles qui permettraient au moteur d'avoir effectivement
un rendement maximal si on l'alimentait par des impulsions motrices continues de 1,55
V et de 7,8 ms.
[0038] Cette réduction de la résistance et de l'inductance propre par rapport aux valeurs
qu'elles devraient avoir normalement peut être par exemple d'un facteur 4. Ceci peut
être facilement obtenu en réalisant la bobine 5 avec deux fois moins de spires qu'elle
devrait en comporter et en utilisant un fil dont le diamètre est /2 fois supérieur
à ce qu'il devrait être. Dans ce cas la bobine du moteur est équivalente aux deux
enroulements identiques de la demande de brevet CH 2 180/84 lorsque ceux-ci sont branchés
en parallèle.
[0039] Le circuit de commande 2 comprend quant à lui un oscillateur 7, composé d'un résonateur
à quartz et de son circuit d'entretien, qui délivre un signal de fréquence standard,
de 32 768 Hz par exemple, à un circuit diviseur de fréquence 8 qui fournit à sa sortie
un signal dont la fréquence est celle à laquelle doit tourner le moteur lorsque la
montre fonctionne normalement. Cette fréquence peut être par exemple de 1/30 Hz pour
que l'aiguille des minutes avance à raison de deux sauts par minute.
[0040] Le signal basse fréquence délivré par le diviseur 8 est transmis, avec d'autres signaux
périodiques de différentes fréquences prélevés aux sorties d'étages intermédiaires
de ce même diviseur, à un circuit convertisseur de forme d'onde 9 qui est chargé de
produire en permanence, d'une part, des impulsions continues de 7,8 ms dont la fréquence
est la même que celle du signal de sortie du diviseur et, d'autre part, des impulsions
également continues mais plus courtes que les précédentes et dcnt la fréquence est
sinon égale du moins très proche de la fréquence maximale à laquelle peut tourner
le moteur. Dans le cas particulier envisagé précédemment où la résistance et l'inductance
de la bobine du moteur sont quatre fois plus faibles qu'elles devraient, cette fréquence
des impulsions courtes peut être par exemple de 128 Hz et leur durée de 3,9 ms.
[0041] Les impulsions des deux types générées par le circuit convertisseur 9 sont transmises
séparément à un circuit de contrôle et de hachage 10 qui reçoit également le ou les
signaux de sortie respectivement d'un ou de plusieurs étages intermédiaires du circuit
diviseur de fréquence 8 et un signal binaire S provenant d'un contact actionnable
par un organe de commande manuelle tel qu'un bouton- poussoir ou une tige de mise
à l'heure, dont est munie la montre et qui n'est pas représenté sur la figure. Ce
circuit 10 est par ailleurs relié à un circuit 11 d'alimentation du moteur constitué
de manière classique par un pont de quatre transistors de puissance dans la diagonale
duquel est branchée la bobine 5.
[0042] On supposera que lorsque le signal de commande S est au niveau logique "0" la montre
fonctionne normalement et que, lorsqu'il est au niveau logique "1", la montre est
en mode de correction rapide.
[0043] Dans le second cas, le plus simple, le circuit de contrôle et de hachage 10 se contente
de transmettre telles quelles les impulsions courtes qui proviennent du circuit convertisseur
de forme d'onde 9 au circuit d'alimentation 11, de façon que la bobine re- çoive alors
des impulsions motrices continues de fréquence élevée et de polarité alternée comme
celles qui sont représentées par le diagramme b de la figure 2.
[0044] Par contre, dans le premier, le circuit 10 ne fait pas que transmettre les impulsions
de 7,8 ms qui lui sont appliquées au circuit 11. Il les hache à un taux déterminé,
en utilisant le ou les signaux qu'il reçoit du circuit diviseur de fréquence, afin
que les impulsions motrices appliquées à la bobine ne soient plus continues mais formées
de trains d'impulsions élémentaires comme ceux qui sont représentés par le diagramme
c de la figure 2, les impulsions élémentaires de chaque train ayant une polarité opposée
à celle des impulsions qui composent le train précédent. A noter que le diagramme
c ne montre que cinq impulsions élémentaires pour chaque impulsion motrice alors qu'il
y en a en fait un très grand nombre.
[0045] Le taux auquel le circuit 10 hache les impulsions de 7,8 ms du circuit convertisseur
9 ou, ce qui revient au même, le rapport cyclique des trains d'impulsions élémentaires
appliqués à la bobine est celui qui permet au moteur 1 d'avoir à faible vitesse sinon
exactement du moins très sensiblement le même rendement que si la résistance et l'inductance
propre de sa bobine avaient leurs valeurs habituelles et si cette dernière était alimentée
par des impulsions motrices normales, c'est-à-dire des impulsions de 7,8 ms continues.
[0046] Naturellement, plus la résistance et l'inductance propre de la bobine s'éloignent
des valeurs qu'elles devraient normalement avoir, plus le rapport cyclique des trains
d'impulsions élémentaires qui composent les impulsions motrices, c'est-à-dire le rapport
entre la durée de ces impulsions élémentaires et leur période, doit être faible.
[0047] Dans l'exemple envisagé précédemment où la résistance et l'inductance sont réduites
chacune au quart de leur valeur habituelle, ce rapport cyclique est égal à 0,5.
[0048] La figure 4 montre comment peut être réalisé le circuit de contrôle et de hachage
10 dans ce cas particulier.
[0049] Cette figure montre également la bobine 5 et le circuit d'alimentation 11 formé comme
cela a déjà été indiqué d'un pont de quatre transistors. Dans chaque branche de ce
pont se trouve un transistor de type p 12, respectivement 14, en série avec un transistor
de type n 13, respectivement 15. Les sources des transistors de type p 12, 14 sont
reliées à la borne positive + V de la source de tension d'alimentation de la montre
et celles des transistors de type n 13, 15 à sa borne négative, la bobine 5 étant
branchée entre le point commun des drains des transistors 12 et 13 et celui des drains
des transistors 14 et 15.
[0050] Pour en revenir au circuit 10, celui-ci comprend deux portes ET 16 et 17 à deux entrées
auxquelles sont appliquées respectivement les impulsions de 7,8 ms et les impulsions
courtes, de 3,9 ms-par exemple, produites par le circuit convertisseur de forme d'onde
9 (voir figure 1). La porte 17 reçoit également le signal de commande S et la porte
16 le signal S inversé.
[0051] Les sorties de ces deux portes ET sont reliées aux deux entrées d'une porte OU 18
dont la sortie est connectée, d'une part, à l'entré
e d'une bascule de type T qui change d'état chaque fois que son entrée passe du niveau
logique "0" au niveau "1" et, d'autre part, à des premières entrées de deux portes
ET 20 et 21 qui en possèdent trois, les deuxièmes entrées de ces portes 20 et 21 étant
reliées respectivement aux sorties Q et Q de la bascule 19.
[0052] Comme les impulsions de 7,8 ms doivent être hachées à 50 %, le circuit n'a besoin
pour effectuer ce hachage que d'un signal périodique fourni par le circuit diviseur
de fréquence 8. Ce signal dont la fréquence peut être par exemple de 1024 Hz est appliqué
à une entrée d'une porte OU 22 qui reçoit sur une autre entrée le signal S et dont
la sortie est connectée aux troisièmes entrées des portes ET 20 et 21, la sortie de
la première, 20, de ces portes étant reliée aux grilles des transistors 12 et 13 du
circuit d'alimentation 11 et celle de la deuxième, 21, aux grilles des transistors
14 et 15.
[0053] Lorsque la montre fonctionne normalement, le signal S étant au niveau logique "0",
la porte ET 16 est ouverte aux impulsions de 7,8 ms qu'elle reçoit et la porte OU
22 transmet le signal périodique qui lui est appliqué aux troisièmes entrées des portes
ET 20 et 21. Par contre, les impulsions courtes sont bloquées par la porte ET 17.
[0054] En dehors des périodes d'application des impulsions de 7,8 ms au circuit, la sortie
de la porte OU 18 étant au niveau "0", les portes ET 20 et 21 demeurent bloquées de
même que les deux transistors de type n 13 et 15 du circuit 11. Par contre, les transistors
de type p 12 et 14 sont conducteurs et court-circuitent la bobine 5 du moteur. En
ce qui concerne la bascule 19, sa sortie Q peut alors être soit au niveau "0", soit
au niveau "1".
[0055] En admettant que l'on se trouve dans le premier cas, c'est-à-dire que la sortie Q
est à "0", lorsqu'une impulsion apparaît ensuite à l'entrée de la porte ET 16, cette
sortie Q de la bascule passe, en même temps que l'entrée T de cette dernière, au niveau
"1". De ce fait, la porte ET 20 devient passante pour le signal périodique qu'elle
reçoit sur sa troisième entrée. Par contre, la porte ET 21 reste bloquée du fait que
les états logiques de ses première et deuxième entrées ont simplement été inversés.
[0056] Pendant 7,8 ms, chaque fois que la troisième entrée de la porte ET 20 et, par conséquent,
sa sortie passent au niveau "1", le transistor 12 se bloque alors que le transistor
13 devient conducteur et un courant passe dans la bobine, dans le sens de la flèche
F'. Au contraire, entre deux impulsions du signal périodique, le transistor 13 se
bloque à nouveau tandis que le transistor 12 redevient conducteur et la bobine 5 est
court-circuitée.
[0057] Au bout des 7,8 ms, l'entrée T de la bascule repasse à "0" et le signal périodique
n'est plus transmis par la porte 20.
[0058] Lorsqu'une nouvelle impulsion apparaît à l'entrée de la porte 16, la sortie Q de
la bascule 19 passe-au niveau "0" tandis que sa sortie Q passe au niveau "1" et c'est
cette fois la porte ET 21 qui transmet le signal périodique provenant de la porte
OU 22. Ce signal permet de commander les transistors 14 et 15 du circuit d'alimentation
de façon que la bobine 5 soit alternativement parcourue par un courant dans le sens
opposé à celui de la flèche F' et court-circuitée.
[0059] Après cette nouvelle impulsion de 7,8 ms, le circuit se retrouve dans la même situation
qu'au début.
[0060] Si à un moment donné le signal S passe au niveau "1", la porte ET 16 bloque les impulsions
de 7,8 ms qu'elle reçoit alors que la porte ET 17 laisse passer les impulsions courtes
de fréquence élevée qui lui sont appliquées. Ces impulsions sont transmises alternativement
par les portes ET 20 et 21, respectivement aux transistors 12 et 13 et aux transistors
14 et 15 qui commandent le passage du courant dans la bobine tantôt dans le sens de
la flèche F', tantôt dans le sens opposé. Par ailleurs, étant donné que la sortie
de la porte OU 22 reste au niveau "1" tant que le signal S y est aussi, les impulsions
motrices appliquées à la bobine sont continues.
[0061] Tant que le signal S change de niveau logique en dehors des périodes où le moteur
reçoit des impulsions motrices, ces dernières ont toujours la bonne polarité pour
faire tourner le rotor car, vu la façon dont est réalisé le circuit 10, une impulsion
motrice est toujours de polarité opposée à celle de la précédente.
[0062] Par contre, si le changement intervient pendant que la porte 16 ou la porte 17 est
en train de transmettre une impulsion provenant du circuit convertisseur, suffisamment
tôt pour que le rotor n'ait pas eu le temps de terminer un pas ou d'acquérir une énergie
suffisante pour cela, celui-ci revient en arrière et la première impulsion motrice
qui suit ce changement n'a plus la bonne polarité pour le faire tourner. Il faut attendre
la deuxième impulsion pour que le rotor fasse à nouveau un pas.
[0063] Apparemment, cette possibilité pour le rotor de rater un pas est surtout gênante
pour le passage de la grande à la petite vitesse car cela signifie que, aussitôt après
avoir été remise à l'heure, la montre peut retarder de, par exemple, une demi-minute
si la fréquence des impulsions de 7,8 ms est de 1/30 Hz.
[0064] En fait, il ne s'agit pas véritablement d'un inconvénient car il est clair que l'ensemble
moteur très simple qui a été décrit pourrait difficilement être utilisé tel quel dans
une montre. La fréquence des impulsions courtes est en effet trop grande pour qu'il
soit possible de n'en envoyer qu'un petit nombre, déterminé, au moteur ou d'interrompre
une correction au moment exact où l'aiguille des minutes atteint la position voulue.
Cet ensemble moteur qui permet seulement de procéder à des corrections importantes
et de manière approchée devrait donc être complété par des moyens pour produire des
impulsions de correction dont la fréquence basse pourrait être fixe ou variable en
fonction de la vitesse d'actionnement du même organe de commande que celui qui permet
d'effectuer les corrections rapides et grossières ou d'un autre et dont le nombre
pourrait être parfaitement contrôlé. De plus, il faudrait modifier le circuit de contrôle
et de hachage 10 qui recevrait également ces impulsions pour qu'il puisse les transmettre
au moment voulu au circuit d'alimentation 11 du moteur.
[0065] Comme toute correction commencée à grande vitesse devrait être parachevée en faisant
appel à ces moyens complémentaires, le fait que le rotor manque un pas lorsqu'il commence
à tourner rapidement et/ou au moment où le moteur reçoit la première impulsion de
correction basse fréquence serait sans importance.
[0066] Toutefois, si l'on voulait malgré tout éviter que des impulsions motrices puissent
être appliquées inutilement au moteur, on pourrait sans difficulté ajouter au circuit
de contrôle et de hachage modifié ou inclure dans un circuit de correction rajouté
des moyens pour refuser un changement de niveau du signal de commande S pendant la
durée de ces impulsions ou pour en retarder les effets, moyens qui deviendraient nécessaires
si le fonctionnement à vitesse élevée du moteur était utilisé non seulement pour de
simples mises à l'heure, mais également pour des changements de fuseau horaire ou
pour faire indiquer par les aiguilles autre chose que l'heure courante, par exemple
une heure d'alarme mémorisée.
[0067] On a affirmé précédemment qu'il était pratiquement toujours possible de partir d'un
circuit de commande déjà connu pour réaliser un ensemble moteur conforme à l'invention.
Il est facile de le prouver.
[0068] Par exemple, on trouve dans le brevet US 3,901,022 un circuit qui permet d'appliquer
au moteur monophasé et unidirectionnel d'une montre soit des impulsions motrices basse
fréquence de 7,8 ms lorsque cette dernière fonctionne normalement, soit des impulsions
de même durée et de 32 Hz lors d'une mise à l'heure. Globalement, le circuit qui a
été décrit ne s'en distingue que par le fait que les impulsions basse fréquence sont
hachées et que les impulsions de correction sont plus courtes et de fréquence nettement
plus élevée. Etant donné que la formation d'impulsions de durée et de fréquence déterminées
ne pose aucun problème et que la technique du hachage des impulsions pour la commande
d'un moteur pas à pas est maintenant bien connue, en particulier dans le domaine de
l'horlogerie, il est très facile pour l'homme du métier de modifier le circuit du
brevet américain pour aboutir à un autre circuit qui ne sera peut être pas exactement
celui de la figure 1 mais qui permettra de commander le moteur 1 de la même façon.
[0069] Autre exemple : il existe déjà beaucoup de montres avec lesquelles il est possible
de faire avancer l'aiguille des minutes et, par contre-coup, celle des heures à grande
vitesse ou lentement pour effectuer une mise à l'heure. Donc, plutôt que de compléter
le circuit qui a été décrit par des moyens qui permettent de procéder à des corrections
lentes mais précises, on pourrait très bien remplacer le circuit 2 par celui de l'une
de ces montres connues en lui apportant les mêmes modifications que celles qui ont
été indiquées précédemment à propos du brevet US 3,901,022. On aboutirait à un circuit
équivalent.
[0070] De même, on pourrait partir de circuits de montres déjà commercialisées qui utilisent
la technique dite du balancement, décrite dans le brevet US 4,112,671, pour faire
tourner un moteur de type Lavet dans les deux sens si l'on voulait associer au moteur
1 un circuit de commande qui permette d'effectuer des corrections dans les deux sens,
avance et retard.
[0071] Naturellement, on pourrait citer encore beaucoup d'autres exemples pour montrer que
ce qui a été dit est vrai mais cela n'est pas nécessaire.
[0072] Toutefois, il faut quand même préciser que, dans certaines montres connues et notamment
celles qui sont munies d'un système d'adaptation automatique de l'énergie des impulsions
motrices à la charge du moteur, le hachage des impulsions existe déjà. Il n'y aurait
donc pas à l'introduire pour aboutir à un ensemble moteur conforme à l'invention,
il suffirait de changer le ou les rapports cycliques des impulsions élémentaires qui
constituent les impulsions motrices.
[0073] Pour un moteur de type Lavet classique dont les caractéristiques mécaniques et électriques
sont les suivantes :
Nombre de spires de la bobine : N = 26600
Résistance de la bobine : R = 7400 Ω
Perméance du circuit : A = L/N2 = 40 nH (L : inductance propre de la bobine)
Valeur maximale du coefficient de couplage : γ0 = 0,25 µNm/At
Moment d'inertie du rotor : J = 3,5 · 10-12 kgm2
Couple de frottement sec : Cs = 3,5 · 10-8 Nm
Coefficient de frottement visqueux : f = 10-10 Nm/rd/s
[0074] Valeur maximale du couple de positionnement : T
2 = 0,35 µNm on obtient habituellement, pour une tension d'alimentation de 1,55 V et
des impulsions motrices continues de 7,8 ms, un couple utile maximal T
u de 0,22 µNm et un courant moyen I
m d'environ 105 µA, donc un rendement optimisé sensiblement égal à 42,4 %. Dans ce
cas, la fréquence maximale à laquelle le moteur peut être commandé est, comme on l'a
déjà indiqué, de l'ordre de 50 ou 60 Hz.
[0075] Dans le cas particulier envisagé précédemment où l'on remplace la bobine de ce moteur
par une autre qui présente une résistance et une inductance propre quatre fois plus
faibles, on aboutit exactement aux mêmes résultats en alimentant le moteur par des
impulsions hachées à 50 %. Par contre, avec des impulsions continues de 3,9 ms, le
couple utile passe à 0,30 µNm, le courant moyen à 518 µA et la fréquence maximale
de fonctionnement du moteur est multipliée par deux.
[0076] Comme en général et notamment dans le cas d'une montre il n'y a pas de raison d'avoir
un couple utile plus important à vitesse élevée qu'à vitesse faible, il est encore
possible de réduire la durée des impulsions continues jusqu'à ce que ce couple prenne
à peu près la même valeur que pour les impulsions de 7,8 ms hachées, ce qui arrive
pour une durée d'environ 3 ms. Ceci conduit à un accroissement supplémentaire d'à
peu près 30 % de la fréquence maximale et porte sa valeur à 130 ou 150 Hz.
[0077] Si l'on se reporte à l'exemple numérique donné dans la demande de brevet CH 2 180/84,
on peut constater que les valeurs qui viennent d'être indiquées sont les mêmes que
celles qui sont obtenues lorsque l'on remplace la bobine de 26600 spires et de 7400
n du moteur par deux enroulements identiques de 13300 spires et de 3700 n chacun et
lorsque l'on branche ces enroulements en série ou en parallèle pour faire tourner
le moteur respectivement à petite et à grande vitesse.
[0078] Donc, là encore, on s'approche de la fréquence théorique de synchronisme du moteur
classique dont on est parti, qui est à peu près de 200 Hz, et rien n'empêche de réduire
davantage la résistance et l'inductance de la bobine pour obtenir une fréquence maximale
encore plus élevée.
[0079] D'autre part, il est tout à fait possible de combiner la solution de l'invention
avec celle qui est décrite dans la demande de brevet EP 0 103 542 et qui, comme on
l'a déjà dit, permet elle aussi d'atteindre une fréquence maximale très proche de
la fréquence de synchronisme.
[0080] Vu que cette dernière est donnée par la formule :

où N désigne ici encore le nombre de spires de la bobine du moteur, γ
0 la valeur maximale du coefficient de couplage et U
i la tension induite dans la bobine par le mouvement du rotor, il suffit de diviser
par deux le nombre de spires pour la doubler.
[0081] L'utilisation simultanée des deux solutions permet donc d'atteindre une fréquence
maximale de l'ordre de 400 Hz et même plus.
[0082] Malheureusement, cela est encore insuffisant pour une montre avec aiguille de secondes
car une correction de six heures prendrait alors plus de 50 secondes.
[0083] Pour obtenir des temps de correction acceptables, il faut faire appel à la fois à
l'invention et à la technique bien connue de l'asservissement.
[0084] La figure 5 montre schématiquement l'une des formes les plus simples sous lesquelles
peut alors se présenter l'ensemble moteur selon l'invention. Cette forme possible
d'exécution correspond à celle qui a été décrite précédemment, c'est-à-dire que l'ensemble
moteur représenté sur la figure 5 se compose simplement d'un moteur de type Lavet
1' identique à celui de l'ensemble moteur de la figure 1 et sur lequel il n'est, par
conséquent, pas nécessaire de revenir et d'un circuit de commande 2' prévu pour ne
faire tourner ce moteur que dans un seul sens, à petite et à grande vitesse.
[0085] Comme le circuit 2 de l'ensemble moteur de la figure 1, le circuit de commande 2'
comprend, connectés l'un à la suite de l'autre, un oscillateur 7', un circuit diviseur
de fréquence 8', un circuit convertisseur de forme d'onde 9', un circuit de contrôle
et de hachage 10' qui reçoit un signal binaire de commande S' et un circuit d'alimentation
11' du moteur.
[0086] L'oscillateur 7' et le circuit d'alimentation 11' sont identiques à ceux du circuit
2. Par contre, le circuit diviseur 8' peut comporter moins d'étages que le circuit
diviseur 8 et fournir un signal de sortie de fréquence plus élevée et égale à 1 Hz
par exemple. D'autre part, le circuit convertisseur 9' est plus simple que le circuit
9 car il n'a plus à fournir au circuit de contrôle et de hachage 10' que des impulsions
de 7,8 ms à la fréquence du signal de sortie du circuit diviseur 8', pour le fonctionnement
du moteur 1' à petite vitesse.
[0087] En plus des éléments 7' à 11', le circuit de commande 2' comprend un circuit 30 pour
détecter en permanence, lorsque le rotor 4' tourne, un paramètre représentatif de
la position instantanée de celui-ci et pour appliquer une brève impulsion au circuit
de contrôle et de hachage 10' chaque fois que ce rotor passe par une position angulaire
bien déterminée ou par la position opposée. Ces positions peuvent être celles d'équilibre
statique mais il est préférable qu'elles soient situées avant, c'est-à-dire que chacune
d'elles se trouve entre une position d'équilibre statique et celle des deux positions
d'équilibre avec courant qui est angulairement la plus proche ou soit confondue avec
cette dernière. Quant au paramètre détecté, il peut s'agir de l'intensité du courant
dans la bobine 5', de la tension induite dans cette dernière par le mouvement du rotor,
de la variation de flux magnétique dans le stator 3', etc.
[0088] Le circuit 30 peut se présenter sous l'une des nombreuses formes qui ont été divulguées
dans le cadre de systèmes d'adaptation de l'énergie des impulsions motrices appliquées
à un moteur à la charge de celui-ci. Par exemple, pour la détection de la tension
induite, on peut utiliser le circuit qui est décrit dans le brevet US 4,446,413 et
pour la variation de flux celui qui figure dans le brevet US 4,430,007.
[0089] A noter que ce circuit de détection 30 a été représenté sur la figure comme étant
connecté aux bornes de la bobine 5', mais il pourrait aussi être relié à un ou plusieurs
points du circuit d'alimentation 11'. Tout dépend en fait du paramètre choisi et de
la façon dont le circuit est réalisé.
[0090] Lorsque le signal de commande S' est au niveau logique "0", le moteur tourne pas
à pas à petite vitesse et le circuit de commande 2' fonctionne alors exactement de
la même façon que le circuit 2 de la figure 1 sauf que les impulsions motrices hachées
sont appliquées au moteur à une fréquence un peu plus élevée et que le circuit de
contrôle et de hachage ne bloque plus des impulsions courtes de fréquence élevée provenant
du circuit convertisseur de forme d'onde mais des impulsions de même fréquence que
les impulsions motrices, produites par le circuit de détection 30.
[0091] Naturellement, il serait également possible de ne pas faire fonctionner ce circuit
de détection tant que le moteur tourne à faible vitesse mais il faudrait prévoir alors,
entre lui et la bobine 5' ou le circuit d'alimentation 11', un système de commutation
commandé par le signal S'.
[0092] Comme on le verra pas la suite, le fait que le signal S' puisse passer du niveau
logique "0" au niveau "1" pendant qu'une impulsion motrice est appliquée au moteur
aurait des conséquences beaucoup plus fâcheuses que dans le cas de l'ensemble moteur
de la figure 1. On supposera donc que le circuit de commande 2' comprend des moyens
non représentés qui permettent d'éviter cela.
[0093] Ainsi, lorsque le signal S' passe au niveau "1", le circuit de contrôle et de hachage
10' commande le circuit d'alimentation 11' de façon que la bobine 5' soit parcourue
par un courant de sens opposé par rapport à celui qui l'a traversée pendant la durée
de la dernière impulsion motrice et le rotor commence alors à tourner. Par ailleurs
à partir de ce moment, le circuit 10' bloque les impulsions de 7,8 ms qu'il reçoit
du circuit convertisseur 9'.
[0094] A l'instant où le rotor atteint l'une des positions de référence choisies, le circuit
de détection 30 envoie une impulsion au circuit 10' qui agit sur le circuit d'alimentation
pour inverser le sens du courant dans la bobine et continuer à faire tourner le rotor.
[0095] Lorsque ce dernier passe par l'autre position de référence, le circuit de détection
applique une nouvelle impulsion au circuit de contrôle et de hachage qui fait à nouveau
changer le sens du courant dans la bobine et ainsi de suite tant que le signal S'
est au niveau "1".
[0096] En d'autres termes, la bobine 5' est alors alimentée par des impulsions motrices
de tension V, de polarité alternée, qui se succèdent sans interruption, le début de
l'une de ces impulsions étant confondu avec la fin de la précédente.
[0097] Ceci est illustré par le diagramme de la figure 6 qui représente, en valeur algébrique,
la tension appliquée à la bobine en fonction de l'angle a de rotation du rotor. Ce
paramètre a été choisi de préférence au temps car, dans ce cas, la durée des impulsions
motrices n'est pas constante. En effet, à partir du moment où le rotor commence à
tourner, sa vitesse croit ce qui fait que cette durée diminue et elle ne devient constante
qu'à partir du moment où la vitesse du rotor atteint une valeur maximale qu'elle conserve
ensuite, ceci à condition bien entendu que le signal S' reste au niveau "1" suffisamment
longtemps.
[0098] Lorsque le signal S' repasse au niveau "0", le circuit de contrôle et de hachage
commande le circuit d'alimentation de façon que la bobine 5' soit court-circuitée
comme elle l'était juste avant que le niveau du signal S' passe à "1" et, à partir
de ce moment, il recommence à transmettre les impulsions basse fréquence de 7,8 ms
en les hachant et à bloquer les impulsions provenant du circuit de détection.
[0099] Le fait de court-circuiter la bobine du moteur permet de freiner efficacement le
rotor mais, vu la vitesse à laquelle celui-ci peut tourner, il y a peu de chance pour
que cela soit suffisant pour l'empêcher de faire un ou plusieurs demi-tours supplémentaires
après que le signal S' soit revenu à "0". Par ailleurs, si une impulsion motrice de
fréquence basse est appliquée à la bobine alors que le rotor continue à tourner celle-ci
peut, selon sa polarité et le moment où elle apparaît, contribuer à freiner le rotor
ou, au contraire, retarder son immobilisation. De plus, il n'est pas du tout sûr que
l'impulsion motrice qui vient après que le rotor se soit arrêté ait la bonne polarité
pour faire faire un pas au moteur. L'ensemble moteur qui vient d'être décrit globalement
ne peut donc convenir que pour des montres très simples et à condition d'être complété,
comme celui de la figure 1, par des moyens permettant de procéder à des corrections
lentes.
[0100] On indiquera par la suite une solution pour stopper le rotor au moment voulu.
[0101] La figure 7 montre en détail une manière de réaliser le circuit de contrôle et de
hachage 10' dans le cas particulier où les impulsions motrices appliquées au moteur
sont hachées avec un rapport cyclique égal à 0,5, ainsi que le circuit d'alimentation
11' avec ses quatre transistors de puissance 12', 13', 14' et 15' pour commander le
passage du courant dans la bobine 5'.
[0102] Dans cet exemple particulier de réalisation, le circuit 10' comporte tous les éléments
du circuit de la figure 4 qui sont désignés par les mêmes repères avec, en plus, le
signal ""' et qui sont connectés entre eux de la même façon à ceci près que la sortie
de la porte OU 18' n'est pas reliée à des entrées des portes ET 20' et 21' directement
mais par l'intermédiaire d'une porte OU 24 qui reçoit également le signal S'. Par
ailleurs, cette porte OU 18' n'a pas seulement deux entrées mais trois, l'entrée supplémentaire
étant reliée à la sortie Q d'un circuit monostable 23 dont l'entrée TR reçoit, elle
aussi, le signal S'. Enfin, pour la porte ET 17', les impulsions courtes du circuit
convertisseur de forme d'onde sont remplacées par les impulsions provenant du circuit
de détection 30. A noter que si l'on avait prévu de ne faire fonctionner ce dernier
que lorsque le moteur l' doit tourner à grande vitesse, cette porte 17' n'aurait pas
eu lieu d'exister.
[0103] Pour le fonctionnement du circuit, lorsque le signal S' est au niveau "0", il n'y
a rien de changé par rapport au circuit de la figure 4 sinon que la porte ET 17' bloque
maintenant les impulsions produites par le circuit de détection.
[0104] Au moment où le signal S' passe au niveau "1", la porte ET 16' qui reçoit les impulsions
de 7,8 ms du circuit convertisseur se bloque tandis que le circuit monostable 23 produit
une brève impulsion qui est transmise par la porte OU 18' à l'entrée de la bascule
19'. En supposant que, juste avant, les sorties Q et Q étaient respectivement aux
niveaux "0" et "1", celles-ci passent alors aux niveaux "1" et "0". A partir de cet
instant, toutes les entrées de la porte ET 20' sont au niveau "1" et sa sortie l'est
aussi. Par contre, la porte ET 21' reliée à la sortie Q de la bascule est bloquée.
Par conséquent, dès que le signal S' passe au niveau "1", un courant circule dans
la bobine 5' dans le sens de la flèche F'.
[0105] Lorsque la première impulsion provenant du circuit de détection est transmise par
les portes 17' et 18' à l'entrée T de la bascule 19', les niveaux des sorties Q et
Q de celle-ci s'inversent de même que ceux des sorties des portes ET 20' et 21' et
le sens du courant dans la bobine change.
[0106] A la deuxième impulsion fournie par le circuit de détection, c'est à nouveau la porte
ET 20' qui a sa sortie au niveau "1", ce qui fait que le courant change encore de
sens et ainsi de suite.
[0107] Au moment où le signal S' revient au niveau "0", le circuit monostable 23 n'émet
aucune impulsion et tout se passe alors comme pour le circuit 10 de la figure 4.
[0108] On va voir maintenant ce qui aurait pu se produire avec pratiquement tous les circuits
de détection utilisables, si la possibilité d'un passage au niveau "1" du signal S'
pendant l'application d'une impulsion de 7,8 ms au circuit de contrôle et de hachage
n'avait pas été supprimée.
[0109] Admettons, toujours en considérant le circuit 10' de la figure 7, d'une part, que
le signal S' passe effectivement au niveau "1" pendant que la porte 16' est en train
de transmettre une impulsion et, d'autre part, que cette porte 16' et le circuit monostable
23 réagissent tous les deux instantanément au flanc de montée du signal S' appliqué
à leur entrée et que la bascule 19' ne perçoit pas l'inversion des niveaux des sorties
de ces éléments. Dans cette éventualité, le courant qui a commencé à traverser la
bobine 5' dans un sens continue à le faire après que le niveau du signal S' soit passé
à "1" et si le rotor a déjà dépassé la position de référence au moment où ce changement
survient, il vient se placer dans sa position d'équilibre avec courant et il y reste
tant que le niveau du signal S' n'est pas ramené à "0". Naturellement, si le rotor
n'a pas encore passé par la position de référence il n'y a pas de problème.
[0110] La même chose se passe dans le cas où la porte ET 16' réagit moins vite que le circuit
monostable.
[0111] Par contre, si la sortie de la porte 16' passe à "0" avant que celle du circuit monostable
passe à "1", les niveaux des sorties de la bascule 19' s'inversent de même que le
sens du courant dans la bobine. Si, à l'instant où cela se produit le rotor n'a pas
tourné de plus de 135° ou acquis une énergie cinétique suffisante pour le faire, il
revient en arrière pour se stabiliser dans son autre position d'équilibre avec courant
et rien ne change tant que le niveau du signal S' reste à "1".
[0112] Evidemment, l'utilisateur de la montre se rendrait très vite compte que les aiguilles
n'avancent pas et répéterait sa manoeuvre. Les chances pour que la même chose se produise
une deuxième fois étant minimes, le moteur se mettrait alors à tourner correctement.
Malgré tout, il vaut mieux supprimer cet inconvénient, d'autant plus que cela peut
être fait de manière très simple.
[0113] Pour un moteur dont les différents paramètres A, x
0, J, C
S' f et T
2 ont les valeurs qui ont été indiquées précédemment et dont la bobine a une résistance
et une inductance propre quatre fois plus faibles que celles qu'elle devrait avoir
normalement, le fait de faire tourner le rotor de façon continue en utilisant la technique
de l'asservissement permet d'obtenir une vitesse maximale à vide, c'est-à-dire pour
un couple utile T nul, d'environ 620 pas par seconde (en fait il serait plus juste
de dire demi-tours plutôt que pas). Ceci est encore trop peu pour une montre à aiguille
de secondes.
[0115] D'autre part, on constate qu'avec l'asservissement la consommation moyenne par pas
du moteur est légèrement plus faible que lorsque celui-ci fonctionne véritablement
pas à pas.
[0116] Il est clair qu'un rotor tournant à de telles vitesses ne peut pas s'arrêter brusquement
dès que le moteur cesse d'être alimenté. Donc pour pouvoir stopper ce rotor au moment
voulu, il faut préalablement le freiner.
[0117] Une solution efficace pour réaliser ce freinage consiste à connecter une résistance
de valeur adéquate en série avec la bobine pendant un certain temps avant d'interrompre
l'alimentation du moteur.
[0118] Naturellement, le freinage est d'autant plus important que la valeur de la résistance
est élevée et cette valeur doit être choisie en fonction des paramètres de la bobine,
de la vitesse à laquelle il est prévu de faire tourner le rotor et du temps pendant
lequel on envisage de brancher cette résistance. Elle sera en général du même ordre
de grandeur que celle de la bobine et elle pourra être, par exemple, sensiblement
égale à la différence entre la résistance que devrait avoir normalement la bobine
pour obtenir un rendement optimal en fonctionnement pas à pas à petite vitesse et
celle qu'elle a réellement.
[0119] Les courbes I et II du diagramme de la figure 8 représentent la variation de la vitesse
maximale à vide v du rotor en fonction de la valeur R' de la résistance qui est branchée
en série avec la bobine pour les deux moteurs qui ont été choisis comme exemples.
[0120] Dans le premier cas (courbe I), cette vitesse qui est de 624 pas par seconde en l'absence
de résistance passe à 305 pas par seconde pour une résistance de 1400 n, c'est-à-dire
qu'elle est à peu près réduite de moitié. Cela suffit déjà pour que le rotor s'arrête
sans effectuer de pas supplémentaires après l'interruption de l'alimentation du moteur.
Pour une résistance de 5000 n, ce qui correspond sensiblement à trois fois la résistance
de la bobine, la vitesse n'est plus que de 118 pas par seconde.
[0121] Pour le second moteur (courbe II), la vitesse décroît de 2075 à 665 pas par seconde
lorsque la valeur de la résistance passe de 0 à 5000 n. Cette diminution est importante
mais pas tout à fait suffisante. Par contre, une résistance d'environ 7000 Ω pourrait
convenir.
[0122] Ce même diagramme montre également comment varie, dans les deux cas, la consommation
moyenne par pas C exprimée en nano-ampères. Lorsque R' croît de 0 à 5000 Ω, cette
consommation passe en gros de 800 à 1765 nA pour le premier moteur (voir courbe III)
et de 535 à 1000 nA pour le second (voir courbe IV). Elle est donc à peu près doublée.
Toutefois, comme dans une montre le moteur n'est censé tourner à grande vitesse que
très rarement et comme, en plus, la période de freinage ne représenterait souvent
qu'une très faible partie du temps pendant lequel le moteur fonctionnerait ainsi,
ceci ne constitue pas un inconvénient.
[0123] La figure 9 montre comment doit être réalisé le circuit d'alimentation d'un moteur
tel que celui de la figure 1 ou de la figure 5 lorsque l'on fait effectivement appel
à cette solution de la résistance additionnelle pour freiner le rotor. On peut d'ailleurs
considérer que la résistance fait partie de ce circuit.
[0124] On voit qu'aux deux branches classiques formées chacune d'une transistor de type
p 12", respectivement 14", et d'un transistor de type n 13", respectivement 15", et
entre lesquelles est branchée la bobine 5" du moteur, s'ajoute une troisième branche
en parallèle avec les. deux autres et constituée elle aussi d'un transistor de type
p 31 et d'un transistor de type n 32 en série, la résistance additionnelle 33 de valeur
R' étant branchée entre le point de jonction des drains de ces deux transistors supplémentaires
31 et 32 et celui des drains des transistors 14" et 15".
[0125] Lorsque cette résistance doit être connectée en série avec la bobine, les transistors
14" et 15" restent bloqués et ce sont alors les transistors 31 et 32 qui coopèrent
avec les transistors 12" et 13" pour commander le passage du courant dans un sens
ou dans l'autre, à la fois dans la bobine et dans la résistance. En dehors de ces
périodes, les transistors 31 et 32 demeurent en permancence bloqués.
[0126] Du fait de la présence de six transistors au lieu de quatre dans le circuit d'alimentation
et du fait aussi que le circuit de commande est pratiquement obligé de connaître le
nombre de demi-tours que le rotor doit effectuer à grande vitesse pour pouvoir commencer
à le freiner au bout d'un certain temps, le circuit de contrôle et de hachage ne peut
plus avoir une forme aussi simple que celle de la figure 7. Comme il peut être réalisé
de nombreuses façons qui ne sont pas liées directement à l'invention et qui sont toutes
largement à la portée de l'homme de métier, ce circuit ne sera pas décrit ici. On
peut imaginer par exemple qu'il soit conçu pour commander le circuit d'alimentation
de la figure 9, de manière que le rotor fasse 1800 tours, c'est-à-dire que les aiguilles
de la montre avancent exactement d'une heure chaque fois qu'il reçoit une impulsion
de commande produite lorsque l'on exerce une action déterminée telle qu'une pression,
une traction ou une rotation rapide, sur un organe de commande manuelle.
[0127] Par ailleurs, il est tout à fait possible d'utiliser la résistance additionnelle
non seulement pour ralentir le moteur à la fin d'une période de fonctionnement à fréquence
élevée, mais également pour réguler la vitesse du rotor pendant toute cette période.
Dans ce cas, le circuit de commande du moteur doit comprendre en plus un dispositif
pour détecter la vitesse momentanée du rotor et des noyens pour connecter la résistance
en série avec la bobine pendant un temps déterminé lorsque cette vitesse dépasse un
certain seuil ou mieux pour brancher la résistance lorsque la vitesse devient supérieure
à une première valeur et la déconnecter dès que la vitesse tombe en-dessous d'une
seconde valeur inférieure à la première. Bien entendu, ce système de régulation doit
être rendu inopérant au moment de la phase de freinage finale.
[0128] On peut également prévoir plusieurs résistances additionnelles pour le freinage et/ou
la régulation de la vitesse du rotor ainsi que des moyens pour sélectionner l'une
ou l'autre de celles-ci, notamment lorsqu'il est question de faire fonctionner le
moteur non seulement à une vitesse faible et à une vitesse élevée mais aussi à une
ou plusieurs vitesses intermédiaires.
[0129] Enfin, il est évident que l'invention n'est pas limitée aux différents modes d'exécution
qui ont été décrits ou envisagés.
[0130] Par exemple, plutôt que de hacher les impulsions motrices basse fréquence, on pourrait
en réduire la hauteur, c'est-à-dire alimenter le moteur par une tension plus faible,
ou la durée ou bien encore combiner ces différentes solutions. L'essentiel est que
ces impulsions soient telles qu'elles permettent de compenser le mieux possible la
baisse de rendement du moteur due au fait que la résistance de sa bobine ou de chacune
de ses bobines ont des valeurs nettement plus faibles que celles qu'elles devraient
normalement avoir.
[0131] Par ailleurs, comme on l'a déjà souligné à plusieurs reprises, l'invention peut être
étendue à de nombreuses sortes de moteurs. En dehors des différents moteurs de type
Lavet, on peut citer comme exemples d'applications possibles les moteurs normalement
à une seule bobine mais véritablement bidirectionnels qui dérivent des moteurs du
genre précité et qui font l'objet du brevet CH 616 302 et de la demande de brevet
EP 0 085 648 ou le moteur biphasé dont plusieurs formes sont décrites dans les brevets
CH 625 646 et CH 634 696.
[0132] De plus, elle peut être utilisée dans d'autres secteurs que l'horlogerie.