La présente invention concerne, de manière générale, une pièce d'horlogerie à micro-génératrice avec indicateur de la réserve de marche. L'invention concerne plus particulièrement les moyens permettant de fournir cette indication de réserve de marche. Elle décrit également le procédé mis en oeuvre pour indiquer la réserve de marche.
Il est connu de l'art antérieur, notamment du document EP 0 762 243 au nom de la présente Demanderesse, une pièce d'horlogerie, représentée à la Figure 1, comprenant une source d'énergie mécanique formée par un barillet 1 dans lequel est logé un ressort 1a, à remontage manuel ou automatique, le dispositif de remontage n'étant pas représenté ici.
Le barillet 1 est couplé mécaniquement au rotor aimanté 2a d'une génératrice électrique 2 par l'intermédiaire de rouages 3. La génératrice 2 comprend au moins une bobine 2b de laquelle est engendrée une tension alternative Ug, lorsque le rotor aimanté 2a est entraîné en rotation, engendrant un champ magnétique symbolisé au moyen d'une flèche et avec lequel est couplée ladite au moins une bobine 2b.
Les bornes de la bobine 2b (ou des bobines) sont connectées à un redresseur 4 fournissant en sortie une tension redressée Ua, destinée à alimenter le circuit régulateur 6, dont il sera question ci-après.
Des organes analogiques d'affichage d'une indication horaire 5, typiquement un jeu d'aiguilles ou tout autre moyen classique d'affichage mécanique de l'heure, sont couplés mécaniquement au barillet au travers des rouages 3 du mouvement et sont solidaires en rotation du rotor 2a. La vitesse de rotation des aiguilles 5 est maintenue à une valeur moyenne constante grâce au circuit régulateur 6, qui est destiné à asservir la fréquence de la génératrice à une fréquence de référence, de sorte que la vitesse des aiguilles corresponde à la vitesse requise pour obtenir une indication correcte de l'heure.
Ce circuit régulateur 6, ne sera pas décrit en détail ici, l'homme du métier pouvant construire un tel dispositif d'asservissement en se référant à la description de la demande de brevet suisse N°686 332 au nom de la présente Demanderesse. Toutefois, pour rendre plus facile sa compréhension, on rappellera ici les éléments essentiels de ce circuit et son fonctionnement.
Ce circuit régulateur 6 comprend un oscillateur 6a stabilisé par un quartz de type horloger et un diviseur de fréquence 6b ramenant la fréquence de cet oscillateur 6a à une fréquence utilisable par un circuit logique qui commande 6c, au moyen d'un signal de commande, un organe de commutation 7, par exemple un transistor, pour freiner la génératrice 2 dans le but de réguler sa fréquence au niveau d'une fréquence de référence correspondant avantageusement à une indication correcte de l'heure par les organes d'affichage de l'indication horaire 5.
La pièce d'horlogerie selon ce document, comprend également un dispositif indicateur de la réserve de marche 9. Ce dispositif comprend un compteur 9a comptabilisant les signaux de freinage 8 successifs pendant une période de temps déterminée au moyen d'un diviseur de fréquence additionnel 9b. Une mémoire 9c est connectée en sortie du compteur 9b de manière à stocker les données comptabilisées pendant la période de temps déterminée, à la sortie de laquelle est connecté un décodeur 9d transformant les données stockées en un signal de commande de moyens d'affichage 9e de la réserve de marche comportant des traits successifs qui s'illuminent ou apparaissent jusqu'au point correspondant à la valeur de la grandeur mesurée ou calculée, réalisées aux moyens soit d'une bande colorée, soit d'une cellule à cristal liquide.
La solution préconisée dans le document EP 0 762 243 présente néanmoins l'inconvénient d'utiliser directement la puissance de la génératrice pour fournir une indication de la réserve de marche, ce qui a pour effet d'augmenter la puissance totale tirée de la génératrice, i.e. la puissance nécessaire pour fournir l'indication horaire et la puissance nécessaire pour fournir l'indication de la réserve de marche. Ainsi dans la plupart des cas, la puissance totale nécessaire représente une puissance instantanée supérieure à la capacité maximale que peut fournir la génératrice, ce qui peut s'avérer préjudiciable, d'une part, pour la précision de l'indication horaire et, d'autre part, pour la fourniture même de l'indication de la réserve de marche. Et, au mieux, pour les cas où les indications fournies restent correctes, l'autonomie de la pièce d'horlogerie est fortement réduite.
Il est également connu de l'art antérieur, notamment du document EP 0 875 807 déposé au nom de la présente Demanderesse, une pièce d'horlogerie à génératrice dont l'autonomie est plus élevée. Une telle pièce d'horlogerie, représentée à la figure 2, comprend en plus des éléments communs, portant les mêmes références numériques et déjà décrits en rapport avec la figure 1, un dispositif de stockage 10 destiné à emmagasiner et à restituer de l'énergie électrique constituée par une partie de l'énergie électrique de la génératrice 2. Ce dispositif de stockage 10 connecté aux bornes du redresseur 4, comprend un accumulateur classique 10a.
Lorsque le ressort de barillet 1 a est complètement désarmé et que le rotor 2a de la génératrice 2 ne tourne pas, la tension Ug est évidemment nulle. Si en outre, l'accumulateur 10a du dispositif de stockage 10 est déchargé, la tension Ua est également nulle, ou en tout cas insuffisante pour que la pièce d'horlogerie fonctionne. Si le ressort de barillet 1 a est alors remonté, il arrive un moment où le rotor 2a commence à tourner, et où les tensions Ug et Ua commencent à augmenter.
L'accumulateur 10a est complètement, ou au moins presque complètement, déchargé lorsque la pièce d'horlogerie est arrêtée. Lorsque le rotor 2a commence à tourner et que la tension Ua atteint une valeur suffisante, cet accumulateur 10a commence à se charger en absorbant une partie de l'énergie électrique fournie par la génératrice 2. Ce surcroît d'énergie électrique est bien entendu fourni par le ressort de barillet 1 a et provient de la conversion par la génératrice 2 d'une partie au moins de l'énergie mécanique du ressort.
Si le couple moteur fourni par le ressort de barillet 1a devient inférieur au couple limite de fonctionnement de la pièce d'horlogerie, l'énergie électrique produite par la génératrice 2 devient insuffisante pour alimenter correctement les divers composants du circuit régulateur 6. Mais, l'accumulateur 10a est alors au moins partiellement chargé, de sorte que le dispositif de stockage 10 maintient la tension Ua à une valeur telle que les composants du circuit régulateur 6 fonctionnent correctement. L'énergie électrique nécessaire à ce fonctionnement est alors fournie, au moins partiellement, par l'accumulateur 10a.
Ainsi, l'autonomie de cette pièce d'horlogerie, qui comporte un dispositif de stockage 10 capable d'emmagasiner, sous forme d'énergie électrique, une partie de l'énergie mécanique contenue dans son ressort de barillet, est augmentée grâce à des moyens qui permettent d'utiliser cette énergie électrique pour faire fonctionner la pièce d'horlogerie après que le ressort de barillet ne soit plus suffisamment armé.
Néanmoins, une pièce d'horlogerie telle que décrite dans le document EP 0 875 807 ne permet de stocker que l'excédent de puissance instantanée par rapport à celle nécessaire pour faire fonctionner correctement la pièce d'horlogerie. Ainsi, l'utilisation de cet excédent de puissance instantanée pour fournir une indication supplémentaire, comme par exemple la réserve de marche, présenterait les mêmes inconvénients que ceux décrits en liaison avec le document EP 0 762 243, à savoir une utilisation directe de la puissance tirée de la génératrice, ayant pour effet de réduire fortement l'autonomie de la pièce d'horlogerie, ce qui va à l'encontre du but recherché.
Afin de pallier les inconvénients de l'art antérieur, l'idée selon l'invention est de fournir une indication fiable de la réserve de marche sur requête de l'utilisateur, sans perturber le fonctionnement normal de la pièce d'horlogerie, i.e. tout en assurant une indication correcte de l'heure.
Dans le cadre de la présente invention, il a été mis en évidence que le dispositif de freinage électromagnétique de la génératrice permet, à pleine réserve de marche, c'est-à-dire avec le ressort du barillet complètement armé, de dégager une puissance moyenne relativement importante. L'idée est donc de modifier le dispositif de freinage de manière à récupérer et stocker électriquement l'énergie dissipée pendant les périodes de freinage, dans un laps de temps raisonnable afin de pouvoir afficher momentanément une information supplémentaire, comme par exemple, la réserve de marche.
Dans ce but, il est prévu des moyens d'accumulation d'énergie électrique pour stocker l'énergie dissipée lors des périodes de freinage de la génératrice ainsi que des moyens d'actionnement pour activer, sur requête, des moyens d'indication de la réserve de marche de la pièce d'horlogerie grâce à l'énergie électrique stockée précédemment. De cette manière, on ne réduit pas l'autonomie de la pièce d'horlogerie et, de plus, les moyens d'accumulation nécessaires sont simples, fiables et de taille réduite, comme par exemple un condensateur d'une valeur de l'ordre de 10 microfarads.
A cet effet, la présente invention a pour objet une pièce d'horlogerie à génératrice dont les caractéristiques sont énoncées dans les revendications indépendantes 1 et 10.
Des modes de réalisation avantageux de la présente invention font l'objet des revendications dépendantes.
Le procédé d'indication de la réserve de marche pour une telle pièce d'horlogerie sera aussi décrit dans la suite.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit de modes de réalisation de l'invention donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif et illustrés par les dessins annexés où :
L'invention procède, comme déjà mentionné, de l'idée générale qui consiste à accumuler l'énergie électrique dissipée lors des périodes de freinage de la génératrice en vue de disposer de suffisamment d'énergie pour indiquer, sur requête, la réserve de marche d'une pièce d'horlogerie.
En effet, il a été mis en évidence dans le cadre de la présente invention que l'énergie dissipée pendant les périodes de freinage de la génératrice représente une puissance moyenne instantanée d'environ un microwatt (soit un microampère de courant moyen sous environ un volt), insuffisante alimenter en continu un indicateur de réserve de marche. L'idée est de pouvoir accumuler, dans un laps de temps raisonnable, par exemple quelques minutes, une énergie suffisante pour afficher momentanément la réserve de marche. Une quantité d'énergie située entre 40 et 80 microjoules s'avère amplement suffisante. Cette énergie doit pouvoir également être libérée dans un cours laps de temps, i.e. on doit pouvoir disposer d'une puissance instantanée nettement plus élevée (jusqu'à mille fois plus) que la puissance moyenne de freinage dissipée, selon le type d'indicateur de la réserve de marche utilisé.
On va maintenant se référer à la figure 3, qui représente un schéma simplifié d'une pièce d'horlogerie selon un mode de réalisation préféré de l'invention. On retrouve un certain nombre d'éléments communs avec ceux présentés dans le cadre de l'art antérieur aux figures 1 et 2, éléments qui ne seront pas repris en détail ici et dont les références numériques restent inchangées.
Ainsi, on retrouve une pièce d'horlogerie munie d'une source d'énergie mécanique formée par un barillet 1 dans lequel est logé un ressort de barillet 1a. Le barillet est couplé mécaniquement, d'une part, à la génératrice 2 dont la tension alternative Ug engendrée en sortie est redressée au travers d'un redresseur actif 4 et, d'autre part, à des moyens d'affichage d'une indication horaire 5, classiquement des aiguilles, par l'intermédiaire des rouages 3 du mouvement horloger. La vitesse de rotation des aiguilles est maintenue à une valeur moyenne constante grâce au circuit de contrôle 6, ou circuit régulateur, destiné à asservir la fréquence de la génératrice 2 à une fréquence de référence, de sorte que la vitesse des aiguilles corresponde à la vitesse requise pour obtenir une indication correcte de l'heure.
La pièce d'horlogerie comprend en outre des moyens d'accumulation d'énergie électrique 11 agencés de manière à pouvoir accumuler l'énergie électrique dissipée lors des périodes de freinage de la génératrice 2, - i.e. lors des court-circuits appliqués à la génératrice par l'intermédiaire des moyens de commutation 7. Les moyens de commutation 7 sont activés par le circuit régulateur 6 lorsque la fréquence de la génératrice est supérieure à la fréquence de référence, i.e. lorsque la vitesse de rotation du rotor 2a est supérieure à la vitesse des aiguilles correspondante à une indication correcte de l'heure.
Ainsi, les moyens de commutation 7 peuvent occuper deux positions, une première position 7a, dans laquelle la génératrice 2 est connectée aux moyens d'accumulation 11 assurant une adaptation optimale d'impédance avec la génératrice de manière à tirer un maximum de puissance instantanément de cette dernière, ce qui a pour effet de la freiner et une deuxième position 7b, dans laquelle la génératrice 2 est connectée au circuit régulateur 6 permettant de contrôler la fréquence de la génératrice par rapport à une fréquence de référence correspondant à une indication correcte de l'heure.
Les moyens d'accumulation 11 sont formés préférablement par un élévateur de tension 11a et un élément d'accumulation 11b. L'élévateur de tension 11a peut être par exemple, une pompe de charges du type Dickson, constituée d'une pluralité d'étages disposés en cascade. Chaque étage de la pompe comprend un dispositif actif, par exemple une diode ou un transistor connecté en diode, qui conduit le courant dans un seul sens et une capacité de stockage. On notera bien entendu que d'autres types de pompe de charges pourront être utilisées. L'élément d'accumulation 11b peut être un simple condensateur de stockage dont la charge augmente un peu plus à chaque freinage. Compte tenu du rendement d'une telle pompe de charges 11a, l'élément d'accumulation 11 b, préférablement un condensateur de stockage ayant une capacité de l'ordre de 10 microfarads à 3 ou 4 volts, permet d'accumuler au bout de quelques minutes de freinage, une énergie de l'ordre de 40 à 80 microjoules.
On notera à cet effet qu'une fois l'élément d'accumulation 11b chargé, les moyens d'accumulation 11 continuent d'assurer une adaptation optimale de l'impédance, et par conséquent le freinage de la génératrice.
Selon une variante de réalisation, la pièce d'horlogerie comprend un indicateur, non représenté ici, disposé sur le cadran pour indiquer lorsque l'élément d'accumulation 11 b est suffisamment chargé pour alimenter un dispositif d'indication de la réserve de marche 12. Ce dispositif d'indication de la réserve de marche 12 comprend des moyens d'affichage de la réserve de marche 12a et un système de commande 12b de ces moyens d'affichage. Le système de commande 12b a été représenté ici de manière indépendante du circuit de contrôle 6, on notera cependant qu'il pourrait être tout aussi bien intégré dans le circuit de contrôle 6.
Le système de commande de l'affichage de la réserve de marche est actionné (signal P) par des moyens d'actionnement 13 de la pièce d'horlogerie accessibles extérieurement, comme par exemple un bouton poussoir dit « de requête ». Ce système de commande a pour rôle de fournir une indication précise de la réserve de marche (signal R) sur la base d'une mesure (signal C) de la réserve de marche transmise par le circuit de contrôle 6. L'énergie nécessaire pour afficher la réserve de marche est fournie par les moyens d'accumulation (signal A).
Diverses méthodes peuvent être mises en oeuvre pour mesurer la réserve de marche. Une première méthode consiste à pourvoir le système de commande 12b de moyens pour compter les freinages successifs sur des périodes de temps successives d'une durée prédéterminée et pour élaborer un signal d'affichage de la réserve de marche à partir du nombre de freinages survenus au cours de ces périodes de temps successives.
Une deuxième méthode consiste à pourvoir le système de commande 12b de moyens pour compter le nombre de fois que la génératrice est freinée, de moyens pour mesurer la durée de temps entre chaque freinage et pour élaborer un signal d'affichage de la réserve de marche en fonction du résultat de la mesure de durée.
Une troisième méthode consiste à pourvoir le système de commande 12b de moyens pour transmettre par couplage électrique entre la génératrice 2 et des moyens d'actionnement électromécanique, une mesure du courant moyen dissipé lors des périodes de freinage fournissant une indication de la réserve de marche aux moyens d'affichage.
Plusieurs moyens d'affichage de la réserve de marche peuvent être utilisés suivant la méthode choisie. Différents exemples de dispositifs d'indication de la réserve de marche sont représentés aux figures 4a-4c. Sur ces figures, le système de commande 12b a été intégré au circuit de contrôle 6. On retrouve donc un circuit de contrôle 14 recevant les différents signaux A, C et P fournissant respectivement l'énergie électrique nécessaire à l'affichage de la réserve de marche, l'indication de réserve de marche et la requête d'une telle indication de réserve de marche.
La figure 4a représente un premier exemple utilisant des moyens d'affichage numériques de la réserve de marche. Lesdits moyens d'affichage sont constitués par un afficheur 15a de type LCD (Liquid Crystal Display) agencés sur le cadran de la pièce d'horlogerie. L'indication de la réserve de marche est affichée de préférence en pourcentage par rapport à la réserve de marche maximale, correspondant au ressort complètement armé, ou en heures de réserve de marche restantes. Ces moyens d'affichage peuvent être utilisés avec l'une des deux premières méthodes exposées ci-avant.
Il est prévu de préférence de laisser actif l'afficheur LCD pendant une période de temps déterminée suffisante pour laisser à l'utilisateur le temps de lire l'indication de réserve de marche après que celui-ci a actionné le bouton poussoir de requête.
La figure 4b représente un deuxième exemple utilisant des moyens d'affichage optiques de la réserve de marche. Lesdits moyens d'affichage sont constitués par une diode électroluminescente 15b à haut rendement visible au travers d'une ouverture pratiquée sur le cadran de la pièce d'horlogerie. Dans ce cas, le circuit de contrôle 14 délivre de préférence des impulsions de courant Ir, chacune de ces impulsions représentant un pourcentage de la réserve de marche totale, par exemple 20%. Ainsi, 5 impulsions représentent une réserve de marche de 100%, soit une réserve de marche maximale. Ces moyens d'affichage peuvent être utilisés avec l'une des deux premières méthodes exposées ci-avant.
La figure 4c représente un troisième exemple utilisant des moyens d'affichage électromécaniques de la réserve de marche. Lesdits moyens d'affichage sont constitués par un organe d'affichage analogique, par exemple une aiguille 15c, se déplaçant en regard de graduations représentatives de la réserve de marche, disposées dans un guichet agencé sur le cadran de la pièce d'horlogerie. Cet organe d'affichage analogique 15c est entraîné un moteur pas à pas 16, par exemple de type Lavet bi-directionnel, ce dernier étant commandé par couplage électrique avec la génératrice lors des périodes de freinage, selon la troisième méthode exposée ci-avant.
Une première variante de réalisation de ce troisième exemple consiste à prévoir une indication de la réserve au moyen d'un moteur (16) Lavet bidirectionnel qui permet d'adapter automatiquement la position de l'organe d'affichage analogique (15c) quand cela s'avère nécessaire (signal C) au moyen d'une impulsion (signal R), c'est-à-dire un pas dans un sens ou dans l'autre suivant que la réserve de marche diminue ou augmente, utilisant l'énergie accumulée (signal A) par les moyens d'accumulation. Il est important de noter que selon cette première variante de réalisation, aucune intervention de l'utilisateur de la montre n'est nécessaire pour obtenir une indication de la réserve de marche à chaque fois que la réserve de marche varie d'une quantité prédéterminée, correspondant par exemple à un pas du moteur. Avantageusement, il est prévu de pouvoir ajuster manuellement (signal P) la position de l'indicateur de la réserve de marche, par l'intermédiaire d'un poussoir, afin de corriger un éventuel décalage entre la position du moteur et celle de l'indicateur. En effet, un tel décalage peut apparaître en cas de choc intervenant précisément pendant que le moteur effectue une adaptation de la position de l'organe d'affichage analogique.
Une deuxième variante de réalisation de ce troisième exemple consiste à prévoir une remise à zéro de l'organe d'affichage analogique 15c lors de l'actionnement du bouton poussoir de requête. Ainsi, le signal P reçu par le circuit de contrôle 14 commande, dans un premier temps, la remise à zéro de l'organe d'affichage puis, dans un deuxième temps, l'indication de la réserve de marche. L'organe d'affichage reste alors fixe dans la position d'indication de la réserve de marche jusqu'à la prochaine requête par l'utilisateur.
Une troisième variante de réalisation de ce troisième exemple consiste simplement à ajuster la position de l'organe d'affichage à chaque requête effectuée par l'utilisateur sans remise à zéro préalable.
Le procédé d'indication de la réserve de marche pour une telle pièce d'horlogerie est décrit ci-dessous. Le procédé comprend une étape préliminaire consistant à armer suffisamment le ressort de barillet de sorte que la pièce d'horlogerie puisse fonctionner correctement. Mise à part, la première variante de réalisation du troisième exemple présenté à la figure 4c, le procédé comporte ensuite les étapes suivantes consistant à :
Une étape intermédiaire 1 bis (entre les étapes 1 et 2) peut être prévue. Cette étape 1 bis consiste à indiquer lorsque le niveau d'énergie accumulée est suffisant pour fournir une indication de la réserve de marche.
Le procédé d'indication de la réserve de marche pour la mise en oeuvre de la première variante de réalisation du troisième exemple représenté à la figure 4c, l'étape 2 concernant la requête effectuée par l'intermédiaire des moyens d'actionnement est remplacée par une étape consistant à :
On comprendra que diverses modifications et / ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différentes modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées. En particulier, la présente invention n'est pas limitée uniquement aux méthodes de mesure de la réserve de marche exposées ci-avant ainsi qu'aux différents exemples de moyens d'affichage de la réserve de marche mentionnés.
On notera également que d'autres moyens d'accumulation pourront être utilisés pour stocker l'énergie électrique dissipée lors des périodes de freinage de la génératrice. Concernant les moyens d'actionnement, il est possible d'utiliser à titre d'alternative, un détecteur de chocs au niveau de la glace de la pièce d'horlogerie, ou encore une tige-couronne.
On notera encore qu'il est possible d'augmenter l'autonomie de la pièce d'horlogerie selon l'invention en prévoyant un dispositif de stockage supplémentaire comme celui décrit dans le document EP 0 875 807, ce dispositif supplémentaire étant chargé au moyen du surcroît d'énergie électrique par rapport à l'énergie nécessaire pour un fonctionnement correct, lorsque la génératrice n'est pas freinée.