[0001] La présente invention a pour objet un dispositif de commande de deux moteurs pas-à-pas
bidirectionnels d'une piece d'horlogerie électronique, qui comportent chaucn deux
bobines.
[0002] Ce dispositif est utilisable notamment dans une montre analogique.
[0003] On peut être amené à équiper une montre de deux moteurs pas-à-pas pour diverses raisons,
par exemple pour augmenter le nombre de fonctions qu'elle peut remplir ou d'indications
qu'elle peut fournir par rapport à une montre à un seul moteur ayant les mêmes organes
indicateurs, ou pour permettre une correction à la fois électronique et rapide des
informations qu'elle affiche, ou pour les deux en même temps.
[0004] L'utilisation de'deux moteurs peut même parfois se justifier par le seul fait qu'elle
permet de réaliser une montre ayant les mêmes fonctions qu'une autre, à moteur unique,
mais par des moyens plus simples à la fois dans leur construction et dans leur utilisation.
[0005] Par exemple, on connaît des montres dans lesquelles un premier moteur actionne une
aiguille des secondes et une aiguille des minutes tandis qu'un second moteur entraîne
une aiguille des heures et un indicateur de date. Un tel agencement permet à la fois
une mise à l'heure rapide, un changement aisé de fuseau horaire et l'incorporation
facile à la montre d'une function chronographe.
[0006] Cette solution a même un autre avantage: la consommation en énergie est sensiblement
plus faible que si la montre n'avait qu'un seul moteur alimenté par des impulsions
motrices de durée fixe. En effet, le moteur qui n'entraîne que des aiguilles et qui,
par conséquent, n'est toujours soumis qu'à une charge faible, peut être alimenté par
des impulsions motrices de faible énergie. Par contre le moteur qui actionne le mécanisme
de calendrier a besoin, lui, d'impulsions nettement plus énergétiques, mais en nombre
beaucoup plus faible, par exemple une douzaine par heure. Ceci permet donc d'augmenter
la durée de vie la pile ou d'en réduire les dimensions.
[0007] Il est également connu, pour une montre qui ne comporte que les trois aiguilles habituelles,
d'entraîner celle des secondes d'une part et celles des minutes et des heures d'autre
part. Ces deux dernières peuvent alors servir à régler et à afficher sur commande
une heure d'alarme, tandis que l'aiguille des secondes est utilisée pour indiquer
par un mouvement particulier que l'heure affichée est celle d'alarme.
[0008] Que ce soit pour permettre une correction plus rapide des informations fournies par
la montre ou pour que les aiguilles puissent prendre le plus court chemin pour aller
d'une position à une autre lorsqu'elles sont utilisées pour indiquer autre chose que
l'heure courante, il est toujours préférable de prévoir des systèmes moteurs capables
de fonctionner dans les deux sens.
[0009] On dispose actuellement, dans le domaine de l'horlogerie, de plusieurs possibilités
pour réaliser un système moteur bidirectionnel. Une solution consiste à continuer
d'utiliser un moteur monophasé classique, de type Lavet par exemple, qui est conçu
pour ne tourner que dans un seul sens, et à lui ajoindre un circuit de commande capable
de produire et de lui appliquer des impulsions motrices adéquates pour le faire tourner
dans les deux sens.
[0010] Une autre possibilité est de faire appel à un moteur pas-à-pas spécialement conçu
pour tourner dans les deux sens et notamment à un moteur à deux bobines.
[0011] L'utilisation de moteurs de ce genre pose cependent des problèmes, surtout lorsqu-il
s'agit d'en inclure plusieurs dans une même montre. En effet, dans la plupart des
cas la conception du moteur nécessite que les deux bobines soient excitées à tour
de rôle pour provoquer la rotation du rotor dans un sens ou dans l'autre. Chaque bobine
doit donc être dimensionnée de manière à fournir, à elle seule, l'énergie nécessaire
à cette rotation, c'est-à-dire que chaque bobine doit avoir pratiquement le même volume
que celle d'un moteur pas-à-pas classique à un seul sens de rotation. Par contre il
existe des moteurs comme celui qui est décrit dans la demande de brevet allemand no
3 026 004 dont les deux bobines peuvent être excitées simultanément et contribuer
ensemble à la formation du champ magnétique créant le couple qui est appliqué au rotor.
De ce fait, le volume total des bobines peut être notablement diminué par rapport
à celui de bobines alimentées alternativement et être pratiquement égal à celui de
la bobine unique d'un moteur à un seul sens de rotation.
[0012] Toutefois, l'alimentation simultanée des deux bobines implique que le sens de courant
qui circule dans l'une d'elles soit inversé à peu près au milieu de l'impulsion motrice
qui lui est appliquée. Le circuit de commande du moteur doit donc nécessairement comporter
huit transistors de puissance formant de manière classique deux ponts de quatre transistors,
dans lesquels sont branchées respectivement les deux bobines. Pour une montre à deux
moteurs ce nombre de transistors devrait normalement être multiplié par deux. Ceci
est un inconvénient car il est bien connu que, contrairement aux circuits logiques
qui les commandent, les transistors de puissance occupent une grande surface sur la
plaquette du circuit intégré de la montre.
[0013] L'utilisation de moteurs dont les bobines sont excitées alternativement est, à cet
égard, plus avantageuse car, comme cela est indiqué dans le brevet suisse no 632 128
ou dans la demande WOA8 101 205, il est alors possible de ne prévoir que six transistors
pour alimenter les deux bobines d'un moteur. De plus, le nombre de bornes de sortie
du circuit intégré réservées à l'alimentation des bobines peut être réduit à trois
par moteur au lieu de quatre. Or, il est toujours souhaitable de limiter le plus possible
le nombre de bornes d'un circuit intégré pour améliorer sa fiabilité et diminuer son
prix de revient.
[0014] La présente invention a pour but de fournir un dispositif de commande pour deux moteurs
pas-à-pas bidirectionnels à deux bobines permettant d'alimenter simultanément les
deux bobines d'un même moteur avec un nombre réduit de transistors de puissance et
de limiter le nombre de bornes du circuit dans lequel ces transistors sont intégrés
avec les composants électroniques qui servant à les commander.
[0015] Ce but est atteint grâce au fait que le dispositif de commande selon l'invention
comprend:
- deux bornes d'alimentation entre lesquelles peut être branchée une source d'énergie
électrique,
- un premier circuit d'attaque comprenant trois branches de circuit connectées en
parallèle entre les bornes d'alimentation et comprenant chacune deux transistors en
série qui peuvent être commandés pour appliquer des impulsions de courant polarisées
à une première bobine de l'un des moteurs et à une première bobine de l'autre moteur,
ces premières bobines étant connectées, d'une part, toutes les deux au point de liaison
des transistors de l'une des branches et, d'autre part, respectivement aux points
de liaison des transistors des deux autres branches;
- un second circuit d'attaque comportant également trois branches connectées en parallèle
entre les bornes d'alimentation et comprenant chacune deux transistors en série qui
peuvent être commandés pour appliquer des impulsions de courant polarisées aux secondes
bobines des moteurs, ces secondes bobines étant connectées, d'une part, toutes les
deux au point de liaison des transistors de l'une des branches de ce second circuit
et, d'autre part, respectivement aux points de liaison des transistors des deux autres
branches; et
- des moyens pour appliquer séparément des signaux de commande à chaque transistor
des premier et second circuits d'attaque de façon que les deux bobines d'un même moteur
reçoivent simultanément les impulsions de courant nécessaires pour faire tourner ce
moteur et de façon à éviter l'application simultanée d'impulsions de courant à une
bobine de l'un des moteurs et à une bobine de l'autre.
[0016] Avant de décrire en détail une forme possible d'exécution qui permettra de mieux
faire comprendre l'invention il faut signaler que l'on a déjà proposé dans la demande
de brevet JP-A-57-55795 de commander deux moteurs à deux bobines chacun en utilisant
deux circuits d'attaque à six transistors et en connectant leurs bobines comme on
vient de l'indiquer mais il s'agissait alors de moteurs à courant continu unidirectionnels
destinés notamment à des magnétophones, donc très différents de ceux qui sont concernés
par l'invention.
[0017] La description qui suit se réfère au dessin annexé sur lequel
―la figure 1 est un schéma de circuit illustrant la forme d'exécution que l'on a choisi
de décrire à titre d'exemple;
―la figure 2 est un diagramme montrant des impulsions de courant qui peuvent être
utilisées pour commander deux moteurs tels que celui qui est décrit dans la demande
de brevet allemand précitée et auquel le circuit de la figure 1 peut être associé;
et
― la figure 3 représente, sous forme d'un schéma bloc, un circuit qui, dans le cas
de l'application de l'invention à une montre électronique, peut être associé à celui
de la figure 1 pour commander deux moteurs par des impulsions motrices telles que
celles qui sont représentées sur la figure 2.
[0018] Comme le montre la figure 1, le dispositif de commande selon l'invention comprend
deux circuits d'attaque Ci et C
2 comportant chacun trois branches connectées en parallèle entre deux bornes d'alimentation
b
1 et b
2 qui sont reliées respectivement au pôle positif et au pôle négatif d'une source d'énergie
électrique P, par exemple d'une pile.
[0019] Chacune des six branches est formée de deux transistors à effet de champ MOS complémentaires
branchés en série, les drains de ces transistors étant reliés entre eux et leurs sources
respectives connectées aux bornes d'alimentation b
1 et b
2. Sur la figure 1 les transistors à canal P portent les références T
11, T,
3, T
15 pour le premier circuit d'attaque Ci et T
21, T
23, T
25 pour le second circuit C
2. Les transistors à canal N sont, eux, désignés par T
12, T
14 et T
16, d'une part, et par T
22, T
24 et T
26, d'autre part.
[0020] Une première bobine B
11 de l'un des moteurs pas-à-pas à commander est branchée entre le point de liaison
des drains des transistors T
11 et T
12 et celui des drains des transistors T
15 et T
16, tandis qu'une première bobine B
21 du second moteur est connectée entre le point de jonction des drains des transistors
T
15 et T,
6 et celui des drains des transistors T,
3 et T
14. De même les secondes bobines B
12 et B
22 des deux moteurs sont reliées, d'une part, toutes les deux au point de liaison entre
les transistors T
25 et T
26 et, d'autre part, respectivement aux jonctions entre les transistors T
21 et T
22 et entre les transistors T
23 et T
24.
[0021] Les moteurs auxquels appartiennent les quatre bobines B
11, B
12, B
21 et B
22 n'ont pas été représentés sur le dessin car il peut s'agir en fait de n'importe quel
genre de moteurs bidirectionnels utilisables dans une pièce d'horlogerie dont les
deux bobines peuvent ou doivent être alimentées simultanément et pour lesquels le
sens du courant doit être inversé au moins une fois dans l'une au moins des bobines
pendant la durée des impulsions motrices. De plus, le deux moteurs peuvent être différents.
[0022] Les grilles des transistors T
11 à T
16 et T
21 à T
26 reçoivent d'un circuit de commande non représenté sur la figure 1 mais dont un exemple
sera donné plus loin, des signaux de commande de durée et de polarité définies de
manière à bloquer ou à rendre conducteurs les transistors voulus pour que chacun des
moteurs tourne à la fréquence et dans le sens désirés, tout en évitant que les deux
moteurs fonctionnement simultanément.
[0023] Pour rendre conducteurs les transistors T
11, T
13, T
15, T
21, T
23 et T
25, le circuit de commande devra appliquer à la grille de chacun de ceux-ci un signal
logique "0". Au contraire un signal logique "1" permettra de les bloquer. Par contre
le circuit de commande devra appliquer aux grilles des transistors T,
2, T
14, T
16, T
22, T
24 et T
26 un signal logique "0" pour bloquer ces transistors et un signal logique "1" pour
les rendre conducteurs.
[0024] Comme c'est le cas en général dans les circuits logiques, on entend ici par signal
logique "0", respectivement "1", un signal ayant la même tension que le pôle négatif,
respectivement positif, de la source d'énergie P.
[0025] Par ailleurs, pour faire passer dans la bobine B
11, respectivement B
12, un courant positif, dans le sens de la flèche désignée par +, le circuit de commande
devra rendre conducteurs les transistors T
12 et T
15, respectivement T
22 et T
25. Au contraire, pour faire passer un courant négatif dans ces mêmes bobines, le circuit
de commande devra rendre conducteurs les transistors T
11 et T
16, respectivement T
21 et T
26.
[0026] De même, pour qu'un courant positif circule dans la bobine B
21, respectivement B
22, il faudra rendre conducteurs les transistors T
14 et T
15, respectivement T2
4 et T
25, alors que, pour faire passer un courant négatif dans ces mêmes bobines, il faudra
rendre conducteurs les transistors T
13 et T
16, respectivement T
23 et T
26.
[0027] De plus, il peut être utile, comme dans le cas d'un moteur unidirectionnel classique,
de court-circuiter pendant un certain temps au moins l'une des bobines du moteur qui
vient de recevoir des impulsions motrices, afin de diminuer la durée des oscillations
du rotor autour de sa position d'équilibre. Pour cela, le circuit de commande devra
rendre conducteur les deux transistors à canal N ou les deux transistors à canal P
aux drains desquels la bobine à court-circuiter est directement reliée.
[0028] Le dispositif qui vient d'être décrit permet donc de commander simultanément les
bobines de chacun des moteurs de la même façon que si les quatre bobines étaient branchées
chacune dans un pont de quatre transistors, mais en n'utilisant que douze transistors
de puissance qui occupent tous sensiblement la même surface sur le circuit intégré
et en économisant deux bornes de sortie pour ce circuit.
[0029] La seule limitation est que les deux moteurs ne peuvent pas fonctionner en même temps.
En fait, cela ne constitue pas un inconvénient, tout au moins dans le cas d'une montre
où un décalage de quelques millisecondes entre les déplacements de deux aiguilles
qui ne sont pas entraînées par le même moteur n'est pas gênant. Au contraire, même
lorsqu'il est possible de commander simultanément deux moteurs, il est préférable
de ne pas le faire car les pointes de courant que cela entraînerait du fait de la
consommation relativement importante des moteurs pourraient perturber le bon fonctionnement
du circuit intégré. De plus, il risquerait d'y avoir une influènce réciproque d'un
moteur sur l'autre en raison des champs magnétiques créés par les bobines.
[0030] Le diagramme de la figure 2 montre la forme des impulsions de courant que les circuits
d'attaque C, et C
2 de la figure 1 sont amenés à appliquer aux bobines B
11, B
12, B
21 et 8
22 lorsqu'il s'agit de commander deux moteurs tels que celui qui est décrit dans la
demande de brevet allemand no 3 026 004 précitée et qui tourne par pas de 180°. Ce
diagramme tient compte du choix qui est fait dans cette demande de brevet pour les
sens positif et négatif des courants dans les bobines.
[0031] La partie a de la figure 2 correspond au cas où les moteurs tournent tous les deux
dans un même sens, par exemple en marche avant, alors que la partie b correspond au
cas où les moteurs fonctionnent tous les deux en marche arrière. Bien entendu, cela
n'eclut pas la possibilité de faire tourner l'un des moteurs en marche avant alors
que l'autre fonctionne en marche arrière.
[0032] Pour faire tourner le premier moteur d'un pas en marche avant, lorsque son rotor
occupe une position de repos déterminée, il suffit d'envoyer d'abord simultanément
dans les deux bobines B
11 et B
12 des courants I
11 et 1
12 positifs et d'inverser ensuite, lorsque le rotor a tourné d'environ 90°, le sens
du courant 1
12 qui devient négatif, sans charger le sens du courant I
11.
[0033] Pour faire effectuer au moteur un nouveau pas dans le même sens, il faut envoyer
d'abord dans le deux bobines B
11, B
12 des courants négatifs puis, lorsque le rotor a tourné d'environ un demi pas, inverser
le sens du courant 1
12 dans la seconde bobine B
12.
[0034] Naturellement, il en est de même pour le second moteur. Il faut simplement veiller
à ce que des courants I
21 et 1
22 ne soient envoyés respectivement à la première, B
21, et à la seconde bobine 8
22 de ce deuxième moteur, que lorsque les bobines du premier moteur ne sont pas alimentées.
A noter que, par contre, les bobines du premier moteur peuvent très bien être court-circuitées
pendant l'envoi d'impulsions motrices au second moteur et inversement.
[0035] Pour faire tourner les moteurs en marche arrière, en partant de la même position
de repos que précédemment pour les rotors, il faut commencer par envoyer dans leurs
deux bobines des courants I
11, 1
12, respectivement 1
21, 1
22, négatifs, puis lorsque les rotors ont tourné d'un demi-pas, inverser le sens du
courant dans les premières bobines.
[0036] Un nouveau pas sera franchi dans le même sens lorsque les secondes bobines recevront
des courants positifs et les seconde bobines des courants tout d'abord positifs, puis
négatifs.
[0037] Sur la figure 2, les impulsions motrices appliquées aux deux moteurs ont été représentées
comme ayant la même fréquence et la même durée. Il est clair que cela ne sera pas
toujours le cas. Par exemple, dans la montre connue dont il a déjà été question précédemment
où un premier moteur entraîne une aiguille des secondes et une aiguille des minutes
tandis qu'un second moteur fait avancer une aiguille des heures et un indicateur de
date, en régime de fonctionnement normal, le premier moteur recevra des impulsions
motrices toutes les secondes et le second seulement toutes les cinq minutes si l'aiguille
des heures est entraînée à raison de douze pas par heure. Par ailleurs la durée des
impulsions sera plus longue pour le second moteur que pour le premier, étant donné
que ce second moteur devra entraîner un mécanisme de calendrier.
[0038] La figure 3 représente schématiquement un exemple de circuit de commande qui peut
être utilisé dans une montre, avec les circuits d'attaque de la figure 1, pour commander
deux moteurs semblables à celui de la demande de brevet allemand précitée.
[0039] Dans cet exemple les signaux de commande des transistors T
11 à T
16 et T
21 à T
26 (voir figure 1) sont fournis par une mémoire 4, de type ROM, qui comporte six sorties,
Si à S
6, qui sont reliées directement aux grilles des transistors T
11 à T
16 du premier circuit d'attaque C, et six autres sorties, S
7 à S
12, qui sont connectées également directement aux grilles des transistors T
21, à T
26 du second circuit d'attaque C
2. Cette mémoire comporte par ailleurs quatre entrées d'adresse, E, à E4, destinées
à recevoir des signaux logiques dont chaque combinaison correspond à un état de blocage,
de court-circuit ou de passage d'un courant positif ou négatif dans les différentes
bobines B
11, B
12, B
21, et B
22.
[0040] Le circuit de commande comprend également un oscillateur 1 englobant un résonateur
à quartz et son circuit d'entretien, un diviseur de fréquence 2 et une logique de
contrôle 3 qui élabore, à partir de signaux de différentes fréquences délivrés par
le diviseur et de signaux produits par des moyens de commande non représentés, les
signaux logiques qui doivent être appliqués aux entrées de la mémoire morte 4.
[0041] L'oscillateur 1 et le diviseur 2 sont classiques. Quant à la logique de contrôle
elle ne sera pas décrite en détail car son schéma dépend de la fonction qui est assignée
à chacun des moteurs et des moyens automatiques ou manuels qui sont prévues pour les
commander.
[0042] Le tableau ci-dessous résume le fonctionnement du circuit dans le cas simple où,
premièrement, les deux bobines de chaque moteur sont court-circuitées pendant un temps
déterminé après l'application d'impulsions motrices à ce moteur et où deuxièmement,
les bobines de l'un des moteurs ne sont alimentées puis court-circuitées que lorsque
les bobines de l'autre moteur sont hors service, c'est-à-dire ni alimentées en courant,
ni court-circuitées.
![](https://data.epo.org/publication-server/image?imagePath=1988/35/DOC/EPNWB1/EP84106787NWB1/imgb0001)
[0043] Dans ce tableau, les quatre colonnes intitulées ensemble "ETATS" indiquent les différentes
combinaisons d'états possibles des quatre bobines B
11, B
12, B
21 et B
22. Dans ces colonnes "OFF" signifie que la bobine désignée en tête est hors service,
"CC" signifie que la bobine est en court-circuit, "+" et "-" qu'un courant positif,
respectivement négatif, traverse la bobine.
[0044] Les quatre colonnes intitulées "ENTREES" donnent un exemple des combinaisons de quatre
signaux logiques qui sont appliqués aux entrées E
1 à E4 de la mémoire 4.
[0045] Enfin les douze colonnes intitulées "SORTIES" indiquent les états logiques que prennent
les sorties Si à S,
2 de la mémoire morte pour chacune des combinaisons des états logiques d'entrée.
[0046] Il est clair ce tableau n'est donné qu'à titre illustratif et qu'il existe beaucoup
d'autres possibilités pour commander les deux moteurs.
[0047] Par exemple, comme cela a déjà été indiqué, on pourrait ne court-circuiter qu'une
bobine par moteur au lieu de deux, ce qui reviendrait à modifier les 6ème et 11ème
lignes du tableau. Ces mêmes lignes devraient être supprimées si il n'était pas question
de mettre les bobines en court-circuit après les impulsions motrices.
[0048] Par ailleurs il peut être avantageux de faire fonctionner les deux moteurs presque
en même temps, c'est-à-dire d'appliquer des impulsions motrices aux bobines de l'un
des moteurs alors que les bobines de l'autre moteur sont encore court-circuit.
[0049] Il est également possible de court-circuiter les bobines de chaque moteur pendant
toute la durée qui sépare deux impulsions motrices successives. Comme dans le cas
précédent, pour chaque circuit d'attaque C
1, C
2, la mise en court-circuit d'une bobine doit alors se faire tantôt par les transistors
de type P, tantôt par les transistors de type N aux drains desquels cette bobine est
reliée, selon le sens du courant dans l'autre bobine, lorsque cette dernière n'est
pas elle-même court-circuitée. Pour les différentes possibilités qui viennent d'être
envisagées ainsi que pour un certain nombre d'autres le nombre de combinaisons d'états
pour les bobines ne dépasse pas seize et une mémoire à quatre entrées suffit. Cependent
il peut arriver que l'on soit obligé de prévoir au moins une entrée supplémentaire.
Par exemple, il est possbile de commander les moteurs en n'inversant pas brusquement
le courant dans l'une des bobines mais en l'interrompant d'abord pendant un certain
temps. Si, tout en restant dans le cas simple où les bobines de l'un des moteurs sont
alimentées pendant que les bobines de l'autre sont mises hors service après avoir
été court-circuitées, on utilise également cette possibilité il faut ajouter au tableau
ci-dessus huit étants de plus pour les bobines et pour les sorties de la mémoire.
"OFF", "OFF", "+", "OFF" est un exemple de ces états supplémentaires qu'il faut prévoir
pour les bobines.
[0050] Naturellement l'invention n'est pas limitée au mode particulier de mise en oeuvre
qui vient d'être décrit.
[0051] Par exemple il est possible de remplacer les transistors MOS des deux circuits d'attaque
par des transistors bipolaires.