MOTEUR PAS A PAS POUR MONTRE A QUARTZ STEPPER MOTOR FOR QUARTZ WATCH
Les montres à quartz qui comprennent un moteur pas à pas sont équipées d'un affichage analogique dont ce moteur est destiné à entraîner les aiguilles et éventuellement un anneau de quantième ainsi, parfois qu'un indicateur des jours de la semaine. Pour assurer la précision at- tendue d'une telle montre, il importe donc que son moteur avance exac¬ tement d'un pas à chaque impulsion qu'il reçoit du diviseur piloté par le quartz. Il doit vaincre en particulier les résistances qui lui sont oppo¬ sées périodiquement par les mécanismes accessoires (anneau de quantiè¬ me, indicateur des jours de la semaine) et ne pas se déplacer, par exem- pie à la suite de chocs, pendant les intervalles entre les impulsions. Les couples magnétiques qui le tiennent au repos et qui le font avancer doi¬ vent à cet effet être assez forts.Quartz watches which include a stepping motor are equipped with an analog display whose motor is intended to drive the hands and possibly a date ring as well as, sometimes, an indicator of the days of the week. To ensure the expected accuracy of such a watch, it is therefore important that its motor advances exactly one step at each pulse it receives from the divider controlled by the quartz. In particular, it must overcome the resistances which are periodically offered to it by the accessory mechanisms (date ring, indicator of the days of the week) and not move, for example following shocks, during intervals between pulses. The magnetic couples which keep it at rest and which move it forward must for this purpose be strong enough.
Par ailleurs, l'énergie électrique à disposition dans une telle montre, qui est fournie par une pile miniature, est réduite. Pour remplir fidèlement son rôle, le moteur de la montre doit par conséquent travailler avec le meilleur rendement possible. Pour cela, le pivotement du rotor du moteur doit être très libre afin d'éviter des pertes par frottement. En outre, la géométrie des pôles du rotor et du stator doit être très préci- se, car le moindre écart entraîne aussitôt une chute importante du couple du moteur.Furthermore, the electrical energy available in such a watch, which is supplied by a miniature battery, is reduced. To faithfully fulfill its role, the watch engine must therefore work with the best possible performance. For this, the pivoting of the motor rotor must be very free in order to avoid friction losses. In addition, the geometry of the rotor and stator poles must be very precise, since the slightest deviation immediately causes a significant drop in engine torque.
Dans les moteurs connus de ce genre, c'est le mode de pivote¬ ment du balancier des montres mécaniques qui a été retenu pour le pivo- tement du rotor. Les extrémités de l'arbre de ce dernier sont ainsi enga¬ gées dans des paliers qui peuvent être des pierres percées et qui sont portés, l'un, par une pièce du bâti du mouvement de la montre, et l'au-
tre, par une autre pièce de ce bâti <FR - A 2 242 802 et 2 276 724 ainsi que CH - A - 9 593/72) .In known motors of this kind, it is the mode of pivoting of the balance of mechanical watches which has been chosen for the pivoting of the rotor. The ends of the latter's shaft are thus engaged in bearings which can be drilled stones and which are carried, one by a part of the frame of the movement of the watch, and the be, by another part of this frame <FR - A 2 242 802 and 2 276 724 as well as CH - A - 9 593/72).
Or, en raison des inévitables tolérances de fabrication des pièces de bâti qui portent les paliers du rotor du moteur pas à pas, surtout des organes de repérage par l'intermédiaire desquels elles sont fixées l'une sur l'autre, les deux paliers du rotor ne seront jamais alignés l'un sur l'autre de la même façon dans les différentes pièces d'une série de fabrication. Si les défauts d'alignement de ces paliers ont une influence négligeable sur les frottements des pivots du rotor dans leurs paliers, il n'en va pas. de même de leur influence sur la géométrie des pôles du ro¬ tor et du stator. Pour tirer le rendement optimum du moteur; il faut donc prévoir des moyens de correction des positions respectives de ces pôles et retoucher pratiquement chaque pièce d'une série de fabrication.However, due to the inevitable manufacturing tolerances of the frame parts which carry the bearings of the rotor of the stepping motor, especially of the locating members by means of which they are fixed one on the other, the two bearings of the rotor will never be aligned with each other in the same way in the different parts of a production series. If the misalignments of these bearings have a negligible influence on the friction of the rotor pivots in their bearings, it does not apply. likewise their influence on the geometry of the poles of the rotor and the stator. To get the optimum performance from the engine; it is therefore necessary to provide means for correcting the respective positions of these poles and to touch up practically each part of a production series.
On connaît, il est vrai, des moteurs exempts de ce défaut d'ali- gnement, dans lesquels la partie médiane de l'arbre du rotor est engagée dans un palier lisse (US - A - 4 009 406 et FR - A - 2 435 150) . Les frottements qui en résultent et les dimensions de ces moteurs, les ren- dent inutilisables dans une montre à quartz.It is known, it is true, motors free from this defect in alignment, in which the middle part of the rotor shaft is engaged in a plain bearing (US - A - 4,009,406 and FR - A - 2 435 150). The resulting friction and the dimensions of these motors make them unusable in a quartz watch.
J existe même des moteurs synchrones à courant alternatif mono¬ phasé dans lesquels le rotor, qui tourne autour du stator et tient lieu de volant, est pivoté dans le stator à l'aide d'un seul roulement à billes (US - A - 2 421 301) . Ce mode de pivotement n'a cependant pas été utilisé jusqu'à présent pour , le rotor du moteur, d'une montre à quartz, peut-ê¬ tre dans la crainte que les billes constitueraient une surcharge malvenue du moteur en raison de leur inertie.There are even single-phase synchronous AC motors in which the rotor, which rotates around the stator and acts as a flywheel, is pivoted in the stator using a single ball bearing (US - A - 2 421,301). However, this pivoting mode has not been used so far for the motor rotor of a quartz watch, perhaps in fear that the balls would constitute an unwelcome overload of the motor due to their inertia.
L'idée d'améliorer le positionnement du stator par rapport au ro¬ tor, en évitant d'intercaler une pièce de bâti entre ces deux éléments, a aussi amené à utiliser un élément étroitement lié à l'un des paliers du rotor pour centrer le stator (FR - A - 2 242 802, FR - A - 2 276 724, CH - A - 9 593/72) . Dans le cas d'un rotor pivoté dans deux paliers, ^ cette solution souffre toutefois du défaut d'alignement de ces paliers dû aux tolérances de fabrication des pièces de bâti qui les portent. Par ail¬ leurs, le fait de centrer le stator sur le chaton d'un coussinet du rotor ou d'une saillie de la pièce de bâti formée autour de la forure de cette pièce destinée à recevoir un coussinet du rotor ne donne pas la garantie
que la surface sur laquelle le stator est centré soit elle-même centrée exactement sur l'axe de rotation du rotor.The idea of improving the positioning of the stator relative to the ro¬ tor, by avoiding interposing a piece of frame between these two elements, has also led to the use of an element closely linked to one of the bearings of the rotor to center the stator (FR - A - 2 242 802, FR - A - 2 276 724, CH - A - 9 593/72). In the case of a rotor pivoted in two bearings, ^ however, this solution suffers from misalignment of the bearings due to casting parts manufacturing tolerances wearer. Furthermore, the fact of centering the stator on the kitten of a rotor bearing or of a projection of the frame part formed around the bore of this part intended to receive a rotor bearing does not give the guarantee that the surface on which the stator is centered is itself centered exactly on the axis of rotation of the rotor.
La revendication 1 définit un ensemble d'éléments qu'on retrouve individuellement dans divers moteurs connus, mais qui, en combinaison, constituent un moteur fiable pour une montre à quartz et dont les pièces constitutives peuvent, de surcroît, être montées en série sans nécessiter des ajustages subséquents. Le palier unique du rotor met, en effet, le moteur à l'abri du défaut des moteurs dont le rotor est pivoté dans deux paliers tout, en permettant une construction moins haute. En outre, le centrage du stator sur le palier lui-même du rotor, rendu possible par le choix du type de palier, est manifestement plus précis que s'il est effec¬ tué sur un chaton ou une saillie recevant ce palier, car les billes sont calibrées rigoureusement et les faces du palier engagées respectivement sur l'arbre du rotor et dans le stator sont formées par tournage, de sorte que leur coaxialité est garantie.Claim 1 defines a set of elements which are found individually in various known motors, but which, in combination, constitute a reliable motor for a quartz watch and whose component parts can, moreover, be connected in series without requiring subsequent adjustments. The single bearing of the rotor, in fact, protects the motor from the defect of motors whose rotor is pivoted in two bearings while allowing a lower construction. In addition, the centering of the stator on the bearing itself of the rotor, made possible by the choice of the type of bearing, is obviously more precise than if it is effected on a kitten or a projection receiving this bearing, because the balls are rigorously calibrated and the faces of the bearing engaged respectively on the rotor shaft and in the stator are formed by turning, so that their coaxiality is guaranteed.
La revendication 2 assure le montage du moteur sur le bâti du mouvement de la montre sans perturber les positions relatives du rotor et du stator du moteur.Claim 2 ensures the mounting of the motor on the frame of the movement of the watch without disturbing the relative positions of the rotor and the stator of the motor.
Une forme d'exécution du moteur selon l'invention est représen¬ tée schématiquement et à simple titre d'exemple au dessin, dans lequel:An embodiment of the engine according to the invention is shown schematically and simply by way of example in the drawing, in which:
la Fig. 1 en est une vue en plan, etFig. 1 is a plan view thereof, and
la Fig. 2 une coupe diamétrale.Fig. 2 a diametral section.
Le moteur représenté comprend un arbre 1, qui est venu de fa- brication en une pièce avec un pignon 2,. formé à l'une de ses extrémi¬ tés. Une bague 3 est chassée sur l'arbre 1. Elle porte le chemin de rou¬ lement intérieur 4 des billes 5 d'un roulement à billes, qui constitue le palier unique de l'arbre 1 et par conséquent du rotor 6 du moteur. Le chemin de roulement extérieur 7 des billes 5 est formé sur une bague 8 , qui constitue le corps fixe du palier du rotor 6. Une rondelle 9, faite en une matière à haut pouvoir de coercition magnétique, est enfin chassée sur l'extrémité de l'arbre 1 opposée au pignon 2. Cette rondelle 9 est aimantée diamétralement, ainsi que l'indique la ligne en traits mixtes de la Fig. 1.The motor shown comprises a shaft 1, which has come in one piece manufacture with a pinion 2,. formed at one of its extremi¬ ties. A ring 3 is driven onto the shaft 1. It carries the inner rolling path 4 of the balls 5 of a ball bearing, which constitutes the single bearing of the shaft 1 and therefore of the rotor 6 of the engine. The outer raceway 7 of the balls 5 is formed on a ring 8, which constitutes the fixed body of the bearing of the rotor 6. A washer 9, made of a material with high magnetic coercion power, is finally driven out on the end of the shaft 1 opposite the pinion 2. This washer 9 is magnetized diametrically, as indicated by the line in phantom lines in FIG. 1.
Or-' I
La bague 8 est engagée à force dans une forure 10 de la platine 11 du mouvement de la montre. Elle porte, une collerette 12, qui s'étend au-dessus de la platine 11. Un barreau ferromagnétique 13 présente une ' ouverture 14 par laquelle il peut être engagé à frottement doux, mais sans jeu, sur la collerette 12. Ce barreau 13 constitue le stator du mo¬ teur. L'engagement décrit de l'ouverture 14 sur la collerette 12 a pour effet de centrer parfaitement le stator sur l'axe du rotor du moteur. Ce stator est maintenu axialement en place sur la platine 11 du mouvement de la montre par l'armature 15 d'une bobine 16, qui reçoit les impulsions de sortie du diviseur (non représenté) . Une seule vis de fixation 17 de l'armature 15 et du stator 13 sur la platine 11 a été représentée au des¬ sin, mais il est bien clair qu'une seconde vis identique pourrait être prévue à l'autre extrémité du barreau 13. La vis 17 est engagée dans un plot taraudé 18, monté dans la platine 11. Un trou 19, de plus grand diamètre que le plot 18, est percé dans le barreau 13, de manière à fournir un centrage grossier du stator par rapport à l'axe du rotor.Or- 'I The ring 8 is forcibly engaged in a bore 10 of the plate 11 of the movement of the watch. It carries a collar 12 which extends above the plate 11. A ferromagnetic bar 13 has an opening 14 through which it can be engaged with gentle friction, but without play, on the collar 12. This bar 13 constitutes the stator of the motor. The described engagement of the opening 14 on the flange 12 has the effect of perfectly centering the stator on the axis of the motor rotor. This stator is held axially in place on the plate 11 of the watch movement by the frame 15 of a coil 16, which receives the output pulses from the divider (not shown). A single fixing screw 17 of the armature 15 and the stator 13 on the plate 11 has been shown in the drawing, but it is quite clear that a second identical screw could be provided at the other end of the bar 13. The screw 17 is engaged in a threaded stud 18, mounted in the plate 11. A hole 19, of larger diameter than the stud 18, is drilled in the bar 13, so as to provide a rough centering of the stator relative to the rotor axis.
Deux évidements diamétralement opposés 20 sont formés dans le barreau 13, de sorte qu'en l'absence d'excitation de la bobine 16, le ro- tor 6 s'oriente de façon que son axe magnétique prenne la position re¬ présentée par la ligne en traits mixtes de la Fig. 1.Two diametrically opposite recesses 20 are formed in the bar 13, so that in the absence of excitation of the coil 16, the rotor 6 is oriented so that its magnetic axis takes the position presented by the dashed line in FIG. 1.
En supposant que le pôle sud de l'aimant permanent du rotor se trouve en bas dans la Fig. 1, la prochaine impulsion transmise à la bobi- ne 16 aura pour effet de produire une aimantation du barreau 13 telle qu'un pôle nord apparaîtra à gauche du rotor 6. Cette impulsion fera donc tourner le rotor 6 de 135° dans le sens des aiguilles de la montre. Dans l'intervalle entre cette impulsion et la suivante, de polarité inverse, le barreau 13 est désaimanté. Le rotor 6 tourne par conséquent encore de 45° dans le même sens, jusqu'à ce que son axe magnétique ait repris la potion représentée en traits mixtes de la Fig. 1, le pôle sud se trou¬ vant cette fois en haut.Assuming that the south pole of the permanent magnet of the rotor is at the bottom in Fig. 1, the next pulse transmitted to the coil 16 will have the effect of producing a magnetization of the bar 13 such that a north pole will appear to the left of the rotor 6. This pulse will therefore rotate the rotor 6 by 135 ° in the direction of watch hands. In the interval between this pulse and the next, of opposite polarity, the bar 13 is demagnetized. The rotor 6 therefore rotates another 45 ° in the same direction, until its magnetic axis has taken up the potion shown in phantom in FIG. 1, the south pole is this time at the top.
Comme les masses polaires du stator du moteur sont bien déter- minées, qu'elles occupent une position précise et que l'entrefer entre le rotor et le stator a les dimensions exactes voulues, grâce au centrage du stator sur l'axe du rotor, assuré par la collerette 12 du palier lui-même du rotor, il est possible d'engendrer, à chaque impulsion du diviseur, un couple optimum, relativement élevé, sur le rotor. La Fig. 2 montre
aussi que l'encombrement du moteur en hauteur est minime.As the polar masses of the stator of the motor are well determined, that they occupy a precise position and that the air gap between the rotor and the stator has the exact dimensions desired, thanks to the centering of the stator on the axis of the rotor, provided by the flange 12 of the bearing itself of the rotor, it is possible to generate, at each pulse of the divider, an optimum torque, relatively high, on the rotor. Fig. 2 watch also that the overall size of the motor is minimal.
Pour assurer l'entraînement du mécanisme d'affichage de la mon¬ tre, le pignon 2 est en prise avec un premier mobile 21 du train d'en- grenages actionnant ce mécanisme.
To drive the display mechanism of the watch, the pinion 2 is engaged with a first mobile 21 of the gear train actuating this mechanism.