EP2718769B1

EP2718769B1 - Source d'energie mecanique pour mouvement horloger a couple de sortie predefini

Info

Publication number: EP2718769B1
Application number: EP12732989.4A
Authority: EP
Inventors: Pascal Winkler
Original assignee: Haute Ecole Arc
Current assignee: Haute Ecole Arc
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2032-06-08
Also published as: CH705079A1; WO2012168443A2; EP2718769A2; WO2012168443A3

Description

Domaine technique

La présente invention concerne un mécanisme, agencé pour délivrer de l'énergie mécanique à un rouage de finissage d'un mouvement horloger sous la forme d'un couple de sortie prédéfini transmis à un premier mobile du rouage de finissage. Ce mécanisme comporte un ressort de barillet dont une extrémité, interné, est solidaire d'un arbre de barillet et une extrémité, externe, est solidaire d'un tambour de barillet, une première de ces extrémités étant destinée à être reliée cinématiquement au premier mobile du rouage de finissage. Le mécanisme comporte en outre un train d'engrenages agencé pour assurer une liaison cinématique entre les extrémités du ressort de barillet et permettre un transfert d'énergie mécanique entre elles.
Le train d'engrenages comprend avantageusement un train planétaire présentant

une première entrée-sortie destinée à être reliée cinématiquement à un mécanisme de remontage du ressort de barillet,
une seconde entrée-sortie reliée cinématiquement à une extrémité du ressort de barillet, et
une troisième entrée-sortie reliée cinématiquement à l'autre extrémité du ressort de barillet.

Etat de la technique

La réalisation de sources d'énergie mécanique pour mouvements horlogers est complexe et nécessite la prise en compte simultanée de plusieurs problématiques plus ou moins liées entre elles.
Une telle source d'énergie mécanique doit présenter un encombrement limité mais, dans le même temps, elle doit pouvoir emmagasiner suffisamment d'énergie mécanique pour offrir une réserve de marche satisfaisante au mouvement horloger correspondant. On notera que la quantité d'énergie qui peut être stockée dans un barillet est directement proportionnelle au volume de ce dernier.
Un inconvénient principal des ressorts de barillets réside dans le fait que le couple de sortie délivré par le barillet correspondant n'est pas stable en fonction de l'état de charge du ressort, c'est-à-dire tout au long du dévidage du barillet. Le ressort de barillet étant destiné à alimenter un résonateur mécanique en énergie mécanique, pour en entretenir les oscillations par l'intermédiaire d'un rouage de finissage, une fluctuation du couple qu'il délivre entraîne une fluctuation de la période des oscillations du résonateur mécanique, soit une variation non souhaitable de la précision de marche du mouvement horloger.
II découle de ce qui précède que, de manière générale, une plage d'utilisation du ressort de barillet est définie, dans laquelle la variation de couple entre les états de charge la plus élevée et la plus faible de la plage est jugée satisfaisante. Ceci implique qu'une portion de l'énergie emmagasinée par le ressort de barillet ne peut pas être exploitée.
Différents mécanismes complexes ont été proposés dans l'art antérieur pour stabiliser le couple délivré à l'oscillateur mécanique, dont notamment des échappements à force constante ou des remontoirs d'égalité. Toutefois, la construction de ces mécanismes, agencés en aval de la source d'énergie mécanique, est délicate et en limite la mise en oeuvre à des modèles de pièces d'horlogerie de très haut de gamme.
Certaines solutions ont été proposées pour agir plus amont, directement au niveau de la source d'énergie mécanique.
Un exemple d'un tel mécanisme, destiné notamment à réduire l'amplitude de la variation du couple délivré au rouage de finissage, est décrit dans la demande de brevet EP 2042944 A1 . Ce document décrit un mouvement horloger dont la source d'énergie mécanique est réalisée sous la forme d'un barillet logeant un ressort, de manière conventionnelle. Le mouvement comporte par ailleurs un mécanisme de comptage de la réserve de marche permettant de connaître à chaque instant l'état de charge du ressort de barillet.
Ce mécanisme de comptage contrôle un interrupteur agencé pour commander les déplacements d'une bascule destinée à agir sur un embrayage. L'embrayage est disposé dans un train d'engrenages assurant une liaison cinématique entre le tambour de barillet et l'arbre de barillet, pour permettre un transfert d'énergie mécanique entre les deux extrémités du ressort de barillet, plus précisément, une réinjection de l'énergie délivrée par le tambour dans le ressort de barillet au travers de l'arbre de barillet. Suivant la position angulaire de la bascule, l'embrayage est soit dans une configuration embrayée, dans laquelle un transfert d'énergie mécanique est possible, soit dans une configuration débrayée, dans laquelle le transfert d'énergie mécanique n'est pas possible.
Ainsi, partant d'un état de charge important du ressort de barillet, l'embrayage est dans sa configuration embrayée et une portion de l'énergie mécanique délivrée par le tambour est transférée depuis l'extrémité externe du ressort de barillet vers son extrémité interne, par l'intermédiaire du train d'engrenages. Lorsque le mécanisme de comptage détecte que l'état de charge du ressort atteint une valeur basse prédéfinie, il fait pivoter la bascule pour faire passer l'embrayage dans sa configuration débrayée, interrompant de ce fait le transfert d'énergie. A partir de cet instant, la totalité de l'énergie délivrée par le tambour est envoyée dans le rouage de finissage du mouvement horloger.
Grâce à ce mécanisme, l'amplitude maximale de variation du couple délivré par le tambour de barillet est plus faible qu'avec une source d'énergie mécanique conventionnelle, notamment parce qu'il permet de limiter la valeur initiale du couple délivré lorsque le ressort de barillet est complètement chargé.
Deux avantages supplémentaires sont en outre obtenus. D'une part, le couple maximal délivré étant inférieur à celui des sources d'énergie de l'art antérieur, l'usure du rouage de finissage est réduite. D'autre part, le fait de recharger le ressort de barillet avec son trop plein d'énergie, en début de dévidage, permet d'augmenter la réserve de marche du mouvement horloger correspondant.
Toutefois, le mécanisme décrit ci-dessus ne répond que partiellement au problème présenté plus haut en relation avec la variation du couple délivré par le barillet. On notera en particulier que, à partir du moment où l'embrayage est placé dans sa configuration débrayée, la source d'énergie décrite se met à fonctionner de manière identique à celle d'une source d'énergie conventionnelle, c'est-à-dire en présentant une même décroissance progressive du couple délivré. On obtient ainsi deux plages de fonctionnement associées à des variations de couple similaires mais d'amplitudes respectives réduites par rapport à l'art antérieur.
On relèvera également que la structure de ce mécanisme est complexe et encombrante, non seulement du point de vue de la structure du mécanisme de comptage de la réserve de marche, qui présente des aménagements par rapport à l'état de la technique, mais également dans la mise en oeuvre du train d'engrenages assurant la réinjection de l'énergie mécanique vers l'arbre de barillet.
La demande de brevet EP 1975746 A1 décrit un mécanisme alternatif à celui qui vient d'être décrit mais dont la construction est également très complexe.

Divulgation de l'invention

Un but principal de la présente invention est de proposer un mécanisme de structure simple, compact et, agissant directement au niveau de la source d'énergie mécanique, pour limiter autant que possible la variation du couple délivré.
A cet effet, la présente invention concerne plus particulièrement un mécanisme du type mentionné plus haut, caractérisé par le fait que le train planétaire comporte un satellite comprenant une première roue non circulaire agencée en prise avec une première roue solaire non circulaire. La quantité d'énergie réinjectée à partir d'une extrémité du ressort de barillet vers l'autre peut ainsi être contrôlée. En particulier, les roues non circulaires peuvent présenter des périphéries respectives telles que le couple transmis au premier mobile du rouage de finissage est sensiblement constant.
Une telle construction permet de simplifier le mécanisme par rapport à celui qui vient d'être décrit en relation avec l'art antérieur, en prévoyant une liaison cinématique permanente entre les deux extrémités du ressort de barillet, grâce à la mise en oeuvre d'un train planétaire.
Suivant une première variante de réalisation, on peut avantageusement prévoir que le couple de sortie est transmis au rouage de finissage à partir du tambour de barillet, le train planétaire étant agencé pour permettre un transfert d'énergie depuis l'extrémité externe du ressort de barillet vers son extrémité interne.
Dans ce cas, le train planétaire comporte préférablement un porte-satellite, destiné à être relié cinématiquement au mécanisme de remontage et, portant le satellite dont la première roue non circulaire est solidaire d'une seconde roue de satellite et coaxiale à cette dernière, la première roue non circulaire de satellite présentant une liaison cinématique avec le tambour de barillet, tandis que la première roue solaire non circulaire présente une liaison cinématique avec l'arbre de barillet. En outre, la première roue solaire non circulaire est avantageusement coaxiale à l'arbre de barillet en étant solidaire de ce dernier en rotation.
Grâce à ces caractéristiques, peu de modifications sont nécessaires, partant d'un barillet conventionnel, pour mettre en oeuvre le mécanisme selon l'invention. Le mécanisme répondant aux caractéristiques ci-dessus permet de réinjecter une portion de l'énergie délivrée par le tambour de barillet au niveau de son arbre. Grâce à la forme non circulaire des roues du train planétaire, la portion d'énergie prélevée en sortie de tambour pour être réinjectée peut être ajustée de manière continue, en fonction de l'état de charge du ressort de barillet et donc, en fonction du couple délivré au rouage de finissage. II est ainsi possible de prélever à chaque instant une quantité d'énergie mécanique telle que le couple effectivement délivré au rouage de finissage est sensiblement constant.
Dans le cas ci-dessus, le mécanisme comprend préférablement une seconde roue solaire solidaire en rotation du tambour de barillet et agencée en prise avec la seconde roue de satellite.
Suivant un mode de réalisation alternatif, le train planétaire peut en outre être agencé pour permettre un transfert d'énergie depuis l'extrémité interne du ressort de barillet vers son extrémité externe ou le rouage de finissage.
Dans ce cas, le tambour de barillet définit avantageusement un porte-satellite du train planétaire, celui-ci portant le satellite dont la première roue non circulaire est solidaire d'une seconde roue de satellite non circulaire et coaxiale à cette dernière. La première roue non circulaire de satellite présente alors une liaison cinématique avec l'arbre de barillet, par l'intermédiaire de la première roue solaire non circulaire, la seconde roue non circulaire de satellite étant destinée à présenter une liaison cinématique avec le mécanisme de remontage, par l'intermédiaire d'une seconde roue solaire non circulaire.
La seconde roue solaire non circulaire est préférablement coaxiale à l'arbre de barillet en étant libre de tourner par rapport à ce dernier.
Grâce à ces caractéristiques, on obtient un effet supplémentaire en référence au premier mode de réalisation décrit plus haut, du fait que de l'énergie peut, non seulement, être réinjectée à l'arbre de barillet lorsque le couple de sortie délivré par le tambour est supérieur aux besoins, mais peut également être prélevée au niveau de l'arbre de barillet lorsque le couple de sortie délivré par le tambour de barillet devient insuffisant.
La présente invention concerne également un mouvement horloger muni d'un tel mécanisme ainsi qu'une pièce d'horlogerie comprenant un tel mouvement horloger.

Brève description des dessins

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée de modes de réalisation préférés qui suit, faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels:

les figures 1a, 1b et 1c représentent des diagrammes schématiques illustrant le fonctionnement d'un mécanisme selon un premier mode de réalisation préféré de la présente invention;
les figures 2a et 2b représentent des vues, respectivement de dessus et en coupe transversale, du mécanisme des figures 1a à 1c;
la figure 3 représente un diagramme illustrant le résultat de calculs réalisés pour la mise en oeuvre du mécanisme des figures 2a et 2b;
la figure 4 représente un diagramme comparatif illustrant les effets du mécanisme des figures 2a et 2b en référence à d'autres constructions;
la figure 5 représente un diagramme illustrant le comportement du mécanisme des figures 2a et 2b;
les figures 6a, 6b et 6c représentent des diagrammes schématiques illustrant le fonctionnement d'un mécanisme selon un second mode de réalisation préféré de la présente invention;
les figures 7a et 7b représentent des vues, respectivement de dessus et en coupe transversale, du mécanisme des figures 6a à 6c;
la figure 8 représente un diagramme illustrant le résultat de calculs réalisés pour la mise en oeuvre du mécanisme des figures 7a et 7b;
la figure 9 représente un diagramme comparatif illustrant les effets du mécanisme des figures 7a et 7b en référence à d'autres constructions, et
la figure 10 représente un diagramme illustrant le comportement du mécanisme des figures 7a et 7b.

Mode(s) de réalisation de l'invention

Un principe de base de la présente invention réside dans la mise en oeuvre d'un train planétaire dans un train d'engrenages définissant une liaison cinématique entre les deux extrémités d'un ressort de barillet, pour réinjecter de l'énergie mécanique prélevée de l'une vers l'autre.
Dans les modes de réalisation qui vont être décrits en relation avec les figures, à titre illustratif non limitatif, un ressort de barillet délivre de l'énergie à un rouage de finissage par l'intermédiaire d'un tambour de barillet et est rechargé par l'arbre du barillet, tandis que le train planétaire est du type à deux roues solaires et double satellite, et comprend au moins deux roues dont la périphérie est non circulaire. Deux modes de réalisation préférés répondant à ces caractéristiques vont être décrits, étant entendu que l'homme du métier pourra adapter l'enseignement du présent texte en fonction de ses propres besoins, sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, il est possible de mettre en oeuvre des constructions dans lesquelles le ressort est rechargé par le tambour et relié au rouage de finissage par l'arbre de barillet.
Les figures 1a, 1b et 1c représentent des diagrammes schématiques illustrant le fonctionnement d'un mécanisme selon un premier mode de réalisation préféré de la présente invention. Selon ce premier mode de réalisation, la réinjection de l'énergie mécanique n'intervient que de manière unidirectionnelle, c'est-à-dire toujours d'une même extrémité du ressort de barillet vers l'autre.
Un train planétaire comporte en principe trois entrées/sorties qui ont été référencées par A, B et C sur les figures 1 a à 1 c, C étant un porte-satellite, tandis que le bloc D schématise le satellite du train planétaire.
Le mécanisme selon la présente invention comporte un barillet 1 comprenant un tambour 2 logeant un ressort 3 de barillet, dont l'extrémité externe est solidaire du tambour et l'extrémité interne est solidaire d'une bonde 4, elle-même solidaire d'un arbre 5 de barillet.
Le barillet 1 est destiné à être associé à un mouvement horloger pour entretenir les oscillations d'un résonateur mécanique 6, schématisé ici par un balancier-spiral (dont le spiral n'est pas représenté) coopérant avec un échappement. La transmission de l'énergie mécanique depuis le tambour 2 de barillet jusqu'au résonateur est réalisée par un rouage de finissage non représenté ici.
Le mouvement horloger comprend conventionnellement un mécanisme de remontage du ressort 3 de barillet, schématisé ici par une tige de remontoir 7.
Comme cela ressortira des figures 2a et 2b, A et C représentent ici des entrées du train planétaire, tandis que B représente une sortie du train planétaire. Plus précisément, l'entrée A présente une liaison cinématique avec le tambour 2 de barillet, l'entrée C avec le mécanisme de remontage, et la sortie B avec l'arbre 5 de barillet.
La figure 1a illustre la situation correspondant au remontage du ressort de barillet à partir du mécanisme de remontage.
Dans ce cas, on peut considérer qu'en cours de remontage, le tambour de barillet est fixe, donc que A est fixe, ce qui est schématisé par des traits discontinus. L'actionnement du mécanisme de remontage entraîne une rotation du porte-satellite C et du même coup de B, par l'intermédiaire du satellite D, ce qui a pour effet de recharger le ressort 3 de barillet, de manière similaire à un mécanisme conventionnel.
La figure 1b illustre la situation correspondant au fonctionnement courant du mouvement horloger, c'est-à-dire lorsque le barillet se dévide pour entretenir les oscillations du résonateur 6. Plus précisément, la figure 1 b correspond au cas où le ressort 3 de barillet est fortement chargé.
Dans ce cas, le porte-satellite est immobilisé, par exemple par un cliquet prévu dans le mécanisme de remontage, tandis que le tambour 2 de barillet tourne pour transmettre de l'énergie mécanique au rouage de finissage. La rotation du tambour entraîne celle de A qui entraîne celle de B par l'intermédiaire du satellite D. Ainsi, comme schématisé sur la figure 1b, une partie de l'énergie mécanique délivrée par le tambour de barillet est réinjectée au niveau de l'arbre de barillet pour recharger le ressort 3 de barillet.
La figure 1c illustre également une situation correspondant au fonctionnement courant du mouvement horloger, c'est-à-dire lorsque le barillet se dévide pour entretenir les oscillations du résonateur 6. Plus précisément, la figure 1c correspond au cas où le ressort 3 de barillet est faiblement chargé.
Dans ce cas, il ressort de la figure 1c que la quantité d'énergie réinjectée dans le barillet par son arbre est réduite par rapport à la situation de la figure 1b. Lorsque le barillet se dévide davantage, sans être remonté, le transfert d'énergie mécanique du tambour vers l'arbre peut être réduit fortement pour permettre la poursuite des oscillations du résonateur 6.
Les figures 2a et 2b représentent des vues, respectivement de dessus et en coupe transversale selon la ligne II-II de la figure 2a, d'un mécanisme présentant les caractéristiques qui viennent d'être décrites en relation avec les figures 1 a à 1 c.
Un premier mobile du rouage de finissage, ici un mobile de grande moyenne 20, a été représenté à titre illustratif sur les figures 2a et 2b, celui-ci comportant un pignon 21, agencé en prise avec le tambour 2 de barillet, et une roue 22, destinée à transmettre l'énergie mécanique reçue du barillet au reste du rouage de finissage.
Le train planétaire est agencé sur le tambour 2 et comprend un rochet 24 (représenté en étant partiellement arraché sur la figure 2a pour plus de clarté) jouant le rôle du porte-satellite C, libre de tourner en référence à la bonde 4. Le rochet porte un satellite 26 comprenant une première roue non circulaire 28 agencée en prise avec une première roue solaire non circulaire 30, cette dernière étant coaxiale à l'arbre 5 de barillet et solidaire de ce dernier.
Le satellite porte en outre une seconde roue 32, circulaire et agencée en prise avec une seconde roue solaire 34, également circulaire. Les roues 28 et 32 sont solidaires l'une de l'autre en rotation.
Cette construction ressort plus clairement de la figure 2b, sur laquelle il apparaît que la seconde roue solaire présente ici la forme d'un pignon, celui-ci étant solidaire en rotation du tambour 2 de barillet. Le pignon peut par exemple être chassé dans le tambour.
Le fonctionnement de ce mécanisme est tel qu'il a été décrit plus haut, en relation avec les figures 1 a à 1 c.
La proportion de l'énergie mécanique délivrée par le tambour 2 qui est réinjectée à la bonde 4 peut être ajustée en fonction des périphéries des roues non circulaires 28, 30. En particulier, ces périphéries peuvent avantageusement être choisies de telle manière que le couple effectivement délivré par le tambour au rouage de finissage est constant quel que soit l'état de charge du ressort de barillet.
En effet, il est possible de définir un système d'équations différentielles régissant le fonctionnement du mécanisme qui vient d'être décrit.
Le moment du barillet (M_barillet) dépend de l'angle du tambour (θ_A) et de l'angle de la bonde (θ_B). II peut être décrit par une fonction continue f(θ_A, θ_B): $M_{barillet} = f (θ_{A}, θ_{B})$
Par exemple, cette fonction pourrait être: $f (θ_{A}, θ_{B}) = {\begin{array}{l} M_{armé} - k (θ_{A} - θ_{B}) & si θ_{A} > θ_{B} \\ 0 & sinon \end{array}$
où M_armé est le moment lorsque le barillet est complètement armé et k est la constante du ressort (rigidité).
A l'équilibre, la somme des forces agissant sur le satellite est nulle: $\frac{M_{barillet} - M_{rouage}}{ρ_{A}} ρ_{SA} = M_{barillet} \frac{ρ_{SB}}{ρ_{B}}$
où ρ_x, est le rayon primitif du mobile x, au point de contact.
A tout moment du fonctionnement, les différentes roues dentées doivent rouler sans glissement les unes sur les autres. Cela se traduit par des vitesses circonférentielles identiques: ${\overset{°}{θ}}_{A} \frac{ρ_{A}}{ρ_{SA}} = {\overset{°}{θ}}_{B} \frac{ρ_{B}}{ρ_{SB}}$
Cette dernière équation peut également s'écrire sous la forme différentielle: $d θ_{A} \frac{ρ_{A}}{ρ_{SA}} = d θ_{B} \frac{ρ_{B}}{ρ_{SB}}$
A tout moment du fonctionnement, les différentes roues dentées doivent rester en contact deux à deux sur leur ligne des centres. Cela se traduit par le fait que la somme des rayons primitifs est égale à l'entraxe (e): $ρ_{A} + ρ_{SA} = e$
et $ρ_{B} + ρ_{SB} = e$
Dans ces équations, ρ_A est le rayon du pignon 34, ρ_B celui de la roue 30, ρ_SA celui de la roue 32, et ρ_SB celui de la roue 28.
Les équations ci-dessus constituent un système d'équations différentielles. La résolution de ce système d'équations permet d'obtenir les formes (primitives) que doivent avoir les roues dentées pour obtenir le couple M_rouage à partir d'un barillet présentant un couple M_barillet = f(θ_A, θ_B). L'existence d'une solution analytique dépend de la fonction M_barillet = f(θ_A, θ_B). D'autre part, il faut introduire quelques conditions supplémentaires sur la géométrie des roues dentées pour restreindre les solutions à des formes réalisables.
En effet, il est possible de considérer différentes conditions particulières alternatives ou cumulatives pour résoudre le système d'équations ci-dessus:

a) on veut, selon une réalisation préférée, que le moment disponible pour le rouage (M_rouage) soit constant;
b) en vertu du principe de conservation de l'énergie, on peut imposer que la valeur de M_rouage soit égale à l'énergie stockée dans le barillet divisée par l'angle total de rotation du tambour. En effet, l'énergie vaut E= ∫ Mdθ;
c) on peut fixer l'entraxe;
d) on peut imposer que M_barillet = M_armé - k(θ_A-θ_B) si θ_A > θ_B et 0 sinon. On peut fixer M_armé. On peut fixer le nombre de tours de développement du ressort dans le barillet;
e) on veut préférablement utiliser des engrenages circulaires à un tour, c'est-à-dire que la primitive est dans un plan xy. Autrement dit, la roue correspondante peut être découpée dans une plaque plane, par opposition à des engrenages non circulaires à plusieurs tours dont la ligne de contact s'élève selon la direction de l'axe z (en forme de coquille d'escargot);
f) on peut imposer que le pignon 34 est circulaire;
g) on impose que le rayon de la roue 30 est inférieur à l'entraxe;
h) on peut imposer une valeur minimale du rapport d'engrenage entre la roue 28 du satellite et la roue 30 solidaire de la bonde. Cela permet de ménager de l'espace au centre de la roue 30 pour y disposer un moyeu.

En introduisant l'ensemble des conditions posées ci-dessus dans le système d'équations exposé plus haut, on peut résoudre les équations et obtenir des primitives pour les différentes roues dentées du train planétaire.
Ces primitives sont illustrées à titre non limitatif sur la figure 3. La détermination de ces primitives permet ensuite la réalisation des roues telles qu'elles sont représentées sur les figures 2a et 2b.
La figure 4 représente un diagramme comparatif illustrant les effets du mécanisme des figures 2a et 2b en référence à d'autres constructions, par illustration du couple disponible en fonction de la position angulaire du tambour de barillet.
La courbe M_{rouage conventionnel} représente la caractéristique du barillet sans le mécanisme de réinjection selon la présente invention.
La courbe M_{rouage avec réinjection} représente le couple disponible au rouage de finissage en fonction de la position angulaire du tambour pour le cas particulier calculé précédemment. On constate que le couple disponible au rouage de finissage est bien constant. D'autre part, on constate également que l'aire située sous la courbe, qui représente l'énergie mécanique, est équivalente à celle située sous la courbe M_{rouage conventionnel}.
La courbe M_{ressort avec réinjection} montre que, grâce au mécanisme selon la présente invention, le ressort de barillet se décharge lentement au début de sa décharge (lorsque son couple est élevé) et plus rapidement lorsqu'il est désarmé.
II convient également de remarquer que, comme le tambour tourne à vitesse constante, l'abscisse de la figure 4 représente proportionnellement le temps qui passe lorsque le mouvement horloger est un mode de fonctionnement courant.
Enfin, la courbe M_EDT illustre de manière schématique l'évolution du couple disponible au rouage de finissage avec la mise en oeuvre du mécanisme mentionné plus haut en relation avec l'art antérieur ( EP 2042944 A1 ).
La figure 5 représente un diagramme illustrant la position angulaire de la bonde par rapport à la position angulaire du tambour de barillet, au cours du temps de décharge du ressort de barillet (le temps étant proportionnel à θ_tambour).
On constate sur la figure 5 qu'en début de décharge du ressort de barillet, la vitesse de la bonde (pente de la courbe) est maximale et que cette vitesse tend à s'annuler lorsque le barillet est déchargé. Ce comportement s'explique par le fait que la puissance réinjectée à la bonde est importante lorsque le ressort est fortement armé et quasi-nulle lorsque le ressort est désarmé.
Les figures 6a, 6b et 6c représentent des diagrammes schématiques illustrant le fonctionnement d'un mécanisme selon un second mode de réalisation préféré de la présente invention. Selon ce second mode de réalisation, la réinjection de l'énergie mécanique est susceptible d'intervenir de manière bidirectionnelle, c'est-à-dire d'une extrémité du ressort de barillet vers l'autre et inversement.
Les mêmes signes de référence que sur les figures 1 a à 1 c ont été maintenus sur les figures 6a à 6c, pour en simplifier la compréhension.
Ainsi, le train planétaire peut avantageusement comporter trois entrées/sorties, comme dans le premier mode de réalisation, qui ont été référencées par A, B et C sur les figures 6a à 6c, C étant un porte-satellite, tandis que le bloc D schématise le satellite du train planétaire.
Comme cela ressortira des figures 7a et 7b, A représente ici une entrée du train planétaire, tandis que B et C représentent des entrées-sorties du train planétaire. Plus précisément, l'entrée A présente une liaison cinématique avec le mécanisme de remontage, tandis que les entrées-sorties B et C présentent des liaisons cinématiques respectives avec l'arbre 5 de barillet et avec le tambour 2 de barillet.
La figure 6a illustre la situation correspondant au remontage du ressort de barillet à partir du mécanisme de remontage.
Dans ce cas, on peut considérer qu'en cours de remontage, le tambour de barillet est fixe, donc que C est fixe, ce qui est schématisé par des traits discontinus. L'actionnement du mécanisme de remontage entraîne une rotation du satellite D et du même coup de B, ce qui a pour effet de recharger le ressort 3 de barillet, de manière similaire à un mécanisme conventionnel.
La figure 6b illustre la situation correspondant au fonctionnement courant du mouvement horloger, c'est-à-dire lorsque le barillet se dévide pour entretenir les oscillations du résonateur 6. Plus précisément, la figure 6b correspond au cas où le ressort 3 de barillet est fortement chargé.
Dans ce cas, A est immobilisée, par exemple par un cliquet prévu dans le mécanisme de remontage, tandis que le tambour 2 de barillet tourne pour transmettre de l'énergie mécanique au rouage de finissage. La rotation du tambour entraîne celle de C qui entraîne celle de B, par l'intermédiaire du satellite D. Ainsi, comme schématisé sur la figure 6b, une partie de l'énergie mécanique délivrée par le tambour de barillet est réinjectée au niveau de l'arbre de barillet pour recharger le ressort 3 de barillet.
La figure 6c illustre également une situation correspondant au fonctionnement courant du mouvement horloger, c'est-à-dire lorsque le barillet se dévide pour entretenir les oscillations du résonateur 6. Plus précisément, la figure 6c correspond au cas où le ressort 3 de barillet est faiblement chargé.
Dans ce cas, il ressort de la figure 6c que de l'énergie mécanique peut être prélevée par B au niveau de l'arbre de barillet pour être réinjectée dans le rouage de finissage, par l'intermédiaire du porte-satellite C.
Les figures 7a et 7b représentent des vues, respectivement de dessus et en coupe transversale selon la ligne VII-VII de la figure 7a, d'un mécanisme présentant les caractéristiques qui viennent d'être décrites en relation avec les figures 6a à 6c.
Un premier mobile du rouage de finissage, ici un mobile de grande moyenne 120, a été représenté à titre illustratif sur les figures 7a et 7b, celui-ci comportant un pignon 121, agencé en prise avec le tambour 102 de barillet, et une roue 122, destinée à transmettre l'énergie mécanique reçue du barillet au reste du rouage de finissage.
Le train planétaire est agencé sur le tambour 102 et comprend un rochet 124 (représenté en étant partiellement arraché sur la figure 7a pour plus de clarté) monté libre en rotation sur l'arbre de barillet 105. II ressort en particulier de la figure 7b que le tambour 102 de barillet joue le rôle du porte-satellite C, libre de tourner en référence à la bonde 104. Le tambour 102 porte un satellite 126 comprenant une première roue non circulaire 128 agencée en prise avec une première roue solaire non circulaire 130, cette dernière étant coaxiale à l'arbre 105 de barillet et solidaire de ce dernier.
Le satellite porte en outre une seconde roue 132 non circulaire et agencée en prise avec une seconde roue solaire non circulaire 134. Cette dernière est destinée à présenter une liaison cinématique avec le mécanisme de remontage. Dans ce but, elle est agencée solidaire en rotation du rochet 124 destiné à être entraîné en rotation par le mécanisme de remontage. Les roues 128 et 132 sont solidaires en rotation.
La configuration en porte-satellite ressort plus clairement de la figure 7b, sur laquelle il apparaît que le satellite est assemblé au tambour 102 de barillet par un arbre 136.
Le fonctionnement de ce mécanisme est tel qu'il a été décrit plus haut, en relation avec les figures 6a à 6c.
La proportion de l'énergie mécanique délivrée par le tambour 102 qui est réinjectée à la bonde 104 et la proportion d'énergie prélevée à la bonde pour être réinjectée dans le rouage de finissage peuvent être ajustées en fonction des périphéries des roues non circulaires 128, 130, 132 et 134. En particulier, ces périphéries peuvent avantageusement être choisies de telle manière que le couple effectivement délivré par le tambour au rouage de finissage est constant quel que soit l'état de charge du ressort de barillet.
En effet, il est possible de définir un autre système d'équations différentielles régissant le fonctionnement du mécanisme selon le second mode de réalisation préféré de l'invention.
Le moment du barillet (M _bari/let) dépend de l'angle du tambour (θ _C) et de l'angle de la bonde (θ_B ). II peut être décrit par une fonction continue f(θ _C ,θ_B ): $M_{barillet} = f (θ_{C}, θ_{B})$
Par exemple, cette fonction pourrait être: $f (θ_{C}, θ_{B}) = {\begin{array}{l} M_{armé} - k (θ_{C} - θ_{B}) & si θ_{C} > θ_{B} \\ 0 & sinon \end{array}$
où M_armé est le moment lorsque le barillet est complètement armé et k est la constante du ressort (rigidité).
A l'équilibre, la somme des forces agissant sur le satellite est nulle: $(M_{barillet} - M_{rouage}) \frac{ρ_{SA}}{ρ_{A} + ρ_{SA}} = M_{barillet} (1 - \frac{ρ_{A}}{ρ_{B}})$
où ρ_x , est le rayon primitif du mobile x, au point de contact.
A tout moment du fonctionnement, les différentes roues dentées doivent rouler sans glissement les unes sur les autres. Cela se traduit par des vitesses circonférentielles identiques: ${\overset{°}{θ}}_{B} ρ_{B} ρ_{SA} + {\overset{°}{θ}}_{C} (ρ_{A} ρ_{SB} - ρ_{B} ρ_{SA}) = 0$
Cette dernière équation peut également s'écrire sous la forme différentielle: $d θ_{B} ρ_{B} ρ_{SA} + d θ_{C} (ρ_{A} ρ_{SB} - ρ_{B} ρ_{SA}) = 0$
A tout moment du fonctionnement, les différentes roues dentées doivent rester en contact deux à deux sur leur ligne des centres. Cela se traduit par le fait que la somme des rayons primitifs est égale à l'entraxe (e): $ρ_{A} + ρ_{SA} = e$
Et $ρ_{B} + ρ_{SB} = e$
Dans ces équations, ρ_A est le rayon de la roue 134, ρ_B celui de la roue 130, ρ_SA celui de la roue 132, et ρ_SB celui de la roue 128.
Les équations ci-dessus constituent un système d'équations différentielles. La résolution de ce système d'équations permet d'obtenir les formes (primitives) que doivent avoir les roues dentées pour obtenir le couple M_rouage à partir d'un barillet présentant un couple M_barillet = f(θ_C, θ_B). L'existence d'une solution analytique dépend de la fonction M_barillet = f(θ_C,θ_B). D'autre part, il faut introduire quelques conditions supplémentaires sur la géométrie des roues dentées pour restreindre les solutions à des formes réalisables.
Il est possible de considérer différentes conditions particulières alternatives ou cumulatives pour résoudre le système d'équations ci-dessus:

a) on veut, selon une réalisation préférée, que le moment disponible pour le rouage (M_rouage) soit constant;
b) en vertu du principe de conservation de l'énergie, on peut imposer que la valeur de M_rouage soit égale à la moyenne du moment du barillet;
c) on peut fixer l'entraxe;
d) on peut imposer que M_barillet = M_armé - k(θ_C-θ_B) si θ_C > θ_B et 0 sinon. On peut fixer M_armé;
e) on veut préférablement utiliser des engrenages circulaires à un tour;
f) on peut imposer que la roue 134 soit identique à la roue 128;
g) on peut imposer que la bonde se retrouve dans sa position initiale (ressort complètement armé) lorsque le tambour est à la fin de sa course (ressort complètement désarmé);
h) on peut imposer une valeur minimale du rapport d'engrenage entre la roue 128 du satellite et la roue 130 solidaire de la bonde. Cela permet de ménager de l'espace au centre de la roue 130 pour y disposer un moyeu.

En introduisant l'ensemble des conditions posées ci-dessus dans le système d'équations exposé plus haut, on peut résoudre les équations et obtenir des primitives pour les différentes roues dentées du train planétaire.
Ces primitives sont illustrées à titre non limitatif sur la figure 8. La détermination de ces primitives permet ensuite la réalisation des roues telles qu'elles sont représentées sur les figures 7a et 7b.
La figure 9 représente un diagramme comparatif illustrant les effets du mécanisme des figures 7a et 7b en référence à d'autres constructions, par illustration du couple disponible en fonction de la position angulaire du tambour de barillet.
La courbe M_{rouage conventionnel} représente la caractéristique du barillet sans le mécanisme de réinjection selon la présente invention.
La courbe M_{rouage avec réinjection} représente le couple disponible au rouage de finissage en fonction de la position angulaire du tambour pour le cas particulier calculé précédemment. On constate que le couple disponible au rouage de finissage est bien constant. D'autre part, on constate également que l'aire située sous la courbe, qui représente l'énergie mécanique, est équivalente à celle située sous la courbe M_{rouage conventionnel}.
La courbe M_{ressort avec réinjection} montre que, grâce au mécanisme selon la présente invention, le ressort de barillet se décharge lentement au début de sa décharge (lorsque son couple est élevé) et plus rapidement lorsqu'il est désarmé.
II convient également de remarquer que, comme le tambour tourne à vitesse constante, l'abscisse de la figure 9 représente proportionnellement le temps qui passe lorsque le mouvement horloger est un mode de fonctionnement courant.
La figure 10 représente un diagramme, similaire à celui de la figure 5, illustrant la position angulaire de la bonde par rapport à la position angulaire du tambour de barillet, au cours du temps de décharge du ressort de barillet (le temps étant proportionnel à θ_tambour).
On constate sur la figure 10 qu'en début de décharge du ressort de barillet, la vitesse de la bonde est maximale et que cette vitesse s'annule lorsque M_barillet = M_rouage. Le sens de rotation de la bonde s'inverse lorsque le barillet est déchargé (M_barillet < M_rouage), de manière à injecter de la puissance dans le rouage par la bonde. Ce comportement s'explique par le fait que la puissance réinjectée à la bonde est positive et importante lorsque le ressort est fortement armé et négative (prélèvement) lorsque le ressort est désarmé. Contrairement au mécanisme de réinjection unidirectionnelle, selon le premier mode de réalisation, le sens de rotation de la bonde peut s'inverser dans le présent mécanisme de réinjection bidirectionnelle.
La description qui précède s'attache à décrire des modes de réalisation particuliers à titre d'illustration non limitative et, l'invention n'est pas limitée à la mise en oeuvre de certaines caractéristiques particulières qui viennent d'être décrites, comme par exemple les formes spécifiquement illustrées et décrites pour les dentures des différentes roues, notamment le fait qu'elles soient de type interne ou de type externe. En effet, il est possible de remplacer les roues solaires par des couronnes à denture interne sans sortir du cadre de la présente invention.
L'homme du métier ne rencontrera pas de difficulté particulière pour adapter le contenu de la présente divulgation à ses propres besoins et mettre en oeuvre un mécanisme de régulation du couple délivré au rouage de finissage répondant seulement en partie aux caractéristiques qui viennent d'être présentées, sans sortir du cadre de la présente invention.
A titre d'exemple, il est possible de prévoir que les roues non circulaires mises en oeuvre parcourent plus d'un tour sur elles-mêmes sans sortir du cadre de l'invention. Dans ce cas, ces roues ne seraient pas planes, comme mentionné plus haut.
On notera que, dans le cas d'un mécanisme fonctionnant avec un seul tour de développement du ressort de barillet, la forme et le matériau de ce dernier peuvent être optimisés de manière à restituer un maximum d'énergie sur ce seul tour de développement puisque le couple disponible au rouage de finissage est contrôlé.
Bien entendu, les profils des dentures utilisées seront avantageusement optimisés pour réduire les pressions hertziennes en jeu, alors qu'habituellement, ils sont plutôt optimisés pour assurer une transmission homogène du couple et de la vitesse.
De manière avantageuse, on pourra prévoir un mécanisme d'arrêtage du remontage lorsque le ressort de barillet est pleinement chargé. Un tel mécanisme d'arrêtage pourra par exemple être réalisé directement par un choix de formes adaptées des périphéries des roues non circulaires, dont chacune pourrait présenter un flanc destiné à coopérer avec le flanc de l'autre roue pour définir une butée.
De manière similaire, un dispositif de débrayage du mécanisme de remontage automatique pourrait être avantageusement prévu pour limiter les contraintes appliquées au mécanisme lorsque le ressort est complètement chargé, voire un dispositif de verrouillage de la masse oscillante.
Par ailleurs, on notera que plusieurs mécanismes selon la présente invention peuvent être montés en série dans un mouvement horloger, permettant ainsi d'augmenter la réserve de marche sans pour autant avoir un couple disponible au rouage de finissage trop important.

Claims

Mécanisme, agencé pour délivrer de l'énergie mécanique à un rouage de finissage d'un mouvement horloger sous la forme d'un couple de sortie prédéfini transmis à un premier mobile (20, 120) du rouage de finissage, le mécanisme comportant
un ressort (3) de barillet (1) dont une extrémité, interne, est solidaire d'un arbre de barillet (5, 105) et une extrémité, externe, est solidaire d'un tambour (2, 102) de barillet, une première desdites extrémités étant destinée à être reliée cinématiquement au premier mobile du rouage de finissage,

un train d'engrenages agencé pour assurer une liaison cinématique entre lesdites extrémités dudit ressort de barillet et permettre un transfert d'énergie mécanique entre elles,

ledit train d'engrenages comprenant un train planétaire (24, 26, 28, 30, 32, 34, 102, 126, 128, 130, 132, 134) présentant
une première entrée-sortie (24, 134) destinée à être reliée cinématiquement à un mécanisme de remontage (7) dudit ressort (3) de barillet,

une seconde entrée-sortie (34, 102) reliée cinématiquement à une extrémité dudit ressort de barillet, et

une troisième entrée-sortie (30, 130) reliée cinématiquement à l'autre extrémité dudit ressort de barillet,

caractérisé en ce que ledit train planétaire (24, 26, 28, 30, 32, 34, 102, 126, 128, 130, 132, 134) comporte un satellite (26, 126) comprenant une première roue non circulaire (28, 128) agencée en prise avec une première roue solaire non circulaire (30, 130).
Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites roues non circulaires (28, 30, 128, 130) présentent des périphéries respectives telles que le couple transmis au premier mobile (20, 120) du rouage de finissage est sensiblement constant.
Mécanisme selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit couple de sortie est transmis au rouage de finissage à partir dudit tambour (2, 102) de barillet (1), ledit train planétaire (24, 26, 28, 30, 32, 34, 102, 126, 128, 130, 132, 134) étant agencé pour permettre un transfert d'énergie depuis ladite extrémité externe dudit ressort (3) de barillet vers ladite extrémité interne.
Mécanisme selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit train planétaire (24, 26, 28, 30, 32, 34) comporte un porte-satellite (24), destiné à être relié cinématiquement au mécanisme de remontage (7) et, portant ledit satellite (26) dont ladite première roue non circulaire (28) est solidaire d'une seconde roue de satellite (32) et coaxiale à cette dernière, ladite première roue non circulaire de satellite (28) présentant une liaison cinématique avec ledit tambour (2) de barillet, ladite première roue solaire non circulaire (30) présentant une liaison cinématique avec ledit arbre (5) de barillet.
Mécanisme selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite première roue solaire non circulaire (30) est coaxiale audit arbre (5) de barillet en étant solidaire de ce dernier en rotation.
Mécanisme selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend une seconde roue solaire (34) solidaire en rotation dudit tambour (2) de barillet et agencée en prise avec ladite seconde roue de satellite (32).
Mécanisme selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit train planétaire (102, 126, 128, 130, 132, 134) est en outre agencé pour permettre un transfert d'énergie depuis ladite extrémité interne dudit ressort (3) de barillet vers ladite extrémité externe ou le rouage de finissage.
Mécanisme selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit tambour (102) de barillet définit un porte-satellite dudit train planétaire, celui-ci portant ledit satellite (126) dont ladite première roue non circulaire (128) est solidaire d'une seconde roue de satellite non circulaire (132) et coaxiale à cette dernière, ladite première roue non circulaire de satellite (128) présentant une liaison cinématique avec ledit arbre (105) de barillet, par l'intermédiaire de ladite première roue solaire non circulaire (130), ladite seconde roue non circulaire de satellite (132) étant destinée à présenter une liaison cinématique avec le mécanisme de remontage (7), par l'intermédiaire d'une seconde roue solaire non circulaire (134).
Mécanisme selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite seconde roue solaire non circulaire (134) est coaxiale audit arbre (105) de barillet en étant libre de tourner par rapport à ce dernier.
Mouvement horloger comportant un mécanisme selon l'une quelconque des revendications précédentes.
Pièce d'horlogerie comportant un mouvement horloger selon la revendication 10.