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EP3944027B1 - Objet portable, notamment montre bracelet, comprenant un dispositif d'alimentation muni d'un convertisseur electromecanique - Google Patents

Objet portable, notamment montre bracelet, comprenant un dispositif d'alimentation muni d'un convertisseur electromecanique Download PDF

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Publication number
EP3944027B1
EP3944027B1 EP20187004.5A EP20187004A EP3944027B1 EP 3944027 B1 EP3944027 B1 EP 3944027B1 EP 20187004 A EP20187004 A EP 20187004A EP 3944027 B1 EP3944027 B1 EP 3944027B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
permanent magnet
mechanical resonator
wearable object
inertia mass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP20187004.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP3944027A1 (fr
Inventor
Milan Calic
Matthias Imboden
Jean-Pierre Mignot
Alain Jornod
François Gueissaz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Swatch Group Research and Development SA
Original Assignee
Swatch Group Research and Development SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Swatch Group Research and Development SA filed Critical Swatch Group Research and Development SA
Priority to EP20187004.5A priority Critical patent/EP3944027B1/fr
Priority to US17/331,168 priority patent/US12169391B2/en
Priority to JP2021102164A priority patent/JP7181348B2/ja
Priority to CN202110834117.XA priority patent/CN113960912B/zh
Publication of EP3944027A1 publication Critical patent/EP3944027A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3944027B1 publication Critical patent/EP3944027B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
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    • G04C3/00—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
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    • G04C3/06—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means wherein movement is regulated by a balance using electromagnetic coupling between electric power source and balance
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    • G04C3/14—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means incorporating a stepping motor
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    • G04—HOROLOGY
    • G04G—ELECTRONIC TIME-PIECES
    • G04G19/00—Electric power supply circuits specially adapted for use in electronic time-pieces
    • G04G19/02—Conversion or regulation of current or voltage

Definitions

  • the invention relates to wearable objects, particularly wearable objects on the wrist such as watches, which incorporate an electronic unit and a power supply unit for powering at least this electronic unit. More particularly, the invention relates to so-called autonomous portable electronic devices, which are provided with an electrical power supply unit which draws energy from an internal mechanical device, in particular from a generator associated with a power source. internal mechanical energy (for example a barrel whose spring is wound automatically by a rotor or manually), or at least one sensor receiving energy from the environment of the portable electronic device or from a user who wears this electronic device. We are thus talking about energy harvesters incorporated into autonomous electronic devices.
  • the movement of the wrist constitutes a source of mechanical energy which can be exploited to power a wristwatch. This has been exploited for a very long time in automatic mechanical watches. More recently, people in the art have thought of using the mechanical energy of a rotor to supply electricity to at least one electronic unit of an electromechanical or electronic type wristwatch. For this purpose, various types of electromechanical converters have been proposed. In particular, the use of electromagnetic induction has proven successful. We can cite two known types of autonomous watches having an electronic unit. The first type is described in particular in the patent application EP 822 470 , on behalf of Asulab.
  • an electromechanical watch comprising an electromechanical generator incorporated in a train of cogs of the watch movement and having two functions, namely a function of regulating its rotation frequency and a function of electromechanical converter to be able to power the electronic circuit regulation.
  • the second type is described in particular in the patent application EP 1 239 349 And WO 9 204 662 , on behalf of KINETRON.
  • a particular embodiment is described in the patent application EP 1 085 383 , on behalf of ETA SA Manufacture Horlogère Suisse.
  • the rotor is used solely to drive an electromechanical generator which supplies electricity to an accumulator incorporated in the electronic type watch.
  • the hands are driven by an electric motor, in particular step-by-step, which is powered by the accumulator.
  • Another approach to recovering kinetic energy in a watch consists of implementing a rotor equipped with magnets in its peripheral part, with fixed coils integrated on a PCB above which the rotor magnets pass. When the rotor is driven, a voltage is then induced in the coils due to the variation in magnetic flux.
  • a disadvantage of this approach comes from the fact that the rotor rotates relatively slowly (typically with an average rotation speed between 1 and 5 revolutions/s), which limits the efficiency of the energy conversion due to the low induced voltages which are generated.
  • the document EP 1 178 372 describes a watch movement equipped with an oscillating mass/a rotor and comprising a mechanical resonator formed by a sprung balance, which is equipped with a multipolar annular magnet. Two coils are fixedly arranged on the support of the balance bearings opposite the multipolar magnet. The balance-coil system thus forms an electricity generator / a micro-generator.
  • the invention aims to propose a portable device provided with an electronic unit and a power supply unit comprising an electromechanical converter having good efficiency, in particular by providing a relatively high voltage before any possible voltage riser.
  • the electromechanical converter is arranged in such a way that said at least one first permanent magnet and said at least one second permanent magnet can, during rotational drive of the rotor, interact magnetically so as to apply to the inertia mass, momentarily or at times, a magnetic force couple making it possible to excite the mechanical resonator, in order to generate at least one oscillation of this mechanical resonator substantially at its resonance frequency.
  • said at least one first permanent magnet and said at least one second permanent magnet are located in the same general plane, perpendicular to the axis of oscillation of the mechanical resonator, and arranged so that their magnetic interaction is in repulsion.
  • the center of said second permanent magnet and the center of said coil present between them an angular offset, relative to the axis of oscillation of the mechanical resonator, which is non-zero and which preferably corresponds to an angular positioning of the center of the second permanent magnet substantially at an inflection point of the curve of the magnetic flux, generated by said at least one second permanent magnet and passing through the coil, as a function of the relative angular position between the second permanent magnet and the coil.
  • This portable object is a wristwatch 2 comprising an electronic unit (incorporated in the watch movement 4) and a power supply unit.
  • the electrical power supply unit is formed by an electromechanical converter 6 which transforms the mechanical energy of a rotor 8 into electrical energy which is stored in an electrical accumulator, which powers the electronic unit.
  • the rotor is likely to be rotated by movements that the watch may undergo, particularly when it is worn on a user's wrist.
  • said at least one second permanent magnet 20 and said at least one coil 24 are arranged so that, when the mechanical resonator 12 is at rest, at least part of the magnetic flux generated by said second permanent magnet passes through the coil. so that, when the mechanical resonator is oscillating, an induced voltage (U Ind ) is generated in this coil.
  • the electromechanical converter 6 is arranged in such a way that said at least one first permanent magnet and said at least one second permanent magnet can, during rotational rotation of the rotor, interact magnetically so as to apply to the inertia mass, momentarily or at times, a magnetic force torque making it possible to excite the mechanical resonator, in order to generate at least one oscillation of this mechanical resonator substantially at its resonance frequency.
  • the magnets 20 and the coils 24 are arranged so that, when the mechanical resonator 12 is at rest, these magnets and these coils are respectively aligned radially, in axial projection in a general plane of the mechanical resonator, relative to the oscillation axis 14.
  • each magnet 20 and the corresponding coil 24 are aligned axially.
  • the center of each second magnet 20 and the center of the respective coil 24 present an offset between them non-zero angular relative to the axis of oscillation of the mechanical resonator.
  • the planned angular offset corresponds to an angular positioning of the center of each second magnet approximately at an inflection point of the curve of the magnetic flux, generated by this second magnet and passing through the respective coil, as a function of the relative angular position between this second magnet and this coil relative to the axis of oscillation of the mechanical resonator.
  • This preferred variant makes it possible to significantly increase the induced voltage produced in each of the coils, in particular when the amplitude of oscillation of the mechanical resonator after each excitation of the latter is relatively small, for example of the order of half a angle at the center of the magnets 20.
  • the mechanical resonator 12 is a resonator with flexible blades 26, these flexible blades carrying the inertia mass 16 and connecting the ring forming this inertia mass to a central element 28 which is fixed to the support of the mechanical resonator, it is that is to say, which is united with the watch movement.
  • the central element is held fixed by a central screw between a projecting part of a fixed central part of the rotor 8 and a nut screwed onto the central screw.
  • This variant is given as a simplified example.
  • the person skilled in the art will be able to design various means for fixing the mechanical resonator to the watch movement, so as to ensure in particular good stability of the central element 28. It will be noted that this central element can be connected to the movement watchmaker 4, or to another support integral with it, independently of the central part of the rotor 8.
  • the rotor 8 is similar to a winding mass for an automatic mechanical movement.
  • the rotating part of the rotor is mounted on a fixed central part by means of a ball bearing.
  • this first embodiment has the advantage of allowing synergy in the case where the watch movement is of the mechanical type, the rotor 8 can then be used to activate the mechanical resonator, as will be explained subsequently, and also to simultaneously wind a barrel of the mechanical movement.
  • the electronic unit which is powered by the electrical power supply unit according to the invention has a function other than that of displaying the current time.
  • it is a communication unit using light or electromagnetic waves, a sensor and its electronic unit for processing captured signals, a unit for electronic regulation of the average frequency of a sprung balance incorporated into the mechanical movement, a complementary digital display, etc.
  • the rotor and the mechanical resonator are arranged with their respective central axis located in the center of the watch movement. However, in a variant, these mechanisms are arranged off-center relative to the central axis of the watch movement.
  • the electromechanical converter 6 is arranged at the rear of the watch movement 4, on the bottom side of the watch case 32 and therefore on the side opposite the dial 34 relative to the movement 4 which is here an electromechanical movement with an analog display of the hour.
  • this movement includes a motor, in particular a stepper motor.
  • the first embodiment is characterized in particular by the fact that the rotor 8 is mounted to rotate freely on a central part which is fixed, according to various variants, either to the fixed central element 28, or directly to the watch movement 4 or possibly to an internal device that is integral with this central element or this watch movement and which is located on the other side of the inertia mass 16 relative to the rotor, namely on the side of the analog display in the case of watch 2.
  • the rotor is configured so as to present an unbalance to favor its rotation during the movements that the watch may undergo.
  • the rotor has a peripheral part which extends over an angle of approximately 200° and carries the two magnets 10 in two internal cavities which open laterally inwards, these two magnets emerging from the part peripheral of the rotor towards the inertia mass 16 of the mechanical resonator.
  • the first magnets 10 and the second magnets 20 are located in the same general plane which is perpendicular to the central axis 14 defining the axis of oscillation of the mechanical resonator 12 and the axis of rotation of the rotor 8, which are combined.
  • This characteristic aims to avoid the appearance of an axial force on the inertia mass of the mechanical resonator and consequently also on the rotor.
  • the first magnets 10 and the second magnets 20 are arranged so that their magnetic interaction is in repulsion. In an advantageous variant, they all have magnetization axes substantially parallel to the central axis 14. Note that a variant with radial magnetization axes is possible.
  • first magnets 10 and also an even number of second magnets 20, each pair of first magnets and each pair of second magnets being arranged diametrically opposite relative to the central axis 14
  • This characteristic aims to avoid the appearance of an overall radial force on the inertia mass of the mechanical resonator and therefore also on the rotor. Thanks to these various characteristics, we avoid, on the one hand, the appearance of axial magnetic forces on the inertia mass 16 of the mechanical resonator 12 which would axially stress the flexible blades 26 and, on the other hand, the appearance of 'a global radial magnetic force which would radially constrain these flexible blades.
  • the inertia mass could either be displaced axially or radially or even undergo rotation around an axis perpendicular to the central axis 14, which would be detrimental to the proper functioning of the electromechanical converter 6 according to the present invention.
  • the magnetic interaction planned between the first magnets 10 and the second magnets 20 must essentially make it possible to generate a magnetic force torque on the inertia mass 16 of the mechanical resonator 12.
  • each second magnet 20 is replaced here by a pair of second magnets having the same polarity and aligned axially with a coil 24 located between these two magnets, preferably at the same distance from each of them.
  • the two magnets of each pair of magnets attract each other magnetically, it is advantageous, even necessary, for the two magnets of each of the pairs of second magnets to be rigidly assembled.
  • the first magnets 10 are advantageously located in a general plane in which the coils 24 are located.
  • the first magnets 10 carried by the rotor are doubled so as to have pairs of first magnets of same polarity replacing each first magnet 10 of the two variants shown.
  • this last variant allows an axial arrangement of the pairs of first magnets with the second magnets, that is to say that the first magnets and the second magnets have substantially the same radius at the central axis, defining the axis oscillation of the mechanical resonator and the axis of rotation of the rotor, without an axial magnetic force being exerted on the inertia mass.
  • the number of sinusoidal pulses generated in each coil is equal to twice the resonance frequency F Res as long as the mechanical resonator oscillates freely.
  • FIG. 2A And 2B a second alternative embodiment of a wristwatch 2A according to the first embodiment is shown.
  • the mechanical resonator is identical to that of the first variant.
  • This second variant is distinguished from the first variant by the fact that the rotor 8A carries six magnets 10, that is to say the same number as that of the magnets 20 which are carried by the inertia mass 16. Like the six magnets 10 are regularly distributed along the peripheral part 38 of the rotor, this peripheral part extends over a complete turn (360°). The peripheral part thus forms an annular part which laterally surrounds the inertia mass 16 of the mechanical resonator. In order to maintain unbalance in the rotor, three openings 36 are machined in the rotor plate.
  • each magnet 10 has an identical magnetic coupling with the magnets 20 so that the force couples generated between each of the magnets 10 and the magnets 20 add up.
  • Figure 2B shows the overall magnetic system provided according to the invention, namely the magnets 10 carried by the rotor and serving to activate the mechanical resonator, the magnets 20 carried by the oscillating inertia mass 16 of the mechanical resonator, and the coils 24 mounted on a PCB 22 so as to be opposite the magnets 20 when the mechanical resonator passes through its rest position.
  • the flexible blades 26 of the mechanical resonator are made of a piezoelectric material and each coated with two electrodes through which an electric current is generated when the mechanical resonator is activated, this electric current also being supplied to an accumulator that includes watch power supply unit 2 or 2A.
  • a second embodiment of a watch 42 comprising an electromechanical converter 6A according to the invention is shown in Figures 3A to 3C .
  • This second embodiment differs from the first embodiment substantially by the arrangement of the rotor 44 and by the arrangement of the mechanical resonator 12A.
  • the mechanical resonator comprises an inertia mass 46 and a resonant structure 48 mounted on a projecting part 4A of the watch movement 4.
  • the inertia mass defines a wheel which is formed of an external ring, similar to that provided in the first embodiment and carrying four magnets 20 distributed regularly, a central part and radial arms which connect the external ring to this central part.
  • the central part is solidly connected to an oscillating part of the resonant structure 48 with flexible blades which is located in a general plane lower than that of the inertia mass.
  • the structure resonant is of a type which is described in the patent application EP 3 206 089 .
  • the radial arms of the inertia mass are respectively rigid and semi-rigid.
  • the semi-rigid variant makes it possible to absorb sudden accelerations of the inertia mass coming in particular from shocks that the watch may undergo.
  • Four coils 24 are arranged on a PCB 22 so as to present an angular offset with the four corresponding magnets 20 when the mechanical resonator 6A is in its rest angular position, according to an advantageous variant which has been explained in the context of the first mode of realization.
  • the rotor 44 is mounted to rotate freely on a fixed structure of the portable object, advantageously on the middle of the case 32 of the watch as in the variant shown or preferably on a casing circle of the watch movement 4, by means of a ball bearing 50.
  • a ball bearing 50 To free the central zone of the rotor under which the resonant structure 48 is located, an internal ring 51 of the ball bearing 50 is advantageously formed by the rotor or integral with this rotor, while an external ring 52 of this bearing is formed by said fixed structure or integral with this fixed structure.
  • the raceway of the internal ring 51 is formed by an external lateral surface of the rotor 44.
  • the ball bearing 50 is located at the periphery of the rotor 44.
  • the rotor 44 is formed by an annular part carrying four magnets 10A and it is arranged in the same general plane as the inertia mass 46 of the mechanical resonator and the ball bearing 50.
  • the rotor and the mechanical resonator are advantageously coplanar to limit the increase in thickness of the case 32 of the watch 42 generated by the arrangement of the electromechanical converter according to the invention in this watch.
  • this assembly is also provided here coplanar with the ball bearing.
  • the ball bearing is arranged under the annular part of the rotor, on the side of the watch movement 4.
  • the magnets 10A of the rotor are the same number as that of the magnets 20 of the inertia mass 46 of the mechanical resonator 12A.
  • the magnets 10A and 20 are advantageously arranged in the same general plane. In the variant shown, these magnets are inserted into respective openings of the annular part of the rotor and the inertia mass, so that they are arranged in the general plane in which this annular part and this mass extend. 'inertia.
  • the magnets 10A and 20 have axial magnetization axes and a magnetic interaction in repulsion.
  • the magnets 10A, respectively 20, are arranged in diametrically opposed pairs.
  • the inertia mass only experiences a magnetic force torque in the general plane in which the magnets 10A and 20 are arranged (in other words, the vector of this magnetic torque is axial, coincident with the axis of oscillation 14 of the mechanical resonator 12A).
  • the annular part of the rotor 44 has two openings making it possible to generate an unbalance.
  • the rotor is substantially stationary and the mechanical resonator 12A is stopped in its rest position. From this initial position of the electromechanical converter, the rotor with its 10A magnets rotate counterclockwise at a substantially constant speed, after an initial acceleration coming for example from a sudden movement of the arm of a user of the watch 42.
  • the four magnets 10A of the rotor have moved closer to the four magnets 20 of the mechanical resonator. A magnetic interaction occurs between each magnet 10A and a corresponding magnet 20. A magnetic repulsion force F RM is then exerted on each of the magnets 20 and a first strong magnetic coupling occurs.
  • the magnetic repulsion force F RM further increases in intensity when the magnets 10A approach even closer to the respective magnets 20, but it is mainly the radial component which increases so that the magnetic force torque exerted on the mass d the inertia passes through a maximum for a relative angular position of the magnets 10A and the magnets 20 which is represented in the Figure 4C .
  • the new strong magnetic coupling can generate various variants of magnetic interaction and thus act in various scenarios on the mechanical resonator. These various scenarios depend in particular on the fact that the mechanical resonator rotates in the same direction of rotation as the rotor at the start of a new strong magnetic coupling or, on the contrary, that the respective rotations of the rotor and the mechanical resonator are then in the same direction. opposites.
  • the new strong magnetic coupling will mainly serve to maintain the first oscillation generated during the first strong magnetic torque.
  • the new strong magnetic coupling slows down the inertia mass and therefore substantially dampens the first oscillation, then in a second step generates a second oscillation, mainly by the magnetic force torque in the opposite direction to that of the rotor which intervenes after the rotor magnets have angularly exceeded those of the inertia mass. It will be noted that because the resonance frequency is relatively high, the second case is predominant.
  • the inertia mass often goes through a short time of stopping or almost immobility (not necessarily in the rest position, because it is also possible in other positions angular and in particular close to an extreme angular position of the oscillating mechanical resonator) generating a temporal phase shift in the oscillatory movement of the mechanical resonator.
  • sustained oscillation and succession of oscillations is not clear.
  • the electromechanical converter is arranged so that the magnetic force torque applied to the inertia mass by the rotor makes it possible to generate, during rotational drive of the rotor over an angular distance greater than l angle at the center between two adjacent magnets 20 of the mechanical resonator, a plurality of successive momentary oscillations, at the resonance frequency F Res and with an amplitude substantially equal to or greater than a minimum amplitude for which the voltage induced in each coil of the system magnetic, associated with the mechanical resonator, is substantially equal to a predetermined threshold voltage, this plurality of successive momentary oscillations occurring following a plurality of respective momentary rotational drives of the inertia mass of the mechanical resonator by the rotor allowing respectively generate the plurality of successive momentary oscillations.
  • each coil 24 has a diameter of 4 mm, a height of 0.4 mm, 2300 turns and a resistance of 2.6 k ⁇ .
  • Each coil is fixedly arranged at an axial distance of 0.1 to 0.2 mm under the respective magnets 20 of the mechanical resonator, which are chosen with strong remanent magnetization and have a diameter approximately identical to that of the coils.
  • the magnetic system described here, associated to the mechanical resonator can generate an average power of the order of 2 ⁇ W per coil on an impedance matched load and an average induced voltage of the order of 100 mV per coil. Note that higher performances are possible.
  • FIG. 9 is an electrical diagram of a variant embodiment of an electronic circuit of the electromechanical converter connecting the coils, referenced 24*, of the electromagnetic system to an electrical energy accumulator 98 incorporated in the portable object according to the invention. All of the coils, generally of an even number and connected in parallel or in series, are connected to a rectifier 94 to which this assembly supplies an induced voltage U Ind . The induced voltage signal is then supplied to a smoothing filter 95 and to a voltage booster 96 (which are optional) to generate a recharge voltage U Rec of the accumulator 98.
  • the accumulator provides a supply voltage U AI with a charge 100 incorporated in the portable object considered.
  • a switch Sw is provided to be able to activate or not the power supply to the load, depending on the demand and/or other electrical parameters, in particular the voltage level of the accumulator 98.
  • the watch movement 4 carries on its rear projecting part 4A, inserted in an opening of the PCB 22 carrying four coils 24, the resonant structure 48, the part 48A of which is fixed to this rear projecting part.
  • the resonant structure further comprises an oscillating part 48B which is connected to the fixed part 48A by a system of flexible blades located in the same general plane and defining an axis of oscillation for this oscillating part and for the inertia mass 16B which is fixed to the latter via a stud which is inserted into a corresponding hole arranged in a central element 18 of this inertia mass.
  • the inertia mass 16B carries in its peripheral part four circular magnets 20 which are inserted in holes of four respective projecting parts between which are provided four free angular zones 78 opening laterally into the space outside the inertia mass and extending radially to a radius corresponding to that of a geometric circle in which the inertia mass 16B is inscribed.
  • the rotor 64 is formed of three parts, a fixed central part 71, a half-disc 70 having a more massive peripheral part, and an annular structure 72 which is rigidly fixed to this peripheral part.
  • the half-disc 70 is mounted to rotate freely on the central part 71 by means of a ball bearing.
  • the central part 71 is fixed to the bottom 66 of the housing 32A by a screw 68.
  • Other means of fixing can be considered, in particular welding or gluing.
  • the rotor 64 is mounted on the interior side of the bottom 66 before assembling this assembly with the middle part of the case.
  • the annular structure 72 carries four magnets 10B so as to allow them to undergo a radial elastic movement to be able to retract when these magnets arrive in angular zones occupied respectively by the magnets 20 of the inertia mass, these occupied angular zones separating the free angular zones 78.
  • the magnets 10B are arranged in such a way that, in a neutral position in which they are not subjected to any radial elastic force, they penetrate at least partially into the free angular zones 78. It is however expected that the magnets 10B have a radius at the central axis which is greater than the radius of this central axis of the magnets 20 of the mechanical resonator, in order to allow the operation planned for this third embodiment explained subsequently.
  • each flexible blade 74 has a longitudinal axis in the form of an arc centered on the axis of rotation of the rotor 64 which coincides with the axis of oscillation of the inertia mass.
  • each flexible blade has great flexibility in the radial direction but relatively high rigidity in the angular/tangential direction.
  • the flexible blades advantageously have a height greater than their width, so as to present sufficient axial rigidity to remain in the general plane of the magnets 20 of the mechanical resonator also during the interactions between the magnets 10B and 20 which can generate a certain axial magnetic force given the manufacturing tolerances.
  • Cavities 76 are provided in the annular structure to allow each first assembly, formed of a magnet 10B and the ring for fixing to the flexible blade 74, to undergo radial movement over a sufficient distance to bypass each second assembly, formed of a magnet 20 and the projecting part of the inertia mass used to fix this magnet, when the rotor undergoes a rotation.
  • each magnet of the inertia mass is arranged so as to project from this inertia mass, so that the inertia mass has a first and a second free angular zones, respectively on the two sides of this inertia mass. magnet, in which each magnet of the rotor can move. Then, each magnet of the rotor is arranged so as to be able to undergo a radial elastic movement relative to the axis of oscillation of the mechanical resonator, under the action of a radial magnetic force which is generated by the interaction in magnetic repulsion with a magnet of the inertia mass, when this rotor magnet is located near the relevant magnet of the inertia mass.
  • the position of minimum mechanical energy of each first magnet of the rotor corresponds to a radial position of this first magnet located in a range of radial positions, relative to the axis of rotation of the rotor which coincides with the axis of oscillation of the inertia mass, corresponding to the free angular zones located between the second magnets of the inertia mass.
  • each first magnet of the rotor is fixed to the end of a corresponding elastic blade which is arranged so as to have a longitudinal axis mainly tangential and a capacity for elastic deformation essentially in a radial direction, relative to the axis d oscillation of the mechanical resonator.
  • the radial elastic movement of each of the first magnets of the rotor, under the action of the radial magnetic force, is provided with a sufficient amplitude to avoid a shock between the rotor and the inertia mass of the mechanical resonator during of the passage of a first magnet through the angular position of a second magnet.
  • the free angular zones 78 separating the angular zones occupied by the second magnets from the inertia mass, are provided so that the first magnets of the rotor do not come into contact with the inertia mass following a passage of these first magnets by the respective angular positions of the second magnets, so as not to disturb the oscillatory movement of the inertia mass at the resonance frequency F Res following this passage.
  • the magnets 10B of the rotor (one of which has an angular position ⁇ ), carried by the respective flexible blades 74, have come sufficiently close to the magnets 20 of the mechanical resonator (variable angular distance ⁇ between the magnets of the rotor and the corresponding magnets of the mechanical resonator) so that the magnetic repulsion force F RM between them is significant and sufficient to rotate the inertia mass 16B (represented here than by the four magnets 20).
  • the magnetic repulsion force F RM between them is significant and sufficient to rotate the inertia mass 16B (represented here than by the four magnets 20).
  • the force F RM is essentially tangential, which has the consequence that substantially the entirety of this force F RM participates in the magnetic force torque applied to the inertia mass.
  • the rotor drives the inertia mass with a force F RM whose intensity increases given the reduction in the distances between the first magnets 10B and the corresponding second magnets 20. Thanks to the presence of free angular zones 78 described previously and the neutral radial position provided for each magnet 10B of the rotor, while the intensity of the force F RM increases sharply, the force F RM remains substantially tangential in the relative position of the snapshot represented in the Figure 8B . Thus, a magnetic torque of relatively high intensity is applied to the inertia mass of the mechanical resonator.
  • the radial component of the force F RM has a value which becomes relatively large, this radial component acting on each magnet 10B so that each magnet 10B begins to undergo a radial elastic movement towards the exterior thanks to the flexible blade that carries it.
  • the magnets 10B deviate from their circular trajectory so as to retract as these magnets pass through the respective angular positions of the magnets 20 of the inertia mass, as shown in the snapshot of the Figure 8C .
  • the inertia mass reaches an equilibrium position of the tangential forces (tangential magnetic force and elastic restoring force of the mechanical resonator) and is thus at an extreme angular position (with zero angular speed) corresponding to the snapshot of the Figure 8C .
  • the mechanical resonator is excited/activated by the rotating rotor and it begins to oscillate noticeably at its resonance frequency F Res from this extreme angular position which determines an initial amplitude for this oscillation.
  • the mechanical resonator still oscillates freely for two to three oscillation periods before finding itself again in a situation similar to that of the Figure 8B where a strong magnetic coupling occurs again between the rotor and the inertia mass of the mechanical resonator, so as to maintain the oscillation movement of the latter or generate a new oscillation of the mechanical resonator.
  • Figure 8H still shows a snapshot at the end of the alternation following the snapshot of the Figure 8G , these two figures indicating the angular zone of free oscillation of the mechanical resonator.
  • the inertia mass when the magnets 20 of the inertia mass approach the magnets 10B of the rotor, the inertia mass generally undergoes magnetic braking which can momentarily stop the oscillation in progress, during the passage of the rotor magnets through the respective angular positions of the magnets of the mechanical resonator.
  • successive oscillations of the mechanical resonator are substantially generated by the rotating rotor via the magnetic force F RM when it acts in the opposite direction to the direction of rotation of the rotor, i.e. after the magnets 10B of the rotor have passed, by retracting, the magnets 20 of the inertia mass, that is to say in time intervals following the instantaneous state given to the Figure 8D .
  • each elastic structure formed of a magnet 10B and the flexible blade 74 which carries it, is selected so that it is sufficiently small so that the radial magnetic forces can move the magnets 10B out of the circular zone swept by the inertia mass, in particular by the magnets 20 and their respective rings during the passage of these magnets 10B through the angular positions of the magnets 20, it is expected that this radial elastic constant is however sufficiently large for the radial oscillation frequency of each aforementioned elastic structure is higher than the resonance frequency F Res of the mechanical resonator.
  • the resonance frequency F Res is equal to 20 Hz
  • the radial oscillation frequency of each elastic structure of the rotor is at least equal to twice F Res , but preferably four to five times more large, in particular equal to approximately 100 Hz. This guarantees that the mechanical response of each elastic structure of the rotor is faster than the mechanical response of the mechanical resonator.
  • the magnets 10B of the rotor are moved sufficiently quickly when these magnets pass through the angular positions of the magnets 20 so as to avoid collisions which would disrupt the operation of the planned system.

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Description

    Domaine technique
  • L'invention concerne les objets portables, notamment des objets portables au poignet comme des montres, qui incorporent une unité électronique et une unité d'alimentation électrique pour alimenter au moins cette unité électronique. Plus particulièrement, l'invention concerne des dispositifs électroniques portables dits autonomes, lesquels sont munis d'une unité d'alimentation électrique qui tire de l'énergie d'un dispositif mécanique interne, en particulier d'une génératrice associée à une source d'énergie mécanique interne (par exemple un barillet dont le ressort est remonté de manière automatique par un rotor ou manuellement), ou d'au moins un capteur recevant de l'énergie de l'environnement du dispositif électronique portable ou d'un utilisateur qui porte ce dispositif électronique. On parle ainsi de récupérateurs d'énergie (`energy harvester' en anglais) incorporés dans les dispositifs électroniques autonomes.
    • Arrière-plan technologique
  • Le mouvement du poignet constitue une source d'énergie mécanique qui peut être exploitée pour alimenter une montre bracelet. Ceci est exploité depuis très longtemps dans les montres mécaniques automatiques. Plus récemment, les personnes du métier ont pensé utiliser l'énergie mécanique d'un rotor pour alimenter en électricité au moins une unité électronique d'une montre bracelet du type électromécanique ou électronique. A cet effet, divers types de convertisseurs électromécaniques ont été proposés. En particulier, l'utilisation de l'induction électromagnétique s'est révélée fructueuse. On peut citer deux types connus de montres autonomes ayant une unité électronique. Le premier type est décrit notamment dans la demande de brevet EP 822 470 , au nom d'Asulab. Il s'agit d'une montre électromécanique comprenant une génératrice électromécanique incorporée dans un train de rouages du mouvement horloger et présentant deux fonctions, à savoir une fonction de régulation de sa fréquence de rotation et une fonction de convertisseur électromécanique pour pouvoir alimenter le circuit électronique de régulation. Le deuxième type est décrit notamment dans la demande de brevet EP 1 239 349 et WO 9 204 662 , au nom de KINETRON. Un mode de réalisation particulier est décrit dans la demande de brevet EP 1 085 383 , au nom de ETA SA Manufacture Horlogère Suisse. Dans ce deuxième type, le rotor sert uniquement à l'entraînement d'une génératrice électromécanique qui alimente en électricité un accumulateur incorporé dans la montre du type électronique. Dans le cas d'un mouvement horloger électromécanique, les aiguilles sont entraînées par un moteur électrique, notamment pas-à-pas, qui est alimenté par l'accumulateur.
  • Les réalisations susmentionnées ont un facteur limitant leur rendement notamment à cause de pertes d'énergie dues aux frottements dans les rouages. De plus, pour obtenir une tension suffisamment élevée, au moins un mobile multiplicateur intermédiaire et/ou un dispositif complexe permettant à un barillet de redonner par impulsions l'énergie mécanique accumulée sont nécessaires.
  • Une autre approche pour récupérer l'énergie cinétique dans une montre consiste à implémenter un rotor équipé d'aimants dans sa partie périphérique, avec des bobines fixes intégrées sur un PCB au-dessus desquelles passent les aimants du rotor. Lorsque le rotor est entrainé, une tension est alors induite dans les bobines due à la variation du flux magnétique. Un désavantage de cette approche provient du fait que le rotor tourne relativement lentement (typiquement avec une vitesse de rotation moyenne entre 1 et 5 tour/s), ce qui limite l'efficacité de la conversion d'énergie à cause des faibles tensions induites qui sont générées.
  • Le document EP 1 178 372 décrit un mouvement horloger muni d'une masse oscillante / d'un rotor et comprenant un résonateur mécanique formé par un balancier-spiral, lequel est muni d'un aimant annulaire multipolaire. Deux bobines sont agencées fixement sur le support des paliers du balancier en regard de l'aimant multipolaire. Le système balancier-bobines forme ainsi un générateur d'électricité / une micro-génératrice.
    • Résumé de l'invention
  • L'invention a pour objectif de proposer un dispositif portable muni d'une unité électronique et d'une unité d'alimentation comprenant un convertisseur électromécanique présentant un bon rendement, en particulier en fournissant une tension relativement élevée avant tout élévateur de tension éventuel.
  • Ainsi, l'invention concerne un objet portable comprenant une unité électronique et une unité d'alimentation électrique formée par un convertisseur électromécanique, lequel comprend :
    • un rotor susceptible d'être entrainé en rotation par des mouvements que peut subir l'objet portable, ce rotor portant au moins un premier aimant permanent ;
    • un résonateur mécanique monté sur un support et muni d'une masse d'inertie susceptible d'osciller, autour d'un axe d'oscillation, à une fréquence de résonance FRes propre à ce résonateur mécanique ; et
    • un système électromagnétique formé par au moins un deuxième aimant permanent et au moins une bobine qui sont respectivement portés par la masse d'inertie, formant ainsi partiellement cette masse d'inertie, et par ledit support ou un élément solidaire de ce support et qui sont agencés de manière que, lorsque le résonateur mécanique est au repos, au moins une partie du flux magnétique généré par le deuxième aimant permanent traverse la bobine de sorte que, lorsque le résonateur mécanique est oscillant, une tension induite est générée dans cette bobine.
  • De plus, selon l'invention, le convertisseur électromécanique est agencé de manière que ledit au moins un premier aimant permanent et ledit au moins un deuxième aimant permanent puissent, lors d'un entraînement en rotation du rotor, interagir magnétiquement de sorte à appliquer à la masse d'inertie, momentanément ou par moments, un couple de force magnétique permettant d'exciter le résonateur mécanique, afin d'engendrer au moins une oscillation de ce résonateur mécanique sensiblement à sa fréquence de résonance.
  • Dans une variante avantageuse, la fréquence de résonance FRes est sensiblement égale ou supérieure à dix Hertz (FRes >= 10 Hz), de préférence comprise entre quinze Hertz et trente Hertz (15 Hz <= FRes <= 30 Hz).
  • Dans un mode de réalisation principal, ledit au moins un premier aimant permanent et ledit au moins un deuxième aimant permanent sont situés dans un même plan général, perpendiculaire à l'axe d'oscillation du résonateur mécanique, et agencés de sorte que leur interaction magnétique est en répulsion.
  • Dans une variante préférée, lorsque le résonateur mécanique est au repos, le centre dudit deuxième aimant permanent et le centre de ladite bobine présentent entre eux un décalage angulaire, relativement à l'axe d'oscillation du résonateur mécanique, qui est non nul et qui correspond de préférence à un positionnement angulaire du centre du deuxième aimant permanent sensiblement à un point d'inflexion de la courbe du flux magnétique, généré par ledit au moins un deuxième aimant permanent et traversant la bobine, en fonction de la position angulaire relative entre le deuxième aimant permanent et la bobine.
    • Brève description des figures
  • L'invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de dessins annexés, donnés à titre d'exemples nullement limitatifs, dans lesquels :
    • Les Figures 1A à 1C montrent une première variante d'un premier mode de réalisation d'un objet portable selon l'invention, la Figure 1A étant sans le rotor et la Figure 1B étant coupée seulement partiellement;
    • Les Figure 2A et 2B montrent une deuxième variante du premier mode de réalisation, la Figure 2B montrant seulement le système magnétique global prévu;
    • Les Figures 3A à 3C montrent un deuxième mode de réalisation d'un objet portable selon l'invention, la Figure 3C ne présentant le résonateur mécanique que partiellement;
    • Les Figures 4A à 4F montrent le fonctionnement du convertisseur électromécanique du deuxième mode de réalisation par une succession de positions instantanées du rotor tournant et du résonateur mécanique activé par ce rotor tournant;
    • Les Figures 5A à 5C montrent un troisième mode de réalisation d'un objet portable selon l'invention;
    • La Figure 6 est un éclaté en perspective du résonateur mécanique, du rotor et du système électromagnétique du troisième mode de réalisation ; alors que la Figure 7 représente ces parties assemblées;
    • Les Figures 8A à 8H montrent le fonctionnement du convertisseur électromécanique du troisième mode de réalisation par une succession de positions instantanées du rotor tournant et du résonateur mécanique activé par ce rotor tournant;
    • La Figure 9 est un schéma électrique d'une variante de réalisation d'un circuit électronique reliant les bobines du système électromagnétique, formant l'objet portable selon l'invention, à un accumulateur d'énergie électrique incorporé dans cet objet portable.
    Description détaillée de l'invention
  • En référence aux Figures 1A à 1C, 2A et 2B, on décrira ci-après deux variantes d'un premier mode de réalisation d'un objet portable selon l'invention. Cet objet portable est une montre-bracelet 2 comprenant une unité électronique (incorporée dans le mouvement horloger 4) et une unité d'alimentation électrique. A noter que le cercle d'encageage, qui relie le mouvement horloger au boîtier de la montre, et le fond du boîtier n'ont pas été représentés dans les dessins. L'unité d'alimentation électrique est formée par un convertisseur électromécanique 6 qui transforme de l'énergie mécanique d'un rotor 8 en une énergie électrique qui est stockée dans un accumulateur électrique, lequel alimente l'unité électronique. Le rotor est susceptible d'être entrainé en rotation par des mouvements que peut subir la montre, notamment lorsqu'elle est portée au poignet d'un utilisateur.
  • Le convertisseur électromécanique 6 comprend :
    • un rotor 8 portant au moins un premier aimant permanent, en particulier deux aimants 10 diamétralement opposés par rapport à l'axe de rotation 14 du rotor (cas de la première variante représentée) ;
    • un résonateur mécanique 12 monté sur un support (le mouvement horloger 4) et muni d'une masse d'inertie 16, en forme d'anneau, qui est susceptible d'osciller, autour d'un axe d'oscillation 14 confondu avec l'axe de rotation du rotor 8, à une fréquence de résonance FRes propre à ce résonateur mécanique,
    • un système électromagnétique formé par au moins un deuxième aimant permanent 20 porté par la masse d'inertie 16 et formant partiellement cette dernière, en particulier par six aimants 20 (cas des deux variantes représentées), et au moins une bobine 24 portée par un PCB 22 solidaire du mouvement horloger 4, le nombre de bobines étant égal au nombre d'aimants 20 portés par la masse d'inertie dans le cas des deux variantes représentées.
  • De manière générale, ledit au moins un deuxième aimant permanent 20 et ladite au moins une bobine 24 sont agencés de manière que, lorsque le résonateur mécanique 12 est au repos, au moins une partie du flux magnétique généré par ledit deuxième aimant permanent traverse la bobine de sorte que, lorsque le résonateur mécanique est oscillant, une tension induite (UInd) est générée dans cette bobine.
  • Le convertisseur électromécanique 6 est agencé de manière que ledit au moins un premier aimant permanent et ledit au moins un deuxième aimant permanent puissent, lors d'un entraînement en rotation du rotor, interagir magnétiquement de sorte à appliquer à la masse d'inertie, momentanément ou par moments, un couple de force magnétique permettant d'exciter le résonateur mécanique, afin d'engendrer au moins une oscillation de ce résonateur mécanique sensiblement à sa fréquence de résonance.
  • A noter que, dans ce texte, tous les aimants utilisés sont des aimants permanents de sorte que ces derniers seront aussi nommés chacun 'aimant'. Par 'une oscillation' on comprend un mouvement oscillatoire pendant au moins une période d'oscillation et présentant donc au moins deux alternances. On nomme `alternance' chaque mouvement du résonateur mécanique entre deux valeurs angulaires extrêmes qui définissent son amplitude d'oscillation. Dans une variante préférée, il est prévu que ce soient au moins une paire de premiers aimants 10 et au moins une paire de deuxièmes aimants 20 qui interagissent magnétiquement pour appliquer à la masse d'inertie le couple de force magnétique qui sert à activer/exciter le résonateur mécanique, comme ceci sera décrit en détails par la suite en référence aux Fig. 4A-4F.
  • Dans une première variante, les aimants 20 et les bobines 24 sont agencés de manière que, lorsque le résonateur mécanique 12 est au repos, ces aimants et ces bobines sont respectivement alignés radialement, en projection axiale dans un plan général du résonateur mécanique, relativement à l'axe d'oscillation 14. De préférence, dans la position de repos du résonateur mécanique, chaque aimant 20 et la bobine 24 correspondante sont alignés axialement. Dans une deuxième variante préférée, lorsque le résonateur mécanique est au repos, le centre de chaque deuxième aimant 20 et le centre de la bobine respective 24 présentent entre eux un décalage angulaire non nul relativement à l'axe d'oscillation du résonateur mécanique. En particulier, le décalage angulaire prévu correspond à un positionnement angulaire du centre de chaque deuxième aimant environ à un point d'inflexion de la courbe du flux magnétique, généré par ce deuxième aimant et traversant la bobine respective, en fonction de la position angulaire relative entre ce deuxième aimant et cette bobine relativement à l'axe d'oscillation du résonateur mécanique. Cette variante préférée permet d'augmenter de manière significative la tension induite produite dans chacune des bobines, en particulier lorsque l'amplitude d'oscillation du résonateur mécanique après chaque excitation de ce dernier est relativement petite, par exemple de l'ordre du demi-angle au centre des aimants 20. A l'aide de séries de mesures ou de simulations, l'homme du métier saura déterminer, d'une part, les caractéristiques et dimensions des bobines et des deuxièmes aimants 20 et, d'autre part, un décalage angulaire optimal entre ces deuxièmes aimants et les bobines respectives pour optimiser la variation du flux magnétique dans chaque bobine de sorte que cette variation soit maximale lorsque la masse d'inertie présente une vitesse maximale, c'est-à-dire lorsque le résonateur mécanique passe par sa position neutre (position de repos), afin d'obtenir la plus grande tension induite UInd.
  • Le résonateur mécanique 12 est un résonateur à lames flexibles 26, ces lames flexibles portant la masse d'inertie 16 et reliant l'anneau formant cette masse d'inertie à un élément central 28 qui est fixé au support du résonateur mécanique, c'est-à-dire qui est solidaire du mouvement horloger. De manière schématique, dans la variante représentée, l'élément central est maintenu fixe par une vis centrale entre une partie saillante d'une partie centrale fixe du rotor 8 et un écrou visé sur la vis centrale. Cette variante est donnée à titre d'exemple simplifié. La personne du métier saura concevoir divers moyens pour la fixation du résonateur mécanique au mouvement horloger, de manière à assurer notamment une bonne stabilité de l'élément central 28. On notera que cet élément central peut être relié au mouvement horloger 4, ou à un autre support solidaire de ce celui-ci, de manière indépendante de la partie centrale du rotor 8.
  • On remarquera que le rotor 8 s'apparente à une masse de remontage d'un mouvement mécanique automatique. La partie tournante du rotor est montée sur une partie centrale fixe au moyen d'un roulement à billes. Ainsi, ce premier mode de réalisation présente l'avantage de permettre une synergie dans le cas où le mouvement horloger est du type mécanique, le rotor 8 pouvant alors servir à activer le résonateur mécanique, comme ceci sera exposé par la suite, et également à remonter simultanément un barillet du mouvement mécanique. Dans ce dernier cas, l'unité électronique qui est alimentée par l'unité d'alimentation électrique selon l'invention a une fonction autre que celle d'afficher l'heure courante. Par exemples, il s'agit d'une unité de communication par ondes lumineuses ou électromagnétiques, d'un capteur et son unité électronique de traitement de signaux captés, d'une unité de régulation électronique de la fréquence moyenne d'un balancier-spiral incorporé dans le mouvement mécanique, d'un affichage digital complémentaire, etc. On notera encore que le rotor et le résonateur mécanique sont agencés avec leur axe central respectif situé au centre du mouvement horloger. Cependant, dans une variante, ces mécanismes sont agencés de manière décentrée relativement à l'axe central du mouvement horloger.
  • Le convertisseur électromécanique 6 est agencé à l'arrière du mouvement horloger 4, du côté du fond de la boîte de montre 32 et donc du côté opposé au cadran 34 relativement au mouvement 4 qui est ici un mouvement électromécanique avec un affichage analogique de l'heure. Ainsi, ce mouvement comprend un moteur, notamment un moteur pas-à-pas.
  • Le premier mode de réalisation se caractérise notamment par le fait que le rotor 8 est monté libre en rotation sur une partie centrale qui est fixée, selon diverses variantes, soit à l'élément central fixe 28, soit directement au mouvement horloger 4 ou éventuellement à un dispositif interne qui est solidaire de cet élément central ou de ce mouvement horloger et qui est situé de l'autre côté de la masse d'inertie 16 relativement au rotor, à savoir du côté de l'affichage analogique dans le cas de la montre 2. Le rotor est configuré de manière à présenter un balourd pour favoriser sa rotation lors des mouvements que peut subir la montre. Dans la première variante, le rotor présente une partie périphérique qui s'étend sur un angle d'environ 200° et porte les deux aimants 10 dans deux cavités internes qui s'ouvrent latéralement vers l'intérieur, ces deux aimants sortant de la partie périphérique du rotor vers la masse d'inertie 16 du résonateur mécanique.
  • Dans le premier mode de réalisation, tout comme dans les autres modes de réalisation qui seront décrits par la suite, les premiers aimants 10 et les deuxièmes aimants 20 sont situés dans un même plan général qui est perpendiculaire à l'axe central 14 définissant l'axe d'oscillation du résonateur mécanique 12 et l'axe de rotation du rotor 8, lesquels sont confondus. Cette caractéristique a pour objectif d'éviter l'apparition d'une force axiale sur la masse d'inertie du résonateur mécanique et par conséquent aussi sur le rotor. Ensuite, les premiers aimants 10 et les deuxièmes aimants 20 sont agencés de sorte que leur interaction magnétique est en répulsion. Dans une variante avantageuse, ils présentent tous des axes de magnétisation sensiblement parallèles à l'axe central 14. A noter qu'une variante avec des axes de magnétisation radiaux est envisageable. Finalement, on remarquera qu'il est prévu un nombre pair de premiers aimants 10 et également un nombre pair de deuxièmes aimants 20, chaque paire de premiers aimants et chaque paire de deuxièmes aimants étant agencées de manière diamétralement opposées relativement à l'axe central 14. Cette caractéristique a pour objectif d'éviter l'apparition d'une force globale radiale sur la masse d'inertie du résonateur mécanique et par conséquent aussi sur le rotor. Grâce à ces diverses caractéristiques, on évite, d'une part, l'apparition de forces magnétiques axiales sur la masse d'inertie 16 du résonateur mécanique 12 qui solliciteraient axialement les lames flexibles 26 et, d'autre part, l'apparition d'une force magnétique globale radiale qui contraindrait radialement ces lames flexibles. Dans le cas contraire, la masse d'inertie pourrait soit être déplacée axialement, soit radialement ou encore subir une rotation autour d'un axe perpendiculaire à l'axe central 14, ce qui serait nuisible au bon fonctionnement du convertisseur électromécanique 6 selon la présente invention. L'interaction magnétique prévue entre les premiers aimants 10 et les deuxièmes aimants 20 doit essentiellement permettre d'engendrer un couple de force magnétique sur la masse d'inertie 16 du résonateur mécanique 12.
  • Dans une variante non représentée, il est prévu de doubler la masse d'inertie en agençant de part et des bobines 24 une première masse d'inertie 16 et une deuxième masse d'inertie qui lui est semblable. Ainsi, chaque deuxième aimant 20 est remplacé ici par une paire de deuxième aimants ayant une même polarité et alignés axialement avec une bobine 24 située entre ces deux aimants, de préférence à même distance de chacun d'eux. Les deux aimants de chaque paire d'aimants s'attirant magnétiquement, il est avantageux, voire nécessaire, que les deux aimants de chacune des paires de deuxièmes aimants soient assemblés rigidement. Dans cette variante, les premiers aimants 10 sont avantageusement situés dans un plan général dans lequel sont situées les bobines 24. Dans une autre variante non représentée, les premiers aimants 10 portés par le rotor sont doublés de manière à avoir des paires de premiers aimants de même polarité remplaçant chaque premier aimant 10 des deux variantes représentées. On remarquera que cette dernière variante permet un agencement axial des paires de premiers aimants avec les deuxièmes aimants, c'est-à-dire que les premiers aimants et les deuxièmes aimants présentent sensiblement un même rayon à l'axe central, définissant l'axe d'oscillation du résonateur mécanique et l'axe de rotation du rotor, sans qu'une force magnétique axiale s'exerce sur la masse d'inertie. Dans une variante combinant les deux variantes non représentées décrites ici, on a des paires de premiers aimants et des paires de deuxièmes aimants. Dans un premier cas, toutes ces paires d'aimants sont situées dans deux plans généraux situées respectivement des deux côtés du plan général des bobines 24. Dans un deuxième cas, un agencement axial des paires de premiers aimants avec les paires de deuxièmes aimants est prévu.
  • Dans une variante avantageuse, la fréquence de résonance FRes est sensiblement égale ou supérieure à dix Hertz (FRes >= 10 Hz). Dans une variante préférée, la fréquence de résonance FRes est comprise entre quinze Hertz et trente Hertz (15 Hz <= FRes <= 30 Hz). Alors que le rotor tourne généralement à une fréquence de l'ordre de grandeur de 1 Hz (soit 1 à 5 tours par seconde), le résonateur mécanique oscille à relativement haute fréquence et transforme de l'énergie cinétique du rotor en énergie mécanique d'oscillation, de préférence via un couplage aimant-aimant en répulsion magnétique. Comme chaque bobine est associée à un aimant du résonateur mécanique, le nombre d'impulsions sinusoïdales générées dans chaque bobine est égal au double de la fréquence de résonance FRes tant que le résonateur mécanique oscille librement. En agençant le convertisseur électromécanique de sorte que le résonateur mécanique reste activé approximativement de manière continue lorsque le rotor tourne sensiblement à vitesse constante dans une plage de vitesses usuelles, on peut obtenir un grand nombre d'impulsions sinusoïdales de tension induite à chaque tour du rotor et ainsi convertir de manière efficace une certaine partie de l'énergie cinétique du rotor en énergie électrique qui est apportée dans un accumulateur électrique d'alimentation.
  • Aux Figures 2A et 2B est montrée une deuxième variante de réalisation d'une montre-bracelet 2A selon le premier mode de réalisation. Le résonateur mécanique est identique à celui de la première variante. Cette deuxième variante se distingue de la première variante par le fait que le rotor 8A porte six aimants 10, c'est-à-dire le même nombre que celui des aimants 20 qui sont portés par la masse d'inertie 16. Comme les six aimants 10 sont régulièrement répartis le long de la partie périphérique 38 du rotor, cette partie périphérique s'étend sur un tour complet (360°). La partie périphérique forme ainsi une partie annulaire qui entoure latéralement la masse d'inertie 16 du résonateur mécanique. Afin de conserver un balourd au rotor, trois ouvertures 36 sont usinées dans le plateau du rotor. Etant donné que les six aimants de la masse d'inertie sont répartis régulièrement, chaque aimant 10 présente un couplage magnétique identique avec les aimants 20 de sorte que les couples de force engendrés entre chacun des aimants 10 et les aimants 20 s'additionnent. La Figure 2B montre le système magnétique global prévu selon l'invention, à savoir les aimants 10 portés par le rotor et servant à l'activation du résonateur mécanique, les aimants 20 portés par la masse d'inertie oscillante 16 du résonateur mécanique, et les bobines 24 montées sur un PCB 22 de manière à être en face des aimants 20 lorsque le résonateur mécanique passe par sa position de repos.
  • Dans une variante spécifique, les lames flexibles 26 du résonateur mécanique sont constituées d'un matériau piézoélectrique et revêtues chacune de deux électrodes au travers desquelles un courant électrique est généré lorsque le résonateur mécanique est activé, ce courant électrique étant aussi fourni à un accumulateur que comprend l'unité d'alimentation électrique de la montre 2 ou 2A.
  • Un deuxième mode de réalisation d'une montre 42 comprenant un convertisseur électromécanique 6A selon l'invention est représentée au Figures 3A à 3C. Ce deuxième mode réalisation se distingue du premier mode de réalisation substantiellement par l'agencement du rotor 44 et par l'agencement du résonateur mécanique 12A. Le résonateur mécanique comprend une masse d'inertie 46 et une structure résonnante 48 montée sur une partie saillante 4A du mouvement horloger 4. La masse d'inertie définit une roue qui est formée d'un anneau externe, semblable à celui prévu dans le premier mode de réalisation et portant quatre aimants 20 répartis régulièrement, d'une partie centrale et de bras radiaux qui relient l'anneau externe à cette partie centrale. La partie centrale est reliée solidement à une partie oscillante de la structure résonante 48 à lames flexibles qui est située dans un plan général inférieur à celui de la masse d'inertie. La structure résonante est d'un type qui est décrit dans la demande de brevet EP 3 206 089 . Selon deux variantes particulières, les bras radiaux de la masse d'inertie sont respectivement rigides et semi-rigides. La variante semi-rigide permet d'absorber de brusques accélérations de la masse d'inertie provenant notamment de chocs que peut subir la montre. Quatre bobines 24 sont agencées sur un PCB 22 de manière à présenter un décalage angulaire avec les quatre aimants correspondant 20 lorsque le résonateur mécanique 6A est dans sa position angulaire de repos, selon une variante avantageuse qui a été exposée dans le cadre du premier mode de réalisation.
  • Le rotor 44 est monté libre en rotation sur une structure fixe de l'objet portable, avantageusement sur la carrure du boîtier 32 de la montre comme dans la variante représentée ou de préférence sur un cercle d'encageage du mouvement horloger 4, au moyen d'un roulement à billes 50. Pour libérer la zone centrale du rotor sous laquelle est située la structure résonante 48, une bague interne 51 du roulement à billes 50 est avantageusement formée par le rotor ou solidaire de ce rotor, alors qu'une bague externe 52 de ce roulement est formée par ladite structure fixe ou solidaire de cette structure fixe. Dans la variante représentée, le chemin de roulement de la bague interne 51 est formé par une surface latérale externe du rotor 44. De préférence, comme dans la variante représentée, le roulement à billes 50 est situé à la périphérie du rotor 44.
  • Dans la variante spécifique représentée, le rotor 44 est formé par une partie annulaire portant quatre aimants 10A et il est agencé dans un même plan général que la masse d'inertie 46 du résonateur mécanique et que le roulement à billes 50. Ainsi, le rotor et le résonateur mécanique sont avantageusement coplanaire pour limiter l'augmentation d'épaisseur du boîtier 32 de la montre 42 engendrée par l'agencement du convertisseur électromécanique selon l'invention dans cette montre. De plus, cet ensemble est aussi prévu ici coplanaire avec le roulement à billes. Dans une variante, le roulement à billes est agencé sous la partie annulaire du rotor, du côté du mouvement horloger 4. Les aimants 10A du rotor sont au même nombre que celui des aimants 20 de la masse d'inertie 46 du résonateur mécanique 12A. Les aimants 10A et 20 sont avantageusement agencés dans un même plan général. Dans la variante représentée, ces aimants sont insérés dans des ouvertures respectives de la partie annulaire du rotor et de la masse d'inertie, de sorte qu'ils sont agencés dans le plan général dans lequel s'étendent cette partie annulaire et cette masse d'inertie. Comme dans le premier mode de réalisation décrit précédemment, les aimants 10A et 20 présentent des axes de magnétisation axiaux et une interaction magnétique en répulsion. Les aimants 10A, respectivement 20 sont agencés par paires diamétralement opposées. Ainsi, la masse d'inertie subit seulement un couple de force magnétique dans le plan général dans lequel sont agencés les aimants 10A et 20 (en d'autres termes, le vecteur de ce couple magnétique est axial, confondu avec l'axe d'oscillation 14 du résonateur mécanique 12A). On remarquera encore que la partie annulaire du rotor 44 présente deux ouvertures permettant d'engendrer un balourd.
  • En référence aux Figures 4A à 4F, on décrira plus précisément le fonctionnement du convertisseur électromécanique du deuxième mode de réalisation et plus particulièrement l'activation du résonateur mécanique 12A par le rotor 44. Sur ces figures, le rotor est représenté seulement par les aimants 10A. Dans l'exemple particulier traité ici, il est prévu que le rotor tourne dans le sens antihoraire à vitesse sensiblement continue d'un tour par seconde (1 Hz). On notera que le convertisseur électromécanique du premier mode de réalisation fonctionne de manière semblable au convertisseur électromécanique du deuxième mode de réalisation.
  • A la Figure 4A, le rotor est sensiblement immobile et le résonateur mécanique 12A est à l'arrêt dans sa position de repos. Depuis cette position initiale du convertisseur électromécanique, le rotor avec ses aimants 10A tournent dans le sens antihoraire à vitesse sensiblement constante, après une accélération initiale provenant par exemple d'un mouvement brusque du bras d'un utilisateur de la montre 42. A la Figure 4B, les quatre aimants 10A du rotor se sont rapprochés des quatre aimants 20 du résonateur mécanique. Une interaction magnétique intervient entre chaque aimant 10A et un aimant 20 correspondant. Une force de répulsion magnétique FRM s'exerce alors sur chacun des aimants 20 et un premier couplage magnétique fort intervient. On remarquera que les composantes radiales des quatre forces FRM s'annulent par paire d'aimants diamétralement opposés, alors que les composantes tangentielles de ces forces FRM s'additionnent et engendrent un couple de force magnétique appliqué à la masse d'inertie 46 du résonateur mécanique, ce couple de force magnétique entraînant en rotation la masse d'inertie 46 de sorte que les aimants 20 portés par cette masse d'inertie subissent un déplacement angulaire en s'écartant de la position de repos du résonateur mécanique, comme ceci est rendu visible par les cercles en trait interrompu indiquant, aux Figures 4B à 4F, la position angulaire de repos des aimants 20 et également la position angulaire de chacune des quatre bobines 24 du convertisseur électromécanique 6A. La force de répulsion magnétique FRM augmente encore en intensité lorsque les aimants 10A s'approchent encore plus des aimants 20 respectifs, mais c'est principalement la composante radiale qui grandit de sorte que le couple de force magnétique s'exerçant sur la masse d'inertie passe par un maximum pour une position angulaire relative des aimants 10A et des aimants 20 qui est représentée à la Figure 4C.
  • Une fois le couple de rappel élastique du résonateur mécanique égal au couple de force magnétique et dans la mesure où ce dernier croît plus fortement que le couple de force magnétique dans le cas où ce dernier continuerait d'augmenter, une oscillation du résonateur mécanique débute grâce au couple de rappel élastique du résonateur mécanique qui entraîne la masse d'inertie dans le sens contraire à celui du rotor, comme ceci est montré à la Figure 4D. Ce qui est remarquable dans le couplage magnétique entre le rotor et la masse d'inertie du résonateur mécanique provient du fait que non seulement il exerce un couple de force magnétique initial dans le sens de rotation du rotor, générant un mouvement initial de la masse d'inertie permettant de l'écarter de sa position de repos pour ensuite permettre une oscillation à la fréquence de résonance, mais ce couplage magnétique exerce ensuite, dès que les aimants 10A dépassent angulairement les aimants 20 correspondants auxquels ils sont substantiellement couplés lors dudit mouvement initial, un couple de force magnétique de sens opposé qui donne de l'énergie à la masse d'inertie dans la première alternance de son oscillation suivant le dépassement angulaire susmentionné et qui permet d'amplifier l'oscillation de la masse d'inertie à la fréquence de résonance FRes. Aux Figures 4E et 4F sont représentées deux positions instantanées du convertisseur électromécanique aux cours de deux alternances succédant à la première alternance représentée à la Figure 4D. Ainsi, étant donné la fréquence de résonance FRes relativement élevée, soit par exemple 20 Hz dans l'exemple traité, plusieurs alternances peuvent intervenir sensiblement à cette fréquence de résonance avant que les aimants 10A du rotor ne soient à nouveau couplés fortement avec les aimants 20 de la masse d'inertie, chaque aimant 10A étant alors substantiellement couplé magnétiquement avec un aimant 20 suivant (dans le sens de rotation du rotor) de la masse d'inertie lors de ce nouveau couplage magnétique fort.
  • Le nouveau couplage magnétique fort peut engendrer diverses variantes d'interaction magnétique et agir ainsi selon divers scénarios sur le résonateur mécanique. Ces divers scénarios dépendent notamment du fait que le résonateur mécanique tourne dans le même sens de rotation que le rotor lors du début d'un nouveau couplage magnétique fort ou, au contraire, que les rotations respectives du rotor et du résonateur mécanique soient alors de sens opposés. Dans le premier cas, le nouveau couplage magnétique fort servira en majeure partie à entretenir la première oscillation générée lors du premier couple magnétique fort. Dans le second cas, dans un premier temps, le nouveau couplage magnétique fort freine la masse d'inertie et amortit donc substantiellement la première oscillation, puis dans un second temps engendre une deuxième oscillation, principalement par le couple de force magnétique de sens opposé à celui du rotor qui intervient après que les aimants du rotor aient dépassé angulairement ceux de la masse d'inertie. On remarquera que du fait que la fréquence de résonance est relativement élevée, le second cas est prédominant. Par ailleurs, même si le premier cas peut être prédominant dans certaines situations, la masse d'inertie passe souvent par un court temps d'arrêt ou de quasi immobilité (pas nécessairement à la position de repos, car aussi possible dans d'autres positions angulaires et notamment proche d'une position angulaire extrême du résonateur mécanique oscillant) engendrant un déphasage temporel dans le mouvement oscillatoire du résonateur mécanique. Ainsi, la distinction entre oscillation entretenue et succession d'oscillations n'est pas nette. Lorsque le résonateur mécanique s'arrête un certain intervalle de temps dans sa position de repos, on peut parler de deux oscillations successives, et dans le cas contraire on peut parler alors de l'entretien d'une oscillation en cours, souvent avec l'introduction d'un déphasage temporel. Quoiqu'il en soit, on peut observer entre les couplages magnétiques forts successifs une pluralité d'oscillations momentanées successives sensiblement à la fréquence de résonance FRes.
  • Dans une variante principale, le convertisseur électromécanique est agencé de sorte que le couple de force magnétique appliqué à la masse d'inertie par le rotor permet d'engendrer, au cours d'un entraînement en rotation du rotor sur une distance angulaire supérieure à l'angle au centre entre deux aimants adjacents 20 du résonateur mécanique, une pluralité d'oscillations momentanées successives, à la fréquence de résonance FRes et avec une amplitude sensiblement égale ou supérieure à une amplitude minimale pour laquelle la tension induite dans chaque bobine du système magnétique, associé au résonateur mécanique, est sensiblement égale à une tension de seuil prédéterminée, cette pluralité d'oscillations momentanées successives intervenant suite à une pluralité d'entraînements en rotation momentanés respectifs de la masse d'inertie du résonateur mécanique par le rotor permettant d'engendrer respectivement la pluralité d'oscillations momentanées successives.
  • A titre d'exemple, chaque bobine 24 présente un diamètre de 4 mm, une hauteur de 0.4 mm, 2300 tours et une résistance de 2.6 kΩ. Chaque bobine est agencée fixement à une distance axiale de 0.1 à 0.2 mm sous les aimants respectifs 20 du résonateur mécanique, lesquels sont choisis avec une forte aimantation rémanente et présentent un diamètre environ identique à celui des bobines. En sélectionnant un résonateur mécanique ayant une fréquence de résonance FRes environ égale à 20 Hz et présentant une amplitude moyenne entre 7° et 10° lorsqu'il est activé par le rotor tournant avec une fréquence angulaire usuelle, le système magnétique décrit ici, associé au résonateur mécanique, peut générer une puissance moyenne de l'ordre de 2 µW par bobine sur une charge adaptée en impédance et une tension induite moyenne de l'ordre de 100 mV par bobine. A noter que des performances supérieures sont envisageables.
  • La Figure 9 est un schéma électrique d'une variante de réalisation d'un circuit électronique du convertisseur électromécanique reliant les bobines, référencées 24*, du système électromagnétique à un accumulateur d'énergie électrique 98 incorporé dans l'objet portable selon l'invention. L'ensemble des bobines, généralement d'un nombre pair et connectées en parallèle ou en série, sont reliées à un redresseur 94 auquel cet ensemble fournit une tension induite UInd. Le signal de tension induite est ensuite fourni à un filtre de lissage 95 et à un élévateur de tension 96 (lesquels sont facultatifs) pour générer une tension de recharge URec de l'accumulateur 98. L'accumulateur fournit une tension d'alimentation UAI à une charge 100 incorporée dans l'objet portable considéré. D'autres unités électroniques spécifiques peuvent être prévues, notamment pour garantir une valeur de la tension d'alimentation UAI dans une plage utile et pour assurer une certaine stabilité de cette tension. Un interrupteur Sw est prévu pour pouvoir activer ou non l'alimentation de la charge, selon la demande et/ou d'autres paramètres électriques, notamment le niveau de tension de l'accumulateur 98.
  • En référence aux Figures 5A à 8H, on décrira encore un troisième mode de réalisation d'une montre-bracelet 62 munie d'un convertisseur électromécanique 6B selon l'invention. Plusieurs éléments semblables ou similaires à ceux déjà décrits précédemment ne seront pas à nouveau décrits ici en détails. On remarquera que le résonateur mécanique 12B est essentiellement identique au résonateur mécanique 12A déjà décrit. Son fonctionnement est semblable. Seul le profil externe de la masse d'inertie 16B est différente, en lien avec le caractère spécifique de ce troisième mode de réalisation qui se distingue du mode précédent essentiellement par l'agencement du rotor 66 permettant une plus grande efficacité pour activer le résonateur mécanique 12B, et par la fixation du rotor directement au boîtier 32A étant donné la présence de la structure résonnante 48 située au centre du résonateur mécanique. Cette fixation du rotor au fond du boîtier constitue une alternative au système proposé dans le cadre du deuxième mode de réalisation, système qui peut aussi être prévu ici à titre de variante.
  • Le mouvement horloger 4 porte sur sa partie saillante arrière 4A, insérée dans une ouverture du PCB 22 portant quatre bobines 24, la structure résonnante 48 dont la partie 48A est fixée à cette partie saillante arrière. La structure résonnante comprend en outre une partie oscillante 48B qui est reliée à la partie fixe 48A par un système à lames flexibles situées dans un même plan général et définissant un axe d'oscillation pour cette partie oscillante et pour la masse d'inertie 16B qui est fixée à cette dernière via un plot venant s'insérer dans un trou correspondant agencé dans un élément central 18 de cette masse d'inertie. La masse d'inertie 16B porte dans sa partie périphérique quatre aimants circulaires 20 qui sont insérés dans des trous de quatre parties saillantes respectives entre lesquelles sont prévus quatre zones angulaires libres 78 débouchant latéralement sur l'espace extérieur à la masse d'inertie et s'étendant radialement jusqu'à un rayon correspondant à celui d'un cercle géométrique dans lequel la masse d'inertie 16B est inscrite. Le rotor 64 est formé de trois parties, une partie centrale fixe 71, un demi-disque 70 présentant une partie périphérique plus massive, et une structure annulaire 72 qui est fixée rigidement à cette partie périphérique. Le demi-disque 70 est monté libre en rotation sur la partie centrale 71 au moyen d'un roulement à billes.
  • Dans la variante représentée pour le troisième mode de réalisation, il est prévu que la partie centrale 71 soit fixée au fond 66 du boîtier 32A par une vis 68. D'autres moyens de fixation peuvent être envisagés, notamment un soudage ou un collage. Ainsi, le rotor 64 est monté du côté intérieur du fond 66 avant l'assemblage de cet ensemble avec la carrure du boîtier. Selon une caractéristique principale de ce troisième mode de réalisation, la structure annulaire 72 porte quatre aimants 10B de manière à permettre à ceux-ci de subir un mouvement élastique radial pour pouvoir s'escamoter lorsque ces aimants arrivent dans des zones angulaires occupées respectivement par les aimants 20 de la masse d'inertie, ces zones angulaires occupées séparant les zones angulaires libres 78. En effet, pour une raison qui sera exposée par la suite plus en détails à l'aide des Figures 8A à 8H, les aimants 10B sont agencés de manière que, dans une position neutre dans laquelle ils ne sont soumis à aucune force élastique radiale, ils pénètrent au moins partiellement dans les zones angulaires libres 78. Il est cependant prévu que les aimants 10B présentent un rayon à l'axe central qui est supérieur au rayon à cet axe central des aimants 20 du résonateur mécanique, afin de permettre le fonctionnement prévu pour ce troisième mode de réalisation exposé par la suite.
  • Dans la variante avantageuse représentée, les aimants cylindriques 10B sont insérés dans des anneaux fixés aux extrémités libres de lames flexibles 74 respectives. Chaque lame flexible 74 présente un axe longitudinal en arc de cercle centré sur l'axe de rotation du rotor 64 qui est confondu avec l'axe d'oscillation de la masse d'inertie. Ainsi, chaque lame flexible présente une grande flexibilité selon la direction radiale mais une relativement grande rigidité selon la direction angulaire / tangentielle. Les lames flexibles ont avantageusement une hauteur supérieure à leur largeur, de sorte à présenter une rigidité axiale suffisante pour rester dans le plan général des aimants 20 du résonateur mécanique également lors des interactions entre les aimants 10B et 20 qui peuvent générer une certaine force magnétique axiale étant donné les tolérances de fabrication. Des cavités 76 sont prévues dans la structure annulaire pour permettre à chaque premier ensemble, formé d'un aimant 10B et de l'anneau de fixation à la lame flexible 74, de subir un mouvement radial sur une distance suffisante pour contourner chaque deuxième ensemble, formé d'un aimant 20 et de la partie saillante de la masse d'inertie servant à la fixation de cet aimant, lorsque le rotor subit une rotation.
  • De manière générale, chaque aimant de la masse d'inertie est agencé de manière à faire saillie de cette masse d'inertie, de sorte que la masse d'inertie présente une première et une seconde zones angulaires libres, respectivement des deux côtés de cet aimant, dans lesquelles peut se mouvoir chaque aimant du rotor. Ensuite, chaque aimant du rotor est agencé de manière à pouvoir subir un mouvement élastique radial relativement à l'axe d'oscillation du résonateur mécanique, sous l'action d'une force magnétique radiale qui est engendrée par l'interaction en répulsion magnétique avec un aimant de la masse d'inertie, lorsque cet aimant du rotor est situé à proximité de l'aimant concerné de la masse d'inertie. De préférence, la position d'énergie mécanique minimale de chaque premier aimant du rotor, considérée en son centre relativement à l'axe de rotation du rotor, correspond à une position radiale de ce premier aimant située dans une plage de positions radiales, relativement à l'axe de rotation du rotor qui est confondu avec l'axe d'oscillation de la masse d'inertie, correspondant aux zones angulaires libres situées entre les deuxièmes aimants de la masse d'inertie. Le mouvement élastique radial de chaque premier aimant du rotor est prévu de sorte que ce premier aimant peut s'escamoter suffisamment, lorsqu'il passe par la position angulaire d'un deuxième aimant du résonateur mécanique, pour pouvoir passer de la première zone angulaire libre à la seconde zone angulaire libre relatives à ce deuxième aimant. Dans une variante avantageuse, chaque premier aimant du rotor est fixé à l'extrémité d'une lame élastique correspondante qui est agencée de manière à présenter un axe longitudinal principalement tangentiel et une capacité de déformation élastique essentiellement selon une direction radiale, relativement à l'axe d'oscillation du résonateur mécanique.
  • Dans une variante préférée, le mouvement élastique radial de chacun des premiers aimants du rotor, sous l'action de la force magnétique radiale, est prévu avec une amplitude suffisante pour éviter un choc entre le rotor et la masse d'inertie du résonateur mécanique lors du passage d'un premier aimant par la position angulaire d'un deuxième aimant. De plus, les zones angulaires libres 78, séparant les zones angulaires occupées par les deuxièmes aimants de la masse d'inertie, sont prévues de sorte que les premiers aimants du rotor ne viennent pas buter contre la masse d'inertie suite à un passage de ces premiers aimants par les positions angulaires respectives des deuxièmes aimants, pour ne pas perturber le mouvement oscillatoire de la masse d'inertie à la fréquence de résonance FRes suivant ce passage.
  • En référence aux Figures 8A à 8H qui montrent une coupe du rotor, au niveau du plan général dans lequel sont agencés les aimants 10B et 20, et seulement les quatre aimants 20 (dont l'un présente une position angulaire variable β) pour le résonateur mécanique 12B, on décrira une succession d'états instantanés du convertisseur électromécanique 6B lors de son fonctionnement. On considère un cas particulier où le rotor 64 tourne sensiblement à vitesse constante dans le sens horaire. A la Figure 8A, les aimants 10B du rotor (dont l'un présente une position angulaire α), portés par les lames flexibles respectives 74, se sont approchés suffisamment des aimants 20 du résonateur mécanique (distance angulaire variable θ entre les aimants du rotor et les aimants correspondants du résonateur mécanique) pour que la force de répulsion magnétique FRM entre eux soit significative et suffisante pour entraîner en rotation la masse d'inertie 16B (représentée ici que par les quatre aimants 20). Déjà à la Figure 8A on comprend le bénéfice de l'agencement particulier du rotor et du résonateur mécanique dans le troisième mode de réalisation de l'invention. La force FRM est essentiellement tangentielle, ce qui a pour conséquence que sensiblement l'entier de cette force FRM participe au couple de force magnétique appliqué à la masse d'inertie. En continuant sa rotation, le rotor entraîne la masse d'inertie avec une force FRM dont l'intensité augmente étant donné la diminution des distances entre les premiers aimants 10B et les deuxièmes aimants correspondants 20. Grâce à la présence des zones angulaires libres 78 décrites précédemment et la position radiale neutre prévue pour chaque aimant 10B du rotor, alors que l'intensité de la force FRM augmente fortement, la force FRM reste substantiellement tangentielle dans la position relative de l'instantané représenté à la Figure 8B. Ainsi, un couple magnétique de relativement grande intensité est appliqué à la masse d'inertie du résonateur mécanique.
  • Le rotor continuant de tourner dans le sens horaire, la composante radiale de la force FRM a une valeur qui devient relativement importante, cette composante radiale agissant sur chaque aimant 10B de sorte que chaque aimant 10B commence à subir un mouvement élastique radial vers l'extérieur grâce à la lame flexible qui le porte. Les aimants 10B s'écartent de leur trajectoire circulaire de manière à s'escamoter au passage de ces aimants par les positions angulaires respectives des aimants 20 de la masse d'inertie, comme représenté dans l'instantané de la Figure 8C. Alors que les aimants 10B du rotor contournent les aimants 20 du résonateur mécanique sous l'action de la composante radiale de la force de répulsion magnétique (nommée aussi 'force magnétique radiale'), la masse d'inertie atteint une position d'équilibre des forces tangentielles (force magnétique tangentielle et force élastique de rappel du résonateur mécanique) et se trouve ainsi à une position angulaire extrême (avec une vitesse angulaire nulle) correspondant à l'instantané de la Figure 8C. Ainsi, le résonateur mécanique est excité / activé par le rotor tournant et il commence à osciller sensiblement à sa fréquence de résonance FRes depuis cette position angulaire extrême qui détermine une amplitude initiale pour cette oscillation.
  • A la Figure 8D, alors que les aimants 10B et 20 sont sensiblement alignés radialement, la masse d'inertie a commencé une première alternance dans le sens de rotation opposé à celui du rotor. Ensuite, chaque aimant 10B ayant dépassé l'aimant 20 auquel il est momentanément associé lors de cette activation / excitation du résonateur mécanique, la force de répulsion magnétique entre eux entraîne momentanément la masse d'inertie dans le sens antihoraire de sa première alternance, ce qui fournit encore un supplément d'énergie à cette masse d'inertie et participe à l'activation / l'excitation du résonateur mécanique. La Figure 8E montre l'instant de la fin de la première alternance. Comme la fréquence de résonance FRes est prévue relativement haute, lors de l'alternance suivante, les aimants 20 de la masse d'inertie tournent dans le sens horaire et se rapprochent à nouveau des aimants 10B du rotor, comme on l'observe à la Figure 8F qui montre le masse d'inertie à nouveau dans une position angulaire extrême, bien que ces aimants 10B du rotor continuent de tourner dans le sens horaire mais à vitesse moindre que la vitesse moyenne des aimants 20 de la masse d'inertie. On remarque que la force de répulsion magnétique FRM freine le résonateur mécanique et diminue ainsi son amplitude pour cette deuxième alternance. Toutefois, comme la force magnétique est une force conservative, l'énergie de freinage est redonnée en majeure partie au résonateur mécanique lors de l'alternance suivante. La Figure 8G montre sensiblement l'instant de la fin de cette alternance suivante. Ensuite, dans le cas spécifique considéré, le résonateur mécanique oscille encore librement durant deux à trois périodes d'oscillation avant de se trouver à nouveau dans une situation semblable à celle de la Figure 8B où un couplage magnétique fort intervient à nouveau entre le rotor et la masse d'inertie du résonateur mécanique, de sorte à entretenir le mouvement d'oscillation de ce dernier ou engendrer une nouvelle oscillation du résonateur mécanique. La Figure 8H montre encore un instantané à la fin de l'alternance suivant l'instantané de la Figure 8G, ces deux figures indiquant la zone angulaire d'oscillation libre du résonateur mécanique. Comme déjà exposé, lorsque les aimants 20 de la masse d'inertie se rapprochent des aimant 10B du rotor, la masse d'inertie subit généralement un freinage magnétique qui peut arrêter momentanément l'oscillation en cours, lors du passage des aimants du rotor par les positions angulaires respectives des aimants du résonateur mécanique. Ainsi, on observe que des oscillations successives du résonateur mécanique sont substantiellement engendrées par le rotor tournant via la force magnétique FRM lorsqu'elle agit dans le sens contraire au sens de rotation du rotor, soit après que les aimants 10B du rotor aient passé, en s'escamotant, les aimants 20 de la masse d'inertie, c'est-à-dire dans des intervalles de temps suivant l'état instantané donné à la Figure 8D.
  • Bien que la constante élastique radiale de chaque structure élastique, formée d'un aimant 10B et de la lame flexible 74 qui le porte, est sélectionnée de manière qu'elle soit suffisamment petite pour que les forces magnétiques radiales puissent déplacer les aimants 10B hors de la zone circulaire balayée par la masse d'inertie, notamment par les aimants 20 et leurs cerclages respectifs lors du passage de ces aimants 10B par les positions angulaires des aimants 20, il est prévu que cette constante élastique radiale soit toutefois suffisamment grande pour que la fréquence d'oscillation radiale de chaque structure élastique susmentionnée soit plus élevée que la fréquence de résonance FRes du résonateur mécanique. Par exemple, si la fréquence de résonance FRes est égale à 20 Hz, il est avantageux que la fréquence d'oscillation radiale de chaque structure élastique du rotor soit au moins égale au double de FRes, mais de préférence quatre à cinq fois plus grande, en particulier égale à environ 100 Hz. Ceci garantit que la réponse mécanique de chaque structure élastique du rotor est plus rapide que la réponse mécanique du résonateur mécanique. Ainsi, les aimants 10B du rotor sont déplacés suffisamment rapidement lors du passage de ces aimants par les positions angulaires des aimants 20 de sorte à éviter des collisions qui perturberaient le fonctionnement du système prévu.

Claims (20)

  1. Objet portable (2; 2A; 42; 62) comprenant une unité électronique et une unité d'alimentation électrique formée par un convertisseur électromécanique (6; 6A; 6B), ce convertisseur électromécanique comprenant :
    - un rotor (8; 8A; 44; 64) susceptible d'être entrainé en rotation par des mouvements que peut subir l'objet portable, ce rotor portant au moins un premier aimant permanent (10; 10A; 10B) ;
    - un résonateur mécanique (12; 12A; 12B) monté sur un support (4) et muni d'une masse d'inertie (16; 46; 16B) susceptible d'osciller, autour d'un axe d'oscillation (14), à une fréquence de résonance (FRes) propre à ce résonateur mécanique ; et
    - un système électromagnétique formé par au moins un deuxième aimant permanent (20) et au moins une bobine (24) qui sont respectivement portés par la masse d'inertie et par ledit support ou un élément solidaire de ce support et qui sont agencés de manière que, lorsque le résonateur mécanique est au repos, au moins une partie du flux magnétique généré par le deuxième aimant permanent traverse la bobine de sorte que, lorsque le résonateur mécanique est oscillant, une tension induite (UInd) est générée dans cette bobine ;
    le convertisseur électromécanique étant agencé de manière que ledit au moins un premier aimant permanent (10; 10A; 10B) et ledit au moins un deuxième aimant permanent (20) puissent, lors d'un entraînement en rotation du rotor (8; 8A; 44; 64), interagir 25 magnétiquement de sorte à appliquer à la masse d'inertie (16; 46; 16B), momentanément ou par moments, un couple de force magnétique permettant d'exciter le résonateur mécanique (12; 12A; 12B), afin d'engendrer au moins une oscillation de ce résonateur mécanique sensiblement à sa fréquence de résonance.
  2. Objet portable selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur électromécanique (6; 6A; 6B) est agencé de sorte que ledit couple de force magnétique appliqué à la masse d'inertie (16; 46; 16B) permet d'engendrer, au cours dudit entraînement en rotation du rotor, une pluralité d'oscillations momentanées successives, à ladite fréquence de résonance et avec une amplitude sensiblement égale ou supérieure à une amplitude minimale pour laquelle ladite tension induite est sensiblement égale à une tension de seuil prédéterminée, cette pluralité d'oscillations momentanées successives intervenant respectivement suite à une pluralité d'excitations successives du résonateur mécanique par le rotor tournant.
  3. Objet portable selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, lorsque le résonateur mécanique est au repos, le centre dudit deuxième aimant permanent (20) et le centre de ladite bobine (24) présentent entre eux un décalage angulaire non nul relativement audit axe d'oscillation (14), de préférence un décalage angulaire qui correspond à un positionnement angulaire du centre du deuxième aimant permanent sensiblement à un point d'inflexion de la courbe du flux magnétique, généré par ledit au moins un deuxième aimant permanent et traversant ladite bobine, en fonction de la position angulaire relative entre ledit deuxième aimant permanent et cette bobine relativement audit axe d'oscillation.
  4. Objet portable selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit résonateur mécanique (12; 12A; 12B) est un résonateur à lames flexibles (26; 48).
  5. Objet portable selon la revendication 4, caractérisé en ce que les lames flexibles sont constituées d'un matériau piézoélectrique et revêtues chacune de deux électrodes au travers desquelles un courant électrique est généré lorsque le résonateur mécanique est activé, ce courant électrique étant fourni à un accumulateur que comprend l'unité d'alimentation électrique.
  6. Objet portable selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un premier aimant permanent (10; 10A; 10B) et ledit au moins un deuxième aimant permanent (20) sont agencés de sorte que leur interaction magnétique est en répulsion.
  7. Objet portable selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit au moins un premier aimant permanent (10; 10A; 10B) et ledit au moins un deuxième aimant permanent (20) sont situés dans un même plan général perpendiculaire audit axe d'oscillation du résonateur mécanique.
  8. Objet portable selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit au moins un premier aimant permanent (10; 10A; 10B) et ledit au moins un deuxième aimant permanent (20) présentent des axes de magnétisation sensiblement parallèles audit axe d'oscillation (14).
  9. Objet portable selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite fréquence de résonance est sensiblement égale ou supérieure à dix Hertz (FRes >= 10 Hz), de préférence comprise entre quinze Hertz et trente Hertz (15 Hz <= FRes <= 30 Hz).
  10. Objet portable selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite masse d'inertie (16) du résonateur mécanique (12) est formée par un anneau supportant ledit au moins un deuxième aimant permanent (20).
  11. Objet portable (2; 2A) selon la revendication 10 dépendante de la revendication 4, caractérisé en ce que les lames flexibles (26) relient ledit anneau à un élément central (28) qui est fixé audit support (4) du résonateur mécanique ; et en ce que ledit rotor (8) est monté libre en rotation sur une partie centrale qui est fixée audit élément central, audit support ou à un dispositif interne qui est solidaire de cet élément central ou de ce support et situé de l'autre côté de la masse d'inertie (16) relativement au rotor.
  12. Objet portable (42) selon une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit rotor est monté libre en rotation sur une structure fixe (32) de l'objet portable (42) au moyen d'un roulement à billes ou à rouleaux (50), une bague interne (51) dudit roulement étant formée par le rotor (44) ou solidaire de ce rotor, alors qu'une bague externe (52) de ce roulement est formée par ladite structure fixe ou solidaire de cette structure fixe (32).
  13. Objet portable selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'un chemin de roulement de ladite bague interne (51) est formé par une surface latérale externe du rotor (44), ledit roulement (50) étant agencé à la périphérie du rotor.
  14. Objet portable (62) selon une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le rotor (64) est monté libre en rotation sur un fond (66) d'un boîtier (32A) dans lequel est logé le convertisseur électromécanique (6B).
  15. Objet portable (62) selon la revendication 6 ou 7 ou selon une quelconque des revendications 8 à 14 dépendantes de la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit au moins un deuxième aimant permanent (20) est agencé de manière à faire saillie de la masse d'inertie (16B), de sorte que cette masse d'inertie présente des première et seconde zones angulaires libres (78), respectivement des deux côtés du deuxième aimant, dans lesquelles peut se mouvoir ledit au moins un premier aimant permanent (10B) du rotor (64) ; et en ce que ledit premier aimant permanent est agencé de manière à pouvoir subir un mouvement élastique radial, relativement audit axe d'oscillation, sous l'action d'une force magnétique radiale qui est engendrée par l'interaction magnétique avec ledit deuxième aimant permanent lorsque le premier aimant permanent est situé à proximité du deuxième aimant permanent, la position d'énergie mécanique minimale du premier aimant permanent, relativement audit rotor, correspondant à une position radiale de ce premier aimant située dans une plage de positions radiales, relativement audit axe d'oscillation, correspondant auxdites première et seconde zones angulaires libres, ledit mouvement élastique radial étant prévu de sorte que le premier aimant permanent peut s'escamoter suffisamment, lorsque le premier aimant permanent passe par la position angulaire du deuxième aimant permanent, pour pouvoir passer de la première zone angulaire libre à la seconde zone angulaire libre.
  16. Objet portable selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit au moins un premier aimant permanent (10B) est fixé respectivement à l'extrémité d'au moins une lame élastique (74) correspondante qui est agencée de manière à présenter un axe longitudinal principalement tangentiel et ainsi une capacité de déformation élastique essentiellement selon une direction radiale, relativement audit axe d'oscillation.
  17. Objet portable selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que ledit mouvement élastique radial sous l'action de ladite force magnétique radiale est prévu avec une amplitude suffisante pour éviter un choc entre le rotor (64) et la masse d'inertie (16B) du résonateur mécanique (12B) lors du passage du premier aimant permanent (10B) par la position angulaire du deuxième aimant permanent (20).
  18. Objet portable selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rotor présente une partie annulaire qui entoure latéralement la masse d'inertie du résonateur mécanique.
  19. Objet portable selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rotor est configuré de manière à présenter un balourd pour favoriser sa rotation lors desdits mouvements que peut subir l'objet portable.
  20. Objet portable selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que cet objet portable est portable au poignet d'un utilisateur, en particulier une montre-bracelet.
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