La pendule représente une dimension importante (45 cm de diamètre) et les aiguilles sont relativement lourdes. Sur la photo ci-contre , il faut noter les contrepoids soigneusement ajustés pour équilibrer les aiguilles, ces dernières mesurant environ 20 cm.
Ainsi, en régime stable, l'aiguille des secondes est synchronisée, avec une impulsion sur deux, avec la fréquence des impulsions. Il est évident que sur un démarrage de la pendule les impulsions ne sont pas nécessairement bien calées par rapport à la position de l'aiguilles des secondes, mais l'asynchronisme de la période du moteur synchrone (59 secondes) et la période des impulsions négatives (60 secondes exactement) fait qu'un glissement progressif existe vers la synchronisation des secondes sur le moteur demi-minute.
Ceux d'entre nous qui ont connu les quais des gares de la SNCF de cette époque, doivent se rappeler ces pendules bizarres dont l'aiguille des secondes avait un mouvement continu pendant tout le cadran mais qui, arrivée sur 12 H, s'arrêtait brusquement pour repartir une ou deux secondes plus tard !
Plus surprenant, l'examen du rotor, photo à gauche, fait apparaître entre l'aimant circulaire en haut et le pignon d'entraînement en bas sur l'axe, un élément circulaire en laiton libre sur l'axe. Le texte du brevet n° 823.395 nous apporte l'explication suivante :
"Sur l'axe de l'aimant A est monté fou à frottement doux, un volant V. Ce volant fonctionne comme amortisseur des oscillations de l'aimant à la fin de chaque course motrice. En effet lorsque l'aimant tend à se déplacer brusquement sous l'influence d'une impulsion de courant, le volant V ne le suit qu'avec un certain retard, à cause de son inertie, et il en résulte un glissement par rapport à l'axe O qui fait naître une perte d'énergie diminuant la vitesse initiale. A la fin de la course, l'aimant A, après avoir dépassé la position d'équilibre magnétique stable, revient en arrière; mais le volant tend à continuer sa course et il en résulte un nouveau glissement qui contribue à absorber l'énergie cinétique du rotor et à amortir très rapidement les oscillations. Pour obtenir de bons résultats, il est nécessaire que le frottement du volant V sur l'axe soit convenablement choisi."
La durée de l'impulsion influe sur ces conditions dynamiques. Cette durée ne doit pas être trop courte pour permettre la rotation du rotor, ni trop longue pour permettre au volant de jouer son rôle. Le calcul de cet ensemble devrait permettre de définir la durée optimale, l'autre solution étant d'observer le déplacement de l'équipement mobile complet (rotor + engrenages + aiguilles) et d'ajuster le couple courant/durée à une valeur correcte…
Comment s'effectue la synchronisation entre le moteur demi-minute et le moteur synchrone des secondes ? Regardez l'animation ci-dessous :
Le moteur des minutes et des heures reçoit une impulsion de courant continu d'environ 60 mA pendant environ 600 à 800 ms dont le sens s’inverse toutes les 30 secondes. Le rotor, qui est un aimant permanent, s’oriente suivant le champ créé dans l’entrefer. La résistance de la double bobine est de 6 Ohms. Au bout de 30 s une nouvelle impulsion provoque un champ inversé et le rotor se déplace d’un demi tour entraînant ainsi les rouages des minutes (un petit aimant situé à coté du rotor provoque une dissymétrie du champ pour que la rotation s’effectue toujours dans le même sens). Ce moteur est l’équivalent d’un moteur pas à pas mais avec seulement deux positions stables (pas = 180°).
Moteur demi-minute : schéma du brevet photo ci-contre.
Cette animation découpe un tour de l'aiguille des secondes en 14 étapes. Le temps est indiqué dans le cadre supérieur.
Au début de la minute (4,8 s), le moteur synchrone entraîne l'aiguille des secondes à partir du début d'une nouvelle minute, les contacts C1 (la came ne pousse pas sur le micro contact) et C2 (le champ magnétique résultant de la combinaison de l'aimant et du rotor est voisin de zéro) sont ouverts et le moteur peut donc tourner. Lorsque 29 secondes se sont écoulées depuis la précédente impulsion négative sur le moteur demi-minute, une nouvelle impulsion positive crée la situation indiquée au temps 29 s : le rotor fait un demi tour ce qui entraîne immédiatement la mise en contact de l'interrupteur magnétique C2, par contre la came ne pousse toujours pas sur le micro contact, le moteur synchrone continue de tourner. Avant la fin de l'intervalle d'une minute entre deux impulsions négatives, la came vient pousser le micro contact au bout de 58 secondes, le micro contact C1 se ferme provoquant l'arrêt du moteur synchrone par court-circuit avec C1 et C2 et donc des aiguilles des secondes dans la position indiquée à 58 secondes (arrêt de l'aiguille des secondes).
Au bout d'exactement 60 secondes une nouvelle impulsion négative vient faire tourner le rotor comme indiqué au temps 60 secondes. Immédiatement, l'interrupteur magnétique C2 s'ouvre, et n'étant plus court-circuité, le moteur synchrone redémarre avec l'aiguille des secondes.
5-L'equilibre
Pendule ATO 3
Ils réalisent...
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