Рис. 8.Кинематическая схема электронно-механического будильника:
1 - баланс;
2 - катушки;
3 - начеты диска;
4 - триб секундного колеса;
5 - колесо промежуточное;
6 - триб минутной стрелки;
7 - колесо центральное;
8 - колесо вексельное;
9 - триб вексельного колеса;
10 - колесо часовое;
11 - колесо сигнальное;
12 - триб переводной;
13 - зуб анкерного колеса;
14 - триб промежуточного колеса;
15 - пружина тормозная;
16 и 17-диски палетные нижний и верхний;
18 - колесо секундное;
19 - триб анкерного колеса;
20 - вал переводной;
21 - колесо анкерное;
22 - противовесы
Механизм часов имеет 4 рубиновых камня и бесконтактный электромагнитный привод и состоит из электронного блока, колебательной системы (баланс-спираль), штифтового анкерного преобразователя движения узла баланса, источника постоянного тока, колесной системы, электрического звонка или зуммера и устройства для его включения и выключения. Электронный блок часов получает питание от гальванического элемента. Продолжительность работы часов от одного источника тока 12 месяцев.
Перевод стрелок осуществляется при помощи кнопки. Некоторые часы имеют автономно включающуюся подсветку циферблата в ночное время.
Узел баланса (1) состоит из двух параллельных пластин в форме дисков, соединенных втулкой. Втулка насажена на ось баланса. И диски, и втулка сделаны из мягкого магнитного материала и вместе образуют магнитопровод, через который замыкается магнитный поток от постоянных магнитов.
Магниты приклеены к внутренней стороне дисков баланса, а на противоположных сторонах дисков закреплены уравновешивающие грузы (противовесы) из немагнитного материала. Противовесы (22) сконструированы и прикреплены к пластинам таким образом, что за счет поворота баланса появляется возможность регулировать его.
Спираль баланса сделана из сплава железа и никеля. Форма и крепление спирали колебательной системы такие же, как у механических часов.
С противоположной стороны спирали на оси баланса находится ролик со штифтом, взаимодействующий с анкерной вилкой. Перемещение анкерной вилки ограничено штифтами, а ее притяжка к ограничительным штифтам осуществляется при помощи двух постоянных магнитов. Один из них закреплен на втулке анкерного колеса, а другой - в противовесе анкерной вилки. Магниты установлены друг к другу одноименными полюсами. По своему устройству и конфигурации штифты анкерной вилки и анкерное колесо аналогичны соответствующим деталям штифтового хода механических часов.
Колебательные движения узла баланса преобразуются во вращательное движение анкерного колеса (21) с помощью штифтового анкерного хода (анкерного преобразователя). Далее вращение передается на стрелки.
Анкерный преобразователь состоит из ролика узла баланса со стальным цилиндрическим штифтом, анкерной вилки с двумя стальными штифтами, выполняющими роль входной и выходной палет, и анкерного колеса.
Передача вращения на стрелки в этих часах также аналогична анкерному спуску механических часов. Однако анкерная вилка в этом случае работает в обратном направлении, то есть движение передается не от анкерного колеса на анкерную вилку, а от анкерной вилки, перемещаемой штифтом баланса, на анкерное колесо.
Электронный блок часов выглядит следующим образом: плата из специального материала, на которой смонтированы элементы электрической схемы. Электрическая схема часов собрана на плоском полупроводниковом германиевом транзисторе.
Для того чтобы обеспечить наилучший режим работы схемы, между базой и коллектором транзистора включен резистор.
Транзистор имеет три вывода (эмиттер, коллектор, база). Кроме него, в электрическую схему входят индукционная катушка, намотанная в два провода и состоящая из обмоток с выводами, припаянными к проходным контактам, два конденсатора и резистор с сопротивлением 270 кОм. Электронный блок с токосъемной пластиной соединяется гибким изолированным проводом.
Источник постоянного тока отключен в том случае, когда узел баланса часов находится в положении равновесия. Когда подключается источник постоянного тока, появляется первичный ток в цепи импульсной катушки и транзистора. Величина этого тока слишком незначительна, поэтому слабое магнитное поле, которое он возбуждает в катушке, не может вызвать отклонения узла баланса и заставить его колебаться. Поэтому для начала работы системы необходимо привести в движение узел баланса.
Для этого надо отвести узел баланса на некоторый угол от положения равновесия. При этом полюса постоянных магнитов смещаются, и под воздействием спирали устремляются в сторону оси симметрии катушек.
При движении узла баланса в этом направлении постоянные магниты, находящиеся на ободе баланса, пересекают витки катушки возбуждения.
Электродвижущая сила, возникающая при этом в катушке, имеет такую полярность (до момента совмещения с ней), что запирает транзистор. В результате по импульсной катушке не проходит ток, создающий магнитное поле.
После того как магниты при движении баланса проходят оси катушек, электродвижущая сила в первой из них обладает такой полярностью, что отпирает транзистор, а во второй катушке создает ток. Таким образом создается магнитный поток, взаимодействующий с магнитным полем узла баланса.
При взаимодействии магнитных полей катушки и постоянных магнитов баланса образуется сила, стремящаяся вытолкнуть подвижные постоянные магниты в направлении движения узла баланса. Тем самым баланс приобретает дополнительный механический импульс. В результате взаимодействия магнитных полей возникает отталкивающее усилие.
В тот момент, когда оно станет меньше усилия спирали, узел баланса остановится и начнет двигаться в обратном направлении.
При обратном движении узла баланса процесс образования импульсов повторяется.
Для поддержания незатухающих колебаний балансового регулятора импульс сообщается узлу баланса два раза за период. Ограничение амплитуды колебания баланса осуществляется при помощи магнитного торможения.
Амплитуда колебания узла баланса регулируется поворотом демпфера. Демпфер - прикрепленная к платине часов пластина из немагнитного материала. Этот материал должен обладать хорошей электропроводностью (например, медь, алюминий и т. д.). Демпфер необходим для ограничения амплитуды колебания баланса. Постоянные магниты баланса наводят в демпфере вихревые токи, и в результате возникает тормозящая сила.
Электромагнитная система привода состоит из подвижных магнитов узла баланса, неподвижной катушки электронного блока и источника постоянного тока, который размещен в корпусе отдельно от механизма. Поступление электроэнергии в систему привода от источника постоянного тока осуществляется бесконтактным способом.
Работа часов
В электронной схеме, примененной в данной конструкции, отсутствуют элементы, способствующие самопуску часов. Для того чтобы часы можно было запустить, в механизме имеется специальное устройство, облегчающее пуск. Оно представляет собой поворотный вал с пружиной. При повороте вала пружина касается обода баланса, сообщая ему первоначальный импульс и приводя в движение весь механизм.
При подключении источника питания к электронному блоку и сообщении импульса узлу баланса в определенной фазе его движения электронная система отпирает транзистор и пропускает электроэнергию от источника тока в электромагнитную систему.
Эта система формирует силовой импульс, который поддерживает колебательные движения узла баланса.
Таким образом, система баланс-спираль совершает колебательные движения, которые через палеты диска (3) и анкерное колесо (21) передаются колесной системе. Колебательные движения узла баланса (1) передаются на анкерную вилку. Ограничительные штифты анкерной вилки по очереди поворачивают анкерное колесо (21) в одном направлении, сообщая ему вращательное движение. Через триб (19) вращение передается на секундное колесо (18), затем через узел промежуточного колеса (5) на центральное колесо (7). На оси центрального колеса закреплена минутная стрелка. Стрелочный механизм часов содержит минутный триб, вексельное колесо и часовое колесо. Триб минутной стрелки (6) насажен на ось центрального колеса. В зацеплении с ним находится вексельное колесо (8). Триб минутной стрелки (6) передает движение на вексельное колесо (8). Триб вексельного колеса (9) передает движение часовому колесу (10), на втулке которого установлена часовая стрелка.
Сигнальное колесо (11) и сигнальная стрелка устанавливаются на заданное время при помощи триба перевода сигнальной стрелки (12).