ПИПУНЫРОВ ИСТОРИЯ ЧАСОВ

Работы были начаты в 1952 г., а серийный выпуск первой мо­ дели контактных часов с электромагнитным приводом и пита­ нием от двух источников тока был освоен в 1956 г. [56, 27].

Магнитоэлектрические контактные наручные часы. Первой моделью магнитоэлектрических контактных наручных часов, выпущенных американской фирмой «Гамильтон» в 1957 г., была модель «Гамильтон-500». Часы называются магнитоэлект­ рическими потому, что они снабжены магнитоэлектрической системой привода, а контактными — поскольку в этой системе привода импульс вызывается путем электрического контакта. Часы «Гамильтон-500» были использованы в качестве конструк­ ционной базы многими зарубежными фирмами.

По габаритам «Гамильтон-500» не отличается от обычных механических наручных часов. Механизм часов собран в три

дит все три этажа; для ее защиты от поломки применены амор­ тизаторы. Для обеспечения устойчивости работы магнитоэлек­ трического хода в этих часах используется баланс большего диаметра, чем в механических часах равного калибра.

Источником энергии является сухой миниатюрный гальва­ нический элемент типа Лекланше. Импульсная система часов «Гамильтон-500» приведена на рис. 275. Магнитная система образована двумя постоянными магнитами 2 из платиново-ко- бальтового сплава и магнитопроводом, детали которого изго­ товлены из магнитно-мягкого материала. На балансе 4 из бериллиевой бронзы внутри обода эксцентрично расположена плос­ кая катушка из провода диаметром 12—14 мк и имеющая 2800 витков. Контактная система состоит из спусковой 9 и кон­ тактной 8 пружин, связанных рамкой, прикрепленной к спуско­ вой пружине.

Положительный полюс батареи соединен через пластину и волосок с ободом баланса, к которому припаян один конец ка-

Рис. 276. Модернизированная конструкция магнитоэлектрических наручных часов «Гамильтон-505»

/ — баланс; 2 — катушка; 3 — штифт; 4 — колесо стрелочного механизма; 5 —латунное колесо; 6 — ролик

тушки. Второй конец припаян к золотой пластинке, приклеенной эпоксидной смолой к импульсной рольке 7. Отрицательный полюс батареи соединяется с контактной пружиной 8.

Баланс 4 служит ротором реактивного электродвигателя постоянного тока. Статором служат уже упомянутые цилиндри­ ческие постоянные магниты. Возбуждение катушки импульсами тока от источника энергии (батареи) осуществляется упругой контактной пружиной 5, замыкающей цепь источника тока один раз за период колебания баланса. При взаимодействии магнитного поля постоянных магнитов с магнитным полем то­ ка, протекающего по катушке, баланс будет получать механи­ ческие импульсы, поддерживающие его колебания. Передача механического момента производится ходовым камнем к зуб­ цам ходового колеса и далее на колесную систему стрелочного механизма 3.

Катушка от источника цепи возбуждается 75 млн. раз в год и столько же осуществляется контактов. Регулировка хода ча-

сов выполняется обычным способом посредством градусника и„ в случае необходимости, винтами баланса.

Последующие опыты, проводившиеся фирмой «Гамильтон» в течение пяти лет, привели к созданию модернизированной мо­ дели магнитоэлектрических контактных наручных часов «Га- мильтон-505» (рис. 276).

В этой модели вместо пружинного контактного устройства применено жесткое контактное устройство и изменена конст­ рукция баланса. Храповой механизм и контактное устройство объединены и составляют как бы один узел. Благодаря приме­ нению жесткого контактного устройства в модели «505» обеспе­ чивается стабильная работа контактного устройства, достига­

нических часов с магнитоэлектрическим приводом является мо­ дель наручных электрических часов «Таймекс электрик». Ис­ точником энергии служит окисно-ртутная батарея в гермети­ ческом корпусе. Эти батареи изготовляются фирмой «Юнион карбидо» (США); без замены батареи часы могут работать в течение года.

Механизм имеет большое сходство с электрическими наруч­ ными часами «Гамильтон-500». Однако, в отличие от последних, импульс балансу сообщается не один раз за период колебания, а два раза. Это создается изменением конструкции магнитной системы. В часах «Таймекс электрик» магнитная система вы­ полнена в виде полукольца, причем намагничивание осуществ­ лено таким образом, что в выпуклой части находится северный полюс, а на концах — южные полюсы. Когда по катушке прохо­ дит ток, то в результате взаимодействия поля катушки с полем: постоянного магнита возникает механический момент импуль­ са, поддерживающий колебательное движение баланса. При обратном движении баланса взаимное направление тока в плечах катушки и соответствующих магнитных потоков изме­ няется на обратное. При этом замыкание контактов происходит в тот момент, когда импульсная катушка находится в правой части магнитной системы. Таким образом, в часах «Таймекс электрик» баланс получает два импульса за период колебания..

Недостатком часов является повышенное потребление тока, которое составляет 20—30 мкА, в то время как, например, в. часах «Гамильтон» потребление тока — в пределах 5—7 мкА. Такое повышенное потребление тока в часах «Таймекс элект­ рик» объясняется конструкцией электропривода, создающего повышенные вихревые токи в ободе баланса.

Электромагнитные наручные часы. Одна из самых ранних, конструкций наручных часов с электромагнитным приводом.

баланса описана Уайзем [394, 94—95]. Эта конструкция, как свидетельствует автор, находилась в действии уже более 25 лет. Электромагнитный привод состоит из катушки (диаметр про­ волоки 0,025 мм, 3000 витков) и электромагнита. С сердечником из кремниевой стали этого магнита связан полюсный башмак, имеющий радиусную выемку. На одном конце импульсного ры­ чага имеется дугообразный якорь, на другом — обычная анкер­ ная вилка. К торцевой поверхности башмака может притяги­ ваться стеллитовый якорь второго рычага, снабженного собач­ кой. Противоположный конец рычага отжимается легкой плас­ тинчатой пружиной. Собачка взаимодействует с храповым ко­ лесом, которое через колесную зубчатую передачу связано со стрелочным механизмом. Угол поворота второго рычага весьма мал и ограничивается двумя упорными штифтами.

Работа механизма происходит следующим образом. При со­ прикосновении стального импульсного штифта баланса с анкер­ ной вилкой замыкается цепь питания электромагнита. Башмак электромагнита притягивает якорь импульсного рычага, вслед­ ствие чего другой конец рычага с вилкой передает штифту ба­ ланса механический импульс. Одновременно к башмаку притя­ гивается якорь второго рычага, а собачка поворачивает храпо­ вое колесо на один зуб. После выхода импульсного штифта из вилки цепь размыкается, рычаги возвращаются в исходное по­ ложение, а баланс совершает свободное колебание. При дви­ жении баланса в обратном направлении весь цикл повторяется.

Конструкция электрических наручных часов фирмы «Лип» проста, хотя и сложна в изготовлении (рис. 277). Катушка на балансе отсутствует, поскольку в часах использована система с подвлжным сердечником из магнитно-мягкого материала. Провод, из которого намотаны катушки 1, имеет диаметр 25 мкм; сердечники снабжены полюсными наконечниками 2. Обе катушки с перекладинами (из магнитно-мягкого материа­ ла) составляют электромагнитный привод, который может быть либо нейтральным, либо поляризованным. Во втором случае полюсные наконечники соединены между собой постоянным магнитом 6; в первом варианте этот магнит отсутствует. В об­ разцах, выпущенных фирмой «Лип», как более экономичный, применен второй вариант привода.

Баланс этих часов является ротором электродвигателя постоянного тока. Статором служат две указанные катушки, поляризованные магнитом. Передача импульса осуществляет­ ся следующим образом. Рубиновый штифт 7, жестко связанный с балансом 5, при движении последнего по часовой стрелке вблизи от положения статического равновесия входит в сопри­ косновение с золотой пружинкой 4, изгибает ее до соприкосно­ вения со штифтом 8, в результате чего электрическая цепь замы­ кается. Возникающее при этом электромагнитное поле между полюсами статора сообщает балансу, изготовленному из муметалла, необходимый импульс. При дальнейшем движении ба-

Рис. 277. Схема электромагнитных наручных часов французской фирмы «Лип»

1 — сердечники катушки; 2 — полюсные наконечники; 3 — выступы на балансе для усиле­ ния магнитного воздействия катушек на баланс; 4 — золотая пружинка; 5 —баланс; 6 —

Рис. 278. Схема спускового регулятора электромагнитных наручных часов «Эбош»

1 — полюсные наконечники; 2 — сердечники катушки; 3 — контактные пружины; 4 — кон­ тактные штифты; 5 — рубиновый штифт; 6 — крестообразные перекладины; 7 — анкерная вилка; 8 — ходовое колесо; 9 — хвостовик; 10 — подковообразный постоянный магнит

ланса в том же направлении контактная пружина 4 освобожда­ ется из-под штифта, электрическая цепь разрывается и импульс прекращается. При движении баланса в обратном направлении не происходит замыкания тока и только пружина 4 слегка из­ гибается и совершается самоочищение контактной поверхности. Следовательно, регулятору передается односторонний импульс, как и при хронометровом ходе. Период колебания баланса 0,4 с. Баланс является не только регулятором хода, но и дви­ гателем, сообщая движение стрелкам через храповой механизм и колесную передачу.

Источником тока служат два сухих гальванических элемен­ та в виде цилиндров диаметром 11,3 мм и высотой 3,2 мм, сое­ диненных параллельно. В начале эксплуатации напряжение тока 1,5 В, в конце гарантийного срока, т. е. через год, 1,3 В.

Посадочный диаметр платины часов 27,8 мм, максимальная высота 9,4 мм. Секундная стрелка — центральная. Механизм часов на 17 камнях. Спираль антимагнитная, из ниворокса. Механическая часть часов упрощена, так как отсутствует ре­ монтуар, пружинный двигатель, колесная передача к балансу,

нет и механического спускового устройства. Из-за отсутствия заводного ключа достигнута практически полная герметичность механизма.

Ход часов отличается хронометровой точностью: отклонение суточного хода не превышает 4 с.

Кроме описанных выше первых наручных часов, фирма «Лип» с 1963 г. стала выпускать модель часов «R-148» с элект­ ромагнитным приводом нейтрального типа. В этих часах источ­ ником тока служит одна батарея более малого габарита, чем в первых часах. Баланс получает один импульс за период коле­ бания (0,4 с),-как и в ранних часах. Продолжительность им­ пульса 3 мс. Во избежание искрения предусмотрен диод D.

В этой модели используется двойная контактная пружина, что является удачным решением. Первая пружина отходит от контакта раньше другой. Пружина, которая отходит от контак­ та последней, подвергается разрушительному воздействию иск­ рения до тех пор, пока не сработается. Тогда первая пружина берет на себя функцию второй. Это удваивает срок службы кон­ тактной системы.

Передача от баланса к стрелкам производится магнитным храповым устройством. Предохранение от пристука и останова баланса при переводе стрелок осуществляется анкерной вил­ кой специальной конструкции, не допускающей замыкания кон­ тактов.

В начале 1960 г. в Швейцарии появились электромагнитные часы фирмы «Эбош»; в конце 1961 г. там же несколько фирм начали серийное их изготовление. В настоящее время наручные электрочасы выпускают более 15 швейцарских фирм на основе базового механизма «Эбош». Принципиальная схема спусково­ го регулятора часов «Эбош» показана на рис. 278. Часы имеют нейтральную электромагнитную систему привода. Колебатель­ ная система регулятора представляет собой обычную систему баланс—плоская спираль. Особенностью баланса является на­ личие на нем двух крестообразно расположенных перекладин 6, изготовленных из муметалла. Баланс играет роль ротора дви­ гателя и часового регулятора; перекладины выполняют роль якоря приводного электромагнита. Статор двигателя имеет подковообразную форму и состоит из сердечника с полюсными

Если в часах фирмы «Лип» баланс получает импульс при колебании в одном направлении, то. часы фирмы «Эбош» полу­ чают этот импульс при колебании баланса в обоих направле­ ниях. Конструкция контактов часов «Эбош» является поэтому более сложной.

Контактное устройство содержит две контактные пружины 3, прилегающие друг к другу наружными концами, и два кон-

тактных штифта 4. Рубиновый контактный штифт 5, установлен­ ный в ролике баланса, попеременно прижимает пружины 3 то к правому, то к левому штифту (в зависимости от направления движения баланса), замыкая цепь питания катушек от батареи. Таким образом вначале возникает проводимость в одной цепи, а затем во второй. Импульсный ток, протекающий по обмотке импульсной катушки, создает магнитное поле в рабо­ чем зазоре электромагнита. В результате взаимодействия маг­ нитного поля с перекладиной якоря возникает механический момент, подтягивающий перекладину к башмакам. Это значит, принцип работы часов «Эбош» подобен принципу работы часов «Лип». Разница лишь в том, что в часах «Эбош» импульс со­ общается балансу в обоих направлениях его колебания, т. е. дважды за период. Контакты размыкаются, и импульс прекра­ щается еще до прохождения балансом положения равновесия.

Для уменьшения искрения при размыкании контактов при­ менена специальная искрогасящая схема, представляющая со­ бой цепочку из последовательно соединенных диода и сопротив­ ления.

Преобразование колебательного движения баланса во вра­ щательное движение стрелочного механизма производится с применением своеобразного механического анкерного преобра­ зователя. Анкер похож на старый анкерный спуск, работающий в обратном направлении, т. е. движение передается не от хо­ дового колеса на анкер, а наоборот. При каждом качании ан­ керной вилки 7 ходовое колесо 8 поворачивается на половину шага по часовой стрелке. В тех положениях анкера, когда па­ леты не фиксируют ходовое колесо, фиксация колеса осущест­ вляется слабой плоской пружинкой, прижатой к оси ходового колеса.

Источник питания — гальванический элемент — расположен в крышке часов, что облегчает его замену. Батареи хватает на

«Эльджин» сотрудничала с фирмой «Лип». Поэтому вторая модель «R-148» фирмы «Лип» и часы фирмы «Эльджин» имеют много общего.

В часах используется нейтральная электромагнитная систе­ ма баланса, существенной частью которой является электро­ магнит, состоящий из катушки с сердечником из железоникелевого сплава и из насадки, расположенной на ободе баланса. Передача импульса балансу происходит тогда, когда электро­ магнит подтягивает насадку. Импульс подается при движении баланса только в одном направлении.

Баланс — диаметром 7,7 мм, высотой 1,05 мм из бериллиевой бронзы. В ролике баланса имеются два камня: один — для замыкания контакта, другой — для передачи движения на стрелки от храпового колеса.

Контактная система похожа на контактную систему первой модели часов «Лип». Контактная пружина из сплава золота с платиной довольно гибкая и тонкая.

Для передачи движения на стрелки служит храповой пре­ образователь, в который входит камень-толкатель на ролике баланса и храповое колесо, положение которого фиксируется миниатюрным постоянным магнитом. С храпового колеса через промежуточную колесную передачу движение передается на минутное колесо.

Питание часов «Эльджин» обеспечивается микроминиатюр­ ным окисно-ртутным элементом. Несмотря на небольшие раз­ меры, часы «Эльджин» обладают точным ходом: средний суточ­ ный ход ±10 с. Однако из-за малых размеров их регулировка хода намного более сложна и трудна, чем в других электриче­ ских часах.

В 1967 г. выпуск электрических и электронных наручных часов во всем мире составил 2,5 млн. штук; наиболее перспек­ тивным считались электронные (транзисторные) часы, хотя значительную часть выпускаемых часов составляют электриче­ ские контактные часы. Наиболее крупные работы по усовер­ шенствованию бесконтактных наручных часов в настоящее вре­ мя проводят фирмы «Элеаш» (Швейцария), «Дженерал таймекс» (США), «Юнганс» (ФРГ) и «Лип» (Франция), а также японские фирмы «Цитизен» и «Рикок». Весьма большие успе­ хи в выпуске электронных камертонных часов «Аккутрон» дос­ тигнуты фирмой Бюлова (США).

Для ведения научно-исследовательской работы в области электронных наручных часов и для разработки конструкции и технологии таких часов в Швейцарии в 1962 г. организован специальный центр по электронным наручным часам (Centre Electronique Horloger — СЕН). Его возглавляет М. Хетцель, ранее разработавший конструкцию камертонных наручных ча­ сов и электронных часов для фирмы Бюлова.

Электронно-механические наручные часы

Рассмотренные конструкции электромеханических часов из-за наличия контакта не могут обеспечить надежность в работе в течение длительного срока службы. Другим принципиальным их недостатком является значительное рассеивание магнитно­ го потока, что приводит к большим энергетическим потерям. Это вызвало поиски других конструктивных решений, в первую очередь таких, где не требовались бы электрические контакты.

Дальнейший прогресс и заключался в применении в наручных часах бесконтактного спускового механизма на транзисторах.

В 1918 г. В. Экклс и Ф, Джордан в Англии и в 1919 г. Г. Абрахам и Э. Блох во Франции применили трехэлектродные вакуумные радиолампы для бесконтактного управления им­ пульсной катушкой маятника. Одновременно же они предло­ жили первую схему электронно-механического камертонного ре­ гулятора. Но такая схема привода не нашла широкого приме­ нения из-за малого срока службы электронных ламп и других причин. Положение изменилось после изобретения транзисто­ ров — кристаллических триодов точечного типа.

Джон Бардин и Уолтер Бреттейн 23 декабря 1947 г. обна­ ружили, что германий может выполнять функции выпрямителя

ники. В 1956 г. эти изобретатели за открытие способности тран­ зистора осуществлять все функции приемно-усилительных ламп получили Нобелевскую премию. Это открытие имело своим следствием возникновение и развитие полупроводниковой тех­ ники и, в частности, применение германиевых транзисторов для создания электронно-механических часов. В электронно-меха­ нических часах имеется электронная системаформирования импульса для приведения осциллятора в колебательное состоя­ ние. В качестве осциллятора раньше всего был применен маят­ ник и баланс, а затем камертон.

Система привода в электронно-механических регуляторах представляет собой электронно-механическое устройство, пре­ образующее электрическую энергию тока источника питания в механическую энергию импульса привода.

В настоящее время основное отличие электромеханических часов от электронно-механической практики сводится к способу переключения цепи источника тока в момент передачи энергии часовому осциллятору. В электромеханических часах это пе­ реключение осуществляется путем замыкания обычных контак­

ществляется не с помощью контакта, а с помощью транзистора. Соответственно этому электромеханические часы называют контактными, а электронно-механические — бесконтактными.

Первые сведения об электронно-механических регуляторах на транзисторах, предложенных в 1953 г. французскими инже­ нерами М. Лаве и Ж. Дитчем, появились в печати в 1957 г. На этом принципе в течение 1953—1956 гг. французская фирма «Ато» сконструировала электронно-механический хронометр типа «Хроностат», который стал выпускаться серийно фирмой «Леруа». В нем в качестве регулятора применена система ба­ ланс—спираль с магнитно-электрической системой привода,

Рис. 279. Схема электронномеханических наручных ча­ сов фирмы «Эбош»

1- - баланс;

2- - спираль;

3- - трехлопастной якорь;

4- • сердечник;

5- • башмаки;

6- - обмотка;

7- миниатюрный постоянный магнит;

8- магнитопровод, установлен­

ный на оси баланса; 9- • миниатюрная катушка воз­

буждения; 10- - мост; 11- - транзистор;

12- - источник питания

каскад формирования импульса собран на плоском германие­ вом триоде.

В наручных электрических часах первоначально транзисто­ ры были применены в качестве весьма эффективных средств для защиты контактов от искрового износа. В настоящее время наручные транзисторные часы известны в виде несколь­ ких конструктивных вариантов. Рассмотрим принципиальную схему таких часов фирм «Эбош» и Юнганс».

Часы фирмы «Эбош» (рас. 279) снабжены нейтральным электромагнитным приводом, а в качестве регулятора хода и двигателя стрелочного механизма имеют систему баланс—спи­ раль /, 2. Якорь 3, сердечник 4 и его башмаки 5 изготовлены из муметалла. Якорь расположен в зазоре сердечника между башмаками. Обмотка 6 выполняет функции импульсной катуш­ ки. Миниатюрный постоянный магнит 7 закреплен в магнитопроводе 8, установленном на оси баланса. На мосту 10 закреп­ лена миниатюрная катушка возбуждения 9, включенная между базой и эмиттером транзистора 11.

баланс выходит из положения равновесия, наступает изменение магнитного потока. Это изменение наводит в катушке освобож­ дения ЭДС. При каждом отрицательном значении напряжения транзистор отпирается и в коллекторной цепи возникает ток импульса, протекающий по обмотке 6. Магнитное поле, возни­ кающее в зазоре между башмаками 5, взаимодействует с яко­ рем 3, сообщая импульс балансу.

В транзисторных электрических часах движение от баланса на стрелочный механизм передается аналогично устройствам,