КВАРЦЕВЫЕ ЧАСЫ КИСЕЛЕВА (ВАРИАНТЫ)
KISELEV'S CRYSTAL CLOCK (VERSIONS)

Изобретение относится к приборам времени и может быть использовано в интерьерных и наручных электронно-механических кварцевых часах с шаговым двигателем.
Известны часы [Патент Великобритании GB 2043965 А, МПК-3: G04B 45/04; дата публикации: 08.10.1980], содержащие подвижную стрелку, выполненную из магнитного материала, перемещение которой обеспечивается магнитом, расположенным в сегменте, перемещающемся по кольцеобразному корпусу, окружающему циферблат. Для крепления стрелки используется прозрачная пластина, выведенная в центр прозрачного циферблата. Для привода перемещающегося сегмента используется механизм, расположенный в основании часов. Механизм включает зубчатую передачу.
Известны вращающиеся часы (PENDULE "MUSTERIEUSE DITE GIRATOIRE) [Патент Франции FR 2741967 А1, МПК-6: G04B 45/00, 19/00; дата публикации: 06.06.1997], содержащие фиксированный дискообразный корпус с внутренней подсветкой. Внутри корпуса расположен подвижный элемент, на котором, в свою очередь, расположены циферблат и декоративный элемент, а также средства привода подвижного элемента, обеспечивающие вращение циферблата и декоративного элемента относительно центральной оси часов. Подвижный элемент, циферблат и декоративный элемент представляют собой совокупность параллельно расположенных прозрачных пластин. Средства привода реализованы в виде цилиндрических передач.
Известно устройство для часов с цветовыми эффектами [Патент Франция FR 2731530 A3, МПК-6: G04B 19/04, 45/00; дата публикации: 13.09.1996], содержащее вращающийся относительно центральной оси просвечивающийся диск. Для привода диска используется секундный механизм часов.
Известно устройство отображения для часов [Патент Франция FR 2712403 A3, МПК-6: G04B 45/00, 19/00; дата публикации: 19.05.1995], содержащее вращающийся относительно центральной оси диск с приводом от механизма часов.
Известно устройство для измерения времени с двусторонним отображением данных и прозрачным циферблатом [патент Всемирной Организации Интеллектуальной Собственности WO 02/23284 А1], содержащее два прозрачных циферблата, обращенных в противоположные стороны. Циферблаты состоят из прозрачных дисков, на которых расположены часовая и минутная стрелка соответственно. Может быть обеспечено правостороннее и левостороннее вращение. Для привода используются зубчатые цилиндрические передачи.
Известны также электронно-механические часы с шаговым двигателем [описание изобретения к патенту РФ №2006057, МПК-5: G04C 3/14, G04B 23/02; дата публикации: 15.01.1994], содержащие источник энергии, блок кварцевого генератора, преобразующий энергию источника в стандартные импульсы управления, шаговый двигатель, включающий катушку, сердечник, статор и ротор, преобразующий энергию импульсов управления в прерывистое вращение ротора, редукторный мост и редуктор, приводимый во вращение ротором шагового двигателя и передающий вращение стрелкам, при этом они дополнительно снабжены вторым редукторным мостом, редуктор установлен между первым и вторым редукторными мостами, а редуктор, первый и второй редукторные мосты выполнены в виде самостоятельного монтажного блока.
Недостатком известных технических решений является невозможность достижения эффекта полной "прозрачности" часов и "взвешенности" стрелок в часовом пространстве или в интерьере.
Целью изобретения является устранение указанного недостатка и обеспечение возможности разработок новых конструктивных и дизайнерских решений в области часового производства на основе предлагаемых технических решений.
Предлагаемые часы могут быть выполнены в различных вариантах - как наручные и как интерьерные.
Для наручного варианта поставленную цель достигают за счет того, что в кварцевых часах, содержащих часовой корпус с лицевым и тыльным защитными стеклами, циферблат, источник энергии, кварцевый генератор, соединенный, по меньшей мере, с первым и вторым шаговыми двигателями, связанными соответственно с первым и вторым редукторами, центральную ось, часовую и минутную стрелки, которым придана возможность вращения вокруг центральной оси, а также кронштейны, установленные на часовом корпусе, и устройство для размещения часов на теле или одежде человека, например наручный браслет, выполненный с возможностью крепления к часовому корпусу посредством кронштейнов, при этом источник энергии соединен с кварцевым генератором импульсов, управляющим шаговыми двигателями, источник энергии и кварцевый генератор размещены в контейнере, совмещенном, например, с часовым корпусом, или корпусом наручного браслета, или, по меньшей мере, с одним из кронштейнов, и электрически связаны с первым и вторым шаговыми двигателями и соответственно первым и вторым редукторами, при этом первый и второй шаговые двигатели неподвижно соединены соответственно с часовой и минутной стрелками, центральная ось неподвижно соединена с лицевым и тыльным защитными стеклами и снабжена неподвижно закрепленными на ней первой и второй шестернями, взаимодействующими соответственно с первым и вторым редукторами.
Для придания часовой и минутной стрелкам различной скорости вращения кварцевый генератор выполнен с возможностью формирования двух последовательностей управляющих импульсов, поступающих соответственно на первый и второй шаговые двигатели.
Различная скорость вращения стрелок может быть обеспечена также путем выполнения первого и второго редукторов с различными коэффициентами передачи по отношению к первой и второй шестерням.
Для передачи управляющих импульсов от кварцевого генератора к шаговым двигателям, помещенным в стрелках, последние снабжены двумя контактными парами каждая, включающими контактные кольца, закрепленные на центральной оси, и токосъемники, закрепленные на стрелках, при этом контактные кольца электрически связаны с кварцевым генератором, а токосъемники электрически связаны с первым и вторым шаговыми двигателями.
Для интерьерного варианта в кварцевых часах, содержащих основание, неподвижно закрепленное в пространстве, циферблат, источник энергии, соединенный с кварцевым генератором импульсов, управляющим, по меньшей мере, первым и вторым шаговыми двигателями, связанными соответственно с первым и вторым редукторами, центральную ось, неподвижно соединенную с основанием, а также часовую и минутную стрелки, которым придана возможность вращения вокруг центральной оси, источник энергии и кварцевый генератор размещены в контейнере и электрически связаны с первым и вторым шаговыми двигателями и соответственно с первым и вторым редукторами, при этом первый и второй шаговые двигатели неподвижно соединены соответственно с часовой и минутной стрелками, а центральная ось снабжена неподвижно закрепленными на ней первой и второй шестернями, взаимодействующими соответственно с первым и вторым редукторами.
Контейнер с установленными в нем источником энергии и кварцевым генератором может быть совмещен либо с одной из стрелок, например часовой, либо с основанием, либо помещен в ином конструктивно обоснованном месте.
В интерьерном варианте выполнения часов, так же как и в наручном, различные скорости вращения часовой и минутной стрелок обеспечены либо за счет формирования кварцевым генератором двух различных последовательностей управляющих импульсов, поступающих соответственно на первый и второй шаговые двигатели, либо за счет выполнения первого и второго редукторов с различными коэффициентами передачи по отношению к первой и второй шестерням.
Часовая и минутная стрелки снабжены двумя контактными парами каждая, включающими контактные кольца, закрепленные на центральной оси, и токосъемники, закрепленные на часовой и минутной стрелках, при этом контактные кольца электрически связаны с кварцевым генератором, а токосъемники электрически связаны с первым и вторым шаговыми двигателями.
В одном из вариантов выполнения часов в их состав включены, по меньшей мере, две неподвижно соединенные с основанием автономные, преимущественно соосные оси с неподвижно закрепленными на них соответственно первой и второй шестернями и соответственно часовой и минутной стрелками. Каждая стрелка снабжена отдельным приводом, включающим шаговый двигатель и редуктор, при этом первый и второй редукторы связаны соответственно с первой и второй шестернями.
Контейнер с установленными в нем источником энергии и кварцевым генератором может быть также совмещен либо с одной из стрелок, либо с основанием, либо помещен в ином конструктивно обоснованном месте.
Различные скорости вращения часовой и минутной стрелок обеспечены либо за счет формирования кварцевым генератором двух различных последовательностей управляющих импульсов, либо за счет выполнения первого и второго редукторов с различными коэффициентами передачи по отношению к первой и второй шестерням.
Стрелки снабжены двумя контактными парами каждая, включающими контактные кольца, закрепленные на центральной оси, и токосъемники, закрепленные на часовой и минутной стрелках, при этом контактные кольца электрически связаны с кварцевым генератором, а токосъемники электрически связаны с первым и вторым шаговыми двигателями.
Предложен также вариант установки часового механизма на одной из стрелок. В данном варианте кварцевые часы, содержащие основание, циферблат, источник энергии, соединенный с кварцевым генератором управляющих импульсов, подключенным к шаговому двигателю, связанному с редуктором, первую центральную ось с неподвижно закрепленной на ней первой шестерней, вторую центральную ось с неподвижно закрепленной на ней второй шестерней с трибом, по меньшей мере, часовую и минутную стрелки, а также первую промежуточную шестерню с трибом, дополнительно снабжены второй промежуточной шестерней, установленной между первой шестерней и первой промежуточной шестерней с трибом, при этом первая центральная ось неподвижно закреплена относительно основания, а источник энергии, кварцевый генератор, шаговый двигатель, редуктор, первая центральная ось с первой шестерней, вторая центральная ось со второй шестерней с трибом, первая промежуточная шестерня с трибом и вторая промежуточная шестерня размещены на часовой стрелке.
Рассмотрен вариант выполнения часов, в котором шаговый двигатель, редуктор, первая центральная ось с первой шестерней, вторая центральная ось со второй шестерней с трибом, первая промежуточная шестерня с трибом и вторая промежуточная шестерня размещены на часовой стрелке, а источник энергии и кварцевый генератор совмещены с основанием и электрически связаны с шаговым двигателем.
В данном случае часовая стрелка снабжена двумя контактными парами, включающими контактные кольца, закрепленные на первой центральной оси, и токосъемники, закрепленные на часовой стрелке, при этом контактные кольца электрически связаны с кварцевым генератором, а токосъемники электрически связаны с первым и вторым шаговыми двигателями.
Технический результат, заключающийся в эффекте "прозрачности" часов и "взвешенности" стрелок в часовом пространстве или в интерьере, может быть получен за счет исключения из поля зрения пользователя кинематических элементов привода стрелок путем их помещения на тыльной части стрелок либо внутри полости, выполненной, по меньшей мере, в одной из стрелок. В наручных часах источник энергии и кварцевый генератор, управляющий движением стрелок, вынесены за пределы циферблата, а в интерьерных часах они могут быть помещены либо внутри стрелки, размеры которой допускают такое размещение, либо в ином конструктивно обоснованном месте, например в основании часов. Вся компоновка элементов интерьерных часов приведена относительно основания, в то время как само основание часов может быть выполнено подвижным в интерьерном пространстве, например в виде маятника или карусели.
На фиг.1 схематично показаны корпус и механизм наручных часов в разрезе.
На фиг.2 приведены интерьерные часы с общей осью.
На фиг.3 приведены интерьерные часы с автономными осями.
На фиг.4 приведены интерьерные часы с одним механизмом, помещенным на часовой стрелке.
Кварцевые часы включают часовой корпус 1 с лицевым 2 и тыльным 3 защитными стеклами, циферблат 4, источник энергии 5, кварцевый генератор 6, соединенный, по меньшей мере, с первым 7 и вторым 8 шаговыми двигателями, связанными соответственно с первым 9 и вторым 10 редукторами, центральную ось 11, часовую 12 и минутную 13 стрелки, кронштейны 14, установленные на часовом корпусе 1, устройство для размещения часов на теле или одежде человека, например наручный браслет 15, соединенный с часовым корпусом 1 посредством кронштейнов 14. Источник энергии 5 соединен с кварцевым генератором 6 импульсов, который подключен к первому 7 и второму 8 шаговым двигателям, приводящим в движение соответственно первый 9 и второй 10 редукторы. Источник энергии 5 и кварцевый генератор 6 помещены в контейнер 16, совмещенный, например, с часовым корпусом 1 или корпусом наручного браслета 15 или, по меньшей мере, с одним из кронштейнов 14. Первый 7 и второй 8 шаговые двигатели неподвижно соединены соответственно с часовой 12 и минутной 13 стрелками, а центральная ось 11 неподвижно соединена с лицевым 2 и тыльным 3 защитными стеклами и снабжена неподвижно закрепленными на ней первой 17 и второй 18 шестернями, взаимодействующими соответственно с первым 9 и вторым 10 редукторами. Для подвода управляющих импульсов от кварцевого генератора 6 к закрепленным на стрелках шаговым двигателям 7 и 8 часовая 12 и минутная 13 стрелки снабжены двумя контактными парами каждая, включающими контактные кольца 19, закрепленные на центральной оси 11, и токосъемники 20, закрепленные на часовой 12 и минутной 13 стрелках, при этом контактные кольца 19 электрически связаны с кварцевым генератором 6, а токосъемники 20 электрически связаны с первым 7 и вторым 8 шаговыми двигателями. Кварцевый генератор 6 соединен с контактными кольцами 19 посредством визуально малозаметных проводников (например, прозрачных токопроводящих пленок), проходящих по поверхности лицевого 2 и/или тыльного 3 защитного стекла.
Кварцевые интерьерные часы, помимо корпуса 1, например, полностью стеклянного, установленного на подвесе, или вместо него могут содержать основание 21, относительно которого произведена компоновка часовых элементов.
Для достижения эффекта "взвешенности" или "парения" стрелок в пространстве основание 21 выполняют по возможности малозаметным, например в виде подвеса к потолку помещения с использованием тонких прочных нитей или в виде штанги, закрепленной на полу и/или потолке.
Предлагаются несколько вариантов выполнения интерьерных кварцевых часов, при этом источник энергии 5 и кварцевый генератор 6 могут быть установлены как на одной из стрелок, например часовой, так и в контейнере 16, совмещенном с основанием 21 или примыкающем к нему.
В первом варианте часы содержат циферблат 4, одну центральную ось 11 с двумя неподвижно закрепленными на ней первой 17 и второй 18 шестернями, взаимодействующими соответственно с первым 9 и вторым 10 редукторами, связанными с шаговыми двигателями 7 и 8, установленными на часовой 12 и минутной 13 стрелках. Как и в наручных часах, на центральной оси 11 закреплены контактные кольца 19, а на часовой 12 и минутной 13 стрелках - токосъемники 20, обеспечивающие электрическое соединение кварцевого генератора 6 с первым 7 и вторым 8 шаговыми двигателями.
Во втором варианте часы содержат циферблат 4, по меньшей мере, две независимые оси 11 и 22, по числу стрелок, с неподвижно закрепленными на них соответственно первой 17 и второй 18 шестернями, взаимодействующими соответственно с первым 9 и вторым 10 редукторами, связанными соответственно с шаговыми двигателями 7 и 8, которые установлены соответственно на часовой 12 и минутной 13 стрелках. При размещении источника энергии 5 и кварцевого генератора 6 вне стрелок на каждой оси закреплены два контактных кольца 19, а на каждой стрелке - два токосъемника 20, обеспечивающих электрическое соединение кварцевого генератора 6 с соответствующим шаговым двигателем.
В первом и втором вариантах выполнения интерьерных часов различные скорости вращения часовой 12 и минутной 13 стрелок, так же как и в наручных часах, обеспечены либо за счет формирования кварцевым генератором 6 двух различных последовательностей управляющих импульсов, либо за счет выполнения первого 9 и второго 10 редукторов с различными коэффициентами передачи по отношению к первой 17 и второй 18 шестерням.
В третьем варианте выполнения кварцевые часы содержат основание 21, циферблат 4, источник энергии 5, кварцевый генератор 6 управляющих импульсов, шаговый двигатель 7, редуктор 9, первую центральную ось 11 с неподвижно закрепленной на ней первой шестерней 17, вторую центральную ось 22 с неподвижно закрепленной на ней второй шестерней с трибом 23, часовую 12 и минутную 13 стрелки, а также первую промежуточную шестерню с трибом 24 и вторую промежуточную шестерню 25, установленную между первой шестерней 17 и первой промежуточной шестерней с трибом 24. Первая центральная ось 11, являющаяся часовой, с первой шестерней 17 неподвижно закреплена относительно основания 21, а источник энергии 5, кварцевый генератор 6, шаговый двигатель 7, редуктор 9, вторая центральная ось 22 со второй шестерней с трибом 23, первая промежуточная шестерня с трибом 24 и вторая промежуточная шестерня 25 размещены на часовой стрелке 12.
При размещении источника энергии 5 и кварцевого генератора 6 вне часовой стрелки 12 для обеспечения его электрического соединения с шаговым двигателем 7 на часовой оси 11 закреплены два контактных кольца 19, а на часовой стрелке - два токосъемника 20.
В одном из вариантов исполнения (см. фиг.1) кварцевые часы работают следующим образом.
Кварцевый генератор 6 преобразует энергию источника энергии 5 в последовательность управляющих импульсов, которая через визуально малозаметные проводники, проходящие по поверхности лицевого 2 и/или тыльного 3 защитного стекла поступает на контактные кольца 19, размещенные на часовой 12 и минутной 13 стрелках, и далее через токосъемники 20 соответственно на первый 7 и второй 8 шаговые двигатели. С каждым управляющим импульсом происходит поворот осей первого 7 и второго 8 шаговых двигателей на единичный шаг (угол α). Дискретное (шаговое) вращение каждого шагового двигателя передается через первый 9 и второй 10 редукторы на первую 17 и вторую 18 шестерни соответственно. Так как центральная ось 11 неподвижно соединена с лицевым 2 и тыльным 3 защитными стеклами, то происходит вращение всей конструкции, например часовой стрелки 12 со всеми размещенными на ней (в ней) элементами вокруг центральной оси 11 (вокруг первой шестерни 17). Частота повторения последовательности управляющих импульсов кварцевого генератора 6, единичный шаг первого шагового двигателя 7 и коэффициент передачи первого редуктора 9 по отношению к первой шестерне 17 выбраны таким образом, чтобы часовая стрелка 12 совершала один оборот вокруг центральной оси 11 за 12 часов. Часовая 12 и минутная 13 стрелки являются независимыми и работают одинаково за исключением того, что при той же частоте повторения последовательности управляющих импульсов кварцевого генератора 6 единичный шаг второго шагового двигателя 8 и коэффициент передачи второго редуктора 10 совместно со второй шестерней 18 выбраны таким образом, чтобы минутная стрелка 13 совершала один оборот вокруг центральной оси 11 за один час.
В рассмотренном варианте исполнения кварцевых часов может быть реализован случай, когда используется кварцевый генератор 6 с возможностью формирования двух последовательностей управляющих импульсов. При этом конструктивное исполнение часовой 12 и минутной 13 стрелок идентичное, а частота повторения последовательности управляющих импульсов кварцевого генератора 6, поступающих на второй шаговый двигатель 8 минутной стрелки 13, в 12 раз больше, чем частота повторения последовательности управляющих импульсов, поступающих на первый шаговый двигатель 7 часовой стрелки 12.
Работа кварцевых часов, выполненных в качестве интерьерных (см. фиг.2 и 3) по своей сути аналогична предыдущему варианту.
Один из вариантов исполнения кварцевых часов (см. фиг.4) характеризуется тем, что весь часовой механизм размещен в одной из стрелок, например часовой 12. Часовой механизм предпочтительнее размещать на часовой стрелке 12, потому что часовая стрелка вращается в 12 раз медленнее, чем минутная стрелка 13, следовательно, общие энергетические потери, обусловленные вращением стрелок, будут соответственно ниже. Это особенно актуально, когда источник энергии 5 является автономным и размещен на стрелке. Такие часы работают следующим образом.
Кварцевый генератор 6 преобразует энергию источника энергии 5 в последовательность управляющих импульсов, которая поступает на шаговый двигатель 7. С каждым управляющим импульсом происходит поворот оси шагового двигателя 7 на единичный шаг (угол α). Дискретное (шаговое) вращение шагового двигателя передается через редуктор 9 на вторую шестерню с трибом 23 и, таким образом, на вторую центральную ось 22, на которой закреплена минутная стрелка 13. От второй шестерни с трибом 23 вращение далее последовательно передается через первую промежуточную шестерню с трибом 24, вторую промежуточную шестерню 25 к первой шестерне 17. Так как первая центральная ось 11 неподвижно соединена с основанием 21, то происходит вращение часовой стрелки 12 со всеми размещенными на ней (в ней) элементами, в том числе и минутной стрелки 13, вокруг первой центральной оси 11 (вокруг первой шестерни 17).
Первой отличительной особенностью такого варианта исполнения кварцевых часов по сравнению с обычными кварцевыми часами является то, что частота повторения последовательности управляющих импульсов кварцевого генератора 6, единичный шаг шагового двигателя 7 и коэффициент передачи редуктора 9 по отношению ко второй шестерне с трибом 23 выбраны таким образом, чтобы минутная стрелка 13, закрепленная на второй центральной оси 22, совершала 11/12 оборота относительно часовой стрелки 12 (часового механизма) за 1 час. С учетом этого дальнейший коэффициент передачи вращения от второй шестерни с трибом 23 к первой шестерне 17 выбран таким образом, чтобы часовая стрелка 12 совершала один оборот вокруг первой центральной оси 11 за 12 часов. Величина поворота минутной стрелки 13 на 11/12 оборота относительно часовой стрелки 12 за 1 час обусловлена тем, что за 1 час сама часовая стрелка 12 вместе с минутной стрелкой 13 уже разворачивается на 1/12 оборота, следовательно, минутная стрелка 13 за 1 час должна развернуться на 1/12 оборота меньше, то есть развернуться на 11/12 оборота.
Второй отличительной особенностью является то, что в отличие от обычных кварцевых часов между первой промежуточной шестерней с трибом 24 и первой шестерней 17 расположена вторая промежуточная шестерня 25, предназначенная для изменения направления вращения часовой стрелки 12 на противоположное. Это необходимо потому, что в обычных кварцевых часах часовой механизм неподвижен, а вращается часовая ось. Если часовую ось (первую центральную ось 11) неподвижно соединить с основанием 21, то начнет вращаться сам часовой механизм (в рассматриваемом варианте часовая стрелка 12), но уже в противоположном направлении.
Использование предлагаемого изобретения дает возможность для разработок новых конструктивных и дизайнерских решений в области часового производства, направленных на достижение эффекта "прозрачности" часов и "взвешенности" стрелок в часовом пространстве или в интерьере.