Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма



Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма
Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма
Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма
Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма
Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма
Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма
Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма
Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма
Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма
Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма
Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма
Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма
Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма
Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма
Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма
Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма
Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма
Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма
Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма
Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма
Способ приведения в движение механических часов, устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механизм часов, содержащий устройство для автоматического приведения в движение часового механизма, механические часы, содержащие устройство для автоматического приведения в движение часового механизма

 

G04B1/00 - Часы механические; механические элементы часов; вообще приборы для определения времени по солнцу, луне или звездам (механизмы, приводимые в действие пружинами или грузами F03G; электромеханические часы G04C; электромеханические часы с присоединенными или встроенными средствами, воздействующими на управляемые устройства в заданное время или по истечении заданного периода времени G04C 23/00; с устройствами для остановки G04F 7/08; конструктивные детали или корпуса, специально предназначенные для электронных часов без подвижных частей G04G 17/00))

Владельцы патента RU 2545467:

Общество с ограниченной ответственностью "Константин Чайкин" (RU)

Использование: изобретение относится к области часовой промышленности и может быть использовано при производстве механических часов с автоматическим приводом с возможностью получения энергии движения часового механизма от разности температур различных областей пространства. Сущность: в способе приведения в движение подвижных элементов часового механизма механических часов для приведения в движение часового механизма используют тепловой двигатель, выполненный с возможностью преобразования разницы температур в пространстве в движение подвижных элементов часового механизма. При этом устройство для автоматического приведения в движение подвижных элементов часового механизма содержит тепловой двигатель, выполненный с возможностью преобразования разницы температур в двух разных точках пространства либо на поверхностях, либо на поверхности и пространстве в движение часового механизма. Техническим результатом, получаемым при использовании изобретения, является обеспечение автоматического завода и подзавода двигателя часового механизма при отсутствии внешнего воздействия пользователя посредством использования разности температур различных областей пространства. Кроме этого, техническим результатом изобретения также является повышение точности, надежности и долговечности часового механизма за счет использования механизма автоматического привода, основанного на использовании теплового двигателя. Кроме этого, изобретение обеспечивает достижение технического результата, который заключается в увеличении мощности автоматического подзавода и возможности использования в качестве привода дополнительных устройств в часах. 4 н. и 33 з.п. ф-лы, 21 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области часовой промышленности и может быть использовано при производстве механических часов с автоматическим приводом с возможностью получения энергии движения часового механизма от разности температур различных областей пространства.

Уровень техники

Распространенные в настоящее время механические часы обычно содержат: пружинный двигатель на основе спиральной пружины; механизм завода и перевода стрелок (на языке часовщиков - ремонтуар); спусковой механизм (на языке часовщиков - спуск, ход), преобразующий непрерывное вращательное движение в колебательное или возвратно-поступательное движение; колебательную систему в виде маятника или балансира (баланса); систему зубчатых колес или шестеренок, соединяющую пружинный двигатель и спусковой механизм (на языке часовщиков - ангренаж); стрелочный механизм и циферблат [1].

Пружинный двигатель на основе спиральной пружины обычно представляет собой прикрепленную к валу спиральную пружину, размещенную в цилиндрическом барабане с зубчатым краем. Раскручиваясь вокруг оси, спиральная пружина вращает барабан (внутри которого она находится), а его зубчатый край через него систему колес, спусковой механизм и регулятор приводят в движение стрелочный механизм. При заводке часов вращением заводной головки через зубчатые передачи вращают соединенный с пружиной вал, на который, сжимаясь, наматывается спиральная пружина [1].

Главным недостатком пружинного двигателя на основе спиральных пружин является неравномерность скорости раскручивания пружины, что приводит к неточности хода часов. Каждая спиральная пружина в ходе своего разматывания изменяет свою приводную силу. Для устранения этого недостатка применяли и применяют различные способы: исключение в работе пружины ее начальную и конечную фазы путем использования кулачковых механизмов, из которых наиболее известны мальтийский механизм, кольцевидные и пальцевые кулачковые механизмы.

Изменчивость приводной силы можно также ограничивать удлинением пружины и увеличением запаса ее энергии. Однако удлинение пружины идет за счет ее толщины, что требует увеличения ее размеров, а для тонких пружин требуются специальные сплавы, лучше выдерживающие нагрузку и усталость, но они дороги и сложны в изготовлении, см., например, [2].

Таким образом, главным недостатком пружинного двигателя на основе спиральных пружин является неравномерность скорости раскручивания спиральной пружины, что приводит к неточности хода часов. Кроме этого, точность хода механических часов зависит еще от множества факторов, таких как температура, положение часов, износ деталей и других. Поэтому для механических часов считается нормой расхождение с точным временем на 15-45 секунд в сутки, а лучшим результатом - 4-5 секунд в сутки.

В настоящее время, например, в наручных часах, широко используются механические часы с автоматическим подзаводом пружины (с автоподзаводом). Часы с автоподзаводом более точны, так как энергия пружины в течение дня остается почти постоянной, что приводит к постоянной величине импульса, передаваемого на регулятор-баланс [3].

По своим конструктивным особенностям механизмы автоподзавода различаются, но все известные конструкции имеют инерционный сектор, или подвижный груз, который при вращении часов оборачивается или качается вокруг своей оси и посредством силы тяжести передает пружине двигателя дополнительную энергию. Инерционный сектор обычно имеет достаточно большой вес, для того чтобы преодолеть силу сопротивления заводной пружины, поэтому и его крепление к механизму часов должно быть достаточно прочным и надежным.

В известных часах с исправным автоподзаводом пружина должна подзаводиться при повороте инерционного сектора в любую сторону. Если пружина заводится только при повороте инерционного сектора в одну сторону, это приводит к тому, что пружина не полностью подзаводится и часы останавливаются. Сектор автоподзавода наручных часов при этом вращается при любых движениях руки человека, не зависимо от того, насколько заведена пружина часов. Для того чтобы пружина не порвалась от чрезмерного перенапряжения, она обычно имеет фрикционное крепление к барабану, посредством которого, достигнув максимального значения, пружина проскальзывает в барабане на два-три оборота, что дает возможность автоподзаводу постоянно работать и избегать его поломки.

Часы с автоподзаводом обычно имеют закрепленный на оси металлический груз, обычно выполненный в форме сектора. Центр тяжести сектора смещен к краю, и при любых движениях руки он поворачивается вокруг оси, заводя через систему шестерен пружину часов. Чтобы сектор мог преодолеть сопротивление пружины и завести часы, он должен обладать большой инерцией. Поэтому сектор обычно изготавливают из двух частей: тонкой легкой верхней пластины и полукольца из тяжелого вольфрамового сплава. Диаметр сектора стараются сделать максимально возможным.

Считается, что для полного автоматического завода пружины часы с автоподзаводом необходимо носить с движениями около 8 часов.

Основное достоинство часов с автоподзаводом состоит в том, что их не надо ежедневно заводить. При этом сектор постоянно поддерживает пружину в напряженном состоянии, близком к полному заводу, что позволяет достичь лучшей точности. Второе преимущество связано с водонепроницаемостью. Втулка заводной головки - одно из самых уязвимых мест в часах в плане водозащиты. В часах с автоподзаводом выше водонепроницаемость, т.к. заводная головка почти не используется, а значит, у влаги и грязи меньше шансов попасть внутрь.

Недостатками механизмов автоподзавода являются значительный вес, конструктивная сложность и повышенная вероятность поломок. Известные часы с автоподзаводом толще и тяжелее обычных. Потребность в секторе большого размера ограничивает применение автоподзавода в женских часах. Усложнение механизма и использование груза из довольно дорогого вольфрама увеличивает стоимость часов. Кроме этого, известные часы с автоподзаводом очень чувствительны к ударам. Бывает, что при сильных ударах под тяжестью грузового сектора ломаются его опоры.

Также известны механизмы автоподзавода («автоматического» завода), в котором качающийся неуравновешенный груз (грузовой сектор) осуществляет закручивание (завод) пружины пружинного двигателя, в которых неуравновешенный груз (ротор) жестко соединен с трибом и свободно движется на оси в обоих направлениях или в которых триб постоянно сцеплен с зубчатым колесом обгонной муфты. В зависимости от направления вращения грузового сектора зубчатое колесо получает вращение в одном и том же направлении и при этом происходит подкручивание пружины [4].

Известен механизм автоподзавода в виде инерционной массы, перемещающейся при изменении часов, отличающийся тем, что с целью возможности использования автоподзавода в сочетании с любым базовым элементом без его утолщения применено тяжелое полукольцо, размещенное по периметру механизма внутри корпусного кольца и удерживаемое в названном кольце с помощью трех роликов. При этом для передачи вращения груза на заводной вал пружины инерционный груз снабжен кольцом, внутренняя поверхность которого выполнена рифленой для взаимодействия с роликом, установленным на конце рычага, снабженного собачкой для перемещения храповика на заводном валу [5].

Известные механизмы автоподзавода могут быть использованы только в переносных часах, например, наручных часах, в которых по условиям эксплуатации возможно возникновение качательного движение ротора. Кроме этого, основным недостатков всех известных механических часов с автоподзаводом для правильной работы механизма автоподзавода является необходимость активного подвижного образа жизни пользователя часов.

Известны настольные часы Атмос с крутильным маятником, выпускаемые фирмой «Jaeger-le Coultre» (Швейцария) и работающие от изменения во времени температуры и атмосферного давления, [6].

Источником энергии, поддерживающим колебания маятника в данных часах, служит перепад температуры окружающей среды воздуха в квартире или служебном помещении. Перепад температур в 1° обеспечивает функционирование часов в течение 2 суток. Часы функционируют с высокой степенью точности порядка 1 с в сутки. При отсутствии колебаний температуры окружающего воздуха в течение 2 суток (что маловероятно) часы автономно функционируют в течение 100 суток за счет запаса энергии заводной пружины, заключенной в барабане.

Колебания температуры служат энергией подзавода пружины, которая работает в коротком интервале пологой кривой момента, обеспечивая тем самым высокую стабильность амплитуды колебаний и высокую степень точности хода.

Для использования колебания температуры воздуха на подзавод пружины используют особое химическое вещество C2H5Cl - хлористый этил. Пары хлористого этила создают давление, равное примерно атмосферному при температуре +12°С, при температуре +27°С давление паров максимальное, т.е. часы работают в широком диапазоне температур.

Хлористый этил помещают в герметический металлический корпус, имеющий форму короткого цилиндра. Хлористый этил заполняет внутренние кольцевые выступы в корпусе. При повышении температуры пары этила расширяются и давят на кольцевые выступы. Последние расширяются подобно мехам. Движение кольцевых выступов передается цепочке, которая одним концом прикреплена к пружине, а другим - к храповому устройству, осуществляющему непосредственно подзавод пружины в барабане.

При понижении температуры происходит сжатие кольцевых выступов. За счет разности температур и перемещения в ту или другую сторону кольцевых выступов, а вместе с ними пружины и цепочки, происходит подзавод пружины в барабане.

Для регулирования периода колебания маятника имеется головка, полный оборот которой соответствует изменению периода колебаний на 10 с в сутки. Часы регулируются с точностью 1 с в сутки. Часы работают только в стационарном положении, чувствительны к вибрациям. Они снабжены водяным уровнем и тремя установочными стойками, из которых одна неподвижна, а две другие регулируются по высоте. Для переноски часов маятник блокируется специальным устройством.

Недостатком этих часов, в частности его механизма автоматического привода, является то, что эти часы работают только в стационарном положении, т.к. не допускается использование часов в качестве переносных. Так как энергия, получаемая от изменения давления и температуры, по времени очень мала, - то в результате очень большого периода колебаний - под влиянием внешних воздействий, - как правило, они имеют очень сложную систему регулировки для обеспечения высокой точности хода. Кроме того, они требуют кропотливой и точной регулировки для обеспечения строго перпендикулярного плоскости Земли положения крутильного маятника.

Также из уровня техники известны часы, у которых энергией подзавода пружины служит колебание давления воздушной среды [7]. Известное устройство для пневматического подзавода пружинного двигателя часов содержит пневмодвигатель, связанный через систему привода с заводным валом пружинного двигателя, которое снабжено последовательно соединенными триггером и усилителем, выход которого соединен с пневмодвигателем, а выходы триггера через путевые переключатели - с системой привода, выполненной в виде ходового винта с гайкой, одна сторона которого зафиксирована от проворачивания, а другая выполнена в виде заслонки переключения путевых выключателей, и дополнительно снабжено последовательно соединенными системой аварийной сигнализации и логическим элементом «НЕ-ИЛИ», вход которого через путевой переключатель связан с заслонкой [10].

Недостатком данного устройства для пневматического подзавода пружинного двигателя часов является невозможность использования энергии разности температур.

Резюмируя вышеизложенное можно сделать заключение, что на сегодняшний день не известны механизмы автоматического привода часов, используемых как в наручных, так и в любых других видах механических часов (настенные, каминные, башенные и пр.), работающие на основе замкнутого термодинамического цикла, в котором циклические процессы сжатия и расширения происходят при различных уровнях температур, а управление потоком рабочего тела осуществляется путем изменения его объема.

Задачи и технический результат

Задача предлагаемого изобретения состоит в разработке и практической реализации конструкции часов и часовых механизмов с автоматическим заводом и подзаводом двигателя часов с получением энергии для завода и подзавода часов от разности температур различных областей пространства.

Техническим результатом, получаемым при использовании изобретения, является обеспечение автоматического завода и подзавода двигателя часового механизма при отсутствии внешнего воздействия пользователя посредством использования разности температур различных областей пространства. Кроме этого, техническим результатом изобретения также является повышение точности, надежности и долговечности часового механизма за счет использования механизма автоматического привода, основанного на использовании теплового двигателя. Кроме этого, изобретение обеспечивает достижение технического результата, который заключается в увеличении мощности автоматического подзавода и возможности использования в качестве привода дополнительных устройств в часах.

Раскрытие изобретения

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат при использовании изобретения достигается тем, что устройство для автоматического приведения в движение подвижных элементов часового механизма, характеризуется тем, что содержит тепловой двигатель, выполненный с возможностью преобразования разницы температур в двух разных точках пространства либо на поверхностях, либо на поверхности и пространстве в движение часового механизма. При этом тепловой двигатель выполнен в виде теплового двигателя Стирлинга гамма типа, роторного типа или свободно-поршневого типа.

Устройство для автоматического приведения в движение часового механизма может быть выполнен с возможностью

автоматического завода или подзавода двигателя механизма часов;

автоматического завода или подзавода пружинного двигателя механизма часов;

автоматического приведения в движение зубчатой передачи и/или спускового регулятора часового механизма;

использования в качестве охладителя боковых сторон корпуса часов или стороны циферблата, в качестве теплоприемника (нагревателя) задней части часов или задней крышки или части задней крышки корпуса часов с расположенным между ними теплоизоляционным материалом с низким коэффициентом теплопроводности;

использования в качестве охладителя задней части часов, которая может контактировать с пространством или поверхностью, где температура ниже, чем температура поверхности или пространства, контактирующего с передней (лицевой) поверхностью часов, то есть охладитель - задняя часть, а нагреватель - передняя часть часов;

использования в качестве охладителя механизма часов, движущихся деталей механизма наручных часов или маховика в форме крыльчатки;

использования в качестве охладителя ребер, канавок или дополнительных элементов охлаждения на корпусе часов;

использования в качестве охладителя контактирующей поверхности или пространства;

использования в качестве нагревателя, контактирующего с поверхностью или пространством с более высоким показателем температуры, задней части часов, выполненной из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например из алюминия, сплавов алюминия, меди, медного сплава, серебра, сплава серебра или сплавов золота;

использования в качестве нагревателя, контактирующего с поверхностью или пространством с более высоким показателем температуры, задней части часов, выполненной эргономичной формы;

использования в качестве нагревателя, контактирующего с поверхностью или пространством с более высоким показателем температуры, передней (лицевой) части часов, выполненной из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например из алюминия, сплавов алюминия, меди, медного сплава, серебра, сплава серебра или сплавов золота;

использования в качестве нагревателя, контактирующего с поверхностью или пространством с более высоким показателем температуры, передней части часов, выполненной эргономичной формы;

нагревания от солнца или с возможностью создания разницы температур с использованием энергии солнца;

нагревания с использованием тепла, выделяемого электроникой, источниками света, нагревательными системами, отопительными системами и т.п.;

охлаждения теплового двигателя возможно от поверхности, например, такой как стекло, стена, или от окружающей среды.

функционирования совместно с дополнительным источником энергии движения, например с механизмом автоподзавода, либо с механизмом ручного завода;

использования в качестве рабочего тела газа - воздуха, водорода, гелия, паров ацетона, спирта или иного химического соединения;

с возможностью привода часов с базовым серийно выпускаемым механизмом часов как в обычном исполнении, так и с дополнительной доработкой, например с фрикционным внешним концом заводной пружины, для обеспечения «бесконечного завода» пружины механизма часов.

При этом автоматический привод механизма часов может быть выполнен с механизмом принудительного начального запуска с возможностью совместного функционирования с другими двигателями или с возможностью преобразования движения (вращательное, возвратно-поступательное), поступающего с теплового двигателя, во вращение заводного вала или вала барабана часового механизма.

Поставленная задача решается, а требуемый результат при использовании изобретения достигается также тем, что часовой механизм для приведения в движение указателя или указателей времени содержит по меньшей мере один подвижный и по меньшей мере один неподвижный элементы и устройство для автоматического приведения в движение данных подвижных элементов. Таким образом, часовой механизм, по сути, содержит тепловой двигатель, выполненный с возможностью преобразования разницы температур в пространстве либо на поверхностях, либо на поверхности и пространстве в движение часового механизма. При этом двигатель может быть выполнен в виде теплового двигателя Стирлинга гамма типа, роторного типа или свободно-поршневого типа.

При этом механизм часов с автоматическим приводом может содержать описанный выше автоматический привод механизма часов.

Поставленная задача решается, а требуемый результат при использовании изобретения достигается также тем, что механические часы, содержащие корпус и часовой механизм для приведения в движение указателя или указателей времени, содержат по меньшей мере один подвижный и по меньшей мере один неподвижный элементы и устройство для автоматического приведения в движение данных подвижных элементов. При этом двигатель может быть выполнен в виде теплового двигателя Стирлинга гамма типа, роторного типа или свободно-поршневого типа.

При этом механические часы с автоматическим приводом содержат описанный выше автоматический привод механических часов или содержат описанный выше механизм часов с автоматическим приводом.

Поставленная задача решается, а требуемый результат при использовании изобретения достигается также тем, что по способу приведения в движение подвижных элементов часового механизма механических часов для приведения в движение часового механизма используют тепловой двигатель, выполненный с возможностью преобразования разницы температур в пространстве в движение подвижных элементов часового механизма. При этом двигатель может быть выполнен в виде теплового двигателя Стирлинга гамма типа, роторного типа или свободно-поршневого типа. При этом он также выполнен с возможностью обеспечения автоматического завода или подзавода двигателя часового механизма;

автоматического завода или подзавода пружинного двигателя часового механизма;

автоматического приведения в движение зубчатой передачи и/или спускового регулятора часового механизма.

При этом в качестве охладителя (или теплоприемника) теплового двигателя используют переднюю часть часов (куда входят боковые стороны корпуса часов, сторона циферблата), а в качестве теплоприемника (охладителя) используют заднюю часть часов (куда включают заднюю крышку или часть задней крышки корпуса часов с расположенным между ними теплоизоляционным материалом с низким коэффициентом теплопроводности) или в качестве охладителя теплового двигателя используют часовой механизм или отдельные движущиеся детали часового механизма или маховик в форме крыльчатки.

Для интенсификации охлаждения теплового двигателя на корпусе часов могут быть выполнены ребра, канавки или дополнительные элементы охлаждения.

Для интенсификации нагревания теплового двигателя, контактирующего с поверхностью или пространством, где температура выше или ниже, корпус часов часть может быть выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например из алюминия, сплавов алюминия, меди, медного сплава, серебра, сплава серебра или сплавов золота или часть корпуса часов может быть выполнена эргономичной формы.

При этом тепловой двигатель выполняют с возможностью нагревания от Солнца или с возможностью создания разницы температур путем расположения нагревателя к Солнцу или иному источнику внешнего тепла.

Тепловой двигатель также может быть выполнен с возможностью использования тепла, выделяемого электроникой, источниками света, нагревательными системами, отопительными системами и т.п.

Кроме этого, тепловой двигатель может быть выполнен с возможностью охлаждения от поверхности, например, такой как стекло, стена, или от окружающей среды.

При этом тепловой двигатель выполняют с возможностью

функционирования совместно с дополнительными источниками энергии движения часового механизма, например с механизмом автоподзавода, либо с механизмом ручного завода;

использования в качестве рабочего тела газа - воздуха, водорода, гелия, паров ацетона, спирта или иного химического соединения;

привода часов с базовым серийно выпускаемым часовым механизмом как в обычном исполнении, так и с дополнительной доработкой, например с фрикционным внешним концом заводной пружины, для обеспечения «бесконечного завода» пружины. При этом тепловой двигатель выполняют с механизмом принудительного начального запуска и могут одновременно использовать несколько тепловых двигателей.

Основные термины и определения

В настоящей заявке используются термины и определения, имеющие следующее значение:

Теплообменник - это основная часть теплового двигателя Стирлинга, предназначенная для передачи температуры от среды с более высокой температурой к среде с более низкой температурой.

Кривошипно-шатунный механизм - устройство, позволяющее преобразовать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение вала.

Вытеснитель, дисплейсер - один из поршней двигателя Стирлинга, работающий в условиях высоких перепадов температур и низких перепадов давления; как правило, он имеет небольшую массу.

Нагреватель - теплообменник двигателя Стирлинга, в котором осуществляется процесс передачи теплоты от источника к рабочему телу двигателя.

Рабочий поршень - один из поршней двигателя Стирлинга, работающий в условиях высоких перепадов давления и низких перепадов температур.

Цикл Стирлинга - идеализированный термодинамический цикл, состоящий из двух изотермических процессов сжатия и расширения и двух изохорических регенеративных процессов.

Рабочее тело - газ, жидкость или пар, которые периодически сжимаются или расширяются при соответствующих температурах в рабочей плоскости двигателя Стирлинга.

Спусковой регулятор - спусковым регулятором часового механизма называется устройство, состоящее из осциллятора, совершающего равномерные колебания и спуска, преобразующего колебания в интервалы времени исполнительного устройства, при этом поступление энергии на осциллятор для поддержания его колебания регулируется тем же спуском.

Зубчатая передача (основная колесная система) состоит из зубчатых колес, связывает двигатель со спусковым регулятором и передает движение часовому механизму.

Механический аккумулятор (источник энергии, механический аккумулятор) необходим для аккумулирования энергии и приведения в действие и поддержания действия часового механизма. В основном в часах применяют пружинные и гиревые двигатели. Пружинный двигатель аккумулирует энергию завода часов.

Стрелочный механизм является исполнительным устройством, как правило, состоит из системы зубчатых колес и передает движение от основной колесной системы стрелкам.

Механизм завода часов и перевода стрелок позволяет вручную завести пружинный двигатель и установить стрелки в нужное положение. Этот механизм может состоять из заводной головки, заводного вала, системы рычагов и зубчатых колес.

Осциллятор - система, которая при смещении из положения равновесия испытывает действие возвращающей силы, пропорциональной смещению. В часах осциллятором, как правило, является маятник или система баланс-спираль.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежами.

В предпочтительных, показанных на чертежах вариантах конструктивного исполнения устройства теплового двигателя Стирлинга для часов, часового механизма с двигателем Стирлинга и часов с двигателем Стирлинга имеются следующие конструктивные элементы:

1 - рабочий цилиндр,

2 - внутренняя область рабочего цилиндра,

3 - поршень рабочего цилиндра,

4 - нагреватель-теплосъемник,

5 - охладитель,

6 - теплообменный цилиндр,

7 - дисплейсер-вытеснитель,

8 - стенки теплообменного цилиндра,

9 - шток дисплейсера,

10 - втулка охладителя,

11 - маховик,

12 - кривошипный шарнир поршня теплообменника,

13 - кривошипный шарнир рабочего поршня,

14 - кривошипный шарнир теплообменного цилиндра,

15 - кривошип,

16 - шатун дисплейсера,

17 - шатун рабочего цилиндра,

18 - шарнир оси рабочего поршня,

19 - шток рабочего поршня,

20 - рука человека,

21 - лапки корпуса,

22 - корпус,

23 - радиатор корпуса,

24 - циферблат,

25 - стекло,

26 - часовой механизм,

27 - минутная стрелка,

28 - часовая стрелка,

29 - ремешок,

30 - заводная головка,

31 - теплопроводная подложка ремешка,

32 - коническое колесо вала маховика,

33 - коническое колесо передаточного механизма,

34 - первое колесо редуктора,

35 - второе колесо редуктора,

36 - барабанное колесо,

37 - вал барабана,

38 - стойка крепления маховика и кривошипа,

39 - выходной вал двигателя Стирлинга,

40 - первое дополнительное колесо,

41 - второе дополнительное колесо,

42 - передняя крышка,

43 - несущий корпус,

44 - крепление к ровной и гладкой поверхности (присоска),

45 - кирпичная стена,

46 - теплоизоляция,

47 - вода,

48 - стекло аквариума,

49 - корпус светильника,

50 - лампочка,

51 - средство крепления часов к поверхности (стена).

На фиг.1 показана структурно-функциональная схема простейших часов с тепловым двигателем Стирлинга, без аккумулятора энергии, на которой показаны сопряженные средствами кинематической связи тепловой двигатель Стирлинга, спусковой регулятор, стрелочный механизм.

На фиг.2 показана структурно-функциональная схема часового механизма с тепловым двигателем Стирлинга, на которой показаны соединенные средствами кинематической связи работающий от разницы температур двигатель Стирлинга, передаточный механизм, механический аккумулятор (пружинный двигатель, гиревой двигатель, пневматический аккумулятор, барабан часов и т.п.), зубчатая передача, спуск, осциллятор, стрелочный механизм. Пунктирной линией выделены функциональные блоки, присущие обычному стандартном часовому механизму.

На фиг.3 показана структурно-функциональная схема прибора с часовым механизмом с тепловым двигателем Стирлинга, включающая в себя соединенные средствами кинематической связи работающий от разницы температур двигателеь Стирлинга, передаточный механизм, механический аккумулятор (пружинный двигатель, гиревой двигатель, пневматический аккумулятор, барабан часов и т.п.), механизм завода и перевода стрелок, стрелочный механизм, зубчатая передача, спуск и осциллятор. Пунктирной линией выделены функциональные блоки, присущие обычному стандартном часовому механизму.

На фиг.4 показана конструкция теплового двигателя Стирлинга гамма типа в возможной компоновке для использования в механизме часов, на которой показаны: рабочий цилиндр 1, внутренняя область рабочего цилиндра 2, поршень рабочего цилиндра 3, нагреватель-теплосъемник 4, охладитель 5, теплообменный цилиндр 6, дисплейсер-вытеснитель 7, стенки теплообменного цилиндра 8, шток дисплейсера 9, втулка охладителя 10, маховик 11, кривошипный шарнир поршня теплообменника 12, кривошипный шарнир рабочего поршня 13, кривошипный шарнир теплообменного цилиндра 14, кривошип 15, шатун дисплейсера 16, шатун рабочего цилиндра 17, шарнир оси рабочего поршня 18, шток рабочего поршня 19.

На фиг.5 показан 1-й такт работы двигателя Стирлинга гамма типа - такт сжатия рабочего тела при постоянной температуре: дисплейсер 7 находится вблизи нижней мертвой точки (НМТ) и остается условно неподвижным. Газ сжимается рабочим поршнем 3 малого цилиндра 1. Давление газа возрастает, а температура остается постоянной, так как теплота сжатия отводится через холодный торец теплообменного цилиндра 5 в окружающую среду. Под условной неподвижностью в данном случае подразумевают малую высоту перемещения поршня при прохождении кривошипом расстояния вблизи верхней или нижней мертвой точки.

На фиг.6 показан 2-й такт работы двигателя Стирлинга гамма типа - такт нагревания рабочего тела при постоянном объеме: рабочий поршень 3 рабочего цилиндра 1 находится вблизи НМТ и полностью перемещает холодный сжатый газ в теплообменный цилиндр 6, вытеснитель 7 которого движется к верхней мертвой точки (ВМТ) и вытесняет газ в горячую полость. Так как при этом суммарный внутренний объем цилиндров двигателя остается постоянным, рабочее тело разогревается, давление повышается и достигает максимального значения. Прирост давления идет параллельно с выталкиванием рабочего поршня 3. В результате давление не достигает теоретически рассчитанного максимума. Данный факт также объясняет хороший к.п.д. на малых оборотах двигателя. Рабочее тело прогревается лучше и прирост давления приближается к максимуму.

На фиг.7 показан третий такт работы двигателя Стирлинга гамма типа - такт расширения при постоянной температуре газа: дисплейсер 7 теплообменного цилиндра 6 находится вблизи верхней мертвой точки (ВМТ) и остается условно неподвижным. Поршень рабочего цилиндра 3 под действием давления газа движется к верхней мертвой точке. Происходит расширение горячего газа в полости рабочего цилиндра 1. Полезная работа, совершаемая поршнем рабочего цилиндра 3, через кривошипно-шатунный механизм передается на кривошип 14 и маховик 11. Давление в цилиндрах двигателя при этом падает, а температура газа в горячей полости остается постоянной, так как к нему подводится тепло от источника тепла через горячую стенку цилиндра.

На фиг.8 показан четвертый такт работы двигателя Стирлинга гамма типа - такт охлаждения при неизменном объеме: поршень рабочего цилиндра 3 находится вблизи ВМТ и остается условно неподвижным. Дисплейсер 7 теплообменного цилиндра движется к НМТ и перемещает газ, оставшийся в горячей части, в холодную часть цилиндра. Так как при этом суммарный внутренний объем цилиндров двигателя остается постоянным, давление газа в них продолжает падать и достигает минимального значения. В моделях двигателей, содержащих рабочее тело при атмосферном давлении, четвертый такт также является рабочим, поскольку давление падает резко и возникает кратковременное разрежение. В результате рабочий поршень 3 с усилием втягивается в цилиндр 1, совершая дополнительную работу. Из четырех тактов два - рабочие.

На фиг.9 показан вид сверху на механизм часов, на котором показаны рабочий цилиндр 1, охладитель 5, втулка охладителя 10, маховик 11, кривошипный шарнир теплообменного цилиндра 14, кривошип 15, шатун рабочего цилиндра 17, часовой механизм 26, коническое колесо вала маховика 32, коническое колесо передаточного механизма 33, первое колесо редуктора 34, второе колесо редуктора 35, барабанное колесо 36, вал барабана 37, стойка крепления маховика и кривошипа 38, выходной вал двигателя Стирлинга 39, первое дополнительное колесо 40, второе дополнительное колесо 41.

Стойка крепления маховика и кривошипа 38 держит вал 39, на котором насажены кривошип 15 и маховик 11. На вал 39 насажено коническое колесо 32, которое передает вращение на коническое колесо 33, разворачивая передачу на 90 градусов. Колесо 33 передает вращение на редуктор передаточного механизма, состоящий из колес 34 и 35, которые уменьшают скорость вращения и увеличивают момент. Колесо 35 редуктора передает вращение на барабанное колесо часового механизма и через него заводит заводной вал 37 пружинного аккумулятора часового механизма 26. Используемые для удобства компоновки реверсивные колеса 40 и 41 передают вращение от вала кривошипа к выходному валу двигателя 39.

На фиг.10 показан разрез корпуса часов с двигателем Стирлинга гамма типа в возможной компоновке для использования в часовом механизме наручных часов, на котором показаны: рабочий цилиндр 1, нагреватель 4, охладитель 5, маховик 11, рука человека 20, лапки корпуса 21, корпус 22, радиатор корпуса 23, циферблат 24, стекло 25, часовой механизм 26, минутная стрелка 27, часовая стрелка 28, ремешок 29.

На фигуре 10 видно, что поступающее тепло от руки человека 20 поступает на крышку нагревателя 4, а корпус 22 соединен с охладителем 5, и его канавки радиатора дополнительно охлаждают корпус для получения дополнительного градиента температур.

На фиг.11 показан вид сбоку наручных часов с тепловым двигателем Стирлинга, на котором показаны корпус часов 22, лапки корпуса часов 21, ремешок 29, радиатор корпуса 23, заводная головка 30, нагреватель 4.

На фиг.12 показан вид сбоку наручных часов с тепловым двигателем Стирлинга в исполнении с эргономичной задней крышкой нагревателя, которая облегает кисть руки и способствует лучшему съему тепла и ремешка/браслета с теплопроводной подложкой для увеличения площади съема тепла. Ремешок/браслет в данном варианте конструкции крепится не к корпусу часов, а к задней крышке. На чертеже показаны: корпус 22, лапки корпуса 21, ремешок 29, радиатор корпуса 23, заводная головка 30, нагреватель 4, теплопроводная подложка ремешка 31.

На фиг.13 показан общий вид часов с тепловым двигателем Стирлинга, на котором показаны: корпус 22, заводная головка 30, ремешок 29, циферблат 24, часовая стрелка 28, минутная стрелка 27.

На фиг.14 показан вид сбоку, в разрезе, часов, вмонтированных в стену, где показаны нагреватель-теплосъемник 4, охладитель 5, теплообменный цилиндр 6, дисплейсер-вытеснитель 7, передняя крышка 42, несущий корпус 43, радиатор корпуса 23, циферблат 24, стекло 25, часовой механизм 26, минутная стрелка 27, часовая стрелка 28, кирпичная стенка 45, теплоизоляция 46.

На фиг.15 показан вид спереди часов, вмонтированных в стену, где показаны передняя крышка 42, циферблат 24, минутная стрелка 27, часовая стрелка 28, кирпичная стенка 45.

На фиг.16 показан вид сбоку, в разрезе, настенных часов, где показаны нагреватель-теплосъемник 4, охладитель 5, теплообменный цилиндр 6, дисплейсер-вытеснитель 7, передняя крышка 42, несущий корпус 43, корпус 22, радиатор корпуса 23, циферблат 24, стекло 25, часовой механизм 26, минутная стрелка 27, часовая стрелка 28.

На фиг.16 показан вид спереди настенных часов, где показаны передняя крышка 20, циферблат 24, минутная стрелка 27, часовая стрелка 28, кирпичная стенка 30, средство крепления часов к поверхности (стена) 51.

На фиг.17 показан вид сбоку, в разрезе, часов, фиксирующихся на ровной и гладкой поверхности (стекло), где показаны нагреватель-теплосъемник 4, охладитель 5, теплообменный цилиндр 6, дисплейсер-вытеснитель 7, передняя крышка 42, несущий корпус 43, корпус 22, радиатор корпуса 23, циферблат 24, стекло 25, часовой механизм 26, минутная стрелка 27, часовая стрелка 28, крепление к ровной и гладкой поверхности (присоска) 45.

На фиг.18 показан вид часов, выполненных как единое целое с аквариумом, на котором показаны передняя крышка 42, циферблат 24, минутная стрелка 27, часовая стрелка 28, вода 47, стекло аквариума 48.

На фиг.19 показан вид сбоку, в разрезе, часов, выполненных как единое целое с аквариумом, где показаны нагреватель-теплосъемник 4, охладитель 5, теплообменный цилиндр 6, дисплейсер-вытеснитель 7, передняя крышка 20, несущий корпус 42, корпус 22, радиатор корпуса 23, циферблат 24, стекло 25, часовой механизм 26, минутная стрелка 27, часовая стрелка 28, вода 47, стекло аквариума 48.

На фиг.20 показан вид часов, выполненных на лампе, где показаны передняя крышка 42, циферблат 24, минутная стрелка 27, часовая стрелка 28, корпус светильника 49, лампочка 50.

Осуществление изобретения

В основе конструкции двигательной установки Стирлинга лежат принцип разделения горячей и холодной рабочих полостей и способ, с помощью которого рабочее тело направляется из одной полости в другую. Тепловой двигатель Стирлинга представляет собой механизм преобразования разницы температур в энергию механического движения, в частном случае во вращение маховика или выходного вала, сопряженного с передаточным механизмом.

Передаточный механизм преобразует движение (вращательное, возвратно-поступательное), поступающее с двигателя Стирлинга, во вращение заводного вала или вала барабана часов, также как и известные механизмы автоподзавода часов. Все остальные элементы кинематической схемы выполняют те же функции, как в обычном часовом механизме.

Часовой механизм может быть базовым, серийно выпускаемым как в стандартном исполнении, так и с дополнительной доработкой, например фрикционным внешним концом заводной пружины, для обеспечения «бесконечного завода» пружины и предотвращения ее поломки или перенапряжения.

Тепловой двигатель Стирлинга представляет собой тепловую машину, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объеме. Принцип его действия основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объема рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и практически от любого источника тепла [8]. В моделях двигателей Стирлинга, где теплообменный цилиндр не имеет качественного нагревателя, рабочее тело разогревается не полностью, но поскольку давление в газах распространяется равномерно во все стороны, его изменение оказывает действие и на рабочий поршень, заставляя его двигаться и совершать работу.

В качестве теплового двигателя, в частности, может быть использован тепловой двигатель Стирлинга типа гамма. Он прост в изготовлении, низкотемпературный, низкооборотистый и, как показывают результаты многочисленных опытов, может работать на малом градиенте температур (3-4 градуса Цельсия).

Двигатель Стирлинга типа гамма состоит из двух цилиндров (Фиг.4).

Большой цилиндр - это теплообменный цилиндр 6. Его задача поочередно разогревать и охлаждать рабочее тело. Для этого один торец цилиндра разогревают - это нагреватель 4, другой торец - охлаждают - это охладитель 5. Боковые стенки теплообменного цилиндра 8 выполнены из материала с низкой теплопроводностью. Большой поршень - дисплейсер-вытеснитель 7, выполненный из теплоизоляционного материала, свободно перемещается в теплообменном цилиндре и выполняет роль теплового клапана, пегегоняющего рабочее тело то к холодному, то к горячему торцу теплообменного цилиндра 6.

Малый цилиндр 1 является рабочим. Поршень рабочего цилиндра 3 плотно подогнан к рабочему цилиндру 1.

Поршень рабочего цилиндра 3 имеет шток 19, который через шарнир 18 соединен с шатуном 17, соединенным через шарнир 13 с кривошипом 15.

В свою очередь дисплейсер-вытеснитель 7 имеет шток 9, который через шарнир 12, соединен с шатуном дисплейсера 16, соединенным через шарнир 14 с кривошипом 15.

Шток 19, шарнир 18, шатун 17, шарнир 13, шток 9, шарнир 12, шатун 16, шарнир 14, кривошип 15 представляют собой кривошипно-шатунный механизм, предназначенный для преобразования возвратно-поступательного движения поршней 3 и дисплейсера-вытеснителя 7 во вращательное движение кривошипа 15.

Кривошип 15 кинематически (на схеме соосно) соединен с маховиком 11. Маховик 11 предназначен для выравнивания движения и преодоления мертвых положений поршня и дисплейсера.

Двигатель Стирлинга гамма типа работает следующим образом:

Цикл Стирлинга основан на последовательном нагревании и охлаждении газа (его называют рабочим телом) в замкнутом объеме. Рабочее тело нагревается в горячей части двигателя, расширяется и производит полезную работу, после чего перегоняется в холодную часть двигателя, где охлаждается, сжимается и снова подается в горячую часть двигателя. Цикл повторяется. Количество рабочего тела остается неизменным, меняется его температура, давление и объем.

Весь цикл условно разделен на четыре такта (фиг.5-8). Условность заключается в том, что четкое разделение на такты в цикле отсутствует, процессы переходят один в другой. Это обусловлено отсутствием в конструкции двигателей Стирлинга клапанного механизма. Особенности функционирования двигателя Стирлинга в конкретных тактах движения показаны на фиг.5-8.

Кроме двигателя Стирлинга типа гамма могут быть также использованы двигатели Стирлинга свободно поршневого типа и роторного типа, известные из уровня техники [9].

В двигателе Стирлинга свободно поршневого типа, известного как двигатель Била или двигатели Стирлинга альфа типа, есть три основных элемента: тяжелый рабочий поршень, легкий вытеснитель и цилиндр с уплотнениями на обоих концах, шток вытеснителя относительно большого диаметра проходит через рабочий поршень. Шток вытеснителя полый, с открытым торцом, так что внутренняя полость вытеснителя соединена (и фактически является ее частью) с полостью, расположенной ниже рабочего поршня, называемой буферной полостью. К рабочей полости относится часть цилиндра над рабочим поршнем, подразделяемая на полость сжатия - между рабочим поршнем и вытеснителем и полость расширения - над вытеснителем. Длинная узкая кольцевая щель между цилиндром и вытеснителем выполняет функцию регенератора между горячей полостью расширения и холодной полостью сжатия. Для полости расширения предусмотрен нагреватель, а для полости сжатия - холодильник.

В данном двигателе используется один цилиндр, но с двумя поршнями - дисплейсером и рабочим поршнем, расположенными первый над вторым по оси цилиндра. Шток дисплейсера проходит через крышку рабочего поршня и внутри его штока. Для обеспечения герметичности используются сальники. С одного края к цилиндру подводят тепло, с другой - охлаждают (на схеме зоны нагрева, регенерации и охлаждения вынесены в отдельный агрегат). Стенки рабочего поршня плотно прилегают к цилиндру. Дисплейсер - напротив - свободно движется в рабочем цилиндре. Дисплейсер выполнен из материала, имеющего низкую теплоемкость и выполняет роль "теплового клапана". Он перемещает рабочее тело из горячей полости цилиндра в холодную и обратно, препятствуя наступлению термодинамического равновесия переноса тепла в системе. Рабочее тело либо нагревается (дисплейсер при этом нахордится в нижней мертвой точке), либо охлаждается (дисплейсер - в верхней мертвой точке). За счет этого обеспечивается циклический перепад давления в системе, преобразуемый затем рабочим поршнем в полезную работу. Нерабочий объем минимизирован за счет размещения вытеснителя и рабочего поршня в одном цилиндре, что позволяет выиграть в мощности на единицу объема двигателя. Сложность изготовления и обеспечения смазки и герметичности в сальниках таких двигателей - основной их недостаток.

В двигателе Стирлинга роторного типа, в отличие от классической схемы теплообменного цилиндра, где дисплейсер совершает возвратно-поступательные движения, функцию "теплового клапана" выполняет несимметричный ротор. Вращаясь по оси, он поочередно перекрывает горячую и холодную зоны, вызывая нагрев и охлаждение рабочего тела. Роторные Стирлинги отличаются более компактными размерами и могут быть выполнены полностью герметичными. Для этого в корпусе двигателя размещают генератор, или выводят механический привод через магнитную муфту.

Недостатками двигателя роторного тип является сложность в обеспечении нагрева и охлаждения теплообменного цилиндра, поскольку в отличие от стандартного гамма-Стирлинга нагревать и охлаждать приходится не торцы цилиндра а боковые стенки. Вследствие этого теплопотери могут увеличиваться.

При реализации изобретения возможно использование как отдельно выпускаемого часового механизма, так и механизмов готовых кварцевых, механических, наручных, настенных, настольных часов.

В качестве механического аккумулятора может использоваться обычный пружинный двигатель часов со спиральной пружиной или разработанное ранее автором устройство для аккумулирования и передачи механической энергии в механизме часов, содержащее пару винт-гайка, состоящую из винта, на поверхности которого выполнены цилиндрические канавки, и зубчатой гайки, и витую цилиндрическую пружину, в котором вращательное движение завода часового механизма, осуществляющее сжатие витой цилиндрической пружины, расположенной на винте пары винт-гайка, в результате вращательного движения винта и поступательного движения зубчатой гайки вдоль винта преобразуется в поступательное движение сжатия витой цилиндрической пружины, аккумулируя энергию, которая при роспуске витой цилиндрической пружины преобразует поступательное движение витой цилиндрической пружины во вращательно-поступательное движение зубчатой гайки по цилиндрическим винтовым канавкам, предназначенным для выравнивания момента вращения, а вращательно-поступательное движение зубчатой гайки посредством ее зацепления с зубчатым колесом, расположенным на валу с возможностью перемещения, которое обеспечивается вилкой, помещенной поверх зубчатой гайки и зубчатого колеса, преобразуется в равномерное вращательное движение зубчатых колес [10].

В качестве вариантов исполнения отдельных элементов корпуса, деталей, узлов часов могут быть использованы различные известные и традиционные для часового производства технологии, материалы и конструктивные решения, обычно применяемые в часовой технике [11, 12, 13, 14].

Таким образом обеспечивается достижение требуемого технического результата, а именно обеспечение автоматического завода и подзавода двигателя часового механизма при отсутствии внешнего воздействия пользователя посредством использования разности температур различных областей пространства относительно корпуса часов, в частности с получения энергии для хода, завода и подзавода наручных часов от разности температур от поверхности или пространства со стороны задней части часов и температуры от поверхности или пространства со стороны передней (лицевой) части часов (циферблат и боковые стороны корпуса часов); повышение точности, надежности и долговечности часового механизма за счет использования механизма автоматического привода, основанного на использовании теплового двигателя. Как следует из описания и сущности изобретения, оно также обеспечивает увеличение мощности автоматического подзавода и возможности использования в качестве привода дополнительных устройств в часах.

Учитывая новизну совокупности существенных признаков, техническое решение поставленной задачи, изобретательский уровень и существенность всех общих и частных признаков полезной модели, доказанных в разделе «Уровень техники» и «Раскрытие изобретения», доказанных в разделе «Осуществление и промышленная реализация изобретения», техническую осуществимость и промышленную применимость изобретения, решение поставленных изобретательских задач и уверенное достижение требуемого технического результата при реализации и использовании изобретения, по нашему мнению, заявленная группа изобретений удовлетворяет всем требованиям охраноспособности, предъявляемым к изобретениям.

Проведенный анализ показывает также, что все общие и частные признаки изобретения являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе они не только достаточны для достижения цели изобретения, но и позволяют реализовать изобретение промышленным способом.

Кроме этого, анализ совокупности существенных признаков изобретения и достигаемого при их использовании единого технического результата показывает наличие единого изобретательского замысла, тесную и неразрывную связь между способом автоматического приведения в движение механических часов, механические часы с автоматическим приводом и автоматический привод механических часов. Это позволяет объединить изобретения в одной заявке, то есть обеспечить требования критерия единства изобретения.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. http://bse.sci-lib.com/article121589.html Часы (прибор). Большая Советская Энциклопедия.

2. http://www.watches.ru/index.php?page=30&art=55

3. http://remontchasov.ucoz.ru/index/avtopodzavod_v_chasakh/0-45.

4. Аксельрод М. Теория и проектирование приборов времени. «Машиностроение», Ленинград, 1969, с.45-47.

5. SU 146702, опубликовано БИ №8 за 1962 г.

6. Тарасов С.В. Приборы времени. Москва, «МАШИНОСТРОЕНИЕ», 1976, с.39-40.

7. SU 354392 G04B 3/12 опубл. 01.01.1972.

8. Уокер Г. Машины, работающие по циклу Стирлинга. пер. с англ. М. Энергия 1978 г.; Двигатели Стирлинга. Под. ред. Круглова М.Г. М. Машиностроение. 1977 г.; Двигатели Стирлинга. Сборник статей. Пер. с англ. Сутугина Б.В.; Под. ред. Бродянского В.М. М.: Мир. 1975 г.; Ридер Г., Хупер Ч. Двигатели Стирлинга. М. Мир 1986 г.; Уокер Г. Двигатели Стирлинга. Перевод с английского. М. Машиностроение 1985 г.

9. http://www.stirlingmotors.ru/Pages_pikch/Bill_engine.htm

10. RU 2012105052 G04B 3/00 опубл. 20.08.2013.

11. Харитончук А.П. Справочная книга по ремонту часов, М., 1977, стр.18, 21.

12. Романов А.Д. Проектирование приборов времени. М., 1975, стр.140.

13. Тарасов С.В. Технология часового производства, М., 1963.

14. Попова В.Д., Гольдберг Н.Б. Устройство и технология сборки часов. М., 1989.

1. Способ приведения в движение подвижных элементов часового механизма механических часов, характеризующийся тем, что для приведения в движение часового механизма используют тепловой двигатель Стирлинга, выполненный с возможностью преобразования разницы температур в пространстве в движение подвижных элементов часового механизма.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют тепловой двигатель с возможностью преобразования разности температур со стороны задней крышки часов и температуры воздуха с боковых сторон корпуса часов и/или со стороны циферблата в движение подвижных элементов часового механизма.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют тепловой двигатель Стирлинга гамма типа, роторного типа или свободно-поршневого типа.

4. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что используют тепловой двигатель с возможностью автоматического завода или подзавода средства накопления механической энергии часового механизма.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве средства накопления механической энергии часового механизма используют пружину.

6. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что используют тепловой двигатель с возможностью автоматического приведения в движение зубчатой передачи и/или спускового регулятора часового механизма.

7. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве охладителя теплового двигателя используют боковые стороны корпуса часов, а в качестве теплоприемника и нагревателя используют заднюю крышку или часть задней крышки корпуса часов с расположенным между ними теплоизоляционным материалом с низким коэффициентом теплопроводности.

8. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве охладителя теплового двигателя используют часовой механизм или отдельные подвижные элементы часового механизма или маховик в форме крыльчатки.

9. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что для интенсификации охлаждения теплового двигателя выполняют на корпусе часов ребра, канавки или дополнительные элементы охлаждения.

10. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что для интенсификации нагревания теплового двигателя часть корпуса часов выполняют из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например из алюминия, сплавов алюминия, меди, медного сплава, серебра, сплава серебра или сплавов золота.

11. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что тепловой двигатель выполняют с возможностью нагревания от солнца или другого внешнего источника тепла.

12. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что тепловой двигатель выполняют с возможностью функционирования совместно с дополнительными источниками энергии движения, например с механизмом автоподзавода либо с механизмом ручного завода.

13. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что тепловой двигатель выполняют с возможностью использования в нем в качестве рабочего тела газа - воздуха, водорода, гелия, паров ацетона или спирта.

14. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что тепловой двигатель выполняют с возможностью привода как часов с серийно выпускаемым часовым механизмом, так и с измененным часовым механизмом, например с фрикционным внешним концом заводной пружины, для обеспечения «бесконечного завода» пружины.

15. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что тепловой двигатель выполняют с механизмом принудительного начального запуска.

16. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что в дополнение к упомянутому тепловому двигателю используют еще по меньшей мере один дополнительный тепловой двигатель.

17. Устройство для автоматического приведения в движение подвижных элементов часового механизма, характеризующееся тем, что содержит тепловой двигатель Стирлинга, выполненный с возможностью преобразования разницы температур в двух разных точках пространства либо на поверхностях, либо на поверхности и пространстве в движение часового механизма.

18. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что тепловой двигатель выполнен с возможностью преобразования разности температур у поверхности часов и температуры окружающего воздуха в движение часового механизма механических часов.

19. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что тепловой двигатель выполнен в виде теплового двигателя Стирлинга гамма типа, роторного типа или свободно-поршневого типа.

20. Устройство по п. 19, отличающийся тем, что тепловой двигатель выполнен с возможностью автоматического завода или подзавода средства накопления механической энергии часового механизма.

21. Устройство по п. 20, отличающееся тем, что в качестве средства накопления механической энергии часового механизма используют пружину.

22. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что тепловой двигатель выполнен с возможностью автоматического приведения в движение зубчатой передачи и/или спускового регулятора часового механизма.

23. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что тепловой двигатель выполнен с возможностью использования в качестве охладителя или нагревателя боковых сторон корпуса часов или стороны циферблата, а в качестве теплоприемника и нагревателя или охладителя - задней крышки или части задней крышки корпуса часов с расположенным между ними теплоизоляционным материалом с низким коэффициентом теплопроводности.

24. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что тепловой двигатель выполнен с возможностью использования в качестве охладителя механизма часов, подвижных элементов механизма часов или маховика в форме крыльчатки.

25. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что тепловой двигатель выполнен с возможностью использования в качестве охладителя ребер, канавок или дополнительных элементов охлаждения на корпусе механических часов.

26. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что теплопроводящие части теплового двигателя и/или корпуса часов выполнены из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например из алюминия, сплавов алюминия, меди, медного сплава, серебра, сплава серебра или сплавов золота.

27. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что тепловой двигатель выполнен с возможностью нагревания от солнца или другого внешнего источника тепла.

28. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что тепловой двигатель выполнен с возможностью использования тепла, выделяемого электроникой, источниками света, нагревательными системами, отопительными системами.

29. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что тепловой двигатель выполнен с возможностью охлаждения от поверхности, например, такой как стекло, стена, или от окружающей среды.

30. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что тепловой двигатель выполнен с возможностью функционирования совместно с дополнительными источниками энергии движения, например с механизмом автоподзавода, либо с механизмом ручного завода.

31. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что тепловой двигатель выполнен с возможностью использования в нем в качестве рабочего тела газа - воздуха, водорода, гелия, паров ацетона или спирта.

32. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что тепловой двигатель выполнен с возможностью привода как часов с серийно выпускаемым механизмом часов, так и измененным часовым механизмом, например с фрикционным внешним концом заводной пружины, для обеспечения «бесконечного завода» пружины механизма часов.

33. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что тепловой двигатель выполнен с механизмом принудительного начального запуска.

34. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что тепловой двигатель выполнен с возможностью совместного функционирования с другими двигателями.

35. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что дополнительно содержит передаточный механизм в виде механизма с возможностью преобразования движения (вращательное, возвратно-поступательное), поступающего с теплового двигателя Стирлинга, во вращение заводного вала или вала барабана часового механизма.

36. Часовой механизм для приведения в движение указателя или указателей времени, содержащий по меньшей мере один подвижный и по меньшей мере один неподвижный элементы и устройство для автоматического приведения в движение данных подвижных элементов по любому из пп. 17-35.

37. Механические часы, содержащие корпус и часовой механизм для приведения в движение указателя или указателей времени по п. 36.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области часовой промышленности и направлено на обеспечение постоянства крутящего момента, возможность автоматического оснащения индикатором запаса хода, возможность упрощения конструкции часов, что обеспечивается за счет того, что устройство, предназначенное для аккумулирования механической энергии в механизме часов, содержит пару винт-гайка, состоящую из винта, на поверхности которого выполнены цилиндрические канавки, и зубчатой гайки, размещенной на винте, и витую цилиндрическую пружину, также размещенную на винте, которая служит для преобразования при заводе часов вращательного движения жестко зафиксированного на винте заводного зубчатого колеса в поступательное движение сжатой витой цилиндрической пружины, и поступательного движения витой цилиндрической пружины при ее роспуске во вращательно-поступательное движение зубчатой гайки пары винт-гайка, преобразуемое посредством системы зубчатых колес во вращательное движение, обеспечивающее крутящий момент на центральном колесе часового механизма и узле спуска.

Изобретение относится к области часовой промышленности и направлено на повышение визуальной привлекательности и таинственности часов, что обеспечивается за счет того, что часы с пружинным двигателем содержат корпус с прозрачными внешним и задним стеклами, часовой механизм с пружинным двигателем, средство завода и перевода часов и средство индикации времени, при этом, согласно изобретению, корпус выполнен полым кольцеобразной формы с размещенным внутри кольцеобразным пружинным двигателем, содержащим кольцеобразный барабан с зубчатым краем со сквозным центральным отверстием, размещенную в кольцеобразном барабане пружину с возможностью вращения зубчатого края барабана и приведения им в движение часового механизма и средство приведения пружины двигателя в напряженное рабочее состояние при заводе часов.

Изобретение относится к способу изготовления микромеханических или наномеханических компонентов и может быть использовано в области производства настенных/наручных часов или других измерительных устройств оптоэлектроники.

Изобретение относится к области часовой промышленности и направлено на создание возвратного механизма устройства индикации, который занимает мало места и при этом работает надежно.

Изобретение относится к области часовой промышленности и направлено на расширение арсенала технических средств, упрощение технологии изготовления часового механизма наручных часов.

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в народном хозяйстве. .

Изобретение относится к точному приборостроению и может быть использовано в электроизмерительных приборах, приборах для измерения и отчета времени, микромашинах и изделиях микромеханики.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к пружинным двигателям с несколькими, предварительно напряженными по всей длине, рулонными пружинами, и может быть использовано на приводах транспортных средств в качестве пружинного двигателя для игрушек, часовых и других механизмов.

Изобретение относится к технологии трикотажного производства. .

Предложенное изобретение относится к элементам часового механизма, а именно к узлам пружинного барабана часового механизма с сердечником уменьшенного диаметра. Предложенный узел пружинного барабана (1) часового механизма имеет вал (18) барабана, содержащий между первым (181) и вторым (182) направляющими выступами средний уступ (84), на котором установлен сердечник (4), и пружину (2), установленную между барабаном (3) и данным сердечником (4). Указанный вал (18) барабана содержит установленную между первым уступом (181) и сердечником (4) опору (81) храповика для закрепления храповика. Сердечник (4) содержит, с той же самой стороны и на расстоянии от опоры (81) храповика, первую часть (43), служащую в качестве направляющей для вращения барабана (3), в непосредственной близости от которого закреплен храповик (12) на расстоянии и с той же самой стороны, что и первый уступ (181). Опора (81) храповика ограничивает люфт барабана (3) относительно опорной поверхности (43A) сердечника (4) на кромке установочной поверхности (5) для пружины (2). Указанный узел пружинного барабана входит в состав часового механизма, который содержит плату (20) и мост (10), при этом узел пружинного барабана вращается на первом уступе и втором уступе, выполненном в упомянутых мосте и плате. Также указанный узел пружинного барабана входит в состав соответствующих часов. Данное изобретение позволяет значительно уменьшить диаметр сердечника по сравнению с аналогичными известными узлами пружинного барабана часового механизма. 3 н. и 12 з.п. ф-лы. 7 ил.

Использование: часовое производство. Сущность: узел (1) барабана часового механизма, включающий главную пружину (2), установленную между барабаном (3) и приемной поверхностью (5) сердечника соосно с барабаном (3) относительно оси (D). Сердечник (4) включает последовательно расположенные от первого конца (86) до второго конца (87): средство фиксации храповика (12) и/или первый заплечик (181) в пластине, заплечик (43) шарнира барабана (3), ободок (40), выступающий в радиальном направлении относительно заплечика (43) и упирающийся во внутреннюю поверхность (31) барабана (3) со стороны пружины (2), смещенную назад в радиальном направлении относительно ободка (40) приемную поверхность (5), смещенный назад относительно приемной поверхности (5) заплечик (44) шарнира крышки (7) для закрытия барабана (1), второй заплечик (182) шарнира в пластине. Технический результат: повышение запаса энергии главной пружины. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к часовым механизмам, в частности к узлу пружинного барабана часового механизма, часовому механизму, содержащему, по меньшей мере, один такой узел пружинного барабана и к часам, содержащим, по меньшей мере, один механизм такого типа и/или, по меньшей мере, один узел пружинного барабана данного типа. Узел (1) пружинного барабана часового механизма содержит ходовую пружину (2), установленную между барабаном (3) и приемной поверхностью (5) сердечника (4) барабана, соосного данному барабану (3). Данная пружина (2) изготовлена из многофазного кобальт-никель-хромового сплава, содержащего также железо, вольфрам, молибден, титан и бериллий, с модулем Юнга от 200 до 240 ГПа и модулем сдвига от 80 до 100 ГПа, причем отношение максимального радиуса сердечника (4) из стали или нержавеющей стали относительно оси (D) вращения к максимальной толщине пружины (2) составляет не более 9, при этом узел (1) пружинного барабана содержит расположенное на пружине (2) или на барабане (3) средство (6) ограничения осевого зазора в направлении оси (D) вращения между барабаном (3) и ходовой пружиной (2). Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в уменьшении диаметра сердечника. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 25 ил.

Изобретение относится к ходовым механизмам часов, а также к часам, содержащим данные механизмы. Ходовой механизм (1) часов включает в себя платину (10) и мост (11), поддерживающие обойму (1), включающую в себя ходовую пружину (2) обоймы, расположенную между барабаном (3) и приемной поверхностью (5) сердечника (4), и крышку (7), прикрепленную к вышеупомянутому барабану (3). Вышеупомянутая пружина (2)) изготовлена из многофазного сплава на основе кобальта-никеля-хрома, имеющего модуль Юнга, составляющий от 200 до 240 ГПа, и модуль сдвига, составляющий от 80 до 100 ГПа, и имеет отношение ширины к толщине, составляющее от 3 до 23, и максимальный радиус вышеупомянутого сердечника (4) из стали или нержавеющей стали относительно вышеупомянутой оси вращения (D) превышает менее чем в девять раз максимальную толщину вышеупомянутой пружины (2). Кроме того, вышеупомянутый ходовой механизм (1) включает в себя средство ограничения колебательного перемещения, включающее в себя прокладочную шайбу (70), являющуюся независимой от вышеупомянутого сердечника (4) и направляемую буртиком (44) вышеупомянутого сердечника. Техническим результатом является уменьшение диаметра сердечника и обеспечение простоты разборки механизма при замене ходовой пружины. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 16 ил.

Сигнальное устройство для механических часов с будильником выполнено с возможностью приведения в действие механизма боя или механизма вибрационного сигнала, который может быть запущен в заданное время. Сигнальное устройство содержит установочный элемент, воздействующий на спусковые средства, связанные с заданной датой. 2 н.п. и 13 з.п. ф-лы, 22 ил.

Использование: для корректировки элемента часов при повороте. Сущность изобретения заключается в том, что c двух концов указанного элемента создаются два магнитных/электростатических поля, каждое из которых притягивает элемент к полюсному наконечнику, при этом указанные поля имеют неуравновешенность напряженности вблизи элемента, приводящую к разности сил, в результате чего один из концов элемента прижимается к контактной поверхности одного из полюсных наконечников, а другой конец удерживается на расстоянии от другого полюсного наконечника. Кроме того, изобретение относится к корректирующему устройству, содержащему два полюсных наконечника с опорными поверхностями, каждый из которых притягивается магнитным/электростатическим полем, передаваемым посредством одного из концов элемента, или создает магнитное/электростатическое поле, притягивающее один из концов элемента, при этом магнитные/электростатические силы, действующие на два конца элемента, имеют разную напряженность, в результате чего притягивается только один конец элемента, который контактирует только с одной из поверхностей полюсных наконечников. Технический результат: обеспечение устойчивой работы элементов часов при любом положении часов. 5 н. и 24 з.п. ф-лы, 14 ил.

Часовой механизм включает в себя подвижную опору (70) противоударного устройства для колесной системы, образованную из упругого устройства (72), имеющего жесткую центральную часть (74) и упругую конструкцию (26), соединенную с вышеуказанной центральной частью и продолжающуюся у ее периферии, при этом центральная часть имеет отверстие, в котором расположен сквозной камень (10), материально соединенный с часовым механизмом с помощью упругой конструкции. Эта подвижная опора также включает в себя накладной камень (82), который образует верхний упор для цапфы оси баланса колесной системы и собирается с вышеуказанной центральной частью, так чтобы перемещаться совместно с ней. Подвижная опора отличается тем, что накладной камень продолжается, по меньшей мере частично, над упругой конструкцией и что он крепится к вышеуказанной центральной части с помощью материального соединения между вышеуказанной центральной частью и нижней поверхностью (83) накладного камня. Предпочтительно вышеуказанная нижняя поверхность накладного камня образует первую вертикальную поверхность (86) и центральная часть упругого устройства образует вторую вертикальную поверхность (76), расположенную напротив первой вертикальной поверхности. 14 з.п. ф-лы, 13 ил.

Регулятор (1) скорости вращения колеса часового механизма для регулирования угловой скорости вращения (ω) узла колеса (3) относительно оси (D1) шарнира, содержащий шарнирно поворачивающийся инерционный блок (4). Регулятор включает в себя устройство (7) для возврата указанного блока (4) к упомянутой оси (D1), и когда указанный узел колеса (3) вращается со скоростью ниже заданной частоты вращения (ωс), данный блок (4) остается в пределах первого объема вращения (VI), а когда скорость вращения узла колеса (3) превышает упомянутую заданную частоту вращения (ωс), данный блок (4) входит, по меньшей мере, своей одной периферийной частью (30) во второй объем вращения (VE), прилегающий к первому объему и являющийся внешним по отношению к нему; при этом упомянутая периферийная часть (30) взаимодействует во втором объеме (VE) с регулировочным устройством, осуществляющим торможение указанного узла колеса (3), и возврат его скорости вращения (ω) к вышеупомянутой заданной частоте вращения (ωс), и рассеяние избыточной энергии. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 20 ил.

Предложено зубчатое колесо для часового механизма. Оно содержит зубчатую шестерню, снабженную внешними зубьями с максимальным количеством 16 зубьев на первом уровне зацепления. Содержит первый входящий в зацепление сектор, который соединен с возможностью вращения с вышеуказанной зубчатой шестерней и входит в зацепление на втором уровне зацепления, при этом вышеуказанный первый входящий в зацепление сектор совмещен с первым зубом вышеуказанной зубчатой шестерни. Содержит второй входящий в зацепление сектор, который соединен с возможностью вращения с вышеуказанной зубчатой шестерней и входит в зацепление на третьем уровне зацепления, при этом второй входящий в зацепление сектор совмещен со вторым зубом вышеуказанной зубчатой шестерни. Содержит третий входящий в зацепление сектор, который соединен с возможностью вращения с вышеуказанной зубчатой шестерней и входит в зацепление на четвертом уровне зацепления, при этом вышеуказанный третий входящий в зацепление сектор совмещен с третьим зубом вышеуказанной зубчатой шестерни. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Движущий механизм (1) часов с уменьшенной высотой и большим запасом хода, приводящий в движение устройство (4) индикации, которое включает в себя стрелочный триб (5) и часовое колесо (6), приводимые в движение вокруг главной оси (АР) поворота, пересекающей барабан (3), с помощью средства (7) передачи движения, и включающий в себя ведущее колесо (8), которое поворачивается вокруг вторичной оси (AS) поворота, внешней относительно барабана (3), и фрикционно связано со средством (7) передачи движения по фрикционной поверхности (9), соосной с вторичной осью (AS) поворота. Ведущее колесо (8) включает в себя ведущий стрелочный триб (83), поворачивающийся вокруг тела (80) колеса вдоль вторичной оси (AS) поворота и связанный при помощи фрикционной пружины (84) с выступом (85) тела (80), образующим фрикционную поверхность (9), причем ведущий стрелочный триб (83) выполнен с возможностью взаимодействия с минутным колесом (14), поворачивающимся вокруг минутной оси (AM). 6 н. и 11 з.п. ф-лы, 17 ил.
Наверх