Электронный блок кварцевых наручных часов с двигателем шаговым (механизмы: 3050, 1956, 3056, 3056А, 2356, 2456)

Электронный блок кварцевых наручных часов с двигателем шаговым (механизмы: 3050, 1956, 3056, 3056А, 2356, 2456)

ЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК КВАРЦЕВЫХ НАРУЧНЫХ ЧАСОВ С ДВИГАТЕЛЕМ ШАГОВЫМ

Электронный блок (блок кварцевого генератора) предназначен для преобразования постоянного напряжения элемента питания в импульсы управления шаговым двигателем со стабильной частотой следования 1 Гц.

Электронный блок состоит из кварцевого генератора, содержащего кварцевый резонатор; делителя частоты и схемы формирования импульсов управления двигателем шаговым.

Кварцевый генератор собран по схеме генератора с самовозбуждением и генерирует электрические колебания по форме близкие к синусоидальной с частотой 32768 Гц. Частота колебаний и ее стабильность во времени определяется включенным в схему генератора кварцевым резонатором.

Подстройка частоты кварцевого генератора осуществляется с помощью подстроенного конденсатора (триммера).

Делитель частоты состоит из 16 последовательно включенных триггеров, каждый из которых обеспечивает деление частоты на 2. На вход первого триггера поступают колебания с кварцевого генератора с частотой 32768 Гц. На выходе триггера формируются импульсы с частотой следования 16384 Гц и подаются на вход второго триггера, на выходе которого формируются импульсы с частотой следования 8192 Гц и т.д. На выходе шестнадцатого триггера формируются импульсы прямоугольной формы с частотой следования 0,5 Гц.

Выходной каскад электронного блока формирует из поступающих на него однополярных импульсов с частотой следования 0,5 Гц разнополярные импульсы управления двигателем шаговым с частотой следования 1 Гц (рис. 15).

Активная часть кварцевого генератора, а также делитель частоты и формирователь управляющих импульсов выполнены по интегральной технологии на одном кристалле кремня, заключенного в специальный корпус.

Конструктивно электронный блок представляет собой печатную плату с размещенными на ней кварцевым резонатором (КВ), интегральной микросхемой (МС1) и пассивными элементами кварцевого генератора. Электронные блоки часов с механизмами 3050, 3056А, 1956, 2356, 2456 отличаются друг от друга не только количеством навесных дискретных элементов, но и выходными параметрами: потребляемым током, длительностью выходных импульсов, различной нагрузочной способностью.

Кроме того, электронные блоки часов с механизмами 3056А, 1956, 2356, 2456 имеют еще одно функциональное назначение - функцию обнуления. Сущность ее состоит в том, что в часах появился режим хранения, при котором потребление тока часами сведено к потреблению тока электронным блоком. Практически это осуществляется введением в микросхему дополнительного вывода, закорачивание которого механическим путем при переводе вала переводного в положение «перевод стрелок» приводит к обнулению высших разрядов делителя и тем самым к прекращению подачи управляющих импульсов на двигатель шаговый. Одновременно в микросхему введена функция запоминания полярности последнего перед обнулением импульса управления двигателем шаговым и подачи после снятия обнуления импульса противоположной полярности. Это позволяет снизить максимальную пусковую ошибку часов до

1 с, против 2 с в КНЧ с механизмами 3050, 3056.

Рис. 15. Осциллограмма выходных разнополярных импульсов электронного блока

Двигатель шаговый

Одним из основных блоков кварцевых наручных часов со стрелочной индикацией является миниатюрный двигатель шаговый, который преобразует электрическую энергию поступающих на его обмотку импульсов управления во вращательное движение колесной системы часов. Технические характеристики двигателя шагового во многом определяют параметры часов в целом.

Двигатели шаговые, применяемые в кварцевых наручных часах, имеют различные конструкции. В часах с механизмами 3050 и 3056 применяются двигатели шаговые с двумя полуроторами и встроенными катушками.

Конструктивно двигатель (рис. 16) состоит из двух функциональных узлов -статора 1 и ротора 2.

Статор (рис. 17) собран на основании 1. К основанию с двух сторон крепятся кольцеобразные ферромагнитные фиксаторы 3. По внутреннему контуру каждого фиксатора образовано восемь фиксирующих полюсов (с угловым шагом 45°). Фиксаторы установлены на основании так, что фиксирующие полюсы одного из них расположены напротив полюсов другого. В специальных гнездах основания в одной плоскости размещены четыре бескаркасные кольцеобразные катушки 2. Катушки приклеены к основанию и электрически соединены между собой последовательно.

Рис. 16. Шаговый двигатель со встроенными катушками:
1 - статор; 2 - ротор

Рис. 17. Статор шагового двигателя со встроенными катушками:
1 - основание; 2 - катушка; 3 - фиксаторы; 4 - выводы

Ротор (рис. 18) представляет собой две ферромагнитные кольцеобразные пластины (полуроторы) 3, жестко закрепленные на оси 1 по обе стороны от торцов статора. На внутренних, обращенных друг к другу поверхностях пластин по периметру равномерно наклеены постоянные магниты (по восемь магнитов на каждой пластине) с угловым шагом 45° и чередующейся полярностью. В собранном двигателе магниты на одной из пластин расположены строго напротив соответствующих магнитов другой пластины, причем обращены друг к другу разноименными полюсами. Между магнитами и катушками статора имеется гарантированный зазор.

Работа двигателя шагового осуществляется при подаче на его катушки прямоугольных разнополярных импульсов управления. При приходе очередного импульса ротор двигателя поворачивается на 45°. В перерывах между импульсами ротор фиксируется благодаря магнитному взаимодействию магнитов ротора и фиксирующих полюсов статора. Фиксаторы одновременно играют роль надежных экранов от внешних магнитных полей.

В часах с механизмами 1956, 3056А, 2356 и 2456 применяются двигатели шаговые с вынесенной катушкой и двухполюсным цилиндрическим ротором. Конструктивно двигатель (рис. 19) состоит из статора 1, ротора 2 и смонтирован на основании 3.

Статор (рис. 20) состоит из катушки с сердечником 1 и полюсных наконечников 3. В рабочий зазор полюсных наконечников уложено кольцо-фиксатор. Фиксатор выполнен в виде тонкого кольца из магнитномягкого материала с отверстием некруглой формы, ориентированным определенным образом. Он

ориентируется по углу выступом, входящим в зазор между полюсными наконечниками.

Ротор (рис. 21) состоит из двухполюсного цилиндрического магнита 3, закрепленного на оси с трибом 1. Ротор имеет закрытое исполнение, т. е. расположен в закрытой камере, образованной расточками втулки 4, фиксатором и крышкой 2.

Работа двигателя шагового осуществляется при подаче на его катушку прямоугольных разнополярных импульсов управления. При приходе очередного импульса ротор двигателя поворачивается на 180°. В перерывах между импульсами ротор двигателя фиксируется благодаря магнитному взаимодействию полюсов магнита и фиксатора.

Двигатели шаговые кварцевых наручных часов имеют блочную конструкцию, что существенным образом упрощает разборку и сборку часов.

В часах с механизмом 2456 двигатель шаговый (рис. 19) собирается непосредственно в механизме. Он состоит из трех отдельных частей - статора, выполненного в виде единой детали, сердечника с вынесенной катушкой и ротора, представляющего собой двухполюсный цилиндрический постоянный магнит на оси с трибом.

Рис. 18. Ротор шагового двигателя со встроенными катушками:
1 - ось: 2 - триб; 3 - полуроторы; 4 - магниты

Рис. 19. Шаговый двигатель с вынесенной катушкой:
1 - статор; 2 - ротор; 3 - основание

Рис. 20. Статор шагового двигателя с вынесенной катушкой:
1 - катушка с сердечником; 2 - выводы:
3 - полюсные наконечники: 4 - боковой токосъемник

Рис. 21. Ротор шагового двигателя с вынесенной катушкой:
1 - ось с трибом; 2 - крышка; 3 - магнит; 4 - втулка

Конструктивные особенности колесной передачи и механизма перевода

В кварцевых наручных часах со стрелочной индикацией, наряду с элементами электроники, по-прежнему широко используются зубчатые передачи. В этих часах величина крутящего момента, развиваемого двигателем шаговым, весьма мала. В то же время собственные потери на трение, обусловленные погрешностями изготовления и сборки, в зубчатых передачах имеют большой удельный вес.

Кроме того, условия работы зубчатой передачи в кварцевых наручных часах отличаются от условий работы в механических часах.

В КНЧ зубчатая передача нагружена только во время передачи импульса движения, а в механических часах постоянно при их работе. Величина нагрузки на зубчатую передачу в 5-10 раз меньше. Учитывая это, к зубчатой передаче кварцевых наручных часов предъявляется требование достижения в реальных условиях эксплуатации максимального коэффициента полезного действия (КПД).

Зубчатая замедляющая передача с часовым профилем не отвечает этому требованию, поэтому появилась необходимость замены часового зацепления эвольвентным в замедляющих зубчатых передачах кварцевых наручных часов. Кроме того, эвольвентная зубчатая передача менее чувствительна к погрешностям межосевого расстояния и в реальных условиях имеет более высокий КПД, чем зубчатая передача с часовым профилем.

Если в механизме часов 3050 была сделана первая попытка заменить в передаче от двигателя до секундной оси часовое зацепление на эвольвентное, то в последующих разработках кварцевых наручных часов эвольвентное зацепление использовано на всех ступенях редуктора, включая передачу в стрелочном механизме.

Редуктор механизмов часов 1956 и 3050 скомпонован с дополнительным мостом (мост колеса цетрального), в котором расположена верхняя опора колеса центрального. Применение дополнительного моста потребовало ужесточить допуски на осевые люфты подвижных элементов редуктора. Кроме того, усилие запрессовки стрелки минутной передается на опорный

камень колеса центрального, что может приводить к смещению камня или к его поколу.

В механизмах часов 3056 и 3056А применяется двухмостовая компоновка редуктора. В центральном отверстии платины запрессована латунная втулка, выступающая над поверхностью платины с мостовой стороны. Она является опорной поверхностью трубки колеса центрального, которая устанавливается во втулку с мостовой стороны платины. Осевое перемещение узла колеса центрального ограничивается с одной стороны торцом центральной втулки, а с другой - торцом триба стрелки минутной, напрессованным на выступающий из платины со стороны циферблата конец трубки центральной.

Такое конструктивное исполнение центрального узла позволило расположить все зубчатые элементы редуктора, кроме стрелочной передачи, с мостовой стороны платины; отказаться от дополнительного моста, тем самым получив возможность расширить допуски на осевые зазоры передаточного, секундного и промежуточного трибов по сравнению с установленными для серийных механических и кварцевых часов; отказаться от расточек и фрезеровок платины с мостовой стороны; перейти от запрессовки камней «в размер» к более технологичной и обеспечивающей большую точность - «заподлицо».

В механизмах часов 2356 и 2456 использована компоновка колесной передачи, при которой колесо центральное устанавливается со стороны циферблата. Опорой для колеса центрального служит наружная поверхность трубки, выступающей из платины со стороны циферблата. Такая конструкция также позволила отказаться от дополнительного моста, расширить допуски на осевые люфты подвижных элементов редуктора, получить у колеса центрального достаточное расстояние между опорными поверхностями, при напрессовке стрелки минутной воздействовать непосредственно на платину - наиболее жесткую деталь часов.

Рис. 22. Стопорение колесной передачи в кварцевых наручных часах: 1-триб передаточного колеса; 2 - стопор триба передаточного колеса; 3 - секундное колесо; 4 - стопор секундного колеса; 5 - передаточное колесо; 6 - стопор промежуточного колеса

Мост колеса минутного устанавливается только в часах без календаря. В часах с календарем его функции выполняет платина календаря.

При переводе стрелок минутной и часовой кварцевых наручных часов необходимо добиться надежного стопорения стрелки секундной. Стопорение стрелки секундной осуществляется с помощью рычажного тормоза. При вытягивании вала переводного в положение «перевод стрелок» тормозной рычаг плоскостью прижимается к вершинам одного из зубьев секундного или другого колеса (триба) в цепи «двигатель-секундное колесо» (рис. 22).

Надежное стопорение основной колесной передачи обеспечивается в том случае, когда момент трения, создаваемый тормозом, больше, чем момент фрикционного устройства на минутной оси (в узле колеса центрального) часов.

В механизмах часов 3050, 3056, 3056А, 1956 использовано центральное фрикционное устройство, в котором момент фрикциона регулируется за счет перемещения в осевом направлении втулки, посаженной с натягом на трубку колеса центрального. Такое конструктивное решение позволяет в достаточно широких пределах изменять момент фрикциона колеса центрального. Обжим триба стрелки минутной осуществляется только для передачи движения на стрелочный механизм.

В механизмах часов 2356 и 2456 триб стрелки минутной фрикционно насажен на колесо центральное.

Механизм перевода в кварцевых наручных часах выполняет две функции: перевод стрелок часовой и минутной и управление рычагом стопорения стрелки секундной. В часах с календарем им выполняется третья функция -ускоренная корректировка чисел месяца без потери временной информации. В механизмах часов 1956, 3056А, 2356 и 2456 механизм перевода выполняет еще одну функцию - обнуление интегральной микросхемы. Механизм перевода часов с механизмом 3050 имеет аналогичную конструкцию с механическими часами.

В механизмах часов 1956, 3056, 3056А, 2356 и 2456 механизм перевода стрелок и стопорения стрелки секундной существенно отличается от механизмов того же назначения в механических и кварцевых наручных часах с механизмом 3050. Все рычаги этого механизма выполнены как единое целое с упругими

элементами, число деталей сокращено. В механизмах часов 3056 и 3056А крепление всех элементов механизма перевода производится без резьбовых соединений. Традиционное извлечение вала переводного из механизма при помощи нажатия на ось рычага переводного в механизмах часов 1956, 3056, 3056А и 2356 заменено плоскостным перемещением рычага переводного (рис. 23), который фиксируется в отведенном положении, после чего вал переводной свободно вынимается или устанавливается в механизм.

Рис. 23. Извлечение вала переводного из механизмов 1956, 3056. 3056А, 2356

Электрохимические источники тока для кварцевых наручных часов

Устройство элементов питания

В кварцевых наручных часах в качестве источника электрической энергии используются электрохимические источники тока, наибольшее распространение из которых получили гальванические элементы питания.

В зависимости от материала катода гальванические элементы питания могут быть ртутно-цинковыми, марганцево-цинковыми. Анодом таких элементов является цинк.

Устройство элемента питания показано на рис. 24.

Основными характеристиками элементов питания являются: электрическая емкость, разрядное напряжение, габаритные размеры, герметичность.

Электрическая емкость - количество электричества, которое может отдать элемент питания при разряде на определенную нагрузку.

Напряжение, при котором протекает большая часть времени разряда элемента питания на определенную нагрузку, называют разрядным напряжением (можно измерить тестером, прибором П157М и другими аналогичными приборами).

В настоящее время в кварцевых наручных часах нашли широкое применение серебряно-цинковые элементы питания. По сравнению с марганцево-цинковыми они более работоспособны при пониженной температуре и имеют более пологую разрядную характеристику.

При хранении элементов питания емкость их снижается из-за постоянно протекающих химических процессов. Это явление называют саморазрядом. Большое влияние на саморазряд оказывает температура хранения элемента питания. С целью повышения сохраняемости элементы рекомендуется хранить при температуре от минус 5°С до плюс 15°С. Срок хранения элементов питания до установки в часы указывается в паспорте на элементы питания.

Рис. 24. Электрохимический элемент питания:
1 - корпус; 2 - крышка; 3 - прокладка: 4 - катод; 5 - сепаратор; 6 - анод

Во избежание использования элементов питания с истекшим сроком хранения у вновь устанавливаемого в часы элемента проверить дату его выпуска. Тип и дата выпуска нанесены на корпус элемента питания.

В табл. 1 приведены основные типы и габаритные размеры элементов питания, используемых в кварцевых наручных часах.

ЭДС (напряжение холостого хода) элементов питания, приведенных в табл. 1, должна быть в пределах от 1,57 до 1,63 В.
Таблица 1

Тип элемента питания	Номинальная емкость. мАч	Габаритные размеры, мм		Шифр механизмов КИЧ
Тип элемента питания	Номинальная емкость. мАч	диаметр	высота	Шифр механизмов КИЧ
	Элементы питания, изготовляемые в СССР
ЭСЦГД-0.2-У2	175	11,6	5.6	3050
СЦ-0,18	180	11,6	5,6	3050
СЦ-21	38	7.9	3,6	1956
СЦ-32	110	11,6	4,2	3056,3056А
СЦ-0.12-У2	120	11,6	4.2	3056,3056А
СЦ-0.03	30	9,5	2.1	2356,2456
	Элементы питания других фирм
Ucar357	190	11,6	5.4	3050
Varta541	190	11,6	5.4	3050
B-SR44H	190	11,6	5.4	3050
SR44	138	11,6	5,4	3050
Ucar392	38	7,9	3.6	1956
Ucar386	120	11,6	4,2	3056.3056А
Varta 548	120	11,6	4,2	3056,3056А
Varta 528	120	11,6	4,2	3056. 3056А
SR43	72	11,6	4.2	3056,3056А
Ucar371	30	9,5	2.1	2356.2456
Varta 537 -	30	9,5	2,1	2356. 2456
RW315	30	9,5	2,1	2356.2456
ES-71	30	9,5	2,1	2356, 2456

Примечание. Габаритные размеры и емкость элементов питания даны для справки.

Общие требования, предъявляемые к элементам питания

Все элементы, устанавливаемые в КНЧ, должны соответствовать нормативно-технической документации предприятий и фирм-изготовителей.

Проверку внешнего вида проводить без применения увеличительных приборов.

Элементы должны быть герметичными. Не допускается нарушение герметичности и появление коррозии в течение гарантийного срока службы и хранения.

Не допускается появление солей в области узла уплотнения.

Элементы не должны иметь механических повреждений: трещин, вмятин, вздутий, отслоений покрытий крышки, металлической стружки.

При работе с элементами питания нельзя допускать замыканий между крышкой и корпусом инструментом или другими металлическими предметами.

Во избежание замыкания элемента питания необходимо пользоваться пластмассовым пинцетом (пинцет для филателиста) или металлическим пинцетом с изолированными наконечниками.

содержание .. 1 2 3 4 ..