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

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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,