Электрический прибор времени, способ и устройство для получения электроэнергии, приводящей в действие электрический прибор времени

Электрический прибор времени, способ и устройство для получения электроэнергии, приводящей в действие электрический прибор времени

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к области часовой промышленности и может быть использовано при производстве электрических приборов времени с возможностью получения энергии для функционирования часового механизма от разности температур различных областей пространства.

Уровень техники

Явления, связанные с электричеством, были замечены в древнем Китае, Индии и древней Греции за несколько столетий до начала нашей эры. Около 600 года до н.э., как гласят сохранившиеся предания, древнегреческому философу Фалесу Милетскому было известно свойство янтаря, натертого о шерсть, притягивать легкие предметы. Словом "электрон" древние греки называли янтарь. От него же пошло и слово "электричество". В 1600 году придворный врач английской королевы Елизаветы Уильям Гилберт с помощью своего электроскопа доказал, что способность притягивать легкие тела имеет не только натертый янтарь, но и другие минералы: алмаз, сапфир, опал, аметист и др. В этом же году он издает труд "О магните и магнитных телах", где изложил целый свод знаний о магнетизме и электричестве. Через 50 лет, в 1650 году немецкий ученый и по совместительству бургомистр Магдебурга Отто фон Герике создает первую "электрическую машину". Она представляла собой шар, отлитый из серы, при вращении и натирании которой, притягивались и отталкивались легкие тела. Впоследствии его машину усовершенствовали немецкие и французские ученые.

В 1729 году англичанин Стивен Грей обнаружил способность некоторых веществ, проводить электричество. Он, по сути, впервые ввел понятие проводников и непроводников электричества.

В 1733 году французский физик Шарль Франсуа Дюфе обнаружил два вида электричества: "смоляное" и "стеклянное". Одно возникает в янтаре, шелке, бумаге; второе - в стекле, драгоценных камнях, шерсти.

В 1745 году голландский физик и математик Лейденского университета Питер ван Мушенбрук обнаружил, что стеклянная банка, оклеенная оловянной фольгой, способна накапливать электричество. Мушенбрук назвал ее лейденская банка. Это, по сути, был первый электрический конденсатор.

В 1747 году член Парижской Академии наук физик Жан Антуан Нолле изобрел электроскоп - первый прибор для оценки электрического потенциала. Также он сформулировал теорию действия электричества на живые организмы и выявил свойство электричества "стекать" быстрее с более острых тел.

В 1747-1753 гг. американский ученый и государственный деятель Бенджамин Франклин провел ряд исследований и сопутствующих им открытий. Ввел используемое до сих пор понятие двух заряженных состояний: «+» и «-». Объяснил действие лейденской банки, установив определяющую роль диэлектрика между проводящими обкладками. Установил электрическую природу молнии. Предложил идею молниеотвода, установив, что металлические острия, соединенные с землей, снимают электрические заряды с заряженных тел. Выдвинул идею электрического двигателя. Впервые применил для зажигания пороха электрическую искру.

В 1785-1789 гг. французский физик Шарль Огюстен Кулон публикует ряд работ о взаимодействии электрических зарядов и магнитных полюсов. Проводит доказательство расположения электрических зарядов на поверхности проводника. Вводит понятия магнитного момента и поляризации зарядов.

В 1795 году другой итальянский ученый Алессандро Вольта, исследуя обнаруженный предшественником эффект, доказал, что электрический ток возникает между парой разнородных металлов разделенных специальной проводящей жидкостью.

В 1801 году русский ученый Василий Владимирович Петров установил возможность практического использования электрического тока для нагрева проводников, наблюдал явление электрической дуги в вакууме и различных газах. Выдвинул идею использования тока для освещения и плавки металлов.

В 1820 году датский физик Ханс Христиан Эрстэд установил связь между электричеством и магнетизмом, что заложило основы формирования современной электротехники. В этом же году французский физик Андре Мари Ампер сформулировал правило определения направления действия электрического тока на магнитное поле. Он впервые объединил электричество и магнетизм и сформулировал законы взаимодействия электрических и магнитных полей.

В 1827 году немецкий ученый Георг Симон Ом открыл свой закон (закон Ома) - один из фундаментальных законов электричества, устанавливающий зависимость между силой тока и напряжением.

В 1831 году английский физик Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, что приводит к формированию новой отрасли промышленности - электротехники.

В 1847 году немецкий физик Густав Роберт Кирхгоф сформулировал законы для токов и напряжений в электрических цепях.

Конец XIX - начало XX веков был полон открытий связанных с электричеством. Одно открытие порождало целую цепь открытий в течение нескольких десятилетий. Электричество из предмета исследования начало превращаться в предмет потребления. Началось его широкое внедрение в различные области производства. Были изобретены и созданы электрические двигатели, генераторы, телефон, телеграф, радио [1].

Электричество нашло применение и в часовой промышленности, в частности использования как источника приведения в действия часового механизма.

До глубокого изучения человечеством такого явления как электричество основным источником энергии движения часового механизма служила спиральная пружина, расположенная в барабане с зубчатым краем. При заводке часов пружина закручивается, а при раскручивании пружина приводит в движение барабан, вращение которого приводит в действие весь часовой механизм.

Главным недостатком пружинного двигателя является неравномерность скорости раскручивания пружины, что приводит к неточности хода часов. Также работа спиральной пружины зависит от множества факторов, таких как окружающая температура, положение часов, износ деталей и другие. Поэтому для механических часов считается нормой расхождение с точным временем на -20/+60 секунд в сутки, а лучшим результатом - 4-5 секунд в сутки.

Но со знакомством с электричеством и применения его в часовой промышленности появляются кварцевые часы. В то время как история существования механических часов насчитывает более 1000 лет, то история кварцевых часов насчитывает всего лишь чуть более 40 лет.

В кварцевых часах источником энергии служит батарейка, которая питает часовой механизм, включающий в себя электронный блок кварцевых часов и шаговый электродвигатель [2]. Электронный блок один раз в секунду посылает импульс двигателю, а тот в свою очередь поворачивает стрелки. Очень высокую стабильность частоты вырабатываемых импульсов и, следовательно, высокую точность хода (в среднем расхождение с точным временем составляет 15-25 секунд в месяц, а лучшие кварцевые часы показывают отклонение 5 секунд в год) обеспечивает кристалл кварца, из-за которого часы и получили свое название. Кроме того, батарейка рассчитана на несколько лет работы, соответственно кварцевые часы не нуждаются в заводе каждый день.

Кварцевые часы помимо альтернативной стрелочной индикации времени имеют электронную цифровую индикацию. Цифровая индикация времени может выполняться как на жидкокристаллическом экране, так и при помощи светодиодов.

Помимо функции определения времени, кварцевые часы имеют и дополнительные функции, такие как будильник, секундомер, таймер, календарь, музыкальные сигнал, а некоторые современные кварцевые часы могут иметь и программные обеспечения, радио, видео- и аудиопроигрыватели и т.п.

Но кварцевые часы имеют существенный недостаток, который заключается в снижении точности хода часов, которая определяется стабильностью работы кварцевого резонатора. Дестабилизирующим фактором для кварцевых резонаторов является воздействие температуры окружающей среды. При изменении температуры среды изменяются линейные размеры кристаллической пластины, упругие, пьезоэлектрические и диэлектрические постоянные материала, возникают напряжения и деформации в элементах конструкции. Все это приводит к изменению резонансной частоты прибора.

Также стабильность частоты в схеме камертонного генератора определяется в первую очередь стабильностью собственной частоты камертона. На частоту колебаний камертона влияет как температурный режим, так и атмосферное давление. С целью уменьшения температурных зависимостей камертон изготавливают из сплавов, обладающих очень низким температурным коэффициентом частоты.

Таким образом, влияние температуры среды на точность хода часов одна из основных проблем в часовой индустрии на сегодняшний день.

Кроме этого недостатком всех известных электрических приборов времени (кварцевых, камертонных, атомных и пр.) является разрядка с течением времени источников питания. Тем самым снижается автономность работы часового механизма.

Для решения проблемы увеличения автономности работы часового механизма используются различные источники подзарядки аккумуляторов.

Так известны часы японской компании Citizen, работающие от солнечного света и других источников света (технологию Eco-Drive) [3]. Циферблат часов является фотоэлементом, вырабатывающим электричество для кварцевого механизма. Вместо батарейки - аккумулятор, способный накапливать энергию, когда фотоэлемент освещен. Кроме этого известны часы компании RICOH, работающие от электромагнитной индуктивной системы зарядки часов. Для пополнения запаса энергии батарейки достаточно на некоторое время положить часы на зарядное устройство, работающее от обычной электросети. Пяти минут зарядки достаточно для работы в течение полного дня, а если оставить часы на зарядном устройстве на всю ночь, то после этого они смогут работать 3-4 месяца.

Также известны часы компании SEIKO работающие от кинетической зарядки аккумулятора часов [4]. Кинетическая энергия от движения руки видоизменяется на электрическую, которая питает батарею. Такой механизм является сплавом Кварцевых и механических часов с автоподзаводом. От движения руки груз, похожий на используемый в часах с автоподзаводом, двигается по кругу вокруг оси и по системе зубчатых колес приводит в движение ротор генератора. Электричество, вырабатываемое генератором, подзаряжает накопитель энергии - конденсатор.

Наиболее близким решением к заявляемому электрическому прибору времени являются часы Thermic компании SEIKO [5]. Заряд аккумулятора осуществляется при помощи тока, который возникает в замкнутой электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах. Принцип работы основан на эффекте Зеебека. Таким образом, часы заряжаются от разности температур руки человеческого тела и окружающей среды. Когда часы носятся на запястье, часы поглощает тепло тела от задней крышки и рассеивает его от передней части часов для выработки электроэнергии с термопреобразователя. Мощность генерируемой энергии зависит от температуры воздуха и температуре тела. С ростом разницы между температурой воздуха и температурой поверхности руки увеличивается и производительность энергии.

Недостатком данных часов является то, что с уменьшением разницы между температурой воздуха и температурой поверхности руки, эффективность производства электроэнергии также будет уменьшаться. Если температура воздуха равна или выше, чем температура поверхности руки, часы перестают вырабатывать электроэнергию из-за невозможности использования энергии разности температур.

Таким образом, на сегодняшний день не известны технические решения, в которых:

- увеличивается автономность работы часового механизма, которое достигается за счет обеспечения бесперебойного, постоянного стабильного напряжения питания часового механизма, которое достигается при использовании устройства преобразования тепловой энергии в механическую для получения электроэнергии для функционирования электрических приборов времени, работающих на основе замкнутого термодинамического цикла, в которой циклические процессы сжатия и расширения происходят при различных уровнях температур, а управление потоком рабочего тела осуществляется путем изменения его объема;

- обеспечивается увеличение точности хода электрических приборов времени, работающих на осцилляторах с распределенными параметрами, которое достигается за счет снижение температурного воздействия окружающей среды на осциллятор (кварцевый резонатор, камертон и пр.).

Задача и технический результат

Задача предлагаемого изобретения состоит в разработке и практической реализации конструкции электрических приборов времени, выполненных с возможностью получения электрической энергии необходимой для их работы от разности температур различных областей пространства.

Техническим результатом, получаемым при использовании изобретения, является повышение точности хода электрических приборов времени, увеличение автономности работы прибора времени. Кроме этого техническим результатом изобретения является получение электрической энергии для функционирования электрических приборов времени, в частности, для автоматической зарядки аккумулятора при отсутствии внешнего воздействия пользователя посредством преобразования тепловой энергии, т.е. использования разности температур различных областей пространства. Кроме этого техническим результатом изобретения также является повышение надежности и долговечности за счет исключения возникновения перенапряжений или возникновения недостаточного напряжения питания в электрических приборах времени за счет использования устройства преобразования тепловой энергии в механическую для получения электроэнергии, основанного на использовании теплового двигателя. Кроме этого изобретение обеспечивает достижение технического результата, который заключается в получении энергии для функционирования электрических приборов времени, в частности для зарядки аккумулятора, а так же использование полученной энергии для функционирования вспомогательных объектов.

Сущность изобретения

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат при использовании изобретения достигается тем, что устройство преобразования тепловой энергии в механическую для получения электроэнергии для функционирования электрических приборов времени содержит тепловой двигатель, выполненный с возможностью преобразования разницы температур в двух разных точках пространства либо на поверхностях, либо на поверхности и пространстве в механическое движение, передающееся на генератор, вырабатывающий электрический ток. При этом тепловой двигатель выполнен в виде теплового двигателя Стирлинга гамма-типа, роторного типа или свободно-поршневого типа.

Устройство преобразования тепловой энергии в механическую для получения электроэнергии для функционирования электрических приборов времени может быть выполнено с возможностью постоянной выработки энергии для функционирования часов и/или зарядки аккумулятора часов;

применения механического генератора (пружинный двигатель) и автоматического его завода или подзавода;

прямой подачи энергии на часовой механизм;

подачи энергии на химический аккумулятор и последующей подачи с него на блок кварцевого генератора;

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

использование в качестве охладителя заднюю часть 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 часов;

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

использование в качестве охладителя контактирующую поверхность или пространство;

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, переднюю (лицевую) 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;

нагревание от естественного источника тепла, такого как тепло тела человека или Солнце, или с возможностью создания разницы температур с использованием энергии Солнца;

нагревания от тепла человеческой руки;

тепловой двигатель выполнен с механизмом принудительного начального запуска;

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

охлаждение теплового двигателя возможно от поверхности, например, такой как стекло, стена, или от окружающей среды;

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

Поставленная задача решается, а требуемый результат при использовании изобретения достигается также тем, что электрический прибор времени содержит аккумулятор, часовой механизм, индикатор времени и устройство, преобразующее один вид энергии в другой. При этом часовой механизм приводится в действие электрическим током, а устройство, преобразующее один вид энергии в другой выполнено в виде описанного выше устройства преобразования тепловой энергии в механическую для получения электроэнергии для функционирования электрических приборов времени. При этом устройство преобразования тепловой энергии в механическую для получения электроэнергии содержит тепловой двигатель, выполненный с возможностью преобразования разницы температур в двух разных точках пространства либо на поверхностях, либо на поверхности и пространстве в механическое движение, передающееся на генератор, вырабатывающий электрический ток. При этом тепловой двигатель может быть выполнен в виде теплового двигателя Стирлинга гамма-типа, роторного типа или свободно-поршневого типа.

При этом осциллятор с распределенными параметрами выполнен в виде камертонного осциллятора.

При этом осциллятор с распределенными параметрами выполнен в виде кварцевого осциллятора.

При этом осциллятор с распределенными параметрами выполнен в виде квантово-механического осциллятора - мазера.

При этом электрические приборы времени могут иметь стрелочный индикатор времени, жидкокристаллический индикатор времени и светодиодный индикатор времени.

При этом электрические приборы времени могут быть оснащены вспомогательными объектами, такими как будильник, секундомер, таймер, радио, фонарик, программное обеспечение и т.п.

Поставленная задача решается, а требуемый результат при использовании изобретения достигается также тем, что в способе преобразования тепловой энергии в механическую для получения электроэнергии для функционирования электрических приборов времени используют тепловой двигатель, выполненный с возможностью преобразования разницы температур в двух разных точках пространства либо на поверхностях, либо на поверхности и пространстве в механическое движение, передающееся на генератор, вырабатывающий электрический ток. 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

передачи вращения генератору,

передачи вращения генератору через редуктор,

передачи вращения генератору через механический генератор.

При этом в качестве охладителя (или теплоприемника) теплового двигателя используют переднюю часть часов (куда входят боковые стороны корпуса часов, сторону циферблата или экран) 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).

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

Для интенсификации охлаждения теплового двигателя колесная система часовой механизм может быть выполнен со вспомогательными винтами.

Для интенсификации охлаждения теплового двигателя корпус может быть оснащен кулерами.

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 естественного источника тепла, такого как тепло тела человека или Солнце, или иного источника внешнего тепла.

Тепловой двигатель выполняют с возможностью нагревания от тепла человеческой руки.

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, таких как стекло, стена, или от окружающей среды.

При этом тепловой двигатель выполнен с возможностью использования в качестве рабочего тела газа - воздуха, водорода, гелия, паров ацетона, спирта или иного химического соединения.

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, 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.

Осциллятор - система, которая при смещении из положения равновесия испытывает действие возвращающей силы, пропорциональной смещению. В электрических часах осциллятором, как правило, является, камертон, струна, кварцевый резонатор, 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 - двигатель Стирлинга,

21 - передаточный механизм,

22 - редуктор,

23 - генератор,

24 - механический аккумулятор,

25 - химический аккумулятор,

26 - блок кварцевого генератора,

27 - шаговый двигатель,

28 - зубчатая передача,

29 - стрелочный механизм,

30 - стрелки,

31 - плата,

32 - жидкокристаллический индикатор,

33 - светодиодный индикатор,

34 - задающий кварцевый генератор,

35 - формирователь импульсов,

36 - делитель частот,

37 - формирователь выходных управляющих импульсов,

38 - усилитель выхода сигналов,

39 - устройство управления,

40 - счетчик секунд,

41 - счетчик минут,

42 - счетчик часов,

43 - счетчик календаря,

44 - дешифратор,

45 - регулятор камертон,

46 - ионный множитель,

47 - атомно-лучевая трубка,

48 - умножитель частоты,

49 - автоподстройка,

50 - делитель.

На фиг.1 показана структурно функциональная схема простейших кварцевых часов с тепловым двигателем Стирлинга, без аккумулятора энергии, на которой показаны тепловой двигатель Стирлинга, передаточный механизм, редуктор, генератор, электронный блок, шаговый двигатель, зубчатая передача, стрелочный механизм.

На фиг.2 показана структурно функциональная схема блока кварцевого генератора, на которой показаны электрохимический источник питания, задающий кварцевый генератор, формирователь пульсов, делитель частоты, формирователь выходных управляющих импульсов, усилитель выхода сигналов и выход на шаговый двигатель. Пунктирной линией выделен функциональный блок, присущий обычному стандартном блоку кварцевого генератора (электронный блок).

На фиг.3 показана структурно функциональная схема кварцевых часов с тепловым двигателем Стирлинга и механическим аккумулятором, на которой показаны тепловой двигатель Стирлинга, передаточный механизм, механический аккумулятор, редуктор, генератор, электронный блок, шаговый двигатель, зубчатая передача, стрелочный механизм.

На фиг.4 показана структурно функциональная схема кварцевых часов с тепловым двигателем Стирлинга и химическим аккумулятором, на которой показаны тепловой двигатель Стирлинга, передаточный механизм, механический аккумулятор, редуктор, генератор, химический аккумулятор, электронный блок, шаговый двигатель, зубчатая передача, стрелочный механизм.

На фиг.5 показана принципиальная схема электронных часов с цифровой индикацией, на которой показаны устройство управления, источник энергии, электронный юлок, счетчик секунд, счетчик минут, счетчик часов, счетчик календаря, дешифратор, цифровая индикация.

На фиг.6 показана структурно функциональная схема кварцевых часов с тепловым двигателем Стирлинга и регулятором, на которой показаны тепловой двигатель Стирлинга, передаточный механизм, механический аккумулятор, редуктор, генератор, регулятор (баланс или камертон), электронный блок, шаговый двигатель, зубчатая передача, стрелочный механизм.

На фиг.7 показана структурно функциональная схема камертонных часов, на котором показаны транзистор, резистор, конденсатор, камертон, магнитоприводы, установленные на концах камертона, толкатель, закрепленный на лапке камертона, и храповый механизм.

На фиг.8 показана принципиальная схема атомных часов, на которой показаны ионный множитель, атомно-лучевая трубка, автоподстройка, кварцевый генератор, умножитель частоты, делитель.

На фиг.9 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.10 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.11 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.12 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.13 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.14 показана конструкция механизма кварцевых часов, функционирующих от энергии, вырабатываемой генератором, который приводится в движение тепловым двигателем (Стирлинга), на котором показано: двигатель Стирлинга 20, передаточный механизм 21, редуктор 22, генератор 23, химический аккумулятор 25, блок кварцевого генератора 26, шаговый двигатель 27, зубчатая передача 28, стрелочный механизм 29, стрелки 30.

На фиг.15 показан вид сверху устройства получения энергии для функционирования кварцевых часов и зарядки аккумулятора для них, на котором показано: рабочий цилиндр 1, двигатель Стирлинга 20, передаточный механизм 21, редуктор 22, генератор 23.

На фиг.16 показана конструкция механизма кварцевых часов функционирующих от энергии вырабатываемой генератором, который приводится в движение тепловым двигателем (Стирлинга) с использованием механического аккумулятором, на котором показано: двигатель Стирлинга 20, передаточный механизм 21, редуктор 22, генератор 23, механический аккумулятор 24, химический аккумулятор 25, блок кварцевого генератора 26, шаговый двигатель 27, зубчатая передача 28, стрелочный механизм 29, стрелки 30.

На фиг.17 показана конструкция механизма кварцевых часов функционирующих от энергии вырабатываемой генератором, который приводится в движение тепловым двигателем (Стирлинга) в варианте использования жидкокристаллического индикатора вместо стрелочного, на котором показано: двигатель Стирлинга 20, передаточный механизм 21, редуктор 22, генератор 23, химический аккумулятор 25, плата 31, жидкокристаллический индикатор 32.

На фиг.18 показана конструкция механизма кварцевых часов функционирующих от энергии вырабатываемой генератором, который приводится в движение тепловым двигателем Стирлинга в варианте использования светодиодного индикатора времени вместо стрелочного, на котором показано: двигатель Стирлинга 20, передаточный механизм 21, редуктор 22, генератор 23, механический аккумулятор 24, химический аккумулятор 25, плата 31, светодиодный индикатор 33.

Осуществление изобретения

Изобретение представляет собою устройство получения электроэнергии для функционирования электрических приборов времени на осцилляторах с распределенными параметрами и зарядки устройства для накопления энергии с целью ее последующего использования (аккумулятор или конденсатор).

Вместо безраздельно господствующей ранее системы баланс-спираль в приборах времени стало рациональнее применять упругие пластины, камертоны, стержни, струны, кристаллы кварца и другие осцилляторы с большей добротностью, т.е. перейти от системы с сосредоточенными параметрами к осцилляторам с распределенными параметрами [6].

Осцилляторы с распределенными параметрами, достаточно известные к настоящему времени, обладают весьма высокой добротностью, величина которой при сравнимых размерах осцилляторов превышает в сотни и тысячи раз величину добротности часовых осцилляторов с сосредоточенными параметрами.

Стоит также отметить, что переход на осцилляторы с распределенными параметрами