<P> <span style = "color: rgb (128, 128, 128);"> <strong> <span style = "font-family: Verdana;"> Топ-топ, тупотить мотор </ span> </ strong > </ span> </ p>

Дивлячись на циферблат сучасних кварцових годин з неймовірною кількістю стрілок, складно повірити, що довгий час каменем спотикання в їх виробництві було виготовлення крокової двигуна, здатного поміститися в корпус розумних розмірів.

Повертаючись до історії розвитку кварцових калібрів, варто згадати, що своєрідним містком від чистої механіки до кварцу стали електро-механічний годинник самих різних конструкцій. Ми з розчуленням розглядаємо хитромудрі резонатори, в т.ч. з використанням кварцу, хитромудрі системи передачі коливань на колісну систему, і не замислюємося, що причиною всього цього різноманіття технічних рішень була відсутність у годинникарів мініатюрного електродвигуна, здатного поміститися в корпусі наручних годинників. Традиційні мотори, що використовувалися в 1950-1960-х роках, категорично не підходили для цього завдання. Перелом стався, коли в години вдалося помістити кроковий електродвигун.

Першу перемогу кроковий двигун здобув в 1957 році, коли на Всесвітній виставці в Брюсселі експонувався перший в світі радянський фрезерний верстат з цифровим програмним управлінням. Цей експонат був удостоєний Великої золотої медалі і відкрив нову сторінку в верстатобудуванні. Сучасна техніка немислима без фрезерних, токарних, електроерозійних і багатьох інших верстатів з цифровим управлінням. Велика частина з них діє завдяки кроковим двигунів.

Потім крокові двигуни влаштувалися в механізмах управління прокатних станів, пресів і інших металургійних машин, стали одним з найпоширеніших елементів автоматики. Вони працюють на кораблях, літаках і штучних супутниках Землі - всюди, де потрібне швидке, точне і надійне виконання волі людини.

У звичайному електродвигуні магнітне поле страгивает з місця ротор, який далі продовжує обертання по інерції. Точно передбачити, на скільки оборотів або на яку частину обороту повернеться ротор, неможливо. Це прийнятно в електровозі, який зупиняють за допомогою гальм, але не в годинах, стрілки якого повинні здійснювати точно відведені руху. Крокові мотори отримали свою назву через те, що в них ротор кожен раз повертається на строго певний кут, або крок. Більш того: ротор в них не має інерції і, навіть будучи відключеним від харчування, мотор надійно фіксує вал в тому положенні, в якому його знеструмили. Щоб домогтися таких характеристик, конструкцію класичного електродвигуна довелося кардинально переглянути.

На принциповому рівні крокові електродвигуни складаються зі статора, на якому розташовані обмотки збудження, і ротора, що має намагнічені половини - одну негативну і одну позитивну. Крокові двигуни з магнітним ротором дозволяють отримувати більший крутний момент і забезпечують фіксацію ротора при знеструмлених обмотках.

Ротор гібридного двигуна має зубці, розташовані в осьовому напрямку. Він розділений на дві частини, між якими розташований циліндричний постійний магніт. Таким чином, зубці верхньої половинки ротора є північними полюсами, а зубці нижньої половинки - південними. Крім того, верхня і нижня половинки ротора повернені один відносно одного на половину кута кроку зубців. Число пар полюсів ротора дорівнює кількості зубців на одній з його половинок.

Статор двигуна також має зубці, забезпечуючи велику кількість позитивних і негативних полюсів, на відміну від основних полюсів, на яких розташовані обмотки: чим більше зубців, тим менший крок може зробити двигун, а значить, вище буде його точність. Наприклад, якщо у двигуна (як на малюнку 1), 4 основних котушки і 4 зубці на роторі, то за один крок він зможе повернутися на 90 градусів. При наявності більшої кількості зубців (малюнок 2) як на статорі, так і на роторі, довжина кроку зменшиться, а разом з нею зменшиться і кут повороту. Зубці ротора забезпечують менший опір магнітного кола в певних положеннях ротора, що покращує статичний і динамічний момент. Це забезпечується відповідним розташуванням, коли частина зубців ротора знаходиться строго напроти зубців статора, а частина між ними.

Головна перевага крокових приводів - точність. При подачі струму на обмотки кроковий двигун повернеться строго на певний кут. Чим менше кут - тим вище точність.

На жаль, описаний вище мотор не міг поміститися в часовий корпус. Але після довгих пошуків японські інженери з компанії Seiko змогли привести на світ мініатюрний кроковий двигун (рис. 3), у якого була всього одна котушка індуктивності, а ротор і статор мали по два полярних «зубця». Проблем при виробництві такого мотора було відразу декілька. Намотати кілька тисяч витків найтоншої дроту на котушку, забезпечити невисоке енергоспоживання даного вироби, отримати достатню потужність для обертання колісної системи - всі ці завдання потрібно було вирішити в одному виробі. Японці з ними впоралися, і запропонована ними компоновка двигуна застосовується і до цього дня.

Крок в секунду і швидше

Рішення японських інженерів зробила революцію в часовий галузі і вирішило ключову, але аж ніяк не єдине завдання. Подібний мотор хороший для класичного трехстрелочніка, але погано підходить для приводу хронографа або додаткового лічильника. Вирішення цієї проблеми знайшли вже швейцарські майстри, які лише через кілька років після появи Astron змогли прийти до тями і знову почати дивувати публіку, в тому числі і на кварцовому терені. Серед виробників механізмів окремо від усіх стоїть швейцарська компанія Soprod, яка почала виробництво кварцових калібрів в 90-х. «Дослідне» підрозділ споконвічно механічної фабрики стало виробляти демократичні калібри, але незабаром, оцінивши перспективи ринку, перенесло фокус уваги на кварцові механізми високого класу. Основним досягненням компанії Soprod можна вважати унікальну методику програмування і початок застосування мікромоторів з можливістю обертання стрілок в обидві сторони завдяки використанню відразу двох маленьких, але потужних котушок індуктивності. Та й крок стрілки тепер залежав від колісної передачі, а від того, скільки мікроскопічних магнітних зубців вдавалося розмістити не роторі, безпосередньо на якому і була закріплена стрілка кожного лічильника.

Тепер стало можна вільно розташовувати в будь-якій частині циферблата без прив'язки до колісної системі будь-яку кількість стрілок і наділяти їх абсолютно фантастічекім функціоналом. Хочете ретроградний покажчик дня тижня, години або навіть ретроградні хвилинні або секундні лічильники? Ніяких проблем, адже запрограмувати схему відправляти імпульс на мікромотор можна в будь-якому порядку і напрямку. По одному імпульсу в день і повернення в початкове положення на 8-й день - ось вам ретроградний календар. Раніше такі функції були атрибутами висококласної механіки, тепер вони реалізовані в самих різних часах і доступні широкому колу покупців. Яскравий приклад подібних годин - флагманські моделі бренду Adriatica або Vostok Europa.

Деякі бренди йдуть далі і пропонують зовсім незвичайні рішення. Одним з найбільш цікавих підходів дизайнерів до платформи калібрів вільної компонування Soprod SOP FM13D є модель Victorinox Swiss Army Chrono Classic 1/100. У ній на два мотора прикріплені лічильники сотих часток секунд, перший диск показує цифри першого порядку, інший - другого. При запуску хронографа стрілка відліку секунд починає рух, відраховуючи цілі секунди, і диски починали обертатися, отмеряя соті частки. Дивовижний симбіоз технічної можливості та дизайнерської ідеї справив на світло одну з найоригінальніших моделей хронографів з можливістю відліку однієї сотої.

Точність і потужність

Саме цими двома словами можна охарактеризувати калібри останнього покоління від лідера індустрії - компанії ETA. Якщо про аспекті точності (PreciDrive) ми говорили в минулій статті, присвяченій питанням термокомпенсации, то сьогодні торкнемося питання потужності годинного мотора. Технологія PowerDrive була розроблена компанією ETA спеціально для високоточних кварцових хронографів. Крокові мотори нового покоління здатні робити 200 кроків в секунду, що крім перспектив для маркетологів і дизайнерів відкриває абсолютно нові простори в хронометрії. Безумовно, просто мотора для такої роботи мало, необхідно виготовити мікросхему, яка буде керувати одночасно відразу декількома моторами, кожен з яких в певному режимі матиме різний функціонал. Крім того, актуальним залишається питання енергоспоживання. У ETA не розкривають секрету, але кажуть, що при прискореному переміщенні стрілок (під час роботи хронографа, або при переведенні показань в прискореному режимі), споживання енергії навіть нижче, ніж в стандартному режимі. На жаль, більш детальну інформацію про калібрах з даною технологією знайти практично неможливо. Виробник зберігає всі деталі в секреті, адже зараз це одне з головних конкурентних переваг кварцового лінійки деяких брендів Swatch Group, таких як Certina, Hamolton, Longines.

У будь-яку сторону світла

Іншим, хто стоїть окремо від усіх брендом Swatch Group є Tissot з технологією T-Touch. Тактильне скло в рамках даної статті ми розглядати не будемо, зате поговоримо про те, як за допомогою всього двох стрілок годинник можуть надавати інформацію про перспективи змін погоди (як справжній барометр) і навіть вказувати напрямок на північ і південь (як справжнісінький компас). Процес переходу зі звичайного формату, і перетворення вартовий і хвилинної стрілок в стрілки компаса виглядає як якесь таїнство. Якщо обертати годинник, тримаючи їх горизонтально, то ні секунди не залишаючись на місці, стрілки весь час будуть наполегливо показувати вам вірний напрямок до полюсів. А як тільки новоспечений турист награється з цим прекрасним ускладненням, вони знову займуть свої місця і покажуть поточний час. Як же це відбувається?

Для цього нам доведеться заглянути всередину одних з перших годин в лінійці T-Touch. Вже досвідченим поглядом ми побачимо по дві котушки індуктивності для кожної зі стрілок, розташовані не як у Soprod V-образно, а на оборот - паралельно один одному. Далі нам залишається лише зрозуміти, що під металевою платиною ховаються вже знайомі крокові мотори з дуже маленьким кроком, здатні переміщати стрілки на дуже маленький кут. Однак варто віддати марці Tissot належне: навіть в кулуарних розмовах з виробниками сучасних калібрів всі визнають, що швидкість і точність руху стрілок в T-Touch для багатьох є недосяжною. Всі інші тонкощі реалізовані завдяки дуже хитрою схемою управління з електронним компасом, барометром, альтиметром і іншими «наворотами», яка передає імпульси на мотори, щоб ті слухняно виконали команди.

Для най менших

За іронією долі, самі компактні в світі мотори використовуються в одних з найбільших і масивних годиннику на ринку. Йдеться про флагманських моделях Casio в лінійці G-Shock. Кілька років тому компанія вже анонсувала найменший в світі кроковий мотор, та ще й приводиться в дію сонячною енергією. Але японцям було потрібно більше місця в і без того не маленькому корпусі. Для чого? Щоб помістити в годинник GPS-антену, Bluetooth-передавач і ще пару датчиків (удару і положення стрілок). Перебираючи, на чому б зекономити місце, зупинилися на моторах. Дріт взяли тонший, намотали її щільніше - вже мінус в обсязі і плюс в потужності. Всіх секретів японці знову ж таки не розкривають, але помістити відразу 5 моторів разом з усім перерахованим вище списком деталей їм вдалося. Та й мотори знайшли новий статус - «на 26% менше ніж найменший мотор в світі» - інженери Casio поліпшили свій власний рекорд. А покупці отримали новий годинник з найширшим функціоналом, приголомшливою надійністю і хронографом 1/100 секунди.

кварцовий люкс

Можливо, для когось це вираз звучить трохи іронічно, але тільки не для компанії Seiko. У верхній лінійці марки Grand Seiko крім висококласних автоматичних або гібридних калібрів начебто Spring Drive, є і чисто кварцові моделі, які за якістю матеріалів і обробці платин не поступаються люксовим швейцарським механічним виробам.

Однією з проблем, характерною для кварцових годин, є недостатній момент, що розвивається кроковим двигуном, через що дизайнери змушені використовувати полегшені стрілки. У лінійці калібрів 9F в Grand Seiko пластиковим деталям місця немає, і щоб забезпечити мотору потужність, достатню для роботи з металевою колісної системою, творці калібру застосували в ньому двухімпульсную систему регулювання, що відправляє кожну секунду на мотор не один електричний імпульс, а цілих два. Розвивати більший момент двигуну допомагає і збільшення індуктивності котушки: розроблена Seiko технологія дозволила використовувати при її намотуванні більш тонкий дріт (товщиною 15 мк замість звичайних 30 мк) і домогтися більш щільного укладання. Як наслідок, число витків і напруженість генерується котушкою магнітного поля збільшилися в чотири з гаком рази. Пізніше ця технологія дуже згодилася Seiko при створенні Spring Drive. Тепер кварцовим механізмам лінійки по плечу будь-які стрілки - навіть ті, з якими раніше могли впоратися тільки механічний годинник.

Автор: Дмитро Лисов
при передруці активне посилання обов'язкове

Теги: кварц