Прийшла мені якось в голову ідея зробити ось такий годинник, щоб цифри парили в повітрі:
Варіант перший - автономне живлення.
Виходячи з небажання допрацьовувати двигун для забезпечення харчування рухомої частини, на початковому етапі джерело живлення (типу "Крона") був поміщений на неї саму.
Основу конструктиву склав квітковий горщик діаметром 120 мм, куплений з нагоди на ринку. Піддон горщика знятий, в днище закріплений мотор ДПР-42-Ф1-03, демонтований зі старого вітчизняного принтера формату А3. Якраз провід живлення мотора виходить з горщика видно на фото. Фільтр живлення закріплений на боковині горщика, там же закріплена планка (з заглушки невикористовуваних слотів розширення комп'ютера), на якій встановлений постійний магніт.
Несучою конструкцією деталі, що обертається служить плата управління, на якій розміщена схема управління годинами, плата індикації (лінійка світлодіодів), балансувальні вантажі і, тимчасово, джерело живлення. Як датчик синхронізації застосований датчик Холла, встановлений знизу плати управління, навпаки магніту з зазором (4..5) мм. Застосований датчик Холла SAS251S3 (Siemens), демонтований зі старою клавіатури і має 2 логічних виходу з яких використовується один. Датчик чутливий до полярності магнітного поля, тому потрібний полюс магніту був отмаркірован.
Мотор ДПР-42-Ф1-03 розрахований на харчування 27 В при якому швидкість обертання становить 4500 об / хв. Як показали подальші експерименти при напрузі живлення 5 В швидкість обертання конструкції склала приблизно 600 об / хв. і піднімалася до 1000 об / хв. при збільшенні напруги живлення до 8 В. Взагалі ж швидкість 600 об / хв слід вважати мінімально необхідної для подібних виробів. При цій швидкості забезпечується розгортка з частотою 10 кадрів / сек. Це дозволяє надійно зчитувати інформацію, але мерехтіння "картинки" сильно дратує очі. Позбутися від мерехтіння дозволяє збільшення частоти кадрів до (20.25) кадрів / сек. але це вже відповідає швидкості обертання (1200..1500) об / сек. Слід мати на увазі, що шум, створюваний збалансованої конструкцією при швидкості 600 об / хв практично не чути, при 1000 об / хв чути в тихій кімнаті. Шум має "м'який" спектр, як від побутового вентилятора. А завдяки потоку повітря, створюваного, в основному, платою індикації, годинник насправді можуть служити непоганим вентилятором.
Вище було згадано про балансуванню обертається - це неодмінна умова роботи годин, що забезпечує не тільки їх довговічність, але і сильно впливає на створюваний шум. Для балансування на кінцях плати управління передбачені отвори під гвинти М3. Варіюючи кількість, довжину гвинтів і кількість навертаються гайок необхідно домогтися рівноваги лівої і правої частин плати.
Плата індикації в центральній частині закріплена на плату управління скобами з дроту ММ0,8, які опаять у відповідних контактних майданчиках. Встановлено 3-х міліметрові Суперяскрава світлодіоди з кроком 5 мм. Світловий діаметр конструкції 160 мм, що дає довжину окружності 160 * Pi = 502 мм. Таким чином, можна розташувати 100 світлових колонок або 100/5 = 20 символів 5х8. Для поліпшення читаності символи злегка "підібгані" і кількість колонок на довжину окружності прийнято рівним 120.
Схема та друкована плата були розроблені в розрахунку на подальшу модернізацію. Тому елементи T1, VD3, C10, L1, VD2, D3, R1, C1 не встановлюються. Харчування від елементу типу "Крона" подається в точки підключення діода VD2.
Середній струм споживання становить близько 30 мА, імпульсний - 150 мА. Ясно, що при таких токах джерела типу "Крона" вистачить не надовго. Тому на наступному етапі необхідно вирішити проблему харчування.
Варіант другий - електрику по повітрю.
Для передачі електроживлення на обертову частину схеми можна використовувати різні методи. Найбільш поширеним є спосіб з використанням щіток. Його недоліки відомі - переривчастий контакт, іскріння. І хоча з ними можна боротися або змиритися, все ж цей варіант був відкинутий з іншої причини. Справа в тому, що виступаюча частина вала двигуна ДПР-42-Ф1-03 становить 9 мм. При виготовленні зазор між платою управління та підставою (днищем горщика) склав 10 мм. і збільшення цього зазору (збільшенням довжини фланця) небажано, оскільки зростає навантаження на вал мотора і його верхній підшипник. Тому було вирішено передавати енергію через обертовий трансформатор з повітряним зазором. На жаль, від використання чашок броньових сердечників довелося відмовитися, тому що навіть чашка Б26 має сумарну висоту 16,3 мм. Тому застосований повітряний трансформатор, конструкція якого представлена нижче.
Зазор між первинною (Т1.1) і вторинної (Т1.2) обмотками становить (1..1,5) мм. Ескізи каркасів см. Тут. Матеріал фторопласт, текстоліт, полістирол. Для Т1.1 був використаний готовий каркас від імпортної волосіні ( "iguana", діам. 0,18 мм) з віддаленими внутрішніми перегородками і боковиною. Параметри обмоток: Т1.1 - 30 витків дроту діаметром 0,5 мм; Т1.2 - 110 витків дроту діаметром 0,3 мм.
Схема плати перетворювача для живлення трансформатора.
Друкована плата і розташування елементів.
Частота задає генератора (близько 60 кГц) встановлюється R2, тривалість імпульсів - R3. Підстроювання частоти, тривалості імпульсів і підбором C4 необхідно домогтися показаної нижче форми імпульсів в точці XN3.
Для настройки слід зібрати окремо частину схеми плати управління Т1.2, VD3, C10, L1, C9, C8, VD2 і навантажити еквівалентом навантаження близько 40 мА (паралельно VD2). Для цього використовувалися кілька паралельних ланцюгів з послідовно з'єднаних світлодіодів і токоограничивающих резисторів. При струмі 40 мА напруга на навантаженні становить (10..11,5) В. На час налаштування транзистор VT1 бажано встановити на радіатор, після її закінчення радіатор можна зняти, тому що в налаштованої схемою транзистор не нагрівається взагалі.
На цьому настройка перетворювача завершена, необхідно змонтувати решту схеми плати управління та зібрати механіку відповідно до малюнком вище. Каркаси обмоток трансформатора Т1 і негожим прокладки приклеюються етілціанакрілатом, при цьому важливо забезпечити вільне обертання рухомої частини і рівномірний зазор між обмотками.
У моєму варіанті все це виглядає так:
