機械錶以發條儲存動能，但發條盒空間有限，如何保持動能源源不絕，而又不用常常手動上鍊，自懷錶時代就已經是製錶師想要解決的問題，更何況透過自動上鍊還能隨時讓發條保持在穩定的動能狀態，對於走時的精準度也很有幫助。1770 年瑞士的Abraham-Louis Perrelet 發明了自動上鍊的懷錶，其設計是以360 度旋轉的自動盤帶動上鍊輪系，與現今的常見設計接近，不過懷錶是放在口袋裡的，不像腕錶能常隨著手部動作變換角度進行上鍊，而且當時設計未臻完美，即使在數年之後寶璣改良成擺錘式的自動盤，也沒能普及。
直到1920 年代開始，腕錶的自動上鍊裝置才再度受到重視，英國製錶師John Harwood 於1924 年發明撞錘式的自動上鍊系統，進入1930 年代後，各種現在看來十分新奇的設計陸續出現，其中最優秀的是自動盤能360 度旋轉的勞力士設計，如今已成為最普遍的自動上鍊類型。
之後的數十年間，陸續有新的發明，但多數並不實用，目前還有少數品牌在使用而且效果不錯的，最知名的是IWC 的「啄木鳥」、精工的「魔術槓桿」，以及近年寶齊萊使用的環型自動上鍊裝置。同類自動上鍊裝置的原理都不會差太多，但各種機芯的變化則有很多種，本文先說明現代自動上鍊的基本原理與較普遍的轉向裝置，下期再介紹勾爪式的上鍊及其他較少見的古董與現代設計。
從背面及側面可以看到相當厚實的自動盤，若光從外觀來看的話，與現代的設計差別不很大。
基本運作與動力來源
我們先以ET A2451（2824 的前身）為參考，說明自動上鍊組件的名詞，如圖解所示：1 自動盤、2 自動輪、3 與4 組成自動一番輪（輔助轉向輪）、5 與6 組成自動二番輪（轉向輪）、7 自動三番輪（減速輪）、與8 自動四番輪（上鍊輪）、9 大鋼輪、10 發條盒。3-6 也可統稱為轉向輪，作用在於將自動盤順、逆時鐘旋轉的相反力量轉變成相同方向以進行上鍊動作。
自動盤雖重，但通常發條扭力更大，不易直接上鍊，而減速輪與上鍊輪的圓心部分都還有一層小齒輪，因此可以透過齒輪比的調節，讓快速轉動的齒輪輸出較大扭力以順利上鍊。而自動盤的固定方式基本上有如圖所示的滾珠式與軸心式軸承，一般來說滾珠式較為靈活，但勞力士的軸心式也獲極高評價，結構的好壞最終還是要依機芯整體設計而定。在上述結構中，轉向輪的設計較為複雜有趣，以下先為大家介紹常見的兩種轉向結構。
1 到10 為能量從自動盤傳遞到發條盒的過程，關鍵在於3、4 同軸與5、6 同軸的兩組轉向輪。
圖中兩組轉向輪的基本結構由上下兩層齒輪組成，上層都與自動輪咬合，下層則彼此間咬合。
此為IWC 80000 型機芯的自動盤避震座，箭頭指的即為軸承，自動盤套在軸承上，便可以自由旋轉。
箭頭指處就是滾珠，滾珠以內為軸承，以外為自動盤，兩者合一。軸承固定，自動盤則可旋轉。
棘輪式轉向輪
棘輪結構指的是能控制齒輪只做單向作用的設計，這樣才能讓自動盤一邊空轉，而另一邊可以上鍊。先以單向上鍊的ETA 7750 為例，其轉向輪B 由上而下可以分為上層齒輪、棘輪、下層齒輪、軸心小齒輪，後面三者連動，可以與上層齒輪作反方向旋轉，因此只有自動盤（已卸除，軸心在A 的位置）往上鍊方向旋轉時，才會傳動到減速輪C。若在雙向上鍊的情況，則像ETA 2451 一樣，再加一個輔助轉向輪即可。
各品牌的棘輪結構稍有不同，但原理不變，可透過勞力士的設計來了解；紅輪內部有一個棘輪與兩組棘爪，棘輪與軸心小齒輪連動，而棘爪與紅輪相連，紅輪逆時鐘旋轉時，棘爪勾動棘輪，反方向則棘輪會滑開，因此自動盤不管如何轉動，都能讓帶動減速輪的軸心小齒輪只做逆時針旋轉進行上鍊；兩個紅輪並列，便達到雙向上鍊的效果。歐米茄的1045 型機芯是更為簡單的做法，只有單向能量可轉動減速輪C。
圖中可看到轉向輪B 為多層結構，下層齒輪較上層齒輪稍大，兩輪間隱約可以看到棘輪裝置。
軸心式軸承穿過自動一番輪B，配合自動盤上的條型棘爪A，讓B 只能單向旋轉上鍊。
A. 棘輪，B. 棘爪，C. 軸心小齒輪，D 自動輪，自動輪只與一個紅輪接觸。另一個紅輪結構相同。
