JP2525483B2

JP2525483B2 - 交差コイル回転磁石装置

Info

Publication number: JP2525483B2
Application number: JP1214276A
Authority: JP
Inventors: ローラント・ズートラー
Original assignee: フアオ・デー・オー・アードルフ・シントリング・アクチエンゲゼルシヤフト
Priority date: 1988-08-22
Filing date: 1989-08-22
Publication date: 1996-08-21
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: EP0355262A2; EP0355262A3; DE3828464A1; DE58906547D1; US5059934A; EP0355262B1; JPH02168831A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、例えば直径方向上に相対向する永久磁石極
を有する永久磁石から成る、軸とともに回転可能に支承
されている回転子と、例えば相互に90°の角度間隔で交
差する交差コイルを有するコイル装置とを備えた交差コ
イル回転磁石装置に関する。

従来の技術この形式の公知の交差コイル回転磁石装置は殊に、時
計機構を駆動するためのモータとして構成されている
（西独国特許出願公開第3419100号公報）。このモータ
において回転可能に支承されている回転子が直径方向上
に相対向する永久磁石極を有している。多相コイル装置
は、コイル装置のコイルに加えられる制御信号に依存し
て回転子を運動させる磁界を発生するために用いられ
る。コイル装置はこのために、相互に同じ角度間隔をも
って配設されており、回転子を取り囲む、複数のコイル
を有している。これらコイルは所定の位相分ずれている
正弦波状電圧によって制御可能である。殊にコイル装置
は２つの相互に直角に配設されているコイルから成って
おり、コイルには２つの90°ずれた正弦波状電圧が供給
される。回転軸ないし軸は時計機構の秒針軸または分針
軸とすることができる。後者の場合回転軸の一端に、文
字板上を動くことができる分針が固定されている。回転
軸上に配設されている駆動用小歯車および換え歯車を介
して時針歯車が駆動される。時針歯車は回転軸を取り囲
んでいる時針管を有している。時針管に、文字板上を運
動可能な時針が固定されている。このモータでは別の公
知の交差コイル回転磁石装置の場合のように、所定の使
用目的を考慮した特別な構成、ここでは時計機構を駆動
するための構成は不都合である。つまりこの交差コイル
回転磁石装置を他に使用するには大きな制限があるかま
たは構造上変更を加えなければならないからである。モ
ータには正弦波状電圧を連続的に給電しなければならな
いので、相応に高いエネルギー消費を考慮しなければな
らない。

時計機構を駆動するように構成されている、駆動用小
歯車、換え歯車および時針歯車並びに時針管を備えてい
るこのモータは例えば、一般に機械的な測定量、殊に自
動車の速度を指示する装置として不適当である。

機械的な量、殊に自動車の速度を指示する公知の装置
では、指針の位置調整のために用いられる測定ユニット
が設けられており、その際測定ユニットは変換器を介し
て測定量に比例するパルス繰り返し周波数を有するパル
スを発生する発生器に接続されている（西独国特許出願
公開第2730699号公報）。測定ユニットとして正転およ
び逆転するステップモータが用いられる。このステップ
モータには、連続する所定の時間間隔の間測定量に依存
して形成される計数値から発生される、方向を評価した
パルス列が供給される。その場合計数値は相互に比較さ
れて極性を評価した差数を形成する。この差数に相応し
て設定されるステップモータは歯車装置を介して指針機
構に連結されている。

発明が解決しようとする問題点しかし公知のこの形式のステップモータは直ちに別の
使用目的のために、例えば調整部材、商測定ユニットま
たはセンサとして適していない。

従って本発明の課題は、冒頭に述べた形式の交差コイ
ル回転磁石装置を、それが部分的に具体的な用途とは無
関係であるが、他方において出来るだけ簡単にその都度
の用途例に整合、すなわち変形または補充することがで
きるように改良することである。

問題点を解決するための手段この課題は、請求項１の特徴部分に記載の構成を有す
る冒頭に述べた形式の交差コイル回転磁石装置の改良に
よって解決される。

これにより構造上複雑でない方法で、用途例に応じて
ブロック交換形式で変形することができる基本系が提供
される。すべての変形に共通する、交差コイル回転磁石
装置の構成部分は、それらが相互にかつ変形の別の特別
な構成部分とその他何等の変更を加えることなく組み合
わせることができるように、構成されている。従って交
差コイル回転磁石装置の変形全体の組み立ては時間的に
もコストの面でも有利に行うことができる。このことに
殊に役立つのは、分割された巻枠および巻枠の一方の部
分において前側の外面から突出している突出固定部であ
り、これら固定部にそれぞれ、特別な機能に対して種々
異なった内部構造を有している中間体を固定することが
できる。しかしこの中間体は、軸を有する回転子、巻線
を有する２部分構成の巻枠並びに軸平行な孔を通って巻
枠内に挿入することができる接続ピンから成る基本系に
は属していない。この基本系により交差コイル回転磁石
装置を設定されたすべての用途に使用することが可能に
なる。すなわち例えば自動車走行速度または機関回転数
に対するステップモータ指示器として、例えば距離計数
のための２相ステップモータとして、例えば自動車の構
成部分の位置調整のための調整装置として、例えばタン
ク温度指示装置に対する商測定ユニットとして、殊に迅
速な正転及び逆転機構を備えたクォーツ時計として、並
びに例えば速度および方向指示装置に対するセンサとし
て使用することができる。

交差コイル回転磁石装置の構成部分の簡単な製造並び
にその組み立てのために更に請求項２に記載のように有
利には巻枠は実質的に、長手軸線を横断する横断面にお
いて、すなわち巻枠の２つの部分の間に組み込まれた軸
に対して垂直方向に分割されている。

上述の利点を得るために更に有利には、巻枠の２つの
部分のそれぞれからそれぞれ軸の軸受が形成されてい
る。回転子は２つの軸受の間において巻枠の円筒状の内
室に配設される。２つの巻線は、導体が軸に平行にそれ
ぞれ周囲に沿って２つの隣接するウェブの間に存在する
ように、固定子としての巻枠に90°相互にずらされて巻
回される。

巻枠の有利な成形は詳細には請求項10に記載のように
行われる。

特別な用途例に応じて中間体は単にスペーサ部材とし
て用いるかまたは請求項４に記載のように歯車装置、或
は請求項７に記載のようにリセット要素、ストッパ並び
に制動装置を含むことができる。いずれの場合にも巻枠
における突出固定部によって正確なセンタリング並びに
中間体の正しい姿勢で対応しての固定がなされる。中間
体は文字板の固定のために用いることができる。中間体
および巻枠はともに常に同じ高さを有することで、この
形式の交差コイル回転磁石装置はそれぞれ、後部をプリ
ント配線板に当て付けかつ前方においてはこのプリント
配線板に対する間隔を同じに保っておいて、中間体に固
定された目盛りが同じレベルにくる所に位置させること
ができる。

交差コイル回転磁石装置がステップモータ指示器のた
めに２相ステップモータまたは調整部材として使用され
る用途例では、中間体に歯車装置が挿入使用される。歯
車装置を有する中間体が、交差コイル回転磁石装置と同
じ直径を有する数字ローラ機構を用いた距離計数のため
に使用されるときは、歯車装置からの被駆動軸は請求項
５に記載のように有利には偏心配置される。被駆動軸は
この場合直ちに距離計数器の駆動板において内歯と係合
することができる。

ステップモータ指示器に対する所望の遊びの生じない
歯車装置は請求項６に記載のように、被駆動軸における
歯車に作用するばね負荷されたばねによって実現され
る。ばねは０°の振れにおいて最も強くばね負荷されて
おりかつ約45°の最大の振れにおいて最小である。その
際、ばねトルクが交差コイル回転磁石ユニットによって
発生されるモーメントより著しく小さいことが重要であ
る。

交差コイル回転磁石装置を固定することができる、軸
平行な孔に挿入される接続ピンは、請求項８に記載のよ
うに、前側の外面において巻枠および場合に応じて巻枠
に装着された中間体内の歯車装置から突出している。

接続ピンは特別有利には請求項９に記載のように、巻
枠の後側の外面からも突出しており、従って巻枠から両
側において突出している。これにより、巻枠の後側の外
面並びに前側の文字板の下にそれぞれプリント配線板を
配設することができる。前側のプリント配線板に基台な
しにLED素子をはんだ付けすることができる。

交差コイル回転磁石装置の固定子は有利には請求項10
に記載のように構成されている。このようにすれば磁気
的な帰路部材のために特別な磁極なしに、回転子に対す
る係止作用ないし保持トルクが生じる。その際この保持
トルクによって回転子の所定の位置が決められる。巻線
が励磁されていない場合の保持トルクのために制御は、
僅かな平均消費電流ですむ短いパルスによって行うこと
ができる。従って、交差コイル回転磁石装置にクォーツ
時計のような特別な用途に対して正弦波状の電圧を供給
する必要はない。その他、シールドリングを形成する材
料の選択次第で、交差コイル回転磁石装置のその都度の
用途例に合わせることができるようになる：ステップモータ指示器、２相ステップモータ、調整部材
またはセンサとして使用するために、約5Oeの残留保持
力を有する熱処理されていない、廉価な鉄から成るシー
ルドリングによって回転子運動の制動が実現される。こ
れに対して交差コイル回転磁石装置をクォーツ時計とし
て使用する場合のシールドリングは、50-100Oeの高い残
留保持力を有している。保持トルクによって励磁されな
い状態において決められる係止位置は、制御に応じて1/
2分ないし分ステップ装置の係止位置とすることができ
る。高い残留保持力によって回転子の過振動は大幅に防
止できるので、同時に障害となる雑音発生の低減が実現
されることになる。

実施例次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に
説明する。

第1a図には、指示器に対する２相ステップモータとし
て用いられるべきである交差コイル回転磁石装置が組み
立てられた状態において図示されている。この装置は実
質的に交差コイル回転磁石ユニット１とこれに装着され
た中間体２とから成っている。中間体は歯車装置を含ん
でいる。交差コイル回転磁石ユニットおよび中間体の長
さ寸法が、組み込みに対して基準となる、交差コイル回
転磁石装置の全体の高さｈを決めている。第1a図には更
に、中間体２から偏心的に前方に突出している被駆動軸
３が図示されている。交差コイル回転磁石装置を貫通し
ている、この装置の外側に両側で突出している接続ピン
は４〜７で示されている。交差コイル回転磁石装置の前
側の外面は８で示されている。それは、中間体を前側で
閉鎖する基板９によって形成される。交差コイル回転磁
石ユニット自体の外面は第1a図では隠れて見えない。

第1b図において、歯車装置を含んでいる中間体は交差
コイル回転磁石ユニットから取り外されており、そこで
交差コイル回転磁石ユニットにおいて90°の角度間隔に
おいて相互に配設されている２つのコイル10および11が
わかる。これらコイルはともに交差コイルまたはステッ
プモータの２相巻線を形成している。−交差コイル回転
磁石ユニットの前側の外面12から、軸に固定された小歯
車13が突出している。小歯車は以下に説明するように、
それの歯車が歯車装置にかみ合うように、中間体におけ
る歯車装置内に導入することができる。

第1c図および第1d図に、殊に交差コイル回転磁石測定
ユニットの構造が一層詳しく図示されている。

そこで14で共通に示されている巻枠は第２図に図示さ
れているように、２つの巻枠部分15および16から成って
いる。その際巻枠は実質的に横断面Ａ−Ａにおいて分割
されている。巻枠14は内部が円筒形に形成されておりか
つ４つのウェブ17-20を有している。ウェブの外面は円
筒形に湾曲されている。第1d図に示すようにウェブはそ
れぞれ、前側のウェブ部分17a,18a,19a,20aおよび後側
のウェブ部分17b,18b,19b,20bから成っており、これら
は同一横断面形状を有している。ウェブは、それらがそ
れらの間に２つのコイル10および11を収容するための室
を形成するように、成形されている。後側のウェブ部分
17b,18b,19b,20bは、第２図からわかるように、中間壁2
2から内側が閉じられている円筒状のリング21に移行し
ている。これに対して前側のウェブ部分17a,18a,19a,20
aは前側の壁23に一体成形されている。前側のウェブ部
分17a,18a,19a,20aから突出固定部、即ち舌片状の留め
部材24,25,26,27が張り出しており、これらは中間体２
の相応する凹所に形状および摩擦結合により係合するよ
うに設けられている。その際留め部材は中間体をクラン
プ保持するようになっている。それらのうち第1c図およ
び第1d図において凹所28および29が見えている。これら
凹所は溝の形状をしておりかつ、中間体の周囲にわたっ
て等間隔に配設されているので、センタリングのために
も用いられる。

巻枠部分15の円筒状のリング21は同じく円筒状の内室
30を形成している。この内室は、前方においてないし第
２図では上方において、円筒状の突起31を備えた、巻枠
部分16の前側の壁23によって閉鎖されている。円筒状の
内室30には32によって示されている回転子が支承されて
いる。回転子は実質的に、直径方向上に相対向する極を
形成するよう磁化されている永久磁石33から成ってい
る。回転子はボス34を介して軸35に固定されている。軸
はそれぞれの軸受36ないし37において２つの巻枠部分15
および16のそれぞれに回転可能に支承されている。巻枠
部分16から突出している、軸の前側の端部に小歯車13が
固定されている。

第1c図、第1d図および第２図から更に、巻枠部分16に
おける孔38,39並びに巻枠部分15における孔40-43を介し
て、対毎に相互に心合わせされて接続ピン４−７が挿入
される。これら接続ピンは実質的に交差コイル回転磁石
装置を例えばプリント配線板に固定するために用いられ
る。

更に第1c図及び第２図から、ウェブの外側に強磁性材
料から成る円筒状のシールドリング48を装着することが
できることがわかる。この強磁性材料の磁気特性は詳し
くは交差コイル回転磁石装置の使用目的に依存して選択
することができる。シールドリングは、交差コイル回転
磁石装置を殊にステップモータ指示器、２相ステップモ
ータ、調整素子またはセンサとして使用する場合、約5O
eの残留保持力を有する熱処理されていない、安価な鉄
から成っておりかつ回転子運動の制動作用をする。これ
に対して巻線が励磁されない場合に（無電流コイル）高
い保持モーメントが得られるべきであれば、例えば50-1
00Oeの高い残留保持力を有する強磁性材料が使用され
る。

第1c図および第1d図には更に、中間体に設けられてい
る歯車装置の詳細が示されている。この歯車装置は、こ
の発明の装置がステップモータ指示器、２相ステップモ
ータまたは調整素子として使用される場合には交差コイ
ル回転磁石ユニットに装着ないしかみ合わせることがで
きる。歯車装置は実質的に歯車49-53およびこれら歯車4
9,50,51,52に連結されている小歯車54-57から成ってお
り、その際歯車および小歯車は対として互いにかみ合
う。軸35上の小歯車13は開孔58を経て、それが第１の歯
車49にかみ合うように、中間体に挿入することができ
る。歯車装置の被駆動側における歯車53は偏心配設され
ている被駆動軸３に設けられている。

歯車装置はステップモータ指示器に対して殊に、渦巻
きばね59によって遊びが生じないように調整されてい
る。渦巻きばねは一方において最後の歯車53に取付けら
れかつ他方において中間体のケーシングにおけるスリッ
ト60に取付けられている。このばねは、図示されていな
い、被駆動軸に取付けられている指針が０°に振れてい
る場合に最も強くばね負荷されておりかつ例えば270°
の最大振れにおいて最も弱くばね負荷されている。従っ
てばねトルクは比較的僅かに設定されている。

基板９はその他に、所定の用途に対して、例えば商測
定ユニットとして、軸35に取付けられているストッパ部
材が基板９における部分リング形状の切欠き61の端部に
突き当たることによってストッパを形成することができ
る。ストッパ部材は例えば、歯車53から部分リング形状
の切欠き61を貫通して突出するピンによって形成するこ
とができる。交差コイル回転磁石ユニットを商測定ユニ
ットとして使用する場合中間体に更に、復帰ばね−場合
に応じて遊びの補償作用をするばね59に代わって−並び
に制動装置を設けることができる。実質的には第２図に
図示の基本装置の構成に相応する、第３図に図示の交差
コイル磁石装置から更に、歯車装置を含んでいる中間体
２の内部の詳細がわかる。殊にこの第３図から、前側の
基板９およびこの基板に後側において相応する壁62にお
いて歯車および小歯車がどのようにして支承されている
かがわかる。更に第３図には接続ピンは（接続ピン４お
よび７が図示されている）基板９および壁62中の比較的
大きな孔63-66を通って突出しており、その結果接続ピ
ンの位置は巻枠部分15,16における孔によってのみ規定
されている。軸受36は第２図においても第３図において
も、それが軸方向における力も受止めることができる、
すなわち交差コイル回転磁石ユニットが図示されている
垂直位置において作動することができるように、形成さ
れている。

第４図は、中間体が装着されていない状態の、交差コ
イル回転磁石ユニットの前面における平面図である。実
質的に円筒形の巻枠の周囲に沿って等間隔にウェブまた
はウェブ部分17a,18a,19a,20aと突出している留め部材2
4-27が見えている。留め部材の後側の端面に、巻枠に装
着されるシールドリング48が当接する。ウェブ部分は個
所67-70において前側の壁23に移行する。更に、小歯車1
3が固定されている中心軸35が図示されている。前側の
壁23によってかくれている回転子32はここでは破線で示
されている。

交差コイル回転磁石装置の電気制御は−それがセンサ
として利用されない場合において−ほぼ従来通りに、そ
れぞれの用途に合わせて行うことができる。ステップモ
ータ指示器として使用される場合について第５図を参照
して説明する。ここで71で示されている発生器は、機械
的な量、例えば車両の速度または機関回転数に比例して
いるパルス繰り返し周波数を有するパルスを発生する。
発生器に後置接続されている論理処理回路72において、
零点に関連する基準点がステップモータ73の位置調整の
ために形成される。殊に論理処理回路は、連続する所定
の時間間隔の間発生器によって発生器されるパルスから
計数値を発生するための計数器および制御部並びに２つ
の連続する時間間隔において発生された計数値から極性
を考慮した差の数を形成するための比較器を含むことが
できる。論理処理回路72はこの種の差の数をステップモ
ータに対する制御論理回路74に転送することができ、そ
こで固定子のコイル10および11−第1b図参照−に給電す
る電圧が発生される。この電圧は、極性を考慮した差の
数に従って回転子の回転運動を実施する波形を有してい
る。

第6a図および第6b図に示されているように、コイル10
および11に対する電圧Ｕが制御論理回路において発生さ
れる。これら電圧は、調整のために所望される回転角度
α_so11に依存する、コイル10に対して階段状の近似余弦
関数でありかつコイル11に対して近似正弦波状の波形を
有している。電圧のこの波形は回転子の360°の回転の
間に時間に依存して前以て決められた振幅列として１周
期全体に波形経過を有する。振幅列は相互に位相のずれ
た近似正弦波状または余弦波状の電圧波形と見ることも
できる。正弦波状および余弦波状の階段状の近似化はデ
ジタル素子によって、例えば衝撃係数を制御して、固定
クロック周波数において容易に実現される。ステップモ
ータの指示が、中間体に含むことができる歯車装置を介
して行われるとき、近似化の粗階段付けが許容される。

第7a図および第7b図に図示の実施例ではコイル10およ
び11に対する電圧として正接状に近似の曲線が制御論理
回路74において形成される。この曲線は、上述の正弦波
および余弦波状の波形を発生するために必要であるより
ずっと僅かなコストで十分実現される。

発明の効果本発明によれば、交差コイル回転磁石装置は構造が簡
単でありブロック交換し易く構成されており、種々の使
用目的に容易に適合できるという特長を有している。

【図面の簡単な説明】

第1a図は、中間体に配設されている歯車装置を有する交
差コイル回転磁石装置の実施例の概略を示す斜視図であ
り、第1b図−第1d図はその分解図で、交差コイル回転磁
石装置のそれぞれ分解度が大きくなっていく様子を示し
ており、第２図は、実質的に交差コイル回転磁石装置の
基本装置の縦断面図であり、シールドリングおよび小歯
車が装着された状態で示されており、第３図は、交差コ
イル回転磁石装置の第２図に相応する断面図であるが、
歯車装置を含んでいる中間体が装着されている状態で示
されており、第４図は、第２図の交差コイル回転磁石装
置の軸側の平面図であり、第５図は、交差コイル回転磁
石装置によって構成されているステップモータ指示器の
簡単化されたブロック線図であり、第6a図および第6b図
は、第１の実施例（正弦／余弦制御）における交差コイ
ル回転磁石装置のコイルに供給される電圧の波形図であ
り、第7a図および第7b図は、第２の実施例（正接制御）
における電圧の相応の波形図である。１……交差コイル回転磁石ユニット、２……中間体、３
……被駆動軸、４−７……接続ピン、10,11……コイ
ル、13,54-57……小歯車、14……巻枠、15,16……巻枠
部分、24-27……留め部材、32……回転子、35……回転
軸、36,37……軸受、38-43……孔、50-53……歯車、59
……ばね

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】軸とともに回転可能に支承されている回転
子と、交差コイルを有するコイル装置とを備えた交差コ
イル回転磁石装置において、コイルを収容するために２つの部分（15,16）に分割さ
れている巻枠（14）が設けられており、該巻枠において
回転子（32）の軸（35）の軸受（36,37）が、前記軸が
少なくとも１つの前側の外面（12）において前記巻枠
（14）から突出するように、形成されており、かつ前記
外面において前記巻枠（14）の前記２つの部分（15,1
6）の１つが中間体（２）のクランプ保持のために突出
係止部（24-27）を有しておりかつ前記巻枠（14）にお
いて前記軸（35）に平行に接続ピン（４−７）に対する
孔（38-43）が設けられていることを特徴とする交差コ
イル回転磁石装置。
【請求項２】巻枠（14）は実質的に、長手軸線を横断し
て（Ａ−Ａ）分割された２部分から成る請求項１記載の
交差コイル回転磁石装置。
【請求項３】巻枠（14）の２つの部分（15,16）のそれ
ぞれから、軸（35）のそれぞれの軸受（36,37）が形成
されていることを特徴とする請求項２記載の交差コイル
回転磁石装置。
【請求項４】中間体（２）は歯車装置を取り囲んでお
り、該歯車装置に、交差コイル回転磁石ユニット（１）
の前側の外面（12）から突出している軸（35）が小歯車
（13）を用いて係合することを特徴とする請求項１から
３までのいずれか１項記載の交差コイル回転磁石装置。
【請求項５】中間体（２）から該中間体の、巻枠（14）
とは反対の側（８）において突出している偏心配設され
ている被駆動軸（35）が設けられていることを特徴とす
る請求項４記載の交差コイル回転磁石装置。
【請求項６】歯車装置は複数の相互に遊びなくかみ合う
歯車（50-53）と小歯車（54-57）とを有しており、該歯
車および小歯車のうち被駆動軸（３）上の歯車（53）は
ばね負荷されているばね（59）に結合されていることを
特徴とする請求項４または５記載の交差コイル回転磁石
装置。
【請求項７】中間体（２）はリセット要素、ストッパお
よび制動装置を含んでおり、該制動装置は巻枠（14）の
前側の外面（12）から突出している回転軸（35）に結合
されていることを特徴とする請求項１から３までのいず
れか１項記載の交差コイル回転磁石装置。
【請求項８】接続ピン（４−７）は少なくとも巻枠（1
4）の前側の外面から、該巻枠が装着された中間体
（２）に接続可能であるように突出しており、その際前
記接続ピン（４−７）は中間体（２）を貫通することを
特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記載の交
差コイル回転磁石装置。
【請求項９】接続ピン（４−７）は、巻枠（14）の後側
の外面からも突出していることを特徴とする請求項８記
載の交差コイル回転磁石装置。
【請求項１０】巻枠（14）は内面が円筒状に形成されて
おりかつ該円筒の周囲に沿って等間隔に配設された４つ
のウェブ（17-20）を備えており、該ウェブは外面が円
筒状に延在しておりかつ前記巻枠（14）にシールドリン
グ（48）が同心的に装着可能であり、前記シールドリン
グに中間体（２）が心合わせされて配設されていること
を特徴とする請求項１から９までのいずれか１項記載の
交差コイル回転磁石装置。
【請求項１１】同心的なシールドリング（48）は巻枠
（14）において突出固定部（24-27）の突出した内側に
軸線方向において当接することを特徴とする請求項10記
載の交差コイル回転磁石装置。
【請求項１２】交差コイル回転磁石測定ユニットの制動
のためにシールドリング（48）は約5Oeの残留保持力の
鉄から成っていることを特徴とする請求項10または11に
記載の交差コイル回転磁石装置。