JP3630469B2 - 多極モータとそれを用いた時計機械体 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、多極モータ、特には時計駆動用の多極モータとそれを用いた時計機械体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の時計駆動用モータの一般的な形は、コイルによって発生させた磁束をステータを介してエアギャップに導き、そこに置いた２極着磁の回転子を、コイルからの磁束と、回転子の発生させる磁束との反発、吸引によって回転子の回転運動を行わしめるという構成がとられている。
【０００３】
また、２極ではなく、４極以上の複数極に着磁された回転子を用いたものもあり、例えば、特開平２−９７２６５号に開示されているように、多数の磁極を持つ回転子と、回転子の極数より若干少ない極に分割されたステータを有し、互いの反発、吸引によって回転運動を行うという構成もある。
【０００４】
さらに、上記従来の時計駆動用モータを駆動源とする時計機械体にあっては、上記モータによって駆動車を回転させ、この駆動車を含む最低７個の減速歯車の輪列によって、時針を駆動させる構成がとられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の時計駆動用モータは、回転子の回転方向を回転子とステータとの位置関係によって決めており、ステータの形状に負うものであった。したがって、ステータはコイルからの磁束を導くほかに、回転子の回転方向を定めるという役割も持たされていたために、その寸法精度及び特性の制御に細心の注意を払わねばならず、製造に手間がかかり、コスト高であるという問題点があった。
【０００６】
また、磁束の反発によるトルク発生は、電磁現象としては、磁石に対して大きな減磁界を加えるため、決して効率のよい方法とはいえず、時計輪列によってトルクの拡大を行っても常にトルク不足の問題を内在することになっていた。
【０００７】
さらに、このようなモータを用いた時計機械体にあっては、時計輪列に最低７個の歯車を要するので、構造が複雑になるとともに、コスト高の問題を生じていた。
【０００８】
そこで、本発明の第１の目的は、従来のステータを不要とした簡単な構造であり、かつ安定した高トルクを発生する多極モータを提供することにある。また、本発明の第２の目的は、簡単な構造であり、かつ低コストの時計機械体を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の多極モータは、平面形状が実質的に円形をなし外周部には上下方向に所定間隔をおいて対向する１対の磁極形成部が設けられ回転自在に支持されている回転子と、この回転子に回転トルクを与える固定子を有している。磁極形成部には、周方向に同一のピッチで偶数個の磁極が形成されており、隣り合う磁極が互いに磁化方向が反対向きとなるように設けられている。両磁極形成部に設けられた磁極は、互いに反対の極性が上下方向に対向する偶数個の磁極対をなしており、固定子は、磁極対の間に位置し交流電流が供給される少なくとも１つのコイルと、磁極と実質的に同じまたはそれ以下の幅をもつ磁性体とを含み、駆動部と回転方向決定部とからなるものである。
【００１０】
そこで、本発明の第１の特徴は、上記の多極モータにおいて、コイルは断面方向から見て逆向きの電流が流れる１対の巻線部を有し、この両巻線部間の間隔は磁極の周方向のピッチよりも大きく、一方の巻線部が第１の磁極対の間に位置するときに、磁性体が第２の磁極対の間に位置するとともに、他方の巻線部は第２の磁極対の近傍に位置するように配設してあり、一方の巻線部は、供給される電流と第１の磁極対の磁界とによって回転力を発生させる駆動部である。他方の巻線部及び磁性体は、他方の巻線部に供給される電流により発生した磁界と第２の磁極対の磁界とが打ち消し合うときに回転子の回転を許容し、両磁界の向きが一致するときに回転子の回転を妨げる回転方向決定部となるところにある。
【００１１】
また、本発明の第２の特徴は、前記の段落「０００９」に記載の多極モータにおいて、固定子は１対の環状コイルと磁性体を有し、第１の環状コイルの第１の巻線部が第１の磁極対の間に位置するときに、第２の巻線部は第２の磁極対の間に位置し、磁性体は第３の磁極対の間に位置するものであり、第２の環状コイルは磁性体を取り囲むように配設されており、第１のコイルは、第１の巻線部に供給される電流及び第１の磁極対の磁界と、第２の巻線部に供給される電流及び第２の磁極対の磁界とによって、回転子に同一方向の回転力を発生させる上記駆動部であり、第２の環状コイル及び磁性体は、第２の環状コイルに供給される電流により発生した磁界と第３の磁極対の磁界とが打ち消し合うときに回転子の回転を許容し、両磁界の向きが一致したときに回転子の回転を妨げる回転方向決定部となるところにある。
【００１２】
さらに、本発明の第３の特徴は、前記第１の特徴または第２の特徴の上記の多極モータにおいて、磁極対は６０組設けられており、コイルに供給される電流は１秒毎に反転する交流パルスであり、回転子には秒針が連結される時計駆動用のものとにしたところある。
【００１３】
本発明の第４の特徴は、前記第１の特徴または第２の特徴の上記の多極モータにおいて、回転子には指針が連結されており、コイルに供給される電流は、指針の１回の運針時間と一致する幅の交流パルスであり、各パルス間に運針時間と同じ長さの無通電時間を有するものであり、磁極対の数は、指針が１回転するのに要する運針回数の２分の１である時計駆動用のものとしたところにある。
【００１４】
本発明の時計機械体は、上記の多極モータを駆動源として、時計輪列を回転駆動することを特徴とする。
【００１５】
【実施例】
まず、図１ないし６を参照して本発明に係る多極モータの第１実施例を説明する。図１は、本実施例の多極モータの一部断面平面図であり、磁極をなす界磁磁石Ｍ、コイル３及び磁性体４の位置関係を示したものである。図２は、その磁極形成部の一部の拡大展開断面図である。
【００１６】
本実施例に係る多極モータは、時計機械体の秒針軸を直接駆動する時計駆動用の多極モータである。回転子Ａは平面円形をなし、軸方向に所定間隔を置いて対向する２枚の円形板体Ａ1 ，Ａ2 よりなり、軸Ｂにより回転自在に支持されている。回転子Ａの円形板体Ａ1 ，Ａ2 の外周部はそれぞれ磁極形成部となっており、この磁極形成部には周方向に同一のピッチで６０個の界磁磁石Ｍが設けてあり、磁極をなしている。図２に示すように、界磁磁石Ｍ1 は軸方向の上から下へ向かう磁化方向を有し、界磁磁石Ｍ1 と周方向に隣り合う界磁磁石Ｍ2 は軸方向の下から上へ向かう磁化方向を有している。
【００１７】
界磁磁石Ｍの個々は、図２に示すように、同一の磁化方向を持つもう一つの界磁磁石Ｍと、軸Ｂの上下方向に対向して２個づつ対をなし、全体として６０組の磁極対を構成している。すなわち、周方向に隣り合う磁極対１と磁極対２とは、その磁化方向が互いに反対向きとなるように各界磁磁石Ｍ1 ，Ｍ2 が交互に設けてあり、各磁極対は、互いに反対の極性が軸方向に対向している。すなわち、磁極対１では、図面上方にＳ極、下方にＮ極が対向し、磁極対２では、図面上方にＮ極、下方にＳ極が対向している。
【００１８】
回転子Ａの磁極対の間に位置して、回転子Ａに回転トルクを与える固定子Ｃが設けてある。固定子Ｃは、交流電流が供給されるコイル３と磁性体４とからなり、図示しない固定手段により固定してある。
【００１９】
コイル３は、図１に示すように、回転子Ａの径方向に直線状をなし周方向に並列する一対の巻線部３ａ，３ｂを有している。コイル３に電流を流したときには、巻線部３ａと巻線部３ｂには、コイル３の断面方向から見て逆向きの電流が流れることになる。巻線部３ａ，３ｂの間隔は、隣り合う界磁磁石Ｍのピッチよりも若干大きく設定してある。
【００２０】
コイル３の内側には、磁極対間に位置するように磁性体４が設けてある。磁性体４は、コイル３の一方の巻線部３ｂに密着して設けてある。磁性体４は、図２に示すように、界磁磁石Ｍよりも狭い幅に形成されているが、これは同じ幅であってもよい。
【００２１】
コイル３と磁性体４の位置関係は、一方の巻線部３ａが磁極対１間に位置するときに、磁性体４が磁極対２間に位置するとともに、他方の巻線部３ｂは、磁極対２の近傍に位置するように配設してある。
【００２２】
コイル３の一方の巻線部３ａは、供給される電流と、磁極対１または２の磁界とによって回転力を発生させる駆動部である。磁性体４は、磁極対１または２の磁界によって静止トルクを発生させる。そして、磁性体４と他方の巻線部３ｂは、他方の巻線部３ｂに供給される電流により発生した磁界と磁極対１または２の磁界とが打ち消し合うときに回転子Ａの回転を許容し、両磁界の向きが一致したときに回転子Ａの回転を妨げる回転方向決定部を構成している。
【００２３】
なお、本実施例において、回転子Ａの直径は１００ｍｍである。個々の界磁磁石Ｍは、最大エネルギ積１４．７ｋｊ／ｍ3 のフェライト系プラスチック磁石を用いており、幅２．６ｍｍ、長さ４ｍｍ、厚さ１．５ｍｍである。１対の界磁磁石間の間隔は、２ｍｍである。コイル３は、その巻き数が１００００ターンであり、これに図３に示すように、正負が１秒毎に反転するパルス電圧を印加して交流電流を流す。この交流電流は、最大５ｍＡである。磁性体４は、その素材としてＦｅ−Ｎｉ合金（パーマロイ）を用いており、幅１．２ｍｍ、長さ６ｍｍ、厚さ１．８ｍｍである。
【００２４】
次に、図４ないし図８を参照して、本実施例に係る多極モータの動作について説明する。図４ないし図８は、回転子Ａと固定子Ｃの位置関係及び動作状態を示す展開側面断面図であり、外周側から中心へ向かって見た状態を示している。
【００２５】
図４において、磁極対１ａ及び磁極対２ａ，２ｂとコイル３及び磁性体４の位置関係は、本実施例に係る多極モータの回転子Ａの駆動前の位置関係を示している。この状態で、コイル３への無通電時には、磁極対１ａと磁性体４との磁気結合力により、回転子Ａは静止している。このとき図５に示すように、電流をコイル３の巻線部３ａから３ｂの方向へ（巻線部３ａにおいて回転子Ａの径方向の外方から内方へ、巻線部３ｂにおいて回転子Ａの径方向の内方から外方へ）流すと、巻線部３ａは磁極対２ｂの磁界を受けて図面左方向への駆動力を生じるが、コイル３が固定されているので、相対的に回転子Ａが図において右方向への回転力を受ける。そして、このとき磁性体４に対して巻線部３ｂにより作用する磁界と磁極対１ａの磁界とが打ち消し合うので回転子Ａは右方向へ回転する。これにより回転した回転子Ａが、図６に示すようなコイル３及び磁性体４と磁極対の位置関係に達すると、コイル３と磁極対２ｂとの磁界が一致して回転子Ａは停止する。すなわち、磁性体４において巻線部３ｂにより作用する磁界と磁極対２ｂの磁界との向きが一致し、磁性体４には図面上方から下方へ大きな磁力が働く。この位置関係において、回転子Ａは図面左方向への回転力を受けるが、上記のように大きな磁力が働くため、回転子Ａは移動不能に保持される。この位置は本実施例においては、回転開始位置に対して、約５度強回転した状態である。この状態において、電流を停止させると、磁性体４は、最も接近した位置にある磁極対２ｂと引き合い、図７に示すように磁性体４と磁極対２ｂの軸方向の中心線が一致する位置で安定静止状態となる。
【００２６】
上記の安定静止の位置は、次の回転ステップの開始位置に当たり、この位置関係では、磁極対の磁化方向は、図４とは逆方向となるが、このとき、図３に示すようにコイル３には反転するパルスが印加され、電流の流れる方向は前のステップとは逆の巻線部３ｂから３ａの方向（巻線部３ｂにおいて回転子Ａの径方向の外方から内方へ、巻線部３ａにおいて回転子Ａの径方向の内方から外方へ）となる。したがって、回転子Ａが受ける回転力は前のステップと同じく、図において右方向となる。このようにして、回転子Ａは、交流電流の１秒毎に反転するパルスを印加されることによって、同一方向への回転を得ることになる。
【００２７】
なお、図９において、回転子Ａの軸Ｂを時計の秒針と連結した場合において、１秒運針（６度回転）したときの回転子Ａの回転角度に対する秒針軸トルク特性を示したものである。これによると、起動時に約９．８×１０-4Ｎｍのトルクが発生し、最小トルクは約２．３×-4Ｎｍであり、時計駆動用モータとしては充分な値のトルクが得られる。
【００２８】
次に、本実施例の多極モータにおける逆転防止の機構について説明する。図４に示す磁極対１ａ及び２ｂとコイル３及び磁性体４の位置関係において、図８に示すように、上記した電流の流れと逆に、巻線部３ｂから巻線部３ａの方向へ（巻線部３ｂにおいて回転子Ａの径方向の外方から内方へ、巻線部３ａにおいて回転子Ａの径方向の内方から外方へ）電流が流れた場合には、回転子Ａが巻線部３ａの電磁力によって受ける回転力は、図において左方向となる。しかしながら、このとき磁性体４に作用する巻線部３ｂの磁界と磁極対１ａの磁界が一致するので、磁性体４が磁極対１ａにより強力に吸引され、回転子Ａが図において左方向へ回転しようとするのを阻止するブレーキとして作用する。本実施例において、このような逆方向電流を流した場合の回転角は１度以下に抑えられる。そして、次のステップでは、正常な回転方向の得られる図５と同方向の電流がコイル３を流れ、図５〜７に示したのと同様な回転動作が行なわれるので、本実施例の多極モータでは、常に一定方向の回転方向を得られることになる。
【００２９】
また、無通電時に秒針（軸）を指示位置にとめる静止トルクは、上記のように磁性体４と磁極対との吸引によって発生するが、これは最大１１．１×１０-4Ｎｍの軸トルク負荷に耐えることができる。
【００３０】
なお、本実施例の多極モータは、コイル３の巻線部３ｂの側に密着させて磁性体４を設けているが、この磁性体４の位置を巻線部３ａの側に密着させて設ければ、回転子Ａの上記した回転方向とは逆の回転方向を持つ多極モータとなる。
【００３１】
そこで、磁性体４を電磁アクチュエータ等の移動手段により、コイル３内を移動可能に設ければ、正逆回転自在のモータとなる。
【００３２】
また、トルクの向上は、固定子Ｃ（コイルと磁性体の組）を回転子Ａの円周上に複数個配設することによって容易に行うことができる。
【００３３】
また、磁性体の位置とコイルの電流強度、界磁磁石の磁界強度を適宜調整することで、通電時の回転角度と無通電時の回転角度を近付けることができる。したがって、１秒通電、１秒無通電、１秒逆方向通電、１秒無通電のステップを繰り返すことで、秒針の運針による時刻表示が可能であり、このようにすれば、磁極対の数を６０組から３０組に減らすことができる。
【００３４】
次に、図１０ないし１７を参照して、本発明に係る多極モータの第２実施例を説明する。図１０は、本実施例の多極モータの一部断面平面図であり、界磁磁石（磁極）Ｍ、コイル３、磁性体４の位置関係を示したものである。図１１はその磁極形成部の一部の拡大展開断面図である。
【００３５】
本実施例に係る多極モータは、時計機械体の秒針軸を直接駆動する時計駆動用の多極モータである。本実施例の回転子、軸及び界磁磁石（磁極）の構成は、第１実施例と同じであり、相当する部材については、同一の符号を付している。
【００３６】
図１０及び１１において、回転子Ａの磁極対の間に位置して、回転子Ａに回転トルクを与える固定子Ｃが設けてあり、固定子Ｃは、交流電流が供給されるコイル３と磁性体４とからなり、図示しない固定手段により固定してある。本実施例では、固定子Ｃにおいて交流電流が供給されるコイル３は、一対の環状コイル３１，３２から構成されている。
【００３７】
一方の環状コイル３１は、回転子Ａに回転トルクを与える駆動用コイルであり、図８に示すように、回転子Ａの径方向に直線状をなし、周方向に並列する２つの巻線部３１ａ，３１ｂを有している。環状コイル３１に電流を流したときには、巻線部３１ａと巻線部３１ｂには、コイル３１の断面方向から見て逆向きの電流が流れることになる。巻線部３１ａ，３１ｂの間隔は、隣り合う磁石Ｍ間のピッチとほぼ同じ間隔に設定してある。
【００３８】
他方の環状コイル３２の内側には、環状コイル３２に密着して磁性体４が設けてある。磁性体４は、図１１に示すように、界磁磁石Ｍよりも狭い幅に形成されているが、これは実質的に同じ幅であってもよい。
【００３９】
環状コイル３１と磁性体４の位置関係は、図１３に示すように、環状コイル３１の巻線部３１ａが磁極対２の間に位置し、巻線部３１ｂが磁極対１の間に位置するときに、磁性体４が磁極対２の間に位置するように配設してある。本実施例では、磁性体４は、巻線部３１ｂが位置する磁極対１に隣り合う磁極対２（図１０において上側）に位置しているが、これを巻線部３１ａが位置する磁極対１に隣り合う磁極対２（図１０において下側）に位置するようにしてもよい。
【００４０】
環状コイル３１は、供給される電流と、磁極対１または磁極対２の磁界とによって回転力を発生させる駆動部である。磁性体４は、磁極対１または磁極対２の磁界によって静止トルクを発生させる。そして、磁性体４と環状コイル３２は、環状コイル３２に供給される電流により発生した磁界と磁極対１または磁極対２の磁界とが打ち消し合うときに回転子Ａの回転を許容し、両磁界の向きが一致したときに回転子Ａの回転を妨げる回転方向決定部を構成している。
【００４１】
次に、図１３ないし図１７を参照して、本実施例に係る多極モータの動作について説明する。図１３ないし図１７は、回転子Ａと固定子Ｃの位置関係及び動作状態を示す外側から見た側面断面図である。
【００４２】
図１３において、磁極対１及び磁極対２と環状コイル３１，３２及び磁性体４の位置関係は、本実施例に係る多極モータの回転子Ａの回転開始時の位置関係を示している。この状態で、環状コイル３１，３２への無通電時には、磁極対２ａと磁性体４との磁気結合力により、回転子Ａは静止している。このとき環状コイル３１，３２に、図１２（ａ）に示すように、同位相の電圧を印加し、図１３に示すように、環状コイル３１の巻線部３１ａから３１ｂの方向へ（巻線部３１ａにおいて回転子Ａの径方向の内方から外方へ、巻線部３１ｂにおいて回転子Ａの径方向の外方から内方へ）、同じく環状コイル３２の巻線部３２ａから３２ｂの方向へ（巻線部３２ａにおいて回転子Ａの径方向の内方から外方へ、巻線部３２ｂにおいて回転子Ａの径方向の外方から内方へ）電流を流すと、環状コイル３１は、図において左方向への駆動力を生じるが、固定子Ｃは固定されているので、回転子Ａが相対的に図面右方向への回転力を受ける。環状コイル３２は、磁性体４に対して磁極対２ａの磁界とは逆方向の磁界を与えるので互いに打ち消し合い、回転抑止力を回転子Ａに及ぼすことなく、回転子Ａは回転を始める。
【００４３】
これにより回転した回転子Ａが、図１４に示すような環状コイル３１，３２及び磁性体４と磁極対の位置関係に達した状態で、巻線部３１ａに磁極対２ｂが及ぼす磁界と磁極対１ａが及ぼす磁界とが相殺され、同様に巻線部３１ｂに磁極対１ａが及ぼす磁界と磁極対２ａが及ぼす磁界とが相殺されるため、環状コイル３１には磁界が実質的に作用しない状態となり、回転力が発生しなくなり回転子Ａは停止する。なおこの時、磁性体４は磁極対２ａ，１ｃの中間に位置する。この時点で電流を断つと、回転子Ａは慣性力と磁性材４と磁極対１ｃとの磁気結合力でさらに図面左方向へ回転を続け、磁性体４と磁極対１ｃの軸方向の中心線が一致する位置で安定状態となる。
【００４４】
上記の安定状態の位置は、次の回転ステップの開始位置に当たり、この位置関係では、磁極対の磁化方向は、前の回転ステップとは逆方向となるが、このとき環状コイル３１，３２には反転するパルス（図１２（ａ）参照）が印加され、電流の流れる方向は前のステップとは逆の方向となる。したがって、回転子Ａが受ける回転力は前のステップと同じく、図において左方向となる。このようにして、回転子Ａは、交流電流の１秒毎に反転するパルスを印加されることによって、同方向への連続した回転を得ることになる。
【００４５】
この実施例における逆転防止機構について、図１６を参照して説明する。環状コイル３１，３２に図１３と反対向きの電流を流すと、巻線部３１ａ，３１ｂには左向きの力が発生し、相対的に回転子Ａに右向きの回転力が加わる。しかし、磁性体４において、巻線部３２ａ，３２ｂにより作用する磁界と磁極対２ａによる磁界とが一致するため、磁性体４はこの磁力により移動不能に保持され、回転子Ａの回転を抑止するブレーキとして働く。但し、正逆パルスを交互に供給する駆動を行なっているため、図１６の状態で停止しても、次に図１３と同様な電流が供給され前述の通り左方向への回転運動が行なわれる。
【００４６】
なお、これまでは回転子Ａが図面左方向に回転する場合について説明したが、逆に右方向に回転する場合には、図１２（ｂ）に示すように、環状コイル３１，３２に印加する電圧が逆位相となるようにすればよい。例えば、図１７に示すように、環状コイル３１には図１３と反対方向の電流を、環状コイル３２には図１３と同方向の電流をそれぞれ供給すると、巻線部３１ａ，３１ｂには左向きの力が生じ、それによって回転子Ａに右方向への回転力が作用する。そして、磁性体４においては、巻線部３２ａ，３２ｂにより及ぼされる磁界と磁極対２ａの磁界とが相殺されるため、磁気的な回転抑止力は働かず右方向へ回転する。
【００４７】
また、本実施例の多極モータも、第１実施例の場合と同様に、トルクの向上は、固定子Ｃ（コイルと磁性体の組）を回転子の円周上に複数個配設することによって容易に行うことができる。
【００４８】
なお、本実施例において、環状コイル３１の巻き数は、１００００ターンであり、環状コイル３２の巻き数は、２０００ターンである。電流は最大５ｍＡである。磁性体４は、幅２．５ｍｍ、厚さ１．８ｍｍであり、その素材は第１実施例と同様である。
【００４９】
次に、図１８ないし１９を参照して、本発明に係る多極モータの第３実施例を説明する。図１８は、本実施例の多極モータの一部断面平面図であり、界磁磁石（磁極）１，２、コイル３、磁性体４の位置関係を示したものである。
【００５０】
本実施例に係る多極モータは、時計機械体の秒針軸を直接駆動する時計駆動用の多極モータである。本実施例の回転子、軸及び界磁磁石（磁極）の構成は、磁極対が第２実施例のそれの半分の３０組である点を除いて第２実施例とほぼ同じであり、相当する部材については、同一の符号を付している。また、固定子Ｃの構成は、第２実施例と全く同じであり、相当する部材については、同一の符号を付している。図１８において、回転子Ａの円形板体（磁極形成部）Ａ1 ，Ａ2 の外周部には、周方向に一定のピッチで３０個の界磁磁石が設けてあり、磁極をなしている。磁極対の間に固定子Ｃが設けてある。
【００５１】
本実施例と上記第２実施例との相違点は、コイル３１，３２への電圧印加のタイミングにある。すなわち、図１９（ａ）に示すように、本実施例の環状コイル３１と環状コイル３２には、１秒通電、１秒無通電、１秒逆方向通電、１秒無通電のステップを１周期とする交流電圧が印加される。この交流電圧は、本実施例において、回転子Ａに連結した秒針（指針）の１回の運針時間と一致する幅の交流パルスであり、各パルス間に運針時間と同じ長さの無通電時間を有することになる。上記の磁極対の数（３０組）は、秒針（指針）が１回転するのに要する運針回数（ステップ数）の２分の１に当たる。
【００５２】
なお、本実施例において、回転子Ａの直径は５０ｍｍである。環状コイル３１の巻き数は、５０００ターンであり、環状コイル３２の巻き数は、１０００ターンである。磁性体４の幅、厚さ及び素材は第２実施例と同様である。
【００５３】
本実施例に係る多極モータの動作については、図１３〜１７に示した第２実施例と実質的に同様であり、タイミングのみが異なっている。すなわち、第２実施例の場合には図１３の状態から通電を開始し、回転子Ａが回転して図１４の位置に到達した後電圧印加を停止し図１５の位置となるまでのステップを１秒としているのに対し、第３実施例では、図１３の状態から通電を開始し図１４の位置に保持しておく時間が１秒、電圧印加を停止して図１５の位置に保持しておく時間が１秒というように、磁性体４が磁極対１または２に対向する状態を１秒毎に繰り返す。このような作動原理や逆転防止機構については第２実施例と同じである。
【００５４】
図１９（ａ）に示すように、無通電状態を１秒、通電状態を１秒、さらに続けて無通電状態を１秒、反対方向へ電流が流れる通電状態を１秒、以上４秒で１周期となるような電流制御を行うことによって、６０秒間で３０組の磁極対を送ることになる。すなわち、秒針を１回転（１分間）させ、時計（針）としての一定方向の運針が確保される。
【００５５】
ここで、回転子の回転方向を逆向きにするには、環状コイル３１の印加電圧と環状コイル３２の印加電圧とを、図１９（ｂ）に示すように、逆位相に設定すればよい。
【００５６】
また、本実施例の多極モータも、第１実施例の場合と同様に、トルクの向上は、固定子Ｃ（コイルと磁性体の組）を回転子の円周上に複数個配設することによって容易に行うことができる。
【００５７】
以上の第１ないし第３実施例に係る多極モータは、回転子Ａを時計機械体の秒針に連結する時計機械体の駆動用モータの例であるが、本発明に係る多極モータはこのような実施例に限定されるものではない。したがって、回転子に秒針以外の指針を連結してもよい。また、本発明の多極モータを時計機械体以外の駆動源として用いることもできる。その場合は、磁極対の数は、６０組または３０組に限定されない。
【００５８】
次に、図２０ないし２１を参照して、本発明に係る時計機械体の１実施例を説明する。本実施例の時計機械体は、上記の第１実施例に示した多極モータを駆動源として用いたものである。したがって、多極モータ自体の説明は省略し、図において相当する部材については、同一の符号を付している。
【００５９】
図２０は、本実施例に係る時計機械体の回転子、界磁磁石、コイル及び時計輪列等の位置関係を示した断面図である。図２１は、時計輪列構成部の拡大断面図である。
【００６０】
図２０において、この時計機械体のケース５は、上ケース５ａと下ケース５ｂからなり、その間に駆動源である多極モータの回転子Ａが回転自在に設けてある。回転子Ａの軸Ｂは、上ケース５ａの軸受により軸支されている。回転子Ａの外周部は２股状に形成され、軸方向に対向する１対の磁極形成部Ａ1 ，Ａ2 が設けられ、この磁極形成部Ａ1 ，Ａ2 にそれぞれ磁石Ｍが固着され磁極対１，２をなしている。
【００６１】
ケース５の内側部の一端には、多極モータの固定子Ｃが、磁極対１または２の間に位置するように、ケース５に嵌入された固定手段６を介して設けてある。固定子Ｃは、コイル３と図示しない磁性体４からなる。
【００６２】
回転子Ａには、下ケース５ｂ側に開口する凹部７が形成してある。凹部７内には、時計輪列Ｄが設けてあり、時計輪列Ｄは、下ケース５ｂに柱を介して設けた中枠８ａ，８ｂのそれぞれに形成された軸部及び軸受部を介して配設してある。
【００６３】
図２１に示すように、時計輪列Ｄは、減速車９，分針車１０，日ノ裏車１２及び時針車１３の４個の歯車からなる。多極モータの回転は時計輪列Ｄを介して指針軸Ｓに伝達されるが、本実施例では、多極モータの回転子Ａの軸Ｂは、秒針軸を兼ねており、多極モータの回転子Ａが直接秒針軸を回転させるように構成されている。
【００６４】
秒針軸Ｂの図示しないカナに時計輪列Ｄの一端を構成する減速車９が噛合している。減速車９のカナ９ａに分針車１０が噛合し、分針車１０のカナ１０ａに日ノ裏車１２が噛合し、日ノ裏車１２のカナ１２ａに時針車１３が噛合している。
【００６５】
秒針軸Ｂは、中枠８ａ，８ｂを貫通し、分針パイプ１１及び時針パイプ１４と共に、３針の指針軸Ｓを構成している。秒針軸Ｂ、分針パイプ１１及び時針パイプ１４には、それぞれ秒針１５，分針１６，時針１７が設けてある。
【００６６】
次に、この時計機械体の動作を説明する。図２１において、回転子Ａが回転力を受けて６０秒で１回転する速度で回転し始めると、回転子Ａに秒針軸Ｂを介して結合している秒針１５が回転起動される。回転子Ａの動作が、減速車９を介して分針車１０へ伝達され、分針車１０に分針パイプ１１を介して結合している分針１６が動作する。このとき減速車９により、秒針軸Ｂが６０回転すると、分針車１０は１回転する。分針車１０の回転は、日ノ裏車１２を介して時針車１３に伝達され、時針パイプ１４を介して時針１７が動作する。日ノ裏車１２により、分針車１０が１２回転すると、時針車１３が１回転する。
【００６７】
この実施例によれば、歯車数を４個に減少することができ、回転子内に時計輪列をまとめられるので輪列の簡略化に有効である。
【００６８】
なお、この時計機械体の駆動源となる多極モータに関しては、前記第１〜３実施例のうちのいずれの構成を採用することも可能である。
【００６９】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明に係る多極モータは、回転子の外周部に多数の磁極対を設け、磁極と磁極との間にコイルと磁性体よりなる固定子を設けて、このコイルと磁性体により回転子へ回転トルクを与える駆動部と回転方向決定部を構成したことにより、ステータを不要とした簡単な構造で、容易に回転方向を定められるとともに逆転防止が可能である。しかも、従来の１０分の１程度の大きさで、形状の単純な磁性材を用いるだけであるから、製造に手間がかからず、材料費、加工費等のコストを低減できる。また、出力トルクの調整が従来に比して容易であり、予測値を計算によって近似できるので、試作設計が容易となり開発コストを低減できる。さらに、安定した高トルクを発生することができる。
【００７０】
本発明に係る時計機械体は、上記の多極モータを直接の駆動源として、指針を駆動させるので、上記多極モータ自体が持つメリットに加えて、時計機械体自体を簡単な構造とすることができ、従来では少なくとも７個必要であった時計輪列の歯車を最低４個にすることができるので、輪列の簡略化、単純化とそれに伴う刻音低下を実現できる。特に、刻音低下については、従来の時計機械体において刻音発生の最大の原因であるロータカナと駆動車を省略できるので、顕著な効果が得られる。そして、低コストの時計機械体を提供するができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る多極モータの一部断面平面図である。
【図２】同上の磁極形成部の一部の拡大展開断面図である。
【図３】コイル印加電圧を示した波形図である。
【図４】回転子の回転開始前の安定状態を示す拡大断面図である。
【図５】回転子の回転起動状態を示す拡大断面図である。
【図６】回転子の回転起動後の安定状態を示す拡大断面図である。
【図７】電圧印加停止後の回転子の安定状態を示す拡大断面図である。
【図８】逆転防止機構を示す拡大断面図である。
【図９】回転子の軸トルク出力特性を示す波形図である。
【図１０】本発明の第２実施例に係る多極モータの一部断面平面図である。
【図１１】同上の磁極形成部の一部の拡大展開断面図である。
【図１２】コイル印加電圧を示す波形図であり、（ａ）は同位相の印加電圧を示し、（ｂ）は逆位相の印加電圧を示したものである。
【図１３】回転子の回転起動状態を示す拡大断面図である。
【図１４】回転子の回転起動後の安定状態を示す拡大断面図である。
【図１５】電圧印加停止後の回転子の安定状態を示す拡大断面図である。
【図１６】逆転防止機構を示す拡大断面図である。
【図１７】回転方向を変えた場合の回転子の回転起動状態を示す拡大断面図である。
【図１８】本発明の第３実施例に係る多極モータの一部断面平面図である。
【図１９】コイル印加電圧を示す波形図であり、（ａ）は同位相の印加電圧を示し、（ｂ）は逆位相の印加電圧を示したものである。
【図２０】本発明に係る時計機械体の１実施例の断面図である。
【図２１】時計輪列の拡大側面図である。
【符号の説明】
１，２ 磁極対
３，３１，３２ コイル
４ 磁性体
Ａ 回転子
Ａ1 ，Ａ2 板体（磁極形成部）
Ｂ 回転軸（秒針軸）
Ｃ 固定子
Ｄ 時計輪列
Ｍ 界磁磁石（磁極）
Ｓ 指針軸

Claims (5)

1. 平面形状が実質的に円形をなし外周部には上下方向に所定間隔をおいて対向する１対の磁極形成部が設けられ回転自在に支持されている回転子と、この回転子に回転トルクを与える固定子とを有し、上記磁極形成部には、周方向に同一のピッチで偶数個の磁極が形成されており、隣り合う上記磁極が互いに磁化方向が反対向きとなるように設けてあり、上記両磁極形成部に設けられた上記磁極は、互いに反対の極性が軸方向に対向する偶数個の磁極対をなしており、上記固定子は、上記磁極対の間に位置し交流電流が供給される少なくとも１つのコイルと、上記磁極と実質的に同じまたはそれ以下の幅をもつ磁性体とを含み、駆動部と回転方向決定部とからなり、
   上記コイルは断面方向から見て逆向きの電流が流れる１対の巻線部を有し、この両巻線部間の間隔は上記磁極の周方向のピッチよりも大きく、一方の上記巻線部が第１の上記磁極対の間に位置するときに、上記磁性体が第２の上記磁極対の間に位置するとともに、他方の上記巻線部は上記第２の磁極対の近傍に位置するように配設してあり、上記一方の巻線部は、供給される電流と上記第１の磁極対の磁界とによって回転力を発生させる上記駆動部であり、上記他方の巻線部及び上記磁性体は、上記他方の巻線部に供給される電流により発生した磁界と上記第２の磁極対の磁界とが打ち消し合うときに上記回転子の回転を許容し、上記両磁界の向きが一致するときに上記回転子の回転を妨げる上記回転方向決定部である
   ことを特徴とする多極モータ。
2. 平面形状が実質的に円形をなし外周部には上下方向に所定間隔をおいて対向する１対の磁極形成部が設けられ回転自在に支持されている回転子と、この回転子に回転トルクを与える固定子とを有し、上記磁極形成部には、周方向に同一のピッチで偶数個の磁極が形成されており、隣り合う上記磁極が互いに磁化方向が反対向きとなるように設けてあり、上記両磁極形成部に設けられた上記磁極は、互いに反対の極性が軸方向に対向する偶数個の磁極対をなしており、上記固定子は、上記磁極対の間に位置し交流電流が供給される少なくとも１つのコイルと、上記磁極と実質的に同じまたはそれ以下の幅をもつ磁性体とを含み、駆動部と回転方向決定部とからなり、
   上記固定子は１対の環状コイルと上記磁性体とを有し、第１の環状コイルの第１の巻線部が第１の上記磁極対の間に位置するときに、第２の巻線部は第２の上記磁極対の間に位置し、上記磁性体は第３の上記磁極対の間に位置し、第２の環状コイルは上記磁性体を取り囲むように配設されており、上記第１のコイルは、上記第１の巻線部に供給される電流及び上記第１の磁極対の磁界と、第２の巻線部に供給される電流及び上記第２の磁極対の磁界とによって、上記回転子に回転力を発生させる上記駆動部であり、上記第２の環状コイル及び上記磁性体は、上記第２の環状コイルに供給される電流により発生した磁界と上記第３の磁極対の磁界とが打ち消し合うときに上記回転子の回転を許容し、上記両磁界の向きが一致するときに上記回転子の回転を妨げる上記回転方向決定部である
   ことを特徴とする多極モータ。
3. 請求項１または請求項２において、上記磁極対は６０組設けられており、上記コイルに供給される電流は１秒毎に反転する交流パルスであり、上記回転子には秒針が連結される
   ことを特徴とする時計駆動用の多極モータ。
4. 請求項１または請求項２において、上記回転子には指針が連結されており、上記コイルに供給される電流は、上記指針の１回の運針時間と一致する幅の交流パルスであり、上記各パルス間に上記運針時間と同じ長さの無通電時間を有するものであり、上記磁極対の数は、上記指針が１回転するのに要する運針回数の２分の１である
   ことを特徴とする時計駆動用の多極モータ。
5. 請求項３または４に記載の多極モータを駆動源として、時計輪列を回転駆動する
   ことを特徴とする時計機械体。

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