JP7128798B2 - 永久磁石回転子を有する連続回転電機モータ - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石を設けられた回転子と、コイルによって形成された固定子とを有する連続回転電機モータの分野に関する。コイルは、好ましくは、磁気コアを有さず、それにより、磁石の磁束がコイルに直接結合されるように、磁石およびコイルが配置される。

特に、本発明は、時計用途向けの小さな寸法の電機モータに関する。電機モータは、特に、アナログディスプレイを備えた電気機械式の腕時計ムーブメントに組み込まれる。

時計の分野では、電気機械式腕時計に使用される電機モータは、一般に、ステップモータである。これらモータには、永久磁石を設けられた回転子の静止位置を画定する磁気固定子がある。駆動パルス中に、固定子の１つまたは複数のそれぞれの磁気コアに巻かれた１つまたは複数のコイルによって生成された磁束により、回転子をステップ状に駆動できる。これら駆動パルスを生成するために必要な供給電圧は、一般に１．２から１．５ボルトの範囲にある。各駆動パルス後のいずれかのコイルの誘導電圧の分析により、ステップが正しく実行されたかどうかを判定できる。正しく実行されない場合は、補正パルスが提供される。ステップモータでは、回転子が所定の角度位置で停止しているため、回転子の角度位置と駆動パルスの連続的な開始との間の同期を妨げる特定の問題はない。

時計用ステップモータは、時間の試験に合格し、信頼性があり、特に各駆動パルスを形成する信号のハッシュのおかげで消費レベルを低くすることができる。この技術は「ＰＷＭ－パルス幅変調」と呼ばれる。しかしながら、ステップモータは、ステップを越えて回転するときにノイズを生成する傾向があり、特に夜間はユーザにとって不便である。さらに、針、特に秒針のステップ状の回転は、電気機械式腕時計の特徴的な兆候であり、目に見える兆候は消費者の目には必ずしも有利ではない。これら問題を克服するために、腕時計ムーブメントには、永久磁石を設けられた回転子を有するタイプの小さな寸法の連続回転電機モータを組み込むことができる。

特許文献ＥＰ０８８７９１３Ａ２号は、時計用途向けの連続回転マイクロモータを制御する方法を記載している。このモータは、平坦なコイルで形成された固定子と、永久磁石を設けられた回転子で構成される。回転子は、固定子のコイルの下に位置する第１の長方形フランジの端に配置された逆極性の第１の磁石のペアと、第１の磁石のペアに面した第２の長方形フランジの端に配置された、これも逆極性の第２の磁石のペアとを含む。したがって、回転子は、回転子が回転しているときにコイルを通過する４つの磁石の磁束のための磁気回路を画定し、これらコイルに誘導電圧が生成される。前述した文献は、固定子の２つの実施形態を提案している。前述した文献の図１および図２に示される第１の実施形態では、固定子は、回転子の回転軸に垂直な平面の全体に配置された３つの平坦なコイルを含む。これら３つのコイルは１２０°オフセットされている。回転子にはフランジごとに逆極性の磁石のペアが１つあるため、回転子の磁気周期／極ピッチは３６０°に等しくなる。３つのコイルは常に直列に配置されており、３つのコイルによって形成される電気回路の２つの出力端子の合計誘導電圧の信号は、１２０°の周期の正弦波形状を有する。回転子の回転を維持するために、制御方法は、誘導電圧信号の周期の４分の１未満の所定の持続時間を有する駆動電圧パルスを直列のコイルに印加することと、合計誘導電圧信号がゼロを通過した後、固定時間間隔ｔ₁後の各駆動電圧パルスを開始することとを提供する。時間間隔ｔ₁は、回転子の公称回転速度に対して、駆動電圧パルスが最大電圧の領域で発生するが、わずかに先行するように選択される。前述した文献の図４では、これらパルスは、合計誘導電圧信号の頂点の前に始まり、この信号の最大値で実質的に終わることがわかる。図５を参照して前述した文献に示されているように、この選択により、回転子の回転速度に関して一定のレベルの自己調節が得られる。

特許文献ＥＰ０８８７９１３Ａ２号の第１の実施形態は、衝撃または突然の動きの場合の効率および堅牢性に関する問題に直面している。衝撃中に回転子が突然加速すると、誘導電圧の最大値を通過した後に駆動電圧パルスが発生するため、したがって供給されるエネルギは一定の公称速度での回転を目的とするエネルギよりも大きくなる。この状況では、合計誘導電圧信号の一定数の期間中、回転子が徐々に減速し始めるまで、回転子がさらに加速する。これは、不安定をもたらす。さらに、衝撃に関係のない腕時計のユーザの腕の動きの間、回転子は回転速度のわずかな変動を受ける。駆動電圧パルスは、誘導電圧信号が最大絶対値、すなわち絶対値の形態をとる時間に対して異なる時点で発生するため、提供される方法は、このような場合に、さらに不安定をもたらす。これは、各駆動パルス中に回転子に供給されるエネルギ量を変動させる。回転速度が低下している場合、ある程度の自己調節があるが、この速度が増加している場合は当てはまらず、代わりに逆のことが生じる。

第１の実施形態におけるモータの構成に関して、３つのコイルは、回転子の平面の全体において回転子のシャフトの周りのほぼ全体の空間を占有し、回転子と、この回転子によって駆動される歯車列のホイールとの間のこの平面において機械的結合が生じないことに留意されたい。したがって、このような構成では、２つのフランジと永久磁石とによって形成される回転子の部分よりも高いまたは低い平面での機械的結合が必要である（磁石とコイルとの間の良好な結合を確保するために、磁石は、コイルの近くに配置する必要があることに留意されたい）。これは、比較的高い構造を必要とするため、全体の寸法に関する問題を引き起こし、回転子は、電気モータによって供給される機械的トルクの出力ピニオンと噛み合うホイールに対して高さの観点でオフセットされ、このピニオンは、前述した回転子部分の上下にある回転子のシャフトに配置する必要がある。

特許文献ＥＰ０８８７９１３Ａ２号で提案された第２の実施形態では、回転子の回転軸に対して正反対にある２つの平坦なコイルのみによって形成された固定子と並んだ同一の回転子が提供される。そのような場合、２つのコイルは、常に直列に配置されている２つのコイルの端子で非ゼロの誘導電圧を得るために、電線の巻き方向が互いに反対でなければならないことが理解される。前述した制御方法には、この場合、同じ欠点がある。特に、１つのコイルが除去されたが、全体の寸法に関する問題は同じままであることに留意されたい。ホイールを２つのコイルの平面の全体に配置することはほとんどできず、この平面の全体に設けられたシャフトのピニオンと結合できる。それでもこのようなアセンブリを生産する場合、回転子と、駆動された歯車列のこのホイールとの間の減速比が小さくなるように、ホイールの直径を小さくする必要があり、これは追加のホイールが必要になるため一般に欠点となる。この第２の実施形態は、電気的位相シフトがゼロに等しい２つのコイルの配置により、この目的のためにさらにセンサを追加することなく、回転子の回転方向を決定できなくなるという別の問題を生じさせる。これは、問題となっている文献の記載の最終段落において提言されている。

特許文献ＥＰ０８８７９１３Ａ２号に開示されている電機モータには、別の問題がある。提供された配置は、電機モータの外部に追加の磁気要素を配置することなく、電機モータを効率的に起動させること、すなわち回転子を回転させることを可能にしない。より具体的には、モータを起動できるようにするために、回転子を静止状態（駆動されていない状態）に配置するための磁石が回転子の周辺に追加される。したがって、この磁石は、回転子が静止しているときだけでなく、回転子の磁石と常に相互作用する。これは、可能な限り安定することが求められている速度での回転子の連続回転に関して外乱を引き起こす。

欧州特許文献ＥＰ０８８７９１３Ａ２号

本発明の全体的な目的は、前述した従来技術の電機モータの問題を少なくとも部分的に克服する電機モータを提供すること、およびより具体的には、前述した問題のすべてを克服するそのような電機モータの主な実施形態を提供することである。さらに、本発明の主な実施形態によるモータを備えた時計用電気機械ムーブメントが提供される。

この目的のために、本発明は、永久磁石を設けられた回転子と、コイルによって形成された固定子とを含む連続回転電機モータに関し、永久磁石とコイルは、回転子が回転駆動されると、各コイルのおのおのにおいて生成する誘導電圧に対して、コイルが、実質的に第１の位相と第２の位相とを画定するように配置される。したがって、電機モータのコイルの任意の２つのコイルでそれぞれ生成可能な２つの誘導電圧信号は、同相であるか、または、実質的に第１の位相と第２の位相との間の電気的位相シフトに対応する電気的位相シフトφを有する。全体として、この電気的位相シフトは、５度から９０度の間（５°≦φ≦９０°）の値に含まれる。さらに、電機モータは、第１の位相に属する１つまたは複数のコイルで回転する回転子によって生成される第１の誘導電圧信号の値が、第２の位相に属する１つまたは複数のコイルで回転する回転子によって生成される第２の誘導電圧信号の値に実質的に等しい値を有する、交差時間を検出するための回路を備える制御デバイスを備え、したがって、第１および第２の誘導電圧信号は、その間に前記電気的位相シフトを有する。制御デバイスは、回転子を回転させるための電気的駆動パルスを生成できるように構成され、これらパルスは、それぞれの交差時間によって決定される開始時間にそれぞれ開始され、制御デバイスは、少なくとも第１の位相の１つのコイルと、少なくとも第２の位相の１つのコイルとによって形成され、電気的駆動パルスの印加中に直列に配置されたコイルのセットに、前記電気的駆動パルスを印加できるように配置される。

好ましい代替実施形態では、電気的位相シフトφは、３０度から６５度の間（３０°＜φ＜６５°）の値を有する。

好ましい代替実施形態では、制御デバイスは、電気的駆動パルスが開始される開始時間が、対応する交差時間の検出の直後に発生するように構成され、それにより、対応する交差時間の検出後、これら電気的駆動パルスの生成のために時間遅延が提供されない。

１つの有利な代替実施形態では、前記電気的駆動パルスの印加時に、このように直列に配置された第１の位相の少なくとも１つのコイルおよび第２の位相の少なくとも１つのコイルを介して印加される供給電圧は、回転子が公称角速度で回転しているとき、その誘導電圧の合計の最大値より大きく、この最大値の１５０パーセント（１５０％）未満であるように提供される。

特定の１つの実施形態では、制御回路は、第１の位相の少なくとも１つのコイルおよび第２の位相の少なくとも１つのコイルに別々に選択的に給電できるように配置された少なくとも１つのスイッチをさらに備え、制御回路は、電機モータの起動段階中、まず、回転子を配置するために第１または第２の位相の一方に給電し、次に、回転子を所望の方向に回転させるために、これら第１または第２の位相の他方に給電できるように配置される。

有利な代替実施形態では、制御デバイスは、検出回路によって交差時間が検出されることを可能にするために、第１の誘導電圧信号を生成する１つまたは複数のコイルを、第２の誘導電圧信号を生成する１つまたは複数のコイルから電気的に絶縁することを瞬間的に可能にする少なくとも１つのスイッチをさらに備える。検出回路は比較器を備え、その２つの入力はそれぞれ、第１の誘導電圧信号を生成する１つまたは複数のコイルの第１の端子と、第２の誘導電圧信号を生成する１つまたは複数のコイルの第１の端子とに接続される。特に、制御デバイスは、前記交差時間を検出するための検出段階中に、対応する２つの第２の端子が、２つのそれぞれのスイッチを介して基準電圧に瞬間的に接続されるように構成される。

特定の１つの代替実施形態では、制御回路はさらに比較器を備え、その２つの入力は、回転子の回転方向が、交差時間を検出するための回路に関連して検出されることを可能にするために、第１または第２の位相のうちの１つに属するコイルまたはコイルのセットの２つの端子に接続される。

主な１つの実施形態では、固定子は、それぞれ第１および第２の位相を構成する２つの平坦なコイルのみによって形成され、それにより、回転子の磁石は、交互する軸方向分極を有する。

本発明は、本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、単なる例示として提供される添付図面を参照して、以下により詳細に記載される。

図１は、本発明の連続回転電機モータの主な実施形態の概略図である。 図２は、本発明の主な実施形態による電機モータの特定の代替物を組み込んだ電気機械式時計ムーブメントの水平断面の部分図である。 図３は、図２の電機モータの回転子の水平断面図である。 図４は、図２の時計ムーブメントのＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。 図５は、３つの対応する電機モータの回転子が、その磁石の配置において、異なる極ピッチ、すなわち１８０°、１２０°、および９０°を有する主な実施形態の３つの代替案の表形式の概略図である。 図６は、主な実施形態の固定子の２つのコイルに関連する制御デバイスを示す図である。 図７は、２つのコイルの誘導電圧と、直列に配置された２つのコイルで生成される合計誘導電圧、および電機モータの有利な制御方法による駆動電圧パルスの印加を示す図である。 図８Ａは、２つのコイルにおける２つの誘導電圧と、２つの誘導電圧信号の交差時間および回転方向を検出するための周期的な位相におけるこれら２つの誘導電圧信号から派生した２つの信号とを示す図である。 図８Ｂは、２つのコイルにおける２つの誘導電圧と、２つの誘導電圧信号の交差時間および回転方向を検出するための周期的な位相におけるこれら２つの誘導電圧信号から派生した２つの信号とを示す図である。

図１は、本発明の１つの主な実施形態による連続回転電機モータ１を図式的に示す。この電機モータは、２つの平坦なコイルＡおよびＢのみによって形成された固定子と、磁石３ｂを保持する高透磁率を備えた２つの平行なフランジ３ａを備えた回転子３とを備える。磁石を保持する２つのフランジによってそれぞれ形成される２つの部分は、それらの間に２つの平坦なコイルＢ１およびＢ２が貫通する中間空間を画定する。磁石と２つの平坦なコイルは、回転子が回転すると、２つのコイルのおのおのに周期的な誘導電圧信号が生成されるように、それらの間に磁気結合を有するように配置される。フランジ３ａのおのおのは、中間空間と同じ側に、回転軸１４の周りに均等に配置され、交互する軸方向分極を有する磁石または磁化部分３ｂを保持しており、すなわち、磁石または磁化部分の磁気分極が、軸１４に対して実質的に平行であるか、または、より一般的には、前述した中間空間においてこれら磁石または磁化部分によって生成される磁束は、主に軸１４に沿って向けられ、隣接する磁石の任意のペアの２つの磁気的極性は逆である。特に、２つのフランジは強磁性体で製造される。

永久磁石３ｂおよび２つのコイルＢ１、Ｂ２は、回転子３が回転しているときに、おのおのにおいて生成される誘導電圧に関して、これら２つのコイルがそれぞれ第１の位相および第２の位相を画定するように配置される。したがって、回転子が回転しているときに２つのコイルにおいてそれぞれ生成される２つの周期的な誘導電圧信号は、２つのコイル間、すなわち第１の位相と第２の位相との間の電気的位相シフトに対応する非ゼロの電気的位相シフトφを有する。この電気的位相シフトは、１つの一般的な代替実施形態では、５度から９０度の間（５°≦φ≦９０°）の値に含まれる。

電機モータ１はさらに、２つのコイル（図１において２つの線で図式的に示される）に電気的に接続される制御デバイス５を備える。この制御デバイスは、特に、駆動パルスの印加中に、少なくとも直列に配置された２つのコイルを通して印加されるこれら駆動パルスの開始時間を決定するために、前述した２つの周期的な誘導電圧信号の交差時間の検出を実施する制御方法に従って、電機モータを回転させる電気的駆動パルス（「駆動パルス」とも呼ばれる）の印加を管理するために使用される。したがって、制御デバイスは、直列に配置された２つのコイルを介して駆動パルスを生成できるように構成され、この制御デバイスは、第１の位相を画定する２つのコイルＢ１およびＢ２のうちの一方で回転する回転子によって生成された第１の誘導電圧信号が、第２の位相を画定する２つのコイルの他方で回転する回転子によって生成される第２の誘導電圧信号の値と実質的に等しい値を有する交差時間を検出するための回路７を備えている。第１および第２の誘導電圧信号は、それらの間に電気的位相シフトφを有することに留意されたい。制御デバイスおよびそれに関連する制御方法は、以下により詳細に記載される。

図２から図４を参照して、本発明の主な実施形態による電機モータの特定の代替物を組み込んだ電気機械式時計ムーブメントが記載される。時計ムーブメント２は、固定子６と回転子８によって形成された電機モータ４を備える。固定子は、おのおのが回転子の回転軸１４に平行な中心軸１２を有する２つの平坦なコイルＢ１およびＢ２を備える。図示されているコイルは、平坦なディスクの形状を有する。しかしながら、円形の外形とは異なる他の外部外形、特に卵形または台形の外形を考慮することができる。

回転子８は、中心シャフト１６と、中心シャフトに取り付けられたディスクの形態の高透磁率を有する２枚のシート１８および２０（「磁気シート」とも呼ばれる）と、軸方向に分極され、２つの磁気シートの間に位置するように磁気シート１８上に固定されて配置された複数の磁石または磁化部分２２、２３とを備える。この代替実施形態では、上部磁気シート２０は単に、磁石によって生成される磁束の磁力線を閉じるためのプレートとして機能する。２つの磁気シートは、回転子とその周辺の小さな横方向の体積によって画定される体積内に磁石の磁束を実質的に閉じ込めるために使用される遮蔽構造を共に形成する。別の有利な代替実施形態（図１を参照）では、磁石は２つの磁気シートによって等しく支えられる。そのような場合、磁石は、それらの間に実質的に軸方向の磁束を生成するように、同じ極性を有する磁石のペアにおいて軸方向に整列される。示されている代替実施形態では、同じシート上に配置された磁石の極性は交互しており、磁石２２と磁石２３を区別する。この代替実施形態では、磁気シート１８上に６個の磁石、すなわち、逆極性を有する３ペアの隣接する磁石が設けられる（図３を参照）。磁石は、１２０°の極ピッチを画定するように、磁気シート１８上に円形かつ均一に配置されている。後述されるように、代替実施形態では、他の数の磁石、したがって他の極ピッチが提供される。

磁石は、おのおの軸方向分極を有し、最初に２つの磁気シートのいずれかに固定する前に、互いに分離された２Ｎ個の双極磁石で形成され得ることに留意されたい。しかしながら、これら磁石は、それが固定される強磁気シートの反対側の外面に２Ｎ個の磁極を有する環状多極磁石のそれぞれの部分によって形成することもできる。いずれの場合も、双極磁石と多極磁石の外側表面に、交互するＮＳ極性を有する２Ｎ個の磁極のペアがあり、ここで、Ｎはゼロより大きい整数で、好ましくは１より大きい。

２つの平坦なコイルＢ１およびＢ２は、複数の磁石からの軸方向の距離で、２つの磁気シート１８および２０の間に位置する平面２５の全体に延びる。回転子および２つのコイルは、これら２つのコイルが、その中心シャフト１６からその円周２８までのその２つの磁気シート間の回転子によって画定され、この回転子、特に、その磁石によって明確に残された回転空間２６に、部分的に配置されるように構成される。中心シャフトは、ピニオン３０を備え、その中心軸は回転軸１４と整列し、このピニオンは、時計ムーブメント２のアナログ表示機構のホイール３２と噛み合う。固定子は、回転空間２６の角度セクタ３４を明確に残すように構成されており、その頂角αは、この角度のセクタに留まりながら、中心シャフト１６まで回転空間内でホイール３２が半径方向に貫通できるように選択される。注目すべきことに、ピニオン３０は、２つの磁気シート１８と２０の間に配置され、回転軸１４の周りに前記回転空間を画定する２つの幾何学的平面３８と３９の間に位置する少なくとも１つの部分を有する。したがって、ホイール３２は、ピニオン３０と噛み合って、このホイールが駆動されることを可能にするように、回転空間の前記角度セクタで、２つの磁気シート間に部分的に配置される。

好ましくは、ホイール３２は、渦電流損失を低減するか、あるいは排除さえもするために、特定の材料で構成および／または製造される。例として、ホイール３２のプレートは、いくつかのスポークによって接続されたハブとリムを有する。有利な代替実施形態では、プレートを形成する材料はインコネル（登録商標）タイプの金属合金であり、その抵抗率は、真鍮の抵抗率よりもはるかに大きい。問題となっている損失を完全に排除するために、プレートは、たとえば、ポリオキシメチレン（「ＰＯＭ」）のような合成材料で製造できる。一般に、ホイールのプレートに磁性材料を使用することは避けられる。これは、回転子がこの車軸に吸引力、および逆の力を及ぼすことを防ぐために、ホイール３２の車軸にも適用される。より具体的には、適用されない場合、ホイール３２と回転子８が旋回するベアリングで摩擦損失が生じる。車軸は、たとえば、銅ベリリウム合金またはプラスチック材料で製造される。

有利な代替実施形態によれば、ホイール３２は、２つのコイルＢ１およびＢ２の平面２５の全体に延び、その軸４２は回転子の周辺に配置され、ピニオン３０はこの平面の全体に配置される。特に、このホイールに設けられた角度セクタ３４の頂角αは、１２０°よりも大きい。好ましくは、この角度は１３０°よりも大きい。したがって、前述した好ましい代替実施形態では、２つのコイルは、この回転軸に対して２３０°未満の角度セクタを占めるように、回転子の回転軸に垂直な同一の平面の全体に配置される。

有利な代替実施形態によれば、ホイール３２ならびに２つのコイルＢ１およびＢ２は、比較的大きな直径のコイルの配置を可能にするために、それらの間の角度ゾーンが、中心において１０°未満の角度を有するような寸法を有する。

２つのコイルＢ１およびＢ２の２つの軸１２と、回転軸１４との間に画定される幾何学的角度βは、特定の代替実施形態では１０４°に等しく、比較的低い消費電力で電機モータを効率的に駆動するのに十分な大きさを有する誘導電圧をコイルに有しながら、ピニオン３０とホイール３２との間の減速比を最適化する。回転子の極ピッチが１２０°の場合、２つのコイルＢ１、Ｂ２でそれぞれ生成される２つの誘導電圧信号間の電気的位相シフトφは４８°、つまり１２０°－１０４°によって乗じられた３６０°／１２０°に等しい。有利な代替実施形態では、電気的位相シフトφは、１０度から９０度の間（１０°≦φ≦９０°）の値に含まれる。好ましい代替実施形態では、電気的位相シフトφは、３０度から６５度の間（３０°＜φ＜６５°）の値を有する。

図５は、本発明の主な実施形態に対する３つの特定の代替案を表形式で概略的に示す。これら３つの代替案は、電機モータの２つのコイル間、つまり、表の最後の列に示されている誘導電圧信号間で６０°に等しい共通の電気的位相シフトφを有する。第１の代替案は、交互する極性を有する２ペアの磁石（クロスハッチされたディスクで示される）を有し、回転子の磁気シートを形成する強磁性ディスク上に均等に配置された回転子３ａを備える。コイルＢ２とそれに最も近い磁石との間の幾何学的位相シフトは、コイルＢ１が磁石の１つに整列された場合に計算される。電気的位相シフトと前述した幾何学的位相シフトとの間の数学的な方程式は、（３６０°／極ピッチ）×幾何学的位相シフトで与えられる。第２の代替案は、図２から図４に記載された代替案と同様に、強磁性ディスク上に配置された交互する極性を有する３ペアの磁石を有する回転子３ｂを備える。第３の代替形態は、強磁性ディスク上に均等に配置された交互する極性を有する４ペアの磁石を有する回転子３ｃを備える。

３つの代替案のおのおのの電機モータは、軸方向分極を有する磁石を設けられた２つの磁気ディスク、すなわち図１に示された代替案と同様の構成を有利に備えている。電気的位相シフトφが６０°の場合、第２の代替案は、特に前述したホイールの配置に対して、２つのコイルの平面に明確に残された角度セクタにおいて利点を有することが理解され得る。より具体的には、この第２の代替案では、コイルＢ１とＢ２の間の中心の角度は１００°に等しいが、他の２つの代替案では１２０°に等しい。

図６から図８Ｂを参照して、制御デバイスにおいて実施される電機モータを制御する方法にしたがう機能に加えて、主な実施形態にしたがって電機モータを制御するためのデバイスの代替実施形態が記載される。

図６は、電機モータを作動させるため、より具体的には、駆動電圧パルス５８ａおよび５８ｂを２つのコイルに印加するために、コイルＢ１およびＢ２の電力供給を管理する制御デバイス５２の電気回路を示す（図７）。この制御デバイスは、供給電圧Ｖ_Supのみならず、アース５４と供給電圧との中間値、特にこの供給電圧の半分に等しい値を有する、供給電圧から導出された基準電圧Ｖ_Refを供給する、電源に接続されている。当業者は、そのような基準電圧が生成されることを可能にする様々な電気回路を知っている。

制御デバイスは、直列構成の２つのコイルを介して印加される供給電圧の符号を反転させ、したがって、正と負の電圧パルスを印加できるように、２つのコイルＢ１およびＢ２に対してＨブリッジ構成で配置された４つのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４を備える。１つの代替実施形態は、スイッチＳ４が省略される（ここで、スイッチＳ１は、以下に特定されるように、電機モータを起動させるために使用し続ける）ように正電圧パルスを印加することに留意すべきである。

「閉スイッチ」という用語は、電流がそこを通過できるようにオン状態のスイッチであると理解される。したがって、「スイッチを開く」という用語は、有用な電流が通過できないようなオフ状態のスイッチであると理解される。開いたスイッチは、このスイッチの両側に配置された２つの要素を分離する。

制御デバイス５２は、第１の位相および第２の位相に、すなわち主な実施形態では、第１のコイルＢ１および第２のコイルＢ２に、別々に選択的に電力を供給できるように配置された少なくとも１つのスイッチＳ５をさらに備える。制御回路は、電機モータの起動段階中、最初に、回転子を配置するために、第１または第２の位相の一方に、次に、回転子を所望の方向に回転させるために、第１または第２の位相の他方に、給電できるように構成される。たとえば、記載された代替実施形態では、最初にスイッチＳ２およびＳ５が閉じられるが、スイッチＳ１およびＳ４が開かれるため、コイルＢ２を回転子の磁石に対向させるために、コイルＢ２に正電圧のみを供給する。好ましくは、コイルＢ１は、回転子の振動運動を減衰させ、その起動配置を加速するために、スイッチＳ３およびＳ６を閉じることにより短絡される。なお、スイッチＳ６は、後述する検出回路用に設けられていることに留意されたい。次に、コイルＢ１のみに負電圧が供給されるように、スイッチＳ２およびＳ３が開かれ、スイッチＳ１が閉じられる（スイッチＳ６がまだ閉じられていない場合には同じことが当てはまる）。これにより、比較的長い持続時間の開始パルスが供給され、コイルＢ１と回転子の磁石との間に良好な結合が得られ、この回転子は、その後、パルスを駆動することで回転を維持するのに十分な速度で、所定の回転方向で回転できるようになる。起動段階が得られ、回転維持段階が続く。

制御デバイス５２はさらに、
－ 回転子が回転しているときに２つのコイルにおいてそれぞれ生成される２つの誘導電圧信号Ｕ_B1およびＵ_B2に関する交差時間Ｔ_Cを検出できるように、コイルＢ１をコイルＢ２から瞬間的に電気的に分離できるスイッチＳ６と、
－ その２つの入力がそれぞれ、第１の誘導電圧信号Ｕ_B1を供給するコイルＢ１の第１の端子、および第２の誘導電圧信号Ｕ_B2を供給するコイルＢ２の第１の端子に接続された比較器Ｃ１と、を備えた検出回路を備える。

制御デバイスは、検出回路による交差時間Ｔ_Cを検出するための検出段階中に、２つのコイルの対応する２つの第２の端子が、２つのそれぞれのスイッチＳ７およびＳ８を介して基準電圧Ｖ_Refに瞬間的に接続されるように構成される。比較器Ｃ１は、出力側で、信号Ｓ_DIFを制御デバイスの論理回路５６に供給する。この論理回路は、特に、時間の観点から、制御デバイスのさまざまなスイッチの開閉を管理するために使用される。２つの誘導電圧と信号Ｓ_DIFは、意図した回転方向で電機モータが正常に機能する場合の図８Ａに示される。本明細書で提案する検出回路は、決して限定的ではない代替実施形態を構成し、この目的のために、当業者によって他の回路が提供され得ることに留意されたい。本発明の範囲内で重要なことは、２つの誘導電圧信号Ｕ_B1、Ｕ_B2の交差時間Ｔ_Cを検出できることであり、これら信号は、本発明によれば、２つのコイルおよび回転子の磁石の配置によって互いに相殺される。さらに、電力消費を可能な限り最小限に抑えることが求められる。提案されている検出回路の構成により、単純なアナログ電圧比較器と複数のスイッチを使用するだけでこれを実現できる。

制御回路５２はさらに比較器Ｃ２を備え、その２つの入力はコイルＢ２の２つの端子に接続される。この比較器Ｃ２は、出力側で、誘導電圧信号Ｕ_B2の符号を示す信号Ｐ_B2を供給する。図８Ａおよび図８Ｂに示されるように、交差時間検出回路によって供給される信号Ｐ_B2および信号Ｓ_DIFは、回転子の回転方向の検出を可能にする。意図する回転方向に対応する図８Ａでは、信号Ｓ_DIFの立ち上がりエッジは、信号Ｐ_B2がその論理状態「１」にあるときに発生し、信号Ｓ_DIFの立ち下がりエッジは、信号Ｐ_B2がその論理状態「０」にあるときに発生する。意図された回転方向と反対方向の回転に対応する図８Ｂでは、信号Ｓ_DIFの立ち上がりエッジは、信号Ｐ_B2が論理状態「０」にあるときに発生し、信号Ｓ_DIFの立ち下がりエッジは、信号Ｐ_B2が論理状態「１」にあるときに発生する。制御デバイスは、回転子が誤った方向に回転していることを検出すると、反応して回転方向を逆にする。制御デバイスは、たとえば少なくとも１つのコイルを短絡することにより、回転子を迅速に停止し、新しい起動段階を直接実行する。

図７は、好ましい代替実施形態の回転子の回転を維持する段階中の駆動電圧パルスの生成を示す。正電圧の駆動パルス５８ａをモータに印加するために、制御デバイス５２は、信号Ｓ_DIFの立ち上がりエッジを引き起こす交差時間Ｔ_Cの検出直後に、スイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ６を閉じ、他のすべてのスイッチを開く。負電圧の駆動パルス５８ｂをモータに印加するために、制御デバイス５２は、信号Ｓ_DIFの立ち下がりエッジを引き起こす交差時間Ｔ_Cの検出直後に、スイッチＳ１、Ｓ４、Ｓ６を閉じ、他のすべてのスイッチを開く。したがって、駆動パルスの印加時に、２つのコイルＢ１およびＢ２は直列に配置される。この構成では、直列の２つのコイルの外部端子に、２つの誘導電圧Ｕ_B1とＵ_B2の合計である合計誘導電圧Ｕ_Totが表示される。

好ましい代替実施形態では、電気的駆動パルスが開始される開始時間は、対応する交差時間の検出直後に発生し、それにより、対応する交差時間の検出に続くこれら電気的駆動パルスの生成のための時間遅延手段は設けられない。このような制御方法は、合計誘導電圧Ｕ_Totの絶対値で最大値に近い時間帯に駆動パルスを印加できるため、回転子の磁石とコイルとの間の良好な電磁結合を可能とし、散逸によって失われる電気エネルギも低減する。より具体的には、２つの誘導電圧信号Ｕ_B1とＵ_B2の両方が、同じ振幅の正弦波形状を有する場合、これら２つの信号の交差時間Ｔ_Cは、直列の２つのコイルの２つの外部端子間に生成される合計誘導電圧Ｕ_Totの絶対的な最大値に対応することが理解され得る。したがって、少なくとも電圧パルスの印加中に、検出回路を介して交差時間を検出し、２つのコイルを直列に接続することにより、前述した観察を最大限に活用して、回転子を効率的かつ安全に駆動することができる。本明細書に記載された制御方法の堅牢性は、対応する交差時間の検出後、各駆動パルスが時間遅延なしで生成されるという事実に由来することに留意されたい。したがって、特に衝撃の場合、または提供される制御方法の範囲内で、回転子の回転速度の変動は、この回転子の駆動、特にその駆動のための電磁結合の効率、またはモータの電力消費に有害な影響を及ぼさない。

有利な代替実施形態では、直列に配置された２つのコイルを通る駆動パルスの印加中に印加される供給電圧Ｖ_Supは、回転子が、公称角速度で回転している場合、合計誘導電圧Ｕ_Totの最大値よりも大きく、この最大値の１５０パーセント（１５０％）未満であるように提供される。したがって、散逸による電気エネルギ損失が減少する。回転子に十分な量のエネルギを供給するために、駆動パルスの持続時間および／またはその周波数を調整できることに留意されたい。さらに、供給電圧Ｖ_Supの値は、（たとえば、磁場または機械的ストレスによって引き起こされる）外部の外乱に対抗するために電力が必要な場合、前述した値の範囲より上で瞬間的に選択され得ることに留意されたい。最後に、特定の１つの代替実施形態では、制御デバイスは、特に、外乱を受けたときに、駆動パルス中に追加の電流を供給し、より大きな力のモーメントを回転子に加えることができるように、２つのコイルＢ１およびＢ２を瞬間的に並列に配置できるように配置される。

１ 連続回転電機モータ
２ 腕時計ムーブメント
３ 回転子
３ａ 回転子、フランジ
３ｂ 回転子、磁石、永久磁石、磁化部分
３ｃ 回転子
４ 電機モータ
５ 制御デバイス
６ 固定子
７ 回路
８ 回転子
１２ 軸、中心軸
１４ 軸、回転軸
１６ 中心シャフト
１８ 磁気シート
２０ 磁気シート
２２ 磁石、磁化部分
２３ 磁石、磁化部分
２５ 平面
２６ 回転空間
２８ 円周
３０ ピニオン
３２ ホイール
３４ 角度セクタ
３８ 幾何学的平面
３９ 幾何学的平面
４２ 軸
５２ 制御デバイス、制御回路
５４ アース
５６ 論理回路
５８ａ 駆動電圧パルス、電気的駆動パルス、正電圧の駆動パルス
５８ｂ 駆動電圧パルス、電気的駆動パルス、負電圧の駆動パルス
Ｂ コイル
Ｂ１ コイル
Ｂ２ コイル
Ｃ１ 比較器
Ｃ２ 比較器
Ｐ_B2 信号
Ｓ１ スイッチ
Ｓ２ スイッチ
Ｓ３ スイッチ
Ｓ４ スイッチ
Ｓ５ スイッチ
Ｓ６ スイッチ
Ｓ７ スイッチ
Ｓ８ スイッチ
Ｓ_DIF 信号
ｔ₁ 時間間隔
Ｔ_C 交差時間
Ｕ_B1 第１の誘導電圧信号
Ｕ_B2 第２の誘導電圧信号
Ｕ_Tot 合計誘導電圧
Ｖ_Ref 基準電圧
Ｖ_Sup 供給電圧
α 頂角
β 幾何学的角度
φ 電気的位相シフト

Claims (10)

1. 永久磁石（３ｂ；２２、２３）を設けられた回転子（３；８）と、前記永久磁石に磁気的に結合された２つのコイル（Ｂ１、Ｂ２）によって形成された固定子とを備えた連続回転電機モータ（１；４）であって、前記永久磁石および前記コイルの配置は、前記回転子が回転したときに、これらコイルのおのおのにおいて生成される誘導電圧が第１の位相および第２の位相を有する配置であり、これによって、前記コイルにおいてそれぞれ生成された２つの誘導電圧信号は、前記第１の位相と前記第２の位相との間の位相差に対応する前記位相差φを有し、この位相差は、５度から９０度の間（５°≦φ≦９０°）の値に含まれ、前記電機モータは、前記第１の位相に属する１つまたは複数のコイルにおいて回転する前記回転子によって生成された第１の誘導電圧信号（Ｕ_B1）が、前記第２の位相に属する１つまたは複数のコイルにおいて回転する前記回転子によって生成された第２の誘導電圧信号（Ｕ_B2）の値と等しい値を有する時刻である交差時刻（Ｔ_C）を検出するための回路（Ｃ１）を備えた制御デバイス（５２）を備え、前記制御デバイス（５２）は、前記回転子を回転させるための電気的駆動パルス（５８ａ、５８ｂ）を生成できるように構成され、各パルスは、それぞれの交差時刻に一致する開始時間においてそれぞれ開始され、前記制御デバイスは、前記第１の位相の少なくとも１つのコイルと、前記第２の位相の少なくとも１つのコイルとによって形成されるコイルのセットに前記電気的駆動パルスを印加できるように構成され、これらコイルは、少なくとも前記電気的駆動パルスの印加中、直列に配置されることを特徴とする、連続回転電機モータ（１；４）。
2. 前記位相差φは、１０度から９０度の間（１０°≦φ≦９０°）の値に含まれることを特徴とする、請求項１に記載の電機モータ。
3. 前記位相差φは、３０度から６５度の間（３０°＜φ＜６５°）の値を有することを特徴とする、請求項１に記載の電機モータ。
4. 前記制御デバイス（５２）はさらに、前記検出回路によって前記交差時刻を検出できるように、前記第１の誘導電圧信号を生成している前記１つまたは複数のコイルを、前記第２の誘導電圧信号を生成している前記１つまたは複数のコイルから瞬間的に電気的に分離できる少なくとも１つのスイッチ（Ｓ６）を備え、前記検出回路は、その２つの入力がそれぞれ、前記第１の誘導電圧信号（Ｕ_B1）を生成する前記１つまたは複数のコイルの第１の端子に、および、前記第２の誘導電圧信号（Ｕ_B2）を生成する前記１つまたは複数のコイルの第１の端子に接続された比較器（Ｃ１）を備え、前記制御デバイスは、前記交差時刻を検出するための検出段階中に、対応する２つの第２の端子が、２つのそれぞれのスイッチ（Ｓ７、Ｓ８）を介して基準電圧（Ｖ_Ref）に瞬間的に接続されるように構成されたことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電機モータ。
5. 前記制御デバイス（５２）は、前記電気的駆動パルス（５８ａ、５８ｂ）が開始される前記開始時間が、対応する交差時刻（Ｔ_C）の検出の直後に発生するように構成され、それにより、前記対応する交差時刻の検出後、これら電気的駆動パルスの生成のための時間遅延手段が提供されないことを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電機モータ。
6. 前記制御デバイス（５２）はさらに比較器（Ｃ２）を備え、前記比較器（Ｃ２）の２つの入力は、前記第１または第２の位相のうちの１つに属するコイル（Ｂ２）の２つの端子に接続されることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電機モータ。
7. 前記電気的駆動パルス（５８ａ、５８ｂ）の印加時に、直列に配置された前記第１の位相の前記コイル（Ｂ１）および前記第２の位相の前記コイル（Ｂ２）に印加される供給電圧（Ｖ_Sup）は、前記回転子が公称角速度で回転しているとき、その誘導電圧の合計の最大値より大きく、この最大値の１５０パーセント（１５０％）未満であるように提供されることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電機モータ。
8. 前記制御デバイス（５２）はさらに、前記第１の位相のコイル（Ｂ１）および前記第２の位相のコイル（Ｂ２）に別々に選択的に給電できるように配置された少なくとも１つのスイッチ（Ｓ５）を備え、前記制御デバイスは、前記電機モータの起動段階中、まず、前記第１または第２の位相の一方に、次に、前記回転子を所望の方向に回転させるために、これら第１または第２の位相の他方に、給電できるように構成されたことを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の電機モータ。
9. 前記固定子は、それぞれ前記第１および第２の位相を構成する２つの平坦なコイル（Ｂ１、Ｂ２）のみによって形成され、前記回転子の前記永久磁石は、交互する軸方向分極を有することを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電機モータ。
10. 請求項９に記載の電機モータ（４）を備えた腕時計ムーブメント（２）であって、前記２つのコイル（Ｂ１、Ｂ２）は、前記回転子（８）の回転運動を伝達するためのホイール（３２）を、前記回転子の回転軸（１４）に垂直な平面に配置することを可能にするために、前記回転子の前記回転軸（１４）に対して２３０°未満の角度セクタを占めるように、前記平面の同一平面に配置され、前記回転子は、前記平面に配置されたピニオン（３０）を備え、前記ピニオンの中心軸は、前記回転子の前記回転軸と整列されたことを特徴とする、腕時計ムーブメント（２）。

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