JPH05297812A

JPH05297812A - 高速多色表示装置

Info

Publication number: JPH05297812A
Application number: JP12801092A
Authority: JP
Inventors: Tadahiko Nakagiri; 忠彦中桐; Kazuo Teramoto; 一雄寺本
Original assignee: T I SHII SHICHIZUN KK; TIC CITIZEN KK; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: T I SHII SHICHIZUN KK; TIC CITIZEN KK; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1992-04-22
Filing date: 1992-04-22
Publication date: 1993-11-12

Abstract

(57)【要約】【目的】多色表示装置のモータの動作を高速かつ確実に
すること。【構成】コイルに加える駆動パルスを加速パルスと制動
パルスで構成し、磁石を取り囲む４個のステータ間のギ
ャップを狭めて、ステータによる磁石の自己保持力を極
小にすることにより、９０°あるいは１８０°の回転の
加速、制動時間を短くするとともに、ステータ形状や加
速パルスの選択によって、１８０°の回転の際に回転方
向が定まるようにする。また、回転体の運動をコイルの
誘起電圧で検出することにより、動作不良時に再駆動パ
ルスを与える。【効果】簡潔な構造と駆動方法によって、多色表示装置
が小電力で高速に動作し、動画表示が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば広告用表示板
あるいは交通機関の案内表示板等において、テレビ画像
等の動画表示を行うことのできる高速多色表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】本発明の出願人は、先に特願平３−１５
８３７４号により多色大型表示装置を提案した。図１３
はその実施例の断面図、図１４は平面図である。これは
赤、緑、青、白等それぞれ別の色を塗った４個の表示面
を持つ色表示体１０３に、回転軸５１１と永久磁石５０
９を固定して回転子とし、前記回転軸の回りに４個の磁
芯５０７と励磁コイル５０６Ａ〜Ｄからなる電磁石を配
置して固定子とし、電磁石に通電することにより色表示
体が回転するステップモータ構造の表示素子である。図
１５はそのような表示素子のコイルの結線図、図１６は
コイルの駆動回路図、図１７は動作の説明図であるが、
以上の図面はいずれも前記の出願に記載されているもの
であり、ここでは説明を省略する。該出願はさらに、こ
のような表示素子を複数個、格子状に配置したものを表
示の単位面積ブロックとすることにより、多様な色表示
を行うことを提案している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような多色表示
装置において、ステップモータの動作速度が低いと、テ
レビ画像や高速流れ文字等を表示することができない。
この発明の主たる目的は、動作の速いステップモータを
実現することによって高速の色切り替えを可能にし、誤
動作がなく、低消費電力で、構成簡潔な低コストの高速
多色表示装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明においては、前記
の特許出願に示したような４極のステップモータのコイ
ルに与える駆動パルスを、加速パルスと制動パルスで構
成することにより回転子の動作時間を短縮する。両パル
スの間に中間部の波形を設ければ、この区間の回転子の
消費電力の節減となる。

【０００５】また本発明では、ステータ相互およびステ
ータと磁石のギャップを小さくして、通常のステップモ
ータの特徴である回転子の自己保持力をゼロに近づける
とともに、回転部の軸受け摩擦等による回転抵抗を利用
して、自己保持作用による回転力と平衡させ、回転子の
制動段階での振動を抑えることにより、高速駆動を可能
にする。

【０００６】また本発明では、ステータの一端を特別の
形状にしてステータ間に磁気的な不平衡を生じさせ、１
８０°回転の駆動に対して、回転方向を一方向に規制す
る。

【０００７】また本発明では、１８０°の回転のために
２組のコイルに与える駆動パルスに、位相差、電圧差ま
たは波形差等を設けることにより、回転方向を決定して
１８０°の回転を確実にする。

【０００８】また本発明では、１８０°の回転に対し
て、まず各コイルに９０°回転のパルスを与え、回転子
の９０°回転に続いてさらに同方向の９０°回転パルス
を与えることにより、１８０°の回転を高速に行う。

【０００９】また本発明では、駆動コイルまたは追加し
て設けた検出コイルに生じる逆起電力によって、回転子
の回転動作を検出し、これに応じて制動パルスを発生さ
せ回転子を短時間に停止する。

【００１０】また本発明では、回転子の動作もれや停止
位置違いを上記の逆起電力によって検出し、再度駆動パ
ルスを与えて動作を修正する。

【００１１】

【作用】上記の各手段を単独または組み合わせて用いれ
ば、高速で正確に動作するステップモータが得られる。
これによって表示装置の高速色切り替えが可能になり、
案内表示の流れ文字を滲みの少ない鮮明な表示で移動さ
せたり、テレビ等で必要とする１フレームの時間内に切
り替えを行って、映画と同等の動画像を得ることができ
る。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の対象である多色表示装置の分
解斜視図である。磁性材料の地板１１１から４本の磁芯
１１２が立ち上がり、各磁芯の上端にそれぞれステータ
１１３が結合され、磁石ギャップ１１４と４箇所のステ
ータギャップ１１５をもって磁石１１６を取り囲んでい
る。磁芯１１２にはそれぞれコイル１１７、１１８、１
１９、１２０が巻かれており、互いに向き合うステータ
のコイル１１７と１１８、１１９と１２０が直列に接続
されて２組のコイル群をなしており、コイル端子１２１
と１２２、１２３と１２４にそれぞれ独立した駆動パル
スが与えられる。磁石１１６には回転軸１２５が固定さ
れ、回転軸１２５の上端がステータ枠１２６の軸受け穴
１２７を通って上方に突き出した部分に、色表示体１２
８が中心穴１２９で押し込まれて固定される。色表示体
１２８の円筒面は、円筒軸に平行に例えば４色に塗り分
けられており、磁石１１６と一体に回転するので、横か
ら見れば４色に切り替わる。ステータ枠１２６は、４個
のステータ１１３を位置決めして保持するプラスチック
枠で、本図では分かり易くするため、ステータ枠１２６
と色表示体１２８を上方に持ち上げて描いてあるが、組
み立てられた状態では、磁石１１６はステータ枠１２６
の内部で回転するのであり、ステータ枠１２６や、磁芯
１１２にコイル１１７〜１２０を巻いた電磁石部は、色
表示体１２８の内側に納まってステップモータを構成し
ている。

【００１３】図２はステップモータの磁石とステータの
状態を示す説明図で、図２（Ａ）の磁石１１６のＮ、Ｓ
極は、４個のステータ１１３ａ、ｂ、ｃ、ｄを図示の極
性で励磁することにより、安定状態を保っている。この
状態から磁石１１６を左に９０°回転させるためには、
４個のステータを図２（Ｂ）に示す極性に励磁する。

【００１４】図３は図２のステップモータの動作の説明
図で、従来用いられてきた駆動波形と磁石の回転状態を
示す。ステータの極性が図２（Ａ）から図２（Ｂ）の状
態に移るよう、前記の２組のコイルをそれぞれ単パルス
１４１のような電圧で駆動し、磁石１１６のＮ極が図２
（Ａ）におけるステータギャップ１１５による保持トル
クを外れて、約４５°左の１３２位置まで回転できるエ
ネルギーを与えれば、その後は慣性で回転して９０°左
の位置１３３に達する。ステータギャップ１１５が磁石
ギャップ１１４に比べてある程度広い時、磁石１１６の
Ｎ極は図２（Ａ）のごとくステータギャップ１１５の位
置すなわち１３１の方向で安定するが、ステータギャッ
プ１１５がさらに広くなって、ステータの円弧長が図２
のものの半分ぐらいになると、磁石１１６のＮ極はステ
ータ中央の１３２方向が安定点となる。図３の曲線１４
２は駆動パルス１４１に対する磁石１１６の回転速度
（左回転が正）を示しており、駆動パルス１４１が加わ
ると、Ｎ極は加速されて回転が始まり、駆動パルス１４
１が消えても磁石１１６や色表示体１２８の慣性のた
め、速度波形１４２に示されるごとく回転が続き、９０
°回転して位置１３３に達した時には、この位置のステ
ータギャップの引き込み力も加わって最大速度になって
いる。この時には、駆動パルス１４１は消えているか
ら、磁石１１６のＮ極は慣性のため図２（Ｂ）の１３４
の位置まで行き過ぎ、位置１３３を中心に速度曲線１４
２のように減衰振動を行う。このような従来の駆動方法
は低消費電力の点では好ましいが、振動状態があるた
め、高速動画用としては不向きである。

【００１５】図４は本発明の駆動波形によるステップモ
ータ動作の説明図である。加速パルス１４３の後に制動
パルス１４４を設けることにより、図３に比べ短時間で
振動状態を収めて停止することができる。電圧波形１４
５の部分では駆動電圧を下げるが、駆動電圧をゼロにし
ても磁石１１６と表示体１２８の慣性によって回転する
ので、低消電であるとともに、制動パルス１４４で急速
に停止状態に持って行くことができる。ゼロ電圧波形部
１４５を設ければ回転部はその間加速されないから、制
動パルス１４４の電力を小さく押さえられる。駆動波形
の極性は、図２（Ａ）のステータの極性を図２（Ｂ）の
状態にするものであり、加速パルス１４３と制動パルス
１４４は極性が同じである。

【００１６】図５は従来のステップモータのステータと
磁石の関係を示す。磁石１１６は、ステータ１１３ａ、
ｂ、ｃ、ｄとの関係で生じる自己保持力によって決まる
停止位置を取る。図５（Ａ）ではステータギャップ１１
５が磁石ギャップ１１４に比べて広いため、自己保持力
による磁石１１６のＮ極の停止位置は、ステータギャッ
プ１１５の中央に当たる位置である。図５（Ｂ）では、
ステータ相互間のギャップが図５（Ａ）のものよりも広
いため、自己保持力による磁石１１６の磁極の停止位置
は、ステータギャップの位置でなく、ステータ１１３
ａ、ｂ、ｃ、ｄ等に向き合う位置になる。

【００１７】図６は、本発明によるステータと磁石の関
係を示す。通常、ステップモータにおいては、ステータ
による磁石の自己保持力を生じているのが特徴である
が、図６のごとく、ステータギャップ１１５を磁石ギャ
ップ１１４にほぼ等しいかそれ以下にすることにより、
自己保持力が極小化して、図４で述べた加速パルスと制
動パルスをさらに有効に働かせる構造になる。ステータ
ギャップ１１５と磁石ギャップ１１４を極限まで狭くす
ると、自己保持力が小さくなる一方、加速と制動が最も
効率よく作用する状態になるのは明らかで、極めて好都
合である。表示装置を風防機能のあるケースに納めるな
どして、風等の外乱による不時の回転を防ぐ場合には、
自己保持作用は必要ない。自己保持力を小さくしてよい
なら、図４の加速パルス１４３の電力を小さくしても大
きな加速ができる。また、加速パルスの電力が小さいこ
と、自己保持力に起因する磁石１１６の振動が少ないこ
とによって、制動パルスの電力も小さくでき、回転と停
止を高速にして、画像ぶれの少ない高画質の表示が得ら
れる。しかし、ステータギャップ１１５を小さくして
も、ギャップがある限りは自己保持力は完全には消滅し
ない。そこで本発明では、ある程度、摩擦による回転抵
抗を生じさせ、これを自己保持力による回転子の振動の
抑制に用いる。すなわち図１にて、回転軸１２５の軸受
け部の径を大きくして、回転子の重量による軸受け摩擦
を増したり、断面的に見た磁石１１６とステータ１１３
の高さ関係を若干食い違わせておいて、ステータ１１３
から磁石１１６に対して生じる軸方向の磁気吸引力によ
り、回転軸１２５の肩部を軸受け穴周辺に押しつけて摩
擦を増したり、または制動部材として小さな板ばねを設
けて回転軸１２５に接触させ、回転軸１２５が径方向ま
たは軸方向に押されて摩擦を生じることにより、自己保
持作用による回転子の復元力とこれらの摩擦による回転
抵抗を平衡させる。回転抵抗は本来、モータ効率の低下
要因であるが、このように利用するならば、回転子の制
動段階での振動を防いで、動画表示に必要な高速動作を
行わせることができる。

【００１８】図７は、本発明の駆動波形によるステップ
モータ動作の他の実施例である。ここでは、図４におけ
る加速パルス１４３と制動パルス１４４の間のゼロ電圧
波形１４５を取り去った駆動波形を用いる。この方法に
よれば、従来、磁石１１６が図２（Ｂ）の１３２の位置
まで回転した時に終わらせていた加速パルス１４３を、
磁石１１６の回転が１３３位置に達するまで加速電圧１
４５’として継続し、その後は制動電圧１４４’として
与えることにより、最も短時間に回転を完了させること
がでできる。この場合、回転動作を確実にするため、制
動電圧１４４’の部分は、回転運動が完全に停止するま
で継続することが好ましい。本図の駆動波形は、自己保
持力を小さくした図６のステップモータ構造と併用すれ
ば、さらに有効である。

【００１９】図８は本発明によるステータの構造であ
り、ステータ１５５ａ、ｂ、ｃ、ｄの一端に凹部１５６
を設けてある。この凹部を設けたことにより、磁石１１
６を１８０°回転させる場合に、その回転方向を一方向
に規制することができる。つまり、磁石１１６のＮ極が
Ｓ極の位置まで回転する時、凹部がないと左右の回転力
がバランスして方向付けされないため、回転が起こらな
いまま駆動パルスが終わってしまうことがある。図８の
構造では、凹部があることによって、磁石１１６のＮ極
が受ける左方向の回転力（矢印１５７）が右方向への回
転力よりも強くなり、磁石１１６は左に回転してＮ極が
Ｓ極の位置に達する。このように、ステータ端部の形状
によって予め磁気的な不平衡を生じさせておくことで、
磁石１１６が１８０°回転する場合の回転方向を定め
る。

【００２０】図９は、同じく１８０°回転させるための
ステータの磁気的不平衡を、駆動波形によって与える方
法である。パルス波形１６１を、先の図２（Ａ）のステ
ータ１１３ａ、１１３ｃのコイルに加え、パルス波形１
６２をステータ１１３ｂ、１１３ｄのコイルに加える。
パルス波形１６１と１６２には位相差１６５が設けてあ
り、上記２組のコイルは時間差駆動されることによっ
て、それぞれのステータに磁気的な不平衡が生じ、図８
の場合と同じような効果が得られる。一方のコイル端子
に加える駆動波形と他方のコイル端子に加える駆動波形
の違いによって、パルスの立ち上がりの際に何らかの磁
気的不平衡を生じればよいから、上記のような位相差の
ほかにも、一方のコイルの駆動波形１６１に対して他方
のコイルの駆動波形１６３に振動波形部１６６を設けた
り、他方のコイルの駆動波形１６４の電圧１６８を駆動
波形１６１の電圧１６７より小さくしたり、さらにこれ
らを組み合わせたりすることによって、１８０°の回転
を方向を定めて確実に行うことができる。

【００２１】図１０は本発明において、モータの１８０
°の駆動を９０°づつ２回に分けて行う場合の駆動波形
を示す。駆動波形１７１は、図２（Ａ）のステータ１１
３ａ、ｂ、ｃ、ｄの駆動コイルに９０°回転用として同
時に与えられ、磁石１１６のＮ極が図２（Ａ）の位置１
３１から９０°左の位置１３３まで、図７の場合と同様
に回転する。この運動を図１０の速度波形の実線部１７
２で示す。続いて各コイル端子には、後半の９０°の駆
動パルス１７３を所要の極性に切り替えて加える。その
場合の運動を速度波形の破線部１７４で示してある。１
８０°回転した位置１７５（図２（Ｂ））に達するまで
引き続き加速されるので、回転速度は図に見るようにさ
らに上昇し、前半の９０°までの到達時間１７６の約半
分の時間１７７で、後半の９０°の回転を終了する。こ
の後、停止までの時間１７８には、パルス１７３は図７
の場合と同様に、制動パルスとして作用する。この方法
によれば、最も短い動作時間で１８０°回転する。

【００２２】図１１（Ａ）、（Ｂ）は、モータの磁芯に
検出コイルを設けた構造と、その場合の駆動パルスおよ
び磁石の動作状態である。図１１（Ａ）に示すように、
モータの磁芯１１２に、駆動コイル１１７〜１２０のほ
か、検出コイル１８１〜１８４を設ける。図１１（Ｂ）
において、駆動波形１８５が消えた後、磁石１１６が慣
性で回転を続けてから振動を繰り返す様子が、速度波形
１８６に見られる。磁石１１６の運動に伴う磁界の変化
によって、検出コイル１８１〜１８４に誘起電圧１８７
が生じる。誘起電圧１８７は駆動波形１８５と速度波形
１８６に比例して生じるので、これを駆動時間１８８の
部分を除いて電圧増幅した波形１８９を、制動パルスと
して駆動コイル１１７〜１２０に加える。増幅度を任意
に選ぶことにより、例えば破線１９０に示すごとく、適
切な振幅の制動パルスにすることができる。また、本実
施例では４個の検出コイルを用いたが、１個でもよく、
また、検出コイルでなく駆動コイル自体の逆起電圧を切
り替えて使用してもよいが、その場合は、振動周期を予
め測定して特定しておく必要がある。

【００２３】図１２は、上記のようにして検出した逆起
電圧によってモータ動作を確認し、動作に異常があった
場合に修正用の駆動パルスを与える駆動方法のブロック
図である。手順１９１で誘起電圧を検出し、手順１９２
でモータが確実に動作したかどうかを判定し、駆動に失
敗して回転しなかったなど動作が正常でなかった場合、
手順１９３で修正用の駆動パルスをモータ１９４に与
え、再びコイルの誘起電圧をチェックすることができ
る。

【００２４】

【発明の効果】この発明の構成によれば、ステップモー
タを高速に回転させ、確実に所定の位置に停止させるこ
とができる。これはモータと同軸に表示体を取り付けて
色切り替えを行うことが、テレビ等の動画用として使用
できるものであることを意味し、ドットマトリクスの混
色効果を用いる高速多色表示装置に最も適した構成であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が対象とする多色表示装置の分解斜視図
である。

【図２】ステップモータの磁石とステータを示す図であ
る。

【図３】従来の駆動波形によるステップモータの動作説
明図である。

【図４】本発明の駆動波形によるステップモータの動作
説明図である。

【図５】従来のステップモータの磁石とステータを示す
図である。

【図６】本発明のステップモータの磁石とステータを示
す図である。

【図７】本発明の他の駆動波形によるステップモータの
動作説明図である。

【図８】本発明のステップモータの磁石とステータを示
す図である。

【図９】１８０°の回転を、回転方向を定めて行う駆動
波形の図である。

【図１０】１８０°の回転を、９０°づつ２度に行う駆
動波形の図である。

【図１１】検出コイルを設けたモータとその動作説明図
である。

【図１２】本発明の駆動方法のブロック図である。

【図１３】従来の表示素子の断面図である。

【図１４】図１３の表示素子の平面図である。

【図１５】図１３の表示素子のコイルの結線図である。

【図１６】図１３の表示素子のコイルの駆動回路図であ
る。

【図１７】図１３の表示素子の動作の説明図である。

【符号の説明】

１１１地板１１２磁芯１１３ステータ１１４磁石ギャップ１１５ステータギャップ１１６磁石１１７〜１２０コイル１４２、１４６、１４６’、１７２、１７４、１８６
速度波形１４３加速パルス１４４制動パルス１８１〜１８４検出コイル１８９制動電圧

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁石と多色に塗り分けた色表示体を回転
軸に固定し、複数の磁芯とコイルとステータを前記磁石
の周囲に配置してなるモータによって色表示を行う多色
表示装置において、前記複数のコイルに加える駆動波形を加速パルスと制動
パルスで構成したことを特徴とする高速多色表示装置。
【請求項２】請求項１に記載の高速多色表示装置にお
いて、加速パルスと制動パルスの間に低駆動またはゼロ駆動の
中間部を設けたことを特徴とする高速多色表示装置。
【請求項３】磁石と多色に塗り分けた色表示体を回転
軸に固定し、複数の磁芯とコイルとステータを前記磁石
の周囲に配置してなるモータによって色表示を行う多色
表示装置において、各ステータ間のギャップを前記磁石−ステータ間のギャ
ップと同等またはそれ以下にすることにより、ステータ
による磁石の自己保持力を小さくするとともに、回転軸
の軸受け摩擦による回転抵抗または制動部材を設けるこ
とにより作り出した回転抵抗が、該自己保持力による回
転力とほぼ平衡するごとく構成したことを特徴とする高
速多色表示装置。
【請求項４】磁石と多色に塗り分けた色表示体を回転
軸に固定し、複数の磁芯とコイルとステータを前記磁石
の周囲に配置してなるモータによって色表示を行う多色
表示装置において、前記各ステータの一端に凹部を設けることにより、ステ
ータ間に磁気的な不平衡を生じさせ、前記磁石の１８０
°回転に対して回転方向を一方向に規制したことを特徴
とする高速多色表示装置。
【請求項５】磁石と多色に塗り分けた色表示体を回転
軸に固定し、複数の磁芯とコイルとステータを前記磁石
の周囲に配置してなるモータによって色表示を行う多色
表示装置において、前記複数のコイルの一方の組に加える駆動波形の立ち上
がり部を、他方の組のものより位相的に遅らせるか、ま
たは電力的に小さくすることにより、前記磁石の１８０
°回転に対して回転方向を一方向に規制したことを特徴
とする高速多色表示装置。
【請求項６】磁石と多色に塗り分けた色表示体を回転
軸に固定し、複数の磁芯とコイルとステータを前記磁石
の周囲に配置してなるモータによって色表示を行う多色
表示装置において、前記複数のコイルに加える１８０°回転の駆動波形を、
第一の９０°回転の駆動波形と第二の９０°回転の駆動
波形に区分して構成したことを特徴とする高速多色表示
装置。
【請求項７】磁石と多色に塗り分けた色表示体を回転
軸に固定し、複数の磁芯とコイルとステータを前記磁石
の周囲に配置してなるモータによって色表示を行う多色
表示装置において、前記ステータの駆動コイルにより、または前記ステータ
に検出コイルを設けることにより、前記磁石の運動によ
る磁界の変化に伴う誘起電圧を検出、増幅した波形を、
制動パルスとして前記コイルに加えることを特徴とする
高速多色表示装置。
【請求項８】磁石と多色に塗り分けた色表示体を回転
軸に固定し、複数の磁芯とコイルとステータを前記磁石
の周囲に配置してなるモータによって色表示を行う多色
表示装置において、前記ステータの駆動コイルにより、または前記ステータ
に検出コイルを設けることにより、前記磁石の運動によ
る磁界の変化に伴う誘起電圧を観測してモータの誤動作
を検出し、前記コイルに再駆動パルスを与えることを特
徴とする高速多色表示装置。