JPS6091855A - ステツプモ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は２時計の可動部品を駆動するのに特に適した電
磁ステッピングモータに関する。このモータは、ステー
タと、磁化されたロータとを有し。

前記ステータの磁気回路が、第１の巻線と、少なくとも
１つの第２の巻線とを備えている。

〔従来技術〕

この説明に概ね該当する従来のモータは、様々な刊行物
に記載されている。例えば、米国特許第４．３６１，７
９０号に記載されているものは、２つの回転方向を持ち
、同時に励磁される２つの巻線を備えた磁気回路を備え
ている。このモータは、基本的には、ロータを取シ囲む
３つの極拡張部すなわち広磁路部を持つステータを備え
ている。前記広磁路部の１つは２つの巻線に共通し、他
の２つは。

それぞれ、２つの巻線の各々に従属している。磁束保存
の原理によシ、後者の２つの広磁路部に向かって作用す
る力の２倍の引き付ける力が、こうした構成によシ、共
通の広磁路部に向いてロータに作用する。この構成で生
じる機械的な不平衡による片側によった磁気引きつけ力
が、当然の結果として、ベアリングと軸とに応力をかけ
てしまい。

摩耗を起こし、その結果、モータの寿命を短かくしてい
る。

〔発明の概要〕

前述の問題点は２本発明によって解消される。

本発明に基づくステップモータは２時計の可動部品を駆
動するのに特に適している。このモータは。

ステータと、磁化されたロータとを有し、前記ステータ
の磁気回路が、第１の巻線と、少なくとも１つの第２の
巻線を備え、各巻線は、コアのまわシに巻かれておシ、
前記ステータは、可飽和ネック又はスロットのような狭
磁路部で分割された４つの広磁路部を持ち、第１の巻線
の励磁で発生した磁束が、はぼ等しい２つの部分に分割
されるように、前記ステータの磁気回路は構成されてお
り。

分割された磁束の一方が、第２の巻線のコアを通り、そ
の結果、ロータに２つの磁界を与え、これらの磁界は、
２つの直交軸線に対しほぼ対称となっている。

〔実施例〕

以下、添付図面に沼って本発明の実施例につき詳細に説
明する。

第１ａ図は１本発明の第１の実施例に係るモータの概略
図である。このモータは、基本的には。

ステータ１とロータ２を備えている。ステータは。

第１の巻線ｔと、第２の２つの巻線Ｐｉ及びＰ２を備え
る。この好ましい実施例では２巻線りの巻数は、各巻線
Ｐ１及びＰ２の２倍の巻数である。巻線ｔはコア３に巻
かれ１巻線ＰＩとＰ２は、それぞれ。

コア５と４に巻かれている。コア３，４及び５は。

全体を１で示したステータに連続し、当該ステータの一
部分をなす。ステータ１の中央部分には。

開口があシ、この開口中にロータ２が配置されている。

前記開口の境界とロータ２との間には、空隙１６が存在
する。更に、ステータの中央部には。

可飽和の狭磁路すなわち可飽和ネック６．７．８及び９
を形成するために、半月状の４つの切欠きが設けられて
いる。これら切り欠きは、スロット又は空隙で置換でき
る。この構成により、ステータは、参照符号１０．１１
．１２及び１３を付した４つの広磁路部を有する。又、
ステータの開口の内側境界壁に形成した２つの切シ欠き
１４と１５とにより１巻線が励磁されていない時に、ロ
ータの角度位置が定まる。ロータは、磁化の向きが直径
の方向に配向された永久磁石を有する。ロータの位置は
、静止時２図で示す双頭矢印Ｎ−８に一致している。

第１ａ図の構成において、巻き線りを励磁すると、磁束
が発生し、この磁束は、ロータに各巻線から発生の磁界
を加えるために、はぼ等しい２つの磁束部分に分割され
る。空隙に直接に到達する磁束ψ１と、空隙に到達する
のに９巻線ＰｉとＰ２を通過する必要のあるΦ２とであ
る。従って、この構成では、磁束Φ、とΦ２に応じてロ
ータに作用する磁界は１図に示した２つの直交軸ＸとＹ
に〆対してほぼ対称である。これから解かるように、こ
れらの磁界の合成軸は、軸Ｘに平行で、矢印１Ｔの方向
に向いている。しかし、この向きは９反対向きのパルス
で巻線１が励磁されると、矢印１Ｔの向きとは反対にな
る。

次に２巻線Ｐ１とＰ２とを、同相で励磁するか。

又は逆相で励磁するかにより２分けて説明する。

まず１巻線Ｐ１とＰ２が、逆相で励磁される場合を考え
る。第２図は９巻線の接続を示し、黒丸は巻線の向きを
示す。第２図は、また９巻線Ｐｉ及びＰ２と、独立した
巻線Ｖとの関係１示す。ここで。

巻線Ｐ１とＰ２それぞれからの磁束Φ４とΦ３は、第ｌ
ａ図に示すようである。Φ３とΦ４に応じた合成磁界の
軸は、矢印１８の方向である。従って９巻線２からの矢
印１７で示す磁界の軸と、逆相接続の巻線Ｐ１とＦ２と
からの矢印１８で示す合成磁界の軸とが、互いに直交し
ていることが直ちに解がる。

この条件下で１回転角αの関数としてロータに作用する
偶力Ｃの値を表わす第３図を参照する。

正回転はα１正に、逆回転はαは負にとっである。

ここで、電磁ステッピングモータのロータには。

少なくとも２種類の偶力が働くことに注目されたい。即
ち、磁石単独による静的位置決め偶力ｃａＣａｂとであ
る。点Ｓ’２＋８１及びｓ２は、第１ａ図のＮ−８で示
すロータ位置に相当する。電流が流れていない場合の安
定な平衡点である。他方９点Ｉ′１゜■１及び工２は、
不安定な平衡点であり、軸線Ｎ−８が第１ａ図に示した
切り欠き１４．１５に整合している場合のロータ位置に
相当する。

第３図には２巻線ｔの相互偶力Ｃａｂ　（ｆ）と、逆相
励磁の２つの巻線Ｐ１及びＦ２の相互偶力Ｃａｂ（Ｐｘ
−Ｆ２）とが示されている。これら２つの偶力は、前述
の説明通シ、９０度だけ離れている。曲線Ｃａｂ（ｆ）
は一定の電流で巻線ｔを励磁した結果を示し。

一方２曲線−〇ａｂ　（ｆ）は一定の電流であるが逆向
きの電流で巻線ｆを励磁した結果を示す。曲線Ｃａｂ（
ＰＩ　Ｐｚ）は、第２図に示す接続の巻線ＰＩとＦ２を
、一定の電流で励磁した時の偶力金示す。図を複雑にし
ないようｒ　Ｃａｂ（ＰＩＦｇ）の曲線は示されていな
い。

巻線２だけを持ったモータを考えてみると、こうしたモ
ータは標準的な単相モータであって、そのロータは、相
互偶力Ｃａｂ　（ｆ）により安定位置８１から位ｆｌｉ
８ｚへと回転させられる。この偶力の大きさは、Ｉｆの
位置の角度よシやや大きい角度αまで回転するのには充
分である。残シの運動は、励磁中に貯えられた運動エネ
ルギすなわちポテンシャルエネルギによって行なわれる
。しかし、これでは。

周知のように、モータを逆転駆動できない。モータに加
え得る。利用可能なエネルギーＣａｂ　（ｆ）が。

位置決めエネルギより小さいからである。

巻線２と、逆相接続の２つの巻線Ｐ１及びＦ２とによ）
、この実施例に係るモータは、第１ａ図に示す直交する
磁界を持っ２相モータとして働く。

従って、このモータは９巻＋１に加えられるパルスに応
じて、・一方の又は他方の向きに回転できる。

モータのパラメータと、打ち勝つべき機械的偶力とに応
じて、所要動作に最も適したパルスの構成が選択される
。ここでは、可能な２つの励磁動作（一方は正転用、他
方は逆転用）全説明する。

第４ａ図において、上方波形が巻ａｆの供給電圧Ｕ（ｆ
）を、下方波形が巻線ｐｔとＦ２の供給電圧Ｕ（ＰＩＰ
ｚ）ｔ−示す。これらは、ロータを正転させるだめのも
のである。第３図を参照して、ロータが偶力Ｃ１’に発
生し１位置Ｓ！から位置Ｉｆへ回転するのに必要な期間
１巻線ｔには電圧Ｕ（り）が印加される。次いで１巻線
ＰｉとＦ２は＋　、Ｕ　（Ｐｉ　Ｆ２　）の電圧で励磁
される。この励磁は、ロータが１８００まで回転するに
要する偶力Ｃ２を発生するために十分な期間中、継続さ
れる。こうして、ロータは点Ｓ２に位置される。予定時
間経過後、励磁を逆にして２次の段階が行なわれる。又
、第４ａ図は。

巻線ｆが励磁されている時は巻線ＰｉとＦ２が回路を開
かれていることを点線２０で２巻線Ｐ１とＦ２との励磁
中は巻線ｆが回路を開かれること全点線２１で、それぞ
れ示している。この構成の必要な理由は、ロータの正転
を妨げる逆起電力が、励磁されていない巻線中に生ずる
ためである。

第４ｂ図は、ロータを逆回転させるための１巻線ｔの供
給電圧Ｕ（ｆ）’ｔ−上方の波形で２巻線Ｐ１とＦ２の
供給電圧Ｕ（ＰＩ　Ｆ２）を下方の波形で、それぞれ示
している。これは、ロータの８１の位置からＳ′２の位
置への回転を扱っている。そのため、第３図に示すよう
に２巻線ｔを−Ｕ（ｆ）の電圧で励磁して偶力Ｃａｆｉ
−発生させるが、この偶力Ｃ３はロータが４５度回転す
る前に中断される。巻線Ｐ１とＦ２も電圧Ｕ（ＰＩＦ２
）で励磁され、偶力Ｃ＜ｋ発生する。この偶力はｃ４．
モータが新しい点Ｓ′２に到達するまでの期間にわたっ
て、維持されている。以上から明らか々ように、逆回転
には（モータと２選択されたモータのパラメータを考慮
して）、まず。

相互に逆極性の２つのパルスで２種の巻線の各々全同時
に付勢し２次いで１巻線ＰＩとＰｌの方のみを励磁する
。予定時間が経過すると、励磁は逆転され２次の段階に
入る。巻線Ｐ１とＰｌとの励磁の継続中２巻線ｔの短絡
防止のため９点線２２で示す如く、第４ａ図で説明した
のと同じ構成がここでも採られる。

これまでの説明は、ステップ動作のモータ、すなわち、
そのロータは、各秒ごとに１段階進み。

例えば、ウォッチの秒針を１度に１秒進めるようなもの
に関する。しかし、場合によっては８例えば、アラーム
時刻をディスプレイしたシ２時刻を変更するために１秒
針を進めたり遅らせたシ高速で駆動できると都合がよい
。本発明に係るモータは、そのような操作にも適してい
る。交番パルスのグループを離間している停止時期をな
くせるからである。このことは、急速前進用の波形を示
す第４ｃ図と、急速逆回転用の波形を示す第４ｄ図とか
ら理解できる。

次に、モータの巻線ＰｉとＰｌとが同じ位相で励磁され
る場合を考える。第５図から明らかなように２巻線１と
２つの巻線Ｐｉ及びＰｚ（図中黒丸は巻線の向きを示す
。）の総べては、振幅Ｕのパルスで直列に励磁される。

従って、モータ領域の磁束の流れは変わシ、第１ｂ図に
概略的に示したようになる。第１ｂ図中２図示しない巻
線は、第１ａ図に示したモータの巻線の構成と同一であ
る。

前述と同様に２巻線ｆの励磁により、ΦｌとΦ２の２つ
の部分に分かれた磁束が発生する。巻線ＰｉとＰｌが同
相で励磁されるため、これらの合成磁束は、第１ｂ図に
示す磁束Φ５のようになる。磁束Φ５は、磁束ΦＩおよ
びΦ２と同じ方向および向きで。

また、その振幅を磁束ΦｌおよびΦ２の組合せの振幅に
ｔｌは等しく図示し得る。従って、磁束Φ５と。

磁束Φｌ及びΦ２とが組み合わさった。矢印１９の方向
に向いた合成磁束の磁界に、ロータは置かれる。換言す
れば２巻線ｔによって発生した磁界の軸と、同一位相で
励磁された巻線ｐ、とＰｌから発生した磁界の軸とは、
同じ方向と向きを持つ。

第６図には１位置決め偶力Ｃａと１巻線ｔによる相互偶
力Ｃａｂ　（ｆ）と、同相励磁の２つの巻線ｐｔ及びＰ
ｌによる相互偶力Ｃａｂ　（ＰＩ＋Ｐ２　）が示されて
いる。相互偶力は、同位相で、同一の振幅である。その
結果、モータが通常よシ大きい負荷に打ち勝つ毎に使え
る偶力の、２倍の大きさの偶力Ｃａｂ　（ｔ）となる。

モータは、ここでは、単一の優先回転方向を持った単相
モータとして動作する。モータは、第７図に示すような
、従来からの両極パルスで励磁されている。

前述した一方の接続か又は他方の接続に従がい。

所定の物品に見合ったモータを使うことが望まれる。し
かし、第２図に示す接続（２相）から第５図に示す接続
（単相）に変えるのには９巻線ＰＩＰｚｆ：交差させる
必要があシ、従って、４引出線の巻線だと便利である。

切勺換え作業を簡単にするために、第８図に概略的に示
した接続構成を使うことができる。この構成は、第５図
に示した構成と同等であシ、シかも１巻ｉＰｔとＰｌを
、第２図に概略的に示したのと同じ接続構成に変えられ
る利点がある。一方の構成から他方の構成に変えられる
ようにする場合、巻線Ｐ１とＰｌのグループに３つの引
出線が必要とされるだけである。

以下に説明する本発明の第２の実施例に係るモータも、
同様に、直径方向に磁化されたロータと。

４つの広磁路部及び第１の巻線ｔｆもつステータとを備
えている。このモータが、第１ａ図に示したモータと異
なるのは、第２の巻線がただ１個の巻線Ｐ１のみである
薫である。この場合には、磁束通路について説明を加え
るまでもなく、第９図が１巻線２による相互偶力Ｃａｂ
　（ｆ）と１巻線Ｐ１による相互偶力Ｃａｂ（Ｐｉ）と
を示していることが分かる。巻線Ｐ１による偶力Ｃａｂ
（Ｐｌ）は、偶力Ｃａｂ（ｔ′）に対し４５度離れ２巻
線Ｐ１が巻線ｆの半分の巻き数であるとすれば、偶力Ｃ
ａｂ　（ｆ）の振幅の半分の振幅となる。事実上、第１
の巻線Ｖで発生した磁界と、第２の巻線Ｐｉで発生した
磁界との合成軸は、＃１は４５度の角度にある。

このモータも、同じく２両方向に回転できる。

以下に説明するのは、これら２つの回転方向それぞれに
対し、実際に取シ得る２つの励磁手法の例である。

正転のためには１巻線？だけが励磁され２位置Ｓ１から
位置Ｓ２ヘロータを回転させるのに、第１０ａ図に示す
パルスが適当な長さに選択される。この時このモータは
、単相モータとして扱われている。

ロータの駆動に使用してない巻線Ｐ１は、その端子間に
ロータの回転ごとに銹導電圧Ｕ４　（Ｐ’ｔ　）　ｆ生
じる検知巻線として、有効利用できる。偶力らが点Ａで
零を通る際、そのこと自体（運動エネルギとポテンシャ
ルエネルギ）によって回転ステップを終了することがで
き、その時点でパルスＵ（１）を中断する。点Ａの通過
は、電圧Ｕｌ（Ｐｌ）の反転によ９２巻ＭＰｔで検知さ
れる。この電圧反転は。

制御パルスＵ（ｒ）ｔ−遮断する信号として役立つ。

第１１図は、ロータを高速正転させられることおよびそ
の方法を示している。交番パルスヲ互イに接近はさせる
が１点Ｓ２へ回転するのに必要な期間を残して完全に連
続させてはいない。以上では２巻線Ｐ１は、制御用に用
いられている。

逆転運転では、第９図および第１０ｂ図に示すように、
まず１巻＃Ｐｘｆｔ電圧Ｕ（Ｐｌ）で励磁し、この電圧
で、ロータを概ね９０度逆向きに（点工゛ｌへ）回転さ
せるために、偶力Ｃｓ（Ｃａｂ（Ｐｚ）の軌跡に等しい
）を作シだすことができる。これに続いて、電圧Ｕ（ｆ
）で励磁される巻線ｔが、ロータを新しい位置Ｓ’２に
回転させるのに充分な大きさの偶力Ｃ６（偶力Ｃａｂ（
ｆ）７の軌跡に等しい）を作シだす。

２つの主要な実施例に基づいて説明してきたこのモータ
には２以上に詳述した動作のほか、多くの操作の可能性
がある。とシわけ、４つの広磁路部により、ロータに作
用する力が常にバランスし。

結果的に、ロータ軸とそのベアリングの持ちがかなりよ
くなる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は２本発明に係る第１の実施例のモータの概略
図であシ、ステータは第１の巻線と、２つの第２の巻線
を備えている。 第１ｂ図は、第１ａ図に示すモータの単相運転における
磁束を示す図である。 第２図は、第１ａ図のモータを二相運転する場合の巻線
接続を示す図である。 第３図は、二相運転時における。モータの回転角の関数
としての偶力の値を示す図である。 第４ａ図および４ｂ図は、正転と逆転それぞれの二相の
ステップ運転での２巻線に加えるパルスの例を示す図で
ある。 第４ｃ図および４ａ図は、二相の高速運転で巻線に加え
られる。正転用および逆転用のパルス例をそれぞれ示す
図である。 第５図は、第１ａ図のモータの単相運転時の巻線接続を
示す図である。 第６図は、単相運転時における。ロータの回転角の関数
としての偶力の値を示す図である。 第７図は、正転のための単相ステップ運転にて。 巻線に加えるパルスの例を示す図である。 第８図は、第１ａ図のモータの単相運転用の巻線接続の
変更例を示す図である。 第９図は１本発明の第２の実施例に従ったモータの偶力
の値を示す。図で、この第２の実施例ではモータのステ
ータは、ただ１つの第２の巻線を備えている。 第１０ａ図および１０ｂ図は、ステップ運転のための、
正転（単相）と逆転（２相）それぞれの場合に於いて、
第２の実施例でモータに加えるパルスの例を示す図であ
る。 第１１図は、従属制御での高速運転にて、第２の実施例
でのモータに加えるパルスの例を示す図である。 １１１・・壽ステーｆｉ、２・・中・ロータ、３．４．
５・・・・コア、６．７，８．９・・・・可飽和狭磁路
部、１０，１１．１２．１３・Φ・・広磁路部。 １４．１５ΦΦ・・切り欠き、Φ１〜Φ５・・・・磁束
。 特許出願人　オメガ・ニス・アー 代理人　山川政樹（ほか２名） 図面の浄億−（内容に変更なし） ｊ女　煎 手続補正書物式） １．事件の表示 昭和５９年　特　許　願第１３９２４５号２、発明の名
称 ステップモータ ３、補正をする者 事件との関係　特　許　出願人 名称（氏名）　オメガ・ニス・アー ６、補正の対象 （３）　図　面　５９Ｈ，２Ｔ　’１

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステータと磁化されたロータとを備え、前記ステ
   ータの磁気回路が第１の巻線と、少なくとも１つの第２
   の巻線とを有し、各巻線は対応のコアに巻かれておシ、
   前記ステータは可飽和狭磁路部で区切られた４つの広磁
   路部を持ち、第１の巻線の励磁によシ発生した磁束が、
   はぼ等しい２つの磁束部分に分割されるように、前記ス
   テータの磁気回路が構成されておシ、その磁束部分の一
   方が第２の巻線のコアを通シ、それによってロータは２
   つの磁界中に置かれ、これらの磁界が２つの直交軸線に
   対しほぼ対称であるようなステップモータ。
2. （２）前記ステータの磁気回路が２つの第２の巻線を備
   え、第１の巻線によって発生する磁界と、相互に逆相で
   励磁された前記第２の巻線より発生する磁界とが、＃１
   は直交するようになされている特許ｑし 請求の範囲第１項に記載のステグモータ。
3. （３）前記ステータの磁気回路が２つの＃ｃ２の巻線を
   備え、第１の巻線によって発生する磁界と、相互に同相
   で励磁された前記第２の巻線よシ発生する磁界とが、同
   じ方向および向きをもつようになされている特許請求の
   範囲第１項に記載のステップモータ。
4. （４）前記ステータの磁気回路が１つの第２の巻線を備
   え、第１の巻線によって発生する磁界と、前記第２の巻
   線より発生する磁界とが、ｔ”Ｆｔ１１′４５度である
   ようになされている特許請求の範囲第１項に記載のステ
   ップモータ。