JPS622849A

JPS622849A - ステツプモ−タ

Info

Publication number: JPS622849A
Application number: JP14216985A
Authority: JP
Inventors: Noboru Miyashita; 宮下　昇; Kazuyuki Sawamura; 澤村　一幸
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1985-06-28
Filing date: 1985-06-28
Publication date: 1987-01-08

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】〔発明の技術的背景とその問題点〕近時腕時計などに使用される小形のステップモータには
、ロータと、このロータを配置する孔ヲ有するステータ
と、このステータに磁気的に結合されるコイルとを備え
たものがある。

第１７図はこの形式のステップモータの従来の構造を示
している。図中１は板状のステータで、その両端部には
コイル２を巻装した磁心３が取付けられている。ステー
タ１にはロータ４を配置するための円形孔５が形成され
、この円形孔５内に２極の磁極を有するロータ４がギヤ
ラグを存して回転自在に配置しである。またステータ１
には、前記コイル２によりステータ１を通る励磁磁束の
方向と直交する方向に沿う前記円形孔５０対向する周辺
部に一対の小幅部６゜６が形成しである。この小幅部６
．６は、その断面積が小さいので、コイル２によるわず
かな励磁磁束で飽和し、前記円形孔を一対の磁極として
作用させるためのものである。さらに前記円形孔５の内
周部には、前記励磁磁束の方向に対して傾斜した方向に
沿う対向した部分に前記ロータ４の静止位置を決めるた
めのものである一対のノツチ７．７が切欠き形成しであ
る。このノツチ７．７の存在によ）ロータ４はその磁極
が磁束方向に対して傾斜した位置にくるように静止し、
コイル２による励磁磁束の作用でロータ４Ｋ）ルクが加
わりロータ４が回転する。

従って、コイル２に反転ノ母ルス電流が流れる毎にロー
タ４が一方向に１８０°の角度でステップ回転する。

しかしてこのような構成の小形パルスモータにおいて、
ステータ１は板材からなるものであるからプレス加工に
より製作している。すなわち、ステータ１に使用する板
材にプレス加工を施し、ステータ１の外周部、円形孔５
およびノ、チア、７をプレス型により打抜いて形成して
いる。

しかるに、ステータ１におけるノアチア、７は幅が１■
以下と大変小さいものであシ、ノツチ７．７を打抜き形
成することが困難であシ、しかもノツチ７．７を打抜き
形成するために用いるプレス型に大きな負担が加わって
折れることがあり、またプレス型の摩耗が大きくプレス
型の寿命が短くなるという製造上の問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は前記事情に基づいてなされたもので、ステータ
の製造が容易であり、且っロータを低消費電流で効率良
く安定して回転させることができるステップモータを提
供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明のステ、ｆモータは、ステータの円形孔の周辺部
に、コイルの励磁磁束の方向に対し傾斜した方向に沿い
ロータ位置決め用の溝を形成することにより、ロータ位
置決め部の加工を容易にするものである。さらに、前記
溝の両方の側壁に挾まれたステータ部分で、ロータ回転
方向に対して後側の箇所の肉厚が小さくなるように、ロ
ータ回転方向に沿って肉厚を異ならせることにより、ロ
ータの安定した回転を損うことなく、前記溝を、ロータ
が低消費電流で回転させることが可能な位置に設定でき
るようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明を図面で示す実施例について説明する。

第１図ないし第４図は例えば腕時計に組込んだ本発明の
ステップモータの一実施例を示している。

第１図において、１１は磁性材料の板材からなるステー
タ、１２はステータ１１に取付けた磁心１３に装着され
たコイルで、ステータ１１？よび磁心１３は図示しない
部材に取付けられティる。１４は２極の磁極を有するロ
ータで、このロータ１４における軸部１５ｇ、１５ｂは
適宜な軸受部１７ｍ、１７ｂに回転自在に支承され、一
方の軸部１５ａにはロータ１４の回転を外部へ伝達する
ピニオン１６が取付けである。

前記ステータｌｌｌＩＣは円形孔１８が形成され、この
円形孔１８には前記ロータ１４が配置さ・れる。ステー
タＩＪにおける円形孔１８の周辺部には、前記コイル１
２による励磁磁束の方向に直交する方向にて対向する部
分に一対の小幅部１９．１９が形成しである。

ステータ１ノにおける一側面には、前記コイル１２によ
る励磁磁束の方向に対して所′定角度傾斜した方向に沿
い且つ前記円形孔１８の中心を通る線上に位置する断面
角形をなす一対の溝２０．２０が、円形孔１８の対向す
る周辺部に分けて形成しである。これら溝２０．２０は
円形孔１８の周縁とステータ１１の外周縁との間に連続
して形成しである。これら溝２０．２０は前記ロータ１
４の静止の位置決めを行なうためのもので、溝２０．２
０の存在によシロータ１４はその磁極が前記励磁磁束の
方向に対して傾斜した方向に位置するように静止される
。

さらＫ、ステータ１１において前記溝２０゜２００両方
の側壁に挾まれたＬ部およびＬ部は、前記ロータ１４の
回転方向に対して後側の箇所の肉厚が小さくなるように
、ロータ１４の回転方向に沿って肉厚を異ならせて形成
しである。

この実施例では、溝２０．２０の底壁を、溝２０のロー
タ回転方向に対し後側の側壁２０ａ。

２０ｍからロータ回転方向に沿い上側へ向けて傾斜する
ように形成している。これによシ各溝２０．２０の両方
の側壁に挾まれたＬ部およびＬ部す々わち溝２０，２０
の底部は、ロータ回転方向に対し後側の箇所の肉厚ｔが
、ロータ回転方向に対し前側の箇所の肉厚ｔ′より小さ
くなるように肉厚を異ならせて形成されている。

なお、図中２１．２１はステータ１１に形成した磁心取
付孔で、この取付孔２１．２１と前記磁心１３に形成し
た孔にねじ（図示せず）を通して磁心１３をステータ１
１に取付けることができる。

このように構成したステップモータにおいては、ステー
タ１１は板材をプレス加工して製作する。すなわち、板
材に対して抜き型を用いた１回または２回の打抜き加工
を施して、円形孔１８および磁心取付孔２１．２１とス
テータ外形部を形成し、次に板材にポンチを用いた打刻
加工を施して溝２０．２０を形成する。この溝２０．２
０を形成する打刻加工は、従来のノツチを形成する打抜
き加工に比して容易に行なえ、またこの打刻加工におい
てはピンチが欠ける危険性がなく、ポンチの摩耗量も小
さいので、ポンチの寿命が長くなる。

次にステップモータの作動について説明する。

ロータ１４は、ステータ１１に形成した溝２０．２０の
傾斜角度に規定されて、ロータ磁極がコイル１２による
磁極磁束の方向に対して傾斜した方向に位置するように
静止される。そして、ステータ１１にコイル１２の励磁
磁束が作用すると、ロータ１４にトルクが加わってロー
タ１４が回転される。従って、前記コイル１２に反転パ
ルス電流が流れてステータ１１に励磁磁束が向きを変え
て交互に通る毎に、ロータ１４が一方向に１ステップ１
８０００角度で安定して図示矢印方向に回転する。

ここで、ステータ１１において溝２０．２０の両側壁に
挾まれたＬ部およびＬ部の肉厚を異ならせるように形成
する構成と、ロータ１４０回転との関係について説明す
る。説明に際して、第４図において、ステータ１１の励
磁磁束の方向線をＸ−Ｘ線、とのＸ−Ｘ線に直角な方向
線をＹ−Ｙ線、ステータ１１の溝２０．２０ととする。

そして、溝２０．２０の底部をロータ回転方向後側の箇
所の肉厚が小さくなるように肉厚を異ならして形成する
ことにより、ステップモータの消費電流の低下を図るた
めに、溝２０．２０の傾き角度αを大きくして、ロータ
１４の静止時におけるロータ磁極の傾き角度θを大きく
した場合でも、ロータ１４の回転特性を安定化させるこ
とができる効果がある。すなわち、ロータ１４の回転の
安定を保ちつつ、ステ、ｆモータの低消費電化を図るこ
とができる。

この作用について詳細に説明を加える。第５図は、ステ
ップモータにおけるコイル１２に流れる消費電流の波形
を示す線図であシ、実線がロータ回転時の電流波形を、
点線がロータ停止時の電流波形を各々示しており、且つ
各電流波形の面積が消費電流の大きさである。ロータ回
転時の消費電流は、−一夕１４の回転に伴い線図のよう
な波形形状を示す。この理由は、ロータ１４から発生す
る磁束がコイル１２を通り、この磁束量がロータ位置に
よって変化し、コイル１２に発生する起電力（逆起電力
）が変化するため、つまりロータ１４によりコイル１２
に誘導電圧が発生するためである。

この誘導電圧τは、次式で表わされる。

ｖ＝ｔｐ、Ｎ、山θ旦ｔ ψ：ロータに発生する磁束量Ｎ：コイル巻数この式によシ、ψとＮを一定とするならば、コイル１２
に発生する誘導電圧が最も高くなるｄθ のけ、ｓｌｎθπが最大となる点であるから、θζ９０
″′であることが予測できる。

第６図および第７図は、夫々低ノ臂ルス幅（−）におけ
る消費電流の波形を示している。第６図で示す電流波形
は、ロータ１４が静止位置から回転して、その磁極がθ
＝９０°の位置（ｙ−ｙ線）に達する時点の近辺で、電
流のノ臂ルスが切れている。これに対して第７図で示す
電流波形は、第６図の電流波形と同一パルス幅でも、ロ
ータ１４が回転してその磁極がθ＝９０°の位置を少し
越えた時点でパルスが切れている。これにより、第７図
で示す電流波形による消費電流は、第６図で示す電流波
形の消費電流と比較して、電流値が最小を示す時点（θ
＝９０°）に到るまでの時間、つまシロータ１４の磁極
が静止位置からθ＝９０°の位置（Ｙ−Ｙ線）に達する
までの時間が短く、破線で示す分だけ電流が小さいこと
が判る。

従りて、パルスモータの消費電流を減少させるためには
、消費電流を第７図で示す波形にすることが必要となる
。つまり、消費電流の電流値が最小を示す点に至るまで
の時間を短くすること、言換すればロータ１４の磁極が
静止位置からθ＝９００の位置まで達する時間を短くす
ることである。このための方法としては、ステータ１１
の溝２０．２０の傾き角度αを増加させて、ロータ１４
の静止時における磁極の傾き角度θを９０°に近づける
（ｙ−ｙ線に近づける）方法がある。

しかしながら、この方法であると、溝２０゜２０の傾く
角度の増大に伴い、第４図で示される前記円形孔１８０
周縁部におけるＹ−Ｙ線と溝２０．２０のロータ回転方
向に対し前側の側壁との間の８部および８部の範囲が拡
大する。

このため、ロータ１４の回転時に磁極がθ＝９０’位置
（ｙ−ｙ線）から溝２０．２０の前側壁まで移動する距
離が増大し、ロータ１４の磁極とステータ１１との間に
働く磁気的結合力によりロータ１４に制動がかかり、ロ
ータ１４の回転の磁極がθ＝９０°の位置（Ｙ−Ｙ線）
を越えてロータ１４が回転する時に、消費電流が増加し
て本来の目的に反する状態が発生するとともに、ロータ
１４が回転を停止する、逆回転する、回転トルクが低下
するといったロータ１４の回転動作が不安定になるとい
う状態が発生する。

この対策として、本発明では、ステータ１１における溝
２０．２０の両側壁で挾まれたＬ部およびＬ部を、ロー
タ回転方向に対し後側の箇所の肉厚が小さくなるように
肉厚を異ならせて形成しである。これによりロータ１４
が回転し、その磁極がθ＝９０°の位置を越えて溝２０
．２０を通過する時に、ロータ１４とステータ１１との
間に働く磁気的結合力を弱めてロータ１４に制動がかか
らないようにしている。このため、ロータ１４の回転時
に磁極がθ＝９０°（Ｙ−Ｙ線）を越えた後において、
消費電流が増加することがないとともＫ、ロータ１４が
回転停止や逆回転したシ、ロータ１４の回転トルクが低
下するといった事態が発生せず、ロータ１４が安定して
回転する。従って、ロータ１４の回転特性を低下させる
ことなく、ロータ静止時における磁極の傾き角度θを出
来るだけ９０°に近づけて消費電流の低下を図ることが
できる。

第８図は、各消費電流の電流波形を比較して示す線図で
ある。この線図において、Ａは溝のステータ肉厚が異な
る場合、Ｂは溝のステータ肉厚が均一な場合、Ｃはロー
タ停止時の各消費電流を示し、ａ点およびｂ点は消費電
流Ａ、Ｈにおいて、ロータが回転してその磁極がθ＝９
０６の位置達する時間を示している。この線図によれば
ａ　（ｂであシ、消費電流Ａはノクルス幅を消費電流Ｂ
に比して短くでき、消費電力を減少できることが判る。

しかして、ステータ１）の溝２０．２０の両側壁に挾ま
れた部分を、溝２０のロータ回転方向後側の箇所の肉厚
が小さくなるように肉厚を異ならせるように形成するた
めの形状は、第３図で示されるものに限定されない。例
えば溝２０．２０の底部を第９図ないし第１２図で示す
ように形成しても良い。また、溝２０．２０は、１個の
溝２０について第１３図で示すようにステータ１１の表
裏両面に形成してステータ１１の肉厚を異ならせるよう
にしても良い。さらｋ、溝２０．２０においてステータ
１１の肉厚を最も小さくする部分は、溝２０．２０の全
長にわたって形成することなく、円形孔１８の周縁部に
のみ形成しても良い。さらに、溝２０゜２０はステータ
１１全体を横断することなく、円形孔１８の周辺部のみ
に形成しても良い。

第１４図および第１５図は本発明のステップモータの他
の実施例を示すもので、第１因ないし第３図と同一部分
は同一符号を付している。

第１図ないし第３図で示す実施例では、ステータ１１の
一面のみに溝２０．２０を形成しているが、本実施例で
はステータ１１の表裏両面に分けて溝２０　、２０’を
形成している。すなわち、ステータ１１の一方の面にお
いて円形孔１８の周辺部に第１の溝２０を形成し、且つ
他方の面において第１の溝２０と対向して円形孔１８の
周辺部に第２の溝２０′を形成したものである。

また、谷溝２０　、２０’の底部は、第１６図で示すよ
うに第３図で示す形状を採用してステータ１１の表裏両
面において、傾斜面が逆向きとなるように形成する。

この構成によれば、ステータ１１はロータ１４の上半部
と下半部に夫々均等な磁束量の磁束を作用することがで
きる。従って、ステップモータの向きに応じてロータ１
４の軸部１５ｈが下側に位置した時における該軸部１５
ｍと軸受部Ｊ７＆との間の摩擦抵抗と、ロータ１４の軸
部１５ｂが下側に位置した時における該軸部１５ｂと軸
受部Ｚ７ｂとの間の摩擦抵抗が均一となる。これにより
、腕時計の姿勢の変化によりステップモータの姿勢が変
化しても、その姿勢の向きにかかわりなくロータ１４の
回転特性が変化せず安定した回転が得られる。

また、ステータ１１は両面に溝２０．２０を有するので
機械的強度が大である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明のステップモータによれば、
ステータにロータの静止位置決めを行なうための部分を
形成する加工を容易に行なうことができるとともに、ロ
ータの回転特性を損うことなく消費電流を低下させて効
率良い運転を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は夫々本発明の一実施例を示すもの
で、第１図はステップモータの正面図、第２図は第１図
■−■線に沿うステータの拡大断面図、第３図はステー
タの拡大斜視図、第４図はステータとロータの位置関係
を示す説明図、第５図ないし第７図は夫々ステ、ｆモー
タの消費電流の波形を示す線図、第８図は各消費電流の
波形を比較して示す線図、第９図ないし第１３図は夫々
ステータに形成する溝の他の例を示す説明図、９１４図
ないし第１６図は夫夫他の実施例を示すもので、第１４
図はステ。プモータの正面図、第１５図は第１４図ｘｖ　−ｘｖ線
に沿うステータの拡大断面図、第１６図（、）　（ｂ）
はステータの溝を示す拡大断面図、ｉｌＴ図は従来のス
テップモータを示す正面図である。１１・・・ステータ、１２・・・コイル、１３・・・磁
心、１４・・・ロータ、１８・・・円形孔、１９・・・
小幅部、２０・・・溝。出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第１図第２Ｂ！Ｉ第４図第１１図　　　　　第１２図第１３図第　１４　　Ｅ第１５図７Ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内部にロータが配置され且つ周縁部で一対の磁極
を構成する円形孔と、この円形孔の周辺部にコイルによ
る励磁磁束と直交する方向に位置して形成された断面積
の小さい一対の小幅部と、前記円形孔の周辺部に前記励
磁磁束の方向に対し傾斜した方向に沿って形成された溝
とを有するステータを備え、このステータにおける前記
溝の両方の側壁に挾まれた部分は、前記ロータの回転方
向に対して後側の箇所の肉厚が小さくなるようにロータ
回転方向に沿って肉厚を異ならせたことを特徴とするス
テップモータ。
（２）ステータの溝は、ステータの一方の面において円
形孔の対向する周辺部に形成した一対の溝である特許請
求の範囲第１項に記載のステップモータ。
（３）ステータの溝は、ステータの一方の面において円
形孔の周辺部に形成した第１の溝と、ステータの他方の
面において第１の溝と対向する円形孔の周辺部に形成し
た第２の溝とからなる一対の溝である特許請求の範囲第
１項に記載のステップモータ。