JP2881160B2 - 回転磁界型モータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、時計などに用いる正逆
回転駆動が可能な回転磁界型モータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】正逆回転するモータの従来技術の１つと
して、本願出願人が先に提案した実公平２−３７２６７
号公報に示されるように、ロータとして径方向２極に着
磁した円筒形マグネットを用い、このロータに等分に３
つのステータを対向させ、この３つのステータの励磁順
を変えることによって正逆転させる回転磁界型モータが
ある。

【０００３】また、特開平４−７５４９９号公報には、
回転方向が決められているモータを入力パルスの入力パ
ターン，タイミング等を変化させて逆転させる技術が提
案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術にお
いて、前者のものは、ロータを円筒形状のままで径方向
に２極に着磁するために、着磁パターンがサインカーブ
的になり、ステップモータとして動作させる場合には、
ロータが１ステップ動作して運動収束しようとする時
に、Ｎ極またはＳ極のどちらかに囲われたステータの１
つが対向して位置するが、もう一方の極の磁束ピーク部
分が２つのステータの接合部分と対向するため、ロータ
回転運動の収束が悪くなり、ロータ停止時に振動しなが
ら止まる、いわゆるハンチングを生じる。ロータの回転
により指針を回転駆動する時には、指針の微振動が見ら
れて見苦しいことになる。そして、このハンチング動作
が収まって完全に停止してから次の駆動信号を供給する
ことになるので、早送り運動のスピードを上げられない
という問題があった。後者のものは、ステップモータの
脱調領域を利用したものであり、耐慣性負荷が小さく、
例えば、設備時計のムーブメントのようにイナーシャの
大きい指針を取り付ける用途には向いていないという問
題があった。

【０００５】そこで本発明の目的は、ロータ停止時にハ
ンチング動作をしないようにすることにより素早い回転
運動の収束を得られるようにするとともに、正逆転の駆
動を容易にした回転磁界型モータを提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の回転磁界型モータは、以下の手段を採用
したところに特徴がある。すなわち、永久磁石からなる
ロータと、このロータを等角度幅で取り囲む３つのステ
ータ板と、これらの各ステータ板を励磁して回転磁界を
発生させる３つのコイルとを含んだものからなる。ロー
タには、円筒状の外周部を軸心と平行な平面にて６０度
の中心角度幅で切欠してなる３つの切欠部が等角度間隔
に形成してあり、３つの切欠部の間に位置する３つの円
弧部のう ちの２つがそれぞれ同じ磁束強度を有する同極
に着磁され、残りの１つが２つの円弧部の極と異極に着
磁され、かつ２つの円弧部の各磁束強度の２倍の磁束強
度を有している。

【０００７】ステータ板に設けてあるステータ磁極部
は、好ましくは、ロータに設けられた３つの円弧部の中
心角度幅と同じ中心角度幅に設けられる。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図１に示すように、本発明の回転磁界型モータ
は、永久磁石からなるロータ１を中心として、その回り
を取り囲む磁性材の薄板で形成されたステータ２が配置
されている。ステータ２を構成する３つのステータ板２
１，２２，２３には、コイル３１，３２，３３が巻回さ
れている３つのコイル芯４１，４２，４３の一端部が固
着してある。各コイル３１，３２，３３は、それぞれ平
行に並べられている。各コイル芯４１，４２，４３の他
端部は、継ステータ５によって接続されており、これに
より３つのステータ板は互いに磁気回路を作っている。

【０００９】ロータ１には、図２に示すように、円筒状
の外周部を軸心と平行な平面にて６０度の中心角度幅で
切欠してなる３つの切欠部１ａ，１ｂ，１ｃが等角度間
隔に形成してあり、これらの３つの各切欠部間は非切欠
部である円弧部１ｄ，１ｅ，１ｆによって結ばれてお
り、切欠部と円弧部との結合したものが１２０度の等角
度間隔に配置されたものとなっている。ロータ１の平面
中心部にはロータ軸６が貫通した状態に固着されてお
り、ロータ１を紙面の水平方向に回転可能にしている。

【００１０】図３に示すように、上記した３つの円弧部
１ｄ，１ｅ，１ｆの内の２つの円弧部１ｅ，１ｆは、そ
れぞれ同じ磁束強度を有するＮ極に着磁されている。ま
た、残りの１つの円弧部１ｄはこれら２つの円弧部とは
異極であるＳ極に着磁され、かつこのＳ極の磁束強度は
各Ｎ極の２倍の磁束強度を有するように着磁されてい
る。すなわち、これらのロータ磁極部がＮ極に着磁され
る場合には、円弧部１ｅ，１ｆの磁束強度をＮ，Ｎと表
示しているのに対し、ロータ磁極部１ｄの磁極の磁束強
度を２Ｓとして表示している。

【００１１】図１に示すように、ステータ２の具体的な
形状は、ロータ１を等角度幅で取り囲む３つのステータ
板２１，２２，２３からなり、隣り合うステータ板２１
と２２、２２と２３、２３と２１の間は、凹部２１ａと
切欠部２１ｃ、凹部２２ａと切欠部２２ｃ、凹部２３ａ
と切欠部２３ｃとにより、磁気抵抗の大きい（断面積の
小さい）狭幅連結部２１ｄ，２２ｄ，２３ｄとなってい
る。凹部２１ａ，２２ａ，２３ａと、ステータ磁極部２
１ｂ，２２ｂ，２３ｂとは、いずれも中心角１２０度の
等間隔の角度幅に配置されている。したがって、この実
施例のステータ２の各ステータ板２１，２２，２３は、
機械的には狭幅連結部２１ｄ，２２ｄ，２３ｄを介して
一体に繋がった単一部材となっているが、磁気的には３
つの独立したステータ板となっている。

【００１２】ロータ１とステータ２は、それぞれ既に説
明した形状を有しているので、ステータ２が励磁されて
おらずロータ１が静止状態の時には、３つのロータ磁極
部１ｄ，１ｅ，１ｆは、それぞれ３つのステータ磁極部
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂと対向して磁気的に結合してい
る。

【００１３】この時の磁束は、図４に示すように、２Ｓ
に着磁されたロータ磁極部１ｄからＮ極に着磁されたロ
ータ磁極部１ｅ，１ｆに向けて各切欠部に沿って流れ、
回りを取り囲むステータ磁極部を透過している。このた
め、各ロータ磁極部は、対向する各ステータ磁極部を異
なる磁極に磁化して安定した状態で静止している。

【００１４】このように構成されたモータの作動は、図
示しないプリント基板のパターンに接続された駆動回路
等の出力信号が、コイル３１，３２，３３のいずれかに
印加されることにより、それに対応するステータ板２
１，２２，２３に磁界が発生しその磁束の流れによりロ
ータ１が回転するようにしたものである。

【００１５】図５は、コイル３１，３２，３３を順に励
磁した場合におけるロータ１の安定位置を示している。
ロータ１の安定位置は、ステップ１からステップ３まで
あり各ステップ１〜３におけるステータ板２１，２２，
２３のＮ，Ｓの記号は、対応する各コイルによりステー
タ板が励磁された励磁方向を表わしている。すなわちス
テップ１では、コイル３１に出力信号を送ってステータ
板２１のステータ磁極部２１ｂに２Ｎの磁束強度の磁界
を発生させている。ステータ板２１に磁束強度が２Ｎの
磁界が発生すると、他の２つのステータ板２２，２３の
磁束強度は、それぞれ２Ｎに対応した磁束強度を半分ず
つに振り分けて励磁されたＳの磁束強度となっている。

【００１６】ステップ２の状態は、コイル３２に出力信
号が送られたときのロータ１の安定的静止位置を示して
いる。ステータ板２２が励磁され、それと一体のステー
タ磁極部２２ｂの磁束強度が２Ｎになっている。他の２
つのステータ磁極部２１ｂ，２３ｂはそれぞれ磁束強度
がＳに励磁されている。ステップ２では、ロータ磁極部
１ｄ，１ｅ，１ｆは、それぞれステータ磁極部２２ｂ，
２３ｂ，２１ｂと対向して静止している（図１（ｂ）参
照）。

【００１７】ステップ３では、同様にして、コイル３３
によってステータ磁極部２３ｂが励磁され、磁束強度が
２Ｓのロータ磁極部１ｄがこれと対向する位置に移動し
て静止している。したがって、ロータ磁極部１ｄ，１
ｅ，１ｆは、それぞれステータ磁極部２３ｂ，２１ｂ，
２２ｂと対向した状態になっている。

【００１８】図６は、図５に示したステップ１からステ
ップ２へ励磁が切り替わった瞬間の磁束の流れを示して
いる。すなわち、ステップ１では、ステータ板２１が２
Ｎ極に、他のステータ板２２，２３がＳ極に励磁されて
いたが、励磁位置の切り替えによりそれまで２Ｎに励磁
されていたステータ板２１の左隣にあるステータ板２２
が、コイル３２によって励磁され、ステータ磁極部２２
ｂの磁束強度が２Ｎとなる。その結果、磁束はロータ磁
極に対して１２０度ずれた位置に回転して発生する。し
たがって、ロータ１は、ステータ磁極部の磁束２Ｎとロ
ータ磁極部の磁束２Ｓとによる磁気吸引力によって、図
６において時計方向に回転する。また、上記した動作
は、ロータ磁極部の磁束の流れとステータ２の磁束の流
れとは、およそ１２０度の傾きを持ち、ロータ１の磁束
の方向と、ステータ２の磁束が一致するように回転する
というように説明することも可能である。

【００１９】図７は、ロータ１の回転終了後の各磁極部
の磁束の流れの状態を示すもので、ロータ磁極部の磁束
の方向とステータ磁極部の磁束の流れの方向が一致して
おりロータ１は静止安定の状態になっている。

【００２０】上記したロータ１の動作は、コイル３１，
３２，３３のうちのどれかに出力信号を送ることによっ
て、ステータ磁極部が強力な磁束強度（２Ｎ）に励磁さ
れ、これと対向する位置に強力な磁束強度（２Ｓ）のロ
ータ磁極部１ｄが移動して安定的に静止するので、ロー
タ１の回転停止時には、強力に制動をかけることができ
る。

【００２１】また上記した動作の説明では、ロータ１を
時計方向に回転するように励磁しているが、コイルの励
磁の順序を変えることにより、ロータ１を反時計方向に
回転させることも容易である。したがって、例えばこの
モータを親子時計や船舶時計あるいはサマータイム対応
型時計など時刻調整の必要性の高い時計に適用した場合
に、指針の正転・逆転が可能であり、調針時には早送り
運針が可能であり、しかも指針停止動作が極めて早く、
運針動作が高品位になる。

【００２２】本実施例では、強力に着磁されたロータ磁
極部の磁束強度を２Ｓとし、強力に励磁されるステータ
磁極部の磁束強度を２Ｎとして説明してあるが、この逆
にしてもよいし、あるいは各ステータ板２１，２２，２
３を分離独立させて構成してもよい。

【００２３】

【発明の効果】本発明の回転磁界型モータは、３つのロ
ータ磁極部の内の１つのロータ磁極部の磁束強度を他の
２つのロータ磁極部と異極とし、それらの磁束強度の２
倍の磁束強度に着磁してあるので、強力な回転力が得ら
れる。これとともに、ロータ磁極に２倍の磁束強度に着
磁して強力な磁束の流れをつくることにより、ロータ停
止時における制動力が大きくなり、ハンチング動作がな
く素早く回転運動を収束させることができ、そのため歯
切れの好い回転が得られ、高品位の時計が実現可能とな
る。なお、コイルへの出力信号の切り替えによって正・
逆方向への回転が自由自在に制御可能なので、親子時計
や船舶時計あるいはサマータイム対応型時計など時刻調
整の必要性の高い時計への使用に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施例を示す正面図、
（ｂ）はステータとロータとの関係を示す一部拡大正面
図である。

【図２】ロータの形状を示す正面図である。

【図３】ロータの磁束強度の分布状態を示す正面図であ
る。

【図４】無通電状態における磁束の流れを示す一部拡大
正面図である。

【図５】モータをステップ駆動したときのステップ１か
らステップ３までのロータの停止状態を示す正面図であ
る。

【図６】ステップ１からステップ２への励磁切り替え時
の磁束の流れの状態を示す一部拡大正面図である。

【図７】ステップ２へロータが移動して停止した時の磁
束の流れの状態を示す一部拡大正面図である。

【符号の説明】 １ ロータ １ａ，１ｂ，１ｃ 切欠部 １ｄ，１ｅ，１ｆ ロータ磁極部（円弧部） ２１，２２，２３ ステータ板 ２１ａ，２２ａ，２３ａ 切欠部 ２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ ステータ磁極部 ３１，３２，３３ コイル

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石からなるロータと、このロータ
   を等角度幅で取り囲む３つのステータ板と、各ステータ
   板を励磁して回転磁界を発生させる３つのコイルとを含
   み、 上記ロータには、円筒状の外周部を軸心と平行な平面に
   て６０度の等角度幅で切欠してなる３つの切欠部が等角
   度間隔に形成してあり、上記３つの切欠部の間に位置する３つの円弧部のうちの
   ２つが それぞれ同じ磁束強度を有する同極に着磁され、
   残りの１つが上記２つの円弧部の極と異極に着磁されか
   つ上記２つの円弧部の各磁束強度の２倍の磁束強度を有
   していることを特徴とする回転磁界型モータ。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記ステータ板に設
   けてあるステータ磁極部は、上記３つの円弧部の中心角
   度幅と同じ中心角度幅で設けてあることを特徴とする回
   転磁界型モータ。