JP3611923B2 - 2つのロータを備えた多極モータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、2つのロータを備えた多極モータに関し、より詳細には、時計の2つの針を直接駆動するためのモータに関する。このタイプのモータは、種々のカウンタの針や可動素子を駆動するのにも使用され得る。
【0002】
【従来の技術】
最近では、互いに独立に動くように設けられた少なくとも1対の同軸針を有する時計が益々数多く出現している。これらの時計は例えばクロノグラフであり、このような時計では、クロノグラフの針が時針と分針を備えて中心部に設けられている。また、他に知られている時計としては、時分を指示する2つの針のみを有しているが、これら2つの針が現在の時刻以外の別の情報を提供するために互いに独立に動くようになっているものもある。
【0003】
一般に、このタイプの時計では、2つの針を互いに独立に駆動するために2つのモータが用いられている。通常は、各々のモータがそれぞれ1つの針に係合している。
さらに、電気機械時計の構造を簡素化し且つその製造コストを低減するために多極モータを用いることが有利であることは知られている。多極モータの有利な点は、2極モータと比べて、動きを低速にすることなく針を直接駆動できることである。かかる状況において、モータのロータのシャフト上に針を直接取り付けることができ、これによって、ギアを用いる必要がなくなる。
【0004】
2つの多極モータを用いて2つの同軸針を直接駆動する技術は、例えば欧州特許第312946号公報において知られている。この公報では、第1のモータのロータのシャフトは、第1の針のパイプを形成する中空シリンダの形状を有しており、また第2のモータのロータのシャフトは、第1のロータの中空シャフトの中を通るシャフトの形で延びている。従って、第2のモータのロータのシャフトは、第2の針を受け入れるように設けられた、大砲の形をした小歯車を形成している。2つのモータは、一方が他方の上に位置するように配置されている。
【0005】
また、他の従来技術として、特公昭50−77811号公報には、互いに独立に作動し得るようになっている複数のロータを備えた時計用モータが開示されている。しかしながら、この公報に示される時計は、異なる幾つかの制御信号を発生することができる電子的手段を備えており、これら制御信号はそれぞれ1つのロータを制御するのに用いられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述した欧州特許第312946号公報に示されるタイプの構成は不利な点をもっている。実際、一方が他方の上に位置するよう配置された2つのモータのアセンブリは、その高さが余りに大きすぎて、例えば極度に平坦な時計の場合には適用することができない。さらに、一方のモータが他方のモータに及ぼす磁気的な影響を最小限に抑制するために、これら2つのモータ間にある程度の間隔をおく必要があるが、これは、アセンブリの高さを更に増大させることになる。
【0007】
また、上述した特公昭50−77811号公報に示されるタイプの構成も不利な点をもっている。実際、異なる制御信号を発生するための電子的手段を用いることによって、その電子的手段の製造が複雑化し、また、不利なエネルギー消費によりモータの動作信頼性が低下する。
本発明の一つの目的は、互い独立に2つの針を駆動するための2つのロータを備えたモータを提供することにより、2つの同軸針を独立に作動させるよう設けられたモータのアセンブリの大きさを縮小することである。
【0008】
また、本発明の他の目的は、互い独立に2つの針を駆動するための2つのロータを備えたモータを提供することにより、2つのロータを互いに独立に作動させるための複雑な制御信号を用いる必要性を無くすと共に、高レベルの動作信頼性を保証することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、2つのロータを備えた多極モータであって、第1及び第2の多極の同軸のロータで、各ロータが複数の磁気ダイポールを有し、該磁気ダイポールが、該ロータの回転軸と実質的に平行する方向において一方向とその反対方向に交互に指向されると共に、該回転軸の周りにリング状に配列されている、前記第1及び第2のロータと、第1及び第2のステータ部と、該第1及び第2のステータ部の間に配置された中間ステータ部とを具備し、前記第1,第2のステータ部及び中間ステータ部は、それぞれステータ開口部を有し、該ステータ開口部は、前記ロータの前記回転軸と同じ軸を持つように位置合わせされており、前記第1及び第2のステータ部は更に、それぞれ対応するステータ開口部の一方の側に位置する第1及び第2の極拡張部を有し、該第1及び第2の極拡張部は、それぞれ対応するステータ開口部の縁において規則正しく歯とスロットが連続して配列されてなる第1及び第2の鋸歯状部を有し、前記第1及び第2の極拡張部は、それぞれ磁束案内用脚部によって前記中間ステータ部に接続され、該磁束案内用脚部の上には巻線がそれぞれ設けられ、該巻線が、前記2つのロータを備えたモータを制御し付勢するための手段に電気的に接続されており、前記第1のロータは、前記第1のステータ部及び前記中間ステータ部の間で回転可能に取り付けられ、前記第1のロータの前記磁気ダイポールは、一方の側が前記第1のステータ部の前記第1及び第2の鋸歯状部と対向し、且つ、他方の側が前記中間ステータ部の極拡張部と対向するよう位置付けられており、前記第2のロータは、前記第2のステータ部及び前記中間ステータ部の間で回転可能に取り付けられ、前記第2のロータの前記磁気ダイポールは、一方の側が前記第2のステータ部の前記第1及び第2の鋸歯状部と対向し、且つ、他方の側が前記中間ステータ部の極拡張部と対向するよう位置付けられている、ことを特徴とする2つのロータを備えた多極モータが提供される。
【0010】
これらの特徴の結果として、サイズが小型化された2つのロータを備えたモータが提供される。さらに、第1のロータと第2のロータの間に配置され、且つ、4つの磁束案内用脚部によって4つのステータ極拡張部に接続されている中間ステータ部の存在により、第1のステータ部と第2のステータ部の間の磁気的結合の遮断を保証することができる。
【0011】
本発明の他の利点は、中間ステータ部の介在により、モータを外部の磁界から保護する機能を保証し、ひいてはモータの動作信頼性を高めることができることである。
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照しながら以下に記述される実施形態を用いて与えられる記載から明らかとなるであろう。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1〜図3には本発明に係るモータの一実施形態が示される。このモータは特に、時計の時針と分針を独立に且つ両方向に駆動するのに用いることができる。図2を参照すると、モータは、それぞれ3及び5の参照番号が付された2つの同軸ロータを備えている。これら2つのロータと該ロータが取り付けられているシャフトは、図1では図面を見易くするために省略されている。
【0013】
ロータ3及び5は、軸方向に磁化された多極ロータである。図示の例では、各ロータは同じ構成であり、概して円形ディスクの形状を有している。各ロータは磁気材料で作られた中心部を備えており、当該中心部の周りを、7の参照番号が付された永久磁石からなる1組の磁気ダイポールで形成された周辺リングが囲繞している。本実施形態では、各ロータに対して30個の磁気ダイポールが設けられており、各磁気ダイポールは、軸方向すなわちロータの回転軸と平行する方向に指向されている。
【0014】
各々の永久磁石7は、各ロータを12°毎に30個のセクタに分割するように当該ロータの周辺に規則正しく配列されている。さらに、各々の磁石すなわち磁気ダイポール7は、一方向とその反対の方向に交互に指向されている。従って、ロータの回転面において見た場合、同じ方向に指向された一つの磁気ダイポールと次の磁気ダイポールの間の角度的な距離は、12°の2倍、すなわち24°となる。
【0015】
図2を参照すると、多極ロータ3及び5は、それぞれシャフト9及び11上に取り付けられている。ロータ3を担持するシャフト9は中空のシャフトであり、その内側に、真鍮等の磁気材料で作られたセンタリング管10が通っている。シャフト9は、固定されているセンタリング管10の周りに回転自在に取り付けられている。センタリング管10もまた中空であり、その内側に、ロータ5を担持するシャフト11が通っている。本実施形態に係る2つのロータを備えたモータが時針と分針を直接駆動するのに用いられる場合には、一方の針は、シャフトすなわちパイプ9上に直接取り付けられ、他方の針は、好適には、シャフト11の端部が組み込まれたパイプ12上に取り付けられる。
【0016】
また、モータは、第1のステータ部13及び第2のステータ部15を備えている。これら2つのステータ部は、それぞれ概して円形の形状のステータ開口部19及び20を有している。さらにモータは中間ステータ部17を備えており、該中間ステータ部は、その中にフランジ14が配設されているステータ開口部21(図3参照)を有している。3つのステータ部13,15及び17は互いに平行に配列され、各々の開口部は、ロータ3及び5の軸と同じ軸を持つように位置合わせされている。中間ステータ部17のステータ開口部21は、フランジ14の形状に従って広がっているセンタリング管10の端部を収容している。
【0017】
上述した構成によれば、センタリング管10は中間ステータ部17に固定されており、ロータ3及び5をそれぞれ担持するシャフト9及び11は、センタリング管10に対して、自由に回転できるように長手方向に位置決めされている。また、図2に示されるように、第1のロータ3は第1のステータ部13と中間ステータ部17の間で間隔をおいて配列され、同様に、第2のロータ5は第2のステータ部15と中間ステータ部17の間で間隔をおいて配列されている。
【0018】
第1及び第2のステータ部13及び15は、それぞれ当該ステータ開口部の一方の側に設けられた2つの極拡張部を備えている(図1には第1のステータ部13の極拡張部13a,13bのみが示されている)。これらの極拡張部は、各々の端部が当該ステータ開口部の縁で鋸歯状部28a,28bとなっている。図示の例では、第1及び第2のステータ部13及び15は同じ構成である。
【0019】
図3において見ることができるように、中間ステータ部17は、一方の側ではステータ開口部21を囲繞する環状部23をなすように形成され、他方の側ではT字形状の接続部24をなすように形成されている。環状部23は、第1のステータ部13と第2のステータ部15の間で、第1のステータ部13の2つの鋸歯状部28a及び28bと第2のステータ部15の2つの鋸歯状部(図1には示されていない)とが互いに向かい合うような位置に設けられている。一方、接続部24は、それぞれT字の横棒の左端及び右端を形成する2つの固定用突出部31を備えている。左側の突出部は、磁束案内用脚部26aを介して第1のステータ部13の極拡張部13aに、また磁束案内用脚部26cを介して第2のステータ部15の対応する極拡張部に、それぞれ磁気的に結合されている。同様にして、右側の突出部は、磁束案内用脚部26bを介して第1のステータ部13の極拡張部13bに、また磁束案内用脚部26dを介して第2のステータ部15の対応する極拡張部に、それぞれ磁気的に結合されている。
【0020】
磁束案内用脚部26a,26b,26c及び26dの各々は、その両端部が固定用突出部31によって終端された直線状のコア30によって形成されている。各脚部と対応するステータ部の接続は、ねじ(図示せず)を用いて行うことができる。しかしながら、当業者に知られている他の固定手段を用いてもよい。各脚部26a,26b,26c及び26dのコア30の周りには、巻線すなわちコイル33a,33b,33c及び33dがそれぞれ設けられている。これらの巻線は、制御及び付勢用手段(図示せず)に電気的に接続されている。
【0021】
既に説明したように、第1のステータ部13の極拡張部13a及び13bと第2のステータ部15の対応する極拡張部は、各々の端部が当該ステータ開口部の縁で鋸歯状部となっている。図1において見ることができるように、これらの鋸歯状部は、歯35とスロット36が交互に配列されて成り、図示の例では、各々の歯及びスロットは全て同じ幅を有している。ステータ開口部19の縁に形成された2つの鋸歯状部28a及び28bは、図1において38及び39の参照番号が付された2つの接続用スロットによって互いに分離されている。これら2つの接続用スロットは、2つのステータ極拡張部13a及び13bを磁気的に絶縁するのに用いられる高度に磁気抵抗性のゾーンを形成する2つの部材41及び42に対向するよう配置されている。
【0022】
図2を再び参照すると、上述した構成に従って、異なる巻線33a,33b,33c及び33dの各々のコア30は、各々の一端を介してそれぞれ対応するステータ極拡張部に磁気的に結合されると共に、各々の他端を介して中間ステータ部17に磁気的に結合されている。従って、各々の巻線33a,33b,33c又は33dに流れる電流により磁界が形成され、この磁界は、それぞれ対応するステータ極拡張部に導かれると共に、中間ステータ部17にも導かれる。このようにして案内された磁力線は、磁気ギャップを通して再び閉塞し、巻線33a,33b,33c及び33dを介して主磁気回路を形成する。各巻線によって磁気ギャップ内に生成された磁界を2つのロータ3及び5の永久磁石上に集中させるために、中間ステータ部の環状部23が、第1及び第2のステータ部13及び15の鋸歯状部が互いに向かい合うように正確に位置付けられた領域の外側に、出来るだけ小さく延びるようにするのが有利である。
【0023】
上述した構成によれば、本実施形態に係る2つのロータを備えたモータは、4つの主磁気回路を備えている。これら磁気回路の各々は、各巻線によって作られた誘導磁界を磁気ギャップに指向させる強磁性部分によって形成されており、該磁気ギャップの縁の間で各ロータの永久磁石が回転するようになっている。さらに注目すべきことは、実験の結果、異なる主磁気回路の間の磁気的な結合が殆ど無視できる程度に極めて弱いということである。
【0024】
図1を再び参照しながら、第1及び第2のステータ部の極拡張部においてそれぞれ端部を構成する鋸歯状部について、より詳細に説明する。上述したように、本実施形態では、鋸歯状部の各々は規則正しくなっている。さらに、各鋸歯状部は、一つの歯の中心と次の歯の中心との間隔が、ロータ上で同じ方向に指向された一つの磁気ダイポールと次の磁気ダイポールの間の間隔に等しくなるように、設けられている。かかる状況において、もしロータのダイポールの「北」極が一つの歯に正確に対向している状態にあるならば、同じ鋸歯状部の他の歯も全てロータの「北」極に正確に対向するであろうことは、理解されるであろう。
【0025】
図1を注意深く参照すると、同じステータ部の2つの鋸歯状部(ステータ部13については鋸歯状部28a及び28b)は、角度的に互いにずれて配列されている。より特定的には、本実施形態において、同じ鋸歯状部の2つの歯の間の角度的な距離が常に24°の倍数であるならば、一方の鋸歯状部の歯と他方の鋸歯状部の歯の間の角度的な距離も、互いに6°だけずれるが、24°の倍数に等しくなる。かかる状況において、もし一方の鋸歯状部の各々の歯がロータの「北」極に正確に対向しているならば、他方の鋸歯状部の各々の歯はそれぞれ該ロータの「北」極と「南」極の間の中間の位置にあることは、理解されるであろう。
【0026】
以下、一例を用いて、本発明の一実施形態に係る2つのロータを備えたモータの動作について説明する。所望の方向における各ロータの段階的な動きは、各ロータに係合する2つの巻線を交互に付勢することによって独立に制御される。巻線33aに一方の方向に流れる電流を供給すると、それによって作られた磁界により、一方の方向に指向されたロータ3のダイポールの半分は、鋸歯状部28aの各歯に対向するよう位置合わせされる。もし次の瞬間に巻線33bが付勢されると、その一方の方向に指向されたロータ3のダイポールの半分は、鋸歯状部28bの各歯に位置合わせされるであろう。従って、巻線33a及び33bを交互に付勢し、巻線33bにおける電流の流れる方向を正しく選択することにより、ロータの段階的な動きをいずれか一方の方向に制御できることは、理解されるであろう。2つの鋸歯状部が互いに6°ずれて配設されているので、ロータの各ステップは6°に対応し、従って、1回転は60ステップに対応する。これは、時計の針を直接駆動するのに有利である。
【0027】
以上説明したように、本実施形態の利点は、ロータ3及び5に対し位置決めトルクを提供するための付加的手段を必要とすることなく、モータが両方向に動作できるということである。実際、ロータに1ステップの回転を与えるような巻線の付勢を維持することで、所望の位置決めトルクを作り出すことができる。しかしながら、このような操作は、モータの電力消費を制限したいような状況では適当でない。
【0028】
次に、消費電力が小さい応用例、例えば腕時計等、に特に適応された本発明の第2の実施形態について、簡単に説明する。この第2の実施形態によるモータの構造は、上述したモータの構造と実質的に同一である。しかしながら、上述した実施形態では30個のダイポールを有していたのに対し、この第2の実施形態における多極ロータは60個のダイポールを有している。
【0029】
本実施形態が上述した実施形態と基本的に相違する点は、異なる巻線によって作られた各磁界を切り換える機能に加えて、中間ステータ部17が各ロータに対し位置決めトルクを提供していることである。このために、中間ステータ部17の環状部23にノッチ(図示せず)が形成されている。
当業者には、1つのロータを備えた多極モータの場合にはどのようにステータ上にノッチを配列してロータの位置及びその位置決めトルクを決定するか、分かるであろう。本実施形態に係る2つのロータを備えた多極モータの場合には、中間ステータ部17の環状部23上で一方のロータの位置決めトルクを決定するのに必要なノッチを配列すれば十分である。当然、対称性から、これらのノッチは他方のロータの位置決めトルクをも決定することになる。しかしながら、ロータの位置決めトルクを決定する際の特徴は、ステータの鋸歯状部に対して測定された値である。かかる状況において、第1のステータ部13の鋸歯状部に対して第2のステータ部15の鋸歯状部を適当な角度だけずらして配列することにより、2つのロータ3及び5に対して2つの位置決めトルクを得ることができる。
【0030】
かかる構成の結果として、本実施形態に係るモータは、各ロータに対し位置決めトルクを提供するための電力を消費することなく、機能する。さらに、モータの制御は簡単となる。なぜなら、モータを一方の方向に回転させるのに一つの巻線のみを必要とすればよく、他方の巻線はモータを他方の方向に回転させるのに用いられるからである。
【0031】
最後に、図4は本発明の他の実施形態の概略的な上面図を示す。このモータの動作原理は、上述した本発明の一実施形態のそれと同じである。しかしながら、図4において見ることができるように、それぞれ極拡張部13a及び13bに係合し且つそれぞれ脚部26a及び26bの上に設けられている巻線33a及び33bと、それぞれ極拡張部15a及び15bに係合し且つそれぞれ脚部26c及び26dの上に設けられている巻線33c及び33dとは、互いに重なり合っていない。かかる配置構成は、モータの全体の高さを増大させることなくより大きな直径の巻線を使用することができるという利点を有する。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、互い独立に2つの針を駆動するための2つのロータを備えたモータを提供することにより、2つの同軸針を独立に作動させるよう設けられたモータのアセンブリの大きさを縮小することができ、また、2つのロータを互いに独立に作動させるための複雑な制御信号を用いる必要性を無くすと共に、高レベルの動作信頼性を保証することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るモータの一実施形態の上面図(ロータは図面を見易くするために省略されている)である。
【図2】図1のII−II線に沿った断面図(ロータは示されている)である。
【図3】図1のモータに含まれる中間ステータ部と上側の磁束案内用脚部とそれに係合する巻線とによって形成されたアセンブリの上面図である。
【図4】本発明の他の実施形態の上面図である。
【符号の説明】
3,5…ロータ
7…磁気ダイポール(永久磁石)
9,11…回転軸
13,15,17…ステータ部
13a,13b,15a,15b…極拡張部
19,20,21…ステータ開口部
23…環状部
24…接続部
26a,26b,26c,26d…磁束案内用脚部
28a,28b…鋸歯状部
31…磁気結合用突出部
33a,33b,33c,33d…巻線
35…歯
36…スロット
38,39…接続用スロット
Claims (10)
- 2つのロータを備えた多極モータであって、
第1及び第2の多極の同軸のロータ(3,5)で、各ロータが複数の磁気ダイポール(7)を有し、該磁気ダイポールが、該ロータの回転軸(9,11)と実質的に平行する方向において一方向とその反対方向に交互に指向されると共に、該回転軸の周りにリング状に配列されている、前記第1及び第2のロータと、
第1及び第2のステータ部(13,15)と、
該第1及び第2のステータ部の間に配置された中間ステータ部(17)とを具備し、
前記第1,第2のステータ部及び中間ステータ部(13,15,17)は、それぞれステータ開口部(19,20,21)を有し、該ステータ開口部は、前記ロータ(3,5)の前記回転軸と同じ軸を持つように位置合わせされており、前記第1及び第2のステータ部(13,15)は更に、それぞれ対応するステータ開口部(19,20)の一方の側に位置する第1及び第2の極拡張部(13a,13b,15a,15b)を有し、該第1及び第2の極拡張部は、それぞれ対応するステータ開口部(19,20)の縁において規則正しく歯(35)及びスロット(36)が連続して配列されてなる第1及び第2の鋸歯状部(28a,28b)を有し、前記第1及び第2の極拡張部(13a,13b,15a,15b)は、それぞれ磁束案内用脚部(26a,26b,26c,26d)によって前記中間ステータ部(17)に接続され、該磁束案内用脚部の上には巻線(33a,33b,35c,35d)がそれぞれ設けられ、該巻線が、前記2つのロータを備えたモータを制御し付勢するための手段に電気的に接続されており、
前記第1のロータ(3)は、前記第1のステータ部(13)と前記中間ステータ部(17)の間で回転可能に取り付けられ、前記第1のロータの前記磁気ダイポール(7)は、一方の側が前記第1のステータ部の前記第1及び第2の鋸歯状部と対向し、且つ、他方の側が前記中間ステータ部の極拡張部と対向するよう位置付けられており、前記第2のロータ(5)は、前記第2のステータ部(15)と前記中間ステータ部(17)の間で回転可能に取り付けられ、前記第2のロータの前記磁気ダイポール(7)は、一方の側が前記第2のステータ部の前記第1及び第2の鋸歯状部と対向し、且つ、他方の側が前記中間ステータ部の極拡張部と対向するよう位置付けられている、
ことを特徴とする2つのロータを備えた多極モータ。 - 前記第1のステータ部(13)の各鋸歯状部の2つの連続するスロットの中心は、前記第1のロータ(3)において同じ方向に指向された一つの磁気ダイポールと次の磁気ダイポールの間の角度的な距離と等しい距離だけずれており、前記第2のステータ部(15)の各鋸歯状部の2つの連続するスロットの中心は、前記第2のロータ(5)において同じ方向に指向された一つの磁気ダイポールと次の磁気ダイポールの間の角度的な距離と等しい距離だけずれていることを特徴とする請求項1に記載の2つのロータを備えた多極モータ。
- 前記第1及び第2のステータ部(13,15)の各々の前記第1及び第2の鋸歯状部の相対的な位置決めは、前記磁気ダイポール(7)の一つが前記第1の鋸歯状部の一つのスロットの中心に正確に対向するよう位置付けられる時に、前記第2の鋸歯状部の各スロットの各々の中心が2つの連続する磁気ダイポールの間に実質的に位置するようになっていることを特徴とする請求項1に記載の2つのロータを備えた多極モータ。
- 前記第1及び第2のロータ(3,5)の各々に対し位置決めトルクを決定するための手段を具備し、該手段は、前記中間ステータ部(17)の前記ステータ開口部(21)の周囲に位置する少なくとも1つの凹部を有することを特徴とする請求項1に記載の2つのロータを備えた多極モータ。
- 前記第1及び第2のロータ(3,5)の少なくとも一方の磁気ダイポール(7)の数は30であることを特徴とする請求項1に記載の2つのロータを備えた多極モータ。
- 前記第1及び第2のステータ部(13,15)の各々の前記第1及び第2の鋸歯状部は、それぞれの端部において第1及び第2の接続用スロット(38,39)によって結合されていることを特徴とする請求項1に記載の2つのロータを備えた多極モータ。
- 前記第1及び第2の接続用スロット(38,39)の各々と同じ高さで前記第1及び第2の極拡張部(13a,13b,15a,15b)の間に高度に磁気抵抗性のゾーンが形成されていることを特徴とする請求項6に記載の2つのロータを備えた多極モータ。
- 前記中間ステータ部(17)は、長手の本体部の一端に設けられた環状部(23)を有し、該本体部の他端には2つの磁気結合用突出部(31)が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の2つのロータを備えた多極モータ。
- 前記第1及び第2のステータ部(13,15)は同じ構成を有することを特徴とする請求項1に記載の2つのロータを備えた多極モータ。
- 前記第2のステータ部(15)に接続されている前記磁束案内用脚部(26c,26d)と前記第1のステータ部(13)に接続されている前記磁束案内用脚部(26a,26b)は、該第1のステータ部に係合する巻線(33a,33b)と該第2のステータ部に係合する巻線(33c,33d)が当該モータの主面に関して互いに重なり合わないように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の2つのロータを備えた多極モータ。
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