JP6861547B2 - Electrostatic motor - Google Patents
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Description
本発明は、静電モータに関する。 The present invention relates to an electrostatic motor.
特許文献１には、表面に複数の電極が所定間隔で形成された絶縁基板を有し、かつこれら各電極表面が絶縁処理された固定子と、絶縁基板表面に対向して固定子上に載置され、絶縁基板表面に対向する面に永久分極された誘電体領域が形成され、該誘電体領域が電極の間隔に応じた間隔で複数配置された移動子と、互いに対向する電極と誘電体領域との間に移動子を移動せしめる移動電界を形成するように、複数の電極に多相電圧を印加する駆動手段とを具備する静電アクチュエータが記載されている。 Patent Document 1 has an insulating substrate in which a plurality of electrodes are formed at predetermined intervals on the surface thereof, and a stator whose surface is insulated from each of these electrodes is mounted on the stator facing the surface of the insulating substrate. A dielectric region is formed on the surface facing the surface of the insulating substrate, and a plurality of the dielectric regions are arranged at intervals according to the distance between the electrodes, and the electrodes and the dielectric facing each other. An electrostatic actuator is described that includes a driving means that applies a multiphase voltage to a plurality of electrodes so as to form a moving electric field that moves the mover between the regions.
特許文献２には、ｎ相（ｎ≧３）駆動であって、複数の電極を有する固定子と、固定子に対向するように配置され、複数の電極を有する可動子とを備え、可動子の電極の極性が単極である静電電動機が記載されている。この静電電動機は、始動時に、固定子の任意の１極に電圧印加後、電圧印加した電極と隣接する一方の電極に電圧が印加されることで、始動位置が固定子の特定の極の電極と可動子の電極とが重なっている状態にされることで始動する。
静電モータでは、駆動力（トルク）を稼ぐために固定子および回転子の電極面積を大きくする必要があり、外径が大きくなる傾向にある。外径が大きくなると、加速や減速の制御が困難になるため、何らかの理由により回転速度に影響が出ても修正をしにくく、駆動パルスと回転子の回転との同期が失われた脱調の状態になり易い。特に、静電モータを時計に適用した場合には、負荷変動などにより脱調し時刻ずれが発生すると、回転子の回転を時計の時刻データと同期した状態に復帰させる必要がある。しかしながら、一度脱調すると、所望の方向に所望の速度で回転子が回転する状態に復帰させることは困難である。 In an electrostatic motor, it is necessary to increase the electrode areas of the stator and rotor in order to obtain driving force (torque), and the outer diameter tends to be large. When the outer diameter becomes large, it becomes difficult to control acceleration and deceleration, so even if the rotation speed is affected for some reason, it is difficult to correct it, and the synchronization between the drive pulse and the rotation of the rotor is lost. It is easy to get into a state. In particular, when an electrostatic motor is applied to a timepiece, it is necessary to restore the rotation of the rotor to a state synchronized with the time data of the timepiece when the time shift occurs due to step-out due to load fluctuation or the like. However, once the step is stepped out, it is difficult to return the rotor to a state in which it rotates in a desired direction and at a desired speed.
本発明は、時計に適用した場合に、脱調が発生してもユーザに運針状態の不自然さを感じさせずに回転子の回転を時刻データとの同期状態に復帰させる静電モータを提供することを目的とする。 The present invention provides an electrostatic motor that, when applied to a timepiece, returns the rotation of the rotor to a state synchronized with time data without causing the user to feel the unnaturalness of the hand movement state even if step-out occurs. The purpose is to do.
同一面に複数の固定電極が形成された固定子と、固定子に対向して配置され、固定子との対向面に複数の帯電部を有し、所定の駆動周波数の駆動パルスが複数の固定電極に印加されることで複数の固定電極と複数の帯電部との間に発生する静電気力により回転する回転子と、駆動パルスと回転子の回転とが同期していない状態である脱調を検出する検出部と、検出部が脱調を検出した場合、駆動周波数よりも低い周波数の駆動パルスを複数の固定電極に印加させて回転子を回転させることで複数の帯電部を基準位置に合わせた上で、計時手段の時刻データにタイミングを合わせて回転子を回転させる制御部とを有することを特徴とする静電モータが提供される。 A stator having a plurality of fixed electrodes formed on the same surface and a stator arranged so as to face the stator, having a plurality of charging portions on the surface facing the stator, and a plurality of fixed drive pulses having a predetermined drive frequency are fixed. Step-out in which the rotor that rotates due to the electrostatic force generated between the plurality of fixed electrodes and the plurality of charged parts by being applied to the electrodes, and the drive pulse and the rotation of the rotor are not synchronized. When the detection unit to detect and the detection unit detect step-out, a drive pulse with a frequency lower than the drive frequency is applied to a plurality of fixed electrodes to rotate the rotor, thereby aligning the plurality of charge units with the reference position. In addition, an electrostatic motor is provided that includes a control unit that rotates the rotor in time with the time data of the time measuring means.
上記の静電モータでは、制御部は、検出部が脱調を検出した場合には、複数の帯電部を基準位置に合わせる前に、複数の固定電極にリセットパルスを印加させて回転子の回転を一旦停止させることが好ましい。 In the above electrostatic motor, when the detection unit detects step-out, the control unit rotates the rotor by applying a reset pulse to a plurality of fixed electrodes before aligning the plurality of charged units with the reference position. It is preferable to temporarily stop.
上記の静電モータでは、複数の固定電極は、回転子の回転方向に交互に配置された複数組の固定電極で構成され、リセットパルスは、ブレーキ期間と、ブレーキ期間よりも開始が遅い位置決め期間とで構成されるパルスであり、位置決め期間では、複数組の固定電極のうちで複数の帯電部の回転方向の停止位置を合わせたい組の固定電極に通電され、ブレーキ期間では２つ以上の組の固定電極に通電されることが好ましい。 In the above electrostatic motor, the plurality of fixed electrodes are composed of a plurality of sets of fixed electrodes arranged alternately in the rotation direction of the rotor, and the reset pulse has a braking period and a positioning period that starts later than the braking period. It is a pulse composed of and, and in the positioning period, the fixed electrodes of the set that wants to align the stop positions in the rotation direction of the plurality of charged parts are energized, and in the braking period, two or more sets. It is preferable that the fixed electrode of the above is energized.
上記の静電モータでは、制御部は、検出部が脱調を検出した場合には、回転子を停止させずに、駆動周波数よりも低い周波数の駆動パルスを複数の固定電極に印加させて、駆動パルスと回転子の回転とを同期させることが好ましい。 In the above electrostatic motor, when the detection unit detects step-out, the control unit applies a drive pulse having a frequency lower than the drive frequency to the plurality of fixed electrodes without stopping the rotor. It is preferable to synchronize the drive pulse and the rotation of the rotor.
上記の静電モータでは、制御部は、回転子の回転が駆動パルスとは同期しているが時刻データに対してずれている場合には、駆動周波数を増加または減少させて、回転子の回転と時刻データとのタイミングを合わせることが好ましい。 In the above electrostatic motor, when the rotation of the rotor is synchronized with the drive pulse but deviates from the time data, the control unit increases or decreases the drive frequency to rotate the rotor. It is preferable to match the timing with the time data.
上記の静電モータでは、検出部は、複数の帯電部とは別に回転子に設けられた検出用帯電部と、複数の固定電極とは別に固定子に設けられた検出用電極とで構成されることが好ましい。 In the above electrostatic motor, the detection unit is composed of a detection charging unit provided on the rotor separately from the plurality of charging units and a detection electrode provided on the stator separately from the plurality of fixed electrodes. Is preferable.
上記の静電モータでは、制御部は、検出部の検出結果に基づき回転子の回転が安定状態になったと判断したときに、駆動パルスを、回転子の起動時に印加される起動パルスから起動パルスよりも消費電力が少ない低消電パルスに切り替えることが好ましい。 In the above electrostatic motor, when the control unit determines that the rotation of the rotor has become stable based on the detection result of the detection unit, the drive pulse is set from the start pulse applied when the rotor is started to the start pulse. It is preferable to switch to a low static elimination pulse that consumes less power than.
上記の静電モータでは、低消電パルスは、複数の固定電極に通電させる通電期間と、いずれの固定電極にも通電させない非通電期間とを含み、非通電期間に回転子を惰性で回転させる駆動パルスであり、起動パルスは非通電期間を含まない駆動パルスであり、制御部は、駆動パルスを、起動パルスと低消電パルスとの間で切り替えることが好ましい。 In the above electrostatic motor, the low static elimination pulse includes an energization period in which a plurality of fixed electrodes are energized and a non-energization period in which none of the fixed electrodes is energized, and the rotor is coasted during the non-energization period. It is a drive pulse, the start pulse is a drive pulse that does not include a non-energized period, and the control unit preferably switches the drive pulse between the start pulse and the low static elimination pulse.
上記の静電モータによれば、時計に適用した場合に、脱調が発生してもユーザに運針状態の不自然さを感じさせずに回転子の回転を時刻データとの同期状態に復帰させることができる。 According to the above electrostatic motor, when applied to a timepiece, even if step-out occurs, the rotation of the rotor is returned to the synchronized state with the time data without causing the user to feel the unnaturalness of the hand movement state. be able to.
以下、図面を参照しつつ、静電モータについて説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。 Hereinafter, the electrostatic motor will be described with reference to the drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the drawings or embodiments described below.
図１は、静電モータ１の概略構成図である。静電モータ１は、時計の運針用に使用されるモータであり、アクチュエータ２、駆動部３および制御部４を有する。図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、それぞれ、アクチュエータ２の模式的な斜視図および側面図である。アクチュエータ２は、主要な構成要素として、回転子（ロータ）１０、回転軸１１、帯電部１２、検出用帯電部１５、固定子（ステータ）２０，３０、固定電極２１，２２，３１，３２および検出用電極２５を有する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the electrostatic motor 1. The electrostatic motor 1 is a motor used for moving the hands of a timepiece, and has an
図２（Ａ）に示すように、アクチュエータ２は、回転子１０が２枚の固定子２０，３０に挟まれて構成される。固定子２０と回転子１０の間、および回転子１０と固定子３０の間には、一定の間隔が空けられている。図１では、アクチュエータ２として、上側の固定子２０の下面、回転子１０の上面および下側の固定子３０の上面を並べて示している。図２（Ｂ）では、簡単のために、横方向が回転子１０および固定子２０，３０の円周方向（図２（Ａ）の矢印Ｃ方向）に相当するように変形された側面図を示している。静電モータ１は、駆動部３に入力された電気信号をもとに、帯電部１２と固定電極２１，２２，３１，３２との間に静電気力を発生させて、回転子１０を回転させることにより、電力から動力を取り出す。
As shown in FIG. 2A, the
回転子１０は、例えばシリコン基板、帯電用の電極面が設けられたガラスエポキシ基板、またはアルミ板などの低比重材といった周知の基板材料で構成される。図２（Ａ）に示すように、回転子１０は、例えば円板形状を有し、その中心で回転軸１１に固定されている。図１および図２（Ｂ）に示すように、回転子１０の上下面には、略台形状の帯電部１２が、円周方向に等間隔、かつ回転軸１１を中心として放射状に形成されている。また、回転子１０では、重量を軽くするために、円周方向に沿って帯電部１２と交互に、略台形状の複数の貫通孔（スリット）１３が形成されている。回転子１０は、駆動部３に入力された電気信号に応じて帯電部１２と固定電極２１，２２との間で発生する静電気力により、回転軸１１の周りを、円周方向である矢印Ｃ方向（時計回り）およびその逆方向（反時計回り）に回転可能である。
The
回転軸１１は、回転子１０の回転中心となる軸であり、図１および図２（Ａ）に示すように、回転子１０の中心を貫通している。図示しないが、回転軸１１の上下端は、軸受けを介して静電モータ１の筐体に固定されている。なお、図２（Ｂ）では回転軸１１の図示を省略している。
The rotating
帯電部１２は、エレクトレット材料で構成された薄膜であり、回転子１０の上下面に回転軸１１を中心として放射状に形成されている。帯電部１２は、すべて同一の極性（例えば負）に帯電している。帯電部１２のエレクトレット材料としては、例えば、ＣＹＴＯＰ（登録商標）などの樹脂材料、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルデンジフルオライド（ＰＶＤＦ）もしくはポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）などの高分子材料、または、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）もしくはシリコン窒化物（ＳｉＮ）などの無機材料が用いられる。
The charging
固定子２０，３０は、例えばポリイミドなどのＦＰＣ基板またはガラスエポキシ基板などの周知の基板材料で構成される。図２（Ａ）に示すように、固定子２０，３０は、例えば円板形状を有し、回転子を挟むようにその上下に配置されている。固定子２０は、回転子１０の上面に対向して回転子１０の上側に配置され、固定子３０は、回転子１０の下面に対向して回転子１０の下側に配置されている。固定子２０，３０は、回転子１０とは異なり、静電モータ１の筐体に固定されている。
The
固定電極２１，２２，３１，３２は、電圧が印加されて回転子１０を駆動するための電極であり、図１に示すように、それぞれ略台形状の複数の電極で構成される。固定電極２１，２２は固定子２０の下面（回転子１０の上面との対向面）において、固定電極３１，３２は固定子３０の上面（回転子１０の下面との対向面）において、それぞれ円周方向に交互に、かつ回転軸１１を中心とする放射状に形成されている。同じ組の固定電極（すなわち、同じ参照符号で表される複数の固定電極）同士は、円周方向に間隔を空けて形成され、かつ等間隔に配置されている。
The fixed
回転軸１１を中心とする同一円周上では、個々の帯電部１２と個々の固定電極の幅はすべて同じである。また、回転子１０の各面の帯電部１２と各組の固定電極の個数は、すべて同じである。１つの固定電極２１とそれに隣接する固定電極２２の円周方向の幅を１周期とすると、固定電極３１，３２の配置位置は、固定電極２１，２２の配置位置に対して１／４周期分、矢印Ｃ方向にずれている。すなわち、回転子１０の回転方向における固定電極２１，２２と固定電極３１，３２との配置位置は、互いに位相がずれた関係にある。この位相ずれにより、固定子２０，３０の一方における１つの固定電極は、円周方向において、固定子２０，３０の他方における２つの固定電極に重なる。
On the same circumference centered on the
駆動部３は、アクチュエータ２の駆動回路であり、制御部４から入力された制御信号に応じて、所定の駆動周波数で極性が交互に切り替わる交番電圧（駆動パルス）を固定電極２１，２２および固定電極３１，３２に印加する。固定電極２１，２２，３１，３２の極性は、この駆動パルスの波形に応じて変化する。駆動部３は、駆動パルスに応じて固定電極２１，２２，３１，３２に選択的に通電することで、複数の帯電部１２と固定電極２１，２２，３１，３２との間に発生する静電気力により、回転子１０を回転させる。
The
検出用帯電部１５は、帯電部１２と同様にエレクトレット材料で構成された薄膜であり、回転子１０の上面における回転軸１１との嵌合孔の周辺の２か所に形成されている。検出用電極２５は、固定子２０の下面における回転軸１１との嵌合孔の周辺の２か所に形成されている。検出用帯電部１５と検出用電極２５は、帯電部１２および固定電極２１，２２に上面視で重ならず、回転子１０が回転して円周方向の位置が合ったときに互いに対向するように、回転子１０と固定子２０の内周側の径方向における同じ位置に配置されている。図示した例では回転軸１１の断面は円形であり嵌合孔も円形であるが、嵌合孔が円形ではなく長径と短径を有する場合には、検出用帯電部１５と検出用電極２５の面積をなるべく大きくするために、それらを嵌合孔の短径部に配置することが好ましい。
The
検出用帯電部１５と検出用電極２５は検出部の一例であり、回転子１０が回転して検出用帯電部１５が通過するたびに検出用電極２５から検出信号が出力されるため、その検出信号の波形から、回転子１０の回転状態を検出することができる（Ｚ相検出）。また、検出用帯電部１５と検出用電極２５を回転子１０と固定子２０の内周側における回転軸１１との嵌合孔の周辺に形成することで、回転子１０の外径を増やすことなく、回転子１０の回転状態を検出することができる。
The
回転子１０の回転状態としては、主に、時刻同期状態、駆動パルスとの同期状態および脱調状態の３通りがある。時刻同期状態は、回転子１０の動作が駆動パルスに同期し、かつ、時計の計時手段５０（図１を参照）の時刻データにも同期している（静電モータ１により駆動される時計の針が示す時刻が時刻データと合っている）状態である。駆動パルスとの同期状態は、回転子１０の動作が駆動パルスには同期しているが、時刻データには同期していない（上記の時計の針が示す時刻が時刻データと合っておらず、時刻ずれが発生している）状態である。また、脱調状態は、回転子１０の動作が駆動パルスに同期していない状態であり、具体的には、回転子１０の回転速度が通常とは異なるか、回転子１０が正方向（矢印Ｃ方向）とは逆方向に回転しているか、または回転子１０の回転が停止している状態である。脱調状態のときには、一般に、時刻ずれも発生している。
There are mainly three types of rotation states of the rotor 10: a time synchronization state, a synchronization state with a drive pulse, and a step-out state. In the time synchronization state, the operation of the
制御部４は、ＣＰＵおよびメモリを含むマイクロコンピュータで構成され、アクチュエータ２を駆動するための制御信号を生成して駆動部３に入力することで、回転子１０の動作を制御する。制御部４は、通常は、計時手段５０の時刻データに同期した所定の駆動周波数で回転子１０を回転させる。また、制御部４は、検出用帯電部１５と検出用電極２５により脱調が検出された場合には、回転子１０を一旦停止させてから駆動を再開させるか、あるいは、回転子１０を停止させずに回転速度を変化させることにより、時刻同期状態に復帰させる。そのために、制御部４は、通常の駆動周波数よりも低い周波数の駆動パルスを固定電極２１，２２，３１，３２に印加させて回転子１０を回転させることで帯電部１２を所定の指針基準位置に合わせた上で、時刻データにタイミングを合わせて回転子１０を回転させる。
The
制御部４は、そのマイクロコンピュータにより実現される機能ブロックとして、図１に示すように、脱調判定手段４１、周波数変更手段４２、リセット手段４３、位置決め手段４４および時刻同期手段４５を有する。
As shown in FIG. 1, the
脱調判定手段４１は、検出用電極２５から出力される検出信号に基づき、回転子１０が脱調状態にあるか否かを判定（検出）する。回転子１０が１周する間に検出用帯電部１５の通過に伴い検出用電極２５が検出信号を１回出力するため、脱調判定手段４１は、その検出信号のタイミングをカウンタで計測し、そのカウント値が通常の回転速度に対応する予め定められた範囲内に収まっていれば脱調状態ではないと判定する。また、脱調判定手段４１は、カウント値がその範囲から外れていれば脱調状態にあると判定し、特に、回転子１０が１周する期間内に検出用電極２５の検出信号がなければ、回転子１０が停止していると判定する。
The step-out determination means 41 determines (detects) whether or not the
周波数変更手段４２は、脱調判定手段４１の判定結果に応じて駆動パルスの周波数（駆動周波数）を増減させて、回転子１０の回転速度を増減させるか、またはその回転を停止させる。例えば、周波数変更手段４２は、脱調状態にあると脱調判定手段４１が判定した場合には、駆動パルスとの同期状態に戻すために、通常の駆動周波数よりも低い周波数の駆動パルスを固定電極２１，２２，３１，３２に印加させて、回転子１０を通常よりも遅い速度で回転させる。
The frequency changing means 42 increases or decreases the frequency (driving frequency) of the drive pulse according to the determination result of the step-out determination means 41 to increase or decrease the rotation speed of the
リセット手段４３は、脱調状態にあると脱調判定手段４１が判定し、かつ周波数変更手段４２が駆動周波数を増減させても回転子１０が駆動パルスとの同期状態に戻らない場合に、固定電極２１，２２，３１，３２にリセットパルスを印加させる。また、リセット手段４３は、回転子１０が逆方向に回転しているかまたは回転子１０の回転が停止していると脱調判定手段４１が判定した場合にも、同様にリセットパルスを印加させる。リセットパルスにより、リセット手段４３は、帯電部１２の円周方向の位置が規定位置に合うように回転子１０を回転させて、そこで一旦停止させる。規定位置とは、回転子１０を次に起動するときに固定電極２１，２２，３１，３２のうちで駆動パルスにより最初に電圧を印加する固定電極（例えば固定電極３１）と帯電部１２とが重なる円周方向の位置である。
The reset means 43 is fixed when the step-out determining means 41 determines that the step-out state is in the step-out state, and the
図３は、アクチュエータ２のリセットパルスの例を示す図である。第１〜第４電極は、図１の固定電極３１，２１，３２，２２にそれぞれ相当する。図３では、横軸が時間ｔであり、第１〜第４電極のそれぞれに印加される電圧の波形を示している。図３に示すように等間隔の時刻ｔ１〜ｔ５（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４＜ｔ５）を定義し、時刻ｔ１〜ｔ２、時刻ｔ２〜ｔ３、時刻ｔ３〜ｔ４および時刻ｔ４〜ｔ５の期間をそれぞれ（Ａ）〜（Ｄ）とおく。時刻ｔ１から時刻ｔ５までの期間は、駆動パルスの１周期と同じ長さであるとする。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a reset pulse of the
図３のリセットパルスは、上記の規定位置を第１電極の円周方向の位置として、各帯電部１２を第１電極に合わせて回転子１０を停止させるためのものである。リセットパルスは、ブレーキ期間と、ブレーキ期間よりも開始が遅い位置決め期間とで構成されるパルスであり、期間（Ａ），（Ｂ）がブレーキ期間に、期間（Ｂ），（Ｃ）が位置決め期間に、それぞれ相当する。期間（Ａ）では第４電極が、期間（Ｂ）は第１、第４電極が、期間（Ｃ）では第１電極が、それぞれ正電位になり、この期間中、第２、第３電極は負電位のままである。なお、図示した例では、ブレーキ期間と位置決め期間は一部重複しているが、これらの期間は必ずしも重複していなくてもよい。
The reset pulse of FIG. 3 is for stopping the
第１〜第４電極は、隣接する２つの固定電極の幅を１周期として１／４周期ずつ、回転子１０の回転方向（円周方向）にこの順序でずれて、繰り返し配置されている。したがって、図３のリセットパルスでは、まず、ブレーキ期間において、負電位の帯電部１２と引き合うように、円周方向の位置が第１電極の手前にある第４電極を正電位にした後、第４電極と第１電極とを正電位として、各帯電部１２を第１電極に近付ける。ブレーキ期間では、２組以上の固定電極に通電させ、それらの固定電極で回転子１０を駆動して、比較的大きなトルクを発生させる。そして、後続する位置決め期間において、第４電極と第１電極を正電位にした状態から、第１〜第４電極のうちで各帯電部１２の回転方向の停止位置を合わせたい第１電極のみを正電位とし、各帯電部１２を第１電極に揃えて回転子１０を停止させる。
The first to fourth electrodes are repeatedly arranged in this order in the rotation direction (circumferential direction) of the
ブレーキ期間と位置決め期間とで異なる組合せの固定電極に通電することにより、仮に、ブレーキ期間において帯電部１２とある組の固定電極との円周方向の位置が一致し、回転方向のトルクが働かない状態にあったとしても、次の位置決め期間でトルクを発生させ、回転子１０を回転させることができる。したがって、図３のリセットパルスを印加すれば、帯電部と固定電極との位置関係にかかわらず、各帯電部１２を第１電極の正対位置に合わせて停止させることができる。
By energizing fixed electrodes with different combinations during the braking period and the positioning period, the positions of the charged
図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、リセットパルス印加時のアクチュエータ２の動作を説明する図である。これらの図は、縦方向と横方向がそれぞれアクチュエータ２の厚さ方向と円周方向に相当する模式的な縦断面図である。各図の上から順に、固定子２０の第２、第４電極（固定電極２１，２２）、回転子１０の上面および下面の帯電部１２、ならびに固定子３０の第１、第３電極（固定電極３１，３２）を示している。第２、第４電極と第１、第３電極はそれぞれ同一面に形成されており、それらの鉛直方向の高さは同じであるが、各図では、図示をわかりやすくするために、これらの電極を縦方向にずらしている。図４（Ａ）および図４（Ｂ）は図３に示した期間（Ａ），（Ｂ）にそれぞれ対応し、図４（Ｃ）および図４（Ｄ）は期間（Ｃ）に対応する。各図では、これらの時刻に正電位になる電極を強調して示しており、また、帯電部１２と第１〜第４電極との間に働く静電気力および回転子１０の回転方向を矢印で示している。
4 (A) to 4 (D) are diagrams illustrating the operation of the
図示した例では、最初に、図４（Ａ）に示すように、円周方向において帯電部１２が第３電極と丁度重なり、第２、第４電極と部分的に重なり、かつ第１電極とは重ならない位置で回転子１０が停止しており、この状態で図３のリセットパルスが印加されたとする。期間（Ａ）では、図４（Ａ）に示すように、第４電極が正電位であり、回転子１０は、帯電部１２と重なる第４電極から引力を受けて、矢印Ｃ方向（図中右方向）に回転する。
In the illustrated example, first, as shown in FIG. 4A, the charged
期間（Ｂ）では、図４（Ｂ）に示すように、第１、第４電極が正電位であるため、回転子１０は、帯電部１２と重なるこれらの電極から引力を受けて、矢印Ｃ方向にさらに回転する。期間（Ｃ）では、図４（Ｃ）に示すように、第１電極が正電位であるため、回転子１０は、帯電部１２と重なる第１電極から引力を受けて矢印Ｃ方向にさらに回転する。しかしながら、期間（Ｃ）では第２〜第４電極が負電位であるため、帯電部１２が第１電極に重なるまで回転子１０が回転すると、回転子１０には矢印Ｃ方向のトルクが働かなくなる。このため、図４（Ｄ）に示すように、回転子１０は、帯電部１２が第１電極に重なった状態で停止する。
In the period (B), as shown in FIG. 4 (B), since the first and fourth electrodes have a positive potential, the
位置決め手段４４は、リセット手段４３によりリセットパルスが印加され、回転子１０が一旦停止した後で、時刻データに同期した通常の駆動周波数よりも低い（例えば１／２以下の）周波数の駆動パルス（補正パルス）を印加させて、回転子１０をゆっくり回転させる。そして、位置決め手段４４は、帯電部１２の円周方向の位置が所定の指針基準位置に合うまで回転子１０を回転させて、そこで再度、回転子１０の回転を停止させる。ゆっくり回転させるのは、回転子１０に慣性があるので、指針基準位置に停止し易くするためである。補正パルスは通常の駆動パルスと同じでもよいが、回転子１０を確実に回転させられるように、複数組の固定電極に同時に通電して回転方向に強いトルクを発生させるパルスであることが好ましい。
After the reset pulse is applied by the reset means 43 and the
指針基準位置は、例えば、回転子１０が回転させる時計の指針が１２時を指すときの回転子１０の円周方向の位置である。指針基準位置は、検出用電極２５と同じ位置でもよいし、異なる位置でもよい。指針基準位置が検出用電極２５と同じ位置の場合には、位置決め手段４４は、補正パルスにより回転子１０を回転させ、検出用電極２５からの出力信号により回転子１０の回転方向の位置を検出した後に、さらに１周回転させてから、検出用帯電部１５が検出用電極２５に重なる位置で回転子１０を停止させてもよい。指針基準位置が検出用電極２５とは異なる位置である場合には、位置決め手段４４は、両者の円周方向の距離に応じて回転子１０を回転させてから停止させればよい。
The pointer reference position is, for example, the position in the circumferential direction of the
なお、時計の指針を基準位置に合わせるための運針モードであることをユーザに明示するために、位置決め手段４４は、補正パルスによる回転子１０の回転方向を、通常とは逆方向にしてもよい。また、リセットパルスが印加された後には、必ずしも位置決め手段４４により回転子１０を指針基準位置に再度停止させなくてもよく、回転子１０をゆっくり回転させたまま駆動パルスとの同期状態へ移行させた上で、次に説明する時刻同期手段４５により、回転子１０の回転を時刻データに同期した状態に復帰させてもよい。
In order to clearly indicate to the user that the hand movement mode is for adjusting the pointer of the clock to the reference position, the positioning means 44 may set the rotation direction of the
時刻同期手段４５は、位置決め手段４４により指針基準位置で停止した回転子１０に対し、計時手段５０の時刻データに同期した周波数の駆動パルスをその時刻データにタイミングを合わせて印加させて、回転子１０を起動する。また、時刻同期手段４５は、回転子１０が脱調状態になり、周波数変更手段４２が駆動周波数を増減させて駆動パルスとの同期状態へ移行させた場合にも、時刻データにタイミングを合わせて同様の駆動パルスを印加させる。これにより、時刻同期手段４５は、回転子１０の回転を駆動パルスと時刻データに同期した状態に復帰させる。例えば、回転子１０が駆動パルスとの同期状態にある場合、時計に遅れがあれば駆動周波数を増加させて遅れを取り戻し、進みがあれば駆動周波数を低下させて回転を遅くする。その上で、時刻同期手段４５は、秒針の次の周回で回転子１０の回転と時刻データとのタイミングを合わせることで、時計の時刻合わせをする。
The time synchronization means 45 applies a drive pulse having a frequency synchronized with the time data of the time measuring means 50 to the
図５は、静電モータ１の時刻同期処理のフローチャートである。図５および後述する図１２に示すフローは、制御部４のメモリに予め記憶されたプログラムに従って、制御部４のＣＰＵにより実行される。
FIG. 5 is a flowchart of the time synchronization process of the electrostatic motor 1. The flow shown in FIG. 5 and FIG. 12 described later is executed by the CPU of the
時刻同期処理では、まず、制御部４は、駆動部３に駆動パルスを出力させる（Ｓ１）。そして、脱調判定手段４１は、検出用電極２５からの出力信号に基づき回転子１０の回転状態を検出する（Ｓ２）。回転子１０の回転速度が通常の回転速度に対応する予め定められた範囲内である場合には、脱調状態ではなく（Ｓ３でＮｏ）、回転子１０は時刻同期状態にあるため、Ｓ１に戻って、制御部４は、駆動部３に駆動パルスの出力を継続させる。
In the time synchronization process, first, the
一方、回転子１０の回転速度が予め定められた範囲内にない場合には、脱調判定手段４１は、回転子１０が脱調状態にあると判定する（Ｓ３でＹｅｓ）。ここで、回転子１０が正方向に回転していない場合（Ｓ４でＮｏ）、すなわち、いわゆるビビリの状態か、または逆方向への回転もしくは停止の状態にある場合には、リセット手段４３は、駆動部３にリセットパルスを出力させて、回転子１０を一旦停止させる（Ｓ５）。その上で、周波数変更手段４２は、駆動パルスの周波数を通常の駆動周波数よりも低くして、駆動部３に低周波数の駆動パルスを出力させる（Ｓ６）。一方、回転子１０が正方向に回転している場合（Ｓ４でＹｅｓ）、すなわち、回転子１０が止まったり動いたりを繰り返しているがある程度動いている不安定な状態にある場合には、Ｓ５は実行されずにＳ６が実行される。
On the other hand, when the rotation speed of the
その上で、脱調判定手段４１は、検出用電極２５からの出力信号に基づき回転子１０の回転状態を再度検出する（Ｓ７）。ここで、回転子１０の回転速度が予め定められた範囲内にない（すなわち、低周波数の駆動パルスとの同期状態にない）場合（Ｓ８でＮｏ）には、Ｓ５に戻って、リセット手段４３は、駆動部３にリセットパルスを出力させる。
Then, the step-out determination means 41 detects the rotational state of the
一方、Ｓ７での検出の結果、回転子１０の回転速度が予め定められた範囲内である（すなわち、低周波数の駆動パルスとの同期状態にある）場合（Ｓ８でＹｅｓ）には、時刻同期手段４５は、時計の指針が示す時刻と計時手段５０の時刻データとのズレ量を算出する（Ｓ９）。その際、位置決め手段４４により回転子１０を指針基準位置に一旦停止させてもよいし、回転子１０はゆっくり回転したままであってもよい。周波数変更手段４２は、Ｓ９での算出の結果、時計が進んでいる場合（Ｓ１０でＹｅｓ）には、駆動部３に通常の駆動周波数よりも低い周波数の駆動パルスを出力させ（Ｓ１１）、時計が遅れている場合（Ｓ１０でＮｏ）には、通常の駆動周波数よりも高い周波数の駆動パルスを出力させる（Ｓ１２）。
On the other hand, as a result of the detection in S7, when the rotation speed of the
こうして、時刻同期手段４５は、駆動周波数の調整により、時計の針が示す時刻が計時手段５０の時刻データと同期（一致）した状態を実現する（Ｓ１３）。その後、再びＳ１に戻り、制御部４は、時刻データとタイミングを合わせて、再び駆動部３に駆動パルスを出力させ、以上の各ステップを繰り返す。
In this way, the time synchronization means 45 realizes a state in which the time indicated by the hands of the clock is synchronized (matched) with the time data of the time measuring means 50 by adjusting the drive frequency (S13). After that, the process returns to S1 again, the
以上説明した静電モータ１では、回転子１０が脱調状態になっても、慣性量の大きな回転子１０を無理に逆転動作させる必要がなく、駆動周波数の増減により時刻を補正することができるため、時計に適用した場合に、ユーザが運針状態に不自然さを感じ難い。また、仮に負荷変動により回転子１０が停止してしまったとしても、制御部４の制御により確実にその停止状態から抜け出して、時刻データとの同期状態に復帰させることができるので、静電モータ１は時計の運針用モータとしての使用に適している。
In the electrostatic motor 1 described above, even if the
図３に示したリセットパルスの波形は、固定電極の組数や、各組の固定電極の配置（位相の違い）などに応じて変化する。以下では、固定電極の組数が上記のものとは異なるアクチュエータについて、リセットパルスとそれを印加したときの動作を説明する。 The waveform of the reset pulse shown in FIG. 3 changes depending on the number of fixed electrode sets, the arrangement of the fixed electrodes in each set (difference in phase), and the like. In the following, a reset pulse and an operation when the reset pulse is applied will be described for an actuator in which the number of fixed electrode sets is different from the above.
図６は、別のアクチュエータ２Ａの概略構成図である。アクチュエータ２Ａは、固定電極の組数および配置以外の点では、アクチュエータ２と同じ構成を有する。静電モータ１は、アクチュエータ２に代えてアクチュエータ２Ａを有してもよい。アクチュエータ２Ａの固定子２０，３０は、それぞれ３組の固定電極２１〜２３，３１〜３３を有し、これらはそれぞれ略台形状の複数の電極で構成される。固定電極２１〜２３は固定子２０の下面において、固定電極３１〜３３は固定子３０の上面において、それぞれ円周方向にこの順序で、回転軸１１を中心とする放射状に形成されている。同じ組の固定電極同士は、円周方向に間隔を空けて形成され、かつ等間隔に配置されている。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of another
回転軸１１を中心とする同一円周上では、個々の固定電極の幅はすべて同じであるが、その大きさは、個々の帯電部１２の幅の２／３である。また、回転子１０の各面の帯電部１２と各組の固定電極の個数は、すべて同じである。１つの固定電極２１とそれに隣接する固定電極２２，２３の円周方向の幅を１周期とすると、固定電極３１〜３３の配置位置は、固定電極２１，２２の配置位置に対して１／１２周期分、矢印Ｃ方向にずれている。
On the same circumference centered on the
図７は、アクチュエータ２Ａのリセットパルスの例を示す図である。第１〜第６電極は、図６の固定電極３１，２１，３２，２２，３３，２３にそれぞれ相当する。図７のリセットパルスも、各帯電部１２を第１電極に合わせて回転子１０を停止させるためのものである。時刻ｔ１〜ｔ５、期間（Ａ）〜（Ｄ）、ブレーキ期間および位置決め期間の定義は、図３のときと同じである。期間（Ａ）では第４〜第６電極が、期間（Ｂ）は第１、第４〜第６電極が、期間（Ｃ）では第１電極が、それぞれ正電位になり、この期間中、第２、第３電極は負電位のままである。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a reset pulse of the
第１〜第６電極は、円周方向にこの順序でずれて繰り返し配置されている。したがって、図７のリセットパルスでは、まず、ブレーキ期間において、負電位の帯電部１２と引き合うように、円周方向の位置が第１電極の手前にある第４〜第６電極を正電位にした後、これらの電極と第１電極とを正電位として、各帯電部１２を第１電極に近付ける。そして、後続する位置決め期間において、第１、第４〜第６電極を正電位にした状態から、第１〜第６電極のうちで各帯電部１２の回転方向の停止位置を合わせたい第１電極のみを正電位とし、各帯電部１２を第１電極に揃えて回転子１０を停止させる。
The first to sixth electrodes are repeatedly arranged so as to be displaced in this order in the circumferential direction. Therefore, in the reset pulse of FIG. 7, first, during the braking period, the fourth to sixth electrodes whose circumferential positions are in front of the first electrode are set to the positive potential so as to attract the charged
図８（Ａ）〜図８（Ｄ）は、リセットパルス印加時のアクチュエータ２Ａの動作を説明する図である。各図では、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）と同様に、上から順に、固定子２０の第２、第４、第６電極（固定電極２１〜２３）、回転子１０の上面および下面の帯電部１２、ならびに固定子３０の第１、第３、第５電極（固定電極３１〜３３）を示している。これらの図と図７との対応関係は、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）のときと同様である。
8 (A) to 8 (D) are diagrams illustrating the operation of the
図示した例では、最初に、図８（Ａ）に示すように、円周方向において帯電部１２が第３〜第６電極と重なり、かつ第１、第２電極とは重ならない位置で回転子１０が停止しており、この状態で図７のリセットパルスが印加されたとする。図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示すように、期間（Ａ）では第４〜第６電極が、期間（Ｂ）では第１、第４〜第６電極が、期間（Ｃ）では第１電極が、それぞれ正電位になるため、回転子１０は、帯電部１２と重なるこれらの電極から引力を受けて、矢印Ｃ方向に回転する。しかしながら、期間（Ｃ）では第１電極以外は負電位であるため、帯電部１２と第１電極の円周方向の位置が揃うまで回転子１０が回転すると、回転子１０には矢印Ｃ方向のトルクが働かなくなる。このため、図８（Ｄ）に示すように、回転子１０は、帯電部１２が第１電極に重なった状態で停止する。
In the illustrated example, first, as shown in FIG. 8 (A), the
図９は、さらに別のアクチュエータ２Ｂの概略構成図である。アクチュエータ２Ｂは、固定電極の組数および配置以外の点では、アクチュエータ２と同じ構成を有する。静電モータ１は、アクチュエータ２に代えてアクチュエータ２Ｂを有してもよい。アクチュエータ２Ｂの固定子２０は下面に、固定子３０は上面に、それぞれ４組の固定電極２１〜２４，３１〜３４を有し、これらはそれぞれ略台形状の複数の電極で構成される。同じ組の固定電極同士は、円周方向に間隔を空けて形成され、かつ等間隔に配置されている。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of yet another
固定電極２１，２３は固定子２０の内周側（回転軸１１に近い側）において交互に、固定電極２２，２４は固定電極２１，２３よりも外周側（回転軸１１から遠い側）において交互に、かつそれぞれ回転軸１１を中心とする放射状に形成されている。同様に、固定電極３１，３３は固定子３０の内周側において交互に、固定電極３２，３４は固定電極３１，３３よりも外周側において交互に、かつそれぞれ回転軸１１を中心とする放射状に形成されている。言い換えると、固定電極２１，２３および固定電極２２，２４ならびに固定電極３１，３３および固定電極３２，３４は、固定子２０，３０上で回転軸１１を中心として同心円状に配置されている。
The fixed
回転軸１１を中心とする同一円周上では、個々の帯電部１２と個々の固定電極の幅はすべて同じである。また、回転子１０の各面の帯電部１２と各組の固定電極の個数は、すべて同じである。１つの固定電極２１とそれに隣接する固定電極２３の円周方向の幅を１周期とすると、固定電極２２，２４の配置位置は、固定電極２１，２３の配置位置に対して１／４周期分、矢印Ｃ方向にずれている。同様に、固定電極３２，３４の配置位置は、固定電極３１，３３の配置位置に対して１／４周期分、矢印Ｃ方向にずれており、固定電極３１〜３４の配置位置は、固定電極２１〜２４の配置位置に対して１／８周期分、矢印Ｃ方向にずれている。
On the same circumference centered on the
図１０は、アクチュエータ２Ｂのリセットパルスの例を示す図である。第１〜第８電極は、図９の固定電極３１，２１，３２，２２，３３，２３，３４，２４にそれぞれ相当する。図１０のリセットパルスも、各帯電部１２を第１電極に合わせて回転子１０を停止させるためのものである。時刻ｔ１〜ｔ５、期間（Ａ）〜（Ｄ）、ブレーキ期間および位置決め期間の定義は、図３のときと同じである。期間（Ａ）では第６〜第８電極が、期間（Ｂ）は第１、第６〜第８電極が、期間（Ｃ）では第１電極が、それぞれ正電位になり、この期間中、第２〜第５電極は負電位のままである。
FIG. 10 is a diagram showing an example of a reset pulse of the
第１〜第８電極は、隣接する２つの固定電極の幅を１周期として１／８周期ずつ、円周方向にこの順序でずれて配置されている。したがって、図１０のリセットパルスでは、まず、ブレーキ期間において、負電位の帯電部１２と引き合うように、円周方向の位置が第１電極の手前にある第６〜第８電極を正電位にした後、これらの電極と第１電極とを正電位として、各帯電部１２を第１電極に近付ける。そして、後続する位置決め期間において、第１、第６〜第８電極を正電位にした状態から、第１〜第８電極のうちで各帯電部１２の回転方向の停止位置を合わせたい第１電極のみを正電位とし、各帯電部１２を第１電極に揃えて回転子１０を停止させる。
The first to eighth electrodes are arranged so as to be offset in this order in the circumferential direction by 1/8 cycle with the width of two adjacent fixed electrodes as one cycle. Therefore, in the reset pulse of FIG. 10, first, during the braking period, the sixth to eighth electrodes whose circumferential positions are in front of the first electrode are set to the positive potential so as to attract the charged
図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）は、リセットパルス印加時のアクチュエータ２Ｂの動作を説明する図である。各図では、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）と同様に、上から順に、固定子２０の第２、第４、第６、第８電極（固定電極２１〜２４）、回転子１０の上面および下面の帯電部１２、ならびに固定子３０の第１、第３、第５、第７電極（固定電極３１〜３４）を示している。これらの図と図１０との対応関係は、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）のときと同様である。
11 (A) to 11 (D) are diagrams illustrating the operation of the
図示した例では、最初に、図１１（Ａ）に示すように、円周方向において帯電部１２が第５電極と丁度重なり、第２〜第４、第６〜第８電極と部分的に重なり、かつ第１電極とは重ならない位置で回転子１０が停止しており、この状態で図７のリセットパルスが印加されたとする。図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）に示すように、期間（Ａ）では第６〜第８電極が、期間（Ｂ）では第１、第６〜第８電極が、期間（Ｃ）では第１電極が、それぞれ正電位になるため、回転子１０は、帯電部１２と重なるこれらの電極から引力を受けて、矢印Ｃ方向に回転する。しかしながら、期間（Ｃ）では第１電極以外は負電位であるため、帯電部１２が第１電極に重なるまで回転子１０が回転すると、回転子１０には矢印Ｃ方向のトルクが働かなくなる。このため、図１１（Ｄ）に示すように、回転子１０は、帯電部１２が第１電極に重なった状態で停止する。
In the illustrated example, first, as shown in FIG. 11A, the charged
一般に、静電モータの駆動パルスには、回転子の起動時に印加するパルス（以下、「起動パルス」という）と、起動パルスよりも消費電力が少ない低消電パルスがある。低消電パルスは、例えば、いずれかの組の固定電極に通電させる通電期間と、いずれの組の固定電極にも通電させない非通電期間とを（例えば半周期分ずつ）交互に含み、その非通電期間に回転子を惰性で回転させる駆動パルスであってもよい。あるいは、低消電パルスは、固定子２０，３０のうちで一方の固定電極のみに通電させる駆動パルスであってもよい。前者の場合には通電を止めることで回転子に速度変動が生じるが、後者の場合には回転子の速度変動が実質的に生じないという特徴がある。
In general, the drive pulse of an electrostatic motor includes a pulse applied when the rotor is started (hereinafter referred to as a “start pulse”) and a low static elimination pulse that consumes less power than the start pulse. The low static elimination pulse alternately includes, for example, an energization period in which one set of fixed electrodes is energized and a non-energization period in which no set of fixed electrodes is energized (for example, for half a cycle). It may be a drive pulse that inertially rotates the rotor during the energization period. Alternatively, the low static elimination pulse may be a drive pulse that energizes only one of the fixed
特に、静電モータを時計の運針用モータとして使用する場合には、起動パルスは、秒針を細かいピッチで連続的に動かす運針方法（以下、スイープ運針という）の駆動パルスに相当する。また、非通電期間を含む低消電パルスは、秒針を小刻みに動かす運針方法（以下、多ビート運針という）の駆動パルスに相当する。多ビート運針よりもスイープ運針の方が駆動パルスの周波数は高いが、両者は、秒針の見た目の動きが滑らかかどうかで区別する。 In particular, when an electrostatic motor is used as a motor for moving the hands of a timepiece, the starting pulse corresponds to a driving pulse of a hand movement method (hereinafter referred to as sweep hand movement) in which the second hand is continuously moved at a fine pitch. Further, the low static elimination pulse including the non-energized period corresponds to the drive pulse of the hand movement method (hereinafter referred to as multi-beat hand movement) in which the second hand is moved in small steps. The frequency of the drive pulse is higher in the sweep hand movement than in the multi-beat hand movement, but the two are distinguished by whether the second hand moves smoothly.
一般に、静電モータを時計などの電子機器で使用する場合には、なるべく低消費電力で駆動させることが望ましい。そこで、制御部４の制御により、回転子１０の起動後に、駆動部３が印加する駆動パルスを、起動パルスから低消電パルスに切り替えてもよい。
Generally, when an electrostatic motor is used in an electronic device such as a clock, it is desirable to drive it with as low power consumption as possible. Therefore, under the control of the
駆動パルスの切替えを行う場合、制御部４は、例えば、数十回程度、検出用電極２５から等間隔に検出信号が出力されたら、回転子１０の回転速度が一定になり、回転子１０が起動状態から安定状態になったと判断する。そして、制御部４は、検出用電極２５からの出力信号に基づいて回転子１０の回転が安定状態になったと判断したときに、駆動部３が出力する駆動パルスを、起動パルスから低消電パルスに切り替える。その際、制御部４は、スイープ運針の駆動パルスを多ビート運針の駆動パルスに切り替える。なお、制御部４は、例えばユーザの操作に応じて、スイープ運針と多ビート運針とを切り替えてもよい。
When switching the drive pulse, for example, when the detection signal is output from the
図１２は、静電モータ１の駆動パルスの切替え処理のフローチャートである。 FIG. 12 is a flowchart of the switching process of the drive pulse of the electrostatic motor 1.
駆動パルスの切替え処理では、まず、制御部４は、駆動部３に起動パルスを出力させて（Ｓ２１）、検出用電極２５からの出力信号に基づき回転子１０の回転状態を検出する（Ｓ２２）。検出用電極２５から等間隔に検出信号が出力されており、回転子１０が一定速度で安定に駆動されている場合（Ｓ２３でＹｅｓ）には、制御部４は、駆動部３が出力する駆動パルスを、起動パルスから低消電パルスに切り替える（Ｓ２４）。その上で、制御部４は、検出用電極２５からの出力信号に基づき、回転子１０の回転状態を再び検出し（Ｓ２５）、回転子１０が一定速度で安定に駆動されている場合（Ｓ２６でＹｅｓ）には、低消電パルスによる駆動を継続させて（Ｓ２７）、処理を終了する。一方、Ｓ２５で安定駆動が検出されない場合（Ｓ２６でＮｏ）には、Ｓ２１に戻り、制御部４は、再び駆動部３に起動パルスを出力させる。
In the drive pulse switching process, first, the
また、Ｓ２２で安定駆動が検出されない場合（Ｓ２３でＮｏ）には、制御部４は、起動パルスによる駆動を継続させる（Ｓ２８）。そして、一定時間の経過後、制御部４は、回転子１０が一定速度で安定に駆動されているか否かを再び判断する（Ｓ２９）。回転子１０が一定速度で安定に駆動されている場合（Ｓ２９でＹｅｓ）には、Ｓ２４に進んで、制御部４は、駆動部３が出力する駆動パルスを、起動パルスから低消電パルスに切り替える。一方、安定駆動が検出されない場合（Ｓ２９でＮｏ）には、回転子１０の回転に異常があるため、制御部４は、例えば１２時の位置などの基準位置まで秒針を送り停止させることでその異常状態を表示して（Ｓ３０）、処理を終了する。
If stable drive is not detected in S22 (No in S23), the
上記のように駆動パルスの切替えを行う静電モータは、回転子１０の回転状態が安定してからは、起動時よりも低消費電力で駆動することができる。
The electrostatic motor that switches the drive pulse as described above can be driven with lower power consumption than at the time of starting after the rotational state of the
なお、固定子３０の固定電極の配置位置は、図１、図６および図９に示したアクチュエータ２，２Ａ，２Ｂの場合とは異なり、固定子２０の固定電極の配置位置に対して、矢印Ｃ方向とは逆方向にずれていてもよい。この場合でも、固定電極の配置に応じて駆動パルスを変更することにより、アクチュエータ２，２Ａ，２Ｂと同様に回転子１０を回転させることができる。
The position of the fixed electrode of the
また、リセット手段４３が印加させるリセットパルスは、図３、図７および図１０に示したものに限らず、通常の駆動パルスの１周期の長さを単に長くしたものであってもよい。あるいは、リセットパルスは、駆動パルスの１周期内で最後に正電位になる固定電極に電圧を印加した状態をそのまま長く維持するものであってもよい。 Further, the reset pulse applied by the reset means 43 is not limited to the one shown in FIGS. 3, 7, and 10, and may be simply a length of one cycle of the normal drive pulse. Alternatively, the reset pulse may maintain a state in which a voltage is applied to the fixed electrode that finally becomes a positive potential within one cycle of the drive pulse for a long time.
また、図１、図６および図９に示した検出用帯電部１５と検出用電極２５の配置は一例である。図示した例とは異なり、例えば、検出用帯電部１５は回転子１０の下面に、検出用電極２５は下側の固定子３０の上面にそれぞれ配置されていてもよい。あるいは、検出用帯電部１５と検出用電極２５を２組以上設けてもよく、例えば、回転子１０の上面と上側の固定子２０の下面、および回転子１０の下面と下側の固定子３０の上面に、それぞれ検出用帯電部１５と検出用電極２５の組を配置してもよい。
Further, the arrangement of the
また、検出用帯電部１５と検出用電極２５を用いずに、制御部４は、回転子１０の起動から一定時間経過したときに、回転子１０の回転が安定状態になったと判断してもよい。また、固定電極２１，２２のうちで各１個の電極を回転子１０の駆動と回転状態の検出に兼用してもよい。この場合、制御部４は、それらの電極から出力される互いに位相がずれた検出信号（Ａ相およびＢ相の検出信号）と、回転子１０が１回転するたびに検出用電極２５から出力される検出信号（Ｚ相の検出信号）とに基づいて、回転子１０の回転状態を判断し、駆動パルスを切り替えてもよい。
Further, even if the
また、検出用電極２５のノイズを低減させるために、固定子２０上の検出用電極２５の近傍にＧＮＤパターンを設けてもよい。また、検出用帯電部１５および検出用電極２５の代わりに、回転軸１１をセラミックなどの非導電材で構成して、その上に回転状態の検出用の帯電部をパターン化して配置するとともに、その帯電部に対向する位置に検出用の電極を設けてもよい。あるいは、回転子１０の側面の一部に回転状態の検出用の帯電部を設け、それに対向する位置に検出用の電極を設けてもよい。また、帯電部１２とは別個に検出用帯電部１５を設けるのではなく、複数の帯電部１２のうちの一部をそれ以外の帯電部１２とは異なる形状として、円周方向における帯電部１２の配置パターンを一部変えてもよい。
Further, in order to reduce the noise of the
また、静電モータ１を時計の運針用モータとして使用する場合には、検出用帯電部１５および検出用電極２５の代わりに、時計で一般に用いられている指針位置検出構造を回転子１０の回転状態の検出にも流用してもよい。例えば、時計内で秒針を回転させるための歯車に検出穴を設け、その検出穴の上下に発光部と受光部を配置し、検出穴がそれらの間と通過するときだけ発光部からの光を受光部で受光できるようにすることで、歯車の回転に要する時間を測定可能である。静電モータの制御部は、この受光部からの出力信号に応じて、回転子１０の回転状態を判定してもよい。
Further, when the electrostatic motor 1 is used as a motor for moving the hands of a timepiece, instead of the
１ 静電モータ
２，２Ａ，２Ｂ アクチュエータ
３ 駆動部
４ 制御部
１０ 回転子
１１ 回転軸
１２ 帯電部
１５ 検出用帯電部
２０，３０ 固定子
２１，２２，２３，２４，３１，３２，３３，３４ 固定電極
２５ 検出用電極
４１ 脱調判定手段
４２ 周波数変更手段
４３ リセット手段
４４ 位置決め手段
４５ 時刻同期手段
５０ 計時手段
1
Claims (9)
前記固定子に対向して配置され、前記固定子との対向面に複数の帯電部を有し、所定の駆動周波数の駆動パルスが前記複数の固定電極に印加されることで前記複数の固定電極と前記複数の帯電部との間に発生する静電気力により回転する回転子と、
前記駆動パルスと前記回転子の回転とが同期していない状態である脱調を検出する検出部と、
前記検出部が脱調を検出した場合であって、
前記回転子が正方向に回転している場合には、前記駆動周波数よりも低い周波数の駆動パルスを前記複数の固定電極に印加させ、
前記回転子が正方向に回転していない場合には、リセットパルスを前記複数の固定電極に印加させ前記回転子を停止させた上で、前記駆動パルスと前記回転子の回転とを同期状態に復帰させるように制御し、
前記制御により前記同期状態が復帰した場合は、前記駆動周波数よりも低い周波数の駆動パルスを前記複数の固定電極に印加させて前記回転子を回転させることで前記複数の帯電部を基準位置に合わせた上で、計時手段の時刻データにタイミングを合わせて前記回転子を回転させる制御部と、
を有することを特徴とする静電モータ。 A stator with multiple fixed electrodes formed on the same surface,
The plurality of fixed electrodes are arranged so as to face the stator, have a plurality of charged portions on the surface facing the stator, and a drive pulse having a predetermined drive frequency is applied to the plurality of fixed electrodes. A rotor that rotates due to the electrostatic force generated between the and the plurality of charged parts, and
A detection unit that detects step-out in a state where the drive pulse and the rotation of the rotor are not synchronized.
When the detection unit detects step- out ,
When the rotor is rotating in the positive direction, a drive pulse having a frequency lower than the drive frequency is applied to the plurality of fixed electrodes.
When the rotor is not rotating in the positive direction, a reset pulse is applied to the plurality of fixed electrodes to stop the rotor, and then the drive pulse and the rotation of the rotor are synchronized. Control to return,
When the synchronous state is restored by the control , the plurality of charged portions are aligned with the reference position by applying a drive pulse having a frequency lower than the drive frequency to the plurality of fixed electrodes and rotating the rotor. After that, a control unit that rotates the rotor in time with the time data of the time measuring means, and
An electrostatic motor characterized by having.
前記時刻データに応じて指針を駆動し、
前記検出部が脱調を検出した場合には、前記指針の周回の間に前記駆動パルスと前記回転子の回転との同期状態を復帰させ、次の周回で前記時刻データと前記回転子の回転とのタイミングを合わせる、
請求項１に記載の静電モータ。 The control unit
Drive the pointer according to the time data
When the detection unit detects step-out , the synchronization state of the drive pulse and the rotation of the rotor is restored during the rotation of the pointer, and the time data and the rotation of the rotor are restored in the next rotation. Match the timing with
The electrostatic motor according to claim 1.
前記固定子に対向して配置され、前記固定子との対向面に複数の帯電部を有し、所定の駆動周波数の駆動パルスが前記複数の固定電極に印加されることで前記複数の固定電極と前記複数の帯電部との間に発生する静電気力により回転する回転子と、The plurality of fixed electrodes are arranged so as to face the stator, have a plurality of charged portions on the surface facing the stator, and a drive pulse having a predetermined drive frequency is applied to the plurality of fixed electrodes. A rotor that rotates due to the electrostatic force generated between the and the plurality of charged parts, and
前記駆動パルスと前記回転子の回転とが同期していない状態である脱調を検出する検出部と、A detection unit that detects step-out in a state where the drive pulse and the rotation of the rotor are not synchronized.
前記検出部が脱調を検出した場合、前記駆動周波数よりも低い周波数の駆動パルスを前記複数の固定電極に印加させて前記回転子を回転させることで前記複数の帯電部を基準位置に合わせた上で、計時手段の時刻データにタイミングを合わせて前記回転子を回転させる制御部と、When the detection unit detects step-out, a drive pulse having a frequency lower than the drive frequency is applied to the plurality of fixed electrodes to rotate the rotor, thereby aligning the plurality of charged units with reference positions. Above, the control unit that rotates the rotor in time with the time data of the time measuring means,
を有し、Have,
前記制御部は、The control unit
前記時刻データに応じて指針を駆動し、Drive the pointer according to the time data
前記検出部が脱調を検出した場合には、前記指針の周回の間に前記駆動パルスと前記回転子の回転との同期状態を復帰させ、次の周回で前記時刻データと前記回転子の回転とのタイミングを合わせる、When the detection unit detects step-out, the synchronization state of the drive pulse and the rotation of the rotor is restored during the rotation of the pointer, and the time data and the rotation of the rotor are restored in the next rotation. Match the timing with
ことを特徴とする静電モータ。An electrostatic motor characterized by that.
前記リセットパルスは、ブレーキ期間と、前記ブレーキ期間よりも開始が遅い位置決め期間とで構成されるパルスであり、
前記位置決め期間では、前記複数組の固定電極のうちで前記複数の帯電部の前記回転方向の停止位置を合わせたい組の固定電極に通電され、前記ブレーキ期間では２つ以上の組の固定電極に通電される、請求項１に記載の静電モータ。 The plurality of fixed electrodes are composed of a plurality of sets of fixed electrodes arranged alternately in the rotation direction of the rotor.
The reset pulse is a pulse composed of a braking period and a positioning period that starts later than the braking period.
During the positioning period, the fixed electrodes of the plurality of sets of fixed electrodes whose stop positions in the rotational direction of the plurality of charged portions are desired to be aligned are energized, and during the braking period, two or more sets of fixed electrodes are supplied. It is energized, the electrostatic motor according to claim 1.
前記起動パルスは前記非通電期間を含まない駆動パルスであり、
前記制御部は、前記駆動パルスを、前記起動パルスと前記低消電パルスとの間で切り替える、請求項８に記載の静電モータ。 The low static elimination pulse is a drive pulse that coasts the rotor during the non-energized period, including an energized period in which the plurality of fixed electrodes are energized and a non-energized period in which none of the fixed electrodes is energized. Yes,
The start pulse is a drive pulse that does not include the non-energized period.
The electrostatic motor according to claim 8 , wherein the control unit switches the drive pulse between the start pulse and the low static elimination pulse.
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