JPS622850A - 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〈は
、ロータと、このロータを配置する孔を有するステータ
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１５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２ｆ：巻装した磁心３が取付けられている。ステ
ータｌ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ｓ内に２極の磁極を有するロータ４がギ
ャップ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Ｍｉ磁
束の方向と直交する方向に沿う前記円形孔５の対向する
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の内周部処は、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７．２が切欠き形成
しである。このノツチ７．７の存在によりロータ４はそ
の磁極が磁束方向に対して傾斜した位ａＫ＜るように靜
止し、コイル２による励磁磁束の作用でａ−タ４Ｋ）ル
クが加わりロータ４が回転する。

従って、コイル２に反転パルス電流が流れる毎にロータ
４が一方向に１８００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ノｆ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およびノツチ７．７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におけるノツチ７．７は幅が１ｒ
ＩＨ以下と大変小さいものであり、ノツチ７．７を打抜
き形成することが困難であり、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、且つ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〕

本発明のステップモータは、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、ローダ位
置決め部の加工を容易にするものである。さらに、ステ
ータには、溝のロータ回転方向に対して後側に位置する
円形孔の周縁部に溝の側壁と連続する切欠部を形成する
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、ロータを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（ついて説明する。

第１図ないし第３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因において、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および磁心１３は図示しない
部材に取付けられている。１４は２極の磁極を有するロ
ータで、こ０ａ−９１４における軸部１５ｍ　、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にはローダ１４０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ｌｌｌＩ
Ｃは円形孔１８が形成され、この円形孔１８には前記ロ
ーダ１４が配置される。ステータ１１Ｖｃおける円形孔
１８の周辺部には、前記コイル１２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Ｖ９
．１９が形成しである。

ステータ１１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ａ−夕１４
の静止の位置決めを行なうためのもので、ｉｌｔ；ｔｏ
、ｔｏの存在によりロータ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く位置するように静止さ
れる。

さらに、前記ステータ１１の一側面において、前記谷溝
２０．２０に対して前記ロータＩ４の回転方同後側に位
置する円形孔１８の周縁部には、溝２０．２０の前記ロ
ーダ回転方向に対し後側に位置する側壁２０ａ、２０ｍ
から連続する切欠部２１，２１が各々形成しである。こ
の実施例では、溝２０．２０のローダ回転方向に対して
後側に位置する側壁２０ｍ、２０ａ（小幅部１９．１９
に近接する側に位置する側壁）と、この側壁２０ｍ、２
０８に対してロータ回転方同後側に位置する円形孔１８
の周縁部（小幅部１９．１９側に位置する円形孔Ｉ８の
周縁部）とを斜め釦切欠して、平面形状が三角形状をな
し且つ溝２０．２０と同一高さの平坦な底面を有する切
欠部２１，２１が形成しである。

このため、切欠部２１．２１を有する円形孔１８の周縁
部のステータ厚２ｔは、切欠部２１゜２ノを有しない他
の周縁部のステータ厚さｔ′に比して小さくなる。これ
により切欠部２１゜２１は、ロータ１４の回転時に磁極
が小幅部１９．１９と溝２０．２０との間の８部および
８部（第４図参照）を移動する場合、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を弱めるもの
である。

なお、図中２２．２２はステータ１１に形成された磁心
取付孔で、この磁心取付孔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１１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２２．２２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ｄｌｌｐｏ、；ｔｏおよび切欠部２１゜２
１を形成する。この溝２０．２０および切欠部２１，２
１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
てはポ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くついて説明する。

ローダ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、ローダ磁極がコイル１２による
励磁磁束の方向く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ａ−
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、ＣＦ−タ１４が一方向に１ステツプ
１８０°の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１ノに形成した切欠部２１゜２１がロ
ータ１４の回転に対する作用について説明する。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、このＸ−Ｘ線に直角な方向線をＹ−Ｙ
線、ステータ１１の溝２ｏ、２ｏとＹ−Ｙ線とのなす角
度をα、σ−ダ１４の静止時におけるａ−夕磁極とＸ−
Ｘ線とのなす角度をθとする。第４図でも示すように、
前記円形孔１８の周縁部におけるＹ−Ｙ線と溝２０．２
０との間のＳｓおよび８部に切欠部２１．２１を形成す
ることＫ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ダ磁極の傾き角度θを大き
くした場合でも、ローダ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、ローダ１４の回転
の安定を保ちつつ、ステップ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因は、ステ
ップモータにおけるコイル１２に流れる消費’１ｔｆｉ
の波形を示す線図であり、実線がａ−夕回転時の電流波
形を、点線がａ−夕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、ローダ１４の回転に伴い線図
０ような波形形状を示す。この理由は、ロータＩ４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１２７７（発生する起電力
（逆起電力）が変化するため二つまりロータ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Ｖは、次式で表わされる。

、　　　ｄθ Ｖ−ψ　命　Ｎ　弓鳳ｎθ−；ｊ論窮＝１−ψ；ロータ
に発生する磁束量 Ｎ；コイル巻数 この弐により、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 のは、ｓ羅ｎｌ９−Ｔｖが最大となる点であるから、θ
−９０°であることが予測できる。

第６図および第７図は、夫々低ｉ４ルス幅（Ｘｍｓ）に
おける消費電流の波形を示している。

第６図で示す電ｔｉｒｅ形は、ローダ１４が静止位置か
ら回転して、その磁極がθ−９０°の位置ｒＹ−Ｙ＠）
に達する時点の近辺で電流のパルスが切れている。これ
忙対して第７図で示す電流波形は、第６図の電流波形と
同一パルス・臨でも、ローダ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
りａ−夕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、［１で示す分だ
け電流が小さいことが判る。

従って、）母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−９０°の位置まで達する
時間を短くすることである０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＠に近づ叶る）方法がある。

しかしながら、この方法であると、溝２０゜２０の傾き
角度の増大に伴い、前記円形孔１８０周縁部におけるＹ
−Ｙ＠と溝２０．２０との間の８部が拡大する。このた
め、ロータ１４の回転時に磁極がθ−９０’位置（Ｙ−
Ｙりから９１４１０．２０に達するまでの距離が増大し
、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ａ−ダ１４１１Ｃ制動がかかり、ｄθ ロータ１４０回転速度（−ｒ−ｒ）が低下する。これに
より、ａ−夕１４の磁極がθ−９０°の位置（Ｙ−Ｙｌ
ｌ）を越えてからａ−夕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Ｋ
、ＣＦ−夕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、円形孔１８の周縁部にお
ける８部に、前記の溝２０．２０のローダ回転方同後側
に位置する側壁、９１７Ｊ１　。

２０ａと連続する切欠部２１，２１を形成している。こ
れＫより円形孔１８の周縁部における８部のステータ厚
さｔを小さくシ、ロータ１４が回転して磁極がθ−９０
’の位置を越えて８部を通過する時く、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ａ−ダＩ
４に制動がかからないようにしている。このため、ａ−
夕１イの回転時に磁極がθ−９０°（Ｙ−Ｙ朦）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に
、ロータ１４が回転停止や逆回転したり、ａ−夕１４の
回転トルクが低下する七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
性を悪化させることなく、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承す線図で
ある。この線図において、Ａは切欠部を有する場合、Ｂ
は切欠部を有しない場合、Ｃはロータ停止時の各消費電
流を示し、ａ点および６点は消費電流Ａ、Ｂにおいて、
ロータが回転してその磁極がθ−９０’の位置達する時
間を示している。この線図によれば、ａ（ｂであり、消
費電流Ａはパルス幅を消費電流Ｂに比して短くでき、消
費電力を減少できることが判る。

本発明のステップモータにおいて、ステータに形成する
切欠部は、前述した第１図ないし第３図で水す実施例の
形状に限定されることはない。第９図および第１Ｏ図は
、前述の実施例とは異なる形状をなす切欠部２１．２１
をステータ１１に形成した例を夫々示してｂる。切欠部
２）は、例えば第１１図（ａ）〜（Ｃ）で示す平面形状
と、第１２図（ａ）〜（ｅ）で示す断面形状を様々に組
合せて全体の形状を決定することができる。第１図ない
し第３図、第９図および第１０図で示される切欠部は、
前記平面形状と断面形状の組合せ例である。

第１３図および第１４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図ないし第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４１ｘｏ、ｚｏ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と対同して円形孔１８の周
辺部に第２の溝２０１に形成したものである。

また、各＄２０．２０の位置に応じて切欠部２１．２１
もステータ１ノの両方の面に形成する。この切欠部２１
．２１は例えば第１図ないし＃！３図で示すものと同じ
形状である。

この構成によれば、ステータ１１はロータ１４の上手部
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ａ−夕１
４の軸部１５ｍが下側に位置した時における該軸部１５
１と軸受部１７ａとの間の摩擦抵抗と、ローダ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ｉｙｂ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リ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１４０
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、Ｏ
−夕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図は本発明の一実施例を示すもので、
第１図は正面図、第２図は第１図Ｂ−ｎ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ダの位置関係を示す説明図、第５図
ないし第７図はステップ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図および第１０図はステータに形成する切欠部の他
の例を示す斜視図、第１１図（ａ）〜（Ｃ）は切欠部の
平面形状を示す説明図、第１２図（ａ）〜（ｅ）は第１
１図■−■線に沿って破断した切欠部の断面形状を示す
説明図、第１３図および第１４図は本発明の他の実施例
を示すもので、第１３図はステップモータの平面図、第
１４図は第１３図Ｘ［Ｖ−ＸＩＶ線に沿うステータの拡
大断面図、第１５図は従来のステップモータを水す正面
図である。 １１・−・ステータ、１２・・・コイル、１３・φ・磁
心、１４・・・ロータ、１８・・・円形孔、１９・・・
小幅部、２０・・・溝、２）・・・切欠部。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第４図 第６図 第７図 ０　時間Ｘｍｓ　ｔ　− 第８ＷＡ レテ闇 第１１図 （Ｃ） 第１２図 （ａ）　　　　　　　　　（ｂ）　　　　　　　　　（
ｃ）（ｄ”）（ｅ） 第１３　＠ １３１ダ 第１４図 ７ａ １７ｔ） 第１５因

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部にロータが配置され且つ周波部で一対の磁極
   を構成する円形孔と、この円形孔の周辺部にコイルによ
   る励磁磁束の方向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、この溝に対して前記ロータの回転方同後側に
   位置する前記円形孔の周縁部に前記溝の一方の側壁に連
   続して形成された切欠部とを有するステータを備えたこ
   とを特徴とするステツプモータ。
2. （２）ステータの構は、ステータの一方の面において円
   形孔の対同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. （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項に記載のステツプモータ。