JPS5829365A - 電子時計用変換器 - 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】 本発明は、電子時計用変換ｉＫ関し、特に水晶時計用と
して多く使用されているステップモータに閤するもので
ある。

本発明の目的は、２）−かる変換器の低消費電力化を図
ることＫＴｏる。

水晶振動子を時間標準とし、秒、分５時等を機械的に針
等で表示するいわゆる水晶式アナログ時針、畳に腕時計
にあっては１時間標準が極めて正確であや、表示時間の
信頼性に対して時間標準である水晶振動子のｆｌ＆と共
に電源電池の寿命が大きな豊凶となっている。電気機械
変換機構機構を有する水晶時計であっては、発振Ｌｇｌ
＊を含む電子回路部の消費電力に比較して電気機械変換
機構での消費電力が大暑く変換器の高効率化、低消費電
力化が電源電池寿命の増大の上で期待されている。これ
までにも変換器の低消費電力化を図る九めの方法が種々
１１藁畜れているが、まだ低消費電力化へＯ１！鰭は非
常に大きい。

本発＠は、従来のステップモータの中でも最も高効率の
モータを改良することによ′＞ス、さらに高い効率をも
ち、低消費電力のモータを実現し次。

以下、実施例について詳細に説明する。

第１図・第２図は、本発明に係るモータでＴｏシ。

１は２極に着出され九ロータで、このロータ１を囲むよ
うにしてステータ２．３が配置されている。

ステータ２．３は１体となっていて幅が非常に狭くなっ
たステータ最細部ｇｘ　９ｇｍによってつながっている
。このステータ２静３はコイル４ｔ−巻いた継鉄５にネ
ジ６．６′で固定され、１組のステータラ構成している
。ステータ２．３にはロータ１が一定方向に回転できる
ようにノツチ２ａｓ！Ｓａを設けて、ロータ１の静止時
の磁極（Ｎ＄Ｐよび８）位置をステータ２廖３の一万に
ずらしている。破線はロータ磁極の静止位置を示す。＄
Ｓ図はコイル４に印加する駆動電圧波形で１例えば１秒
毎に正パルス−負パルスｔ−変互に印加するよう（した
いわゆる反転パルスを形成してンリ、ロータ１゜磁極Ｎ
極ｔｓ＃Ａは前記印加電圧（よシステータ２−５に生ず
るＮ極−８極の磁気的反発力會吸引力に！４７、ｌ：ｌ
−１１ｔ１８０°回転し、更に次のパルスでは、ステー
タ２．３に生ずるＮ極Ｉ８極も逆転するのでｌにロータ
１は１０００回転し、これを順次繰）返すことによりロ
ータ１の回転を一方間で続けて行なうことが可能である
。この種のステップモータは従来から使用されているも
のであり。

その中では高効率の得られるモータであっ友、従来、こ
の種のモータを使用する時には、ロータ半径Ｒｒとステ
ータのロータ対同面半径Ｓｒとの比は１６≦Ｒｒ　／　
Ｓ　ｒ≦１９が低電力化などの点から最適であるとされ
、実際、鍛近のこの梅のステップモータに２いてはＲｒ
　／　８　ｒ　ｆ＠　（Ｌ　６５〜ｌ　７となっている
。

この運出は、背景に従来のステップモータ用のｏ　−ｐ
磁石の性能が最大エネルギー積で１０〜１５Ｍ−Ｇ・０
・Ｉｌｆのものを用いるということＫあつ九・実−に従
来は実用化し得る磁石材料として希土類コ′パルト磁石
で上に述べｔような１０〜１５Ｍ−Ｇ−０・程度のもの
に限られていｆｃからである。しかし最近このような磁
石にも徨々改良がなされてきて、例えば”　ｍ＠　（Ｏ
Ｏ＊　７　ｅ　ｅ○Ｕ。

Ｚｒ）、□という新組成及びこれの最適時効処理法の開
発によって５０Ｍ＠Ｇ・Ｏｅという超高性能な時効硬化
型５元系磁石が実用化されてきている。

この１石は、性能が飛躍的にアップしながら他の条件、
例えばコスト、加工条件などに制約されずむしろ従来の
９ｍＣＯｇ系磁石より優れている点で実用化し易い磁石
である。

本発明はこのような超高性能な磁石を電子腕時計用ステ
ップモータに適用し、これの最適化、＄Ｐよびステップ
モータの飛躍的な効率アップｔはかるものである。

本発明は、上述の如く、強力な磁石ｔｆ用すること、ｆ
７ｔｊロータの厚さを増すことにエフ、Ｒｒ／８ｒ（α
６として、上記の従来のステップモータに比べ大幅な効
率同上と消費電力の低減を達成している。従来、Ｒｒ　
／　Ｂ　ｒが１６以上でなければならなかつ次のは第４
図Ｂ１１１）従来例に示すＬうに必要な出力トルク（分
針に訃いて五５ｇ−６ｍ〜４ｇ・ａｍ）が得られないと
いう連山からであった。しかし１強力な磁石（ｆｉｌえ
ばＢＨｍａｚ＝２０〜３０Ｍ・Ｇ・０・）ｔ−使用し、
厚めのロータを使用すれば、纂４図ムのよすな関係が得
られ、Ｒｒ　／　Ｓ　ｒ（（Ｌ４で必費十分な出力トル
クが得られるようになつ危つＲｒ　／　８　ｒ≧α６゛
以上では当然ながらもつと大きな出力トルクは得られる
が、消費電流が大きくなるため、低消費電力という目的
に合わない、ｘｒ／ＢｒｔｆｊＬｆｌ一時の消費電流の
測足例を累５図に示す。この時の使用磁石はＢＨｍａｘ
ｘ３０のもので、Ｒｔ　／　Ｂ　ｔ　−１，０で一定で
ある。

ステータのノツチの大きさく［ｋｉ積）にそれぞれのロ
ータ（最適な大きさとする。第５図Ｏに、出力トルクが
４５ｇ・１の時の消費電流でＴｏる。このようにＲ！”
　／　８　ｒが（Ｌ６以下の方が消費電流が小さくなｐ
％Ｒｒ　／　ｓ　ｒが、α４５〜α６のときに最も小さ
くなる。Ｒｒ　／　Ｂ　ｒ　ｔ−大きくするとステータ
のノツチ−積は小さくしなければならない友め、この辺
のステータの微妙な差がモータ性能に大きな影響を与え
る。これはノツチの面積は半径８ｒのステータ内内部面
積のα５ｅｓｍ＆でしかないｔめ、わずかの形状の違い
でも大きな比率の面積変化となる力為らである。このＣ
の曲線はＲｒ／Ｓｒが小さくなりすぎると消費電流が増
加することを示している。起動電ＡＤが少なくなること
からＲｒ　／　８　ｒの値にα３位まで効果があるがそ
れ以下にすることに逆に消費電流の増加につながる。

ま次第５図りは出力トルクかほぼ０の時の消費電流、す
なわちモータが起動するのに必要な最低電流である、こ
の電流値“はＲｒ　／　８　ｒが大きくなるに従って増
加し、特に１６〜（Ｌ７より大きくなると急に増加する
。これはロータの慣性（慣性蝶半径の４乗に比例する）
が増加することが主な原因である。この起動電流値が大
きいことに信頼性の点から見て好ましいことではない。

すなわち鴫動電流五５ｇ−個の出力トルクが得られる電
流との差が小さいということになるので、入力エネルギ
ーのわずかの違いが出力トルクの大きな変動となって現
われることになる。例えば電ａ１に圧が少し下がっただ
けで出力トルクがダウンして、止まりなどが発生する。

さらに、これにパルス幅制御方式モータなど負荷に応じ
て出力エネルギーを変える方式のモータとしての使用に
も適していない。

ここでロータの厚さＲｔとステータの厚さＳｔについて
説明する６ｇ６図は、Ｒｒ　ｓ　Ｓ　ｒなど他の条件は
変えずにロータの厚さのみを変えて（すなわちＲｔ／ｚ
ｓｔｔ変えて）、消費電流を測定し皮ものである。第６
図ｙは出力トルク五５ｇ・国時の消費電流であ！Ｄ、＠
６図Ｇは、起動に必要な最低電源である。出力トルクｌ
ｓｇ、−ｃｙｒ時の消費電Ｒ１はＲｔ／ａｔが小さくな
るほど増加し、脣にＲｔ　／　８　ｔがα８より小さく
７１にると急激な増加を示す。−万、起動電ｆｉＧの刀
はＲｔ／ａｔが大きくなるに従って増加はするが、勾配
はゆるやかである。従ってこの結果η島ら判断して、Ｒ
ｔ／日ｔはαＳ以上の方がモータの低電力化にとって有
利であると言える。又このＲｔ／ａｔの比の上限につい
ては、ここでは１２迄のデータが得られているが、さら
に大きくできる可能性がある。し〃為し常識的に考えて
、この値（２ｔｓ以上にすることは無意味であろう。そ
して時計の薄型化という実装上の問題なども考慮に入れ
れば、上限はほぼｔ２〜１．２５程寂が適当だろう。

このようにして得られ九本発明のモータと従来のモータ
（Ｒｒ　／　Ｓ　ｒ≧α６　＊　Ｒｔ　／　Ｂ　ｔ−α
７〜ＩｌＢ　、８石のＢＨｍａｘｘｌ　０〜１５　）の
それぞれ良いものを比較すると１５〜２０％もの消費電
力の低減が可能となっている。従来のモータの一例の消
費電流（出力トルク１５ｇ−ｍ時）は第５図１１ｉＫ示
すようなものである１、従来の方式ではｄステップモー
タの消費電Ｒに１μム程度にするのがほとんど限界であ
つ友が、本発明によればαＳμム、あるいはもつと小さ
くなる可能性４ｈある。

以上述べたように本発明に超高性能な磁石を電子腕時計
用ステップモーターのローターに適用することにより大
幅な効率アップとモーターの構遺の最適化ｔ−はかった
ものであるが、従来のモーターのｍ成ど本発明のモータ
ーの構成の大きな違いは第７図に示す如きである。即ち
Ｉ！７因（ａ）は従来のモーターの構成でありステータ
ーの内径１唱に対しローター１２の外径が比較的近い値
になっているためロータ１２とステーター１１とのギャ
ップｔＯが小壜いのに対し１本発明の第７図（句の構成
はステーターの内！！１４とローター１５の外径Ｏ１ｌ
が大暑（、それらのギャップ１６が従来のもＯＫ比し非
電に大きいことである。

常識的に考えるとローターとステーターとのギャップが
大きくなることが、モーターの変換効率の同上Ｋに細び
つ１難いと考えられる。そこで。

本発明の構成が効率アップｔ４７ｔら丁理由について若
干ふれて訃（。

理由の一つは、ステーターの内径を同じとし几ときロー
ターの径は本発明の構成にもとづく刀が小名（できゐ、
即ちローターのイナーシャを＠滅で暑る九めである。イ
ナーシャが小さくなれば。

−社中のイナーシャ損失が少なくな９効率が同上する。

１に２のｌ−は、ローターステーター関の磁束分布によ
る。轟然のことながらモーターの出力は、ローターのｌ
Ｉ！磁束が多い程大きくなる。しカ１し、１１ａ東が多
くなればなる程、ローターとステータ−関の磁気吸引力
が大きくなシ駆動のときこの吸引力に打ち勝って駆動す
る必要がありそれだけ消費電流が増大する。又、この磁
気的吸引力にモーターの静止時の安定性にも影響を及ぼ
す皮め、小さくすることもできないのでステップモータ
ーはこの磁気的吸引力が一定になるように設計される。

ところで従来のステップモーターの構成（第７図（ＳＬ
））１″は、ローターとステーター１１閣のギャップ１
０が小さい几めローターの磁束１３は殆んど全てステー
ター１１との磁気的吸引力に作用する。

これに対し、本発明の構成（ｗ、７図（ｂ））では、ギ
ャップ１６が大きいため磁気的吸引力に作用する磁束１
７とローター自身で閉じる磁束１８に分かれ、この６束
１８が比較的多いのが＃Ｉ命である。

従って、ｉ！７図（＆）と（１＋）が磁気的吸引力が同
じであるとすると、ローターの総磁束は図面（匂の方が
多くなる（それ自身で閉じる磁束１８が多い几め）。

従って同じ駆動力を与えれば１１８ｍの多い同図（ｗ即
ち本発明の構成のステップモーターの方がより大きい出
力を得ることができる。又、出力が同じＳｔとすればニ
ジ小さい駆動力、即ち低消費電費電力で駆動で曹効皐ア
ップがはかれるのである。

以上１本発明の実細例につき詳説したが１本発明はここ
で述べ几実細例に限定されるものではなく、種々の改曳
・変更・応用が可能である。例えば、ローターも完全な
円＊ｍでなく第８図に示すような−ｉ！に円ｌ１１ｒｊ
ＩＪｔ有するものであってもさしつかえない。

【図面の簡単な説明】

纂１図は、本発明による水晶時計用２極ステツプモータ
０＠遣【示す図である。 ＩＩ２図は、１１１図中のロータ一部分の断面図である
。 纂３図は、コイルに印加するパルス波形である。 謳４図は１分針での出力トルクとＲｒ／８ｒとＣ）＠係
を示し７を図である。 ｇｇｓ図は、モーターの消費電流とＲｒ　／　ｓ　ｒと
の関係を示した図である。 纂６ｖｊＡは、モーターの消費電流とＲｒ　／　８　ｒ
との関係を示す図である。 第７図は、ローター・ステーター関の磁束分布を示す図
である。 第８図は、ローター形状の他の１例である。 １・・・ローター ２−５・・・ステーター ２ａ・３ａ・・・ノンチ Ｒｒ・・・円筒型ローター磁石の半径 Ｒｔ・・・円筒型ローター磁石の厚さ ８ｒ・・・ステーターの円筒型ローター６石との対向面
の半径 Ｓｔ・・・ステーターの厚さ 以　　　上 出願人　株式会社諏訪稽工舎 代理人　弁理士最上　　務 第１！、２ ′３２　ｍ−！ｊ 第３巳 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｆｌ＋　　少なくとも２極以上に着磁された水久出石材
   より成るロータと、前記ロータと６気的に係合する板状
   の高ａｓｉ材より成る一体ステータと、前記ステータと
   ６気的に結合するコイルによって構成され、前記ロータ
   の半径Ｒｒと、ｓａ記ステータの前記ロータと対問する
   面の半径８ｒとの間にα６　＞　Ｒｒ　／　Ｓ　ｒ　＞
   α３なる関係および前記ロータの厚さＲｔと前記ステー
   タの厚さＳｔとの間にｔ５＞Ｒｔ／ｓｔ≧α８なる関係
   を有することを特徴とする電子時計相変ｙ４器。 （２）　ロータを構成する永久礎石材の最大エネルギー
   ｆｉ（ＢＨｍａ：ｃ）は２０Ｍ＠Ｇ＊Ｏｅ以上であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲纂１項記蛎の電子時計用
   変換器。