JPS5937680B2 - ステツプモ−タ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子時計用ステップモーターに関する。

本発明の目的はステップモーターのローターが正逆両回
転可能な駆動電子回路を提供することによつて、より使
い易い電子腕時計、あるいはより機能の拡大された電子
腕時計を実現することにある。電子腕時計は超小型の電
子機器であつて、使用される電池も非常に小さいもので
しかもこの小さな電池でなるべく長時間時計を作動させ
たいという要求があり、そのため時計を構成する各デバ
イスは非常に少ない電力で作動しなければならない。

現に、電子腕時計の技術革新の一つの大きな柱に時計体
の低消費電力化がある。電子腕時計の電気機械変換機構
であるステップモーターもこの例にもれるものではなく
、高効率化、低電力化がはかられてきた。ところで時計
の基本的な機能として指針が時間の経過に従つて一定方
向に回転して時刻が読み取れればよいのでステップモー
ターとしても左右両回転のステップモーターでなくても
一定方向に回転するステップモーターで十分であつた。

むしろ一定方向のみの回転であつても前述の如く、なる
べく低消費電力で作動するステップモーターの要求が非
常に強かつた。そのため両回転可能なステップモーター
は全く実用化されていない。もつとも両回転可能な電子
腕時計用モーターとしてアトデアはいくつか提案されて
いる。

しかしながら、それらは構成が複雑であつたり、非常に
高い加工精度を要するものであつたり、消費電力が大き
いものであつたり等、単なるアトデアの域を出ない非現
実的なものであつた。また最近の電子腕時計の普及にと
もなつてより便利で使い易くより機能の拡大といつた要
求から両回転モーターの要求が次第に強くなつてきた。
本発明はかかる要求に応え、又従来の欠陥をもたない新
たな正逆両回転ステップモーターを提供するものである
。

即ち従来の一方方向回転モーターである高効率、低消費
電力のステップモーターをモーターの機構を変更するこ
となく駆動回路を若干変更した特別の駆動回路により逆
回転可能ならしめたものである。そのため高効率で低電
力といつた従来の特徴を殺すことなく又、特別の構造に
変更することなく電子回路の変更のみで両回転ならしめ
るものであり又、原理的には電子腕時計用の全てのステ
ツプモータ一に適用可能なものである。以下本発明につ
き説明するがまず電子腕時計用のステツプモータ一の一
例及び両回転させるための従来のアイデア等を説明し、
引き続き本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は電子腕時計用ステツプモータ一の一例であり、
図において１は径方向に２極着磁された永久磁石製のロ
ーターで、このローター１をはさんでステーター２，３
が対向して配置されているが、これらのステーター２，
３は夫々コイル４を巻いた継鉄５に接続して１組のステ
ーターを構成している。

ステーター２，３はローター１が一定方向に回転できる
様にローター１の中心に対しステーター２，３の円弧部
２ａ，３ａを互に逆方向に偏心させ、ローター１の静止
時の磁極（ＮおよびＳ）位置をステーター２，３の一方
にずらしている。この構造のステツプモータ一は従来か
ら実用化されており第２図に示す如き回路で駆動されて
きた。即ち１０は水晶振動子であり発振回路１１により
駆動され、その周波数は分周器１２により分周され波形
整形器１３で適当な時間間隔で適当な時間幅の１８０器
位相の異なる２つのパルスが成形される。その代表的な
ものは２秒毎に７．８ｍ式の２つのパルスであつて以下
このパルスで説明する。このパルスをＣＭＯＳインバー
ターで構成されるドライバー１４，１５に入力し、その
出力をコイル４の端子４ａ，４ｂに供給する。第３図は
このドライバー部の詳細図であり一方のインバーター１
４の入力端子１６に先に示したノ飢ス１８を印加すると
矢印１９で示す様に電流が流れ、続いて他方のインバー
ター１５の入力端子にパルスを印加すると前と対称的な
ルートに電流が流れる。即ち両インバーターの入力端子
１６，１７に交互にパルスを印加することによりコイル
４に流れる電流を交互に反転させることができ、具体的
には１秒毎に交互に反転する７．８ｍｓｅｃの電流をコ
イル４に流すことができる。この様な駆動回路により第
１図のステツプモータ一のステーター２，３にはＮ極、
Ｓ極が交互に発生し、ローター１の磁極と反撥、吸引に
よりローター１を１８０１ずつ回転させることができる
。そしてこのローター１の回転は中間車６を介して４番
車７に伝達され、さらに３番車８、２番車９さらには図
示しないが筒カナ、筒車、カレンダー機構に伝達され、
時針、分針、秒針、カレンダー等からなる指示機構を作
動させる。このステツプモータ一は電子腕時計用変換機
構として古くから用いられているが、モーター形状の最
適化（ステーターの内径、偏心量ｘ、ローター径等）、
モーターの動作解析、磁気回路解析等により改良がなさ
れ変換効率の向上と、それにともなう低消費電力化が計
られてきた。

又、これらの改良は一定方向にのみ回転するモーターと
してなされてきており定められた方向にはなるべく回転
しやすくするように検討されてきている。従つて通常の
駆動方法で逆転することはあり得ず、この種のステツプ
モータ一で両回転ならしめることは不可能と考えられて
きた。前にも述べた様に両ステーター２，３の偏心の方
向によつてローター１の安定位置が変化し従つて回転方
向が定まる構造になつている即ち、第１図の偏心方向の
場合、矢印の方向に回転し、これと逆の偏心方向の場合
は矢印と逆方向に回転する。この種のモーターで両回転
させるための従来のアイデアの一つにこれを利用したも
のがある。即ち、時計体の外部から操作してステーター
２，３の偏心方向を変化させ、これによつてローターを
両回転可能ならしめるものである。もちろんこの様な構
成をとれば原理的に両回転可能なモーターとなる。しか
しながら高効率、低電力の性能を得るためにはステータ
ー２，３の偏心量は５０μ内外であり、その許容誤差は
１０μ程度である。このように高い精度を必要とするた
めステーターの加工は慎重を極め又、組立時に確実に地
板に固定しなければ実現できるものではなく、外部操作
によりステーターが回転するがごとき構成では腕時計製
造メーカーの精密加工技術をもつてしても不可能である
。両回転ステツプモータ一に関する従来の他のアイデア
としては、正回転用の駆動コイルと、逆回転用の駆動コ
イル、即ち、２個の駆動コイルを有するステツプモータ
一であつたり、これに付加するに２組のステーターを有
するものがある。

しかし、これらについても腕時計の中でステツプモータ
一の大きさは無視できず特にコイルが非常に大きい。従
つて、モーターの小型化の要求は非常に強く、こういつ
た状況から駆動コイルを２個要するモーターは全く実用
にならないものである。以上、従来から提案されている
両回転ステツプモータ一のアイデアについて略述したが
、いずれも電子腕時計用として実現は困難で、単なるア
イデアの域を出ないものばかりである。本発明はこのよ
うな欠点がなく容易に実現可能な両回転モーターを提供
するもので第１図に示したステツプモータ一についても
モーターの構造を全く変えることがなく、ローターの作
動の解析をするなかから逆転可能な駆動方式を見いだし
たものである。

従つて新たに若干の駆動回路を付加するだけで両回転モ
ーターとして実現するものである。以下本発明の一実施
例につき詳説する。

第４図は本発明のステツプモータ一の両回転駆動回路の
一例であり、第５図はそのタイムチヤートである。

図において２０は発振回路であり、２１は分周回路であ
る。ＮＡＮＤＧＡＴＥ２２，２３，２４，２５の出力は
モーターを駆動する際のパルスを作るためのクロツクで
あり分周回路２１の出力の組合せにより得る。なおＮＡ
ＮＤＧＡＴＥ２２は逆転駆動のための第１パルス、ＮＡ
ＮＤＧＡＴＥ２３，２４は同じく第２パルスをさらにＮ
ＡＮＤＧＡＴＥ２５は正転駆動のためのパルスを作るた
めのゲートであり、夫夫例えば、１秒信号の立下りに対
して数Ｍｓｅｃ（Ｔｌ，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）遅れたクロ
ツクパルスを発生する。

このときデイレフリツプフロツプ２６，２７，２８，２
９は入力の１秒信号をＴｌ，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４遅らせて
出力することになりゲート３０の出力には幅Ｔ１のパル
スが発生し、（第５図Ａ）ゲート３１の出力には幅Ｔ３
−Ｔ２二Ｔ３′のパルスが発生し（第５図Ｂ）、ゲート
３２の出力には幅Ｔ４のパルスが発生する。なお３３は
正転と逆転の切換スイツチで、これが開のときは正転、
閉のときが逆転駆動となつている。先ず開、即ち正転駆
動の場合から述べると、このときスイツチ３３の出力は
Ｈｉｇｎであるから、ゲート３６は開でゲート３２の出
力信号を通しゲート３４，３５は閉じる。

従つてこのゲート３６の出力を％Ｈｚで分配し０ＲＣＡ
ＴＥ３９，４０の出力Ｄ，Ｅには第５図Ｄ，Ｅなる信号
を得る。これをドライバー用インバータ４２，４３に入
力しその出力をステツプモータ一の駆動コイル４１の端
子４１ａ，４１ｂに接続されている。これはとりもなお
さず第２図、第３図で示した従来のステツプモータ一の
駆動信号と同じである。即ちＴ４なるパルス幅の１秒毎
に反転するパルス電流がコイル４１に供給され、これは
ステツプモータ一の正常作動である。次に、スイツチ３
３を閉じたときの逆転駆動の場合は、スイツチ３３の出
力はＬＯＷになるためゲート３４，３５，３６は前と逆
に３４，３５が開き３６が閉じる。従つてＮＡＮＤＧＡ
ＳＥ３Ｏ，３ｌの出力Ａ，Ｂがゲート３４，３５を通つ
て％Ｈｚでふり分けられて０ＲＧＡＴＥ３９，４０の出
力Ｄ，Ｅに第５図Ｄ２，Ｅ２に示す信号を得、これがド
ライバー用インバータ４２，４３に入力されその出力が
駆動コイル４１の端子４１ａ，４１ｂにつながつている
。このときの先ず幅Ｔ１なるパルス電流がコイル４１の
端子４１ａから端子４１ｂへ流れ引き続いて幅Ｔ′３の
パルス電流がこれと逆方向（端子４１ｂから端子４１ａ
へ）に流れる。そして１秒後には逆に幅Ｔ１のパルス電
流が４１ｂから４１ａへ、幅Ｔ′３のパルス電流が４１
ａから４１ｂへ流れ以後これを繰り返す。Ｔｌ，Ｔ２，
Ｔ′３が適切な着に設定されたこの様な駆動パルスをス
テツプモータ一に供給するとローターは逆回転を行う。
この理由及びローターの作動について第１図に示したス
テツプモータ一により説明する。正回転時の駆動パルス
幅Ｔ４は正回転に必要十分な駆動を行うもので、この例
では７．８ｍｓｅｃに設定されていた。幅Ｔ１のパルス
はＴ４即ち７．８ｍｓｅｃより短くさらにローターの作
動限界パルス幅より若干短く設定される。具体例として
、Ｔ１′−３ｍｓｅｃとする。このＴ１のパルスでロー
ターは正回転方向に駆動力を受けるが１ステツプ回転す
る力には足りず４０〜５０る位回転して元の位置にもど
る。第１図でローター１は静的安定位置（駆動を受けな
いときの磁極の方向）から９００弱の位置に中立点Ｎ．
Ｐ．がある。

ローク一１が駆動力を得てこの中立点Ｎ．Ｐ．を乗り越
えれば駆動力がなくなつてもローター１は１ステツプ作
動する。しかしこの中立点Ｎ．Ｐ．を乗り越せない場合
は元の静的安定位置に戻つてしまう。Ｔ１のパルスによ
る駆動はこの後者の作動になる。第６図はローターの作
動状況を示す図でイは十分なパルス幅、即ち７．８ｍｓ
ｅｃを与えた場合で、正回転で１８０駆回転して静止す
る。口はＴ１ （３ｍｓｅｃ）のパルスのみを与えたと
きで中立点Ｎ．Ｐ．を越せないために元の位置にもどつ
ている。ところで第４図の駆動ではＴ１のパルスに引き
続き幅Ｔ′，のパルスがＴ１のパルスと逆に与えられる
。このパルスはＴ，のパルスでローターが若干作動した
とき即ち、ローター１の磁極がステーター２，３のギヤ
ツプ付近に達したときに逆方向へ駆動するパルスであり
これによつて、ローターは第６図ハの如く作動し逆方向
に１８０ロ回転して静止する。もちろんここで第５図の
タイムチヤートＢに示したＴ２，Ｔ′３は適当に設定さ
れている。具体例としてはＴ２ζ４．５ｍｓｅｃ，Ｔ′
３′−４．５ｍｓｅｃである。ところでローター１が静
的安定位置にあるときに逆方向に駆動されるが、１ステ
ツプ回転する迄にはいたらない。その理由はローター１
を囲むステーター２，３内の磁界はほぼ平行磁界となる
ためローター１の磁極がステーター２，３のギヤツプ方
向にあるとき最大の駆動トルクを受けるので正方向回転
の場合、静的位置から駆動されてローター１が矢印の方
向に回転するに従つてより大きなトルクを受けるので全
体として大きい回転トルクを受けて作動する。これに対
して逆方向の駆動パルスが与えられてもローター１は逆
方向へ回転を始めるが次第に回転トルクは小さくなり、
１ステツプの回転に到らず元の位置にもどつてしまう。
これに対し本発明の駆動方式によると、先ずローター１
をステーター２，３のギヤツプ付近まで作動させたとこ
ろで逆方向の駆動パルスを与えるので静的安定位置にあ
るときより大きい回転トルクを受け逆回転が可能となる
。尚、第５図から明らかな如く、第１のパルスＴ１と第
２のパルスＴ′３の間に駆動コイルにパルスを印加しな
い期間を設けることもできる。第１のパルスＴ１によつ
てローターは正転方向に慣性を持つことになるが、第１
パルスと第２パルスの間にパルスを印加しない期間を設
けると、この正転方向の慣性が減ぜられ、第２パルスＴ
′３による逆方向の回転トルクをより大きく得ることが
でき、確実な作動が期待できる。ここで第１図のステツ
プモータ一でこの様にして得られた逆転駆動時のステツ
プモータ一の性能について述べておく、駆動パルスの許
容範囲は、Ｔ１ ：２〜３．５ｍｓｅｃ，Ｔ２：Ｔ１〜
６ｍｓｅｃ，Ｔ′３：３．５〜６ｍｓｅｃであり逆回転
時の出力トルクは正回転時の出力トルクの％〜％であつ
た。又、作動電圧範囲も正回転に比し若干狭い。この様
に逆回転時は正回転時に比し性能は悪くなつている。し
かしこれを電子腕時計として用いる場合、通常運針時は
ステツプモータ一は正回転を行わしめ、特殊な機能、特
殊な操作を行うときにステツプモータ一を逆転させるよ
うにする。このとき正回転時には腕時計がそう過するあ
らゆる条件下（たとえば極低温、磁界中、強い外乱等）
でモーターが正常に作動する必要があるが逆回転時には
、その様な過酷な条件下における配慮はそれ程必要ない
。従つて正回転時には十分な性能を必要とするが、逆回
転時には通常条件下で作動すればよくその意味から本発
明の正逆両回転駆動方式は電子腕時計用ステツプモータ
一として最適である。なお本発明の駆動方式は第１図に
示したステツプモータ一だけでなく、従来から電子腕時
計用として実用化されているステツプモータ一全てに適
用できることが確認されている。

但しその場合個個のモーターに対して前述の駆動パルス
の幅、時間隔（Ｔｌ，Ｔ２，Ｔ′３等）の定数は若干変
化する。即ち、第１図のモーターはローターが２極着磁
されたものであるが６極ローターにも適用できるし、ロ
ーターとステーターが軸方向に磁気係合するタイプのス
テツプモータ一にも、ローターのまわりをコイルで囲む
タイプのステツプモータ一にも適用できる。

又、これらのモーターは全て駆動電流が１ステツプ毎に
交互に逆方向に流れる反転パルスモーターであるが常に
同じ方向に流すステツプモータ一にも、逆転駆動時の第
二パルスＴ′，を通常駆動と逆方向に流すことにより逆
転が可能である。以上本発明の実施例につき詳説したが
、本発明はここに述べた実施例に限定されるものではな
い。

両回転ステツブモータ一は電子腕時計にとつていろいろ
な使われ方が予測される。そしてこれらに対して本発明
を適用することが可能である。例えば時刻合せの場合、
秒針を正時に合せるとき、秒針が正時を過ぎていると、
ステツプモータ一を逆転させ秒針をもどすことにより簡
単に行える。このとき通常違針時（一般には１秒ステツ
プ）より早いステツプ数で駆動すれば瞬時に修正ができ
る。これを構成するには第４図の実施例とは若干異なる
が簡単な変更で可能であることはいうまでもない。さら
に両回転駆動を用いた時刻修正、特に秒修正方式も各種
考えられるが本発明をこれらに応用展開が可能である。
又、マルチタイム、残り時間表示といつた機能を電子腕
時計に付加した場合にも両回転ステツプモータ一が威力
を発揮することはいうまでもない。

さらには本発明は電子腕時計だけでなく一般の計測器等
の電子機器にも応用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るステツプモータ一の例を示す。 第２図、第３図は従来のステツブモータ一駆動回路を示
す。第４図は本発明の両回転駆動回路の一実施例であり
、第５図はそのタイムチヤートを示す。第６図はモータ
ーの作動を示す図である。１・・・・・・ローター ２
，３・・・・・・ステーター、４・・・・・・コイル、
１０・・・・・・時間標準振動子、１１・・・・・・発
振回路、１２・・・・・・分周回路、１３・・・・・・
波形整形器、１４，１５・・・・・・インバータ、２６
〜２９・・・・・・デイレイフリツプフロツブ、３３・
・・・・・切換スイツチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ローター、ステーター及び１個の駆動コイルからな
   り、前記ステーターの非対称性により前記ローターに静
   的安定点を付与するステップモーターにおいて、数１０
   ｍｓｅｃ以下の比較的短いパルスを供給し、前記ロータ
   ーを定められた方向に回転させるための正転駆動回路と
   前記ローターの作動限界パルス幅より若干短く設定され
   ローターを正転方向に駆動させる第１のパルスとこれに
   引き続きこれと逆極性の第２のパルスを供給し、前記ロ
   ーターを前記定められた方向とは逆の方向に回転させる
   ための逆転駆動回路とを含む駆動回路を備え、且つ前記
   第１のパルスと第２のパルスの間に前記駆動コイルにパ
   ルスを印加しない期間を設けたことを特徴とするステッ
   プモーター。