(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を備えたロータ（３４）と、制御及び供給手段（８０ないし９６）に電気的に接続された少なくとも１つのコイル（２６、２７、２８）を備えたステータ（５２、５４）とを含み、前記永久磁石をロータ上に半径方向に配置して、少なくとも１つのコイルに対して前記ロータの回転時にコイル内に時間の関数として交流誘導電圧曲線（１０６）を描く可変誘導電圧（Ｕi ）が発生するようにした連続回転小型モータを制御する方法であって、前記誘導電圧曲線の連続する半周期において、誘導電圧が、前記連続する半周期で最大絶対値に達する前に、前記制御及び供給手段によって供給される、時間的に分離されたパルス（１０２）によって前記ロータの回転を維持し、前記半周期の開始を定める誘導電圧（Ｕi ）曲線（１０６）のゼロ通過からその半周期内に与えられる維持パルス（１０２）の開始までの時間間隔（ｔ1 ）は一定であって、ある基準回転速度に対して誘導電圧がこの半周期内に前記最大値に達する前にこの維持パルスが発生するように決定されており、少なくとも１つの始動パルス（１００）が始動用に与えられ、その始動パルスが前記誘導電圧（Ｕi ）の最大の絶対値に近い絶対値を有する維持パルス（１０２）の電圧よりも大きい供給電圧で供給されることを特徴とする方法。
【請求項２】
維持パルス（１０２）の持続時間（ｔ2 ）はほぼ一定であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
維持パルス（１０２）の持続時間（ｔ2 ）は、小型モータに加えられた負荷か、ロータの角位置と前記制御手段によって決定された基準角位置の間の検出偏差の関数として変化することを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続回転小型モータを制御する方法に関する。特に、この小型モータは、時計に使用することができる。本発明に従った方法によって制御される小型モータは、好ましくはロータに設けた永久磁石とステータに担持された固定巻線を備えた形式である。
【０００２】
小型モータの第１の例では、３つのステータ巻線がロータの駆動用に設けられているが、第２の例では、２つの巻線がモータの駆動用に設けられているだけである。２つの巻線の場合、それらはロータ軸に対してそれぞれ向き合わせて配置されている。これらの２つの例の各々は、以下に詳細に説明するそれぞれ固有の特徴を備えている。
【０００３】
小型モータの特別な例では、ロータは、２つの長楕円形の磁気フランジと、その２つのフランジの４端部分に互いに向き合わせてそれぞれ配置された４つの二極磁石とを備えている。このロータは実質的に１つの主磁気回路を形成する。軸及びおそらくは支持構造体を除いた回転駆動される質量全体が、小型モータの磁気作用に使用される。この例では、ロータの永久磁石とステータ巻線の間の電磁結合が特に良好である。
【０００４】
特定の特徴によれば、二極ロータ位置決め磁石が小型モータの周辺部に設けられて、ロータが停止位置にある時にロータを所定の角位置に維持するために使用される。この特徴の結果、必要な回転方向へのロータの回転の効果的な始動を確保することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、効果的であると共に、高性能な従属機を必要としないで回転安定性を確保できる連続回転小型モータを制御する方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、永久磁石を備えたロータと、制御及び供給手段に電気的に接続された少なくとも１つのコイルを備えたステータとを含み、永久磁石をロータ上に半径方向に配置して、少なくとも１つのコイルに対して前記ロータの回転時にコイル内に時間の関数として交流誘導電圧曲線を描く可変誘導電圧が発生するようにした連続回転小型モータを制御する方法であって、前記誘導電圧曲線の各半周期において、誘導電圧がそれぞれの半周期で最大絶対値に達する前に供給される連続パルスによって前記ロータの回転を維持することを特徴とする。
これらの特徴の結果、回転速度の自己調節が得られる。
【０００７】
本発明の実施態様では、半周期の開始を定める誘導電圧曲線のゼロ通過からその半周期内に与えられる維持パルスの開始までの時間間隔は一定とし、ある基準回転速度に対して誘導電圧がこの半周期内に最大値に達する前にこの維持パルスが発生するように決定することが望ましい。
【０００８】
本発明の他の実施態様は、維持パルスの持続時間は、特に小型モータに加えられた負荷か、ロータの角位置と制御手段によって決定された基準角位置の間の検出偏差の関数として可変である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、非制限的な例として挙げた添付の図面を参照した以下の詳細な説明によって本発明をさらに詳細に説明する。
図１及び図２を参照しながら、連続回転小型モータの実施形態を説明する。回転軸線１４に直交する平面で見ると、ロータ３４のフランジ３６及び３８は長楕円形であって、その２つの端部分１０及び１２は半円の外部形状を有し、それぞれの端部分に計４つの円形の二極磁石が取り付けられている。３つの平形巻線２６、２７及び２８の各々の中心軸線４０は、４つの二極磁石の重心を通る磁軸によって定められる軸線４２と同一ではない。ある寸法のロータ３４に対して、平形巻線２６、２７及び２８の寸法を大きくするため、巻線の中心軸線４０は、上記軸線４２よりも回転軸線１４から離れた位置にある。変更例では、これらの２つの軸線は同一である。
【００１０】
平形巻線２６、２７及び２８に関して述べると、所定の最適値は以下の通りである。すなわち、各巻線の半径は１ｍｍないし４ｍｍ、高さは約０．４ｍｍないし１ｍｍ、巻線を形成している導線の太さは１０μｍないし２０μｍである。コイルと磁石の間に設けられた隙間は、容易な組み立てと信頼性の高い作動を確保するために、約０．２ｍｍになっている。しかし、これらの値は制限的ではない。
【００１１】
さらに、単位時間当たりのエネルギ消費量はロータ３４の毎秒回転数にほぼ比例することを考えれば、ロータを比較的低い角回転速度にすることが好ましく、この速度は好ましくは毎秒１回転から１０回転の範囲である。しかし、試験やシミュレーションからわかっているように、小型モータの作動を妨害する混乱及び衝撃、特にそのような混乱や衝撃から生じると思われる減速を考慮しなければならない。このため、あるモータに与えられる最低速度は、そのような混乱及び衝撃状況を考慮しなければならない。例えば、外側半径が５ｍｍから１０ｍｍの小型モータの場合、毎秒５回転程度の角回転速度によって、そのような小型モータの電気消費量及び作動信頼度の点で優れた結果が得られる。
【００１２】
平形巻線２６、２７及び２８を位置決めしてその位置に保持するため、これらの巻線は印刷回路４４上に部分的に固定されており、この印刷回路４４上に導電路が設けられ、一定の導電路の終端部は、巻線の端部の電気接続パッド４６上に位置している。
【００１３】
中心軸２４の２つのピボット４８の一方が、プレート５２内に設けられた軸受５０内に取り付けられている。本実施形態では、カウンターピボット５１が設けられている。プレート５２と印刷回路４４の間に中間部材すなわち支持台５４が設けられており、これは印刷回路４４に接着されて、ねじまたは当該技術の専門家には既知の他の固定手段によってプレート５２に固定されている。
【００１４】
支持台５４には３つの円形中空部すなわちリセスが設けられ、それらの一部を３つの巻線２６、２７及び２８が占めている。これらのリセスを、印刷回路４４と支持台５４の間に保持されたコイルまたは平形巻線をしっかり固定するために使用される接着剤が満たしている。支持台５４はまた、巻線の軸方向位置を定めるためにも使用されている。また、支持台５４は巻線付近に巻線とほぼ同じ高さの２つの突出部分５７及び５８を備えていることにも注意されたい。これらの部分５７及び５８も、これらの部分５７及び５８と巻線の側面の一部分との間に設けられたボンディング材５９によって平形巻線を位置決めして保持するために使用されている。しかし、部分５７及び５８の存在は、本構造の範囲内でコイルを固定するために不可欠ではない。
【００１５】
中心軸２４は、磁性材料か、非磁性材料、特に軽量で硬質の非磁性材料で形成することができる。摩擦による損失が小型モータの電気消費量の主要原因であることを考えれば、当該技術の専門家であれば、中心軸のピボットを収容するための軸受内での中央軸２４の取り付けに特に注意するであろう。特に、中心軸２４とそれを取り付ける軸受の間の接触表面が最小である玉軸受を設けることが可能である。次に、これらの軸受の潤滑が重要であると思われ、当該技術の専門家には好都合な自己潤滑材料は既知である。本実施形態の場合、特にピボットの直径及び側部接触表面を小さくすることによって、軸２４と軸受５０の間の接触表面が最小に抑えられている。
【００１６】
第３図は、上記小型モータのための制御回路を示している。３つの平形巻線２６、２７及び２８は直列に電気接続されている。これらの３つの巻線は、回転軸線１４回りに１２０゜の角変位で等間隔に配置されている。平形巻線及びロータ、特に二極磁石をこのように配置すると、ロータの回転によって誘導信号が発生する。その周期はロータの１２０゜の回転に対応する。すなわちほぼ正弦波形のこの誘導信号は、毎秒回転数で表されたロータの角回転周波数の３倍の電気周波数を有する。
【００１７】
ロータの回転速度を測定するため、ステータ巻線内に誘導された信号のゼロ通過を検出する手段８０が設けられている。この手段は、特に差動増幅器と比較器で形成されている。手段８０の出力は、ほぼ瞬時ロータ回転速度信号をカウンタ８２と、ロータの回転速度を調整する手段８４へ送る。カウンタ８２は、時間ベース８６及び対応の水晶８８に接続されており、これによって所定の回転速度に対するロータの進みまたは遅れを決定することができる。
【００１８】
カウンタ８２は、制御手段９０に作用する調整手段８４にも接続されており、この制御手段９０内には、調整手段８４で電気的に作動するスイッチ９２が配置されている。４つのスイッチ９２が、限定持続時間で負または正の極性のパルスを生じることができるように設けられている。スイッチ９２は供給手段９４に電気的に接続されており、特にチョッパーパルスを送る時、この供給手段は調整手段８４及び時間ベース８６にも接続されることができ、後述するようにロータの回転の開始段階にあるか、維持段階にあるかに従ってロータの角速度及び電圧レベルを調節するためにチョッピング率を変化させる。
【００１９】
ロータの回転方向を一定の有効な方法で決定するために、３つの入力を２つの巻線２７及び２８の端部に接続した回転方向検出手段９６が設けられている。手段９６による検出の正確度及び信頼度を高めるために、１つの実施形態では、その手段９６の入力を第３平形巻線２６の２つの端子にも接続している。手段９６によって検出された回転方向または回転方向の変化は調整手段８４へ送られる。回転方向の変化は特に、連続的な激しい衝撃を小型モータが受ける場合に発生するであろう。そのような場合、小型モータの作動を直ちに停止して、適正方向に再始動してから、基準回転速度と較べて不足した回転数を回復するように調整手段を構成する必要がある。これを行うため、そのような状況で発生した遅れを計算するためにカウンタ８２が使用される。当該技術の専門家には、本説明の教示に従って小型モータを制御するために第３図に示されている様々な電子モジュールをいかに配置するかは既知である。
【００２０】
第４図は、本発明に従った小型モータの好適な作動モードを概略的に示している。それを実施するため、ロータを停止時に位置決めするために使用される永久磁石６２が、小型モータの周辺部に配置されている（図１）。回転軸線１４から見たこの二極磁石の方向は、やはり回転軸線１４から見た平形巻線２７の中心６４の方向から回転方向に非ゼロ値αだけずれている。好ましくは、αの値は３０゜より小さい。小型モータが停止した時、ロータの長手方向軸線３２が位置決め磁石６２の方向と整合する。この特別な配置により、時間ｔ0 において巻線２７及び２８内に誘導された電圧Ｕi の曲線の振幅がゼロにならない。このため、ロータが回転運動を開始できるようにするため、供給手段９４（図３）によって初期パルス１００をステータ巻線に与える。
【００２１】
始動パルス１００は、特に例えばバッテリまたは適当な種類の蓄電池であるエネルギ源の電圧か、それに近い比較的高電圧で供給される。このため、始動パルス１００は多くのエネルギをロータに与えるため、それはほぼ必要な基準角回転速度に達する。１つの実施形態では、単一の始動パルスを与えるが、別の実施形態では、ロータが基準角速度に達するまでに幾つかの始動パルスを与えることができる。
【００２２】
始動が完了した後、ロータの回転は維持パルス１０２によって確保され、ステータコイルとロータ磁石の間の電磁結合が最大値に近い時、この維持パルス１０２が供給手段によって与えられて、図３に示されている制御手段によって制御される。しかし、本発明によれば、ロータの回転速度の維持を自己調節できるように、各電気維持パルスは最大結合前に与えられる、すなわち、図４及び図５に示されているように、この維持パルスの平均時間値はその誘導曲線のその半周期の誘導電圧に対応した時間値の前に位置している。
【００２３】
小型モータへ供給されるエネルギは、誘導曲線１０６とパルス１０２のピークとの間に位置する表面１０４によって定められる。ロータの回転速度が低下すると、誘導曲線１０６の周期が増加し、その場合の誘導曲線は曲線１０６’になる。曲線１０６’のピーク１０８はパルス１０２から離れるため、表面１０４が表面１０４’だけ増加し、このために小型モータに供給されるエネルギが自動的に増加するため、ロータの回転速度が再び高くなる。反対に、ロータの回転速度が高くなると、パルス１０２の平均時間値が誘導曲線の次のピークの時間値（絶対値）より小さい限り、供給されるエネルギが減少する。誘導曲線１０６のゼロ通過から維持パルス１０２の開始までの時間間隔ｔ1 は一定の最適値で決定することができ、基準速度の自己調節がある程度可能である。
【００２４】
維持パルスの持続時間ｔ2 によって、各パルス１０２がロータに供給するエネルギの量を決定することができ、ｔ2 の値は、図５に示されているように固定でも可変でもよい。ロータの回転速度を調節できるように供給エネルギ量を変化させるために、調整手段及び制御手段（図３）は、特に維持パルス１０２のチョッピング率を変化させることによってパルス１０２の持続時間ｔ2 または供給電圧に作用を加えることもできる。また、ステータコイルに供給する維持パルス１０２の数を変化させ、特に誘導曲線の一定の半周期において維持パルスを供給しないことも可能である。
【００２５】
始動パルス１００の電圧は、図４及び図５に示されているように、電気エネルギ消費量を最小限に抑えるために誘導電圧Ｕi の最大振幅の値に近い値であることが好ましい維持パルス１０２の電圧より大きいことに注意されたい。このため、供給手段９４（図３）はステータコイルに始動電圧と低い維持電圧を供給できるように構成されている。
【００２６】
当該技術の専門家であれば、制御及び供給手段が適当に配置されている限り、ロータを駆動するためには１つまたは２つの巻線を設けるだけでよいことがわかるであろう。しかし、そのような場合、ロータ磁石とステータ巻線の間の電気機械結合の振幅が小さい。
【００２７】
磁気センサを設ければ、ロータの回転方向を決定でき、特にロータ磁石とステータコイルの間の時間的最大電磁結合位置に対する維持パルス１０２の時間的位置に関して、小型モータを正確かつ効果的に制御できることがわかるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  連続回転小型モータの実施形態の上面図である。
【図２】  図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】  連続回転小型モータ制御装置の実施形態のブロック図である。
【図４】  連続回転小型モータのための本発明に従った制御方法を示している。
【図５】  本発明に従った制御方法から得られる自己調節効果を概略的に示している。
【符号の説明】
２６、２７、２８  巻線、  ３４  ロータ、  ５２  プレート、
５４  支持台、  ８２  カウンタ、  ８４  調整手段、  ８６  時間ベース、
９０  制御手段、  ９４  供給手段  ９６  回転方向検出手段
１０２  維持パルス、  １０６  交流誘導電圧曲線
【図１】
0004165842.tif 000002
【図２】
0004165842.tif 000003
【図３】
0004165842.tif 000004
【図４】
0004165842.tif 000005
【図５】
0004165842.tif 000006