專利名稱：表用的二極式步進電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于模擬式電子表的表用二極式步進電機。
背景技術(shù)：
由于模擬式電子表作為動力源使用電池，所以如果連續(xù)使用一定時間則成為電池用盡而停止工作。因此由于必須定期地更換電池，所以這對使用者來說非常麻煩。
而且，由于該電池的更換作業(yè)不得不依賴專業(yè)人員，所以想要使用時電池已經(jīng)不足時，因為無法立即更換電池故非常不方便。
這樣一來，因為模擬式電子表的電池不足對使用者來說是很大的問題，故近年來正在進行這種模擬式電子表中的電池的長壽命化的研究，或者把攜帶中隨著使用者的運動而動作的發(fā)電機內(nèi)裝于表內(nèi)，內(nèi)裝太陽能電池等發(fā)電機構(gòu)，完全不用更換電池的表的開發(fā)。
可是，雖然這種發(fā)電機構(gòu)內(nèi)裝式的模擬式電子表靠儲存在內(nèi)裝的電容器或者蓄電池中的電力來驅(qū)動表，但是因為使用者使用表的條件有所不同，故有時難以始終產(chǎn)生必要的足夠的電力。
因此，為了使表在使用中不停地穩(wěn)定地工作，在這種發(fā)電機構(gòu)內(nèi)裝式的表中也有必要謀求減少電力消耗。
另一方面，就電池來說，雖然如果能夠使用尺寸加大而容量大的電池則可以謀求長壽命化，但是因為表的設(shè)計上的制約所以有時不能過分地加大電池的尺寸。因而，如果謀求電池的長壽命化，則有必要減少表中消耗電力。
這里，如果概略說明模擬式電子表的機構(gòu)，則是遵循靠晶體振子等產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號間歇驅(qū)動表用二極式步進電機，經(jīng)由齒輪把步進電機的運動傳遞到指針，借此來進行時刻顯示的結(jié)構(gòu)。
因此，在這種模擬式電子表中，電力大致上分別在包含晶體振子并產(chǎn)生基準(zhǔn)信號的電路部分和使指針旋轉(zhuǎn)的步進電機部分中被消耗。
然而，在現(xiàn)在的模擬式電子表中，由于電路部分被集成電路化而消耗電力正在變小，所以歸根到底電力的大部分消耗于運針用的步進電機的驅(qū)動。因此，該步進電機的消耗電力的減少對于整個表的減少消耗電力給出的效果很大。
圖22是表示現(xiàn)有技術(shù)的表用二極式步進電機的概略結(jié)構(gòu)的俯視圖。
此一表用二極式步進電機(以下也單稱為“步進電機”)包括把導(dǎo)線7b卷繞在由高導(dǎo)磁率的材料制成的磁心7a上的線圈7，和靠螺釘8、8分別結(jié)合并磁性上連接于該線圈7的磁心7a兩端的定子201。
在該定子201上，幾乎在中央形成轉(zhuǎn)子孔202，在該轉(zhuǎn)子孔201中能夠旋轉(zhuǎn)地配置著轉(zhuǎn)子3。
該轉(zhuǎn)子3由轉(zhuǎn)子磁鐵3a和轉(zhuǎn)子軸3b組成，轉(zhuǎn)子磁鐵3a由強磁性材料制成并形成尺寸小的圓柱形。而且，把成為旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)子軸3b沿垂直于紙面的方向嵌入在該轉(zhuǎn)子磁鐵3a的中心形成的軸孔中成為一體，把轉(zhuǎn)子磁鐵3a沿直徑方向充磁成二極。
該轉(zhuǎn)子3靠省略了圖示的軸承分別旋轉(zhuǎn)自如地支承轉(zhuǎn)子軸3b的兩端部，位于轉(zhuǎn)子孔202的中心。在該轉(zhuǎn)子軸3b的端部形成齒輪，成為旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)由該齒輪傳遞到表的指針的構(gòu)成。
進而，在轉(zhuǎn)子孔202的內(nèi)周上設(shè)置保持力矩設(shè)定機構(gòu)，在步進電機未驅(qū)動時靠該保持力矩設(shè)定機構(gòu)使轉(zhuǎn)子磁鐵3a的磁極位于初始相位角θ1的一定方向上，以規(guī)定的保持力矩使轉(zhuǎn)子3停止并保持在該位置上。
此一步進電機通過施加驅(qū)動電壓而使正、負(fù)電流交替地流過線圈7，根據(jù)流過的電流的大小在轉(zhuǎn)子孔202的內(nèi)側(cè)產(chǎn)生與正負(fù)相對應(yīng)的方向的磁場，使該磁場作用于預(yù)先充磁的轉(zhuǎn)子磁鐵3a而使轉(zhuǎn)子3沿圖22中逆時針旋轉(zhuǎn)方向每次旋轉(zhuǎn)180°(1步)。
下面說明該步進電機的1步的運動。
在使電流流過圖22中所示的線圈7的場合令產(chǎn)生的磁通使轉(zhuǎn)子孔202的內(nèi)部產(chǎn)生的磁場的方向為勵磁方向線12時，在電流未流過線圈7的狀態(tài)下，借助于由轉(zhuǎn)子磁鐵3a的磁極與定子201的磁性作用產(chǎn)生的保持力矩設(shè)定機構(gòu)的保持力矩，轉(zhuǎn)子3被保持并停止于成為轉(zhuǎn)子磁鐵3a的磁化方向并連接兩個磁極的線4在圖22中相對于勵磁方向線12沿逆時針旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)過初始相位角θ1的位置上。
在此一狀態(tài)下，如果轉(zhuǎn)子3正轉(zhuǎn)的方向的電流流過線圈7，則在線圈7中產(chǎn)生磁通，在轉(zhuǎn)子孔202的內(nèi)部產(chǎn)生磁場，轉(zhuǎn)子3借助于此一磁場與轉(zhuǎn)子磁鐵3a的永久磁化量的相互作用而受到旋轉(zhuǎn)力矩，克服上述保持力矩而開始旋轉(zhuǎn)。而且，如果電流僅在適當(dāng)?shù)臅r間流過線圈7，則轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)180°到下一個停止位置停止。
可是，在這種構(gòu)成的步進電機中，其單位時間中的消耗電力由流過勵磁用的線圈7的電流與施加的電池電壓之積來表示。而且，因為當(dāng)時所施加的電池電壓幾乎一定，所以減少步進電機的消耗電力就在于在滿足對步進電機所要求的驅(qū)動特性的同時如何減小流過線圈7的電流。
此外，由于此一步進電機是在電流流過線圈7時在轉(zhuǎn)子3中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，克服保持力矩使轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)的，所以如果減小保持力矩則旋轉(zhuǎn)力矩也可以與之成比例地減小。
由于該流過線圈7的電流與旋轉(zhuǎn)力矩成比例所以如果可以減小保持力矩則可以減小流過線圈7的電流，結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)表用步進電機的減少消耗電力。
可是，表用步進電機的保持力矩發(fā)揮這樣的作用，即表在跌落等中受到?jīng)_擊時不發(fā)生躥針地保持指針從而能夠顯示正確的時間，并且克服表內(nèi)的軸承或齒輪中產(chǎn)生的摩擦力矩而使指針落在正確的停止位置。
因而，為了實現(xiàn)減少消耗電力單純地減小保持力矩是不行的，該保持力矩有必要設(shè)定成滿足維持表的功能所需的最低限度的保持力矩。
關(guān)于此一表所需的保持力矩，像國際申請公開WO98/30939號公報中所公開的那樣，如果由于沖擊在指針上產(chǎn)生的動能小于由轉(zhuǎn)子的保持力矩產(chǎn)生的保持勢能，也就是磁性勢能之差則不發(fā)生躥針。
而且，因為沖擊時指針?biāo)艿降膭幽芘c指針具有的慣性矩的二次方成比例，所以如果采用減小了慣性矩的指針，則可以減小保持勢能，也就是保持力矩。
因此，把所需最低限度的保持力矩設(shè)定成通常的表用步進電機的保持力矩的幾分之一左右的極小的值成為可能，能實現(xiàn)步進電機的減少消耗電力。
接下來，就現(xiàn)有技術(shù)的表用步進電機的設(shè)在定子上的保持力矩設(shè)定機構(gòu)進行說明。
作為現(xiàn)有技術(shù)的表用步進電機的設(shè)在定子上的保持力矩設(shè)定機構(gòu)，主要有如以下說明的兩種結(jié)構(gòu)。
其一是把圖22中所示的表用步進電機中的定子形狀如圖23中所示，由高導(dǎo)磁率的材料來形成定子201，在其縱長方向的兩端分別形成結(jié)合于線圈7的磁心7a的兩端用的孔6、6。
為了設(shè)定保持力矩和初始相位角θ1(圖22)，在該定子201的幾乎中央形成的轉(zhuǎn)子孔202取為由相互錯開中心的兩個半圓組合的形狀。
而且，通過把該兩個半圓錯開進行組合，分別形成錯開量G的兩個階梯部204a、204b。在此一定子201中通過調(diào)節(jié)該錯開量G可以把保持力矩設(shè)定成想要的值。
再者，在定子201的轉(zhuǎn)子孔202上形成這種階梯部204a、204b的結(jié)構(gòu)，在例如日本特開昭49-132507號公報有記載。
此外，下文中把像這樣在定子的轉(zhuǎn)子孔上形成階梯部的定子稱為錯開型定子。
接下來參照圖24就另一種保持力矩設(shè)定機構(gòu)的結(jié)構(gòu)進行說明。再者，根據(jù)需要關(guān)于部分通用的零件使用圖22中說明的標(biāo)號來進行說明。
此一定子211，作為賦予轉(zhuǎn)子3的保持力矩和初始相位角用的保持力矩設(shè)定機構(gòu)，在轉(zhuǎn)子孔212的內(nèi)周上把一對凹部205a、205b設(shè)在相對于轉(zhuǎn)子孔212的中心軸對稱的位置上。
而且，通過這些凹部205a、205b的各自的中心的直線24取為相對于轉(zhuǎn)子孔212的勵磁方向21傾斜角度θ11。
在此一定子211中，令通過凹部205a、205b的中心的直線24與通過轉(zhuǎn)子孔212的中心軸并垂直于定子211的勵磁方向的直線27的夾角為以逆時針旋轉(zhuǎn)方向為正值的凹部205a、205b的設(shè)置角度θ12，制成通過調(diào)節(jié)該設(shè)置角度θ12來設(shè)定轉(zhuǎn)子3的初始相位角θ1(圖22) 。
在具有這種定子211的結(jié)構(gòu)的表用步進電機中，靠一對凹部205a、205b來確定轉(zhuǎn)子3的保持力矩。
再者，這種在定子211的轉(zhuǎn)子孔212上形成凹部205a、205b的結(jié)構(gòu)，記載在例如日本特開昭51-1908號公報中。
此外，下文中把像這樣在定子的轉(zhuǎn)子孔上形成凹部的定子稱為缺口型定子。
像以上說明的那樣，在使用現(xiàn)有技術(shù)的錯開型定子的步進電機的場合，可以通過改變轉(zhuǎn)子孔的階梯部的錯開量來調(diào)節(jié)保持力矩的大小和初始相位角。
因此，在通常的表用步進電機中，由于轉(zhuǎn)子孔的平均直徑為1700μm左右，所以如果把定子的階梯部的錯開量取為40～50μm左右，則可以把最大保持力矩設(shè)定成300nNm左右。
可是，由于如果為了減少消耗電力而打算更大幅度地減小保持力矩，則不得不把錯開量極端地減小到10μm左右，所以為了產(chǎn)生穩(wěn)定的保持力矩，定子的加工精度方面變得困難。
此外，如果像這樣極端地減小錯開量，則連帶地初始相位角(參照圖22的θ1)也減小，因為在驅(qū)動轉(zhuǎn)子之際需要大的消耗電力，故結(jié)果成了無法減少消耗電力。
進而，在錯開型定子的結(jié)構(gòu)的場合，雖然通過加大轉(zhuǎn)子孔的直徑能夠在同一錯開量下不改變初始相位角而把保持力矩設(shè)定得小一些，但是如果像這樣加大轉(zhuǎn)子孔的直徑，則轉(zhuǎn)子孔內(nèi)產(chǎn)生的磁場與轉(zhuǎn)子磁鐵的相互作用減弱。
也就是說，這樣一來因為電氣機械結(jié)合系數(shù)減小，故使電流流過線圈而在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩減小。
因此，減少了由上述保持力矩所形成的保持勢能，即使適當(dāng)?shù)卦O(shè)定了初始相位角，也由于為了補充電氣機械結(jié)合系數(shù)的減小引起的旋轉(zhuǎn)力矩的減小量，不得不增加流過線圈的電流，所以結(jié)果抵銷了把保持力矩設(shè)定得小一些帶來的節(jié)電效果，無法實現(xiàn)減少消耗電力。
另一方面，在缺口型定子的結(jié)構(gòu)的步進電機的場合，由于可以由一對凹部的設(shè)置角度來設(shè)定初始相位角，并且通過增減在轉(zhuǎn)子孔內(nèi)周上形成的凹部的面積和來調(diào)節(jié)保持力矩，所以如果為了減少消耗電力而打算比現(xiàn)狀更大幅度地減小保持力矩，則不得不極端地減小一對凹部的面積和，也就是凹部的尺寸。因而，在定子的加工精度方面，得到穩(wěn)定的保持力矩變得困難了。
進而，在此一缺口型定子中也是，雖然通過加大轉(zhuǎn)子孔半徑能夠不改變凹部的面積和而設(shè)定小的保持力矩，但是這樣一來與錯開型定子的場合同樣，由于使電氣機械結(jié)合系數(shù)減小所以無法減少消耗電力。
如上所述，由于如果為了實現(xiàn)消耗電力的進一步減小而大幅度地把保持力矩設(shè)定得小些，則在上述現(xiàn)有技術(shù)的定子結(jié)構(gòu)中，不得不極端地減小在定子上形成的階梯部的錯開量，或者極端地減小在定子上形成的凹部的尺寸，所以定子的加工精度上是困難的。因而，難以設(shè)定穩(wěn)定的保持力矩。
因此，在使用這種現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)的定子的表用步進電機中，難以實現(xiàn)減少消耗電力。
發(fā)明的公開本發(fā)明是鑒于這種技術(shù)背景而做成的，其目的在于通過在定子的結(jié)構(gòu)上動腦筋來解決上述課題，提供一種適于減少消耗電力，而且制作容易的表用二極式步進電機。
本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的，是一種表用二極式步進電機，包括由轉(zhuǎn)子磁鐵和轉(zhuǎn)子軸組成的轉(zhuǎn)子，有設(shè)置該轉(zhuǎn)子用的轉(zhuǎn)子孔并由高導(dǎo)磁率材料制成的定子，以及導(dǎo)線卷繞在由高導(dǎo)磁率材料制成的磁心上，上述磁心的兩端磁性上與定子的兩端連接的勵磁用的線圈，其中上述定子在轉(zhuǎn)子孔的內(nèi)周上按在其圓周方向上以不同的設(shè)置角度有多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)。
這里，所謂保持力矩設(shè)定機構(gòu)的設(shè)置角度是指針對垂直于定子的勵磁方向的方向的配置角度，該配置角度之差相差180°的場合看成是同一設(shè)置角度。
如果用此一表用二極式步進電機，則即使是因為在定子的轉(zhuǎn)子孔的周圍形成環(huán)串的軸孔或固定銷用的孔無法為了得到作為目標(biāo)的初始相位角和保持力矩而在所需的設(shè)置角度上設(shè)置單一的保持力矩設(shè)定機構(gòu)的場合，也可以通過把由多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)所形成的保持力矩分別進行向量分解，把對應(yīng)于該分解的各向量的兩個以上的保持力矩設(shè)定機構(gòu)以不同的設(shè)置角度設(shè)置在避開上述軸孔或固定銷用的孔的位置上，而得到作為目標(biāo)的初始相位角和保持力矩。
此外，上述定子可以經(jīng)由由低導(dǎo)磁率或者非磁性的材料制成的連接部把分別由高導(dǎo)磁率材料制成的第1定子零件和第2定子零件結(jié)合起來構(gòu)成。
這樣一來，定子成為磁性上分離成兩個部分的結(jié)構(gòu)，由于借助于靠線圈勵磁的磁通可以效率更高地產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)用的轉(zhuǎn)子孔的內(nèi)部磁場，所以可以減小流過線圈的電流而實現(xiàn)減少消耗電力。
此外，定子由于由低導(dǎo)磁率材料或者非磁性材料來形成連接部，所以沒有必要把連接部極端地做細(xì)，故可以確保所需的機械強度。
進而，在上述表用二極式步進電機中，把第1定子零件與第2定子零件連接起來的連接部成為多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)中的至少一個，并且該連接部以外的其他保持力矩設(shè)定機構(gòu)可以配置在轉(zhuǎn)子孔的內(nèi)周的與上述連接部不同的設(shè)置角度上。
進而，上述多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)可以是分別在轉(zhuǎn)子孔的內(nèi)周上形成的一對凹部或者一對凸部。此外，上述其他保持力矩設(shè)定機構(gòu)制成在轉(zhuǎn)子孔的內(nèi)周上形成的一對凹部或者一對凸部時，可以包含形狀關(guān)于上述轉(zhuǎn)子孔的中心為非對稱者。
這樣一來，通過改變凹部或者凸部的大小可以調(diào)節(jié)保持力矩，此外通過改變凹部或者凸部的設(shè)置位置可以調(diào)節(jié)初始相位角。
而且，該保持力矩設(shè)定機構(gòu)當(dāng)中形狀關(guān)于轉(zhuǎn)子孔的中心為非對稱者，可以是夾著轉(zhuǎn)子孔的中心把一對凹部或者凸部對峙地設(shè)置在兩側(cè)的轉(zhuǎn)子孔內(nèi)周上者，也可以是相對于轉(zhuǎn)子孔的中心僅在一方側(cè)的轉(zhuǎn)子孔內(nèi)周上設(shè)置凹部或者凸部者。
進而，上述多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)可以包含方式不同的并且轉(zhuǎn)子孔的圓周方向的設(shè)置角度彼此不同者的組合。
而且，該保持力矩設(shè)定機構(gòu)當(dāng)中方式不同者的組合，可以制成前述錯開型方式與缺口型方式的組合，也可以制成下文述及的長圓型方式與前述缺口型方式的組合。
再者，也可以是在包括包含形狀關(guān)于轉(zhuǎn)子孔的中心為非對稱者在內(nèi)的多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)的表用二極式步進電機中，經(jīng)由由低導(dǎo)磁率材料或者非磁性材料制成的連接部把第1定子零件與第2定子零件連接起來，該連接部成為多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)中的至少一個。
此外，也可以是在包括方式不同的上述多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)的表用二極式步進電機中，同樣經(jīng)由由低導(dǎo)磁率材料或者非磁性材料制成的連接部把第1定子零件與第2定子零件連接起來，該連接部成為多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)中的至少一個。
附圖的簡要說明
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第1實施例的概略結(jié)構(gòu)的俯視圖。
圖2是表示同樣該表用二極式步進電機中的定子的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
圖3是表示圖1的表用二極式步進電機的保持力矩與消耗電力的關(guān)系的曲線圖。
圖4是表示同樣該表用二極式步進電機中的初始相位角與消耗電力的關(guān)系的曲線圖。
圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第2實施例的與圖1同樣的俯視圖。
圖6是表示同樣該表用二極式步進電機中的定子的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
圖7是放大表示同樣該定子上所設(shè)置的作為保持力矩設(shè)定機構(gòu)發(fā)揮功能的凹部的俯視圖。
圖8是表示圖5的表用二極式步進電機中的一對凹部15e、15f的設(shè)置角度與最大保持力矩以及初始相位角的關(guān)系的曲線圖。
圖9是表示圖5的表用二極式步進電機中的凹部的深度與最大保持力矩的關(guān)系的曲線圖。
圖10是表示圖5的表用步進電機中的凹部的寬度與最大保持力矩的關(guān)系的曲線圖。
圖11是表示根據(jù)本發(fā)明的表用步進電機的第3實施例的與圖1同樣的俯視圖。
圖12是表示同樣該表用步進電機中的定子的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
圖13是表示根據(jù)本發(fā)明的表用步進電機的第4實施例中的定子的結(jié)構(gòu)的與圖6同樣的俯視圖。
圖14是表示根據(jù)本發(fā)明的表用步進電機的第5實施例中的定子的結(jié)構(gòu)的與圖12同樣的俯視圖。
圖15是表示根據(jù)本發(fā)明的表用步進電機的第6實施例中的定子的結(jié)構(gòu)的與圖13同樣的俯視圖。
圖16是表示根據(jù)本發(fā)明的表用步進電機的第7實施例中的定子的結(jié)構(gòu)的與圖15同樣的俯視圖。
圖17是表示根據(jù)本發(fā)明的表用步進電機的第8實施例中的定子的結(jié)構(gòu)的與圖14同樣的俯視圖。
圖18是表示根據(jù)本發(fā)明的表用步進電機的第9實施例中的定子的結(jié)構(gòu)的與圖15同樣的俯視圖。
圖19是表示根據(jù)本發(fā)明的表用步進電機的第10實施例中的定子的結(jié)構(gòu)的與圖17同樣的俯視圖。
圖20是表示根據(jù)本發(fā)明的表用步進電機的第11實施例中的定子的結(jié)構(gòu)的與圖18同樣的俯視圖。
圖21是表示根據(jù)本發(fā)明的表用步進電機的第12實施例中的定子的結(jié)構(gòu)的與圖20同樣的俯視圖。
圖22是表示現(xiàn)有技術(shù)的二極式表用步進電機的概略結(jié)構(gòu)的俯視圖。
圖23是表示該表用步進電機的定子的結(jié)構(gòu)的與圖2同樣的俯視圖。
圖24是表示現(xiàn)有技術(shù)的作為保持力矩設(shè)定機構(gòu)設(shè)置了一對凹部的定子的結(jié)構(gòu)的與圖23同樣的俯視圖。
圖25是表示現(xiàn)有技術(shù)的表用步進電機中的定子的另一個例子的與圖24同樣的俯視圖。
實施發(fā)明的最佳形態(tài)為了更詳細(xì)地說明本發(fā)明，按照附圖來說明本發(fā)明的實施例。
〔第1實施例圖1至圖4〕圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第1實施例的概略結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖2是表示同樣該表用二極式步進電機中的定子的結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖3是表示圖1的表用二極式步進電機的保持力矩與消耗電力的關(guān)系的曲線圖，圖4是表示同樣該表用步進電機中的初始相位角與消耗電力的關(guān)系的曲線圖。
此一表用二極式步進電機(以下也單稱為“步進電機”)如圖1中所示備有由轉(zhuǎn)子磁鐵3a和轉(zhuǎn)子軸3b組成的轉(zhuǎn)子3，有設(shè)置該轉(zhuǎn)子3用的轉(zhuǎn)子孔2的定子1，以及導(dǎo)線7b卷繞于由高導(dǎo)磁率材料制成的磁心7a，磁心7a的兩端磁性上與定子1的兩端連接的勵磁用的線圈7。
而且，因為此一步進電機除了定子1的結(jié)構(gòu)以外與圖22中說明的現(xiàn)有技術(shù)的表用二極式步進電機相同，故關(guān)于它們的相同部分賦予與圖22相同的標(biāo)號，省略其說明。
此一步進電機的定子1如圖2中所示分別由高導(dǎo)磁率材料制成的第1定子零件1a(以下單稱為“定子零件1a”)和第2定子零件1b(以下單稱為“定子零件1b”)， 經(jīng)由由低導(dǎo)磁率或者非導(dǎo)磁性的材料制成的連接部1c、1d結(jié)合起來構(gòu)成。
而且，在該定子1的幾乎中央形成的轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上，如圖1中所示設(shè)置多個通過轉(zhuǎn)子磁鐵3a的磁極與定子1的磁性作用以規(guī)定的保持力矩把轉(zhuǎn)子3不旋轉(zhuǎn)地保持在旋轉(zhuǎn)方向的規(guī)定位置，也就是轉(zhuǎn)子磁鐵3a的直徑方向上充磁為二極的磁極的連接線4在步進電機未驅(qū)動時成為初始相位角θ1的位置上的保持力矩設(shè)定機構(gòu)。
該多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)在本實施例中，如圖2中所示，是在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上形成的一對凹部5a、5b和一對連接部1c、1d，該凹部5a、5b和連接部1c、1d在相對于轉(zhuǎn)子孔2的中心對稱的位置上形成。
而且，如圖所示該一對凹部5a、5b和一對連接部1c、1d的設(shè)置角度不同。該設(shè)置角度是指相對于與定子1的勵磁方向的磁場方向線12成直角方向的配置角度，其細(xì)節(jié)在第2實施例以后(圖6以后)進行說明。
此外，在定子1的縱長方向的兩端部上，形成分別磁性上連接于線圈7的磁心7a的兩端用的孔6、6。
為了制造此一定子1，用由作為高導(dǎo)磁率材料的坡莫合金制成的厚度500μm的帶材通過壓力加工形成成為以后的壓力加工用的定位孔的導(dǎo)向孔和轉(zhuǎn)子孔2的底孔和固定用孔6、6，并且沖裁留出與上述帶材局部相連接的連接部分(未畫出)的外形形狀。
接著，在成為連接部1c、1d的部分上用沖裁形成寬度200μm的窄縫，在該窄縫中插入由低導(dǎo)磁率材料或者非磁性材料制成的規(guī)定長度的線材，用激光焊接進行對接焊接把由窄縫分離的定子零件1a和定子零件1b結(jié)合起來。
然后，用壓力加工沖裁轉(zhuǎn)子孔2和凹部5a、5b的部分，最后沖裁與帶材連接的上述連接部分而結(jié)束外形加工。而且，對該外形加工結(jié)束了的部件進行磁性退火，制成步進電機的定子1。
下面就裝入這種結(jié)構(gòu)的定子1而構(gòu)成步進電機時，為了求出實現(xiàn)減少消耗電力所需要的適當(dāng)條件所進行的實驗結(jié)果進行說明。
在實驗中，分別調(diào)查了步進電機的保持力矩與消耗電力的關(guān)系，以及初始相位角與消耗電力的關(guān)系，進而消耗電力與定子的連接部的結(jié)構(gòu)的關(guān)系。
再者，實驗用在現(xiàn)有的表用二極式步進電機中裝入根據(jù)本實施例的定子1者來進行測定。此外，作為驅(qū)動波形用斬波驅(qū)動波形，調(diào)節(jié)驅(qū)動波形的各脈沖的通斷比而求出能夠正常驅(qū)動的最小消耗電力。
特別是，關(guān)于用于測定的定子1，不是用壓力加工來形成凹部5a、5b的部分，而是按照各測定條件在磁性退火前通過放電加工來形成的。
首先就保持力矩與消耗電力的關(guān)系進行說明。
表用步進電機中的消耗電力由于通過使保持力矩減小可以減小勵磁所需要的流過線圈7的電流，所以作為其結(jié)果可以認(rèn)為實現(xiàn)減少消耗電力。
因此，就實際上使保持力矩變化的場合的消耗電力的變化進行實驗來調(diào)查。
該測定中使用的定子1，為了調(diào)整保持力矩而準(zhǔn)備了幾種改變設(shè)在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上的半圓形凹部5a、5b的切入深度者。此外，用自制的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度測定器來測定針對轉(zhuǎn)子3的位移角度的角速度，根據(jù)其測定結(jié)果和轉(zhuǎn)子3的慣量來求解運動方程式針對各定子1算出保持力矩。
此外，對1步驅(qū)動時的流過線圈7的電流與施加的驅(qū)動電壓之積進行積分而求出消耗電力。進而，由于保持力矩的大小存在著位移角度依存性，所以在各測定值的比較中用最大保持力矩。而且，測定中用的定子1的最大保持力矩，作成以大約50nNm間隔從50nNm到250nNm者。
該實驗的測定結(jié)果示于圖3。根據(jù)該測定結(jié)果可以看出，在最大保持力矩為250nNm時消耗電力約為800nJ，但是在使最大保持力矩減小到100nNm時消耗電力成為大約350nJ，設(shè)定的最大保持力矩與為了1步驅(qū)動所需要的消耗電力的關(guān)系幾乎有比例關(guān)系。
這樣一來，因為如果使保持力矩減半則消耗電力也減半，所以可以看出保持力矩的減小對于消耗電力的減少有很大的效果。
可是如前所述在表用步進電機中，為了在使表跌落之際由沖擊不引起躥針，能夠顯示正確的時間，并且克服軸承或齒輪中產(chǎn)生的摩擦力矩而使指針穩(wěn)定地停止在靜止位置，需要必要的最低限度的保持力矩。
而且，如果因沖擊而受到的表的指針的動能小于由轉(zhuǎn)子的保持力矩所形成的保持勢能，則不發(fā)生躥針。也就是說，通過把指針的慣性矩調(diào)整得小些，可以減小保持勢能，也就是減小保持力矩。
這樣一來，通過把指針的慣性矩調(diào)整得小些，把必要的最低限度的保持力矩相對于通常的表用步進電機的保持力矩做成幾分之一左右的極小的保持力矩成為可能。
這樣一來，從圖3中所示的測定結(jié)果可以看出，保持力矩的減小對于消耗電力的減少是有效的，該保持力矩能夠極端地減小到通常的表用步進電機的保持力矩的幾分之一。
下面就初始相位角與消耗電力的關(guān)系進行說明。
圖1中所示的初始相位角θ1是表示旋轉(zhuǎn)力矩與保持力矩的相位差的，是成為在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)部產(chǎn)生的磁場的方向的磁場方向線12與轉(zhuǎn)子3的靜止位置上的轉(zhuǎn)子磁鐵3a的磁化方向的線4的夾角，是步進電機的驅(qū)動中的重要的參數(shù)。
在實驗中，為了調(diào)查初始相位角與消耗電力的關(guān)系，使用了通過改變設(shè)在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上的兩個凹部5a、5b的設(shè)置位置把最大保持力矩一定地設(shè)定成50nNm，僅改變初始相位角的幾種定子1。
此外，用自制的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度測定器來測定針對轉(zhuǎn)子3的位移角度的角速度，同時通過測定轉(zhuǎn)子3進行旋轉(zhuǎn)運動而在線圈7中產(chǎn)生的反電動勢來算出初始相位角。
對1步驅(qū)動時的流過線圈7的電流與所施加的驅(qū)動電壓之積進行積分來求出消耗電力。再者，測定中用的定子1的初始相位角作成以大約10°間隔從20°到80°者。
該實驗的測定結(jié)果示于圖4。根據(jù)該測定結(jié)果，在初始相位角從20°到40°的范圍內(nèi)消耗電力急劇地減少，在50～60°成為最小，以后如果加大初始相位角則消耗電力慢慢增加。
雖然一般來說作為初始相位角的最佳值用45°，但是像此一實驗這樣查明了，在把最大保持力矩減小到150nNm時，消耗電力成為最小的初始相位角的最佳值向大于45°的角度一側(cè)移動。從以上結(jié)果可以看出，為了表用步進電機的減少消耗電力，最佳的初始相位角的設(shè)定是必要的。而且，在把最大保持力矩減小到150nNm的場合，最佳的初始相位角成為大于45°的角度，在此次的測定結(jié)果中查明了該角度為50～60°。
下面就消耗電力與定子的連接部的結(jié)構(gòu)的關(guān)系進行說明。
在像圖2中所示的定子1那樣，用由低導(dǎo)磁率或者非磁性的材料制成的連接部1c和1d把定子零件1a和定子零件1b結(jié)合起來的結(jié)構(gòu)的場合，因為能夠把定子1磁性上分離成定子零件1a和定子零件1b兩個部分，故可以在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)部高效地產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)用的磁場。
因此，此次為了調(diào)查此一連接部與消耗電力的關(guān)系而進行實驗。
在該實驗中，在使用圖2中說明的定子1，和使用圖25中所示的現(xiàn)有技術(shù)的表用步進電機中所使用的有一對凹部5a、5b的定子221的場合進行了比較。
該現(xiàn)有技術(shù)的定子221準(zhǔn)備了兩種把由高導(dǎo)磁率材料制成的聯(lián)絡(luò)部223a、223b的最小寬度B制成100μm和200μm者。
另一方面，在圖2中說明的構(gòu)成的定子1把到連接部1c、1d的定子端緣的寬度Wa分別取為300μm，把定子零件1a與定子零件1b的間隔Wb分別取為200μm。
此外，進行比較的定子1和定子221制成成為相同的保持力矩和初始相位角。
實驗的結(jié)果，在用現(xiàn)有技術(shù)的定子221者中，在把聯(lián)絡(luò)部223a、223b的最小寬度B取為200μm者中，因為在所用的驅(qū)動波形下無法在轉(zhuǎn)子孔222的內(nèi)部產(chǎn)生足夠的磁場所以不能使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
另一方面，在用把聯(lián)絡(luò)部223a、223b的最小寬度B取為100μm容易引起磁飽和的定子221者中，能夠使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
把此時的消耗電力與使用定子1的場合的消耗電力進行比較的結(jié)果，在使用定子1者中，與使用定子221者相比可以減少大約20％的消耗電力。
此外，定子1由于連接部1c、1d由低導(dǎo)磁率材料或者非磁性材料來形成，所以沒有必要把連接部極端地取細(xì)，故可以確保足夠的機械強度。
從此一結(jié)果可以看出，定子1由低導(dǎo)磁率材料或者非磁性材料來制成連接部1c、1d在減少消耗電力方面是理想的。
從以上分別就表用步進電機的保持力矩與消耗電力的關(guān)系，以及初始相位角與消耗電力的關(guān)系，進而消耗電力與連接部的結(jié)構(gòu)的關(guān)系進行調(diào)查的結(jié)果可以看出，為了實現(xiàn)表用步進電機的消耗電力減少作為必要的定子的條件有以下三點。
也就是說第1是要取為所需的最低限度的小保持力矩。第2是與保持力矩另行獨立地進行最佳的初始相位角的設(shè)定。第3是取為磁性上能把定子分離成左右兩個部分的結(jié)構(gòu)。
因而，如果使用同時滿足所有這三個條件的定子，則能實現(xiàn)作為目標(biāo)的表用步進電機的減少消耗電力。
也就是具體地說如圖2中所示，為了能夠獨立地設(shè)定保持力矩和初始相位角θ1，最好是制成在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上設(shè)置多個凹部5a、5b，用由低導(dǎo)磁率材料或者非磁性材料制成的連接部1c、1d把分成兩個的定子零件1a和定子零件1b結(jié)合起來的結(jié)構(gòu)的定子1。
如果把定子1取為這種結(jié)構(gòu)，則因為能夠通過凹部5a、5b的大小來調(diào)節(jié)保持力矩，此外能夠通過改變凹部5a、5b的設(shè)置位置來調(diào)節(jié)初始相位角，故可以獨立地設(shè)定適于減少消耗電力的保持力矩和初始相位角。
下面，就實際地作成實施以上的內(nèi)容的步進電機，測定該步進電機的消耗電力，調(diào)查關(guān)于減少消耗電力的效果的結(jié)果進行說明。
在實驗中，在現(xiàn)有的表用二極式步進電機中，代替現(xiàn)有的定子裝入根據(jù)本實施例的定子1來進行消耗電力的測定。
此時使用的定子1，使用厚度500μm的坡莫合金作材料，在連接部1c、1d中使用鎳鉻合金。此外連接部1c、1d的尺寸如圖2中所示把寬度Wa取為300μm，把定子零件1a與定子零件1b的間隔Wb取為200μm 。
進而設(shè)在該定子1上的轉(zhuǎn)子孔2的直徑取為1300μm，調(diào)節(jié)設(shè)在該轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上的凹部5a、5b的大小和設(shè)置位置，把初始相位角取為60°，把保持力矩設(shè)定成100nNm。此外，作為轉(zhuǎn)子磁鐵3a用外徑800μm厚度400μm的釤鈷磁鐵。
針對裝入了這種定子1的表用步進電機測定消耗電力時，可以實現(xiàn)1步中大約300nJ的消耗電力。
此一結(jié)果與圖25中說明的使用現(xiàn)有技術(shù)的定子221的場合相比，可以把消耗電力減少大約20％。
〔第2實施例圖5至圖10〕下面參照圖5至圖10來說明根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第2實施例。
圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第2實施例的與圖1同樣的俯視圖，圖6是表示該表用二極式步進電機中的定子的結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖7是放大表示同樣該定子上所設(shè)置的作為保持力矩設(shè)定機構(gòu)的凹部的俯視圖。
本第2實施例的表用二極式步進電機因為除了定子的結(jié)構(gòu)以外與圖1至圖4中說明的第1實施例的表用二極式步進電機相同，故對于那些相同的部分省略說明。
此一圖5中所示的第2實施例的表用二極式步進電機，定子11的形狀取為圖6中所示的形狀，在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上在其圓周方向上以不同的設(shè)置角度分別形成作為多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)的兩對凹部15c、15d和15e、15f。
而且，該對凹部15c、15d和該對凹部15e、15f在分別相對于轉(zhuǎn)子孔2的中心對稱的位置上分別形成。
該定子11由高導(dǎo)磁率材料制成，該對凹部15c、15d和該對凹部15e、15f都是設(shè)定保持力矩和初始相位角θ1用的，把通過該對凹部15c、15d的中心的直線25，與通過轉(zhuǎn)子孔2的中心并垂直于定子1的勵磁方向的磁場方向線12的直線27的夾角取為凹部15c、15d的設(shè)置角度θ2。
此外，把通過一對凹部15e、15f的中心的直線(在圖6中與磁場方向線12一致)與直線27的夾角取為凹部15e、15f的設(shè)置角度θ3。再者，這些設(shè)置角度θ2和θ3在圖6中以逆時針轉(zhuǎn)動方向為正值。
此外，在兩個保持力矩設(shè)定機構(gòu)的配置角度沿轉(zhuǎn)子孔2的圓周方向相差180°的場合，把它們看成是相同的設(shè)置角度。其理由是因為二極式步進電機的設(shè)置角度的相位差為180°的場合電氣上相位差成為其2倍的360°，在該兩個保持力矩設(shè)定機構(gòu)上作用著同一方向的力矩的緣故。
各凹部15c～15f以完全相同的大小制成同一形狀，像把該凹部15f放大地示于圖7那樣，取為切去由轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)徑和與轉(zhuǎn)子孔2同心圓的圓弧16夾著的部分的幾乎矩形的形狀，該切去部分的寬度分別取為Wc。而且，該各凹部15c～15f的深度D為轉(zhuǎn)子孔2的半徑R1與圓弧16的半徑R2之差。
在制造該定子11之際用由作為高導(dǎo)磁率材料的坡莫合金制成的厚度500μm的帶材通過壓力加工形成成為壓力加工中的定位孔的導(dǎo)向底孔和轉(zhuǎn)子孔2的底孔和固定用孔6、6，并且沖裁留出與上述帶材局部連接的連接部分(未畫出)的外形形狀。
接著，用壓力加工沖裁轉(zhuǎn)子孔2與凹部15c、15d和凹部15e、15f的部分，最后沖裁與帶材連接的上述連接部分而結(jié)束外形加工。而且，對該外形加工結(jié)束了的部件進行磁性退火，制成步進電機的定子11。
下面就為了調(diào)查使用這種結(jié)構(gòu)的定子11的步進電機中，分別改變兩對凹部15c、15d和凹部15e、15f的設(shè)置角度θ2和θ3時的初始相位角θ1和保持力矩的關(guān)系所進行的實驗結(jié)果進行說明。
該實驗用國際申請公開WO98/30869號公報中所公開的旋轉(zhuǎn)信息測定裝置來進行，保持力矩的測定根據(jù)針對直接測定的轉(zhuǎn)子的位移角的轉(zhuǎn)子的角速度變化通過求解運動方程式來求出保持力矩。
此外，初始相位角θ1根據(jù)直接測定的轉(zhuǎn)子的位移角和與針對該轉(zhuǎn)子的位移角的轉(zhuǎn)子的角速度變化同時測定的反電動勢來求出。
而且，測定中使用的步進電機，使用把現(xiàn)有的表用步進電機的定子換裝成圖6中說明的定子11者，用它分別進行初始相位角θ1和保持力矩的測定。
此外，測定中使用的步進電機的定子11，在凹部15c、15d和凹部15e、15f的形成中不進行壓力加工工序，而是在磁性退火前分別用放電加工在各設(shè)置角度為θ2、θ3的位置上形成一對凹部15c、15d和一對凹部15e、15f。
而且，制成多個把該一對凹部15c、15d的設(shè)置角度θ2取為15°，使另一對凹部15e、15f的設(shè)置角度θ3以15°間隔從45°變化到90°的定子11，針對裝入這些各定子11的步進電機分別進行初始相位角θ1和保持力矩的測定。
再者，該各定子11的各凹部15c～15f全都把凹部的寬度Wc作成400μm，把深度D作成150μm。
測定因為與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的表用步進電機進行比較，故制成多個如圖24中所示把一對凹部205a、205b的各寬度Wc取為400μm，把深度取為150μm，使設(shè)置角度θ12以15°間隔從30°變化到75°的定子211，針對裝入這些各定子211的步進電機分別進行初始相位角θ1(參照圖22)和保持力矩的測定。
根據(jù)該測定結(jié)果，在裝入現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的定子211的步進電機中，初始相位角θ1在測定誤差范圍內(nèi)與設(shè)置角度θ12一致。此外，最大保持力矩在大約250nNm不依存于設(shè)置角度θ12而成為一定的。
從此一測定結(jié)果可以看出，在使用現(xiàn)有技術(shù)的定子211的結(jié)構(gòu)的步進電機中，初始相位角θ1取決于設(shè)置角度θ12，最大保持力矩可以說不依存于設(shè)置角度θ12。
下面就為了調(diào)查一對凹部的尺寸與最大保持力矩的關(guān)系而進行的實驗結(jié)果進行說明。
實驗中如圖24中所示，使用形成了一對凹部205a、205b的定子211，把該各凹部205a、205b的寬度Wc分別取為一定的400μm，使該凹部205a、205b的深度D分別不同為50、100、150、200μm準(zhǔn)備多個定子211。
此外，相反還把凹部205a、205b的深度D取為一定的150μm，這次使凹部205a、205b的寬度Wc分別不同為100、200、300、400μm作成多個定子211。
而且，針對裝入這些定子211的步進電機依次進行保持力矩的測定。
其測定結(jié)果示于圖9和圖10。
可以看出，最大保持力矩如圖9中所示隨著增加凹部的深度D而急劇地增加，在100μm以后成為緩慢的增加。此外可以看出，該最大保持力矩如圖10中所示隨著增加凹部的寬度Wc直線地增加，幾乎與凹部的寬度Wc成比例。
從此一實驗結(jié)果可以看出，最大保持力矩像文獻等中所說的那樣不與凹部的面積和成比例。也就是說，在這次的實驗中使用的定子211設(shè)置了一對凹部205a和205b，該凹部205a和205b的面積和幾乎成為其一方的凹部的寬度Wc與深度D之積的2倍。
因此，在圖9中所示的測定中使用的定子211，因為把凹部的寬度Wc一定地取為400μm，故如果做成最大保持力矩與凹部的面積和成比例，則該最大保持力矩必須與凹部的深度D成比例。
然而，圖9中所示的測定結(jié)果，最大保持力矩與凹部的深度D的關(guān)系不是表示比例關(guān)系的直線。從此一測定結(jié)果表示出最大保持力矩不與凹部的面積和成比例，在凹部的深度D為100μm以下的范圍內(nèi)可以通過改變該深度D來設(shè)定，如果深度D超過100μm以上則成為幾乎一定的。
此外，在沿減小最大保持力矩的方向調(diào)節(jié)之際，如果通過改變凹部的深度D來進行該調(diào)節(jié)，則從圖9可以看出，在凹部的深度D為100μm以下的范圍內(nèi)，特別是在50μm以下的部分由于凹部的深度D變化時的最大保持力矩的變化很大，所以如果考慮加工精度則因為該50μm以下的范圍內(nèi)的調(diào)整難以設(shè)定穩(wěn)定的最大保持力矩故最好是避開它。
與此相反，如圖10中示出把凹部的深度D取為150μm的場合的測定結(jié)果那樣可以看出，由于如果把凹部的深度D取為150μm左右以上，則最大保持力矩幾乎與該凹部的寬度Wc成比例，所以在最大保持力矩的調(diào)節(jié)中最好是改變凹部的寬度Wc。
這樣一來可以看出，最大保持力矩雖然不依存于圖24中說明的設(shè)置角度θ12，但是取決于一對凹部205a、205b的各寬度Wc與深度D。
另一方面，裝入圖6中說明的定子11的步進電機的測定結(jié)果如圖8中所示成為與裝入現(xiàn)有技術(shù)的定子211的步進電機不同的結(jié)果。
也就是說，初始相位角θ1與該對凹部15c、15d的設(shè)置角度θ2和該對凹部15e、15f的設(shè)置角度θ3中的任何一個都不一致。
此外，最大保持力矩不是一定為從各個對凹部15c、15d和凹部15e、15f所得到的最大保持力矩250nNm的2倍的合計值500nNm，隨著該對凹部15e、15f的設(shè)置角度θ3的增加，在這次測定的范圍內(nèi)減少為從430nNm到130nNm。
如果把以上裝入現(xiàn)有技術(shù)的定子211與圖6中說明的定子11的步進電機的測定結(jié)果進行比較，則可以看出在使用形成作為多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)的各凹部15c～15e的定子11的步進電機中，所設(shè)定的初始相位角和保持力矩產(chǎn)生與使用現(xiàn)有技術(shù)的定子211的步進電機相比完全不同的現(xiàn)象。
對這些測定結(jié)果進一步進行比較研究的結(jié)果可以看出，在使用設(shè)置了作為多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)的兩對凹部15c、15d和凹部15e、15f的定子11的步進電機中，初始相位角θ1和最大保持力矩成為各個保持力矩設(shè)定機構(gòu)，也就是該對凹部15c、15d和該對凹部15e、15f分別單獨地設(shè)置在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上時所得到的各最大保持力矩和初始相位角θ1的各個向量的合成。
此外，因為本第2實施例中的表用步進電機是1步中的位移角度不是360°而是180°的二極式步進電機，故該步進電機的電氣角成為實際的角度的2倍。
因此，作為與各個保持力矩設(shè)定機構(gòu)相對應(yīng)的各個向量，以各個保持力矩設(shè)定機構(gòu)單獨地設(shè)置在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上時所形成的最大保持力矩和初始相位角θ1的2倍給出。
進而，根據(jù)使用現(xiàn)有技術(shù)的定子211的步進電機的測定結(jié)果，可以用作為各個保持力矩設(shè)定機構(gòu)的兩對凹部15c、15d和凹部15e、15f的設(shè)置角度θ2、θ3來代替各個初始相位角θ1。
這樣一來，在使用具有多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)的定子11的步進電機中，如上所述可以通過對所得到的各個向量進行向量合成，來分別設(shè)定初始相位角θ1和最大保持力矩。而且，通過該向量合成所設(shè)定的初始相位角θ1和最大保持力矩與這次進行的實驗的測定結(jié)果很好地一致。
也就是說，在分別單獨地設(shè)置兩個保持力矩設(shè)定機構(gòu)，也就是該對凹部15c、15d和凹部15e、15f的場合，即使在這些保持力矩設(shè)定機構(gòu)分別形成250nNm的最大保持力矩時，在該對凹部15c、15d的設(shè)置角度θ2為15°，該對凹部15e、15f的設(shè)置角度θ3為90°，其設(shè)置角度θ2與θ3錯開75°的場合，根據(jù)圖8中所示的測定結(jié)果最大保持力矩成為大約130nNm，初始相位角θ1成為大約53°。
這樣一來，如果用使用設(shè)置了本第2實施例中的兩對凹部15c、15d和凹部15e、15f的定子11的步進電機，則保持力矩設(shè)定機構(gòu)通過調(diào)節(jié)由各凹部15c～15f的寬度Wc和深度D能夠獨立地設(shè)定的最大保持力矩，以及成為設(shè)置該凹部15c～15f的位置的設(shè)置角度θ2和θ3，可以進行廣范圍的保持力矩和初始相位角θ1的設(shè)定。
借此，通過調(diào)節(jié)兩對凹部15c、15d和凹部15e、15f的各自的設(shè)置角度θ2、θ3，加大這些設(shè)置角度之差，換句話說把各保持力矩的相位角之差取得大一些，即使是在單獨地設(shè)置分別成對的凹部15c、15d和凹部15e、15f的場合所形成的各個保持力矩很大，也因為步進電機整個的保持力矩為對各個保持力矩進行向量合成者，故可以把作為結(jié)果所得到的保持力矩做成極小的值。
下面，針對分別裝入設(shè)置了兩對凹部的定子，和設(shè)置了一對凹部的定子的表用步進電機進行確認(rèn)消耗電力的實驗，就比較的結(jié)果進行說明。
設(shè)置了兩對凹部的定子，和設(shè)置了一對凹部的定子都形成為初始相位角大約55°，保持力矩的最大值大約75nNm。此外定子的材料用厚度500μm的坡莫合金，設(shè)在該定子上的轉(zhuǎn)子孔的直徑取為1700μm，作為轉(zhuǎn)子磁鐵用外徑1000μm厚度400μm的釤鈷磁鐵。
首先，如圖6中所示的作為設(shè)置兩對凹部15c、15d和15e、15f的定子11，通過把各凹部15c～15f的寬度Wc(圖7)取為400μm，把深度D取為150μm，把一對凹部15c、15d的設(shè)置角度θ2取為15°，把另一對凹部15e、15f的設(shè)置角度θ3設(shè)置成96°，可以實現(xiàn)初始相位角θ1為55°，最大保持力矩為75nNm的步進電機。
與此相反，可以看出圖24中所示的現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)置了一對凹部205a、205b的定子211的結(jié)構(gòu)者，有必要把各凹部205a、205b的寬度Wc取為120μm，把深度D取為150μm而把設(shè)置角度θ12設(shè)置成55°。
而且，針對分別裝入這兩種定子11和211的步進電機測定實際驅(qū)動中的消耗電力時，在作為最大保持力矩具有大約250nNm的通常的表用步進電機中1步中表現(xiàn)出800～900nJ的消耗電力，相反在分別裝入了上述兩種定子11和211的步進電機中，都是1步中表現(xiàn)出400nJ的消耗電力而實現(xiàn)了減少消耗電力。
而且，在分別裝入了這兩種定子11和211的步進電機中，看不出特性上的差別。
根據(jù)以上的實驗結(jié)果，在分別裝入設(shè)置了兩對凹部的定子和設(shè)置了一對凹部的定子的步進電機中，為了得到相同的特性，在裝入設(shè)置了兩對凹部15c、15d和凹部15e、15f的定子11的步進電機中，可以把各凹部15c～15f的寬度Wc取為400μm，把深度D取為150μm。
與此相反，在裝入現(xiàn)有的設(shè)置一對凹部205a、205b的定子211的步進電機中，通過把各凹部205a、205b的寬度Wc取為120μm，把深度D取為150μm，可以得到與裝入設(shè)置了兩對凹部的定子的步進電機相同的特性。
因而，必須把各凹部205a、205b的寬度Wc取為與設(shè)置兩對凹部的定子11相比相當(dāng)小的。
因此，在像這樣設(shè)置一對凹部205a、205b的定子211中，在加工上和生產(chǎn)性方面出現(xiàn)問題。
也就是說，這次實驗中使用的兩種定子11、211，由于為了得到高精度的實驗結(jié)果而都是用能夠高精度地加工的放電加工來形成各凹部，關(guān)于凹部的寬度120μm的加工未出現(xiàn)加工上的問題。
但是，定子實際上在工廠中生產(chǎn)時考慮到生產(chǎn)性有必要用壓力加工來制造。然而，在壓力加工中高精度地在厚度500μm的坡莫合金的帶材上加工出寬度為120μm深度為150μm的凹部是非常困難的，即使是能夠做到所用的金屬模的壽命也是非常短的，故生產(chǎn)性非常差。
雖然如此，如果用加工精度高的放電加工來制造定子，則由于加工時間拉長，故成為非常高價的。
與此相反，如果用圖6中說明的設(shè)置兩對凹部15c、15d和15e、15f的定子11，則在把其各凹部15c～15f的寬度Wc取為400μm，把深度D取為150μm的情況下，通過分別把該對凹部15c、15d的設(shè)置角度θ2調(diào)節(jié)成13°，把該對凹部15e、15f的設(shè)置角度θ3調(diào)節(jié)成97°，借此使初始相位角θ1成為55°，可以制成最大保持力矩為50nNm的步進電機。
再者，雖然本第2實施例中的定子11示出作為保持力矩設(shè)定機構(gòu)在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上設(shè)置兩對凹部15c、15d和凹部15e、15f的場合的例子，但是作為該保持力矩設(shè)定機構(gòu)設(shè)置的凹部，也可以在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上設(shè)置三對以上。
特別是，在定子的轉(zhuǎn)子孔的周圍設(shè)有環(huán)串的軸孔或固定銷用孔的場合，因為該環(huán)串的軸孔或固定銷用孔與作為保持力矩設(shè)定機構(gòu)而發(fā)揮功能的凹部很容易干涉，故為了得到打算設(shè)定的初始相位角和保持力矩，有時產(chǎn)生在應(yīng)該設(shè)置凹部的設(shè)置角度上無法設(shè)置的場合。
在這種場合，如果對在與上述環(huán)串的軸孔或固定銷用孔干涉的位置上設(shè)置該對凹部的場合所形成的保持力矩如上所述進行向量分解，在避開上述環(huán)串的軸孔與固定銷用孔而不干涉的位置上分別分開配置三對以上的凹部，以便成為該分解的向量，則可以得到成為目標(biāo)的初始相位角和保持力矩。
此外，雖然在主要使用圖5和圖6來說明的第2實施例中，示出作為兩個保持力矩設(shè)定機構(gòu)而在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上設(shè)置兩對相同尺寸的幾乎取為矩形形狀的凹部15c、15d和15e、15f的場合的例子，但是該設(shè)置兩對以上的各凹部，只要是對著轉(zhuǎn)子孔2具有開口部的形狀任何形狀都可以，只要是該成對的凹部彼此的形狀和尺寸相同，各對的形狀和尺寸也可以不同。
〔第3實施例圖11和圖12〕下面參照圖11和圖12來說明根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第3實施例。
圖11是表示根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第3實施例的與圖1同樣的俯視圖，圖12是表示該表用二極式步進電機中的定子的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
本第3實施例的表用二極式步進電機因為除了定子的結(jié)構(gòu)以外與參照圖1至圖4說明的第1實施例的表用二極式步進電機相同，故關(guān)于它們的相同的部分省略說明。
圖11中所示的第3實施例的表用二極式步進電機，關(guān)于定子31的連接部31c、31d成為多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)的至少一個這一點是與圖1中說明的在定子1上有連接部1c、1d的步進電機相同的，在定子31的轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周的與連接部31c、31d不同的位置上形成作為保持力矩設(shè)定機構(gòu)發(fā)揮功能的由幾乎矩形形狀的缺口組成的一對凹部35a、35b這一點與該步進電機不同。
而且，該凹部35a和35b在相對于轉(zhuǎn)子孔2的中心對稱的位置上形成。
再者，雖然在圖11中示出把連接部31c、31d的設(shè)置角度取為0°的場合的例子，但是該設(shè)置角度也可以不是0°。
此一定子31的制造方法與圖2中說明的定子1相同，對由作為高導(dǎo)磁率材料的坡莫合金制成的厚度500μm的帶材進行壓力加工，進行導(dǎo)向孔和轉(zhuǎn)子孔2的底孔和固定用孔6、6，以及留出與上述帶材局部連接的連接部分(未畫出)的外形形狀的沖裁。
然后，在成為連接部31c、31d的部分上形成窄縫，在該窄縫中插入低導(dǎo)磁率材料或者非磁性材料的線材，通過激光焊接經(jīng)由上述線材把第1定子零件31a和第2定子零件31b結(jié)合起來。
接著，用壓力加工沖裁轉(zhuǎn)子孔2和凹部35a和35b的部分，最后沖裁與帶材連接的上述連接部分而結(jié)束外形加工。而且，對結(jié)束了該外形加工的部件進行磁性退火，制成步進電機的定子31。
這種結(jié)構(gòu)的定子31由于連接部31c、31d的部分是在用壓力加工切除高導(dǎo)磁率材料的部分通過焊接把低導(dǎo)磁率材料或者非磁性材料結(jié)合起來者，所以該部分與一對凹部35a和35b同樣作為保持力矩設(shè)定機構(gòu)發(fā)揮功能而起著把轉(zhuǎn)子3保持在規(guī)定位置上的作用。
而且，確認(rèn)裝入該定子31的步進電機的結(jié)果可以看出，靠連接部31c、31d所形成的保持力矩的初始相位角θ1與一對凹部35a和35b同樣地與連接部31c、31d的設(shè)置角度幾乎一致，所形成的保持力矩的大小成為與相同尺寸的凹部形成的保持力矩幾乎一致的大小。
根據(jù)以上情況，即使取為此一定子31的結(jié)構(gòu)，也與圖1至圖5中說明的步進電機同樣，對單獨地在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上設(shè)置連接部31c、31d時所形成的保持力矩，和單獨地在該轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上設(shè)置一對凹部35a、35b時所形成的保持力矩的向量進行合成的保持力矩，最終理應(yīng)成為步進電機的設(shè)定保持力矩。
因此就為了確認(rèn)這一點而進行的實驗進行以下說明。
作為此一實驗中使用的定子31，如圖12中所示使用在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上分別形成一對連接部31c、31d和一對凹部35a、35b者。
而且，把該一對凹部35a、35b的圖12中所示的設(shè)置角度θ4，凹部35a、35b的各自的寬度Wc調(diào)整到初始相位角θ1(圖11)成為大約55°，最大保持力矩成為大約75nNm的位置。
此外，作為定子31的材料使用厚度500μm的坡莫合金，轉(zhuǎn)子孔2的直徑取為1700μm。進而，作為轉(zhuǎn)子磁鐵3使用外徑1000μm厚度400μm的釤鈷磁鐵。
把這樣形成的定子31裝入表用步進電機進行初始相位角θ1和保持力矩的測定的結(jié)果，通過把一對凹部35a、35b的凹部的寬度Wc取為270μm并且把深度D(參照圖7)取為150μm，把一對凹部35a、35b的設(shè)置角度θ4設(shè)置成78°，可以實現(xiàn)初始相位角θ1大約55°，最大保持力矩大約75nNm的步進電機。
此一實驗結(jié)果示出，步進電機的保持力矩的設(shè)定可以通過分別把靠連接部31c、31d所形成的保持力矩和靠設(shè)置在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上的一對凹部35a、35b所形成的保持力矩的向量進行合成來設(shè)定。
這樣一來，如果使用本實施例的定子31，則由于為了實現(xiàn)初始相位角θ1大約55°，最大保持力矩大約75nNm的步進電機，把一對凹部35a、35b的各寬度Wc取為270μm就可以了，所以與使用圖24來說明的現(xiàn)有技術(shù)的把定子211中的凹部的寬度Wc取為120μm者相比可以取為大得多的凹部寬度。因而，定子31的加工變得容易了。
進而，如果使用此一定子31，則存在著能夠通過加寬連接部31c、31d的寬度Wb來加寬一對凹部35a、35b的寬度Wc的優(yōu)點。
例如，雖然在上述定子31中使用連接部31c、31d的寬度Wb為200μm者，但是如果把該寬度Wb加寬到400μm，則為了把初始相位角θ1設(shè)定成大約55°，把最大保持力矩設(shè)定成大約75nNm所需要的一對凹部35a、35b的大小，凹部的寬度Wc為450μm，把深度D取為150μm，把設(shè)置角度θ4取為83°就可以了。
也就是說，在設(shè)定成相同的初始相位角θ1和保持力矩的場合，如果把連接部的寬度Wb從200μm加寬到400μm，則可以把凹部35a、35b的寬度Wc從270μm加寬到450μm。
而且如果把該定子31的連接部31c、31d的寬度Wb取為400μm，把一對凹部35a、35b的設(shè)置角度θ4取為85°并且把凹部的寬度Wc取為430μm，則與前述第2實施例同樣，可以把初始相位角θ1設(shè)定成55°，把最大保持力矩設(shè)定成50nNm。
下面就測定使裝入此一定子31的表用步進電機實際驅(qū)動時的1步中的消耗電力的結(jié)果進行說明。
裝入該定子31的步進電機的1步中的消耗電力的測定結(jié)果約為350nJ。此一值與最大保持力矩約為250nNm的通常的表用步進電機中的1步中的消耗電力800～900nJ相比，是相當(dāng)小的消耗電力。
而且，此一實施例中的步進電機的1步中的消耗電力約為350nJ，與設(shè)定成具有相同的保持力矩的場合的前述第2實施例中的使用定子11的表用步進電機的消耗電力大約400nJ相比，實現(xiàn)了50nJ的減少消耗電力。
作為其理由，可以考慮是在定子31的結(jié)構(gòu)中非磁性的連接部31c、31d的作用使然。
如上所述，如果使用本第3實施例中的定子31，則與第2實施例中說明的定子11同樣，可以不損害生產(chǎn)性而設(shè)定適于減少消耗電力的極小的保持力矩。
此外，雖然在圖11和圖12中，就作為保持力矩設(shè)定機構(gòu)在連接部31c、31d以外在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上設(shè)置一對凹部35a、35b的場合的例子進行了說明，但是在該轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上設(shè)置的凹部也可以設(shè)置兩對以上。
此外，在本第3實施例中，在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上設(shè)置的凹部35a、35b的形狀不限于圖12中所示的一對尺寸相同的幾乎矩形者，只要是對著轉(zhuǎn)子孔2具有開口部的形狀可以是任何形狀，只要是相互成對的凹部彼此的形狀和尺寸相同就可以了。
〔第4實施例圖13〕下面參照圖13來說明根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第4
圖13是表示根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第4實施例中的定子的結(jié)構(gòu)的與圖6同樣的俯視圖。
本第4實施例的表用二極式步進電機因為除了定子的結(jié)構(gòu)以外與參照圖5至圖6來說明的第2實施例的表用二極式步進電機相同，故關(guān)于它們相同的部分省略說明。
此一圖13中所示的定子41有把轉(zhuǎn)子3保持在旋轉(zhuǎn)方向的規(guī)定位置上的多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)，但是這些保持力矩設(shè)定機構(gòu)包括形狀關(guān)于轉(zhuǎn)子孔2的中心為非對稱者。也就是說，在定子41上作為確定轉(zhuǎn)子3的保持力矩和初始相位角的保持力矩設(shè)定機構(gòu)在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上設(shè)置一對凹部45a、45b和另一對凹部45c、45d。
而且，把該凹部45a和45b設(shè)置在關(guān)于轉(zhuǎn)子孔2的中心對稱的位置上。同樣，凹部45c和45d也配置在關(guān)于轉(zhuǎn)子孔2的中心對稱的位置上。
雖然該凹部45a和45b從圖13可以看出取為相同的形狀，但是凹部45c和45d不是同一形狀，凹部45c一方凹部的寬度Wc比凹部45d要大。
令通過一對凹部45a、45b的中心的直線64與通過轉(zhuǎn)子孔2的中心并垂直于定子41的勵磁方向線(圖5的磁場方向線12)的直線27的夾角為凹部45a、45b的設(shè)置角度θ5。同樣，令通過一對凹部45c、45d的中心的直線62與直線27的夾角為凹部45c、45d的設(shè)置角度θ6。再者，設(shè)置角度θ5、θ6都是以逆時針旋轉(zhuǎn)方向為正值。
可是，在圖6中說明的定子11中，保持力矩設(shè)定機構(gòu)為兩對凹部15c、15d和15e、15f，這些分別成對的凹部形成的各保持力矩和初始相位角按每個這些成對凹部用向量表示，作為結(jié)果所設(shè)定的最大保持力矩成為這些向量之和。
而且，由于各凹部15c～15f全都是相同的形狀相同的大小，所以每個各對凹部的兩個向量是大小相同的，相位角根據(jù)每個各對凹部的設(shè)置角度θ2、θ3來確定。
與此相反，本實施例中的定子41也是實現(xiàn)一個保持作用的向量對應(yīng)著一對凹部45a、45b和一對凹部45c、45d，這兩對凹部45a、45b和45c、45d引起的保持作用的合成仍然成為兩個上述向量的合成。
這里，我們就僅設(shè)置一對凹部的定子，還包括把尺寸不同的凹部配對的場合作成定子，針對這些各定子進行調(diào)查保持力矩的實驗。
該實驗中使用的定子，根據(jù)得到圖8中所示的實驗數(shù)據(jù)之際進行的實驗，就兩個凹部尺寸相同者來說把凹部的寬度Wc全都取為400μm。進而，就凹部的尺寸不同者來說把寬度Wc的組合取為450μm和350μm，以及500μm和300μm來制作，以便兩個凹部的寬度Wc之和成為800μm。
此外，凹部的深度D全都取為150μm。而且把這些定子裝入步進電機來進行實驗時，轉(zhuǎn)子的保持力矩和初始相位角全都在測定誤差范圍內(nèi)表現(xiàn)出一致的值。
這樣一來，即使把凹部(凸部的場合也同樣)的形狀做成非對稱的，如果把兩個凹部的寬度Wc之和取為一定的，則由實驗可以確認(rèn)，可以把轉(zhuǎn)子的保持力矩和初始相位角保持一定。
因而，在圖13中所示的定子41的場合，雖然該對凹部45c、45d的各面積中存在著大小之差，但是在把凹部的深度D取為一定而使寬度Wc變化的條件下改變凹部的面積的場合，如果一對凹部的面積和一定則向量也基本上一定，凹部非對稱本身不影響向量。
因而，通過調(diào)整成對的多個凹部的面積和能夠調(diào)整向量，相反使向量也就是凹部的面積和一定，也可以調(diào)整成對的多個凹部的面積的分配。
而且，在圖13中所示的定子41的場合就該對凹部45c和45d使大小不同而賦予面積差，但是也可以不僅該凹部45c和45d，而且就該對凹部45a和45b也使大小不同而賦予面積差。
這樣一來，通過選擇成對的凹部45c和45d的面積分配，該對凹部45a、45b的設(shè)置角度θ5以及該對凹部45c、45d的設(shè)置角度θ6，與像現(xiàn)有技術(shù)那樣成對的凹部的形狀相同的結(jié)構(gòu)相比配置凹部的自由度增加。因而，可以更加便利地進行轉(zhuǎn)子的保持力矩或初始相位角的設(shè)定。
〔第5實施例圖14〕下面參照圖14來說明根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第5
圖14是表示根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第5實施例中的定子的結(jié)構(gòu)的與圖12同樣的俯視圖，對與圖12相對應(yīng)的部分賦予相同的標(biāo)號。
本第5實施例的表用二極式步進電機中使用的定子51對于圖12中說明的定子31，把在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上關(guān)于該轉(zhuǎn)子孔2的中心對稱的位置上設(shè)置的一對凹部55a和55b的形狀取為凹部55a側(cè)比凹部55b側(cè)要大。
而且，經(jīng)由由低導(dǎo)磁率材料或者非磁性材料制成的該對連接部31c、31d通過焊接把分別由高導(dǎo)磁率材料制成的第1和第2定子零件51a和51b連接成整體，該對連接部31c、31d起著與一對凹部55a、55b同樣的作用，作為保持力矩設(shè)定機構(gòu)發(fā)揮功能。
因而，此一定子51實質(zhì)上是與具有兩對凹部者相同的，在轉(zhuǎn)子3上產(chǎn)生的最大保持力矩和初始相位角成為與該對凹部55a、55b形成的保持力矩相對應(yīng)的向量，和與該對連接部31c、31d形成的保持力矩相對應(yīng)的向量之和。
如果用此一定子51，則由于省略了把凹部55a和55b的大小取為相同的這樣的限制，所以它們的配置變得容易了。此外，僅靠選擇通過凹部55a、55b的中心線63與通過連接部31c、31d各自的中心的直線27夾成的設(shè)置角度θ7，就可以極其自由地進行轉(zhuǎn)子3的保持力矩和初始相位角的設(shè)定。
再者，圖14中所示的定子51，在把通過連接部31c、31d的中心的直線(在本例中與直線27一致)與通過轉(zhuǎn)子孔2的中心并垂直于定子51的勵磁方向的直線的直線27的夾角作為該對連接部31c、31d的設(shè)置角度時，示出該設(shè)置角度為0°者，但是也可以把該設(shè)置角度取為0°以外的角度，把該對連接部31c、31d設(shè)置在傾斜的位置上。
此外，也可以使連接部31c的寬度Wb與連接部31d的寬度Wb不同。這樣一來，步進電機的特性的設(shè)定更加自由了。
進而我們針對作為使上述成對凹部(下文述及的凸部的場合也同樣)的形狀不同的保持力矩設(shè)定機構(gòu)的極限的場合，僅設(shè)置成對凹部的一方者，也就是在轉(zhuǎn)子孔的內(nèi)周上僅設(shè)置一個凹部的場合的保持力矩進行了調(diào)查實驗。
根據(jù)該實驗結(jié)果，在僅設(shè)置一個凹部的場合也與靠一對凹部來設(shè)定保持力矩者同樣地設(shè)定了保持力矩。而且可以看出，對于該一個凹部對應(yīng)著表示最大保持力矩和初始相位角的一個向量，在設(shè)置多個凹部的場合作為整體成為這些各個向量的合成。
從此一實驗結(jié)果可以看出，保持力矩設(shè)定機構(gòu)的基本沒有必要一定把它們?nèi)槌蓪Π疾?，即使是在轉(zhuǎn)子孔的內(nèi)周的想要的位置上分別配置不成對的單獨的凹部也可以得到想要的特性。
可是，在定子上設(shè)置的兩個保持力矩設(shè)定機構(gòu)相對于轉(zhuǎn)子孔的中心為對稱形的場合，理論上轉(zhuǎn)子僅從定子受到保持力矩而在軸承部上不產(chǎn)生側(cè)壓。
但是，隨著對峙的兩個保持力矩設(shè)定機構(gòu)錯開到相對于轉(zhuǎn)子孔的中心非對稱的位置在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生側(cè)壓。該側(cè)壓在作為保持力矩設(shè)定機構(gòu)設(shè)置單獨的凹部的場合最強，該側(cè)壓引起軸承部分的摩擦增大。因而為了克服它表現(xiàn)出轉(zhuǎn)子驅(qū)動電流多少有所增加的傾向，但是由于實際上往往把若干個保持力矩設(shè)定機構(gòu)組合起來配置，所以在該場合上述側(cè)壓相互抵銷，故最終轉(zhuǎn)子驅(qū)動電流不會成為很大的值。
以上根據(jù)實驗結(jié)果得知，即使對于一個凹部也存在著一個表示保持力矩和初始相位角的向量，設(shè)置了多個不成對的單獨的凹部的場合的向量成為這些向量的合成。
因而，在定子的轉(zhuǎn)子孔的內(nèi)周上作為保持力矩設(shè)定機構(gòu)形成的凹部，沒有必要一定成對地設(shè)置。也就是說，也可以以不成對的單獨的凹部為保持力矩設(shè)定機構(gòu)的基本單位，把它們在轉(zhuǎn)子孔的內(nèi)周上配置所需的數(shù)量。
〔第6實施例圖15〕下面參照圖15來說明根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第6
圖15是表示根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第6實施例中的定子的結(jié)構(gòu)的與圖13同樣的俯視圖，對與圖13相對應(yīng)的部分賦予相同的標(biāo)號。
本第6實施例的表用二極式步進電機中使用的定子61在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上把一對凹部45a、45b設(shè)置在通過它們的中心的直線64相對于直線27成設(shè)置角度θ5的位置上，進而把不成對的單獨的凹部45c設(shè)置在通過其中心的直線65相對于直線27成設(shè)置角度θ6的位置上。
由這種定子61所設(shè)定的保持力矩成為與一對凹部45a、45b形成的保持力矩相對應(yīng)的向量和與單獨的凹部45c形成的保持力矩相對應(yīng)的向量的合成。
這樣一來，保持力矩設(shè)定機構(gòu)不限于成對凹部的組合，通過把單獨的凹部配置在種種位置上也可以得到想要的特性。
〔第7實施例圖16〕下面參照圖16來說明根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第7
圖16是表示根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第7實施例中的定子的結(jié)構(gòu)的與圖15同樣的俯視圖，對與圖15相對應(yīng)的部分賦予相同的標(biāo)號。
本第7實施例的表用二極式步進電機中使用的定子71在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周的兩個部位上設(shè)置了凹部45c和45e，但是這兩個凹部45c、45e不是相對于轉(zhuǎn)子孔2的中心對稱的一對凹部，而分別是不成對的單獨的凹部。而且，通過凹部45c的中心的直線65相對于直線27成設(shè)置角度θ6，通過凹部45e的中心的直線64相對于直線27成設(shè)置角度θ5。
在此一定子71中，轉(zhuǎn)子3的保持狀態(tài)由各凹部45c、45e對轉(zhuǎn)子3的保持作用的向量的合成來確定。
〔第8實施例圖17〕下面參照圖17來說明根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第8
圖17是表示根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第8實施例中的定子的結(jié)構(gòu)的與圖14同樣的俯視圖，對與圖14相對應(yīng)的部分賦予相同的標(biāo)號。
本第8實施例的表用二極式步進電機中使用的定子81經(jīng)由寬度Wb的由低導(dǎo)磁率材料或者非磁性材料制成的一對連接部31c、31d通過焊接把分別由高導(dǎo)磁率材料制成的第1和第2定子零件81a和81b連接成整體。
而且，在轉(zhuǎn)子孔2的內(nèi)周上設(shè)置單獨的凹部55a，通過其中心的直線63相對于直線27成設(shè)置角度θ7。
在此一定子81中也與圖14中說明的定子51同樣一對連接部31c、31d發(fā)揮與成對凹部相同的作用而具有保持作用的向量。而且，因為單獨的凹部55a也具有向量，所以轉(zhuǎn)子3的保持力矩和初始相位角由這些向量的合成來確定。
雖然此一圖17中所示的定子81也與圖14的定子51同樣，通過一對連接部31c、31d的各自的中心的直線與直線27相重合，連接部31c、31d的設(shè)置角度為0°，但是與定子51中說明的場合同樣，也可以把該設(shè)置角度取為不是0°的角度而使該對連接部31c、31d傾斜。
此外，也可以使連接部31c、31d的寬度Wb彼此不同。進而，兩個連接部31c、31d的中心也可以不位于同一直線上。
〔第9實施例圖18〕下面參照圖18來說明根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第9
圖18是表示根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第9實施例中的定子的結(jié)構(gòu)的與圖15同樣的俯視圖，對與圖15相對應(yīng)的部分賦予相同的標(biāo)號。
本第9實施例的表用二極式步進電機中使用的定子91有不同方式的錯開型和缺口型的保持力矩設(shè)定機構(gòu)。
也就是說，在此一定子91中，在轉(zhuǎn)子孔92上設(shè)置著作為錯開型的保持力矩設(shè)定機構(gòu)發(fā)揮功能的錯開量G的階梯部94c、94d，和作為缺口型的保持力矩設(shè)定機構(gòu)發(fā)揮功能的一對凹部45a、45b。
用此一定子91的步進電機，轉(zhuǎn)子的保持力矩和初始相位角由與一對階梯部94c、94d所形成的保持力矩相對應(yīng)的向量，和與一對凹部45a、45b所形成的保持力矩相對應(yīng)的向量的合成來確定。
可是，在圖23中所示的現(xiàn)有技術(shù)的定子201中看到的那種單純的錯開型定子的場合，如果轉(zhuǎn)子孔的平均直徑約為1700μm而錯開量G為40μm，則轉(zhuǎn)子的最大保持力矩約為300nNm，初始相位角幾乎為45°。
但是，根據(jù)我們的實驗結(jié)果，為了提高步進電機的效率并減少消耗電力，轉(zhuǎn)子的最佳初始相位角(參照圖22的θ1)雖然像使用圖4來說明的那樣，是大于上述45°的50°～60°左右，但是到70°左右實用上沒有問題。
因此，如果使圖23中的階梯部204a、204b成為從垂直于定子201的縱長方向的直線27上的圖示的位置沿逆時針旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)例如20°的位置，則可以使初始相位角接近上述成為理想的50°～60°。
但是，在此一狀態(tài)下為了進一步謀求消耗電力的減少而最大保持力矩也減小，于是不得不極度地減小錯開量G。因而所用的加工變得困難了。
然而，如果使用圖18中說明的定子91，則由于備有由階梯部94c、94d構(gòu)成的錯開型的保持力矩設(shè)定機構(gòu)和由一對凹部45a、45b構(gòu)成的缺口型的保持力矩設(shè)定機構(gòu)，所以通過適當(dāng)?shù)剡x擇該凹部45a、45b的設(shè)置角度θ5，不用極端地減小錯開量G或凹部45a、45b的尺寸就可以減小最大保持力矩，得到適當(dāng)?shù)某跏枷辔唤恰?br>
可是，圖18的定子91由于通過階梯部94c、94d的直線70與垂直于定子91的勵磁方向的直線27相重合，所以階梯部94c、94d的設(shè)置角度為0°，一對凹部45a、45b作為通過其各中心的直線64相對于直線27的夾角的設(shè)置角度取為θ5，但是也可以把通過該階梯部94c、94d的直線70取為相對于直線27傾斜的位置而把階梯部94c、94d按0°以外的設(shè)置角度來設(shè)置。
再者，根據(jù)我們進行的實驗結(jié)果，在階梯部的錯開量G=40μm，凹部的寬度Wc=400μm，深度D=150μm的定子91中，如果通過階梯部94c、94d的直線70相對于直線27的設(shè)置角度=75°，凹部45a、45b的設(shè)置角度θ5=-10°，則確認(rèn)了最大保持力矩=75nNm，初始相位角=55°。
或者，在把階梯部94c、94d的設(shè)置角度取為63°，把凹部45a、45b的設(shè)置角度取為-25°時，還確認(rèn)了最大保持力矩=50nNm，初始相位角=55°。
〔第10實施例圖19〕下面參照圖19來說明根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第10
圖19是表示根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第10實施例中的定子的結(jié)構(gòu)的與圖17同樣的俯視圖，對與圖17相對應(yīng)的部分賦予相同的標(biāo)號。
本第10實施例的表用二極式步進電機中使用的定子101取為經(jīng)由由低導(dǎo)磁率材料或者非磁性材料制成的連接部31c、31b把由高導(dǎo)磁率材料制成的第1、第2定子零件101a、101b焊接成整體的結(jié)構(gòu)。
而且，在該定子101上，形成有階梯部94e、94f的錯開型的轉(zhuǎn)子孔102。
雖然通過連接部31c、31d的各自的中心的直線與垂直于定子101的勵磁方向的直線27相重合，但是通過階梯部94e、94f的直線107相對于直線27傾斜地設(shè)定在設(shè)置角度θ7的位置上。
可是，把通過圖19的階梯部94e、94f的直線107取為與直線27相重合，借此把階梯部94e、94f配置在設(shè)置角度θ7為0°的位置上，階梯部94e、94f成為與由低導(dǎo)磁率材料或者非磁性材料制成的連接部31c、31d一致的位置的定子，已經(jīng)是公知的。
在這種公知的定子的場合，僅階梯部的作用引起的轉(zhuǎn)子的初始相位角如前所述約為45°，如果連接部加上與一對凹部同樣地作用，則由向量的合成確定的轉(zhuǎn)子的初始相位角(參照圖22的θ1)減小到30°～40°。
在謀求減少消耗電力的場合，如前所述初始相位角最好是50°～60°，如上所述與一對連接部的位置一致地設(shè)置一對階梯部的現(xiàn)有技術(shù)的構(gòu)成者中，無法實現(xiàn)這一點。
但是，如果用圖19中所示的定子101，則由于取為使通過階梯部94e、94f的直線107相對于通過一對連接部31c、31d的中心的直線27沿逆時針旋轉(zhuǎn)方向(正方向)轉(zhuǎn)過設(shè)置角度θ7的位置，所以可以得到在實現(xiàn)步進電機的減少消耗電力上有效的初始相位角50°～70°。
而且，此一步進電機101也是通過一對連接部31c、31d和一對階梯部94e、94f引起作用于轉(zhuǎn)子的向量的合成，可以得到最好的轉(zhuǎn)子最大保持力矩和初始相位角。
〔第11實施例圖20〕下面參照圖20來說明根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第11
圖20是表示根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第11實施例中的定子的結(jié)構(gòu)的與圖18同樣的俯視圖，對與圖18相對應(yīng)的部分賦予相同的標(biāo)號。
本第11實施例的表用二極式步進電機中使用的定子111有不同方式的長圓型和缺口型的兩種保持力矩設(shè)定機構(gòu)。
也就是說，在定子111中轉(zhuǎn)子孔112不是正圓，而是形成卵形或橢圓形或者長形等長圓形狀，該轉(zhuǎn)子孔112本身作為保持力矩設(shè)定機構(gòu)發(fā)揮功能。
此外，在該轉(zhuǎn)子孔112的內(nèi)周上設(shè)置著作為缺口型的保持力矩設(shè)定機構(gòu)發(fā)揮功能的一對凹部45a、45b。
轉(zhuǎn)子孔112如上所述不是正圓。因而，雖然在轉(zhuǎn)子孔為正圓時，配置在該轉(zhuǎn)子孔內(nèi)的轉(zhuǎn)子在步進電機未驅(qū)動時停止位置不確定，但是在像此一轉(zhuǎn)子孔112這樣為長圓形狀的場合則形成使轉(zhuǎn)子停止的保持力矩。因而，長圓形狀的轉(zhuǎn)子孔112作為保持力矩設(shè)定機構(gòu)發(fā)揮功能。
在此一定子111中，相對于垂直于勵磁方向的直線27，通過凹部45a、45b的各自的中心的直線64成設(shè)置角度θ5，長圓形狀的長軸113成設(shè)置角度θ8。
在用此一定子111的步進電機中，保持力矩和初始相位角的設(shè)定通過與由一對凹部45a、45b所形成的保持力矩相對應(yīng)的向量和與由轉(zhuǎn)子孔112的長圓形狀所形成的保持力矩相對應(yīng)的向量的合成給出。
再者，在圖20中為了便于說明而夸張了長圓形狀地畫出，實際的尺寸對于轉(zhuǎn)子孔112的平均直徑1700μm為長軸-短軸=40μm左右。
〔第12實施例圖21〕下面參照圖21來說明根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第12
圖21是表示根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的第12實施例中的定子的結(jié)構(gòu)的與圖20同樣的俯視圖，對與圖19和圖20相對應(yīng)的部分賦予相同的標(biāo)號。
本第12實施例的表用二極式步進電機中使用的定子121取為把由低導(dǎo)磁率材料或者非磁性材料制成的連接部31c、31d和長圓型的轉(zhuǎn)子孔112組合起來的結(jié)構(gòu)。
也就是說，經(jīng)由寬度Wb的連接部31c、31d通過焊接把由高導(dǎo)磁率材料制成的第1、第2定子零件121a和121b做成整體而制成定子121。而且在該定子121上形成長圓形狀的轉(zhuǎn)子孔112。
此一定子121雖然通過連接部31c、31d的各自的中心的直線與垂直于勵磁方向的直線27相重合，但是長圓形狀的長軸113相對于直線27處于設(shè)置角度θ8的位置上。
在此一定子121中也是，由于連接部31c、31d得到與其他實施例中說明的一對凹部同樣的效果，所以廣義地說此一定子121也是長圓型與缺口型的組合的一種。
因而，轉(zhuǎn)子的保持力矩和初始相位角的設(shè)定通過與由一對連接部31c、31d和長圓形狀的轉(zhuǎn)子孔112分別形成的各保持力矩相對應(yīng)的向量的合成給出。
〔其他變形例〕以上就根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機的各種實施例進行了說明，雖然在這些實施例中作為保持力矩設(shè)定機構(gòu)在轉(zhuǎn)子孔上形成凹部，但是也可以代替這些凹部而在轉(zhuǎn)子孔上形成凸部，使這些凸部作為保持力矩設(shè)定機構(gòu)發(fā)揮功能。
這樣一來，與在凹部的場合幾乎由凹部的寬度(圖7的Wc)來確定保持力矩者相反，在用凸部的場合由凸部的寬度和凸部的高度來確定保持力矩。
但是，在設(shè)置凸部的場合，有時特別是凸部的高度強烈地受到加工精度的影響而在保持力矩中容易出現(xiàn)偏差。因而，在用壓力加工法來制造定子的場合，在金屬模的尺寸精度方面最好是用凹部，因為用凹部可以比用凸部時精度更高地設(shè)定保持力矩。
再者，雖然在把保持力矩設(shè)定機構(gòu)取為凹部時，該保持力矩設(shè)定機構(gòu)的設(shè)置角度與轉(zhuǎn)子磁鐵靜止時的磁極的方向不同，但是在把保持力矩設(shè)定機構(gòu)取為凸部時上述設(shè)置角度與轉(zhuǎn)子磁鐵靜止時的磁極的方向一致。
此外，在該作為保持力矩設(shè)定機構(gòu)在轉(zhuǎn)子孔上設(shè)置多個凸部的場合，如果該各凸部的高度一定，則電氣機械結(jié)合系數(shù)與這些凸部的各自的寬度之和成比例地增加。
而且，如果此一電氣機械結(jié)合系數(shù)增加，則從下面所示的電氣機械結(jié)合系數(shù)(nφ)與驅(qū)動力矩的關(guān)系式可以看出，可以以更小的電流得到相同的驅(qū)動力矩。結(jié)果可以減少表用二極式步進電機的消耗電力。
表示該電氣機械結(jié)合系數(shù)(nφ)與驅(qū)動力矩的關(guān)系的公式在令驅(qū)動力矩為Td，線圈匝數(shù)為n，與線圈交鏈的最大磁通為φ，流過線圈的電流為i，從轉(zhuǎn)子的靜止位置的位移角度為θ，初始相位角為θi時，表達為Td=n·φ·i·sin(θ+θi)下面用具體的數(shù)值來表示多個凸部的寬度之和與電氣機械結(jié)合系數(shù)的關(guān)系。
下表示出多個凸部的寬度之和與電氣機械結(jié)合系數(shù)的關(guān)系，令作為保持力矩設(shè)定機構(gòu)設(shè)置凹部時的電氣機械結(jié)合系數(shù)(nφ)為1，示出以它為基準(zhǔn)如果增加凸部的寬度之和則電氣機械結(jié)合系數(shù)以什么比例增加。
這樣一來，如果作為保持力矩設(shè)定機構(gòu)在轉(zhuǎn)子孔上形成凸部，則由于通過加大凸部的寬度可以使電氣機械結(jié)合系數(shù)增加，所以可以借此以小的電流得到作為目標(biāo)的驅(qū)動力矩。因而，可以減少表用二極式步進電機的消耗電力。
工業(yè)實用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明的表用二極式步進電機由于減小流過卷繞在磁心上的線圈的電流而實現(xiàn)了減少消耗電力，而且可以容易地制作，所以作為手表或座鐘等模擬式電子表的使指針運針用的電動機可望廣泛地利用。
權(quán)利要求
1．一種表用二極式步進電機，其特征在于，包括由轉(zhuǎn)子磁鐵和轉(zhuǎn)子軸組成的轉(zhuǎn)子，有設(shè)置該轉(zhuǎn)子用的轉(zhuǎn)子孔并由高導(dǎo)磁率材料制成的定子，以及導(dǎo)線卷繞在由高導(dǎo)磁率材料制成的磁心上，該磁心的兩端磁性上與前述定子的兩端連接的勵磁用的線圈，前述定子在前述轉(zhuǎn)子孔的內(nèi)周上在其圓周方向上以不同的設(shè)置角度有多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)。
2．權(quán)利要求1所述的表用二極式步進電機，其特征在于，前述定子經(jīng)由由低導(dǎo)磁率或者非磁性的材料制成的連接部把分別由高導(dǎo)磁率材料制成的第1定子零件和第2定子零件結(jié)合起來構(gòu)成。
3．權(quán)利要求2所述的表用二極式步進電機，其特征在于，前述連接部成為前述多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)中的至少一個，并且該連接部以外的其他保持力矩設(shè)定機構(gòu)配置在前述轉(zhuǎn)子孔的內(nèi)周的與前述連接部不同的位置上。
4．權(quán)利要求1所述的表用二極式步進電機，其特征在于，前述多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)是分別在前述轉(zhuǎn)子孔的內(nèi)周上形成的一對凹部或者一對凸部。
5．權(quán)利要求3所述的表用二極式步進電機，其特征在于，前述其他保持力矩設(shè)定機構(gòu)是在前述轉(zhuǎn)子孔的內(nèi)周上形成的一對凹部或者一對凸部。
6．權(quán)利要求1所述的表用二極式步進電機，其特征在于，前述多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)包含形狀關(guān)于前述轉(zhuǎn)子孔的中心為非對稱者。
7．權(quán)利要求6所述的表用二極式步進電機，其特征在于，前述多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)當(dāng)中形狀關(guān)于轉(zhuǎn)子孔的中心為非對稱者是夾著前述轉(zhuǎn)子孔的中心把一對凹部或者凸部對峙地設(shè)置在兩側(cè)的轉(zhuǎn)子孔內(nèi)周上者。
8．權(quán)利要求6所述的表用二極式步進電機，其特征在于，前述多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)當(dāng)中形狀關(guān)于轉(zhuǎn)子孔的中心為非對稱者是相對于前述轉(zhuǎn)子孔的中心僅在一方側(cè)的轉(zhuǎn)子孔內(nèi)周上設(shè)置凹部或者凸部者。
9．權(quán)利要求1所述的表用二極式步進電機，其特征在于，前述多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)包含方式不同的并且前述轉(zhuǎn)子孔的圓周方向的設(shè)置角度彼此不同者的組合。
10．權(quán)利要求9所述的表用二極式步進電機，其特征在于，前述多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)當(dāng)中方式不同者的組合是錯開型方式與缺口型方式的組合。
11．權(quán)利要求9所述的表用二極式步進電機，其特征在于，前述多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)當(dāng)中方式不同者的組合是長圓型方式與缺口型方式的組合。
12．權(quán)利要求6所述的表用二極式步進電機，其特征在于，前述定子是經(jīng)由由低導(dǎo)磁率材料或者非磁性材料制成的連接部把分別由高導(dǎo)磁率材料制成的第1定子零件與第2定子零件結(jié)合起來的構(gòu)成，該連接部成為前述多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)中的至少一個。
13．權(quán)利要求9所述的表用二極式步進電機，其特征在于，前述定子是經(jīng)由由低導(dǎo)磁率材料或者非磁性材料制成的連接部把分別由高導(dǎo)磁率材料制成的第1定子零件與第2定子零件結(jié)合起來的構(gòu)成，該連接部成為前述多個保持力矩設(shè)定機構(gòu)中的至少一個。
全文摘要
定子(2)包括第1定子零件(1a)和第2定子零件(1b),它們由高導(dǎo)磁率材料制成并由位于其間的低導(dǎo)磁率或非磁性連接部(lc、ld)焊接連接。該定子包括一個設(shè)有一對缺口(5a、5b)的孔(2),這些缺口決定初始相位角(θ1)并用作設(shè)定用磁性方法保持轉(zhuǎn)子(3)的力矩的機構(gòu)。勵磁線圈(7)磁性上連接于轉(zhuǎn)子(1)的端部之間以便形成表用二極式步進電機。
文檔編號G04C13/11GK1304500SQ99806962
公開日2001年7月18日 申請日期1999年6月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月11日
發(fā)明者高橋重之, 南谷孝典, 町田任康, 鈴木一男, 島內(nèi)岳明 申請人:時至準(zhǔn)鐘表股份有限公司