JP6027902B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、モータに関する。

特許文献１には、マグネット界磁のランデル型構造のロータを採用したブラシレスモータが提案されている。このランデル型構造のロータは、同一材質で同一形状の２つのロータコアの間に、マグネットを配置する構造なため、その構造が簡単で小型化を実現できる点で優れている。

実開平５−４３７４９号公報

ところで、ブラシレスモータが位置保持機能を必要とする装置に使用されるとき、大きなディテントトルクを必要とする。しかしながら、マグネット界磁のランデル型構造のロータを採用するブラシレスモータでは、ステータコアのティースに対してロータコアの爪状磁極を対向させる構造である。そのため、マグネット界磁のランデル型構造のロータを採用するブラシレスモータでは、ディテントトルクは小さく、静止したモータをその位置で保持するための保持力が弱く不利であった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ディテントトルクを向上させ保持力の強いモータを提供することにある。

上記課題を解決するモータは、回転軸を回転中心として同回転軸と一体回転する円形状の第１コアベースの外周面に、等間隔に複数個の第１爪状磁極が、径方向外側に突出されその先端が屈曲して軸方向に延出形成された第１ロータコアと、前記回転軸を回転中心として同回転軸と一体回転する円形状の第２コアベースの外周面に、等間隔に複数個の第２爪状磁極が、径方向外側に突出されその先端が屈曲して軸方向に延出形成され、その各第２爪状磁極が周方向の隣り合う前記第１爪状磁極同士の間にそれぞれ配置される第２ロータコアと、前記回転軸を回転中心として同回転軸と一体回転するともに前記第１ロータコアの第１コアベースと第２ロータコアの第２コアベースとの間に配置され、軸方向に沿って磁化されていて前記各第１爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記各第２爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石とを備えたロータと、前記ロータの外側に配設され、その径方向内周面が前記第１及び第２爪状磁極の径方向外周面と対峙するティースを周方向等間隔に複数個設けたステータコアと、前記各ティースに巻回され、通電することにより回転磁界を発生させる巻線とを備えたステータとからなるモータであって、
前記ティースの径方向内周面の軸直交方向の断面形状が、前記回転軸の中心軸線を中心とする同心円とならない。

この構成によれば、ティースの径方向内周面の軸直交方向断面形状が回転軸の中心軸線を中心とする同心円にならないことから、移動に伴う磁束の変化が大きくなり、磁束を安定した状態に戻ろうとする保持力（ディテントトルク）は大きくなる。

上記構成において、前記ティースの径方向内周面に、軸線方向に沿って延びるティース側補助溝を形成し、前記ティースの径方向内周面の軸直交断面形状が前記回転軸の中心軸線を中心とする同心円とならないようにしたことが好ましい。

この構成によれば、径方向内周面の軸直交方向断面形状が回転軸の中心軸線を中心とする同心円にならないように、径方向内周面にティース側補助溝を形成した。従って、移動に伴う磁束の変化が大きくなり、磁束を安定した状態に戻ろうとする保持力（ディテントトルク）は大きくなる。

上記構成において、コギングトルクの周期をφとし、ロータの磁極数をＮｒとしたとき、前記ティース側補助溝は、前記ティースの径方向内周面の周方向中央位置と交差する回転軸の中心軸線からの中心線となす角度をθｓとしたとき、周方向に、−（３６０／φ）／（Ｎｒ／２）≦θｓ≦（３６０／φ）／（Ｎｒ／２）の範囲の位置で形成されることが好ましい。

この構成によれば、径方向内周面に形成したティース側補助溝により、磁束を安定した状態に戻ろうとする保持力（ディテントトルク）は大きくすることができる。
上記構成において、前記ティース側補助溝は、軸直交方向断面形状がコ字状であって、前記ティースの径方向内周面の周方向中央位置に１つ軸線方向に沿って形成したことが好ましい。

この構成によれば、ロータのいずれの回転方向においても同じ保持力（ディテントトルク）を発生させることができる。
上記構成において、前記第１爪状磁極及び第２爪状磁極は、その径方向外周面の軸直交方向の断面形状が、前記回転軸の中心軸線を中心とする同心円とならないことが好ましい。

この構成によれば、加えて、第１爪状磁極及び第２爪状磁極の径方向内周面の軸直交方向断面形状が回転軸の中心軸線を中心とする同心円にならないことから、移動に伴う磁束の変化が大きくなり、磁束を安定した状態に戻ろうとする保持力（ディテントトルク）はより大きくなる。

上記構成において、前記第１爪状磁極及び第２爪状磁極の径方向外周面に、軸線方向に沿って延びるロータ側補助溝を形成し、前記第１爪状磁極及び第２爪状磁極の径方向外周面の軸直交方向の断面形状が、前記回転軸の中心軸線を中心とする同心円とならないようにしたことが好ましい。

この構成によれば、径方向外周面の軸直交方向断面形状が回転軸の中心軸線を中心とする同心円にならないように、径方向外周面に形成したロータ側補助溝を形成した。従って、移動に伴う磁束の変化が大きくなり、磁束を安定した状態に戻ろうとする保持力（ディテントトルク）は大きくなる。

上記構成において、ロータ側補助溝は、前記第１爪状磁極及び第２爪状磁極の径方向外周面の周方向中央位置から周方向両側のコギングトルクの周期の半分の位置に軸線方向に沿って形成した第１補助溝と第２補助溝であることが好ましい。

この構成によれば、第１補助溝と第２補助溝とがなす角度が、コギングトルクの周期（角度）と一致するように形成したので、これら第１及び第２補助溝によるトルクが上昇し、ディテントトルクが上昇する。また、ロータのいずれの回転方向においても同じ保持力（ディテントトルク）を有する。

上記構成において、前記ロータは、周方向で隣り合う前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極の間に、前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極と同じとなるように磁化された極間補助磁石を配置したことが好ましい。

この構成よれば、極間補助磁石によって磁束が増加し保持力（ディテントトルク）がより大きくなる。
上記構成によれば、前記ロータは、前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極の各径方向内周面側に、それぞれ前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極と同じとなるように磁化された背面補助磁石を配置したことが好ましい。

この構成よれば、背面補助磁石によって磁束が増加し保持力（ディテントトルク）をより大きくすることができる。

本発明によれば、ディテントトルクを向上させ保持力の強いモータを実現できる。

第１実施形態のブラシレスモータの軸方向から見た断面図。 同じく、ステータのティース構造を説明するための軸方向から見た要部拡大正面図。 同じく、（ａ）はロータを第１ロータコア側から見た斜視図、（ｂ）はロータを第２ロータコア側から見た斜視図。 同じく、ロータを軸方向から見た正面図。 同じく、図４のＡ−Ｏ−Ｂ線組合せ断面図。 同じく、ロータの分解斜視図。 同じく、各ディテントトルクの関係を示す図。 第２実施形態のブラシレスモータの軸方向から見た断面図。 同じく、ロータを軸方向から見た正面図。 同じく、各ディテントトルクの関係を示す図。 別例を説明するためのブラシレスモータの軸方向から見た断面図。 同じく、（ａ）はロータを第１ロータコア側から見た斜視図、（ｂ）はロータを第２ロータコア側から見た斜視図。

（第１実施形態）
以下、モータの第１実施形態について説明する。
図１に示すように、ブラシレスモータＭは、モータハウジング１の内周面にステータ２が固定され、そのステータ２の内側には、回転軸３に固着され同回転軸３とともに一体回転する所謂ランデル型構造のロータ４が配設されている。回転軸３は、被磁性体のステンレス製シャフトであって、モータハウジング１に設けた図示しない軸受にて、モータハウジング１に対して回転可能に支持されている。

（ステータ２）
ステータ２は、円筒状のステータコア１０を有し、そのステータコア１０の外周面がモータハウジング１の内周面に固定されている。ステータコア１０の内側には、軸線方向に沿って形成され、かつ、周方向に等ピッチに配置される複数のティース１１が、径方向内側に向かって延出形成されている。各ティース１１は、Ｔ型のティースであって、その径方向の内周面１１ａは、回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円の円弧を軸線方向に延出した円弧面である。

ティース１１とティース１１の間には、スロット１２が形成される。本実施形態では、ティース１１の数は１２個であって、スロット１２の数は、ティース１１の数と同じ１２個である。１２個のティース１１には、周方向に３相巻線、即ち、Ｕ相巻線１３ｕ、Ｖ相巻線１３ｖ、Ｗ相線１３ｗが順番に集中巻きにて巻回されている。

そして、これら巻回した各相巻線１３ｕ，１３ｖ，１３ｗに３相電源電圧を印加してステータ２に回転磁界を形成し、同ステータ２の内側に配置した回転軸３に固着されたロータ４を、正回転（図１において時計回り方向）及び逆回転（図１において反時計回り方向に回転）させるようになっている。

図１に示すように、各ティース１１の内周面１１ａには、ティース側補助溝１５を有している。詳述すると、図２に示すように、各ティース１１の内周面１１ａであって、回転軸３の中心軸線Ｏから各ティース１１の周方向の中間位置を通過する直線を中心線Ｌｋとする。その中心線Ｌｋを中心として断面コ字状のティース側補助溝１５が軸線方向に凹設されている。このティース側補助溝１５は、軸直交方向断面形状がコ字状に形成され、その底面１５ａが平面であって、その両側から径方向内側から延びる側面に対して直角に形成されている。

その結果、ティース側補助溝１５の底面１５ａを含む内周面１１ａは、全体として、軸直交方向断面形状が回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円にならない。
（ロータ４）
図３〜図５に示すように、ステータ２の内側に配設されたランデル型構造のロータ４は、磁極数が８のロータであって、第１及び第２ロータコア２０，３０、界磁磁石４０を有している。

（第１ロータコア２０）
図６に示すように、第１ロータコア２０は、軟磁性材よりなる電磁鋼板にて形成され、回転軸３を貫挿固着する貫通穴２０ａを形成した円板状の第１コアベース２１を有している。第１コアベース２１の外周面２１ｃには、等間隔に複数（本実施形態では４つ）の第１爪状磁極２２が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成されている。ここで、第１爪状磁極２２において、第１コアベース２１の外周面２１ｃから径方向外側に突出した部分を第１基部２３といい、軸方向に屈曲された先端部分を第１磁極部２４という。

第１基部２３と第１磁極部２４からなる第１爪状磁極２２の周方向両端面２２ａ，２２ｂは、径方向に延びる平坦面となっている。そして、各第１爪状磁極２２の周方向の角度、即ち前記周方向両端面２２ａ，２２ｂ間の角度は、周方向に隣り合う第１爪状磁極２２同士の隙間の角度より小さく設定されている。

また、図４に示すように、第１磁極部２４の径方向外周面ｆ１は、回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円の円弧を軸線方向に延出した円弧面である。また、第１磁極部２４の径方向内周面ｆ１ｂは、回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円の円弧を軸線方向に延出した円弧面である。従って、第１磁極部２４の軸直交方向断面形状は扇形状となる。

（第２ロータコア３０）
図６に示すように、第２ロータコア３０は、第１ロータコア２０と同一材質及び同形状であって、回転軸３を貫挿固着する貫通穴３０ａを形成した円板状の第２コアベース３１を有している。第２コアベース３１の外周面３１ｃには、等間隔に４つの第２爪状磁極３２が径方向外側に突出されるとともに軸方向に延出形成されている。ここで、第２爪状磁極３２において、第２コアベース３１の外周面３１ｃから径方向外側に突出した部分を第２基部３３といい、軸方向に屈曲された先端部分を第２磁極部３４という。

第２基部３３と第２磁極部３４からなる第２爪状磁極３２の周方向端面３２ａ，３２ｂは径方向に延びる平坦面となっている。そして、各第２爪状磁極３２の周方向の角度、即ち前記周方向両端面３２ａ，３２ｂ間の角度は、周方向に隣り合う第２爪状磁極３２同士の隙間の角度より小さく設定されている。

また、図４に示すように、第２磁極部３４の径方向外周面ｆ２は、回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円の円弧を軸線方向に延出した円弧面である。また、第２磁極部３４の径方向内周面ｆ２ｂは、回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円の円弧を軸線方向に延出した円弧面である。従って、第２磁極部３４の軸直交方向断面形状は扇形状となる。

そして、第２ロータコア３０は、各第２爪状磁極３２がそれぞれ対応する各第１爪状磁極２２間に配置される。このとき、第２ロータコア３０は、第１コアベース２１と第２コアベース３１との軸方向の間に、界磁磁石４０（図５参照）が配置（挟持）されるようにして第１ロータコア２０に対して組み付けられる。

（界磁磁石４０）
図５及び図６に示すように、第１ロータコア２０と第２ロータコア３０との間に挟持された界磁磁石４０は、ネオジム磁石よりなる円板状の永久磁石である。

図６に示すように、界磁磁石４０は、その中央位置に回転軸３を貫通する貫通穴４１が形成されている。そして、界磁磁石４０の一方の側面４０ａが、第１コアベース２１の対向面２１ａと、界磁磁石４０の他方の側面４０ｂが、第２コアベース３１の対向面３１ａとそれぞれ当接し、界磁磁石４０は第１ロータコア２０と第２ロータコア３０との間に挟持固定される。

界磁磁石４０の外径は、第１及び第２コアベース２１，３１の外径と一致するように設定され、厚さが予め定めた厚さに設定されている。
つまり、図５に示すように、第１ロータコア２０と第２ロータコア３０との間に、界磁磁石４０を配置したとき、第１爪状磁極２２（第１磁極部２４）の先端面２２ｃと第２コアベース３１の反対向面３１ｂとが面一になる。同様に、第２爪状磁極３２（第２磁極部３４）の先端面３２ｃと第１コアベース２１の反対向面２１ｂとが面一になるようにしている。また、界磁磁石４０の外周面４０ｃが第１及び第２コアベース２１，３１の外周面２１ｃ，３１ｃと面一となる。

図５に示すように、界磁磁石４０は、軸方向に磁化されていて、第１ロータコア２０側をＮ極（第１の磁極）、第２ロータコア３０側をＳ極（第２の磁極）となるように磁化されている。従って、この界磁磁石４０によって、第１ロータコア２０の第１爪状磁極２２はＮ極（第１の磁極）として機能し、第２ロータコア３０の第２爪状磁極３２はＳ極（第２の磁極）として機能する。

従って、本実施形態のロータ４は、界磁磁石４０を用いた所謂ランデル型構造のロータである。そして、ロータ４は、Ｎ極となる第１爪状磁極２２と、Ｓ極となる第２爪状磁極３２とが周方向に交互に配置されており、磁極数が８極となる。

また、ロータ４の磁極数が８、ステータ２のティース１１（スロット１２）の数が１２個であることから、ブラシレスモータＭは、２Ｎ極・３Ｎスロット系（Ｎは自然数）のブラシレスモータである。

次に、上記のように構成した実施形態の作用を以下に記載する。
今、ブラシレスモータＭにおいて、ステータコア１０の各相巻線１３ｕ，１３ｖ，１３ｗに３相電源電圧を印加してステータ２に回転磁界を形成すると、同ステータ２の内側に配置した回転軸３に固着されたロータ４は、その回転磁界に基づいて回転する。

そして、各相巻線１３ｕ，１３ｖ，１３ｗへの３相電源電圧の印加を停止させると、回転磁界が消失してロータ４は回転を停止する。このとき、ロータ４は、第１ロータコア２０の第１磁極部２４がステータコア１０のティース１１に流れ込む磁束と、第２ロータコア３０の第２磁極部３４にステータコア１０のティース１１から流れ込む磁束がそれぞれ最も安定した状態となる回動位置で停止する。

この停止位置は、第１及び第２磁極部２４，３４のいずれか一方の径方向外周面ｆ１（径方向外周面ｆ２）が、外側に位置する１つおきのティース１１の内周面１１ａと対峙する。詳述すると、１つおきのティース１１のティース側補助溝１５の周方向中間位置と交差する中心線Ｌｋが、回転軸３の中心軸線Ｏから第１磁極部２４の周方向の中間位置を通過する図４に示す中心線Ｌ１（又は第２磁極部３４の径方向外周面ｆ２であって、回転軸３の中心軸線Ｏから第２磁極部３４の周方向の中間位置を通過する中心線Ｌ２）と一致する。

図１は、第１磁極部２４の径方向外周面ｆ１とそれぞれ対向するティース１１の径方向内周面１１ａが対峙し、第１磁極部２４の径方向外周面ｆ１の中心線Ｌ１と、それぞれ対向するティース１１の径方向内周面１１ａの中心線Ｌｋと一致する位置する場合を示す。

このとき、ブラシレスモータＭは、ロータ４が８極、ステータ２が１２スロットルのモータであることから、第２磁極部３４の径方向外周面ｆ２上の中心線Ｌ２は、ティース１１とティース１１の中間位置に位置する。

この状態において、ロータ４（回転軸３）を回転させると、第１磁極部２４の径方向外周面ｆ１が、それぞれ対向するティース１１の径方向内周面１１ａに対して、周方向に移動する。

このとき、ティース１１の内周面１１ａは、ティース側補助溝１５が形成されていることから、全体として、軸直交方向断面形状が回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円にならない。そのため、移動に伴う磁束の変化が、回転軸３の中心軸線を中心とする同心円となるティース側補助溝１５のないティースの内周面に比べて非常に大きくなる。

ちなみに、磁束を安定した状態に戻ろうとする保持力（ディテントトルク）は、磁界の変化に相対する。その結果、この場合には、磁界の変化が非常に大きいので、保持力（ディテントトルク）は大きくなる。

図７は、実験により得られたティース１１の内周面１１ａについて、ティース側補助溝１５のない場合のディテントトルクＴａと、ティース側補助溝１５のある場合のディテントトルクＴ１との比較を示す。

図７から、ティース側補助溝１５を形成した場合のディテントトルクＴ１がティース側補助溝１５のない場合のディテントトルクＴａよりも大きくなることがわかる。
しかも、ティース側補助溝１５は、その底面１５ａの中心位置が中心線Ｌｋ上に位置するように形成されている。従って、ロータ４（回転軸３）のいずれの回転方向においても同じ保持力（ディテントトルク）を有する。

次に、上記実施形態の効果を以下に記載する。
（１）本実施形態によれば、ティース１１の内周面１１ａにティース側補助溝１５を形成したので、ディテントトルクを増大でき、ブラシレスモータＭの静止状態での保持力を増大することができる。

（２）本実施形態によれば、ティース１１の内周面１１ａに形成したティース側補助溝１５を、内周面１１ａの中心線Ｌｋを中心に形成したので、ロータ４（回転軸３）のいずれの回転方向においても同じ保持力（ディテントトルク）を発生させることができる。

（第２実施形態）
次に、モータの第２実施形態について説明する。
図８に示すように、第２実施形態のブラシレスモータＭは、ロータ４の第１及び第２爪状磁極２２，３２であって、その第１磁極部２４の外周面ｆ１に第１及び第２補助溝２５，２６を形成し、第２磁極部３４の外周面ｆ２に第１及び第２補助溝３５，３６を形成したことに特徴を有している。従って、その特徴部分を詳細に説明し、他の構成の説明は便宜上省略する。

（第１ロータコア２０）
図９に示すように、第１爪状磁極２２の第１磁極部２４の径方向外周面ｆ１は、軸直交方向断面形状が回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円の円弧面を有し、その径方向外周面ｆ１に第１補助溝２５と第２補助溝２６の２つの溝を有している。

詳述すると、図９に示すように、第１磁極部２４の径方向外周面ｆ１であって、回転軸３の中心軸線Ｏから第１磁極部２４の周方向の中間位置を通過する直線を中心線Ｌ１とする。その中心線Ｌ１を基準として時計回り方向側及び反時計回り方向側に角度θ１に位置する中心軸線Ｏから延びる直線をそれぞれ第１直線Ｌ１ａと第２直線Ｌ１ｂとする。

ここで、角度θ１は、コギングトルク（ディテントトルク）の周期φ（角度）に基づいて、以下の演算式を使って求めた。
θ１＝（１／２＋ｎ）・φ
なお、ｎは整数であって、本実施形態は、ｎ＝０としている。

コギングトルクの周期φは、一般に、３６０度を、ロータ４の磁極数とステータ２のスロット数の最小公倍数で割った値である。
この時、ロータ４の磁極数は８、ステータ２のスロット数は１２であることから、最小公倍数は２４となる。そして、コギングトルクの周期φは、１５（＝３６０／２４）度となる。

従って、角度θ１は、７．５（＝１５／２）度となる。
そして、径方向外周面ｆ１において、中心線Ｌ１を中心に時計回り方向及び反時計回り方向にそれぞれ７．５度変位した位置ある第１直線Ｌ１ａと第２直線Ｌ１ｂを周方向の中間位置として一定の幅を有した溝を軸線方向にそれぞれ凹設する。

そして、第１直線Ｌ１ａを周方向中間位置とする溝を第１補助溝２５とし、反対に、第２直線Ｌ１ｂを周方向中間位置とする溝を第２補助溝２６としている。従って、回転軸３の中心軸線Ｏを中心に第１補助溝２５と第２補助溝２６がなす角度は、コギングトルクの周期φ（＝１５度）と一致する。

つまり、中心線Ｌ１と第１直線Ｌ１ａがなす角度及び中心線Ｌ１と第２直線Ｌ１ｂがなす角度は、共にコギングトルクの周期φの半周期（＝７．５度）となり、第１補助溝２５と第２補助溝２６は中心線Ｌ１を対称軸として対称位置に形成されている。

この第１及び第２補助溝２５，２６は、軸直交方向断面形状がコ字状に形成され、その底面２５ａ，２６ａが平面であって、その両側から径方向外側から延びる側面に対して直角に形成されている。

従って、第１及び第２補助溝２５，２６の底面２５ａ，２６ａは、平面形状であることから、軸直交断面形状が回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円弧にならない。その結果、第１磁極部２４の第１及び第２補助溝２５，２６の底面２５ａ，２６ａを含む径方向外周面ｆ１は、全体として、軸直交方向断面形状が回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円にならない。

（第２ロータコア３０）
図９に示すように、第２爪状磁極３２の第２磁極部３４の径方向外周面ｆ２は、軸直交方向断面形状が回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円の円弧面を有し、その径方向外周面ｆ２に第１補助溝３５と第２補助溝３６の２つの溝を有している。

詳述すると、図９に示すように、第２磁極部３４の径方向外周面ｆ２であって、回転軸３の中心軸線Ｏから第２磁極部３４の周方向の中間位置を通過する直線を中心線Ｌ２とする。その中心線Ｌ２を基準として時計回り方向側及び反時計回り方向側に角度θ２の位置にある中心軸線Ｏから延びる直線をそれぞれ第１直線Ｌ２ａと第２直線Ｌ２ｂとする。ここで、角度θ２は、上記と同様に、コギングトルク（ディテントトルク）の周期φに基づいて、以下の演算式を使って求めた。

θ２＝（１／２＋ｎ）・φ
なお、ｎは整数であって、本実施形態は、ｎ＝０としている。コギングトルクの周期φは、前記と同様に、１５（＝３６０／２４）度である。

従って、角度θ２は、角度θ１と同じ、７．５（＝１５／２）度となる。
そして、径方向外周面ｆ２において、中心線Ｌ２を中心に時計回り方向及び反時計回り８方向にそれぞれ７．５度変位した位置ある第１直線Ｌ２ａと第２直線Ｌ２ｂを周方向の中間位置として一定の幅を有した溝を軸線方向にそれぞれ凹設する。

そして、第１直線Ｌ２ａを周方向中間位置とする溝を第１補助溝３５とし、反対に、第２直線Ｌ２ｂを周方向中間位置とする溝を第２補助溝３６としている。従って、回転軸３の中心軸線Ｏを中心に第１補助溝３５と第２補助溝３６がなす角度は、コギングトルクの周期φ（＝１５度）と一致する。

つまり、中心線Ｌ２と第１直線Ｌ２ａがなす角度及び中心線Ｌ２と第２直線Ｌ２ｂがなす角度は、共にコギングトルクの周期φの半周期（＝７．５度）となり、第１補助溝３５と第２補助溝３６は中心線Ｌ２を対称軸として対称位置に形成されている。

この第１及び第２補助溝３５，３６は、軸直交方向断面形状がコ字状に形成され、その底面３５ａ，３６ａが平面であって、その両側から径方向外側から延びる側面に対して直角に形成されている。

従って、第１及び第２補助溝３５，３６の底面３５ａ，３６ａは、平面形状であることから、軸直交方向断面形状が回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円弧にならない。その結果、第２磁極部３４の第１及び第２補助溝３５，３６の底面３５ａ，３６ａを含む径方向外周面ｆ２は、全体として、軸直交方向断面形状が回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円にならない。

そして、第２ロータコア３０は、各第２爪状磁極３２がそれぞれ対応する各第１爪状磁極２２間に配置される。このとき、第２ロータコア３０は、第１コアベース２１と第２コアベース３１との軸方向の間に、第１実施形態と同様に、界磁磁石４０が配置（挟持）されるようにして第１ロータコア２０に対して組み付けられる。

次に、上記のように構成した実施形態の作用を以下に記載する。
今、ブラシレスモータＭにおいて、ステータコア１０の各相巻線１３ｕ，１３ｖ，１３ｗに３相電源電圧を印加してステータ２に回転磁界を形成すると、同ステータ２の内側に配置した回転軸３に固着されたロータ４は、その回転磁界に基づいて回転する。

そして、各相巻線１３ｕ，１３ｖ，１３ｗへの３相電源電圧の印加を停止させると、回転磁界が消失してロータ４は回転を停止する。このとき、ロータ４は、第１ロータコア２０の第１磁極部２４がステータコア１０のティース１１に流れ込む磁束と、第２ロータコア３０の第２磁極部３４にステータコア１０のティース１１から流れ込む磁束がそれぞれ最も安定した状態となる回動位置で停止する。

この停止位置は、第１実施形態と同様に、第１及び第２磁極部２４，３４のいずれか一方の径方向外周面ｆ１（径方向外周面ｆ２）が、外側に位置する１つ置きのティース１１の内周面１１ａと対峙する。

この状態において、ロータ４（回転軸３）を回転させると、第１磁極部２４の径方向外周面ｆ１が、それぞれ対向するティース１１の径方向内周面１１ａに対して、周方向に移動する。

このとき、ティース１１の内周面１１ａは、ティース側補助溝１５が形成されていることから、第１実施形態と同様に、保持力（ディテントトルクＴ１）が働く。
加えて、第１磁極部２４の径方向外周面ｆ１は、第１及び第２補助溝２５，２６が形成されていることから、全体として、軸直交方向断面形状が回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円にならない。同様に、第２磁極部３４の径方向外周面ｆ２は、第１及び第２補助溝３５，３６が形成されていることから、全体として、軸直交方向断面形状が回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円にならない。

そのため、移動に伴う磁束の変化が、回転軸３の中心軸線を中心とする同心円となる第１実施形態の第１及び第２磁極部２４，３４の径方向外周面ｆ１，ｆ２に比べて非常に大きくなる。その結果、磁界の変化が非常に大きくなり、保持力（ディテントトルク）が大きくなる。

しかも、第１補助溝２５，３５と第２補助溝２６，３６は中心線Ｌ１，Ｌ２を対称軸として対称位置にそれぞれ形成されている。従って、ロータ４（回転軸３）のいずれの回転方向においても同じ保持力（ディテントトルク）を有する。

つまり、第１補助溝２５（第１直線Ｌ１ａ）と第２補助溝２６（第２直線Ｌ１ｂ）とがなす角度が、コギングトルクの周期φ（＝１５度）と一致するように形成した。同様に、第１補助溝３５（第１直線Ｌ２ａ）と第２補助溝３６（第２直線Ｌ２ｂ）とがなす角度が、コギングトルクの周期φ（＝１５度）と一致するように形成した。

従って、第１補助溝２５，３５及び第２補助溝２６，３６を形成した場合の保持力（ディテントトルク）は、第１補助溝２５，３５及び第２補助溝２６，３６のない場合の保持力（ディテントトルク）を同相になるようにしたので、大きくなる。

その結果、ティース１１の内周面１１ａに形成したティース側補助溝１５に基づく保持力（ディテントトルクＴ１）と、径方向外周面ｆ１，ｆ２に形成した第１補助溝２５，３５及び第２補助溝２６，３６の基づく保持力（ディテントトルクＴｂ（図１０参照））とが重畳される。そのため、保持力（ディテントトルクＴ２（図１０参照））は、第１実施形態の保持力（ディテントトルクＴ１）より大きくなる。

図１０は、実験により得られたティース側補助溝１５と、第１補助溝２５，３５及び第２補助溝２６，３６とが形成された場合のディテントトルクＴ２を示す。なお、図１０に示すディテントトルクＴｂは、ティース１１の内周面１１ａに形成したティース側補助溝１５を形成しないで径方向外周面ｆ１，ｆ２に第１補助溝２５，３５及び第２補助溝２６，３６を形成したときの発生するディテントトルクを示す。

このように、図１０から明らかように、ティース１１の内周面１１ａ、及び、第１及び第２磁極部２４，３４の径方向外周面ｆ１，ｆ２にそれぞれ補助溝を形成した場合のディテントトルクＴ２は、ティース１１の内周面１１ａ、及び、第１及び第２磁極部２４，３４の径方向外周面ｆ１，ｆ２に補助溝を形成しない場合のディテントトルクＴａに比べて遙かに大きいことがわかる。しかも、第１実施形態のディテントトルクＴ１よりも大きいことがわかる。

次に、上記実施形態は第１実施形態の効果に加えてを以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、第１及び第２爪状磁極部２２，３２の径方向外周面ｆ１，ｆ２は、その中心線Ｌ１，Ｌ２を中心として周方向両側の対称位置に第１補助溝２５，３５と第２補助溝２６，３６を形成したので、ディテントトルクを増大でき、ブラシレスモータＭの静止状態での保持力を増大することができる。

（２）本実施形態によれば、第１補助溝２５，３５及び第２補助溝２６，３６は、それぞれ中心線Ｌ１，Ｌ２とのなす角度θ１，θ２がコギングトルクの周期（角度φ）の半周期（＝φ／２＝７．５度）となる位置に形成したので、最も大きな合計ディテントトルクＴｃを発生させることができる。

しかも、第１補助溝２５，３５及び第２補助溝２６，３６を線対称位置に形成したことから、正逆回転可能なブラシレスモータＭにおいて、ロータ４（回転軸３）のいずれの回転方向においても同じ保持力（ディテントトルク）を発生させることができる。

尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
上記各実施形態では、各ティース１１の内周面１１ａにそれぞれ形成した１つのティース側補助溝１５は、その底面１５ａの周方向中心位置が中心線Ｌｋと一致するように形成した。これを、ティース側補助溝１５を、中心線Ｌｋを中心に周方向時計回り方向または反時計回り方向に偏倚させて実施してもよい。

この場合、ティース１１の径方向内周面の周方向中央位置と交差する回転軸の中心軸線Ｏからの中心線Ｌｋとなす角度をθｓとしたとき、周方向に、
−（３６０／φ）／（Ｎｒ／２）≦θｓ≦（３６０／φ）／（Ｎｒ／２）
の範囲の位置で形成するとディテントトルクは、内周面１１ａにティース側補助溝１５を形成しない場合により大きくなる。

ここで、φはコギングトルクの周期φであって、上記実施形態では、３６０度を、ロータ４の磁極数とステータ２のスロット数の最小公倍数で割った値であるので、φ＝１５（＝３６０／２４）度となる。

その結果、−２４／（Ｎｒ／２）≦θｓ≦２４／（Ｎｒ／２）の範囲の位置で形成するとディテントトルクは、内周面１１ａにティース側補助溝１５を形成しない場合により大きくなる。

なお、ここで、Ｎｒは、ロータ４の磁極数である。従って、Ｎｒ／２＝８／２＝４となる。そのため、−６度≦θｓ≦６度の範囲で設定すれば、内周面１１ａにティース側補助溝１５を形成しない場合により、ディテントトルクは大きくなる。

上記各実施形態では、ティース１１の内周面１１ａにティース側補助溝１５を形成し、内周面１１ａを、全体として、軸直交方向断面形状が回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円にならないようにした。これを、例えば、ティース１１の内周面１１ａを、直交方向断面形状を楕円形状にしたり、直交断面形状がＶ溝形状にしたりして、全体として、軸直交方向断面形状が回転軸３の中心軸線Ｏを中心とする同心円にならないようにして実施してもよい。

上記各実施形態では、ティース１１の内周面１１ａに１つのティース側補助溝１５を形成した。これを、複数のティース側補助溝１５を内周面１１ａに形成して実施してもよい。この場合、中心線Ｌｋを対称軸として、周方向両側に線対称位置に設ければ、ロータ４のいずれの回転方向においても同じ保持力（ディテントトルク）を発生させることができる。この構成において、中心線Ｌｋ線上に、ティース側補助溝１５を内周面１１ａに形成して実施してもよいことは勿論である。

○上記第２実施形態では、第１及び第２爪状磁極部２２，３２の径方向外周面ｆ１，ｆ２に、それぞれ第１補助溝２５，３５と第２補助溝２６，３６を、中心線Ｌ１，Ｌ２を中心として周方向両側の線対称位置に形成した。つまり、図９に示すように、第１爪状磁極部２２にあっては、第１及び第２直線Ｌ１ａ，Ｌ１ｂと交差する位置にそれぞれ第１及び第２補助溝２５，２６を形成した。また、第２爪状磁極部３２にあっては、第１及び第２直線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂと交差する位置にそれぞれ第１及び第２補助溝３５，３６を形成した。

これを、第１爪状磁極２２における第１及び第２直線Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ、並びに、第２爪状磁極３２の第１及び第２直線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂをそれぞれ基準として、周方向両側に、一対の補助溝をそれぞれ形成して実施してもよい。

詳述すると、第１爪状磁極２２おける第１直線Ｌ１ａについて、その第１直線Ｌ１ａを中心として、周方向時計回り方向または反時計回り方向に線対称となる位置に一対の補助溝を形成する。また、第１爪状磁極２２の第２直線Ｌ１ｂについて、その第２直線Ｌ１ｂを中心として周方向時計回り方向または反時計回り方向に線対称となる位置に一対の補助溝を形成する。

同様に、第２爪状磁極３２おける第１直線Ｌ２ａについて、その第１直線Ｌ２ａを中心として、周方向時計回り方向または反時計回り方向に線対称となる位置に一対の補助溝を形成する。また、第２爪状磁極３２の第２直線Ｌ２ｂについて、その第２直線Ｌ２ｂを中心として周方向時計回り方向または反時計回り方向に線対称となる位置に一対の補助溝を形成する。

このとき、各一対の補助溝の周方向中心位置を交差する中心軸Ｏからのびる直線と、それぞれ対応する直線Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂとなす角度θｒは同じである。そして、この角度θｒは、以下に関係式が成り立つように設定する。

（１／４＋ｎ）・φ＜θｒ＜（３／４＋ｎ）・φ
ここで、ｎは整数であってｎ＝０である。
従って、（１／４）・φ＜θｒ＜（３／４）・φ
となる。また、φはコギングトルクの周期（角度）であって、φ＝１５度である。

その結果、３．７５度＜θｒ＜１１．２５度
となる。そして、この範囲で、それぞれ対応する直線Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂを中心とする線対称の一対の補助溝が形成される。

従って、この場合にも、第１及び第２爪状磁極２２，３２には、それぞれ４個の補助溝が形成され、第１及び第２爪状磁極部２２，３２の径方向外周面ｆ１，ｆ２は、中心軸線Ｏを中心とする同心円とならず、ディテントトルクを増大できる。

また、第１爪状磁極２２について第１及び第２直線Ｌ１ａ，Ｌ１ｂを中心に線対称位置に一対の補助溝をそれぞれ形成するとともに、第２爪状磁極３２について第１及び第２直線Ｌ２ａ，Ｌ２ｂを中心に線対称位置に一対の補助溝を形成した。そして、第１及び第２爪状磁極部２２，３２の径方向外周面ｆ１，ｆ２に形成した４個の補助溝によるディテントトルクの周期が、コギングトルクと一致することから、大きなディテントトルクを引き出すことができる。

○上記第２実施形態に示すブラシレスモータＭについて、図１１及び図１２に示すように、第１及び第２磁極部２４の径方向内周面ｆ１ｂ，ｆ２ｂにそれぞれ第１及び第２背面補助磁石５１，５２を設けるとともに、第１爪状磁極２２と第２爪状磁極３２との周方向の間にそれぞれ第１及び第２極間補助磁石５３，５４を配置して実施してもよい。

詳述すると、図１２（ｂ）に示すように、第１背面補助磁石５１は、第１磁極部２４の径方向内周面ｆ１ｂであって、第２コアベース３１の外周面３１ｃ、界磁磁石４０の外周面４０ｃ、第１基部２３の第２ロータコア３０側の面とで形成される空間に配置されている。また、図１２（ａ）に示すように、第１背面補助磁石５１は、第２磁極部３４の径方向内周面ｆ２ｂであって、第１コアベース２１の外周面２１ｃ、界磁磁石４０の外周面４０ｃ、第２基部３３の第１ロータコア２０側の面とで形成される空間に配置されている。

そして、第１背面補助磁石５１は、その部分での漏れ磁束を低減すべく、第１爪状磁極２２（第１磁極部２４）の径方向内周面ｆ１ｂに当接する側が第１爪状磁極２２と同極のＮ極に、第２コアベース３１に当接する側が同第２コアベース３１と同極のＳ極となるように径方向に磁化されている。また、第２背面補助磁石５２は、その部分での漏れ磁束を低減すべく、第２爪状磁極３２（第２磁極部３４）の径方向内周面ｆ２ｂに当接する側が第２爪状磁極３２と同極のＳ極に、第１コアベース２１に当接する側が同第１コアベース２１と同極のＮ極となるように径方向に磁化されている。

一方、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、第１極間補助磁石５３は、第１爪状磁極２２の一方の周方向端面２２ａと前記第１背面補助磁石５１の周方向端面とで形成される平坦面と、第２爪状磁極３２の他方の周方向端面３２ｂと前記第２背面補助磁石５２の周方向端面とで形成される平坦面との間に配置されている。また、第２極間補助磁石５４は、第１爪状磁極２２の他方の周方向端面２２ｂと前記第１背面補助磁石５１の周方向端面とで形成される平坦面と、第２爪状磁極３２の一方の周方向端面３２ａと前記第２背面補助磁石５２の周方向端面とで形成される平坦面との間に配置されている。

そして、第１及び第２極間補助磁石５３，５４は、第１及び第２爪状磁極２２，３２とそれぞれ同じ磁極となるように（第１爪状磁極２２側がＮ極で、第２爪状磁極３２側がＳ極となるように）周方向に磁化されている。

これによって、図１１及び図１２に示すブラシレスモータＭにおいては、第１及び第２背面補助磁石５１，５２、及び、第１及び第２極間補助磁石５３，５４を設けたことにより磁束量が増加することから、ディテントトルクを増大でき、ブラシレスモータＭの静止状態での保持力を増大することができる。

○上記各実施形態では、８極・１２スロットのブラシレスモータＭであった。これを例えば、１０極・１５スロットのブラシレスモータ等、２Ｎ極・３Ｎスロットル系（ここで、Ｎは自然数）のブラシレスモータに応用してもよい。

１…モータハウジング、２…ステータ、３…回転軸、４…ロータ、１０…ステータコア、１１…ティース、１１ａ…内周面、１２…スロット、１３ｕ…Ｕ相巻線、１３ｖ…Ｖ相巻線、１３ｗ…Ｗ相巻線、１５…ティース側補助溝、１５ａ…底面、２０…第１ロータコア、２０ａ…貫通穴、２１…第１コアベース、２１ａ…対向面、２１ｂ…反対向面、２１ｃ…外周面、２２…第１爪状磁極、２２ａ，２２ｂ…端面、２２ｃ…先端面、２３…第１基部、２４…第１磁極部、２５，２６…第１及び第２補助溝（ロータ側補助溝）、２５ａ，２６ａ…底面、３０…第２ロータコア、３０ａ…貫通穴、３１…第２コアベース、３１ａ…対向面、３１ｂ…反対向面、３１ｃ…外周面、３２…第２爪状磁極、３２ａ，３２ｂ…端面、３２ｃ…先端面、３３…第２基部、３４…第２磁極部、３５，３６…第１及び第２補助溝、３５ａ，３６ａ…底面、４０…界磁磁石、４０ａ、４０ｂ…側面、４０ｃ…外周面、４１…貫通穴、５１，５２…第１及び第２背面補助磁石（背面補助磁石）、５３，５４…第１及び第２極間補助磁石（極間補助磁石）、Ｍ…ブラシレスモータ、Ｏ…中心軸線、ｆ１，ｆ２…径方向外周面、ｆ１ｂ，ｆ２ｂ…径方向内周面、Ｌｋ，Ｌ１，Ｌ２…中心線、Ｌ１ａ，Ｌ２ａ…第１直線、Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂ…第２直線、θ１，θ２，φ…角度、Ｔ１，Ｔ２，Ｔａ，Ｔｂ…ディテントトルク。

Claims (9)

1. 回転軸を回転中心として同回転軸と一体回転する円形状の第１コアベースの外周面に、等間隔に複数個の第１爪状磁極が、径方向外側に突出されその先端が屈曲して軸方向に延出形成された第１ロータコアと、
   前記回転軸を回転中心として同回転軸と一体回転する円形状の第２コアベースの外周面に、等間隔に複数個の第２爪状磁極が、径方向外側に突出されその先端が屈曲して軸方向に延出形成され、その各第２爪状磁極が周方向の隣り合う前記第１爪状磁極同士の間にそれぞれ配置される第２ロータコアと、
   前記回転軸を回転中心として同回転軸と一体回転するともに前記第１ロータコアの第１コアベースと第２ロータコアの第２コアベースとの間に配置され、軸方向に沿って磁化されていて前記各第１爪状磁極を第１の磁極として機能させ、前記各第２爪状磁極を第２の磁極として機能させる界磁磁石と
   を備えたロータと、
   前記ロータの外側に配設され、その径方向内周面が前記第１及び第２爪状磁極の径方向外周面と対峙するティースを周方向等間隔に複数個設けたステータコアと、
   前記各ティースに巻回され、通電することにより回転磁界を発生させる巻線と
   を備えたステータと
   からなるモータであって、
   前記ティースの径方向内周面の軸直交方向の断面形状が、前記回転軸の中心軸線を中心とする同心円とならないことを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記ティースの径方向内周面に、軸線方向に沿って延びるティース側補助溝を形成し、前記ティースの径方向内周面の軸直交断面形状が前記回転軸の中心軸線を中心とする同心円とならないようにしたことを特徴とするモータ。
3. 請求項２に記載のモータにおいて、
   コギングトルクの周期をφとし、ロータの磁極数をＮｒとしたとき、前記ティース側補助溝は、前記ティースの径方向内周面の周方向中央位置と交差する回転軸の中心軸線からの中心線となす角度をθｓとしたとき、周方向に、
   −（３６０／φ）／（Ｎｒ／２）≦θｓ≦（３６０／φ）／（Ｎｒ／２）の範囲の位置で形成されることを特徴とするモータ。
4. 請求項３に記載のモータにおいて、
   前記ティース側補助溝は、軸直交方向断面形状がコ字状であって、前記ティースの径方向内周面の周方向中央位置に１つ軸線方向に沿って形成したことを特徴とするモータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載のモータにおいて、
   前記第１爪状磁極及び第２爪状磁極は、その径方向外周面の軸直交方向の断面形状が、前記回転軸の中心軸線を中心とする同心円とならないことを特徴とするモータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載のモータにおいて、
   前記第１爪状磁極及び第２爪状磁極の径方向外周面に、軸線方向に沿って延びるロータ側補助溝を形成し、前記第１爪状磁極及び第２爪状磁極の径方向外周面の軸直交方向の断面形状が、前記回転軸の中心軸線を中心とする同心円とならないようにしたことを特徴とするモータ。
7. 請求項６に記載のモータにおいて、
   ロータ側補助溝は、前記第１爪状磁極及び第２爪状磁極の径方向外周面の周方向中央位置から周方向両側のコギングトルクの周期の半分の位置に軸線方向に沿って形成した第１補助溝と第２補助溝であることを特徴とするモータ。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載のモータにおいて、
   前記ロータは、周方向で隣り合う前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極の間に、前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極と同じとなるように磁化された極間補助磁石を配置したことを特徴とするモータ。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載のモータにおいて、
   前記ロータは、前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極の各径方向内周面側に、それぞれ前記第１爪状磁極と前記第２爪状磁極と同じとなるように磁化された背面補助磁石を配置したことを特徴とするモータ。