(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄の比重より小さい比重を有する非磁性体からなるハウジングと、
円弧状のヨーク部と前記ヨーク部から径方向に延在するティース部とを備えるステータ片を複数有し、同複数のステータ片を環状に配置し、互いに隣り合う同ヨーク部の周方向端面同士が当接するように構成された、前記ハウジング内に固定配置された磁性体からなるステータと、
前記ステータの各ティース部に巻線されたコイルと、
前記ティース部先端面と対向しながら回転可能に前記ハウジング内に配置されたロータとを備えた分割ステータ構造を有する回転電動機において、
前記各ステータ片は、所定の範囲内のばらつきを有する板厚からなる複数の磁性板を前記ロータの回転軸方向に積層することにより構成され、
前記各磁性板のヨーク部の周方向端面は、プレス加工を経て作製されたシェア面を備えるとともに、前記各ステータ片ごとのヨーク部の周方向端面を構成する同各磁性板の各シェア面が、同一平面上に存在するように構成されており、
前記各磁性板のヨーク部の周方向端面における前記板厚に対する前記シェア面の前記回転軸方向の長さの割合であるシェア面比率は、前記板厚の所定の範囲内のばらつきを考慮しても、周方向において互いに対向し合う前記磁性板のヨーク部の周方向端面同士が全て互いのシェア面同士にて当接するようになる値のうちの最小値を超える値に設定されたことを特徴とする分割ステータ構造を有する回転電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスモータ等の回転電動機に関し、特に、分割ステータ構造を有するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、図９に示すような分割ステータ構造を有するブラシレスモータ３００が知られている。このブラシレスモータ３００は、円筒状のアルミ製のハウジング３１０と、同ハウジング３１０の円筒内周面に密着するように同ハウジング３１０に同軸的に固定配置された磁性体からなる環状のステータ３２０と、同ハウジング３１０に同軸的かつ相対回転可能に軸支されたシャフト３３０と、同シャフト３３０の外周に同シャフト３３０と一体回転可能に同軸的に配置された円筒状のロータ３４０と、同ロータ３４０の外周面上において周方向に同一角度（３０°）ごとにＮ極とＳ極が交互に配置された永久磁石３５０とを備えている。ハウジング３１０がアルミ製となっているのは、モータの軽量化のためである。
【０００３】
ステータ３２０は、複数（１２個）のステータ片３２２を環状に配置した構造（分割ステータ構造）からなっている。ステータ片３２２は、円弧状のヨーク部３２２ａと、同ヨーク部３２２ａから径方向内側に延在するティース部３２２ｂとを備えており、互いに隣り合う同ヨーク部３２２ａの周方向端面同士は、径方向において互いに当接するように構成されている（図中Ｚ部参照）。
【０００４】
また、各ティース部３２２ｂにはそれぞれコイル３６０が巻線されており、コイル３６０は、図示しない駆動回路に接続されている。また、各ティース部３２２ｂの先端面は、周方向に同一角度（３０°）ごとに放射状に配置されているとともに、所定のエアギャップを介して永久磁石３５０のそれぞれと対向するように配置されている。
【０００５】
このような構成を有するブラシレスモータ３００は、前記駆動回路より各コイル３６０を所定の順序にて通電して回転磁界を作ることにより、同回転磁界に連動して永久磁石３５０が回転駆動力を受け、これにより、ロータ３４０、ひいてはシャフト３３０が回転駆動されるようになっている。
【０００６】
ところで、このような分割ステータ構造を有するブラシレスモータ３００においては、互いに隣り合うステータ片３２２を、そのヨーク部３２２ａの周方向端面同士が当接するように配置しても、各周方向端面の面精度が低い（寸法精度が低い、平面度及び面粗度が大きい等）と、前記端面間には微小な空隙が発生することがある（図中Ｚ部参照）。この空隙の大きさは、前記隣り合うステータ片３２２のティース部３２２ｂ間の磁気抵抗値を左右する。
【０００７】
詳述すると、ロータ３４０とステータ３２０とが図９に示したような位置関係にあるとき、互いに隣り合うティース部３２２ｂ間に形成される磁束通路は、図９の黒矢印にて模式的に示すように（磁束通路には流れの方向は存在しないが、説明の便宜上、磁束通路を矢印にて示している。他の図においても同様。）、永久磁石３５０のＮ極から、互いに隣り合うステータ片３２２のうちの一方（図９において左側）のティース部３２２ｂを通り、そのヨーク部３２２ａを通った後、上記周方向端面同士の当接面を介して他方（図９において右側）のステータ片３２２のヨーク部３２２ａを通り、そのティース部３２２ｂを通った後、永久磁石３５０のＳ極へ戻るように形成される。
【０００８】
ここで、上記磁束通路が通る上記当接面の当接面積（磁束通路の面積）は、上記空隙の大きさにより変化する（空隙内（空気）の透磁率は、磁性体からなるステータ片３２２の透磁率に比して非常に小さいので、本明細書では、磁束（通路）は、空隙を通らないとしている。）。また、磁気抵抗値は、磁束通路の面積に反比例する特性を有している。従って、互いに隣り合うヨーク部３２２ａ間の磁気抵抗値は、上記空隙の大きさにより変化し、この磁気抵抗値は、同空隙の大きさが小さい程小さく、同空隙の大きさが大きい程大きくなる（図９において、黒矢印の太さは、磁気抵抗値に対応しており、矢印が太い程磁気抵抗値が小さいことを示している。他の図面においても同様。）。よって、互いに隣り合う各ステータ片３２２間の上記空隙の大きさがばらつけば、互いに隣り合う各ティース部３２２ｂ間の磁気抵抗値もばらつくことになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このようなブラシレスモータ３００においては、コイル３６０が通電されていないときに、所謂コギングトルクが不可避的に発生する。このコギングトルクは、互いに隣り合う各ティース部３２２ｂ間の磁気抵抗値のばらつきが小さくなる程小さく、同磁気抵抗値のばらつきが大きくなる程大きくなることが知られている。従って、互いに隣り合う各ステータ片３２２間の上記空隙の大きさがばらつき易い分割ステータ構造を有するブラシレスモータ３００には、非分割の環状ステータ構造を有するものより、コギングトルクが大きくなるという問題がある。
【００１０】
この問題を解決するため、例えば、ステータ片３２２のヨーク幅（図９中のＬ）を広くし上記当接面の当接面積（磁束通路の面積）を広げることが考えられる。すなわち、上述したように、磁気抵抗値は磁束通路の面積に反比例する特性を有しているので、前記当接面積を広くすることにより、互いに隣り合うヨーク部３２２ａ間の磁気抵抗値に対する空隙の大きさの影響を小さくすることができる。従って、互いに隣り合う各ステータ片３２２間の上記空隙の大きさのばらつきに対する互いに隣り合う各ティース部３２２ｂ間の磁気抵抗値のばらつきを小さくすることができ、コギングトルクを低減することができる。
【００１１】
しかし、ステータ片３２２の前記ヨーク幅を広くするにあたり、ヨーク部３２２ａの内径を変えずに外径を大きくすると、モータが径方向に大きくなってしまうという問題が発生する。一方、ヨーク部３２２ａの外径を変えずに内径を小さくすると、コイル３６０の巻線スペースが小さくなり、同コイル３６０を構成しているワイヤの高占積率化（例えば、ワイヤの角線化）が必要となるので、製造コストが上昇してしまうという問題が発生する。
【００１２】
特開２０００−７８７７９号は、かかる問題に対処し得る分割ステータ構造を有するブラシレスモータ４００を開示している。図１０は、このブラシレスモータ４００を示した図であって、図１０において、図９における各構成と同一の構成については、図９における符号と同一の符号を付している。また、図１１は、ステータ３２０を径方向外側の白矢印方向から見た図である。
【００１３】
このブラシレスモータ４００のステータ片３２２は、図１１に示すように、２種類の磁性板３２４Ｘ，３２４Ｙを軸方向（シャフト３３０の回転軸方向）に２枚ずつ交互に積層することにより構成されている。この磁性板３２４Ｘ，３２４Ｙのヨーク部の周方向端部の形状は互いに異なっており、ステータ片３２２のヨーク部３２２ａの周方向端面（図１０中Ｚ部参照）は、所謂櫛歯状となっている。
【００１４】
また、互いに隣り合うステータ片３２２同士は、前記２種類の磁性板３２４Ｘ，３２４Ｙを積層する順番が互いに逆になっており、図１１及び同図１１を拡大した図１２に示すように、磁性板３２４Ｘ，３２４Ｙのうち互いに異なる種類の磁性板のヨーク部同士が周方向にて互いに当接するように構成されている。従って、周方向に互いに隣り合うステータ片３２２同士は、ヨーク部３２２ａの周方向端部において、磁性板２枚ごとに、軸方向に互いに隣り合う磁性板同士が周方向にラップして同ラップにより形成されるラップ面にて互いに当接するように、構成されている。
【００１５】
このような構成により、周方向に互いに対向する磁性板の間に形成される磁束通路は、同磁性板のヨーク部の周方向端面同士の当接面を通るように形成されるのみならず、上記ラップ面によって、同当接面を迂回するように、軸方向に隣り合う磁性板内にも形成される（図１２の白矢印参照）。従って、上記ラップ面にて新たな磁束通路が確保され、上記ヨーク幅を広げることなく、互いに隣り合うステータ片３２２のヨーク部３２２ａ間に形成される磁束通路の面積が広くなる。
【００１６】
これにより、ブラシレスモータ４００においては、上述したヨーク幅を拡大することと同一の作用が得られ、互いに隣り合う各ステータ片３２２間に発生する上記空隙の大きさのばらつきに対する互いに隣り合う各ティース部３２２ｂ間の磁気抵抗値のばらつきが小さくなる。この結果、上記ヨーク幅を広げることなく、コギングトルクが低減する。
【００１７】
しかし、このブラシレスモータ４００のステータ３２０を組み付ける際には、互いに隣り合うステータ片３２２の上記櫛歯状を呈した周方向端面同士を互いにラップさせるように重ねる必要がある。この場合、磁性板３２４Ｘ，３２４Ｙの板厚自体のばらつきや、ステータ片３２２に巻線されているコイル３６０を構成するワイヤの巻きつけ張力のばらつきに起因して各ステータ片３２２の軸方向弾性変形量のばらつき等が発生すると、前記周方向端面同士がうまく重ならず、ステータ片３２２同士を組み付けることが非常に困難になるという問題が発生する。
【００１８】
本発明は、上記した問題に対処するためになされたものであり、分割ステータ構造を有する回転電動機において、大型化を招くことなく簡易な構成でコギングトルクを低減できるものを提供することを、その課題とする。
【００２５】
【発明の概略】
上記各ステータ片が、複数の磁性板を軸方向に積層することにより構成されている場合、ステータ片のヨーク部の周方向端面を構成する各磁性板のヨーク部の各周方向端面が同一平面上にないとき、又は前記各周方向端面が同一平面上にあっても前記各周方向端面の面精度が低い（寸法精度が低い、平面度及び面粗度が大きい等）とき、ステータ片のヨーク部の周方向端面の面精度が低くなる。そうすると、互いに隣り合う各ステータ片のヨーク部の周方向端面間に発生する上記空隙の大きさがばらつきやすくなり、コギングトルクが増大しやすくなる。また、このような磁性板は、通常はプレス加工にて作製される。
【００２６】
本発明の特徴は、このような観点に基づくものであって、鉄の比重より小さい比重を有する非磁性体からなるハウジングと、円弧状のヨーク部と前記ヨーク部から径方向に延在するティース部とを備えるステータ片を複数有し、同複数のステータ片を環状に配置し、互いに隣り合う同ヨーク部の周方向端面同士が当接するように構成された、前記ハウジング内に固定配置された磁性体からなるステータと、前記ステータの各ティース部に巻線されたコイルと、前記ティース部先端面と対向しながら回転可能に前記ハウジング内に配置されたロータとを備えた分割ステータ構造を有する回転電動機において、前記各ステータ片は、所定の範囲内のばらつきを有する板厚からなる複数の磁性板を前記ロータの回転軸方向に積層することにより構成され、前記各磁性板のヨーク部の周方向端面は、プレス加工を経て作製されたシェア面を備えるとともに、前記各ステータ片ごとのヨーク部の周方向端面を構成する同各磁性板の各シェア面が、同一平面上に存在するように構成されており、前記各磁性板のヨーク部の周方向端面における前記板厚に対する前記シェア面の前記回転軸方向の長さの割合であるシェア面比率は、前記板厚の所定の範囲内のばらつきを考慮しても、周方向において互いに対向し合う前記磁性板のヨーク部の周方向端面同士が全て互いのシェア面同士にて当接するようになる値のうちの最小値を超える値に設定されることにある。
【００２７】
なお、ここにおいて、「シェア面」とは、プレス加工にて切断された磁性板の端面（分離面）のうち、引張応力に基づく破断により切断された面（以下、「破断面」と呼ぶ。）ではなく、プレスの歯（打ち抜き面）が接触しながらプレスによるせん断力で切断された面、及びこの面に対してシェービング加工等の追加工がなされた面である（以下、本明細書において同じ。）。
【００２８】
通常のプレス加工にて切断されたワーク（製品側）の端面（分離面）には、同ワークの板厚方向において同加工開始側（打ち抜き開始側）に前記シェア面が形成されるとともに、同ワークの板厚方向において同加工終了側（打ち抜き終了側）に前記破断面が形成される。ここで、このシェア面は、破断面よりも、ワークの端面において同ワークの外側に形成される（詳細は後述する。）。また、このシェア面の面精度は、前記破断面の面精度より十分高くなる。
【００２９】
従って、上記本発明の特徴を採用すれば、各磁性板のヨーク部の周方向端面のシェア面比率が前記最小値を超える大きい値に設定されており同端面自体の面精度が向上するとともに、各ステータ片ごとのヨーク部の周方向端面を構成する各磁性板の各シェア面は同一平面上に存在しており、各磁性板の板厚の所定の範囲内のばらつきを考慮しても、周方向において互いに対向し合う磁性板のヨーク部の周方向端面同士が全て、面精度が高い互いのシェア面同士にて当接する。従って、互いに隣り合う各ステータ片のヨーク部の周方向端面間に発生する上記空隙の大きさがばらつきにくくなり、簡易な構成にてコギングトルクが低減する。
【００３０】
また、この構成により、ステータ片のヨーク部の周方向端面の面精度が向上する。その結果、互いに隣り合うステータ片の相対位置精度が向上するので、ロータの位置に対する各ステータ片のティース部先端の位置の精度も向上する。従って、ロータ（ロータの外周面に永久磁石が配置されているときは永久磁石）と各ティース部先端とのエアギャップのばらつきが小さくなるので、これによっても、コギングトルクが低減する。
【００３１】
また、これによれば、コギングトルクを低減するために、回転電動機全体としての質量のうちの大きな割合を占めることが多いハウジングを鉄（磁性体）製とする必要がない。従って、上記本発明の特徴を採用した回転電動機では、ハウジングが、鉄の比重より小さい比重を有する非磁性体（アルミ材、樹脂等）から構成されており、この結果、ハウジングを鉄で構成する場合よりも、回転電動機全体として軽量化が図られる。
【００３２】
なお、上記本発明の特徴におけるシェア面比率の上記最小値の算定方法の詳細については後述する。また、上記シェア面比率を上記最小値を超える値にするには、例えば、プレス加工後にシェア面に所謂シェービング加工を追加する、あるいは所謂ファインブランキングによりプレス加工を実施すればよい。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面を参照しながら、本発明の各実施形態について詳細に説明する。
（第１実施形態）
まず、図１を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る分割ステータ構造を有するブラシレスモータ１００の概略構成について説明する。このブラシレスモータ１００の概略構成は、上述した図９に示した従来技術に係るブラシレスモータ３００の概略構成において、円筒状のアルミ製のハウジングの円筒内周面とステータの円筒外周面との間に円筒状の鉄製スリーブ（磁束通路形成部材）１２０を挿入したものである。
【００３４】
具体的には、このブラシレスモータ１００は、円筒状のアルミ製のハウジング１１０と、同ハウジング１１０の円筒内周面に同ハウジング１１０と同軸的に固定配置された円筒状の鉄製スリーブ１２０と、同鉄製スリーブ１２０の円筒内周面に同鉄製スリーブ１２０と同軸的に固定配置された磁性体からなる環状のステータ１３０と、前記ハウジング１１０に同軸的かつ相対回転可能に軸支されたシャフト１４０と、同シャフト１４０の外周に同シャフト１４０と一体回転可能に同軸的に配置された円筒状のロータ１５０と、同ロータ１５０の外周面上において周方向に同一角度（３０°）ごとにＮ極とＳ極が交互に配置された永久磁石１６０とを備えている。
【００３５】
鉄製スリーブ１２０は、アルミ製のハウジング１１０に対して、焼き嵌めにより固定されている。なお、鉄製スリーブ１２０は、ハウジング１１０に対して、圧入、接着、鋳込み等により固定されてもよい。
【００３６】
ステータ１３０は、一塊の磁性体から構成された複数（１２個）のステータ片１３２を環状に配置した構造（分割ステータ構造）からなっている。このステータ片１３２は、円弧状のヨーク部１３２ａと、同ヨーク部１３２ａから径方向内側に延在するティース部１３２ｂとを備えており、互いに隣り合う同ヨーク部１３２ａの周方向端面同士は、径方向において互いに当接するように構成されている（図中Ｚ部参照）。この結果、ステータ１３０は、各ステータ片１３２のヨーク部１３２ａの外周面が周方向に接続されて形成される円筒外周面を備えている。
【００３７】
このステータ１３０は、鉄製スリーブ１２０に対して、焼き嵌めにより固定されており、鉄製スリーブ１２０の円筒内周面は、ステータ１３０の円筒外周面に密着している。なお、このステータ片１３２は、複数の磁性板を軸方向（シャフト１４０の回転軸方向）に積層することにより構成されていてもよい。
【００３８】
各ステータ片１３２の各ティース部１３２ｂにはそれぞれコイル１７０が巻線されており、コイル１７０は、図示しない駆動回路に接続されている。また、各ティース部１３２ｂの先端面は、周方向に同一角度（３０°）ごとに放射状に配置されているとともに、所定のエアギャップを介して永久磁石１６０のそれぞれと対向するように配置されている。
【００３９】
このような構成を有するブラシレスモータ１００は、前記駆動回路より各コイル１７０を所定の順序にて通電して回転磁界を作ることにより、同回転磁界に連動して永久磁石１６０が回転駆動力を受け、これにより、ロータ１５０、ひいてはシャフト１４０が回転駆動されるようになっている。なお、ブラシレスモータの具体的な作動については周知であるので、ここではその詳細な説明を省略する。
【００４０】
次に、以上のように構成されたブラシレスモータ１００の隣り合うティース部１３２ｂ間に形成される磁束（通路）について、コイル１７０が通電されていない場合とコイル１７０が通電されている場合とに分けて説明する。
【００４１】
（コイル１７０が通電されていない場合）
コイル１７０が通電されていないときは、ステータ片１３２を通る磁束は、永久磁石１６０から発生する磁束のみである。ロータ１５０とステータ１３０とが図１に示したような位置関係にあるとき、隣り合うティース部１３２ｂ間に形成される磁束通路は、図１の矢印にて模式的に示すように、永久磁石１６０のＮ極から、互いに隣り合うステータ片１３２のうちの一方（図１において左側）のティース部１３２ｂを通り、そのヨーク部１３２ａを通った後、他方（図１において右側）のステータ片１３２のヨーク部１３２ａを通り、そのティース部１３２ｂを通った後、永久磁石１６０のＳ極へ戻るように形成される。
【００４２】
また、互いに隣り合うヨーク部１３２ａ間に形成される磁束通路は、図１のヨーク部１３２ａ近傍を拡大した図である図２に示すように、ヨーク部１３２ａの周方向端面同士の当接面を通るように形成される（矢印Ａ参照）のみならず、同当接面を迂回するように、鉄製スリーブ１２０の円筒内周面とステータ片１３２のヨーク部１３２ａの外周面との当接面を介して鉄製スリーブ１２０内にも形成される（矢印Ｂ参照）。
【００４３】
これにより、互いに隣り合うヨーク部１３２ａ間に形成される磁束通路の面積が、鉄製スリーブ１２０内に迂回する磁束通路の面積分だけ広くなる。従って、互いに隣り合うヨーク部１３２ａ間の磁気抵抗値に対する空隙の大きさの影響を小さくすることができるので、互いに隣り合う各ヨーク部１３２ａの周方向端面間に発生する空隙の大きさのばらつきに対する互いに隣り合う各ティース部１３２ｂ間の磁気抵抗値のばらつきが小さくなり、その結果、コギングトルクが低減する。
【００４４】
（コイル１７０が通電されている場合）
コイル１７０が通電されると、前述したコイル１７０が通電されていない場合に比してステータ片１３２を通る磁束が増大するものの、互いに隣り合うヨーク部１３２ａ間に形成される磁束通路は、コイル１７０が通電されていない場合と同様、ヨーク部１３２ａの周方向端面同士の当接面を通るように形成される（図２の矢印Ａ参照）のみならず同当接面を迂回するように鉄製スリーブ１２０内にも形成される（図２の矢印Ｂ参照）。
【００４５】
よって、ヨーク部１３２ａの周方向端面同士の当接面を通る磁束の最大値は、前記鉄製スリーブ１２０内を通る磁束の分だけ、同鉄製スリーブ１２０を配置しない場合より小さくなる。これにより、ステータ片１３２のヨーク部１３２ａのヨーク幅（図１中のＬ）を狭く設計することが可能となる。また、このようにヨーク幅を狭く設計することができるので、鉄製スリーブ１２０を挿入したことによるモータの外径の増大量が小さくなる。
【００４６】
次に、上述したブラシレスモータ１００において鉄製スリーブ１２０を配置したことによるコギングトルクの低減効果について、図３に示したコンピュータシミュレーション（ＦＥＭ解析）結果の一例を参照しながら説明する。
【００４７】
図３（ａ）は、ステータ片１３２のヨーク幅Ｌが３mmであり鉄製スリーブ１２０を配置しない場合を基本形状とし、この基本形状の場合と、基本形状からヨーク幅Ｌを１mmづつ３mmまで広げた場合と、基本形状からヨーク幅Ｌを1mm狭くし厚さｔが１mmの鉄製スリーブを配置した場合のそれぞれにおけるコギングトルクを演算した結果を示している。なお、この演算結果は、互いに隣り合う各ステータ片１３２のヨーク部１３２ａの周方向端面間に発生する空隙の大きさのばらつきを一定値（空隙の大きさの最大値と最小値との差が一定）とし、鉄製スリーブ１２０の円筒内周面と各ステータ片１３２のヨーク部１３２ａの外周面との間に発生する空隙の大きさのばらつきはないものとしたときのものである。
【００４８】
図３（ａ）から理解できるように、鉄製スリーブ１２０を配置しない場合は、ヨーク幅Ｌを基本形状から広げていっても、コギングトルクの低減効果は小さい。一方、厚さｔが１mmの鉄製スリーブ１２０を配置した場合には、ヨーク幅Ｌを基本形状から１mm狭くしても、コギングトルクの低減効果は非常に大きい。
【００４９】
図３（ｂ）は、ステータ片１３２のヨーク幅Ｌと鉄製スリーブ１２０の厚さｔとの組み合わせ、及び互いに隣り合う各ステータ片１３２のヨーク部１３２ａの周方向端面間に発生する空隙の大きさのばらつき（ステータ片間空隙ばらつき）を変更した場合のそれぞれにおいて、鉄製スリーブ１２０の円筒内周面と各ステータ片１３２のヨーク部１３２ａの外周面との間に発生する空隙の大きさのばらつき（スリーブ×ステータ片空隙ばらつき）をゼロから所定値Ｘ0まで変化させたときのコギングトルクの演算結果の推移を示している。
【００５０】
図３（ｂ）に示された線Ａは、ヨーク幅Ｌを基本形状から２mm狭くして１mmとし、厚さｔが２mmの鉄製スリーブ１２０を配置するとともに、ヨーク部１３２ａの周方向端面間に発生する空隙の大きさのばらつきを上記一定値（ステータ片間空隙ばらつきあり）とした場合の演算結果を示しており、線Ｂは、ヨーク幅Ｌを基本形状から１mm狭くして２mmとし、厚さｔが１mmの鉄製スリーブ１２０を配置するとともに、ヨーク部１３２ａの周方向端面間に発生する空隙の大きさのばらつきを上記一定値（ステータ片間空隙ばらつきあり）とした場合の演算結果を示しており、線Ｃは、ヨーク幅Ｌを基本形状から２mm狭くして１mmとし、厚さｔが２mmの鉄製スリーブ１２０を配置するとともに、ヨーク部１３２ａの周方向端面間に発生する空隙の大きさのばらつきをゼロ（ステータ片間空隙ばらつき無し）とした場合の演算結果を示しており、線Ｄは、ヨーク幅Ｌを基本形状から１mm狭くして２mmとし、厚さｔが１mmの鉄製スリーブ１２０を配置するとともに、ヨーク部１３２ａの周方向端面間に発生する空隙の大きさのばらつきをゼロ（ステータ片間空隙ばらつき無し）とした場合の演算結果を示している。
【００５１】
このように、図３（ｂ）に示された線Ａ〜Ｄは全て、ヨーク幅Ｌと鉄製スリーブ１２０の厚さｔとの合計が３mmに固定された場合の演算結果を示している。なお、ここにおいて鉄スリーブ１２０とヨーク部１３２ａとの間に発生する空隙を考慮するのは、焼き嵌め条件の不均一性、ステータ片１３２の外周面及び鉄製スリーブ１２０の円筒内周面の形状精度等により、実際には、両者間に空隙が発生する場合が考えられるからである。
【００５２】
図３（ｂ）から理解できるように、互いに隣り合う各ヨーク部１３２ａの周方向端面間に発生する空隙の大きさのばらつきがないとき（線Ｃ，Ｄ）より同空隙の大きさのばらつきが上記一定値のとき（線Ａ，Ｂ）の方がコギングトルクが増大する傾向がある。この結果は、予想された結果と一致する。また、上記鉄スリーブ１２０と各ヨーク部１３２ａとの間の空隙の大きさのばらつきが増大すればするほど（図３（ｂ）において右側へ推移するほど）、コギングトルクが増大する傾向がある。この結果も、予想された結果と一致する。
【００５３】
また、図３（ａ）と図３（ｂ）とから理解できるように、互いに隣り合う各ヨーク部１３２ａの周方向端面間の空隙の大きさのばらつきを上記一定値とした場合においては、鉄製スリーブ１２０を配置せずにヨーク幅Ｌを上記基本形状から３mm広くしたとき（基本形状からのモータ外径の増大量が６mm）にはコギングトルクは約２６ｍＮｍまでしか低減されない（図３（ａ）参照）のに対し、ヨーク幅Ｌを上記基本形状から１mm狭くして２mmとし厚さｔが１mmの鉄製スリーブ１２０を配置したとき（基本形状からのモータ外径の増大量がゼロ）には、上記鉄製スリーブ１２０と各ヨーク部１３２ａとの間の空隙の大きさのばらつきを上記所定値Ｘ0まで考慮しても、コギングトルクは約１８ｍＮｍまで低減される（図３（ｂ）の線Ｂ参照）。従って、この場合、厚さｔが１mmの鉄製スリーブ１２０を配置すれば、モータ外径を上記基本形状から増大させることなしに、コギングトルクを大幅に低減することができる。
【００５４】
以上、説明したように、第１実施形態によれば、互いに隣り合うヨーク部１３２ａ間に形成される磁束通路は、同ヨーク部１３２ａの周方向端面同士の当接面を通るように形成されるのみならず、同当接面を迂回するように、鉄製スリーブ１２０の円筒内周面とステータ片１３２のヨーク部１３２ａの外周面との当接面を介して鉄製スリーブ１２０内にも形成される。従って、互いに隣り合う各ヨーク部１３２ａの周方向端面間に発生する空隙の大きさのばらつきに対する互いに隣り合う各ティース部１３２ｂ間の磁気抵抗値のばらつきが小さくなり、その結果、コギングトルクが低減させることができた。
【００５５】
また、これによれば、コギングトルクを低減するために、ブラシレスモータ１００全体としての質量のうちの大きな割合を占めることが多いハウジング１１０を鉄（磁性体）製とする必要がないので、ハウジング１１０を、鉄の比重より小さい比重を有するアルミ材から構成することができた。この結果、ハウジング１１０を鉄で構成する場合よりも、ブラシレスモータ１００全体として軽量化が図られた。
【００５６】
さらには、鉄製スリーブ１２０は、製造容易な形状である円筒状を呈しているので、同鉄製スリーブ１２０自体の製造コストを抑えることができ、ひいてはブラシレスモータ１００全体としての製造コストを安価とすることができた。
【００５７】
加えて、鉄製スリーブ１２０を配置したことにより、ヨーク部１３２ａの周方向端面同士の当接面を通る磁束の最大値は、鉄製スリーブ１２０内を通る磁束の分だけ、同鉄製スリーブ１２０を配置しない場合より小さくなる。これにより、ステータ片１３２のヨーク部１３２ａのヨーク幅（図１中のＬ）を狭く設計することが可能となった。また、このようにヨーク幅を狭く設計することができるので、鉄製スリーブ１２０を挿入したことによるブラシレスモータ１００の外径の増大量が小さくなった（図３に示したように、鉄製スリーブ１２０の厚さｔだけヨーク幅Ｌを狭くすれば、モータ外径の増大量はゼロになる）。
【００５８】
なお、本第１実施形態においては、ハウジング１１０がアルミ材にて構成されているが、これに限ることはなく、鉄の比重より小さい比重を有する他の非磁性体（例えば、樹脂）によりハウジング１１０が構成されていてもよい。また、本第１実施形態においては、磁束通路形成部材として円筒状の鉄製スリーブ１２０が採用されているが、これに限ることはなく、磁束通路形成部材は、鉄以外の磁性体から構成されていてもよいし、円筒状以外の形状のものであってもよい。
【００５９】
（第２実施形態）
次に、図４を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る分割ステータ構造を有するブラシレスモータ２００の概略構成について説明する。このブラシレスモータ２００の概略構成は、上述した図９に示した従来技術に係るブラシレスモータ３００の概略構成に対して、ステータ片が複数の磁性板を軸方向に積層することにより構成されたものである点を除き、同一である。
【００６０】
すなわち、ブラシレスモータ２００は、アルミ製のハウジング２１０と、環状のステータ２２０（円弧状のヨーク部２２２ａ及び同ヨーク部２２２ａから径方ク内側に延在するティース部２２２ｂとを備える複数のステータ片２２２を環状に配置した構造を有する）と、シャフト２３０と、ロータ２４０と、永久磁石２５０と、コイル２６０とを備えており、このうち、ハウジング２１０、シャフト２３０、ロータ２４０、永久磁石２５０、及びコイル２６０は、図９に示した従来技術に係るブラシレスモータ３００と実質的に同一の構成を備えている。従って、ここではこのブラシレスモータ２００の作動、及び互いに隣り合うティース部２２２ｂ間に形成される磁束（通路）等の説明は省略する。以下、ステータ片２２２について詳述する。
【００６１】
ステータ片２２２は、ステータ２２０を径方向外側の白矢印方向から見た図５に示すように、所定の範囲内のばらつきを有する板厚からなる略同一形状の複数の磁性板２２４を軸方向（シャフト２３０の回転軸方向）に積層することにより構成されており、この複数の磁性板２２４は、溶接等により互いに機械的に連結されている。
【００６２】
この磁性板２２４は、プレス加工を経て作製されており、上述したように、同プレス加工により切断された磁性板２２４の端面には、板厚方向において打ち抜き開始側にシェア面が形成されるとともに、打ち抜き終了側には破断面が形成される。以下、プレス加工において、このようなシェア面と破断面とが形成される過程を図６を参照しながら説明する。
【００６３】
図６は、プレス加工にてワークが打ち抜かれる過程を示した模式図であり、図６（ａ）はワークを打ち抜く前の状態を、図６（ｂ）はワークを打ち抜いている途中の状態を、図６（ｃ）は、ワークを打ち抜き完了した後の状態を示している。図６（ａ）に示すように、ダイスの打ち抜き面とプレスの打ち抜き面との間には、クリアランスＲが形成されている。
【００６４】
図６（ａ）の状態から、ダイス上面上に配置されたワークに向けてプレスが下降し、プレスの先端面がワークの上面に当接すると、プレスの打ち抜き面は、ワークの加工を開始し、まず、プレスの先端面がワークの上面から所定量ｓだけ下降する（図６（ｂ）参照）までは、プレスの打ち抜き面は、ワークを切断せずに同ワークを下方に向けて塑性変形させる。
【００６５】
その後、図６（ｂ）に示すように、プレスの先端面が、その位置（ワークの上面から所定量ｓだけ下降した位置）からさらに所定量ｐだけ下降するまでは、プレスの打ち抜き面は、ワークの端面（分離面）Ｐと接触しながら、同ワークの端面をプレスによるせん断力で切断する。この端面Ｐがシェア面である。従って、図６（ｂ）において、（シェア面厚さｐ）／（ワークの板厚ｈ）がシェア面比率となる。
【００６６】
一方、このとき、ワークの端面（分離面）のうちシェア面Ｐより下側の面Ｑには、クリアランスＲの存在に起因して引張応力が作用し、この面Ｑは、同引張応力に基づく破断により切断される。この面Ｑが破断面である。そして、この状態からさらにプレスが下降すると、図６（ｃ）に示すように、ワークの打ち抜きが終了する。
【００６７】
この破断面Ｑは、クリアランスＲの大きさに応じて、図示のようにプレスの下降方向に対してななめに形成される。従って、シェア面Ｐは、破断面Ｑよりも、ワーク（製品側）の端面（分離面）において同ワーク（製品側）の外側に形成される。また、シェア面Ｐの面精度は、破断面Ｑの面精度より十分高くなる。
【００６８】
上記シェア面比率を向上させる手法としては、例えば、プレス加工後のシェア面Ｐに所謂シェービング加工を追加する方法、所謂ファインブランキングにより上記クリアランスＲを小さくした状態でプレス加工を行う方法等がある。なお、シェービング加工及びファインブランキングについては周知であるので、ここではそれらの詳細な説明を省略する。
【００６９】
図７は、図５に示された磁性板２２４のヨーク部の周方向端面同士が対向する部分近傍の拡大図であり、図７（ａ）は、上述したプレス加工を経て作製された磁性板２２４の同端面のシェア面比率が約３０パーセントの場合を、図７（ｂ）は、同シェア面比率が約７０パーセントの場合を示している。また、各磁性板２２４の板厚には所定の範囲内のばらつきが存在することにより、各磁性板２２４の前記端面は、図７に示したように、軸方向において互いにずれた状態で対向し合っている。
【００７０】
図７（ａ）から理解できるように、前記端面のシェア面比率が小さい（例えば約３０パーセント。通常のプレス加工ではこの程度の値となる。）と、シェア面Ｐの領域の全てが破断面Ｑと対向する場合が生じ、このとき、この対向面には比較的大きな空隙が発生する。このような場合、互いに隣り合う各ステータ片２２２のヨーク部２２２ａの周方向端面間に発生する上記空隙の大きさがばらつきやすくなり、コギングトルクが増大しやすくなる。
【００７１】
一方、図７（ｂ）から理解できるように、前記端面のシェア面比率が大きい（例えば約７０パーセント）と、各磁性板２２４の板厚の上記所定の範囲内のばらつきを考慮しても、互いに対向し合う磁性板２２４のヨーク部の周方向端面同士が全て互いのシェア面Ｐ同士にて当接するようになり、上記空隙量も小さくなる。この場合は、前述した空隙の大きさがばらつきにくくなり、コギングトルクが低減する。
【００７２】
このブラシレスモータ２００においては、各ステータ片２２２ごとのヨーク部２２２ａの周方向端面を構成する各磁性板２２４の各シェア面が、同一平面上に存在するように製造工程において管理された上で積層されている。また、各磁性板２２４の板厚の所定の範囲内のばらつきを考慮しても互いに対向し合う磁性板２２４のヨーク部の周方向端面同士が全て互いのシェア面Ｐ同士にて当接するように（図７（ｂ）の状態）構成するため、上記したシェア面比率を向上させる手法が採用され、各磁性板２２４のヨーク部の周方向端面におけるシェア面比率は所定の最小値を超える値となっている。以下、図８を参照しながら、シェア面比率の下限を決定する前記所定の最小値の算出方法について説明する。
【００７３】
図８は、前記所定最小値を算出する際の理解を容易にするための図である。図８（ａ）は、各磁性板２２４が、そのシェア面Ｐが積層方向において必ず一方向側に配置されるように積層される場合の図であり、図８（ｂ）は、各磁性板２２４が、そのシェア面Ｐが積層方向において両方向側に配置されることがありえる場合の図である。なお、図８においては、説明の便宜上、図６に示した塑性変形量ｓはないものとしている。
【００７４】
（シェア面Ｐが積層方向において必ず一方向側に配置される場合（図８（ａ）））
磁性板２２４（Ｍ）と磁性板２２４（ｍ）に着目しながら説明する。磁性板２２４（Ｍ）の板厚は、所定の範囲内のばらつきを考慮した上での最大値Ｘであり、磁性板２２４（ｍ）の板厚は、所定の範囲内のばらつきを考慮した上での最小値（Ｘ−Ｌ）である。従って、磁性板２２４の板厚のばらつきはＬである。
【００７５】
また、各磁性板２２４のシェア面比率はｘで一定であるとする。従って、磁性板２２４（ｍ）のシェア面Ｐの軸方向長さは、 （Ｘ−Ｌ）・ｘ であり、磁性板２２４（Ｍ）の破断面Ｑの軸方向長さは、Ｘ・（１−ｘ） である。ここで、（Ｘ−Ｌ）・ｘ ＝ Ｘ・（１−ｘ） が成立するときのｘより各磁性板２２４のシェア面比率が小さいと、磁性板２２４（ｍ）のシェア面Ｐの領域の全てが磁性板２２４（Ｍ）の破断面Ｑと対向する場合が生じ得る。一方、上記等式が成立するときのｘより各磁性板２２４のシェア面比率が大きいと、磁性板２２４（ｍ）のシェア面Ｐの少なくとも一部は、必ず対向する磁性板２２４のシェア面Ｐと対向することになる。
【００７６】
従って、各磁性板２２４のシェア面比率が、上記等式が成立するときのｘ ＝ Ｘ／（２Ｘ−Ｌ） を超える値となるとき、各磁性板２２４の板厚の所定の範囲内のばらつきＬを考慮しても互いに対向し合う磁性板２２４のヨーク部の周方向端面同士が全て互いのシェア面Ｐ同士にて当接するようになる。よって、シェア面Ｐが積層方向において必ず一方向側に配置される場合は、ｘ ＝ Ｘ／（２Ｘ−Ｌ）が上記所定の最小値となる。この場合、磁性板２２４の最大板厚Ｘ ＝ ０．５mm，ばらつきＬ ＝ ０．０１mmを一例として挙げると、所定の最小値は、５０．５１パーセントとなる。
【００７７】
（シェア面Ｐが積層方向において両方向側に配置されることがありえる場合（図８（ｂ）））
シェア面Ｐが積層方向（軸方向）において互いに逆側に配置された互いに隣り合う２枚の磁性板２２４（Ｍ）と磁性板２２４（ｍ）に着目しながら説明する。図８（ａ）と同様、この２枚の磁性板２２４（Ｍ）の板厚は、所定の範囲内のばらつきを考慮した上での最大値Ｘであり、磁性板２２４（ｍ）の板厚は、所定の範囲内のばらつきを考慮した上での最小値（Ｘ−Ｌ）である。従って、磁性板２２４の板厚のばらつきはＬである。
【００７８】
また、各磁性板２２４のシェア面比率はｘで一定であるとする。従って、磁性板２２４（ｍ）のシェア面Ｐの軸方向長さは、 （Ｘ−Ｌ）・ｘ であり、前記２枚の磁性板２２４（Ｍ）により形成される軸方向に連続した破断面Ｑの軸方向長さは、２Ｘ・（１−ｘ） である。ここで、（Ｘ−Ｌ）・ｘ ＝ ２Ｘ・（１−ｘ） が成立するときのｘより各磁性板２２４のシェア面比率が小さいと、磁性板２２４（ｍ）のシェア面Ｐの領域の全てが前記連続した破断面Ｑと対向する場合が生じ得る。一方、上記等式が成立するときのｘより各磁性板２２４のシェア面比率が大きいと、磁性板２２４（ｍ）のシェア面Ｐの少なくとも一部は、必ず対向する磁性板２２４のシェア面Ｐと対向することになる。
【００７９】
従って、各磁性板２２４のシェア面比率が、上記等式が成立するときのｘ ＝ ２Ｘ／（３Ｘ−Ｌ） を超える値となるとき、各磁性板２２４の板厚の所定の範囲内のばらつきＬを考慮しても互いに対向し合う磁性板２２４のヨーク部の周方向端面同士が全て互いのシェア面Ｐ同士にて当接するようになる。よって、シェア面Ｐが積層方向において両方向側に配置されることがありえる場合は、ｘ ＝ ２Ｘ／（３Ｘ−Ｌ）が上記所定の最小値となる。この場合、磁性板２２４の最大板厚Ｘ ＝ ０．５mm，ばらつきＬ ＝ ０．０１mmを一例として挙げると、所定の最小値は、６７．１１パーセントとなる。
【００８０】
以上、説明したように、第２実施形態によれば、各磁性板２２４のヨーク部の周方向端面のシェア面比率が上記所定の最小値を超える大きい値に設定されているので、同端面自体の面精度が向上するとともに、各ステータ片２２２ごとのヨーク部２２２ａの周方向端面を構成する各磁性板２２４の各シェア面Ｐは同一平面上に存在しており、各磁性板２２４の板厚の所定の範囲内のばらつきＬを考慮しても、周方向において互いに対向し合う磁性板２２４のヨーク部の周方向端面同士が全て、面精度が高い互いのシェア面Ｐ同士にて当接する。従って、互いに隣り合う各ステータ片２２２のヨーク部２２２ａの周方向端面間に発生する上記空隙の大きさがばらつきにくくなり、簡易な構成にてコギングトルクが低減する。
【００８１】
また、この構成により、ステータ片２２２のヨーク部２２２ａの周方向端面の面精度が向上する。その結果、互いに隣り合うステータ片２２２の相対位置精度が向上するので、ロータ２４０の位置に対する各ステータ片２２２のティース部２２２ｂ先端の位置の精度も向上する。従って、ロータ２４０の外周面に配置された永久磁石２５０と各ティース部２２２ｂ先端とのエアギャップのばらつきが小さくなるので、これによっても、コギングトルクが低減する。
【００８２】
さらには、ハウジング２１０が、鉄の比重より小さい比重を有するアルミ材から構成されており、この結果、ハウジング２１０を鉄で構成する場合よりも、ブラシレスモータ２００全体として軽量化が図られる。
【００８３】
以上、本発明の第１実施形態及び第２実施形態について説明したが、本発明の実施形態は、これらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に含まれる範囲内にて適宜変更されることができる。
【００８４】
例えば、第２実施形態において、第１実施形態における円筒状の鉄製スリーブ１２０が、ハウジング２１０の円筒内周面とステータ２２０の円筒外周面との間に挿入されてもよい。これによれば、互いに隣り合うヨーク部２２２ａ間に形成される磁束通路の面積が一層広くなる。従って、互いに隣り合う各ティース部２２２ｂ間の磁気抵抗値のばらつきが一層小さくなり、より一層コギングトルクが低減する。
【００８５】
また、第１実施形態及び第２実施形態において、環状のステータのティース部は、径方向外側に放射状に延在するように構成されていてもよい。この場合、各ステータ片は、環状のステータの円筒内周面を構成するヨーク部と、同ヨーク部から径方向外側に延在するティース部から構成され、ロータ及び永久磁石は、ハウジングの円筒内周面と環状のステータとの間の円筒状の空間内に、シャフトと一体回転可能に同軸的に配置される。また、鉄製スリーブは、その円筒外周面がステータの円筒内周面に密着するように、ステータに対して焼き嵌め等により固定される。
【００８６】
さらには、第１実施形態及び第２実施形態においては、回転電動機としてブラシレスモータが採用されているが、これに限られることはなく、例えば、回転電動機として、永久磁石を構成上有していない所謂ＳＲモータ（スイッチト・リラクタンス・モータ）が採用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態に係る分割ステータ構造を有するブラシレスモータをシャフトの回転軸に直交する平面で切断した部分断面の概略構成を示した図である。
【図２】  図１におけるヨーク部近傍を拡大した図である。
【図３】  本発明の第１実施形態において鉄製スリーブを配置したことによるコギングトルクの低減効果を示すために行ったコンピュータシミュレーション（ＦＥＭ解析）の演算結果の一例を示した図である。
【図４】  本発明の第２実施形態に係る分割ステータ構造を有するブラシレスモータをシャフトの回転軸に直交する平面で切断した部分断面の概略構成を示した図である。
【図５】  図４に示されたステータを径方向外側の白矢印方向から見た図である。
【図６】  プレス加工にてワークが打ち抜かれる過程を示した模式図である。
【図７】  図５に示された磁性板のヨーク部の周方向端面同士が対向する部分近傍の拡大図である。
【図８】  本発明の第２実施形態において、磁性板のヨーク部の周方向端面のシェア面比率の下限を決定する所定の最小値を算出する際の理解を容易にするための図である。
【図９】  従来における分割ステータ構造を有するブラシレスモータをシャフトの回転軸に直交する平面で切断した部分断面の概略構成を示した図である。
【図１０】  従来における分割ステータ構造を有するブラシレスモータをシャフトの回転軸に直交する平面で切断した部分断面の概略構成を示した図である。
【図１１】  図１０に示されたステータを径方向外側の白矢印方向から見た図である。
【図１２】  図１１を拡大し、磁性板内の磁束通路を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１１０，２１０…ハウジング、１２０…鉄製スリーブ、１３０，２２０…ステータ、１３２，２２２…ステータ片、１３２ａ，２２２ａ…ヨーク部、１３２ｂ，２２２ｂ…ティース部、２２４…磁性板、１５０，２４０…ロータ、１６０，２５０…永久磁石、１７０，２６０…コイル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0004062943.tif 000010
【図１０】
0004062943.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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