JP6998731B2 - モータ - Google Patents

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Description

本発明は、モータに関する。
従来、モータは、筒状の金属部材と金属部材の周方向に沿って配置される複数のティースとを有するとともに、複数のティースそれぞれがコイルで囲まれている。また、ティースとコイルとの間に絶縁部材を介在させることで両者を絶縁する(例えば、特許文献1参照)。
特開2002-291190号公報
しかしながら、従来の技術では、コイルで発生した熱を外部へ排熱する場合、隣り合うコイルの間に形成される空隙の空気や上記の絶縁部材に熱を伝達させて排熱するため、効率よく排熱されているとは言えなかった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コイルの熱を効率良く排熱できるモータを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るモータは、複数のティースと、複数のコイルと、第1樹脂部材と、第2樹脂部材と、を備える。前記複数のティースは、周方向に沿って配置される。前記複数のコイルは、前記複数のティースそれぞれを囲む。前記第1樹脂部材は、環状のベースと、当該環状のベースから突出する複数の突出部と、を有する。前記複数の突出部はそれぞれ、前記複数のコイルのうち隣り合う2つのコイルの間にある。前記第2樹脂部材は、前記隣り合う2つのコイルの間にある突出部と当該コイルとの間にある。前記環状のベースは、軸方向において、前記複数のティースの端部に対向している。
本発明の一態様によれば、熱によって性能が低下することを防止できるモータを提供することができる。
図1は、実施形態に係るモータの斜視図である。 図2は、実施形態に係るモータの斜視図である。 図3は、実施形態に係るモータの上面図である。 図4Aは、実施形態に係る第1樹脂部材の斜視図である。 図4Bは、実施形態に係るモータの底面図である。 図5は、実施形態に係るモータの断面図である。 図6は、実施形態に係るモータの断面図である。 図7は、実施形態に係るモータの断面図である。 図8は、変形例に係るモータの断面図である。
以下、実施形態に係るモータについて図面を参照して説明する。なお、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。各図面において、説明を分かりやすくするために、モータ1における軸方向をZ軸正方向とする3次元の直交座標系を図示する場合がある。
また、以下の実施形態では、モータ1がインナーロータ型のブラシレスモータである場合について説明するが、モータ1が、アウターロータ型のブラシレスモータであってもよい。また、モータ1をブラシ付きモータ等の他のモータに適用しても構わない。
まず、図1を用いて、実施形態に係るモータ1の外観について説明する。図1に示すように、モータ1は、回転軸2と、フレーム3とを備える。なお、図1では、図示を省略したが、モータ1は、複数の外部端子を備え、かかる外部端子を介して回転軸2の駆動源となる3相の交流電流が供給される。
回転軸2は、モータ1における軸方向(Z軸方向)に延在し、後述するフレーム3からZ軸正方向側へ突出した一端には、例えばギア等の動力伝達機構が回転軸2とともに回転可能に設けられる。なお、以下では、Z軸方向を回転軸方向と記載する場合がある。
フレーム3は、例えば鉄やアルミ等の金属材料を含む金属部材で形成され、ハウジング部3aと、蓋部3bとを備える。ハウジング部3aは、筒状、詳細には円筒状であり、内部の空間には後述するステータやロータ等が収容される。
蓋部3bは、ハウジング部3aのZ軸正方向側の一端の開口を覆う蓋である。また、蓋部3bには、回転軸2および外部端子4a~4cが通過する貫通孔が設けられる。
図示省略の複数の外部端子は、例えば導電性の金属材料によって形成され、Z軸方向である回転軸方向に延在するとともに、フレーム3の蓋部3bから突出するように配置される。これにより、図示しない外部電源を外部端子に繋ぐことができるため、外部電源から3相の交流電流をモータ1に供給させることができる。なお、外部端子は、3つ設けられ、それぞれが3相交流(U相、V相、W相)の各相に対応する。
次に、図2および図3を用いて、モータ1の内部について説明する。図2は、実施形態に係るモータ1の斜視図である。図3は、モータ1の上面図である。図2および図3では、見易さの観点から、モータ1の構成を一部省略している。
図2および図3に示すように、モータ1は、ステータ6と、インシュレータ(絶縁部材の一例)7aと、ロータ8と、コイル10と、第1樹脂部材51と、第2樹脂部材52とをさらに備える。なお、図2および図3では、図示を省略したが、モータ1は、複数のコイル10同士を電気的に接続する端子である内部端子を備えている。
ステータ6は、筒状の磁性部材を有する。磁性部材は、磁性体であり、例えばケイ素鋼板、電磁鋼板等の軟磁性鋼板等の板状の金属部材によって形成される。具体的には、ステータ6は、この板状の金属部材がZ軸方向である回転軸方向に複数積まれて形成される。
なお、ステータ6は、複数の金属部材が積まれて形成される場合に限定されず、1つの金属部材によって一体的に形成されてもよい。
また、図3に示すように、ステータ6は、筒状の金属部材(以下、コアと記載する)6aと、筒状のコア6aの周方向に沿って配置される複数のティース6bを有する。図3では、6つのティース6bを示したが、ティース6bの数は、3相交流(U相、V相、W相)の各相に対応するティース6bがあればよく、3つや、9つであってもよい。コア6aは、公知の金属材料で形成される。金属部材としては、鉄などの磁性体などが挙げられる。
また、ステータ6の内周部には、絶縁膜30(図5参照)が設けられるが、絶縁膜30の詳細については図5を用いて後述する。
インシュレータ7aは、筒状の絶縁部材であり、例えば、樹脂等の絶縁性を有する材料で形成され、ステータ6に設けられる。具体的には、インシュレータ7aは、ステータ6のZ軸正方向側の端面を覆う位置に設けられる。より具体的には、インシュレータ7aは、コア6aおよび複数のティース6bの端面を覆う位置に設けられる。また、ステータ6のZ軸負方向側の端面は、後述する絶縁膜30で覆われる。
なお、インシュレータ7aとステータ6との間には、図示しない接着剤(例えば、ワニス)が設けられる。これにより、インシュレータ7aは、ステータ6に固定される。
コイル10は、導線によって形成され、インシュレータ7aを挟んでティース6bを囲む。また、コイル10を構成する導線の末端は、外部端子4や内部端子5に電気的に接続される。
図3に示すように、ロータ8は、モータ1における回転体であり、ヨーク8aと、マグネット8bとを備える。また、ロータ8は、ステータ6の内周部に設けられる、いわゆるインナーロータ型である。なお、ロータ8は、インナーロータ型に限定されるものではなく、ステータ6の外周部に沿って設けられる、いわゆるアウターロータ型であってもよい。
ヨーク8aは、回転軸2が通過する貫通孔を有し、回転軸2と同心となる位置で回転軸2に固定される。マグネット8bは、筒状の永久磁石であり、マグネット8bの内周面がヨーク8aの外周面に固定され、マグネット8bの外周面がステータ6の内周部に対向する。また、モータ1の径方向において、マグネット8bとティース6bとの間には磁気ギャップが形成されている。これにより、ロータ8がティース6bで発生する磁界によって回転する。
ここで、従来のモータについて説明する。従来のモータは、周方向において、隣り合う2つのコイルの間に空隙があり、かかる空隙の空気やインシュレータに熱を伝達させることでコイルの熱を排熱していた。
しかしながら、例えば、モータが高トルクを必要とし、さらにモータの周辺温度が高温になる環境下(例えば、エンジンルーム内)では、コイルの熱をモータの外部へ効率よく排熱する必要があるが、従来の構成では、効率よく排熱されているとは言えなかった。
そこで、図2および図3に示すように、実施形態に係るモータ1は、隣り合う2つのコイル10の間に形成される空隙に設けられる複数の樹脂部材(第1樹脂部材51および第2樹脂部材52)を備える。
第1樹脂部材51および第2樹脂部材52は、例えばナイロン樹脂などの各種樹脂材料を用いることができる。第1樹脂部材51および第2樹脂部材52は、互いに同一の樹脂材料であってもよく、互いに異なる樹脂材料であってもよい。
また、第1樹脂部材51および第2樹脂部材52それぞれは、1種類の樹脂材料で構成されてもよく、複数の樹脂材料で構成されてもよく、あるいは、樹脂材料に金属材料等の他の材料が含まれる複合材料であってもよい。また、第1樹脂部材51および第2樹脂部材52は、熱伝導率が空気よりも高く、さらには、インシュレータ7aより高いことがより好ましい。
また、図3に示すように、第1樹脂部材51は、詳細は後述するが、ベース51aと、突出部51bとを備え、隣り合う2つのコイル10の間の略中央に突出部51bが配置される。また、第2樹脂部材52は、コイル10と突出部51bとの間に配置される。
より具体的には、第1樹脂部材51は、製造段階までに予め成型された固体状の部材であり、Z軸負方向からステータ6の内部へ突出部51bを挿入して装着する。そして、第2樹脂部材52は、製造段階では流動性の部材であり、ステータ6に第1樹脂部材51を装着した状態で、Z軸正方向側から流動性の部材が流し込まれた後、熱などを加えたり、所定の時間だけ放置して流動性の部材中にある溶媒をとばすなどの公知の手段で硬化させることで形成される。
このように、コイル10の間に形成される空隙が第1樹脂部材51(突出部51b)および第2樹脂部材52によって埋められるため、コイル10の熱がかかる樹脂部材を伝達して排熱される。つまり、コイル10間の空隙を空気に代えて樹脂部材(空気よりも熱伝導率が高い)にすることでコイル10から空隙への熱伝導率を向上させることができる。換言すれば、インシュレータ7aや空気よりコイル10の熱が排熱されやすい状態として、さらに、排熱のための第1樹脂部材51および第2樹脂部材52を有することで、排熱効率を向上させることができる。
従って、実施形態に係るモータ1によれば、コイル10の熱を効率よく排熱することができる。さらに、排熱効率を向上させたことで、コイル10の巻数を増やしてマグネット8bのボリュームを減らすことができるため、モータ1の製品コストを下げることができる。以下、第1樹脂部材51および第2樹脂部材52について詳細に説明する。
まず、図4A~図5を用いて第1樹脂部材51について詳細に説明する。図4Aは、実施形態に係る第1樹脂部材51の斜視図である。図4Bは、実施形態に係るモータ1の底面図である。図5は、実施形態に係るモータ1の断面図である。図4Bでは、ステータ6に第1樹脂部材51が装着された状態の底面図を示すとともに、見易さの観点からモータ1の構成の一部を省略している。また、図5は、図3のB-B線で切断した断面図を示す。
図4Aに示すように、第1樹脂部材51は、環状のベース51aと、複数の突出部51bとを備える。例えば、第1樹脂部材51は、モータ1の製造前において、第1樹脂部材51をかたどった型部材に流動性のある樹脂部材を流し込んだ後、かかる樹脂部材を硬化させる処理を行うことで予め製造しておくことができる。なお、ベース51aと突出部51bとは、一体的に形成されてもよく、別部材を連結することで形成されてもよい。
ベース51aは、ティース6b(図3参照)におけるZ軸負方向側の端部に配置される。具体的には、ベース51aは、ステータ6のZ軸負方向側の端面に接触する。また、図4Aに示すように、ベース51aは、周方向に隣り合う突出部51bによって隔てられることで空間51cが形成される。また、ベース51aは、軸方向において、ティース6bの端部に対向して配置される。
かかる空間51cには、コイル10の一部が入り込む。具体的には、コイル10のうち、ステータ6からZ軸負方向側へ飛び出した部分が空間51cに入り込む。このように、空間51cを設けることで、コイル10の飛び出した部分とベース51aとが接触することを防止できるため、コイル10の断線を防止できる。
また、図4Aに示すように、突出部51bは、ベース51aからZ軸正方向側である軸方向において突出している。また、突出部51bは、隣り合う2つのティース6bと接触するが、かかる点については図6で後述する。
また、図4Aに示すように、突出部51bは、ベース51aとは反対側であるZ軸正方向側の端部に爪部51baを有する。より具体的には、爪部51baは、外周側を向いて形成される。かかる爪部51baについては、図5で後述する。
また、図4Bに示すように、ステータ6に第1樹脂部材51を装着した場合、ステータ6の一部の開口が第1樹脂部材51によって塞がれている。具体的には、第1樹脂部材51のベース51aは、隣り合う2つのティース6b間の開口を塞ぐ。これにより、製造時において、第2樹脂部材52が流し込まれても外部へ漏れ出ることを防止できる。なお、第1樹脂部材51の中央の孔部は、回転軸2やロータ8等が通過する。
また、図4Bに示すように、隣り合う2つの突出部51bの間に形成された空間51cは、ティース6bおよびコイル10の位置に対応し、上記したようにコイル10の一部が配置される。
次に、図5に示すように、第1樹脂部材51は、ステータ6に装着された場合、インシュレータ7aによって支持される。具体的には、第1樹脂部材51は、突出部51bの爪部51baが、インシュレータ7aの溝部7abに嵌合することで支持される。
より具体的には、第1樹脂部材51をステータ6に装着する際、突出部51bをステータ6の内周面に擦らせながらZ軸負方向からZ軸正方向へ移動させ、爪部51baを溝部7abの高さ位置に合わせることで嵌合される。これにより、第1樹脂部材51がZ軸負方向側へずれ落ちてステータ6から外れることを防止できるため、第2樹脂部材52が漏れ出ることを確実に防ぐことができる。
また、インシュレータ7aの溝部7abは、ステータ6の内周面に沿うように突出する突起部7aaに形成される。これにより、突出部51bがステータ6からZ軸正方向側へ飛び出すことを防止できるため、蓋部3b等の高さ位置が制限されることを防止できる。さらに、突起部7aaを有することで、インシュレータ7aの位置がずれることを防止できる。また、図5に示すように、絶縁膜30は、ステータ6の側面に設けられる。
次に、図6および図7を用いて、第2樹脂部材52について詳細に説明する。図6および図7は、実施形態に係るモータ1の断面図を示す。図6では、図1におけるA-A線で切断した断面の一部を示し、図7では、図6のコイル10の周辺を拡大した図を示す。
ここで、図6に示すように、ステータ6の側面には、例えば、絶縁性の樹脂部材等を紛体塗装することによって形成される絶縁膜30が設けられる。具体的には、絶縁膜30は、ステータ6の内周面のうち、ロータ8と対向する面以外の面、すなわち、コア6aの内周面と、ティース6bの側面のうち、コイル10と対向する側面とに設けられる。つまり、複数の絶縁膜30それぞれは、周方向における複数のティース6bの側面それぞれに設けられる。このように、膜状の絶縁膜30で絶縁を行うことで、第1樹脂部材51および第2樹脂部材52を配置する体積を比較的多く確保することができる。
そして、図6に示すように、第2樹脂部材52は、第1樹脂部材51とコイル10との間の空隙を埋めるように設けられる。具体的には、第1樹脂部材51の突出部51bが、隣り合う2つのティース6b双方と接触することで、ロータ8へ第2樹脂部材52が流れ込まないように蓋の役割を担っている。
より具体的には、突出部51bは、径方向内側の一端51bbが隣り合う2つのティース6bのロータ8に近い先端部で接触する。これにより、第2樹脂部材52がロータ8側へ漏れ出ることを防止できるとともに、第2樹脂部材52の流し込む量を比較的多くできる。
また、図6に示すように、突出部51bは、径方向外側の一端51bcがコア6aの内周面に設けられた絶縁膜30の一部と接触する。これにより、隣り合う2つのティース6bの間に形成される空隙が、2つの空隙100a,100bに分断される。
そして、分断された各空隙100a,100bに、第2樹脂部材52を流し込んで硬化することで、空隙100a,100bが埋められる。なお、第2樹脂部材52は、空隙100a,100bに隙間なく埋められることが好ましいが、多少の隙間が残ってもよい。
また、第2樹脂部材52を硬化させて空隙100a,100bを埋めたが、例えば、予め固体状の第2樹脂部材52を製造しておき、空隙100a,100bに挿入してもよい。
また、突出部51bの一端51bcは、コア6aの内周面に設けられた絶縁膜30に接触したが、一端51bcは、絶縁膜30と必ずしも接触する必要はない。つまり、2つの空隙100a,100bに分断する必要はなく、もう一方の一端51bbがティース6bと接触して蓋がされていればよい。
また、図7の拡大図では、コイル10を形成する導線10aを示している。図7に示すように、導線10aを1本ずつ見た場合、各導線10a間には空隙100cが存在する。そこで、流動性の第2樹脂部材52を用いて、空隙100cにも第2樹脂部材52を設ける。
つまり、第2樹脂部材52は、コイル10を形成する導線10a間の空隙100cを埋めるように設けられる。これにより、コイル10が第2樹脂部材52と接する表面積を増大できるため、排熱効率をより向上させることができる。
上述したように、実施形態に係るモータ1は、複数のティース6bと、複数のコイル10と、複数の樹脂部材(第1樹脂部材51および第2樹脂部材52)とを備える。複数のティース6bは、周方向に沿って配置される。複数のコイル10は、複数のティース6bそれぞれを囲む。複数の樹脂部材(第1樹脂部材51および第2樹脂部材52)は、隣り合う2つのコイル10の間に形成される空隙100a,100bそれぞれに設けられる。これにより、隣り合う2つのコイル10の間に形成される空隙100a,100bが樹脂部材で埋められるため、コイル10の熱が樹脂部材を伝達して排熱される。つまり、コイル10間の空隙100a,100bを空気から樹脂部材に置き換えることでコイル10から空隙100a,100bへの熱伝導率を向上させることができるため、コイル10の熱を効率よく排熱することができる。さらに、排熱効率を向上させたことで、コイル10の巻数を増やしてマグネット8bのボリュームを減らすことができるため、モータ1の製品コストを下げることができる。
なお、上述した実施形態では、モータ1がブラシレスモータである場合について説明したが、モータ1は、ブラシ付きモータやステッピングモータなどの公知のモータであってもよい。
また、上述した実施形態では、隣り合う2つのコイル10の間に形成されたすべての箇所の空隙(図3では、6箇所)に第1樹脂部材51および第2樹脂部材52を設けたが、少なくとも一箇所に設ければよい。
また、上述した実施形態では、ステータ6の側面に絶縁膜30を設けたが、これに限定されず、例えば、ステータ6の側面にインシュレータ7aを設けてもよい。かかる点について、図8を用いて説明する。
図8は、変形例に係るモータ1の断面図である。図8に示すように、変形例に係るモータ1において、インシュレータ7aは、ステータ6の側面にも設けられる。つまり、上述の絶縁膜30に代えてインシュレータ7aを配置する。
具体的には、インシュレータ7aの突起部7aa(図5参照)が、ステータ6のZ軸正方向側の端部からZ軸負方向側の端部まで延在して設けられる。より具体的には、突起部7aaは、ステータ6におけるコア6aの内周面と、ティース6bの側面のうち、コイル10と対向する側面とに設けられる。なお、ステータ6のZ軸負方向側の端面は、インシュレータ7aが設けられてもよく、絶縁膜30が設けられてもよい。
そして、図8に示すように、突出部51bは、径方向外側の一端51bcがインシュレータ7aと接触する。これにより、隣り合う2つのティース6bの間に形成される空隙が、2つの空隙100a,100bに分断される。そして、分断された各空隙100a,100bに、第2樹脂部材52を流し込んで硬化することで、空隙100a,100bが埋められる。
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
1 モータ 2 回転軸 3 フレーム 4 外部端子 5 内部端子 6 ステータ 6a 金属部材(コア) 6b ティース 7a インシュレータ 8 ロータ 8a ヨーク 8b マグネット 10 コイル 10a 導線 30 絶縁膜 51 第1樹脂部材 51a ベース 51b 突出部 51ba 爪部 52 第2樹脂部材

Claims (6)

  1. 周方向に沿って配置された複数のティースと、
    前記複数のティースそれぞれを囲む複数のコイルと、
    環状のベースと、当該環状のベースから突出する複数の突出部と、を有する第1樹脂部材と、
    第2樹脂部材と、
    を備え
    前記複数の突出部はそれぞれ、前記複数のコイルのうち隣り合う2つのコイルの間にあり、
    前記第2樹脂部材は、前記隣り合う2つのコイルの間にある突出部と当該コイルとの間にあり、
    前記環状のベースは、軸方向において、前記複数のティースの端部に対向している、
    モータ。
  2. 前記環状のベースは、
    周方向において、前記複数の突出部のうち隣り合う2つの突出部によって隔てられる空間を有する、請求項1に記載のモータ。
  3. 前記第2樹脂部材は、
    前記コイルを形成する導線間の空隙を埋める、請求項1または2に記載のモータ。
  4. 前記突出部は、前記ティースと接触している、請求項1~3のいずれか1つに記載のモータ。
  5. 筒状の金属部材および当該金属部材の周方向に沿って配置される前記複数のティースを有するステータと、
    軸方向における前記複数のティースの端面それぞれに設けられる複数の絶縁部材と、
    周方向における前記複数のティースの側面それぞれに設けられる複数の絶縁膜と、を備える、請求項~4のいずれか1つに記載のモータ。
  6. 前記第1樹脂部材は、
    前記絶縁部材によって支持される、請求項5に記載のモータ。
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