JP2007274752A - ロータマグネットの製造方法、およびモータ - Google Patents

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Abstract

【課題】 ロータマグネットの外周面に溝部の切削を施しつつ、所定の磁束領域を安定して形成可能なロータマグネットの製造方法、およびモータを提供すること。
【解決手段】 ロータマグネット12の軸線方向Lの所定位置の外周面に周方向の溝部12cを切削部材70で切削することにより、ロータマグネット12を第1のマグネット部12aと第2のマグネット部12bとに分割して形成するロータマグネット12の製造方法において、切削部材70として、溝部12cを切削する溝切削突起部71と、ロータマグネット12の軸線方向Lの一方側端部12eを切削する第1の端部切削突起部72と、ロータマグネット12の軸線方向Lの他方側端部12fを切削する第2の端部切削突起部73とを備えた切削部材70を用いて、ロータマグネット12を第1のマグネット部12aと第2のマグネット部12bとに分割して形成することを特徴とするロータマグネット12の製造方法。
【選択図】 図2

Description

本発明は、ステッピングモータなどに用いるロータマグネットの製造方法、およびモータに関するものである。
PM型のステッピングモータは、例えば、図5に示すように、円筒状のステータ101の内側にロータマグネット104が位置するように構成されている。ステータ101は、軸線方向に重ねて配置された第1のステータ組102と第2のステータ組103とを備えており、これら各ステータ組102、103を構成するステータコア102a、102b、103a、103bは各々、ロータマグネット104の外周面に対向する極歯を備えている。
ここで、第1のステータ組102のステータコア102bと、第2のステータ組103のステータコア103bはと直接、接していることが多く、このような場合には、接触部分105にロータマグネット104からの磁束が収束し、ロータマグネット104の回転を妨げるような、大きなディティントルクが発生するという問題がある。このようなディティントルクは、振動やノイズを発生させる原因となるため好ましくない。そこで、ステータコア102b、103bの接触部分105に対向する領域が半径方向内側に凹んだ凹部104aが形成された、いわゆるダンベル形状のロータマグネット104が用いられる(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−324892号公報
このような構造のロータマグネット104を製造するには、例えば、磁性材料を射出成形する際に、ロータマグネット104の形状をダンベル形状に成形する方法がある。しかしながら、このような製造方法においては、射出成形可能な磁性材料しか使えず、また、磁性材料が高価であるとともに磁気性能が低いという問題がある。したがって、ストレート状のロータマグネット104を圧縮成形した後に、ロータマグネット104の外周面の一部を切削して凹部104aを形成してダンベル形状にする方法がある。
ロータマグネット104の外周面の一部を切削する方法としては、バイトと称される切削用の刃を具備した切削治具を切削用の機械に設置して切削する。一般的に、ロータマグネット104の外周面の一部を切削するために用いるバイトの形状は、図6に示すように切削刃111を備えたバイト110であり、この切削刃111をロータマグネット104の外周面に当接させて所定の一部を溝状に切削して凹部104aを形成する。しかしながら、ロータマグネット104の外周面に凹部104aを切削形成するたびに、ロータマグネット104の外周面に当接させるバイト110の切削刃111の位置がずれてしまい、同じ磁束領域を備えたロータマグネット104を安定して形成することができないといった問題がある。
特に第1のステータ組102に対向するロータマグネット104の外周面104bの長さと、第2のステータ組103に対向するロータマグネット104の外周面104cの長さのバラツキは、ロータマグネット104から発生する磁束領域の違いとなってしまうため、ロータマグネット104の外周面104b、104cから駆動コイル106に鎖交する磁束量に差が生じてしまう。したがって、このようなロータマグネット104を備えたステッピングモータ100では、モータの回転速度や位置精度のバラツキや振動やノイズが発生するといった問題がある。
以上の問題に鑑みて、本発明の課題は、ロータマグネットの外周面に溝部の切削を施しつつ、所定の磁束領域を安定して形成可能なロータマグネットの製造方法、およびモータを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明では、ロータマグネットの軸線方向の所定位置の外周面に周方向の溝部を切削部材で切削することにより、前記ロータマグネットを第1のマグネット部と第2のマグネット部とに分割して形成するロータマグネットの製造方法において、前記切削部材として、前記溝部を切削する溝切削突起部と、前記ロータマグネットの軸線方向の一方側端部を切削する第1の端部切削突起部と、前記ロータマグネットの軸線方向の他方側端部を切削する第2の端部切削突起部とを備えた切削部材を用いて、前記ロータマグネットを前記第1のマグネット部と前記第2のマグネット部とに分割して形成することを特徴とする。
本発明によれば、ロータマグネットの外周面に溝部の切削を施しつつ、所定の磁束領域をロータマグネットの第1のマグネット部と第2のマグネット部に安定して形成することができる。
また、本発明において、前記一方側端部と前記他方側端部は、前記第1のマグネット部と前記第2のマグネット部を残して、前記第1の端部切削突起部と前記第2の端部切削突起部によって当該端部が切削されていることが好ましい。このように構成すると、ロータマグネットの端部において、モータの回転に必要のない不要な部分を取り除く追加加工が不要となるので、工程の短縮および製造コストの低減を図ることができる。
また、本発明において、前記第1のマグネット部と前記第2のマグネット部との軸線方向の長さ寸法が等しいことが好ましい。このように構成すると、第1のマグネット部と第2のマグネット部との磁束領域のバラツキをなくしたロータマグネットを安定して形成することが可能となる。
また、本発明において、前記ロータマグネットの軸線方向の少なくとも一方の端面には、環状の凹部が形成されていることが好ましい。このように構成すると、ロータマグネットの端部の切削量を減らすことができるため、より短い時間でロータマグネットの端部の不要な部分を取り除くことができ、工程時間の短縮および製造コストの低減を図ることができる。また、切削後に残ったロータマグネットの端部の凹部はロータマグネットと回転軸との接着剤溜りとしても使用することができる。
また、本発明において、前記ロータマグネットは圧縮成形によって形成されていることが好ましい。このように構成すると、磁気性能に優れた磁性材料を用いたロータマグネットを製造することができる。
本発明では、本発明に係るロータマグネットの製造方法によって製造されたロータマグネットを有するモータにおいて、前記ロータマグネットの周りには、前記第1のマグネット部に対向する極歯を備えた第1のステータと、前記第2のマグネット部に対向する極歯を備えた第2のステータとが軸線方向で重ねて配置された円筒状のステータが配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、ロータマグネットの第1のマグネット部と第2のマグネット部との磁束領域のバラツキをなくしたロータマグネットを備えたモータを構成することができるので、モータの回転速度や位置精度のバラツキおよび振動やノイズの発生を抑制することができる。また、不要な端部を取り除いたロータマグネットを備えることができるので、モータの全長を小さくすることができる。
また、本発明において、前記ロータマグネットには回転軸が固着されていることが好ましい。ロータマグネットの端部には凹部が形成され、この凹部が接着剤溜りとして使用することができるので、回転軸とロータマグネットとの固着高度を高めることができる。
本発明では、ロータマグネットの外周面に溝部の切削を施しつつ、所定の磁束領域を安定して形成することができる。
以下に、図面を参照して、本発明を適用したロータマグネットの製造方法およびステッピングモータを説明する。
[実施の形態1]
図1は、本発明が適用されるステッピングモータの構造を示す断面図である。
(モータの構成)
図1に示すように、本形態のモータ1は、PM型ステッピングモータであり、回転軸11に外周面に固着された円筒状のロータマグネット12を備えたロータ10と、ロータ10を囲むように配置された円筒状のステータ20とを有している。
ステータ20は、コイル21が巻回された環状の第1のボビン22aと第2のボビン22bとが回転軸11の軸線方向Lに重ねて配置されている。第1のボビン22aにおいて、回転軸11の軸線方向Lの両側には、環状の内ステータコア23aおよび外ステータコア24aが重ねて配置され、第2のボビン22bにおいて、回転軸11の軸線方向Lの両側には、環状の内ステータコア23bおよび外ステータコア24bが重ねて配置されている。第1のボビン22aの内周面では、内ステータコア23aの複数の極歯25aと外ステータコア24aの複数の極歯26aが周方向に噛み合うように並んだ状態で配置されている。第2のボビン22bの内周面では、内ステータコア23bの複数の極歯25bと外ステータコア24bの複数の極歯26bが周方向に噛み合うように並んだ状態で配置されている。なお、第1のボビン22aおよび第2のボビン22bは、樹脂部材で構成されており、内ステータコア23a,23b及び外ステータコア24a,24bは、いずれも磁性金属部材で構成されている。
このように、コイル21,第1のボビン22a,内ステータコア23a,外ステータコア24aからなる第1のステータ20aと、コイル21,第2のボビン22b,内ステータコア23b,外ステータコア24bからなる第2のステータ20bとによってステータ20が構成されている。
ここで、第1のステータ20aと第2のステータ20bは直接、重ねられており、第1のステータ20aの内ステータコア23aと第2のステータ20bの内ステータコア23bは、接触部分30で直接、接している。なお、内ステータコア23aと内ステータコア23bは溶接などで接合されている。
ステータ20の両端面のうち、出力側端面に位置する第1のステータ20aの外ステータコア24aには、モータ1を機器に搭載する際の固定板などとして利用される第1の端板40が固定されており、第1の端板40には孔40aが形成されている。孔40aには、回転軸11を出力側で回転可能に支持する円筒状の第1のラジアル軸受50が固着されており、第1のラジアル軸受50は、第1の端板40を介してステータ20の出力側端面に固定されている。
また、ステータ20の反出力側端面に位置する第2のステータ20bの外ステータコア24bには、第2の端板41が固定されており、第2の端板41には孔41aが形成されている。孔41aには、回転軸11を反出力側で回転可能に支持する円筒状の第2のラジアル軸受51が固着されており、第2のラジアル軸受51は、第2の端板41を介してステータ20の反出力側端面に固定されている。
また、第1のラジアル軸受50とロータマグネット12の出力側端面との間には樹脂製のワッシャ60が配置され、同様に第2のラジアル軸受51とロータマグネット12の反出力側端面との間には樹脂製のワッシャ61が配置されて、ロータ10の軸線方向Lへの移動を規制している。
ロータ10は、回転軸11の基端側(反出力側)の外周面にロータマグネット12が固着されており、このロータマグネット12は、ステータ20の各極歯25a,26a,25b,26bと所定の間隔を隔てて対向配置されている。
(ロータマグネットの詳細説明)
このように構成したモータ1において、本形態では、ロータマグネット12は、外径寸法が軸線方向Lで一定に形成された略円筒形状を有している。また、ロータマグネット12は、軸線方向Lで第1のステータ20aの内ステータコア23aと外ステータコア24aの各極歯25a、26aに対向する第1のマグネット部12aと、第2のステータ20bの内ステータコア23bと外ステータコア24bの各極歯25b、26bに対向する第2のマグネット部12bとを備えている。また、ロータマグネット12には、第1のマグネット部と第2のマグネット部との間において、第1のステータ20aの内ステータコア23aと第2のステータ20bの内ステータコア23bとの接触部分30に対向する領域に位置する箇所に周方向の溝部12cが形成されている。ここで、図1に示すようにロータマグネット12の第1のマグネット部12aの軸線方向の長さ<A>と、第2のマグネット部12bの軸線方向の長さ<B>とは、予め所定の磁束領域となるように形成されており、本実施の形態では同じ長さに形成されている。
(ロータマグネットの製造方法)
次にロータマグネット12の製造方法について、図2(a)、(b)(c)を用いて説明する。図2(a)は、成形後のロータマグネットの断面図である。図2(b)は、本形態のロータマグネットの製造方法で用いる切削部材の断面図である。図2(c)は、図2(b)に示す切削部材を用いて切削したロータマグネットを説明する断面図である。
本形態のロータマグネット12は、圧縮成形によって形成した永久磁石であって、例えばネオジム等の希土類磁石によって構成されており、希土類磁石からなる磁粉に樹脂等の結合剤を混合し、図示しない金型内にて圧縮成形することによって図2(a)に示すように外径寸法が軸線方向Lで一定となるように略円筒形状に形成されている。希土類磁石を用いた圧縮成形では、磁性粉体を高密度に充填することができるため、射出成形に比べて、磁性粉体の密度を高めたロータマグネット12を形成することができる。また、このように形成されたロータマグネット12は高い磁気特性を備えているので、圧縮成形で形成したロータマグネット12を備えたモータ1は、薄型化、小型化を維持しながら高出力化を図ることができる。なお、ロータマグネット12の半径方向の略中心位置には、回転軸11の基端側(反出力側)が挿入されて固着部となる軸孔12dが圧縮成形時に貫通形成されている。
次に、ロータマグネット12の外周面に周方向の溝部12cを切削形成する。このような切削を施す切削工程を行うにあたって、本形態では、切削部材70として、図2(b)に示すようにロータマグネット12の外周面に溝部12cを切削する溝切削突起部71と、ロータマグネット12の一方側端部12eを切削する第1の端部切削突起部72と、ロータマグネット12の他方側端部12fを切削する第2の端部切削突起部73とを備えた切削部材70を用いる。なお、この切削部材70は、図示を省略した切削用の機械に取り付けられて、ロータマグネット12の所定の箇所に溝部12cを切削形成するとともに、ロータマグネット12の一方側端部12eと他方側端部12fの不要部分12gを切削して取り除く。
このように形成されたロータマグネット12は、着磁工程において、その外周面にN極とS極とが周方向に交互に多極着磁される。
本形態では、溝切削突起部71の軸線方向Lの長さ<c>は、ロータマグネット12をモータ1に組み込んだ際に、図1に示す第1のステータ20aの内ステータコア23aと第2のステータ20bの内ステータコア23bとの接触部分30に対向する位置であって、この接触部分30の長さ<C>と同じ長さに溝部12cを形成できるように設定されている。また、溝切削突起部12cと第1の端部切削突起部72との間の長さ<a>と、溝切削突起部71と第2の端部切削突起部72との間の長さ<b>は、予め所定の磁束領域をロータマグネット12の第1のマグネット部12aと第2のマグネット部12bに形成可能に設定されており、本実施の形態ではロータマグネット12の第1のマグネット部12aと第2のマグネット部12bの長さが等しくなるように同じ長さとなっている。
このような切削部材70を用いてロータマグネット12の外周面に周方向の溝部12cを切削することにより、ロータマグネット12は、図2(c)に示すように、その外周面であって軸線方向Lの略中央位置に溝部12cが形成されるとともに、ロータマグネット12の一方側端部12eと他方側端部12fにおいて、モータ1の回転に必要のない不要部分12g(図2(a)参照)は、切削部材70の第1の端部切削突起部72と第2の端部切削突起部73によって切削されて取り除かれる。すなわち、このような切削部材70を用いれば、ロータマグネット12に第1のマグネット部12aと第2のマグネット部12bとを分割して形成することができ、さらに、第1のマグネット部12aの長さ<A>と第2のマグネット部12bの長さ<B>とを同じ長さ寸法に形成することができる。
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態では、切削部材70として、ロータマグネット12の外周面に溝部12cを切削する溝切削突起部71と、ロータマグネット12の一方側端部12eを切削する第1の端部切削突起部72と、ロータマグネット12の他方側端部12fを切削する第2の端部切削突起部73とを備えた切削部材70を用いてロータマグネット12を製造する。このため、ロータマグネット12の外周面に溝部12cを切削しつつ、ロータマグネット12の両端部の不要部分12gを取り除くと同時に、第1のマグネット部12aと第2のマグネット部とに分割して形成することができる。
また、切削部材70は、溝切削突起部12cと第1の端部切削突起部72との間の長さと、溝切削突起部71と第2の端部切削突起部72との間の長さとを同じ長さにしてあるので、第1のマグネット部12aと第2のマグネット部との軸線方向の長さ寸法を等しくすることができる。このため、ロータマグネット12は切削部材70自体の精度を確保しておくだけで、磁束領域のバラツキを抑えたロータマグネット12を安定して製造することができる。
さらに、このように製造したロータマグネット12は、第1のマグネット部12aと第2のマグネット部の軸線方向の長さが等しいので、第1のマグネット部12aと第2のマグネット部の磁束領域にバラツキがない。そのため、このように製造したロータマグネット12をモータ1に組み込んだ場合、モータの回転速度や位置精度のバラツキ、振動やノイズの発生を防ぐことができる。
[実施の形態2]
ロータマグネットの別の製造方法について、図3(a)、(b)を用いて説明する。図3(a)は、成形後にロータマグネットの両端面に凹部を形成したロータマグネットの断面図である。図3(b)は、図3(a)のロータマグネットを図2(b)に示した切削部材を用いて切削したロータマグネットの断面図である。なお、本形態のロータマグネットは、基本的な構造は実施の形態1のロータマグネットと同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示することとして、それらの詳細な説明を省略する。
図3(a)に示すロータマグネット12も、実施の形態1と同様、圧縮成形によって形成した永久磁石であって、例えばネオジム等の希土類磁石によって構成されており、希土類からなる磁粉に樹脂等の結合剤を混合し、図示しない金型内にて圧縮成形することによって外径寸法が軸線方向Lで一定となるように略円筒形状に形成されている。
本形態では、ロータマグネット12の出力側端面と反出力側端面には、環状の凹部12hが形成されている。この凹部12hは、ロータマグネット12を圧縮成形にて略円筒形状に形成した後に、ロータマグネット12の出力側端面と反出力側端面を切削して形成している。
このようにロータマグネット12の両端面に環状の凹部12hが形成されたロータマグネット12の一方側端部12eと他方側端部12fは、永久磁石の厚さが実施の形態1のロータマグネット12と比べて薄くなっている。したがって、切削部材の第1の端部切削突起部と第2の端部切削突起部によって切削する切削量を減らすことができるので、短時間でロータマグネット12の一方側端部12eと他方側端部12fにおける不要部分12gを取り除くことができ、切削工程の時間短縮および製造コストの低減を一層図ることが可能である。
また、図3(b)に示すようにロータマグネット12の一方側端部12eと他方側端部12fの不要部分12gを切削して取り除いたあとのロータマグネット12の出力側端面と反出力側端面の凹部12hは、ロータマグネット12と回転軸11との接着剤溜りとして使用することができるので、ロータマグネット12と回転軸11の固着強度を高めることができる。さらに、ロータマグネット12と回転軸11との固着に使用された接着剤の余剰分が、周囲に拡散されることなく凹部で保持することができるので、接着剤漏れによってモータの駆動に支障をきたす虞がない。
[他の実施の形態]
上記実施の形態1及び実施の形態2では、ロータマグネット12の一方側端部12eと他方側端部12fの不要部分12gを全て切削して取り除いたが、図4(b)に示すように一方側端部12eと他方側端部12fの不要部分12gの一部のみを切削するようにしても良い。なお、このようなロータマグネット12を製造するにあたっては、図4(a)に示すように切削部材70は、溝切削突起部71と、第1の端部切削突起部72と、第2の端部切削突起部73の半径方向の長さが略同一のものであれば良い。
また、上記実施の形態2では、環状の凹部12hは、ロータマグネット12を圧縮成形にて略円筒形状に形成した後に、ロータマグネット12の両端面を切削して凹部12hを形成したが、圧縮成形時に金型内で凹部12hを形成してもよい。さらに、上記実施の形態2では、環状の凹部12hは、ロータマグネット12の出力側端面と反出力側端面の両端面に形成しているが、出力側端面と反出力側端面のいずれか一方だけに凹部12hを形成してもよい。
さらに、図2(b)および図4(a)に示した切削部材70の形状は、これに限らず、溝切削突起部71と、第1の端部切削突起部72と、第2の端部切削突起部73とを備えているものであれば如何なる形状でも良い。
本発明が適用されるステッピングモータの構造を示す断面図である。 (a)は、成形後のロータマグネットの断面図である。(b)は、本形態のロータマグネットの製造で用いる切削部材の断面図である。(c)は、(b)に示す切削部材を用いて切削されたロータマグネットを説明する断面図である。 (a)は、成形後にロータマグネットの両端面に凹部を形成したロータマグネットの断面図である。(b)は、(a)のロータマグネットを図3に示した切削部材を用いて切削したロータマグネットの断面図である。 (a)は、本形態のロータマグネットの製造で用いる別の切削部材の断面図である。(b)は、(a)に示す切削部材を用いて切削したロータマグネットの断面図である。 従来のステッピングモータの構造を示す断面図である。 従来のロータマグネットの製造に用いる切削部材の断面図である。
符号の説明
1 モータ
10 ロータ
11 回転軸
12 ロータマグネット
12a 第1のマグネット部
12b 第2のマグネット部
12c 溝部
12d 軸孔
12e 一方側端部
12f 他方側端部
12g 不要部分
12h 凹部
20 ステータ
20a 第1のステータ
20b 第2のステータ
70 切削部材
71 溝部切削突起部
72 第1の端部切削突起部
73 第2の端部切削突起部

Claims (7)

  1. ロータマグネットの軸線方向の所定位置の外周面に周方向の溝部を切削部材で切削することにより、前記ロータマグネットを第1のマグネット部と第2のマグネット部とに分割して形成するロータマグネットの製造方法において、
    前記切削部材として、前記溝部を切削する溝切削突起部と、前記ロータマグネットの軸線方向の一方側端部を切削する第1の端部切削突起部と、前記ロータマグネットの軸線方向の他方側端部を切削する第2の端部切削突起部とを備えた切削部材を用いて、前記ロータマグネットを前記第1のマグネット部と前記第2のマグネット部とに分割して形成することを特徴とするロータマグネットの製造方法。
  2. 請求項1において、前記一方側端部と前記他方側端部は、前記第1のマグネット部と前記第2のマグネット部を残して、前記第1の端部切削突起部と前記第2の端部切削突起部によって当該端部が切削されていることを特徴とするロータマグネットの製造方法。
  3. 請求項1または2において、前記第1のマグネット部と前記第2のマグネット部との軸線方向の長さ寸法が等しいことを特徴とするロータマグネットの製造方法。
  4. 請求項1から3のいずれか1項において、前記ロータマグネットの軸線方向の少なくとも一方の端面には、環状の凹部が形成されていることを特徴とするロータマグネットの製造方法。
  5. 請求項1から4のいずれか1項において、前記ロータマグネットは圧縮成形によって形成されていることを特徴とするロータマグネットの製造方法。
  6. 請求項1から5のいずれか1項に記載のロータマグネットの製造方法によって製造されたロータマグネットを有するモータにおいて、
    前記ロータマグネットの周りには、前記第1のマグネット部に対向する極歯を備えた第1のステータと、前記第2のマグネット部に対向する極歯を備えた第2のステータとが軸線方向で重ねて配置された円筒状のステータが配置されていることを特徴とするモータ。
  7. 請求項6において、前記ロータマグネットには回転軸が固着されていることを特徴とするモータ。
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