JP2010098909A - 電動モータの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】直流モータの回転子の組み付け性を向上する。
【解決手段】まず、ケース21に軸受け23および磁性体部材を嵌め込む。その後の工程で、磁性体部材を磁化して磁性体部材を永久磁石22にする。次の工程で、ケース21のうち軸線方向後端側にガイド治具40を装着する。次の工程で、ガイド治具40の穴部40a内に回転子10を挿入する。このとき、回転子10のうちコア12がガイド治具40のうち穴部40aを形成する穴形成部40sにより案内される。これに伴い、回転子10のうち回転軸11の先端側が軸受け23の穴部23a内に挿入される。その後、回転子10のうち回転軸11の先端側がケース21の軸線方向先端側から突出することになる。次の工程で、ガイド治具40を軸線方向の後端側に移動させてガイド治具40をケース21から外す。次の工程で、ケース21に対してエンドフレーム30を嵌め込む。
【選択図】図6

Description

本発明は、電動モータの製造方法に関するものである。
従来、電動モータでは、筒状に形成されたケースと、ケースの内側に配置されている永久磁石と、ケース内に配置されている回転子と、ケースの軸線方向一方側に配置されて回転子の回転軸を回転自在に支持する軸受けとを備えるものがある(例えば、特許文献1参照)。
回転子は、磁性体から成形されて回転軸に支持されているコアと、このコアに回巻きされて通電により永久磁石からの磁界に基づき電磁力として回転力を発生する電磁コイルとから構成されている。軸受けは、ケースの軸線方向一方側に配置されている。軸受けはその穴部に回転軸が貫通された状態で回転軸を回転自在に支持する。
特開2001−61252号公報
本発明者は、上述の電動モータの製造方法について鋭意検討したところ、次のような問題点があることが分かった。
ケースに永久磁石と軸受けとを装着した状態で、ケースの軸線方向他方側の開口部から回転子を挿入して回転軸の先端部を軸受けの穴部に挿入する際に、永久磁石の磁力により回転子のコアが永久磁石に引き付けられる。
このため、永久磁石の磁力に対抗するために、回転子を過大な力で支えながら、回転子を軸受けの穴部に挿入することが必要になる。これに伴って、回転軸の先端部で軸受けに強く擦って傷をつける場合がある。このため、当該傷が原因で軸受けに対する回転軸の円滑な摺動が妨げられ、回転軸の回転に伴って異音が生じることがある。
本発明は上記点に鑑みて、軸受けの穴部に回転軸をスムーズに挿入できるようにした電動モータの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、ケース(21)の軸線方向一方側に軸受け(23)を配置する第1の工程(S100)と、
ケース(21)の径方向内側に磁石(22)を配置する第2の工程(S110、S115)と、
第1、第2の配置工程の終了後に、ケース(21)の軸線方向他方側の開口部(21b)から回転子(10)を挿入して回転軸(11)を軸受け(23)の穴部に挿入させる第3の工程(S130)と、
第3の工程の実施に先だって、回転子(10)を貫通させるガイド穴(40a)を有するガイド治具(40)をケース(21)の軸線方向他方側に装着する第4の工程(S120)を備え、
第3の工程(S130)では、ガイド治具(40)のガイド穴(40a)内に回転子(10)を挿入することにより、ガイド治具(40)のうちガイド穴(40a)を成形する穴成形部(40s)によって回転子(10)が案内されて回転軸(11)の先端側を軸受け(23)の穴部(23a)に挿入させることを特徴とする。
これにより、ガイド治具により回転子が案内されて回転軸の先端側を軸受けの穴部に挿入することができるので、回転軸をスムーズに軸受けの穴部に挿入することができる。
ここで、ケースの径方向内側に磁石を配置する第2の工程とは、着磁していない状態の磁性体部材をケースの径方向内側に配置した後に前記磁性体部材を着磁して前記磁性体部材を磁石にする工程と、着磁済みの磁性体部材(すなわち、磁石)をケースの径方向内側に配置する工程とのうちいずれか一方の工程である。
請求項2に係る発明では、第4の工程(S120)では、ガイド治具(40)をケース(21)に装着してガイド治具(40)の位置決め部(41)によりケース(21)に対するガイド治具(40)の径方向の位置を決めることを特徴とする。
これにより、ガイド治具を介してケースに対する回転子の位置を決めることができる。したがって、ケースに対する回転子の位置を決めた状態でガイド治具により回転子を案内して回転軸を軸受けの穴部に挿入することができる。このため、回転軸をよりスムーズに軸受けの穴部に挿入することができる。
請求項3に係る発明では、第4の工程(S120)では、ガイド治具(40)の位置決め部(41)がケース(21)の径方向内側に対してガイド治具(40)の位置を決めることを特徴とする。
請求項4に係る発明では、第4の工程(S120)では、ガイド治具(40)をケース(21)に装着してガイド治具(40)の突出部(42)がケース(21)の開口部(21b)から軸線方向他方側に突出した状態にして、
第3の工程(S130)では、ガイド治具(40)の突出部(42)がケース(21)の開口部(21b)から軸線方向他方側に突出した状態で、ガイド治具(40)のガイド穴内に回転子(10)を挿入し、
第3の工程(S130)の終了後で、ガイド治具(40)をケース(21)から外す第5の工程(S140)を備えることを特徴とする。
これにより、ガイド治具の軸線方向端部がケースの開口部からに突出しているので、第3の工程の終了後で、ガイド治具を容易にケースから外すことができる。
請求項5に係る発明では、第4の工程(S120)では、ガイド治具(40)を前記ケース(21)に装着してガイド治具(40)のつば部(42a)が突出部(42)から径方向外側に突出した状態にして、ケース(21)に対するガイド治具(40)の軸線方向の位置を決めることを特徴とする。
これにより、磁石に対して隙間を開けてガイド治具を装着することが可能になるので、ガイド治具を磁石に接触させて磁石に傷を付けることを未然に防ぐことができる。
請求項6に係る発明では、第5の工程(S140)の終了後に、ケース(21)の軸線方向他方側の開口部をエンドフレーム(30)により閉鎖する第6の工程(S150)を備えることを特徴とする。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
(第1実施形態)
図1、図2に本発明の一実施形態に係る直流モータの概略構成を示す。
図1は直流モータのうちケースの一部を破って内部構造を示している。図2(a)に、ケースから回転子を取り出した状態で図1中矢印Y方向から回転子を視た図を示し、図2(b)に、図2(a)中A−A断面図を示す。
本実施形態の直流モータは、回転子10、固定子20、およびエンドフレーム30から構成されている。
回転子10は、回転軸11を備える。回転軸11は、ステンレス、鉄等の磁性体材料から形成され、当該直流モータの回転トルクを出力する。回転軸11は、図2(a)、(b)に示すように、コア12に貫通している。コア12は、鉄等の磁性体材料からなるものである。コア12には、図2(a)に示すように、複数(図2(a)中3つ)の突出部12a(ティース)が設けられている。複数の突出部12aは、回転軸11を中心として放射状(図2(a)中矢印T方向)にそれぞれ突出して断面T字状に形成されている。複数の突出部12aには、それぞれ複数の電磁コイル13が巻かれている。
ここで、突出部12aのそれぞれの表面には、インシュレータ14が設けられている。インシュレータ14は、電気絶縁性を有する樹脂材料からなるもので、突出部12aの表面を覆うように薄膜状に形成され、各突出部12aと各電磁コイル13との間を電気的に絶縁する。
コミンテータ15は、複数の電磁コイル13の各端部が接続され、後述するように、ブラシが摺動して複数の電磁コイル13のうち電流を流す電磁コイル13を切り替える。
固定子20は、ケース21、永久磁石22、および軸受23から構成されている。
ケース21は、鉄等の磁性体材料からなり、磁気回路を形成するヨークをなすものである。ケース21は、円筒筒状に形成されている。ケース21のうち軸線方向の一端側には、底部21aが設けられている。ケース21うちの軸線方向の他端側には、開口部21bが設けられている。
ケース21は、回転軸11の先端側が底部21aの貫通穴を外側に貫通している状態で回転子10を収納している。回転子10の回転軸11は、その軸線方向がケース21の軸線方向に一致するように配置されている。
永久磁石22は、円筒形に形成されているものであって、ケース21の径方向内側に配置されている。永久磁石22は、その軸線方向がケース21の軸線方向に一致するように配置されている。永久磁石22は、圧入(しまりばめ)等によりケース21に対して固定されている。永久磁石22は、後述するように回転子10の電磁コイル13に磁界を与える。
軸受23は、圧入(しまりばめ)等により、ケース21の底部21aの貫通穴内に固定されている。軸受23は、穴部23aを有しており、軸受23は、穴部23aに回転軸11が貫通した状態で回転軸11を回転自在に支持する。軸受23は、油が予め含浸され、この含浸された油が徐々に染み出て油を回転軸11に与えることにより回転軸11を円滑に回転させる。
エンドフレーム30は、蓋部を構成するもので、ベース部31、軸受32、電源端子33a、33b、およびブラシ34から構成されている。ベース部31は、円板状に形成されて、ケース21の開口部21bに嵌合されている。軸受32は、ベース部31によって支持されて、軸受23と同様、油が予め含浸されているものであって、回転軸11の後端側(すなわち、先端側に対して反対側)を回転自在に支持する。
電源端子33a、33bは、ベース部31によって支持されて、外部から電力が与えられるものである。ブラシ34は、ベース部31によって支持されて、コミンテータ15に対して摺動することにより、電源端子33a、33bを通して与えられる電力をコミンテータ15に付与する。
次に、本実施形態の直流モータの概略作動について説明する。
まず、電源端子33a、33bの間にバッテリから電源電圧が与えられると、電源端子33a、33b、ブラシ34、およびコミンテータ15を介して、バッテリと電磁コイル13との間に電流が流れる。このとき、永久磁石から磁界が電磁コイル13に与えられる。これに伴い、回転子10の電磁コイル13には電磁力として回転力が発生する。これにより、回転子10の回転軸11が回転することになる。
次に、本実施形態の直流モータの組み立ての説明に先立って、直流モータの組み立てに用いるガイド治具について図3を参照して説明する。
図3(a)はガイド治具40の正面図であって、軸線43より上側を破って内部を示している。図3(b)は右側面図であり、図3(a)は左側面図である。
ガイド治具40は、鉄等の金属材料からなるもので、穴部40aを有するリング状に形成されている。具体的には、ガイド治具40は、小径部41と大径部42とから構成されている。小径部41と大径部42とは、それぞれ、リング状に形成され、軸線方向に並べられている。
大径部42の径方向外側のうち軸線43を中心とする半径r2は、小径部41の径方向外側のうち軸線43を中心とする半径r1に比べて大きい。大径部42の径方向内側のうち軸線43を中心とする半径r4は、小径部41の径方向外側のうち軸線43を中心とする半径r3に比べて大きい。
ガイド治具40には、面取り部400、401、402、403が設けられている。面取り部400は、図3(a)、(c)に示すように、小径部41のうち軸線方向先端側に設けられている。面取り部400は、小径部41の径方向外側のうち軸線43を中心とする半径r1が軸線方向後端側に向かうほど大きくなるように形成されている。
面取り部401は、図3(a)、(c)に示すように、大径部42のうち軸線方向先端側に設けられている。面取り部401は、大径部42の径方向外側のうち軸線43を中心とする半径r2が軸線方向後端側に向かうほど大きくなるように形成されている。
面取り部402は、図3(a)、(b)に示すように、大径部42のうち軸線方向後端側に設けられている。面取り部402は、大径部42の径方向外側のうち軸線43を中心とする半径r2が軸線方向後端側に向かうほど小さくなるように形成されている。
面取り部403は、図3(a)、(b)に示すように、大径部42のうち軸線方向後端側に設けられている。面取り部403は、大径部42の径方向内側のうち軸線43を中心とする半径r4が軸線方向後端側に向かうほど大きくなるように形成されている。
ガイド治具40は、後述するように、小径部41がケース21内に挿入された状態で、ケース21内の軸受け23の穴部23aに回転子10の回転軸11を挿入させるように回転子10を案内する。
次に本実施形態の直流モータの製造方法について図4〜図8を参照して説明する。図4は直流モータの組み立て工程を示す工程図である。図5はケース21の上側半分の内部を示す破断図、図6はケース21に回転子10を挿入した状態の上側半分の内部を示す破断図、図7は回転子10単体を示す図、図8はエンドフレーム30単体を示す図である。
最初に、ケース21、回転子10、軸受け23、磁性体部材、エンドフレーム30、およびガイド治具40をそれぞれ別々に用意する。
ここで、磁性体部材は、永久磁石22の材料をなす円筒形のもので、着磁(すなわち、磁化)していないものである。
まず、ステップS100の工程で、ケース21の開口部21bからケース21内に軸受け23を挿入して、ケース21の底部21aの貫通穴内に軸受け23を嵌め込む。
次のステップS110の工程で、ケース21の開口部21bからケース21の径方向内側に磁性体部材を挿入して、この磁性体部材をケース21内に嵌め込む。
以上により、図5に示すように、磁性体部材および軸受け23がケース21に嵌め込まれることになる。なお、図5中符号22が磁性体部材を示している。
次のステップS115の工程で、ケース21に嵌め込まれた状態の磁性体部材を着磁して前記磁性体部材を永久磁石22にする。
次のステップS120の工程で、ケース21のうち軸線方向後端側(すなわち、軸線方向の他方側)にガイド治具40を挿入する。このとき、ガイド治具40は、その面取り部400により導かれて軸線方向先端側に進む。その後、ガイド治具40のうち大径部42がケース21のうち軸線方向後端側に接触する。これにより、ケース21にガイド治具40を装着されることになる。
このとき、ガイド治具40のうち小径部41がケース21のうち径方向内側に位置する。これにより、小径部41がその径方向外側によってケース21の径方向内側に接触する。このため、小径部41が位置決め部として、ケース21に対するガイド治具40の径方向の位置を決めることになる。
これに加えて、ガイド治具40のうち大径部42は、ケース21の開口部21bから軸線方向後端側に突出する突出部を構成する。ここで、大径部42のうちケース21に対して径方向外側の突出するつば部42a(図3(a)参照)が、ケース21の軸線方向の後端部に接触する。
これにより、ケース21に対するガイド治具40の軸線方向の位置を決めることができる。このとき、ガイド治具40が永久磁石22に対して隙間S(図6参照)を介して向き合うことになる。
次のステップS130の工程で、ガイド治具40を用いて、回転子10(図7参照)をケース21内に収納する。
具体的には、ガイド治具40の穴部40a内に回転子10を入れる。ここで、回転子10は、ガイド治具40の面取り部403(図3参照)により案内されて軸線方向先端側に進む。このとき、ガイド治具40の穴部40a内に回転子10が、すきまばめの状態で、嵌め込まれる。
これに伴い、ケース21の軸線方向に対する回転子10の回転軸11の傾きを最小限に抑えることができる。すなわち、回転子10の回転軸11を軸受け23の位置に合わせることができる。
次に、回転子10を軸線方向の先端側に押すと、回転子10のうちコア12がガイド治具40のうち穴部40aを形成する穴形成部40s(図6参照)により案内される。これに伴い、回転子10のうち回転軸11の先端側が軸受け23の穴部23a内に挿入される。その後、回転子10のうち回転軸11の先端側がケース21の軸線方向先端側から突出することになる。
次のステップS140の工程では、作業員は、ガイド治具40の大径部42のつば部42aを持って、ガイド治具40を軸線方向の後端側に移動させてガイド治具40をケース21から外す。
次のステップS150の工程で、ケース21に対してエンドフレーム30(図8参照)を嵌め込む。
以上説明した本実施形態によれば、ケース21内にガイド治具40を装着した状態で、ガイド治具40が、回転子10を案内して、回転軸11をケース21内の軸受け23の穴部23aに挿入させる。
ここで、ガイド治具40を用いないで、回転子10をケース21内に組み付ける際には、永久磁石22から発生する磁力により回転子10のコア12や回転軸11が引き付けられる。特にコア12が永久磁石22に引き付けられる。
このように永久磁石22の磁力により回転子10が引き付けられるので、回転軸11がケース21の軸線方向に対して傾くことになる。
ここで、直流モータとしては、その作動音を低減するため、回転軸11と軸受け23との間のクリアランスを通常数μmと極小に設定されている。このため、作業者は、永久磁石22の磁力に耐えながら回転軸11の先端部11aを軸受け23の穴部23aに挿入することが必要になるので、回転軸11の先端部11aを軸受け23の穴部23aの位置に合わせることが困難になる。
ここで、作業者は、永久磁石22の磁力に耐えて回転子10の傾きを修正しながらの回転子10を規定の位置まで挿入することが必要になるので、作業者は回転子10に過大な力を加え、軸受け23の穴部23aを回転軸11で強く擦ったり、穴部23aを回転軸11でこじりながら挿入することになる。
このような作業により、穴部23aが寸法変化(回転軸11と軸受け23との間のクリアランス拡大や、穴部23aの真円度の悪化などが発生)し、軸受け23に対する回転軸11の円滑な摺動ができなくなる。これに伴い、直流モータとして作動音が大きくなったり、異音が発生したりする。
これに対し、本実施形態では、上述の如く、ガイド治具40がケース21内の軸受け23の穴部23aに回転子10の回転軸11を挿入させるように回転子10を案内する。したがって、ケース21に回転子10をスムーズに組み付けることができるので、ケース21に対する回転子10の組み付け性を向上することができる。
本実施形態では、ガイド治具40の大径部42のつば部42aが、ケース21に対するガイド治具40の軸線方向の位置を決めることができる。このとき、ガイド治具40が永久磁石22との間に隙間Sを開けることができる。このため、
ガイド治具40をケース21に装着した際にガイド治具40が永久磁石22に接触して永久磁石22に傷を付けることを防ぐことができる。
本実施形態では、ガイド治具40としては、金属材料からなるものを用いている。ケース21にガイド治具40を挿入する際や、ガイド治具40に回転子10を挿入する際に、ガイド治具40が摩耗することを抑制できる。このため、ガイド治具40の摩耗により寿命が短くなったり、摩耗屑がモータ内に混入したりすることを防ぐことができる。
本実施形態では、ケース21にガイド治具40を装着したときに、ガイド治具40のうち大径部42がケース21の開口部21bから軸線方向後端側に突出する。これに加えて、大径部42のうちつば部42aがケース21に対して径方向外側に突出する。このため、作業員は、ガイド治具40の大径部42のつば部42aを持って、ガイド治具40を容易にケース21から外すことができる。
(他の実施形態)
上述の実施形態では、ケース21の径方向内側に永久磁石22を配置する第2の工程として、ケース21の径方向内側に磁性体部材を配置するステップS110の工程と、ケース21に嵌め込まれた状態の磁性体部材を着磁して前記磁性体部材を永久磁石22にするステップS115の工程とからなる例について説明したが、これに代えて、ケース21の径方向内側に永久磁石22を配置する第2の工程として、着磁済みの磁性体部材を用意し、この着磁済みの磁性体部材を永久磁石22としてケース21の径方向内側に配置するようにしてもよい。
上述の実施形態では、ガイド治具40がケース21のうち径方向内側に接触して、ケース21に対するガイド治具40の径方向の位置を決めるようにした例を示したが、これに代えて、ガイド治具40がケース21のうち径方向外側に接触して、ケース21に対するガイド治具40の径方向の位置を決めるようにガイド治具40を構成してもよい。
上述の実施形態では、ガイド治具40としては、金属材料からなるものを用いた例を示したが、これに限らず、ガイド治具40としては、樹脂材料からなるものを用いてもよい。
上述の実施形態では、本発明に係る電動モータを直流モータに適用した例を示したが、これに代えて、本発明に係る電動モータを交流モータ、ステッピングモータ等の各種のモータに適用してもよい。
本発明の一実施形態における直流モータの部分断面構成を示す図である。 図1中の回転子を示す図である。 図1の回転子を組み付ける際に用いるガイド治具を示す図である。 上述の実施形態における直流モータの製造工程を示す図である。 図1のケース、軸受け、および永久磁石を示す図である。 上述の実施形態におけるケースにガイド治具を装着した状態を示す図である。 図1の回転子単体を示す図である。 上述の実施形態におけるエンドフレーム単体を示す図である。
符号の説明
10 回転子
11 回転軸
12 コア
13 電磁コイル
14 インシュレータ
15 コミンテータ
20 固定子
21 ケース
22 永久磁石
23 軸受
30 エンドフレーム
31 ベース部
32 軸受
33a 電源端子
33b 電源端子
34 ブラシ

Claims (6)

  1. 筒状に形成されているケース(21)と、磁石(22)と、回転軸(11)と磁性体から成形されて前記回転軸(11)に支持されているコア(12)と前記コア(12)に回巻きされている巻き線(13)とを有する回転子(10)と、穴部(23a)を有して前記穴部(23a)に前記回転軸(11)が貫通された状態で前記回転軸(11)を回転自在に支持する軸受け(23)とを備える電動モータの製造方法であって、
    前記ケース(21)の軸線方向一方側に前記軸受け(23)を配置する第1の工程(S100)と、
    前記ケース(21)の径方向内側に前記磁石(22)を配置する第2の工程(S110、S115)と、
    前記第1、第2の配置工程の終了後に、前記ケース(21)の軸線方向他方側の開口部(21b)から前記回転子(10)を挿入して前記回転軸(11)を前記軸受け(23)の穴部に挿入させる第3の工程(S130)と、
    前記第3の工程の実施に先だって、前記回転子(10)を貫通させるガイド穴(40a)を有するガイド治具(40)を前記ケース(21)の軸線方向他方側に装着する第4の工程(S120)と、を備え、
    前記第3の工程(S130)では、前記ガイド治具(40)のガイド穴(40a)内に前記回転子(10)を挿入することにより、前記ガイド治具(40)のうち前記ガイド穴(40a)を成形する穴成形部(40s)によって前記回転子(10)が案内されて前記回転軸(11)の先端側を前記軸受け(23)の穴部(23a)に挿入させることを特徴とする電動モータの製造方法。
  2. 前記第4の工程(S120)では、前記ガイド治具(40)を前記ケース(21)に装着して前記ガイド治具(40)の位置決め部(41)により前記ケース(21)に対する前記ガイド治具(40)の径方向の位置を決めることを特徴とする請求項1に記載の電動モータの製造方法。
  3. 前記第4の工程(S120)では、前記ガイド治具(40)の位置決め部(41)が前記ケース(21)の径方向内側に対して前記ガイド治具(40)の位置を決めることを特徴とする請求項2に記載の電動モータの製造方法。
  4. 前記第4の工程(S120)では、前記ガイド治具(40)を前記ケース(21)に装着して前記ガイド治具(40)の突出部(42)が前記ケース(21)の前記開口部(21b)から前記軸線方向他方側に突出した状態にして、
    前記第3の工程(S130)では、前記ガイド治具(40)の突出部(42)が前記ケース(21)の前記開口部(21b)から前記軸線方向他方側に突出した状態で、前記ガイド治具(40)のガイド穴内に前記回転子(10)を挿入し、
    前記第3の工程(S130)の終了後で、前記ガイド治具(40)を前記ケース(21)から外す第5の工程(S140)を備えることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の電動モータの製造方法。
  5. 前記第4の工程(S120)では、前記ガイド治具(40)を前記ケース(21)に装着して前記ガイド治具(40)のつば部(42a)が前記突出部(42)から径方向外側に突出した状態にして、前記ケース(21)に対する前記ガイド治具(40)の軸線方向の位置を決めることを特徴とする請求項4に記載の電動モータの製造方法。
  6. 前記第5の工程(S140)の終了後に、前記ケース(21)の軸線方向他方側の開口部をエンドフレーム(30)により閉鎖する第6の工程(S150)を備えることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の電動モータの製造方法。
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