JP2011193603A - 電動機 - Google Patents

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義人 岩崎
Kiyonori Moroto
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Abstract

【課題】突出部を有するコアを含み、突出部付近における樹脂成形部の成形不具合の発生を抑制することができる電動機を提供する。
【解決手段】板本体部43の積層面52の縁である第1の稜線41は、径方向Xの全域にわたって、隣接磁性板50に接触し、隣接磁性板50の径方向X外方の外周面54が、端部磁性板50の縁である第2の稜線42と連続している。
【選択図】図6

Description

本発明は、たとえばポンプの駆動源に用いられる電動機に関する。
従来技術として、モータ部の電機子の回転によってポンプ部が駆動されて燃料を昇圧する燃料ポンプが知られている(たとえば特許文献1参照)。このような燃料ポンプに用いられる電機子は、積層コアと、積層コアに巻回されているコイルとを有している。燃料ポンプにおいては、モータ部の回転抵抗を低下するため、ならびにコイルおよびコイルの巻線と端子等との電気的接続部の腐食を防止するために、電機子および整流子を樹脂成形部で覆っている。また小型モータにおいても、電機子および整流子を樹脂成形部で覆う技術が開示されている(たとえば特許文献2参照)。
また積層コアは、複数枚の磁性板が電気的な導通を抑制する絶縁層を挟んで回転軸方向に積層されて構成されるが、積層された磁性板のうち、最も回転軸方向端部に配置される端部磁性板の外周縁部には回転軸方向に延びる突出部が形成されている電動機が知られている(たとえば特許文献3参照)。この構成によれば、永久磁石の磁極面に対面する積層コアの面積が突出部によって広くなるので、軸長を長くすることなく積層コアの磁束量を多くすることができる。
特開2007−104890号公報 特開平11−187620号公報 特開2001−352731号公報
前述の端部磁性板の突出部は、円板状の部材の外周縁部を折り曲げプレスなどの曲げ加工によって形成される。突出部を形成するための曲げ加工によって折り曲げると、折り曲げた部分は部材の剛性によって直角にすること困難であり、角丸みが発生することがある。このような角丸みが発生した端部磁性板を積層コアに設けて、樹脂成形部を形成するために樹脂を注入すると、端部磁性板と隣接する磁性板との間に樹脂が流れ込み、バリなどの成形不具合が外周面に発生する。このようなバリがあると、電機子が回転する場合、電機子の周囲に燃料などの流体があるとバリが回転抵抗となるという問題がある。またモータ部を燃料ポンプに用いる場合には、電機子の外周面と永久磁石の内周面との隙間を確保する必要があるので、バリを除去するための外径切削設備が必要である。したがって製造工程が増え、製造時間が増加および製造コストが増加するという問題がある。
そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、突出部を有するコアを含み、突出部付近における樹脂成形部の成形不具合の発生を抑制することができる電動機を提供することを目的とする。
本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
請求項1に記載の発明では、回転軸周りに回転し、回転方向に複数のスロットを形成し、各スロット内にコイルを収容するコアと、コアに設けられ、コアの回転軸方向に延びるシャフトと、スロット内に充填されて形成される樹脂成形部と、を含み、コアは、回転軸方向に複数の磁性板が積層されてなり、スロットは、径方向内側に向けて凹となるようにコアの外周面に形成され、複数の磁性板のうち、コアの回転軸方向端部を形成する端部磁性板は、回転軸方向内側に隣接する隣接磁性板と重なる板本体部と、板本体部の外周縁部から回転軸方向外側へ突出する突出部と、を有し、板本体部が隣接磁性板と重なる積層面のうちの回転方向の縁は、径方向の全域にわたって、隣接磁性板に接触し、端部磁性板の外周面のうちの回転方向の縁は、隣接磁性板の外周面と、回転軸方向に沿って連続することを特徴とする電動機ある。
請求項1に記載の発明に従えば、コアは、複数のスロットを有し、このスロットに充填されるように樹脂成形部が設けられる。樹脂成形部を設けるときに、スロット内を流れる樹脂が、端部磁性板と隣接磁性板との間に入り込むおそれがある。しかしながら本発明では、板本体部の積層面のうちの回転方向の縁は、径方向の全域にわたって、隣接磁性板に接触し、さらに端部磁性板の縁は、隣接磁性板の外周面と、回転軸方向に沿って連続するので、スロット内を流れる樹脂が端部磁性板と隣接磁性板との間に入り込む余地がない。これによって磁性板の間に樹脂が入り込むことに起因するバリなどの成形不具合の発生を抑制することができる。また成形不具合によるバリなどの除去する工程が不要であるので、製造時間が増加することを防ぐことができる。
また請求項2に記載の発明では、板本体部の積層面と突出部の外周面とがなす角度は、端部磁性板の縁において90度であることを特徴とする。
請求項2に記載の発明に従えば、板本体部の積層面と突出部の外周面とがなす角度は、端部磁性板の縁において90度である。各磁性板の外周面は回転軸方向に沿って連続するので、隣接磁性板のうち、端部磁性板の90度をなす部分が接触する部分は90度になる。これによって端部磁性板と、端部磁性板に隣接する磁性板とを、簡単な形状で確実に密着させることができる。したがって各磁性板の製造が容易となる。
さらに請求項3に記載の発明では、端部磁性板の外周面のうちの回転方向の縁は、隣接磁性板の外周面のうちの回転方向の縁と、回転軸方向に沿って連続することを特徴とする。
請求項3に記載の発明に従えば、端部磁性板の縁は、隣接磁性板の外周面のうちの回転方向の縁と、回転軸方向に沿って連続する。これによってスロット内を円滑に樹脂を流れさせることができ、樹脂成形部の成形不具合の発生をさらに抑制することができる。
本発明の第1実施形態の燃料ポンプ10を示す断面図である。 永久磁石16を除いたモータ部12の状態を示す正面図である。 積層コア21にシャフト18を組付けた状態を示す正面図である。 永久磁石16および樹脂成形部20を除いたモータ部12を示す斜視図である。 端部磁性板25を示す正面図である。 積層コア21の突出部26付近を、スロット23内から見て示す図である。 積層コア21の突出部26付近を、径方向外方から見て示す図である。 第2実施形態の積層コア21Aの突出部26付近を示す図である。
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態に関して、図1〜図7を用いて説明する。図1は、本発明の第1実施形態の燃料ポンプ10を示す断面図である。燃料ポンプ10は、たとえば二輪または四輪車両等の図示しない燃料タンク内に収容されるインタンク式のタービンポンプである。燃料ポンプ10は、ポンプ部11と、ポンプ部11を駆動するモータ部12とを備えている。ポンプ部11は、ポンプカバー13、ポンプケース14およびインペラ15を有しているタービンポンプである。モータ部12は、インペラ15を回転駆動する電動機である。モータ部12は、永久磁石16、電機子17、シャフト18、整流子19および樹脂成形部20を含んで構成される。
先ず、モータ部12に関して説明する。図2は、永久磁石16を除いたモータ部12の状態を示す正面図である。図3は、電機子17を構成する積層コア21にシャフト18を組付けた状態を示す正面図である。図4は、永久磁石16および樹脂成形部20を除いたモータ部12の状態を示す斜視図である。
永久磁石16は、図1に示すように、筒状であって、周方向に交互に異なる磁極を形成する。永久磁石16は、たとえばフェライト磁石から成る。永久磁石16は、複数の円弧状の磁石部材を周方向に配列することによって、全体として筒状となる。円弧状の磁石部材は、ハウジングの内周壁に周方向に2個取り付けられている。これによって永久磁石16は、電機子17と向き合う内周側に、周方向に交互に極の異なる磁極を形成している。
電機子17は、円柱状であって、永久磁石16の内周側に回転可能に配置され、複数のスロット23を有する積層コア21およびスロット23に収容されたコイル24を有する。積層コア21は、複数の磁性板22を含んで構成される。積層コア21は、図3に示すように、複数の磁性板22を回転軸方向Z(図1の上下方向)に積層して形成される。
複数枚の磁性板22のうち、積層コア21の回転軸方向Z端部に配置される2枚の端部磁性板25は、他の磁性板(以下、「中間磁性板」ということがある)39と構成が異なる。図5は、端部磁性板25を示す正面図である。端部磁性板25は、回転軸方向内側に隣接する磁性板(以下、「隣接磁性板50」ということがある)と重なる板本体部43と、板本体部43の外周縁部から回転軸方向外側へ突出する突出部26と、を有する。したがって突出部26は、外周縁部である径方向X外方の端部、すなわち外周側に永久磁石16の磁極面に対面するように回転軸方向Z外方に延びる。
また各磁性板22は、径方向X内側に向けて凹となる複数のスロット用凹部27が、周方向Yに間隔をあけて、複数形成されてなる。本実施の形態では、スロット用凹部27が8個形成される。各スロット用凹部27が一致するように各磁性板22が重ねられることによって、積層コア21には回転軸方向Zに延びる複数のスロット23が形成される。したがってスロット23は、スロット用凹部27を有する磁性板22を積層することによって、積層コア21の径方向X外方の面部に径方向X内方に凹となり、積層コア21の回転軸方向Zに延び、積層コア21の周方向Yに間隔をあけて複数形成される。また各磁性板22には、各磁性板22を回転軸方向Zに貫くシャフト用貫通孔28が形成されている。シャフト用貫通孔28には、シャフト18が圧入される。隣接する磁性板22の間には、電気的な導通を抑制する絶縁層(図示せず)が設けられている。
コイル24は、図1に二点鎖線で示す電機子17の回転軸方向Zの両端部のスペース29を用いて巻回されている(図4参照)。このようなスペース29は、シャフト18に設けられるコイルプレート30と端部磁性板25の回転軸方向Z外方の端面とによって規定される。コイルプレート30は、すり鉢状に形成される。コイルプレート30は、電機子17の回転軸方向Z両端部におけるコイル24の配置状態を規定するために設けられる。本実施形態の電機子17ではスロット23にコイル24を分布巻きにて巻回している。
シャフト18は、電機子17の回転軸であって、磁性板22のシャフト用貫通孔28に圧入される。シャフト18の回転軸方向Z両端部は、2つのベアリング31によってそれぞれ軸受されている。各ベアリング31は、ポンプケース14およびベアリングホルダ32にそれぞれ支持されている。
整流子19は、円盤状に形成されており、電機子17に対しインペラ15とは反対側のシャフト18の軸方向一端部に組み付けられている。整流子19は、回転方向に設置された複数のセグメント33を有している。セグメント33は、たとえばカーボンから成る。回転方向に隣接しているセグメント33同士は、空隙および絶縁樹脂材により電気的に絶縁されている。整流子19の各セグメント33は、整流子端子34と電気的に接続している。整流子端子34にはコイル24の巻線が巻き付けられている。整流子端子34とコイル24とは、整流子19の外周側においてヒュージングにより電気的に接続している。電機子17の回転にともない、電機子17に対して軸方向反対側の各セグメント33の端面がブラシ(図示せず)と順次接触することにより、コイル24に供給される駆動電流が整流される。
樹脂成形部20は絶縁樹脂から成り、ブラシとの接触面を除き、整流子端子34とコイル24の巻線との電気的接続部であるヒュージング部を覆うように、充填されている。また樹脂成形部20は、電機子17の整流子19が設けられる端部とは反対側の端部、およびスロット23内に充填されている。これらの部位に樹脂成形部20が設けられることによって、電機子17を外周面が凹凸のない平滑な円柱状に形成することができ、電機子17の回転抵抗を低下することができる。また樹脂成形部20によって、コイル24および電気的接続部の腐食を防止することができる。
次に、樹脂成形部20の製造方法に関して説明する。先ず、積層コア21にシャフト18を圧入するとともに(図3参照)、シャフト18の一方の軸方向端部に整流子19を組み付け、整流子端子34に巻線を巻き付けながら各スロット23にコイル24を巻回し、図4に示す前駆体を製造する。次に、図4に示す前駆体を成型空間内に配置し、成型空間に樹脂成形部20が硬化する前の溶融樹脂を注入し、注入された溶融樹脂を硬化する。これによって樹脂成形部20が製造される。
次に、ポンプ部11に関して説明する。ポンプ部11は、電機子17に対し回転軸方向Z他端部に設置されており、シャフト18に回転部材としてのインペラ15が組み付けられている。ポンプカバー13およびポンプケース14は、インペラ15を回転自在に収容する。ポンプカバー13には、ポンプ通路35に燃料を吸入するための吸入口36が形成されている。ポンプ通路35は、ポンプカバー13およびポンプケース14とインペラ15の外周縁との間にC字状に形成されている。インペラ15は、円盤状に形成され、外周縁部には回転方向に複数の羽根溝(図示せず)が形成されている。インペラ15が電機子17の回転によりシャフト18とともに回転すると、回転方向前方の羽根溝から回転方向後方の羽根溝に向けて燃料が流出および流入を多数繰り返すことにより、燃料は旋回流となってポンプ通路35で昇圧される。
インペラ15の回転により昇圧された燃料は、ポンプケース14に設けられた吐出口(図示せず)からモータ部12側に圧送される。モータ部12側に圧送された燃料は、永久磁石16と電機子17との間を通り、吐出口37からエンジン側に供給される。吐出口37には逆止弁38が収容されており、この逆止弁38が吐出口37から吐出された燃料の逆流を防止している。
次に、積層コア21の構成に関してさらに詳細に説明する。図6は、積層コア21の突出部26付近を、スロット23内から見て示す図である。図7は、積層コア21の突出部26付近を、径方向X外方から見て示す図である。突出部26は、円板状の素材の径方向X外周縁部を、折り曲げプレスなどの曲げ加工によって形成される。通常の曲げ加工をすると、折り曲げた部分は部材の剛性によって直角にすることができず、図6にて破線で示すように角丸みが発生する。本実施の形態では、通常の曲げ加工ではなく、スロット23に臨む面部となる部分を拘束した状態で、プレスによって曲げ加工する。これによって図6および図7に示すように、スロット23に臨む面部には曲げ加工による角丸みが発生せずに直角となる。
このような端部磁性板25の直角の部分は、端部磁性板25の角部40である。ここで端部磁性板25の角部40とは、端部磁性板25の一部であって、端部磁性板25の回転軸方向Z内方(図7の下方)に位置する端部であり、端部磁性板25の径方向X外方(図6の右方)に位置する端部であり、かつ周方向Y外方(図7の左右方向)に位置する端部である部分である。換言すると、角部40は、端部磁性板25の径方向X外方に位置する外周面51、端部磁性板25の回転軸方向Z内方に位置する積層面52および端部磁性板25のスロット用凹部27に臨むスロット面53とが交差する部分である。
角部40は、端部磁性板25のうちスロット用凹部27に臨むスロット面53と軸方向内方に位置する積層面52とが交わる線状部分(以下、「第1の稜線」とういことがある)41と、スロット用凹部27に臨むスロット面53と径方向X外方側に位置する外周面51とが交わる線状部分(以下、「第2の稜線」ということがある)42とがなす角度が、スロット23内から見て90度である。第1の稜線41は、積層面52のうちの周方向Yの縁である。また第2の稜線42は、端部磁性板25の外周面51のうちの周方向Yの縁である。板本体部43の積層面52と突出部26の外周面51とがなす角度は、端部磁性板25の周方向Yの縁において90度である。また積層コア21のうち、端部磁性板25を除く残余の中間磁性板39は、突出部26を有しないので、径方向X外周面と回転軸方向Z両端面とが交差する部分は直角である。
このような角部40を有する端部磁性板25が形成されるので、磁性板22を回転軸方向Zに積層すると、図6に示すように、各磁性板22の径方向X外方の外周面51が、スロット23内から見て、シャフト18が延びる方向(図7の上下方向)に直線状に連なっている。また積層面52のうちの周方向Yの縁である第1の稜線41は、径方向Xの全域にわたって、隣接磁性板50に接触している。また端部磁性板の周方向Yの縁である第2の稜線42は、隣接磁性板50の外周面54と、回転軸方向Zに沿って連続している。したがって積層コア21において、各磁性板22の径方向X外方の面の径方向Xにおける位置は、スロット23内から見て等しい。換言すると、各磁性板22の最も径方向X外方の面は、スロット23内から見て面一である。図7に示すように、端部磁性板25の角部40だけが隣接磁性板50の上方の面に接触している。
このような積層コア21を有する図4に示す前駆体を、前述のように樹脂成形部20を形成するために成型空間内に配置する。すると積層コア21の径方向X外方側の外周面は、円筒状の型の内周面に接触し、成型空間内に注入された溶融樹脂はスロット23を流れる。スロット23を流れる樹脂は、回転軸方向Zに密に接触している各磁性板22の間に入り込むことがない。特に、前述のように角部40が隣接磁性板50に密に接触しているので、径方向X外方において、溶融樹脂が入り込むことが抑制される。
以上説明したように本実施の形態のモータ部12を構成する積層コア21は、複数のスロット23を有し、このスロット23に充填されるように樹脂成形部20が設けられる。樹脂成形部20を設けるときに、スロット23内を流れる溶融樹脂が、径方向X外方において、端部磁性板25と隣接磁性板50との間に入り込むおそれがある。しかしながら本実施の形態では、板本体部43の積層面52の縁である第1の稜線41は、径方向Xの全域にわたって、隣接磁性板50に接触し、隣接磁性板50の径方向X外方の外周面54が、端部磁性板50の縁である第2の稜線42と連続している。このように径方向X外方の外周面が連なっているので、少なくとも径方向X外方の面において、スロット23内を流れる溶融樹脂が端部磁性板25と隣接磁性板50との間に入り込む余地がない。これによって端部磁性板25と隣接磁性板50との間に溶融樹脂が入り込むことに起因するバリなどの成形不具合の発生を抑制することができる。また成形不具合によるバリなどの除去する工程が不要であるので、製造時間が増加することを防ぐことができる。
また、モータ部12が本実施の形態のように永久磁石16と電機子17との間を燃料が通過するような燃料ポンプ10に設けられた場合には、バリが燃料の通過に対する抵抗とはならないので、このような環境に本実施の形態のモータ部12を好適に用いることができる。
また本実施の形態では、端部磁性板25は角部40を有する。角部40は、第1の稜線41と第2の稜線42とがなす角度が、スロット23内から見て90度である。したがって角部40はエッジを有する。各磁性板22の径方向X外方の面はスロット23内から見て直線状に連なるので、端部磁性板25に隣接する磁性板22のうち角部40に接触する部分は、スロット23内から見て90度になる。これによって端部磁性板25の角部40と、端部磁性板25に隣接する磁性板22とを、簡単な形状で確実に密着させることができる。したがって各磁性板22の製造が容易となる。
さらに本実施の形態では、端部磁性板25の第2の稜線42は、隣接磁性板50の外周面54のうちの回転方向の縁55と、回転軸方向Zに沿って連続する。これによってスロット23内を円滑に溶融樹脂を流れさせることができ、樹脂成形部20の成形不具合の発生をさらに抑制することができる。
またモータ部12の効率向上手段として、巻線高占積化に対応するには、コイルエンド端側の数点のゲートでは、溶融樹脂の流路が狭くなることから、未充填および巻線露出などの成型不具合が発生するおそれがあるが、本実施の形態では前述ように、成型不具合の発生を抑制することができる。さらに製造品質の安定化および設備投資抑制を図ることができる。
さらに本実施の形態では、端部磁性板25には永久磁石16の磁極面に対面する突出部26が形成されているので、永久磁石16の磁極面に対面する積層コア21の面積が広くなる。これによって積層コア21の軸長を長くすることなく積層コア21の磁束量を多くすることができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に関して、図8を用いて説明する。図8は、第2実施形態の積層コア21Aの突出部26付近を径方向X外方から見て示す図である。本実施の形態では、図8に示すように、積層コア21Aにおいてスロット23に臨む面は、径方向X内方に見て直線状ではない。周方向Yに隣接するスロット用凹部27の径方向X外方の端部の間隔は、端部磁性板25Aと中間磁性板39Aとで異なり、端部磁性板25Aの距離が中間磁性板39Aよりも小さい。換言すると、端部磁性板25の第2の稜線42は、隣接磁性板50Aの外周面54のうちの回転方向の縁55と、回転軸方向Zに沿って連続していない。
このような構成であっても、板本体部43の積層面52の第1の稜線41が径方向Xの全域にわたって隣接磁性板50に接触し、隣接磁性板50Aの径方向X外方の外周面54が端部磁性板50の第2の稜線42と連続しているので、第1実施形態と同様の作用および効果を達成することができる。
また端部磁性板25Aの距離が中間磁性板39Aよりも大きい場合であっても、角部40が密着、隣接する中間磁性板39に密着するような位置関係であれば、第1実施形態と同様の作用および効果を達成することができる。
(その他の実施形態)
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
前述の第1実施形態では、角部40の第1の稜線41と第2の稜線42とがなす角度は90度であったが、90度に限るものではなく、88度以上92度以下であってもよい。このような90度付近の角度であれば、隣接する中間磁性板39に密着させることができるので、溶融樹脂の流入を防止することができる。
また角部40の形状が、たとえばスロット23内から角丸みを有する形状であってもよい。このような端部磁性板25Aの場合には、隣接する中間磁性板39の角部40に接触する部分が角丸みを覆うような形状であれば、スロット23内から見て直線状に連なるので、溶融樹脂の流入を防止することができる。
10…燃料ポンプ
11…ポンプ部
12…モータ部(電動機)
17…電機子
18…シャフト
19…整流子
20…樹脂成形部
21…積層コア(コア)
22…磁性板
23…スロット
24…コイル
25…端部磁性板
26…突出部
39…中間磁性板
40…角部
41…第1の稜線(端部磁性板の積層面の回転方向の縁)
42…第2の稜線(端部磁性板の外周面の回転方向の縁)
43…板本体部
50…隣接磁性板
51…端部磁性板の外周面
52…端部磁性板の積層面
53…端部磁性板の積層面
54…隣接磁性板の外周面
55…隣接磁性板の外周面の回転方向の縁

Claims (3)

  1. 回転軸周りに回転し、回転方向に複数のスロットを形成し、各スロット内にコイルを収容するコアと、
    前記コアに設けられ、前記コアの回転軸方向に延びるシャフトと、
    前記スロット内に充填されて形成される樹脂成形部と、を含み、
    前記コアは、回転軸方向に複数の磁性板が積層されてなり、
    前記スロットは、径方向内側に向けて凹となるように前記コアの外周面に形成され、
    前記複数の磁性板のうち、前記コアの前記回転軸方向端部を形成する端部磁性板は、回転軸方向内側に隣接する隣接磁性板と重なる板本体部と、前記板本体部の外周縁部から前記回転軸方向外側へ突出する突出部と、を有し、
    前記板本体部が前記隣接磁性板と重なる積層面のうちの前記回転方向の縁は、前記径方向の全域にわたって、前記隣接磁性板に接触し、
    前記端部磁性板の外周面のうちの前記回転方向の縁は、前記隣接磁性板の外周面と、前記回転軸方向に沿って連続することを特徴とする電動機。
  2. 前記板本体部の前記積層面と前記突出部の外周面とがなす角度は、前記端部磁性板の縁において90度であることを特徴とする請求項1に記載の電動機。
  3. 前記端部磁性板の前記外周面のうちの前記回転方向の前記縁は、前記隣接磁性板の外周面のうちの前記回転方向の縁と、前記回転軸方向に沿って連続することを特徴とする請求項1または2に記載の電動機。
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