JP2017200343A - 電動工具 - Google Patents

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吉田 憲一郎
Kenichiro Yoshida
憲一郎 吉田
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Abstract

【課題】固定子コアの突極からの固定子コイルの抜けを抑制しつつ組立性を向上させることの可能な電動工具を提供する。【解決手段】電動工具においてモータは、固定子コア20、複数の固定子コイル50、及び回転子を備える。固定子コア20は、回転子側に突出する突極22を周方向に複数有する。各突極22に固定子コイル50が設けられる。複数の固定子コイル50と回転子との間に位置するように、第1抜け止め部材60及び第2抜け止め部材70が設けられる。第1抜け止め部材60及び第2抜け止め部材70は、複数の固定子コイル50の突極22からの抜けを抑制する。【選択図】図9

Description

本発明は、固定子及び回転子を有するモータを駆動源とする電動工具に関する。
電動工具の駆動源となるモータの固定子として、円筒状の固定子コアの内周に設けられた複数の突極の各々にコイルを巻き、コイルの脱落や飛び出しを防止する楔部材を一体的に形成した連結部材を、隣り合う突極同士を連結するように圧入等により配設する構成が知られている(下記特許文献1)。
特開2000−134849号公報
特許文献1の構成では、突極と同数の連結部材が必要となり、突極の数(巻線スロット数)が多い場合、連結部材の配設数が増大して手間が掛かり、組立性が悪化するという問題があった。
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、固定子コアの突極からの固定子コイルの抜けを抑制しつつ組立性を向上させることの可能な電動工具を提供することにある。
本発明のある態様は、電動工具である。この電動工具は、
固定子コア、複数の固定子コイル、及び回転子を有するモータと、
前記モータを収容するハウジングと、を備え、
前記固定子コアは、前記回転子側に突出する突極を周方向に複数有し、
各突極に各固定子コイルが設けられ、
前記複数の固定子コイルと前記回転子との間に位置するように前記固定子コアに設けられ、前記複数の固定子コイルの前記突極からの抜けを抑制する抜け止め部材を備えることを特徴とする。
前記抜け止め部材は、前記モータの軸方向に伸びて隣り合う突極間にそれぞれ延在する複数の壁部を有してもよい。
前記抜け止め部材は、前記モータの軸方向における少なくとも一方側から前記固定子コアに取り付けられてもよい。
前記抜け止め部材は、前記モータの軸方向における一方側から前記固定子コアに取り付けられる第1抜け止め部材と、他方側から前記固定子コアに取り付けられる第2抜け止め部材と、を有してもよい。
前記第1及び第2抜け止め部材は、前記モータの軸方向に伸びて隣り合う突極間にそれぞれ延在する複数の壁部を有し、前記第1抜け止め部材の各壁部と前記第2抜け止め部材の各壁部とが少なくとも一部においてオーバーラップしてもよい。
前記モータの軸方向における少なくとも一方側から前記固定子コアに取り付けられるインシュレータを備え、
前記インシュレータが、前記抜け止め部材と係合して前記抜け止め部材の位置ずれを抑制する係合部を有してもよい。
前記モータの軸方向における前記固定子コアの少なくとも一方側に基板が取り付けられ、前記リング状部材は前記突極と前記基板との間に挟持されてもよい。
各固定子コイルは、コイル束の状態で前記突極に取り付けられてもよい。
前記抜け止め部材は、前記複数の固定子コイルの各突極からの抜けを抑制するリング状部材であってもよい。
本発明のもう1つの態様は、電動工具である。この電動工具は、
固定子コア、複数の固定子コイル、及び回転子を有するモータと、
前記モータを収容するハウジングと、を備え、
前記固定子コアは、前記回転子側に突出する突極を周方向に複数有し、
各突極に各固定子コイルが設けられ、
前記突極の突出方向の先端側であって隣り合う前記突極間に位置し、少なくとも2か所の前記突極からの前記固定子コイルの抜けを抑制する抜け止め部材を備えることを特徴とする。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、固定子コアの突極からの固定子コイルの抜けを抑制しつつ組立性を向上させることの可能な電動工具を提供することができる。
本発明の実施の形態1に係る電動工具1の側断面図。 図1に示すモータ3の、固定子コア20、第1インシュレータ30、及び第2インシュレータ40の分解斜視図。 固定子コア20、第1インシュレータ30、及び第2インシュレータ40の組立状態の斜視図。 固定子コア20の突極22に取り付けられる固定子コイル50の斜視図。 固定子コア20の1つの突極22に固定子コイル50を取り付けた状態の斜視図。 固定子コア20の全ての突極22にそれぞれ固定子コイル50を取り付けた状態の斜視図。 図6に示す組立体、第1リング状部材60、及び第2リング状部材70の分解斜視図。 図6に示す組立体に第1リング状部材60を取り付けた状態の斜視図。 図6に示す組立体に第1リング状部材60及び第2リング状部材70を取り付けた状態の斜視図。 モータ3を第1インシュレータ30側から見た底面図。 本発明の実施の形態2におけるモータの固定子組の斜視図。 図11に示す第1リング状部材60の斜視図。 図11に示す固定子組の平面図。 図13の一部拡大図。 本発明の実施の形態3におけるモータの固定子組の斜視図。 図15に示す第2リング状部材70の斜視図。 図15に示す固定子組の正面図。 図15に示す固定子組の第2インシュレータ40にコイル結線基板8を取り付けた状態の正面図。 変形例に関し、固定子コイル50の押圧力により第2リング状部材70を固定子コア20に対して係止する構造の要部拡大底面図。 第1リング状部材60の変形例を示す斜視図。
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
実施の形態1
図1〜図10を参照し、本発明の実施の形態1に係る電動工具1の構成を説明する。本実施の形態の電動工具1は、インパクトドライバであり、ハウジング2は、モータ3を収容保持した筒状部(胴体部)2aと、一端が筒状部2aに接続しているハンドル部2bと、ハンドル部2bの他端に形成された電池パック装着部2cと、を有する。筒状部2aの前部には、ハンマケース11が取り付け固定される。筒状部2a及びハンマケース11によって形成される内部空間には、モータ3、減速機構としての遊星歯車機構4、及び打撃機構部5が設けられる。モータ3の後部(打撃機構部5の反対側)には、後述する複数の固定子コイル50を相互に結線するためのコイル結線基板8が設けられる。打撃機構部5は、ハンマ6及びアンビル7を含む。アンビル7の先端工具取付部7aには、不図示のドライバビット等の先端工具を取付け可能である。モータ3の回転は、遊星歯車機構4を介して減速され、ハンマ6に伝達される。ハンマ6は、アンビル7に回転打撃力を付与する。なお、打撃機構部5の構成及び動作は周知なので、これ以上の詳細な説明は省略する。ハンドル部2bには、ユーザがモータ3の駆動、停止を切り替えるためのトリガ(操作スイッチ)9が設けられる。電池パック装着部2cには、電源となる電池パック10が着脱可能に装着される。
モータ3は、SRモータ(Switched Reluctance Motor)であり、図2〜図10に示すように、固定子コア20、第1インシュレータ30、第2インシュレータ40、固定子コイル50、第1抜け止め部材(第1リング状部材)60、第2抜け止め部材(第2リング状部材)70、及び回転子80を有する。図2により、モータ3の構成説明における上下方向を定義する。
固定子コア20は、鉄等の磁性金属材料の積層体であり、図2に示すように、環状部(ヨーク部)21、巻線スロットとなる複数の突極(ティース部)22、及び複数の位置決め穴23を有する。各突極22は、環状部21から内側(図10に示す回転子80側)に突出する。複数の突極22は、環状部21の周方向に等角度間隔で設けられる。図示の例では、固定子は12極であり、固定子コア20は12個の突極22を有する。各位置決め穴23は、環状部21を軸方向(上下方向)に貫通する。図示の例では位置決め穴23は4個であり、環状部21の周方向に等角度間隔で設けられる。
第1インシュレータ30は、非磁性の例えば樹脂成形体であり、図2に示すように、環状部31、固定子コア20の突極22と同数の突出部32、及び固定子コア20の位置決め穴23と同数の位置決めボス33を有する。各突出部32は、環状部31から内側(図10に示す回転子80側)に突出し、モータ3の軸周り方向における位置が固定子コア20の突極22と一致し、突極22の軸方向一方側(下側)を覆う。突出部32の先端部には、係合部32aが設けられる。係合部32aは、図示の例では一段低くなった段差部であり、後述の第1リング状部材60の係合部63(図7)と係合して第1リング状部材60の位置ずれを抑制する。各位置決めボス33は、環状部31から固定子コア20側に突出する。位置決めボス33は、固定子コア20の位置決め穴23に挿入(軽圧入)され、固定子コア20に対して第1インシュレータ30を位置決めする。
第2インシュレータ40は、非磁性の例えば樹脂成形体であり、図2に示すように、環状部41、固定子コア20の突極22と同数の突出部42、固定子コア20の位置決め穴23と同数の位置決めボス43、及び複数の(図示の例では4つの)ネジ止めボス44を有する。各突出部42は、環状部41から内側(図10に示す回転子80側)に突出し、モータ3の軸周り方向における位置が固定子コア20の突極22と一致し、突極22の軸方向他方側(上側)を覆う。突出部42の先端部には、係合部42aが設けられる。係合部42aは、図示の例では一段低くなった段差部であり、後述の第2リング状部材70の係合部73(図7)と係合して第2リング状部材70の位置ずれを抑制する。各位置決めボス43は、環状部41から固定子コア20側に突出する。位置決めボス43は、固定子コア20の位置決め穴23に挿入(軽圧入)され、固定子コア20に対して第2インシュレータ40を位置決めする。ネジ止めボス44は、図1に示すコイル結線基板8を第2インシュレータ40にネジ止めするために設けられる。
固定子コイル50は、図4に示すように、固定子コア20の突極22に取り付けられる前の段階で予めコイル束の状態に成形されたものである。固定子コイル50は、巻線部51、一対の端子部52、及び一対の絶縁シート53を含む。巻線部51は、絶縁被覆された銅線等の金属線をコイル状に周回させた部分である。一対の端子部52は、巻線部51の両端から引き出されて上方に伸びる部分であり、結線される部分の絶縁被覆は除去される。一対の絶縁シート53は、例えば紙であり、巻線部51のうち上下方向に伸びる部分の周囲をそれぞれ覆う。
固定子コイル50は、図5及び図6に示すように固定子コア20の突極22に取り付けられる。固定子コイル50は、固定子コア20の突極22と同数設けられる。固定子コイル50の巻線部51の内側には、固定子コア20の突極22、第1インシュレータ30の突出部32、及び第2インシュレータ40の突出部42が位置する。固定子コイル50の巻線部51と、固定子コア20の突極22との間には、第1インシュレータ30の突出部32、第2インシュレータ40の突出部42、及び絶縁シート53が介在し、巻線部51と突極22は互いに直接には接触しない。
第1抜け止め部材60は、非磁性の例えば樹脂成形体であり、好ましくはリング状に形成され、図7及び図8に示すように固定子コア20に対して下側から取り付けられる。第1リング状部材60は、図7に示すように、環状壁部61、固定子コア20の突極22と同数の延長壁部62、及び突極22と同数の係合部63を有する。環状壁部61は、固定子コイル50と図10に示す回転子80との間に位置し、モータ3の軸方向と平行な壁面を成す。各延長壁部62は、環状壁部61から上側に伸び、図8に示すように隣り合う突極22間に延在する。延長壁部62の先端部は、薄肉の接触部62aとなっている。接触部62aの内周面は、後述の第2リング状部材70の延長壁部72の接触部72aの外周面とオーバーラップ(対面接触)する。係合部63は、隣り合う延長壁部62間の凹部であり、軸周り方向位置が固定子コア20の突極22と一致し、径方向位置が第1インシュレータ30の突出部32の係合部32aと一致する。係合部63及び係合部32aの係合により、第1リング状部材60の位置ずれ(特に径方向の位置ずれ)が抑制される。係合部63及び係合部32aは、接着剤等により相互に接着されてもよい。
第2抜け止め部材70は、非磁性の例えば樹脂成形体であり、好ましくはリング状に形成され、図7及び図9に示すように固定子コア20に対して上側から取り付けられる。第2リング状部材70は、図7に示すように、環状壁部71、固定子コア20の突極22と同数の延長壁部72、及び突極22と同数の係合部73を有する。環状壁部71は、固定子コイル50と図10に示す回転子80との間に位置し、モータ3の軸方向と平行な壁面を成す。各延長壁部72は、環状壁部71から下側に伸び、図9に示すように隣り合う突極22間に延在する。延長壁部72の先端部は、薄肉の接触部72aとなっている。接触部72aの内周面は、第1リング状部材60の延長壁部62の接触部62aの内周面とオーバーラップ(対面接触)する。接触部62a及び接触部72aは、接着剤等により相互に接着されてもよい。係合部73は、隣り合う延長壁部72間の凹部であり、軸周り方向位置が固定子コア20の突極22と一致し、径方向位置が第2インシュレータ40の突出部42の係合部42aと一致する。係合部73及び係合部42aの係合により、第2リング状部材70の位置ずれ(特に径方向の位置ずれ)が抑制される。係合部73及び係合部42aは、接着剤等により相互に接着されてもよい。
図9に示す状態(固定子の組立が完成した状態)において、全体的にワニス処理により固められる。その後、図1に示すコイル結線基板8がネジ止めボス44へのネジ止めにより第2インシュレータ40に対して固定される。更に、図10に示すように固定子組の内側に、出力軸81を有する鉄芯等の回転子80を設けることで、モータ3が完成する。固定子組は、電動工具1のハウジング2の筒状部2aに収容保持される。なお、コイル結線基板8をネジ止めボス44へのネジ止めにより固定した後にワニス処理を行ってもよい。
本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。
(1) 第1抜け止め部材(第1リング状部材)60及び第2抜け止め部材(第2リング状部材)70により少なくとも2極以上の固定子コイル50の突極22からの抜けを抑制するため、従来のように各極において個別に抜けを抑制する場合と比較して、固定子コイル50の抜止めに係る工数を削減し、組立性を向上させることができる。抜け止め部材をリング状部材とすることにより、全極の固定子コイル50の突極22からの抜けを1部材(又は分割された2部材60,70)で抑制することができるため、部品点数を減らし、組立性を向上させることができる。
(2) 第1リング状部材60及び第2リング状部材70は、隣り合う突極22間に延在する延長壁部62及び延長壁部72を有するため、固定子コイル50の巻線部51の全周に渡って巻線部51と回転子80との間に第1リング状部材60及び第2リング状部材70が介在することになり、固定子コイル50の抜止め効果が高められる。
(3) 延長壁部62及び延長壁部72が接触部62a及び接触部72aにおいてオーバーラップするため、延長壁部62及び延長壁部72の機械的強度が高められ、固定子コイル50の抜止め効果が高められる。
(4) 第1インシュレータ30の突出部32の係合部32aにより第1リング状部材60を簡易的に位置決めできるため、第1リング状部材60の取付けが容易である。同様に、第2インシュレータ40の突出部42の係合部42aにより第2リング状部材70を簡易的に位置決めできるため、第2リング状部材70の取付けが容易である。
(5) 固定子コイル50は、コイル束の状態で突極22に取り付けられるため、巻線機によりコイルを突極22に設ける場合と比較して、同じ線径であれば多くの巻数を確保してトルクを高めることができ、同じ巻数であれば線径を太くして巻線抵抗(銅損)を低減できる。
実施の形態2
図11〜図14を参照し、本発明の実施の形態2を説明する。本実施の形態は、実施の形態1と比較して、第2リング状部材70が無くなり、第1リング状部材60の延長壁部62が上方に長くなり、かつ延長壁部62の接触部62aが無くなった点で相違し、その他の点で一致する。本実施の形態では、固定子コイル50の巻線部51の上部に対しては抜けを抑制する壁部が存在しないため、実施の形態1と比較して抜止め効果が落ちるものの、ワニス処理までの仮の抜止めとしては必要十分な効果が得られ、また、実施の形態1と比較して部品点数と組立工数を削減できる。
実施の形態3
図15〜図18を参照し、本発明の実施の形態3を説明する。本実施の形態は、実施の形態1と比較して、第1リング状部材60が無くなり、第2リング状部材70の環状壁部71がモータ3の軸方向(上下方向)に長くなり、第2リング状部材70の延長壁部72が下方に長くなり、かつ延長壁部72の接触部72aが無くなった点で相違し、その他の点で一致する。図16に示す環状壁部71の高さhは、第2リング状部材70を図17に示すように固定子コア20に取り付けた状態で、環状壁部71の上端と、第2インシュレータ40のネジ止めボス44の上端と、の高さが互いに略一致するように定められる。すなわち、図16に示す環状壁部71の高さhは、第2インシュレータ40の突出部42の上面からネジ止めボス44の上端までの高さと略一致する。これにより、図18に示すようにコイル結線基板8をネジ止めボス44の上端に載せてネジ止め固定した状態で、第2リング状部材70の環状壁部71が、第2インシュレータ40の突出部42を挟んで固定子コア20の突極22とコイル結線基板8との間に挟持される。本実施の形態では、固定子コイル50の巻線部51の下部には抜けを抑制する壁部が存在しないため、実施の形態1と比較して抜止め効果が落ちるものの、係合部73及び係合部42aを接着剤等により相互に接着すれば第2リング状部材70を第2インシュレータ40に固定(仮止め)することができ、第2リング状部材70の抜止め効果を得ることができる。また、実施の形態1と比較して部品点数と組立工数を低減できる。更に本実施の形態によれば、コイル結線基板8により第2リング状部材70の抜止めが可能なため、電動工具1の振動等により第2リング状部材70が抜けてしまうことを抑制することができる。特に振動が大きい打撃工具(インパクトドライバ、インパクトレンチ、ハンマ、ハンマドリル等)に有効である。なお、本実施の形態において、第2リング状部材70の延長壁部72を実施の形態1と同構成とし、実施の形態1と同様に下側から取り付ける第1リング状部材60を追加してもよい。なお、コイル結線基板8をネジ止めボス44へのネジ止めにより固定した後にワニス処理を行ってもよい。この場合、第2リング状部材70を第2インシュレータ40に接着剤等により固定(仮止め)する必要がなく、組立工数削減に有利である。
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
図19は、変形例に関し、固定子コイル50の押圧力により第2リング状部材70を固定子コア20に対して係止する構造の要部拡大底面図である。本変形例では、第2リング状部材70の環状壁部71の肉厚を実施の形態1と比較して厚くすることで、環状壁部71から固定子コイル50の巻線部51に、モータ3の径方向外側に押し出す力が加わるような寸法構成としている。これにより、環状壁部71には巻線部51からモータ3の径方向内側に押し出す反力が加わり、第2リング状部材70がモータ3の軸方向に抜けるのを抑制する力となる。第1リング状部材60についても同様の構造とすることができる。本変形例によれば、第1リング状部材60及び第2リング状部材70の接着等による固定(仮止め)を省略でき、組立工数削減に有利である。
図20は、第1リング状部材60の変形例を示す斜視図である。本変形例の第1リング状部材60は、図7に示す実施の形態のものと比較して、延長壁部62を無くしている(極小としている)。この場合、第1リング状部材60は、固定子コイル50の巻線部51の側部(突極22の側方に位置する部分)に対して抜けを抑制する壁部を有さないため、実施の形態と比較して抜止め効果が落ちるものの、モータ3の軸方向において突極22の上側(下側)に位置する巻線部51の部分を環状壁部61によって押さえることができるため、ワニス処理までの仮の抜止めとしては必要十分な効果が得られる。第2リング状部材70についても同様の構造とすることができる。
1 電動工具、2 ハウジング、2a 筒状部(胴体部)、2b ハンドル部、2c 電池パック装着部、3 モータ、4 遊星歯車機構(減速機構)、5 打撃機構部、6 ハンマ、7 アンビル、7a 先端工具取付部、8 コイル結線基板、9 トリガ(操作スイッチ)、10 電池パック、11 ハンマケース、20 固定子コア、21 環状部(ヨーク部)、22 突極(ティース部)、23 位置決め穴、30 第1インシュレータ、31 環状部、32 突出部、32a 係合部、33 位置決めボス、40 第2インシュレータ、41 環状部、42 突出部、42a 係合部、43 位置決めボス、44 ネジ止めボス、50 固定子コイル、51 巻線部、52 端子部、53 絶縁シート、60 第1抜け止め部材(第1リング状部材)、61 環状壁部、62 延長壁部、62a 接触部、63 係合部、70 第2抜け止め部材(第2リング状部材)、71 環状壁部、72 延長壁部、72a 接触部、73 係合部、80 回転子、81 出力軸

Claims (10)

  1. 固定子コア、複数の固定子コイル、及び回転子を有するモータと、
    前記モータを収容するハウジングと、を備え、
    前記固定子コアは、前記回転子側に突出する突極を周方向に複数有し、
    各突極に各固定子コイルが設けられ、
    前記複数の固定子コイルと前記回転子との間に位置するように前記固定子コアに設けられ、前記複数の固定子コイルの前記突極からの抜けを抑制する抜け止め部材を備えることを特徴とする、電動工具。
  2. 前記抜け止め部材は、前記モータの軸方向に伸びて隣り合う突極間にそれぞれ延在する複数の壁部を有することを特徴とする、電動工具。
  3. 前記抜け止め部材は、前記モータの軸方向における少なくとも一方側から前記固定子コアに取り付けられることを特徴とする、請求項1又は2に記載の電動工具。
  4. 前記抜け止め部材は、前記モータの軸方向における一方側から前記固定子コアに取り付けられる第1抜け止め部材と、他方側から前記固定子コアに取り付けられる第2抜け止め部材と、を有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の電動工具。
  5. 前記第1及び第2抜け止め部材は、前記モータの軸方向に伸びて隣り合う突極間にそれぞれ延在する複数の壁部を有し、前記第1抜け止め部材の各壁部と前記第2抜け止め部材の各壁部とが少なくとも一部においてオーバーラップすることを特徴とする、請求項4に記載の電動工具。
  6. 前記モータの軸方向における少なくとも一方側から前記固定子コアに取り付けられるインシュレータを備え、
    前記インシュレータが、前記抜け止め部材と係合して前記抜け止め部材の位置ずれを抑制する係合部を有することを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の電動工具。
  7. 前記モータの軸方向における前記固定子コアの少なくとも一方側に基板が取り付けられ、前記リング状部材は前記突極と前記基板との間に挟持されることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の電動工具。
  8. 各固定子コイルは、コイル束の状態で前記突極に取り付けられることを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の電動工具。
  9. 前記抜け止め部材は、前記複数の固定子コイルの各突極からの抜けを抑制するリング状部材であることを特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載の電動工具。
  10. 固定子コア、複数の固定子コイル、及び回転子を有するモータと、
    前記モータを収容するハウジングと、を備え、
    前記固定子コアは、前記回転子側に突出する突極を周方向に複数有し、
    各突極に各固定子コイルが設けられ、
    前記突極の突出方向の先端側であって隣り合う前記突極間に位置し、少なくとも2か所の前記突極からの前記固定子コイルの抜けを抑制する抜け止め部材を備えることを特徴とする、電動工具。
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