JP2021061693A - Rvdtとその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明の課題は、ロータコアがシャフトに従来より強固に固定された信頼性が高いRVDT、及びその製造方法を提供することである。【解決手段】本発明の実施の形態1に係るRVDT100は、薄板鋼板から形成され、各々に中心孔13b、14bが設けられている複数の部材を積層して形成されている積層体12と、複数の部材の中心孔13b、14bに貫通しているシャフト10とを有し、積層体12は積層体12の一方端12aの部材がシャフト10に溶接されている回転体101を備えている。【選択図】図1

Description

本発明は、RVDTとその製造方法に関し、特に複数の薄板でロータコアが形成されたRVDTとその製造方法に関する。
従来、回転センサとして、特許文献1に示されているようなRVDT(回転式可変差動変圧器)が使われている。RVDTは、電圧が一次コイルに供給されると、ロータコアの回転角度に比例した電圧を二次コイルから出力する。したがって、RVDTにより回転角度を検出することができる。RVDTに備えられているロータコアは、製作の容易性から同じ形状の多数の薄板を重ねて形成されている。
ロータコアは、薄板をプレス加工し、各々の薄板を接着剤で貼りあわせて作製する。その後、接着剤が所定位置に塗布されたシャフトをロータコアの貫通孔に挿入して、ロータコアをシャフトに固定していた。
特開2017−198592号公報
しかしながら、ロータコアのシャフトへの固定は接着剤のみであったため、信頼性が低く、より強固な固定が望まれていた。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、複数の薄板で形成されたロータコアがシャフトに従来より強固に固定された信頼性が高いRVDT、及びその製造方法を提供することを目的としている。
本発明のRVDTは、薄板から形成され、各々に中心孔が設けられている複数の部材を積層して形成されている積層体と、複数の部材の中心孔に貫通しているシャフトとを有し、積層体は積層体の一方端の部材がシャフトに溶接されてシャフトに固定されている回転体を備えている。
また、本発明のRVDTは、シャフトは断面円形に形成された複数の円筒部を含み、シャフトの両端部間には、シャフトの一方端に形成されている円筒部の直径より大きい直径で形成された円筒部である大径部を有し、ロータコアはロータコアの他方端が大径部に突きあてられて固定されていてもよい。
また、本発明のRVDTは、複数の部材は第1部材のみで形成されていてもよい。
また、本発明のRVDTは、複数の部材の一方端の部材は、第1部材とは材質が異なる第2部材であり、複数の部材の一方端以外の部材は第1部材であってもよい。
また、本発明のRVDTは、ケースと、ベアリングハウスと、ステータコアと、コイルと、ベアリングと、回転体とを備えていてもよい。
また、本発明のRVDTの製造方法は、薄板から形成され、各々に中心孔が設けられている複数の部材を形成し、複数の部材を積層して積層体を構成する積層体形成工程と、シャフトを形成し、複数の部材の前記中心孔にシャフトを貫通させて回転体を形成する回転体形成工程と、積層体は積層体の一方端の部材をシャフトに溶接してシャフトに固定する溶接工程とを備えている。
また、本発明のRVDTの製造方法は、前記複数の部材を前記第1部材のみで形成し、前記第1部材を形成する第1部材形成工程をさらに備えていてもよい。
また、本発明のRVDTの製造方法は、複数の部材の一方端の部材以外を第1部材の材質と異なる第2部材で形成する第2部材形成工程と、第1部材を形成する第1部材形成工程とをさらに備えていてもよい。
また、本発明のRVDTの製造方法は、ケースと、ベアリングハウスと、ステータコアと、コイルと、ベアリングと、回転体とのそれぞれを製造する工程、及びそれらを組み立てる工程を備えていてもよい。
本発明によれば、ロータコアはロータコアの一方端の部材がシャフトに溶接されていることによりシャフトに固定されているので、従来より強固に固定された信頼性が高い回転体とすることができる。
また、本発明によれば、ロータコアはロータコアの他方端がシャフトの大径部に突きあてられて固定されているので、ロータコアの一方端のみを溶接する簡素な構造とすることができる。
また、本発明によれば、ロータコアを第1部材のみで形成することができるので、簡素で低コストの回転体を得ることができる。
また、本発明によれば、ロータコアを形成する複数の部材の一方端の部材は、他の部材とは材質が異なるので、それぞれ最適な材料とすることができる。
また、本発明によれば、上記のように構成された回転体を用いてRVDTを構成できるので、高い磁束と、高い信頼性との両方を得ることができる。
また、本発明によれば、ロータコアはロータコアの複数の部材の一方端の部材をシャフトに溶接してシャフトに固定する溶接工程を備えているので、従来より強固に固定された信頼性が高い回転体を作ることができる。
また、本発明によれば、ロータコアを形成する複数の部材を第1部材のみで形成する第1部材形成工程を備えることができるので、従来より強固に固定された信頼性が高い回転体を簡素な工程で作ることができる。
また、本発明によれば、ロータコアを形成する複数の部材の一方端の部材以外を、第1部材とは材質が異なる第2部材で形成する第2部材形成工程と、第1部材を形成する第1部材形成工程とを備えることができるので、それぞれに最適な材質を簡素な工程で作ることができる。
また、本発明によれば、上記のように構成された回転体を組み込んでRVDTを構成できるので、高い信頼性を持つRVDTを作ることができる。
本発明の実施の形態1に係るRVDTの正面断面図である。 図1における回転体を示した正面図である。 図2の回転体を示した側面図である。 図1における第2部材を示した側面図である。 図1における回転体の組立方法を示した概要図である。 図1における回転体の組立方法を示した概要図である。 本発明の実施の形態2に係る回転体を示した側面図である。 図7における回転体を示した側面図である。
<実施の形態1>
図1〜図3に示されている本発明の実施の形態1に係るRVDT100、及びRVDT100に組み込まれた回転体101を説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る回転体101が組み込まれたRVDT100の正面断面図である。
本発明の実施の形態1に係るRVDT100は、開口部を有する有底円筒状のケース1と、ケース1の開口部にはまって固定されているベアリングハウス2と、ケース1の内周面の全周にわたって設けられている環状のステータコア3と、環状のステータコア3の周方向に一定間隔で複数設けられているコイル4と、ケース1の底部分の中央部、及びベアリングハウス2の中央部のそれぞれに固定されている2つのベアリング5と、2つのベアリング5のそれぞれに回転可能に保持されている回転体101と、ベアリングハウス2に固定され、ベアリング5の軸方向側面に配置されているシム7と、シム7を保持するリテーナリング6と、コイル4に端部が接続されている配線8とを備えている。
ケース1は、RVDT100が備えている回転体101等の部材を収容する部材である。ケース1は、ケース1の一方端に開口部1aが設けられている有底円筒状に形成されている。ケース1の他方端に設けられている底部1bの中央部には、ベアリング5が配置されている。また、底部1bの中央部には、シャフト10が貫通するために、シャフト10の外径より若干大きい大きさの孔が設けられている。ケース1は、ステンレス鋼で一体に形成されている。
ケース1の一方端に設けられている開口部1aには、開口部を塞ぐように、ベアリングハウス2がはめられている。ベアリングハウス2は、ケース1に蓋をして、ケース1とともにRVDT100の構成部材を収容、及び保護している。また、ベアリングハウス2の中央部には、ベアリング5が配置されている。ベアリングハウス2は、ステンレス鋼で一体に形成されている。
ケース1の内周面には、環状に形成されたステータコア3が収容されている。ステータコア3は、プレス加工された磁性金属、例えばパーマロイの薄板鋼板を複数重ねて形成されている。各々の薄板鋼板は環状、かつ、周方向一定間隔において中心に向かって突出する複数の凸部が設けられた形状に形成されている。そのように形成された複数の薄板鋼板は積層されて、ステータコア3を形成している。
さらに、ステータコア3の中心に向かって突出して設けられた凸部の各々には、導線が巻かれている。巻かれた導線は、コイル4を形成している。複数のコイル4は、一次コイルと、二次コイルとを含んでいる。一次コイルと、二次コイルとは、周方向に並んだ凸部に交互に配置されている。
ケース1の底部1bの内面中央部と、ベアリングハウス2の内面中央部に、それぞれ設けられているベアリング5は、回転体101が有するシャフト10の両端部を回転可能に保持している。周知のように、ベアリング5は、インナーレースと、アウターレースと、複数のボールとを有する玉軸受である。
図2、及び図3は、回転体101の正面図、及び側面図を示している。回転体101は、回転軸であるシャフト10と、シャフト10が貫通して保持している積層体12とを有している。
シャフト10は、積層体12を保持する棒状部材である。シャフト10は、断面円形に形成され、直列に接続された複数の円筒部10cを含む。また、シャフト10は、シャフトの一方端10dと、シャフトの他方端10eとを有する。シャフト10は、両端部間に、シャフトの一方端10dに形成されている円筒部10cの直径より大きい直径で形成された円筒部分である大径部10aを有する。大径部10aの一方端10d側には、積層体12を保持する積層体保持部10bが設けられている。シャフト10は、金属、例えばステンレス鋼で一体に形成されている。
積層体12は、シャフト10が貫通された状態でシャフト10に保持されている。積層体12は、薄板から形成されている複数の部材を積層して形成されており、一方端12aと、他方端12bとを有している。積層体12は、中央部に中心孔13bを設けられている第1部材13と、中央部に中心孔14bを設けられている第2部材14とを含んでいる。積層体12の一方端12a以外の部材は第1部材13であり、積層体12の一方端12aの部材は、第1部材13とは材質が異なる第2部材14である。複数の第1部材13は、接着剤により互いに固定されている。積層体12の複数の第1部材13が積層されている部分がロータコア12cである。
図4は、第2部材14を示す側面図である。第2部材14は、中心孔14bを設けられて環状に形成されている。図4で示されている面が第2部材側面14aである。第2部材14は、複数の第1部材13とともにシャフト10が挿入された状態で、第2部材側面14aがシャフト10に溶接される。第2部材14の中心孔14bは、円形ではなく、図4に示す実施例のように、1つ以上の平坦部14cを設けられていてもよい。平坦部14cと、平坦部14cに対応したシャフト10の平坦部分とを設けることにより、第2部材14の回り止めをすることができる。同様に、図7に示されているように、第1部材13の中心孔13bにも、平坦部13cを設けることができる。
積層体12は、複数の第1部材13が積層されている側、すなわち積層体12の他方端12b側からシャフト10に貫通される。積層体12は、シャフト10の大径部10aに突き当てられて、シャフト10の積層体保持部10bに位置するまで挿入される。積層体保持部10bには、接着剤が塗布されており、積層体12はシャフト10に接着剤で固定される。すなわち、回転体101は、大径部10aと、積層された複数の第1部材13が構成するロータコア12cと、積層体12の一方端12aの部材である第2部材14とが並んで配置されている。第1部材13は、例えばパーマロイで形成され、第2部材14は、例えばSUS304等のステンレス鋼で形成されている。第1部材13を形成するパーマロイは透磁率が非常に高いため、高い回転角検出性能を実現できる。また、第2部材14を形成するSUS304等のステンレス鋼は、溶接性がよい。
積層体12の他方端12bが大径部10aに突き当てられている状態で、積層体12の一方端12aの第2部材14が、シャフト10に溶接されて固定されている。第2部材14を形成する材料であるSUS304等のステンレス鋼は、パーマロイより溶接性が良いため、強固に溶接して固定することができる。第2部材14のシャフト10への溶接は、YAG溶接等でスポット、円弧状、又は全周にて溶接する。スポット溶接の点数は第2部材14の大きさや必要強度により、例えば6点〜20点の範囲から、適宜決められる。図3の実施例では、10点のスポット溶接がされている。複数が積層された第1部材13をシャフト10に接着剤で固定するのみでなく、加えて複数が積層された第1部材13を、大径部10aとで挟み込んでいる第2部材14をシャフト10に溶接することにより、積層体12はシャフト10に強固に固定される。
シム7は、ベアリングハウス2に配置されたベアリング5の軸方向の外側の側面に、ベアリング5に接して配置されている。シム7は、ベアリング5に付与する与圧を最適値に調整する。シム7は、環状で、複数の厚さが用意されている。個々のRVDTに合わせて、適切な与圧となるように、最適な厚さのシム7を1つ以上組み合わせて組み込まれる。シム7は、シム7の軸方向の外側の側面に接して配置されているリテーナリング6により保持されている。リテーナリング6は、ベアリングハウス2の環状溝にはめ込まれて固定されている。シム7と、リテーナリング6とは、金属、例えば、SUS304で形成されている。
ステータコア3に配置されたコイル4に含まれる一次コイル及び二次コイルを形成する導線の各々の端部には、配線8の対応する端部がそれぞれ接続されている。配線8は、一次コイルに電圧を付与する入力線と、二次コイルに発生した電圧を出力する出力線とを含んでいる。
次に、上記のように構成されたRVDT100の組み立て方法を説明する。
図5は、ロータコア12cである第1部材13をシャフト10に組み立てる状態を示している。また、図6は、図5の組み立て後の状態であり、第2部材14をシャフト10に組み立てる状態を示している。
まず、パーマロイ薄板鋼板をプレス加工し、中心孔13bを有する第1部材13を複数作製する。作製された各々の第1部材13の軸方向端面である第1部材側面13aに接着剤を塗布し、互いに接着する。
次に、作製したシャフト10の積層体12が配置される積層体保持部10bに接着剤を塗布する。その後、図5に示されているように、シャフトの一方端10dを接着された複数の第1部材13の中心孔13bに通し、大径部10aに突き当てて、複数の第1部材13を積層体保持部10bに固定する。
次に、図6に示されているように、シャフト10の一方端10dを、第2部材14の中心孔14bに通し、第2部材14をロータコア12cである複数の第1部材13の一方端12aに突きあてる。第2部材14を積層体12に突きあてた状態を保持しながら、第2部材14をシャフト10にスポット溶接する。溶接個所は、第2部材14の中心孔14bの周囲である。中心孔14bの周囲の10点を溶接する。
この後、作製した回転体101を、他の部材とともにケース1に組み込み、RVDTを作製する。
本発明の実施の形態1に係るRVDT100は、回転体101の積層体12の一方端12a以外の部材は第1部材13であり、積層体12の一方端12aの部材は、第1部材13とは材質が異なる第2部材14を備えており、第2部材14がシャフト10に溶接されている。
したがって、ロータコア12cは透磁性の高いパーマロイの第1部材13で形成し、溶接固定する第2部材14は溶接性が良いステンレス鋼で形成されているので、ロータコア12cをシャフト10に強固に固定でき、信頼性が高い回転体にすることができる。
本発明における回転体の製造方法は、積層体12の一方端12a以外の部材を第1部材13で形成する第1部材形成工程と、積層体12の一方端12aの部材を、第1部材13とは材質が異なる第2部材14で形成する第2部材形成工程と、第1部材13と第2部材14とを積層して積層体12を構成する積層体形成工程と、積層体12の一方端12aの部材である第2部材14をシャフト10に溶接してシャフト10に固定する溶接工程を備えている。
したがって、ロータコア12cを形成する第1部材13を透磁性の高いパーマロイで形成し、溶接固定する第2部材14を溶接性が良いステンレス鋼で形成する工程を備えているので、ロータコア12cをシャフト10に強固に固定でき信頼性が高い回転体を製造することができる。
<実施の形態2>
本発明の実施の形態2に係るRVDT110を説明する。
図7は、本発明の実施の形態2に係る回転体102が組み込まれたRVDT110の正面断面図である。
図8は、回転体102の側面図である。
本発明の実施の形態2に係るRVDT110は、回転体102が、実施の形態1における回転体101に対し、第2部材14を有さず、積層体15がロータコア15cを構成する第1部材13のみで形成されていることのみが異なっている。そのため、回転体102では、積層体15の一方端15aに配置されている第1部材13がシャフト10に溶接されて、積層体15がシャフト10に固定されている。上記以外は実施の形態1と同じである。実施の形態1と同じ部材は同じ符号を記載して、同じ部材の説明は省略する。
図7〜図8に示されている回転体102は、シャフト10と、積層体15とを有している。積層体15は、薄板鋼板から形成されている複数の部材を積層して形成されている。積層体15は、中央部に中心孔13bを設けられている第1部材13のみで形成されている。複数の第1部材13は、接着剤により互いに固定されている。
積層体15は、中心孔13bにシャフト10が貫通されてシャフト10に保持されている。積層体15は、シャフト10の大径部10aに突きあたり、シャフト10の積層体保持部10bに位置するまで挿入される。積層体保持部10bには、接着剤が塗布されているため、積層体15はシャフト10に接着剤で固定される。すなわち、回転体102は、大径部10aと、積層体15である複数の第1部材13とが接して配置されている。第1部材13は、例えばパーマロイで形成されている。積層された複数の第1部材13がロータコア15cである。第1部材13を形成するパーマロイは透磁率が非常に高いため、高い回転角検出性能を得られる。
積層体15の他方端15bが大径部10aに突き当てられている状態で、積層体15の一方端15aの第1部材13が、シャフト10に溶接されて固定されている。第1部材13を形成しているパーマロイへの溶接は、近傍に接着剤があることから、スパッタやボイドなどの溶接不良が発生する可能性がある点で、実施の形態1における第2部材14を形成するステンレス鋼より溶接性に劣っている。しかし、実施の形態2では、第2部材14を省略できるため、必要強度によってはより簡素な構造にできる。第1部材13のシャフト10への溶接は、YAG溶接等でスポット、円弧状、又は全周にて溶接する。スポット点数は第1部材13の大きさや必要強度によるが、ステンレス鋼より溶接性が劣ることを考慮して、例えば4点〜8点の範囲から適宜決められる。実施例では、4点で等間隔に溶接されている。積層体15のシャフト10への接着剤による固定のみでなく、積層体15の一方端15aの第1部材13をシャフト10に溶接することにより、積層体15はシャフト10に強固に固定される。
上記のように構成された回転体102の組み立て方法は、第2部材14を使用しない以外、回転体101と同じである。すなわち、シャフト10に積層体15を組み込み、積層体15の一方端15aである第1部材13の中心孔13bの周囲を、所定等間隔で4点シャフト10に溶接する。
回転体102を用いてRVDT110を作製する方法も、回転体101を用いてRVDT101を作製する場合と同じである。
本発明の実施の形態2に係るRVDT110の回転体102は、積層体15の一方端15aの部材である第1部材13がシャフト10に溶接されている。
したがって、ロータコア15cを形成する第1部材13は透磁性の高いパーマロイで形成した上で、ロータコア15cを構成する第1部材13をシャフト10に強固に固定でき、信頼性が高い回転体とすることができる。
本発明における回転体の製造方法は、積層体15を形成する複数の部材を第1部材13で形成する第1部材形成工程と、第1部材13を積層して積層体15を構成する積層体形成工程と、積層体15の一方端15aの部材である第1部材13をシャフト10に溶接してシャフト10に固定する溶接工程を備えている。
したがって、透磁性の高いパーマロイでロータコア15cを形成するとともに、積層体15の一方端15aの第1部材13をシャフト10に強固に固定できる信頼性が高い回転体を容易に製造することができる。
1 ケース、 2 ベアリングハウス、 3 ステータコア、 4 コイル、
5 ベアリング、10 シャフト、10d シャフトの一方端、10c 円筒部、
12,15 積層体、12a,15a 積層体の一方端、
12b,15b 積層体の他方端、13 第1部材、13b,14b 中心孔、
14 第2部材、101,102 回転体、100,110 RVDT。

Claims (9)

  1. 薄板から形成され、各々に中心孔(13b、14b)が設けられている複数の部材を積層して形成されている積層体(12、15)と、
    前記複数の部材の前記中心孔(13b、14b)に貫通しているシャフト(10)とを有し、前記積層体(12、15)は前記積層体(12、15)の一方端(12a、15a)の部材が前記シャフト(10)に溶接されて前記シャフト(10)に固定されている回転体(101,102)を備えているRVDT。
  2. 前記シャフト(10)は、断面円形に形成された複数の円筒部(10c)と、
    前記シャフト(10)の一方端(10d)に形成されている前記円筒部(10c)の直径より大きい大径部(10a)と、を有し、
    前記積層体(12、15)は前記積層体(12、15)の他方端(12b、15b)が前記大径部(10a)に突きあてられた状態で前記シャフト(10)に固定されている請求項1に記載されたRVDT。
  3. 前記積層体(12、15)は、全て第1部材(13)で形成されている請求項1又は2に記載されたRVDT。
  4. 前記積層体(12、15)は、前記積層体(12、15)の一方端(12a、15a)以外の部材が、全て第1部材(13)で形成され、前記積層体(12、15)の前記一方端(12a、15a)の部材が、前記第1部材(13)とは材質が異なる第2部材(14)で形成されている請求項1又は2に記載されたRVDT。
  5. 有底円筒形状に形成され、一方端に開口部を有するケース(1)と、
    前記開口部にはめ込まれて前記開口部を閉塞するベアリングハウス(2)と、
    環状に形成され、前記ケース(1)の内周面に接して配置されているステータコア(3)と、
    前記ステータコア(3)の周方向において一定間隔で設けられている複数のコイル(4)と、
    前記ケース(1)内側の底部の中央部、及びベアリングハウス(2)内側の中央部に配置されているそれぞれのベアリング(5)と、
    前記それぞれのベアリング(5)に両端部を回転可能に保持されている前記回転体(101、102)と、を備えるRVDT。
  6. 薄板から形成され、各々に中心孔(13b、14b)が設けられている複数の部材を形成し、前記複数の部材を積層して積層体(12、15)を構成する積層体形成工程と、
    シャフト(10)を形成し、前記複数の部材の前記中心孔(13b、14b)に前記シャフト(10)を貫通させて回転体(101,102)を形成する回転体形成工程と、
    前記積層体(12、15)の一方端(12a、15a)の部材を前記シャフト(10)に溶接して前記シャフト(10)に固定する溶接工程と、を備えているRVDTの製造方法。
  7. 前記積層体形成工程は、前記積層体(12、15)を構成するすべての部材を第1部材(13)で形成する第1部材形成工程を有する請求項6に記載されたRVDTの製造方法。
  8. 前記積層体形成工程は、前記積層体(12、15)の一方端(12a、15a)以外の部材を、全て第1部材(13)で形成する第1部材形成工程と、
    前記積層体(12、15)の前記一方端(12a、15a)の部材を、前記第1部材(13)とは材質が異なる第2部材(14)で形成する第2部材形成工程と、を有する請求項6に記載されたRVDTの製造方法。
  9. 有底円筒形状に形成され、一方端に開口部を有するケース(1)を作製する製造工程と、
    前記開口部にはめ込まれて前記開口部を閉塞するベアリングハウス(2)を作製する製造工程と、
    環状に形成され、前記ケース(1)の内周面に接して配置されているステータコア(3)を作製する製造工程と、
    前記ステータコア(3)の周方向において一定間隔で設けられている複数のコイル(4)を作製する製造工程と、
    前記ケース(1)内側の底部の中央部とベアリングハウス(2)内側の中央部とのそれぞれに配置されているベアリング(5)を作製する製造工程と、
    前記ベアリング(5)のそれぞれに両端部を回転可能に保持されている前記回転体(101,102)を作製する製造工程と、
    それぞれの部材を組み立てる組み立て工程と、を備えるRVDTの製造方法。
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