JP2023103617A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機に関する。 The present invention relates to rotating electric machines.
従来、ステータとロータとが径方向に対向配置された、いわゆる、ラジアルギャップ型モータが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1には、ロータ内部に埋め込まれた磁石の磁束を有効に活用すべく、ステータコアの軸方向両端部にオーバーハング部を形成し、ステータの軸方向長さをロータの軸方向長さよりも長くしたモータ(回転電機)が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a so-called radial gap type motor is known in which a stator and a rotor are arranged to face each other in the radial direction (see, for example, Patent Document 1). In
ところで、モータの出力を向上させるためには、磁石が放出する磁束をできるだけステータ側に流すことが有効である。特許文献1に開示されたモータが備えるオーバーハング部は、磁石から放出される磁束を捕捉し、捕捉した磁束をステータ内に流すことができる。しかしながら、磁石から放出される磁束はあらゆる方向に放出されている。特許文献1に開示されたモータは、あらゆる方向に放出される磁束をできるだけ捕捉し、磁束の利用効率を向上させるとの観点から、さらなる改善の余地があった。
By the way, in order to improve the output of the motor, it is effective to flow the magnetic flux emitted by the magnets to the stator side as much as possible. The overhang portion provided in the motor disclosed in
そこで、本明細書開示の発明は、ロータに設けられた磁石から放出される磁束の利用効率を向上することを課題とする。 Accordingly, an object of the invention disclosed in this specification is to improve the utilization efficiency of the magnetic flux emitted from the magnets provided on the rotor.
本明細書開示の回転電機は、環状のステータと、当該ステータの径方向内側に当該ステータと対向配置されたロータと、を備えた回転電機であって、前記ロータは、ロータコアと、前記ロータコアに取り付けられた磁石と、を備え、前記ステータは、前記ロータの周囲に位置する本体部から前記ロータコアに取り付けられた前記磁石が位置する径方向内側に突出した延設部を有するステータコアと、当該ステータコアに装着されたコイルと、を備える。 A rotating electric machine disclosed in the present specification is a rotating electric machine that includes an annular stator and a rotor that is arranged radially inside the stator so as to face the stator, wherein the rotor includes a rotor core and a magnets attached to the stator core, the stator having extensions projecting radially inwardly from a body portion positioned around the rotor at which the magnets attached to the rotor core are located; a coil mounted on the
本明細書開示の発明は、ロータに設けられた磁石から放出される磁束の利用効率を向上することができる。 The invention disclosed in this specification can improve the utilization efficiency of the magnetic flux emitted from the magnets provided on the rotor.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。さらに、各図間に描かれている各要素の縮尺が異なっている場合がある。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, in the drawings, the dimensions, ratios, etc. of each part may not be illustrated so as to completely match the actual ones. In some drawings, details may be omitted. Furthermore, the scale of each element drawn between each drawing may be different.
(第1実施形態)
まず、図1を参照して、第1実施形態の回転電機1の概略構成について説明する。回転電機1は、U相、V相及びW相を有する三相交流モータであり、例えば、エンジンと走行用モータとを車両の駆動源として搭載したハイブリッド車両や、電気自動車、燃料電池車等の電動車両の走行モータとして用いられる。また、回転電機1は、後に詳細に説明するように、ロータコア8aの内部に永久磁石8bが埋め込まれた永久磁石同期型回転電機、いわゆるIPM(Interior Permanent Magnet)モータである。なお、回転電機は、IPMモータだけでなく、SPM(Surface Permanent Magnetic;表面磁石型)モータであってもよい。以下の説明において、「軸方向」、「径方向」、「周方向」とは、それぞれ、ロータ軸方向、ロータ径方向、ロータ周方向を意味するものとする。
(First embodiment)
First, referring to FIG. 1, a schematic configuration of a rotating
回転電機1は、ケース2内に設けられ、ティース部6にコイル部7が形成された環状のステータ3と、ステータ3の径方向内側にこのステータ3と同心とされると共に対向配置されたロータ8を備える。ステータ3は、ステータコア3aとコイル7を備えている。ロータ8は、ロータコア8aと、このロータコア8aに埋め込まれた永久磁石8bを備えている。ロータ8は、ステータ3内で回転可能に設けられている。ロータ8の中央部には、回転軸部材9が設けられており、この回転軸部材9は図示しない軸受部によって回転可能に支持されている。なお、回転電機1は、コイル部7から延びるU相リード線、V相リード線及びW相リード線を有するが、図1では、これらのリード線は省略されている。
The rotary
ステータコア3aは、図2~図5に示す分割ステータコア4を繋ぎ合わせることで形成されている。ステータコア3aは、計16個の分割ステータコア4を組み合わせることで形成されている。一つ一つの分割ステータコア4は、中心角がθである扇形状を有している。本実施形態の回転電機1における一つの分割ステータ4の中心角θは、45°である。ステータコア3aは、8個の分割ステータ4を周方向に繋ぎ合わせて形成された二個の環状体を上下反転させた状態で接合させた形態を備えている(図6参照)。分割ステータコア4の中心角θや、分割ステータコア4の数は、これに限定されるものではない。分割ステータコア4の中心角θや分割ステータコア4の数は、環状を形成するために適宜選定することができる。
The
分割ステータコア4は、図2に示すように、ブロック状の本体部4aと、この本体部4aの軸方向の一端部側に上層部4bを備えている。
As shown in FIG. 2, the
本体部4aは、絶縁被覆された磁性体粉末を圧縮して成形した圧粉磁心とされているが、電磁鋼板を積層して形成してもよい。上層部4bは、板状の部材を本体部4aの一端部に積層することで設けられている。この上層部4bは電磁鋼板を成形して設けられている。本体部4aは、分割ステータコア4が接合されてステータコア3aが形成された状態となるときに、ステータコア3aの本体部3a1(図6参照)を形成する。本体部3a1は、環状に成形され、ロータ8の周囲に位置する。分割ステータコア4の内周壁面4cは、ステータコア3aを形成している状態において、ロータ8の外周壁面8a1と対向している。内周壁面4cと外周壁面8a1との間には、隙間10(図4参照)が形成されている。これにより、ロータ8は、ステータ3の内側で回転可能な状態とされている。また、図6を参照すると本体部3a1の軸方向高さは、ロータ8の軸方向高さよりも高くなるように設定されており、本体部3a1の両端部は、それぞれ、ロータ8の両端部よりも突出した状態とされている。
The
分割ステータコア4は、径方向外側にヨーク部5を備えている。分割ステータコア4は、ヨーク部5から径方向内側に向かって延びるティース部6を備えている。各ティース部6の間には、径方向内側に開口するとともに軸方向両側において開口する溝状に形成されたスロットが設けられている。スロットには、図1や図3に示すように、コイル7が設けられている。コイル7は、U相、V相及びW相を形成するように、所定のティース部6を跨ぐように設けられている。
The
分割ステータコア4が備える上層部4bは、本体部4aと共にヨーク部5とティース部6の一部を形成している。そして、上層部4bは、ティース部6を径方向内側に突出させた延設部6aを備えている。この延設部6aについては、後に詳細に説明する。
The
ロータ8は、永久磁石8aを備える。永久磁石8bは、図6に示すように、ロータコア8aを軸方向に貫通する孔に埋め込まれている。永久磁石8bは、図5等に示すように、軸方向視において概ね長方形の外形形状を有しており、長手方向を概ね周方向に一致させ、短手方向を概ね径方向に一致させて埋め込まれている。永久磁石8bは、短手方向に沿って磁化されている。具体的に、永久磁石8bは、図6に示すように、径方向外側がN極となり、径方向内側がS極となるように、磁化されている。
The
ここで、延設部6aについて詳細に説明する。図2や図6を参照すると、延設部6aは、上層部4bに形成されている。延設部6aは、ティース部6を径方向内側に突出させることで形成されている。延設部6aの先端部は、内周壁面4cよりも内側4bに位置している。これにより、延設部6aの先端部は、ロータ8に埋め込まれた永久磁石8bの近傍まで迫り出した状態とされている。延設部6aは、ステータコア3aの本体部3a1の一端部に設けられた上層部4bに形成されている。そして、本体部3a1の軸方向高さは、ロータ8の軸方向高さよりも高い。このため、延設部6aは、ロータ8に覆い被さるような状態で配置されている。
Here, the
延設部6aのロータ8と対向する先端部には、図6に示すように中心部に近づくに従って永久磁石8bから遠ざかる斜面6a1が形成されている。斜面6a1が形成されていることで、延設部6aは、永久磁石8bのN極に近く、S極から遠い状態とされている。
As shown in FIG. 6, a slope 6a1 is formed at the tip of the
延設部6aは、永久磁石8bのN極から放出される磁束を捕捉することができる。永久磁石8bは、あらゆる方向、つまり、ロータ8の軸方向、径方向、周方向及びこれらが複合した方向に磁束を放出している。永久磁石8bが放出する磁束のうち、矢示20aで示す磁束は、ロータコア8aを通じてステータ3側に流れる。また、永久磁石8bが放出する磁束のうち、矢示20bで示すような永久磁石8bの上面や下面から放出される磁束は、傾斜面6a1から延設部6aに捕捉される。延設部6aに捕捉された磁束は、矢示20cで示すように、ステータ3側に流れる。ステータ3側に流れた磁束は、回転電機1の出力に寄与する。仮に、延設部6aが設けられていないと、矢示20bで示すような磁束は、空間に放出されることになり、回転電機1の出力に寄与することがない。本実施形態のように、延設部6aを設けることで、永久磁石8bの軸方向端面から放出された磁束を捕捉し、回転電機1の出力に寄与させることができる。
The
ここで、延設部6aの内側への突出量や形状について図7に示す変形例と比較しつつ、考察する。図7に示す変形例も本明細書開示の発明の範囲に含まれるものであり、従来であれば空間に放出される磁束を捕捉することができ、その磁束を回転電機1の出力に寄与させることができる。図7において、第1実施形態と共通する構成要素については、同一の参照番号が付されている。図7に示す変形例は、図6に示す第1実施形態が備えるステータ3(ステータコア3a)に代えてステータ13(ステータコア13a)を備える。ステータコア13aは、本体部13a1と上層部41bを備える。本体部13a1は、内周壁面14cがロータ8aの外周面8a1と径方向に対向する点、ティース部16が設けられている点において第1実施形態と共通するが、以下の点で、第1実施形態と異なっている。上層部14bには、延設部16aが設けられているが、延設部16aの先端は、永久磁石8bのS極を超えてさらに内側にまで到達している。また、延設部16aの先端部は、延設部6aと異なり、傾斜面を備えていない。傾斜面6a1は、延設部6aを永久磁石8bのN極と対向させるために設けられているものであるが、延設部16aの先端部は、N極を超えてさらに内側まで延び、延設部16aは、N極上を通過している。このため、延設部16aはその下面においてN極と対向していることから、傾斜面は不要である。
Here, the inward projection amount and shape of the
延設部16aは、第1実施形態の延設部6aと同様に、図7中、矢示21a、21b、21cで示すように、磁束をステータ13に流すことができる。しかしながら、その一方で、矢示21bのように、延設部16aが捕捉した磁束が、矢示21dで示すように、延設部16aのさらに先端側に向かって流れる。延設部16aの先端側に流れた磁束は、矢示21eで示すように、永久磁石8bのS極に戻ってしまう。このように、永久磁石8bのS極に戻ってしまう磁束は回転電機1の出力に寄与しない。
The extending
そこで、延設部の突出量や、形状は、永久磁石8bが放出する磁束が、効率よくステータ側に流れるように設定することが望ましい。つまり、延設部の突出量や形状は、一旦捕捉した磁束がステータ3側に流れることなく永久磁石8bに戻ってくる現象が生じることがないように設定されることが望ましい。延設部は、ロータ8側に覆い被さるように内側に向かって突出しているが、その突出量や形状は、永久磁石との位置関係に応じて種々変更することができる。
Therefore, it is desirable to set the amount of protrusion and the shape of the extended portion so that the magnetic flux emitted by the
永久磁石と延設部との相対的な位置関係、永久磁石の延設部に対する相対的な姿勢は刻々と変化する。延設部の突出量や形状を決定する際は、これらの事項が考慮されることが望ましい。永久磁石8bが埋め込まれているロータ8は、ステータ3(13)に対して回転している。そのため、永久磁石9bと延設部6a(16a)との相対的な位置関係、相対的な姿勢は、変化する。延設部は、ある時点では、N極に近く、磁束を効果的に捕捉することができるが、他の時点では、S極が近くなり、図7における矢示21eで示したように、S極に戻される磁束が増加する。このように、延設部と永久磁石8bとの関係は、刻々と変化するため、延設部の突出量や形状は、ある一定の期間において、回転電機1の出力を効率よく向上させることができるように設定されることが望ましい。基本的な考え方として、延設部は、S極から遠くN極に近ければ、効率よく磁束を捕捉し、その磁束を回転電機1の出力に寄与させることができる。
The relative positional relationship between the permanent magnet and the extended portion and the relative attitude of the permanent magnet to the extended portion change every moment. These matters should be taken into consideration when determining the projection amount and shape of the extended portion. The
本実施形態の回転電機1は、ステータコア3aの軸方向端部に上層部4bを備えているが、この最上層4bは、図6に示すように、ステータコア3aの本体部3a1とコイル7との間に配置されている。元々、ステータコア3aとコイル7との間には、隙間11が形成されている。最上層4bは、この隙間11に配置されている。このため、回転電機1は、最上層4bが設けられた状態であっても、回転電機1全体としての躯体の大きさが大きくなることはない。つまり、軸方向両端部にそれぞれ形成されているコイルエンド部間の距離が大きくなることが回避されている。
The rotary
また、最上層4bを設置し、延設部6aを設けることで、ステータ3全体の体積が増加する。これにより、コイルから放出される磁束や永久磁石8bから出る磁束を効率よく捕捉することができる。この結果、回転電機1の出力を向上させることができる。
Moreover, the volume of the
なお、本実施形態では、最上層4bは、図6に示すように軸方向(上下方向)の両端に設けられているが、どちら一方にのみ設けた態様とすることもできる。その際、製造工程を考慮して、最上層4bをどちらか一方のみ設ける態様を選択することができる。本実施形態では、圧粉磁心を採用しているが圧粉磁心を採用する場合、全体の組み立て工程を考慮すると、両側に上層部4bを設けることが煩雑となることがある。このような場合には、上層部4bをどちらか一方のみに設けるようにしてもよい。
In this embodiment, the
本実施形態の回転電機によれば、ステータコア3aは、永久磁石8bが位置する径方向内側に突出した延設部6aを備えるので、ロータ8に設けられた永久磁石8bから放出される磁束の利用効率を向上させることができる。
According to the rotating electric machine of the present embodiment, the
(第2実施形態)
つぎに、図8を参照して、第2実施形態について説明する。第2実施形態は、第1実施形態のロータ8に代えて、ロータ18を備えている。ロータ18は、ロータコア18aに外側永久磁石18b1と、内側永久磁石18b2を備えている。内側永久磁石18b2は、外側永久磁石18b1の内側に配置されている。外側永久磁石18b1は、外側永久磁石18b1の両側にそれぞれ設けられている。一つの外側永久磁石18b1と、二つの内側永久磁石18b2は、これらが一組となり、ロータ18の周方向に沿って所定の間隔を空けて設けられている。本実施形態にあっては、45°毎に外側永久磁石18b1と内側永久磁石18b2の組が設けられている。なお、第1実施形態と第2実施形態とにおいて、共通する構成要素については、図面中、同一の参照番号を用いている。
(Second embodiment)
A second embodiment will now be described with reference to FIG. The second embodiment has a
第2実施形態では、このようなロータ18にステータ3を組み合わせている。ステータ3は、第1実施形態と同一であり、ステータ3を形成している分割ステータコア4には、延設部6aが設けられている。延設部6aは、外側永久磁石18b1や内側永久磁石18b2に向かって突出している。このため、外側永久磁石18b1や内側永久磁石18b2から放出される磁束を効果的に捕捉し、捕捉した磁束を回転電機1の出力に寄与させることができる。
In the second embodiment, such a
なお、第1実施形態で説明したように、延設部の突出量や、形状は、永久磁石8bが放出する磁束が、効率よくステータ側に流れるように設定することが望ましい。本実施形態にあっては、外側永久磁石18b1と内側永久磁石18b2とでは、延設部6aに対する距離や姿勢が異なっている。このため、外側永久磁石18b1と内側永久磁石18b2との配置を考慮して、効果的に磁束を捕捉することができる延設部の突出量や形状を設定することが望ましい。例えば、外側永久磁石18b1から効果的に磁束を捕捉する設定としたり、外側永久磁石18b1と内側永久磁石18b2の双方から効果的に磁束を捕捉する設定としたりすることが考えられ、これらは、適宜選択することができる。
As described in the first embodiment, it is desirable to set the amount of protrusion and the shape of the extended portion so that the magnetic flux emitted by the
永久磁石の配置は、種々変更されることがある。そのため、延設部の突出量や、形状は、永久磁石の配置を考慮して適宜選定することが望ましい。 The arrangement of permanent magnets may be changed in various ways. Therefore, it is desirable to appropriately select the amount of projection and the shape of the extension part in consideration of the arrangement of the permanent magnets.
(第3実施形態)
つぎに、第3実施形態について、図9を参照して説明する。第3実施形態では、第1実施形態における分割ステータコア4に代えて、分割ステータコア24が採用されている。分割ステータコア24は、第1実施形態の分割ステータコア4と同様に、ティース部26を備えているが、ティース部26から延びる延設部が第1実施形態と異なっている。本実施形態における延設部は、第1延設部26aと、第2延設部26bが含まれている。第1延設部26aと第2延設部26bとは、内側への突出量が異なっており、第1延設部26aの突出量が第2延設部26bの突出量よりも多い。第1延設部26aと第2延設部26bは、周方向に交互に設けられている。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. In the third embodiment, a
このように、延設部の突出量を異ならせることで、永久磁石の配置や、ロータが回転することで延設部との相対的な位置関係、姿勢が変化すること対応させることができる。例えば、永久磁石8bの位置が矢示27のように移動してもそれぞれの時点における位置、姿勢に対して、磁束を効果的に捕捉することができるように延設部を設定する。第1延設部26aと第2延設部26bの突出量は、このような観点から適宜選定することができる。
In this way, by varying the amount of protrusion of the extensions, it is possible to accommodate changes in the relative positional relationship and attitude with respect to the extensions due to the arrangement of the permanent magnets and the rotation of the rotor. For example, even if the position of the
突出量が異なる延設部を設けることで、永久磁石から放出される磁束の利用効率を向上させ、回転電機の出力を向上させることができる。 By providing the extension portions with different protrusion amounts, it is possible to improve the utilization efficiency of the magnetic flux emitted from the permanent magnets and improve the output of the rotary electric machine.
上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。 The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to these. Various modifications of these examples are within the scope of the present invention, and furthermore, the present invention can be modified. It is self-evident from the above description that many other embodiments are possible within the scope.
1 回転電機 2 ケース
3、13 ステータ 3a、13a ステータコア
3a1 本体部 4、24 分割ステータコア
4a、14a 本体部 4b、14b 上層部
4c、14c 内周壁面 5 ヨーク部
6、16 ティース部 6a、16a 延設部
6a1 斜面 7 コイル
8、18 ロータ 8a ロータコア
8a1 外周壁面 8b 永久磁石
9 回転軸部材 10 隙間
18b1 外側永久磁石 18b2 内側永久磁石
26a 第1延設部 26b 第2延設部
1 rotating
Claims (1)
前記ロータは、ロータコアと、前記ロータコアに取り付けられた磁石と、を備え、
前記ステータは、前記ロータの周囲に位置する本体部から前記ロータコアに取り付けられた前記磁石が位置する径方向内側に突出した延設部を有するステータコアと、当該ステータコアに装着されたコイルと、を備えた、
回転電機。 A rotating electric machine comprising a ring-shaped stator and a rotor disposed facing the stator radially inside the stator,
the rotor comprises a rotor core and magnets attached to the rotor core;
The stator includes a stator core having an extension portion radially inwardly projecting from a body portion positioned around the rotor, where the magnets attached to the rotor core are located, and a coil mounted on the stator core. rice field,
rotating electric machine.
Priority Applications (1)
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