JP3497644B2 - 回転電機の固定子 - Google Patents
回転電機の固定子Info
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Description
た回転電機の固定子に関する。
動機としては、図31および図32に示すように構成さ
れたものが知られている。ここに示す誘導電動機におい
て、固定子1は、固定子枠2に嵌合固定された固定子鉄
心3と、この固定子鉄心3のスロット3aに嵌合された
巻線4とから構成されている。なお、上記巻線4は図3
2に示すように、U字形のスロット絶縁物5を介してス
ロット3aに収納され、スロット用くさび6により抜脱
が防止されている。回転子7は、固定子枠2に軸受8を
介して支承された回転軸7aに、回転子鉄心9を取付け
て構成されている。
バータにより速度制御することが多くなってきている。
しかしながら、インバータによる速度制御においては、
電圧および電流波形に歪みを生じ、電動機の固定子鉄心
3および回転子7に磁束高調波が発生し、その電磁加振
力により振動や騒音が発生する。さらに、電源周波数が
固定の電動機においては、固定子鉄心3の固有振動数を
避けるように対策して電磁加振力の周波数との共振を防
いでいたが、インバータを用いた速度制御の場合周波数
可変となるため、これが困難である。
鉄心3により回転磁界が生じ、回転子7の導体に誘導電
流が流れて回転トルクが生ずると共に、固定子鉄心3と
回転子7との間に、磁気吸引力によって径方向の電磁力
が作用する。この電磁力が加振力となって固定子鉄心3
ひいては固定子枠2を振動させる。
と、固定子鉄心3および回転子7のスロットの影響で生
ずるスロット高調波磁束によるものとがある。このうち
基本波磁束による加振力は電源周波数f0 の2倍の周波
数となる。また、スロット高調波磁束による加振力は、
固定子鉄心3のスロット数Qsと回転子7のスロット数
Qrとの組合わせ、および磁極数Pにより異なり、その
発生周波数feは fe={(2/P)×Qr(1−S)±2}fo となる。ただし、Sはすべりである。また、その発生周
波数feのモード次数Keは Ke=|Qr−Qs±P| となる。
feは普通50Hzから5000Hz程度となる。しか
して、加振力となる加振周波数と、固定子鉄心3の固有
振動数が近いかあるいは一致している場合には、振動が
拡大されて大きな振動および騒音が生ずる。この振動お
よび騒音は、上記基本波磁束による加振力と、スロット
高調波磁束による加振力とのうち、特に基本波磁束によ
る加振力の影響が大きいことが知られている。
を受けているので、円環振動となり、固定子鉄心3から
固定子枠2に伝達され、さらに脚10から相手取付け部
位、例えば機械等に伝達されてそこで振動が発生する。
えば実開昭55−109353号公報のものが知られて
いる。このものは、図33に示すように、固定子枠2の
内周面にリング11,11を取付けると共に、このリン
グ11,11に弾性はり12を設け、この弾性はり12
に固定子鉄心3を弾性支持させる構成としている。
定子鉄心3と、巻線の端部が存在しないと考えた場合の
固定子鉄心との固有振動数スペクトルを比較してみる。
例えば図34(a)には、4極2.2kWのモータにお
いて巻線4の端部4aが存在する場合を示し、同図
(b)には同モータにおいて巻線端部が存在しない場合
を示している。図34(a)から判るように、巻線4の
端部4aが存在する場合には、1350Hzおよび20
00Hzに顕著にレベルの高い固有振動数が見られる
が、同図(b)の場合には、1760Hzにしかみられ
ない。
巻線4の端部4aが存在する固定子鉄心3の固有振動モ
ードの測定を行なった。その結果を図35および図36
に示す。なお同図には巻線4の端部4aを振動系モデル
化して示している。上述の固有振動数1350Hzは、
n=2の円環振動である楕円変形振動モードであり、固
定子鉄心3と巻線4の端部4aとが、同位相に変位する
振動モードである。また、固有振動数2000Hzは、
これらが逆位相に変位する振動モードであることが判っ
た。これらのことから、巻線4の端部4aは、円環剛性
をもつ一つの振動系を構成し、これが固定子3の両端に
連結して巻線4の端部4aと連成振動系を構成している
ことが判った。
に、図37(a)には固定子鉄心3および巻線4の部分
的な概略構成と各部の質量、ばね定数、減衰定数との関
係を示し、これを理論モデル化した図を同図(b)に示
す。この計算モデルの内容は、文献(日本機械学会論文
集60巻578号C編(第13頁〜第19頁))に記載
されて既に知られている。この振動系は、スロット3a
内の領域の巻線4部分を含む固定子鉄心3と、端部4a
とがそれぞれ独立した1自由度の振動系からなり、これ
らが固定子鉄心3と巻線4の端部4aとの間の見掛上の
ばねで結合された2自由度の連成振動系モデルである。
部4をそれぞれ等価質量m1,m2に置き換え、それぞ
れのばね定数をk1,k2、連成結合ばね定数をk12
とし、それぞれの減衰定数をc1,c2とし、連成結合
減衰定数をc12としている。図38には、連成結合ば
ね定数k12と固有振動数との関係を示している。同図
に示す同位相モードおよび逆位相モードの固有振動数
は、前述した固定子鉄心3の等価質量m1および巻線4
の端部4aの等価質量m2および連成結合ばね定数k1
2が変化すると、同図に示す同位相モードおよび逆位相
モードの固有振動数は、変化する。
定子鉄心3から固定子枠2への振動の伝播を少なくする
ためには、弾性はり12の剛性を小さくすることが肝要
である。ここで、固定子鉄心3は回転子7の駆動トルク
の反力として周方向のトルクも受けており、従って、弾
性はり12は、固定子鉄心3の重量を支える他にこの周
方向トルクをも支持しなければならず、この弾性はり1
2の剛性をあまり小さくできず、このため、電動機から
外部への振動伝達の低減を十分に図ることができないと
いった問題がある。また、この弾性はり12の配設スペ
ース分全体の大形化を来し、製作コストが高くなる問題
もあった。
であり、その目的は、全体が大形化することなく、外部
への振動伝播の低減を十分に図ることができる回転電機
の固定子を提供するにある。
に固定された固定子鉄心と、この固定子鉄心のスロット
に設けられた巻線とを備え、前記巻線の固定子鉄心から
突出する端部に重りを固定し、この重りにより、固定子
鉄心部分の重量と、前記固定子鉄心から突出する巻線端
部部分の重量との比が、ほぼ12:1となるようにして
いる。これによれば、同位相モードの固有振動数が上昇
し、逆位相モードの固有振動数が下降し、二つの固有振
動数が一致する交点が生じ、同位相モードの固有振動数
と逆位相モードの固有振動数とが打ち消し合い、振動低
減効果が得られる。そして回転電機全体の小形化に寄与
できる。
を、巻線端部の振動モードの腹となる部位に固定したと
ころに特徴を有する。これによれば、振動モードの節に
重りを固定しても動的な質量効果が少ないことから、振
動モードの腹の振動振幅が大きい部分だけに重りを固定
することにより、全周に重りを固定したものと同等に近
い効果が得られ、重りの重量の軽減を図ることができ
る。
子鉄心と、この固定子鉄心のスロットに設けられた巻線
とを備え、前記巻線の固定子鉄心から突出する端部に、
有端状のリング部材を装着し、このリング部材の両端を
締付手段により締付けて連結固定したところに特徴を有
する。これによれば、巻線端部がリング部材により締付
けられることにより、巻線端部の剛性が大きくなり、同
位相モードの固有振動数が上昇して逆位相モードの交点
に一致する。この結果、同位相モードの固有振動数と逆
位相モードの固有振動数とが打ち消し合い、振動低減効
果が得られる。
子鉄心と、この固定子鉄心のスロットに設けられたワニ
ス処理された巻線とを備え、前記巻線の固定子鉄心から
突出する端部のうち固定子鉄心に近い部分にヒータを設
け、このヒータによりこの巻線端部をほぼ60℃に保持
するようにしたところに特徴を有する。これによれば、
巻線の固定子鉄心から突出する端部のうち固定子鉄心に
近い部分が、ヒータにより60℃に保持されるから、ワ
ニスが軟化してヤング率が低下し、連成結合ばね定数k
12が小さくなり、また連成結合減衰定数c12が大き
くなり、大きな振動低減効果が得られる。
子鉄心と、この固定子鉄心のスロットに設けられた巻線
とを備え、前記巻線の固定子鉄心から突出する端部を、
軸方向からみてほぼ三角形状となるように整形したとこ
ろに特徴を有する。これによれば、固定子鉄心の振動と
巻線端部の振動とが逆位相になり、振動が低減される。
れ、外周面の複数箇所が平坦面をなす固定子鉄心と、こ
の固定子鉄心のスロットに設けられた巻線とを備え、前
記巻線の固定子鉄心から突出する端部に、軸方向からみ
て前記固定子鉄心の平坦面に対応する部位に重りを固定
したところに特徴を有する。これによれば、固定子鉄心
において振動振幅が大きくなり勝ちな平坦面部分に対応
して、巻線に重りが固定されているから、振幅が小さく
なり、振動が低減される。
子鉄心と、この固定子鉄心のスロットに設けられた巻線
とを備え、前記固定子鉄心の振動モードの節となる部位
に、支持部材の一端部を取付け、この支持部材の他端部
を、巻線端部の振動モードの腹となる部位に緩衝材を介
して連結したところに特徴を有する。これによれば、巻
線端部の振動モードの腹となる部位は、固定子鉄心の振
動モードの節の部分つまり振動しない部分に緩衝材を介
して連結された構成となり、支持部材および緩衝材によ
って巻線端部の振動が抑制され、振動減衰効果が得られ
る。
き図1ないし図5を参照しながら説明する。まず、図1
には、回転電機例えば誘導電動機を示している。固定子
21は、固定子枠22に嵌合固定された固定子鉄心23
と、この固定子鉄心23のスロット23aに嵌合された
巻線24とから構成されている。回転子25は、固定子
枠22に軸受26を介して支承された回転軸25aに、
回転子鉄心27を取付けて構成されている。
ら突出する端部24aの外周に重り28をリング状に固
定している。この重り28は、例えば熱硬化性樹脂から
なる。そして、この重り28により、固定子鉄心23部
分の重量(固定子鉄心23とスロット23aの巻線24
との重量をいう)と、巻線24の端部24a部分の重量
(巻線24においてスロット23a内の部分を除く重量
をいう)との比が、ほぼ12:1となるようにしてい
る。
部分と、巻線24の端部24a部分との重量比を、ほぼ
12:1となるようにしたことにより、図2と既述した
図38との比較から理解できるように、連成振動モード
の同位相モードの固有振動数が上昇し、逆位相モードの
固有振動数が下降する。そして、この二つの固有振動数
が一致する交点29が生じ、同位相モードの固有振動数
と逆位相モードの固有振動数とが打ち消し合い、振動低
減効果を得ることができるものである。
は、4極2.2kWの誘導電動機における固定子鉄心2
3部分と巻線24の端部24a部分との重量比を、1
0:1の場合、11:1の場合、12:1の場合、1
4:1の場合において、打撃による振動加速度応答特性
を示している。今、横軸に周波数fをとり、縦軸に単位
力当りの振動加速度a/F(Fは力、aは振動加速度)
をとっている。この図3から判るように、重量比12:
1においては、顕著にレベルの高い振動加速度はみられ
ない。つまり、振動低減効果が大きいことが判る。
誘導電動機においての振動加速度応答特性を示し、さら
に図5には、4極22kWの場合の誘導電動機において
の振動加速度応答特性を示している。この図4および図
5からも判るように、重量比12:1においては、顕著
にレベルの高い振動加速度はみられず、振動低減効果が
大きいことが判る。このように、いずれの機種の誘導電
動機においても、重量比を12:1とするように重り2
8を設けたことにより、振動低減効果を確実に得ること
ができるものである。そして、本実施例では、弾性はり
を用いることなく、振動低減を図り得るから、全体の大
形化を抑制できる。
示しており、この実施例によれば、複数例えば4個の重
り31を、巻線24の端部24aの振動モードの腹とな
る部位に固定した点が第1の実施例と異なる。すなわ
ち、図7には、振動モードを示しており、振動モードの
腹には符号32に付して示しており、この腹32は上下
左右に存在している。また振動モードの節には符号33
を付しており、この節33は左右の斜め上下に存在す
る。
た場合、この節33においては動的な質量効果が少な
い。その点この実施例によれば、振動モードの腹32の
振動振幅が大きい部分だけに重り31を固定するように
したから、同位相モードの固有振動数と逆位相モードの
固有振動数とが打ち消し合い、有効な振動低減効果が得
られる。全周に重り31を固定したものと同等に近い効
果が得られる。そしてこの場合には、重り31自体の重
量を軽減することができる。
を示しており、この実施例においては、巻線24の端部
24aに、有端状のリング部材34を2回巻状態に装着
し、このリング部材34の両端を締付手段35により締
付けて連結固定した点が、第1の実施例と異なる。上記
リング部材34は図10に示すように、ステンレスワイ
ヤー鋼からなるリング主体36の外側に例えば絶縁テー
プからなる絶縁部材37を装着して構成されている。上
記リング主体36は、この電動機が4極2.2kWとす
ると線径3mmとしている。また、上記締付手段35
は、リング主体36の両端部に取着した端板38,38
と、両端版38,38を連結するボルト39aおよびナ
ット39bとから構成されている。この実施例によれ
ば、巻線24の端部24aがリング部材34により締付
けられることにより、巻線24の端部24aの円環剛性
が大きくなる。つまり図37に示したばね定数k2が大
きくなり、そして、締付手段35の締付け調整により、
このばね定数k2を調整して固有振動数を調整できる。
これにより、図12に示すように、同位相モードの固有
振動数が上昇して逆位相モードの交点40に一致させる
ことができ、この結果、同位相モードの固有振動数と逆
位相モードの固有振動数とが打ち消し合うようになる。
従って、インバータ運転により電動機に対する電源周波
数が変化しても共振応答が小さく、騒音および振動をや
はり低減することができる。
例を示しており、この実施例においては、巻線24の端
部24aのうち固定子鉄心23に近い部分に有端なリン
グ部材41を設けている。このリング部材41も図示し
ないが締付手段によって締付け状態に設けられている。
k12が2.0×105kgf/cm程度になり、逆相
の固有振動数が5000Hz以上になる。従って、電磁
加振力の周波数は5000Hz以上になると小さくな
り、共振することはあっても発生する振動は大きくなら
ないことから振動低減効果が得られる。上記リング部材
41は、電動機が4極2.2kWであるときには、直径
3mmのステンレスワイヤー鋼のリング主体を用いて、
リング部材41を1回巻することが好ましい。
例を示すものであり、この実施例においては、巻線24
の端部24aのうち固定子鉄心23に近い部分に例えば
ラバーヒータ(商品名;有限会社オーテック製)からな
るヒータ42を設け、このヒータ42によりこの端部2
4aにおける固定子23近傍部分をほぼ60℃に保持す
るようにした点が第1の実施例と異なる。この場合、上
述の60℃を確保するために、5℃程度の温度落差を考
慮してヒータ42自体の温度は65℃となるように設定
している。なお、上記ヒータ42は可撓性ある2枚のシ
リコンシート間に抵抗パターンを付設した構成である。
から突出する端部24aのうち固定子鉄心23に近い部
分が、ヒータ42により60℃に保持されるから、ワニ
スが軟化してヤング率が低下し、図16に示すように連
成結合ばね定数k12が1.2×104と小さくなり、
また図37に示した連成結合減衰定数c12が大きくな
り、大きな振動低減効果が得られる。
振動加速度応答度合い(a/F)との関係を示してお
り、同図(d)から判るように、ヒータ42の設定温度
が65℃、すなわち巻線24の端部24aの温度が60
℃となると振動が大きく低減していることが判る。
施例を示しており、この実施例においては、巻線24の
端部24aを、軸方向からみてほぼ三角形状となるよう
に、例えば、木ハンマー等によって整形した点が第1の
実施例と異なる。固定子鉄心23と巻線24の端部24
aとの連成振動モードは、共にn=2(nは調波次数)
の楕円変形振動モード同士でないと発生しないものであ
る。しかして、本実施例によれば、巻線24の端部24
aを三角形状とすることにより、巻線24の端部24a
においてn=2の楕円変形振動モードが形成されること
がなく、これにより、振動を打ち消し、振動減衰効果を
得ることができる。つまり、図19に示すように、固定
子鉄心23の振動と端部24aの振動とは逆位相とな
り、振動が低減されるものである。
り、この参考例においては、巻線24の端部24aに、
軸方向からみて円周方向に120度おきに補強部材45
を設けた点が第1の実施例と異なる。この補強部材45
は、図22に示すように、ステンレス鋼によりコ字形に
形成されており、熱硬化性樹脂46によりモールドされ
て端部24aに固定されたものである。
aを120度おきに補強するから、上述の第6の実施例
と同様に、巻線24の端部24aにおいて、n=2の楕
円変形振動モードが形成されることがなく、つまり、固
定子鉄心23の振動と巻線24の端部24aの振動とが
逆位相になり、振動低減効果を得ることができる。
例を示しており、この実施例においては、固定子鉄心4
7の外周面の複数箇所(この場合4箇所)が平坦面47
aをなしており、巻線24の端部24aに、軸方向から
みて前記固定子鉄心47の平坦面47aに対応する部位
に重り48を固定した点が第1の実施例と異なる。固定
子鉄心47は、ロール状の電磁鋼板を打ち抜いた抜板を
積層して構成されており、その電磁鋼板の長手方向に沿
う対向辺部を残すように打ち抜くことにより歩留まりを
良くしている。
なり勝ちな平坦面47a部分は、円環剛性が小さく、こ
の部分がn=2の楕円変形振動モードの振幅が大きい部
分になる。この固定子鉄心47と巻線24の端部24a
とが連成することになる。この場合、この端部24aに
重り48が固定されているから、振幅が小さくなり、振
動が低減される。
り、この参考例においては、固定子鉄心49の外周面の
複数箇所(この場合4箇所)が平坦面49aをなしてお
り、巻線24の端部24aに、軸方向からみて固定子鉄
心49の平坦面49aに対応する部位に補強部材50を
設けた点が第1の実施例と異なる。この補強部材50
は、ステンレス鋼によりコ字形に形成されており、熱硬
化性樹脂51によりモールドされて端部24aに固定さ
れたものである。
なり勝ちな平坦面49a部分は、円環剛性が小さく、こ
の部分がn=2の楕円変形振動モードの振幅が大きい部
分になる。この固定子鉄心49と巻線24の端部24a
とが連成することになる。この場合、この端部24aが
補強部材50により補強されているから、振幅が小さく
なり、振動が低減される。
例を示しており、この実施例においては、固定子鉄心2
3の振動モードの節52(図29参照)となる部位に、
支持部材53の一端部53aを取付け、この支持部材5
3の他端部53bを、巻線24の端部24aの振動モー
ドの腹54となる部位に例えばシリコン材からなる緩衝
材55を介して連結した点が第1の実施例と異なる。
aの振動モードの腹54となる部位は、固定子鉄心23
の振動モードの節52の部分つまり振動しない部分に緩
衝材55を介して連結された構成となり、緩衝材55の
摩擦作用によって端部24aの振動が抑制され、振動減
衰効果が得られる。
に、次の効果を得ることができる。請求項1の発明によ
れば、巻線の固定子鉄心から突出する端部に重りを固定
し、この重りにより、固定子鉄心部分の重量と、前記固
定子鉄心から突出する巻線端部部分の重量との比が、ほ
ぼ12:1となるようにしたから、振動低減効果を得る
ことができると共に、回転電機全体の小形化に寄与でき
る。請求項2の発明によれば、重りを、巻線端部の振動
モードの腹となる部位に固定したから、重り自体の重量
を軽減できるものである。
端状のリング部材を装着し、このリング部材の両端を締
付手段により締付けて連結固定したから、巻線端部の剛
性が大きくなり、振動低減効果を得ることができると共
に、回転電機全体の小形化に寄与できる。請求項4の発
明によれば、ワニス処理された巻線の端部のうち固定子
鉄心に近い部分にヒータを設け、このヒータによりこの
巻線端部をほぼ60℃に保持するようにしたから、ワニ
スが軟化してヤング率が低下し、振動低減効果を得るこ
とができると共に、回転電機全体の小形化に寄与でき
る。
軸方向からみてほぼ三角形状となるように整形したか
ら、固定子鉄心の振動と巻線端部の振動とが逆位相にな
り、もって、振動低減効果を得ることができると共に、
回転電機全体の小形化に寄与できる。
所が平坦面をなす固定子鉄心を備え、巻線の端部に、軸
方向からみて固定子鉄心の平坦面に対応する部位に重り
を固定したから、振幅が小さくなり、もって、振動低減
効果を得ることができると共に、回転電機全体の小形化
に寄与できる。
動モードの節となる部位に、支持部材の一端部を取付
け、この支持部材の他端部を、巻線端部の振動モードの
腹となる部位に緩衝材を介して連結したから、支持部材
および緩衝材によって巻線端部の振動が抑制され、もっ
て、振動減衰効果が得られると共に、回転電機全体の小
形化に寄与できる。
側面図
図
す図
ら見た側面図
側面図
す図
断側面図
す図
断側面図
す図
答特性を示す図
から見た側面図
断側面図
断側面図
す図
Claims (7)
- 【請求項1】 固定子枠に固定された固定子鉄心と、こ
の固定子鉄心のスロットに設けられた巻線とを備え、 前記巻線の固定子鉄心から突出する端部に重りを固定
し、この重りにより、固定子鉄心部分の重量と、前記固
定子鉄心から突出する巻線端部部分の重量との比が、ほ
ぼ12:1となるようにしたことを特徴とする回転電機
の固定子。 - 【請求項2】 重りは、巻線端部の振動モードの腹とな
る部位に固定したことを特徴とする請求項1記載の回転
電機の固定子。 - 【請求項3】 固定子枠に固定された固定子鉄心と、こ
の固定子鉄心のスロットに設けられた巻線とを備え、 前記巻線の固定子鉄心から突出する端部に、有端状のリ
ング部材を装着し、このリング部材の両端を締付手段に
より締付けて連結固定したことを特徴とする請求項1記
載の回転電機の固定子。 - 【請求項4】 固定子枠に固定された固定子鉄心と、こ
の固定子鉄心のスロットに設けられたワニス処理された
巻線とを備え、 前記巻線の固定子鉄心から突出する端部のうち固定子鉄
心に近い部分にヒータを設け、このヒータによりこの巻
線端部をほぼ60℃に保持するようにしたことを特徴と
する回転電機の固定子。 - 【請求項5】 固定子枠に固定された固定子鉄心と、こ
の固定子鉄心のスロットに設けられた巻線とを備え、 前記巻線の固定子鉄心から突出する端部を、軸方向から
みてほぼ三角形状となるように整形したことを特徴とす
る回転電機の固定子。 - 【請求項6】 固定子枠に固定され、外周面の複数箇所
が平坦面をなす固定子鉄心と、この固定子鉄心のスロッ
トに設けられた巻線とを備え、 前記巻線の固定子鉄心から突出する端部に、軸方向から
みて前記固定子鉄心の平坦面に対応する部位に重りを固
定したことを特徴とする 回転電機の固定子。 - 【請求項7】 固定子枠に固定された固定子鉄心と、こ
の固定子鉄心のスロットに設けられた巻線とを備え、 前記固定子鉄心の振動モードの節となる部位に、支持部
材の一端部を取付け、 この支持部材の他端部を、巻線端
部の振動モードの腹となる部位に緩衝材を介して連結し
たことを特徴とする 回転電機の固定子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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