JP4476270B2 - 制御装置一体型回転電機 - Google Patents
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この発明による実施の形態1を図1から図3までについて説明する。図1は実施の形態1における制御装置一体型回転電機の構成を示す縦断面図である。図2は実施の形態1における制御装置一体型回転電機の後部ケース部と回転電機本体との組立前の状態を表わした縦断面図である。図3は実施の形態1における制御装置一体型回転電機を後方から見た端面図で、金属カバー15を外した状態を示すものである。
回転子位置検出センサー6は、センサーステータ6aとセンサーロータ6bとにより構成され、センサーステータ6aの内側に鉄心のみのセンサーロータ6bが回転自在に設けられている。センサーロータ6bは回転軸9に取付けられる。センサーステータ6aは鉄心を構成する磁性部材61と磁性部材61に流通する磁束により検出信号を導出するコイル部材62とによって構成されている。
回転子2は、両端部がそれぞれ軸受7,8を介してフロントブラケット4とリヤブラケット5に回転自在に支持された回転軸9を備える。回転軸9の前方側における一端部は、フロントブラケット4より突出して、その先端部にプーリ10が固定されており、プーリ10はベルト(図示せず)による駆動により回転し、あるいは、プーリ10の回転によりベルトを駆動して、トルクをエンジンと相互に伝達する。また、回転軸9の後方側における他端部には、2個のスリップリング11が組付けられており、スリップリング11には界磁巻線2aが接続されている。
リヤブラケット5の後方側には、スリップリング11に摺接するブラシ12がブラシホルダ12aに保持されて設けられている。リヤブラケット5の外に配置された回転子位置検出センサー6は、回転軸9の他端側で回転軸9と同軸的に配置されて、回転軸9すなわち回転子2の回転位置を検出する。
固定子電流スイッチング回路13とブラシホルダ12aの軸方向後方側には樹脂製ケース14が配置されており、樹脂製ケース14の後方にはケース内保護のための金属カバー15が装着される。また、樹脂製ケース14には車両に設けられた外部機器と制御装置一体型回転電機との信号の受け渡しをするコネクタ103が一体に設けられている。
樹脂製ケース14内には、回転子位置検出センサー6のセンサーステータ6aから導出されたセンサー信号を角度信号に変換するセンサー変換器101が搭載された制御基板102が収納されており、センサーステータ6aは樹脂製ケース14に嵌合や成型により一体的に装着されている。センサーステータ6aからセンサー信号を導出する信号線は樹脂製ケース14にインサート成形されている中継ターミナル14aと溶接または半田付けされて接合され中継ターミナル14aを介して制御基板102と接続される。制御基板102には、固定子電流スイッチング回路部13を制御し回転電機本体1を制御する制御回路が設けられている。
樹脂製ケース14の回転電機本体1への取り付け前の状態は、図2に示す状態であり、矢印方向に樹脂製ケース14を水平移動し、回転軸9に取り付けられた回転子位置検出センサー6のセンサーロータ6bを樹脂製ケース14に装着されたセンサーステータ6aの中空部に嵌め込み、センサーステータ6aにおける円筒状磁性部材61の外周面部分がリヤブラケット5に設けられた円筒状突部cpの内周面に嵌合されることによって、リヤブラケット5に取り付けられるものである。
また、信号線の接続時、樹脂製ケース14を回転電機本体1のブラケット5や回転子2、固定子3に取付けられていない状態で実施できるため、装置が大掛かりにならず、重量も小さくて済むため生産性が向上する。信号線やセンサー変換器101の防水措置の時も樹脂製ケース14がブラケット5や回転子2,固定子3に取付けられていない状態で実施できるため、装置が大掛かりにならず、重量も小さくて済むため生産性が向上する。さらに、信号線が短いので信号線に外部からノイズが重畳されにくい。
そして、センサーステータ6aとブラケット5との嵌め合いにより樹脂製ケース14の位置が決められるため、位置精度が向上し、締め付けネジなどの位置も精度が向上し、組立が容易になる。
・センサー変換器101からなる信号変換器と回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素とが樹脂製ケース14に装着されているため、回転子2の回転位置により変化する電圧を出力する回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素の信号線とセンサー変換器101からなる信号変換器の接続部を樹脂製ケース14からなるケース部材の内部に収納することが可能となり、防水性,耐振性,耐ノイズ性が向上する。
・回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素の出力信号を導出する信号線の接続時、回転電機本体1のブラケット5や回転子2,固定子3と独立して樹脂製ケース14からなるケース部材のみで接続作業が可能なため、装置が大掛かりにならず、重量も小さくて済むため生産性が向上する。
・回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素の出力信号を導出する信号線やセンサー変換器101からなる信号変換器の防水措置を施す時にブラケット5や回転子2,固定子3と独立して樹脂製ケース14からなるケース部材のみで接続作業が可能なため、装置が大掛かりにならず、重量も小さくて済むため生産性が向上する。
・回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素の出力信号を導出する信号線が短いので、この信号線に外部から電磁ノイズが重畳されにくい。
・回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素とブラケット5の嵌め合いにより樹脂製ケース14からなるケース部材の位置が決められるため、ブラケット5に対する樹脂製ケース14からなるケース部材の位置精度が向上し、締め付けネジなどの位置が精度よく決まるため、組立が容易になる。
・センサー変換器101からなる信号変換器と制御基板102とが一体化されているため、センサー変換器101からなる信号変換器から導出される角度信号情報を伝達する回路が回転電機本体1を制御する固定子スイッチング回路13の制御回路を設けた制御基板102上に配置され、センサー変換器101からなる信号変換器から回転電機本体1を制御する固定子スイッチング回路13の制御回路への接続手段としての中間のハーネスが不要となる。
この発明による実施の形態2を図4から図6までについて説明する。図4は実施の形態2における制御装置一体型回転電機の構成を示す縦断面図である。図5は実施の形態2における制御装置一体型回転電機の後部ケース部と回転電機本体との組立前の状態を表わした縦断面図である。図6は実施の形態2における制御装置一体型回転電機を後方から見た端面図で、金属カバー15を外した状態を示すものである。
この実施の形態2において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態1における構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
回転子位置検出センサー6は、センサーステータ6aとセンサーロータ6bより構成され、前記センサーステータ6aの内側に鉄心のみのセンサーロータ6bが回転自在に設けられている。センサーロータ6bは回転軸9に取付けられる。
回転子2は、両端部がそれぞれ軸受7,8を介してフロントブラケット4とリヤブラケット5に回転自在に支持された回転軸9を備える。回転軸9の前方側における一端部は、フロントブラケット4より突出して、その先端部にプーリ10が固定されており、プーリ10はベルト(図示せず)により回転され、あるいはプーリ10の回転によりベルトを駆動して、トルクをエンジンと相互に伝達する。また、回転軸9の後方側における他端部には、2個のスリップリング11が組付けられており、スリップリング11には界磁巻線2aが接続されている。
リヤブラケット5の後方側には、スリップリング11に摺接するブラシ12がブラシホルダ12aに保持されて設けられている。リヤブラケット5の外に配置された回転子位置検出センサー6は、回転軸9の他端側で回転軸9と同軸的に配置されて、回転軸9すなわち回転子2の回転位置を検出する。
界磁電流スイッチング回路部16は、ブラシホルダ12aと接続されて共にブラケット5に固定されており、ブラシホルダ12a内部に設けられたブラシ12とスリップリング11を介して界磁巻線2aに電力を供給する。固定子電流スイッチング回路13と界磁電流スイッチング回路16の軸方向後方側には樹脂製ケース14が配置されており、樹脂製ケース14の後方には樹脂製ケース14内を保護するための金属カバー15が装着される。また、樹脂製ケース14には車両に設けられた外部機器と制御装置一体型回転電機との信号の受け渡しをするコネクタ103(図6参照)が一体に設けられている。
樹脂製ケース14内には、回転電機本体1の固定子巻線3aに位相制御された三相交流電力を供給するための固定子電流スイッチング回路13を制御する制御回路と界磁巻線2aに電力を供給するための界磁電流スイッチング回路16とを制御する制御回路とを設けた制御基板104が装着されており、制御基板104上に回転子位置検出センサー6の検出信号を角度信号に変換するセンサー変換器101が実装されている。センサーステータ6aは樹脂製ケース14に嵌合や成型により一体的に装着されている。センサーステータ6aの信号線は樹脂製ケース14にインサート成形されている中継ターミナル14aと溶接または半田付けで接合され中継ターミナル14aを介して制御基板104と接続される。
センサーステータ6aの出力信号は信号線により中継ターミナル14aを介して制御基板104に実装されたセンサー変換器101へ供給され、センサー変換器101で角度信号に変換されて、この角度信号が固定子電流スイッチング回路13を制御する制御回路と界磁電流スイッチング回路16を制御する制御回路とに供給され、角度信号に基づき固定子電流スイッチング回路13と界磁電流スイッチング回路16とによって固定子巻線3aへの電流制御および界磁巻線2aへの電流制御が行われて、回転電機本体1の制御が実行される。
樹脂製ケース14の回転電機本体1への取り付け前の状態は、図5に示す状態であり、矢印方向に樹脂製ケース14を水平移動し、回転軸9に取り付けられた回転子位置検出センサー6のセンサーロータ6bを樹脂製ケース14に装着されたセンサーステータ6aの中空部に嵌め込み、樹脂製ケース14に一体として形成された円筒状突部dpの外周面部分がリヤブラケット5に設けられた円筒状突部cpの内周面に嵌合されることによって、リヤブラケット5に取り付けられるものである。
・センサー変換器101からなる信号変換器と回転電機本体1を制御する固定子スイッチング回路13の制御回路および界磁電流スイッチング回路16の制御回路を設けた制御基板104が一体化されているため、センサー変換器101からなる信号変換器から導出される角度信号情報を回転電機本体1を制御する固定子スイッチング回路13の制御回路および界磁電流スイッチング回路16の制御回路へ伝達する回路が制御基板104上に配置され、センサー変換器101からなる信号変換器から回転電機本体1を制御する固定子スイッチング回路13の制御回路および界磁電流スイッチング回路16の制御回路への接続手段としての中間のハーネスが不要となる。
この発明による実施の形態3を図7および図8について説明する。図7は実施の形態3における制御装置一体型回転電機の構成を示す縦断面図である。図8は実施の形態3における制御装置一体型回転電機を後方から見た端面図で、金属カバー15を外した状態を示すものである。
この実施の形態3において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態1または実施の形態2における構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
樹脂製ケース14は、樹脂製ケース14へ一体に成型された金属リング20に形成された円筒状突部dpの外周面部分がリヤブラケット5に設けられた円筒状突部cpの内周面に嵌合することにより、回転電機本体1を構成するリヤブラケット5に着脱自在に取り付けられる。
また、金属同士の嵌め合いとなるため、機械的な強度が向上し、回転すれや振動による脱落が防止できる。さらに、鉄のリング20なので強度が高い。そして、鉄は磁束を通しやすく、外部からの磁束がリング20のバイパス経路を通過し、センサーステータ6aに入りにくいため、耐ノイズ性が向上する。
センサーステータ6aは接着剤で金属リング20に固定されている。機械的な応力がかからないため、変形せず、センサー6の出力波形にひずみが出ない。
・回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素がリング20を介してブラケット5に装着されるので、装着時に回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素をブラケット5にずれた状態で衝突させて破損することがない。
・リング20とブラケット5が塊状の金属同士の嵌め合いとなるため、機械的な強度が向上し、回転すれや振動による脱落が防止できる。
・リング20を構成する金属は良伝導体なので渦電流が流れることによる表皮効果があり外部からの磁束が回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素に入りにくいため、電磁ノイズに対して角度誤差が発生しにくくなる。
・固定子電流スイッチング回路13が隣接しているため、回転子位置センサー6で構成される回転検出手段は固定子電流スイッチング回路13に流れる電流変化によって発生する電磁波により電磁ノイズが重畳しやすく、前述のコイル20による磁気シールド効果が有効である。
・鉄製のリング20なので強度が高く安価である。
・リング20を構成する鉄は磁束を通しやすく、外部から磁束がリング20で形成されるバイパス経路を通過し、回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素に入りにくいため、電磁ノイズに対して角度誤差が発生しにくくなる。
・アルミニウム製のリング20なのでアルミニウムのブラケット5と熱膨張係数が同じであり、温度変化によりリング20とブラケット5の嵌め合い寸法が変化しないので回転子位置センサー6で構成されるセンサー6におけるセンサーステータ6aからなる固定側要素とセンサーロータ6bからなる可動側要素のずれがない。
・アルミニウムは金属のなかでも比較的安価な良導体なので、渦電流が流れやすく表皮効果によって外部からの磁束がセンサーステータ6aに入りにくいため、電磁ノイズに対して角度誤差が発生しにくくなり、なおかつコストを抑えられる。
・フェライト製のリング20なので、磁気シールド効果が高く、磁束が回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素に入りにくいため、電磁ノイズに対して回転子位置センサー6で構成される回転検出手段における角度誤差が発生しにくくなる。
・アモルファス金属を含んだリング20なので、磁気シールド効果が高く、磁束が回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素に入りにくいため、電磁ノイズに対して回転子位置センサー6で構成される回転検出手段における角度誤差が発生しにくくなる。
・リング20が前記回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素を構成する磁性部材61の外周面全体を覆いセンサーステータ6aの外周部を完全に覆っているので、外部からの磁束が回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素に入りにくいため、電磁ノイズに対して回転子位置センサー6で構成される回転検出手段における角度誤差が発生しにくくなる。
・回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素がリング20に接着剤で固定されるので、回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素に機械的な応力がかからないため、変形せず、回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素の出力信号としての電圧波形に歪みが出ない。
この発明による実施の形態4を図9および図10について説明する。図9は実施の形態4における制御装置一体型回転電機の構成を示す縦断面図である。図10はセンサー部の構成を示す拡大縦断面図である。
この実施の形態4において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態1から実施の形態3までのいずれかにおける構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
樹脂製ケース14に一体成型された金属リング21は、ブラケット5に設けられた円筒状突部cpに嵌合する円筒状突部dpとセンサーステータ6aの円筒状磁性部材61およびコイル部材62における軸方向端面部のスイッチング回路13側を覆う軸方向端面延在部21aが形成されている。金属リング21の軸方向端面延在部21aは軸方向と直角に延在し、センサーステータ6aの円筒状磁性部材61およびコイル部材62をスイッチング回路13が発生する電磁ノイズから保護するものである。
・金属リング21が回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素の磁性部材61における軸方向端面部の固定子電流スイッチング回路13側を覆うように延びているので、電流経路で発生する磁束が回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素に入りにくいため、電磁ノイズに対して保護され回転子位置センサー6で構成される回転検出手段における角度誤差が発生しにくくなる。
この発明による実施の形態5を図11および図12について説明する。図11は実施の形態5における制御装置一体型回転電機の構成を示す縦断面図である。図12は実施の形態5におけるセンサーステータ6aをリング20に挿入し、リング20をかしめた部分20aの拡大図である。
この実施の形態5において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態1から実施の形態4までのいずれかにおける構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
図12に示すように、センサーステータ6aの鉄心を構成しコイル部材62が巻回される円筒状磁性部材61の外周面部分が金属リング20の内周面に嵌合し、金属リング20を加工部分20aでかしめて円筒状磁性部材61の端面部分に結合することにより円筒状磁性部材61が金属リング20に固定されるものである。
・接着剤を使用しないため安価で、機械的な強度が高く回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aが回転ずれを起さず検出位置ずれを起さない。
この発明による実施の形態6を図13および図14について説明する。図13は実施の形態6における制御装置一体型回転電機の構成を示す縦断面図である。図14は実施の形態6におけるセンサーステータ6aの溶接個所20aを後方から見た拡大端面図である。
この実施の形態6において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態1から実施の形態5までのいずれかにおける構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
センサーステータ6aの鉄心を構成する円筒状磁性部材61の外周面部分が金属リング20の内周面に嵌合し、金属リング20と円筒状磁性部材61の端面部分とを複数の溶接個所20aで溶接することにより円筒状磁性部材61が金属リング20に固定されるものである。
・回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素がリング20に溶接されて固定されるので、回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素に機械的な応力がかからないため、変形せず、回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素の出力信号としての電圧波形に歪みが出ない。
・金属リング20と回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素が溶接で固定されるので機械的な強度が高く、回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素は回転ずれを起さず検出位置ずれを起さない。
この発明による実施の形態7を図15および図16について説明する。図15は実施の形態6における制御装置一体型回転電機の構成を示す縦断面図である。図16は実施の形態6における制御装置一体型回転電機の構成を後方から見た拡大端面図で、後方の金属カバー15を外した状態を示す。
この実施の形態7において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態1から実施の形態6までのいずれかにおける構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
また、カバー22により例えば後方に配置された電源ケーブルなどから発生する磁束がセンサーステータ6aに入りにくいため、電磁ノイズに対して角度誤差が発生しにくくなる。
・中央部を後方へ突出したカバー22からなる中間カバー部材を設けたので、樹脂23を充填する容積が減り、樹脂の量を減らせるのでコストが低減でき、しかも、工作性が向上する。
・磁性体または導電体のカバー22からなる中間カバー部材により、外部からの磁束が回転子位置センサー6で構成される回転検出手段のセンサーステータ6aからなる固定側要素に入りにくいため、電磁ノイズに対して角度誤差が発生しにくくなる。
この発明による実施の形態8を図17から図20までについて説明する。図17は実施の形態8における制御装置一体型回転電機の構成を示す縦断面図である。図18は実施の形態8における制御装置一体型回転電機の構成を後方から見た拡大端面図で、後方の金属カバー15を外した状態を示す。図19は実施の形態8における信号線がターミナルで構成された回転子位置検出センサーの端面図である。図20は実施の形態8における信号線がターミナルで構成された回転子位置検出センサーの縦断面図である。
この実施の形態8において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態1から実施の形態7までのいずれかにおける構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
センサーステータ200aは金属リング20に装着され、ターミナル201は樹脂製ケース14にインサート成型されている中継ターミナル14aと溶接またはハンダ付けで接合されて、センサーステータ200aはターミナル201と中継ターミナル14aとを介して制御基板104に実装されたセンサー変換器101へ電気的に接続される。
・ターミナル201からなる端子部片における配設位置の精度が高くなるため、回転子位置検出センサー200で構成される回転検出手段のセンサーステータ200aからなる固定側要素から検出信号を導出する信号経路の接続が容易となる。
・回転子位置検出センサー200で構成される回転検出手段のセンサーステータ200aからなる固定側要素から検出信号を導出する信号経路における断線による不具合がなくなる。
Claims (1)
- 回転子および固定子を有する回転電機本体、前記回転子に設けられ前記回転子の回転に応じて駆動され変位動作を行う可動側要素と、前記可動側要素に対向し、磁束を流通する磁性部材と前記磁性部材の磁束変化を検出するコイル部材とにより構成され、前記可動側要素の変位動作による磁束変化に応じて検出信号を導出する固定側要素とを有し、前記回転子の回転状態を検出する回転検出手段、前記回転電機本体へ着脱自在に取り付けられる樹脂製のケース部材、前記ケース部材に装着され前記回転検出手段の検出信号を回転角度信号に変換する信号変換器を備え、前記回転子に設けられた前記回転検出手段の可動側要素と対向する前記回転検出手段の固定側要素を前記信号変換器と共に前記回転電機本体へ着脱自在に取り付けられた前記ケース部材に装着したものであって、前記回転検出手段の固定側要素は前記ケース部材へ一体に成型された金属製のリングに装着して固定され、前記リングは前記磁性部材の外周面全体を覆って構成されるとともに、前記回転電機本体に設けられ回転子と固定子を支持するブラケットに前記リングが嵌合されることを特徴とする制御装置一体型回転電機。
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