JP5251014B2 - 電動機 - Google Patents
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第2発明では、回転子の隣り合うピースの接続面に対向する固定子の軸方向位置を接続面位置とし、固定子の隣り合う接続面位置の軸方向中心位置を接続面中心位置としたときに、回転子の回転駆動による固定子に作用する加振力の変化により、固定子の接続面位置が振動の節となり、接続面中心位置および固定子の軸方向両端面が振動の腹となるようにし、軸方向に対して固定子の隣り合う接続面中心位置の間を連結位置とし、また固定子の端面と、該端面に隣接する接続面中心位置との間を連結位置としたときに、連結位置の少なくとも1箇所において、ハウジングと固定子とを連結した。
[電動機の構成]
図1は電動機1の断面図であって、図1(a)は図1(b)におけるA-A断面図、図1(b)は軸方向断面図である。電動機1は、シャフト2の周囲に設けられた回転子3と、回転子3の外周に配置され複数の電磁コイルからなる固定子4とから形成されている。回転子3および固定子4は、円筒形のハウジング5と、ハウジング5の一端の開口部を封鎖するフロントカバー6と、他端の開口部を封鎖するリアカバー7とにより画成された空間の内部に収容されている。
以下説明のため、回転子3の第1ピース3aと対向する固定子4の位置を第1ピース位置4a、回転子3の第2ピース3bと対向する固定子4の位置を第2ピース位置4b、回転子3の接続面3cと対向する固定子4の位置を接続面位置4cとする。
回転子3は、第1ピース3aと第2ピース3bとの位相がπずれるようにシャフト2に固定されているため、固定子4の第1ピース位置4aと第1ピース3aとの間に発生する磁力と、固定子4の第2ピース位置4bと第2ピース3bとの間に発生する磁力は逆方向となる。この固定子4と回転子3との間に発生する磁力によって、固定子4には加振力が作用する。
図2は、固定子4に作用する加振力を示す模式図であり、図2(a)は回転子3の位置が位相0(ゼロ)のとき、図2(b)は位相π/2のとき、図2(c)は位相πのとき、図2(d)は位相3π/2のときを示す。なお、図2の矢印は加振力の方向を示す。
このように、固定子4の第1ピース位置4aと第2ピース位置4bには加振力が逆方向に作用するため、接続面位置4cでは加振力が打ち消しあい加振力が作用しない。
回転子3を第1ピース3aと第2ピース3bの2つのピースに分割し、第1ピース3aと第2ピース3bの電気角の位相をπずらしたため、固定子4には加振力によって固定子4の両端部を腹とし、接続面位置4cを節とする振動が発生する。以下、固定子4に発生する振動について説明する。
回転子3の位置が位相π/2のときには、図4(b)に示すように、固定子4の第1ピース位置4aと第2ピース位置4bには加振力が作用しないため固定子4は変位しない。
回転子3の位置が位相3π/2のときには、図4(d)に示すように、第1ピース位置4aと第2ピース位置4bには加振力が作用しないため固定子4は変位しない。
図6は比較例の電動機1の断面図である。実施例1の電動機1では、固定子4には連結部材10に焼きばめされ、この連結部材10を介してハウジング5に固定されている。これに対し、比較例の電動機1では、固定子4がハウジング5に直接焼きばめされている。図6(a)は図6(b)のA-A断面図、図6(b)は軸方向断面図である。図1と同じ構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
固定子4は、ハウジング5に直接焼きばめされている。ハウジング5は、軸方向に貫通孔が形成されこの貫通孔により水路12を形成している。
また、電動機1の出力を小さくすることにより、固定子4の振動を抑制し、ハウジング5に伝達する振動も抑制することができるものの、電動機1の十分な動力性能を確保することができない。
実施例1の電動機1では、固定子4は連結部材10に焼きばめされているため、連結部材10は固定子4と一体となって振動する。前述のように、固定子4の接続面位置4cは固定子4の振動の節となり、この固定子4の振動の節付近である回転子3の接続面3cの位置(固定子4の接続面位置4c)と軸方向において略一致する位置に、連結部材10の凸部10aを設けため、他の連結部材10の部分に比べて、凸部10aの変位量を小さくすることが可能となる。以下、連結部材10と凸部10aの変位について説明する。
回転子3の位置が位相π/2のときには、図8(b)に示すように、固定子4が変位しないため連結部材10は変位しない。
回転子3の位置が位相3π/2のときには、図8(d)に示すように、固定子4は変位しないため連結部材10は変位しない。
実施例1の電動機1では、固定子4を複数の電磁コイルから形成し、回転子3を軸方向に分割された第1ピース3aと第2ピース3bの2つの永久磁石から形成し、第1ピース3aと第2ピース3bとは電気角の位相がπずれるようにシャフト2に固定した。よって、固定子4の第1ピース位置4aと第2ピース位置4bには逆方向の加振力が作用し、接続面位置4cでは加振力が打ち消しあって力が作用しないため、固定子4の両端部を腹、接続面位置4cを節とする振動を固定子4に発生させることが可能となる。
(1)軸方向に対し2つの第1ピース3aと第2ピース3bからなる永久磁石を有し、永久磁石が隣り合うピースの間に接続面3cを有するとともに、隣り合うピースの電気角の位相がπずれるように永久磁石を配置した回転子3と、回転子3に対向する面に複数の電磁コイルを有する固定子4と、固定子4を支持するハウジング5とを備えた電動機1において、軸方向に対して固定子4の一方の端面と一致する端面位置と、他方の端面と一致する端面位置との間を連結位置とし、この連結位置においてハウジング5と固定子4とを連結する連結部材10を設けた。
よって、固定子4の変位量が最も小さい位置でハウジング5と連結でき、ハウジング5に伝達される変位量を小さくすることが可能となる。そのため、ハウジング5の振動の変位量を抑制することが可能となり、電動機1の低騒音化を図ることができる。
図10は電動機1の断面図であって、図10(a)は図10(c)におけるA-A断面図、図10(b)は図10(c)におけるB-B断面図、図10(c)は軸方向断面図である。
回転子3は軸方向に分割された第1ピース3d、第2ピース3e、第3ピースfの3つの永久磁石から構成されている。第1ピース3dと第2ピース3eとの間には第1接続面3gが形成され、第2ピース3eと第3ピース3fとの間には第2接続面3hが形成されている。第1ピース3dと第2ピース3eとは電気角の位相がπずれるようにシャフト2に固定されている。同じく第2ピース3eと第3ピース3fとは電気角の位相がπずれるようにシャフト2に固定されている。
以下、説明のため、回転子3の第1ピース3dと対向する固定子4の位置を第1ピース位置4d、回転子3の第2ピース3eと対向する固定子4の位置を第2ピース位置4e、回転子3の第3ピース3fと対向する固定子4の位置を第3ピース位置4f、回転子3の第1接続面3gと対向する固定子4の位置を第1接続面位置4g、回転子3の第2接続面3hと対向する固定子4の位置を第2接続面位置4hとする。
連結部材10とハウジング5は、第1凸部10cと第1凸部5cにおいてボルト11aによって、第2凸部10dと第2凸部5dにおいてボルト11bによって締結されている。
実施例2の電動機1においては、固定子4の隣り合う第1ピース位置4dと第2ピース位置4e、第2ピース位置4eと第3ピース位置4fにはそれぞれ逆方向の加振力が作用する。以下、固定子4に作用する加振力について説明する。
回転子3の位置が位相0(ゼロ)のときには、図11に示すように、回転子3の第1ピース3dと第1ピース位置4dとの間には反発力が作用して、第1ピース位置4dには径方向外側に加振力が作用する。また、回転子3の第2ピース3eと第2ピース位置4eとの間には吸引力が作用して、第2ピース位置4eには径方向内側に加振力が作用する。回転子3の第3ピース3fと第3ピース位置4fとの間には反発力が作用して第3ピース位置4fには径方向外側に加振力が作用する。
実施例1と同じく、回転子3の位置が位相π/2のとき、位相3π/2のときには、回転子3と固定子4との間には反発力・吸引力が作用しないため、固定子4には加振力が作用しない。
実施例2の電動機1では、固定子4は連結部材10に焼きばめされているため、固定子4と連結部材10は一体に振動する。前述のように、固定子4の第1接続面位置4g、第2接続面位置4hは固定子4の振動の節となり、この固定子4の振動の節付近である回転子3の第1接続面3f、第2接続面3hの位置(固定子4の第1接続面位置4g、第2接続面位置4h)と軸方向において略一致する位置に、連結部材10の第1凸部10c、第2凸部10dを設けため、他の連結部材10の部分に比べて第1凸部10c、第2凸部10dの変位量は小さくすることができる。また、連結部材10の第1凸部10cと第2凸部10dの軸方向変位を逆方向とすることができる。以下、連結部材10と第1凸部10c、第2凸部10dの変位について説明する。
回転子3の位置が位相0(ゼロ)のときには、図12に示すように、固定子4の第1ピース位置4dは径方向外側に変位するため、連結部材10の第1ピース位置4d側は径方向外側に変位する。また、固定子4の第2ピース位置4eは径方向外側に変位するため、連結部材10の第2ピース位置4e部分は径方向内側に変位する。また、固定子4の第3ピース位置4fは径方向外側に変位するため、連結部材10の第3ピース位置4f側は径方向外側に変位する。
実施例2の電動機1では、固定子4を複数の電磁コイルから形成し、回転子3を軸方向に分割された第1ピース3d、第2ピース3e、第3ピース3fの3つの永久磁石から形成し、第1ピース3dと第2ピース3e、第2ピース3eと第3ピース3fは電気角の位相がπずれるようにシャフト2に固定した。よって、固定子4の第1ピース位置4dと第2ピース位置4e、第2ピース位置4eと第3ピース位置4fには逆方向の加振力が作用し、第1接続面位置4g、第2接続面位置4hでは加振力が打ち消しあって、径方向に対する力が作用しない。そのため、固定子4の両端部および中央部を腹、第1接続面位置4g、第2接続面位置4hを節とする振動を固定子4に発生させることが可能となる。
固定子4の振動の節付近で連結部材10とハウジング5とを連結するため、固定子4からハウジング5へ伝達する振動を抑制することができる。
(3)軸方向に対し複数のピース(第1ピース3d、第2ピース3e、第3ピース3f)からなる永久磁石を有し、永久磁石が隣り合うピースの間に複数の接続面(第1接続面3g、第2接続面3h)を有するとともに、隣り合うピースの電気角の位相がπずれるように磁石を配置した回転子3と、回転子3に対向する面に複数の電磁コイルを有する固定子4と、固定子4を支持するハウジング5とを備えた電動機1において、軸方向に対して第1接続面3gと、第2接続面3hの中心位置と、固定子の端面と一致する端面位置との間を連結位置として、ハウジング5と固定子4とを連結する連結部材10を設けた。
よって、連結部材10の第1凸部10cから固定子4の第1凸部5cに伝達される軸方向振動と、連結部材10の第2凸部10dから固定子4の第2凸部5dに伝達される軸方向振動とを互いに逆方向にすることが可能となるため、軸方向振動がハウジング5内で打ち消されてハウジング5の振動を抑制することができる。
図14は電動機1の断面図であって、図14(a)は軸方向断面図、図14(b)はリアカバー7方向から見た図、図14(c)は図14(a)におけるA-A断面図である。
電動機1は、アウターリング13を有する。このアウターリング13は、連結部材10よりも大径であって、ハウジング5よりも小径に形成されている円筒部材である。アウターリング13は、連結部材10の外周側にリアカバー7側から挿入されて、アウターリング13の一端は連結部材10の凸部10aにボルト11cによって締結され、他端はリアカバー7にボルト14によって締結されている。また、アウターリング13の外周には複数の溝13aが形成され、水路12と連通している。
実施例3の電動機1では、アウターリング13によって、連結部材10の凸部10aとリアカバー7とを接続するようにした。図15は、リアカバー7に伝達する振動を示す模式図である。連結部材10が変位することにより凸部10aに曲げモーメントに起因する軸方向振動が発生し、この軸方向振動によってアウターリング13を介してリアカバー7に振動が伝達される。リアカバー7に伝達された振動は、ハウジング5にも伝達されるがリアカバー7によって振動が減衰するため伝達される変位量は小さくすることができる。
(5)連結部材10の凸部10aとリアカバー7の軸方向側面とを接続するアウターリング13を設けた。
以下、各実施例の変形例を記載する。
変形例1は、実施例2の変形例である。実施例2の電動機1では、連結部材10をハウジング5に挿入するため、連結部材10の第1凸部10cと第2凸部10dの外径が異なるように形成し、ハウジング5の第1凸部5cと第2凸部5dの内径が異なるように形成していた。これに対し、変形例1の電動機1は、連結部材10をハウジング5に挿入するため、連結部材10の第1凸部10cと第2凸部10dの周方向位置が異なるように形成し、ハウジング5の第1凸部5cと第2凸部5dの周方向位置が異なるように形成した点で実施例2の電動機1と異なる。
図16は、変形例1の電動機1の断面図であり、図16(a)は図16(c)のA-A断面図、図16(b)は図16(c)のB-B断面図、図16(c)は軸方向断面図である。
変形例2は、実施例1の変形例である。実施例1の電動機1では、ハウジング5の凸部5aと連結部材10の凸部10aとをボルト11によって固定するようにしていた。これに対し、変形例2の電動機1は、ハウジング5の凸部5aと連結部材10の凸部10aとをスプラインによって勘合し、Cリング15によって軸方向の移動を規制した点で実施例2の電動機1と異なる。
図17は、変形例2の電動機1の断面図であり、図17(a)は図17(b)のA-A断面図、図17(b)は軸方向断面図である。
変形例3は、実施例2の変形例である。実施例2の電動機1では、ハウジング5の第1凸部5cと連結部材10の第1凸部10cをボルト11aによって、ハウジング5の第2凸部5dと連結部材10の第2凸部10dをボルト11bによって固定するようにしていた。これに対し、変形例3の電動機1は、ハウジング5の第1凸部5cと連結部材10の第1凸部10c、ハウジング5の第2凸部5dと連結部材10の第2凸部10dをスプラインによって勘合し、Cリング15によって軸方向移動を規制した点で実施例2の電動機1と異なる。
図18は、変形例2の電動機1の断面図であり、図18(a)は図18(b)のA-A断面図、図18(b)は軸方向断面図である。
変形例4は、実施例3の変形例である。
実施例3の電動機1では、アウターリング13と連結部材10の凸部10aとをボルト11cによって固定するようにしていた。これに対し変形例3の電動機1は、アウターリング13と連結部材10の凸部10aとをスプラインによって勘合し、Cリング15によって軸方向移動を規制した点で実施例3の電動機1と異なる。
図19は、変形例4の電動機1の断面図であり、図19(a)は図19(b)のA-A断面図、図19(b)は軸方向断面図、図19(c)はリアカバー側から見た図である。
変形例5は、実施例2の変形例である。実施例2の電動機1では、回転子3を3つのピースに分割していた。これに対し変形例5の電動機1では、回転子3を4つのピースに分割した点で実施例2の電動機1と異なる。
変形例5の電動機1では、回転子3を第1ピース3i、第2ピース3j、第3ピース3k、第4ピース3mの4つのピースに分割している。第1ピース3iと第2ピース3jとの間には第1接続面3n、第2ピース3jと第3ピース3kとの間には第2接続面3p、第3ピース3kと第4ピース3mとの間には第3接続面3qが形成されている。隣り合う各ピースは電気角の位相がπずれるようにシャフト2に固定されている。
変形例5の電動機1においては、固定子4の隣り合う第1ピース位置4iと第2ピース位置4j、第2ピース位置4jと第3ピース位置4k、第3ピース位置4kと第4ピース位置4mにはそれぞれ逆方向の加振力が作用する。
回転子3を第1ピース3i、第2ピース3j、第3ピース3k、第4ピース3mの4つのピースに分割したため、固定子4には加振力によって固定子4の両端部と、第1接続面位置4nと第2接続面位置4pの中心部、第2接続面位置4pと第3接続面位置4qの中心部を腹とし、第1接続面位置4n、第2接続面位置4p、第3接続面位置4qを節とする振動が発生する。
固定子4は連結部材10に焼きばめされているため、固定子4と連結部材10は一体に振動する。固定子4の第1接続面位置4n、第2接続面位置4p、第3接続面位置4qは固定子4の振動の節となる。この固定子4の振動の節付近である回転子3の第1接続面3n、第2接続面3p、第3接続面3qの位置(固定子4の第1接続面位置4n、第2接続面位置4p、第3接続面位置4q)と軸方向において略一致する位置の連結部材10に第1凸部10m、第2凸部10n、第3凸部10p設けられている。連結部材10の第1凸部10m、第2凸部10n、第3凸部10pは、他の連結部材10の部分に比べて変位量を小さくすることができる。以下、連結部材10と第1凸部10m、第2凸部10n、第3凸部10pの変位について説明する。
回転子3の位置が位相0(ゼロ)のときには、図21に示すように、連結部材10の変位量は、第1凸部10m、第2凸部10n、第3凸部10pはほとんど変位しない。連結部材10の変位のため、第1凸部10mは曲げモーメントに起因する軸方向振動が発生し、第2凸部10nは曲げモーメントに起因する軸方向振動が発生し、第3凸部10pは曲げモーメントに起因する軸方向振動が発生する。
[変形例6]
変形例6は、実施例2の変形例である。
実施例2の電動機1では、回転子3を3つのピースに分割していた。変形例6の電動機1では、回転子3を5つのピースに分割した点で実施例2の電動機1と異なる。
変形例5の電動機1では、回転子3を第1ピース3r、第2ピース3s、第3ピース3t、第4ピース3u、第5ピース3vの5つのピースに分割している。第1ピース3rと第2ピース3sとの間には第1接続面3w、第2ピース3sと第3ピース3tとの間には第2接続面3x、第3ピース3tと第4ピース3uとの間には第3接続面3y、第4ピース3uと第5ピース3vとの間には第3接続面3zが形成されている。隣り合う各ピースは電気角の位相がπずれるようにシャフト2に固定されている。
変形例5の電動機1においては、固定子4の隣り合う第1ピース位置4rと第2ピース位置4s、第2ピース位置4sと第3ピース位置4t、第3ピース位置4tと第4ピース位置4u、第4ピース位置4uと第5ピース位置4vにはそれぞれ逆方向の加振力が作用する。
回転子3を第1ピース3r、第2ピース3s、第3ピース3t、第4ピース3u、第5ピース3vの4つのピースに分割したため、固定子4には加振力によって固定子4の両端部と、第1接続面位置4wと第2接続面位置4xの中心部、第2接続面位置4xと第3接続面位置4y、第3接続面位置4yと第4接続面位置4zの中心部を腹とし、第1接続面位置4w、第2接続面位置4x、第3接続面位置4y、第4接続面位置4zを節とする振動が発生する。
固定子4は連結部材10に焼きばめされているため、固定子4と連結部材10は一体に振動する。固定子4の第1接続面位置4w、第2接続面位置4x、第3接続面位置4y、第4接続面位置4zは固定子4の振動の節となる。この固定子4の振動の節付近である回転子3の第1接続面3w、第2接続面3x、第3接続面3y、第4接続面3zの位置(固定子4の第1接続面位置4w、第2接続面位置4x、第3接続面位置4y、第4接続面位置4z)と軸方向において略一致する位置の連結部材10に第1凸部10q、第2凸部10r、第3凸部10s、第4凸部10tが設けられている。連結部材10の第1凸部10q、第2凸部10r、第3凸部10s、第4凸部10tは、他の連結部材10の部分に比べての変位量を小さくすることができる。以下、連結部材10と第1凸部10q、第2凸部10r、第3凸部10s、第4凸部10tの変位について説明する。
回転子3の位置が位相0(ゼロ)のときには、図23に示すように、連結部材10の変位量は、第1凸部10q、第2凸部10r、第3凸部10s、第4凸部10tはほとんど変位しない。また連結部材10の変位のため、第1凸部10qには曲げモーメントに起因する軸方向振動が発生し、第2凸部10rには曲げモーメントに起因する軸方向振動が発生し、第3凸部10sには曲げモーメントに起因する軸方向振動が発生し、第4凸部10tには曲げモーメントに起因する軸方向振動が発生する。
2 シャフト
3 回転子
4 固定子
5 ハウジング
6 フロントカバー
7 リアカバー
10 連結部材
Claims (5)
- 軸方向に対し2つのピースからなる磁石を有し、前記磁石が隣り合うピースの間に接続面を有するとともに、隣り合うピースの電気角の位相がπずれるように磁石を配置した回転子と、
前記回転子に対向する面に複数の電磁コイルを有する固定子と、
前記固定子を支持するハウジングと、
を備えた電動機において、
前記回転子の前記隣り合うピースの前記接続面に対向する前記固定子の軸方向位置を接続面位置としたときに、
前記回転子の回転駆動による前記固定子に作用する加振力の変化により、前記固定子の前記接続面位置が振動の節となり、前記固定子の軸方向両端面が振動の腹となるようにし、
軸方向に対して前記固定子の一方の端面と他方の端面との間を連結位置とし、該連結位置において前記ハウジングと前記固定子とを連結する連結部材
を設けたことを特徴とする電動機。 - 軸方向に対し複数のピースからなる磁石を有し、前記磁石が隣り合うピースの間に複数の接続面を有するとともに、隣り合うピースの電気角の位相がπずれるように磁石を配置した回転子と、
前記回転子に対向する面に複数の電磁コイルを有する固定子と、
前記固定子を支持するハウジングと、
を備えた電動機において、
前記回転子の前記隣り合うピースの前記接続面に対向する前記固定子の軸方向位置を接続面位置とし、前記固定子の隣り合う前記接続面位置の軸方向中心位置を接続面中心位置としたときに、
前記回転子の回転駆動による前記固定子に作用する加振力の変化により、前記固定子の前記接続面位置が振動の節となり、前記接続面中心位置および前記固定子の軸方向両端面が振動の腹となるようにし、
軸方向に対して前記固定子の隣り合う前記接続面中心位置の間を連結位置とし、また前記固定子の端面と、該端面に隣接する前記接続面中心位置との間を連結位置としたときに、
前記連結位置の少なくとも1箇所において、前記ハウジングと前記固定子とを連結する連結部材を設けた
ことを特徴とする電動機。 - 請求項1または請求項2に記載の電動機において、
前記連結部材は、前記連結位置を前記接続面位置としたことを特徴とする電動機。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の電動機において、
前記連結部材は、前記連結位置と前記ハウジングの軸方向側面とを接続する接続部材を有することを特徴とする電動機。 - 請求項2ないし請求項4のいずれか1項に記載の電動機において、
前記連結部材は、隣り合う前記連結位置の偶数箇所において前記ハウジングと前記固定子を連結することを特徴とする電動機。
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