JP5969409B2 - 回転電動機及びエレベータ用巻上機 - Google Patents

回転電動機及びエレベータ用巻上機 Download PDF

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Description

本発明は回転電動機に係り、特に固定子に巻回された巻線に給電する給電機構を改良した回転電動機、及びエレベータ用巻上機に関するものである。
一般に、回転電動機は固定子の鉄心に巻回された巻線に電流を流すための給電機構として、給電線と巻線の間を渡り線と称する配線によって電気的に接続されている。そして、従来の回転電動機では固定子の巻線と給電線を結ぶ渡り線を圧着端子で圧着固定して接続することによって分岐配線していた。
具体的には、図12にあるように巻線の端部Aを折り曲げ、絶縁被膜Bを剥がした導体C(渡り線)に折り曲げた端部Aを接触させ、この折り曲げた巻線の端部Aと導体CとをC形状に形成された銅製の圧着端子Dで挟み込むようにして圧着固定している。この圧着端子Dの接合には圧着端子Dに対応した規格の専用圧着工具を用いて導体Cと巻線の端部Aを接続するものである。このような圧着端子で渡り線と巻線とを接続する技術は広く知られたものである。
そして、この給電用の渡り線は配線後に紐で縛るなどして締結、固定した後に回転電動機の本体外側へ口出しされ、外部電力供給用の電線と接続するための電源端子台へと接続されるものである。尚、回転電動機の容量が増大すれば給電用の渡り線も太くなる傾向になる。このような渡り線を用いた回転電動機は、例えば、特開2011−217425号公報(特許文献1)に記載されている。
特開2011−217425号公報
ところで、エレベータ等の巻上機に使用される回転電動機は薄型化が強く要請されており、このための対策として種々の構成部品を小型化、薄型化して累積の厚さ寸法をできるだけ短くすることが行われている。しかしながら、従来の渡り線を用いた給電機構においては、回転電動機の容量の増大に伴い渡り線が太くなる傾向にある。このため、回転電動機の各相の渡り線が重なり合うと、この渡り線が存在する領域の軸方向の厚さがより長くなり薄型化を阻害するようになる。
更に、上述したような渡り線と巻線の端部の接続を圧着端子によって行う構造では次のような問題があった。すなわち、固定子の巻線と渡り線の接続が手作業に限定された作業であるため、回転電動機の組立作業の自動化を図ることが難しく組立作業時間が長くかかってしまうという問題や、渡り線の接続部分の絶縁被膜を事前に剥離しておく手間がかかり、作業速度や品質が作業者に依存していて手離れできないという問題があった。
本発明の目的は、巻線と給電線の間を電気的に接続する給電機構が存在する領域の厚さを短くし、且つ巻線との電気的な接続を自動化して行うことができる回転電動機及びエレベータ用巻上機を提供することにある。
本発明は、固定主軸の周囲の筐体本体に形成した段部に配置されており、固定子巻線の巻線端部と接続され相互に絶縁された薄板状の各相毎の導体本体を合成樹脂の内部に埋設した導体板を有すると共に、導体板の一部に導体本体と固定子巻線の巻線端部とを接続する接続ソケットを形成し、接続ソケット内には導体本体と固定子巻線の巻線端部とを接続した接続端子が設けられており、この接続端子は、導体板が前記段部に組み付けられた状態で、自動機によって接続ソケット内に打ち込まれた接続端子である、ことを特徴とするものである。
本発明によれば、合成樹脂に埋設した薄い導体本体を使用して固定子の巻線に電力を供給するようにしたので、この部分の厚みを低減でき回転電動機の薄型化を図ることができるものである。また、巻線端部と導体本体との接続を導体板に設けた接続ソケット内で接続端子を用いて行うようにしたので自動化が図れるようになるものである。
本発明の回転電動機が適用されるエレベータの構成を示す構成図である。 図1に示すエレベータ用巻上機の外観を示す外観図である。 図2に示すエレベータ用巻上機に使用される回転電動機の縦断面を示す縦断面図である。 本発明の一実施例になる回転電動機に使用される導体板の正面図である。 図4に示す導体板の合成樹脂を省略して導体本体を露出した正面図である。 図4のA−A断面を示す断面図である 本発明の一実施例になる導体板と巻線端部の接続構造を示す外観斜視図である。 導体板に形成された接続ソケットの断面図である。 本発明の他の実施例になる分割された導体板を一体化した時の正面図である。 図9に示す分割した導体板を結合する結合方法を説明するもので、図9のB部の拡大分解斜視図である。 従来の渡り線による接続方法と、本発明による接続方法を比較した説明図である。 従来の渡り線の接続方法を示す説明図である。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
本発明の実施形態を説明する前に、本発明が対象とする回転電動機が使用されるエレベータ、及びエレベータ用巻上機について説明する。
図1は機械室レスエレベータの一般的な構成を説明するための断面図であり、参照番号10は建築物に設けられた昇降路であり内部にエレベータが収納されている。エレベータは乗りかご11と釣合錘12及び巻上機13を主な構成要素とし、乗りかご11の下部にはプーリ14が取り付けられ、釣合錘12にはプーリ15が取り付けられ、巻上機13の回転軸(=電動機の回転軸)には綱車16が取り付けられている。ここで、巻上機13は昇降路10の最底部の床面に載置されているが、昇降路10の最頂部付近に固定した梁に取り付ける構成としても良い。
昇降路10の上部には梁17が固定され、この梁17に中間プーリ18A、18Bが取り付けられており、主索19の巻き掛け方向を変えるようになっている。主索19は一端が昇降路10の上部壁面に取り付けられ、この一端から出発して釣合錘12のプーリ15、第1の中間プーリ18A、巻上機13の綱車16、第2の中間プーリ18B及び乗りかご11のプーリ14を経て昇降路10の上部壁面にその他端が取り付けられている。
このローピングは2対1ローピングと呼ばれ、動滑車の原理を利用して巻上機13の巻上力を低減しているものである。釣合錘12の下部には釣合錘12の衝突による衝撃を緩衝する緩衝器191が設置されているが、乗りかご11の下部にも乗りかご11の衝突による衝撃を緩衝する緩衝器が設置されているものである。
このような、エレベータにおいては図示しない制御器によって運行指令が巻上機13の電動機や制動機構等に与えられ、この運行指令によって乗りかご11が建築物の所定の階層に向けて昇降動作するものである。
図2はエレベータ用巻上機の外観を示しており、上下に電磁制動機構20が取り付けられている。この電磁制動機構20は、運転中においては電磁コイルに通電することで電磁力によって制動シュー21を吸引し、巻上機13のドラム22を自由に回転できる状態にしている。一方、制動をかける場合は電磁制動機構20への通電を停止して圧縮ばねによって制動シュー21をドラム22に押し付けて制動をかけるものである。
次に図3を用いて薄型の巻上機13の具体的な構成を説明する。筐体組立体23の筐体本体24はその中心部に形成したボス部25を有し、このボス部25内に固定主軸26が固定されている。また、この固定主軸26の自由端側に綱車16が回転可能に支持されることによって片持ち支持構造の巻上機を構成している。
また、筐体本体24のボス部25の外周側に位置する円環状の収納凹部27には電動機部を構成する固定子28の固定子鉄心及び固定子巻線29等の電機部品が収納されている。更に、固定主軸26の自由端側には軸受30を介して綱車ハウジング31が回転可能に支持され、この綱車ハウジング31は綱車16や電動機部を構成する回転子32等の電機部分と一体的に構成されている。回転子32の内周面には複数の永久磁石33が固定されている。したがって、これによって表面磁石式の回転電動機の回転子が構成されている。この場合、回転子32は磁性体である必要があり、綱車ハウジング31及び綱車16と共に磁性体で一体成形されている。
回転子32内側に配置した永久磁石33は周方向にN極とS極を交互に配置されており、このN極とS極の数は同一で、しかもその数は極数の半分である。このような回転子32は筐体本体24と一体形成された収納凹部27に配置された固定子28の外側に微小なエアギャップを挟んで径方向に対向配置されている。そして、回転電動機で発生した回転力は回転子32を介して綱車16に伝達され、綱車16に巻き掛けられた複数本の主索19を駆動して乗りかご11を上下に昇降することになる。
以上の構成は良く知られた周知のものであるので、これ以上の説明は省略する。次に本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
図3に戻って、固定子巻線29の巻線端部29Aは導体板34に接続されている。導体板34は円環の形に形成された板状の形状を有しており、この円環状の導体板34はボス部25の外周に形成された平坦な円環状の段部35に固定されている。導体板34は合成樹脂の内部に金属製の導体本体が埋設されていると共に、この導体本体は接続ソケット36を介して巻線端部29Aと接続されている。また導体本体は図示しない給電線によってインバータ装置に接続されており、インバータ装置で生成された各相の交流電流が固定子巻線29の各相に供給されるようになっている。
次に上述した導体板34の詳細を図4〜図6に基づき説明する。図4にあるように、導体板34は円環状の合成樹脂と導体本体により構成されており、その最外周側には接続ソケット36が所定の数だけ円環状に配置されている。この接続ソケット36の数は回転電動機の極数によって決まるものであり、回転電動機の仕様によって任意に設定されるものである。
図5は導体板34の合成樹脂を導体本体付近まで剥がした状態を示しており、導体板34の内部には環状に形成したU相の導体本体37、V相の導体本体38、W相の導体本体39が埋設されている。また、各相の導体本体37〜39の外周側には中性点用の導体本体40、渡り用の導体本体41が各相毎に埋設されている。
図6にあるように導体本体37〜41は金属製、例えば銅で作られており、薄い板状に加工されている。したがって、本実施例において導体板34を成形する場合は、所定の形状に打ち抜き加工した銅製の薄板の導体本体37〜41を所定の金型に配置し、この状態で合成樹脂Rを流し込んでインサート成型(モールド成形)すれば良いものである。尚、図6では導体本体41は示されていない。更に、導体板34の外側には接続ソケット36が合成樹脂によって同時形成されており、この接続ソケット36内には導体本体38と一体成型された接続ピン48(図8参照)が植立している。
接続ソケット36には専用の接続端子42を示しているが、この接続端子42は巻線端部29Aと導体本体37〜41の接続ピン48を接続するためのものであり、実際は導電板34を段部35に組み付けた後に自動機で打ち込まれるものである。ここで、各導体本体37〜41は円周方向に間隔を置き、更に上下方向にも間隔をおいて配置することによって、夫々の導体本体37〜41の間に合成樹脂Rを介在させて相互の電気的な絶縁を図るようにしている。
また、本実施例では導体板34の十分な強度確保と、エレベータの回転電動機の適用区分がF種であることから、合成樹脂Rは150℃の耐熱性を備えるポリブチレンテレフタレート(PBT)を採用している。尚、U相の導体本体37、V相の導体本体38、W相の導体本体39は図示しない給電線によってインバータ装置に接続されている。
このように、板状の導体板34によって渡り線と同様の給電機能を持たせるようにしたため、この部分の厚さを従来の渡り線による接続に比べて薄くでき、結果として回転電動機の薄型化に寄与できるものとなる。
次に固定子28の固定子鉄心に巻かれた固定子巻線29の巻線端部29Aと導体板34との接続構造について説明する。図7は給電機構を構成する導体板34と巻線端部29Aとの接続部を一部だけ切り取った時の斜視図を示しており、図8は接続ソケット36の断面を示した縦断面図である。
図7において、固定子28の固定子鉄心43には絶縁ボビン44を介して集中巻された巻線29が装着されている。内周側に位置する絶縁ボビン44には巻線端部29Aが挿通する縦溝44Aが形成されており、この縦溝44Aを通って巻線端部29Aが接続ソケット36を越えて延びている。また、固定子鉄心43と巻線端部29Aの間には絶縁材45が介装されて絶縁を図っており、この絶縁材45は絶縁ボビン44と一体的に形成されている。
図3及び図8でわかるように、夫々の接続ソケット36は導体板34から固定主軸26の軸方向に向けて直角に延びており、合成樹脂Rによって導体板34と一体的に形成されている。これらの接続ソケット36の内部は絶縁壁51によって2つの部屋46A、46Bに分割されている。一方の部屋46Aには巻線端部29Aが挿通して延びるための合せ溝36Aが形成されており、更にこの合わせ溝36Aの延長線上に巻線端部29Aを支える巻線受部47が固定主軸26の軸方向に向けて直角に植立されている。また、他方の部屋46Bには導体本体37から延びる接続ピン48がこれも固定主軸26の軸方向に向けて直角に植立されている。尚、接続ピン48は各導体本体37〜41から各接続ソケット36に延びて設けられている。
したがって、導体板34を段部35に載置した状態で、巻線端部29Aは巻線受部47にセットされた状態となる。尚、図8中で右側は接続ソケット36に接続端子42が打ち込まれる前の状態を示し、左側は接続ソケット36に接続端子42が打ち込まれた後の状態を示している。この状態で、自動機から接続端子42が接続ソケット36に打ち込まれるものである。
接続端子42は一対の接続スリット42A、42Bを備えており、一方の接続スリット42Aは巻線端部29Aに圧入され、他方の接続スリット42Bは接続ピン48に圧入されることで、巻線端部29Aと接続ピン48の電気的な接続を行なうものである。接続端子42は母材に銅を使用し、この上から錫のめっきを施したものである。
このように、絶縁ボビン44に巻回された巻線29の巻線端部29Aを接続ソケット36の合わせ溝36Aへ挿通して接続端子42を上部から打ち込むことにより、接続ソケット36内で巻線端部29Aと接続ピン48とを自動的に接続することが可能となる。尚、接続ソケット36をモールド成形する際には、この接続端子42を打ち込んだ時に接続端子42が抜け出てこないような形状を形成しておくことも有効である。
ここで、本実施例では接続ソケット36の形成位置が導体板34の最外周上に円環状に並べて配置しているので、固定子28を回転させながら自動機で接続端子42を連続的に順番に打ち込むことができるようになる。
本実施例では導体板34側に接続ソケット36を一体的に形成しているが、これは巻線端部29Aを接続する際に、自動機による接続端子42の打ち込み時の衝撃荷重によって絶縁ボビン44や接続ソケット36の合成樹脂部分の破損を防止するためである。また、回転電動機の適用区分が何種対応であるかによって合成樹脂の強度が変わるので、導体板34に使用する合成樹脂の材料の選定や寸法等を適切に選定することが重要である。
そして、本実施例では導体板34の十分な強度確保と、エレベータの回転電動機の適用区分がF種であることから、150℃の耐熱性を備えるためにポリブチレンテレフタレート(PBT)を採用している。このように、接続端子42を打ち込む作業に適した強度と適用区分の規格の耐熱温度を満たすように合成樹脂の選定を行えば良いものである。
更に、本実施例では導体板34は図4に示すように全体が一体に形成されており、その直径が350mmの成形品となっている。図4のように導体板34を一体に成形する場合は、導体板34が一体となっていることから取付性が容易となり、成形による誤差も小さく出来る効果がある。
このように、合成樹脂の内部に導体本体を埋設した導体板を有すると共に、巻線端部と導体本体を接続する接続ソケットを形成し、巻線端部を接続ソケットに収納して接続端子を接続ソケットに打ち込むことにより、接続ソケットに設けられた導体本体と接続された接続ピンと巻線端部の接続を行うようにしたので自動化が図れるようになるものである。
これによって、従来のように、固定子の巻線と渡り線の接続が手作業に限定された作業であるため、回転電動機の組立作業の自動化を図ることが難しく組立作業時間が長くかかってしまうという問題や、渡り線の接続部分の絶縁被膜を事前に剥離しておく手間もかかり作業速度や品質が作業者に依存していて手離れできないという問題を解決することができるものである。
次に本発明の別の実施形態を説明する。図5からわかるように、導体板34に埋設された導体本体37〜41の形状パターンは所定の規則性を備えている。したがって、図4にあるように全体を同時に一体成型する構成とは別に、規則性を備える単位片に分割して組み合わせることで導体板34を構成することも可能である。このような導体板34を図9、図10に基づき説明する。ここで図10は図9に示すB部の結合面を切りだして分解した部分を示している。
図9において、導体板34は90°毎の単位片に分割された単位導体板34A、43B34C、及び34Dより構成されている。これらの単位導体板34A、34B、34C、及び34Dは同じ形状であるため、同一の成形金型を使用できる。これによって金型の大きさを小さくできるので成形金型の費用を低く抑えることができる効果がある。そして、単位導体板34Aと単位導体板34Bは半径方向に延びる結合面34A−Bで結合され、以下同様に結合面34B−C、結合面34C−D、及び結合面34D−Aで結合されている。
この結合面の形状は図10に示された通り、一方の側面、ここでは単位導体板34Bの半径方向の側面から導体本体37〜41が所定の長さ「L」だけの突き出るようにして露出している。これに対して、単位導体板34Bの側面と対向する単位導体板34Cの側面には導体本体37〜41が露出するように合成樹脂が存在しない凹部49が形成されている。この凹部49は上記した所定の長さ「L」だけ周方向に延びており、この凹部49に単位導体板34Bの導体本体37〜41が収納されるようになっている。
そして、単位導体板34Cの凹部49に単位導体板34Bの導体本体37〜41が収納された状態で、固定ネジ50をねじ込むことによって単位導体板34Bと単位導体板34Cを強固に固定することができる。同様にして単位導体板34Aと単位導体板34B、単位導体板34Cと単位導体板34D及び単位導体板34Dと単位導体板34Aを固定することができる。
このように、導体板を単位導体板に分割した本実施例においては、単位導体板の成型金型を小型にできるので成形金型の費用を低く抑えることができる効果がある。
以上のような本発明の実施形態による薄型化の効果を図11に示している。図11において、従来の渡り線を用いた場合ではU、V、W相の配線が重なり合って20mmに近い長さの空間が必要であったが、本実施形態によれば、接続ソケットまでの長さが15mmとなって5mmの薄型化が図れ、導体本体が位置する平面領域では8mmとなって12mmの薄型化が達成できた。
以上述べた通り、本発明によれば、合成樹脂の内部に、各相毎の給電線と接続され相互に絶縁された薄板状の金属の導体本体を埋設した導体板を有し、この各相毎の導体本体と固定子の各相の巻線端部と接続して電流を流すと共に、導体板の一部に導体本体と固定子の巻線端部とを接続する接続ソケットを形成するようにした。
このように、合成樹脂に埋設した薄い導体本体を使用して固定子の巻線に電力を供給するため、この部分の厚みを低減でき回転電動機の薄型化を図ることができるようになる。また、巻線端部と導体本体との接続を導体板に設けた接続ソケットで行うようにしたので自動化が図れるようになる。
11…乗りかご、12…釣合錘、13…巻上機、16…綱車、26…固定主軸、27…収納凹部、28…固定子、29…巻線、29A…巻線端部32、…回転子、33…永久磁石、34…導体板、35…段部、36…接続ソケット、37〜41…導体本体、44…ボビン、44A…縦溝(合わせ溝)、45…絶縁材、47…巻線受部、48…接続ピン、51…絶縁壁。

Claims (13)

  1. 固定子鉄心と固定子巻線を収納した筐体本体と、前記筐体本体に設けられ一方を自由端とした固定主軸と、前記固定主軸の自由端側に軸受を介して回転可能に取付けられ、前記固定子鉄心に対向する永久磁石を備えた回転子とからなる回転電動機において、
    前記固定主軸の周囲の前記筐体本体に形成した段部に配置されており、前記固定子巻線の巻線端部と接続され相互に絶縁された薄板状の各相毎の導体本体を合成樹脂の内部に埋設した導体板を有すると共に、前記導体板の一部に前記導体本体と前記固定子巻線の前記巻線端部とを接続する接続ソケットを形成し、前記接続ソケット内には前記導体本体と前記固定子巻線の前記巻線端部とを接続した接続端子が設けられており
    前記接続端子は、前記導体板が前記段部に組み付けられた状態で、自動機によって前記接続ソケット内に打ち込まれた接続端子であることを特徴とする回転電動機。
  2. 請求項1において、
    前記導体板は板状の円環形状に形成され、前記各相毎の導体本体は円環状に形成されて円周方向で、しかも上下方向に相互に間隔を置いて配置され、前記各相毎の導体本体の間が合成樹脂によって絶縁されていることを特徴とする回転電動機。
  3. 請求項2において、
    前記接続ソケットは前記導体板を形成している合成樹脂によって前記導体板と一体的に形成されていると共に、前記導体板の外周側に円環状に並べて形成されていることを特徴とする回転電動機。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか1項において、
    前記接続ソケットは前記固定主軸の軸方向に沿って前記回転子側に延びて形成されていることを特徴とする回転電動機。
  5. 請求項1乃至請求項3のいずれか1項において、
    前記導体板は、薄板状の金属を打ち抜いた前記導体本体を成型金型に設置した後に合成樹脂を流し込んでインサート成型されていることを特徴とする回転電動機。
  6. 請求項2において、
    前記導体板は、前記導体本体のすべてを埋設すると共に、前記接続ソケットのすべてを同時に一体的に形成したことを特徴とする回転電動機。
  7. 請求項2において、
    前記導体板は、前記導体本体の一部を埋設すると共に、前記接続ソケットの一部を同時に一体的に形成した単位導体板を複数個繋ぎ合わせて構成されていることを特徴とする回転電動機。
  8. 請求項7において
    前記単位導体板の繋ぎ合わせ部分は、前記単位導体板の対応する各導体本体がネジによって固定されていることを特徴とする回転電動機。
  9. 請求項1乃至請求項3のいずれか1項において、
    前記接続ソケットは絶縁壁で分割された一対の部屋よりなり、一方の部屋には前記固定子巻線の前記巻線端部が配置され、他方の部屋には前記導体本体と接続された接続ピンが配置され、前記巻線端部と前記接続ピンが前記接続端子によって接続されていることを特徴とする回転電動機。
  10. 請求項9において、
    前記接続端子は前記自動機よって前記接続ソケット内に打ち込まれて前記巻線端部と前記接続ピンを接続することを特徴とする回転電動機。
  11. 請求項10において、
    前記接続ソケットの前記一方の部屋には前記固定子巻線の前記巻線端部を支持する巻線受部が形成されていることを特徴とする回転電動機。
  12. 固定子鉄心と固定子巻線を収納した筐体本体と、前記筐体本体に一方を固定し、他方を自由端とした固定主軸と、前記固定主軸の自由端側に軸受を介して回転可能に取付けられ、主索が巻き掛けられる綱車と、前記綱車と一体に形成されて前記固定子鉄心に対向する永久磁石を備えた回転子とからなるエレベータ用巻上機において、
    前記固定主軸の周囲の前記筐体本体に形成した段部に配置されており、前記固定子巻線の巻線端部と接続され相互に絶縁された薄板状の各相毎の導体本体を合成樹脂の内部に埋設した導体板を有すると共に、前記導体板の一部に前記導体本体と前記固定子巻線の前記巻線端部とを接続する接続ソケットを形成し、前記接続ソケット内には前記導体本体と前記固定子巻線の前記巻線端部とを接続した接続端子が設けられており、
    前記接続端子は、前記導体板が前記段部に組み付けられた状態で、自動機によって前記接続ソケット内に打ち込まれた接続端子であることを特徴とするエレベータ用巻上機。
  13. 請求項12において、
    前記接続ソケットは絶縁壁で分割された一対の部屋よりなり、一方の部屋には前記固定子巻線の前記巻線端部が配置され、他方の部屋には前記導体本体と接続された接続ピンが配置され、前記巻線端部と前記接続ピンが前記接続端子によって接続されていることを特徴とするエレベータ用巻上機。
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