JP6111885B2 - 導線成形装置、ステータ、及び、そのステータを用いたモータ - Google Patents

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本発明は、ステータコアのスロットから突出する導線の端部を成形する導線成形装置に関する。
従来、ステータコア、ステータコアのスロットに設けられる導線、及び、スロットに設けられステータコアと導線とを絶縁する絶縁部材を有するステータが知られている。ステータを製造するときステータコアに導線を巻回する方法には、治具に巻回されている導線を治具からステータコアのスロットに挿入する方法や、分割されている導線をスロットに挿入したのち導線の端部どうしを電気的に接続する方法などがある。例えば、特許文献1には、導線が巻回されている柱状の治具を筒状のステータコアの内部に挿入しつつステータコアのスロットに導線を移動させる導線組み付け装置が記載されている。
特開2013−038898号公報
しかしながら、特許文献1に記載の導線組み付け装置では、導線はスロットの形状にあわせて変形しつつスロットに挿入される。このため、導線の弾性力により導線と絶縁部材とが摺動し絶縁部材が破損するおそれがある。
また、分割されている導線をスロットに挿入する方法では、最初に、分割されている導線をステータコアのスロットに挿入する。次に、ステータコアの一方の端面側から突出する導線の端部をスロットの開口方向とは異なる方向に成形し、一の導線の端部と当該一の導線とは異なる導線の端部を電気的に接続する。導線の端部を成形するとき、スロットの開口を形成するステータコアの縁部と導線との間の絶縁部材に縁部方向への押圧力が作用し、絶縁部材が破損するおそれがある。
本発明の目的は、ステータコアと導線とを絶縁する絶縁部材の破損を防止する導線成形装置を提供することにある。
本発明は、ステータが有する導線の端部を成形する導線成形装置であって、導線の端部がステータコアの一方の端面から突出するステータを支持するステータ支持部と、ステータ支持部に支持されているステータコアの径方向に対して垂直な断面形状が三角形状となるよう形成され隣り合うスロットに設けられる絶縁部材のステータコアの一方の端面からはみ出しているはみ出し部の間に挿入され導線の曲げの大きさを規制する規制部材と、規制部材をステータコアの径方向に往復移動可能に支持し規制部材を隣り合うはみ出し部の間に挿入する規制部材支持部と、ステータコアの一方の端面側に設けられ導線の端部をスロットの開口方向とは異なる方向に成形する導線成形部と、を備えることを特徴とする。
ステータコアのスロットに設けられる異なる導線の端部どうしを電気的に接続する場合、導線成形部を用いて導線の端部をスロットの開口方向とは異なる方向に成形する。このとき、スロットの開口を形成するステータコアの縁部とステータコアの一方の端面側のスロットの開口から突出する導線との間の絶縁部材には、導線の曲げにより発生する縁部方向への押圧力が作用する。本発明の導線成形装置では、隣り合うスロットに設けられる絶縁部材のはみ出し部の間に導線の曲げの大きさを規制する規制部材を挿入する。これにより、導線の端部を成形するとき、導線の曲がりが大きくなり、絶縁部材に作用する縁部方向への押圧力を小さくすることができる。したがって、本発明の導線成形装置は、縁部との当接による絶縁部材の破損を防止することができる。
本発明の第1実施形態による導線成形装置の模式図である。 図1のII−II断面図である。 本発明の第1実施形態による導線成形装置を用いて導線が成形されるステータの模式図である。 本発明の第1実施形態による導線成形装置を用いるステータの製造方法のフローチャートである。 本発明の第1実施形態による導線成形装置を用いて導線が成形されるステータのステータコアの上面図、及び、絶縁紙が挿入された状態のステータコアの断面図である。 本発明の第1実施形態による導線成形装置を用いて導線が成形されるステータの導線の模式図、及び、導線が挿入された状態のステータコアの断面図である。 本発明の第1実施形態による導線成形装置を用いるステータの製造方法における導線の成形工程の内容を説明する模式図である。 図7に示す工程の後に行われる工程の内容を説明する模式図である。 図8に示す工程におけるステータの要部断面図である。 本発明の第2実施形態によるステータの模式図である。 本発明の第2実施形態によるステータの規制部材の斜視図である。 本発明の第2実施形態によるステータの要部断面図である。 本発明の第2実施形態によるステータを用いたモータの断面図である。
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による導線成形装置について、図1〜図9に基づいて説明する。
最初に、第1実施形態による導線成形装置を用いて導線が成形されるステータの構成を図3に基づいて説明する。
ステータ50は、ステータコア51、導線55、及び、絶縁紙59などから構成されている。ステータ50は、図示しないロータと組み合わされ、回転電機を構成する。回転電機は、例えば、車両に搭載され、エンジンが出力する回転トルクにより発電したり、また、供給される電力により外部に回転トルクを出力したりする。なお、図3(a)、(b)の左側には、導線55、絶縁紙59、及び、導線55と外部とを電気的に接続する3本の出力線56が備えられている状態のステータ50を示す。また、図3(a)、(b)の右側には、絶縁紙59のみが設けられているステータコア51を示す。
ステータコア51は、筒状の磁性材料から形成されている。ステータコア51の軸方向には、導線55及び絶縁紙59が設けられるスロット52が48個形成されている。具体的には、図3(a)に示すように、スロット52は、ステータコア51の径内方向側から径外方向に延びるよう周方向に等間隔に形成される。それぞれのスロット52には、導線55及び絶縁紙59が設けられる。
導線55は、断面が略矩形状の導体から形成される。導線55は、ステータコア51の中心軸に対して略垂直な一方の端面511、及び、他方の端面512から突出するよう設けられる。導線55は、1つのスロット52に6本ずつ径方向に整列するよう設けられる。ここでは、スロット52の導線55が配置される場所について、図3(c)に示すように、便宜的に、径内方向側から位置55a、55b、55c、55d、55e、55fとする。
絶縁紙59は、スロット52においてステータコア51と導線55との間に設けられ、ステータコア51と導線55とを絶縁する紙状の絶縁部材である。「絶縁部材」としての絶縁紙59は、スロット52に設けられるとき、スロット52を形成する内壁に沿って設けられる。また、絶縁紙59は、図3(b)に示すように、ステータコア51の一方の端面511、及び、他方の端面512からはみ出すよう設けられる。一方の端面511からはみ出す絶縁紙59の部位をはみ出し部58とする。
次に、本発明の第1実施形態による導線成形装置の全体構成を図1及び2に基づいて説明する。
導線成形装置1は、後述するステータ50の製造工程において、ステータコア51の一方の端面511から突出する導線55の端部551を成形する。導線成形装置1は、図1に示すように、ステータ支持部10、規制部材20、規制部材支持部30、及び、導線成形部40などから構成される。
ステータ支持部10は、第1支持部11、第2支持部12、及び、第3支持部13などから構成されている。
第1支持部11は、略円環状に形成されており、導線55及び絶縁紙59が設けられているステータ50が導線成形装置1に取り付けられたとき、ステータコア51の径外方向に設けられる。第1支持部11は、ステータコア51の水平方向の移動を規制する。
第2支持部12は、ステータ50が導線成形装置1に取り付けられたとき、ステータコア51の天側に設けられる。第2支持部12は、ステータコア51の天側への移動を規制する。
第3支持部13は、ステータコア51の地側、すなわち、ステータコア51に対して第2支持部12とは反対側に設けられる。第3支持部13は、図2に示すように、挿入される規制部材20の間においてステータコア51の一方の端面511に当接し、ステータコア51の地側への移動を規制する。
規制部材20は、断面が略三角形状の棒状の金属部材であって、規制部材支持部30に支持される後端部22から先端部21に向かって先が細くなるよう形成されている。規制部材20は、規制部材支持部30によりステータコア51の径方向に往復移動可能に設けられている。第1実施形態による導線成形装置1では、図2に示すように、規制部材20を48本備えている。規制部材20は、ステータ50が導線成形装置1に取り付けられた後、導線成形部40により導線55の端部551が成形される前に、図2に示すように、ステータコア51の一方の端面511の近傍に挿入される。規制部材20がステータコア51の一方の端面511の近傍に挿入されるとき、規制部材20は、後端部22を規制部材支持部30に支持されつつ、先端部21を第3支持部13の径内方向に位置する内側リング14に支持される。
規制部材支持部30は、ステータ50が導線成形装置1に取り付けられたとき、ステータコア51の径外方向に設けられる。規制部材支持部30は、規制部材20をステータコア51の径方向に往復移動可能に支持する。
内側リング14は、第3支持部13と同一平面上であって、ステータ50が導線成形装置1に取り付けられたとき、ステータコア51の内部側に位置する。「支持部材」としての内側リング14は、「規制部材の規制部材支持部が支持する側とは反対側の端部」としての先端部21を挿入可能な穴が形成されている。
導線成形部40は、ステータ50の地側に設けられる。導線成形部40は、ステータコア51に設けられている導線55の端部551が挿入されると、導線成形部40内において端部551をスロット52の開口方向とは異なる所定の方向に成形する。具体的には、図3(c)に示す位置55a、55c、55eに配置される導線55の端部は、天側からみて反時計方向、すなわち、図3の紙面の上側に向かうよう成形される。また、図3(c)の位置55b、55d、55fに配置される導線55の端部は、天側からみて時計方向、すなわち、図3の紙面の下側に向かうよう形成される。
次に、ステータ50の製造工程を図4〜9に基づいて説明する。
最初に、ステップ(以下、省略して「S」という)101において、ステータコア51のスロット52に絶縁紙59を挿入する。絶縁紙59は、スロット52の内壁に沿うようスロット52内に設けられる。このとき、絶縁紙59は、図5(b)に示すように、スロット52の開口を形成する縁部521における導線55とステータコア51とを確実に絶縁するため、一方の端面511及び他方の端面512からはみ出すよう設けられる。
次に、S102において、絶縁紙59が挿入されているステータコア51のスロット52に導線55を挿入する。図6(a)及び(b)にステータコア51に挿入される導線55の側面図及び上面図を示す。導線55は、図6(a)に示すように、略コの字状に形成されている。導線55は、スロット52に挿入されたときスロット52に位置する2つのスロット挿入部552、2つのスロット挿入部552を接続するターン部553、及び、2つのスロット挿入部552のターン部553と接続する側とは反対側に設けられる2つの端部551などから構成される。2つのスロット挿入部552は、それぞれ異なるスロット52に挿入される。具体的には、一方のスロット挿入部552が一のスロット52に挿入されると、他方のスロット挿入部552は一方のスロット挿入部552が挿入される一のスロット52から6スロット分離れた位置にある他のスロット52に挿入される。このため、ターン部553は、図6(b)に示すように、ステータコア51の形状にあわせて略円弧状に形成されている。また、ターン部553は、一方のスロット挿入部552が挿入される一のスロット52における径方向の位置と他方のスロット挿入部552が挿入される他のスロット52における径方向の位置とを異ならせるため、ターン部553の略中央に段部554が形成されている。
S102では、48個のスロット52及び全てのスロット52における位置55a、55b、55c、55d、55e、55fに導線55が挿入される。このとき、導線55は、図6(c)に示すように、ステータコア51の一方の端面511から端部551が突出するよう設けられ、他方の端面512からターン部553が突出するよう設けられる。
次にS103において、同じスロット52に挿入された複数の導線55の隣り合う端部551の間に隙間を形成する。具体的には、同じスロット52の一方の端面511から突出する複数の端部551どうしを確実に絶縁するため、図7に示すように、端部551の間に隙間555を形成する。
次にS104において、複数の導線55の端部551をスロット52の開口方向とは異なる方向に向かうよう成形する。
S103において隙間555が形成された導線55を有するステータ50を導線成形装置1にセットする。このとき、規制部材支持部30を用いて一方の端面511からはみ出している絶縁紙59のはみ出し部58の間に規制部材20を挿入する。絶縁紙59に対する規制部材20の挿入位置の詳細は後述する。
導線成形装置1では規制部材20を挿入した後、導線成形部40により複数の導線55の端部551を所定の方向に成形する。これにより、導線55の端部551は、図8に示す形状となる。
次にS105において、所定の方向に成形された一の導線55の端部551と他の導線55の端部551とを溶接により接続する。これにより、複数の導線55は電気的に接続される。次に、S106において、導線55と出力線56とを電気的に接続し、ステータ50が完成する。
ここで、S104において、導線55の端部551がスロット52の開口方向とは異なる方向に成形されるときのスロット52の開口周辺の拡大断面図を図9に示す。なお、図9では、説明の便宜上、複数のスロット52のうち一のスロットをスロット52aとし、当該一のスロット52aに隣り合うスロットをスロット52bとする。また、スロット52aに設けられている絶縁紙を絶縁紙59aとし、スロット52bに設けられている絶縁紙を絶縁紙59bとする。また、絶縁紙59aのはみ出し部をはみ出し部58aとし、絶縁紙59bのはみ出し部をはみ出し部58bとする。ここでは、2つのスロット52a、52bについて述べているが、他のスロット52どうしにおいても同じ構成となっている。
スロット52a、52bには、スロット52a、52bの内壁に沿って絶縁紙59a、59bが設けられている。絶縁紙59a、59bは、前述したようにスロット52a、52bの一方の端面511側の開口からはみ出しているはみ出し部58a、58bを有している。また、導線55は、スロット52a、52bへの挿入時、スロット挿入部552と端部551とは直線状に形成されており、導線成形装置1が導線55の端部551を成形する前は、図9の点線Lに示すように直線状となっている。
規制部材20がステータコア51の一方の端面511の近傍であって隣り合うスロット52a、52bの絶縁紙59a、59bのはみ出し部58a、58bの間に挿入された後、導線成形部40により導線55の端部551が成形される。このとき、導線55の一方の端面511から突出した直後の曲げ部分C(図9の一点鎖線で囲まれた部分)がスロット52a、52bの開口方向とは異なる方向に曲げられる。このとき、断面形状が矩形状であり曲げに対する剛性が高い導線55の曲げにより、絶縁紙59a、59bには縁部521の方向に押し付けられる押圧力Fが作用する。
第1実施形態による導線成形装置1では、ステータコア51の一方の端面511の近傍であって隣り合うスロット52a、52bの絶縁紙59a、59bのはみ出し部58a、58bの間に規制部材20が挿入されている。これにより、導線55の曲げ部分Cの曲がりが大きくなるよう導線55の曲げの大きさが規制され、曲げ部分Cと縁部521との間の絶縁紙59a、59bに作用する押圧力Fを絶縁紙59a、59bが破損しない程度に小さくすることができる。したがって、縁部521との当接による絶縁紙59の破損を防止することができる。
また、導線成形装置1では、規制部材20が挿入されるとき、先端部21が内側リング14に支持される。これにより、規制部材20は規制部材支持部30と内側リング14とにより両持ち支持されるため、曲げ部分Cで発生する押圧力Fによる規制部材20の変形を防止することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態によるステータを図10〜13に基づいて説明する。第2実施形態は、第1実施形態による導線成形装置を用いて導線の端部を成形するステータと異なり、ステータの製造時に規制部材が組み付けられる。なお、第1実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第2実施形態によるステータ60は、ステータコア51、導線55、絶縁紙59、及び、規制部材70などから構成されている。なお、図10は、ステータ60の側面図を示す。また、図11(a)は、規制部材70を径内方向から見た斜視図を示す。図11(b)は、規制部材70を径外方向から見た斜視図を示す。また、図13は、規制部材70を有するステータ60を備える回転電機5の断面図を示す。回転電機5は、ステータ60の径内方向に設けられステータ60が生じる磁界によって回転するロータ7、ロータ7と一体に回転するシャフト8、及び、ステータ60などを収容するハウジング6などを備える。
規制部材70は、図11に示すように、外環状部71、内環状部72、及び、規制部73などから構成されている。規制部材70は、これらが樹脂から一体に形成されている。
外環状部71は、略円弧状に形成されている。外環状部71は、ステータコア51に組み付けられるとき、図13に示すように、ステータコア51の一方の端面511上に設けられる。外環状部71には複数の当接部711が外環状部71から突出するよう設けられている。当接部711は、規制部材70がステータコア51に組み付けられるとき、図13に示すように、ステータコア51の外壁513とハウジング6の内壁との間に設けられ、ステータコア51の外壁513に当接する。
内環状部72は、櫛状に形成されている。略円弧状に形成されている内環状部72は、図11に示すように、円弧形状の半径が外環状部71の円弧形状の半径に比べ小さくなるよう形成されている。内環状部72は、規制部材70がステータコア51に組み付けられるとき、図13に示すように、ステータコア51の内壁514に当接する。
規制部73は、外環状部71の径方向内側の壁面と内環状部72の径方向外側の壁面とを接続するよう設けられている。規制部73は、1つの規制部材70において8本設けられ、図12に示すように、断面形状が略三角形状をなしている。規制部材70がステータコア51に組み付けられるとき、規制部73は隣り合うスロット52a、52bに設けられる絶縁紙59a、59bのはみ出し部58a、58bの間に位置する。
ステータ60を製造するとき、第1実施形態と同様に、最初にステータコア51のスロット52に複数の絶縁紙59を挿入する。次に、絶縁紙59が挿入されているステータコア51のスロット52に複数の導線55を挿入する。
複数の導線55が挿入された後、導線55の端部551を成形する前にステータコア51の一方の端面511側に規制部材70を組み付ける。このとき、導線55の端部551は、規制部材70の隣り合う2つの規制部73、外環状部71、及び、内環状部72により形成されている穴に挿入される。規制部材70は、ステータコア51には8個組み付けることにより、周方向にステータコア51を囲むよう設けられる。規制部材70が組み付けられた後、導線55の端部551をスロット52の開口方向とは異なる方向に成形する。
第2実施形態によるステータ60では、導線55の端部551をスロット52の開口方向とは異なる方向に成形するとき、ステータコア51に組み付けられている規制部材70の規制部73により導線55の曲げ部分Cの曲げの大きさが規制される。これにより、導線55の端部551をスロット52の開口方向とは異なる方向に成形するとき、絶縁紙59の破損を防止することができる。
(他の実施形態)
(ア)第1実施形態では、導線成形装置は、規制部材の先端部を支持する内側リングを有するとした。しかしながら、内側リングはなくてもよい。
(イ)第1実施形態では、ステータコアを支持する支持部は、ステータコアを水平方向から支持する第1支持部、ステータコアを鉛直方向から支持する第2支持部、及び、第3支持部などから構成されるとした。しかしながら、支持部の構成はこれに限定されない。
(ウ)上述の実施形態では、規制部材の断面形状は略三角形状であるとした。しかしながら、規制部材の断面形状はこれに限定されない。導線の過度の曲げを規制する形状であればよい。
(エ)上述の実施形態では、導線の断面形状は略矩形状であるとした。しかしながら、導線の断面形状はこれに限定されない。
(オ)上述の実施形態では、ステータコアにはスロットは48個形成されるとした。しかしながら、スロットの数はこれに限定されない。
(カ)上述の実施形態では、1つのスロットに6本の導線が挿入されるとした。しかしながら、1つのスロットに挿入される導線の数はこれに限定されない。
(キ)第2実施形態では、規制部材は規制部を8本有するとした。しかしながら、規制部の本数はこれに限定されない。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態により実施可能である。
1 ・・・導線成形装置、
10 ・・・ステータ支持部、
20 ・・・規制部材、
30 ・・・規制部材支持部、
40 ・・・導線成形部、
50 ・・・ステータ、
51 ・・・ステータコア、
511 ・・・一方の端面、
52 ・・・スロット、
55 ・・・導線、
551 ・・・端部、
59 ・・・絶縁紙。

Claims (6)

  1. 磁性材料から形成されるステータコア(51)、前記ステータコアの複数のスロット(52)に設けられる複数の導線(55)、及び、複数の前記スロットに設けられ前記ステータコアと複数の前記導線とを絶縁する複数の絶縁部材(59)を有するステータ(50)の前記導線の端部(551)を成形する導線成形装置(1)であって、
    前記導線の端部が前記ステータコアの一方の端面(511)から突出する前記ステータを支持するステータ支持部(10)と、
    前記ステータ支持部に支持されている前記ステータコアの径方向に対して垂直な断面形状が三角形状となるよう形成され、隣り合う前記スロット(52a、52b)に設けられる前記絶縁部材の前記ステータコアの一方の端面からはみ出しているはみ出し部(58a、58b)の間に挿入され、前記導線の曲げの大きさを規制する規制部材(20)と、
    前記規制部材を前記ステータコアの径方向に往復移動可能に支持し、前記規制部材を隣り合う前記はみ出し部の間に挿入する規制部材支持部(30)と、
    前記ステータコアの前記一方の端面側に設けられ、前記導線の端部を前記スロットの開口方向とは異なる方向に成形する導線成形部(40)と、
    を備えることを特徴とする導線成形装置。
  2. 前記規制部材支持部は、前記ステータ支持部が前記ステータを支持するとき前記ステータコアの径外方向に位置し、
    前記ステータ支持部が前記ステータを支持するとき前記ステータコアの径内方向に位置し、前記規制部材が隣り合う前記はみ出し部の間に挿入されるとき前記規制部材の前記規制部材支持部が支持する側とは反対側の端部(21)を支持する支持部材(14)を備えることを特徴とする請求項1に記載の導線成形装置。
  3. 磁性材料から形成されるステータコア(51)と、
    前記ステータコアの複数のスロット(52)に設けられる複数の導線(55)と、
    複数の前記スロットに設けられ、前記ステータコアと前記導線とを絶縁する複数の絶縁部材(59)と、
    前記ステータコアの前記導線の端部(551)が突出する一方の端面(511)側に設けられ、前記ステータコアの径方向に対して垂直な断面形状が三角形状となるよう形成され、前記導線の曲げの大きさを規制する規制部材(70)と、
    を備え
    前記規制部材は、隣り合う前記スロット(52a、52b)に設けられる前記絶縁部材の前記ステータコアの一方の端面からはみ出しているはみ出し部(58a、58b)の間に位置することを特徴とするステータ(60)。
  4. 前記規制部材は、
    前記ステータコアの外壁に当接する外環状部(71)と、
    前記ステータコアの内壁に当接する内環状部(72)と、
    前記はみ出し部の間に位置し、前記外環状部と前記内環状部とを接続し、前記導線の曲げの大きさを規制する規制部(73)と、
    を備えることを特徴とする請求項3に記載のステータ。
  5. 前記規制部材は、前記ステータコアとは別体に形成され、前記ステータコアに対して相対移動可能に設けられる請求項3または4に記載のステータ。
  6. 請求項3〜5のいずれか一項に記載のステータと、
    前記ステータに径内方向から対向するように設けられ、周方向に交互に異なる磁極を有し、前記ステータが生じる磁界によって回転するロータ(7)と、
    を備えることを特徴とするモータ(5)。
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