JP6645239B2 - モータ - Google Patents

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Description

この発明は、両端がボールベアリングで回転可能に支持される回転軸を備えたモータに関するものである。
従来、モータの一種類として、磁性を備えた金属板を積層してステータコアを形成するとともに、同じく磁性を備えた金属板を積層してロータコアを形成したものがある。
ロータコアには回転軸が挿通されてロータが構成され、その回転軸の両端が軸受を介してエンドフレームに回転可能に支持される。そして、ステータコアに巻装されたコイルに通電することにより発生する磁力に基づいてロータが回転され、ロータとともに回転される回転軸から所要の回転力を出力可能である。
特許文献1には、軸受(ボールベアリング)の同軸性を確保して、安定した回転力を出力可能とするモータの製造方法が開示されている。
特開2014−147172号公報
特許文献1に開示されたモータでは、回転軸の一端を支持する軸受はエンドフレームと軸受との間に介在されるウェーブワッシャで軸方向に位置決めされている。従って、エンドフレーム間でステータを挟着保持する工程で、ウェーブワッシャを介して軸受を押圧して軸方向に保持する必要がある。
すると、ステータコアシートが積層されて構成されるステータコアの積層公差が軸受の保持位置に影響を及ぼす。この結果、ウェーブワッシャを介して軸受を最適な位置に保持するための作業が煩雑となる。
この発明の目的は、回転軸を安定して支持するためのボールベアリングの取り付け作業を容易に行い得るモータを提供することにある。
上記課題を解決するモータは、筒状のステータコアを有するステータと、前記ステータの軸方向両側にそれぞれ組み付けられて該ステータを軸方向に挟持する第1エンドフレーム及び第2エンドフレームと、前記第1エンドフレームに取着された第1ボールベアリングと、前記第2エンドフレームに取着された第2ボールベアリングと、前記各ボールベアリングに回転可能に支持された回転軸と、前記ステータコアの内周側位置で前記回転軸に一体回転可能に固定されたロータとを備えたモータであって、前記第1エンドフレームには、前記第1ボールベアリングを軸方向外側から嵌挿可能とした収容孔と、前記収容孔内において、前記第1ボールベアリングの軸方向外側に挿入されるウェーブワッシャと、前記収容孔内において、前記ウェーブワッシャの軸方向外側に嵌挿されて、前記ウェーブワッシャを軸方向に保持する保持部材とを備え、前記保持部材を前記第1エンドフレームより柔らかい材質で形成し、前記保持部材の外周面には、前記収容孔の内径よりも大きい外径で形成され前記収容孔の内周面に圧接される圧接部と、軸方向において前記圧接部より前記ウェーブワッシャ側に前記収容孔の内周面との間に隙間を確保する導入部と、前記圧接部より軸方向外側に形成されたバリ収容溝と、を設けた。
この構成によれば、収容孔に嵌挿される保持部材で、ウェーブワッシャを介して第1ボールベアリングが軸方向に位置決めされ、保持部材の嵌挿時に発生するバリが、バリ収容溝に収容される。
この構成によれば、保持部材を収容孔に容易に嵌挿可能となる。
上記モータにおいて、前記バリ収容溝を、前記保持部材の周方向全周に亘って設けた。
この構成によれば、保持部材の周方向全周に亘って設けられたバリ収容溝でバリが収容される。
上記モータにおいて、前記バリ収容溝は、前記保持部材の嵌挿方向に向かって深くなる断面三角形状の溝とした。
この構成によれば、保持部材の嵌挿時に発生するバリは、バリ収容溝に収容されやすい。
上記モータにおいて、前記バリ収容溝を、前記保持部材の外周面上に複数条形成した。
この構成によれば、保持部材の嵌挿時に発生するバリは、バリ収容溝に収容されやすい。
本発明によれば、回転軸を安定して支持するためのボールベアリングの取り付け作業を容易に行うことができる。
実施形態のモータの概略構成を示す断面図。 実施形態のモータの分解斜視図。 (a)は実施形態のモータの側面図、(b)はb−b断面図((a)におけるb−b断面図)。 (a)は実施形態における第2エンドフレームの斜視図、(b)は第2エンドフレームの部分拡大斜視図。 実施形態の保持部材を示す断面図。 他の実施形態のモータの断面図。 他の実施形態の保持部を示す断面図。
以下、モータの一実施形態について説明する。
図1に示すように、モータ10は、第1エンドフレーム11(以下、第1フレーム11とする)と第2エンドフレーム12(以下、第2フレーム12とする)とによって円環状のステータ13を回転軸方向に挟持した構成となっている。第1フレーム11と第2フレーム12とは、ステータ13の外周に配置される複数(本実施形態では2つ)のスルーボルト14によって互いに固定されている。また、ステータ13の内側にロータ15が回転可能に配置されている。
なお、本実施形態では、モータ10の軸方向反出力側(図1において上側)でステータ13を保持するエンドフレームを第1フレーム11とし、軸方向出力側でステータ13を保持するエンドフレームを第2フレーム12としている。
図1及び図2に示すように、ステータ13は、円環状のステータコア16と、該ステータコア16に巻装されたコイル17とを有する。図3(b)に示すように、ステータコア16は、円筒状をなす環状部16aと、環状部16aから径方向内側に延び周方向に並ぶ複数(本実施形態では60個)のティース16bと、環状部16aの外周面から径方向外側に突出し軸方向に沿って延びる4つのコア外周突出部16cとから構成されている。環状部16aの軸方向の両端面は、軸方向と直交する平面状をなしている。また、コイル17は、複数のティース16bに巻装されている。
図3(a)及び図3(b)に示すように、コア外周突出部16cは、環状部16aの外周面における周方向に等角度間隔(本実施形態では90°間隔)となる4か所に設けられている。各コア外周突出部16cは、環状部16aの軸方向の一端から他端まで軸方向に沿って延びる突条をなすとともに、軸方向から見た形状がその基端から先端に向かうにつれて周方向の幅が狭くなる略台形状をなしている。また、各コア外周突出部16cには、各コア外周突出部16cの先端(径方向外側の端)から基端に向かって凹設された円弧凹部16dが形成されている。円弧凹部16dは、軸方向から見た形状が円弧状をなすとともに、コア外周突出部16cを軸方向に貫通する溝状をなしている。なお、円弧凹部16dの曲率半径は、スルーボルト14における雄螺子状の部分の半径より若干大きい値となっている。そして、4つのコア外周突出部16cのうち周方向に180°間隔となる2箇所に設けられた2つのコア外周突出部16c(図3(b))において左右に設けられた2つのコア外周突出部16c)の円弧凹部16dには、軸方向に延びる略円柱状をなすスルーボルト14が配置されている。これら2つのコア外周突出部16cは、軸方向から見て、スルーボルト14の外周の約半分を囲んでいる。
図1に示すように、このステータコア16は、鋼板をプレス加工により打ち抜いて形成した複数枚のコアシート18を軸方向に積層してかしめて一体化することにより形成されている。なお、ステータコア16の軸方向の両端のコアシート18は、各ティース16bを構成する部位の径方向内側端部が軸方向外側に屈曲されて断面L字状をなしている。そのため、ステータコア16の積厚(積層されたコアシート18全体の厚み)を小さく抑えつつも、ティース16bの径方向内側端面16e(ロータ15との対向面)の軸方向長さを確保することが可能となっている。図3(a)及び図6では、コアシート18を省略してステータコア16を簡略化して図示している。
図1及び図2に示すように、ステータコア16の軸方向の両側に配置された第1フレーム11及び第2フレーム12は、金属材料よりなるとともに、鋳造により形成されている。第1フレーム11は、十分な肉厚が確保されて、モータ10で発生する熱を吸収するヒートシンクとしての機能をそなえている。
第1及び第2フレーム11,12は、略円盤状の第1及び第2本体部21,31と、第1及び第2本体部21,31から軸方向に延出された円筒状の第1及び第2ステータ保持部22,32とをそれぞれ備えている。また、第1及び第2フレーム11,12は、第1及び第2ステータ保持部22,32の外周面及び第1及び第2本体部21,31に一体に設けられた複数(本実施形態では2つずつ)の第1及び第2ボルト締結部23,33を備えている。
第1及び第2ボルト締結部23,33は、周方向に等角度間隔(本実施形態では180°間隔)に設けられている。また、図2及び図3(b)に示すように、各第1ボルト締結部23には、スルーボルト14が挿通される第1締結孔23aが形成されるとともに、各第2ボルト締結部33には、スルーボルト14が螺合される雌螺子状の第2締結穴33aが形成されている。
第1フレーム11及び第2フレーム12は、第1締結孔23aを貫通し第2締結穴33aに螺合されたスルーボルト14によって第1及び第2ボルト締結部23,33が互いに連結されることにより、互いに固定されて一体化されている。また、第2フレーム12は、図示しない螺子にてモータ10を外部の固定場所に固定するための固定部34を有する。固定部34は、第2本体部31において2つの第2ボルト締結部33から周方向にずれた2箇所から径方向外側に延設されている。なお、モータ10は、例えば、第1フレーム11に対して第2フレーム12が下方に位置するように固定場所に固定される。
図2及び図3(a)に示すように、第1ステータ保持部22の先端部には、ステータコア16の軸方向の一端部(図3(a)において上端部)が径方向内側に嵌合された第1嵌合部25が形成されている。同様に、第2ステータ保持部32の先端部には、ステータコア16の軸方向の他端部(図3(a)において下端部)が径方向内側に嵌合された第2嵌合部35が形成されている。
第1嵌合部25は、周方向に離間して並ぶ複数(本実施形態では4個)の第1嵌合壁25aから構成されている。4つの第1嵌合壁25aは、周方向に等角度間隔(本実施形態では90°間隔)に設けられている。更に、4つの第1嵌合壁25aは、周方向に隣り合うコア外周突出部16cの間に1つずつ配置されている。即ち、コア外周突出部16cは、周方向に隣り合う第1嵌合壁25aの間に位置して第1嵌合壁25aと周方向に重なっている。そして、コア外周突出部16cは、第1嵌合壁25aと径方向に重なっていない。
第2嵌合部35は、周方向に離間して並ぶ複数(本実施形態では8個)の第2嵌合壁35aから構成されている。第2嵌合壁35aは、各コア外周突出部16cの周方向の両側に1つずつ(即ち周方向に隣り合うコア外周突出部16cの間に2つずつ)配置されている。即ち、コア外周突出部16cは、周方向に隣り合う第2嵌合壁35aの間に位置して第2嵌合壁35aと周方向に重なっている。そして、コア外周突出部16cは、第2嵌合壁35aと径方向に重なっていない。
第1及び第2嵌合部25,35(第1及び第2嵌合壁25a,35a)は、第1及び第2ステータ保持部22,32における基端側の部分よりも径方向の厚さが薄く形成されている。また、第1及び第2嵌合壁25a,35aは、軸方向と平行に延出されるとともに、軸方向から見て周方向に沿った円弧状をなしている。更に、各第1及び第2嵌合壁25a,35aは、基端から先端(第1及び第2ステータ保持部22,35の先端側の端)に向かうにつれて周方向の幅が狭くなっている。
図2、図4(a)及び図4(b)に示すように、第1及び第2嵌合部25,35の内周面、即ち各第1及び第2嵌合壁25a,35aの径方向内側の側面は、第1及び第2フレーム11,12とステータコア16との芯出し用の第1及び第2芯出し面25b,35bとなっている。なお、図4(b)では、第2芯出し面35bにドットを付している。第1及び第2芯出し面25b,35bは、第1及び第2嵌合部25,35の内周面の寸法精度を高めるべく第1及び第2嵌合部25,35の内周面(即ち第1及び第2嵌合壁25a,35aの径方向内側の側面)を切削して形成された面である。第1フレーム11において、4つの第1芯出し面25bは、軸方向から見て、第1ステータ保持部22の中心軸線上に中心を有する同一円上に位置する。同様に、第2フレーム12において、8つの第2芯出し面35bは、軸方向から見て、第2ステータ保持部32の中心軸線上に中心を有する同一円上に位置する(図3(b)参照)。なお、モータ10において、第1及び第2ステータ保持部22,32の中心軸線は、ステータコア16の中心軸線に一致するようになっている。そして、図2及び図3(b)に示すように、第1及び第2嵌合部25,35の内径は、環状部16aの外径と等しいか僅かに大きい値となっている。即ち、第1及び第2芯出し面25b,35bの曲率半径は、環状部16aの半径と等しいか僅かに大きい値となっている。その一方で、図1に示すように、第1及び第2ステータ保持部22,32における第1及び第2嵌合部25,35よりも基端側の部分の内径は、環状部16aの外径よりも小さい値となっている。
図2、図4(a)及び図4(b)に示すように、第1及び第2フレーム11,12は、第1及び第2ステータ保持部22,32の中心軸線と直交する方向に第1及び第2嵌合部25、35の基端部と隣り合う第1及び第2当接面26,36を有する。なお、図4(b)では、第2当接面36に、第2芯出し面35bに付したドットよりも荒いドットを付している。
第2フレーム12において、第2当接面36は、第2ステータ保持部32における第2嵌合部35を除く軸方向の先端面、及び第2ボルト締結部33におけるステータコア16側の軸方向の端面に亘って設けられており、円環状をなしている。
図1、図2及び図3(a)に示すように、第1フレーム11において、第1当接面26は、第1ステータ保持部22における第1嵌合部25を除く軸方向の先端面、及び第1ボルト締結部23におけるステータコア16側の軸方向の端面に亘って設けられており、円環状をなしている。
また、第1及び第2当接面26,36は、第1及び第2ステータ保持部22,32の中心軸線(後述のロータ15の回転軸51の軸線L1に同じ)と直交する平面状をなしている。更に、第1及び第2当接面26,36は、切削加工が施されていない無切削状態の平面であるため、それぞれ段差の無い一平面である。
そして、第1当接面26には、第1嵌合部25に嵌入された環状部16aの軸方向の一端面(図3(a)において上端面)、及び各コア外周突出部16cの軸方向の一端面(図3(a)において上端面)が軸方向に当接している。また、第2当接面36には、第2嵌合部35に嵌入された環状部16aの軸方向の他端面(図3(a)において下端面)、及び各コア外周突出部16cの軸方向の他端面(図3(a)において下端面)が軸方向に当接している。この状態で、第1フレーム11及び第2フレーム12は、第1及び第2ステータ保持部22,32でステータ13を挟持しつつスルーボルト14にて互いに固定されている。
図1に示すように、第1フレーム11の軸方向外側端面(図1において上面)と、第2フレーム12の軸方向外側端面は、それぞれ平面状の被加圧面28,38が形成されている。そして、モータ10の組み立て時には、被加圧面28,38に加圧治具を押し当てて、第1フレーム11と第2フレーム12との間でステータコア16を押圧し、かつ芯出しながら、スルーボルト14で第1フレーム11と第2フレーム12とを固定可能となっている。
第1本体部21の径方向中心部には、ボールベアリングB1を挿入可能とした収容孔29が貫通されている。第2本体部31の径方向中心部には、ボールベアリングB2を挿入可能とした収容部30が形成されている。
収容孔29は、ボールベアリングB1の外径とほぼ等しい内径で形成され、ボールベアリングB1を第1本体部21の外面側から嵌挿可能となっている。収容部30は、第2本体部31の外側に開口されてボールベアリングB2を軸方向出力側から収容可能である。
そして、収容孔29に装着されたボールベアリングB1にロータ15の回転軸51の一端を挿通し、収容部30に装着されたボールベアリングB2に回転軸51の他端を挿通すると、第1フレーム11と第2フレーム12との間でロータ15が回転可能に支持される。
図5に示すように、収容孔29内には、ボールベアリングB1に続いてウェーブワッシャ39が挿入されている。ウェーブワッシャ39は、その中央部に回転軸51の一端側を挿通するようにして収容孔29内に挿入されている。
また、収容孔29内には、ウェーブワッシャ39に続いて保持部材40が嵌挿されている。保持部材40は、第1フレーム11より柔らかい材質で収容孔29の内径とほぼ等しい外径を備えた円環状に形成されている。そして、保持部材40がその中央部に回転軸51の端部を挿通するようにして収容孔29内に嵌挿され、ウェーブワッシャ39及びボールベアリングB1を回転軸51の軸方向に位置決めするようになっている。
保持部材40の外周面には、軸方向向中間部に圧接部41が形成されている。圧接部41は、収容孔29の内径より僅かに大きい外径で形成されて、収容孔29への嵌挿時に、収容孔29の内周面に摩擦しながら侵入するようになっている。
保持部材40の外周面において、圧接部41よりウェーブワッシャ39側部分は、圧接部41より僅かに小さい外径で形成されて収容孔29の内周面との間に若干の隙間が確保されて、導入部42が形成されている。導入部42により、保持部材40を収容孔29内に嵌挿し易くなっている。
保持部材40の外周面において、圧接部41より軸方向外側部分には収容孔29の内周面との間にバリ収容溝43が周方向に形成されている。バリ収容溝43は、溝の深さが圧接部41に向かって深くなる断面三角形状に形成されている。
そして、保持部材40を収容孔29内に嵌挿するとき、圧接部41が収容孔29の内周面と擦れ合って圧接部41の表面が削れることにより発生するバリが、バリ収容溝43内に収容されるようになっている。
上記のようなモータを組み立てるには、ステータ13内にロータ15を位置させた状態で第1フレーム11と第2フレーム12との間にステータ13を挟み、ロータ15の回転軸51の両端部を第1フレーム11と第2フレーム12のボールベアリングB1,B2に挿通する。
そして、芯出し用の治具を用いて芯出ししながら、加圧装置の加圧面を被加圧面28,38に当接させて、第1フレーム11と第2フレーム12を互いに近づく方向に加圧する。
この状態で、第1フレーム11と第2フレーム12をスルーボルト14で固定する。すると、コアシート18が積層されたステータ13が第1フレーム11と第2フレーム12との間で固定されるとともに、ステータ13の内側でロータ15が回転可能に支持される。
次いで、収容孔29にウェーブワッシャ39を挿入し、さらに保持部材40を嵌挿して、ボールベアリングB1を軸方向に位置決めする。
この時、ボールベアリングB1をウェーブワッシャ39の所要の圧力で位置決めするために、ウェーブワッシャ39の軸方向の厚さであるセット長Wが所定の値になるように保持部材40を嵌挿することが必要である。
図1に示すように、第2エンドフレーム12側の回転軸51の端部を基準とするボールベアリングB1の圧入寸法をd1、ボールベアリングB2から突出する回転軸51の圧入寸法をd2、ボールベアリングB2の厚さをd3とする。また、基準面である被加圧面38とボールベアリングB2のロータ15側の端面との間の寸法すなわち第2フレーム12の実質的な肉厚をd4、保持部材40の厚さをd5、被加圧面38を基準とする保持部材40の圧入寸法をd6とする。
すると、セット長Wは、W=d6−d1+d2+d3−d4−d5であらわされる。従って、ウェーブワッシャ39のセット長Wを、第1フレーム11と第2フレーム12との間で加圧されるステータの寸法公差に関わらず設定可能となる。
上記のようなモータでは、次に示す効果を得ることができる。
(1)第1フレーム11と第2フレーム12との間にステータ13及びロータ15を組み付けた後に、ウェーブワッシャ39及び保持部材40を収容孔29内に嵌挿することができる。従って、ウェーブワッシャ39及び保持部材40の組み付けが容易である。
(2)保持部材40を収容孔29に嵌挿する際に、保持部材40が削れて発生するバリをバリ収容溝43内に保持することができる。従って、ボールベアリングB1へのバリの混入を防止して、ボールベアリングB1での異音の発生あるいは回転軸51の円滑な回転の阻害を防止することができる。
(3)保持部材40の嵌挿により設定されるウェーブワッシャ39のセット長Wの設定を、第1フレーム11と第2フレーム12との間で加圧されるステータ13の軸方向寸法の公差に関わらず設定することができる。従って、セット長Wの設定を容易に行うことができる。
上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・図6及び図7は、保持部材を第1エンドフレームに一体に形成する場合を示す。同図に示すように、第1フレーム11には、回転軸51に向かって突出する断面矩形状の保持部44が形成されている。保持部44の先端と回転軸51の周面との間には、所定の間隙が確保され、ボールベアリングB1を加圧する加圧部材45の先端46を挿通可能となっている。
また、加圧部材45には保持部44に当接する突き当て部47が形成されている。そして、加圧部材45の先端46と突き当て部47との間隔は、ウェーブワッシャ39の最適なセット長Wとなるように設定されている。
組み立て時には、ボールベアリングB1及びウェーブワッシャ39をあらかじめ回転軸51に挿通した状態で、加圧部材48a,48bで第1フレーム11と第2フレーム12を加圧し、第1フレーム11と第2フレーム12間にステータ13及びロータ15を組み付ける。
そして、加圧部材45の突き当て部47が保持部44に当接するまで、加圧部材45の先端でボールベアリングB1を下方へ加圧する。すると、保持部44とボールベアリングB1との間でウェーブワッシャ39が最適なセット長Wで保持される。
このような構成では、第1フレーム11に保持部44が一体に形成されているので、保持部材の圧入工程を省略することができる。
・保持部材40の外周面上において、周方向に形成されるバリ収納溝を軸方向に複数条併設してもよい。
11…第1エンドフレーム、12…第2エンドフレーム、13…ステータ、15…ロータ、29…収容孔、39…ウェーブワッシャ、40…保持部材、41…圧接部、43…バリ収容溝、51…回転軸、B1…第1ボールベアリング、B2…第2ボールベアリング。

Claims (4)

  1. 筒状のステータコアを有するステータと、
    前記ステータの軸方向両側にそれぞれ組み付けられて該ステータを軸方向に挟持する第1エンドフレーム及び第2エンドフレームと、
    前記第1エンドフレームに取着された第1ボールベアリングと、
    前記第2エンドフレームに取着された第2ボールベアリングと、
    前記各ボールベアリングに回転可能に支持された回転軸と、
    前記ステータコアの内周側位置で前記回転軸に一体回転可能に固定されたロータと
    を備えたモータであって、
    前記第1エンドフレームには、
    前記第1ボールベアリングを軸方向外側から嵌挿可能とした収容孔と、
    前記収容孔内において、前記第1ボールベアリングの軸方向外側に挿入されるウェーブワッシャと、
    前記収容孔内において、前記ウェーブワッシャの軸方向外側に嵌挿されて、前記ウェーブワッシャを軸方向に保持する保持部材と
    を備え、
    前記保持部材を前記第1エンドフレームより柔らかい材質で形成し、
    前記保持部材の外周面には、前記収容孔の内径よりも大きい外径で形成され前記収容孔の内周面に圧接される圧接部と、軸方向において前記圧接部より前記ウェーブワッシャ側に前記収容孔の内周面との間に隙間を確保する導入部と、前記圧接部より軸方向外側に形成されたバリ収容溝と、を設けたことを特徴とするモータ。
  2. 請求項1に記載のモータにおいて、
    前記バリ収容溝を、前記保持部材の周方向全周に亘って設けたことを特徴とするモータ。
  3. 請求項1又は2に記載のモータにおいて、
    前記バリ収容溝は、前記保持部材の嵌挿方向に向かって深くなる断面三角形状の溝としたことを特徴とするモータ。
  4. 請求項に記載のモータにおいて、
    前記バリ収容溝を、前記保持部材の外周面上に複数条形成したことを特徴とするモータ。
JP2016024702A 2015-11-02 2016-02-12 モータ Active JP6645239B2 (ja)

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