JP6801503B2 - 電動機 - Google Patents

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Description

本発明は、インシュレータを有するステータを備えた電動機に関する。
従来の電動機には、回転磁界を発生するステータの内側に永久磁石を備えるロータを回転可能に配置したインナーロータ型の電動機がある。この型の電動機には、例えば、空気調和機の室内機に搭載される送風ファンを回転駆動するためのブラシレスDCモータがある。
このような電動機は、例えば、合成樹脂で形成されたモータ外郭により覆われたステータを備え、このステータは、円筒状のステータコアと、ステータコアの上端面に取付けられる円環状の上インシュレータと、ステータコアの下端面に取付けられる円環状の下インシュレータと、上インシュレータと下インシュレータを介してステータコアに巻回される巻線とを有している。上インシュレータは、例えば、ステータコアの上端面に当接する円環状のフランジ部と、フランジ部から上方に突設して巻線の渡り線を支持する複数の壁部と、壁部の外周面から径方向の外側に突出して壁部の外周面から巻線の渡り線の離脱を防ぐ突起とを備えている(例えば、特許文献1)。
上述のようなフランジ部と突起を備える上インシュレータを金型成形するには、上下方向に2つに分割された上側および下側の金型と、径方向にスライドするスライド金型が用いられる。しかしながら、スライド金型は構造が複雑で金型費用が高価であるという問題があった。この問題を解決するため、スライド金型を用いずに上側および下側の金型のみを用いて、上述のような突起を備える上インシュレータを成形する場合は、フランジ部に壁部から径方向の外側に開放された切欠部が形成される。この切欠部の形成は、例えば、フランジ部よりも上方にある突起の下面と、この下面に交わる壁部の外周面とを成形する部分を下側の金型に設けた場合、成形後の上インシュレータを上側の金型と下側の金型を上下方向に抜いて取り出せるようにするためである。
上述のようなフランジ部に切欠部が形成される上インシュレータには、例えば、切欠部の側面とフランジ部の上面が直角に交わって形成された縁に角が形成される。このため、上インシュレータの壁部に巻線の渡り線を配線するとき、切欠部の側面とフランジ部の上面が交わって形成された縁の角に巻線の渡り線が接触して傷つくおそれがあった。また、上インシュレータの壁部に巻線の渡り線が配線された後、合成樹脂でモータ外郭を成形するときの成形圧力によって巻線の渡り線がたわんだとき(ずれたとき)、切欠部の側面とフランジ部の上面が交わって形成された縁の角に巻線の渡り線が接触して傷つくおそれがあった。この問題を解決するため、切欠部の側面とフランジ部の上面が交わって形成された縁にR面取り部を形成することが実施されている。
特許第4404199号公報
しかしながら、このR面取り部を形成するためには、上側の金型に対して、上側の金型と下側の金型のパーティングライン上に先端が尖った微小な突部を設ける必要があった。このような突部は、上側の金型を繰り返し使っていくうちに摩耗し易く、上側の金型の耐久性を損なうおそれがあった。
本発明は上記問題点に鑑み、インシュレータの壁部に突起を備える場合、スライド金型が不要な安価な金型を用いてインシュレータを成形しても金型の耐久性を損なうことなく、巻線の渡り線を傷つけることのないインシュレータを有する電動機を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の電動機は、円筒状のステータコアとステータコアの上端面に取付けられる円環状の上インシュレータとステータコアの下端面に取付けられる円環状の下インシュレータと上インシュレータと下インシュレータを介してステータコアに巻回される巻線とを有するステータと、ステータの内側に配置されるロータとを備えたものである。
そして、上インシュレータは、ステータコアの上端面に当接する円環状のフランジ部と、フランジ部から上方に突設して巻線の渡り線を支持する複数の壁部と、壁部の外周面から径方向の外側に突出して壁部の外周面から渡り線の離脱を防ぐ突起とを備えている。
さらに、フランジ部は、壁部から径方向の外側に開放された切欠部を有しており、上インシュレータを軸方向から見たとき、突起の周方向の外形線は、切欠部に重なるかまたは切欠部の内側にあり、切欠部のフランジ部の上面側には、切欠部の周方向の幅よりも広い周方向の幅を有する段部が形成され、段部の側面とフランジ部の上面が交わって形成される縁にR面取り部が形成されていることを特徴とする。
本発明の電動機によれば、インシュレータの壁部に突起を備える場合、スライド金型が不要な安価な金型を用いてインシュレータを成形しても金型の耐久性を損なうことなく、巻線の渡り線を傷つけることがないようにすることができる。
本発明のステータを備えた電動機を示す断面図である。 本発明のインシュレータを備えたステータを示す外観斜視図である。 本発明のインシュレータを備えたステータを示す要部外観斜視図である。 図2のA矢視丸印で囲んだ部分に相当する、上インシュレータの壁部に巻線の渡り線を配線した状態を示す要部外観斜視図である。 本発明の上インシュレータを示す説明図であり、(a)は上インシュレータを周方向に2分割した成形品を示す平面図であり、(b)は(a)のB矢視丸印で囲んだ部分を示す要部平面図である。 本発明の上インシュレータを示す要部外観側面図である。 図6に対応する上インシュレータを成形するための上側の金型と下側の金型の合わせ面(パーティングライン)を示す要部説明図であり、(a)は本発明の要部断面図、(b)は従来の課題を説明するための要部断面図である。 本発明の上インシュレータの他の実施例を示す要部外観側面図である。 図8に対応する上インシュレータを成形するための上側の金型と下側の金型の合わせ面(パーティングライン)を示す他の実施例の要部断面図である。 本発明の上インシュレータを周方向に2分割した成形品を示す他の実施例の平面図である。
<電動機の全体構成>
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図1乃至図10は、本実施形態における電動機を説明する図である。図1乃至図10に示すように、この電動機1は、回転磁界を発生するステータ2の内側に永久磁石31を備えるロータ3を回転可能に配置したインナーロータ型の電動機であり、例えば、空気調和機の室内機に搭載される送風ファンを回転駆動するためのブラシレスDCモータである。
この電動機1は、図1および図2に示すように、円筒状のステータ2と、ステータ2の内側にステータ2の中心軸Oに同軸的に配置されるロータ3とを有している。ステータ2は、金型内で後述するステータコア21とインシュレータ22と巻線23とを合成樹脂で一体的にモールド成形することによって、後述するステータコア21のティース面213を残して、全体が合成樹脂で形成されたモータ外郭40で覆われている。
ステータ2の一方の端面24側(図1において右側)を覆うモータ外郭40には、ロータ3に備えた後述するシャフト32を支持する軸受33が収納される第1ブラケット41が設けられている。ステータ2の他方の端面25側(図1において左側)を覆うモータ外郭40には、電動機1を駆動する制御部を搭載した図示しない回路基板が搭載され、その回路基板を覆うようにシャフト32を支持するもう1つの軸受34が収納される第2ブラケット42が設けられている。
ロータ3は、ステータ2の中心軸Oに同軸的に配置され軸受33、34に回転可能な状態で支持されたシャフト32と、シャフト32に同軸的に取付けられた円筒状のバックヨーク35と、このバックヨーク35の外径側に配置された複数の永久磁石31とを備えている。ステータ2とロータ3の両端には、上述のように第1ブラケット41と第2ブラケット42が設けられ、第1ブラケット41はモータ外郭40と一体成形され、第2ブラケット42はモータ外郭40に圧入された構造になっている。
<ステータの構成>
ステータ2は、図1乃至図3に示すように、電磁鋼板の積層体からなる円筒状のステータコア21と、ステータコア21を絶縁被覆するインシュレータ22と、インシュレータ22を介して後述するステータコア21のティース部212に巻回される巻線23とを備えている。なお、ステータコア21は、図2および図3において、積層状態を示す線は省略されている。また、ステータコア21は、電磁鋼板の積層体からなるが、圧粉鉄心など他の作製方法で作製されたものでもよい。
ステータコア21は、円筒状のヨーク部211と、ヨーク部211の内周面からヨーク部211の中心軸Oに向かって突設する複数のティース部212(本実施例では12極)とを備え、各ティース部212の先端には、永久磁石31の外周面に対し所定の空隙をもって対向するティース面213が形成されている。
インシュレータ22は、ステータコア21に対しヨーク部211の中心軸Oの方向から取付けられる上インシュレータ221と下インシュレータ226とを有し、上インシュレータ221と下インシュレータ226はそれぞれ、絶縁性を有する合成樹脂によって円環状に形成されている。上インシュレータ221がステータコア21の上端面214に取付けられ、下インシュレータ226がステータコアの下端面215に取付けられた後、上インシュレータ221および下インシュレータ226を介してティース部212に巻線23を巻回し、上インシュレータ221および下インシュレータ226と巻線23とを合成樹脂で覆うことでモータ外郭40が形成されている。本実施例では、上インシュレータ221と下インシュレータ226はそれぞれ、図3や図5に示すように、周方向に2分割された2個の成形品(上インシュレータ221は1個のみ図示)を組合せて円環状に形成されているが、上インシュレータ221と下インシュレータ226はそれぞれ、周方向に分割せず1個の成形品から形成されていてもよい。
<インシュレータの詳細な構成>
本実施例では、上インシュレータ221と下インシュレータ226は、基本的な構成要素(フランジ部と巻胴部)は略同じであり、本発明の特徴部分が上インシュレータ221であるため、以下において、上インシュレータ221のみを説明し、下インシュレータ226の説明は省略する。上インシュレータ221は、図2乃至図6に示すように、ステータコア21のヨーク部211の上端面214に当接する円環状のフランジ部222と、フランジ部222から径方向の内側に突設してステータコア21のティース部212に当接する複数の巻胴部223と、フランジ部222から上方に突設して巻線23の渡り線23aを支持する複数の壁部224と、壁部224の外周面224aから径方向の外側に突出して壁部224の外周面224aから巻線23の渡り線23aの離脱を防ぐ突起225とを備えている。巻胴部223は、ティース部212のティース面213を残してティース部212に当接され、巻線23が巻回されている。
上インシュレータ221は、図5および図6に示すように、スライド金型が不要な安価な上下の金型を用いて成形する際、壁部224の外周面224aに突起225が形成される場合、上側の金型と下側の金型が上下方向にそれぞれ抜けるようにするために、フランジ部222には、壁部224から径方向の外側に開放された切欠部222aが形成されている。突起225と切欠部222aは、上インシュレータ221を中心軸Oの方向から見たとき、突起225の周方向の外形線L1、L2が切欠部222aに重なるかまたは切欠部222aの内側になる位置関係に配置されている。
<本発明の特徴となる上インシュレータの構造、作用および効果>
次に、本実施形態における電動機1において、図5乃至図7を用いて、本発明の特徴となる上インシュレータ221の構造や、その作用および効果について説明する。上記した上インシュレータ221の構成では、背景技術の欄で述べたように、フランジ部222に切欠部222aが形成されている場合、次のような問題がある。
上インシュレータ221は、巻線23の渡り線23aがフランジ部222の上面S1に沿って壁部224に配線されるため、切欠部222aの側面S2とフランジ部222の上面S1が交わって形成される縁に角があると、その角に巻線23の渡り線23aが接触して傷つくおそれがあった。例えば、巻線23の渡り線23aをフランジ部222の上面S1に沿って壁部224に配線するとき、巻線23の渡り線23aが切欠部222aの側面S2とフランジ部222の上面S1が交わって形成される縁の角に接触して傷つくおそれがあった。また、巻線23の渡り線23aが壁部224に配線された後、合成樹脂でモータ外郭40を成形するときの成形圧力によって巻線23の渡り線23aがたわむとき(ずれるとき)、切欠部222aの側面S2とフランジ部222の上面S1が交わって形成される縁の角に接触して傷つくおそれがあった。
上記した上インシュレータ221において、切欠部222aの側面S2とフランジ部222の上面S1が交わって形成される縁に角があり、その角に巻線23の渡り線23aが接触して傷つかないようにするため、この縁にR面取り部を形成すると良いが、次のような問題がある。これは、図7(b)に示すように、縁にR面取り部E1を形成するには、上側の金型K1に対して、上側の金型K1と下側の金型K2の合わせ面(パーティングライン)PL上に先端が尖った微小な突部を形成する必要があり、この突部があると、上側の金型K1の耐久性が損なわれる。上側の金型K1の突部は、金型を繰り返し使っていくうちに摩耗し易く、切欠部222aの側面S2とフランジ部222の上面S1が交わって形成される縁にR面取り部E1を形成することができなくなる不具合が生じるおそれがあった。
そこで、本実施例による上インシュレータ221では、図6に示すように、切欠部222aのフランジ部222の上面S1側には、切欠部222aの周方向の幅aよりも広い周方向の幅bを有する段部222bが形成されている。段部222bは、段部222bの側面S3とフランジ部222の上面S1が交わって形成される縁にR面取り部E1が形成されている。従って、縁にR面取り部E1が形成されていることで、段部222bの側面S3とフランジ部222の上面S1とが角ではなく曲率のついた丸まった面S4により接続されている。
この結果、上インシュレータ221において、段部222bの側面S3とフランジ部222の上面S1が交わって形成される縁にR面取り部E1が形成されて丸まった面S4になっているため、巻線23の渡り線23aをフランジ部222の上面S1に沿って壁部224に配線するとき、巻線23の渡り線23aは丸まった面S4に接触するが、角ではないため傷つくことがない。また、巻線23の渡り線23aが壁部224に配線された後、合成樹脂でモータ外郭40を成形するときの成形圧力によって巻線23の渡り線23aがたわむとき(ずれるとき)、巻線23の渡り線23aが丸まった面S4に接触しても、同様に傷つくことがない。従って、巻線23の渡り線23aを壁部224に配線する工程からモータ外郭40を成形する工程までの間で巻線23の渡り線23aが傷つくのを防止することができる。
さらに、図7(a)に示すように、段部222bを形成することで、上側の金型K1と下側の金型K2の合わせ面(パーティングライン)PL上に形成される上側の金型K1の突部の先端の幅が(b−a)/2となり、従来のような先端が尖った微小な突部とならないため、上側の金型K1の耐久性を損なうことがない。従って、上側の金型K1の突部は、金型を繰り返し使っても摩耗せず、段部222bの側面S3とフランジ部222の上面S1が交わって形成される縁にR面取り部E1を形成することができなくなる不具合が生じることがない。
以上説明してきた本実施例による電動機1によれば、本発明の特徴部分として、上インシュレータ221に備えたフランジ部222は、壁部224から径方向の外側に開放された切欠部222aを有しており、上インシュレータ221を軸方向から見たとき、突起225の周方向の外形線L1、L2は、切欠部222aに重なるかまたは切欠部222aの内側にあり、切欠部222aのフランジ部222の上面S1側には、切欠部222aの周方向の幅aよりも広い周方向の幅bを有する段部222bが形成され、段部222bの側面S3とフランジ部222の上面S1が交わって形成される縁にR面取り部E1が形成されている。この結果、上インシュレータ221の壁部224の外周面224aに突起225を備える場合、スライド金型が不要な安価な金型を用いて上インシュレータ221を成形しても、金型の耐久性を損なうことなく、巻線23の渡り線23aが傷つくのを防止することができる。
なお、本実施例による電動機1では、ステータコア21の上端面214に取付けられる上インシュレータ221において、壁部224の外周面224aに突起225が形成され、フランジ部222の切欠部222aに段部222bが形成されるようにしたが、本発明はこれに限らず、ステータコア21の下端面215に取付けられる下インシュレータ226において、壁部224の外周面224aに突起225が形成され、フランジ部222の切欠部222aに段部222bが形成されるようにしてもよい。また、上インシュレータ221と下インシュレータ226を入れ替えて、上インシュレータ221をステータコア21の下端面215に取付け、下インシュレータ226をステータコア21の上端面214に取付けてもよい。
<他の実施例の突起>
次に、壁部224の外周面224aに形成された突起225の他の実施例について、図8および図9を用いて説明する。なお、上述の実施例と相違する部分である、突起225と切欠部222aを中心に説明する。突起225は、図8に示すように、壁部224の外周面224aから径方向の外側に延びる縁のうち、フランジ部222側に形成される縁にR面取り部E2が形成されている。この結果、上インシュレータ221において、突起225のフランジ部222側に形成される縁にR面取り部E2が形成され曲率のついた丸まった面S5になっているため、巻線23の渡り線23aを壁部224に配線する工程からモータ外郭40を成形する工程までの間で巻線23の渡り線23aが丸まった面S5に接触しても、角ではないため傷つくことがない。
また、切欠部222aは、上述の実施例の周方向の幅aよりも広い周方向の幅cに形成されている。切欠部222aが周方向の幅cに設定されているので、段部222bも上述の実施例の周方向の幅bよりも広い周方向の幅dに形成されている。この切欠部222aの周方向の幅cを基準にして、図9に示すように、上側の金型K1と下側の金型K2の合わせ面(パーティングライン)PLが設定されている。上述の実施例のように、切欠部222aの周方向の幅aを基準にして、上側の金型K1と下側の金型K2の合わせ面(パーティングライン)PLを設定した場合には、突起225のフランジ部222側に形成される縁にR面取り部E2を形成するには、下側の金型K2に対して、上側の金型K1と下側の金型K2の合わせ面(パーティングライン)PL上に先端が尖った微小な突部を形成する必要があった。これに対して、本実施例のように、切欠部222aの周方向の幅cを設定し、上側の金型K1と下側の金型K2の合わせ面(パーティングライン)PLを設定することで、上側の金型K1と下側の金型K2の合わせ面(パーティングライン)PL上に形成される下側の金型K2の突部の先端の幅が(c−a)/2となり、先端が尖った微小な突部とならないため、下側の金型K2の耐久性を損なうことがない。従って、下側の金型K2の突部は、金型を繰り返し使っても摩耗せず、突起225のフランジ部222側に形成される縁にR面取り部E2を形成することができなくなる不具合が生じることがない。
以上説明してきた本実施例による電動機1によれば、本発明の特徴部分として、突起225は、壁部224の外周面224aから径方向の外側に延びる縁のうち、フランジ部222側に形成される縁にR面取り部E2が形成されている。さらに、切欠部222aの周方向の幅cは、突起225の周方向の幅よりも広くなる。この結果、上インシュレータ221の壁部224の外周面224aに突起225を備える場合、スライド金型が不要な安価な金型を用いて上インシュレータ221を形成しても、金型の耐久性を損なうことなく、巻線23の渡り線23aが傷つくのを防止することができる。
<他の実施例の上インシュレータ>
次に、上インシュレータ221の他の実施例について、図10を用いて説明する。なお、上述の実施例と相違する部分である、突起225と切欠部222aの位置を中心に説明する。上インシュレータ221は、周方向に2分割された2個の成形品からなっており、突起225は、フランジ部222から上方に突設した壁部224の外周面224aから径方向の外側に突出するとともに、巻胴部223の径方向の外側に形成された壁部224の外周面224aに形成されている。切欠部222aは、巻胴部223の径方向の外側に延びる延長線上に位置するフランジ部222に形成されている。突起225と切欠部222aは、図5(b)に示す上述の実施例と同様に、上インシュレータ221を中心軸Oの方向から見たとき、突起225の周方向の外形線L1、L2が切欠部222aに重なるかまたは切欠部222aの内側になる位置関係に配置されている。
この結果、図5に示す上述の実施例における切欠部222aは、巻胴部223と巻胴部223の間のフランジ部222に形成されているが、本実施例における切欠部222aは、巻胴部223の径方向の外側に延びる延長線上に位置するフランジ部222に形成されている。このため、切欠部222aは、上インシュレータ221の径方向の厚さが他の箇所に比べて厚くなる箇所に形成される。この結果、特に、上インシュレータ221が周方向に2分割された2個の成形品からなっている場合には、フランジ部222に切欠部222aを形成しても、上インシュレータ221の径方向に対する変形を防止して上インシュレータ221の強度を高めることができる。
1 電動機
2 ステータ
21 ステータコア
211 ヨーク部
212 ティース部
213 ティース面
214 上端面
215 下端面
22 インシュレータ
221 上インシュレータ
222 フランジ部
222a 切欠部
222b 段部
223 巻胴部
224 壁部
224a 外周面
225 突起
226 下インシュレータ
23 巻線
23a 渡り線
24 一方の端面
25 他方の端面
3 ロータ
31 永久磁石
32 シャフト
33、34 軸受
35 バックヨーク
40 モータ外郭
41 第1ブラケット
42 第2ブラケット
O 中心軸
L1、L2 外形線
E1、E2 R面取り部
S1 フランジ部の上面
S2 切欠部の側面
S3 段部の側面
S4、S5 丸まった面
PL 合わせ面
K1 上側の金型
K2 下側の金型
a、c 切欠部の周方向の幅
b、d 段部の周方向の幅

Claims (2)

  1. 円筒状のステータコアと前記ステータコアの上端面に取付けられる円環状の上インシュレータと前記ステータコアの下端面に取付けられる円環状の下インシュレータと前記上インシュレータと前記下インシュレータを介して前記ステータコアに巻回される巻線とを有するステータと、前記ステータの内側に配置されるロータとを備えた電動機であって、
    前記上インシュレータは、前記ステータコアの上端面に当接する円環状のフランジ部と、前記フランジ部から上方に突設して前記巻線の渡り線を支持する複数の壁部と、前記壁部の外周面から径方向の外側に突出して前記壁部の外周面から前記渡り線の離脱を防ぐ突起とを備え、
    前記フランジ部は、前記壁部から径方向の外側に開放された切欠部を有しており、
    前記上インシュレータを軸方向から見たとき、前記突起の周方向の外形線は、前記切欠部に重なるかまたは前記切欠部の内側にあり、
    前記切欠部の前記フランジ部の上面側には、前記切欠部の周方向の幅よりも広い周方向の幅を有する段部が形成され、
    前記段部の側面と前記フランジ部の上面が交わって形成される縁にR面取り部が形成されていることを特徴とする電動機。
  2. 前記突起は、前記壁部の外周面から径方向の外側に延びる縁のうち、前記フランジ部側に形成される縁にR面取り部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電動機。
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