JP6826442B2 - ステータ - Google Patents

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Description

本発明は、ステータに関する。
特許文献1には、積層鋼板の圧入面に略圧入方向に延びる第1凸部及び第1凹部が交互に形成され、積層鋼板が圧入される他部材の被圧入面に圧入方向と交差する方向に延びる第2凸部及び第2凹部が交互に形成された圧入固定構造が記載されている。
特許文献2には、積層コアの径方向端面には、周方向において断続的に複数のコア凸部が形成され、積層コアが圧入される他部材の被圧入面には、積層コアの積層方向において断続的に複数の他部材凸部が形成されている圧入固定構造が記載されている。
国際公開第2012/157384号 特開2014−183631号公報
特許文献1,2に記載された圧入固定構造を、インナーロータ型の回転電機におけるステータに適用する場合には、ステータコアの外周面には軸方向に延びる凸部が形成され、ステータホルダの内周面には周方向に延びる凸部が形成される。このため、凸部の加工に複雑な加工及び高い精度を要し、製造コストの増加や製造効率の低下に繋がるおそれがある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、製造コストの削減や製造効率の向上を図り、圧入によるステータコアの保持を容易にすることが可能なステータホルダを有するステータを提供することを課題とする。
第1発明のステータホルダは、回転電機(例えば、実施形態の回転電機1)のステータコア(例えば、実施形態のステータコア20,20A,20B)と、前記ステータコアの外周側から支持するためのステータホルダ(例えば、実施形態のステータホルダ30,30A,30B)とを有するステータ(例えば、実施形態のステータ40、41、42、43)であって、前記ステータホルダの内周面には、周方向に間隔をあけて複数の凸部(例えば、実施形態の凸部33,33A)を有し、前記凸部が、軸方向に複数並んでおり、前記軸方向における前記凸部の両側は、前記凸部の高さが中心部から外側に向かって徐々に減少するように丸みを帯びた湾曲部を有し、前記ステータコアの外周面は、前記内周面に設けられた前記複数の凸部に対応した凹部(例えば、実施形態の凹部34,34A)を有し、前記ステータコアの外周面は、前記内周面に前記軸方向に圧入固定され、前記凸部の周方向の両側部は、前記凹部の内周壁との間に隙間が設けられていることを特徴とする。
第2発明のステータは、前記複数の凸部が、周方向に均等に配置されていることを特徴とする。
第3発明のステータは、前記ステータホルダの外周面には、前記ステータホルダの内周面の前記凸部に対応した凹部(例えば、実施形態の凹部34,34A)を有することを特徴とする。
第4発明のステータは、前記凸部が、軸方向に延びていることを特徴とする。
第5発明のステータは、前記ステータホルダの内周面の前記凸部の頂部と、前記ステータコアの外周面の前記凹部の底部とが当接することを特徴とする。
第1発明によれば、ステータホルダの内周面には、周方向に間隔をあけて複数の凸部を有するので、ステータホルダを局所的に加工するだけで凸部を形成することができ、製造コストの削減や製造効率の向上を図ることができる。また、局所的に高さを有する凸部をステータホルダの内周面に設けることにより、ステータホルダにステータコアを圧入する際、ステータコアの外周面に対するステータホルダの接触圧力が凸部に集中し、圧入によるステータコアの保持が容易になる。
第1発明によれば、ステータホルダの凸部が、軸方向に複数並んでいるので、軸方向に沿ってステータコアの外周面の同一箇所がそれぞれの凸部に繰り返し接触する。これにより、ステータホルダへの圧入によるステータコアの保持が、より確実になる。
第1発明によれば、ステータコアがステータホルダに圧入されたとき、ステータホルダの内周面に設けられた凸部が、ステータコアの外周面に設けられた凹部に収容される。これにより、ステータコアとステータホルダとの間で、周方向にずれる力が作用したとしても、ステータコアの凹部とその外側の外周面との段差により、ステータコアとステータホルダとの相対変位を阻止することができる。
第2発明によれば、複数の凸部が、ステータホルダの周方向に均等に配置されているので、ステータホルダがステータコアをより安定的に保持することができる。
第3発明によれば、ステータホルダの外周面には、内周面の凸部に対応した凹部を有するので、内周面の凸部の位置を、外周面の凹部の位置により、ステータホルダの外周側から容易に確認することができる。また、肉厚が略均一な板材の加工により、凸部及び凹部を容易に形成することができる。
第4発明によれば、ステータホルダの凸部が、軸方向に延びているので、軸方向に沿ったステータコアの圧入が、より容易になる。
第1実施形態に係るステータホルダを有するステータの斜視図である。 回転電機の一例を示す分解斜視図である。 分割コアの一例を示す斜視図である。 図1のステータの一部を示す斜視図である。 図4のV−V断面図である。 図4のVI−VI断面図である。 第1実施形態に係るステータの変形例の一部を示す斜視図である。 第2実施形態に係るステータホルダを有するステータの斜視図である。 第3実施形態に係るステータホルダを有するステータの斜視図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、各実施形態及び変形例において、同等又は類似の構成に同一の符号を付すとともに、説明を省略する場合がある。
図1は、第1実施形態に係るステータホルダを有するステータの斜視図である。ステータ40は、筒状のステータコア20と、内周側にステータコア20が圧入されたステータホルダ30と、を備えている。
ステータコア20は、複数の分割コア21が周方向に配列されて構成されている。分割コア21は、バックヨーク部22と、ティース部23と、を備えている。バックヨーク部22は、周方向に隣接する分割コア21が互いに連結されることにより、ステータコア20の径方向外側に円環状の部分を構成する。ティース部23は、バックヨーク部22から径方向内側に突設されている。隣接する分割コア21のティース部23間には、溝状のスロット24が構成されている。
ステータホルダ30は、ステータコア20を、ステータコア20の外周側から支持する部材である。ステータホルダ30は、ステータコア20をその外周側から取り囲むホルダ本体部31と、ホルダ本体部31の外周側に形成されたフランジ部32と、を備えている。ホルダ本体部31は略円筒状である。ホルダ本体部31及びフランジ部32は、プレス加工等により一体的に形成することができる。
ステータホルダ30は、圧入によりステータコア20を支持するため、ホルダ本体部31の周方向に間隔をあけて複数の支持部35を有する。これらの支持部35については、後ほど詳述する。
複数の分割コア21を円環状に組み合わせてステータコア20を構成する工程は、ステータコア20をステータホルダ30に圧入する前に実施してもよい。
図2は、回転電機の一例を示す分解斜視図である。この回転電機1は、回転子であるロータ10と、ロータ10の外周に配置された固定子であるステータ40とを備える、インナーロータ型のモータである。
なお、図2では、ステータ40のうち、ステータコア20及びコイル28のみが図示されており、ステータホルダの図示は省略されている。
ロータ10は、円盤状に形成されたロータコア11と、ロータコア11の外周部に、全周にわたって所定の間隔で配置された永久磁石12と、を備えている。ステータ40の径方向の内側には、ステータコア20に対してコイル28が装着されている。ステータ40のコイル28に通電すると回転磁界が発生する。回転磁界と永久磁石12との相互作用により、ロータ10が所定のいずれか一方向に回転する。
バックヨーク部22の径方向の外側は、ステータコア20の外周面20aを構成する。バックヨーク部22は、ステータコア20の外周面20a上に、軸方向に沿った溝状の凹部22cを有する。バックヨーク部22の凹部22cは、ステータコア20の外周面20aの周方向に間隔をあけて複数設けられている。
なお、ステータコア20の外周面20aは、ステータコア20の径方向における最も外側の位置とする。よって、凹部22cの内面も、ステータコア20の外周面20aの一部である。外周面20aのうち、凹部22c以外の部分は、凹部22cよりも表面起伏の乏しい略円筒面であってもよい。
図3は、分割コアの一例を示す斜視図である。分割コア21の形状は、軸方向から見た平面視において略T字状である。分割コア21は、径方向に延びるティース部23と、ティース部23の径方向外側に設けられた、円弧状のバックヨーク部22と、を備えている。分割コア21のバックヨーク部22は、円環状のステータコア20における周方向の一部を構成している。ステータコア20の外周面20a上の凹部22cは、ティース部23の中心位置に対向する、略中心部に形成されている。
周方向におけるバックヨーク部22の両端部には、それぞれ第1嵌合部22a及び第2嵌合部22bが形成されている。第1嵌合部22aは例えば凸部であり、第2嵌合部22bは第1嵌合部22aと嵌合可能な凹部である。複数の分割コア21を円環状に組み合わせる際、隣接する分割コア21の第1嵌合部22aと第2嵌合部22bとを嵌め合わせることで、径方向の位置決めが可能である。第1嵌合部22a及び第2嵌合部22bをそれぞれ構成する凸部及び凹部の形状は特に限定されないが、例えば半円状、矩形状、三角形状等が挙げられる。
分割コア21は、例えば積層鋼板から構成することができる。積層鋼板は、プレス加工等により打ち抜かれたプレート26が軸方向に複数枚積層されて構成されている。各プレート26は、バックヨーク部22及びティース部23を有する略T字状の平面形状を有する。プレート26は、磁性を有する磁性板材からプレス成形等により構成されている。磁性板材としては、例えば珪素鋼板等の電磁鋼板が挙げられる。
各プレート26は、軸方向におけるバックヨーク部22の外面には、かしめ部22d等の連結部を備えている。かしめ部22dは、プレート26の軸方向の一方の面に凸部、他方の面に凹部を有するように構成されている。軸方向に隣接するプレート26の対向面どうしで凸部を凹部に圧入することにより、複数のプレート26を軸方向に連結することができる。
図4は、図1のステータ40の一部を示す斜視図である。
ステータホルダ30は、ステータコア20をその外周側から支持するための支持部35を備えている。支持部35は、ステータホルダ30の内周面30aに、圧入用の凸部33を有する。このため、ステータホルダ30の内周側にステータコア20が圧入されると、ステータホルダ30の凸部33がステータコア20の外周面20aに接触して、ステータコア20又はステータホルダ30の少なくとも一方に歪みが生じ、ステータコア20とステータホルダ30との間に結合力が生じる。ステータコア20の外周面20aに対するステータホルダ30の接触圧力が凸部33に集中するので、圧入によるステータコア20の保持が容易になる。
周方向の全周にわたって凹凸を形成する場合と比較すると、ステータホルダ30の周方向のうち局所的に凸部33が形成されるので、凸部33を形成する加工が容易になり、製造コストの削減や製造効率の向上を図ることができる。
また、ステータホルダ30にステータコア20を圧入する際、周方向において凸部33がステータコア20の外周面20aに接触する範囲が局所的となるので、ステータコア20を構成するプレート間の連結が緩みにくくなる。
また、ステータコア20の圧入による歪みは、磁化特性の劣化による鉄損を生じさせる可能性がある。ステータホルダ30の周方向のうち局所的に凸部33が設けられることにより、ステータコア20に対する凸部33の接触面積が小さくなるので、ステータコア20の歪みによる鉄損を抑制することができる。
支持部35は、ステータホルダ30の外周面30bに凹部34を有する。外周面30bの凹部34は、内周面30aの凸部33に対応した位置に形成されている。これにより、内周面30aの凸部33の位置を、ステータホルダ30の外周側から容易に確認することができる。ステータホルダ30の厚さ方向における凸部33と凹部34との間には、ステータホルダ30が開口しない分の肉厚が確保されている。
また、本実施形態によれば、凸部33及び凹部34を有しない箇所におけるステータホルダ30の肉厚と比較して、凸部33及び凹部34を有する箇所におけるステータホルダ30の肉厚の変化が抑制されている。このため、肉厚が略均一な板材の加工により、凸部33及び凹部34を容易に形成することができる。凸部33及び凹部34の加工方法としては、例えば、パンチ、ダイ等を用いたプレス成形が挙げられる。
支持部35は、ステータホルダ30の軸方向に複数並んで形成されている。凸部33及び凹部34も、軸方向にそれぞれ複数並んで形成されている。これにより、軸方向に沿ってステータコア20をステータホルダ30に圧入する際に、ステータコア20の外周面20aの同一箇所がそれぞれの凸部33に繰り返し接触する。これにより、ステータホルダ30にステータコア20が、より確実に保持される。
複数の凸部33は、ステータホルダ30の周方向に均等に配置されていることが好ましい。本実施形態では、ティース部23と同数の凸部33が、ステータホルダ30の周方向で略等間隔に配置されている。これにより、それぞれの凸部33からステータコア20の外周面20aに同程度の押圧力を付与したとき、押圧力の合力がほぼ釣り合い、併進作用を抑制することができる。これにより、ステータホルダ30が、ステータコア20をより安定的に保持することができる。
同程度の寸法の凸部33を軸方向に1個のみ設ける場合と比較すると、複数の凸部33が軸方向に複数並んでいる場合には、凸部33によりステータコア20とステータホルダ30との間に付与される結合力が増大する。また、複数の凸部33と同程度の範囲に分布する長い凸部33を設ける場合と比較すると、軸方向に複数の小さい凸部33を設ける場合には、ステータコア20に対する凸部33の接触面積が小さくなるので、ステータコア20の歪みによる鉄損を抑制することができる。
図5は、図4のV−V断面図である。図5において、上下方向は径方向、左右方向は軸方向、紙面に垂直な方向は周方向である。この断面図は、図4におけるステータホルダ30の凸部33と、ステータコア20の凹部22cとが接触する箇所の断面を含む。
図5では、凸部33の先端部が接触した凹部22cの底部が略平坦となるように簡略的に図示されている。凸部33と凹部22cとの間に圧入代(締め代)が確保された場合には、凸部33の先端部が凹部22cの底部を凹ますような塑性変形が生じてもよい。
ステータホルダ30の内周面30aのうち、ホルダ本体部31とフランジ部32との境界部近傍は、丸みを帯びた湾曲部30cを有している。ステータコア20をステータホルダ30に圧入する際に、ステータコア20の片側を湾曲部30cに沿って案内することも可能である。
ステータホルダ30の軸方向における凸部33の両側は、凸部33の高さが中心部から外側に向かって徐々に減少するように丸みを帯びた湾曲部33a,33bを有している。このように、凸部33の断面が軸方向に沿った流線形状を有することにより、ステータコア20をステータホルダ30に圧入する際の初期荷重が安定化され、圧入を容易にすることができる。凸部33が流線形状を有すると、凸部33の要求精度を緩和することができる。また、凸部33を形成する際のバリや、ステータコア20を圧入する際の衝突力による削り屑の発生等を抑制することができる。
ステータホルダ30の凸部33は、ステータコア20の外周面20aのうち、軸方向に沿って延びる凹部22cに接触している。これにより、軸方向に沿って凸部33を凹部22cに圧入する際に、凸部33が凹部22cに案内されるので、圧入が容易になる。
ステータホルダ30の内周面30aは、圧入用の凸部33以外の箇所においては、ステータコア20が圧入された後の状態において、ステータコア20に接触していなくてもよい。このため、凸部33以外の箇所における内周面30aの寸法公差を緩和することができる。凸部33の両側の湾曲部33a,33bの寸法公差も緩和可能であるため、成形金型等のコストを抑制することができる。
また、ステータホルダ30の凸部33に対応する位置にステータコア20の凹部22cが設けられる場合、ステータコア20の外周面20aのうち、凹部22c以外の箇所において、積層鋼板を構成する各プレートの寸法公差や、プレート間の位置ずれ等の許容誤差を緩和することができる。
図6は、図4のVI−VI断面図である。図6において、上下方向は径方向、左右方向は周方向、紙面に垂直な方向は軸方向である。
ステータコア20の外周面20aには、ステータホルダ30の内周面30aに設けられた凸部33に対応した凹部22cを有する。
ステータコア20の外周側にステータホルダ30が圧入された後の状態において、ステータホルダ30の凸部33は、ステータコア20の外周面20aのうち、軸方向に延びる凹部22c内に収容されている。これにより、ステータコア20とステータホルダ30との間で周方向にずれる力が作用したとしても、ステータコア20の凹部22cとその外側の外周面20aとの段差により、ステータコア20とステータホルダ30との相対変位を阻止することができる。
図7は、第1実施形態に係るステータの変形例の一部を示す斜視図である。この図では、ステータホルダ30の図示の一部を省略して、ステータコア20Aの外周面20aの一部が露出した状態を表わしている。本変形例のステータコア20Aは、上述のステータコア20とは異なり、ティース部23の間でバックヨーク部22が分割されておらず、バックヨーク部22が全周にわたって連続している。この場合、ステータコア20Aを構成する各プレート26は、円環状のバックヨーク部22と、全周分のティース部23と、を備えている。
本変形例のステータ41は、本変形例のステータコア20Aと、本実施形態のステータホルダ30と、を備えている。本実施形態のステータホルダ30は、本変形例のステータコア20Aの保持にも有効である。分割コア21から構成されるステータコア20(図1〜4参照)を保持する場合と同様に、圧入の際にステータコア20Aの外周面20aに接触する凸部33が、ステータホルダ30の周方向のうち局所的に設けられているので、ステータコア20Aを構成するプレート26間の連結が緩みにくくなる。また、残留歪みによるステータコア20Aの鉄損を抑制することができる。
図8は、第2実施形態に係るステータホルダを有するステータの斜視図である。第2実施形態のステータホルダ30Aは、支持部35Aを構成する凸部33A及び凹部34Aが軸方向に延びている点で、第1実施形態のステータホルダ30と異なる。第2実施形態のステータホルダ30Aは、第2実施形態のステータホルダ30の凸部33と同様に、圧入用の凸部33Aの加工が容易であり、ステータホルダ30Aの製造コストの削減や製造効率の向上を図ることができる。
凸部33A及び凹部34Aの形成法としては、例えばローラをワークに押し当てる等によるローラ成形法が挙げられる。ローラ成形法により凸部33A及び凹部34Aを成形する場合には、例えば、ステータホルダ30Aのうち、平坦なホルダ本体部31上の一部に押圧力を加えて、材料を変形させてもよい。凸部33A及び凹部34Aは、軸方向において、フランジ部32から離れた側のホルダ本体部31の端部に達していてもよい。
第2実施形態のステータ42は、第1実施形態のステータコア20と、第2実施形態のステータホルダ30Aと、を備えている。第2実施形態のステータ42によれば、ステータホルダ30Aの凸部33Aが軸方向に延びているので、軸方向に沿ってステータコア20を圧入しやすくなる。ステータコア20の外周面20aが軸方向に延びる凹部22cを有する場合には、凹部22cに沿って凸部33Aを圧入することができる。
図9は、第3実施形態に係るステータホルダを有するステータの斜視図である。本実施形態のステータコア20Bは、1個の分割コア21に対し、バックヨーク部22の外周面に、軸方向に延びる溝状の凹部22cを複数有する。また、本実施形態のステータホルダ30Bは、ステータコア20Bの凹部22cと対応する位置に、内周面30aから径方向内側に突出する凸部33を有する。すなわち、1個のティース部23に対し、複数の凸部33を有する。
第3実施形態のステータ43は、第3実施形態のステータコア20Bと、第3実施形態のステータホルダ30Bと、を備えている。本実施形態によれば、ステータコア20Bをステータホルダ30Bに圧入する際に、ステータホルダ30Bの凸部33がステータコア20の外周面20aに接触する箇所が増加するので、ステータホルダ30Bにステータコア20Bが、より確実に保持される。ステータホルダ30Bの凸部33とステータコア20の凹部22cとの結合箇所が増加するので、ステータコア20Bとステータホルダ30Bとの相対変位に対する抵抗力を増すことができる。
本実施形態においては、凹部22cが、ティース部23の中心位置に対向する中心部から離れた箇所に配置されている。ステータコア20の外周面20aにおける凹部22cの位置は、凹部22c及び凸部33の加工性、ステータコア20Bの歪みによる鉄損の低減などの観点から適宜設定することが可能である。
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。例えば、各実施形態又は変形例における構成要素の追加、置換、省略、その他の変更が可能である。2以上の実施形態に用いられた構成要素を適宜組み合わせることも可能である。
上述の実施形態では、回転電機としてインナーロータ型のモータについて説明したが、変形例は、これに限定されるものではない。さらに、回転電機は、車両用のモータに限定されず、その他の用途のモータや発電機等であってもよい。車両用の回転電機は、車両の駆動用に限らず、回生発電に利用することもできる。
上述の実施形態では、ステータホルダに設けられる圧入用の凸部の個数は、ステータコアのティース部と同数、あるいはそれより多い数であったが、変形例は、これに限定されるものではない。ステータホルダの周方向を通じて、例えば3個以上あればよい。
ステータホルダは、周方向の一部が分断された略C字状の段階を経て、周方向の両端部の連結により、円筒状に構成されてもよい。
上述の実施形態では、ステータホルダに設けられる圧入用の凸部は、ステータホルダの肉厚方向に貫通穴を有しないプレス加工により形成されているが、変形例は、これに限定されるものではない。例えばバーリング加工により、貫通穴の周囲にフランジ状の凸部を形成することも可能である。
上述の実施形態のステータホルダは、内周面の凸部と対応する位置に外周面の凹部を有していたが、変形例は、これに限定されるものではない。内周面の凸部に対応する外周面上に、凸部を有してもよい。内周面の凸部に対応する外周面が、明瞭な凹凸を有せず、周囲の外周面と連続した円筒面であってもよい。例えばステータホルダの内周面の加工により、外周面を変形させることなく、内周面に凸部を形成してもよい。ステータホルダの材料となる板材又は管材を製造する際に、圧延等で凸部に相当する構造を設けることも可能である。
1…回転電機、10…ロータ、20,20A,20B…ステータコア、21…分割コア、22…バックヨーク部、23…ティース部、24…スロット、28…コイル、30,30A、30B…ステータホルダ、31…ホルダ本体部、32…フランジ部、33,33A…凸部、34,34A…凹部、35,35A…支持部、40,41,42,43…ステータ。

Claims (5)

  1. 回転電機のステータコア、前記ステータコアの外周側から支持するためのステータホルダとを有するステータであって、
    前記ステータホルダの内周面には、周方向に間隔をあけて複数の凸部を有し、
    前記凸部が、軸方向に複数並んでおり、
    前記軸方向における前記凸部の両側は、前記凸部の高さが中心部から外側に向かって徐々に減少するように丸みを帯びた湾曲部を有し、
    前記ステータコアの外周面は、前記ステータホルダの内周面に設けられた前記複数の凸部に対応した凹部を有し、
    前記ステータコアの外周面は、前記ステータホルダの内周面に前記軸方向に圧入固定され、
    前記凸部の周方向の両側部は、前記凹部の内周壁との間に隙間が設けられていることを特徴とするステータ。
  2. 前記複数の凸部が、周方向に均等に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のステータ。
  3. 前記ステータホルダの外周面には、前記ステータホルダの内周面の前記凸部に対応した凹部を有することを特徴とする請求項1又は2に記載のステータ。
  4. 前記凸部が、前記軸方向に延びていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のステータ。
  5. 前記ステータホルダの内周面の前記凸部の頂部と、前記ステータコアの外周面の前記凹部の底部とが当接することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のステータ。
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