JP6892473B2 - 固定子及び回転電機 - Google Patents
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Description
固定子の小型化及び軽量化を図るため、コイルエンドの突出量を低減することが可能な技術が望まれている。コイルエンドとは、固定子鉄心の端面から突出し固定子鉄心の外側に露出している部分である。
軸線方向の一端に位置する第1端面と、前記軸線方向の他端に位置する第2端面と、前記第1端面および前記第2端面に開口する複数のスロットと、を有する固定子鉄心と、前記複数のスロットに前記第1端面から前記第2端面に亘って挿通された複数の平角線により構成された固定子コイルと、を備え、各々の前記平角線は、それぞれ前記スロット内に配置された2つの第1区間と、前記第1端面側から前記スロット外に露出し前記2つの第1区間の一方から他方まで連続した第1露出区間と、前記第2端面側から前記スロット外に露出しそれぞれ前記第1区間から連続しそれぞれ前記平角線の端部を含む2つの第2露出区間と、を有し、前記各々の平角線は、前記スロット内に配置された第3の第1区間を有しておらず、一の平角線の前記第2露出区間の前記端部は、別の平角線の前記第2露出区間の前記端部に接合され、前記複数の平角線のうちの所定の平角線についてみたとき、他の平角線が前記スロット内において横断面長辺を含む側面同士を対向させて隣合い並行しており、さらに他の平角線が前記スロット外において横断面長辺を含む側面同士を前記軸線方向に対向させて隣合い並行している。
固定子と、前記固定子の内側に位置し回転自在に支持された回転子と、を備え、前記固定子は、軸線方向の一端に位置する第1端面と、前記軸線方向の他端に位置する第2端面と、前記第1端面および前記第2端面に開口する複数のスロットと、を有する固定子鉄心と、前記複数のスロットに前記第1端面から前記第2端面に亘って挿通された複数の平角線により構成された固定子コイルと、を備え、各々の前記平角線は、それぞれ前記スロット内に配置された2つの第1区間と、前記第1端面側から前記スロット外に露出し前記2つの第1区間の一方から他方まで連続した第1露出区間と、前記第2端面側から前記スロット外に露出しそれぞれ前記第1区間から連続しそれぞれ前記平角線の端部を含む2つの第2露出区間と、を有し、前記各々の平角線は、前記スロット内に配置された第3の第1区間を有しておらず、一の平角線の前記第2露出区間の前記端部は、別の平角線の前記第2露出区間の前記端部に接合され、前記複数の平角線のうちの所定の平角線についてみたとき、他の平角線が前記スロット内において横断面長辺を含む側面同士を対向させて隣合い並行しており、さらに他の平角線が前記スロット外において横断面長辺を含む側面同士を前記軸線方向に対向させて隣合い並行している。
まず、第1の実施形態に係る回転電機1について説明する。
図1は、本実施形態に係る回転電機1を示す断面図である。図2は、図1の固定子2及び回転子3を線II−IIに沿って示す断面図である。
図1及び図2に示すように、本実施形態の回転電機1は、永久磁石型の回転電機として構成されている。回転電機1は、固定子2と、回転子3と、回転子3の一部及び固定子2を収容するハウジング6と、ハウジング6に固定されるカバー7と、を備えている。回転子3は、固定子2の内側に位置し、中心軸Cの回りで回転自在に支持され、かつ固定子2と同軸的に支持されている。
ハウジング6は、略円筒状の内周面6aを有している。固定子2は、ハウジング6に固定されている。
回転子鉄心32は、磁性材、例えば、多数枚の円環状の電磁鋼板32aを有している。回転子鉄心32は、同心状の複数の電磁鋼板32aを中心軸Cに平行な方向に積層した積層体として構成されている。回転子鉄心32は、複数の埋め込み孔321と、複数の空隙部322と、を有している。例えば、埋め込み孔321、及び空隙部322は、それぞれプレス加工が施された複数の電磁鋼板32aを積層することにより形成されている。
複数の空隙部322は、回転子鉄心32の外周部に形成されている。空隙部322は、中心軸Cに平行な方向に延在し、回転子鉄心32を貫通している。空隙部322は、d軸AX1の通る位置に設けられている。空隙部322は、回転子鉄心32の軽量化に寄与することができる。
上記回転電機1において、コイル10に電流を流すと、コイル10の周囲に磁束が発生する。上記の磁束が回転子3の永久磁石33に作用することで、中心軸Cを中心に回転子3(回転軸31)が回転する。
図3に示すように、コイル10は、複数のスロット24に第1端面21bから第2端面21cに亘って挿通された複数の平角線により構成されている。本実施形態において、コイル10の平角線は平角銅線である。コイル10は、三相コイルであり、u相コイル、v相コイル、及びw相コイルを持っている。u相コイルにはu相接続端子Tuが接続され、v相コイルにはv相接続端子Tvが接続され、w相コイルにはw相接続端子Twが接続されている。コイル10は、第1端面21bと対向する側で、干渉すること無しに、固定子鉄心21の周方向に延在している。一方、端面21cと対向する側において、コイル10の平角線は、一般に知られている手段及び手法にて接続されている。
図4に示すように、コイル10(平角線)は、スロット24内に配置された複数の第1区間11を有している。コイル10の平角線は、平角線の延在方向に直交する平面上において、短辺と長辺とを持つ長方形の横断面形状を有している。コイル10の平角線は、短辺を持つ側面10Tと、長辺を持つ側面10Sとを有している。
各々のスロット24において、6個の第1区間11が配置される領域を、固定子鉄心21の内周面21dから外周面21eに向かって第1領域A1乃至第6領域A6とする。例えば、6個の第1区間11のうち最外周の第1区間11aは、第6領域A6に配置されている。6個の第1区間11のうち最内周の第1区間11bは、第1領域A1に配置されている。
スロット24のうち、複数の第1区間11の周りの空間には、絶縁紙25が設けられている。第1区間11a(第6領域A6)は、スロット24の外周面21e側に詰めて位置している。但し、第1区間11b(第1領域A1)は、スロット24の内周面21d側に詰めて位置していない。スロット24における複数の第1区間11の周りのギャップのうち、第1区間11b(第1領域A1)より内周面21d側のギャップが最も大きい。スロット24のうち第1区間11bより内周面21d側の空間には、絶縁紙25が詰められるなどし、第1区間11bを第1領域A1に固定している。
なお、第1区間11の側面10Tは、固定子鉄心21の半径方向に対し傾斜している。固定子鉄心21の周方向において、側面10Tが上記半径方向に対して成す角度は、0°を超え90°未満である。
図6は、固定子2の一部を示す斜視図であり、コイル10のうち最内周の区間を示す図である。ここでは、コイル10のうち、一の第1領域A1から別の第1領域A1に渡る一区間を代表して示している。
図8は、固定子2の一部を示す斜視図であり、コイル10のうち最外周より最内周側の区間を示す図である。ここでは、コイル10のうち、一の第2領域A2から一の第3領域A3に渡る一区間を代表して示している。
図6に示すように、コイル10は、複数の第1区間11b1,11b2と、複数の第2区間12b1,12b2と、複数の第3区間13b1,13b2と、第4区間14bと、複数の補足区間15b1,15b2と、を有している。最内周の第3区間13b1,13b2の各々は、捩れ、最外周の第3区間13a1,13a2の各々より短い。固定子鉄心21及びコイル10を軸線方向dからみた場合、最内周の第3区間13b1,13b2は、固定子鉄心21の半径方向内側に曲げられ、かつ、固定子鉄心21の周方向に曲げられている。
複数の平角線のうちの所定の平角線についてみたとき、さらに他の平角線がスロット24外において横断面長辺を含む側面(S10)同士を対向させて隣合い並行している。上記第2区間12は、平角線のうち他の平角線と並行した区間である。複数の第2区間12のうちの所定の第2区間12についてみたとき、他の第2区間12がスロット24外において横断面長辺を含む側面(10S)同士を対向させて隣合い並行している。本実施形態において、第2区間12の側面(10S)同士は、軸線方向dに対向している。
図3に示すように、次いで、コイルエンド10bを整形したり、電気接続処理を施したりする。その後、電気絶縁性の樹脂として、例えば電気絶縁ワニスを使用し、コイルエンド10aを固定する。これにより、固定子2の製造が終了する。
また、固定子2のサイズが大きくなる事態を回避することができることから、回転子3を小型化する必要はないため、回転電機1の出力の低下を招く事態を回避することができる。
固定子鉄心21の外周側の第3区間13は、固定子鉄心21の半径方向外側に曲げられ、固定子鉄心21の内周側の第3区間13は、固定子鉄心21の半径方向内側に曲げられている。内側と外側とで第3区間13を反対側に屈曲させることにより、固定子鉄心21の半径方向への広がりを抑制することができる。これにより、固定子鉄心21の外周より外側にコイルエンド10aが出たり、固定子鉄心21の内周より内側にコイルエンド10aが出たり、する事態を回避することができる。
上記のことから、小型化を図ることのできる固定子2及び回転電機1を得ることができる。
次に、第2の実施形態に係る回転電機1について説明する。図17は、第2の実施形態に係る回転電機1の固定子2の一部を示す側面図であり、軸線方向dに直交する方向から固定子鉄心21及びコイル10をみた図である。
図17に示すように、固定子鉄心21の周方向に隣合うスロット24間の直線距離を、距離Lsとする。より詳しくは、距離Lsは、隣合うスロット24の同一の領域A間の直線距離である。第2区間12は、平角線が直線状に延在した区間である。コイル10は、補足区間15を有していない。軸線方向dに直交する方向からみた第2区間12の太さを、幅Wとする。本実施形態において、幅Wは、上記側面10Tの幅である。軸線方向dに対する第2区間12の傾斜角を、角度θとする、角度θを大きくする(90°に近付ける)ことで、コイルエンド10aの突出量を低減することができる。
上記のことから、小型化を図ることのできる固定子2及び回転電機1を得ることができる。
次に、第3の実施形態に係る回転電機1について説明する。図18は、本第3の実施形態に係る回転電機1の固定子2の第2端面21c側を示す斜視図である。
図18に示すように、コイル10のうち、固定子2の第2端面21c側に位置する各々の区間は、大まかに、固定子鉄心21の周方向に延在し、第2端面21cに対して傾斜し、他の区間と交差している。コイル10のうち、第2端面21cから突出する複数の区間は、コイルエンド10bを構成している。
図20は、固定子2の一部を示す斜視図であり、コイル10のうち最内周の区間を示す図である。ここでは、コイル10のうち、一の第1領域A1から一の第2領域A2に渡る一区間を代表して示している。
図21は、固定子2の一部を示す斜視図であり、コイル10のうち外周側の区間を示す図である。ここでは、コイル10のうち、一の第3領域A3から一の第4領域A4に渡る一区間を代表して示している。
図19乃至図21に示すように、コイル10が第2端面21cから露出した区間において、コイル10は、複数の第2区間12と、複数の第3区間13と、複数の補足区間15と、を有している。第2端面21c側では、第1端面21b側と異なり、コイル10は第4区間14を有していない。
ここで、固定子鉄心21及びコイル10を軸線方向dの逆方向からみた場合、第3区間13b及び第3区間13dは、固定子鉄心21の半径方向外側に曲げられ、かつ、固定子鉄心21の周方向に曲げられている。
ここで、固定子鉄心21及びコイル10を軸線方向dの逆方向からみた場合、第3区間13c及び第3区間13dは、固定子鉄心21の半径方向外側に曲げられ、かつ、固定子鉄心21の周方向に曲げられている。
図22は、固定子2の一部を示す平面図であり、コイル10のうちスロット24の外側に位置する区間などを示す図である。図23は、図22に示した固定子2を、固定子鉄心21の内周面21d側からみた斜視図である。なお、図23において、同一のスロット24に挿入されている複数の第1区間11に連続する区間には同一のパターン(ドットパターン)を付している。言い換えると、コイル10のうち同相の区間に同一のパターンを付している。
図24は、固定子2の一部を示す平面図であり、コイル10のうち第3領域A3及び第4領域A4に挿入されている第1区間11に連続する区間などを示す図である。図25は、図24に示した固定子2を、固定子鉄心21の外周面21e側からみた斜視図である。なお、図25において、同一のスロット24に挿入されている複数のセグメント11には同一のパターンを付している。言い換えると、コイル10のうち同相の区間に同一のパターンを付している。
コイル10の全体が平角線で構成されていなくともよい。コイル10のうち、少なくとも第1区間11及び第2区間12が平角線で構成されていればよく、第1区間11及び第2区間12を除く部分は、平角線でなくともよい。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]軸線方向の一端に位置する第1端面と、前記軸線方向の他端に位置する第2端面と、前記第1端面および前記第2端面に開口する複数のスロットと、を有する固定子鉄心と、
前記複数のスロットに前記第1端面から前記第2端面に亘って挿通された複数の平角線により構成された固定子コイルと、を備え、
前記複数の平角線のうちの所定の平角線についてみたとき、他の平角線が前記スロット内において横断面長辺を含む側面同士を対向させて隣合い並行しており、さらに他の平角線が前記スロット外において横断面長辺を含む側面同士を対向させて隣合い並行している、
固定子。
[2]前記平角線は、それぞれ前記スロット内に配置された第1区間と、前記スロット外に位置し前記他の平角線と並行した第2区間と、前記スロット外に位置し前記第1区間と前記第2区間の間に位置し前記第2区間から連続した第3区間と、を有し、
前記複数の第1区間のうちの所定の第1区間についてみたとき、他の第1区間が前記スロット内において横断面長辺を含む側面同士を対向させて隣合い並行しており、
前記複数の第2区間のうちの所定の第2区間についてみたとき、他の第2区間が前記スロット外において横断面長辺を含む側面同士を対向させて隣合い並行しており、
各々の最外周の前記第3区間は、屈曲した第1範囲と、前記第1範囲より前記第2区間側に位置し屈曲した第2範囲と、を含み、捩れ、
前記固定子鉄心及び前記固定子コイルを前記軸線方向からみた場合、
前記第1範囲は、前記固定子鉄心の半径方向外側に曲げられ、前記固定子鉄心の周方向に曲げられておらず、
前記第2範囲は、前記周方向に曲げられ、前記半径方向に曲げられておらず、
前記固定子コイルは、前記固定子鉄心の外周面より外側に出ていない、
[1]に記載の固定子。
[3]前記最内周の前記第3区間は、捩れ、前記最外周の前記第3区間より短く、
前記固定子鉄心及び前記固定子コイルを前記軸線方向からみた場合、
前記最内周の前記第3区間は、前記半径方向内側に曲げられ、かつ、前記周方向に曲げられ、
前記固定子コイルは、前記固定子鉄心の内周面より内側に出ていない、
[2]に記載の固定子。
[4]前記最内周より前記最外周側の前記第3区間は、屈曲した第1範囲と、前記第1範囲より前記第2区間側に位置し屈曲した第2範囲と、を含み、捩れ、
前記最外周より前記最内周側の前記第3区間は、捩れ、前記最外周の前記第3区間より短く、
前記固定子鉄心及び前記固定子コイルを前記軸線方向からみた場合、
前記最外周側の前記第1範囲は、前記固定子鉄心の半径方向外側に曲げられ、前記周方向に曲げられておらず、
前記最外周側の前記第2範囲は、前記周方向に曲げられ、前記半径方向に曲げられておらず、
前記最内周側の前記第3区間は、前記半径方向内側に曲げられ、かつ、前記周方向に曲げられている、
[3]に記載の固定子。
[5]前記平角線は、それぞれ前記スロット外に位置し前記第1区間と前記第3区間の間に位置し前記第1区間から前記第3区間まで連続した補足区間を有し、
前記補足区間は、直線状に延在し前記第1区間と平行である、
[4]に記載の固定子。
[6]前記平角線は、それぞれ前記スロット内に配置された2つの第1区間と、前記スロット外に位置しそれぞれ互いに異なる前記他の平角線と並行した2つの第2区間と、前記スロット外に位置した2つの第3区間であって前記各第3区間は前記第1区間と前記第2区間の間に位置し前記第2区間から連続する前記2つの第3区間と、前記スロット外に位置し一の第2区間から別の第2区間まで連続した第4区間と、を有し、
前記複数の第1区間のうちの所定の第1区間についてみたとき、他の第1区間が前記スロット内において横断面長辺を含む側面同士を対向させて隣合い並行しており、
前記複数の第2区間のうちの所定の第2区間についてみたとき、他の第2区間が前記スロット外において横断面長辺を含む側面同士を対向させて隣合い並行しており、
前記並行した一対の第2区間から連続した一対の前記第4区間は、一部の範囲にて、横断面の短辺同士が向かい合い、
前記一対の前記第4区間から連続する一方の前記一対の第2区間と、他方の前記一対の第2区間とにおいて、前記軸線方向における位置関係は逆転している、
[1]に記載の固定子。
[7]前記平角線は、それぞれ前記スロット内に配置された第1区間と、前記スロット外に位置し前記他の平角線と並行した第2区間と、前記スロット外に位置し前記第1区間と前記第2区間の間に位置し前記第2区間から連続した第3区間と、を有し、
前記複数の第1区間のうちの所定の第1区間についてみたとき、他の第1区間が前記スロット内において横断面長辺を含む側面同士を対向させて隣合い並行しており、
前記複数の第2区間のうちの所定の第2区間についてみたとき、他の第2区間が前記スロット外において横断面長辺を含む側面同士を対向させて隣合い並行しており、
一の平角線の前記第2区間の端部と、別の平角線の前記第2区間の端部とは、横断面の短辺同士が向かい合い、接続されている、
[1]に記載の固定子。
[8] [1]乃至[7]の何れか1に記載の固定子と、
前記固定子の内側に位置し回転自在に支持された回転子と、を備えている、
回転電機。
13S,13T…側面、15…第2平角線部、15S,15T…側面、16…直線部、
17…接続線部、21…固定子鉄心、21b,21c…端面、21d…内周面、
21e…外周面、24…スロット、25…絶縁紙、31…回転軸、32…回転子鉄心、
33…永久磁石、51,52,53…屈曲部、C…中心軸、
A1,A2,A3,A4,A5,A6…領域、Ls…距離、W…幅、θ…角度。
Claims (8)
- 軸線方向の一端に位置する第1端面と、前記軸線方向の他端に位置する第2端面と、前記第1端面および前記第2端面に開口する複数のスロットと、を有する固定子鉄心と、
前記複数のスロットに前記第1端面から前記第2端面に亘って挿通された複数の平角線により構成された固定子コイルと、を備え、
各々の前記平角線は、それぞれ前記スロット内に配置された2つの第1区間と、前記第1端面側から前記スロット外に露出し前記2つの第1区間の一方から他方まで連続した第1露出区間と、前記第2端面側から前記スロット外に露出しそれぞれ前記第1区間から連続しそれぞれ前記平角線の端部を含む2つの第2露出区間と、を有し、
前記各々の平角線は、前記スロット内に配置された第3の第1区間を有しておらず、
一の平角線の前記第2露出区間の前記端部は、別の平角線の前記第2露出区間の前記端部に接合され、
前記複数の平角線のうちの所定の平角線についてみたとき、他の平角線が前記スロット内において横断面長辺を含む側面同士を対向させて隣合い並行しており、さらに他の平角線が前記スロット外において横断面長辺を含む側面同士を前記軸線方向に対向させて隣合い並行している、
固定子。 - 前記第1露出区間は、前記他の平角線と並行し屈曲していない第2区間と、前記第1区間と前記第2区間の間に位置し前記第2区間から連続し屈曲している第3区間と、を有し、
前記複数の第1区間のうちの所定の第1区間についてみたとき、他の第1区間が前記スロット内において横断面長辺を含む側面同士を対向させて隣合い並行しており、
前記複数の第2区間のうちの所定の第2区間についてみたとき、他の第2区間が前記スロット外において横断面長辺を含む側面同士を対向させて隣合い並行しており、
各々の最外周の前記第3区間は、屈曲した第1範囲と、前記第1範囲より前記第2区間側に位置し屈曲した第2範囲と、を含み、捩れ、
前記固定子鉄心及び前記固定子コイルを前記軸線方向からみた場合、
前記第1範囲は、前記固定子鉄心の半径方向外側に曲げられ、前記固定子鉄心の周方向に曲げられておらず、
前記第2範囲は、前記周方向に曲げられ、前記半径方向に曲げられておらず、
前記固定子コイルは、前記固定子鉄心の外周面より外側に出ていない、
請求項1に記載の固定子。 - 前記最内周の前記第3区間は、捩れ、前記最外周の前記第3区間より短く、
前記固定子鉄心及び前記固定子コイルを前記軸線方向からみた場合、
前記最内周の前記第3区間は、前記半径方向内側に曲げられ、かつ、前記周方向に曲げられ、
前記固定子コイルは、前記固定子鉄心の内周面より内側に出ていない、
請求項2に記載の固定子。 - 前記最内周より前記最外周側の前記第3区間は、屈曲した第1範囲と、前記第1範囲より前記第2区間側に位置し屈曲した第2範囲と、を含み、捩れ、
前記最外周より前記最内周側の前記第3区間は、捩れ、前記最外周の前記第3区間より短く、
前記固定子鉄心及び前記固定子コイルを前記軸線方向からみた場合、
前記最外周側の前記第1範囲は、前記固定子鉄心の半径方向外側に曲げられ、前記周方向に曲げられておらず、
前記最外周側の前記第2範囲は、前記周方向に曲げられ、前記半径方向に曲げられておらず、
前記最内周側の前記第3区間は、前記半径方向内側に曲げられ、かつ、前記周方向に曲げられている、
請求項3に記載の固定子。 - 前記平角線は、それぞれ前記スロット外に位置し前記第1区間と前記第3区間の間に位置し前記第1区間から前記第3区間まで連続した補足区間を有し、
前記補足区間は、直線状に延在し前記第1区間と平行である、
請求項4に記載の固定子。 - 前記第1露出区間は、それぞれ互いに異なる前記他の平角線と並行し屈曲していない2つの第2区間と、2つの第3区間であって前記各第3区間は前記第1区間と前記第2区間の間に位置し前記第2区間から連続し屈曲している前記2つの第3区間と、一の第2区間から別の第2区間まで連続し屈曲している第4区間と、を有し、
前記複数の第1区間のうちの所定の第1区間についてみたとき、他の第1区間が前記スロット内において横断面長辺を含む側面同士を対向させて隣合い並行しており、
前記複数の第2区間のうちの所定の第2区間についてみたとき、他の第2区間が前記スロット外において横断面長辺を含む側面同士を対向させて隣合い並行しており、
前記並行した一対の第2区間から連続した一対の前記第4区間は、一部の範囲にて、横断面の短辺同士が向かい合い、
前記一対の前記第4区間から連続する一方の前記一対の第2区間と、他方の前記一対の第2区間とにおいて、前記軸線方向における位置関係は逆転している、
請求項1に記載の固定子。 - 各々の前記第2露出区間は、前記他の平角線と並行し屈曲していない第2区間と、前記第1区間と前記第2区間の間に位置し前記第2区間から連続し屈曲している第3区間と、を有し、
前記複数の第1区間のうちの所定の第1区間についてみたとき、他の第1区間が前記スロット内において横断面長辺を含む側面同士を対向させて隣合い並行しており、
前記複数の第2区間のうちの所定の第2区間についてみたとき、他の第2区間が前記スロット外において横断面長辺を含む側面同士を対向させて隣合い並行しており、
前記一の平角線の前記第2区間の端部と、前記別の平角線の前記第2区間の端部とは、横断面の短辺同士が前記固定子鉄心の半径方向に向かい合い、接合されている、
請求項1に記載の固定子。 - 請求項1乃至7の何れか1項に記載の固定子と、
前記固定子の内側に位置し回転自在に支持された回転子と、を備えている、
回転電機。
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