JP7151168B2 - モータ - Google Patents

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Description

本発明は、モータに関する。
インナーロータ型のモータにおいては、ロータホルダの外周面に筒状のロータマグネットを固定する構造が知られている。そのような構造のモータにおいては、ロータマグネットの同軸度や、振れが悪化することによって、回転部の回転精度が悪化することがある。
従来のインナーロータ型モータにおいては、例えば、特開2013-99094号公報に記載されている。特許文献1に記載のブラシレスモータでは、ロータシャフトに固定されるスリーブとロータヨークが開示されている。スリーブおよびロータヨークの外周には、円筒形状を有するロータマグネットが固定されている。
特開2013-99094号公報
さらなる回転部の回転精度が求められた場合においては、例えば、ロータの質量分布のバランスを調整するという方法が考えられる。しかしながら、特許文献1において開示されている技術においては、質量分布のバランスを修正する部材を配置するために、ロータ下方のスペースを広くする必要がある。これにより、ブラシレスモータが大型化する課題があった。
本発明の目的は、小型化したモータの回転精度を向上できる技術を提供することである。
本発明の例示的な一実施形態のモータは、シャフトと、ロータと、ステータと、ハウジングと、を有する。シャフトは、上下方向に延びる回転軸に沿って延びる。ロータはシャフトと共に回転する。ステータは、ロータの径方向外側に配置される。ハウジングは、ステータを径方向外側から覆い、シャフトを回転可能に支持する軸受部を支持する。ロータは、マグネットホルダと、ロータマグネットと、スペーサと、を有する。マグネットホルダは、有蓋円筒状であり、シャフトに固定され、軸方向下側に開口する。ロータマグネットは、マグネットホルダの径方向外側に保持される。スペーサは、マグネットホルダの下端部に配置される。スペーサは、開口部と、固定部と、下バランス修正部と、を有する。開口部は、中央にシャフトが固定される。固定部は、外面がマグネットホルダの内面に固定される。下バランス修正部は、固定部の軸方向下側に位置する。下バランス修正部の外面は、マグネットホルダの内面よりも径方向外側に位置する。
本発明の一つの態様によれば、小型化したモータの回転精度を向上できる。
図1は、本発明の例示的な一実施形態に係るモータの縦断面図である。 図2は、本発明の例示的な一実施形態に係るスペーサの縦断面図である。 図3は、本発明の例示的な一実施形態に係るインシュレータの斜視図である。 図4は、本発明の例示的な一実施形態の変形例に係るスペーサの縦断面図の拡大図である。
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本願では、モータの回転軸と平行な方向を「軸方向」、モータの回転軸に直交する方向を「径方向」、モータの回転軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。また、本願では、軸方向を上下方向として各部の形状や位置関係を説明する。ただし、これは、あくまで説明の便宜のために上下を定義したものであって、本発明に係るモータの使用時の向きを限定するものではない。
図1は、本発明の第1実施形態にかかるモータ12の縦断面図である。図1に示すように、モータ12は、静止部2と、ロータ3と、軸受部4とを有する。静止部2は、モータ12が実装される電気機器に対して、相対的に静止している。ロータ3は、静止部2に対して、回転軸9を中心として回転可能に支持されている。
本実施形態の静止部2は、ハウジング21、キャップ22、ステータ23、回路基板24および予圧部材25を有する。
ハウジング21は、ハウジング底部211と、ハウジング筒部212と、第1軸受保持部213とを有する。ハウジング筒部212は、回転軸9に沿って筒状に延びる。ハウジング底部211は、ハウジング筒部212の軸方向下端から径方向内側に延びる。第1軸受保持部213は、ハウジング底部211の径方向内端から軸方向下側に延び、後述する第1軸受41を保持する。ハウジング21は、ステータ23を径方向外側から覆い、シャフト31を回転可能に支持する軸受部4を支持する。
キャップ22は、ハウジング筒部212よりも軸方向上側に位置する。また、キャップ22は、回転軸9に略垂直な方向に広がるキャップ底部221とキャップ底部221の径方向外端から軸方向下側へ筒状に延びるキャップ筒部222と、キャップ底部221の径方向内端から軸方向上側へ筒状に延び、第2軸受42を保持する第2軸受保持部223とを有する。ハウジング21とキャップ22とによって、軸受部4がシャフト31の軸方向上側と軸方向下側とを支持する。これにより、ロータ3の回転精度が向上する。
ハウジング21およびキャップ22により構成される筐体の内部には、ステータ23、回路基板24の少なくとも一部、ロータ3の後述するマグネットホルダ32と、ロータマグネット33と、スペーサ34が収容される。ハウジング21およびキャップ22は、例えば、亜鉛めっき鋼板、SUSなどにより形成される。本実施形態のハウジング21とキャップ22とは同一の材料で形成されるが、ハウジング21とキャップ22とが異なる材料で形成されてもよい。
ステータ23は、ステータコア231、インシュレータ232、およびコイル233を有する。ステータ23は、ロータ3の径方向外側に配置される。
ステータコア231は、ケイ素鋼板等の電磁鋼板を軸方向に積層した積層鋼板により、形成される。ステータコア231は、円環状のコアバック51と、コアバック51から径方向内側へ向けて突出した複数のティース52と、を有する。コアバック51の外周面は、ハウジング筒部212の内周面に固定されている。複数のティース52は、周方向に略等間隔に配列される。
インシュレータ232は、ステータコア231の表面の少なくとも一部を覆う、樹脂製の部材である。本実施形態のインシュレータ232は、ティース52の上方側端面を覆うカバー部61と、カバー部61の径方向内端部から軸方向上側に突出する内壁部62と、を有する。
各ティース52の周囲には、インシュレータ232を介してコイル233が取り付けられている。コイル233は、インシュレータ232を介して各ティース52に巻かれた導線により、構成される。
回路基板24は、ステータ23のコイル233に駆動電流を供給する。本実施形態の回路基板24は、ハウジング21およびキャップ22により囲まれた空間の内部に配置される。また、回路基板24は、ステータコア231の上方側に、回転軸9に略直交する方向に広がっている。
回路基板24には、複数のホールセンサ240が備えられている。ホールセンサ240がロータ3の周方向の位置を検出し、フィードバックすることにより、モータ12の駆動制御を適切に行うことができる。
回路基板24を介してコイル233に駆動電流を与えると、ステータコア231の各ティース52に、径方向の磁束が生じる。そして、ティース52とロータマグネット33との間の磁束の作用によって、周方向のトルクが発生する。その結果、ステータ23に対してロータ3が、回転軸9を中心として回転する。
予圧部材25は、第1軸受41および第2軸受42に予圧を付与する弾性部材であり、例えば、ウェーブワッシャが用いられる。予圧部材25は、軸方向において第2軸受42の外輪421に隣接して配置され、第1軸受41および第2軸受42に予圧を付与する。
予圧部材25は、第2軸受42の外輪421と、キャップ22の第2軸受保持部223との間に配置される。予圧部材25は、第2軸受42の外輪421を軸方向下方へ付勢するとともに、第1軸受41の外輪411を軸方向上方へ付勢する。一方、第2軸受42の内輪422及び第1軸受41の内輪412は、いずれもシャフト31に固定される。このため、予圧部材25の付勢力が、第1軸受41および第2軸受42の予圧となる。
図2は、本発明の第1実施形態に係るスペーサ34の縦断面図である。図1および図2を参照して、本実施形態のロータ3は、シャフト31と、マグネットホルダ32と、ロータマグネット33と、スペーサ34とを有する。ロータ3は、シャフト31と共に回転軸9の周りを回転する。
シャフト31は、上下方向に延びる回転軸9に沿って延びる柱状の部材である。シャフト31の材料には、例えば、ステンレス等の金属が使用される。シャフト31は、軸受部4に支持されつつ、回転軸9を中心として回転する。シャフト31の下端は、ハウジング21よりも軸方向下側へ延びる。この構成によって、ハウジング21よりも軸方向下側へ突出したシャフト31によって、様々な電気機器に駆動力を与えることができる。
マグネットホルダ32は、回転軸9に直交する方向に広がるマグネットホルダ底部321と、マグネットホルダ底部321の径方向外側から軸方向下側に延びるマグネットホルダ筒部322と、を有する。すなわち、マグネットホルダ32は、軸方向下側に開口する有蓋円筒状である。本実施形態において、マグネットホルダ32は、シャフト31とともに回転する金属製のプレス成型品である。マグネットホルダ32は、シャフト31に固定される。マグネットホルダ32の径方向外側にロータマグネット33が保持される。より具体的には、マグネットホルダ筒部322の径方向外面にロータマグネット33の径方向内面が固定されている。マグネットホルダ32の下端部にスペーサ34が配置される。
ロータマグネット33は、シャフト31とともに回転する磁性材料である。ロータマグネット33の外周面は、ステータコア231の複数のティース52の内面と、径方向に対向する。また、ロータマグネット33の外周面には、N極とS極とが、周方向に交互に着磁されている。本実施形態において、ロータマグネット33は円環状のマグネットである。ただし、円環状のロータマグネット33に代えて、複数のマグネットが使用されてもよい。その場合、N極の磁極面とS極の磁極面とが交互に並ぶように、複数のマグネットが、周方向に配列されていればよい。
スペーサ34は、開口部341と、固定部342と、下バランス修正部343と、を有する。開口部341は、スペーサ34における回転軸9に沿って軸方向に貫通する孔である。当該孔にシャフト31が配置される。開口部341を形成するスペーサ32の内周面に、シャフト31の外周面が固定される。本実施形態において、固定部342および下バランス修正部343は、単一の部品である。
固定部342は、外面がマグネットホルダ32の内面に固定される。より具体的には、固定部342の外面は、マグネットホルダ筒部322の軸方向下端部の内面に固定される。これにより、マグネットホルダ32の下部が保持され、回転軸9に対するロータ3の振れが抑制される。下バランス修正部343は、固定部342の軸方向下側に位置する。下バランス修正部343の外面は、マグネットホルダ32の内面よりも径方向外側に位置する。より具体的には、下バランス修正部343の外面は、マグネットホルダ筒部322の内面よりも径方向外側に位置する。すなわち、下バランス修正部343の外面がマグネットホルダ32から露出する。下バランス修正部343は、その外面の肉が掘削されることによって、ロータ3の動バランスを修正することができる。
本実施形態によれば、スペーサ34において、軸方向上側の固定部342は、マグネットホルダ32の内部に収容され、軸方向下側の下バランス修正部343は、マグネットホルダ32の外部に露出する。つまり、スペーサ34は単一の部品で、マグネットホルダ32の保持およびロータ3のバランス修正の両方の機能を有する。そのため、モータ12の部品点数を削減できる。また、マグネットホルダ32を保持する部品と、ロータ3の動バランスを修正する部品とをそれぞれ軸方向に並べて配置する場合と比べて、軸方向に小型化することができる。
本実施形態において、下バランス修正部343は、例えば金属によって形成される。下バランス修正部343の外面において、電動ドリル等で穴を開けることによって、ロータ3の動バランス修正が行われる。なお、本実施形態において、下バランス修正部343に対して、一部を除去するいわゆるマイナスバランスにて動バランス修正したが、これに限られるものではない。例えば、下バランス修正部343の外面に溝を形成し、溝内に錘を付与する、いわゆるプラスバランスにて修正してもよい。ただし、いわゆるマイナスバランスのほうが容易に動バランス修正を行うことができる。
軸受部4は、スペーサ34よりも軸方向下側に位置する第1軸受41と、マグネットホルダ底部321よりも軸方向上側に位置する第2軸受42と、を有する。第1軸受41および第2軸受42の外周面は、上述した通り、ハウジング21の第1軸受保持部213の内周面およびキャップ22の第2軸受保持部223の内周面に固定されている。また、第1軸受41および第2軸受42の内周面は、シャフト31の外周面に固定されている。これにより、軸受部4は、シャフト31を回転可能に支持する。なお、本実施形態の軸受部4は玉軸受により構成されるが、本発明はこの限りではない。軸受部4は、例えば、すべり軸受や流体軸受などの他の軸受機構により構成されてもよい。
本実施形態において、スペーサ34は、下端面から軸方向下側に延びる第1下突出部344を有する。第1下突出部344の下面は、第1軸受41の内輪412の上面と軸方向に対向する。例えば、第1軸受41とシャフト31との締結が緩んだとしても、第1軸受41の内輪412が、第1下突出部344と接触する。つまり、第1軸受41の内輪412は、スペーサ34およびマグネットホルダ32を介してシャフト31に固定される。これにより、予圧部材25の付勢力が、第1軸受41および第2軸受42の予圧となる。
本実施形態において、第1下突出部344の下面は、第1軸受41の内輪412の上面と軸方向に隙間を介して対向するが、これに限定されない。第1下突出部344の下面は、第1軸受41の内輪412の上面と軸方向に隙間を介さずに対向してもよい。すなわち、第1下突出部344の下面が、第1軸受41の内輪412の上面と軸方向に接触してもよい。
本実施形態において、スペーサ34は、上面の径方向内端から軸方向上側に延びる第1上突出部345を有する。第1上突出部345の内周面はシャフト31の外周面と接触する。これにより、シャフト31とスペーサ34との接触面積を大きくすることができる。そのため、シャフト31とスペーサ34の固定強度が高められる。さらに、スペーサ34全体を軸方向に延ばすことで接触面積を大きくするよりもスペーサ34の重量の増加を抑制することができる。
本実施形態において、第1上突出部355の内周面は軸方向に平行な面であるが、これに限定されない。例えば、第1上突出部355の径方向内側が面取りされていてもよい。すなわち、スペーサ34の上端の内周面が、軸方向上側に向かってシャフト31から離れる傾斜面であってもよい。この場合、スペーサ34の内周面のうち、第1上突出部355の内周面以外の面が、シャフト31の外周面と接触する。これにより、シャフト31を固定する際のスペーサ34への負荷を低減することができる。
本実施形態において、下バランス修正部343の外面は、マグネットホルダ32の外面よりも径方向外側に位置する。下バランス修正部343の外面を切削する際に、電動ドリル等の先端を径方向内側まで移動させる必要がなく、作業性が容易となる。
本実施形態において、マグネットホルダ32の下面は、下バランス修正部343の上面と接触する。マグネットホルダ32とスペーサ34とを軸方向に固定する際、スペーサ34に接触させて固定することができ、作業性が容易となる。
本実施形態において、ロータ3は、マグネットホルダ32の軸方向上側に配置され、シャフト31に固定される上バランス修正部35をさらに有する。すなわち、ロータ3のバランス修正を2面以上で行うことができる。その結果、ロータ3の回転バランスを高精度に調整することができる。
本実施形態において、上バランス修正部35は、上面から軸方向上側に延びる第2上突出部351を有する。第2上突出部351の上面は、第2軸受42の内輪422の下面と軸方向に対向する。例えば、第2軸受42とシャフト31との締結が緩んだとしても、第2軸受42の内輪422が、第2上突出部351と接触する。つまり、第2軸受42の内輪422は、上バランス修正部35を介してシャフト31に固定される。これにより、予圧部材25の付勢力が、第1軸受41および第2軸受42の予圧となる。
本実施形態において、第2上突出部351上面は、第2軸受42の内輪422の下面と軸方向に隙間を介して対向するが、これに限定されない。第2上突出部351の上面は、第2軸受42の内輪422の上面と軸方向に隙間を介さずに対向してもよい。すなわち、第2上突出部351の下面が、第2軸受42の内輪422の下面と軸方向に接触してもよい。
本実施形態において、上バランス修正部35は、下端面の径方向内端から軸方向下側に延びる第2下突出部352を有する。第2下突出部352の内周面は、シャフト31の外周面と接触する。これにより。シャフト31と上バランス修正部35との接触面積を大きくすることができる。そのため、シャフト31と上バランス修正部35の固定強度が高められる。さらに、上バランス修正部35全体を軸方向に延ばすことで接触面積を大きくするよりも上バランス修正部35の重量の増加を抑制することができる。
本実施形態において、第2下突出部352の内周面は軸方向に平行な面であるが、これに限定されない。例えば、第2下突出部352の径方向内側が面取りされていてもよい。すなわち、上バランス修正部35の上端の内周面が、軸方向上側に向かってシャフト31から離れる傾斜面であってもよい。この場合、上バランス修正部35の内周面のうち、第2下突出部352の内周面以外の面が、シャフト31の外周面と接触する。これにより、シャフト31を固定する際の上バランス修正部35への負荷を低減することができる。
図3は、本発明の第1実施形態に係るインシュレータ232の斜視図である。本実施形態において、内壁部62は、内周面から径方向内側に向かって突出する凸部63を有する。凸部63の内周面は、ティース52の内周面よりも径方向内側に位置する。さらに、凸部63の内周面は、ロータマグネット33の外周面と径方向に対向する。このため、ロータ3をステータ23と組み合わせる際に、磁力によってロータマグネット33とステータコア231が引き寄せられた場合であっても、ロータマグネット33とステータコア231との間に凸部63が介在する。つまり、ロータマグネット33とステータコア231が接触しないため、軸受部4へ負荷がかからない。そのため、軸受部4に負荷がかかった場合にピークとなって発生する振動が、抑制される。また、軸受部4へのダメージを抑制でき、回転精度が向上する。
本実施形態において、凸部63は、内壁部62と直交する方向に突出し、周方向に延びる。内壁部62の下端の周方向の幅は、内壁部62の上端の周方向の幅よりも大きい。すなわち、内壁部62は、軸方向上側から軸方向下側に向かって周方向の幅が広がる。これにより、内壁部62の下端において、隣り合うティース52間の距離を小さくすることができる。そのため、ロータマグネット33とステータコア231とが、隣り合うティース52間に引き寄せられたとしても、その間に凸部63を介在させることができる。
図4は図1に示すスペーサ34の変形例を説明するための図である。本変形例においても、マグネットホルダ32Aは、有蓋円筒状であり、シャフト31Aに固定され、軸方向下側に開口する。ロータマグネット33Aは、マグネットホルダ32Aの径方向外側に保持される。スペーサ34Aは、マグネットホルダ32Aの下端部に配置される。スペーサ34Aは、開口部341Aと、固定部342Aと、下バランス修正部343Aと、を有する。
本変形例では、下バランス修正部343Aの外面は、マグネットホルダ32Aの外面と径方向において同じ位置である。スペーサ34Aにおいて、軸方向上側の固定部342Aは、マグネットホルダ32Aの内部に収容され、軸方向下側の下バランス修正部343Aは、マグネットホルダ32Aの外部に露出する。つまり、スペーサ34Aは単一の部品で、マグネットホルダ32Aの保持およびロータ3Aの動バランス修正の両方の機能を有する。そのため、本構成においても、モータ12Aの部品点数を削減できる。また、マグネットホルダ32Aを保持する部品と、ロータ3Aの動バランスを修正する部品とをそれぞれ軸方向に並べて配置する場合と比べて、軸方向に小型化することができる。
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。
本発明は、モータおよび電気機器に利用できる。
12・・・モータ、2・・・静止部、21・・・ハウジング、211・・・ハウジング底部、212・・・ハウジング筒部、213・・・第1軸受保持部、22・・・キャップ、220・・・外部接続部、221・・・キャップ底部、222・・・キャップ筒部、223・・・第2軸受保持部、23・・・ステータ、231・・・ステータコア、232・・・インシュレータ、233・・・コイル、24・・・回路基板、241・・・リード線、25・・・予圧部材、3・・・回転部、31・・・シャフト、32・・・マグネットホルダ、321・・・マグネットホルダ底部、322・・・マグネットホルダ筒部、33・・・ロータマグネット、34・・・スペーサ、341・・・開口部、342・・・固定部、343・・・下バランス修正部、344・・・第1下突出部、345・・・第1上突出部、35・・・上バランス修正部、351・・・第2上突出部、352・・・第2下突出部、4・・・軸受部、41・・・第1軸受、411・・・外輪、412・・・内輪、42・・・第2軸受、421・・・外輪、422・・・内輪、51・・・コアバック、52・・・ティース、61・・・カバー部、62・・・内壁部、63・・・凸部、9・・・回転軸

Claims (9)

  1. 上下方向に延びる回転軸に沿って延びる、シャフトと、
    前記シャフトと共に回転する、ロータと、
    前記ロータの径方向外側に配置される、ステータと、
    前記ステータを径方向外側から覆い、前記シャフトを回転可能に支持する軸受部を支持するハウジングと、
    を有し、
    前記ロータは、
    前記シャフトに固定され、軸方向下側に開口する有蓋円筒状のマグネットホルダと、
    前記マグネットホルダの径方向外側に保持されるロータマグネットと、
    前記マグネットホルダの下端部に配置されるスペーサと、
    を有し、
    前記スペーサは、
    中央に前記シャフトが固定される開口部と、
    外面が前記マグネットホルダの内面に固定される固定部と、
    前記固定部の軸方向下側に位置する下バランス修正部と、
    を有し、
    前記下バランス修正部の外面は、前記マグネットホルダの内面よりも径方向外側に位置する、モータ。
  2. 前記軸受部は、
    前記スペーサよりも軸方向下側に位置する第1軸受と、
    前記マグネットホルダよりも軸方向上側に位置する第2軸受と、
    を有し、
    前記ハウジングは、
    前記回転軸に沿って筒状に延びるハウジング筒部と、
    前記ハウジング筒部の軸方向下端から径方向内側に延びるハウジング底部と、
    前記ハウジング底部の径方向内端から軸方向下側に延び、前記第1軸受を保持する第1軸受保持部と、
    を有し、
    前記スペーサは、下端面から軸方向下側に延びる第1下突出部を有し、
    前記第1下突出部の下面は、前記第1軸受の内輪の上面と軸方向に接触する、請求項1に記載のモータ。
  3. 前記スペーサは、上面の径方向内端から軸方向上側に延びる第1上突出部を有し、
    前記第1上突出部の内周面は、前記シャフトの外周面と接触する、請求項1または請求項2に記載のモータ。
  4. 前記下バランス修正部の外面は、前記マグネットホルダの外面よりも径方向外側に位置する、請求項1または請求項2に記載のモータ。
  5. 前記マグネットホルダの下面は、前記下バランス修正部の上面と接触する、請求項1または請求項2に記載のモータ。
  6. 前記マグネットホルダの軸方向上側に配置され、前記シャフトに固定される上バランス修正部を有する、請求項1または請求項2に記載のモータ。
  7. 前記上バランス修正部は、上面から軸方向上側に延びる第2上突出部を有し、
    前記第2上突出部の上面は、前記第2軸受の内輪の下面と軸方向に接触する、請求項6に記載のモータ。
  8. 前記上バランス修正部は、下端面の径方向内端から軸方向下側に延びる第2下突出部を有し、
    前記第2下突出部の内周面は、前記シャフトの外周面と接触する、請求項6に記載のモータ。
  9. 前記ステータは、
    円環状のコアバックと、前記コアバックから径方向内側へ向けて突出した複数のティースと、を有するステータコアと、
    前記ステータコアの表面少なくともの一部を覆うインシュレータと、
    を有し、
    前記インシュレータは、
    前記ティースの上方側端面を覆うカバー部と、
    前記カバー部の径方向内端部から軸方向上側に突出する内壁部と、
    を有し、
    前記内壁部は、内周面から径方向内側に向かって突出する凸部を有し、
    前記凸部の内周面は、前記ティースの内周面よりも径方向内側に位置し、前記ロータマグネットの外周面と径方向に対向する、請求項1または請求項2に記載のモータ。
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