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技術 回転電機および回転電機の製造方法

出願人 日立オートモティブシステムズ株式会社
発明者 佐藤英樹石上孝藤岡恭弘金澤宏至
出願日 2019年2月5日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-019174
公開日 2020年8月20日 (4ヶ月経過) 公開番号 2020-127316
状態 未査定
技術分野 電動機、発電機の巻線 電動機、発電機の製造
主要キーワード 端末部側 トメワ 開き角θ 直線状導体 リアベアリング 図示実線 コイル断面 フロントベアリング
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年8月20日)のものです。
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図面 (12)

課題

固定子組立製造時におけるセグメント導体固定子スロットへの挿入性が損なわれ、セグメント導体の挿入後にセグメント導体の位置ずれが生じる問題があった。

解決手段

図8(A)に示すようにセグメント導体30の直線部34における端末部36側は、ねじれ角度φx1〜φx4が小さい。これにより、固定子14の組立製造時におけるセグメント導体30のスロット15への挿入性が向上する。図8(B)に示すようにセグメント導体30の直線部34における折り曲げ部35側は、ねじれ角度φy1〜φy4が大きい。そして、セグメント導体30は、直線部34y1、34y2、34y3、34y4の断面形状の角部分においてスロット15の内壁面の両側と点接触する。これにより、セグメント導体30をスロット15に挿入した後にセグメント導体30の位置ずれを防止できる。

概要

背景

概要

固定子組立製造時におけるセグメント導体固定子スロットへの挿入性が損なわれ、セグメント導体の挿入後にセグメント導体の位置ずれが生じる問題があった。(A)に示すようにセグメント導体30の直線部34における端末部36側は、ねじれ角度φx1〜φx4が小さい。これにより、固定子14の組立製造時におけるセグメント導体30のスロット15への挿入性が向上する。(B)に示すようにセグメント導体30の直線部34における折り曲げ部35側は、ねじれ角度φy1〜φy4が大きい。そして、セグメント導体30は、直線部34y1、34y2、34y3、34y4の断面形状の角部分においてスロット15の内壁面の両側と点接触する。これにより、セグメント導体30をスロット15に挿入した後にセグメント導体30の位置ずれを防止できる。

目的

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請求項1

複数のセグメント導体と、複数のスロットが形成された鉄心とを有し、前記複数のセグメント導体を前記複数のスロットに配置した固定子と、前記固定子の内周側に配置される可動子とを備え、前記セグメント導体は、前記スロット内に配置される一対の直線部と、前記一対の直線部の間に形成される折り曲げ部と、前記一対の直線部の前記折り曲げ部とは反対側にそれぞれ形成される一対の端末部と、を有し、前記固定子の中心から径方向に延びる中心線と前記セグメント導体の前記直線部の側面とのなすねじれ角度は、前記直線部の前記端末部に近い側と前記直線部の前記折り曲げ部に近い側とで異なる回転電機

請求項2

請求項1に記載の回転電機において、前記ねじれ角度は、前記直線部の前記端末部に近い側が前記直線部の前記折り曲げ部に近い側より小さく、前記セグメント導体は、前記直線部の前記折り曲げ部に近い側が前記スロットの内壁面と接触している回転電機。

請求項3

請求項2に記載の回転電機において、前記セグメント導体は、前記直線部の前記折り曲げ部に近い側が前記スロットの内壁面の両側と接触している回転電機。

請求項4

請求項1または請求項2に記載の回転電機において、前記セグメント導体の前記直線部は、矩形、たる状、台形のいずれかの断面形状を有する回転電機。

請求項5

複数のセグメント導体と、複数のスロットが形成された鉄心とを有し、前記複数のセグメント導体を前記複数のスロットに配置した固定子と、前記固定子の内周側に配置される可動子とを備える回転電機の製造方法であって、前記セグメント導体は、前記固定子の製造時において、前記スロットへ先に挿入される端末部と、前記スロットへ挿入されない折り曲げ部と、前記スロット内に配置される直線部とを有し、前記セグメント導体が前記スロットへ挿入されたときに、前記固定子の中心から径方向に延びる中心線と前記セグメント導体の前記直線部の側面とのなすねじれ角度が、前記直線部の前記端末部に近い側と前記直線部の前記折り曲げ部に近い側とで異なるように、前記セグメント導体にねじれ部を形成する第一の工程と、前記ねじれ部が形成された前記セグメント導体を前記端末部から前記スロットへ挿入する第二の工程とを備える回転電機の製造方法。

請求項6

請求項5に記載の回転電機の製造方法において、前記第一の工程は、前記セグメント導体を押し潰して前記ねじれ部を形成するプレス工程である回転電機の製造方法。

請求項7

請求項5に記載の回転電機の製造方法において、前記第一の工程は、前記セグメント導体をその中心軸を中心に回動して前記ねじれ部を形成するねじり工程である回転電機の製造方法。

請求項8

請求項6または請求項7に記載の回転電機の製造方法において、前記第一の工程では、前記ねじれ角度が、前記直線部の前記端末部に近い側が前記直線部の前記折り曲げ部に近い側より小さくなるように、前記セグメント導体に前記ねじれ部を形成する回転電機の製造方法。

技術分野

0001

本発明は回転電機および回転電機の製造方法に関する。

0002

車両等に搭載されて使用される電動機や発電機などの回転電機は、回転可能に設けられた回転子と、この回転子と径方向に対向して配置された固定子とを備えている。固定子は、周方向に配列された複数のスロットを有する固定子鉄心と、この固定子鉄心の複数のスロットに嵌装されたセグメント導体とを備えている。

0003

特許文献1には、周方向に複数のスロットを有する固定子鉄心と、スロットに嵌装されたセグメント導体とを円環状に備える回転電機の固定子が記載されている。そして、各スロットに挿入されたセグメント導体の端部同士が接合されて固定子巻線を構成する。

先行技術

0004

特開2018−33238号公報

発明が解決しようとする課題

0005

特許文献1に記載の固定子は、固定子の組立製造時におけるセグメント導体の固定子スロットへの挿入性が損なわれ、セグメント導体の挿入後にセグメント導体の位置ずれが生じる問題があった。

課題を解決するための手段

0006

本発明による回転電機は、複数のセグメント導体と、複数のスロットが形成された鉄心とを有し、前記複数のセグメント導体を前記複数のスロットに配置した固定子と、前記固定子の内周側に配置される可動子とを備え、前記セグメント導体は、前記スロット内に配置される一対の直線部と、前記一対の直線部の間に形成される折り曲げ部と、前記一対の直線部の前記折り曲げ部とは反対側にそれぞれ形成される一対の端末部と、を有し、前記固定子の中心から径方向に延びる中心線と前記セグメント導体の前記直線部の側面とのなすねじれ角度は、前記直線部の前記端末部に近い側と前記直線部の前記折り曲げ部に近い側とで異なる。
本発明による回転電機の製造方法は、複数のセグメント導体と、複数のスロットが形成された鉄心とを有し、前記複数のセグメント導体を前記複数のスロットに配置した固定子と、前記固定子の内周側に配置される可動子とを備える回転電機の製造方法であって、前記セグメント導体は、前記固定子の製造時において、前記スロットへ先に挿入される端末部と、前記スロットへ挿入されない折り曲げ部と、前記スロット内に配置される直線部とを有し、前記セグメント導体が前記スロットへ挿入されたときに、前記固定子の中心から径方向に延びる中心線と前記セグメント導体の前記直線部の側面とのなすねじれ角度が、前記直線部の前記端末部に近い側と前記直線部の前記折り曲げ部に近い側とで異なるように、前記セグメント導体にねじれ部を形成する第一の工程と、前記ねじれ部が形成された前記セグメント導体を前記端末部から前記スロットへ挿入する第二の工程とを備える。

発明の効果

0007

本発明によれば、固定子の組立製造時におけるセグメント導体の固定子スロットへの挿入性が向上し、セグメント導体の挿入後にセグメント導体の位置ずれを防止できる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態の説明により明らかにされる。

図面の簡単な説明

0008

回転電機の外観図である。
回転電機の断面図である。
固定子の斜視図である。
セグメント導体の一例を示す斜視図である。
(A)〜(D)セグメント導体の断面形状を示す図である。
(A)(B)セグメント導体の製造方法の第一の例を示す図である。
(A)〜(C)セグメント導体の斜視図および断面図である。
(A)(B)セグメント導体を固定子鉄心のスロットに挿入した状態の断面図である。
セグメント導体の製造方法の第二の例を示す図である。
口出し線用セグメント導体を示す斜視図である。
異形セグメント導体を示す斜視図である。

実施例

0009

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

0010

図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

0011

以下、本実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、セグメント導体を内蔵する回転電機100の外観図である。回転電機100は、車両等に搭載されて使用される電動機や発電機などであり、例えば、電動パワーステアリングに用いられるモータである。回転電機100は、ハウジング1と、ブラケット2とを備える。ブラケット2からは出力軸であるシャフト3が突出している。シャフト3の反対側に複数のコイル口出し線50が延出している。また、シャフト3の反対側には制御回路(不図示)が配置される。

0012

図2は、回転電機100の断面図である。ハウジング1とブラケット2との間にはその接続部にOリング6が設けられている。ブラケット2には、シャフト3の一端側を支持するフロントベアリング5がベベルトメワ4で固定されている。一方、ハウジング1には、シャフト3の他端側を支持するリアベアリング10が設けられている。シャフト3は、フロントベアリング5およびリアベアリング10により回転可能に支持されている。固定子14の内周側には、シャフト3と一体化して回転子(可動子)12が設けられる。回転子(可動子)12は、回転子鉄心8の中に永久磁石7が設けられた埋め込み構造表面磁石構造となっている。

0013

ハウジング1の内周面に固定子14が焼き嵌めや圧入により固定される。固定子14は、固定子鉄心9に形成された複数のスロット(溝)内にエナメル皮膜などの絶縁皮膜が付与されたセグメント導体を複数挿入する。セグメント導体は、スロット内に配置される少なくとも一つの直線部と、固定子14のスロット外に配置される一対の端末部よりなる。セグメント導体は、互いに接続されて3相巻線20を形成し、複数のコイル口出し線50よりコイルエンド部側に引き出される。

0014

図3は、巻線20が配置された固定子14の斜視図である。固定子鉄心9の軸方向で図示上側に配置されたコイルエンド部からは、複数のコイル口出し線50が引き出されている。固定子鉄心9の反対側には巻線20を構成するセグメント導体30の接続部13が設けられている。各セグメント導体30は、固定子鉄心9の軸方向の図示上側からスロットに挿入される。挿入されたセグメント導体30の端部はスロットの反対側、すなわち軸方向の図示下側から突出している。軸方向の図示下側から突出したセグメント導体30の端部は半田、Tig溶接およびレーザー溶接等により接続され接続部13を構成する。

0015

図4は、図3において固定子鉄心9のスロットに挿入されるセグメント導体30の一例を示す斜視図である。セグメント導体30は、図示上部の頭部31を中心とした略左右対称な形状を有する。すなわち、セグメント導体30は、図示左右1組の傾斜部32と、1組の屈曲部33と、1組の直線部34とを備える。頭部31は1組の傾斜部32の間に配される。頭部31に最も近く配置される傾斜部32は、固定子鉄心9の端面に対して0度より大きく90度未満の角度を有する。屈曲部33を介して傾斜部32に接続される直線部34は、直線の形状を有し、固定子鉄心9のスロットに挿入される。ここで、頭部31、傾斜部32、屈曲部33を総称して折り曲げ部35と呼称し、折り曲げ部35とは反対側にそれぞれ形成される他のセグメント導体30と接合される部分を端末部36と呼称する。すなわち、折り曲げ部35は一対の直線部34の間に形成されており、一対の直線部34の折り曲げ部35と反対側には、一対の端末部36がそれぞれ形成されている。

0016

図5は、セグメント導体30の断面形状を示す図である。図5(A)は、丸断面を示す図、図5(B)は、矩形断面を示す図、図5(C)は、たる状断面を示す図、図5(D)は、台形断面を示す図である。図5(A)は、成形する前の断面形状を示す。図5(B)〜図5(D)は、成形した後の本実施形態における断面形状を示す。

0017

図5(A)に示すように、円形の断面を「丸断面」と呼ぶ。なお、図5(A)では真円を示しているが、楕円も丸断面に含む。図5(B)に示すように、矩形の断面を「矩形断面」と呼ぶ。ただし、図5(B)に示すように角が丸くてもよく、本実施形態における矩形断面は、断面が平行な2組の辺を含む形状を指す。また、矩形断面は、円形断面を上下方向と左右方向の両方からつぶした形状とも言える。

0018

図5(C)に示すように、1組の平行な辺と2つの半円の組み合わせからなる断面を「たる状断面」と呼ぶ。たる状断面は、円形断面を上下方向および左右方向のいずれか一方からつぶした形状とも言える。図5(C)では円形断面を図示上下方向のみからつぶした形状である。図5(D)に示すように、1組の平行な辺とそれらを接続する斜辺を有する断面を「台形断面」と呼ぶ。ただし図5(D)では4隅に角を有するが、図5(B)や図5(C)のように角が丸くてもよい。

0019

次に、セグメント導体30の製造方法の第一の例について図6を参照して説明する。
図6(A)に示すようにプレス冶具40を用いて、図5(A)に示す丸断面の直線状導体片41をプレス成形する。プレス成形された直線状導体片41の断面は、図5(B)に示す矩形断面、図5(C)に示すたる状断面、図5(D)に示す台形断面のいずれかであればよい。このプレス成形において、図6(B)に示すように直線状導体片41の長手方向において部分的にねじれ角度を変えるねじれ部が形成される。続いて、直線状導体片41の中央部を曲げ成形して、図4に示す、折り曲げ部35、直線部34、端末部36を有するセグメント導体30を形成する。

0020

プレス成形におけるねじれ部の形成を具体的に説明する。図6(A)に示すように、プレス冶具40は、セグメント導体30の直線部34であって端末部36に近い部分Xとセグメント導体30の直線部34であって折り曲げ部35に近い部分Yにおいて、それぞれねじれ角度が異なるように成形する。

0021

ここで、後述するように固定子14の中心からスロット15の周方向中心を通って径方向に延びる中心線aに対する直線状導体片41の側面bのなす角度をねじれ角度と定義する。図6(B)に示すように、直線状導体片41の部分Yを点線で示すとその側面byと中心線aのなす角度はねじれ角度φyである。一方、直線状導体片41の部分Xを実線で示すとその側面bxと中心線aのなす角度はねじれ角度φxである。このように、直線状導体片41は、直線状導体片41の部分Yのねじれ角度φyは、直線状導体片41の部分Xのねじれ角度φxより大きくなるように成形される。

0022

図7は、セグメント導体30の斜視図および断面図である。図7(A)は、図4の斜視図と同様であるが、セグメント導体30の直線部34において上述したねじれ部を形成している。図7(B)は、図7(A)に示すセグメント導体30のY-Y断面図である。図7(C)は、図7(A)に示すセグメント導体30のX-X断面図である。

0023

図7(B)、図7(C)に示すように、セグメント導体30は、直線部34において端末部36側の断面の開き角θ1と折り曲げ部35側のコイル断面の開き角θ2が異なる。開き角θ2は開き角θ1より大きく、また、セグメント導体30の直線部34において端末部36側から折り曲げ部35側に行くに従って徐々に開き角が大きくなる。

0024

例えば、セグメント導体30が矩形断面の場合は長辺の長さα、短返の長さβ、スロットの幅γ、端末部側の直線部断面の開き角θ1、折り曲げ部側の直線部断面の開き角θ2とすると、θ1とθ2の関係は次式(1)で決定される。

0025

図8は、セグメント導体30を固定子鉄心9のスロット15に挿入した状態の断面図である。図8(A)は、セグメント導体30の直線部34における端末部36側(部分X)の断面を、図8(B)は、セグメント導体30の直線部34における折り曲げ部35側(部分Y)の断面を示す。

0026

図8(A)に示すようにセグメント導体30の直線部34x1、34x2、34x3、34x4が、スロット15に挿入されているが、セグメント導体30の直線部34における端末部36側は、ねじれ角度φx1〜φx4が小さい。セグメント導体30は、直線部34x1、34x2、34x3、34x4の断面形状の角部分においてスロット15の内壁面の両側と点接触しない。なお、角部分がスロット15の内壁面の片側と点接触する構成であってもよい。これにより、固定子14の組立製造時におけるセグメント導体30のスロット15への挿入性が向上する。

0027

図8(B)に示すようにセグメント導体30の直線部34y1、34y2、34y3、34y4が、スロット15に挿入されているが、セグメント導体30の直線部34における折り曲げ部35側は、ねじれ角度φy1〜φy4が大きい。そして、セグメント導体30は、直線部34y1、34y2、34y3、34y4の断面形状の角部分においてスロット15の内壁面の両側と点接触する。なお、角部分がスロット15の内壁面の両側と点接触する構成に限らず、内壁面の少なくとも片側において点接触する構成であってもよい。また、接触状態は点接触に限らず、少なくともスロット15の内壁面と接触する構成であればよい。これにより、セグメント導体30をスロット15に挿入した後にセグメント導体30の位置ずれを防止できる。

0028

このように、固定子14の軸方向と直交するセグメント導体30の断面において、固定子14の中心からスロット15の周方向中心を通って径方向に延びる中心線aに対する直線状導体片41の側面bx、byのなす角度をねじれ角度と定義する。ねじれ角度は、セグメント導体30の直線部34の端末部36側と折り曲げ部35側で異なる。直線部34の折り曲げ部35側のねじれ角度φy1〜φy4は、直線部34の端末部36側のねじれ角度φx1〜φx4より大きい。また、セグメント導体30の直線部34において端末部36側から折り曲げ部35側に行くに従って徐々にねじれ角度が大きくなる。

0029

これにより、セグメント導体30を固定子鉄心9に挿入する場合に、セグメント導体30の挿入側である端末部36側はねじれ角度が比較的小さく揃っているので、セグメント導体30のスロット15に対する挿入性が良くなる。さらに、セグメント導体30をスロット15に挿入していき、折り曲げ部35側に近づくと、ねじれ角度が変化していき、直線部34の断面形状の角部分においてスロット15の内壁面と接触する。そして、その摩擦力によりセグメント導体30の位置が保持される。

0030

次に、セグメント導体30の製造方法の第二の例について図9を参照して説明する。
図9に示すように、セグメント導体30の端末部36側を固定具45、46に固定する。次に、セグメント導体30の折り曲げ部35側を冶具47、48で挟持する。そして、セグメント導体30の中心軸を中心に冶具47、48を回動するねじり工程を行い、セグメント導体30の直線部34にねじれ角度を生じさせる。これにより、セグメント導体30の直線部34において、端末部36側から折り曲げ部35側に行くに従って徐々にねじれ角度が大きくなるように成形することができる。

0031

なお、図4に示したセグメント導体30はヘアピン形セグメント導体であり、上述の例ではこのヘアピン形セグメント導体を例に説明したが、セグメント導体30は図10に示す口出し線用セグメント導体60、図11に示す異形セグメント導体70であってもよい。

0032

固定子鉄心9のスロット15に、複数のヘアピン形セグメント導体30、口出し線用セグメント導体60、異形セグメント導体70の直線部34、61、71が挿入される。各セグメント導体30、60、70の端末部36、62、72は、固定子鉄心9に組み込む前は、直線部34、61、71から延びる直線形状63、73(図示点線)である。各セグメント導体30、60、70を固定子鉄心9に組み込んだ後は、固定子鉄心9の軸方向端面から突出した部位を曲げ成形(図示実線)する。

0033

ここで、上述したセグメント導体30と同様に、折り曲げ部65、75に近い直線部61、71の部分Yは、端末部62、72に近い直線部61、71の部分Xよりもねじれ角度が大きくなるように成形される。

0034

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)回転電機100は、複数のセグメント導体30、60、70と、複数のスロット15が形成された固定子鉄心9とを有し、複数のセグメント導体30、60、70を複数のスロット15に配置した固定子14と、固定子14の内周側に配置される可動子12とを備え、セグメント導体30、60、70は、スロット15内に配置される一対の直線部34、61、71と、一対の直線部34、61、71の間に形成される折り曲げ部35、65、75と、一対の直線部34、61、71の折り曲げ部35、65、75とは反対側にそれぞれ形成される一対の端末部36、62、72と、を有し、固定子14の中心から径方向に延びる中心線とセグメント導体30、60、70の直線部34、61、71の側面とのなすねじれ角度は、直線部34、61、71の端末部36、62、72に近い側と直線部34、61、71の折り曲げ部35、65、75に近い側とで異なる。これにより、固定子の組立製造時におけるセグメント導体の固定子スロットへの挿入性が向上し、セグメント導体の挿入後にセグメント導体の位置ずれを防止できる。

0035

(2)回転電機100の製造方法は、複数のセグメント導体30、60、70と、複数のスロット15が形成された固定子鉄心9とを有し、複数のセグメント導体30、60、70を複数のスロット15に配置した固定子14と、固定子14の内周側に配置される可動子12とを備え、セグメント導体30、60、70は、固定子14の製造時において、スロット15へ先に挿入される端末部36、62、72と、スロット15へ挿入されない折り曲げ部35、65、75と、スロット15内に配置される直線部34、61、71とを有し、セグメント導体30、60、70がスロット15へ挿入されたときに、固定子14の中心から径方向に延びる中心線とセグメント導体30、60、70の直線部34、61、71の側面とのなすねじれ角度が、直線部34、61、71の端末部36、62、72に近い側と直線部34、61、71の折り曲げ部35、65、75に近い側とで異なるように、セグメント導体30、60、70にねじれ部を形成する第一の工程と、ねじれ部が形成されたセグメント導体30、60、70を端末部36、62、72からスロット15へ挿入する第二の工程とを備える。これにより、固定子の組立製造時におけるセグメント導体の固定子スロットへの挿入性が向上し、セグメント導体の挿入後にセグメント導体の位置ずれを防止できる。

0036

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

0037

1ハウジング
2ブラケット
3シャフト
4トメワ
5、10ベアリング
6 Oリング
7永久磁石
8回転子鉄心
9固定子鉄心
12回転子(可動子)
13 接続部
14固定子
15スロット
20巻線
30、60、70セグメント導体
31 頭部
32 傾斜部
33屈曲部
34、61、71 直線部
35、65、75 折り曲げ部
36、62、72端末部
40プレス冶具
41直線状導体片
45、46固定具
47、48 冶具
50コイル口出し線
100 回転電機

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    【課題】モータの軸方向寸法を小さくすることができる回転式アクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータ10は、モータ30と、モータ30を制御する制御部16と、モータ30のステータ31および制御部... 詳細

  • 日本電産テクノモータ株式会社の「 モータ」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】端子取付部を覆う樹脂製カバー部を備えるモータで、樹脂の端子部の導通部材接続箇所への到達を防止する。【解決手段】複数のティース上にコイルが巻回されてなる固定子と、固定子に取り付けられる端子台41... 詳細

  • 株式会社三井ハイテックの「 金型装置」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】本開示は、極めて簡素な構成により、金属板から得られた打抜品の高所からの落下を防止することが可能な金型装置を説明する。【解決手段】金型装置は、外形抜き用のダイ孔が設けられたダイと、ダイに対向する... 詳細

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