JP2008019765A - 電動圧縮機 - Google Patents

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Masanori Taguchi
正則 田口
Masahiko Ozaka
昌彦 尾坂
Hidekazu Oshio
英一 押尾
Kazuhiko Kameyama
和彦 亀山
Akira Saito
暁 斉藤
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Abstract

【課題】ハウジング内のデッドスペースを低減させる密封端子を備えた電動圧縮機を提供する。
【解決手段】ハウジング(20)の外部の駆動回路(98)からモータ(40)に電力を供給するためのリード線(90,91)に接続される複数の端子(102)を有し、ハウジングの端壁(23a)に固定される密封端子(100)を具備し、複数の端子のうち少なくとも2つの端子が、密封端子とハウジングの周壁(23b)の内周面(23f)との間のデッドスペースをなくすべくハウジングの周壁の内周面に沿って配列される。
【選択図】図3

Description

本発明は、電動圧縮機に係り、詳しくは、車両の空調システムの冷凍回路等に組み込まれて好適な電動圧縮機に関する。
この種の圧縮機はハウジング内に収容される駆動部及び圧縮部から構成され、これらはハウジングを構成する駆動及び圧縮ケーシングにそれぞれ収容されており、圧縮部には冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する圧縮ユニットが備えられている。
例えばスクロール型圧縮機では、互いに噛み合うような固定スクロール及び可動スクロールを備えており、可動スクロールが固定スクロールに対して旋回運動する。これにより、各スクロールで形成される空間の容積が減少し、上記一連のプロセスが行われる。一方、このユニットは回転軸によって駆動され、回転軸はモータを通電することにより駆動される。これら回転軸やモータは上記駆動部に設けられている。
ここで、例えば特許文献1では、上記モータは圧縮機の外部に配設された駆動回路と複数のボルトを介して電気的に接続され、これら各通電ボルトが直線上に配列されて矩形状の密封端子が形成され、この密封端子は駆動ケーシングの端壁に固定されている。
また、特許文献2では、三相モータの各相に対応する3本の通電ボルトが正三角形の頂点上に配置されて略正三角形状の密封端子が形成され、駆動ケーシングの端壁の略全面に亘って固定されている。
特開2003−129983号公報 特開2002−371983号公報
ところで、密封端子が矩形状、或いは略正三角形状に形成されると、駆動ケーシング、ひいてはハウジング内における密封端子の占有スペースが増大し、ハウジング内のレイアウトの自由度が制限されるともに、圧縮機の大型化を招くとの問題がある。なぜなら、駆動ケーシングを含むハウジングは、通常はモータ等の形状に合わせたカップ状に形成され、その周壁は円筒状をなしており、周壁の内周面と上記形状の密封端子との間にデッドスペースが生じるからである。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、ハウジング内のデッドスペースを低減させる密封端子を備えた電動圧縮機を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するべく、請求項1に記載の電動圧縮機は、密閉容器からなるハウジングと、ハウジング内に形成され、回転自在に支持された回転軸を通電により駆動させるモータを備えた機械室と、ハウジング内に収容され、回転軸によって駆動されて冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを行う圧縮ユニットと、ハウジングの外部の駆動回路からモータに電力を供給するためのリード線に接続される複数の端子を有し、ハウジングの端壁に固定される密封端子とを具備し、複数の端子のうち少なくとも2つの端子が、密封端子とハウジングの周壁の内周面との間のデッドスペースをなくすべく周壁の内周面に沿って配列されることを特徴としている。
また、請求項2に記載の発明では、周壁の内周面に沿って配列された少なくとも2つの端子を除く、複数の端子のうち少なくとも1つの端子が、周壁の内周面に沿って配列された少なくとも2つの端子よりも回転軸の軸心側に位置づけられることを特徴としている。
更に、請求項3に記載の発明では、ハウジングの周壁が略円筒状に形成され、密封端子はハウジングの周壁の内周面との間のデッドスペースをなくす空間排除面と、空間排除面の反対側に形成されハウジング内の使用可能なスペースを拡大させる空間拡大面とを有し、空間排除面、空間拡大面、及び周壁の内周面に沿って配列された少なくとも2つの端子の配列中心線が、いずれも周壁の内周面と略同一の曲率を有して当接可能な円弧状に形成されることを特徴としている。
従って、請求項1に記載の本発明の電動圧縮機によれば、密封端子を構成する各端子のうち少なくとも2つの端子がハウジングの周壁の内周面に沿って配列される。よって、密封端子とハウジングの周壁の内周面との間のデッドスペースが極力低減され、ハウジング内において密封端子が占有する面積を小さくできる。従って、ハウジング内のレイアウトの自由度が増大し、ひいては圧縮機の小型化が促進される。
また、請求項2に記載の発明によれば、密封端子を構成する各端子のうち少なくとも1つの端子がハウジングの周壁に沿って配列される端子よりも回転軸の軸線側に位置づけられる。よって、密封端子はハウジングの周壁の周方向に沿った幅がより小さくなって形成される。従って、ハウジング内においてハウジング周壁の周方向のスペースが調整可能となり、ハウジング内のレイアウトの自由度が更に増大し、ひいては圧縮機の小型化が更に促進される。
更に、請求項3に記載の発明によれば、密封端子は、デッドスペースを排除する空間排除面と、ハウジング内のスペースを拡大させる空間拡大面とを有し、これら面とハウジングの周壁の内周面に沿って配列される少なくとも2つの端子の配列中心線とが、いずれも周壁の内周面と略同一の曲率を有して当接可能な円弧状に形成される。
すなわち、密封端子は、ハウジングの周壁の内周面に沿って配列される端子の端子配列に沿い、しかも、極力デッドスペースを排除させ且つ極力ハウジング内のスペースを拡大させる形状となっている。従って、密封端子は極力小さく形成され、ハウジング内で密封端子が占有する面積を更に小さくできるため、ハウジング内のレイアウトの自由度が大幅に増大し、ひいては圧縮機の更なる小型化が可能となる。
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る電動圧縮機4を示す。
当該電動圧縮機4は水平方向に延びるハウジング20を備え、この圧縮機4は車両の空調システムの冷凍回路に組み込まれている。例えば、この冷凍回路には圧縮機4と、いずれも図示しないガスクーラ、膨張弁及び蒸発器が順次配置され、圧縮機4は蒸発器から自然系冷媒であるCO冷媒(以下、単に冷媒と称す)を吸入し、この冷媒を圧縮してガスクーラに向けて吐出する。
ハウジング20は駆動ケーシング22、リアケーシング23及び圧縮ケーシング24を有する密閉容器として形成され、駆動ケーシング22はその両端が開口され、圧縮ケーシング24は駆動ケーシング22に向けて開口したカップ形状をなし、この開口端と駆動ケーシング22の一端側とがボルト28を介して気密に嵌合されている。また、リアケーシング23も駆動ケーシング22に向けて開口したカップ形状をなし、この開口端と駆動ケーシング22の他端側とがボルト29を介して気密に嵌合されている。なお、駆動ケーシング22とリアケーシング23とは一体に形成されていても良く、また、駆動及びリア、並びに圧縮ケーシング22,23,24を一体に形成して一端が開口したカップ状に形成しても良い。
駆動ケーシング22の一端側の開口端部分には環状の支持ブロック46が設けられ、駆動ケーシング22内、具体的には、支持ブロック46と本実施形態ではリアケーシング23の有底部分、すなわち端壁23aとの空間がモータ室(機械室)26として形成されている。このモータ室26には段付きの回転軸30が配置され、この回転軸30は小径軸部32と大径軸部34とを有する。小径軸部32はニードル軸受38を介してリアケーシング23の端壁23aから突出するボス48に回転自在に支持され、大径軸部34はボール軸受36を介して支持ブロック46に回転自在に支持されている。
一方、リアケーシング23の周壁23bは略円筒状をなし、この周壁23bにはモータ室26に連通する吸入口25が形成されており、吸入口25は前述した蒸発器に接続され、冷凍回路の吸入冷媒としてモータ室26内に導入させる。
回転軸30は電動モータ(モータ)40への通電により駆動される。詳しくは、モータ室26にはブラシレスの電動モータ40が配設されており、希土類の永久磁石、例えばネオジウム磁石を有するロータ42が回転軸30の外周側に固着され、このロータ42の外周側には電機子巻線43を有するステータ44が配置されている。
本実施形態の電動モータ40は三相同期或いは三相誘導等のモータであり、圧縮機4の外部に配設され、インバータを備えた駆動回路98から順にリード線90、いずれも後述する出力端子部材112及びボルト(端子)102並びに入力端子部材108、そしてリード線91を介して電機子巻線43に電力が供給される(図2)。
このリード線90,91はそれぞれ各相1本で構成され、換言すれば、三相の電動モータ40に対してそれぞれ計3本のリード線90,91が並設され、各リード線90,91に対応する計3本のボルト102が配列されている(図3)。また、これら各リード線90,91は、その表面が電機子巻線43と同様にエナメル等で被覆されており、電機子巻線43の結線部分や、上記リード線90から電機子巻線43までの接続部分にはそれぞれ絶縁処理が施されている。そして、電機子巻線43が通電されると、ロータ42は電機子巻線43で発生した磁界の回転に伴って回転し、回転軸30と一体的に回転する。
ここで、圧縮ケーシング24内にはスクロールユニット(圧縮ユニット)52が収容され、このスクロールユニット52は可動スクロール54及び固定スクロール56を備えている。これら可動スクロール54及び固定スクロール56は互いに噛み合うような渦巻きラップ61,79をそれぞれ有し、これら渦巻きラップ61,79は互いに協働し、図示しないシール等を介して圧縮室58を形成する。この圧縮室58は可動スクロール54の旋回運動により、渦巻きラップ61,79の径方向外周側から中心に向けて移動し、この際にその容積が減少される。
上述した可動スクロール54の旋回運動を達成するため、可動スクロール54の基板60は駆動ケーシング22側に向けて突出するボス62を有しており、このボス62はニードル軸受64を介して偏心ブッシュ66を回転自在に支持している。この偏心ブッシュ66はクランクピン68に支持され、このクランクピン68が大径軸部34から偏心して突出している。従って、回転軸30の回転に伴い、クランクピン68及び偏心ブッシュ66を介して可動スクロール54が旋回運動することになる。
また、偏心ブッシュ66には、カウンタウエイト70が連結ピン71を介して偏心ブッシュ66と大径軸部34との間に取り付けられており、このカウンタウエイト70は可動スクロール54の旋回運動に対するバランスウエイトとなる。
固定スクロール56は圧縮ケーシング24の有底部分にボルト57を介して固定され、その基板78が圧縮ケーシング24内を圧縮室58側と吐出室80側とを仕切っている。基板78にはその中央に圧縮室58に連なる吐出孔82が形成され、この吐出孔82はリード弁84により開閉される。このリード弁84はその弁押さえ86とともに基板78の吐出室80側に取り付けられている。
更に、圧縮ケーシング24の有底部分には吐出室80に連通する吐出口87が形成されており、吐出室80は吐出口87を介して前述したガスクーラに接続され、吐出冷媒として冷凍回路中に吐出させる。
ところで、本実施形態の圧縮機4は、リアケーシング23の端壁23aに密封端子100が固定されている。
より詳しくは、図2に示されるように、密封端子100は、ボルト102、及びいずれも樹脂製またはセラミック製の内側ブロック104、外側ブロック106、絶縁カラー114を含んで構成されている。内側ブロック104は、リアケーシング23の端壁23aの内側端面23cに当接し、モータ室26内に向けて延設されている。
一方、外側ブロック106は、リアケーシング23の端壁23aの外側端面23dに当接し、リアケーシング23の外側に向けて延設され、端壁23aを挟んで内側ブロック104と対峙して取り付けられている。更に、これら内側ブロック104と外側ブロック106との間には絶縁カラー114が介挿されている。
ボルト102は、内側及び外側ブロック104,106並びに絶縁カラー114にそれぞれ形成される貫通孔104a,106a,114aを貫通し、リアケーシング23の端壁23aに穿設される挿入孔23eに挿入され、モータ室26側から順に入力部102a、中間部102b、出力部102cを有して形成されている。なお、貫通孔104a、106a、114a及び挿入孔23eは3本の各ボルトに対してそれぞれ設けられている。
入力部102aは、ボルト102のヘッド部であり、入力端子部材108が接続され、入力端子部材108にリード線91の一端が接続されている。また、入力部102aに連なる中間部102bはねじ部を有しておらず、その一部が挿入孔23e内に位置づけられている。
ここで、リアケーシング23の内側端面23c及び外側端面23dと中間部102bとの絶縁距離は、それぞれ内側及び外側ブロック104,106の母線長さとされている。また、絶縁カラー114は、その母線長さがリアケーシング23の挿入孔23eとボルト102との絶縁距離とされ、挿入孔23eと中間部102bとの間に嵌め込まれている。
更に、中間部102bに連なる出力部102cは、ボルト102のねじ部に位置づけられ、ここにおいてナット110がボルト102に螺合される。これにより、出力端子部材112が外側ブロック106に挟着され、同時に内側及び外側ブロック104,106がリアケーシング23に対して固定されている。そして最後に、出力端子部材112がリード線90の一端に接続され、電動モータ40の電力供給回路が形成される。
すなわち、駆動回路98から順に接続されるリード線90、出力端子部材112、ボルト102、入力端子部材108、リード線91を経て電機子巻線43に電力が供給され、密封端子100はボルト102の入力部102a及び出力部102cで挟まれて支持され、リアケーシング23に締結されている。
図3に示されるように、各ボルト102は、リアケーシング23の円弧形状の周壁23bの内周面23fに沿って配列され、内側ブロック104から外側ブロック106側に向けて挿入されている。また、各ボルト102は、隣り合うボルト102の軸線間距離がボルト102の六角形状をなすヘッド部の対角線長さと略等しくなる程度に互いに近設されている。
このように、各ボルト102が内側及び外側ブロック104,106並びに絶縁カラー114で囲繞されて形成される密封端子100は、内側ブロック104側からみると湾曲した楕円形状、いわゆるビーンズ形状をなしている。より詳しくは、密封端子100は、リアケーシング23の周壁23bの内周面23fと対峙してリアケーシング23の外側に向けて形成される円弧形状の外方面(空間排除面)100aと、この外方面100aの反対側に形成され、リアケーシング23の内側に向けて形成される円弧形状の内方面(空間拡大面)100bとを有している。
図3中、外方及び内方面100a,100b、内周面23fの曲率半径はそれぞれR,R,Rで示されている。また、リアケーシング23の周壁23bの略円筒状の径方向における密封端子100の幅Hの略中心を結ぶ密封端子100の中心線100c、各ボルト102の配列中心線102dの曲率半径はそれぞれR,Rで示されている。
外方面100aは、密封端子100と内周面23fとのデッドスペースをなくすべく、内周面23fと略同一の曲率半径をなしてR=Rの関係を有する。すなわち、実際には、密封端子100による絶縁性能を確保すべく、内周面23fと外方面100aとは微少な間隙を有して離間しているが、外方面100aは略全面に亘って内周面23fと当接可能な形状をなしている。
また、内方面100bは、リアケーシング23内の使用可能なスペースを拡大させるべく、内周面23fと略同一の曲率半径をなしてR=Rの関係を有しており、外方及び内方面100a,100b、内周面23fはR=R=Rの曲率半径の関係を有する円弧形状で形成されている。更に、上記した密封端子100の幅Hが密封端子100による絶縁性能を確保し得る最小値となっており、内方面100bは、この幅Hだけ外方面100aと離間して位置づけられている。
一方、密封端子100の中心線100cは、各ボルト102の配列中心線102dとほぼ合致してR=Rの曲率半径の関係を有しており、これら各中心線100c,102dは内周面23f、外方及び内方面100a,100bと略同一曲率半径をなし、R=R=R=R=Rの関係式が成立している。すなわち、各ボルト102は周壁23bの内周面23fに沿って配列され、密封端子100も内周面23fに沿った形状をなしている。
ここで、図4に示されるように、各ボルト102のうちの1本が配列中心線102dよりリアケーシング23の内側、すなわち回転軸30の軸中心側に配置されても良く、この場合には、密封端子100は円弧形状の外方面100aを有する平面視略三角形状で形成される。また、この場合でも、各ボルト102のうちの残りの2本は、図3の場合と同じRなる曲率半径を有する配列中心線102dで配列され、この中心線102dは内周面23f、外方面100aと略同一曲率半径をなし、R=R=Rの関係式が成立している。
上記圧縮機4では、駆動回路98からの電力供給により電動モータ40が駆動されて回転軸30が回転すると、偏心ブッシュ66を介して可動スクロール54が固定スクロール56の軸心周りを旋回運動する。この際、可動スクロール54の自転は複数個の回転阻止機構50の働きにより阻止された状態にある。この結果、可動スクロール54はその旋回姿勢を一定に維持した状態で固定スクロール56に対して旋回運動し、この旋回運動は吸入口25を通じてモータ室26から圧縮室58内に冷媒を吸い込み、この吸い込んだ冷媒を圧縮し、圧縮冷媒を吐出室80内に吐出する。
この吐出室80から吐出された高温高圧ガス状態の冷媒は吐出口87を経てガスクーラ内で冷却され、膨張弁に供給され、絞り作用による膨張を受けて蒸発器内に噴出され、冷媒の気化熱により蒸発器の周囲の空気が冷却される。次いで、冷気が車室内に送り込まれて車室内の冷房が行われる。なお、この蒸発器内の冷媒は圧縮機4の吸入口25に戻り、この後、圧縮機4により再度圧縮され、上述の如く循環する。
以上のように、本実施形態では、各ボルト102のうち少なくとも2本のボルト102が、密封端子100の外方面100aとリアケーシング23の周壁23bの内周面23fとの間のデッドスペースをなくすべく内周面23fに沿って配列される。具体的には、少なくとも内周面23f、外方面100a、上記2本のボルト102の配列中心線102dの曲率半径R,R,Rは、R=R=Rの関係を有し、外方面100a及び配列中心線102dが、いずれも全面に亘って内周面23fと略同一の曲率を有して当接可能な円弧状に形成される。よって、密封端子100とリアケーシング23の周壁23bとの間のデッドスペースが極力低減され、リアケーシング23内において密封端子100が占有する面積を小さくできる。従って、リアケーシング23内のレイアウトの自由度が増し、ひいては圧縮機4の小型化が促進される。
また、図4に示される場合の如く、上記したリアケーシング23の周壁23bの内周面23fに沿って配列される少なくとも2本のボルト102以外の少なくとも1つのボルト102が、リアケーシング23の周壁23bに沿って配列されるボルト102より回転軸30の軸線側に位置づけられる。この密封端子100はリアケーシング23の周壁23bの周方向に沿った幅が小さくなって形成される。従って、リアケーシング23内においてリアケーシング23の周壁23bの周方向のスペースをも調整可能となり、リアケーシング23内のレイアウトの自由度増大、圧縮機4の小型化が更に促進される。
一方、リアケーシング23のレイアウトの関係上、リアケーシング23の周壁23bの周方向のスペースが不要な場合には、外方及び内方面100a,100b、内周面23f、密封端子100の中心線100c、各ボルト102の配列中心線102dの曲率半径であるR,R,R,R,Rの曲率半径を、R=R=R=R=Rの関係式を満たすべく、密封端子100を形成しても良い。これにより、密封端子100は、外方及び内方面100a,100b、中心線100c、配列中心線102dが、いずれも全面に亘って内周面23fと略同一の曲率を有して当接可能な円弧状に形成される。このように、3本の各ボルト102を周壁23bに沿って配列可能な密封端子100の形状にすれば、リアケーシング23の内方から周壁23bにかけてのスペースを大きくとることができる。
ここで、外方面100aの円弧形状の曲率半径Rは、密封端子100と内周面23fとのデッドスペースをなくすべく決定され、一方、内方面100bの円弧形状の曲率半径Rは、リアケーシング23内の使用可能なスペースを拡大させるべく決定され、更に、密封端子100の幅Hがボルト102との絶縁性能を確保し得る最小値となる。よって、密封端子100をその絶縁性能が確保される限り極力小さく形成でき、リアケーシング23内で密封端子100が占有する面積を更に小さくできる。従って、リアケーシング23内のレイアウトの自由度が大幅に増大し、ひいては圧縮機の更なる小型化が可能となる。
また、特にリアケーシング23の周壁23bが断面視略円形の円筒形状に形成される場合には、外方及び内方面100a,100b、中心線100c、配列中心線102dの円弧状は、いずれも略同一中心の円上に形成される。よって、これら円弧状の円半径がリアケーシング23の円筒形状の半径、すなわち内周面23fの半径に近づくべく密封端子100を形成するだけで、リアケーシング23内のデッドスペース低減、及び有効スペース増大を容易に実現可能である。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では電動モータ40は三相モータであるが、必ずしもこの形態に限定されるものではなく、単相や二相モータにも適用可能であり、各相の数だけボルト102が設けられ、内側及び外側ブロック104,106にはそれぞれボルト102の数に対応する貫通孔104a,106aが設けられる。この場合にも、各ボルト102のうち少なくとも2本が周壁23bに沿って配列され、内周面23f、外方面100a、上記2本のボルト102の配列中心線102dの曲率半径R,R,Rは、R=R=Rの関係を有する限り、リアケーシング23内のデッドスペースが低減され、リアケーシング23内のレイアウトの自由度が増大し、ひいては圧縮機4の小型化に寄与する。なお、モータ出力によっては各相2本以上のボルトで構成させても良い。
また、上記実施形態ではスクロール型の電動圧縮機について説明されているが、本発明の圧縮ユニットは、スクロール型又はピストン往復動型のいずれのタイプにも適用可能であり、更に、冷凍回路に使用される冷媒もCO冷媒の他、代替フロンを用いても良い。これらの場合にも上述したように、絶縁性能の大幅な向上が達成され、簡易、且つ、確実なシールが可能となる。
スクロール型圧縮機の縦断面図である。 図1の密封端子の拡大縦断面図である。 図1の密封端子をIII方向からみた平面図である。 図3のボルト配列を変更した密封端子の平面図である。
符号の説明
20 ハウジング
23a 端壁
23b 周壁
23f 内周面
26 モータ室(機械室)
30 回転軸
40 電動モータ(モータ)
52 スクロールユニット(圧縮ユニット)
90,91 リード線
98 駆動回路
100 密封端子
100a 外方面(空間排除面)
100b 内方面(空間拡大面)
102 ボルト(端子)
102d 配列中心線

Claims (3)

  1. 密閉容器からなるハウジングと、
    前記ハウジング内に形成され、回転自在に支持された回転軸を通電により駆動させるモータを備えた機械室と、
    前記ハウジング内に収容され、前記回転軸によって駆動されて冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを行う圧縮ユニットと、
    前記ハウジングの外部の駆動回路から前記モータに電力を供給するためのリード線に接続される複数の端子を有し、前記ハウジングの端壁に固定される密封端子とを具備し、
    前記複数の端子のうち少なくとも2つの端子が、前記密封端子と前記ハウジングの周壁の内周面との間のデッドスペースをなくすべく該周壁の内周面に沿って配列されることを特徴とする電動圧縮機。
  2. 前記周壁の内周面に沿って配列された少なくとも2つの端子を除く、前記複数の端子のうち少なくとも1つの端子が、該周壁の内周面に沿って配列された少なくとも2つの端子よりも前記回転軸の軸心側に位置づけられることを特徴とする請求項1に記載の電動圧縮機。
  3. 前記ハウジングの周壁が略円筒状に形成され、
    前記密封端子は前記ハウジングの周壁の内周面との間のデッドスペースをなくす空間排除面と、該空間排除面の反対側に形成され前記ハウジング内の使用可能なスペースを拡大させる空間拡大面とを有し、
    該空間排除面、該空間拡大面、及び前記周壁の内周面に沿って配列された少なくとも2つの端子の配列中心線が、いずれも前記周壁の内周面と略同一の曲率を有して当接可能な円弧状に形成されることを特徴とする請求項1に記載の電動圧縮機。
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