JP2009019635A - 圧縮機 - Google Patents

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Abstract

【課題】固定子を密閉容器内に安定して支持することが可能となって、運転時の振動を減少できて騒音の小さな圧縮機を提供する。
【解決手段】複数の割金型81を使用して成形される密閉容器1と、密閉容器1に収納される圧縮機要素部2及び電動機要素部3とを備えた圧縮機である。電動機要素部3の固定子26が密閉容器1に嵌入される。密閉容器1に形成される内径方向突出部50が12個であると共に、固定子26のステータコア30のスロット53が6個であり、固定子26のステータコア30の切欠部56は6個であって、内径方向突出部50と上記ステータコア30の外周面とが圧接する圧接保持部58を、周方向に沿って等ピッチで配置した。
【選択図】図17

Description

この発明は、空気調和機等を構成する冷凍サイクル装置に用いられる圧縮機に関するものである。
空気調和機等を構成する冷凍サイクル装置に用いられる圧縮機には、ケーシング(密閉容器)と、このケーシングの下部側に収納される圧縮機要素部と、このケーシングの上部側に収納される電動機要素部とを備えた密閉型回転圧縮機がある。このような密閉型回転圧縮機では上記密閉容器は、一般的には、複数の割金型(拡開用作動子)を使用する拡管塑性加工法(いわゆるエキスパンダ法)にて成形する(例えば、特許文献1参照)。この場合、密閉容器は一般には円筒体からなる胴部を備え、この胴部をこのエキスパンダ法にて成形することになる。そして、エキスパンダ法は、図18に示すように、まず、複数(この場合、8個)の割金型81・・を成形前の筒体82に内嵌する。この際、周方向に沿って相対向する割金型81、81の側面が接触するように、各割金型81・・を径方向内方へ移動させて縮径状態とする。次に、各割金型81・・を矢印のように、径方向外方へ移動(拡径)させる。これにより、筒体82の内周面83が各割金型81・・の円弧状の外面84にて押圧され、この押圧部が外径側に膨出する。しかしながら、この拡開時においては、周方向に沿って隣合う割金型81、81間には隙間が生じる。このため、膨出部85、85間に膨出されない部分が残って内径方向突出部(分割部分痕)86・・が形成される。
ところで、密閉容器には上記したように電動機要素部が収納されるが、この電動機要素部は、回転軸(クランク軸)に外嵌固定される回転子と、この回転子の外周側に配置される固定子とを備えたものである。また、固定子は、コア(ステータコア)と、このステータコアに巻設されるコイルとを有するものであって、このステータコアが密閉容器内に焼嵌めによって固定される。このため、一般には、ステータコアを容器内に固定した際には、コア外周面が容器の内径方向突出部に圧接することになる。
特許第3372754号明細書(第3−5頁、図1)
このような圧縮機では、冷媒ガスの導通路を形成するためにステータコアの外周面に切欠部を設けることがある。この場合、切欠部の数、大きさ、位置等によって、容器内周面とコア外周面との接触面積が小さくなって、固定子を保持するための十分な面圧力を発生させることができずに、固定子の支持が不安定となることもあった。
ところで、上記圧縮機の軽量化等を図るために、いわゆる集中巻きモータの試作を行った。この場合、上記のようなエキスパンダ法にて容器を成形すれば、製品によっては大きな振動が発生して騒音が大となるものがあった。すなわち、複数の製品において騒音の大小のバラツキがあった。特に、耳障りである400Hz〜500Hz程度の低周波振動に顕著にその差異があらわれていた。そこで、その原因を追求したところ、上記内径方向突出部に、ステータコアの外周面の一部が圧接するものにおいて、この内径方向突出部と、ステータコアの外周面との相対位置関係が一定していないことが要因として挙げられた。この点ついてさらに検討したところ、騒音が大であるものにおいては、図19に示すように、内径方向突出部86と、ステータコア88の外周面の一部との圧接保持部91が○印で示すような2箇所となっていた。このことから固定子87を保持するための十分な圧接力を発生させることができず、固定子87の支持が不安定となって、この圧縮機の運転時の振動に伴って大きな騒音が発生することになったものではないかとの知見に基づき、本発明をなすに至った。
この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、固定子を密閉容器内に安定して支持することが可能となって、運転時の振動を減少できて騒音の小さな圧縮機を提供することにある。
そこで請求項1の圧縮機は、密閉容器1に形成される内径方向突出部50が12個であると共に、上記固定子26のステータコア30のスロット53が6個であり、上記固定子26のステータコア30の切欠部56は6個であって、上記内径方向突出部50と上記ステータコア30の外周面とが圧接する圧接保持部58を、周方向に沿って等ピッチで配置したことを特徴としている。
上記請求項1の圧縮機では、周方向に沿って隣合う切欠部56、56間において、内径方向突出部50とステータコア30の外周面55とが圧接する6個の圧接保持部58が形成されることになる。このため、固定子26のステータコア30の保持剛性が大となる。
請求項2の圧縮機は、上記切欠部56を周方向に沿って等ピッチで設けたことを特徴としている。
上記請求項2の圧縮機では、面圧大である6個の圧接保持部58が周方向に沿って等ピッチで配置される。
請求項3の圧縮機は、上記内径方向突出部50は、複数の割金型81を使用して成形されることを特徴としている。
上記請求項3の圧縮機では、密閉容器1を、従来法によって容易に製造可能である。
請求項1の圧縮機によれば、固定子のステータコアの保持剛性が大となるので、運転時の圧縮機の振動を低減することができ、騒音が低減される。これにより、静寂な空気調和機の室外機等を構成することができる。
請求項2の圧縮機によれば、面圧大である6個の圧接保持部が周方向に沿って等ピッチで配置されるので、密閉容器の内径方向突出部に対するステータコアの圧接箇所のバランス性が向上する。このため、電動機要素部での振動が抑制され、圧縮機での騒音が一層低減でき、静寂な空気調和機の室外機等を構成することができる。
請求項3の圧縮機によれば、密閉容器を、従来法によって容易に製造可能である。
次に、この発明の圧縮機の前提となる事項について説明する。まず、具体的な参考例について、例えば2シリンダロータリー圧縮機に適用した例を挙げ、図面を参照しつつ詳細に説明する。図2はこの圧縮機の断面図であり、圧縮機は密閉型回転圧縮機であって、ケーシング(密閉容器)1と、この密閉容器1内の下部側に収納される圧縮機要素部2と、この密閉容器1内の上部側に収納される電動機要素部3とを備える。この圧縮機は例えば空気調和機の室外機に搭載される。また、密閉容器1は、円筒状の胴部1aと、この円筒状の胴部1aの下部に連設される底部材1bと、この胴部1aの上部に連設される吐出管49を有した上蓋部材1cとからなる。
上記圧縮機要素部2は、上シリンダ5と、下シリンダ6と、上シリンダ5の上側に配置される上支持部材7と、下シリンダ6の下側に配置される下支持部材8等を備える。また、上シリンダ5と下シリンダ6との間には仕切板9が介装されている。そして、この密閉容器1内においてその軸心部に上下方向に沿って延びる回転軸(クランク軸)10が配置されている。このクランク軸10には、その軸心がクランク軸10の軸心に対して偏心した一対の膨出部(偏心部)11、12が設けられ、この膨出部11、12にそれぞれローラ部材13、14が外嵌されている。そして、上側のローラ部材13が上シリンダ5内に収納され、下側のローラ部材14が下シリンダ6内に収納されている。
また、上下のシリンダ5、6には、それぞれ吸込口15、16が形成され、各吸込口15、16には吸込管17、18が接続され、これらの吸込管17、18を介して、アキュームレータ20から冷媒ガスが各シリンダ5、6に供給される。なお、上支持部材7は、円筒部7aと、円筒部7aの下端部に連設される外鍔部7bとからなり、その軸心孔にクランク軸10が回転自在に挿通される。また、下支持部材8も、円筒部8aと、円筒部8aの上端部に連設される外鍔部8bとからなり、その軸心孔にクランク軸10が回転自在に挿通される。さらに、上下の支持部材7、8には、それぞれカップ部材21、22が付設されている。上下のシリンダ5、6と、上下の回転軸支持部材7、8とは、ボルトナット結合23にて連結一体化される。
次に電動機要素部3は、上記回転軸10に外嵌固定される回転子25と、この回転子25の外周側に配設される固定子26とを備える。また、固定子26は、所定形状に形成されたコア(ステータコア)30と、このステータコア30のティース52(図1参照)に巻設されるコイル31とを有する。なお、このステータコア30が密閉容器1の胴部1a内に焼嵌めにより固定される。
そして、回転子25のロータコア27の上端面36にはスペーサ38が取付けられ、このスペーサ38には取付台41を介して円盤形状体からなる油分離板42が付設されている。また、油分離板42はその中心部が取付台41の受部43にて受けられた状態で固定される。
ところで、上記密閉容器1の胴部1aは、図18に示すように8個の割金型(拡開用作動子)を使用して成形(塑性加工)する。このため、図1に示すように、胴部1aの内周面には、内径方向突出部(分割部分痕)50・・が周方向に沿って45度ピッチで8個形成される。なお、この図1は内径方向突出部50・・及び割金型81の押圧によって形成された膨出部51・・を誇張して記載しているが、実際には微小であって、例えば、内径方向突出部50の突出寸法が数10μmから数100μm程度とされる。
次に、4箇所において面圧が大である圧接保持部58にて支持されている場合と、圧接保持部58が2箇所であって、この圧接保持部58の面圧よりも僅かに小さい面圧となる接触部59を1個有する場合と、圧接保持部58が2箇所であって、接触部59を2個有する場合とで、騒音発生に影響する伝達関数の減衰量を調査した。この場合、まず径方向の伝達関数について調査した。すなわち、胴部1aに固定子26を焼嵌めにより固定して、これにインパクトハンマーにて加振力を付与して、各図3(a)(b)(c)の組立体での測定点D1と測定点D2と測定点D3における径方向のゲイン(dB)を調査した。なお、図3では模式的に固定子26の替わりにステータコア30にて表している。そして、図3(a)の組立体は、圧接保持部58が○印で示す位置に2箇所設けられると共に、この圧接保持部58より僅かに面圧が低い接触部59が△印で示す位置に2箇所設けられたものである。また。図3(b)の組立体は、圧接保持部58が○印で示す位置に2箇所設けられると共に、接触部59が△印で示す位置に1箇所設けられたものである。さらに、図3(c)の組立体は、圧接保持部58が○印で示す位置に4箇所設けられたものである。この場合、図3(b)の組立体を2点接触と呼び、図3(c)を4点接触と呼ぶ。なお、図3(a)(b)(c)において、×印の位置は内径方向突出部50に対してステータコア30が接触しないか、接触しても面圧が極めて小であるところであり、ステータコア30の保持部を構成しない。また、図3(a)においては、二点鎖線による○印で示した4箇所、及び図3(b)と図3(c)においては、二点鎖線による○印で示した8箇所に図4に示すような小切欠部60が設けられている。なお、図3(b)に示すものと、図3(c)に示すものとは、胴部1a及びステータコア30がそれぞれ同一形状であって、胴部1aに対するステータコア30の周方向位置が相違している。すなわち、図3(c)では、その吸込口位置から分るように、図3(b)に比べてステータコア30に対して胴部1aを所定角度(この場合、7.5度)だけ図3(c)の矢印方向(反時計廻り方向)にずらせている。
測定点D2での0Hz〜5000Hzの周波数域におけるゲイン(dB)は図8に示すグラフとなった。また、耳障りの低周波域である0Hz〜1000Hzにおける測定点D1でのゲイン(dB)は図5に示すグラフとなり、この0Hz〜1000Hzにおける測定点D2でのゲイン(dB)は図6に示すグラフとなり、この0Hz〜1000Hzにおける測定点D3でのゲイン(dB)は図7に示すグラフとなった。この際、各図5から図8においては、図3(a)の組立体の場合を一点鎖線で示し、図3(b)の組立体の場合を2点鎖線で示し、図3(c)の組立体の場合を実線で示している。このように径方向の伝達関数には、2点接触と4点接触とにおいてあまり差が生じない。ところで、上記ゲイン(dB)は、次の数1の式にて求めることができる。

次に、測定点D4と測定点D5と測定点D6とにおける上下方向(軸心方向)における伝達関数のゲイン(dB)を調査した。この場合、測定点D5での0Hz〜5000Hzの周波数域におけるゲイン(dB)は図12に示すグラフとなった。また、0Hz〜1000Hzにおける測定点D4でのゲイン(dB)は図9に示すグラフとなり、0Hz〜1000Hzにおける測定点D5でのゲイン(dB)は図10に示すグラフとなり、0Hz〜1000Hzにおける測定点D6でのゲイン(dB)は図11に示すグラフとなった。この場合も、図3(a)の組立体の場合を一点鎖線で示し、図3(b)の組立体の場合を2点鎖線で示し、図3(c)の組立体の場合を実線で示している。これらから、4点接触が2点接触よりもゲイン(dB)が低下していることが分る。ところで、ゲインの高いものは増幅し、ゲインの低いものは減衰効果が得られる。このため、4点接触である場合、ゲインが低下しており減衰効果を得ることができて、軸方向振動の低減を図ることができる。すなわち、4点接触とすれば、軸方向の振動を低減して、運転時の圧縮機全体の振動を減少させることができて、騒音を小さくすることができる。
さらに、2点接触と3点接触と4点接触と5点接触とにおいてゲインを調べて、その結果を図13と図14に示した。なお、各2点接触と3点接触と4点接触と5点接触とは、それぞれ密閉容器1に対するステータコア30の嵌入角度を変更することによって形成することができる。この場合、図14は、図13の0Hzから1000Hzまでの拡大図である。また、2点接触を2点鎖線とし、3点接触を一点鎖線とし、4点接触を破線とし、5点接触を実線とした。これらからも、0Hzから1000Hzにおいては、2点接触においてゲインが高くなっており、4点接触と5点接触とのゲインが低くなっている。また、3点接触では、ゲインは4点接触及び5点接触よりも高くなっているが、2点接触よりも低い。
このことから、2点接触ではゲインが高く減衰しにくく、このようなコア支持では振動を低減することができず、大きな騒音発生するおそれがあるのに対して、4点接触及び5点接触ではゲインが低く、振動の低減を図って、発生する騒音を小さくすることができることがわかる。この際、4点接触と5点接触とではゲインにあまり差がないので、4点接触以上が好ましいと言える。また、3点接触では4点接触よりもゲインが高くなっているが、この3点接触でも減衰効果があり、騒音が比較的小さい圧縮機を構成することができる。すなわち、この種の圧縮機として、内径方向突出部50と、ステータコア30の外周面とが圧接する圧接保持部58が少なくとも3箇所有していればよいことになる。この際、コア軸心Oに関して点対称となる一対の圧接保持部58、58を有しているのが好ましい。
次に、運転中の圧縮機のケーシングトップでの上下方向の振動について400Hzと500Hzとの低周波数帯で調査した。すなわち、圧縮機の密閉容器(ケーシング)1の上蓋部材1cに上部に加速度センサ(図示省略)を貼り付け、この加速度センサにて加速度を検出する。この場合、加速度と音の相関関係を調査した。そして、音のデータとしては、次の表1に示すように、2点接触(表1の改善前)では、400Hz成分で56.0dBであり、500Hz成分で55.1dBであるのに対して、4点接触(表1の改善後)では、400Hz成分で52.8dBであり、500Hz成分で52.9dBである。

また、トップ加速度は、次の表2に示すように、2点接触(表2の改善前)では、400Hz成分で1.9m/s2であり、500Hz成分で1.9m/s2であるのに対して、4点接触(表2の改善後)では、400Hz成分で0.5m/s2であり、500Hz成分で0.5m/s2である。なお、これらのデータは複数回(表1と表2に示したように、6回〜9回)測定した平均値である。また、図15において、315Hz〜630Hzでのトップ加速度を示した。この場合、実線が4点接触を示し、2点鎖線が2点接触を示している。このように、低周波数領域において、2点接触と4点接触とでトップ加速度が相違し、4点接触の場合において低減されており、優れた減衰効果を発揮することが分る。特に、400Hz〜500Hzの低周波数域で優れた減衰効果を発揮する。

このように、4点接触であれば、優れた減衰効果を発揮することが分る。そこで、図1に示す参考例では4点接触を可能とした構成としたものであって、この参考例について詳しく説明すれば、割金型81の数は、上記したように8個であり、固定子26のコア(ステータコア)30は、内周面に6個のティース52・・が形成されて、6個のスロット53・・が設けられている。このため、割金型81の数と固定子26のステータコア30のスロット53の数との最大公約数が3未満となっている。そして、コア30の外周面55には、冷媒ガスの導通路を形成するための切欠部56・・が形成されている。この場合、割金型81の数に対して3以上の公約数を有することになる数の切欠部56を周方向に沿って等ピッチで設けた。具体的には、周方向に沿って90度ピッチで4個の切欠部56を設けている。
このため、このステータコア30を胴部1aに焼嵌めすれば、周方向に沿って一つおきに配設される4個の内径方向突出部50・・を、ステータコア30の周方向に沿って隣合う切欠部56、56間の外周面55に圧接させることができる。すなわち、内径方向突出部50とステータコア30の外周面55との圧接保持部58・・が図1のa、b、c、dの4箇所において形成されることになって、圧接保持部58がこの周方向に沿って等ピッチ(90度ピッチ)で配置される。
このように、上記図1の参考例では、4点接触であり、しかも、固定子26のステータコア30の切欠部56が密閉容器1の内径方向突出部50に対して均等に配置することができる。このため、運転時の圧縮機の振動を低減することができ、騒音が低減される。これにより、静寂な空気調和機の室外機等を構成することができる。しかも、内径方向突出部50とステータコア30の外周面55とが圧接する圧接保持部58を周方向に沿って等ピッチで配置でき、ステータコア30はバランスよく密閉容器1に焼嵌めにより固定することができる。すなわち、密閉容器1の内径方向突出部50に対するステータコア30の圧接箇所のアンバランス性が低減され、電動機要素部3での振動が抑制され、圧縮機での騒音が一層低減できる。
次に、図16は他の参考例を示している。この場合、周方向に沿って45度ピッチで8個の切欠部56・・を設けている。従って、このステータコア30を胴部1aに焼嵌めすれば、各内径方向突出部50・・を、ステータコア30の周方向に沿って隣合う切欠部56、56間の外周面55に圧接させることができる。すなわち、内径方向突出部50とステータコア30の外周面55との圧接保持部58・・が図3のa1、b1、c1、d1、e1、f1、g1、h1の8箇所において形成され、圧接保持部58は周方向に沿って等ピッチ(45度ピッチ)で配置される。このため、この場合であっても、内径方向突出部50とステータコア30の外周面55とが圧接する圧接保持部58を周方向に沿って等ピッチで8個所配置でき、ステータコア30は安定してかつバランスよく密閉容器1に焼嵌めにより固定することができる。
図17には、この発明の圧縮機の具体的な実施の形態を示している。この場合、周方向に沿って60度ピッチで6個の切欠部56・・を設けている。また、密閉容器1の胴部1aには12個の内径方向突出部50が形成されている。すなわち、この胴部1aを成形する際に、12個の割金型81を使用している。このため、このステータコア30を胴部1aに焼嵌めすれば、周方向に沿って一つおきに配設される6個の内径方向突出部50・・を、ステータコア30の周方向に沿って隣合う切欠部56、56間の外周面55に圧接させることができる。すなわち、内径方向突出部50とステータコア30の外周面55との圧接保持部58・・が図17のa2、b2、c2、d2、e2、f2の6箇所において形成され、圧接保持部58は周方向に沿って等ピッチ(60度ピッチ)で配置される。このため、この場合であっても、内径方向突出部50とステータコア30の外周面55とが圧接する圧接保持部58を周方向に沿って等ピッチで6箇所配置でき、ステータコア30は安定してかつバランスよく密閉容器1に焼嵌めにより固定することができる。
以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、ステータコア30のスロット53の数(スロット数)は変更可能である。この場合、バランス性等を考慮して、割金型81の数、つまり内径方向突出部50の数に応じて種々の数に設定することができる。固定子26を密閉容器1内に嵌入固定する場合、上記実施の形態では焼嵌めであったが、圧入固定であってもよい。
この発明の圧縮機の前提条件を説明するための参考例を示す要部簡略断面平面図である。 上記圧縮機の断面図である。 加振力が付与された際の伝達関数の測定点を示し、(a)は密閉容器とコアとの位置関係が規制されていない場合の要部簡略断面平面図であり、(b)は2点接触の場合の要部簡略断面平面図であり、(c)は4点接触の場合の要部簡略断面平面図である。 上記図3の一部を拡大して示す説明図である。 測定点D1での径方向振動に対するゲインを示すグラフ図である。 測定点D2での径方向振動に対するゲインを示すグラフ図である。 測定点D3での径方向振動に対するゲインを示すグラフ図である。 測定点D2での径方向振動に対するゲインを示すグラフ図である。 測定点D4での上下方向振動に対するゲインを示すグラフ図である。 測定点D5での上下方向振動に対するゲインを示すグラフ図である。 測定点D6での上下方向振動に対するゲインを示すグラフ図である。 測定点D5での上下方向振動に対するゲインを示すグラフ図である。 2点接触と3点接触と4点接触と5点接触とにおける上下方向振動に対するゲインを示すグラフ図である。 上記図13の一部を拡大したグラフ図である。 315Hzから630Hzでの加速度を示すグラフ図である。 この発明の圧縮機の他の参考例を示す要部簡略断面平面図である。 この発明の圧縮機の実施形態を示す要部簡略断面平面図である。 密閉容器を成形する方法を示す模式図である。 従来の圧縮機の要部簡略断面平面図である。
符号の説明
1・・密閉容器、2・・圧縮機要素部、3・・電動機要素部、26・・固定子、30・・ステータコア、50・・内径方向突出部、53・・スロット、55・・外周面、56・・切欠部、58・・圧接保持部、81・・割金型

Claims (3)

  1. 密閉容器(1)に形成される内径方向突出部(50)が12個であると共に、上記固定子(26)のステータコア(30)のスロット(53)が6個であり、上記固定子(26)のステータコア(30)の切欠部(56)は6個であって、上記内径方向突出部(50)と上記ステータコア(30)の外周面とが圧接する圧接保持部(58)を、周方向に沿って等ピッチで配置したことを特徴とする圧縮機。
  2. 上記切欠部(56)を、周方向に沿って等ピッチで設けたことを特徴とする請求項1の圧縮機。
  3. 上記内径方向突出部(50)は、複数の割金型(81)を使用して成形されることを特徴とする請求項1又は請求項2の圧縮機。
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