JP2012082786A - インバータ装置一体型電動圧縮機 - Google Patents

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Abstract

【課題】冷凍サイクルの運転条件を調節することなく、冷凍サイクルの運転効率を確保して、インバータ装置を吸入冷媒で冷却することができるインバータ装置一体型電動圧縮機の提供を目的とする。
【解決手段】インバータ装置101を冷却するための吸入冷媒通路61を、インバータ装置の主たる発熱部105に直近の第1の通路61と、第一の通路に並列の第2の通路200とで構成し、第2の通路には通路開閉装置202が備えられて、通路開閉装置は、インバータ装置の温度が高い場合には閉となり、インバータ装置の温度が低い場合には開となる。これにより、インバータ装置の主たる発熱部に直近の第1の通路のみに吸入冷媒が集中し効果的にインバータ装置が冷却される。
【選択図】図1

Description

本発明は、冷媒の吸入、圧縮および吐出を行う電動圧縮機部と、この電動圧縮機部の電動機を駆動するインバータ装置とを一体化した、インバータ装置一体型電動圧縮機に関するものである。
吸入冷媒で冷却されるインバータ装置を搭載するインバータ装置一体型電動圧縮機は各種提案されている(例えば、特許文献1参照)。この一例を図14〜図17により説明する。
図14はインバータ装置一体型電動圧縮機の縦断面図である。図14においては、電動圧縮機1の胴部の周りにある取付け脚2によって横向きに設置される横型の電動圧縮機を示している。インバータ装置301が電動圧縮機1の左側に搭載されている。
電動圧縮機1について説明する。電動圧縮機1はその本体ケーシング3内に電動機5を内蔵し、電動機5は本体ケーシング3に嵌入または圧入される圧縮機構部4を駆動する。電動機5はインバータ装置301によって駆動される。圧縮機構部4はスクロール方式のものであって、図14に示すように固定鏡板11a、旋回鏡板12aから羽根が立ち上がった固定渦巻部11と旋回渦巻部12とを噛合わせて圧縮空間10が形成してある。そして、この圧縮空間10が、旋回渦巻部12を電動機5により駆動軸14を介して固定渦巻部11に対し円軌道運動させたときに、移動を伴い容積を変化させることにより外部サイクルから帰還する冷媒30の吸入、圧縮および外部サイクルへの吐出を、インバータケース302に設けた吸入口8および本体ケーシング3に設けた吐出口9を通じて行う。取り扱う冷媒はガス冷媒であり、各摺動部の潤滑や圧縮機構部4の摺動部のシールに供する液としては潤滑油7などの液を採用している。また、潤滑油7は冷媒に対して相溶性のあるものである。
本体ケーシング3の貯液部6に貯留されている潤滑油7が、容積型ポンプ13を駆動軸14にて駆動して、駆動軸14の給油路15を通じ旋回渦巻部12の旋回駆動に伴い旋回渦巻部12の背面の液溜り21に供給される。この液溜り21に供給された潤滑油7の一部は旋回渦巻部12の外周部の背面側に旋回渦巻部12を通じ絞り23などによる所定の制限の基に供給して旋回渦巻部12をバックアップしながら、前記潤滑油7を旋回渦巻部12を通じ旋回渦巻部12の羽根における先端の固定渦巻部11との間のシール部材の一例であるチップシール24を保持する保持溝25に供給して固定、旋回各渦巻部11、12間のシールおよび潤滑を図る。また、液溜り21に供給した潤滑油7の別の一部は、偏心軸受43、液溜り22、主軸受42を経ながら、それら軸受42、43を潤滑した後、電動機5側に流出し、貯液部6へと回収される。
本体ケーシング3内の軸線方向の一方の端部壁3a側からポンプ13、副軸受41、電動機5、主軸受42を持った主軸受部材51を配置してある。ポンプ13は端壁部3aの外面から収容してその後に嵌め付けた蓋体52との間に保持し、蓋体52の内側に貯液部6に通じるポンプ室53を形成して吸上げ通路54を介して貯液部6に通じるようにしてある。
電動機5は固定子5aを本体ケーシング3に焼き嵌め固定されるか、または環状部材17によって固定され、駆動軸14の途中まわりに固定した回転子5bにより駆動軸14を回転駆動できるようにしている。主軸受部材51は前記固定渦巻部11と図示しないボル
トなどによって固定し、本体ケーシング3の開口端に嵌合され、インバータケース302でもって挟持する状態で、駆動軸14の圧縮機構部4側を主軸受42により軸受している。さらに、これら主軸受部材51と固定渦巻部11との間に前記旋回渦巻部12を挟み込んでスクロール圧縮機を構成している。主軸受部材51と旋回渦巻部12との間にはオルダムリング57などの旋回渦巻部12の自転を防止して円運動させるための自転拘束部が設けられ、駆動軸14を、偏心軸受43を介して旋回渦巻部12に接続して、旋回渦巻部12を円軌道上で旋回させられるようにしている。
圧縮機構部4には吐出孔31及びリード弁31aが設けられ、吐出孔31は固定鏡板11aと蓋体65で構成された吐出室62に開口される。吐出室62は固定渦巻部11および主軸受部材51ないしはこれらと本体ケーシング3との間に形成した連絡通路63を通じて、電動機5側に通じている。そして、電動機5を冷却しながら本体ケーシング3の吐出口9から吐出されるまでの長い過程で、冷媒は衝突、遠心、絞りなど各種の気液分離を図って潤滑油7の分離を受けながらも、随伴している一部潤滑油7によって副軸受41の潤滑も行う。
インバータ装置301について説明する。インバータ装置301は、インバータケース302、吐出室62の反対側に回路基板103と、電流平滑コンデンサ108などを収容して構成され、回路基板103には主たる発熱源となるスイッチング素子を含むIPM(インテリジェントパワーモジュール)105が搭載される。電動機5からのリード線81は固定鏡板11aの外周近傍に設けられた連絡通路82を通してハーネスコネクタ107に接続され、圧縮機ターミナル106に差込固定される。インバータ装置301は、ターミナル106に電気接続される。そして、IPM105の温度、電動機5の温度などをモニタしながら電動機5を駆動する。圧縮機ターミナル106はトメワ80によってインバータケース302に固定される。インバータ装置301は外部との電気的な接続を行う図示しないハーネスコネクタが設けられている。
遮音および制振効果のあるシート材120で、電動機5あるいは圧縮機構部4から発生する騒音が、インバータカバー113を透過して外部に放射されるのを防いでいる。インバータケース302のネジ穴115に、インバータカバー113を、ネジ通し穴114を通しネジ55で固定し、インバータ装置301を外力から保護している。インバータケース302は、ボルト通し穴116を通るボルト(図示せず)により、Oリング91をはさみ気密的に本体ケーシング3に締結される。
インバータ装置301の冷却構造について説明する。インバータケース302と固定スクロール11の固定鏡板11aとを、Oリング92を用いて気密的に組み合せることにより、吸入口8から通じる吸入冷媒通路361が形成される。吸入口8から吸入された冷媒は、吸入冷媒通路361に拡散され、端部壁302aを冷却すると共に、背面に搭載されているIPM105等の発熱体と熱交換を行ったのち、固定鏡板11aの通路穴71を介して圧縮空間10に流入する。
特開2009−97503号公報(第11頁、第1図)
上記のようなインバータ装置の冷却構造に関して次のような課題がある。インバータ装置の温度は所定の温度以下に制限する必要があるが、周囲温度、圧縮機構部、電動機、IPMなどの温度に依存するため、吸入冷媒にて充分に冷却できず、所定の温度以下に制限
できなくなる場合がある。このような場合には、冷凍サイクルの運転条件を調節することになる。例えば、膨張弁の調節、熱交換器の風量調節、電動圧縮機回転数の調節などである。これにより、冷却効果は高められるが、冷凍サイクルの運転条件を調節するため、空調の快適性が損なわれたり、運転効率の低下を招いたりすることになる。また、冷凍サイクルの運転制御が複雑になる。
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、冷凍サイクルの運転条件を調節することなく、冷凍サイクルの運転効率を確保して、インバータ装置を吸入冷媒で冷却することができるインバータ装置一体型電動圧縮機の提供を目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のインバータ装置一体型電動圧縮機は、インバータ装置を冷却するための吸入冷媒通路を、インバータ装置の主たる発熱部に直近の第1の通路と、第一の通路に並列の第2の通路とで構成し、第2の通路には通路開閉装置が備えられて、通路開閉装置は、インバータ装置の温度が高い場合には閉となり、インバータ装置の温度が低い場合には開となるものである。
これにより、周囲温度、圧縮機構部、電動機、IPMなどの温度条件により、インバータ装置の温度が高い場合には、第2の通路が閉となる。そのため、インバータ装置の主たる発熱部に直近の第1の通路のみに吸入冷媒が集中し温度勾配が大きいため効果的にインバータ装置が冷却される。これにより、冷凍サイクルの運転条件調節は不要になり空調の快適性、運転効率が確保される。
一方、インバータ装置の温度が低い場合には、第2の通路が開となる。そのため、第1の通路と第2の通路の両方に吸入冷媒が流れるため通路抵抗が小さくなる。これにより、電動圧縮機の効率が向上し、結果として冷凍サイクルの運転効率が確保される。
本発明のインバータ装置一体型電動圧縮機は、冷凍サイクルの運転条件を調節することなく、冷凍サイクルの運転効率を確保して、インバータ装置を吸入冷媒で冷却することができる。
本発明の実施の形態1におけるインバータ装置一体型電動圧縮機の縦断面図(第2の通路開) 同吸入冷媒通路周辺の拡大図(第2の通路開) 同インバータケースの冷却通路空間の分解構造図(第2の通路開) 同インバータケースの吸入冷媒通路側の拡大図(第2の通路開) 同吸入冷媒通路周辺の拡大図(第2の通路閉) 同インバータケースの冷却通路空間の分解構造図(第2の通路閉) 同インバータケースの吸入冷媒通路側の拡大図(第2の通路閉) 同インバータケースの回路基板側の分解構造図 本発明の実施の形態2における吸入冷媒通路周辺の拡大図(第2の通路開) 同インバータケースの吸入冷媒通路側の拡大図(第2の通路開) 同吸入冷媒通路周辺の拡大図(第2の通路閉) 同インバータケースの吸入冷媒通路側の拡大図(第2の通路閉) 同インバータケースの回路基板側の分解構造図 従来のインバータ装置一体型電動圧縮機の縦断面図 同吸入冷媒通路周辺の拡大図 同インバータケースの冷却通路空間の分解構造図 同インバータケースの回路基板側の分解構造図
第1の発明は、インバータ装置を冷却するための吸入冷媒通路を、インバータ装置の主たる発熱部に直近の第1の通路と、第一の通路に並列の第2の通路とで構成し、第2の通路には通路開閉装置が備えられて、通路開閉装置は、インバータ装置の温度が高い場合には閉となり、インバータ装置の温度が低い場合には開となるものである。
これにより、周囲温度、圧縮機構部、電動機、IPMなどの温度条件により、インバータ装置の温度が高い場合には、第2の通路が閉となる。そのため、インバータ装置の主たる発熱部に直近の第1の通路のみに吸入冷媒が集中し温度勾配が大きいため効果的にインバータ装置が冷却される。冷凍サイクルの運転条件調節は不要になり空調の快適性、運転効率が確保される。
一方、インバータ装置の温度が低い場合には、第2の通路が開となる。そのため、第1の通路と第2の通路の両方に吸入冷媒が流れるため通路抵抗が小さくなる。これにより、電動圧縮機の効率が向上し、結果として冷凍サイクルの運転効率が確保される。
第2の発明は、第1の発明のインバータ装置一体型電動圧縮機において、通路開閉装置の開閉は、温度に応じて形状の変化する部材により行われるものである。これにより、温度検出器、制御装置などを必要とせず、部品も少なく実現できる。
第3の発明は、第2の発明のインバータ装置一体型電動圧縮機において、温度に応じて形状の変化する部材は形状記憶合金とするものである。これにより、バイメタルなどに比較し特定の温度での形状変化が大きいので通路開閉が迅速に行える。
第4の発明は、第1の発明のインバータ装置一体型電動圧縮機において、通路開閉装置の開閉は、電磁石により行われるものである。インバータケース材質が磁性の低いものであれば、インバータケースの端部壁を介しても、開閉ドアを開閉することができる。そのため、冷媒の気密性を保つことができる。
第5の発明は、第4の発明のインバータ装置一体型電動圧縮機において、第2の通路の材質はアルミとするものである。アルミは、磁性が低く、インバータケースの端部壁(第2の通路)を介しても、開閉ドアを開閉することができる。また、一般的に使用される材質なので、実現し易い。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係るインバータ装置一体型電動圧縮機の縦断面図である。この図では、第2の通路が開の場合を示している。従来のインバータ装置一体型電動圧縮機の縦断面図である図14との相違点は、吸入冷媒通路周辺が変更されている点であり、インバータ装置301がインバータ装置101となっている。吸入冷媒通路周辺を明確にするために、蓋体65のネジなどは省略している。電動圧縮機の1の構成作動の説明は、従来と同じであるので割愛する。同一箇所の符号は、そのまま適用する。
図1、図3、図8により、インバータ装置101の概要について説明する。インバータ装置101は、インバータケース102、吐出室62の反対側に回路基板103と、電流平滑コンデンサ108などを収容して構成され、回路基板103には主たる発熱源となる
スイッチング素子を含むIPM(インテリジェントパワーモジュール)105が搭載される。電動機5からのリード線81は固定鏡板11aの外周近傍に設けられた連絡通路82を通してハーネスコネクタ107に接続され、圧縮機ターミナル106に差込固定される。インバータ装置101は、ターミナル106に電気接続される。そして、IPM105の温度、電動機5の温度などをモニタしながら電動機5を駆動する。温度のモニタは図示していない温度センサ、回路基板103上の制御回路でなされる。圧縮機ターミナル106はトメワ80によってインバータケース302に固定される。インバータ装置101は外部との電気的な接続を行う図示しないハーネスコネクタが設けられている。
遮音および制振効果のあるシート材120で、電動機5あるいは圧縮機構部4から発生する騒音が、インバータカバー113を透過して外部に放射されるのを防いでいる。インバータケース102のネジ穴115に、インバータカバー113をネジ通し穴114を通しネジ55で固定し、インバータ装置101を外力から保護している。インバータケース102は、ボルト通し穴116を通るボルト(図示せず)により、Oリング91をはさみ気密的に本体ケーシング3に締結される。
インバータ装置101の冷却構造について説明する。インバータケース102と固定スクロール11の固定鏡板11aとを、とOリング92を用いて気密的に組み合せることにより吸入口8から通じる吸入冷媒通路が形成される。吸入冷媒通路は、仕切り板201により、第1の通路61と第1の通路に並列の第2の通路200とに分けられる。第1の通路61は、主たる発熱源となるIPM105の部分に吸入冷媒が集中するように面積を絞っている。第2の通路200には、通路開閉装置としての形状記憶合金202が備えられている。形状記憶合金202は、端部壁102aからの熱を受け、形状が変化する。
まず、インバータ装置101の温度が低い場合について、図1〜図4により説明する。インバータ装置101の温度が低いため、通路開閉装置としての形状記憶合金202は平らな状態であり、第2の通路200は開となっている。そのため、吸入口8から吸入された冷媒は、第1の通路61と第2の通路200との両方に拡散され、端部壁102aを冷却すると共に、第1の通路61側の背面に搭載されているIPM105等の発熱体と熱交換を行ってこれを冷却したのち、固定鏡板11aの通路穴71を介して圧縮空間10に流入する。そのため、第1の通路61と第2の通路200の両方に吸入冷媒が流れるため通路抵抗が小さくなる。これにより、電動圧縮機1の効率が向上し、結果として冷凍サイクルの運転効率が確保される。
次に、インバータ装置101の温度が高い場合について、図5〜図7により説明する。インバータ装置101の温度が高いため、通路開閉装置としての形状記憶合金202は曲がった状態であり、第2の通路200は閉となる。そのため、吸入口8から吸入された冷媒は、第1の通路61のみに拡散され、端部壁102aを冷却すると共に、第1の通路61側の背面に搭載されているIPM105等の発熱体と熱交換を行ってこれを冷却したのち、固定鏡板11aの通路穴71を介して圧縮空間10に流入する。これにより、インバータ装置101の主たる発熱部IPM105に直近の第1の通路61のみに吸入冷媒が集中し、部分的で小さい面積のIPM105に発熱が集中して温度勾配が大きいため、効果的にインバータ装置101が冷却される。温度勾配が大きいため、第1の通路61に放熱フィンを設けると更に冷却効果が大きい。これにより、冷凍サイクルの運転条件調節は不要になり空調の快適性、運転効率が確保される。
上記のように、本実施の形態のインバータ装置一体型電動圧縮機は、冷凍サイクルの運転条件を調節することなく、冷凍サイクルの運転効率を確保して、インバータ装置を吸入冷媒で冷却することができる。
尚、吸入冷媒通路は複数に分けて細かく調節しても良い。通路開閉装置としては、形状記憶合金に限らず、バイメタル、温度で膨張収縮する部材などでも良い。形状記憶合金は、吸入冷媒の下流側が曲がるようにしても良い。開閉に限らず半分開など途中段階があっても良い。バイメタルなどにより温度に対して開度が線形でも良い。図3、図4、図6、図7の破線表示部は、IPM105が端部壁102aの回路基板103側にあることを示す。図2のように形状記憶合金が端部壁くぼみに収まるようにすると安定し易い。形状記憶合金の形状が変化し曲がった状態となる温度は、例えば80℃であり、インバータ装置の温度仕様により決めれば良い。
(実施の形態2)
図9〜図13は実施の形態2を示し、この実施の形態2においては、実施の形態1から通路開閉装置を変更している。これにより、インバータ装置101をインバータ装置121としている。インバータ装置121の冷却構造について、図9〜図13により説明する。
吸入冷媒通路の形成に関しては実施の形態1と同様である。吸入冷媒通路は、仕切り板201により、第1の通路61と第1の通路に並列の第2の通路200とに分けられる。第1の通路61は、主たる発熱源となるIPM105の部分に吸入冷媒が集中するように面積を絞っている。第2の通路200には、通路開閉装置としての開閉ドア203が永久磁石205、ヒンジ206とともに備えられている。インバータケース122の端部壁122aの回路基板123側には、永久磁石205との相互作用により、開閉ドア203を開閉するための電磁石204を備えている。電磁石204は、制御回路207により、温度センサ208にてIPM105の温度または端部壁122aの温度をモニタすることにより、制御される。
まず、インバータ装置121の温度が低い場合について、図9、図10により説明する。インバータ装置121の温度が低いため、電磁石204は永久磁石205とともに通路開閉装置としての開閉ドア203を吸引しており、第2の通路200は開となっている。そのため、吸入口8から吸入された冷媒は、第1の通路61と第2の通路200との両方に拡散され、端部壁122aを冷却すると共に、第1の通路61側の背面に搭載されているIPM105等の発熱体と熱交換を行ったのち、固定鏡板11aの通路穴71を介して圧縮空間10に流入する。そのため、第1の通路61と第2の通路200の両方に吸入冷媒が流れるため通路抵抗が小さくなる。これにより、電動圧縮機1の効率が向上し、結果として冷凍サイクルの運転効率が確保される。
次に、インバータ装置121の温度が高い場合について、図11、図12により説明する。インバータ装置121の温度が高いため、電磁石204は永久磁石205とともに通路開閉装置としての開閉ドア203と反発しており、第2の通路200は閉となる。そのため、吸入口8から吸入された冷媒は、第1の通路61のみに拡散され、端部壁122aを冷却すると共に、第1の通路61側の背面に搭載されているIPM105等の発熱体と熱交換を行ったのち、固定鏡板11aの通路穴71を介して圧縮空間10に流入する。これにより、インバータ装置121の主たる発熱部IPM105に直近の第1の通路61のみに吸入冷媒が集中し、部分的で小さい面積のIPM105に発熱が集中して温度勾配が大きいため、効果的にインバータ装置121が冷却される。温度勾配が大きいため、第1の通路61に放熱フィンを設けると更に冷却効果が大きい。これにより、冷凍サイクルの運転条件調節は不要になり空調の快適性、運転効率が確保される。
上記のように、本実施の形態のインバータ装置一体型電動圧縮機は、冷凍サイクルの運転条件を調節することなく、冷凍サイクルの運転効率を確保して、インバータ装置を吸入冷媒で冷却することができる。
尚、吸入冷媒通路は複数に分けて細かく調節しても良い。開閉ドアは、吸入冷媒の下流側が上がるようにしても良い。図10、図12の四角破線表示部は、IPM105が端部壁102aの回路基板123側にあることを示す。図10〜図12の丸表示部は、開閉ドア203に備えられた永久磁石を示す。端部壁がアルミであれば磁束が通過できるため磁石が作用する。図9のように永久磁石が端部壁くぼみに収まるようにすると安定し易い。開閉ドアも端部壁くぼみに収まるようにすると安定し易い。図13に電流平滑コンデンサが無いが回路基板上など適当な場所に移動すれば良い。
以上のように、本発明にかかるインバータ装置一体型電動圧縮機は、冷凍サイクルの運転条件を調節することなく、冷凍サイクルの運転効率を確保して、インバータ装置を吸入冷媒で冷却することができるので、民生用、産業用、各種インバータ装置一体型電動圧縮機に適用できる。
1 電動圧縮機
3 本体ケーシング
4 圧縮機構部
5 電動機
8 吸入口
11 固定スクロール
11a 固定鏡板
30 冷媒
61 第1の通路(吸入冷媒通路)
65 蓋体
71 通路穴
92 Oリング(圧縮機構部とインバータケース間用)
101 インバータ装置(実施の形態1)
102 インバータケース(実施の形態1)
102a 端部壁(実施の形態1)
103 回路基板(実施の形態1)
105 IPM(主たる発熱部)
108 電流平滑コンデンサ
113 インバータカバー
121 インバータ装置(実施の形態2)
122 インバータケース(実施の形態2)
122a 端部壁(実施の形態2)
123 回路基板(実施の形態2)
200 第2の通路(吸入冷媒通路)
201 仕切り板
202 形状記憶合金(通路開閉装置)
203 開閉ドア(通路開閉装置)
204 開閉ドア用電磁石(通路開閉装置)
205 開閉ドア用永久磁石(通路開閉装置)
206 開閉ドア用ヒンジ(通路開閉装置)
207 制御回路
208 温度センサ

Claims (5)

  1. 吸入冷媒により冷却されるインバータ装置を搭載するインバータ装置一体型電動圧縮機において、インバータ装置を冷却するための吸入冷媒通路を、インバータ装置の主たる発熱部に直近の第1の通路と、第1の通路に並列の第2の通路とで構成し、前記第2の通路には通路開閉装置が備えられて、前記通路開閉装置は、インバータ装置の温度が高い場合には閉となり、インバータ装置の温度が低い場合には開となることを特徴とするインバータ装置一体型電動圧縮機。
  2. 通路開閉装置の開閉は、温度に応じて形状の変化する部材により行われることを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置一体型電動圧縮機。
  3. 温度に応じて形状の変化する部材は形状記憶合金であることを特徴とする請求項2に記載のインバータ装置一体型電動圧縮機。
  4. 通路開閉装置の開閉は、電磁石により行われることを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置一体型電動圧縮機。
  5. 第2の通路の材質はアルミであることを特徴とする請求項4に記載のインバータ装置一体型電動圧縮機。
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WO2016031153A1 (ja) * 2014-08-29 2016-03-03 株式会社デンソー 電子部品の冷却構造、および電動コンプレッサ
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