JP2017184451A - 誘導電動機および圧縮機 - Google Patents

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Mitsuhiko Sato
光彦 佐藤
金子 清一
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Abstract

【課題】集中巻き誘導電動機における回転子コアの外周面と固定子コアのティース先端面との接触を防止する技術を提供する。【解決手段】誘導電動機100は、固定子200と、回転子300を備えている。固定子200は、固定子コア210と、固定子コア210のティース212(ティース基部213)に集中巻き方式で巻き付けられた固定子巻線250を有している。回転子300は、回転子コア310と、回転子コア310より下方(軸方向一方側)において回転可能に支持されている回転軸400を有している。固定子コア210は、下方(軸方向一方側)に配置される第1のコア部分210aと、上方(軸方向他方側)に配置される第2のコア部分210bを有している。第2のコア部分210bは、ティース先端面215の両端側の部分における回転子コア310の外周面311とティース先端面215との間の空隙Gの長さが、周方向中央側から周方向両端に向かって増加するように構成されている。【選択図】図2

Description

本発明は、誘導電動機、特に、固定子巻線が集中巻き方式でティースに巻き付けられている誘導電動機に関する。
機器を駆動する誘導電動機として、固定子巻線が集中巻き方式で巻き付けられる集中巻き方式の誘導電動機(「集中巻き誘導電動機」という)が用いられている。
図7、図8に、特許文献1に開示されている集中巻き誘導電動機が示されている。図7は、従来の集中巻き誘導電動機500の、軸方向に直角な断面図であり、図8は、図7の矢印VIIIで示されている部分の拡大図である。従来の集中巻き誘導電動機500は、固定子600と回転子700を備えている。固定子600は、固定子コア610と固定子巻線650を有している。固定子コア610は、周方向に沿って延在するヨーク611と、径方向に沿って延在するティース612を有し、ティース612は、ヨーク611から径方向に沿って内周側に延在するティース基部613と、ティース基部613の径方向内周側に設けられ、周方向に沿って延在するティース先端部614を有している。ティース先端部614の径方向内周側には、固定子コア610の内周面を形成するティース先端面615が形成されている。固定子巻線650は、ティース基部613に集中巻き方式で巻き付けられている。回転子700は、回転子コア710と回転軸800を有している。回転子コア710には、銅やアルミニウム等により形成される導体720が周方向に沿って設けられている。
特開2010−11674号公報
集中巻き方式の誘導電動機は、固定子巻線が分布巻き方式で巻きつけられる分布巻き方式の誘導電動機(「分布巻き誘導電動機」という)に比べて銅線の使用量が少ない。そこで、圧縮機を構成する圧縮機構部を駆動する電動機として集中巻き誘導電動機を使用することが検討されている。
ここで、集中巻き誘導電動機では、ティース(ティース基部)に巻き付けられた固定子巻線の巻き付け圧力によって、ティース先端部の両端側の部分が変形する。例えば、図8に破線で示されているように変形する。すなわち、固定子コア610の内周面(ティース先端面615)の両端側の部分が、回転子コア710の外周面711に接近する方向に変形する。
また、例えば、ロータリー圧縮機等では、圧縮機構部を駆動する電動機は、圧縮機構部の上方に配置され、電動機の回転軸は、回転子コアより下方側において回転可能に支持される(「片持ち支持」という)。電動機の回転軸が、回転子コアより下方側の箇所で片持ち支持されている場合には、回転子コアは、回転軸の、片持ち支持されている箇所の近傍を中心に振れる。
このため、このような圧縮機に従来の集中巻き誘導電動機600を用いると、回転子コア710の外周面711と固定子コア610の内周面(ティース先端面615)が接触するおそれがある。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、回転子コアの外周面と固定子コアの内周面(ティース先端面)との接触を防止することができる集中巻き誘導電動機および集中巻き誘導電動機を備える圧縮機を提供することを目的とする。
第1発明は、固定子巻線が集中巻き方式でティースに巻きつけられる誘導電動機(「集中巻き誘導電動機」)に関する。
本発明の誘導電動機は、固定子コアと固定子巻線を有する固定子と、回転子コアと回転軸を有する回転子を備えている。
固定子コアは、複数の板状部材を積層した積層体により構成され、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿って延在するヨークと、径方向に沿って延在する複数のティースを有している。ティースは、ヨークから径方向に沿って内周側に延在するティース基部と、ティース基部の径方向内周側に設けられ、周方向に沿って延在するティース先端部を有している。ティース先端部の径方向内周側には、固定子コアの内周面を形成するティース先端面が形成されている。固定子巻線は、ティース基部に集中巻き方式で巻き付けられている。固定子コアは、軸方向一方側に軸方向一方側端面を有し、軸方向他方側に軸方向他方側端面を有している。
回転子コアは、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿って複数の導体が配置されている。導体は、例えば、銅、アルミニウムにより形成される。好適には、回転子コアの外周面は、円形に形成される。回転軸は、ティース先端面(固定子コアの内周面)と回転子コアの外周面との間に空隙を有する状態で固定子コアに対して回転可能に支持されている。
本発明では、固定子コアは、軸方向一方端面側に配置される第1のコア部分と、第1のコア部分より軸方向他方端面側に配置される第2のコア部分により構成されている。そして、第2のコア部分は、ティース先端面の周方向一方端側の部分および周方向他方端側の部分における空隙の長さが、周方向一方端側の部分と周方向他方端側の部分との間の中央部分における空隙の長さより長くなるように構成されている。好適には、第2のコア部分を構成する板状部材として、ティース先端面が、ティース先端面の両端側の部分における空隙の長さが中央部分における空隙の長さより長くなるように形成されている板状部材が用いられる。第1のコア部分は、好適には、空隙の長さが等しくなる(「略等しくなる」を含む)ように構成される。第2のコア部分の軸方向に沿った長さは、適宜設定される。
本発明では、固定子コアの、軸方向他方端面側の部分が、ティース先端面の周方向両端側の部分における空隙の長さが中央部分における空隙の長さより長くなるように構成されているため、固定子コアの、軸方向他方端面側の部分におけるティース先端面と回転子コアの外周面との接触を防止することができる。
本発明は、好適には、回転軸が、固定子コアと軸方向一方側において回転可能に支持されている誘導電動機として構成される。
第1発明の異なる形態では、第2のコア部分は、ティース先端面の周方向一方端側の部分における空隙の長さが、中央部分と周方向一方端側の部分との接続部から周方向一方端に向かって増加し、ティース先端面の周方向他方端側の部分における空隙の長さが、中央部分と周方向他方端側の部分との接続部から周方向他方端に向かって増加するように構成されている。
本形態では、固定子の、軸方向他方端面側の部分におけるティース先端面と回転子コアの外周面との接触をより確実に防止することができる。
第1発明の異なる形態では、第2のコア部分の、周方向一方端側の部分および周方向他方端側の部分におけるティース先端面は、周方向に沿って直線状に延在している。
本形態では、第2のコア部分の、ティース先端面の周方向両端側の部分を流れる磁束が急激に変化するのを防止することができる。
本発明の異なる形態では、回転軸は、回転子コアより軸方向一方側において回転可能に支持されている。
本形態では、回転軸が、回転子コアより軸方向一方側で回転可能に支持(片持ち支持)されている場合におけるティース先端面と回転子コアの外周面との接触を防止することができる。
第2発明は、圧縮機に関する。
本発明の圧縮機は、容器と、作動媒体を圧縮する圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する電動機を備えている。圧縮機構部と電動機は、容器、好適には、密閉容器内に配置される。また、圧縮機構部は、電動機より軸方向一方側に配置されている。圧縮機は、好適には、ロータリー圧縮機として構成される。そして、電動機として前述した誘導電動機のいずれかが用いられている。
第2発明は、前述した誘導電動機と同様の効果を有する。
本発明では、回転子コアの外周面と固定子コアの内周面との接触を防止することができる。
本発明の圧縮機の一実施形態の概略構成を示す図である。 本発明の誘導電動機の一実施形態の概略構成を示す図である。 図2のIII−III線断面図である。 図3の矢印IVで示される部分の拡大図である。 図2のV−V線断面図である。 図5の矢印VIで示される部分の拡大図である。 従来の誘導電動機の断面図である。 図7の矢印VIIIで示される部分の拡大図である。
以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
本明細書では、「軸方向」という記載は、回転子コアが固定子コアに対して回転可能に配置されている状態において、回転子コア(回転軸)の回転中心点Pを通る回転中心線の方向を示す。「周方向」という記載は、回転子コアが固定子コアに対して回転可能に配置されている状態において、軸方向に直角な断面でみて、回転中心点Pを中心とする円周方向を示す。「径方向」という記載は、回転子コアが固定子コアに対して回転可能に配置されている状態において、軸方向に直角な断面でみて、回転中心点Pを通る方向を示す。
また、「上方」あるいは「上側」という記載は、特に断りがない場合には、鉛直方向に沿った上方あるいは上側を示し、「下方」あるいは「下側」という記載は、特に断りがない場合には、鉛直方向に沿った下方あるいは下側を示す。
先ず、本発明の圧縮機の一実施形態を、図1を参照して説明する。本実施形態の圧縮機10は、密閉容器内にロータリー型の圧縮機構部が配置されているロータリー圧縮機として構成されている。
圧縮機10は、密閉容器20、密閉容器20内に収容されている圧縮機構部30および誘導電動機100、アキュムレータ40等により構成されている。本実施形態では、誘導電動機100は、鉛直方向に沿って、圧縮機構部30の上方に配置されている。
密閉容器20には、誘導電動機100の下方に吸入口22が設けられ、誘導電動機100の上方に吐出口21が設けられている。また、密閉容器20の底部(圧縮機構部30の下方)には、回転軸400の軸受部23および24や圧縮機構部30の摺動部等に供給する潤滑油が貯留される油溜め34が設けられている。
密閉容器20が、本発明の「容器」に対応する。
圧縮機構部30は、熱エネルギーを移動させる作動媒体(一般的には、「冷媒」が用いられる)を圧縮する。作動媒体としては、オゾン層破壊係数(ODP)がゼロであるHFC(ハイドロフルオロカーボン)冷媒、例えば、HFC−R410aが用いられている。なお、近年、地球温暖化係数(GWP)がHFC−R410aより小さい(約1/3)HFC−R32が用いられるようになっている。
圧縮機構部30は、シリンダ31、回転軸400により回転される偏心ロータ32、圧縮室33により構成されている。回転軸400は、軸受部23と24により回転可能に支持されている。すなわち、回転軸400は、下方側において片持ち支持されている。
誘導電動機100の回転軸400が回転して、圧縮機構部30の偏心ロータ32が回転すると、吸入口22から吸入された作動媒体が圧縮室33内で圧縮される。
なお、回転軸400の回転によって、油溜め34に貯留されている潤滑油が軸受部23と24、圧縮機構部30の摺動部等に供給される。軸受部23と24や摺動部等を潤滑した潤滑油は、油溜め34に戻される。
圧縮機構部30で圧縮された作動媒体は、誘導電動機100(例えば、固定子コア210と回転子コア310との間の空隙、固定子コア210に形成された通路孔)を通って吐出口21から吐出される。
アキュムレータ40は、吐出口21から吐出された作動媒体に混入されている潤滑油を分離する。アキュムレータ40で潤滑油が分離された作動媒体は、吸入菅41および吸入口22を介して圧縮機構部30に戻される。
なお、アキュムレータ40で作動媒体から分離された潤滑油は、油溜め34に戻される。
次に、本発明の誘導電動機の一実施形態を、図2〜図5を参照して説明する。
図2は、本実施形態の誘導電動機100の概略構成示す図である。図3は、図2のIII−III線断面図(軸方向に直角な断面図)であり、図4は、図3の矢印IVで示される部分の拡大図である。図5は、図2のV−V線断面図(軸方向に直角な断面図)であり、図6は、図5に矢印VIで示される部分の拡大図である。
本実施形態の誘導電動機100は、固定子200と回転子300を備えている。
固定子200は、固定子コア210と固定子巻線250により構成されている。
固定子コア210は、積層された複数の板状部材(例えば、電磁鋼板)により構成され、下方側に端面210Aを有し、上方側に端面210Bを有している。
端面210Aが、本発明の「軸方向一方端面」に対応し、端面210Bが、本発明の「軸方向他方端面」に対応する。
固定子コア210は、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿って延在しているヨーク211と、径方向に沿って延在しているとともに、周方向に沿って配置されている複数のティース212と、周方向に隣接するティース212によって形成されるスロット216を有している。ティース212は、ヨーク211から径方向に沿って内周側(回転中心点P側)に延在するティース基部213と、ティース基部213の径方向内周側に設けられ、周方向に沿って延在するティース先端部214を有している。ティース先端部214の径方向内周側にはティース先端面215が形成されている。ティース先端面215によって、回転子コア310が挿入される回転子挿入空間が形成される。すなわち、ティース先端面215によって、固定子コア210の内周面が形成されている。
固定子巻線250は、ティース212(具体的には、ティース基部213)に、集中巻き方式で巻き付けられる。すなわち、本実施形態の誘導電動機100は、集中巻き誘導電動機として構成されている。
回転子300は、回転子コア310と回転軸400により構成されている。
回転子コア310は、積層された複数の板状部材(例えば、電磁鋼板)により構成されている。回転子コア310の外周面311は、回転中心点Pを中心点とする円形に形成されている。また、回転子コア310には、導体(「二次導体」ともいう)320が周方向に沿って配置されている。導体320は、例えば、銅やアルミニウムにより形成される。
回転軸400は、回転子コア310の内周面312により形成される回転軸挿入孔に圧入等によって挿入される。回転軸400は、ティース先端面215(固定子コア210の内周面)と回転子コア310の外周面との間に空隙Gを有する状態で回転子コア310が回転可能に支持されている。空隙Gについては、後述する。本実施形態では、図1に示されているように、回転軸400は、回転子コア310より下方側(軸方向一方側)において軸受部23と24によって回転可能に支持されている。すなわち、回転軸400は、回転子コア310より軸方向一方側において片持ち支持されている。
なお、図1に示されているように、本実施形態では、回転軸400は、圧縮機構部30を構成する偏心ロータ32に連結されている。
本実施形態では、回転子300の回転軸400が、回転子コア310の下方に配置されている軸受部23と24により回転可能に支持されている。すなわち、回転軸400は、固定子コア210の上方側(軸方向他方側)において、軸受部で支持されていない。このため、回転子コア310が、軸受部の付近の箇所を中心に振れるおそれがある。
また、固定子巻線250がティース212(ティース基部213)に集中巻き方式で巻き付けられた場合、固定子巻線250の巻き付け力によってティース先端部214の周方向両端側の部分が変形し、ティース先端面215と回転子コア310の外周面311との間の空隙が減少するおそれがある(図8参照)。
また、誘導電動機では、ティース先端面215と回転子コア310の外周面311との間の空隙Gが非常に狭く設定される。
このように、回転軸400の片持ち支持による回転子コア310の振れや、固定子巻線250の巻き付け力によるティース先端部214の両端側の部分における空隙の長さの減少により、ティース先端面215と回転子コア310の外周面311とが接触するおそれがある。特に、固定子コア210のティース先端面215の、軸受部23および24より反対側、すなわち上方側(軸方向他方側)の部分が、回転子コア310の外周面311と接触するおそれが高い。
本実施形態では、固定子コア210のティース先端面215と回転子コア310の外周面311との接触、特に、ティース先端面215の上方側(軸方向他方側)の部分と回転子コア310の外周面311との接触を、以下のようにして防止している。
本実施形態では、図2に示されているように、固定子コア210は、端面210A側(軸方向一方端面側)に配置される第1のコア部分210aと、端面210B側(軸方向他方端面側)に配置される第2のコア部分210bにより構成されている。
第1のコア部分210aと第2のコア部分210bは、ティース先端部214の両端側の部分における空隙Gの長さが異なっている。
第1のコア部分210aは、図3および図4に示されているように、ティース先端面215と回転子コア310外周面311との間の空隙GがG1となるように構成されている。本実施形態では、第1のコア部分210aのティース先端面215は、回転中心点Pを中心点とする円弧に沿って延在している。
第1のコア部分210aを構成する方法としては、例えば、ティース先端面215が、ティース先端面215と回転子コア310の外周面311との間の空隙GがG1となるように形成された板状部材を打ち抜き加工により製造して積層する方法を用いることができる。
第2のコア部分210bは、図5および図6に示されているように、ティース先端面215が、周方向中央に配置される第1の部分215Aと、周方向一方端部215c側に配置される第2の部分215Bと、周方向他方端部215d側に配置される第3の部分215Cにより形成されている。すなわち、第1の部分215Aは、第1の部分215Aと第2の部分215Bとの接続部215aと、第1の部分215Aと第3の部分215Cとの接続部215bとの間に延在している。また、第2の部分215Bは、接続部215aと周方向一方端部215cとの間に延在している。また、第3の部分215Cは、接続部215bと周方向他方端部215dとの間に延在している。
本実施形態では、第2の部分215Bが、本発明の「ティース先端面の周方向一方端部側の部分」に対応し、第3の部分215Cが、本発明の「ティース先端面の周方向他方端部側の部分」に対応し、第1の部分215Aが、本発明の「ティース先端面の、周方向一方端部側の部分と周方向他方端部側の部分との間の中央部分」に対応する。
第2のコア部分210bは、ティース先端面215の第1の部分215Aにおけるティース先端面215と回転子コア310の外周面311との間の空隙GがG1となるように構成されている。また、ティース先端面215の第2の部分215Bにおける空隙Gが、周方向に沿って接続部215aから周方向一方端部215cに向かってG1からG2(G2>G1)に増加するように構成されている。また、ティース先端面215の第3の部分215Cにおける空隙Gが、周方向に沿って接続部215bから周方向他方端部215dに向かってG1からG2に増加するように構成されている。本実施形態では、第1の部分215Aは、接続部215aと215bの間に、回転中心点Pを中心点とする円弧に沿って延在している。また、第2の部分215Bは、接続部215aと周方向一方端部215cの間に、周方向に沿って直線状に延在している。また、第3の部分215Cは、接続部215bと周方向他方端部215dの間に、周方向に沿って直線状に延在している。
第2のコア部分210bを構成する方法としては、例えば、ティース先端面215が、第1の部分215Aにおいて、空隙GがG1となり、第2の部分215Bにおいて、周方向に沿って接続部215aから周方向一方端部215cに向かってG1からG2に直線状に増加し、第3の部分215Cにおいて、周方向に沿って接続部215bから周方向他方端部215dに向かってG1からG2に直線状に増加するように形成された板状部材を打ち抜き加工により製造して積層する方法を用いることができる。
本実施形態では、固定子コア210の上側(軸方向一方端面側)の部分が、ティース先端面の周方向両端部の部分における空隙の長さが中央部分における空隙の長さより長くなるように構成されている。これにより、回転軸400が回転子コア310より下方(軸方向一方側)において片持ち支持されている場合において、固定子コア210のティース先端面215と回転子コア310の外周面311が接触するのを防止することができる。
本発明は、実施形態で説明した構成に限定されず、種々の変更、追加、削除が可能である。
軸方向他方端面側に配置される第2のコア部分の軸方向に沿った長さは、適宜設定される。
第2のコア部分のティース先端面の周方向両端部側の部分の形状は、直線状に限定されない。例えば、周方向に沿って段階的に増加する形状や、曲線状に増加する形状に形成することもできる。
第2のコア部分のティース先端面の周方向両端部側の部分の周方向に沿った長さや、周方向両端部側の部分における周方向に沿った空隙の長さの増加割合等は、回転子コアの振れの程度や空隙の長さの規定値等に応じて適宜設定される。
固定子コアを、2つのコア部分により構成したが、3以上のコア部分により構成することもできる。その場合、各コア部分のティース先端面の周方向両端部側の部分における形状は、適宜設定することができる。
実施形態では、回転軸が回転子コアと軸方向一方側において片持ち支持されている場合における回転子コアの外周面とティース先端面(固定子コアの内周面)との接触防止について説明したが、本発明の誘導電動機は、回転子コアの外周面とティース先端面(固定子コアの内周面)、特に、ティース先端面の軸方向他方端面側の部分との接触を防止するために用いることができる。
本発明の誘導電動機は、好適には、圧縮機を構成する圧縮機構部を駆動する電動機として用いられるが、他の種々の機器を駆動する電動機として用いることができる。
実施形態で説明した各構成は、単独で用いることもできるし、適宜選択した複数の構成を組み合わせて用いることもできる。
10 圧縮機
20 ハウジング
21 吐出口
22 吸入口
23、24 軸受部
30 圧縮機構部
31 シリンダ
32 偏心ロータ
33 圧縮室
34 潤滑油溜め
40 アキュムレータ
41 吸入管
100 誘導電動機
200、600 固定子
210、610 固定子コア
210A 軸方向一方端面
210B 軸方向他方端面
210a 第1のコア部分
210b 第2のコア部分
211、611 ヨーク
212、612 ティース
213 ティース基部
214 ティース先端部
215、615 ティース先端面
215a、215b 接続部
215c 周方向一方端部
215d 周方向他方端部
215A 第1の部分
215B 第2の部分
215C 第3の部分
216、616 スロット
250、650 固定子巻線
300、700 回転子
310、710 回転子コア
311、711 外周面
312 内周面
320、720 導体
400、800 回転軸

Claims (5)

  1. 固定子と、回転子を備え、
    前記固定子は、固定子コアと、固定子巻線を有し、
    前記固定子コアは、複数の板状部材が積層されて構成され、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿って延在するヨークと、径方向に沿って延在する複数のティースを有し、前記ティースは、前記ヨークから径方向に沿って内周側に延在するティース基部と、前記ティース基部の径方向内周側に設けられ、周方向に沿って延在するティース先端部を有し、前記ティース先端部の径方向内周側にティース先端面が形成されており、
    前記固定子巻線は、前記ティース基部に集中巻き方式で巻き付けられており、
    前記回転子は、回転子コアと、回転軸を有し、
    前記回転子コアは、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿って複数の導体が配置されており、
    前記回転軸は、前記ティース先端面と前記回転子コアの外周面との間に空隙を有する状態で前記固定子コアに対して回転可能に支持されている誘導電動機において、
    前記固定子コアは、軸方向一方端面側に配置される第1のコア部分と、第1のコア部分より軸方向他方端面側に配置される第2のコア部分により構成され、前記第2のコア部分は、前記ティース先端面の周方向一方端部側の部分および周方向他方端部側の部分における前記空隙の長さが、前記周方向一方端部の部分と前記周方向他方端部側の部分との間の中央部分における前記空隙の長さより長くなるように構成されていることを特徴とする誘導電動機。
  2. 請求項1に記載の誘導電動機において、
    前記第2のコア部分は、前記ティース先端面の周方向一方端部側の部分における前記空隙の長さが、前記中央部分と前記周方向一方端部側の部分との接続部から周方向一方端部に向かって増加し、前記ティース先端面の周方向他方端部側の部分における前記空隙の長さが、前記中央部分と前記周方向他方端部側の部分との接続部から周方向他方端部に向かって増加するように構成されていることを特徴とする誘導電動機。
  3. 請求項2に記載の誘導電動機において、
    前記第2のコア部分の、前記周方向一方端部側の部分および前記周方向他方端部側の部分における前記ティース先端面は、周方向に沿って直線状に延在していることを特徴とする誘導電動機。
  4. 請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の誘導電動機であって、
    前記回転軸は、前記回転子コアより軸方向一方側において回転可能に支持されていることを特徴とする誘導電動機。
  5. 容器と、前記容器内に設けられた、作動媒体を圧縮する圧縮機構部および前記圧縮機構部を駆動する電動機を備え、前記圧縮機構部は、前記電動機より軸方向一方側に配置されている圧縮機であって、
    前記電動機として請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載の誘導電動機が用いられていることを特徴とする圧縮機。
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