JP4697350B2 - Electric compressor - Google Patents
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Description
本発明は、電動圧縮機に係り、詳しくは電動モータを駆動するためのパワー半導体モジュールを備えた電動圧縮機に関するものである。 The present invention relates to an electric compressor, and more particularly to an electric compressor including a power semiconductor module for driving an electric motor.
一般に、電動圧縮機の電動モータはインバータ等のパワー半導体モジュールにより駆動制御される。前記パワー半導体モジュールは、前記電動モータが圧縮機構の駆動時に多大な電力を必要とすることに加え、頻繁なスイッチング動作を行うため、大量の熱を発する。このため、前記パワー半導体モジュールの正常な動作を維持するために、該パワー半導体モジュールを冷却する必要がある。 Generally, an electric motor of an electric compressor is driven and controlled by a power semiconductor module such as an inverter. The power semiconductor module generates a large amount of heat because the electric motor requires a large amount of power when the compression mechanism is driven, and performs a frequent switching operation. For this reason, in order to maintain the normal operation of the power semiconductor module, it is necessary to cool the power semiconductor module.
前記パワー半導体モジュールを冷却する方法には、外気を利用したものと、前記電動圧縮機に用いる冷媒を利用したものとがある。前記外気を利用するものでは、前記パワー半導体モジュールの外側に放熱フィンを設けて放熱させたり、空冷ファンを設けて該ファンによる冷却風を前記パワー半導体モジュールに当てたりして冷却していた。一方、前記冷媒を利用するものでは、前記パワー半導体モジュールを前記電動圧縮機のハウジングの外周面において前記圧縮機構と前記電動モータとの間に直接取り付けて前記ハウジングに熱を奪わせていた(特許文献1)。さらに、前記冷媒を利用するものとしては、前記パワー半導体モジュールを、前記電動圧縮機とともに空調回路を構成する外部冷媒回路内のアキュムレータに取り付け、該アキュムレータ内の冷媒に熱を奪わせるものがあった(特許文献2)。 There are two methods for cooling the power semiconductor module, one using outside air and the other using a refrigerant used in the electric compressor. In the case of using the outside air, cooling is performed by providing heat radiation fins on the outside of the power semiconductor module to dissipate heat, or by providing an air cooling fan and applying cooling air from the fan to the power semiconductor module. On the other hand, in the thing using the said refrigerant | coolant, the said power semiconductor module was directly attached between the said compression mechanism and the said electric motor in the outer peripheral surface of the housing of the said electric compressor, and made the said housing take heat away (patent) Reference 1). Furthermore, as the thing using the said refrigerant | coolant, there existed what attached the said power semiconductor module to the accumulator in the external refrigerant circuit which comprises an air-conditioning circuit with the said electric compressor, and made the refrigerant | coolant in this accumulator take heat away. (Patent Document 2).
しかしながら、前述の外気利用の場合では、前記パワー半導体モジュールの外側に前記放熱フィンや前記空冷ファンを設けるスペースが必要となるため、該パワー半導体モジュールの大型化や該圧縮機の設置スペース効率の悪化を招く原因となっていた。一方の前記冷媒利用の前者の場合では、前記パワー半導体モジュールが前記ハウジングの外周面に直接取り付けられているに過ぎず、該パワー半導体モジュールを冷却するために前記冷媒の前記ハウジング内への流入位置などの配慮は何らなされていなかった。また、前記冷媒利用の後者の場合では、前記パワー半導体モジュールを前記アキュムレータに取り付けるための取付部材を特段に設ける必要が発生する上に、該パワー半導体モジュールと前記電動圧縮機とを電気的に接続させるためのハーネスが長くなるとともに該ハーネスの取り回しが煩わしくなるという問題があった。 However, in the case of using the above-described outside air, a space for providing the heat radiation fins and the air cooling fan is required outside the power semiconductor module. Therefore, the power semiconductor module is increased in size and the installation space efficiency of the compressor is deteriorated. Was the cause. On the other hand, in the former case where the refrigerant is used, the power semiconductor module is merely attached directly to the outer peripheral surface of the housing, and the refrigerant flows into the housing in order to cool the power semiconductor module. No consideration was given. In the latter case of using the refrigerant, it is necessary to provide a mounting member for attaching the power semiconductor module to the accumulator, and the power semiconductor module and the electric compressor are electrically connected. There is a problem that the harness for making it long becomes troublesome in handling the harness.
本発明の目的は、パワー半導体モジュールの冷却効果を向上させることができるとともに、圧縮機の小型化及びコストダウンを可能にする電動圧縮機を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electric compressor that can improve the cooling effect of a power semiconductor module and can reduce the size and cost of the compressor.
上記目的を達成するために、各請求項に記載の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機構と、該圧縮機構を駆動する電動モータと、該電動モータを駆動するためのパワー半導体モジュールとを順に並ぶようにハウジング内に備えた電動圧縮機において、前記ハウジングにおける、前記電動モータと前記半導体モジュールとの間に形成される端部に、前記パワー半導体モジュールが取り付けられるヒートシンクを前記電動モータと反対側へ突出するように形成し、前記圧縮機に吸入されて前記ヒートシンクの内部を流れる吸入冷媒で該ヒートシンクを冷却するようにし、前記ヒートシンクは、該ヒートシンクの内部に放熱フィンを有するように形成されていることを要旨とする。 In order to achieve the above object, the invention described in each claim includes a compression mechanism that compresses a refrigerant, an electric motor that drives the compression mechanism, and a power semiconductor module that drives the electric motor in order. Thus, in the electric compressor provided in the housing, a heat sink to which the power semiconductor module is attached is provided on the opposite side of the electric motor at an end portion formed between the electric motor and the semiconductor module in the housing. The heat sink is cooled by a suction refrigerant that is sucked into the compressor and flows inside the heat sink , and the heat sink is formed to have heat radiation fins inside the heat sink . This is the gist.
この構成によれば、パワー半導体モジュールのヒートシンクは冷媒で冷却される。従って、前記パワー半導体モジュールの熱を外気に放熱するためのフィンや、冷却風を発生させるためのファンを設ける必要がなくなる。つまり、前記パワー半導体モジュールの冷却効果を劣化させることなく、圧縮機の小型化が可能になる。また、前記パワー半導体モジュールをハウジングに備えているため、前記パワー半導体モジュールを外部冷媒回路に設けた場合に比較して、パワー半導体モジュールと電動モータとを電気的に接続するハーネスを短くすることができる。 According to this configuration, the heat sink of the power semiconductor module is cooled by the refrigerant. Accordingly, there is no need to provide fins for radiating the heat of the power semiconductor module to the outside air or a fan for generating cooling air. That is, the compressor can be downsized without deteriorating the cooling effect of the power semiconductor module. Further, since the power semiconductor module is provided in the housing, a harness for electrically connecting the power semiconductor module and the electric motor can be shortened as compared with the case where the power semiconductor module is provided in an external refrigerant circuit. it can.
また、この構成によれば、吸入冷媒が前記ヒートシンクを冷却する。この吸入冷媒は、圧縮機構による圧縮作用を受ける前の低温状態にあるものであるため、前記ヒートシンクに対する冷却効果が大きい。 Further, according to this configuration, the suction refrigerant cools the heat sink. Since this suction refrigerant is in a low temperature state before being subjected to the compression action by the compression mechanism, the cooling effect on the heat sink is great.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電動圧縮機において、前記放熱フィンは、前記吸入冷媒が流れる方向に沿って形成されていることを要旨とする。 The invention described in 請 Motomeko 2 is the electric compressor according to claim 1, wherein the heat radiating fins, and summarized in that the suction refrigerant is formed along the flow direction.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の電動圧縮機において、前記放熱フィンは、前記吸入冷媒が該放熱フィンに対して平行に流れるように形成されていることを要旨とする。 A third aspect of the present invention is the electric compressor according to the first or second aspect , wherein the radiating fin is formed so that the suction refrigerant flows parallel to the radiating fin. To do.
各請求項に記載の発明によれば、電動圧縮機において、パワー半導体モジュールの冷却効果を向上させることができるとともに、圧縮機の小型化及びコストダウンを可能にする。 According to the invention described in each claim, in the electric compressor, the cooling effect of the power semiconductor module can be improved, and the compressor can be reduced in size and cost.
以下、本発明の一実施形態を図1及び図2に従って説明する。
図1に示すように、電動圧縮機Cは、密閉構造の軸線方向が長手方向となる略円筒状のハウジング11を備えている。ハウジング11内には、冷媒の圧縮作用を行う圧縮機構12と、圧縮機構12を駆動する電動モータ13とが、この駆動力を伝える回転軸14によって連結された状態で前記長手方向に並ぶようにして設けられている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
As shown in FIG. 1, the electric compressor C includes a substantially
電動圧縮機Cは、外部冷媒回路15に接続された吐出経路16及び吸入経路17を介して前記冷媒を循環させている。吐出経路16は、電動圧縮機Cの圧縮機構12側と、外部冷媒回路15とを接続している。吸入経路17は、電動圧縮機Cの電動モータ13側と、外部冷媒回路15とを接続している。
The electric compressor C circulates the refrigerant through the
ハウジング11には、パワー半導体モジュールとしてのインバータ19を冷却するためのヒートシンク18が一体形成されている。ヒートシンク18は略円筒状を呈し、ハウジング11の電動モータ13側の端面に設けられている。ヒートシンク18の外周には、インバータ19を構成するスイッチング素子19Aを取り付けるための平面状の取付面20が複数(本実施形態では2箇所)形成されている。吸入経路17は、ヒートシンク18の内側を介してハウジング11の内部(電動モータ13側)に連通している。
The
図1及び図2に示すように、インバータ19は、ヒートシンク18に対して伝熱可能な状態で取付面20に固定されている。インバータ19は、複数のスイッチング素子19Aによって構成され、電動モータ13に対して、該電動モータ13を駆動するための電力を供給するようになっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ヒートシンク18及びインバータ19は、ハウジング11の外形内に位置するように設けられている。ここで言うハウジング11の外形とは、該ハウジング11の軸線に対して垂直な方向についての外形を意味している。即ち、前記外形内に位置すると言うことは、ハウジング11の外周面を前記軸線方向に延長した仮想面に囲まれたエリア内に位置すると言うことを意味している。
The
インバータ19と電動モータ13とは、ハーネス21によって電気的に接続されている。電動モータ13の駆動に必要な電力は、このハーネス21を介して供給される。
ヒートシンク18の一部分及びインバータ19は保護カバー22によって覆われている。保護カバー22は、略有底円筒形状を呈し、外周部23と底部24とで構成されている。外周部23は、該外周部23の軸線に直交する断面の外形がハウジング11の軸線に直交する断面の外形にほぼ等しくなるように形成されている。底部24には、ヒートシンク18を挿通するための貫通孔が設けられている。該貫通孔の形状は、ヒートシンク18の軸線に直交する断面の外形にほぼ等しくなるように形成されている。
The
A part of the
インバータ19から電力が供給されると、電動モータ13が回転し、これにより圧縮機構12が駆動され、前記冷媒が、空調回路(電動圧縮機C、外部冷媒回路15、吐出経路16及び吸入経路17によって構成される)内を循環する。インバータ19は、前述の電力の供給動作によって熱を発する。この熱は、ヒートシンク18に伝えられ、外気に放熱される。また、前記熱は、熱伝導によってヒートシンク18からハウジング11側に伝えられ、ハウジング11によっても放熱される。更に、インバータ19からヒートシンク18に伝熱された熱は、ヒートシンク18内を通過する前記吸入冷媒に奪われるため、更に放熱が促進される。
When electric power is supplied from the
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(1) インバータ19に装着したヒートシンク18を冷媒で冷却させて該ヒートシンク18の熱を奪うようにしたため、インバータ19の冷却効果が向上する。また、ヒートシンク18は、インバータ19の発する熱の放熱面積を増大させることができるため、インバータ19の冷却効果は更に向上する。
In the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Since the
(2) ヒートシンク18を筒状に形成し、その内部を冷媒が流れるようにして、吸入経路17からハウジング11内への冷媒の導入部として兼用させたため、インバータ19に冷媒が当たらないようにする構成を特段に設ける必要がなくなる。
(2) Since the
(3) ヒートシンク18をハウジング11に一体形成したため、インバータ19からヒートシンク18に伝えられた熱を更にハウジング11に伝導させることができる。つまり、インバータ19の発した熱がハウジング11からも放熱されるため、インバータ19の冷却効果が更に向上する。
(3) Since the
(4) ヒートシンク18の内部を通過する冷媒を、圧縮機構12による圧縮作用を受ける前の低温状態にある吸入冷媒としたため、インバータ19の冷却効果が更に向上する。
(4) Since the refrigerant passing through the
(5) インバータ19を、電動圧縮機Cとは別体の外部冷媒回路15にではなく、ハウジング11に設けたため、インバータ19と電動モータ13とを繋ぐハーネス21を短くすることができる。また、インバータ19を外部冷媒回路15に取り付けるための部材を特段に設ける必要がなくなる。従って、ハーネス21の取り回しも容易になることも加わって、コストダウンを図ることができる。
(5) Since the
(6) インバータ19をハウジング11の電動モータ13側に設けたため、更にハーネス21を短くすることができる。即ち、(5)に記載のコストダウン効果を更に向上させる。
(6) Since the
(7) インバータ19及びヒートシンク18をハウジング11の端部においてその外形内に位置するように配設したため、ハウジング11の長手方向に直交する方向に電動圧縮機Cの体格が大型化することを防止できる。電動圧縮機Cを設置するスペースにおいて、ハウジング11の長手方向に直交する方向に余裕がない場合には特に有用である。
(7) Since the
(8) インバータ19を、保護カバー22で覆うようにしたため、埃や水などからインバータ19を守ることができる。また、インバータ19が他の部材に触れたりぶつかったりすることを防ぐことができる。
(8) Since the
実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、以下の様態としてもよい。
○ ヒートシンク18を、該ヒートシンク18の円筒部内部に放熱フィンを有する形状とし、冷媒が該放熱フィンに対して平行に流れるようにしてもよい。例えば、図3に示すように、ヒートシンク18の円筒部内部にハニカム状の放熱フィン25を設ける。外部冷媒回路15からの吸入冷媒は、ヒートシンク18内を放熱フィン25に対して平行に流れる。図3は、前記実施形態におけるヒートシンク18を、保護カバー22を取り外した状態で冷媒の導入側から見た図である。
The embodiment is not limited to the above, and may be, for example, as follows.
The
○ 電動圧縮機Cのハウジングを、圧縮機構12及び電動モータ13を内蔵する第1のハウジングと、ヒートシンク18及びインバータ19を有する第2のハウジングとで構成するようにしてもよい。例えば、図4に示すように、熱伝導率の高い金属製の第2のハウジング11Bを形成し、この第2のハウジング11Bにヒートシンク26を設ける。ヒートシンク26の内部を冷媒が通過できるようにする。ヒートシンク26の外面にインバータ19を伝熱可能に装着する。前記実施形態のハウジング11からヒートシンク18を除いた構造の第1のハウジング11Aと、吸入経路17との間の部分に第2のハウジング11Bを配置する。
The housing of the electric compressor C may be composed of a first housing that houses the
このようにして、吸入経路17からの吸入冷媒が、ヒートシンク26の内部を通過して第1のハウジング11A内に導入されるようにする。これによれば、前記実施形態における(1)〜(8)に記載の効果に加え、インバータ19を含む第2のハウジング11B側のユニットを、第1のハウジング11A側のユニットとは別の工程で組み立てることが可能になる。例えば、電装部品であるインバータ19を含む第2のハウジング11B側のユニットを社外工場で生産するなどの工程調整が可能になる。
In this way, the suction refrigerant from the
○ インバータ19に取り付けたヒートシンク18を、ハウジング11の圧縮機構12側の端面上に設け、吸入経路17からの冷媒がヒートシンク18の内部を流れるようにしてもよい。これによれば、前記冷媒は電動モータ13によって昇温される前に圧縮機構12に導入される。従って、ハウジング11の電動モータ13側の端面上に設けたヒートシンク18の内部を前記冷媒が流れるようにした場合に比較して、前記冷媒の比体積の増大が抑えられ、圧縮機構12による圧縮効率の低下を抑えることができる。
A
○ ヒートシンク18を冷却する冷媒を、圧縮機構12での圧縮作用を受けた後の吐出冷媒としてもよい。これによれば、ヒートシンク18の内部を前記吸入冷媒が流れるようにした構成に比較して、前記吸入冷媒の比体積の増大による圧縮効率の低下を抑えることができる。
The refrigerant that cools the
○ インバータ19をハウジング11の端面と対向する位置に代えて外周面と対向する位置に設けてもよい。例えば、インバータ19を、筒状のヒートシンクを介してハウジング11の外周面に取り付け、該ヒートシンクを介して冷媒をハウジング11内に導入する。また、インバータ19をハウジング11の外周面に固定し、ヒートシンクをハウジング11内に突出するように設けてもよい。この場合、該ヒートシンクを、ハウジング11内において冷媒が流れている部分に配設する。
The
○ ヒートシンク18の軸線に直交する該ヒートシンク18の断面の外形は、略円形でなく、例えば、三角形、四角形、六角形などの多角形でもよい。
○ インバータ19を構成するスイッチング素子19Aは、2ブロックにする構成に限らず、3ブロックや6ブロックに分割してもよい。
The outer shape of the cross section of the
The switching
○ ヒートシンク18をブロック状に形成し、冷媒の流れる方向に沿った多数の孔を設け、各孔を冷媒が流れるようにしてもよい。
○ ヒートシンク18を、インバータ19の周囲を覆うように形成してもよい。
The
The
○ 保護カバー22は、合成樹脂製でも金属製でもよい。合成樹脂製とした場合には、軽量化が容易になる。一方、金属製とした場合には、保護カバー22の強度の向上、コストダウン、及び、電気的シールド効果が期待できる。
The
次に、前記実施形態から把握できる技術的思想について、その効果とともに以下に記載する。
(1) ヒートシンクをハウジングに一体形成し、パワー半導体モジュールを覆う保護カバーを設ける。この場合、ヒートシンクからハウジング側へ熱を伝達しやすくなり、パワー半導体モジュールの冷却効果が向上するとともに、保護カバーがパワー半導体モジュールへの異物(例えば、埃や水、あるいは、衝撃を与えうる物)の接触を防止する。
Next, technical ideas that can be grasped from the embodiment will be described below together with the effects thereof.
(1) A heat sink is formed integrally with the housing, and a protective cover for covering the power semiconductor module is provided. In this case, it becomes easier to transfer heat from the heat sink to the housing side, the cooling effect of the power semiconductor module is improved, and the protective cover has a foreign object to the power semiconductor module (for example, dust, water, or an object that can give an impact). To prevent contact.
(2) ヒートシンクを、多数の放熱フィンを有する形状とし、冷媒が前記放熱フィンに対して平行に流れるようにする。この場合、ヒートシンクの冷却効果が向上する。 (2) A heat sink is made into the shape which has many radiation fins, and a refrigerant | coolant flows in parallel with respect to the said radiation fin. In this case, the cooling effect of the heat sink is improved.
11…ハウジング、12…圧縮機構、13…電動モータ、18…ヒートシンク、19…パワー半導体モジュールとしてのインバータ、22…保護カバー、25…放熱フィン。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ハウジングにおける、前記電動モータと前記半導体モジュールとの間に形成される端部に、前記パワー半導体モジュールが取り付けられるヒートシンクを前記電動モータと反対側へ突出するように形成し、前記圧縮機に吸入されて前記ヒートシンクの内部を流れる吸入冷媒で該ヒートシンクを冷却するようにし、前記ヒートシンクは、該ヒートシンクの内部に放熱フィンを有するように形成されていることを特徴とする電動圧縮機。 In the electric compressor provided in the housing so as to sequentially arrange a compression mechanism for compressing the refrigerant, an electric motor for driving the compression mechanism, and a power semiconductor module for driving the electric motor,
A heat sink to which the power semiconductor module is attached is formed at an end portion of the housing formed between the electric motor and the semiconductor module so as to protrude to the opposite side of the electric motor, and is sucked into the compressor The electric compressor is characterized in that the heat sink is cooled by the suction refrigerant flowing inside the heat sink , and the heat sink is formed to have heat radiation fins inside the heat sink .
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