JP4513633B2 - 圧縮機 - Google Patents

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Description

この発明は、例えば、空気調和機や冷凍機等に使用される圧縮機に関する。
従来、圧縮機としては、密閉容器内に上から下に順に配置された、アキシャルギャップ型のモータと、このモータで駆動される圧縮部とを備えたものがある(特開昭61−185040号公報:特許文献1参照)。
上記モータは、上記圧縮部から吐出された高圧の冷媒の雰囲気に配置されている。つまり、この圧縮機は、いわゆる高圧ドーム型である。また、上記密閉容器内で上記圧縮部の下側に、軸受け等を潤滑する潤滑油が溜められている。
しかしながら、上記従来の圧縮機では、上記圧縮部の下側に上記潤滑油が溜められているので、上記密閉容器内の下側には、上記潤滑油を溜めるためだけの空間が必要になって、圧縮機の全長が大きくなる欠点がある。また、モータを冷媒で冷却するため、冷媒の流れによって冷却されにくい部分などが生じる。
特開昭61−185040号公報
そこで、この発明の課題は、モータを有効に冷却できると共に小型化を図ることができる圧縮機を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の圧縮機は、密閉容器内に下から上に順に配置された、アキシャルギャップ型のモータと、このモータで駆動される圧縮部とを備え、
上記モータは、コイルを有するステータと、このステータの上にエアギャップを介して配置されるロータと、このロータに固定されると共にこのロータの回転力を上記圧縮部に伝達する伝達機構とを有し、
上記密閉容器内に、上記ステータの少なくとも一部が浸漬される潤滑油を有することを特徴としている。
ここで、上側とは、上記密閉容器の中心軸が水平面に対して傾斜しているか否かに関わらず、上記密閉容器の中心軸に沿った上側をいう。
この発明の圧縮機によれば、上記潤滑油は、上記ステータの少なくとも一部を浸漬するので、上記モータの主たる発熱源である上記ステータ(特に、上記コイル)を上記潤滑油によって冷却できる。
このように、軸受け等を潤滑する上記潤滑油を、上記ステータの冷却に利用することができる。また、ラジアルギャップモータとは異なり、回転する上記ロータには上記潤滑油が接しないので攪拌損失による入力増加を防止できる。さらに、上記潤滑油を溜めるためだけの空間が不要になって、圧縮機の全長を小さくできる。
また、一実施形態の圧縮機では、上記潤滑油の油面は、上記ステータの下端と上端との間に位置している。
また、一実施形態の圧縮機では、上記モータは、上記圧縮部に吸入されるべき低圧の冷媒が満たされる上記密閉容器内の領域に配置され、上記密閉容器は、上記モータの上記ロータの近傍に開口する吸入管を有している。
この一実施形態の圧縮機によれば、上記密閉容器は、上記モータの上記ロータの近傍に開口する吸入管を有するので、上記吸入管から上記密閉容器内に吸入された冷媒は、上記ロータにあたって、上記ロータを冷却することができる。
また、一実施形態の圧縮機では、上記モータは、上記圧縮部に吸入されるべき低圧の冷媒が満たされる上記密閉容器内の領域に配置され、上記モータの上記ロータのトルクを検出するトルク検出部を備えている。
この一実施形態の圧縮機によれば、低圧ドーム型の圧縮機では、液バックの場合、上記潤滑油の油面が、上昇し上記ロータに達して、上記ロータのトルクが大きくなる。このときの上記ロータのトルクを、上記トルク検出部により、検出することで、液バックを容易に判断することができる。
また、一実施形態の圧縮機では、上記モータは、上記圧縮部から吐出された高圧の冷媒が満たされる上記密閉容器内の領域に配置され、上記密閉容器は、上記モータの上記ロータよりも上側に開口する吐出管を有している。
この一実施形態の圧縮機によれば、上記密閉容器は、上記モータの上記ロータよりも上側に開口する吐出管を有するので、上記ロータが上記潤滑油を撹拌した場合にでも、上記潤滑油が上記吐出管から流出することを防止する。
また、一実施形態の圧縮機では、上記モータは、上記圧縮部から吐出された高圧の冷媒が満たされる上記密閉容器内の領域に配置され、上記圧縮部は、上記モータの近傍に開口する吐出ガス通路出口を有している。
この一実施形態の圧縮機によれば、上記圧縮部は、上記モータの近傍に開口する吐出ガス通路出口を有しているので、上記圧縮部から吐出される冷媒によって、上記モータを効率よく冷却することができる。
また、一実施形態の圧縮機では、上記伝達機構は、シャフトであり、上記ステータは、上記シャフトを支持する軸受けを有している。
この一実施形態の圧縮機によれば、上記ステータは上記軸受けを有するので、別途、軸受けを設けるための空間が不要になって、圧縮機の全長を一層小さくできる。また、上記ステータは、上記潤滑油に浸漬されているので、上記軸受けへの給油に都合がよい。
また、一実施形態の圧縮機では、上記ステータは、上記潤滑油に接触する孔部を有している。
この一実施形態の圧縮機によれば、上記ステータは、上記潤滑油に接触する孔部を有するので、上記ステータが上記潤滑油に接触する面積が増加して、上記モータの冷却効果が一層増大する。また、径の大きい上記シャフトが、上記潤滑油に浸漬されないため、上記シャフトによる油攪拌損失を防止できる。
この発明の圧縮機によれば、上記潤滑油は、上記ステータの少なくとも一部を浸漬するので、モータを有効に冷却できると共に小型化を図ることができる。
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、この発明の圧縮機の一実施形態である縦断面図を示している。この圧縮機は、密閉容器1内に下から上に順に配置された、アキシャルギャップ型のモータ2と、このモータ2で駆動される圧縮部3とを備えている。ここで、上側とは、上記密閉容器1の中心軸が水平面に対して傾斜しているか否かに関わらず、上記密閉容器1の中心軸に沿った上側をいう。
上記モータ2は、上記圧縮部3に吸入されるべき低圧の冷媒が満たされる上記密閉容器1内の領域に配置されている。具体的には、上記密閉容器1内は、上記圧縮部3を挟んで高圧領域Hと低圧領域Lとに区画され、上記モータ2は、上記低圧領域Lに配置されている。この圧縮機は、いわゆる、低圧ドーム型である。
上記モータ2は、ステータ21と、このステータ21の上にエアギャップを介して配置されるロータ26と、このロータ26に固定されると共にこのロータ26の回転力を上記圧縮部3に伝達する伝達機構Gとを有している。この伝達機構Gは、シャフト20である。
図1、図2および図3に示すように、上記ステータ21は、上記密閉容器1に取り付けられた鉄心23と、この鉄心23に取り付けられたコイル22とを有する。
上記鉄心23は、上記シャフト20に対して略直交するように配置された円環状の基台24aと、この基台24aの上記ロータ26側の一面に設けられた突部24bとを有する。
上記突部24bは、上記シャフト20に沿って延びており、上記シャフト20の周りに複数個設けられている。上記コイル22は、上記各突部24bの軸周りに巻回されている。上記コイル22は、励磁されて、上記突部24bの軸方向の磁束を発生する。
上記ステータ21は、上記鉄心23と共同して上記コイル22を挟むステータ板25を有する。このステータ板25は、磁性体からなり、隣接する上記突部24bの間を磁気的に絶縁するスリット25aを設けている。このスリット25aは、上記ステータ板25の中心から径方向外側へ放射状に延びている。この構成により、エアギャップに対向するステータコア面積が増加するので、鎖交磁束を増大させることが可能である。なお、上記ステータ板25は必須ではない。
上記ロータ26は、上記シャフト20に取り付けられた円環状のバックヨーク28と、このバックヨーク28の上記ステータ21側の一面に設けられた永久磁石27とを有する。
上記バックヨーク28は、磁性体からなる。上記永久磁石27は、上記シャフト20の周方向に交互に異なる磁極を有する。上記永久磁石27は、上記シャフト20に沿った方向の磁束を発生する。
上記永久磁石27は、1つの磁極を有する磁石を複数有し、この複数の磁石は、上記シャフト20の周方向に交互に磁極が異なるように、配置されている。この隣り合う上記磁石の間に、空間27aが形成される。
上記ロータ26は、上記永久磁石27を有するので、上記モータ2の停止時において、上記ロータ26には上記ステータ21に対する吸引力が働いて、上記ロータ26および上記シャフト20の逆転を防止できる。また、上記モータ2の運転時において、エアギャップの磁束密度を高くできるため、圧縮機の高出力および高効率が実現できる。なお、上記永久磁石27は必須ではない。
上記ロータ26は、上記バックヨーク28と共同して上記永久磁石27を挟むロータ板29を有する。このロータ板29は、磁性体からなり、上記永久磁石27の隣接する磁極の間を磁気的に絶縁するスリット29aを設けている。このスリット29aは、上記ロータ板29の中心から径方向外側へ放射状に延びている。この構成により、エアギャップに対向するロータコア面積が増加するので、鎖交磁束を増大させることが可能である。また、上記永久磁石27に減磁界が直接かからないため、減磁耐力も増大する。なお、上記ロータ板29は必須ではない。
上記圧縮部3は、上記密閉容器1に取り付けられる本体部30と、この本体部30に固定され支持される固定スクロール31と、この固定スクロール31に噛み合う旋回スクロール32とを有する。
上記固定スクロール31は、鏡板に渦捲き状のラップを有し、上記旋回スクロール32と互いに噛み合って複数の圧縮室33を形成する。上記旋回スクロール32は、上記モータ2の上記シャフト20の一端に取り付けられ、上記シャフト20の回転により、旋回する。
上記本体部30は、上記シャフト20を挿通し、軸受け4を介して、上記シャフト20の一端側を支持している。上記モータ2の下側で上記密閉容器1内には、保持部5が取り付けられ、上記シャフト20の他端側は、上記保持部5に軸受け4を介して支持されている。すなわち、上記シャフト20は、両持ちされている。上記軸受け4は、例えば、すべり軸受けである。
上記本体部30は、上記低圧領域Lと上記圧縮室33とを連通する吸入孔30aを有し、上記固定スクロール31は、上記高圧領域Hと上記圧縮室33とを連通する吐出孔31aを有する。
上記密閉容器1は、上記モータ2の上記ロータ26の近傍に開口する吸入管6を有する。具体的には、上記吸入管6は、上記ロータ26と同じ高さに開口する。上記吸入管6の開口部は、上記ロータ26側を向く。また、上記密閉容器1は、上記高圧領域Hに開口する吐出管7を有する。
上記密閉容器1内の下側に、上記ステータ21の少なくとも一部が浸漬される潤滑油8を有する。すなわち、上記潤滑油8の油面8aは、上記ステータ21の下端と上端との間に位置し、さらに詳しくは、上記油面8aは、少なくとも上記コイル22を浸漬する位置にある。また、上記シャフト20の他端側は、上記潤滑油8に浸漬している。この潤滑油8は、上記シャフト20の回転によって、上記シャフト20の内部を上がって、上記圧縮部3の摺動部や上記軸受け4等を潤滑する。
また、上記圧縮機は、上記モータ2の上記ロータ26のトルクを検出するトルク検出部9を備える。
次に、上記圧縮機の作用を説明する。
上記吸入管6から上記密閉容器1内に吸入した冷媒は、上記ロータ26に当たって、上記ロータ26を冷却する。このとき、上記ロータ26は回転しているので、上記ロータ26の全周をまんべんなく冷却する。
上記冷媒は、主として上記ロータ26を冷却した後、上記吸入孔30aから上記圧縮室33に吸入され、上記モータ2の運転により圧縮されて、上記吐出孔31aを経て、上記吐出管7から上記密閉容器1の外側へ吐出される。
上記構成の圧縮機によれば、上記潤滑油8は、上記ステータ21の一部を浸漬するので、上記モータ2の主たる発熱源である上記ステータ21(特に、上記コイル22)を上記潤滑油8によって冷却できる。特に、全ての相の上記コイル22が、ほぼまんべんなく、上記潤滑油8に浸漬するので、相によって上記コイル22の冷却効果が、ほぼ均等である。従って、例えば、巻線抵抗の温度による変化も均等であり、好適である。
なお、上記密閉容器1の中心軸が水平面に対して傾斜している場合であっても、上記油面8aが上記に記した位置にあれば同様の効果が得られる。また、ラジアルギャップ型モータと異なって、上記ステータ21を上記潤滑油8に浸漬させても、回転する上記ロータ26は、上記潤滑油8に、接しないので、攪拌損失による入力増加がない。
また、上記ステータ21の冷却に上記潤滑油8を用いているので、上記低圧領域Lにある冷媒は、上記ステータ21によって、十分に加熱されない。
このように、上記軸受け4等を潤滑する上記潤滑油8を、上記ステータ21の冷却に利用することができる。また、上記潤滑油8を溜めるためだけの空間が不要になって、圧縮機の全長を小さくできる。
ここで、この低圧ドーム型の圧縮機では、液バックにより、図1の仮想線に示すように、上記潤滑油8の油面8aが、上昇し上記ロータ26に達する。このとき、上記ロータ26のトルクが急激に大きくなる。すなわち、上記ロータ26の外径が大きいので、上記潤滑油8を撹拌するトルクが大きくなる。
そして、上記トルク検出部9により、上記ロータ26のトルクを検出することで、液バックを容易に判断することができる。また、上記トルク検出部9により液バックを判断した後に、上記モータ2を停止し、または、上記モータ2の回転数を低下する制御を行うことができる。
具体的には、圧力変化分によるトルク変動を推定し、このトルク変動を打ち消したトルク(一定である)から、ある閾値を超えるトルク変動を検出することにより、液バックと判断する。液バックと判断した場合は、モータの停止またはモータの回転数の低下等の制御をかけるように、圧縮機本体の(図示しない)マイコンに通知する。同時に、SH制御の目標値を高くするなどの対応をしてもよい。
ここで、SH制御とは、過熱度(super heat)制御のことである。したがって、その目標値は、ある部分の過熱度をその値にするというものです。例えば、室内機の冷房時では、熱交出口(蒸発器出口)の過熱度を制御する一方、室内機の暖房時では、圧縮機の吸入過熱度を制御する。このように、SH制御の目標値を高くすることで、圧縮機に湿りの冷媒が入らなくなるので、液圧縮が回避され、圧縮機は安全である。
(第2の実施形態)
図4は、この発明の圧縮機の第2の実施形態を示している。上記第1の実施形態と相違する点を説明すると、この第2の実施形態では、上記シャフト20は、一端側のみが上記軸受け4に支持された片持ちである。上記シャフト20の他端側には、オイルピックアップ10が設けられている。このオイルピックアップ10は、上記潤滑油8に浸漬し、上記シャフト20の回転と共に回転し、この回転により生じる遠心力を利用して、上記潤滑油8を各摺動部に供給するようにしている。この構成によれば、上記シャフト20の端部は、上記潤滑油8に浸漬しないか、または、上記潤滑油8に浸漬したとしても、この浸漬した部分の上記シャフト20長は短いため、油攪拌損失を低く抑えることが可能である。
(第3の実施形態)
図5は、この発明の圧縮機の第3の実施形態を示している。上記第1の実施形態と相違する点を説明すると、この第3の実施形態では、上記第1の実施形態(図1)の上記保持部5に代えて、上記ステータ21は、上記シャフト20の他端側を支持する軸受け4を有する。上記軸受け4は、上記ステータ21の内部に設けられている。上記軸受け4は、例えば、ころがり軸受けである。このころがり軸受けは、スラスト方向及びラジアル方向のいずれもの軸荷重をも受けるので、スラスト軸受とジャーナル軸受の双方を設ける必要がない。
このように、上記ステータ21は上記軸受け4を有するので、別途、軸受けを設けるための空間が不要になって、圧縮機の全長を一層小さくできる。また、上記ステータ21は、(図1参照の)上記潤滑油8に浸漬されているので、上記軸受け4への給油に都合がよい。なお、上記軸受け4は、上記ステータ21の上記鉄心23に設けられた凹部に圧入することで保持される。
また、上記ステータ21は、上記潤滑油8に接触する孔部21aを有する。すなわち、上記孔部21aは、上記鉄心23の上記基台24aの下面に、設けられている。なお、上記ステータ21を貫通する孔部を設けてもよい。
このように、上記ステータ21は、上記潤滑油8に接触する上記孔部21aを有するので、上記ステータ21が上記潤滑油8に接触する面積が増加して、上記モータ2の冷却効果が一層増大する。また、上記鉄心23は、熱抵抗が小さく、透磁率が大きいので、上記孔部21aを磁気飽和しない程度に設けることで、磁気的にも冷却性能的にも好適である。
(第4の実施形態)
図6は、この発明の圧縮機の第4の実施形態を示している。上記第1の実施形態と相違する点を説明すると、この第4の実施形態では、上記モータ2は、圧縮部11から吐出された高圧の冷媒が満たされる上記密閉容器1内の領域に配置されている。具体的には、上記密閉容器1内は、高圧領域Hであり、この圧縮機は、いわゆる、高圧ドーム型である。
上記圧縮部11は、シリンダ状の本体部12と、この本体部12の上下の開口端のそれぞれに取り付けられる上端板15および下端板16とを備える。上記シャフト20は、上記上端板15および上記下端板16を貫通して、上記本体部12の内部に進入している。
上記本体部12の内部には、上記シャフト20に設けられたクランクピン17に嵌合したローラ13を、公転可能に配置し、このローラ13の公転運動で圧縮作用を行うようにしている。すなわち、上記ローラ13の外面と上記本体部12の内面との間に、圧縮室14を形成する。
上記吸入管6は、上記圧縮部11の上記圧縮室14に連通されている。上記吐出管7は、上記モータ2の上記ロータ26よりも上側に開口している。すなわち、上記吐出管7は、上記圧縮部11の上側に開口している。
上記圧縮部11は、上記モータ2の近傍に開口する吐出ガス通路出口35を有する。すなわち、この吐出ガス通路出口35は、上記モータ2に対向して開口する吐出孔11aである。
次に、上記圧縮機の作用を説明する。
上記吸入管6から上記圧縮部11の上記圧縮室14に冷媒を供給し、上記モータ2により上記圧縮部11を駆動させ、冷媒を圧縮する。圧縮された冷媒は、上記圧縮部11の上記吐出孔11aから上記密閉容器1内に吐出され、主として上記ロータ26を冷却した後に、上記圧縮部11の外周部の空間等を通って、上記圧縮部11の上部空間に運ばれ、上記吐出管7より上記密閉容器1の外側に吐出される。
上記潤滑油8は、上記ステータ21の一部を浸漬しており、上記高圧の冷媒よりも温度の低い上記潤滑油8によって、上記ステータ21を冷却することができて、冷却効果が大きくなる。
また、上記密閉容器1は、上記モータ2の上記ロータ26よりも上側に開口する上記吐出管7を有するので、上記ロータ26が上記潤滑油8を撹拌した場合、上記潤滑油8が上記吐出管7から流出することを防止する。
また、上記圧縮部11は、上記モータ2の近傍に開口する吐出孔11aを有するので、上記圧縮部11から吐出される冷媒によって、上記モータ2を効率よく冷却することができる。また、上記吐出孔11aは、下向きに開口し、上記吐出管7は、上記圧縮部11の上側に位置しているので、冷媒と共に上記吐出孔11aから吐出された上記潤滑油8は、下向きに流れて、上記吐出管7から出ていくことを防止できる。
なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記潤滑油8は、上記ステータ21の全部を浸漬してもよい。また、上記モータ2は、上記ロータ26の上にさらに別のステータを有してもよい。これにより、上記モータ2のスラスト力のバランスを取ることができる。このとき、上側のステータは、上記潤滑油8での冷却をできない。
また、この圧縮機に用いられるモータは、アキシャルギャップ型のモータであって、ステータとロータの位置関係が所定の条件に当てはまっていれば、モータの形態は問わない。すなわち、定常状態(液バック時を除くという意味)において、ステータに潤滑油が浸漬しても、ロータに浸漬しないような形態であれば良い。
また、ロータに固定されると共にこのロータの回転力を圧縮部に伝達する伝達機構として、シャフトでなくてもよく、例えば回転式の圧縮機の場合は、ロータに直接ローラ(圧縮機構部の可動部分)を設けることも可能であり、ロータがそのままローラとして働いてもよい。
また、上記吐出ガス通路出口35としては、圧縮部の吐出孔に連結された別の通路の出口であってもよい。すなわち、一旦、冷媒を、圧縮部の反モータ側の吐出孔から吐出し、その後、別の通路によって、モータの近傍に流出させるようにしてもよい。
また、低圧ドーム型はスクロール型圧縮機構、高圧ドーム型はロータリ型圧縮機構で説明したが、低圧ドーム型にロータリ型圧縮機構の組み合わせでもよく、または、高圧ドーム型にスクロール型圧縮機構を用いてもよい。また、その他の形式の圧縮機構でもよい。
この発明の圧縮機の第1実施形態を示す縦断面図である。 要部の拡大縦断面図である。 モータの分解斜視図である。 この発明の圧縮機の第2実施形態を示す縦断面図である。 この発明の圧縮機の第3実施形態を示す縦断面図である。 この発明の圧縮機の第4実施形態を示す縦断面図である。
符号の説明
1 密閉容器
2 モータ
3 圧縮部
4 軸受け
6 吸入管
7 吐出管
8 潤滑油
8a 油面
9 トルク検出部
10 オイルピックアップ
11 圧縮部
11a 吐出孔
12 本体部
13 ローラ
14 圧縮室
20 シャフト
21 ステータ
21a 孔部
22 コイル
23 鉄心
26 ロータ
27 永久磁石
28 バックヨーク
30 本体部
30a 吸入孔
31 固定スクロール
31a 吐出孔
32 旋回スクロール
33 圧縮室
35 吐出ガス通路出口
G 伝達機構
H 高圧領域
L 低圧領域

Claims (8)

  1. 密閉容器(1)内に下から上に順に配置された、
    アキシャルギャップ型のモータ(2)と、
    このモータ(2)で駆動される圧縮部(3,11)と
    を備え、
    上記モータ(2)は、
    コイル(22)を有するステータ(21)と、
    このステータ(21)の上にエアギャップを介して配置されるロータ(26)と、
    このロータ(26)に固定されると共にこのロータ(26)の回転力を上記圧縮部(3,11)に伝達する伝達機構(G)と
    を有し、
    上記密閉容器(1)内に、上記ステータ(21)の少なくとも一部が浸漬される潤滑油(8)を有することを特徴とする圧縮機。
  2. 請求項1に記載の圧縮機において、
    上記潤滑油(8)の油面(8a)は、上記ステータ(21)の下端と上端との間に位置していることを特徴とする圧縮機。
  3. 請求項1に記載の圧縮機において、
    上記モータ(2)は、上記圧縮部(3)に吸入されるべき低圧の冷媒が満たされる上記密閉容器(1)内の領域に配置され、
    上記密閉容器(1)は、上記モータ(2)の上記ロータ(26)の近傍に開口する吸入管(6)を有することを特徴とする圧縮機。
  4. 請求項1に記載の圧縮機において、
    上記モータ(2)は、上記圧縮部(3)に吸入されるべき低圧の冷媒が満たされる上記密閉容器(1)内の領域に配置され、
    上記モータ(2)の上記ロータ(26)のトルクを検出するトルク検出部(9)を備えることを特徴とする圧縮機。
  5. 請求項1に記載の圧縮機において、
    上記モータ(2)は、上記圧縮部(11)から吐出された高圧の冷媒が満たされる上記密閉容器(1)内の領域に配置され、
    上記密閉容器(1)は、上記モータ(2)の上記ロータ(26)よりも上側に開口する吐出管(7)を有することを特徴とする圧縮機。
  6. 請求項1に記載の圧縮機において、
    上記モータ(2)は、上記圧縮部(11)から吐出された高圧の冷媒が満たされる上記密閉容器(1)内の領域に配置され、
    上記圧縮部(11)は、上記モータ(2)の近傍に開口する吐出ガス通路出口(35)を有することを特徴とする圧縮機。
  7. 請求項1に記載の圧縮機において、
    上記伝達機構(G)は、シャフト(20)であり、
    上記ステータ(21)は、上記シャフト(20)を支持する軸受け(4)を有することを特徴とする圧縮機。
  8. 請求項1に記載の圧縮機において、
    上記ステータ(21)は、上記潤滑油(8)に接触する孔部(21a)を有することを特徴とする圧縮機。
JP2005102359A 2005-03-31 2005-03-31 圧縮機 Expired - Fee Related JP4513633B2 (ja)

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