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JP2008178233A - モータおよび圧縮機 - Google Patents

モータおよび圧縮機 Download PDF

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JP2008178233A
JP2008178233A JP2007009857A JP2007009857A JP2008178233A JP 2008178233 A JP2008178233 A JP 2008178233A JP 2007009857 A JP2007009857 A JP 2007009857A JP 2007009857 A JP2007009857 A JP 2007009857A JP 2008178233 A JP2008178233 A JP 2008178233A
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compression mechanism
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rotor
balance adjustment
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JP2007009857A
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Yoshihiro Kataoka
義博 片岡
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Daikin Industries Ltd
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Abstract

【課題】効果的なバランス調整が容易にできるモータおよびそれを用いた圧縮機を提供する。
【解決手段】円柱形状のロータ30とそのロータ30の外周側を囲うステータ40とを備える。上記ロータ30は、電磁鋼板が積層されたロータコア31と、ロータコア31に周方向かつ凸多角形状に配列された永久磁石32と、ロータコア31に配置された永久磁石32の半径方向外側に設けられたバランス調整穴31a,31bとを有する。上記バランス調整穴31a,31bは、ロータコア31の電気角60°〜160°の範囲内にある。
【選択図】図2

Description

この発明は、モータおよびそれを用いた圧縮機に関する。
従来、圧縮機に用いられるモータとしては、圧縮機構部によってロータに生じるアンバランスを調整するために、外周側に磁石が配置されたロータコアの内側にバランス調整孔を設けたものがある。(例えば、特許第3023576号(特許文献1)参照)。
しかしながら、上記モータでは、ロータコアの磁石よりも内側にバランス調整孔を設けているため、モーメント量を大きくするのに限界があるという問題がある。
特許第3023576号
そこで、この発明の課題は、効果的なバランス調整が容易にできるモータおよびそれを用いた圧縮機を提供することにある。
上記課題を解決するため、第1の発明のモータは、
円柱形状のロータと上記ロータの外周側を囲うステータとを備えたモータであって、
上記ロータは、
電磁鋼板が積層されたロータコアと、
上記ロータコアに周方向かつ凸多角形状に配列された磁石と、
上記ロータコアに配置された上記磁石の半径方向外側に設けられたバランス調整穴と
を有することを特徴とする。
上記構成のモータによれば、上記バランス調整穴を、電磁鋼板が積層された円柱形状のロータコアに周方向かつ凸多角形状に配列された磁石の半径方向外側に設けることによって、バランサとしてのモーメント量を大きくできるので、効果的なバランス調整が容易にできる。なお、上記バランス調整穴は、ロータコアを軸方向に貫通する穴であってもよいし、有底の穴であってもよい。
また、一実施形態のモータでは、上記バランス調整穴は、上記ロータコアの電気角60°〜160°の範囲内にある。
上記実施形態によれば、上記ロータコアの電気角60°〜160°の範囲内の磁束の少ない領域に、バランス調整穴を設けることによって、磁束の流れを阻害することなくトルク低下や効率低下を抑えつつバランス調整穴によるバランス調整が行える。
また、第2の発明の圧縮機では、
上記モータにより回転軸を介して駆動される1シリンダ構成の圧縮機構部と
を備え、
上記モータの上記ロータコアの上記圧縮機構部と対向する端部に、かつ、上記圧縮機構部の偏芯部による偏芯方向と同じ側に、第1の有底の上記バランス調整穴を設けると共に、
上記モータの上記ロータコアの上記圧縮機構部と対向する端部と反対側の端部に、かつ、上記圧縮機構部の上記偏芯部による偏芯方向と上記回転軸に対して反対の側に、第2の有底の上記バランス調整穴を設けたことを特徴とする。
上記構成によれば、上記モータのロータコアの圧縮機構部と対向する端部に、かつ、圧縮機構部の偏芯部による偏芯方向と同じ側に設けられた第1の有底のバランス調整穴を主バランサとして利用し、モータのロータコアの圧縮機構部と対向する端部と反対側の端部に、かつ、圧縮機構部の偏芯部による偏芯方向と回転軸に対して反対の側に、第2の有底のバランス調整穴を副バランサとして利用する。これにより、上記圧縮機構部のアンバランスをキャンセルするようにロータの重心を偏芯させることによって、バランサが不要となるか、または、別途設けるバランサを小さくできる。したがって、1シリンダ構成の圧縮機構部を備えた圧縮機において、簡単な構成でバランス調整を容易に行うことができる。
また、第3の発明の圧縮機では、
上記モータにより回転軸を介して駆動される2シリンダ構成の圧縮機構部と
を備え、
上記圧縮機構部は、上記回転軸に上記モータ側から順に固定された第1偏芯部と第2偏芯部とを有し、
上記モータの上記ロータコアの上記圧縮機構部と対向する端部に、かつ、上記第2偏芯部による偏芯方向と同じ側に、第1の有底の上記バランス調整穴を設けると共に、
上記モータの上記ロータコアの上記圧縮機構部と対向する端部と反対側の端部に、かつ、上記第2偏芯部による偏芯方向と同じ側に、第2の有底の上記バランス調整穴を設けたことを特徴とする。
上記構成によれば、上記モータのロータコアの圧縮機構部と対向する端部に、かつ、第2偏芯部による偏芯方向と同じ側に設けられた第1の有底のバランス調整穴をバランサとして利用し、モータのロータコアの圧縮機構部と対向する端部と反対側の端部に、かつ、第1偏芯部による偏芯方向と同じ側に、第2の有底のバランス調整穴をバランサとして利用する。これにより、上記圧縮機構部のアンバランスをキャンセルするようにロータの重心を偏芯させることによって、バランサが不要となるか、または、別途設けるバランサを小さくできる。したがって、2シリンダ構成の圧縮機構部を備えた圧縮機において、簡単な構成でバランス調整を容易に行うことができる。
また、一実施形態の圧縮機では、第2の発明の圧縮機において、上記圧縮機構部と対向する端部に設けられた上記バランス調整穴の容積が、上記圧縮機構部と対向する端部と反対側の端部に設けられた上記バランス調整穴の容積よりも大きい。
上記実施形態によれば、上記圧縮機構部と対向する端部に設けられたバランス調整穴の容積を、上記圧縮機構部と対向する端部と反対側の端部に設けられたバランス調整穴の容積よりも大きくすることによって、主バランサの重量を容易に大きくできる。
また、一実施形態の圧縮機では、上記バランス調整穴がそれぞれ複数個設けられた。
また、一実施形態の圧縮機では、第2の発明の圧縮機において、上記圧縮機構部と対向する端部に設けられた上記バランス調整穴の数が、上記圧縮機構部と対向する端部と反対側の端部に設けられた上記バランス調整穴の数よりも多い。
上記実施形態によれば、上記圧縮機構部と対向する端部に設けられたバランス調整穴の数が、上記圧縮機構部と対向する端部と反対側の端部に設けられたバランス調整穴の数よりも多くすることによって、主バランサの重量を容易に大きくできる。
以上より明らかなように、この発明のモータによれば、効果的なバランス調整が容易にできるモータおよびそれを用いた圧縮機を実現することができる。
また、一実施形態のモータによれば、上記ロータコアの電気角60°〜160°の範囲内の磁束の少ない領域に、バランス調整穴を設けることによって、磁束の流れを阻害することなくトルク低下や効率低下を抑えつつバランス調整穴によるバランス調整を行うことができる。
また、この発明の圧縮機によれば、モータのロータコアの圧縮機構部と対向する端部に、かつ、圧縮機構部の偏芯部による偏芯方向と同じ側に設けられた第1の有底のバランス調整穴を主バランサとして利用し、モータのロータコアの圧縮機構部と対向する端部と反対側の端部に、かつ、圧縮機構部の偏芯部による偏芯方向と回転軸に対して反対の側に、第2の有底のバランス調整穴を副バランサとして利用して、圧縮機構部のアンバランスをキャンセルするようにロータの重心を偏芯させることによって、1シリンダ構成の圧縮機構部を備えた圧縮機において、簡単な構成でバランス調整を容易に行うことができる。
また、この発明の圧縮機によれば、モータのロータコアの圧縮機構部と対向する端部に、かつ、第2偏芯部による偏芯方向と同じ側に設けられた第1の有底のバランス調整穴をバランサとして利用し、モータのロータコアの圧縮機構部と対向する端部と反対側の端部に、かつ、第1偏芯部による偏芯方向と同じ側に、第2の有底のバランス調整穴をバランサとして利用して、圧縮機構部のアンバランスをキャンセルするようにロータの重心を偏芯させることによって、2シリンダ構成の圧縮機構部を備えた圧縮機において、簡単な構成でバランス調整を容易に行うことができる。
以下、この発明のモータおよび圧縮機を図示の実施の形態により詳細に説明する。
〔第1実施形態〕
図1はこの発明の実施の一形態のモータを用いた1シリンダ構成のロータリ圧縮機の断面図を示している。この実施の形態のロータリ圧縮機は、高圧ドーム型である。
この第1実施形態のロータリ圧縮機は、図1に示すように、密閉容器1と、上記密閉容器1内に配置された圧縮機構部2と、上記密閉容器1内かつ圧縮機構部2の上側に配置され、圧縮機構部2を回転軸4を介して駆動するモータ3とを備えている。上記密閉容器1の下側側方に、吸入管11を接続する一方、密閉容器1の上側に吐出管12を接続している。上記吸入管11から供給される冷媒ガスは、圧縮機構部2の吸込側に導かれる。
上記モータ3は、密閉容器1内側に外周側の一部が固定されたステータ40と、上記ステータ40の内周側に配置され、回転軸4に固定されたロータ30とを有する。上記ロータ30が固定された回転軸4の下端側を圧縮機構部2に連結している。上記ロータ30は、複数の電磁鋼板が積層された円柱形状のロータコア31と、そのロータコア31に周方向かつ凸多角形状に配列された複数の永久磁石32とを有する。
また、上記圧縮機構部2は、シリンダ状の本体部20と、この本体部20の上下の開口端のそれぞれに取り付けられた上端板8および下端板9とを備える。上記回転軸4は、上端板8および下端板9を貫通して、本体部20の内部に挿入されている。上記回転軸4は、圧縮機構部2の上端板8に設けられた軸受21と、圧縮機構部2の下端板9に設けられた軸受22により回転自在に支持されている。上記本体部20内の回転軸4にクランクピン5が設けられ、そのクランクピン5に嵌合されて駆動されるピストン6とそれに対応するシリンダとの間に形成された圧縮室7により圧縮を行う。ピストン6は偏芯した状態で回転し、圧縮室7の容積を変化させる。
さらに、上記モータ3のロータコア31の圧縮機構部2と対向する端部に、かつ、圧縮機構部2の偏芯部(クランクピン5)による偏芯方向と同じ側に、第1の有底のバランス調整穴31aを設けている。一方、上記モータ3のロータコア31の圧縮機構部2と対向する端部と反対側の端部に、かつ、圧縮機構部2の偏芯部(クランクピン5)による偏芯方向と回転軸4に対して反対の側に、第2の有底のバランス調整穴31bを設けている。
上記構成のロータリ圧縮機において、モータ3を回転させることにより圧縮機構部2を駆動すると、吸入管11から圧縮機構部2に冷媒ガスが供給され、圧縮機構部2で冷媒ガスを圧縮する。そうして圧縮機構部2で圧縮された高圧冷媒ガスは、圧縮機構部2の吐出ポート23より密閉容器1内に吐出され、回転軸4の周りに設けられた溝(図示せず)、ステータ40およびロータ30の内部を軸方向に貫通する穴(図示せず)、ステータ40の外周部と密閉容器1の内面との間の空間等を通ってモータ3の上部空間に運ばれた後、吐出管12を介して密閉容器1の外部に吐出される。
図1の右下側に示すように、圧縮機構部2のアンバランス部S1、下側の第1のバランス調整穴31aによる主バランサS2、上側の第2のバランス調整穴31bによる副バランサS3において、それぞれの重量をM1,M2,M3、偏芯(重心の回転中心からの距離)をR1,R2,R3、ある基準位置からの軸方向高さをZ1,Z2,Z3とすると、以下の式を満たすようバランサを設けるのが良い。
静バランス : M1・R1+M2・R2+M3・R3=0
動バランス : M1・R1・Z1+M2・R2・Z2+M3・R3・Z3=0
上記式より、主バランサS2のM2・R2が最も大きい必要があるので、この実施形態においては、下側の第1のバランス調整穴31aによるアンバランスと、バランサー(図示せず)を併用している。また、上側の第2のバランス調整穴31bによる副バランサS3は、主バランサS2と圧縮機構部2のアンバランス部S1との距離よりも主バランサS2からの距離が長いため、同バランスの式より、アンバランス量が比較的小さくても良い。
なお、上記圧縮機構部2と対向する端部に設けられたバランス調整穴の容積を、圧縮機構部2と対向する端部と反対側の端部に設けられたバランス調整穴の容積よりも大きくすることによって、主バランサS2の重量を容易に大きくできる。
また、上記バランス調整穴を夫々複数個設けてもよい。
また、上記圧縮機構部2と対向する端部に設けられたバランス調整穴の数が、圧縮機構部2と対向する端部と反対側の端部に設けられたバランス調整穴の数よりも多くすることによって、主バランサS2の重量を容易に大きくできる。
図2は上記ロータリ圧縮機の要部の模式図を示しており、図2(a)はロータ30の平面図を示し、図2(b)は側面図を示している。図2(a)において、ロータ30は反時計回りに回転する。
図2(a),(b)に示すように、電磁鋼板が積層された円柱形状のロータコア31に4つの永久磁石32を正方形状(凸多角形状)かつ周方向に配列している。ここで、クランクピン5による偏芯方向にかつ回転軸4に対して略対称な位置に、第1,第2のバランス調整穴31a,31bを設けている。また、第1,第2のバランス調整穴31a,31bの中心を結ぶ直線(すなわち偏芯方向)に対して、第1,第2のバランス調整穴31a,31bに夫々隣接する2つの永久磁石32の中央を通る直線L1は反時計回りに傾いている。
本発明者は、代表的なモータ形式A(図6に示す)およびモータ形式B(図7に示す)において、ロータコア表面の磁束の分布を夫々測定した。
図6はモータ形式Aのステータコア表面とロータコア表面の磁束の分布を示し、図7はモータ形式Bのステータコア表面とロータコア表面の磁束の分布を示している。また、図8は、上記測定結果を示し、モータ形式Aとモータ形式Bの電気角に対するロータ表面の磁束密度を表している。
図6に示すモータ形式Aは、電磁鋼板が積層された円柱形状のロータコア431に4つの永久磁石432を正方形状(凸多角形状)かつ周方向に配列されたロータ430と、そのロータ430の外周側を囲うステータ440とを備えている。上記ステータ440は、24のティース441aが内周側に設けられたステータコア441と、上記24のティース441aに夫々巻回されたコイル(図示せず)とを有している。図6に示すθは、1つの永久磁石432が配置された機械角0°〜90°の範囲において、電気角0°〜180となる。
図7に示すモータ形式Bは、電磁鋼板が積層された円柱形状のロータコア531に4つの永久磁石532を正方形状(凸多角形状)かつ周方向に配列されたロータ530と、そのロータ530の外周側を囲うステータ540とを備えている。上記ステータ540は、6つのティース541aが内周側に設けられたステータコア541と、上記6つのティース541aに夫々巻回されたコイル(図示せず)とを有している。図7に示すθは、1つの永久磁石532が配置された機械角0°〜90°の範囲において、電気角0°〜180となる。
図8において、横軸は電気角を表し、縦軸はロータコア表面の磁束密度を表しており、ロータコアの電気角60°〜160°の範囲は、磁束の少ない領域である。したがって、上記ロータコア31の電気角60°〜160°の範囲内の磁束の少ない領域に、バランス調整穴31a,31bを設けることによって、磁束の流れを阻害することなくトルク低下や効率低下を抑えつつバランス調整が行える。
上記構成のモータによれば、バランス調整穴31a,31bを、電磁鋼板が積層された円柱形状のロータコア31に周方向かつ凸多角形状に配列された永久磁石32の半径方向外側に設けることによって、バランサとしてのモーメント量を大きくできるので、効果的なバランス調整が容易にできる。
また、上記モータのロータコア31の圧縮機構部2と対向する端部に、かつ、圧縮機構部2の偏芯部による偏芯方向と同じ側に設けられた第1の有底のバランス調整穴31aを主バランサとして利用し、モータのロータコアの圧縮機構部2と対向する端部と反対側の端部に、かつ、圧縮機構部2の偏芯部による偏芯方向と回転軸4に対して反対の側に、第2の有底のバランス調整穴31bを副バランサとして利用する。これにより、上記圧縮機構部2のアンバランスをキャンセルするようにロータ30の重心を偏芯させることによって、バランサが不要となるか、または、別途設けるバランサを小さくできる。したがって、1シリンダ構成の圧縮機構部2を備えた圧縮機において、簡単な構成でバランス調整を容易に行うことができる。
また、図3は2シリンダ構成の他のロータリ圧縮機の要部の模式図を示しており、図3(a)はロータ130の平面図を示し、図3(b)は側面図を示している。図3(a)において、ロータ130は反時計回りに回転する。
図3(a),(b)に示すように、電磁鋼板が積層された円柱形状のロータコア131に4つの永久磁石132を正方形状(凸多角形状)かつ周方向に配列している。ここで、第2のクランクピン105Bによる偏芯方向に回転軸104に対して対称な位置に、第1のバランス調整穴131aを設けると共に、第1のクランクピン105Aによる偏芯方向にかつ回転軸104に対して略対称な位置に、第2のバランス調整穴131bを設けている。また、第1,第2のバランス調整穴131a,131bの中心を結ぶ直線(すなわち偏芯方向)に対して、第1,第2のバランス調整穴131a,131bに夫々隣接する2つの永久磁石132の中央を通る直線L2は反時計回りに傾いている。
このような図3(a),(b)に示す構成によれば、ロータコア131の圧縮機構部と対向する端部に、かつ、第2偏芯部(クランクピン105B)による偏芯方向と同じ側に設けられた第1の有底のバランス調整穴131aをバランサとして利用し、ロータコア131の圧縮機構部と対向する端部と反対側の端部に、かつ、第1偏芯部(クランクピン105A)による偏芯方向と同じ側に、第2の有底のバランス調整穴131bをバランサとして利用する。これにより、上記圧縮機構部のアンバランスをキャンセルするようにロータ130の重心を偏芯させることによって、バランサが不要となるか、または、別途設けるバランサを小さくできる。したがって、2シリンダ構成の圧縮機構部を備えた圧縮機において、簡単な構成でバランス調整を容易に行うことができる。
また、図4は4つの永久磁石232が正四角形状に配置されたロータ230の平面図を示し、図5は6つの永久磁石332が正6角形状に配置されたロータ330の平面図を示している。
図4に示すように、1つの永久磁石232の電気角60°〜160°の範囲でかつその永久磁石232の半径方向外側の領域A1にバランス調整穴を設けることによって、磁束の流れを阻害することなくトルク低下や効率低下を抑えつつバランス調整を行うことができる。図4において、231aは軸穴、231bは軸方向に貫通するガス通路である。
また、図5に示すように、1つの永久磁石332の電気角60°〜160°の範囲でかつその永久磁石332の半径方向外側の領域A2にバランス調整穴を設けることによって、磁束の流れを阻害することなくトルク低下や効率低下を抑えつつバランス調整を行うことができる。図5において、331aは軸穴、331bは軸方向に貫通するガス通路である。
このように、周方向かつ凸多角形状に配列される磁石の数によらず、1つの磁石の電気角60°〜160°の範囲でバランス調整穴を設ければ同様の効果が得られる。
上記実施の形態では、ロータリ圧縮機について説明したが、この発明の圧縮機はこれに限らず、スクロール方式、スイング方式、レシプロ方式の圧縮機等にこの発明を適用してもよい。
この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の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。
図1はこの発明の実施の一形態のモータを用いた1シリンダ構成のロータリ圧縮機の縦断面図である。 図2は上記ロータリ圧縮機の要部の模式図である。 図3は2シリンダ構成の他のロータリ圧縮機の要部の模式図である。 図4は4つの永久磁石が正四角形状に配置されたロータの平面図である。 図5は6つの永久磁石が正6角形状に配置されたロータの平面図である。 図6はモータ形式Aのステータコア表面とロータコア表面の磁束の分布を示す図である。 図7はモータ形式Bのステータコア表面とロータコア表面の磁束の分布を示す図である。 図8はモータ形式Aとモータ形式Bの電気角に対するロータコア表面の磁束密度を表す図である。
符号の説明
1…密閉容器
2…圧縮機構部
3…モータ
4…回転軸
5…クランクピン
6…ピストン
7…圧縮室
8…上端板
9…下端板
11…吸入管
12…吐出管
20…本体部
21,22…軸受
30…ロータ
31…ロータコア
31a…第1のバランス調整穴
31b…第2のバランス調整穴
32…永久磁石
40…ステータ
104…回転軸
105A…第1のクランクピン
105B…第2のクランクピン
130…ロータ
131…ロータコア
131a…第1のバランス調整穴
131b…第2のバランス調整穴
132…永久磁石

Claims (7)

  1. 円柱形状のロータ(30,130)と上記ロータ(30,130)の外周側を囲うステータ(40)とを備えたモータであって、
    上記ロータ(30,130)は、
    電磁鋼板が積層されたロータコア(31,131)と、
    上記ロータコア(31,131)に周方向かつ凸多角形状に配列された磁石(32,132)と、
    上記ロータコア(31,131)に配置された上記磁石(32,132)の半径方向外側に設けられたバランス調整穴(31a,31b,131a,131b)と
    を有することを特徴とするモータ。
  2. 請求項1に記載のモータにおいて、
    上記バランス調整穴(31a,31b,131a,131b)は、上記ロータコア(31,131)の電気角60°〜160°の範囲内にあることを特徴とするモータ。
  3. 請求項1または2に記載のモータと、
    上記モータ(3)により回転軸(4)を介して駆動される1シリンダ構成の圧縮機構部(2)と
    を備え、
    上記モータ(3)の上記ロータコア(31)の上記圧縮機構部(2)と対向する端部に、かつ、上記圧縮機構部(2)の偏芯部による偏芯方向と同じ側に、第1の有底の上記バランス調整穴(31a)を設けると共に、
    上記モータ(3)の上記ロータコア(31)の上記圧縮機構部(2)と対向する端部と反対側の端部に、かつ、上記圧縮機構部(2)の上記偏芯部による偏芯方向と上記回転軸(4)に対して反対の側に、第2の有底の上記バランス調整穴(31b)を設けたことを特徴とする圧縮機。
  4. 請求項1または2に記載のモータと、
    上記モータにより回転軸(104)を介して駆動される2シリンダ構成の圧縮機構部と
    を備え、
    上記圧縮機構部は、上記回転軸(104)に上記モータ側から順に固定された第1偏芯部(105A)と第2偏芯部(105B)とを有し、
    上記モータの上記ロータコア(131)の上記圧縮機構部と対向する端部に、かつ、上記第2偏芯部(105B)による偏芯方向と同じ側に、第1の有底の上記バランス調整穴(131a)を設けると共に、
    上記モータの上記ロータコア(131)の上記圧縮機構部と対向する端部と反対側の端部に、かつ、上記第1偏芯部(105A)による偏芯方向と同じ側に、第2の有底の上記バランス調整穴(131b)を設けたことを特徴とする圧縮機。
  5. 請求項3に記載の圧縮機において、
    上記圧縮機構部と対向する端部に設けられた上記バランス調整穴の容積が、上記圧縮機構部と対向する端部と反対側の端部に設けられた上記バランス調整穴の容積よりも大きいことを特徴とする圧縮機。
  6. 請求項3乃至5のいずれか1つに記載の圧縮機において、
    上記バランス調整穴がそれぞれ複数個設けられたことを特徴とする圧縮機。
  7. 請求項3に記載の圧縮機において、
    上記圧縮機構部と対向する端部に設けられた上記バランス調整穴の数が、上記圧縮機構部と対向する端部と反対側の端部に設けられた上記バランス調整穴の数よりも多いことを特徴とする圧縮機。
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