JP2012124988A - モータおよび圧縮機 - Google Patents

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Akinobu Ishizaki
明宣 石嵜
Kazuo Ida
一男 井田
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Abstract

【課題】ステータコアの鉄損を低減して運転効率を向上できるモータを提供する。
【解決手段】ステータコア41は、応力が集中して塑性変形している塑性変形部148を有している。つまり、ステータコア41が密閉容器1に焼き嵌められた状態において、ステータコア41は、塑性変形部148の塑性変形によって、密閉容器1に保持されている。このため、ステータコア41の密閉容器1への焼き嵌めにより発生する応力は、塑性変形部148に集中する。
【選択図】図2

Description

この発明は、モータおよび圧縮機に関する。
従来、モータとしては、ケーシングと、このケーシング内に配置されたロータおよびステータとを備えたものがあり、ステータは、ケーシングに焼き嵌められたステータコアを有している(特開2005−20856号公報:特許文献1参照)。
ここで、一般的に、上記ステータコアが上記ケーシングに焼き嵌められた状態において、ステータコアは、ステータコアの弾性変形によって、ケーシングに保持されていた。
しかしながら、上記従来のモータでは、上記ステータコアは、上記ステータコアの弾性変形によって、上記ケーシングに保持されていたため、ステータコアのケーシングへの焼き嵌めにより発生する応力は、ステータコアの磁束通路内に伝達されるおそれがあった。このため、ステータコアの鉄損が大きくなって、モータの運転効率が低下する問題があった。
特開2005−20856号公報
そこで、この発明の課題は、ステータコアの鉄損を低減して運転効率を向上できるモータおよび圧縮機を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明のモータは、
ケーシングと、
上記ケーシング内に配置されたロータと、
上記ケーシング内に配置されると共に上記ロータの外周側を囲むように配置されたステータと
を備え、
上記ステータは、上記ケーシングに焼き嵌められたステータコアを有し、
上記ステータコアは、応力が集中して塑性変形している塑性変形部を有することを特徴としている。
この発明のモータによれば、上記ステータコアが上記ケーシングに焼き嵌められた状態において、上記ステータコアは、上記塑性変形部の塑性変形によって、上記ケーシングに保持されている。
つまり、上記塑性変形部だけが弾性変形時より大きく変形するので、焼き嵌めによる変形時に塑性変形部がつぶれることにより塑性変形部以外に応力が発生することを抑制できる。要するに、ステータコアのケーシングへの焼き嵌めにより発生する応力は、塑性変形部に集中される。
したがって、上記ステータコアの上記ケーシングへの焼き嵌めにより発生する応力が、ステータコアの磁束通路内に伝達されることを防止して、ステータコアの鉄損を低減し、モータの運転効率を向上できる。
また、一実施形態のモータでは、上記ステータコアの外周面に、上記ステータコアの径方向外側に突出すると共に上記ステータコアの周方向に延在する突部が設けられ、この突部に、上記塑性変形部が設けられている。
この実施形態のモータによれば、上記塑性変形部は、上記ステータコアのうちの焼き嵌めによる応力が高くなる突部に、設けられているので、この応力を塑性変形部に集中できて、磁束通路内への応力の伝達を有効に防止できる。
また、一実施形態のモータでは、上記塑性変形部は、上記突部における上記ステータコアの周方向の両端のうちの少なくとも一端に位置している。
この実施形態のモータによれば、上記塑性変形部は、上記突部のうちの焼き嵌めによる応力が最も高くなる両端のうちの少なくとも一端に、位置しているので、この応力を塑性変形部に集中できて、磁束通路内への応力の伝達を有効に防止できる。
また、一実施形態のモータでは、上記塑性変形部は、上記突部の上記少なくとも一端の端面から上記ステータコアの周方向の内側に向かって切り欠かれた切欠部によって、形成されている。
この実施形態のモータによれば、上記塑性変形部は、上記切欠部によって、形成されているので、塑性変形部の根元側(切欠部の奥側)に確実に応力を集中できる。
また、一実施形態のモータでは、上記切欠部における上記ステータコアの周方向の切欠深さは、上記切欠部における上記ステータコアの径方向の切欠幅よりも、大きい。
この実施形態のモータによれば、上記切欠部の切欠深さLは、上記切欠部の切欠幅Wよりも、大きいので、塑性変形部の根元側(切欠部の奥側)に有効に応力を集中できる。
また、一実施形態のモータでは、
上記突部は、
本体部と、
この本体部の径方向外側に位置する押圧部と、
この押圧部の周方向両端と上記本体部とを接続する上記塑性変形部と
を有する。
この実施形態のモータによれば、上記突部は、本体部と押圧部と上記塑性変形部とを有するので、押圧部が受ける焼き嵌めによる応力を、塑性変形部に確実に集中できる。
また、一実施形態のモータでは、上記押圧部の幅L’は、上記塑性変形部の幅W’よりも、大きい。
この実施形態のモータによれば、上記押圧部の幅L’は、上記塑性変形部の幅W’よりも、大きいので、塑性変形部に一層確実に応力を集中できる。
また、一実施形態のモータでは、
上記ステータコアは、円筒部と、この円筒部の内周面から径方向内側に突出すると共に周方向に配列された複数のティース部とを有し、
上記塑性変形部は、上記ティース部の径方向外側に位置しないで、隣り合う上記ティース部の間の空間であるスロット部の径方向外側に位置している。
この実施形態のモータによれば、上記塑性変形部は、上記ティース部の径方向外側に位置しないで、上記スロット部の径方向外側に位置しているので、塑性変形部をステータコアの磁束通路外に一層確実に配置できる。
また、一実施形態のモータは、上記塑性変形部は、上記ステータコアにおける磁束密度の高い領域と低い領域とのうちの低い領域にある。
この実施形態のモータによれば、上記塑性変形部は、上記ステータコアにおける磁束密度の低い領域にあるので、応力をステータコアの磁束通路外に一層確実に集中できる。
また、一実施形態の圧縮機では、
密閉容器と、
この密閉容器内に配置された圧縮機構部と、
上記密閉容器内に配置されると共に上記圧縮機構部を駆動する上記モータと
を備えている。
この実施形態の圧縮機によれば、鉄損の小さな上記モータを有するので、品質を向上できる。
この発明のモータによれば、上記ステータコアは、応力が集中して塑性変形している塑性変形部を有するので、ステータコアの鉄損を低減して運転効率を向上できる。
この発明の圧縮機によれば、上記モータを有するので、品質を向上できる。
本発明の第1実施形態のモータを有する圧縮機の断面図である。 圧縮機の要部の断面図である。 ステータコアの塑性変形部および切欠部の拡大図である。 ステータコアの密閉容器への焼き嵌めにより発生する応力の大きさを示す説明図である。 本発明の第2実施形態のモータのステータコアを示す拡大図である。 本発明の第3実施形態のモータのステータコアを示す拡大図である。 本発明の第4実施形態のモータのステータコアを示す拡大図である。
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、この発明の第1実施形態のモータを有する圧縮機の断面図を示している。この圧縮機は、密閉容器1と、この密閉容器1内に配置された圧縮機構部2およびモータ3とを備えている。この圧縮機は、ロータリ圧縮機である。
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は、上記圧縮機構部2の吸込側に導かれる。この冷媒は、二酸化炭素であるが、R410AやR22等であってもよい。
上記モータ3は、上記圧縮機構部2の上側に配置され、上記圧縮機構部2を回転軸4を介して駆動する。上記モータ3は、上記圧縮機構部2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内の高圧領域に配置されている。
上記密閉容器1内の下部には、潤滑油が溜められた油溜まり部10が形成されている。この潤滑油は、油溜まり部10から、上記回転軸4に設けられた(図示しない)油通路を通って、上記圧縮機構部2や上記モータ3のベアリング等の摺動部に移動して、この摺動部を潤滑する。
冷媒として二酸化炭素を用いる場合、潤滑油として高い粘度の潤滑油を用いる。この潤滑油としては、粘度が40℃において5〜300cStの潤滑油を用いる。潤滑油は、例えば、(ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコール等の)ポリアルキレングリコール油や、エーテル油や、エステル油や、鉱油である。
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部8および下端部9とを備える。
上記回転軸4は、上端部8および下端部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の上端部8に設けられた軸受21と、圧縮機構部2の下端部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、このクランクピン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、または、公転運動を行い、圧縮室7の容積を変化させる。
上記モータ3は、上記密閉容器1の一部であるケーシング1aと、このケーシング1a内に配置されたロータ30およびステータ40とを有する。
上記ロータ30は、円筒形状であり、上記回転軸4に固定されている。上記ステータ40は、ロータ30の外周側を囲むように配置されている。つまり、上記モータ3は、インナーロータ型のモータである。
図1と図2に示すように、上記ロータ30は、ロータコア31と、このロータコア31に軸方向に埋め込まれると共に周方向に配列された複数(本実施形態では6つ)の磁石32とを有する。
上記ステータ40は、上記密閉容器1の内面に接触するステータコア41と、このステータコア41に巻回されたコイル42とを有する。
上記ステータコア41は、積層された複数の電磁鋼板を含み、円筒部45と、複数(本実施形態では9つ)のティース部46と、複数(本実施形態では9つ)の突部48とを有する。上記ティース部46は、円筒部45の内周面から径方向内側に突出すると共に周方向に配列されている。上記突部48は、円筒部45の外周面から径方向外側に突出すると共に周方向に延在する。
上記コイル42は、複数の上記ティース部46に渡って巻かれておらず各ティース部46に巻かれている集中巻きである。
上記ステータコア41は、内周側に開口すると共に周方向に配列された9つのスロット部47を有する。このスロット部47は、隣り合う上記ティース部46,46の間に形成された空間である。
上記ステータコア41は、上記密閉容器1(ケーシング1a)に焼き嵌められている。上記突部48におけるステータコア41の周方向の両端に、塑性変形部148が設けられている。この塑性変形部148は、応力が集中して塑性変形している。
つまり、上記ステータコア41を上記密閉容器1に焼き嵌めするときに、この焼き嵌めによりステータコア41に発生する応力により、塑性変形部148が塑性変形して、ステータコア41が密閉容器1に焼き嵌められた状態において、ステータコア41は、塑性変形部148の塑性変形によって、密閉容器1に保持される。
なお、上記塑性変形部148にかかる応力を、MIN圧入代時に、塑性変形部148の降伏応力(400MPa程度)以下とし、MAX圧入代時に、塑性変形部148の降伏応力以上となるようにしてもよい。ここで、MIN圧入代時とは、密閉容器1の内径とステータコア41の外径との公差が最小であるときをいい、MAX圧入代時とは、密閉容器1の内径とステータコア41の外径との公差が最大であるときをいう。
上記塑性変形部148は、上記ティース部46の径方向外側に位置しないで、上記スロット部47の径方向外側に位置している。このスロット部47の径方向外側の領域は、ティース部46の径方向外側の領域に比べて、磁束密度が低い。
つまり、上記塑性変形部148は、上記ステータコア41における磁束密度の高い領域と低い領域とのうちの低い領域にある。このように、塑性変形部148は、ステータコア41の磁束通路外に位置しているといえる。
図3に示すように、上記塑性変形部148は、上記突部48の上記両端のそれぞれの端面からステータコア41の周方向の内側に向かって切り欠かれた切欠部248によって、形成されている。
上記切欠部248は、平面視三角形に形成された溝である。つまり、塑性変形部148の形状は、略台形である。切欠部248におけるステータコア41の周方向の切欠深さLは、切欠部248におけるステータコア41の径方向の切欠幅Wよりも、大きい。
次に、図4に、上記ステータコア41の上記密閉容器1への焼き嵌めにより発生する応力の大きさを、シミュレーションにより示す。図4では、応力の高い部分を、ドット密度を大きくして示している。
図4に示すように、上記ステータコア41の上記密閉容器1への焼き嵌めにより発生する応力は、上記塑性変形部148に集中している。特に、この応力は、丸Aで囲んで示すように、塑性変形部148の根元側(切欠部248の奥側)に集中している。
この理由として、一般的に、上記ステータコア41の上記密閉容器1への焼き嵌めにより発生する応力は、上記突部48のうちの上記ステータコア41の周方向の両端が最も高く、この突部48の両端に、切欠部248によって形成された塑性変形部148が位置しているため、この応力を、塑性変形部148の根元側(切欠部248の奥側)に集中できる。
上記構成のモータ3によれば、上記ステータコア41は上記塑性変形部148を有するので、ステータコア41が密閉容器1に焼き嵌められた状態において、ステータコア41は、塑性変形部148の塑性変形によって、密閉容器1に保持されている。つまり、塑性変形部148だけが弾性変形時より大きく変形するので、焼き嵌めによる変形時に塑性変形部148がつぶれることにより塑性変形部148以外に応力が発生することを抑制できる。要するに、ステータコア41の密閉容器1への焼き嵌めにより発生する応力は、塑性変形部148に集中される。したがって、この焼き嵌めにより発生する応力が、ステータコア41の磁束通路内に伝達されることを防止して、ステータコア41の鉄損を低減し、モータ3の運転効率を向上できる。
また、上記ステータコア41と上記密閉容器1との公差を大きくしても、ステータコア41を、塑性変形部148の塑性変形によって、密閉容器1に固定できるため、ステータコア41と密閉容器1との製造精度を低くでき、モータ3の製造コストを低減できる。
また、上記塑性変形部148は、上記突部48のうちの焼き嵌めによる応力が最も高くなる両端に、位置しているので、この応力を塑性変形部148に集中できて、磁束通路内への応力の伝達を有効に防止できる。
また、上記塑性変形部148は、上記切欠部248によって、形成されているので、塑性変形部148の根元側(切欠部248の奥側)に確実に応力を集中できる。
また、上記切欠部248の切欠深さLは、上記切欠部248の切欠幅Wよりも、大きいので、塑性変形部148の根元側(切欠部248の奥側)に有効に応力を集中できる。
また、上記塑性変形部148は、上記ステータコア41における磁束密度の高い領域と低い領域とのうちの低い領域にあるので、ステータコア41の密閉容器1への焼き嵌めにより発生する応力を、ステータコア41の磁束通路外に集中できる。
上記構成の圧縮機によれば、鉄損の小さな上記モータ3を有するので、品質を向上できる。
(第2の実施形態)
図5は、この発明のモータの第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、ステータコアの塑性変形部および切欠部の形状が相違する。なお、上記第1の実施形態と同一の符号は、上記第1の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。
図5に示すように、ステータコア41Aの突部48Aの切欠部248Aは、平面視円形に形成された溝である。つまり、塑性変形部148Aの形状は、略円弧形状である。切欠部248Aの切欠深さLは、切欠部248Aの切欠幅Wよりも、大きい。
したがって、塑性変形部148Aの根元側(切欠部248Aの奥側)に、焼き嵌めによる応力を有効に集中できる。
(第3の実施形態)
図6は、この発明のモータの第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、ステータコアの塑性変形部および切欠部の形状が相違する。なお、上記第1の実施形態と同一の符号は、上記第1の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。
図6に示すように、ステータコア41Bの突部48Bの切欠部248Bは、平面視矩形に形成された溝である。つまり、塑性変形部148Bの形状は、略矩形である。切欠部248Bの切欠深さLは、切欠部248Bの切欠幅Wよりも、大きい。
したがって、塑性変形部148Bの根元側(切欠部248Bの奥側)に、焼き嵌めによる応力を有効に集中できる。
(第4の実施形態)
図7は、この発明のモータの第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、ステータコアの塑性変形部の位置および形状が相違する。なお、上記第1の実施形態と同一の符号は、上記第1の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。
図7に示すように、塑性変形部148Cは、突部48Cにおけるステータコア41Cの周方向の中央部に位置している。この突部48Cは、本体部480Cと、押圧部481Cと、上記塑性変形部148Cとを有する。
上記押圧部481Cは、上記本体部480Cの周方向中央部でかつ径方向外側に位置する。上記塑性変形部148Cは、この押圧部481Cの周方向両端と上記本体部480Cとを接続する。具体的に述べると、押圧部481Cおよび塑性変形部148Cは、突部48Cに設けられた穴部482Cの径方向外側に位置する。押圧部481Cの幅L’は、塑性変形部148Cの幅W’よりも、大きい。
したがって、上記塑性変形部148Cは、上記突部48Cの周方向の中央部に位置しているので、塑性変形部148Cを、ステータコア41Cのうちの焼き嵌めによる応力が確実に発生する部分に、配置できる。また、上記突部48Cは、本体部480Cと押圧部481Cと塑性変形部148Cとを有するので、押圧部481Cが受ける応力を、塑性変形部148Cに確実に集中できる。また、上記押圧部481Cの幅L’は、上記塑性変形部148Cの幅W’よりも、大きいので、塑性変形部148Cに一層確実に応力を集中できる。なお、塑性変形部148Cおよび押圧部481Cは、本体部480Cの周方向中央部以外の端部側の位置にあってもよい。
なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記第1から上記第4の実施形態のそれぞれの特徴点を様々に組み合わせてもよい。また、塑性変形部を、突部におけるステータコアの周方向の両端のうちの少なくとも一端に、設けてもよい。また、塑性変形部の位置は、ステータコアにおける磁束密度の低い領域にあればよい。また、塑性変形部の形状は、焼き嵌めによる応力が集中して塑性変形するような形状であれば、どのような形状であってもよい。また、本発明のモータを、圧縮機のモータ以外に、ポンプなどのモータに用いてもよい。
また、圧縮機構部として、ロータリタイプ以外に、スクロールタイプやレシプロタイプを用いてもよい。また、コイルを、複数のティースにわたって巻いた、いわゆる分布巻きとしてもよい。また、ステータコアの突部の形状や位置や数量は、上述の実施形態に限定されない。
1 密閉容器
1a ケーシング
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 上端部
9 下端部
10 油溜まり部
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
32 磁石
40 ステータ
41,41A,41B,41C ステータコア
42 コイル
45 円筒部
46 ティース部
47 スロット部
48,48A,48B,48C 突部
148,148A,148B,148C 塑性変形部
248,248A,248B 切欠部
480C 本体部
481C 押圧部
482C 穴部

Claims (10)

  1. ケーシング(1a)と、
    上記ケーシング(1a)内に配置されたロータ(30)と、
    上記ケーシング(1a)内に配置されると共に上記ロータ(30)の外周側を囲むように配置されたステータ(40)と
    を備え、
    上記ステータ(40)は、上記ケーシング(1a)に焼き嵌められたステータコア(41,41A,41B,41C)を有し、
    上記ステータコア(41,41A,41B,41C)は、応力が集中して塑性変形している塑性変形部(148,148A,148B,148C)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、
    上記ステータコア(41,41A,41B,41C)の外周面に、上記ステータコア(41,41A,41B,41C)の径方向外側に突出すると共に上記ステータコア(41,41A,41B,41C)の周方向に延在する突部(48,48A,48B,48C)が設けられ、この突部(48,48A,48B,48C)に、上記塑性変形部(148,148A,148B,148C)が設けられていることを特徴とするモータ。
  3. 請求項2に記載のモータにおいて、
    上記塑性変形部(148,148A,148B)は、上記突部(48,48A,48B)における上記ステータコア(41,41A,41B)の周方向の両端のうちの少なくとも一端に位置していることを特徴とするモータ。
  4. 請求項3に記載のモータにおいて、
    上記塑性変形部(148,148A,148B)は、上記突部(48,48A,48B)の上記少なくとも一端の端面から上記ステータコア(41,41A,41B)の周方向の内側に向かって切り欠かれた切欠部(248,248A,248B)によって、形成されていることを特徴とするモータ。
  5. 請求項4に記載のモータにおいて、
    上記切欠部(248,248A,248B)における上記ステータコア(41,41A,41B)の周方向の切欠深さ(L)は、上記切欠部(248,248A,248B)における上記ステータコア(41,41A,41B)の径方向の切欠幅(W)よりも、大きいことを特徴とするモータ。
  6. 請求項2に記載のモータにおいて、
    上記突部(48C)は、
    本体部(480C)と、
    この本体部(480C)の径方向外側に位置する押圧部(481C)と、
    この押圧部(481C)の周方向両端と上記本体部(480C)とを接続する上記塑性変形部(148C)と
    を有することを特徴とするモータ。
  7. 請求項6に記載のモータにおいて、
    上記押圧部(481C)の幅(L’)は、上記塑性変形部(148C)の幅(W’)よりも、大きいことを特徴とするモータ。
  8. 請求項1から7の何れか一つに記載のモータにおいて、
    上記ステータコア(41,41A,41B,41C)は、円筒部(45)と、この円筒部(45)の内周面から径方向内側に突出すると共に周方向に配列された複数のティース部(46)とを有し、
    上記塑性変形部(148,148A,148B,148C)は、上記ティース部(46)の径方向外側に位置しないで、隣り合う上記ティース部(46)の間の空間であるスロット部(47)の径方向外側に位置していることを特徴とするモータ。
  9. 請求項1から8の何れか一つに記載のモータにおいて、
    上記塑性変形部(148,148A,148B,148C)は、上記ステータコア(41,41A,41B,41C)における磁束密度の高い領域と低い領域とのうちの低い領域にあることを特徴とするモータ。
  10. 密閉容器(1)と、
    この密閉容器(1)内に配置された圧縮機構部(2)と、
    上記密閉容器(1)内に配置されると共に上記圧縮機構部(2)を駆動する請求項1から9の何れか一つに記載のモータ(3)と
    を備えることを特徴とする圧縮機。
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