JP2017038462A - 空気圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの回転数を調整しなくても、ロータの磁石のがたつきによる騒音を抑制することができる空気圧縮機を提供する。【解決手段】モータ３０によって圧縮機構４０を作動させる空気圧縮機１０であって、前記モータ３０は、回転軸３１と、前記回転軸３１に固定されたロータ３２と、を備え、前記ロータ３２は、周方向に等間隔で設けられた複数の収容孔部３３ａと、前記複数の収容孔部３３ａのそれぞれに挿入される複数の磁石３４と、を備え、前記磁石３４を前記収容孔部３３ａに接着固定した。【選択図】図４

Description

この発明は、空気圧縮機に関し、特に、モータの作動時にロータ部で発生する音を抑制できる空気圧縮機に関する。

工事現場などでは、現場毎に移動できる可搬型の空気圧縮機が使用されている。このような、可搬型の空気圧縮機の多くは、圧縮機構と、圧縮機構を駆動するモータと、圧縮空気を貯留するタンクとが一体に構成されている。これらを一体に構成するため、クランクケース内にモータの回転軸を回転自在に設け、この回転軸にクランク構造を直結させている。そして、モータが回転したときに、クランク機構が作動してピストンにより空気を圧縮する（例えば特許文献１参照）。

こうした空気圧縮機では、例えば、ロータコアの複数の挿入孔に磁石を挿入してロータを構成したＤＣブラシレスモータ（例えば特許文献２参照）が使用されている。

特開２００９−２４６０３号公報 特開２０１５−２３７２１号公報

上記したような複数の挿入孔に磁石を挿入したロータでは、磁石を挿入するためにあそびが必要であり、挿入孔と磁石との間にクリアランスが生じる。また、薄板金を積層してロータを形成する場合には、挿入孔の寸法のバラつきを考慮して更にクリアランスを大きめに設定しなければならない。挿入孔内の磁石は、回転停止時にはロータの中心側に張り付いているが、ロータが回転することで磁石の磁力以上の遠心力が磁石に生じると外側に移動する。磁石の磁力とほぼ釣り合う遠心力が働いている場合には、磁石を内側または外側へ押し付ける力が弱まり、磁石が挿入孔内で動きやすくなるため、圧縮機やモータの振動などの影響によって、磁石ががたついて騒音を発生させる場合があった。

このような騒音は、磁石の磁力と釣り合うような遠心力が働かないように、モータの回転数を調整することで抑制することができる。しかしながら、インバータ制御によりモータの回転数が動的に変動する場合には、インバータ制御とは異なる制御によって特定の回転数を避けるような制御を行う必要がある。具体的には、インバータ制御により特定の回転数に制御しようとしたときに、その特定の回転数によって磁石の磁力と釣り合うような遠心力が働く場合には、この回転数をさけて、この回転数よりも多い回転数、または少ない回転数に制御しなければならない。このように回転数を調整することで騒音を抑制すると、余計な制御が必要となったり、滑らかなインバータ制御ができなくなったりといった問題が生じる。

また、ロータの半径方向の磁石配置を変えることで、発生する遠心力を調整したり、ロータの厚さを変更することによって磁石の吸着力を調整する事もできるが、設計上の制約となるため好ましい対応とは言えない。

そこで、本発明は、モータの回転数を調整しなくても、ロータの磁石のがたつきによる騒音を抑制することができる空気圧縮機を提供することを課題とする。

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、以下を特徴とする。

請求項１記載の発明は、モータによって圧縮機構を作動させる空気圧縮機であって、前記モータは、回転軸と、前記回転軸に固定されたロータと、を備え、前記ロータは、複数の収容孔部と、前記複数の収容孔部のそれぞれに挿入される複数の磁石と、を備え、前記磁石を前記収容孔部に接着固定したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、上記した請求項１に記載の発明の特徴点に加え、前記収容孔部と前記磁石とを浸透性の接着剤で接着固定したことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、上記した請求項１又は２に記載の発明の特徴点に加え、前記回転軸を中心とする円上に、周方向に等間隔で設けられていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、上記した請求項１〜３のいずれかに記載の発明の特徴点に加え、前記収容孔部に挿入された前記磁石は、前記ロータの回転中心側の前記収容孔部の内壁に接着固定されることを特徴とする。

請求項１に記載の発明は上記の通りであり、磁石をロータの収容孔部に接着固定したので、磁石が収容孔部の内部で移動せず、騒音が発生しない。よって、騒音が発生する特定の回転数を避けてモータの回転制御をする必要がないので、インバータ制御による滑らかな回転制御が実現できる。

また、請求項２に記載の発明は上記の通りであり、前記収容孔部と前記磁石とを浸透性の接着剤で接着固定したので、収容孔部の内部に接着剤を浸透させて行き渡らせることができて加工性が良い。

また、接着剤を浸透させることで、隙間に接着剤を行き渡らせているので、経年劣化等で接着力が低下した場合でも、隙間に残った接着剤が緩衝材となることで磁石の移動を抑制し、騒音を低減させる効果を発揮できる。

また、請求項３に記載の発明は上記の通りであり、前記収容孔部は、前記回転軸を中心とする円上に、周方向に等間隔で設けられているので、磁石を等間隔に配置することができる。

また、請求項４に記載の発明は上記の通りであり、前記収容孔部に挿入された前記磁石は、前記ロータの回転中心側の前記収容孔部の内壁に接着固定される。このような構成によれば、磁石を収容孔部に挿入して接着した後に磁石を磁化させた場合でも、接着剤に負荷を与えず、磁石を安定して固定できる。すなわち、磁石を磁化させると、磁石が磁力によって中心側の壁に寄ろうとするが、最初から磁石が中心側の壁に固定されているので、接着剤に負荷を与えることがない。

空気圧縮機の内部構造を示すために一部を断面で表示した平面図である。 カバーを取り外した空気圧縮機の側面図である。 ロータの外観図である。 ロータの一部（図３のＡ部）を拡大した図である。 クランクケースとモータとの固定箇所を示す図である。

本発明の実施形態について、図を参照しながら説明する。

本実施形態に係る空気圧縮機１０は、可搬型コンプレッサであり、図１及び図２に示すように、クランクケース１１と、クランクケース１１に取り付けられる圧縮機構４０と、圧縮機構４０を作動させるためのモータ３０と、圧縮機構４０によって生成した圧縮空気を貯留するためのタンク４５と、を備えている。

クランクケース１１は、圧縮機構４０を収容するためのものであり、ケース本体１４と、ケース本体１４の開口を覆うケースキャップ２０と、を備えている。

ケース本体１４は、例えばアルミニウム等の金属材料からなる中空容器として形成されている。ケース本体１４の前部には、開口が設けられ、この開口をケースキャップ２０が覆っている。また、このケース本体１４の両側には、圧縮機構４０のシリンダ４１ｃ，４２ｃが取り付けられている。また、このケース本体１４の後部には、圧縮機構４０の駆動源となるモータ３０が取付けられている。具体的には、ケース本体１４の後部には、周壁部１５が突出して設けられており、この周壁部１５の端部にモータ３０のステータ３５が取り付けられている。

ケースキャップ２０は、例えばアルミニウム等の金属材料からなる円盤状の部材である。このケースキャップ２０には、外部に開口した吸気口が設けられている。

上記したクランクケース１１の内部は圧縮機構４０に圧縮用の空気を供給するための給気室Ｓとなっている。この給気室Ｓは圧縮機構４０のシリンダ４１ｃの内部と連通しており、給気室Ｓの空気を使用して圧縮空気が生成される。具体的には、圧縮機構４０の圧縮行程において、ピストン４１ｂが上死点側に移動することで給気室Ｓ内に負圧が発生し、ケースキャップ２０に設けられた吸気口を通じて外部の空気が給気室Ｓに取り込まれる。続く吸気工程において、ピストン４１ｂが下死点側に移動し、シリンダ４１ｃの圧縮室が負圧となって給気室Ｓ内の空気がシリンダ４１ｃ内に導入されて圧縮されるようになっている。

モータ３０は、ロータ３２を環状のステータ３５の内側に配置したインナーロータ型のＤＣブラシレスモータである。ロータ３２及びステータ３５は、例えば鋼板を積層して形成されている。このモータ３０は、インバータ制御によって駆動され、効率よく空気圧縮を行えるように電圧変動や負荷変動に応じて回転数が動的に変動する。

なお、モータ３０の回転軸３１は、ケース本体１４に取り付けられた第１軸受１２と、ケースキャップ２０に取り付けられた第２軸受１３とにより回転自在に支持されている。回転軸３１にはロータ３２が固定されており、モータ３０が作動してロータ３２が回転したときに、ロータ３２と一体的に回転軸３１が回転する。

本実施形態に係る空気圧縮機１０は、モータ３０を大径化することにより、トルクアップと、低回転化が図られている。具体的には、従来の同等の機種においては、モータ３０のサイズ（ロータ３２の外径、厚さ）が約φ７０×３０ｍｍであったのに対し、本実施形態に係る空気圧縮機１０においては、モータ３０のサイズを約φ９０×２０ｍｍとしている。このようにモータ３０を大径化したことにより、モータ３０が薄型になっている。

圧縮機構４０は、上記したモータ３０によって作動するものであり、ピストン４１ｂ，４２ｂを往復動させることでシリンダ４１ｃ，４２ｃ内に導入された空気を圧縮する。本実施形態に係る圧縮機構４０は、低圧用圧縮機構４１と高圧用圧縮機構４２とを備えた多段圧縮機構である。すなわち、給気室Ｓ内の空気は、まず低圧用圧縮機構４１によって圧縮される。そして、低圧用圧縮機構４１によって圧縮された空気は、高圧用圧縮機構４２に導入され、高圧用圧縮機構４２によって更に圧縮される。このように二段階で圧縮された空気がタンク４５に送られて貯留される。

上記した低圧用圧縮機構４１及び高圧用圧縮機構４２は、図１及び図２に示すように、クランクケース１１の両側に対向配置されている。すなわち、クランクケース１１の片側に低圧用圧縮機構４１が突出して取り付けられており、この低圧用圧縮機構４１の反対側に高圧用圧縮機構４２が突出して取り付けられている。

低圧用圧縮機構４１及び高圧用圧縮機構４２は、それぞれモータ３０の回転軸３１に接続されたコンロッド４１ａ，４２ａを備えている。このコンロッド４１ａ，４２ａは、回転軸３１に固定された偏心板を介して回転軸３１に接続されており、回転軸３１の回転運動を往復動に変換する。このコンロッド４１ａ，４２ａの先端にはピストン４１ｂ，４２ｂが取り付けられているため、モータ３０の回転に伴いピストン４１ｂ，４２ｂがシリンダ４１ｃ，４２ｃ内で往復動し、シリンダ４１ｃ，４２ｃ内の空気を圧縮する。

ところで、上述したように、モータ３０のステータ３５はクランクケース１１（詳しくはケース本体１４の周壁部１５）に取り付けられている。クランクケース１１にステータ３５を取り付けるときには、ボルトなどの留具をステータ３５に貫通させ、ステータ３５に貫通させた留具をクランクケース１１に螺着させて固定する。

一方、モータ３０のロータ３２は、モータ３０の回転軸３１に固定されている。ロータ３２は、図３に示すように、円柱状のロータコア３３と、ロータコア３３に取り付けられる複数の磁石３４と、を備える。

ロータコア３３は、中心に回転軸３１を挿入するための中心孔３３ｃが設けられている。また、ロータコア３３の外周縁付近には、周方向に等間隔で複数の収容孔部３３ａが設けられている。この収容孔部３３ａはロータ３２の軸方向に貫通形成されている。

磁石３４は、板状の焼結マグネットであり、上記した複数の収容孔部３３ａのそれぞれに挿入されている。この磁石３４は、収容孔部３３ａへの挿入方向に見たときに、収容孔部３３ａの略同じ長さで形成されている。また、この磁石３４の厚みは、収容孔部３３ａに挿入したときに僅かなクリアランスＣが生じる寸法設定となっている。

収容孔部３３ａに挿入された磁石３４は、図４に示すように、接着剤３３ｂによって接着されている。本実施形態においては、ワニスを接着剤３３ｂとして使用している。

具体的には、まず磁化していない磁石３４を収容孔部３３ａに挿入する。そして、挿入した磁石３４を収容孔部３３ａの開口の前後方向から挟むように保持し、磁石３４の位置決めを行う。次に、磁石３４を挿入したロータ３２をワニス溶液に満たされた槽に浸漬し、収容孔部３３ａと磁石３４との間にワニス溶液を浸透させる。ワニス溶液を浸透させたロータ３２を槽から取り出して乾燥させれば、ワニスが硬化して磁石３４がロータ３２の所定箇所に接着・固定される。

このように、ワニス処理を施すことで磁石３４を収容孔部３３ａに接着すれば、モータ３０の巻線などに対して行われるワニス処理を使用して接着することができる。すなわち、従来のモータ３０の製造に必要となる設備・工程を利用して磁石３４を接着できるので、製造コストを抑制でき、作業工程も複雑化しない。

また、磁石３４を収容孔部３３ａに挿入してから隙間に接着剤３３ｂを注入する方法や、磁石３４に接着剤３３ｂを塗布してから収容孔部３３ａに挿入する方法では、接着剤３３ｂを行き渡らせることが困難であったり、作業性が悪かったりといった問題がある。この点、ワニス溶液を浸透させる上記の方法であれば、容易に接着剤３３ｂを行き渡らせることができ、作業性も良い。

磁石３４が接着されると、図４に示すように、板状の磁石３４の表面及び裏面が接着剤３３ｂによって収容孔部３３ａの内面に固定され、また、磁石３４と収容孔部３３ａとの間のクリアランスＣが接着剤３３ｂによって埋められる。

このとき、磁石３４は、図４に示すように、ロータ３２の回転中心側の収容孔部３３ａの内壁に接着される。このように接着した磁石３４を磁化させると、磁力によって磁石３４が中心側の壁に寄ろうとする力が発生するが、最初から磁石３４が中心側の壁に固定されているので、接着剤３３ｂに負荷を与えることがない。よって、磁石３４を安定して固定できる。
なお、上記した実施形態ではワニスを接着剤３３ｂとして使用したが、他の接着剤３３ｂ、例えばエポキシ系接着剤を使用してもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、磁石３４をロータ３２の収容孔部３３ａに接着固定したので、磁石３４が収容孔部３３ａの内部で移動せず、騒音が発生しない。よって、騒音が発生する特定の回転数を避けてモータ３０の回転制御をする必要がないので、インバータ制御による滑らかな回転制御が実現できる。

本実施形態においては、モータ３０を薄くすることでロータ３２が薄くなっており、ロータ３２と磁石３４との接触面積が減っている。このため、磁石３４の吸着力が減少して、遠心力に負けてしまいやすい。また、ロータ３２の大径化により、磁石３４の配置が中心から離れるため、磁石３４に働く遠心力が大きくなり、ロータ３２の内側に吸着している磁石３４がはがれやすい。このように磁石３４が移動し易い構成であっても、本実施形態に係る空気圧縮機１０では、磁石３４が収容孔部３３ａの内部で移動することを防止できる。

また、前記収容孔部３３ａと前記磁石３４とを浸透性の接着剤３３ｂで接着固定したので、収容孔部３３ａの内部に接着剤３３ｂを浸透させて樹脂を行き渡らせることができるので加工性が良い。

また、接着剤３３ｂを浸透させることで、隙間に接着剤３３ｂを行き渡らせているので、経年劣化等で接着力が低下した場合でも、隙間に残った接着剤３３ｂが緩衝材となることで磁石３４の移動を抑制し、騒音を低減させる効果を発揮できる。

また、前記収容孔部３３ａに挿入された前記磁石３４は、前記ロータ３２の回転中心側の前記収容孔部３３ａの内壁に接着固定される。このような構成によれば、磁石３４を収容孔部３３ａに挿入して接着した後に磁石３４を磁化させた場合でも、接着剤３３ｂに負荷を与えず、磁石３４を安定して固定できる。すなわち、磁石３４を磁化させると、磁石３４が磁力によって中心側の壁に寄ろうとするが、最初から磁石３４が中心側の壁に固定されているので、接着剤３３ｂに負荷を与えることがない。

なお、上記した実施形態においては、収容孔部３３ａの内壁に磁石３４を接着固定しているが、これに限らず、少なくとも収容孔部３３ａのどこかに接着固定されていれば、磁石３４の移動を抑制することができる。

また、上記した実施形態においては、収容孔部３３ａを貫通孔として設けているが、これに限らない。収容孔部３３ａは少なくとも磁石３４を挿入可能であればよく、例えば部分的に開口した孔や溝などで収容孔部３３ａを形成してもよい。

なお、上述したように、モータ３０のステータ３５はクランクケース１１（詳しくはケース本体１４の周壁部１５）に取り付けられている。クランクケース１１にステータ３５を取り付けるときには、ボルトなどの留具をステータ３５に貫通させ、ステータ３５に貫通させた留具をクランクケース１１に螺着させて固定する。留具で数箇所を固定することにより、クランクケース１１にステータ３５を取り付ける。この複数の留具の取り付け位置が、ステータ３５の固定部３６である。

この点、本実施形態においては、図５に示すように、ステータ３５は、周方向に不等間隔で設けられた複数の固定部３６においてクランクケース１１に固定されている。このため、ステータ３５の固定箇所すべてが節となるような振動は、高次モードの振動に限られるため、モータ３０の回転による共振が発生しにくくなっている。よって、ステータ３５の共振によって振動が増大し、大きな騒音が発生することを防止できる。

１０ 空気圧縮機
１１ クランクケース
１２ 第１軸受
１３ 第２軸受
１４ ケース本体
１５ 周壁部
２０ ケースキャップ
３０ モータ
３１ 回転軸
３２ ロータ
３３ ロータコア
３３ａ 収容孔部
３３ｂ 接着剤
３３ｃ 中心孔
３４ 磁石
３５ ステータ
３６ 固定部
４０ 圧縮機構
４１ 低圧用圧縮機構
４１ａ コンロッド
４１ｂ ピストン
４１ｃ シリンダ
４２ 高圧用圧縮機構
４２ａ コンロッド
４２ｂ ピストン
４２ｃ シリンダ
４５ タンク
Ｓ 給気室
Ｃ クリアランス

Claims (4)

1. モータによって圧縮機構を作動させる空気圧縮機であって、
   前記モータは、回転軸と、前記回転軸に固定されたロータと、を備え、
   前記ロータは、複数の収容孔部と、前記複数の収容孔部のそれぞれに挿入される複数の磁石と、を備え、
   前記磁石を前記収容孔部に接着固定したことを特徴とする、空気圧縮機。
2. 前記収容孔部と前記磁石とを浸透性の接着剤で接着固定したことを特徴とする、請求項１記載の空気圧縮機。
3. 前記収容孔部は、前記回転軸を中心とする円上に、周方向に等間隔で設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の空気圧縮機。
4. 前記収容孔部に挿入された前記磁石は、前記ロータの回転中心側の前記収容孔部の内壁に接着固定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気圧縮機。

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