JP2020133404A - Air compression apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空気圧縮装置に関する。 The present invention relates to an air compressor.
圧縮空気を生成する空気圧縮装置が知られている。例えば、特許文献1には、電動モータに駆動される圧縮機本体を有するパッケージ型圧縮機が記載されている。この圧縮機は、空気の圧縮を行う圧縮機本体と、圧縮機本体を駆動するモータと、モータの回転速度を制御するインバータと、圧縮機本体に設けた冷却ファンを備えている。インバータは、冷却ファンによる冷却風の吸気経路中に設けられている。 An air compressor that produces compressed air is known. For example, Patent Document 1 describes a packaged compressor having a compressor body driven by an electric motor. This compressor includes a compressor main body that compresses air, a motor that drives the compressor main body, an inverter that controls the rotation speed of the motor, and a cooling fan provided in the compressor main body. The inverter is provided in the intake path of the cooling air by the cooling fan.
本発明者らは、空気圧縮装置について以下の認識を得た。
インバータ等、モータに電力を供給する供給装置を構成するスイッチング電源や平滑コンデンサ等の電子部品は、動作時に自己発熱する。電子部品の温度上昇を抑えるために、供給装置は冷却されることが望ましい。特許文献1に記載の圧縮機では、ダクト内にインバータを配置し、そのダクトに圧縮機本体に設けられた冷却ファンで筐体の吸入口から吸入された空気を通過させることによりインバータを冷却している。小型化等のため、供給装置は効率的に冷却されることが求められているところ、特許文献1に記載の圧縮機は、この要請を十分に実現しているとはいえない。
これらから、本発明者らは、空気圧縮装置には供給装置を効率的に冷却する観点で改善する余地があることを認識した。
The present inventors have obtained the following recognition about the air compressor.
Electronic components such as switching power supplies and smoothing capacitors that make up a supply device that supplies electric power to a motor, such as an inverter, generate heat by themselves during operation. It is desirable that the supply device be cooled in order to suppress the temperature rise of the electronic components. In the compressor described in Patent Document 1, an inverter is arranged in a duct, and the inverter is cooled by passing air sucked from a suction port of a housing through a cooling fan provided in the compressor main body in the duct. ing. Although the supply device is required to be efficiently cooled for miniaturization and the like, the compressor described in Patent Document 1 cannot be said to sufficiently realize this requirement.
From these, the present inventors recognized that there is room for improvement in the air compression device from the viewpoint of efficiently cooling the supply device.
本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、モータに電力を供給する供給装置を効率的に冷却できる空気圧縮装置を提供することを目的の一つとしている。 The present invention has been made in view of these problems, and one object of the present invention is to provide an air compressor capable of efficiently cooling a supply device that supplies electric power to a motor.
上記課題を解決するために、本発明のある態様の空気圧縮装置は、吸込経路から吸込まれた空気を圧縮して送出経路に送出する圧縮機と、圧縮機を駆動するモータと、モータに駆動用電力を供給する供給装置と、吸込経路の少なくとも一部又は送出経路の少なくとも一部に設けられて供給装置を冷却する冷却部とを備える。 In order to solve the above problems, the air compressor of an embodiment of the present invention is driven by a compressor that compresses the air sucked from the suction path and sends it to the delivery path, a motor that drives the compressor, and a motor. It is provided with a supply device for supplying power and a cooling unit provided in at least a part of a suction path or at least a part of a delivery path to cool the supply device.
なお、以上の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、プログラム、プログラムを記録した一時的なまたは一時的でない記憶媒体、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above, and those in which the components and expressions of the present invention are mutually replaced between methods, devices, programs, temporary or non-temporary storage media on which programs are recorded, systems, and the like are also used. It is effective as an aspect of the present invention.
本発明によれば、モータに電力を供給する供給装置を効率的に冷却できる空気圧縮装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an air compression device capable of efficiently cooling a supply device that supplies electric power to a motor.
以下、本発明を好適な実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
また、第1、第2などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to each drawing based on a preferred embodiment. In the embodiments and modifications, the same or equivalent components and members are designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as appropriate. In addition, the dimensions of the members in each drawing are shown enlarged or reduced as appropriate for easy understanding. In addition, some of the members that are not important for explaining the embodiment in each drawing are omitted and displayed.
Also, terms including ordinal numbers such as 1st and 2nd are used to describe various components, but this term is used only for the purpose of distinguishing one component from other components. The components are not limited by.
[第1実施形態]
図面を参照して、本発明の第1実施形態に係る空気圧縮装置100の構成を説明する。一例として、空気圧縮装置100は、鉄道車両の床下に設けられ、その車両に圧縮空気を供給する鉄道車両用空気圧縮装置として使用されうる。図1は、空気圧縮装置100の構成を模式的に示す系統図である。図2は、空気圧縮装置100が鉄道車両90に設置された状態を示す模式図である。この図では、理解を容易にするため、軸受ホルダ38および多翼ファン16の一部を破断し、送風ファン28を実際の比率より小さく表記している。
[First Embodiment]
The configuration of the
本実施形態の空気圧縮装置100は、圧縮機10と、圧縮機駆動部14と、多翼ファン16と、冷却器22と、除湿器24と、空気導入部26と、送風ファン28と、空気吸込み部32と、圧縮空気送出部34と、インバータ制御装置40と、収容ケース36と、を含む。空気圧縮装置100は、空気吸込み部32から吸い込んだ空気を圧縮機10で圧縮し、冷却器22で冷却し、除湿器24で除湿して圧縮空気送出部34から送出し、車両90に供給する。
The
圧縮機駆動部14は、圧縮機10を駆動する。インバータ制御装置40は、圧縮機駆動部14のモータ12を駆動する。多翼ファン16はモータ12に駆動されて冷却器22で冷却に用いる空気流を生成する。空気導入部26はモータ12に圧縮空気を導入する、送風ファン28は圧縮機10を冷却する空気流を生成する。
The
以下、圧縮機10の回転軸10aの中心軸線Laに沿った方向を「軸方向」といい、その中心軸線Laを中心とする円の円周方向、半径方向をそれぞれ「周方向」、「径方向」とする。また、以下、便宜的に、軸方向の一方側(図中右側)を入力側といい、他方側(図中左側)を反入力側という。この例では、モータ12は圧縮機10の入力側に設けられ、圧縮機10はモータ12の反入力側に設けられる。
Hereinafter, the direction along the central axis La of the rotating
空気吸込み部32は、収容ケース36に設置され、圧縮機10で圧縮される空気(外気)を吸い込むための機構として機能する。空気吸込み部32は、吸入配管32bを通じて圧縮機10に連通するように形成されている。空気吸込み部32には、吸込空気が通過する際に砂塵等の粉塵の通過を抑制する吸込みフィルタ32aが設けられている。吸込みフィルタ32aは、網目を用いた濾過器であってもよい。
The
圧縮空気送出部34は、後述の冷却器22で冷却され、除湿器24で除湿された圧縮空気Ar10dを送出する機構として機能する。圧縮空気送出部34は、収容ケース36の外部に設置される圧縮空気溜め92に対して生成された圧縮空気Ar10dを供給する。
圧縮空気送出部34は、除湿器24と圧縮空気溜め92とを連通する経路に設けられた弁機構34dを含んでもよい。弁機構34dは、除湿器24側が所定圧力以上のとき、圧縮空気Ar10dの圧縮空気溜め92側への通過を許容し、圧縮空気溜め92からの逆流を防止する逆止弁であってもよい。
The compressed
The compressed
図2、図3、図4を参照して圧縮機駆動部14を説明する。図3は、圧縮機駆動部14と多翼ファン16との周辺を概略的に示す側断面図である。図4は、圧縮機駆動部14のラビリンス部12fの周辺を拡大して示す側断面図である。圧縮機駆動部14は、圧縮機10を回転駆動するモータ12と、バランスウエイト15とを主に含む。
The
モータ12を説明する。モータ12は、出力軸12aと、ロータ12kと、ステータ12sと、ケーシング12cと、ラビリンス部12fとを含む。本実施形態では、モータ12の出力軸12aは、圧縮機10の回転軸10aと一体的に設けられる。ロータ12kは、周方向に複数の磁極を有するマグネット12mを有し、出力軸12aの外周に固定される。ロータ12kは、後述するバランスウエイト15のロータ固定部15dの入力側にボルト等(不図示)の締結具によって固定される。これらの固定には接着剤が併用されてもよい。
The
ステータ12sは、磁気的空隙を介してロータ12kを環囲するステータコア12jと、ステータコア12jに巻かれたコイル12gとを有する。ステータ12sは、その外周部がケーシング12cの内周面に固定される。ケーシング12cは、筒部12dと、底部12eとを有し、ロータ12kとステータ12sとを包囲する外殻として機能する。この例では、ケーシング12cは、反入力側が開放され入力側に底部12eが設けられる有底円筒形状を有する。底部12eには、空気導入部26から空気を取り入れる導入口12hが設けられる。
The
ラビリンス部12fは、筒部12dの反入力側を覆うように設けられ、この例では円盤状を呈する。ラビリンス部12fは、出力軸12aに固定される回転体部12nと、筒部12dに固定される静止体部12pとを含む。静止体部12pは、反入力側端面の外周部に静止体側ラビリンス形成部12qが設けられるドーナツ状の円板部材である。静止体側ラビリンス形成部12qは、静止体側凹部12tと、静止体側凸部12uとを有する。静止体側凹部12tは、後述するラビリンス凸部15hが進入する。静止体側凸部12uは、後述するラビリンス凹部15gに進入する。静止体側凸部12uは、静止体側凹部12tの内周側に周設された環状の壁である。回転体部12nは、後述するバランスウエイト15を兼ねている。回転体部12nと、静止体部12pとの間にはラビリンス12rが設けられる。この例で、ラビリンス12rは屈曲する隙間を組み合わせた迷路である。ラビリンス部12fは、ラビリンス12rを有することによりモータ12内部への粉塵の侵入を減らしている。
The
また、導入口12hから導入される圧縮空気Ar10eは、ラビリンス12rから外部に向けて流れるため、ラビリンス12rの粉塵は、この気流により外部に排出されやすくなる。
Further, since the compressed air Ar10e introduced from the
モータ12は、後述するインバータ制御装置40(駆動回路)からステータ12sのコイル12gに駆動電流が供給されることにより、磁気的空隙に界磁磁界を発生させる。モータ12は、この界磁磁界とロータ12kのマグネット12mとの作用により、ロータ12kおよび出力軸12aに回転駆動力を発生させる。出力軸12aの回転駆動力は、回転軸10aを通じて多翼ファン16および圧縮機10を駆動する。回転軸10aを支持する軸受は、圧縮機駆動部14の外部の軸受ホルダ38に設けられており、圧縮機駆動部14の内部には設けられていない。
The
図1、図2、図5を参照して、冷却部42およびインバータ制御装置40を説明する。図5は、インバータ制御装置40の周辺を示す斜視図である。この図は、内部を可視するために、上板を外し、対向壁42bの一部を切り欠いて示している。図5に示すように、本実施形態の冷却部42は、インバータ制御装置40を収納する収容箱として機能する。冷却部42は、インバータ制御装置40を収納することによって、粉塵あるいは雨水からインバータ制御装置40を保護する。本実施形態の冷却部42は、直方体形状の6面が密閉された金属製の箱であり、互いに対向する対向壁42b、42dを有する。
The cooling
図1、図2に示すように、冷却部42は、吸込空気Ar32の吸込経路に設けられ、吸込経路から吸込空気Ar32を導入する。特に、冷却部42は、空気吸込み部32と圧縮機10の吸入口10cとの間の経路上に設けられる。つまり、冷却部42の上流に粉塵の通過を抑制するフィルタ32aが設けられる。また、冷却部42の下流に圧縮機10への空気の流れを許容する弁機構32d(逆止弁)が設けられる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the cooling
インバータ制御装置40は、圧縮機10を駆動するモータ12に駆動用電力を供給する供給装置として機能する。図5に示すように、インバータ制御装置40は、電子部品40pと、プリント配線板40bと、ヒートシンク40hとを含む。電子部品40pは、モータ12のコイル12gに駆動電流を供給するスイッチングパワーモジュールや平滑コンデンサ等である。プリント配線板40bは、電子部品40pを電気的に接続して所定の電子回路を実現するとともに電子部品40pを支持する。
The
電子部品40pは、動作時に自己発熱するため冷却部42内の温度が上昇する。箱内の温度が高くなると、自己発熱と相まって電子部品40pの内部温度が上昇し、寿命が短くなったり故障の原因になったりする。このため、インバータ制御装置40は、電子部品40pを冷却するヒートシンク40hを有する。ヒートシンク40hは、吸込経路の少なくとも一部又は送出経路の少なくとも一部に配置されてもよい。
Since the
ヒートシンク40hを限定するものではないが、この例のヒートシンク40hは、プリント配線板40bに貼り付けられる平板状の基部40eと、基部40eからプリント配線板40bとは反対側に張り出す複数のフィン40fとを有する。電子部品40pで発生した熱は配線板40bを介して基部40eおよび複数のフィン40fに伝達される。
Although the heat sink 40h is not limited, the heat sink 40h in this example includes a flat plate-shaped base 40e attached to the printed
冷却部42に、吸込空気Ar32を導入する入口部42pと吸込空気Ar32を排出する出口部42sが設けられる。吸込空気Ar32が、入口部42pから導入され、出口部42sから排出されることにより、冷却部42が強制換気され、冷却部42内の温度上昇が抑制され、電子部品40pの内部温度が低下する。
The cooling
冷却部42に導入された吸込空気Ar32は、入口部42pから出口部42sへ流れる空気流を形成する。空気流の流路抵抗は小さい方が望ましい。このため、本実施形態では、入口部42pは一方の対向壁42bに設けられ、出口部42sは他方の対向壁42dに設けられる。特に、入口部42pと出口部42sとは、互いの間隔が最小になるように、互いに対向する位置に配置される。図5の例では、入口部42pおよび出口部42sは、対向壁42b、42dの幅方向の中央に配置される。
The suction air Ar32 introduced into the cooling
ヒートシンク40hの放熱を促すためには、基部40eおよびフィン40fの表面を空気流が通ることが望ましい。そこで、本実施形態では、ヒートシンク40hは、冷却部42内の空気流の流路中に配置される。特に、ヒートシンク40hは、その放熱面42mが収納ボックス内の空気流に接触するように配置される。図5の例では、基部40eおよびフィン40fは、冷却部42の空気流の方向に延びており、空気の流れを妨げないように配置される。具体的には、基部40eおよびフィン40fの放熱面42mは、空気流に沿うように、入口部42pと出口部42sとを結ぶ線に略平行にされる。特に、2つのフィン42fが入口部42pと出口部42sとを結ぶ線を挟むように配置され、空気流の主流(主な大きな流れ)は、2つのフィン42fの間を通るように2つのフィン42fの間に挟まれる。
In order to promote heat dissipation of the heat sink 40h, it is desirable that an air flow passes through the surfaces of the base 40e and the fins 40f. Therefore, in the present embodiment, the heat sink 40h is arranged in the flow path of the air flow in the
図3、図4、図6、図7を参照して多翼ファン16を説明する。図6は、バランスウエイト15に固定された多翼ファン16を示す正面図である。図7は、バランスウエイト15に固定された多翼ファン16を示す背面図である。多翼ファン16は、軸方向で圧縮機10とモータ12との間に配置される。多翼ファン16はモータ12のロータ12kと一体に回転するファンとして機能する。特に、多翼ファン16は、その中心部から外周部に向けて発生させた気流を送出ダクト16dに集めて送出する送風機として機能する。多翼ファン16は、シロッコファンと称されることがある。多翼ファン16は、円盤部16bと、複数のブレード16cとを含む。
The
円盤部16bは、その内周側がバランスウエイト15を介して回転軸10aに固定されたドーナツ型の円板部材である。特に、円盤部16bは、バランスウエイト15の反入力側の端面に設けられたファン固定部15cにボルト等(不図示)の締結具によって固定される。これらの固定には接着剤が併用されてもよい。複数のブレード16cは、円盤部16bの外周近傍において、円盤部16bから反入力側に延びる。複数のブレード16cは周方向に所定の角度ごとに配置される。複数のブレード16cは、回転することにより外周部に向けた空気流を発生させる空気流生成部として機能する。ケーシング16eは、円盤部16bおよび複数のブレード16cを環囲する円筒状の部材である。
The
図4に示すように、円盤部16bは、モータ12の反入力側の端面にアキシャル隙間16gを挟んで配置される。アキシャル隙間16gの幅W16は、円盤部16bの厚さH16より狭くてもよい。図3に示すように、軸方向において、ブレード16cは、第2軸受13eと軸方向にオーバーラップしている。
As shown in FIG. 4, the
送出ダクト16dは、ケーシング16eから冷却器22に延びる筒状の部材である。送出ダクト16dの下部16hは、ケーシング16eの上部から上方に延びる略角筒状の部分である。送出ダクト16dの上部16jは、下部16hの上部から冷却器22の下部に連通する部分である。上部16jは、上側が広い略四角錐台状を呈する。
The
多翼ファン16は、圧縮機10の回転軸10aを支持する軸受38jの少なくとも一部と軸方向に重なり合ってもよい。この場合、多翼ファン16が軸受38jと重なり合わない場合と比べて、空気圧縮装置100の軸方向長さを短くできる。
The
図6、図7を参照してバランスウエイト15を説明する。バランスウエイト15は、ロータ12kと多翼ファン16との間に配置される中間部材としても機能する。バランスウエイト15は、黄銅等の金属製の円盤状の部材であり、上述のようにラビリンス部12fの回転体部12nを兼ねている。バランスウエイト15は、バランス調整部15a、15bと、ファン固定部15cと、ロータ固定部15dと、軸締結部15fと、ラビリンス形成部15eとを有する。
The
ファン固定部15cは、反入力側の端面において、多翼ファン16が固定される円環状の部分である。ロータ固定部15dは、入力側の端面において、ロータ12kが固定される円環状の部分であり、この例では、外周部から入力側に突出た円柱状の外形を有する。軸締結部15fは、出力軸12aが挿通して固定される貫通孔である。
The
ラビリンス形成部15eは、入力側端面の外周部において、ラビリンス凹部15gと、ラビリンス凸部15hとが設けられる部分である。ラビリンス凹部15gは、ラビリンス形成部15eにおいて、反入力側に形成された周設凹部である。ラビリンス凹部15gには、隙間を介して静止体側凸部12uが進入する。ラビリンス凸部15hは、隙間を介して静止体側凹部12tに進入する部分である。この例のラビリンス凸部15hは、ラビリンス凹部15gの外周側に周設された環状の壁である。
The
バランス調整部15a、15bは、バランスウエイト15、ロータ12kおよび多翼ファン16の合計のアンバランス量を減らす処理が施される部分である。つまり、バランスウエイト15に多翼ファン16とロータ12kとを固定して一体化した状態で、これらのアンバランス総量を低減するバランス調整がバランス調整部15a、15bに施される。
The
バランス調整部15a、15bは、バランスウエイト15の一方の端面にのみ設けられてもよいが、本実施形態では両端面に設けられている。バランス調整部15a、15bは、ファン固定部15cより径方向内側に設けられるファン側調整部15aと、ロータ固定部15dより径方向外側に設けられるロータ側調整部15bとを含む。特に、バランス調整部15aは、多翼ファン16の空気流生成部より径方向内側に設けられてもよい。この例では、バランス調整部15aは、複数のブレード16cより径方向内側に設けられている。図6、図7に示すように、この例のバランス調整部15a、15bは、バランスウエイト15の径方向中間領域の平坦な環状の部分である。
The
図2、図8〜図10を参照して、圧縮機10を説明する。これらの図は、図2の矢印Fから視た圧縮機10と送風ファン28を示す。図8は、圧縮機10と送風ファン28を概略的に示す正面図である。図9は、固定スクロール部10jを外した状態を示す。図10は、旋回スクロール部10hを外した背面空間10gを示す。本実施形態の圧縮機10は、回転軸10aと、胴部10bと、吸入口10cと、吐出口10eと、空冷フィン10fと、旋回スクロール部10hと、固定スクロール部10jと、背面空間10gとを備えるスクロール式の空気圧縮機である。
The
圧縮機10は、吸入口10cが空気吸込み部32と連通し、空気吸込み部32から吸入配管32bを通じてポンプ空間10dに吸い込まれた空気Ar32を圧縮する。空気吸込み部32と圧縮機10の吸入口10cとの間に弁機構32dが設けられる。弁機構32dは、圧縮機10が作動して圧縮機10側が負圧となることで開く。吐出口10eは冷却器22に連通しており、圧縮された空気は、吐出口10eから冷却器22に吐出される。
In the
胴部10bは、ポンプ空間10dを画定する円周状の外周壁である。胴部10bは、ポンプ空間10dに固定スクロール10mと旋回スクロール10nとを環囲する。固定スクロール部10jは、外側に複数の空冷フィン10fが設けられた固定円盤部10kと、固定円盤部10kの内側に固定された固定スクロール10mを含む。固定円盤部10kの中央に吐出口10eが設けられる。旋回スクロール部10hは、旋回円盤部10pと、旋回円盤部10pに固定された旋回スクロール10nを含む。旋回円盤部10pの中心に、入力側に伸びる回転軸10aが固定される。旋回円盤部10pの入力側、すなわち旋回スクロール部10hの背面側に、背面空間10gが設けられる。背面空間10gには、送風ファン28から冷却用の空気が導入され、旋回円盤部10pと回転軸10aとが強制空冷される。送風ファン28については後述する。
The
旋回スクロール10nおよび固定スクロール10mは、同一形状の渦巻き体である。圧縮機10は、固定された固定スクロール10mに対して、旋回スクロール10nを回転軸10aと一体に旋回運動させることにより、圧縮空間の体積を変化させて空気を圧縮する。圧縮機10は、外周から空気を吸込み、中心に向かって圧縮作用を行う。圧縮機10は無給油タイプであってもよい。
The
図2、図8〜図10を参照して、送風ファン28を説明する。送風ファン28は、冷却用の空気(以下、冷却風Ar28という)を圧縮機10に送出する送風機構である。送風ファン28は、冷却風Ar28を旋回スクロール部10hの背面側の背面空間10gに供給して、主に旋回スクロール部10hを冷却する。
The
本実施形態の送風ファン28は、プロペラ28bを有する電動の軸流送風機である。図10に示すように、送風ファン28は、プロペラ28bの回転軸線L28が圧縮機10の回転軸10aに直交するように、圧縮機10の側部に配置される。送風ファン28の上流側に、金網等で形成された外気フィルタ28aが設けられる。送風ファン28の下流側に、冷却風Ar28を旋回スクロール部10hの中心部に案内する送風ダクト28gが設けられる。
The
送風ダクト28gは、圧縮機10に近づくに連れて断面積が小さくなる略四角錐台状を有する。冷却風Ar28は、送風ダクト28gの内面に沿って絞られ、旋回スクロール部10hの中心部を重点的に冷却する。旋回スクロール部10hの中心部は最も高温になるので、そこを重点的に冷却することで冷却効果を高めうる。背面空間10gの下流側に排気ダクト28hが設けられる。この例では、排気ダクト28hの上流側は送風ダクト28gと対向し、下流側は下方に向いている。
The blower duct 28g has a substantially quadrangular pyramid shape in which the cross section decreases as it approaches the
図2、図3、図11、図12を参照して冷却器22を説明する。冷却器22は、圧縮機10から供給される高温(例えば、200℃〜250℃)の圧縮空気を室温よりやや高い温度(例えば、40℃〜50℃)まで冷却して除湿器24に供給する。冷却器22は、単独の冷却器で構成されてもよいが、本実施形態は、複数の冷却器が直列に接続されて構成される。本実施形態の冷却器22は、圧縮機10からの圧縮空気を一次冷却する第1冷却器18と、第1冷却器18で冷却された圧縮空気を二次冷却する第2冷却器20とを備える。
The cooler 22 will be described with reference to FIGS. 2, 3, 11, and 12. The cooler 22 cools the high-temperature (for example, 200 ° C. to 250 ° C.) compressed air supplied from the
第1冷却器18および第2冷却器20は、屈曲パイプ18p、20pと、このパイプをそれぞれ収容するパイプ収容部18c、20cと、を有する。屈曲パイプ18p、20pは、蛇行して複数の屈曲部を有し、パイプの一端から他端に向けて圧縮空気を流す。パイプ収容部18c、20cは、上下に薄い角筒状の外壁を有し、上下に冷却用の空気流を流す風洞として機能する。
The
パイプ収容部18c、20cの下部には、屈曲パイプ18p、20pを支持する金網部18m、20mが固定される。パイプ収容部20cの上面は開放され、パイプ収容部18cの上面には金網部20nが固定される。このように、パイプ収容部18c、20cは、空気流が上下に通過しやすい構成を有する。
屈曲パイプ18pの一端に設けられた第1導入部18bは、第1冷却器18のパイプ収容部18cの側壁から外部に突出している。第1導入部18bは、圧縮機10の吐出口10eに連通する。屈曲パイプ18pの他端に設けられた第1導出部18eは、第1冷却器18のパイプ収容部18cの側壁から外部に突出している。第1導出部18eは、第2導入部20bに連通する。
The
屈曲パイプ20pの一端に設けられた第2導入部20bは、第2冷却器20のパイプ収容部20cの底部から外部に突出している。第2導入部20bは、第1導出部18eに連通する。屈曲パイプ20pの他端に設けられた第2導出部20eは、第2冷却器20のパイプ収容部20cの側壁から外部に突出している。第2導出部20eは、除湿器24に連通する。
The
パイプ収容部18cは、パイプ収容部20cの上側に配置される。多翼ファン16から送出される空気流Ar16aは、ダクト16dを通じて、パイプ収容部20cの下面に供給される。空気流Ar16aは、金網部20mの隙間と、屈曲パイプ20pの隙間とを流れ、パイプ収容部20cの上面から排出される。空気流Ar16aが、屈曲パイプ20pの外周面を通過することで、屈曲パイプ20pの圧縮空気は冷却される。
The
パイプ収容部20cから排出される空気流Ar16bは、パイプ収容部18cの下面に供給される。空気流Ar16bは、金網部18mの隙間と、屈曲パイプ18pの隙間と、金網部20nの隙間とを流れ、パイプ収容部18cの上面から排出される。空気流Ar16bが、屈曲パイプ18pの外周面を通過することで、屈曲パイプ18pの圧縮空気Ar20cは冷却される。パイプ収容部18cから排出された空気は、大気に拡散される。
The air flow Ar16b discharged from the
このように、多翼ファン16から送出された空気流Ar16aは、先に第2冷却器20に供給され、一次冷却された後の圧縮空気を二次冷却するために使用される。第2冷却器20から排出された空気流Ar16bは、第1冷却器18に供給され、圧縮空気の一次冷却に使用される。空気流Ar16aを、先に一次冷却に使用する場合と比べて、二次冷却における圧縮空気と冷却空気との温度差が大きくなるので、冷却効率を高くできる。
In this way, the air flow Ar16a sent out from the
冷却器22は、所望の冷却効果が得られる限りどこに配置されてもよい。本実施形態の冷却器22は、空気圧縮装置100の上下方向中心より上側に配置されている。特に、冷却器22は、多翼ファン16と鉄道車両90の床との間に配置されている。多翼ファン16から送出された空気流Ar16aの経路を短くして、余計な配管スペースを省ける。また、多翼ファン16の前後方向に配置する場合と比べて空気圧縮装置100の前後長を短くできる。
The cooler 22 may be arranged anywhere as long as the desired cooling effect is obtained. The cooler 22 of the present embodiment is arranged above the center of the
除湿器24は、冷却器22と、圧縮空気送出部34とを連通する経路に設けられる。除湿器24は、冷却された圧縮空気Ar10cに対して除湿を行う中空糸膜式の除湿装置である。除湿器24は、乾燥剤が含まれたフィルタ要素を含んでもよい。除湿器24において、圧縮空気送出部34から送出される圧縮空気Ar10dに対する最終的な除湿が行われることになる。圧縮空気Ar10dは、圧縮空気送出部34を介して圧縮空気溜め92に送出される。
The
空気導入部26は、除湿器24で除湿された圧縮空気Ar10dをモータ12のケーシング12c内部に導入する。圧縮空気Ar10dを導入することによりケーシング12c内部の圧力を外気圧より高い陽圧にして粉塵の侵入を低減できる。空気導入部26は、底部12eに設けられた導入口12hに圧縮空気Ar10dを送出する。空気導入部26は、圧縮空気Ar10dを除湿器24からケーシング12cに導く経路上に弁機構26dが設けられる。弁機構26dは、除湿器24側が所定圧力以上のとき、圧縮空気Ar10dのケーシング12c側への通過を許容し、ケーシング12cから除湿器24への逆流を遮る逆止弁であってもよい。
The
図2、図3を参照して軸受ホルダ38を説明する。軸受ホルダ38は、圧縮機10の入力側に設けられ、回転軸10aを軸支する軸受38h、38jを支持する部分である。軸受ホルダ38は、中空円筒状の円筒部38aと、円筒部38aから径方向で外向きに延びる複数のフィン38fとを有する。フィン38fは、その径方向外端が軸方向で圧縮機10に近づくに連れて径方向外側へ延びる3角形状を呈する。この例では、円筒部38aの外周には、4枚のフィン38fが周方向に90°間隔で設けられる。軸受ホルダ38は、圧縮機10で発生した熱を発散して、軸受38h、38jの過剰な温度上昇を抑える機能も有する。
The bearing
軸受38h、38jは、圧縮機10の近くに配置される第1軸受38hと、モータ12の近くに配置される第2軸受38jとを含む。第1、第2軸受38h、38jは、回転軸10aを回転自在に支持する。第1、第2軸受38h、38jは、円筒部38aの中空部に軸方向に離隔されて保持される。
The
軸受ホルダ38の一部は、多翼ファン16の内周部に軸方向に進入している。また、圧縮機10の回転軸10aを支持する軸受38jの少なくとも一部は、多翼ファン16と軸方向に重なり合っている。この場合、重なり合わない場合と比べて、軸方向空間を有効利用できる。
A part of the bearing
収容ケース36は、圧縮機10、圧縮機駆動部14、多翼ファン16、冷却器22、除湿器24、空気導入部26、送風ファン28、空気吸込み部32、圧縮空気送出部34およびインバータ制御装置40の冷却部42を収容する。
The
本発明の一態様の概要は、次の通りである。本発明のある態様の空気圧縮装置100は、吸込経路から吸込まれた空気を圧縮して送出経路に送出する圧縮機と、圧縮機を駆動するモータと、モータに駆動用電力を供給する供給装置と、吸込経路の少なくとも一部又は送出経路の少なくとも一部に設けられて供給装置を冷却する冷却部42とを備える。
The outline of one aspect of the present invention is as follows. The
この態様によれば、導入した空気により冷却部42内を強制換気し、インバータ制御装置40の温度上昇を抑制して電子部品40pの寿命延伸を図れる。冷却部42内を強制換気するので箱内空間に余裕を持たせる必要がなく、冷却部42の小型化を図れる。
According to this aspect, the inside of the cooling
インバータ制御装置40は、吸込経路の少なくとも一部又は送出経路の少なくとも一部に配置されたヒートシンク40hを有してもよい。この場合、導入した空気によりヒートシンクを効率的に冷却し、インバータ制御装置40の温度上昇を一層抑制できる。
The
冷却部42は、吸込経路に設けられ、冷却部42の上流に粉塵の通過を抑制するフィルタが設けられてもよい。この場合、冷却部42に浸入する粉塵を低減できる。
The cooling
冷却部42から圧縮機10への空気の流れを許容し圧縮機10から冷却部42への空気の流れを阻止する逆止弁が設けられてもよい。この場合、圧縮機10から冷却部42への逆流を防止できる。
A check valve may be provided that allows the flow of air from the cooling
空気圧縮装置100は、鉄道車両90の床下に配置される鉄道車両用空気圧縮装置であってもよい。この場合、鉄道車両90に圧縮空気を供給できる。また、冷却部42内を強制換気するので箱内空間に余裕を持たせる必要がなく、冷却部42の小型化を図れる。このため、鉄道車両90の床下スペースに容易に配置でき、床下スペースに余裕ができる。
以上が、第1実施形態の説明である。
The
The above is the description of the first embodiment.
[第2実施形態]
図13を参照して、本発明の第2実施形態の空気圧縮装置100を説明する。図13は、第2実施形態に係る空気圧縮装置100の構成を模式的に示す系統図であり、図1に対応する。この図に示すように、本実施形態は、冷却部42が圧縮機10の送出経路から空気を導入する点で第1実施形態と異なる。つまり、冷却部42には、吸込空気Ar32に代えて、圧縮空気Ar10dが導入される。したがって、上述の冷却部42およびインバータ制御装置40の説明は、吸込空気Ar32を圧縮空気Ar10dに読み替えることにより、本実施形態に適用されうる。
[Second Embodiment]
The
冷却部42は、圧縮空気の送出経路のいずれに設けられてもよいが、本実施形態の冷却部42は、弁機構34d(逆止弁)の下流側に設けられる。したがって、図13に示すように、冷却部42の上流に空気を冷却する冷却器22が設けられる。この場合、冷却器22で冷却された空気を冷却部42へ導入できるので、箱内の温度上昇を一層抑制できる。
The cooling
また、図13に示すように、冷却部42と冷却器22との間に空気を除湿する除湿器24が設けられる。この場合、除湿器24で除湿された空気を冷却部42へ導入できるので、箱内の結露防止を図れる。
Further, as shown in FIG. 13, a
また、図13に示すように、冷却部42の上流から当該冷却部42への空気の流れを許容し冷却部42からその上流への空気の流れを阻止する弁機構34d(逆止弁)が設けられる。この場合、冷却部42から除湿器24への逆流防止を図れる。
Further, as shown in FIG. 13, a
本実施形態によれば、第1実施形態と同様の作用・効果を奏する。
以上が、第2実施形態の説明である。
According to the present embodiment, the same actions and effects as those of the first embodiment are obtained.
The above is the description of the second embodiment.
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態は空気圧縮装置である。この空気圧縮装置100は、吸入空気を圧縮して圧縮空気を送出する圧縮機10を備え、吸入空気または圧縮空気を用いて電子部品を空冷する。電子部品は、インバータ制御装置40の電子部品40pであってもよいし、インバータ制御装置40とは別の電子回路を構成する電子部品であってもよい。電子部品を空冷する方法は、当該電子部品に取付けられたヒートシンクに、冷却用の空気を接触させるものであってもよいし、当該電子部品に冷却用の空気を直接接触させるものであってもよい。この冷却は、箱のような閉じた空間内で為されてもよいし、部分的または全体的に開いた空間内で為されてもよい。
[Third Embodiment]
The third embodiment of the present invention is an air compression device. The
本実施形態によれば、第1実施形態と同様の作用・効果を奏する。
以上が、第3実施形態の説明である。
According to the present embodiment, the same actions and effects as those of the first embodiment are obtained.
The above is the description of the third embodiment.
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。上述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除などの多くの設計変更が可能である。上述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。 The examples of the embodiments of the present invention have been described in detail above. All of the above-described embodiments are merely specific examples for carrying out the present invention. The content of the embodiment does not limit the technical scope of the present invention, and many design changes such as modification, addition, and deletion of components are made without departing from the idea of the invention defined in the claims. It is possible. In the above-described embodiment, the contents that can be changed in such a design are described with notations such as "in the embodiment" and "in the embodiment", but the contents are designed without such notations. It's not that changes aren't tolerated.
[変形例]
以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、第1実施形態と相違する構成について重点的に説明する。
[Modification example]
Hereinafter, a modified example will be described. In the drawings and description of the modified examples, the same or equivalent components and members as those in the embodiment are designated by the same reference numerals. The description overlapping with the embodiment will be omitted as appropriate, and the configuration different from that of the first embodiment will be mainly described.
[第1変形例]
図14を参照して、第1変形例に係る空気圧縮装置200を説明する。本変形例は、実施形態に対して、圧縮機10の吸入口に過給器210が設けられる点で相違し、他の構成は同じであるため過給器210について重点的に説明する。図14は、圧縮機10の周辺を示す正面図であり、図8に対応する。
[First modification]
The
スクロール式圧縮機では、外周部が負圧になるため、外部と内部との圧力差によって粉塵を吸入し易い。粉塵の侵入を減らすため、圧縮機10には、外周面をシールするフェースシール(不図示)が設けられている。しかし、フェースシールには合口部と呼ばれる隙間があり、この隙間から粉塵が侵入する。このため、本変形例では、圧縮機10の吸入口10cに過給器210が設けられる。
In the scroll type compressor, since the outer peripheral portion has a negative pressure, it is easy to suck dust due to the pressure difference between the outside and the inside. In order to reduce the intrusion of dust, the
過給器210は、圧縮機10の内圧を高めうるものであれば特に限定はない。本変形例の過給器210は、モータ210mで回転する羽根車210bを有する。過給器210は、上流の空気を加圧し、下流の空気を大気圧以上にして、圧縮機10の吸入口10cに供給する。過給器210は、弁機構32dと吸入口10cとの間の経路に設けられる。過給器210を設けることにより、圧縮機10の吸入口10c近傍、すなわち圧縮機10の外周部の内圧を高め、負圧による粉塵の侵入を抑制できる。
The
[その他の変形例]
実施形態の説明では、吸込経路または送出経路に流れるすべての空気が冷却部42を通過する例を示したが、これに限られない。例えば、冷却部42は、吸込経路または送出経路に流れる空気の一部が通過するように構成されてもよい。つまり、冷却部42と並列に空気の一部をバイパスする経路が設けられてもよい。
[Other variants]
In the description of the embodiment, an example is shown in which all the air flowing through the suction path or the delivery path passes through the cooling
実施形態の説明では、冷却部42を通過した空気をすべて元の経路に戻す例を示したが、これに限られない。冷却部42を通過した空気の一部または全部を、元の経路に戻さず、例えば、外気に排出してもよい。
In the description of the embodiment, an example is shown in which all the air that has passed through the cooling
実施形態の説明では、モータ12が表面磁石型のDCブラシレスモータである例を示したが、これに限られない。モータは、圧縮機を駆動できるものであればなんでもよく、例えば、モータは、磁石埋め込み型モータ、ACモータ、ブラシ付モータ、ギア付モータ等の別の種類のモータであってもよい。
In the description of the embodiment, an example in which the
実施形態の説明では、供給装置がインバータ制御装置40である例を示したが、これに限られない。供給装置は、モータに電力を供給できるものであればなんでもよく、例えば、供給装置は、モータに電力を供給するPLC(Programmable Logic Controller)であってもよい。なお、PLCは、プログラマブルコントローラ、シーケンサと称されることがある。
In the description of the embodiment, an example in which the supply device is the
実施形態の説明では、モータ12の出力軸12aが圧縮機10の回転軸10aと一体である例を示したが、これに限られない。例えば、モータの出力軸は、圧縮機の回転軸とは別体としカップリング等で連結されてもよい。
In the description of the embodiment, an example is shown in which the
実施形態の説明では、モータ12は、軸受を含まず、ステータとロータとがそれぞれビルトインされる例を示したが、これに限られない。例えば、モータは、モータケース内に軸受とロータとステータが一体化されたものであってもよい。
In the description of the embodiment, the
実施形態の説明では、弁機構26dが逆止弁である例を示したが、これに限られない。例えば、弁機構26dは、二次側の圧力を調整可能な二次圧力調整弁(減圧弁)であってもよい。
In the description of the embodiment, an example in which the
実施形態の説明では、圧縮機10がスクロール式である例を示したがこれに限られない。圧縮機は、圧縮空気を生成しうるものであればなんでもよく、例えば、スクリュー式やレシプロ式等の別の種類の空気圧縮機であってもよい。
In the description of the embodiment, an example in which the
上述の変形例は、第1実施形態と同様の作用・効果を奏する。 The above-mentioned modified example has the same action / effect as that of the first embodiment.
上述した実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。 Any combination of the above-described embodiments and modifications is also useful as an embodiment of the present invention. The new embodiments resulting from the combination have the effects of the combined embodiments and variants.
10・・圧縮機、 12・・モータ、 12c・・ケーシング、 12n・・回転体部、 12p・・静止体部、 12r・・ラビリンス、 14・・圧縮機駆動部、 15・・バランスウエイト、 15b・・バランス調整部、 16・・多翼ファン、 18・・第1冷却器、 20・・第2冷却器、 22・・冷却器、 24・・除湿器、 26・・空気導入部、 26d・・弁機構、 28・・送風ファン、 32・・空気吸込み部、 34・・圧縮空気送出部、 38・・軸受ホルダ、 40・・インバータ制御装置、 42・・冷却部、 90・・鉄道車両、 100・・空気圧縮装置。 10 ... Compressor, 12 ... Motor, 12c ... Casing, 12n ... Rotating body, 12p ... Static, 12r ... Labyrinth, 14 ... Compressor drive, 15 ... Balance weight, 15b・ ・ Balance adjustment unit, 16 ・ ・ Multi-blade fan, 18 ・ ・ 1st cooler, 20 ・ ・ 2nd cooler, 22 ・ ・ Cooler, 24 ・ ・ Dehumidifier, 26 ・ ・ Air introduction part, 26d ・・ Valve mechanism, 28 ・ ・ Blower fan, 32 ・ ・ Air suction part, 34 ・ ・ Compressed air delivery part, 38 ・ ・ Bearing holder, 40 ・ ・ Inverter control device, 42 ・ ・ Cooling part, 90 ・ ・ Railway vehicle, 100 ... Air compressor.
Claims (7)
前記圧縮機を駆動するモータと、
前記モータに駆動用電力を供給する供給装置と、
前記吸込経路の少なくとも一部又は前記送出経路の少なくとも一部に設けられて前記供給装置を冷却する冷却部と
を備える空気圧縮装置。 A compressor that compresses the air sucked from the suction path and sends it to the delivery path,
The motor that drives the compressor and
A supply device that supplies drive power to the motor,
An air compression device including a cooling unit provided in at least a part of the suction path or at least a part of the delivery path to cool the supply device.
前記冷却部の上流に粉塵の通過を抑制するフィルタが設けられる請求項1または2に記載の空気圧縮装置。 The cooling unit is provided in the suction path and is provided.
The air compression device according to claim 1 or 2, wherein a filter for suppressing the passage of dust is provided upstream of the cooling unit.
前記冷却部の上流に空気を冷却する冷却器が設けられる請求項1または2に記載の空気圧縮装置。 The cooling unit is provided in the delivery path and is provided.
The air compression device according to claim 1 or 2, wherein a cooler for cooling air is provided upstream of the cooling unit.
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