JP5622777B2

JP5622777B2 - 圧縮機又は真空機

Info

Publication number: JP5622777B2
Application number: JP2012068216A
Authority: JP
Inventors: 英士岡田; 一宏上田
Original assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Current assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2032-03-23
Also published as: CN103321872A; CN103321872B; US20130251564A1; US9447725B2; JP2013201823A

Description

本発明は、圧縮機又は真空機に関する。

モータによってピストンをシリンダ内で往復動させることにより、吸引した空気を圧縮して排出する圧縮機又は真空機が知られている。特許文献１には、そのような圧縮機が開示されている。

特開２００４−１８３４９８号公報

このような圧縮機又は真空機に用いられるモータは、駆動中には高温となる。モータが高温になると、その熱がシリンダに伝達されてシリンダが高温化する。これにより、例えばピストンの磨耗が進行して各部品や圧縮機又は真空機自体の寿命に悪影響を与えるおそれがある。

また、シリンダ内で空気を断熱圧縮されると、断熱圧縮された空気の温度は上昇する。このため、圧縮機又は真空機が高温化した状態で使用が継続されるおそれがある。この場合、例えばピストンの磨耗が進行して各部品や圧縮機又は真空機自体の寿命に悪影響を与えるおそれがある。また、圧縮空気を供給される機器によってはその圧縮空気に触媒を晒し、諸々の反応を行わせるものがある。そのような場合圧縮空気が高温であると触媒の反応が悪くなることがあった。

そのため特許文献１には圧縮機を冷却するためにファンがモータの軸方向に設置されている。しかしながら軸方向の高さが高くなってしまうという問題があった。また、特許文献１ではインナーロータ型モータを採用しており、アウターロータ型モータと比較すると同体格で比較した場合に発生させることができるトルクが小さいという問題もあった。

そこで本発明は、高温化が抑制されトルクを確保したモータを備え、薄型化された圧縮機又は真空機を提供することを目的とする。

上記目的は、シリンダ及びクランクケースと、前記シリンダ及びクランクケース内に配置されたピストンと、前記ピストンを往復動させるアウターロータ型モータと、を備え、前記アウターロータ型モータは、ステータ、前記ステータに巻回されたコイル、回転軸、前記回転軸に連結されたヨーク、前記ヨークに固定された永久磁石、を含み、前記ヨークには、通気孔が形成されている、圧縮機又は真空機によって達成できる。

本発明によれば、高温化が抑制されトルクを確保したモータを備え、薄型化された圧縮機又は真空機を提供できる。

図１は、実施例１の圧縮機の外観図である。図２は、モータの一部分の内部を示した圧縮機の正面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。図４は、図２のＢ−Ｂ断面図である。図５は、実施例２の圧縮機の外観図である。図６は、実施例２の圧縮機の断面図である。図７は、実施例３の圧縮機の外観図である。図８は、実施例３の圧縮機の断面図である。

複数の実施例について説明する。

図１は、実施例１の圧縮機Ａの外観図である。尚、圧縮機Ａは、対象装置を排気側に接続していたところを吸気側に接続するか、逆支弁逆止弁を圧縮機Ａの取り付け方と反対にすることにより、真空機として機能する。圧縮機Ａは、４つのシリンダ１０、４つのシリンダ１０が接続されたクランクケース２０、クランクケース２０の上部に配置されたモータ、モータに固定されたファンＦ、ファンＦは、モータの回転に伴って回転する。４つのシリンダ１０は、クランクケース２０の周囲に固定されている。図１に示すように、シリンダ１０は、回転軸４２周りに放射状に等間隔に配置されている。回転軸４２は、モータの回転軸である。

ファンＦは、シリンダ１０の少なくとも一部とも対向している。ファンＦが回転することにより、シリンダ１０やクランクケース２０を冷却することができる。ファンＦについては詳しくは後述する。シリンダ１０、クランクケース２０内ではピストンが往復動する。シリンダ１０、クランクケース２０は、金属製であり、具体的には放熱性がよいアルミ製である。

図２は、モータＭの一部分の内部を示した圧縮機Ａの正面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。まず、モータＭについて説明する。モータＭは、コイル３０、ロータ４０、ステータ５０、プリント基板ＰＢ等を有している。ステータ５０は金属製である。ステータ５０は、クランクケース２０に固定されている。ステータ５０には、複数のコイル３０が巻回されている。コイル３０は、プリント基板ＰＢと電気的に接続されている。プリント基板ＰＢは、剛性を有した絶縁性の基板上に導電パターンが形成されたものである。プリント基板ＰＢには、コイル３０に電力を供給するための不図示の電源コネクタや信号コネクタク、その他の電子部品が実装されている。コイル３０が通電されることにより、ステータ５０が励磁される。

ロータ４０は、回転軸４２、ヨーク４４、１つ又は複数の永久磁石４６、を有している。回転軸４２は、クランクケース２０内に配置された複数の軸受に回転可能に支持されている。回転軸４２には、ヨーク４４がハブ４３を介して固定されており、ヨーク４４は回転軸４２と共に回転する。ヨーク４４は、略円筒状であり金属製である。ヨーク４４の内周側面には、１つ又は複数の永久磁石４６が固定されている。永久磁石４６は、ステータ５０の外周面と対向している。コイル３０が通電されることにより、ステータ５０が励磁される。従って、永久磁石４６とステータ５０との間に磁気的吸引力、反発力が作用する。この磁力の作用により、ロータ４０はステータ５０に対して回転する。このように、モータＭはロータ４０が回転するアウターロータ型のモータである。

図２に示すように、ステータ５０は、円環部５１、円環部５１から放射状に等間隔に形成された複数のティース部５３、を含む。ティース部５３にはコイル３０が巻回されている。また、図２に示すように、ステータ５０の円環部５１は、クランクケース２０に一体に、または別部品として形成されたブラケットＢＫに嵌合している。ブラケットＢＫは、嵌合部の一例である。このブラケットＢＫの一部分には、切欠部Ｓが形成されている。ここで、ステータ５０は、ヨーク４４とクランクケース２０との間に位置している。従って、切欠部Ｓは、ヨーク４４及びクランクケース２０間に空気が流れることを許容される。

ファンＦは、略円筒状のリング部ＦＲ１、ＦＲ２、ＦＲ３を含む。リング部ＦＲ１〜ＦＲ３は、同心状に形成されている。リング部ＦＲ１、ＦＲ２の間には、複数の羽根ＦＢ１が形成されている。リング部ＦＲ２、ＦＲ３の間には、複数の羽根ＦＢ２が形成されている。羽根ＦＢ１は、ヨーク４４と対向し、羽根ＦＢ２は、シリンダ１０の少なくとも一部と対向している。ファンＦのリング部ＦＲ２は、例えば、圧入、接着剤またはロータ４０とともにハブ４３とネジで共締めする等により、ロータ４０のヨーク４４に固定されている。具体的には、リング部ＦＲ２の内側とヨーク４４の外側とが嵌合している。ファンＦは、樹脂製である。

図４は、図２のＢ−Ｂ断面図である。ヨーク４４には、複数の通気孔Ｈが設けられている。複数の通気孔Ｈは、回転軸４２回りに均等に形成されているが、これに限定されない。また、通気孔Ｈは円状であるが、これに限定されない。ファンＦが回転することにより、複数の通気孔Ｈに空気が流れることが促進される。具体的には、通気孔Ｈと対向するファンＦの羽根ＦＢ１により、通気孔Ｈに空気が流れることが促進される。ファンＦは、内側ファンの一例である。図４には、ファンＦが回転した場合での、モータＭ内に流入する空気の流れを矢印で示している。通気孔Ｈを介してモータＭ内に流入した空気は、隣接するティース部５３同士の間やブラケットＢＫの切欠部Ｓを通過して、プリント基板ＰＢやシリンダ１０、クランクケース２０側へと流入する。ここで、モータＭが駆動中はコイル３０に通電が行われることによりコイル３０が高温になる。このため、モータＭ全体が高温になる場合がある。上述したように、通気孔Ｈを介してモータＭ内に空気が流入するため、コイル３０を冷却することができ、モータＭ全体も冷却することができる。また、モータＭ内に流入した空気は、シリンダ１０、クランクケース２０側にも流れるため、シリンダ１０、クランクケース２０をも冷却することができる。

尚、各シリンダ１０内に配置されたピストンは、回転軸４２に連結されている。従って、モータＭの回転に伴ってピストンが往復動し、これによりシリンダ内のチャンバの容積が増減する。シリンダ１０には、吸気口１６、排気口１９が形成されている。吸気口１６を介してシリンダ１０のチャンバ内に空気が導入され、ピストンにより空気が圧縮されて排気口１９から圧縮された空気が排出される。吸気口１６、排気口１９には例えばチューブなどが接続される。

ここで、チャンバ内の容積が増減することにより、チャンバ内の空気が断熱圧縮されて高温になる。また、ピストンはシリンダ１０の内壁面に対して摺動するため、摩擦によりシリンダ１０やピストンは高温になる。しかしながら、本実施例ではファンＦが設けられているため、圧縮機Ａの高温化が抑制される。

図４に示すように、モータＭの軸心を含む断面から見た場合、ファンＦとモータＭとは、ファンＦの径方向に並ぶ。具体的には、ファンＦと、コイル３０と、ロータ４０と、ステータ５０とが、ファンＦの径方向に並ぶ。従って、例えば、ファンＦをモータＭよりも軸方向端部（図４での上側）に配置して回転軸先端に固定した場合と比較して、本実施例の圧縮機Ａは軸方向での厚みが低減されている。更に、ファンＦとシリンダ１０との距離が近づくため冷却効果が高まる。ファンＦは、外側ファンの一例である。

また、ファンＦをモータＭよりも軸方向端部に配置して回転軸先端に固定する場合、長い回転軸が必要となる。回転軸が長いと、その回転軸の回転を支持するために大きな軸受け又は複数の軸受けが必要になる。本実施例の圧縮機Ａでは短い回転軸４２を採用できるため、小さな軸受け又は少ない数の軸受けで支持することができる。このため、圧縮機Ａ全体の重量も低減されている。

このようにファンＦは、シリンダ１０、クランクケース２０、モータＭを冷却することができるため、これらをそれぞれ冷却するファンを従来の圧縮機又は真空機を用いた装置のように個別に設ける必要がない。従って、本実施例の圧縮機Ａ又は真空機は部品点数や製造コストが削減されている。

また、モータＭはアウターロータ型であるため、同じ大きさのインナーロータ型モータと比べて、大きいトルクを発生させることができる。これにより、ピストンを十分に駆動させることができる。

尚、本実施例の場合、ファンＦを逆方向に回転させると、図４に示した空気の流れとは逆方向に空気が流れる。このような場合であっても、モータＭ、シリンダ１０、クランクケース２０を冷却することができる。尚、ファンＦは、内側ファンと外側ファンとが一体に形成されているものであるが、これらは別体に形成されていてもよい。また、内側ファン及び外側ファンの一方のみを設けてもよい。また、ファンＦ自体が設けられていなくてもよい。

実施例２の圧縮機Ａａについて説明する。尚、実施例１の圧縮機Ａと同一、類似の構成部分については同一、類似の符号を付することにより、重複する説明を省略する。図５は、実施例２の圧縮機Ａａの外観図である。図６は、実施例２の圧縮機Ａａの断面図である。

実施例２の圧縮機Ａａは、実施例１と異なりファンＦは設けられていない。しかしながら、ヨーク４４ａには、複数の通気孔Ｈａのそれぞれの近傍にガイド部Ｇａが設けられている。ガイド部Ｇａは、通気孔Ｈａの縁から立ち上がるように形成されている。ガイド部Ｇａは、ステータ５０から離れる側に突出している。ヨーク４４ａは、金属製であり、通気孔Ｈａやガイド部Ｇａはプレス加工により形成される。モータＭａが駆動するとヨーク４４ａが回転する。これにより、ガイド部Ｇａも回転し、通気孔Ｈａへの空気の通過が促進される。このような構成によっても、モータＭａやシリンダ１０、クランクケース２０を冷却することができる。

また、本実施例ではファンＦは設けられていないが、ヨーク４４ａにより形成されたガイド部Ｇａにより、モータＭａのみならず、シリンダ１０、クランクケース２０も冷却することができる。これにより、例えば、モータＭａの軸方向にシリンダ１０、クランクケース２０を冷却するためのファンを設けた場合と比較して薄型化されている。また、部品点数も削減されている。また、実施例２でもファンＦは設けても勿論良く、その場合はよりシリンダ１０、クランクケース２０を冷却することができる。また、内側ファン及び外側ファンの一方のみを設けてもよいし、個別に形成された内側ファン及び外側ファンの双方を設けてもよい。

尚、実施例１と同様に、モータＭａのステータ５０もクランクケース２０のブラケットＢＫに嵌合して支持され、ブラケットＢＫに形成された切欠部Ｓを介して、空気がシリンダ１０、クランクケース２０側に流れる。

実施例３の圧縮機Ａｂについて説明する。尚、実施例２の圧縮機Ａａと同一、類似の構成部分については、同一、類似の符号を付することにより、重複する説明を省略する。図７は、実施例３の圧縮機Ａｂの外観図である。図８は、実施例３の圧縮機Ａｂの断面図である。

ガイド部Ｇｂは、ステータ５０に向けて突出している。即ち、ガイド部Ｇｂは、モータＭｂの内部に突出している。このようなヨーク４４ｂが回転することによっても、モータＭｂ内に空気を通過させることができ、また、シリンダ１０やクランクケース２０をも冷却できる。また、圧縮機Ａｂは、例えばモータＭｂをユーザが触れることが可能な態様で使用されるような場合に適している。

尚、実施例１と同様に、モータＭｂのステータ５０もクランクケース２０のブラケットＢＫに嵌合して支持されてはいるが、実施例１とは反対にブラケットＢＫに形成された切欠部Ｓを介して、空気はシリンダ１０、クランクケース２０側に流れから流れ、通気孔Ｈｂから排出される。また、実施例３でもファンＦは設けても勿論良く、その場合はよりシリンダ１０、クランクケース２０を冷却することができる。また、内側ファン及び外側ファンの一方のみを設けてもよいし、個別に形成された内側ファン及び外側ファンの双方を設けてもよい。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、変形・変更が可能である。

シリンダの数は４つに限定されない。

Ａ圧縮機
Ｆファン
Ｍモータ
Ｈ通気孔
Ｇガイド部
Ｓ切欠部
ＢＫブラケット
１０シリンダ
２０クランクケース
３０コイル
４０ロータ
４２回転軸
４４ヨーク
４６永久磁石
５０ステータ

Claims

シリンダ及びクランクケースと、
前記シリンダ及びクランクケース内に配置されたピストンと、
前記ピストンを往復動させるアウターロータ型モータと、を備え、
前記アウターロータ型モータは、ステータ、前記ステータに巻回されたコイル、回転軸、前記回転軸に連結されたヨーク、前記ヨークに固定された永久磁石、を含み、
前記ヨークには、通気孔が形成され、
前記クランクケースに固定されて前記アウターロータ型モータを囲うケースは備えておらず、
前記アウターロータ型モータと前記クランクケースとの間に、電子部品が実装され前記コイルと電気的に接続されたプリント基板が配置されており、
前記通気孔を介して前記アウターロータ型モータ内を通過した空気は、前記プリント基板及びクランクケース側に流れる、圧縮機又は真空機。
前記ヨークには、前記通気孔の縁から立ち上がり前記通気孔への空気の通過を促進するガイド部が形成されている、請求項１の圧縮機又は真空機。
前記ガイド部は、前記ステータから離れる側に突出している、請求項２の圧縮機又は真空機。
前記ガイド部は、前記ステータ側に突出している、請求項２の圧縮機又は真空機。
前記ヨークには、前記ヨークに対向し前記通気孔への空気の通過を促進する内側ファンが固定されている、請求項１乃至４の何れかの圧縮機又は真空機。
前記ヨークには、前記シリンダの少なくとも一部と対向し前記ヨークの径方向の外側に位置する外側ファンが固定されている、請求項１乃至５の何れかの圧縮機又は真空機。
前記ステータは、前記クランクケースに形成された嵌合部に嵌合して支持され、前記ヨークと前記クランクケースの間に位置し、
前記嵌合部は、前記ヨーク及び前記クランクケース間の空気の通過を許容する切欠部が形成されている、請求項１乃至６の何れかの圧縮機又は真空機。