JP6211816B2 - 圧縮機又は真空機 - Google Patents

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。一般的な圧縮機又は真空機は、ピストンは、モータの回転軸心の方向に並ぶように配置される。

特開２００４−１８３４９８号公報

ピストンがモータの回転軸心の方向に配置されるため、装置全体の軸心方向での大きさを大型化している。

そこで本発明は、モータの回転軸心の方向に小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、シリンダと、前記シリンダ内に配置されたピストンと、前記ピストンを前記シリンダ内で往復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、前記ステータに対して回転するアウターロータを含み、前記ピストンは、前記アウターロータの径方向外側に位置している、圧縮機又は真空機によって達成できる。

本発明によれば、モータの回転軸心の方向に小型化された圧縮機又は真空機を提供できる。

図１Ａ、１Ｂは、実施例１の圧縮機の外観図である。 図２Ａ、２Ｂは、実施例１の圧縮機の外観図である。 図３Ａ、３Ｂは、実施例１の圧縮機の外観図である。 図４は、実施例１の圧縮機の分解斜視図である。 図５は、シリンダヘッドを取外した圧縮機の外観図である。 図６は、図２ＢのＡ−Ａ断面図である。 図７は、図３ＡのＢ−Ｂ断面図である。 図８は、実施例２の圧縮機の断面図である。 図９は、実施例２の変形例の圧縮機の断面図である。

図１Ａ〜３Ｂは、実施例１の圧縮機Ａの外観図である。図４は、圧縮機Ａの分解斜視図である。圧縮機Ａは、クランクケース２０、クランクケース２０に設けられた２つのシリンダ１０ａ、１０ｃ、を含む。シリンダ１０ａは、クランクケース２０の外側に固定されたシリンダヘッド１５ａ、クランクケース２０内に設けられたシリンダ本体１２ａ、を含む。同様に、シリンダ１０ｃも、シリンダヘッド１５ｃ、シリンダ本体１２ｃを含む。

具体的には、図４に示すように、クランクケース２０の外周の壁部２１ａ〜２１ｄのうち、互いに対向する壁部２１ａ、２１ｃにそれぞれシリンダヘッド１５ａ、１５ｃが固定されている。壁部２１ａ、２１ｂは隣接し直交し、壁部２１ｃ、２１ｄは隣接し直交している。壁部２１ａ、２１ｃは平行で対向し、壁部２１ｂ、２１ｄは平行で対向している。壁部２１ａ、２１ｃのそれぞれの内側にシリンダ本体１２ａ、１２ｃが固定されている。また、クランクケース２０は、上壁部２１ｅが設けられている。壁部２１ａ〜２１ｄ、上壁部２１ｅは一体に形成されている。これら壁部２１ａ〜２１ｄ、上壁部２１ｅにより形成された半ケースに、別体で形成された底壁部２１ｆが固定される。上壁部２１ｅは、底壁部２１ｆと対向する。尚、シリンダ１０ａ、１０ｃ、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５は、シリンダヘッド１５ａが取外された圧縮機Ａを示している。詳しくは後述するが壁部２１ａには連通孔２２ａが形成されている。クランクケース２０内には、ピストン２５ａ、２５ｃ、これらピストン２５ａ、２５ｃを駆動するためのモータが収納される。

図６は、図２ＢのＡ−Ａ断面図である。図７は、図３ＡのＢ−Ｂ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の底壁部２１ｆ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。例えば、電子部品は、コイル３０の通電状態を制御するためのＦＥＴ等の出力トランジスタ（スイッチング素子）やコンデンサ等である。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。プリント基板ＰＢは、底壁部２１ｆに支持されている。

ロータ４０は、回転軸４２、ヨーク４４、１つまたは複数の永久磁石４６、を有している。回転軸４２は、上壁部２１ｅ、底壁部２１ｆにそれぞれ保持されたベアリングＢＲ１、ＢＲ２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、金属製である。ヨーク４４は、回転軸４２に垂直な壁部４５ｆ、壁部４５ｆに連続し略円筒状の周壁部４５ｓ、を含む。周壁部４５ｓの内周面４５ｅには、１つまたは複数の永久磁石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。ロータ４０は、アウターロータである。

ヨーク４４について詳細に説明する。周壁部４５ｓの外周面４５ａ、４５ｃは、ロータ４０の回転軸心（以下、回転軸心と称する）に対して偏心した円状である。回転軸心に対する外周面４５ａ、４５ｃの偏心方向は１８０度ずれている。外周面４５ａ、４５ｃの偏心量は同じである。周壁部４５ｓの厚みが位置に応じて異なっていることにより、外周面４５ａ、４５ｃは回転軸心に対して偏心した円状となっている。尚、内周面４５ｅは、回転軸心と同心状である。

ピストン２５ａ、２５ｃは、それぞれ、ベアリング２５ａｒ、２５ｃｒを介してヨーク４４に連結されている。従って、ピストン２５ａ、２５ｃは、ヨーク４４、ステータ５０、コイル３０、永久磁石４６に対し径方向に並ぶ。ヨーク４４の一方向の回転に伴ってピストン２５ａ、２５ｃはそれぞれシリンダ本体１２ａ、１２ｃ内を往復動する。ピストン２５ａ、２５ｃは、それぞれ位相が１８０度ずれている。

クランクケース２０の壁部２１ａ、２１ｃの内面側には、それぞれシリンダ本体１２ａ、１２ｃが固定されている。ヨーク４４が回転することにより、ピストン２５ａの先端部はシリンダ本体１２ａに摺接する。ここで、ピストン２５ａの先端部とシリンダ本体１２ａとクランクケース２０の壁部２１ａとによって、チャンバ１３ａが画定される。チャンバ１３ａの容積は、ピストン２５ａの往復動によって増減する。ピストン２５ｃとシリンダ本体１２ｃも同様の構成である。

図１Ａに示すように、クランクケース２０にはノズルＮ１、Ｎ２が設けられている。ノズルＮ１、Ｎ２は、クランクケース２０の角部に設けられた凹部２８、２９に設けられている。ピストン２５ａ、２５ｃが往復動することにより、ノズルＮ１を介してクランクケース２０内に空気が導入される。ピストン２５ａの先端部には連通孔２６ａが設けられている。ピストン２５ａの先端部の先端面には、連通孔２６ａを開閉する不図示の弁部材が設けられている。シリンダヘッド１５ａでは、壁部２１ａとの間で排気室１８ａを画定している。チャンバ１３ａと排気室１８ａとを区分けしている壁部２１ａには、チャンバ１３ａと排気室１８ａとを連通する連通孔２２ａが設けられている。連通孔２２ａは、壁部２１ａの外面側に固定された不図示の弁部材により開閉される。ピストン２５ｃ、シリンダヘッド１５ｃ、壁部２１ｃ、チャンバ１３ｃも同様に構成されている。

ピストン２５ａの往復動によりチャンバ１３ａの容積が変化する。これに伴い、連通孔２６ａを介してチャンバ１３ａ内に空気が導入されてチャンバ１３ａ内の空気が圧縮される。圧縮空気は連通孔２２ａを介して排気室１８ａへ排出される。排気室１８ａ、１８ｃは、図４〜６に示すように、クランクケース２０の内側に形成された連通部２７の孔２７Ｈを介して連通している。排気室１８ｃは、ノズルＮ２に連通している。ノズルＮ２にチューブなどが接続される。

シリンダ１０ｃについても同様である。従って、ノズルＮ１を介してクランクケース２０内に導入された空気は、ピストン２５ａ、２５ｃの往復動により圧縮されてノズルＮ２を介してクランクケース２０の外部に排出される。

図６、７に示すように、ピストン２５ａ、２５ｃは、ロータ４０の径方向外側に位置している。これにより、ロータ４０、ピストン２５ａ、２５ｃが回転軸心の方向に並んだ場合と比較して、圧縮機Ａは回転軸心の方向に小型化されている。更に、圧縮機Ａでは回転軸４２の長さを短くできる。これにより、回転軸４２の剛性が向上して安定して回転できる。これにより、モータＭの振動等を抑制できる。

モータＭはクランクケース２０内に収納されているので、モータＭの駆動音が低減される。また、ユーザは圧縮機Ａが駆動中であってもモータＭに触れることなく圧縮機Ａを取り扱うことができる。

ヨーク４４の外周面４５ａ、４５ｃにそれぞれピストン２５ａ、２５ｃが連結されることにより、ヨーク４４の回転に伴いピストン２５ａ、２５ｃが往復させることができる。また、ヨーク４４の内周面４５ｅ、ロータ４０の回転軸心に対して同心円状である。また、ステータ５０の外周もロータ４０の回転軸心に対して略同心円状である。従って、内周面４５ｅに固定された永久磁石４６とステータ５０の外周との距離を略一定に保つことができる。これにより、安定してロータ４０が回転する。

シリンダヘッド１５ａは略平板状である。また、シリンダヘッド１５ａが固定された壁部２１ａの外側が窪んでいることにより、シリンダヘッド１５ａと壁部２１ａとで排気室１８ａが画定されている。シリンダヘッド１５ｃ、壁部２１ｃについても同様である。これにより、シリンダヘッド１５ａ、１５ｃがそれぞれクランクケース２０から外側に大きく突出することなく排気室１８ａ、１８ｃが画定されている。これにより、圧縮機Ａの外面の平坦部分の面積を確保でき、取り扱いが容易となっている。

排気室１８ａ、１８ｃを連通する連通部２７は、図４、６に示したようにクランクケース２０の上壁部２１ｅの内側に突出するように形成されており、上壁部２１ｅの外側には突出してない。これにより、クランクケース２０の上壁部２１ｅの外面が平坦である。よって、圧縮機Ａの外面の平坦部分の面積を確保でき、取り扱いが容易となっている。

ノズルＮ１、Ｎ２は、同じ方向に延びており、上壁部２１ｅに垂直な方向に延びている。ノズルＮ１、Ｎ２が、それぞれクランクケース２０の凹部２８、２９に設けられているので、ノズルＮ１、Ｎ２のそれぞれの先端の上壁部２１ｅからの突出量を抑制できる。これにより、圧縮機Ａ全体を小型化することができる。また、図２Ｂ、３Ｂに示すようにノズルＮ１、Ｎ２の先端が上壁部２１ｅから突出しないように設定されている。これにより、圧縮機Ａの取り扱いが容易となる。

壁部２１ａとシリンダヘッド１５ａとによって画定される排気室１８ａの容積は、チャンバ１３ａの最大容積よりも小さい。排気室１８ｃ、チャンバ１３ｃについても同様である。チャンバ１３ａ、１３ｃの最大容積を確保することにより、圧縮比を確保している。また、圧縮された空気が排出される排気室１８ａ、１８ｃの容積が小さいので、圧縮機Ａ全体が小型化されている。

図７に示すように、クランクケース２０内にシリンダ本体１２ａが配置され、クランクケース２０の壁部２１ａは、ピストン２５ａが着座する着座部として機能している。同様に、他の壁部２１ｃもピストン２５ｃが着座する着座部として機能する。なお、ピストンが着座する際に発生する衝突音を回避するため、ピストンは完全に着座せず、わずかな隙間を開けておいても良い。これにより、ピストン２５ａ、２５ｃが往復動する方向、換言すれば回転軸４２に直交する方向で圧縮機Ａの大きさが小型化されている。

例えば、クランクケースの壁部にピストンが通過可能な大きさの逃げ孔を形成し、クランクケースの外側にシリンダ本体とシリンダヘッドとを設けた場合、シリンダ本体とシリンダヘッドとを仕切り着座部として機能する仕切り板を設ける必要がある。この場合、径方向に大型化するおそれがある。

しかしながら、本実施例のように、クランクケース２０の壁部２１ａ、２１ｃは、それぞれピストン２５ａ、２５ｃの着座部として機能する。このため、本実施例の圧縮機Ａでは、上述したような仕切部材は不要である。従って、本実施例の圧縮機Ａでは、ピストン２５ａ、２５ｃの往復動する方向に小型化されていると共に部品点数も削減されている。

また、本実施例のモータＭは、アウターロータ型である。モータの大きさが同じ場合、インナーロータ型モータと比較してアウターロータ型モータの方が出力が大きくなる傾向がある。換言すれば、インナーロータ型モータと出力が同じ場合には、アウターロータ型モータの方が小型化することができる。このため、本実施例の圧縮機ＡのモータＭは小型化されている。

以上のように、圧縮機Ａでは、ロータ４０の径方向外側にピストン２５ａ、２５ｃが位置していること、クランクケース２０内にモータＭが収納されていること、シリンダ本体１２ａがクランクケース２０の壁部２１ａの内面側に固定されシリンダヘッド１５ａが壁部２１ａの外面側に固定されていること、アウターロータ型のモータＭが採用されていること、により小型化が達成されている。

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。

また、圧縮機Ａを真空機として使用する他の場合としては、対象機器をノズルＮ２側に接続することで真空機として機能する。この場合、シリンダ１０ａ内に設けられた弁部材は、圧縮機Ａの場合とは同じ構成で良い。

次に、実施例２の圧縮機Ｂ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８は、実施例２の圧縮機Ｂの断面図である。

図８に示すように、ヨーク４４´の周壁部４５ｓ´には、単一のピストン２５ｃ、バランサｂｂが連結されている。クランクケース２０´の壁部２１ａ´側には、シリンダヘッドは設けられていない。バランサｂｂはヨーク４４´の回転軸心に対して偏心している。即ち、バランサｂｂの重心位置と回転中心とは異なっている。バランサｂｂの偏心方向は、外周面４５ｃの偏心方向と異なっている。バランサｂｂは、扇状、円状、又は楕円状であってもよいし、それ以外の形状であってもよい。バランサｂｂは、ヨーク４４´の外周面４５ｂに嵌合している。外周面４５ｂは、回転軸心と同心円状である。

ここで、ヨーク４４´が回転してピストン２５ｃが駆動している際には、ヨーク４４´及びピストン２５ｃの駆動に起因してアンバランスが発生する。これは、ヨーク４４´の慣性力やピストン２５ｃの往復動による反力などの負荷によって発生するものと考えられる。

また、ヨーク４４´も、回転中心と重心位置とが異なっている。このため、ヨーク４４´が回転した時にアンバランスが発生する。このヨーク４４の回転に起因して発生するアンバランスとバランサｂｂの回転に起因して発生するアンバランスとが相殺される。これにより、単一のピストン２５ｃが設けられた圧縮機Ｂにおいても、全体のモーメントのアンバランスを低減できる。

バランサｂｂはロータ４０´の径方向外側に位置しているので、回転軸心方向に並ぶようにロータ４０´、バランサｂｂを回転軸４２に連結した場合と比較して、Ｂは回転軸心方向に小型化されている。

尚、ヨーク４４´とバランサｂｂを一体に成型してもよい。バランサｂｂの代わりに、ヨーク４４´の壁部４５ｆに、回転軸心に対して非対称に孔を設けてもよい。即ち、ヨーク４４´の壁部４５ｆをバランサとして形成してもよい。また、ヨーク４４´の壁部４５ｆに、部分的に重りを固定してもよい。

図９は、実施例２の変形例の圧縮機Ｂ´の断面図である。ヨーク４４´´の周壁部４５ｓ´´には、ベアリング２５ｃｒを介してピストン２５ｃのみが連結されている。バランサｂｂ´は、回転軸４２´に直接固定されている。バランサｂｂ´の偏心方向は、外周面４５ｃ´の偏心方向と異なっている。このような構成によっても、全体のモーメントのアンバランスを低減できる。

尚、壁部４５ｆに一又は複数の孔を設けてもよい。これにより、全体のモーメントのアンバランスを低減できる。この構成ならば、別部材のバランサを設けなくても良く、軽量化することもできる。例えば、壁部４５ｆの、回転軸４２とピストン２５ｃの先端部との間の領域周辺に、孔を設けてもよい。例えば、壁部４５ｆの周方向にわたって複数の孔を設けてもよい。

また、回転軸４２´に直接固定されているバランサｂｂ´に加えて、ヨーク４４´´にも別のバランサを固定してもよい。

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。

上記実施例では、ヨーク４４の周壁部４５ｓの厚みが異なることにより、偏心した外周面を形成したがこのような構成に限定されない。例えば、ヨークの周壁部の厚みを一定にし、偏心したリング状の部材をこの周壁部の外周面に固定し、リング状の部材にベアリングを介してピストンを連結させてもよい。

上記実施例では、ピストン２５ａ、２５ｃは、ステータ５０、コイル３０、永久磁石４６に対し径方向に並ぶがこの構成に限定されない。例えば、ピストン２５ａがステータ５０、永久磁石４６の何れか一方のみと径方向に並んでもよい。

上記実施例においては、１対、又２対のシリンダ、ピストンが設けられた場合を例に示したが、これに限定されない。例えば３対以上のシリンダ、ピストンが設けられていてもよい。

Ａ 圧縮機
Ｍ モータ
Ｈ、ＦＨ 孔
Ｆ ファン
１０ａ、１０ｃ シリンダ
１２ａ、１２ｃ シリンダ本体
１３ａ、１３ｃ チャンバ
１５ａ、１５ｃ シリンダヘッド
２０ クランクケース
２１ａ〜２１ｄ 壁部
２２ａ、２２ｃ 連通孔
２５ａ、２５ｃ ピストン
３０ コイル
４０ ロータ
４２ 回転軸
４４ ヨーク
４５ａ、４５ｃ 外周面
４５ｅ 内周面
４６ 永久磁石
５０ ステータ

Claims (7)

1. シリンダと、
   前記シリンダ内に配置されたピストンと、
   前記ピストンを前記シリンダ内で往復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、前記ステータに対して回転するアウターロータを含み、
   前記ピストンは、前記アウターロータの径方向外側に位置し、
   前記アウターロータは、前記ステータに対向する永久磁石が固定され前記アウターロータの回転軸心に対して同心状の内周面、前記ピストンが連結され前記回転軸心に対して偏心した外周面、を含む、圧縮機又は真空機。
2. 前記ピストンは、前記ステータ及び永久磁石の少なくとも一つの径方向外側に位置している、請求項１の圧縮機又は真空機。
3. 前記アウターロータ型モータ及びピストンを収納するクランクケースを備えている、請求項１又は２の圧縮機又は真空機。
4. 前記クランクケースは、連通孔が形成された壁部を含み、
   前記シリンダは、シリンダ本体、シリンダヘッドを含み、
   前記シリンダ本体は、前記壁部の内面側に固定され、前記ピストンの往復動により容積が増減するチャンバを前記壁部とにより画定し、
   前記シリンダヘッドは、前記壁部の外面側に固定され、前記連通孔を介して前記チャンバに連通した空間を前記壁部とにより画定する、請求項３の圧縮機又は真空機。
5. 前記クランクケースは、凹部が形成され、
   前記凹部に、前記クランクケースの内部と連通したノズルが設けられている、請求項３又は４の圧縮機又は真空機。
6. 前記アウターロータのヨークに固定されたバランサを備えている、請求項１乃至５の何れかの圧縮機又は真空機。
7. 前記アウターロータの回転軸に固定されたバランサを備えている、請求項１乃至６の何れかの圧縮機又は真空機。

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