JP6228896B2

JP6228896B2 - 空気圧縮機

Info

Publication number: JP6228896B2
Application number: JP2014128690A
Authority: JP
Inventors: 永敏小林
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2017-11-08
Anticipated expiration: 2034-06-24
Also published as: JP2016008533A

Description

本発明は、空気圧縮機の圧縮機本体構造に関するものである。

本発明の背景技術として、特開２００４−１２４７１２号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、駆動源であるモータと、モータに隣接配置されたクランクケース内のモータによる回転駆動によってピストンをシリンダ内で往復動させて圧縮空気を発生させる圧縮機本体と、圧縮機本体のモータに対し反対側にモータで回転駆動する冷却ファンとを有する空気圧縮機において、クランクケースは半径方向においてモータよりも外側まで突出する突出部を有しており、該突出部に、冷却ファンの冷却風を通過させてモータの外周面に沿って排出させる冷却風通路が形成されている空気圧縮機が記載されている。

特開２００４−１２４７１２号公報

前記特許文献１は、モータ外径よりもクランクケースの外径を大きくして、クランクケースに冷却風通路を設けているが、小型・軽量化の点で考慮されていない。

主に建築現場で用いられる可搬型空気圧縮機は、作業性改善や作業負荷軽減のため、これまで高圧化、小型・軽量化が図られてきた。最高圧力については現状4MPa以上まで高められており、既に限界に近い圧力まで達しているため、更なる小型・軽量化を図っていく必要がある。

製品の軽量化においては製品質量の大半を占める圧縮機本体の小型・高速回転化が考えられ、ピストンの小型化により連接棒やシリンダ、空気弁、シリンダヘッド、クランクケースの外径を小さく形成する一方、モータはトルクと慣性力を確保するためにある程度大きな径を有し、偏平なモータを用いて質量を抑えるのが有効である。

ここで可搬型空気圧縮機にはビルトイン型のモータが用いられ、モータを構成するステータは、クランクケースの一端側に設けたハウジングにねじ等を用いて固定されているのが一般的である。また、小型、高出力となるモータは発熱が多く冷却もしにくいため、モータの性能や安全性の確保のため、十分に冷却を行わなければならない。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、空気圧縮機であって、シリンダ内を往復運動するピストンと、前記ピストンの駆動部を収容するクランクケースと、冷却風を発生させる冷却ファンと、前記ピストンと前記冷却ファンを駆動するモータと、
を備え、前記モータを構成するステータを固定するためのハウジングが前記クランクケースの一端側に設けられて一体で形成されており、前記クランクケース外径よりも前記ハウジングの外径が大きく、前記クランクケースの外周面とハウジングの外周面とを接続する接続面に前記冷却風の通過する通気穴を設けた構成とする。

本発明によれば、小型・軽量な圧縮機本体が提供可能となる。

本発明に係る実施例１の圧縮機本体の正面図と断面図である。本発明に係る実施例２の圧縮機本体の正面図と断面図である。本発明に係る実施例３の圧縮機本体の正面図と断面図である。本発明に係る実施例４の圧縮機本体の正面図と鋳造型の模式図である。本発明に係る実施例５の圧縮機本体の断面図である。

以下、本発明の実施例図面を用いて説明する。

図１は本実施例に係る空気圧縮機の圧縮機本体の正面図と断面図である。図１において、（Ｂ）が圧縮機本体の正面図であり、図１（Ｂ）のＡ−Ａにおける断面図が図１（Ａ）である。

図１（Ａ）において、クランクケース１の左右にはフランジ２、３が設けられており、そこには圧縮室を形成するためのシリンダ４、７、空気弁５、８、シリンダヘッド６、９が取付けられている。クランクケース１とその開口側に勘合された軸受け箱１０の内部には、ベアリング１１、１２によって回転可能に支持されたシャフト１３が取付けられており、このシャフト１３には、シリンダ４、７内を上下運動し、空気を吸い込み圧縮するためのピストン１４、１５を備えた連接棒１６、１７が偏心部材１８、１９とベアリング２０、２１を介して接続されている。すなわち、ピストン１４、１５の駆動部である、シャフト１３、連接棒１６、１７、偏心部材１８、１９、ベアリング２０、２１がクランクケース１内に収容されている。また、シャフト１３の一端側にはシャフト１３を回転させるためのモータを構成するロータ２２が取付けられている。

また、軸受け箱１０が勘合されるクランクケース１の開口側とは反対側には、クランクケース１の外径よりも大きいハウジング２４がクランクケースと一体に形成されており、モータを構成するステータ２３がこのハウジング２４に固定されている。更にはシャフト１３の端部にはステータ２３を冷却するための冷却ファン２５が取付けられ、シャフト１３の回転により生成された冷却風３０がステータ２３に当たることでステータ２３が冷却される。

図１（Ｂ）において、クランクケース１の外周面２６とハウジング２４の外周面２７とをつなぐ接続面２８に、冷却ファン２５によって生成された冷却風３０の通気穴２９を設けた構造としている。

これにより、モータを構成するステータを固定するためのハウジングの径をクランクケースの径よりも大きくすることで、モータのトルクと慣性力を確保しつつ、小型・軽量化をはかることが出来るとともに、モータを構成するステータの冷却を効率よく行うことができるため、安全性の確保を図ることが出来る圧縮機が提供できる。

なお、本実施例は水平対向の２気筒の圧縮機としているが、圧縮部の機構や構造について限定するものではない。また、本実施例では軸流ファンにおいてステータに冷却風を当てる構造としているが、冷却風の流れる向きを逆にしてもよいし、遠心ファン等別のファンとしてもよい。また、冷却ファンはクランクケースに対してハウジングの反対側に設けてもよいし、両側に設けてもよい。

図２は本実施例に係る空気圧縮機の圧縮機本体の正面図と断面図である。図２において、（Ｂ）が圧縮機本体の正面図であり、図２（Ｂ）のＡ−Ａにおける断面図が図２（Ａ）である。

本実施例は、実施例１における通気穴２９を複数設け、その複数の通気穴の間の接続面２８上に、ハウジング２４を補強するためのリブとステータ２３とハウジング２４を固定する固定部を設けたことを特徴とする。

すなわち、図２（Ｂ）において、クランクケース１の外周面２６とハウジング２４の外周面２７とをつなぐ接続面２８に冷却ファン２５によって生成された冷却風３０が通過するための通気穴２９を複数設け、その複数の通気穴の間の接続面２８において、ハウジング２４を補強するためのリブ３１とステータ２３とハウジング２４の固定部３２を設け、図２（Ａ）に示すように、固定部３２をボルト３３でステータ２３がハウジング２４に締結するように構成する。

これは、クランクケースの径よりもモータを構成するステータを固定するためのハウジングの径が大きくなる場合、このハウジングが最も径の大きい部位となるため、小型・軽量化を前提にすると、この部分を極力薄肉として軽量化を図る必要がある。しかし、ハウジングを薄肉にすることで剛性不足となると、モータ振動による騒音や異音、ハウジングの疲労破壊が発生する可能性がある。

本実施例は、上記を解決するために構成されたもので、ステータ２３の固定部３２がリブ３１で直接補強されることにより、ハウジング２４の剛性を効率よく向上させることができるため、モータの振動や騒音、ハウジング２４の疲労破壊の発生を抑え、高い信頼性を確保することが可能となる。

図３は本実施例に係る空気圧縮機の圧縮機本体の正面図と断面図である。図３において、（Ｂ）が圧縮機本体の正面図であり、図３（Ｂ）のＡ−Ａにおける断面図が図３（Ａ）である。

本実施例は、実施例１または２において、通気穴２９を、接続面２８上のステータ２３に巻かれているコイル３０の間となる位置に設けたことを特徴とする。

すなわち、図３（Ａ）、（Ｂ）において、クランクケース１の外周面２６とハウジング２４の外周面２７とをつなぐ接続面２８のステータ２３に巻かれているコイル３４の間となる位置に、冷却ファン２５によって生成された冷却風３０が通過する通気穴２９を設けた。

これにより、冷却ファン２５によって生成され、ステータ２３のコイル３４間を通過した冷却風３０が通気穴２９からまっすぐに抜けるため、ステータ２３の冷却性の向上を図ることが可能となる。

図４は本実施例の圧縮機本体の正面図および鋳造型の模式図である。図４において、（Ｂ）が圧縮機本体の正面図であり、図４（Ａ）は、クランクケース１の鋳造型を示している。

本実施例は、実施例２または３において、フランジ２４の剛性を向上させるためのリブ３１を形成する方向を、クランクケース１の鋳造型の抜き方向もしくはパーティングラインと同方向に形成したことを特徴とする。

すなわち、図４（Ｂ）において、フランジ２４の剛性を向上させるためのリブ３１は、クランクケース１の外周面２６とハウジング２４の外周面２７とをつなぐ接続面２８上に形成されているが、ハウジングとクランクケースは一体で鋳造型によって形成される。よって、リブ３１を形成する方向は、図４（Ａ）に示す、クランクケース１の鋳造型３５、３６、３７の抜き方向もしくはパーティングラインと同方向に形成する。

これにより、リブ３１の鋳造型のアンダーカットを考慮する必要が無く、ハウジング２４の剛性を確保するために必要な厚さにてリブ３１を形成できるため、駄肉を抑え、軽量、安価に製造することが可能となる。

図５は本実施例５の圧縮機本体の断面図である。

本実施例は、実施例１から４において、ハウジング２４に対してクランクケース１の反対側に第１の冷却ファン２５、クランクケース１に対してハウジング２４の反対側に第２の冷却ファン３８が配置され、冷却ファン２５と３８の間の冷却風３９が一方向に流れるようにしたことを特徴とする。

これにより、冷却ファン２５によって生成された冷却風３０が反対側の冷却ファン３８によって引っ張られることで、ステータ２３のコイル３４間および通気穴２９を通過しやすくなるため、更にステータ２３の冷却性の向上を図ることが可能となる。

また、シリンダ４、７、空気弁５、８、シリンダヘッド６、９の冷却性の向上も図ることが可能となるため、圧縮機本体の性能向上や信頼性向上も図ることが可能となる。

以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

１：クランクケース、
２、３：フランジ、
４、７：シリンダ、
５、８：空気弁、
６、９：シリンダヘッド、
１０：軸受け箱、
１１、１２：ベアリング、
１３：シャフト、
１４、１５：ピストン、
１６、１７：連接棒、
１８、１９：偏心部材、
２０、２１：ベアリング、
２２：ロータ、
２３：ステータ、
２４：ハウジング、
２５：冷却ファン、
２６：クランクケースの外周面、
２７：ハウジングの外周面、
２８：接続面、
２９：通気穴、
３０：冷却風、
３１：リブ、
３２：固定部、
３３：ボルト、
３４：コイル、
３５、３６、３７：鋳造型、
３８：冷却ファン、
３９：冷却風

Claims

シリンダ内を往復運動するピストンと、
前記ピストンの駆動部を収容するクランクケースと、
冷却風を発生させる冷却ファンと、
前記ピストンと前記冷却ファンを駆動するモータと、
を備え、
前記モータを構成するステータを固定するためのハウジングが前記クランクケースの一端側に設けられて一体で形成されており、
前記クランクケース外径よりも前記ハウジングの外径が大きく、
前記クランクケースの外周面とハウジングの外周面とを接続する接続面に前記冷却風の通過する通気穴を設け、
該通気穴を前記接続面に複数設け、
前記ハウジングを補強するためのリブと前記ステータを前記ハウジングに固定するための固定部を複数の前記通気穴の間に設けたことを特徴とする空気圧縮機。
請求項１に記載の空気圧縮機であって、
前記リブを前記クランクケースの鋳造型の抜き方向またはパーティングラインの方向と一致する位置に設けたことを特徴とする空気圧縮機。
請求項１または２に記載の空気圧縮機であって、
前記通気穴は、前記接続面の前記ステータに巻かれているコイルの間となる位置に設けたことを特徴とする空気圧縮機。
請求項１から３のいずれか1項に記載の空気圧縮機であって、
前記ハウジングに対して前記クランクケースの反対側に第１の冷却ファン、前記クランクケースに対して前記ハウジングの反対側に第２の冷却ファンが配置され、各々の冷却ファンの間の冷却風が一方向に流れるようにしたことを特徴とする空気圧縮機。