WO2006070703A1

WO2006070703A1 - 空気圧縮機

Info

Publication number: WO2006070703A1
Application number: PCT/JP2005/023672
Authority: WO
Inventors: Tsutomu Yoshida; Tomohiko Serita
Original assignee: Max Co., Ltd.
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2006-07-06
Also published as: ATE555308T1; JP4687106B2; EP1832749A4; AU2005322762A1; EP2390505A1; US20080112823A1; EP1832749B1; EP1832749A1; JP2006188954A; EP2390505B1; US9528506B2

Abstract

インバータ制御手段９を構成している発熱部品２６を基板の裏面側に実装したインバータ基板２８を、熱伝導性の良好な材料により構成されたケース３０内に発熱部品２６がケース３０の底面と密着するように収容する。該ケース３０を間隔を隔てて平行に配置された一対の空気タンク５、６の間で且つ電動モータ２と圧縮機３、４との少なくとも何れか一方の下方側において底面が上方となるように下向きに配設する。電動モータ２によって駆動される冷却ファン２０、２１による空気流をケース３０の底面に沿って誘導することによってケース３０を介して発熱部品２６を冷却する。

Description

明細書

空気圧縮機

技術分野

[0001] 本発明は、インバータ制御手段を介して駆動制御される電動モータと、該電動モータによって駆動されて圧縮空気を生成する圧縮機と、該圧縮機によって生成された圧縮空気を貯留する空気タンクとを備えた空気圧縮機に関する。

背景技術

[0002] 一般に、空気圧縮機は電力の供給によって回転駆動される電動モータと、該電動モータによって駆動されて外部から吸入した空気を圧縮して吐出する圧縮機と、該圧縮機から吐出される圧縮空気を貯留する空気タンクとにより構成されている。特開 2 000-283046は、前記圧縮機を駆動する電動モータへの電力の供給を、電動モータのロータの回転位置を検出するとともにこの検出出力に応じて電動モータのステータのコイルに供給する電流、電圧を周波数を可変して制御することによって電動モータを効率的に駆動させて消費電力を低減するようにしたインバータ制御手段によって行う空気圧縮機を開示する。

[0003] 上記インバータ制御手段は、電動モータのステータコイルへの電流、電圧を切り替える半導体スイッチング素子やその他の部品によって構成されている電力供給部と、電動モータ内のロータの回転位置検出信号により前記電力供給部を制御する制御部とから構成される。前記電力供給部を構成している半導体スイッチング素子は駆動中に発熱するため、この半導体スイッチング素子を実装してレ、る電力供給部や制御部を含むインバータ制御手段が熱によって破壊してしまレ、、電動モータの制御ができなくなってしまうことがある。一般的には回路上に形成されている保護回路によつて、これらの部品の温度が所定温度に達したときに回路を遮断して部品の破壊が防止される。空気圧縮機では保護回路が作動するたびに圧縮運転が停止してしまうと、作業性が損なわれてしまう。そこで、このようなインバータ制御手段を使用している空気圧縮機においてはインバータ制御回路の過熱を防止するために特に電力供給部の半導体スイッチング素子を冷却する必要が生ずる。 [0004] 前記電力供給部の半導体スイッチング素子はこの部品自体の冷却をし易くするために独立したインバータモジュールとして形成される。特開 2000-283046のインバータ制御手段を使用している空気圧縮機においては、このインバータモジュールを電力供給部の基板から分離して放熱板に取り付けて、このインバータモジュールを取り付けた放熱板を一対の空気タンクの間で且つ電動モータの下側に配設して、前記電動モータと圧縮機を冷却させるために電動モータの該回転軸の両端に取り付けた冷却ファンによって生起される空気流によって前記インバータモジュールを冷却させるようにしている。

[0005] 特開 2000-283046の空気圧縮機においては、発熱部品であるインバータモジュールを取り付けた放熱板を一対の空気タンクの間に配置して、圧縮機と電動モータを冷却する冷却風によって前記放熱板を介してインバータモジュールを冷却する。ィンバータモジュールの冷却を良好に行うためには表面積の大きな放熱板を用意する必要があり、この放熱板を設置するためのスペースも確保しなければならないため、空気圧縮機の小型軽量ィ匕を阻害する容易なとなっていた。

[0006] また特開 2000-283046の空気圧縮機では、インバータ回路中の発熱部品であるインバータモジュールを除いた他の部品によって構成されている電力供給部の回路基板を前記インバータモジュールから離反させて一対の空気タンクの間の下部に上向きに配置しており、このように、電力供給部の回路基板とインバータモジュールとを分割して配置すると、これらの間の電力供給線や信号線等の配線が必要となり、このため、基板の製造コストが高くなつたり圧縮機の組み付け工数が多くなつて、圧縮機のコストを上昇させてしまうことがあった。

発明の開示

[0007] 本発明の一または一以上の実施例は、インバータ制御手段を構成しているインバータ回路基板上の発熱部品を効率よく冷却することが可能で、更に小型'軽量且つ低コスト化が可能な空気圧縮機の冷却装置を提供する。

[0008] 本発明の一または一以上の実施例によれば、空気圧縮機は、電動モータと、前記電動モータのモータハウジングに取り付けられ、前記電動モータによって駆動されて圧縮空気を生成する圧縮機と、前記圧縮機によって生成された圧縮空気を貯留し、長胴型に形成され、長手方向軸が前記電動モータの軸方向と略平行に前記電動モータの下方に配置され、間隔を隔てて平行に配置された、一対の空気タンクと、前記電動モータの制御装置を構成する発熱部品を実装した基板と、前記基板を収容するケースと、前記電動モータの回転軸に設けられ、電動モータの軸方向に沿って流れる冷却風を発生させ、この冷却風によって前記圧縮機と前記電動モータと前記ケースを介して前記発熱部品とを冷却する、冷却ファンと、を備える。前記発熱部品は、前記ケースの底面と密着するように収容され、前記ケースは、前記一対の空気タンクの間に、電動モータと圧縮機との少なくとも何れか一方の下方側において前記底面が上方となるように配設される。

[0009] また、本発明の一または一以上の実施例によれば、前記電動モータの制御装置は、前記発熱部品を含む第 1の部品と、第 2の部品と、を備える。前記第 2の部品は、基板の表面に実装され、前記第 1の部品は、基板の裏面に実装される。

[0010] また、本発明の一または一以上の実施例によれば、前記電動モータは、インバータ制御装置によって回転制御され、前記基板は、インバータ制御基板である。

[0011] また、本発明の一または一以上の実施例によれば、前記インバータ制御装置は

、インバータモジュールと、インバータモジュールを制御するための回路部品とを具備する。前記回路部品は、前記インバータ制御基板の表面に実装され、前記インバータモジュールは、前記インバータ制御基板の裏面に実装され、前記インバータモジュールの表面が前記ケースの底面と密着するように、前記インバータ制御基板が前記ケースに収容される。

[0012] また、本発明の一または一以上の実施例によれば、前記インバータモジュールは、前記電動モータのステータコイルへ電力を供給する半導体スイッチング素子を具備し、前記回路部品は、コンデンサを具備する。

[0013] また、本発明の一または一以上の実施例によれば、前記圧縮機は、前記モータハウジングの長手方向の一端側に取り付けられる。

[0014] また、本発明の一または一以上の実施例によれば、前記ケースは、熱伝導性の良好な材料により構成される。

[0015] また、本発明の一または一以上の実施例によれば、空気圧縮機は、更に、前記ケースの底面の外表面に設けられ、前記電動モータの回転軸と略平行に延びた複数のフィンからなる放熱板、を備える。

[0016] また、本発明の一または一以上の実施例によれば、前記放熱板は、前記ケースの底面に密着して取り付けらる。

[0017] また、本発明の一または一以上の実施例によれば、前記放熱板は、前記ケースと一体に形成されて前記ケースの底面に設けられている。

[0018] また、本発明の一または一以上の実施例によれば、前記冷却ファンは、前記電動モータの回転軸の一端に取り付けられた第 1のファンと、前記電動モータの回転軸の他端に取り付けられた第 2のファンと、を具備する。

[0019] 本発明の一または一以上の実施例の空気圧縮機によれば、インバータ制御手段 (インバータ制御装置）を介して回転制御される電動モータを介して駆動するようにした空気圧縮機において、前記インバータ制御手段を構成している発熱部品を基板の裏面側に実装したインバータ基板を、熱伝導性の良好な材料により構成されたケース内に前記発熱部品が前記ケースの底面と密着するように収容し、該ケースを前記一対の空気タンクの間で且つ電動モータと圧縮機との少なくとも何れか一方の下方側において前記底面が上方となるように下向きに配設し、前記冷却ファンによる空気流を前記ケースの底面に沿つて誘導することによつて前記ケースを介してインバ一タ制御手段の発熱部品を冷却する。このため、発熱部品は、熱伝導率が大きくかつ面積の大きなケースに密着され、このケースを冷却ファンによって冷却される。この結果、圧縮機と電動モータとを冷却する冷却ファンによって、インバータ制御手段の発熱部品を効率よく冷却することができる。また、インバータ制御手段を構成している発熱部品とそのほかの部品を一体のインバータ基板上に配置することができるため、ィンバータ基板の発熱部品と他の部品間の配線が不要となりコストの低減が可能となる

。更に、インバータ制御手段を形成している電子回路基板をケース内に逆さ向きに取り付けることによって、ケースが電子回路基板に覆い被さる状態となり基板上に堆積した埃ゃゴミ等によって絶縁不良が発生して誤動作や作動不良を発生させてしまうことがない。また、雨水等の水分が基板上へ滴下することによる絶縁不良も回避できる [0020] また、本発明の一または一以上の実施例によれば、前記インバータ基板を収容しているケースの底面には、少なくとも前記発熱部品が密着されている部分の外表面に、前記電動モータの回転軸と略平行に延びた複数のフィンからなる放熱板が設けられている。この結果、更に、冷却ファンによるインバータ制御手段の発熱部品の冷却を効率よく行うことが可能となる。

[0021] また、本発明の一または一以上の実施例によれば、放熱板を前記ケースの底面に密着させて取り付けるようにしている。この結果、放熱板を発熱部品と対応させたケースの底面の任意の位置に容易に設けることができ、発熱部品の冷却を効果的に行うことができる。

[0022] また、本発明の一または一以上の実施例によれば、前記放熱板が前記ケースと一体に形成されて前記ケースの底面に設けられている。この結果、ケースから放熱板への熱伝導性を損なうことなく放熱板とケースを介しての発熱部品の冷却を効果的に行うことができる。

[0023] その他の特徴および効果は、実施例の記載および添付のクレームより明白である。

図面の簡単な説明

[0024] [図 1]空気圧縮機のカバーを取り外した平面図

[図 2]図 1の空気圧縮機の一部を断面して示す側面図

[図 3]図 1の空気圧縮機のカバーを取り外して示す正面図

[図 4]インバータ基板と、これを収容するケース及び放熱板を示す斜視図

[図 5]インバータ基板を収容したケースとカバーを空気圧縮機へ組み付けする状態を示す斜視図

符号の説明

[0025] 1 空気圧縮機

2 電動モータ

3、 4 圧縮機

5、 6 空気タンク

9 インバータ制御手段 (インバータ制御装置） 20、 21 冷却ファン（第 1のファン、第 2のファン）

26 インバータモジュール (発熱部品、第 1の部品）

28 インバータ基板

30 ケース

32 放熱板

33 フィン

発明を実施するための最良の形態

[0026] 以下図面に従い、本発明の実施例を説明する。

実施例 1

[0027] 図 1は、空気圧縮機を示し、図面上で一点鎖線で表しているカバーを取り外して空気圧縮機の内部の主要構成の配置状態を示している。空気圧縮機 1は、電力が供給されることによって回転駆動される電動モータ 2と、該電動モータ 2の回転によつて駆動されて大気を吸入'圧縮して圧縮空気を生成する 2つの圧縮機 3、 4と、前記圧縮機 3、 4で生成した圧縮空気を貯留するため長胴型に形成された一対の空気タンク 5、 6と、前記空気タンク 5、 6内に蓄えた圧縮空気を所定の圧力に減圧して空気作動工具等へ供給するための圧縮空気取出部 7、 8、及び、前記電動モータ 2を回転制御するインバータ制御手段 9 (図 2に示す）を備えている。

[0028] 前記一対の空気タンク 5、 6は、該空気タンク 5、 6の長手方向軸が互いに略並行となるように間隔を隔てて平面上に並べて配置され、これらの空気タンク 5、 6間に溶接されているフレーム 10によって互いに連結されており、各空気タンク 5、 6の下面に取り付けた設置脚 11によって床面等に載置できるようにしている。更に、この一対の空気タンク 5、 6の上方には、前記電動モータ 2が該電動モータ 2の回転軸が前記空気タンク 5、 6の長手方向軸線と略平行となるように配置されている。この電動モータ 2のモータハウジングの一端側にはクランクケース 12がー体に形成されており、更に、このクランクケース 12には大気を吸入して高圧の圧縮空気を生成する 2つの圧縮機 3、 4が取り付けられている。

[0029] 前記 2つの圧縮機 3、 4は 2段圧縮機を構成しており、 1段目の圧縮機 3と 2段目の圧縮機 4がそれぞれ前記クランクケース 12の両側面に略水平方向に対向するように取り付けられている。 1段目の圧縮機 3は前記クランクケース 12内を経由して吸入した大気を中間圧まで圧縮して一次吐出管 13を経て 2段目の圧縮機 4へ供給している。 2段目の圧縮機 4は前記一次吐出管 13を経て 1段目の圧縮機 3から供給される中間圧力の圧縮空気を高圧域まで圧縮して二次吐出管 14を経由させて一方の空気タンク 5へ供給するようにしている。 2つの空気タンク 5、 6は連通管 15を介して空気タンク 5、 6内が連通されており、一方の空気タンク 5内に供給された圧縮空気が前記連通管 15を流動することによって他方の空気タンク 6内へ流通することによって両空気タンク 5、 6内の圧力は同一に維持されている。

[0030] 前記空気タンク 5、 6から空気工具等へ圧縮空気を取り出すための圧縮空気取出部 7、 8は前記各空気タンク 5、 6毎にそれぞれ設けられている。圧縮空気取出部 7 、 8は空気タンク 5、 6内に溜められている圧縮空気の圧力を空気工具等で使用する任意の圧力まで減圧する減圧弁 16と、この減圧弁 16で減圧された圧縮空気の圧力を表示する 2次圧力計 17、及び、一端側が空気工具等に連結されたエアホースの他端側に取り付けられているプラグを接続するためのソケット部 18によって構成されている。なお、この実施例では一つの圧縮空気取出部 7、 8から 2つの工具等へ圧縮空気を同時に供給できるように各圧縮空気取出部 7、 8には各々 2つのソケット部 18が形成されている。また、一方の圧縮空気取出部 8には前記圧縮機 3、 4で生成されて空気タンク 5、 6内に溜められてレ、る圧縮空気の圧力値を表示する 1次圧力計 19が設けられている。

[0031] 図 1及び図 2に示すように、前記電動モータ 2の回転軸の両端には冷却ファン 2 0、 21力 S取り付けられてレ、る。冷却ファン 20, 21は、電動モータ 2の回転軸の一端に設けられた第 1のファン 20と、他端に設けられた第 2のファンを備える。電動モータ 2 が回転駆動することによってこれらの冷却ファン 20、 21によって冷却風を生成させて前記圧縮機 3、 4と電動モータ 2を冷却するようにしている。前記圧縮機 3、 4が取り付けられているクランクケース 12の端部から突き出されている一側の回転軸の端部に取り付けられている冷却ファン 20は軸流ファンによって形成されており、カバー 22に形成された開口 23からカバー 22内に大気を吸入してこの空気を、前記圧縮機 3、 4 と電動モータ 2のモータハウジングの外周面に沿わせて流動させるようにしており、この冷却風によって圧縮機 3、 4と電動モータ 2のモータハウジングを冷却する。また、電動モータ 2の他側の回転軸の端部に取り付けられている冷却ファン 21はシロッコフアンによって構成されており、モータハウジングの端部からモータハウジング内の空気を吸い出してカバー 22に形成されている開口 24を介してカバー 22の外側へ排出させることによってモータハウジング内に空気流を生じさせて電動モータ 2の卷線部を冷却させるようにしている。

[0032] 前記電動モータ 2は、ホール素子等の検出手段によって電動モータ 2のロータ一の回転位置を検出して、この検出出力によって電動モータ 2のステータコイルへの電力の供給をインバータ制御することによって回転制御されるようにされている。前記電動モータ 2は前記インバータ制御手段 9 (電動モータの制御回路、インバータ制御回路）を介して外部の電源に接続されており、このインバータ制御手段 9を介してステータコイルへ供給される電力によって回転制御されるようにされている。図 2及び図 3 に示すように、インバータ制御手段 9は、前記電動モータ 2のステータコイルへ電力を供給する半導体スイッチング素子等によって構成されているインバータモジュール 2 6 (発熱部品、第 1の部品）と、前記インバータモジュール 26を制御するためのコンデンサ等の前記インバータモジュール 26以外の回路部品 27 (第 2の部品）、及びこれらのインバータモジュール 26と回路部品 27を実装しているインバータ基板 28と、前記電動モータ 2のロータの回転位置を検出するホール素子等の検出信号に基づいて前記インバータ基板 28を制御する為の部品を実装して構成されている制御基板 29 によって構成されている。

[0033] 前記インバータ制御手段 9を構成している部品中のインバータモジュール 26は最も発熱量が大きい発熱部品であり、該インバータモジュール 26は図 4に示すように、インバータモジュール 26以外のコンデンサ等の回路部品 27が実装されているインバータ基板 28の裏面側に、これらのインバータモジュール 26の表面に露出させて形成されている金属面が図上で上面を向くように実装されている。なお、この実施例においてはインバータ制御基板 28を制御する為の制御基板 29をインバータ基板 28と別に形成しているが、制御基板 29とインバータ基板 28を一体に構成しても良レ、。このように 2つの基板を一体に形成することによって両基板 28、 29間の配線が必要なくなり更にコストの低減が可能となる。

[0034] 図 2及び図 3に示すように、前記一対の空気タンク 5、 6の間の隙間には、熱伝導性の高い例えばアルミニウム等によって箱形に形成された前記インバータ基板 28 と制御基板 29を収容するケース 30が開口部を下向きにして底面が上方となるように取り付けられている。このケース 30は前記空気タンク 5、 6の間の隙間にほぼ水平に配置されており、前記冷却ファン 20、 21によって生成される冷却風がこのケース 30 の底面の外表面に沿って流動するようにしている。そして、前記インバータ制御手段 9を形成してレ、るインバータ基板 28のインバータモジュール 26を実装してレ、る面が前記ケース 30の底面と対向するように収容され、インバータモジュール 26の表面の金属面がケース 30の底面と密着されて取り付けられている。更に、図 2、図 3及び図 5 に示すようにインバータ基板 28の下側にはカバー 31が装着されて、基板の下面側を保護するようにしている。

[0035] 上記のように、インバータ制御手段 9を構成している部品中で最も発熱の大きいインバータモジュール 26を基板の裏面側に実装して、このインバータモジュール 26 を熱伝導率の高い金属で形成された広い面積のケース 30に密着させて取り付けているので、この広い面積のケース 30の外表面に沿って流動する冷却風によってケース 30を介してインバータモジュール 26が効率よく冷却されてインバータモジュール 2 6や他の部品の熱による破壊等を防止できる。

[0036] 更に、前記ケース 30の底面の外表面には電動モータ 2の回転軸と略平行に延びた多数のフィン 33が形成されて成る放熱板 32を、該放熱板 32の裏面を前記ケース 30の底面の外表面と密着させて取り付けており、前記冷却ファン 20、 21で生成した冷却風によって前記ケース 30を介してのインバータモジュール 26の冷却効率を更に向上させている。

[0037] また、インバータモジュール 26を前記インバータ基板 28の裏面側に実装するとともに、該インバータ基板 28をインバータモジュール 26以外の部品が実装されている面を下向きにして前記ケース 30内に収容することによって、ケース 30の隙間から侵入する埃等が基板上に堆積して、これらの塵埃によって部品間の絶縁不良等が発生して作動不良や誤動作が発生することが防止できる。さらに、雨水等の水分が基板上へ滴下して絶縁不良を生じさせることを回避できる。カロえて、基板上に設けられた図示しない各種のコネクタへ接続される電線類が、基板の下方側から基板へ向かつて延びるように設けられることになるため、水分が電線類を伝わって各種のコネクタ部へ導かれてしまうことが防止できる。

[0038] 上記実施例の説明では、電動モータ 2の一端側に一体に形成されているクランクケースから 2つの圧縮機 3、 4を水平方向に対向させて設けて、高圧域の圧縮空気を生成するようにした 2段圧縮式の空気圧縮機の実施例により説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、 1段圧縮または 3段以上の圧縮を行うようにした圧縮機を設置した空気圧縮機として構成しても良い。更に、圧縮機の 3、 4配列形態も水平方向に対向させて配置する態様に限らず、複数の圧縮機を平行に配列させたり又は V字型等の配列形態としてもよい。また、発熱部品の例としてインバータモジュール 26について説明したが、これに限らず、整流ダイオード素子や、モータ駆動電源用モジユール等の各種の発熱部品に於いても本発明を適用することが可能である。

[0039] 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

[0040] 本出願は、 2004年 12月 28日出願の日本特許出願（特願 2004-381677)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

産業上の利用可能性

[0041] 本発明の空気圧縮機は、インバータ制御手段を構成しているインバータ回路基板上の発熱部品を効率よく冷却することが可能で、更に小型 ·軽量且つ低コスト化が可能となる。

Claims

請求の範囲

[1] 電動モータと、

前記電動モータのモータハウジングに取り付けられ、前記電動モータによって駆動されて圧縮空気を生成する圧縮機と、

前記圧縮機によって生成された圧縮空気を貯留し、長胴型に形成され、長手方向軸が前記電動モータの軸方向と略平行に前記電動モータの下方に配置され、間隔を隔てて平行に配置された、一対の空気タンクと、

前記電動モータの制御装置を構成する発熱部品を実装した基板と、前記基板を収容するケースと、

前記電動モータの回転軸に設けられ、電動モータの軸方向に沿って流れる冷却風を発生させ、この冷却風によって前記圧縮機と前記電動モータと前記ケースを介して前記発熱部品とを冷却する、冷却ファンと、

を具備し、

前記発熱部品は、前記ケースの底面と密着するように収容され、前記ケースは、前記一対の空気タンクの間に、電動モータと圧縮機との少なくとも何れか一方の下方側において前記底面が上方となるように配設された、

空気圧縮機。

[2] 前記電動モータの制御装置は、前記発熱部品を含む第 1の部品と、第 2の部品と、を備え、

前記第 2の部品は、前記基板の表面に実装され、

前記第 1の部品は、前記基板の裏面に実装される、

請求項 1の空気圧縮機。

[3] 前記電動モータの制御装置は、インバータ制御装置を備え、

前記基板は、インバータ制御基板である、

請求項 1の空気圧縮機。

[4] 前記インバータ制御装置は、インバータモジュールと、インバータモジュールを制御するための回路部品とを具備し、

前記回路部品は、前記インバータ制御基板の表面に実装され、前記インバータモジュールは、前記インバータ制御基板の裏面に実装され、前記インバータモジュールの表面が前記ケースの底面と密着するように、前記インバータ制御基板が前記ケースに収容される、

請求項 3の空気圧縮機。

[5] 前記インバータモジュールは、前記電動モータのステータコイルへ電力を供給する半導体スィッチング素子を具備し、

前記回路部品は、コンデンサを具備する、

請求項 4の空気圧縮機。

[6] 前記圧縮機は、前記モータハウジングの長手方向の一端側に取り付けられる、請求項 1の空気圧縮機。

[7] 前記ケースは、熱伝導性の良好な材料により構成された、請求項 1の空気圧縮機。

[8] 更に、

前記ケースの底面の外表面に設けられ、前記電動モータの回転軸と略平行に延びた複数のフィン力なる放熱板、を具備する請求項 1の空気圧縮機。

[9] 前記放熱板は、前記ケースの底面に密着して取り付けられる、請求項 8の空気圧縮機。

[10] 前記放熱板は、前記ケースと一体に形成されて前記ケースの底面に設けられる

、請求項 8の空気圧縮機。

[11] 前記冷却ファンは、前記電動モータの回転軸の一端に取り付けられた第 1のフアンと、前記電動モータの回転軸の他端に取り付けられた第 2のファンと、を具備する

、請求項 1の空気圧縮機。