(57)【要約】【課題】特に小型軽量で使用状況に応じて静音、省エネ運転が出来、耐久性向上及びコスト安が望まれる可搬型空気圧縮機において好適なモータと、その制御方法を提供する。【解決手段】外転型モータ１００として、慣性が大きい割りにモータとして軽量コンパクトであり、安価な省レアアース磁石を使用する。モータ１００の固定子鉄心１１１の外径寸法ＤＡと鉄心長ＬＧとの比をＤＡ／ＬＧ＞１０とし、永久磁石１２２の磁石軸方向長さＬＭとＬＧとの比をＬＭ／ＬＧ＞１.４とする。更に圧縮空気の蓄圧タンクの圧力を検出して最高圧力に達する以前にモータ回転速度を最大回転速度より下げる。使用状況に応じて回転速度を下げる時のタンク圧力と下げる回転速度を選択できることとした。【選択図】図３
2014155233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構で圧縮された圧縮気体を貯蔵する蓄圧タンクを有する気体圧縮機に備えられて、前記圧縮機構を駆動するモータにおいて、
前記モータは、
固定子鉄心とこの固定子鉄心に巻装されたモータ巻線を有し、モータシャフトに対して隙間をあけて同心状態で環装された固定子と、
前記モータシャフトに固定されており外径が前記固定子の外径よりも大きくなっているロータヨークと、このロータヨークに配置されて前記固定子に対面するフェライト系の永久磁石を有する回転子とを備えており、
前記固定子鉄心の外径寸法をＤＡ、前記固定子鉄心の鉄心長をＬＧとしたとき、ＤＡ／ＬＧ＞１０であり、且つ前記永久磁石の軸方向長さをＬＭとしたとき、ＬＭ／ＬＧ＞１.４であることを特徴とする圧縮機用のモータ。
【請求項２】
前記モータ巻線は集中巻きであり、極数をＰ、スロット数をＳとしたとき、０.６７＜Ｐ／Ｓ＜１.３３の範囲になっていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機用のモータ。
【請求項３】
前記回転子は、
軟鉄鋼板を絞り加工によりカップ状に整形加工することにより、円板状の底面部とこの底面部の周縁に形成された円筒部を有するロータヨークと、
前記円筒部の内周側に固定配置されたフェライト系の永久磁石により構成されており、
前記底面部には、冷却風を通すための風穴を設けていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧縮機用のモータ。
【請求項４】
前記底面部のうち前記固定子側の面に、前記軟鉄材料と同一材料で前記ロータヨークと共に一体的に形成したファンブレードを設けたことを特徴とする請求項３に記載の圧縮機用のモータ。
【請求項５】
前記底面部のうち反固定子側の面に、軽量材料で作られたファンブレードを固定していることを特徴とする請求項３に記載の圧縮機用のモータ。
【請求項６】
前記永久磁石の磁気配向は、
正面視で見たときに、前記磁気配向が集束する磁気配向中心が、前記ロータヨークの回転中心よりも前記永久磁石側にあることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の圧縮機用のモータ。
【請求項７】
前記永久磁石の磁気配向は、
側面視で見たときに、前記磁気配向が前記固定子鉄心の部分で集束していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の圧縮機用のモータ。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の圧縮機用のモータを制御する方法であって、
前記蓄圧タンク内の空気圧力Ｐに関して、最高空気圧力をＰmaxとしたときにＰ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４＜Ｐmaxの関係となる空気圧力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が予め設定され、前記モータの回転速度Ｎに関して、最高速度をＮmaxとしたときにＮ１＜Ｎ２＜Ｎ３＜Ｎmaxの関係となる回転速度Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３が予め設定されるとともに、パワフルモード、通常モード、静音・省エネモードの３つのモードが選択切替でき、パワフルモードが選択されたときには下記（１）の制御を、通常モードが選択されたときには下記（２）の制御を、静音・省エネモードが選択されたときには下記（３）の制御を行うことを特徴とする圧縮機用のモータの制御方法。
（１）パワフルモードのときは、前記モータの回転速度がＮmaxになるように前記モータを起動して空気圧力がＰ４に達したら、回転速度をＮ３に下げる。その後、空気圧力がＰ３まで低下したら回転速度をＮmaxに上げる。途中で空気圧力がＰmaxに達したら前記モータを停止させる。その後、空気圧力がＰ３まで低下したら前記モータの回転速度がＮmaxになるように前記モータを再起動する。
（２）通常モードのときは、前記モータの回転速度がＮmaxになるように前記モータを起動して空気圧力がＰ３に達したら、回転速度をＮ２に下げる。その後、空気圧力がＰ２まで低下したら回転速度をＮmaxに上げる。途中で圧力がＰmaxに達したら前記モータを停止させる。その後、空気圧力がＰ２まで低下したら前記モータの回転速度がＮmaxになるように前記モータを再起動する。
（３）静音・省エネモードのときは、前記モータの回転速度がＮ２になるように前記モータを起動して空気圧力がＰ２に達したら、回転速度をＮ１に下げる。その後、空気圧力がＰ１まで下がったら回転速度をＮ２に上げる。途中で圧力がＰmaxに達したら前記モータを停止させる。その後、空気圧力がＰ１まで低下したら、前記モータの回転速度がＮ２になるように前記モータを再起動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体（空気）圧縮機を駆動する圧縮機用のモータとその制御方法に係わり、特に軽量でコスト安で静音性や省エネ性も求められるようになってきた可搬型空気圧縮機に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
土木建築作業等に用いられる空気圧縮機は、取り扱い性、作業性から、小型で軽量の可搬型式であることが望まれており、従来より様々な可搬型式の空気圧縮機が案出実用されてきた。
当然ながらより軽く、より能力が高く、より安くなどが要求されると共に、最近では使用状況に合わせて、静音化や省エネ運転できることも望まれるようになった。
【０００３】
この種の空気圧縮機では、空気を吸い込んで圧縮するピストン−シリンダ部（空気圧縮部）と、ピストンを往復運動させるクランク機構部と、クランク機構部に回転力を与えるモータ部と、ピストン−シリンダ部、クランク機構部、モータ部などを覆うカバー部と、圧縮された空気を貯蔵する蓄圧タンク、更にモータを駆動する制御部とを備えている。
【０００４】
また、空気圧縮機に搭載された制御部は、タンク圧力（蓄圧タンク内の空気圧力）を検出して、圧力が上限値に達すると、モータを停止させるように制御する。圧縮空気を使用してタンク圧力が下限値にまで低下すると、制御部は、モータを再起動させて、圧縮空気を蓄圧タンクに供給する。
このように空気圧縮機に搭載されたモータでは、起動→停止→再起動の繰り返し運転が行われる。
【０００５】
近年では、複数のエアーツール（釘打ち機など）を同時に並列使用する場合や、夜間に於ける作業のように同一電源から照明や他の電動工具のための電源を取りたい場合や、更に周囲環境への配慮から出来るだけ静音化したい場合など、使用状況に応じて空気圧縮機の運転状態を切り替えたいという要求が増えている。
【０００６】
高圧で空気供給量の多い圧縮空気を生成するように構成された空気圧縮機の一例としては、一対のピストン−シリンダ機構からなる第一の空気圧縮機構と、同様な第二の空気圧縮機構とが対向配置された水平対向型の二段式空気圧縮機が主流である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２０８６４８
【特許文献２】特開２００９−２４６０２
【特許文献３】特開２００５−１２０９２８
【特許文献４】特許第３５９９８３２号
【特許文献５】特開昭６２−１１０４６８
【特許文献６】特開２００６−９４６０４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の図７や特許文献２の図８に記載されているモータ構造は、共に内転型であり、外側に固定子を設け、その内側に回転子を設けている。特許文献３では図１に記載されているモータ構造として、軸方向磁束型（平面対向型）モータが示されていて、非鉄材料を使用することで軽量化を図っている。
又内転型であれ平面対向型であれ、磁石の軸方向長さと固定子鉄心の軸方向長さについては具体的な説明はなされていない。
【０００９】
このような内転型や平面対向型モータの回転子は回転部の慣性が小さいので、ピストンの往復運動によって発生する振動を吸収する効果に乏しい。このためモータ回転子の他に、慣性重りを追加している。このため軽量化とコスト安を阻害する。
【００１０】
特許文献２では特にフレキシブルパイプや緩衝材によって圧縮機の振動を減衰させて機械の耐久信頼性を保つ努力がなされているが、軽量化とコスト安を阻害する。
【００１１】
特許文献４は特許権が当社（本出願人）にあるもので業界の先駆け的な発明であるが、モータを外転構造として回転子の慣性を大きくとり、圧縮機構に必要な慣性重り効果を高めたものである。然しながら磁石の軸方向長さと固定子鉄心の軸方向長さとの比率や、固定子鉄心外径寸法と鉄心の軸方向長さとの比率については記述していない。
【００１２】
市場で見られる空気圧縮機で内転型モータでは、希土類磁石を使用した６極９コイルのモータがよく見られる。最近の希土類材料の高騰から、コスト面と安定供給面において省レアアース化が強く望まれる。また特許文献５にはモータの極数Ｐとスロット数Ｓ（コイル数）との比率を０.６７＜Ｐ／Ｓ＜１.３３として巻線係数を高め、モータの小型化が出来る記述があるが当社製を除くと、市場で見られる空気圧縮機用モータは、６Ｐ９Ｓや１２Ｐ９Ｓのモータであり、Ｐ／Ｓ=０.６６６６又は１.３３３３であり、０.６７＜Ｐ／Ｓ＜１.３３の範囲に含まれない。
【００１３】
特許文献１では静音モードと通常モードの２モードを使用状況に応じて切り替える方法
によって、静音運転を可能としたものである。
【００１４】
特許文献６では、永久磁石形モータにおいて、磁石配向に工夫をしたものが示されている。
【００１５】
本発明は、上記従来技術に鑑み、ピストンの往復運動に起因して発生する振動を吸収する効果を高め、軽量で小型、且つコスト安と省レアアースを両立させ、更に使用状況に応じて３モードに運転モードを選択できる制御法を採用することによって、起動・停止の頻度を減らすことが出来、機械に対する負担を軽減させ、静音運転や省エネ効果にも貢献できる、圧縮機用のモータとその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、気体を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構で圧縮された圧縮気体を貯蔵する蓄圧タンクを有する気体圧縮機に備えられて、前記圧縮機構を駆動するモータにおいて、
前記モータは、
固定子鉄心とこの固定子鉄心に巻装されたモータ巻線を有し、モータシャフトに対して隙間をあけて同心状態で環装された固定子と、
前記モータシャフトに固定されており外径が前記固定子の外径よりも大きくなっているロータヨークと、このロータヨークに配置されて前記固定子に対面するフェライト系の永久磁石を有する回転子とを備えており、
前記固定子鉄心の外径寸法をＤＡ、前記固定子鉄心の鉄心長をＬＧとしたとき、ＤＡ／ＬＧ＞１０であり、且つ前記永久磁石の軸方向長さをＬＭとしたとき、ＬＭ／ＬＧ＞１.４であることを特徴とする。
【００１７】
また本発明の請求項２に係る発明は、前記モータ巻線は集中巻きであり、極数をＰ、スロット数をＳとしたとき、０.６７＜Ｐ／Ｓ＜１.３３の範囲になっていることを特徴とする。
【００１８】
また本発明の請求項３に係る発明は、前記回転子は、軟鉄鋼板を絞り加工によりカップ状に整形加工することにより、円板状の底面部とこの底面部の周縁に形成された円筒部を有するロータヨークと、
前記円筒部の内周側に固定配置されたフェライト系の永久磁石により構成されており、
前記底面部には、冷却風を通すための風穴を設けていることを特徴とする。
【００１９】
また本発明の請求項４に係る発明は、前記底面部のうち前記固定子側の面に、前記軟鉄材料と同一材料で前記ロータヨークと共に一体的に形成したファンブレードを設けたことを特徴とする。
【００２０】
また本発明の請求項５に係る発明は、前記底面部のうち反固定子側の面に、軽量材料で作られたファンブレードを固定していることを特徴とする。
【００２１】
また本発明の請求項６に係る発明は、前記永久磁石の磁気配向は、正面視で見たときに、前記磁気配向が集束する磁気配向中心が、前記ロータヨークの回転中心よりも前記永久磁石側にあることを特徴とする。
【００２２】
また本発明の請求項７に係る発明は、前記永久磁石の磁気配向は、側面視で見たときに、前記磁気配向が前記固定子鉄心の部分で集束していることを特徴とする。
【００２３】
また本発明の請求項８に係る発明は、上記の圧縮機用のモータを制御する方法であって、
前記蓄圧タンク内の空気圧力Ｐに関して、最高空気圧力をＰmaxとしたときにＰ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４＜Ｐmaxの関係となる空気圧力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が予め設定され、前記モータの回転速度Ｎに関して、最高速度をＮmaxとしたときにＮ１＜Ｎ２＜Ｎ３＜Ｎmaxの関係となる回転速度Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３が予め設定されるとともに、パワフルモード、通常モード、静音・省エネモードの３つのモードが選択切替でき、パワフルモードが選択されたときには下記（１）の制御を、通常モードが選択されたときには下記（２）の制御を、静音・省エネモードが選択されたときには下記（３）の制御を行うことを特徴とする。
（１）パワフルモードのときは、前記モータの回転速度がＮmaxになるように前記モータを起動して空気圧力がＰ４に達したら、回転速度をＮ３に下げる。その後、空気圧力がＰ３まで低下したら回転速度をＮmaxに上げる。途中で空気圧力がＰmaxに達したら前記モータを停止させる。その後、空気圧力がＰ３まで低下したら前記モータの回転速度がＮmaxになるように前記モータを再起動する。
（２）通常モードのときは、前記モータの回転速度がＮmaxになるように前記モータを起動して空気圧力がＰ３に達したら、回転速度をＮ２に下げる。その後、空気圧力がＰ２まで低下したら回転速度をＮmaxに上げる。途中で圧力がＰmaxに達したら前記モータを停止させる。その後、空気圧力がＰ２まで低下したら前記モータの回転速度がＮmaxになるように前記モータを再起動する。
（３）静音・省エネモードのときは、前記モータの回転速度がＮ２になるように前記モータを起動して空気圧力がＰ２に達したら、回転速度をＮ１に下げる。その後、空気圧力がＰ１まで下がったら回転速度をＮ２に上げる。途中で圧力がＰmaxに達したら前記モータを停止させる。その後、空気圧力がＰ１まで低下したら、前記モータの回転速度がＮ２になるように前記モータを再起動する。
【００２４】
請求項１に係わる発明は、外転型モータとして、フェライト系永久磁石を使用し、磁石の軸方向長さ（ＬＭ）と固定子鉄心の軸方向長さ（ＬＧ）との比率ＬＭ／ＬＧ＞１.４とし、且つ固定子鉄心外径寸法（ＤＡ）と前記ＬＧとの比率ＤＡ／ＬＧ＞１０とした極端な扁平構造にとり、モータ回転子の慣性を大きくとると共に、固定子の小型化と軽量化を省レアアースで実現するものである。特許文献４の構成を進化発展させて慣性を大きく維持しながら、モータ部の更なる軽量化とコスト安を両立させたものである。
【００２５】
請求項２に係わる発明はモータの極数をＰ、スロット数をＳとしたとき、ＰとＳとの比率を０.６７＜Ｐ／Ｓ＜１.３３の範囲にとることによって、従来市場でよく見られる６極９コイルのモータに比較して、巻線係数を高められるので、より小型化軽量化に貢献できるものである。
【００２６】
請求項３,４,５に係わる発明は、モータの冷却に係わるものであり、モータの発熱部は固定子コイル部が支配的となるので、モータの固定子の扁平率を高め、且つコイルにきわめて近い回転子の底面部に風穴を設け、この風穴にファンブレードを設けることによって、コイル部を有効に冷却するものである。
請求項３では風穴を設けることの発明であり、請求項４はコスト安を目的として、回転子と同一材料によってファンブレードを設ける方法を示している。この方法では軽量化と冷却効果に難が生じやすい。そこで請求項５によって回転子の外側にプラスチックなどの軽量部材によるファンブレードを回転子に一体的に固定することによって軽量化と冷却効果を高めることを案出したものである。
【００２７】
請求項６，７に係わる発明では、磁気配向を工夫することにより、モータのトルクアップが可能になる。
【００２８】
請求項８に係わる発明は、あまり頻度は多くないが複数のエアーツールを同時に並列使用する場合のパワフルモードと、頻度が多いと思われる一つのエアーツールを使用する通常モードと、少量のエアー使用時に静音・省エネモードとして３つの運転モードを使い分けることができるようにしたものである。慣性効果の大きい外転型モータであるので、起動・停止の頻度が多いと起動時のエネルギー損失が大きいこと、及びタンク圧力が高い状態で再起動する際に、電源電圧が低下している場合は特に起動時間が長くかかることがある。又同一電源に接続されている別の機器に影響を与えがちとなる、などの難点がある。
【発明の効果】
【００２９】
請求項１に係わる発明によれば、極端に鉄心の軸方向長さを短く（扁平率を大きくとる）して、更に磁石の軸方向長さを大きくとることによって、固定子鉄心を外れる範囲にある磁石からの磁束も鉄心に集めて使うことが出来る。安価なフェライト系磁石であるので、磁石の磁化方向の長さ（この場合は径方向の肉厚に相当する）を大きくとってもコストに与える影響が少ない。当然鉄心を外れる範囲の磁石にとってはギャップが大きくなるが、磁化方向長さを大きくとっているので、パーミアンス係数の低下が少なく、磁束密度の低下が少ない。ここでパーミアンス係数とは磁石の動作点の磁束密度を左右する係数であり、図５に示すように、磁化方向の長さをｌｍとし、ギャップ長をｌｇとした場合はパーミアンス係数∝ｌｍ／ｌｇであり、この値が大きい程磁石の動作点の磁束密度を高くとれる。従ってギャップ長ｌｇが大きくても磁石の磁化方向の長さｌｍが大きければパーミアンス係数を大きくとれる。このことは回転子の慣性を大きくとり、且つ固定子の軽量化とコスト安に貢献できる効果が大きい。
安価な磁石材料だから出来る特殊な手法であり、慣性を大きくとりながらモータ部（特に固定子）の重量を軽減させたい可搬型空気圧縮機に好適なものである。
【００３０】
請求項２に係わる発明によれば、０.６７＜Ｐ／Ｓ＜１.３３にとることによって、巻線係数を大きくとれるので、モータの特に固定子を小型軽量、コスト安にできる効果がある。請求項１と組み合わせて採用すると、よりいっそう望ましい。
【００３１】
請求項３,４,５に係わる発明によれば、モータの主な発熱源である固定子コイルを集中的に冷却するための冷却風を発生させ、冷却効果を高め、軽量でコスト安を両立させることができる。請求項３ではロータの底面部で、固定子コイルの近傍に風穴を設けていて、特にコイルを集中的に冷却することが出来る。請求項４ではロータの底面部コイル側にロータ材料と同一材料によってファンブレードを形成するもので、コスト安ではあるが、冷却効果が少なく、軽量化に難点がある。請求項５ではロータの底面部の反固定子側にプラスチックなどの軽量材料からなるファンブレードを設けているのでややコスト高とはなるが、軽量化と冷却効果を高める効果が高い。このように冷却効果を高めることによっても、固定子の小型化、軽量化、コスト安を両立させることが出来る。請求項１,２と併用させることによって、より空気圧縮機用モータとして好適となる。
【００３２】
請求項６，７に係わる発明では、磁気配向を工夫することにより、モータのトルクアップが可能になり、ひいては、モータ及び空気圧縮機の小型化やコスト低減を図ることができる。
【００３３】
ここでモータの回転子の慣性を大きくとることが、空気圧縮機として利点になる理由を記述する。
空気圧縮機構であるピストンはクランク機構によって往復運動するが、この往復運動によって、圧縮機構部はかなり大きな振動を発生する。この振動は騒音源となるばかりでなく、機械に搭載されるあらゆる部品の耐久信頼性に悪影響を与える。特許文献２ではこの振動を減衰させてタンクに固定するために、フレキシブルパイプや緩衝材を多用して対応している。そこでモータ回転子の慣性を大きくとると、ジャイロ効果が生じ、振動そのものを吸収する効果が高まる。従って質量の往復運動を伴う機械では、回転部の慣性が大きいほうが制振面で有利である。
【００３４】
更にモータの一回転中における必要トルクの変動が大きい機械（空気圧縮機も含まれる）では、瞬間的大トルクを慣性によって乗り切る効果を持たせることが出来るので、モータの駆動回路に与える負担を軽減できることになる。
従って空気圧縮機においては、回転部の慣性が大きいことが好適となる。
【００３５】
然しながら回転子の慣性が大きいことは、起動・停止の頻度が多い使い方をすると、起動時に消費されるエネルギー損失が大きいこととなるので、省エネという観点では不都合である。そこで請求項８に係わる発明によれば、使用状況に合わせて三種類の運転モードを選択できることになり、起動・停止の頻度を少なくすることが出来る。
【００３６】
複数のエアーツールを同時に並列使用する場合（このケースは現実的には少ないと想定している）はパワフルモードとして、最高圧力近傍且つ最高回転速度近傍で運転する。当然この場合は圧縮機の最大能力で使うことになり、静音でも省エネでもない。機械に対する負担も大きく、環境温度が高い場合などでは、加熱保護によって停止することもありうる。
【００３７】
次の通常モード（このケースが現実的には多いと想定している）ではパワフルモードに比べてタンク圧力と回転速度を下げた使い方であり、一人作業（一台エアーツール使用）を想定している。一人といっても個人差や状況差があるので、パワフルモードで使用して悪いわけではないが、機械に与える負担を軽減させ、過熱保護で停止する確率を下げることが出来る。環境温度が高い場合などでは、より長時間の運転ができる。
【００３８】
次の省エネ・静音モードは、更にタンク圧力と回転速度が低い使い方を選択する場合である。特に一台のエアーツールを使用し、圧縮機の能力を下げても良い使い方の時に、省エネや、静音運転にしたい場合に有効であり、夜間作業など騒音に気を使いたい、同一電源から照明や他の電動工具のための電源を取りたい場合などに特に有効なモードとなる。
【００３９】
このように三種類のモードを選択して使用することによって、モータの起動・停止の頻度は低下するので、慣性の大きなモータでも省エネ効果が高まる。
三種類のモードとしたのは、それほど頻繁にモード切替をする使い方が想定されないのと、あまり多くモードを選択できても、かえって煩わしくなってしまうと考えたものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係るモータを搭載した空気圧縮機を示す正面図。
【図２】本発明に係るモータを搭載した空気圧縮機を示す平面図。
【図３】本発明に係るモータを一部破断して示す側面図。
【図４】本発明に係るモータを示す正面図。
【図５】集磁効果を示す説明図。
【図６Ａ】永久磁石の着磁状態を正面視で示す説明図。
【図６Ｂ】永久磁石の着磁状態を側面視で示す説明図。
【図６Ｃ】永久磁石の着磁状態を正面視で示す説明図。
【図６Ｄ】永久磁石の着磁状態を側面視で示す説明図。
【図７】モータを制御する制御回路を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明に係る圧縮機用のモータとその制御方法を、実施例に基づき詳細に説明する。
【００４２】
〔実施例〕
本発明に係るモータを搭載した可搬型の空気圧縮機１を、正面図である図１、平面図である図２を参照して説明する。
【００４３】
この空気圧縮機１は、支持構造部２に、圧縮機構３、蓄圧タンク４、把手５、モータ１００、制御部２００等を備えて構成されている。
【００４４】
モータ１００のモータシャフト１０１は、圧縮機構３のクランク軸（図示省略）に接続されており、モータ１００が回転すると圧縮機構３が駆動され、駆動された圧縮機構３は空気を圧縮する。圧縮された圧縮空気はパイプ（図示省略）を通って蓄圧タンク４に送られて貯蔵される。蓄圧タンク４に貯蔵された圧縮空気は、ホース（図示省略）を介してエアーツール（釘打ち機等）に供給される。
なお、圧縮機構３には冷却ファン３１が取り付けられている。
【００４５】
次にモータ１００の詳細構造を、上半分を破断して示す側面図である図３、正面図である図４、集磁効果を示すため固定子鉄心と永久磁石の部分を抽出して示す図５を参照して説明する。なお図５において、点線は磁束線を示す。
このモータ１００は、外転型モータ（アウターロータ型モータ）であり、内周側の固定子１１０は固定支持されており、外周側の回転子１２０が回転するタイプの永久磁石型モータである。
【００４６】
固定子１１０は、固定子鉄心１１１に、ボビン１１２を介して電機子巻線であるモータ巻線１１３を巻装して構成されている。電線１１４を介してモータ巻線１１３に電流を流すと、固定子１１０の周囲に回転磁界が発生する。
この固定子１１０は、モータシャフト１０１に対して、隙間をあけて同心状態で環装されている。
【００４７】
図３に示すように、固定子鉄心１１１の内周側部分には、取付孔１１５が形成されている。この取付孔１１５にボルト１１６を通して、支持構造部２に固定されている固定部２１に、ボルト止めすることにより、固定子１１０を固定支持している。
【００４８】
なおモータ巻線１１３の巻線法は集中巻であり、極数をＰ、スロット数をＳとしたとき、０．６７＜Ｐ／Ｓ＜１．３３の範囲になっている。
【００４９】
回転子１２０は、中心部分がモータシャフト１０１に固定されたロータヨーク１２１と、このロータヨーク１２１に周方向に並んで配置された複数の永久磁石１２２とで構成されている。
【００５０】
ロータヨーク１２１は、軟鉄鋼板を絞り加工によりカップ状に整形加工したものであり、円板状の底面部１２１ａと、底面部１２１の周縁に沿い形成されて底面部１２１に直交する円筒部１２１ｂを有している。底面部１２１ａは固定子１１０に隙間をあけて対面し、円筒部１２１ｂは固定子１１０の外周部に隙間をあけて対面している。
【００５１】
ロータヨーク１２１の円筒部１２１ｂの内周側には、永久磁石１２２が固定配置されている。この永久磁石１２２はフェライト系永久磁石であり、固定子１１０の外周部分に隙間をあけて対面している。
【００５２】
ロータヨーク１２１の底面部１２１ａには、冷却風を通すため、複数の風穴１２３が形成されている。
更に、ロータヨーク１２１の底面部１２１ａのうち、固定子１１０に対向する面には、ファンブレード１２４が形成されている。このファンブレード１２４は、ロータヨーク１２１となる軟鉄鋼板に対して、プレス抜や曲げ工法を施すことにより、ロータヨーク１２１と共に一体的に形成したものである。
【００５３】
なお、ファンブレード１２４を一体形成する代わりに、ロータヨーク１２１の底面部１２１ａのうち、固定子１１０に対向する面と反対側の面に、プラスチック、アルミニウム合金、マグネシウム合金等の軽量材料で作られたファンブレードを固定設置することもできる。
【００５４】
ここで、ロータヨーク１２１をモータシャフト１０１に固定する固定構造について説明する。図３に示すように、モータシャフト１０１の端部には中間ボス１３１が取り付けられている。この中間ボス１３１は、キー１３２によりモータシャフト１０１に対する回転が拘束され、座金１３３及びボルト１３４により軸端部から軸中心方向に締め付けられて、モータシャフト１０１の端部に固定されている。
そして、ボルト１３５を、ロータヨーク１２１の底面部１２１ａを通して中間ボス１３１に締結することにより、ロータヨーク１２１が中間ボス１３１を介してモータシャフト１０１に固定されている。
【００５５】
制御部２００は、モータ１００の回転速度の制御をするが、その制御方法の詳細は後述する。
【００５６】
上記構成となっているモータ１００の各部分の寸法比率は、次のようになっている。
即ち、固定子鉄心１１１の外径寸法をＤＡ、固定子鉄心１１１の鉄心長をＬＧとしたとき、ＤＡ／ＬＧ＞１０であり、且つ、永久磁石１２２の軸方向長さをＬＭとしたとき、ＬＭ／ＬＧ＞１.４になっている。
このような寸法比率にしているため、モータ１００は、極端な扁平構造になり、モータ１００の回転子１２０の慣性を大きくとると共に、固定子１１０の小型化と軽量化を省レアアースで実現することができる。このため、慣性を大きく維持しながら、モータ１００の更なる軽量化とコスト安を両立させることができる。
【００５７】
またモータ極数Ｐとスロット数Ｓとの比Ｐ／Ｓを０.６７＜Ｐ／Ｓ＜１.３３の範囲にとることによって、従来市場でよく見られる６極９コイルのモータに比較して、巻線係数を高められるので、より小型化軽量化することができる。
【００５８】
更に、モータ１００の発熱部は固定子１１０のモータ巻線１１３の部分が支配的となるので、モータ１００の固定子１１０の扁平率を高め、且つモータ巻線１１３にきわめて近い回転子１２０の底面部１２１ａに風穴１２３を設け、この風穴１２３の近くにファンブレード１２４を設けることによって、モータ巻線１１３の部分（コイル部）を有効に冷却することができる。
【００５９】
ここで、永久磁石１２２の磁気配向（着磁方向）について、図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃ，図６Ｄを参照して説明する。
なお、図６Ａ，図６Ｃは、シャフト１０１に直交する面で破断して永久磁石１２２を示しており、図６Ａ，図６Ｃで示す状態を、「正面視」と定義して説明をする。
また、図６Ｂ，図Ｄは、シャフト１０１に沿う（シャフト１０１に平行な）面で破断して永久磁石１２２を示しており、図６Ｂ，図６Ｄで示す状態を、「側面視」と定義して説明をする。
図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃ，図６Ｄにおいて、磁束は点線で示している。
【００６０】
前述したように、ロータヨーク１２１の円筒部１２１ｂの内周側には複数の永久磁石１２２が固定配置されており、１つの永久磁石１２２により１つの磁極が形成されている。
【００６１】
永久磁石１２２の磁気配向（着磁方向）としては、次の（イ）〜（ハ）のようなものを採用することができる。
【００６２】
（イ）図６Ａに示すように、正面視で見たときに、永久磁石１２２の各部の磁気配向１２２ａが、ロータヨーク１２１の回転中心（磁気配向中心１２２ｂ）に集中し、且つ、図６Ｂに示すように、側面視で見たときに、永久磁石１２２の各部の磁気配向１２２ａが平行になるように、各永久磁石１２２が着磁されている。
【００６３】
（ロ）図６Ｃに示すように、正面視で見たときに、永久磁石１２２の各部の磁気配向１２２ａの磁気配向中心１２２ｃが、ロータヨーク１２１の回転中心よりも永久磁石１２２側に位置し、且つ、図６Ｂに示すように、側面視で見たときに、永久磁石１２２の各部の磁気配向１２２ａが平行になるように、各永久磁石１２２が着磁されている。
【００６４】
（ハ）図６Ｃに示すように、正面視で見たときに、永久磁石１２２の各部の磁気配向１２２ａの磁気配向中心１２２ｃが、ロータヨーク１２１の回転中心よりも永久磁石１２２側に位置し、且つ、図６Ｄに示すように、側面視で見たときにも、永久磁石１２２の各部の磁気配向１２２ａが固定子鉄心１１１の部分（磁気配向中心１２２ｃ）に集束するように、各永久磁石１２２が着磁されている。
【００６５】
本実施例のモータ１００は、永久磁石１２２の寸法に比べて固定子鉄心１１１の寸法が極めて短い、極端な扁平構造になっているが、上記の（イ），（ロ），（ハ）のような磁気配向１２２ａを採用することにより、永久磁石１２２から発生した磁束が、より効率的に固定子鉄心１１１に入ることができ、トルクアップやモータ効率の向上に寄与することができる。
【００６６】
上記（ロ），（ハ）のような磁気配向１２２ａを採用すれば、上記（イ）のような磁気配向１２２ａのものに比べて、モータ１００のトルクアップが可能になり、ひいては、モータ１００及び空気圧縮機１の小型化やコスト低減を図ることができる。
【００６７】
次に制御部２００によるモータ１００の制御手法を、制御回路図である図７を参照して説明する。
蓄圧タンク４には、蓄圧タンク４内の空気圧力を検出する圧力センサ４１が備えられている。圧力センサ４１は、検出した空気圧力を示す圧力信号Ｐを制御部２００に送出する。
モータ１００には、モータ１００の回転速度を検出する速度センサ１０２が備えられている。速度センサ１０２は、検出した回転速度を示す速度信号Ｎを制御部２００に送出する。
【００６８】
制御部２００には、モード切替スイッチ２０１が設けられており、モード切替スイッチ２０１により、３つの運転「モード（パワフルモード、通常モード、静音・省エネモード）が選択切替できるようになっている。
また、制御部２００には、蓄圧タンク４内の空気圧力Ｐに関して、最高空気圧力をＰmaxとしたときにＰ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４＜Ｐmaxの関係となる空気圧力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が予め設定され、モータ１００の回転速度Ｎに関して、最高速度をＮmaxとしたときにＮ１＜Ｎ２＜Ｎ３＜Ｎmaxの関係となる回転速度Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３が予め設定されている。
制御部２００は、使用状況に合わせて、３種類の運転モードのうち、モード切替スイッチ２０１によりいずれか一つの運転モードが選択されると、各運転モードに合わせて次のような運転制御をする。
【００６９】
（１）パワフルモードのときは、モータ１００の回転速度がＮmaxになるようにモータ１００を起動して空気圧力がＰ４に達したら、回転速度をＮ３に下げる。
その後、空気圧力がＰ３まで低下したら回転速度をＮmaxに上げる。途中で空気圧力がＰmaxに達したらモータ１００を停止させる。その後、空気圧力がＰ３まで低下したらモータ１００の回転速度がＮmaxになるようにモータ１００を再起動する。
（２）通常モードのときは、モータ１００の回転速度がＮmaxになるようにモータ１００を起動して空気圧力がＰ３に達したら、回転速度をＮ２に下げる。
その後、空気圧力がＰ２まで低下したら回転速度をＮmaxに上げる。途中で圧力がＰmaxに達したらモータ１００を停止させる。その後、空気圧力がＰ２まで低下したらモータ１００の回転速度がＮmaxになるようにモータ１００を再起動する。
（３）静音・省エネモードのときは、モータ１００の回転速度がＮ２になるようにモータ１００を起動して空気圧力がＰ２に達したら、回転速度をＮ１に下げる。
その後、空気圧力がＰ１まで下がったら回転速度をＮ２に上げる。途中で圧力がＰmaxに達したらモータ１００を停止させる。その後、空気圧力がＰ１まで低下したら、モータ１００の回転速度がＮ２になるようにモータ１００を再起動する。
【００７０】
このように三種類のモードを選択して使用することによって、モータ１００の起動・停止の頻度が低下するので、慣性の大きなモータ１００でも省エネ効果を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の圧縮機用のモータは、空気を圧縮する圧縮機のみならず各種の気体を圧縮する圧縮機を駆動するモータとしても利用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１  空気圧縮機
２  支持構造部
２１  固定部
３  圧縮機器
４  蓄圧タンク
５  把手
３１  冷却ファン
４１  圧力センサ
１００  モータ
１０１  モータシャフト
１０２  速度センサ
１１０  固定子
１１１  固定子鉄心
１１２  ボビン
１１３  モータ巻線
１１４  電線
１１５  取付孔
１１６  ボルト
１２０  回転子
１２１  ロータヨーク
１２１ａ  底面部
１２１ｂ  円筒部
１２２  永久磁石
１２２ａ  磁気配向
１２２ｂ，１２２ｃ  磁気配向中心
１２３  風穴
１２４  ファンブレード
１３１  中間ボス
１３２  キー
１３３  座金
１３４  ボルト
１３５  ボルト
２００  制御部
２０１  モード切替スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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