(57)【要約】【課題】  安全かつ高効率な電動モータとそれを一体に形成した圧縮機を提供することを目的とする。【解決手段】  モータコイルと回転軸とモータケースとを備えるモータと、前記モータの回転軸の先端に配置された第１のファンと、クランクケースと、シリンダと、ピストンとを備え、前記モータによってピストンがシリンダ内を往復動することにより空気を圧縮する圧縮機本体とを備える空気圧縮機であって、前記モータケースは前記モータコイルと外部との連通を遮断し、前記モータケース内に第２のファン設け、前記第２のファンと前記モータケースとの間に導風プレートを設けることを特徴とする空気圧縮機を提供する。【選択図】  図１
2012062846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータコイルと回転軸とモータケースとを備えるモータと、
前記モータの回転軸の先端に配置された第１のファンと、
クランクケースと、シリンダと、ピストンとを備え、前記モータによってピストンがシリンダ内を往復動することにより空気を圧縮する圧縮機本体とを備える空気圧縮機であって、
前記モータケースは前記モータコイルと外部との連通を遮断し、
前記モータケース内に第２のファン設け、前記第２のファンと前記モータケースとの間に導風プレートを設けることを特徴とする空気圧縮機。
【請求項２】
前記第２のファンは前記駆動軸の外周に取り付けられた放射状の羽根であることを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機。
【請求項３】
前記モータケース内に熱吸収フィンを設けたことを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機。
【請求項４】
前記導風プレートは、前記第２のファンと前記モータケースとの間の一部と前記モータコイルと前記モータケースとの間の一部を遮断することを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機。
【請求項５】
前記第２のファンにより発生した冷却風は、前記モータコイルから前記導風プレートと前記モータケースとの間へ流通することを特徴とする請求項４に記載の空気圧縮機。
【請求項６】
第１のファンは前記圧縮機本体から前記モータへ向けて冷却風を供給することを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機。
【請求項７】
前記圧縮機本体は、前記シリンダに設けられたシリンダヘッドから吸込む空気の量がクランクケースから吸込む空気の量よりも少ないことを特徴とする請求項６に記載の空気圧縮機。
【請求項８】
ロータ一体の駆動軸と、
前記ロータを回転させるモータコイルと、
前記モータコイルと外部との連通を遮断するように覆うモータケースと、
前記モータケースの内部に配置され、前記ロータの端面に取り付けられたファンと、
前記モータケースの内部に配置された熱吸収フィンと、
前記駆動軸と前記モータケースとの間に設けられた導風プレートとを備えるモータ。
【請求項９】
前記導風プレートは、前記駆動軸を囲むように円筒状に形成された第１のプレートと、前記熱吸収フィンと前記ファンとの間に配置され、中空部を有する第２のプレートとを備え、
前記熱吸収フィンは外側部位と内側部位に分割され、前記熱吸収フィンの外側部位と内側部位との間に前記第１のプレートが配置されることを特徴とする請求項８に記載のモータ。
【請求項１０】
前記ファンの外周端は、前記第２のプレートの中空部よりも外側に形成されることを特徴とする請求項９に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全閉構造の電動モータ及びそれを一体に形成した圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の電動モータを一体に形成した圧縮機は、発熱する電動モータを冷却するため、クランクケースの一端から突出させた駆動軸の端部に冷却ファンを設けて、モータの回転駆動によって冷却風を発生させ、モータハウジングに外気導入口と排出口を形成し、圧縮部を冷却させる冷却風の一部を前記導入口よりモータハウジング内に導入し、電動モータの周囲に流動させ、電動モータを冷却する構造となっている。
【０００３】
特許文献２のモータ（回転電機）は、モータハウジング（エンドカバー）内に固定子、回転子、回転軸が格納され、外気とモータハウジング内部と連通が遮断された全閉構造となっており、モータハウジング内部に内気循環ファンが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７４８００号公報
【特許文献２】実開昭６１−８１７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の電動モータを一体に形成した圧縮機は、モータハウジングに形成された外気導入口及び排出口と外部が連通している。従って、特に高圧の圧縮空気を得ようとすると多くの圧縮熱が発生するため、モータを十分に冷却しないと、モータの発熱により、ハウジング内部の熱が外気導入口および排気口より外部へ漏れて不具合を生じる可能性がある。さらに、外気導入口及び排気口からの異物混入等による不具合が生じる可能性もある。
【０００６】
また、特許文献２の電動モータは、モータハウジング内部内気循環ファンが設けられているが、外気吸入口を設けない場合は冷却効果が小さい。従って、特許文献２の外気吸入口を設けていない電動モータを特許文献１の圧縮機に用いた場合、電動モータの内部の冷却が不十分で電動モータの寿命が短くなる。一方で、特許文献２において、外気吸入口を設けた場合は、特許文献１と同様にモータの発熱による不具合が生じる可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、安全かつ高効率な電動モータとそれを一体に形成した圧縮機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】
【０００８】
本発明は、モータコイルと回転軸とモータケースとを備えるモータと、前記モータの回転軸の先端に配置された第１のファンと、クランクケースと、シリンダと、ピストンとを備え、前記モータによってピストンがシリンダ内を往復動することにより空気を圧縮する圧縮機本体とを備える空気圧縮機であって、前記モータケースは前記モータコイルと外部との連通を遮断し、前記モータケース内に第２のファン設け、前記第２のファンと前記モータケースとの間に導風プレートを設けることを特徴とする空気圧縮機を提供する。
【０００９】
また、他の観点における本発明は、ロータ一体の駆動軸と、前記ロータを回転させるモータコイルと、前記モータコイルと外部との連通を遮断するように覆うモータケースと、前記モータケースの内部に配置され、前記ロータの端面に取り付けられたファンと、前記モータケースの内部に配置された熱吸収フィンと、前記駆動軸と前記モータケースとの間に設けられた導風プレートとを備えるモータを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、安全かつ高効率な電動モータとそれを一体に形成した圧縮機を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例による圧縮機の横断平面図である。
【図２】図１における線A−A線上の断面図である。
【図３】図１における線B−B線上の断面図である。
【図４】羽根形状の変形例を示す断面図である。
【図５】図１におけるC部の拡大図である。
【図６】外部カバー内の冷却風の流れを示す斜視図である。
【図７】遮断プレートの変形例を示す斜視図である。
【図８】導風プレートの変形例を示す斜視図である。
【図９】モータハウジング内冷却構造の変形例を示す圧縮機の横断平面図である。
【図１０】図９におけるD部の拡大図である。
【図１１】図９における線E−E線上の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る電動モータとそれを備えた圧縮機の実施例を、図を用いて説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施例による圧縮機の横断平面図であり、電動モータと圧縮部を一体に形成した圧縮機である。図２は、図１における線A−A線上の断面図である。
【００１４】
１は駆動源としての電動モータ（モータ部）で、駆動軸２と一体に形成されているロータ３、ステータ４、モータコイル５、モータハウジング（モータケース）６等で形成されている。モータコイル５に給電されることにより駆動軸２が回転し、モータコイル５は特に大きく発熱する。駆動軸２は、モータハウジング６の外部へ貫通しており、モータハウジング６の外部において駆動軸２には、連接棒７と冷却ファン（第１のファン）８が取付けられている。連接棒７には吸込み口７aと吸込み弁７bが設けられており、上面側にはリテーナ１９を用いてシールリング２０が取付けられており、後述のシリンダ１０内を往復運動するピストン体となっている。シールリング２０は、連接棒７とシリンダ１０との間を気密にシールしている。上述のピストン体は、ピストンが連接棒に固定されたタイプである揺動式とピストンと連接棒をベアリング機構により、回転自在に連結させたタイプであるピストン式とを選択的に用いることができる。
【００１５】
９は、電動モータ１によって駆動される圧縮部を覆うクランクケースである。クランクケース９の上部にシリンダ１０、吸込み弁１１aと吐出し弁１１bを有する弁座１１、吸込み口１２aと吐出し１２bを有するシリンダヘッド１２が取付けられ、圧縮部を構成している。クランクケース９の開口部はクランクケースカバー１３で覆い、吸込み室１４を構成する。
【００１６】
１５は、連結されたモータ部と圧縮部を覆う外部カバーである。
【００１７】
ここで、本実施例における圧縮部の動作について説明する。圧縮部は電動モータ１の駆動軸が回転すると、連接棒７とリテーナ１９により構成されたピストンがシリンダ１０内を往復動することにより、圧縮工程を行う。圧縮部における圧縮工程では、クランクケース９の側面に設けた外気吸込み口９aと上述のシリンダヘッドの吸込み口１２aの２箇所より外気を吸込む。前者は上述の連接棒７の有する吸込み弁７bを通過しシリンダ１０内へ入り、又、後者は上述の弁座１１の有する吸込み弁１１aを通過しシリンダ１０内へ入る。２箇所それぞれから吸込んだ外気を混合してシリンダ１０内にて圧縮し、上述の弁座１１の有する吐出し弁１１bを通過し、上述のシリンダヘッド１２の有する吐出し口１２bより圧縮空気として取り出す。取り出された圧縮空気は貯留タンク等に貯留される。
【００１８】
ここで、上述の外気吸込みに関して、シリンダヘッド１２側から吸込む空気量が多く、クランクケース９側から吸込む空気量が少ない場合、低温の外気を多く吸込むため、吸い込み空気の温度上昇が抑えられ、圧縮効率がよくなる。一方、吸込み時に発生する音は、主に吸込み弁７bがリテーナ１９を、１１aが弁座１１を叩くときに発生する音であり、吸込む空気量、弁位置に影響される。吸込み弁７bは吸込み弁１１aよりも外部と遮断された位置にあるので、クランクケース９側から吸込む空気量が多く、シリンダヘッド１２側から吸込む空気量が少ない場合は、静粛性に有利である。吸込む空気量は、吸込み口７a、９a、１２aの開口面積、吸込み弁７b、１１aのリフト量等により調節することができる。
【００１９】
本実施例では、後述の通り、モータ１を全閉構造としたため、電動モータ１の発熱が大きくなった。一方で、吸込み時に発生する音を小さくするためには、シリンダヘッド１２側から吸込む空気量を少なくする必要がある。そこで、本実施例では、冷却ファン８によって、冷却風が圧縮部（クランクケース９）から電動モータ１に向けて流れるようにした。即ち、冷却ファン８が電動モータ１側に取り付けられた場合は排気ファンとして機能させ、圧縮部（クランクケース９）に取り付けられた場合は吸気ファンとして機能させる。冷却ファン８を電動モータ１側と圧縮部（クランクケース９）側の両端に取り付け、それぞれを排気ファン、吸気ファンとして機能させてもよい。これにより、電動モータ１が発熱しても冷却風が圧縮部（クランクケース９）から電動モータ１に向けて流れるため、クランクケース９側から吸込む空気の温度上昇を抑えることができる。これにより、シリンダヘッド１２側から吸込む空気量をクランクケース９側から吸込む空気量よりも少なくしても圧縮効率を低下させず、且つ吸込み時に発生する騒音を低減することができる。
【００２０】
本実施例における電動モータ１の構造について説明する。電動モータ１は特に、モータコイル５が発熱しやすく、特許文献１のようにモータハウジング６によってモータコイル５が外気と遮断されていない場合、モータコイル５の発熱により、ハウジング内部の熱が外部へ漏れて不具合を生じる可能性がある。特に電動モータを圧縮機に用いた場合、圧縮機によってより高圧の圧縮空気を得ようとすると、より多くの圧縮熱が発生するため、電動モータ１の周囲に熱がこもりやすく、冷却が不十分である場合に電動モータが損傷し外部へ影響を与える可能性が高くなる。そこで、本実施例では、電動モータ１の安全構造として、モータコイル５を外部から遮断した全閉構造とした。
【００２１】
１６は遮断プレートで、例えば樹脂材料等により環状に成形されており、ステータ４の外周４aとモータハウジングの内周壁６cとに勘合固定されている。遮断プレート１６により、モータコイル５は閉構造となり、外部と連通しない構造になっている。これにより、モータコイル５の発熱により電動モータ１等が損傷した場合、外部へ影響を与えるのを防止することができる。遮断プレート１６は、ステータ外周４aと勘合し、ハウジング内周壁６cと円周状に接触するような、図７のような形状にしてもよい。
【００２２】
ここで、特許文献２において、モータが全閉構造である場合、特許文献１の構造と比較して、モータハウジング６内部の冷却が十分に行われず、モータの寿命を向上させることができなかった。さらに、特許文献２の外気吸入口を設けていない電動モータを特許文献１の圧縮機に用いた場合、電動モータから発せられた熱が、モータハウジングからクランクケースに伝熱するので、クランクケースから外気を吸込む場合、吸込み空気の温度が上昇してしまい、圧縮効率が低下、更にはシールリングが劣化することが懸念される。そこで、モータを全閉構造とした本実施例では、冷却構造として、モータハウジング６内に熱吸収フィン６aと駆動軸２の外周に放射状に形成された羽根（第２のファン）１７と羽根１７とモータハウジング６との間に配置された導風プレート１８とを設けた。
【００２３】
熱吸収フィン６aはモータハウジング内周面６bのモータコイル５と反対側の端面から駆動軸方向に放射状に形成されている。羽根１７はモータハウジングの内周面６bのモータコイル５と反対側の端面とモータコイル５の間に位置する駆動軸２の外周に放射状に形成されており、駆動軸２の回転により、モータコイル５へ向けて風を送る。上記構成によれば、モータコイル５で発生した熱がモータハウジング内で攪拌され、熱吸収フィンによって吸収される。
【００２４】
羽根１７は、周囲の構成部品に干渉しないような形状であれば、例えば図３、図４のようないずれの形状であってもよい。図３のように電動モータ１の駆動軸２から直線状の複数の羽根１７が放射状に延びた形状であれば設計が容易であり、図４のように先端が回転方向に曲がった形状の羽根が放射状に延びた形状であれば、モータハウジング６内の攪拌効率を上げることができる。
【００２５】
モータハウジング６内の風の流れを、図１のC部と図５に示す。導風プレート１８、例えば樹脂又は金属等により環状に形成され、上述のモータハウジング６内の熱吸収フィン６a上に駆動軸方向に締結固定される。導風プレート１８は、羽根１７とモータハウジング６との間に円筒状に形成された第１のプレートと、モータコイル５とモータケース６との間にリング状（円板から円板を切り抜いた形状）に形成された第２のプレートとから構成される。なお、第１のプレートは、羽根１７を外周から覆っていれば円筒状に限らず、例えば、多角柱状であってもよい。また、第２のプレートは、羽根１８を覆う部分の少なくとも一部が中空になっていればよく、例えば、図８に示すように正方形の板から円板を切り抜いた形状や、円形の板から正方形の板を切り抜いた形状や、正方形の板から正方形の板を切り抜いた形状であってもよい。これにより、導風プレート１８は、羽根１７とモータハウジング６との間の一部とモータコイル５とモータケース６との間の一部を遮断する。
【００２６】
特許文献２において、モータが全閉構造である場合、モータハウジング内に導風プレートを設けていないため、ファンによって発生した風が拡散してしまい、モータコイルに集中的に風を当てることができなかった。一方、本実施例では、羽根１７によって発生した風はまず羽根１７の外周へ向けて流れるが、羽根１７とモータハウジング６との間に導風プレート１８（第１のプレート）があるため、直接モータケースへは流れない。また、導風プレート１８（第２のプレート）により、モータコイル５とモータケース６との間が遮断しているため、導風プレート１８（第１のプレート）に当たった風は、モータコイル５へ向けて流れる。なお、第２のプレートは、羽根１７の中心部よりもモータコイル５から離れた位置に形成される。これによりモータコイル５と第２のプレートとの距離が長くなるので、多くの風をモータコイル５に供給することができる。
【００２７】
導風プレート１８により、羽根１７から発生した冷却風はモータコイル５方向に流通し、モータコイル５を冷却した風は、導風板１８と熱吸収フィン６aとの間を通過し、上述の羽根１７の付け根１７aに流通する。これにより、モータハウジング６内において円滑に冷却風が流通し、モータコイル５の熱をモータハウジング６外部へ効率的に伝熱させることができる。
【００２８】
上述の第２のファンは、駆動軸２の外周に放射状に形成された羽根１７に限らず、例えば図９、図１０、図１１に示す変形例のように、ロータ端面３aに固定された放射状の羽根２１のようにしてもよい。
【００２９】
この変形例におけるモータハウジング６内の風の流れを図９のD部と図１０に示す。
【００３０】
モータコイル５とモータハウジング内周面６bとの間に設けられた導風プレート１８が熱吸収フィン６a上に駆動軸方向に締結固定され、放射状の羽根２１がロータ端面３aに駆動軸方向に締結固定される。羽根２１の外周端２１ｂは図１０に示す導風プレートの内開口部１８aよりも外側にある。導風プレート１８は、内側部位と外側部位の２つに分割された熱吸収フィン６aの間に駆動軸２を囲むように円筒状に形成された第１のプレートと、熱吸収フィン６aと羽根２１との間にリング状（円板から円板を切り抜いた形状）に形成された第２のプレートとから構成される。図１０に示すとおり、第１のプレートの中空部が外開口部１８ｂ、第２のプレートの中空部が内開口部１８aとなっており、それぞれに羽根２１で発生した風が流通する。なお、第１のプレートは、内側部位と外側部位の２つに分割された熱吸収フィン６aの間に設けられていれば円筒状に限らず、例えば、多角柱状であってもよい。羽根２１で発生した風は外周に向かって流れ、モータコイル５側面を経由し、導風プレート１８の外側とモータハウジング内周面６bとの間を通過し、導風プレート１８とモータハウジング内周面６bとの間に設けられた導風プレート外開口部１８bから導風プレート１８内に入り、導風プレート１８の第２のプレートの中空部である導風プレート内開口部１８aを通過し、羽根の付け根２１aに流通する。導風プレート１８を設置することにより、モータハウジング６内の風の流れがスムーズになり、流速を上げることできる。流速を上げることにより、モータコイル５から発せられる熱を効率的に熱吸収フィン６aに伝えることができる。また、羽根２１の外周端２１ｂは導風プレート内開口部１８aよりも外側に設けることにより、羽根２１から発生した風が導風プレート内開口部１８aに向けて逆流しないようにできる。
【００３１】
また、上述のロータ端面に固定された放射状の羽根２１の外径２１bは、モータハウジング６内の干渉しない範囲で出来るだけ大径にすることで流速を上げることができる。
【００３２】
これにより、モータハウジング６内において、より円滑に冷却風が流通し、モータコイル５の熱をモータハウジング６外部へ効率的に伝熱させることができる。
【００３３】
上述の変形例は、前述の図1の構造と比較し、羽根２１の外周端２１ｂを導風プレート内開口部１８aよりも外側に形成し、羽根２１を大きく形成したため、発生させる風の流速を上げることができる。また、羽根２１の外周端を導風プレート１８よりも外側に形成すれば、導風プレート１８の外側とモータハウジング内周面６bとの間に直接羽根１８からの風を供給でき、さらに流速を上げることができる。また、導風プレート１８により発生した風を直接熱吸収フィン６aに当てることができる。従って、モータハウジング６内の風の流れがスムーズになり、モータハウジング６内の風の流速を上げることができ、モータハウジング６内で発生した熱をより効率よく放熱することができる。
【００３４】
モータハウジング内を上記のように構成したことにより、特許文献２のモータと比較して効率よく、モータハウジング６内で発生した熱を放熱することができ、電動モータ１の寿命を向上させることができる。
【００３５】
モータコイル５で発生した熱は上述のようにモータハウジング６へ伝熱する。モータハウジング６は、冷却ファン８から発生する冷却風によって冷却される。冷却ファン８から発生する冷却風の流れを図６に示す。上述の駆動軸２の端部に設けた冷却ファン８から発生する冷却風をクランクケース９外周を経由させ、モータハウジング外周６dとステータ外周４bに流動させて冷却する。図１に示すように外部カバー１５の冷却ファン８を覆う面に孔１５aを設け、反対側の端面は開口にしてもよい。これにより、冷却風を円滑にモータハウジングに供給することができる。
【００３６】
本実施例にて説明した電動モータは本実施例で説明した往復動圧縮機に限らず、スクロール式圧縮機、スクリュー式圧縮機にも適用できる。また、圧縮機に限らず、電動モータを用いた様々な機械に適用できるが、特に各部の発熱が大きい圧縮機において安全性の確保、高効率化に大きく寄与する。
【００３７】
これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【００３８】
（付記１）
駆動軸と、
前記駆動軸を回転させるモータコイルと、
前記モータコイルと外部との連通を遮断するように覆うモータケースと、
前記モータケースの内部に配置され、前記駆動軸の外周に取り付けられたファンと、
前記ファンと前記モータケースとの間に設けられた導風プレートとを備えるモータ。
【００３９】
（付記２）
前記ファンは前記駆動軸の外周に取り付けられた放射状の羽根であることを特徴とする付記１に記載のモータ。
【００４０】
（付記３）
前記モータケース内に熱吸収フィンを設けたことを特徴とする付記１に記載のモータ。
【００４１】
（付記４）
前記導風プレートは、前記第２のファンと前記モータケースとの間の一部と前記モータコイルと前記モータケースとの間の一部を遮断することを特徴とする付記１に記載のモータ。
【００４２】
（付記５）
前記ファンにより発生した冷却風は、前記モータコイルから前記導風プレートと前記モータケースとの間へ流通することを特徴とする付記４に記載のモータ。
【符号の説明】
【００４３】
１   電動モータ
２   駆動軸
３   ロータ
３a  ロータ端面
４   ステータ
４a  ステータ外周（遮断プレート取付部）
４b  ステータ外周（冷却部）
５   モータコイル
６   モータハウジング
６a  熱吸収フィン
６b  モータハウジング内周面
６c  モータハウジング内周壁
７   連接棒
７a  吸込み口（連接棒）
７b  吸込み弁（連接棒）
８   冷却ファン
９   クランクケース
９a  外気吸込み口（クランクケース）
１０   シリンダ
１１   弁座
１１a  吸込み弁（弁座）
１１b  吐出し（弁座）
１２   シリンダヘッド
１２a  吸込み口（シリンダヘッド）
１２b  吐出し口（シリンダヘッド）
１３   クランクケースカバー
１４   吸込み室
１５   外部カバー
１５a  孔（外部カバー）
１６   遮断プレート
１７   駆動軸の外周に放射状に形成された羽根
１７a  羽根の付け根
１８   導風プレート
１８a  導風プレート内開口部
１８b  導風プレート外開口部
１９   リテーナ
２０   シールリング
２１   ロータ端面に固定された放射状の羽根
２１a  羽根の付け根
２１b  羽根の外径
【図１】
2012062846.tif 000003
【図２】
2012062846.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012062846.tif 000009
【図８】
2012062846.tif 000010
【図９】
2012062846.tif 000011
【図１０】
2012062846.tif 000012
【図１１】
2012062846.tif 000013