(57)【要約】【課題】  電動機と圧縮機とを一体化した小型の空気圧縮機において、電動機部の発熱を冷却する冷却性能を確保しながら、万一電動機部で出火しても火炎が空気圧縮機外に広がるのを防止する。【解決手段】  空気圧縮機５０は、電動モータ部１と圧縮機部１５とが一体に形成されている。圧縮機部は冷却ファン８を有し、冷却ファンはクランクケース９内に配置されている。クランクケースのエンドプレート部１０ａに冷却ファンから送風される冷却空気を電動モータ部に供給する複数の導入孔９ａを、モータハウジング６に電動モータ部を冷却した冷却空気を排出する複数の排出孔６ａをそれぞれ設ける。各導入孔及び排出孔は、遮断手段１３ａ、１３ｂを備える。遮断手段は、電動モータ部で火炎が発生した時に火炎が圧縮機部及び機外に延びるのを防止する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータ部と、この電動モータ部の少なくとも一方に前記電動モータ部と一体に形成された圧縮機部とを有する空気圧縮機において、
前記電動モータ部は駆動軸を有するロータと、このロータとの間で駆動力を発生するモータコイルを有するステータと、このステータを保持するモータハウジングとを有し、
前記圧縮機部は前記駆動軸に取り付けられ、シリンダ内を往復動するピストン部を有する連結棒と、前記電動モータ部を冷却する冷却ファンと、この冷却ファンを収容し前記電動モータ部とこの圧縮機部を仕切るエンドプレート部を有するクランクケースとを備え、
前記エンドプレート部に前記冷却ファンから送風される冷却空気を前記電動モータ部に供給する複数の導入孔を設け、前記モータハウジングに前記電動モータ部を冷却した冷却空気を排出する複数の排出孔を設け、
前記複数の導入孔及び前記複数の排出孔の各々に遮断手段を設け、この遮断手段は、前記電動モータ部で火炎が発生した時に火炎が前記圧縮機部及び機外に延びるのを防止するものであることを特徴とする空気圧縮機。
【請求項２】
前記遮断手段は、前記複数の導入孔及び前記複数の排出孔の各々に形成された突出部に取り付けた樹脂製のチューブまたは樹脂製のパイプ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】
前記遮断手段は、前記複数の導入孔及び前記複数の排出孔の各々に金属製のチューブまたは金属製のパイプを介して取り付けた樹脂製のチューブまたは樹脂製のパイプ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４】
前記遮断手段は、火炎が発生したときに変形して前記複数の導入孔及び前記複数の排出孔の流路面積を縮小するものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の空気圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気圧縮機に係り、特に駆動モータと圧縮機部が一体に形成された空気圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型の電動機器においては、電動機の回転軸を一方側に延在させ、この回転軸に被駆動体である各種機器を取り付けて一体化させることが常用されている。このような電動機の使用例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の電動モータでは、例えば空気圧縮機に使用するために、ＤＣブラシレスモータの回転軸を軸方向に延在させ、この延在した軸に空気圧縮機を取り付け、モータハウジングと空気圧縮機ハウジングを一体化している。
【０００３】
さらに、この小型高出力の電動モータを効果的に冷却するため、モータハウジング内の駆動軸上であって回転子の軸方向両端部に、冷却ファンを一体に取り付けている。そして、モータハウジング内に外気を吸入する開孔を電動機の反機器端側端面に、モータハウジング内の冷却風をモータハウジング外に排気する開孔を機器取り付け側側面にそれぞれ形成し、冷却ファンが導入した空気を、コアの巻き線間に流動させて冷却している。
【０００４】
従来の小型の電動機器の例が、特許文献２に記載されている。この公報に記載の往復動圧縮機では、冷却風の流れを良好に管理するために、モータハウジングにおいて、回転子の支持部近傍に冷却風導入穴を形成し、回転子の軸方向中間部の側面部にモータハウジング内を冷却した冷却風の排出口を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２７４８００号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３６４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１、２に記載の電動モータ内蔵機器では、いずれも電動機（モータ）部を効率的に冷却するために、冷却風の取り入れ口をこの電動機の回転軸に取り付けた冷却ファンの近傍に配置し、冷却風の排出口を電動機の回転子の軸方向中間部に配置している。確かにこれら公報に記載の冷却システムでは電動機の効果的な冷却が期待できるが、電動機に課せられる高出力化のために、万一の事態として、電動機が発火することに対しては十分には考慮されていない。
【０００７】
電動機内蔵機器では、巻線の過電流や温度上昇を検出するために、異常温度検出手段が従来から備えられており、電動機における異常な温度上昇のほとんどがこの手段で解決可能である。しかしながら、巻線の損傷等により急激な温度上昇や発火が生じたら、これらの異常防止手段でも防止できない恐れがある。電動機が発火し、この電動機を引火性や発火性のある物質の近傍で稼働しておれば、さらに二次被害を生じる恐れもある。
【０００８】
ところで、電動機内蔵機器の多くは一体化のため、外周部をカバーされており、内部で発生する熱を放熱するために、このカバー部、例えば電動機ハウジングに冷却用の開口部が形成されている。そのため、電動機から出火すると、通常の空気の流れとは異なり、冷却風の取り入れ口からも排気孔からも外部に火炎が飛び出すことになる。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、電動機と圧縮機とを一体化した小型の空気圧縮機において、電動機部の発熱を冷却する冷却性能を確保しながら、万一電動機部で出火しても火炎が空気圧縮機外に広がるのを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する本発明の特徴は、電動モータ部と、この電動モータ部の少なくとも一方に前記電動モータ部と一体に形成された圧縮機部とを有する空気圧縮機において、前記電動モータ部は駆動軸を有するロータと、このロータとの間で駆動力を発生するモータコイルを有するステータと、このステータを保持するモータハウジングとを有し、前記圧縮機部は前記駆動軸に取り付けられシリンダ内を往復動するピストン部を有する連結棒と、前記電動モータ部を冷却する冷却ファンと、この冷却ファンを収容し前記電動モータ部とこの圧縮機部を仕切るエンドプレート部を有するクランクケースとを備え、前記エンドプレート部に前記冷却ファンから送風される冷却空気を前記電動モータ部に供給する複数の導入孔を設け、前記モータハウジングに前記電動モータ部を冷却した冷却空気を排出する複数の排出孔を設け、前記複数の導入孔及び前記複数の排出孔の各々に遮断手段を設け、この遮断手段は、前記電動モータ部で火炎が発生した時に火炎が前記圧縮機部及び機外に延びるのを防止することにある。
【００１１】
そしてこの特徴において、前記遮断手段は、前記複数の導入孔及び前記複数の排出孔の各々に形成された突出部に取り付けた樹脂製のチューブまたは樹脂製のパイプであってもよく、前記複数の導入孔及び前記複数の排出孔の各々に金属製のチューブまたは金属製のパイプを介して取り付けた樹脂製のチューブまたは樹脂製のパイプであってもよい。さらに、前記遮断手段は、火炎が発生したときに変形して前記複数の導入孔及び前記複数の排出孔の流路面積を縮小するものであることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば空気圧縮機において、モータハウジングの周面および電機機コアとの境界部の壁面に冷却風の流通用の開孔を形成したので、通常運転時には冷却ファンが回転して外気をモータハウジング内に導入しモータを冷却する。その結果、モータ温度の上昇による性能低下や、寿命の短縮を防止できる。さらに、上記開孔に熱により変形して冷却風流通用の開孔を塞ぐ手段を配置したので、高温異常時にはモータハウジングに形成された開孔が機外と遮断され、万一モータが発火しても火炎が外部に広がるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る空気圧縮機の一実施例の平面図である。
【図２】図１におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】図１におけるＡ−Ａ線断面図であり、通常運転時の状態を示すである。
【図４】図１におけるＡ−Ａ線断面図であり、高温異常時の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る空気圧縮機５０の一実施例を、図１ないし図４を用いて説明する。図１は空気圧縮機５０の平面図である。図２は、図１に示した空気圧縮機５０のＢ−Ｂ矢視断面図である。図３および図４は、図１に示した空気圧縮機５０のＡ−Ａ矢視断面図であり、図３は通常運転時の状態を、図４は高温異常時の状態を示す。
【００１５】
空気圧縮機５０は、電動モータ部１と圧縮機部１５を一体に形成した圧縮機である。なお本発明では、「一体」を、電動モータ部１の駆動軸２を少なくとも軸方向の一方側に延在し、この延在された駆動軸２に圧縮機部１の連接棒７を取り付け、圧縮機部１５と電動モータ部１をモータハウジング６とクランクケース９とで密閉化した状態を指す。
【００１６】
図３に示すように本実施例の空気圧縮機５０は、電動モータ部１のロータ３に一体に形成された軸である駆動軸２の左右両端側に圧縮機部１５を構成する連接棒７およびバランスウェイト１６を取り付けた２気筒の圧縮機であり、電動モータ部１を中心にしてほぼ軸対称に形成されている。この圧縮機部１５の上部に配置されたシリンダヘッド１２に形成された空気吸込口１１から連結部２２を経て各圧縮機部１５に、外部空気が供給される。同様に、各圧縮機部１５で圧縮された圧縮空気は、シリンダヘッド１２に連結する連結部（図１に図示の連結部２２の背面側に配置）で合流し、空気吸込口１１とほぼ点対称位置に配置された吐出口から吐出される。
【００１７】
空気圧縮機５０の駆動軸２の左右両端部には、電動モータ部１及び一体化された圧縮機５０内部を冷却するために、冷却ファン８が取り付けられている。駆動軸２の軸端部に冷却ファン８が取り付けられているので、空気圧縮機５０の左右両側面には、ファンカバー１４が取り付けられている。ファンカバー１４には、水平方向にスリット１４ａが形成されており、ファンカバー１４のスリット１４ａ部分を、外部空気のガイドと冷却を兼ねて冷却空気吸込みフィン１４ｂとして切り起こしている。
【００１８】
圧縮機部１５の駆動源である電動モータ部１は、駆動軸２を含み駆動軸２と一体に形成されたロータ３と、ロータ３の外周側に配置されモータコイル５を有するステータ４と、ステータ４を内部に保持するモータハウジング６とを備えている。電動モータ部は、例えばＡＣモータであり、モータコイル５に給電すると駆動軸２が回転する。駆動軸２の両端側には、詳細を後述する圧縮機部１５の連結棒７が負荷として配置されているので、駆動軸２が回転するとモータコイル５は発熱する。そのため、冷却風との熱交換を促進するためのフィン３ａがロータ３の両端部に取り付けられている。
【００１９】
駆動軸２は、段差部２ａで軸端側より中央部が大径になっており、この段差部２ａには転がり軸受１８が配置されており、ロータ３を回転自在に支持する。転がり軸受１８の外輪側は、クランクケース９のエンドプレート部１０ａに保持されている。クランクケース９のエンドプレート部１０ａの反モータ側、すなわち端部側にはバランスウェイト１６が配置されており、バランスウェイト１６は駆動軸２に固定されている。バランスウェイトには転がり軸受１７の内輪側が取り付けられており、この転がり軸受１７の外輪側には連接棒７が取り付けられている。
【００２０】
図２に示すように、連接棒７の一端側には、シリンダ２１内を上下方向に移動するピストン部７ｂが形成されており、他端側には偏心部７ａが形成されている。つまり、偏心部７ａは、駆動軸２から上下方向に高さｈだけ偏心した円形で形成されており、駆動軸２が回転すると、転がり軸受１７と共に回転し、連接棒７を上下させる。連接棒７の上端側には図示しないシールリングが取付けられており、シリンダ２１内を往復運動するピストン体を構成する。駆動軸２の最端部には、上述したように冷却ファンが配置８されている。
【００２１】
このように構成した圧縮機部１５では、電動モータ部１の駆動軸２が回転すると、連接棒７の端部に構成されたピストン部７ｂがシリンダ２１内を往復動し、図示しない吸気ポートからシリンダ２１内に供給された外気を圧縮する。圧縮された空気は、シリンダ２１上部に設けた吐出ポートからシリンダヘッド１２（図１参照）に送られる。
【００２２】
一方、上記構成の電動モータ部１を起動すると、圧縮機部１５の負荷によりモータコイル５が発熱する。一体型の空気圧縮機５０であって、モータハウジング６およびクランクケース９によりモータコイル５が完全に外気と遮断されている密閉型の場合は除いて、一般の空気圧縮機５０では冷却ファン８から送風された冷気をモータコイル５に導き、モータコイル５が異常温度上昇するのを防止している。そこで、冷気を電動モータ部１に導入するため、図２、３に示すように、クランクケース９のエンドプレート部１０ａの周方向に間隔をおいて複数の導入孔９ａを形成している。この導入孔９ａの大きさや個数は、電動モータ部１の発熱量に応じて決定する。また、電動モータ部１を冷却して温度上昇した空気を外部に導くために、ロータ３の軸方向端部であって、モータハウジング６に複数の排出孔６ａを形成している。この排出孔６ａは、図１に示すようにモータハウジング６の下半部にだけ形成する。これは、空気圧縮機５０の上半部にだけ水滴等が滴下し、下半部に形成した排出孔６ａから内部へ水滴等が侵入するのを防止するためである。
【００２３】
ところで、圧縮機部１５が、より高圧の圧縮空気を発生するものであれば、より多くの圧縮熱が発生する。多量の圧縮熱が発生すると、冷却空気を発熱部である電動モータ部に供給しても電動モータ部１の周囲に熱がこもりやすくなる。この電動モータ部１、特にモータコイル５で発生する熱を停留させずに冷却するためには、空気圧縮機５０に十分な冷却手段と冷却経路を備える必要があり、機器の大型化や重量化、高コスト化につながる。
【００２４】
そこで本実施例では、電動モータ部１で発熱しても周辺機器に影響を与えることなく、信頼性高く電動モータ部１を運転できるように、モータハウジング６の排出孔６ａおよびクランクケース９の導入孔９ａに、温度上昇により変形して通気を遮断する遮断スリーブ１３ａ、１３ｂを設けている。遮断スリーブ１３ａ、１３ｂは、例えば難燃性の樹脂材料であり、ポリオレフィンやネオプレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエステル等の樹脂製である。
【００２５】
この遮断スリーブ１３ａ、１３ｂを取り付けるため、エンドプレート部１０ａに形成した導入孔９ａの位置であって、電動モータ部１側表面には、突出部９ｃが形成されている。なお、導入孔９ａの圧縮機部１５側面には、導入フィン９ｂが形成されている。これら突出部及び導入フィン９ｂは、エンドプレート部１０ａとともに、クランクケース９と一体に成形される。もちろんエンドプレート部１０ａと円筒部１０ｂとを別々に製作し、ねじ止め等により両者を結合してもよい。
【００２６】
突出部９ｃは、パイプ形状またはチューブ形状に形成されており、通常運転時の温度状態ではその形状を維持して中空であり、圧縮機部１５側から電動モータ部１側外へ冷却空気が流通可能である。図３に矢印Ｆａ〜Ｆｄで気流を示すように、冷却ファン８が回転するとファンカバー１４に形成したスリットから外気が取り込まれ（Ｆａ）、エンドプレート部１０ａに形成した導入孔９ａへ気流Ｆｂとして導かれ、突出部９ｂから気流Ｆｄとして電動モータ部１に流入する。その後、モータコイル５を冷却し、モータハウジング６の排気口６ａから気流Ｆｃとして排気される。この一連の流れにより、モータコイル５は外気で冷却されて温度上昇が抑制される。モータコイル５が冷却されるので、モータコイル５の異常温度上昇およびそれに起因する発火を防止できる。
【００２７】
なお、遮断スリーブ１３ａ、１３ｂをパイプ形状またはチューブ形状に形成したので、他に比べて温度上昇が予測される位置である冷却位置に、ピンポイントで冷却風を当てることができる。また、温度上昇位置が予測と異なっていても、導入孔９ａ、排出孔６ａや突出部６ｂ、９ｃを設けるだけでよく、遮断スリーブ１３ａ、１３ｂは突出部６ｂ、９ｂを利用して配置できるので、冷却効率の向上が可能になる。さらに、遮断スリーブ１３ａ、１３ｂに絶縁材料を使用すればモータコイル５間の絶縁距離が不要となり、モータコイル５の直近まで遮断スリーブ１３ａ、１６ｂを近づけられる。その結果、さらに冷却効率を向上できる。
【００２８】
空気圧縮機５０を運転中に異常が発生した例として、電動モータ部１に過電流が流れモータコイル５が高温状態になった場合を、図４を用いて説明する。モータコイル５が高温になり、発火の危険性が高まると、遮断スリーブ１３ａ、１３ｂの先端が収縮または変形し、導入孔９ａや排出孔６ａを介した電動モータ部１と圧縮機部１５や電動モータ部１と機外との通気が遮断される。これにより、万一モータコイル５が発火しても火炎が電動モータ部１外に出火するのを防止できる。したがって、モータコイル５の発熱に起因する万一の発火を防止するために設ける手段、例えば、モータコイルの５冷却や発火した場合の消火機構が不要となる。
【００２９】
本実施例では、温度上昇により変形して通気を遮断する遮断スリーブ１３ａ、１３ｂを設けたが、温度上昇しても変形しないチューブの先端に温度上昇により径が縮む金属製のクリップまたはバンド（例えば形状記憶合金等）を取付けても同様の効果が得られる。なお上記実施例では、通気を遮断する遮断スリーブとしているが、必ずしも完全に導入孔や排出孔を塞ぐ必要はない。要は、火炎が圧縮機部側や機外に延びるのを防止できればよい。
【００３０】
遮断スリーブ１３ａ、１３ｂを取り付ける突出部６ｂ、９ｂの径と突出部６ｂ、９ｂの長さａ１、ａ２との比が所定値より小さいと、いわゆる助走効果により、火炎が導入孔９ａや排出孔６ａを通過する際に突出部６ｂ、９ｂで十分冷却されて、圧縮機部１５外や機外にまで火炎が延びるのを防止できる。この場合には導入孔９ａや排出孔６ａの完全な閉塞を必要としない。ただし、この効果を得るためには突出部９ｂ、６ｂの熱伝導性を良くする必要があり、突出部９ｂ、６ｂは金属製であることが望ましい。
【００３１】
上述したように導入孔９ａ側の突出部９ｂはエンドプレート部１０ａと同時に鋳物等で製作できるが、排気孔６ａ側の突出部６ｂは、モータハウジング６に排気孔６ａを形成する際に孔部分を十字に切り、その十字に切った部分をモータ室内側に押し込むことで突出部とすることができる。この突出部だけで放熱面積が不十分であれば、この突出部を利用してさらに金属製チューブ等を嵌めこむことにより所定の放熱面積を確保できる。この放熱面積の確保方法は、エンドプレート部１０ａ側の導入孔９ａの製作にも適用できる。
【００３２】
以上説明したように本実施例によれば、モータハウジング６の排出孔６ａおよびクランクケース９の導入孔９ａに、それぞれ温度上昇により変形して通気を遮断する遮断スリーブ１３を設けたので、電動モータ部の１内部で発火した場合でも、電動モータ部１の外部に火炎が延びることを防止でき、安全性が向上する。また、電動モータ部１の発火の防止や消火のための機構が不要となり、圧縮機全体を小型化および軽量化、低コスト化することができる。
【００３３】
また、遮断スリーブ１３をパイプ形状またはチューブ形状に形成したので、冷却が必要な位置にピンポイントに冷却風を当てることができる。その結果、遮断スリーブ１３の配置位置を変更するだけで冷却効率が向上する。さらに、遮断スリーブ１３に絶縁材料を使用すればモータコイル５との間に絶縁距離が不要であり、モータコイル５の直近まで遮断スリーブ１３を近づけられ、さらに冷却効率が向上する。
【００３４】
上記実施例においては、導入孔及び排出孔の断面形状を円形としたが、断面形状は角孔や長穴でも構わない。取り付ける遮断スリーブが樹脂製であるので、どのような断面形状にも対応できるからである。また、導入孔とそれに接続する突出部をエンドプレート部と一体に鋳物で製造する場合を説明しているが、導入孔をキリ穴等の穴加工で形成し、そのキリ穴に金属のチューブを嵌合するようにしてもよい。このように構成すれば、孔位置の尤度が増し、冷却部位をよりピンポイントに定めることができる。このことは、排出孔でも同様である。
【００３５】
また、上記実施例では往復動型圧縮機を例にとり説明したが、空気圧縮機は往復動型圧縮機に限るものではなく、スクロール式圧縮機やスクリュー式圧縮機等にも適用できる。また圧縮機に限らず、電動モータを用いた様々な機器に適用できるが、特に各部の発熱が大きい圧縮機においてその効果は顕著である。さらに、上記実施例では電動モータ部の両側に圧縮機部が配置された圧縮機を例にとり説明したが、電動モータ部の片側にだけ圧縮機部が配置されている場合にも本発明が適用できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３６】
１…電動モータ部、２…駆動軸、２ａ…段差部、３…ロータ、３ａ…フィン、４…ステータ、５…モータコイル、６…モータハウジング、６ａ…排出口、６ｂ…突出部、７…連接棒、７ａ…偏心部、７ｂ…ピストン部、８…冷却ファン、９…クランクケース、９ａ…導入孔、９ｂ…導入フィン、９ｃ…突出部、１０ａ…エンドプレート部、１０ｂ…円筒部、１１…空気吸込口、１２…シリンダヘッド、１３ａ、１３ｂ…遮断スリーブ、１４…ファンカバー、１４ａ…スリット、１４ｂ…冷却空気吸込みフィン、１５…圧縮機部、１６…バランスウェイト、１７、１８…転がり軸受、２１…シリンダ、２２…連結部、５０…空気圧縮機、Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｄ…気流。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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