JP4230601B2 - 空気圧縮機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば空気を圧縮するのに好適に用いられる空気圧縮機に関し、特に、圧縮空気を貯留する貯留タンクと、駆動源となる電動モータ、該電動モータによって駆動する圧縮機本体とが一体的に配設された空気圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、空気圧縮機は、左，右に離間して互いに並行に配設され圧縮空気を貯留する一対の貯留タンクと、該各貯留タンク間の上側に位置して該各貯留タンクの長さ方向の一側に配設された電動モータと、前記貯留タンク間の上側に位置して該各貯留タンクの長さ方向の他側に配設され、該電動モータによって駆動され外部から吸込んだ空気を圧縮しつつ圧縮空気を前記各貯留タンクへと吐出する圧縮機本体とによって構成されたものが知られている（例えば特開平１０−２４６１８５号公報等）。
【０００３】
この種の従来技術による空気圧縮機は、電動モータによって圧縮機本体のクランク軸を回転駆動し、該クランク軸の回転に応じてシリンダ内でピストンを往復動させることにより、吸込室側から吸込んだ空気を圧縮室内で圧縮するものである。そして、圧縮機本体の圧縮室内で圧縮された圧縮空気は、吐出室側から配管等を介してタンクへと吐出され、このタンク内に貯留される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、圧縮機本体を駆動する電動モータとしてコンデンサモータ、インダクションモータ等が使用されていた。しかし、電動モータにコンデンサモータを使用した場合には、圧縮機本体の負荷の軽重に関わらず一定の回転数で電動モータを回転駆動するため、電動モータの動力を有効に使用できない領域が多く存在すると共に、電動モータの消費電力が大きいという問題があった。
【０００５】
一方、電動モータに整流子モータを使用した場合には、ロータとステータをブラシによって接続するため、ブラシの飛び跳ね、焼き付き等が生じ易く、空気圧縮機等の大出力を必要とする電動モータには使用できないという問題がある。
【０００６】
さらに、電動モータとしてマグネットを利用したＤＣブラシレスモータを使用した場合には、ロータに適用される永久磁石に砂鉄等が付着することがあり、電動モータの回転運動中にこの砂鉄等が回転力によって飛ばされるという問題があった。このため、電動モータを密閉構造にする必要があり、大出力用の電動モータのように、空気冷却式の開放構造には適用できないという問題があった。
【０００７】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明は電動モータの消費電力を低減すると共に、装置全体を小型化し得る空気圧縮機を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明による空気圧縮機は、軸に沿って長い形状の２つの貯留タンクを、前記軸が左，右に離間した状態で互いに並設し、圧縮空気を貯留する一対の貯留タンクと、該一対の貯留タンクの上側に配置された電動モータと、前記電動モータによって駆動される冷却ファンと、前記一対の貯留タンクの上側に配置され、前記電動モータによって駆動され、前記一対の貯留タンクに圧縮空気を供給する圧縮機本体と、前記一対の貯留タンクの間であって前記電動モータよりも下側に配置され、前記電動モータに供給する電流をインバータ制御する給電制御装置と、を備え、前記給電制御装置は、前記貯留タンクの軸方向に長い形状の金属製の筐体を有し、該筐体の内部には、外部から供給された交流電力を整流する整流器と、整流された電力を平滑化する平滑回路と、該平滑回路により平滑化された電力を前記電動モータを駆動するための交流電力に変換するトランジスタ回路と、前記トランジスタ回路を制御するインバータ制御部と、を配置し、前記一対の貯留タンクと前記筐体の外側との間には、冷却風が流通する冷却風流通路を形成する構成としている。
【００１０】
このように構成したことにより、給電制御手段を用い電動モータの回転位置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、電圧の周波数を可変に制御するインバータ制御を行うことができ、電動モータの消費電力を低減することができる。そして、給電制御手段を一対の貯留タンク間に挟むようにして電動モータの下側に設けることにより、圧縮機全体の上下方向の高さ寸法、左右方向の幅寸法を小さくでき、給電制御手段をコンパクトに配置することができる。
また、一対の貯留タンクと給電制御装置の筐体の外側との間には冷却風流通路を形成したから、冷却ファンによる冷却風は速い流れとなって冷却風流通路を流通する。これにより、インバータ制御を行う給電制御装置が発熱しても、冷却風流通路を流通する冷却風によって給電制御装置を確実に冷却することができる。
さらに、筐体の内部には、整流器、平滑回路、トランジスタ回路およびインバータ制御部を配置した。このため、インバータ制御によってトランジスタ回路が発生する高周波のノイズを、金属製の筐体によって遮断でき、ノイズが外部に漏れるのを防止することができる。
【００１１】
また、請求項２の発明による空気圧縮機は、軸に沿って長い形状の２つの貯留タンクを、前記軸が左，右に離間した状態で互いに並設し、圧縮空気を貯留する一対の貯留タンクと、該一対の貯留タンクの上側に配置された電動モータと、前記電動モータによって駆動される冷却ファンと、前記一対の貯留タンクの上側に配置され、前記電動モータによって駆動され、前記一対の貯留タンクに圧縮空気を供給する圧縮機本体と、前記一対の貯留タンクの間であって前記電動モータよりも下側に配置され、前記電動モータに供給する電流をインバータ制御する給電制御装置と、を備え、前記電動モータは、該電動モータのモータケースと前記圧縮機本体とを軸方向に貫通して延びる回転軸を有し、該回転軸には前記冷却ファンが設けられ、前記給電制御装置は、前記貯留タンクの軸方向に長い形状の金属製の筐体を有し、該筐体の内部には、外部から供給された交流電力を整流する整流器と、整流された電力を平滑化する平滑回路と、該平滑回路により平滑化された電力を前記電動モータを駆動するための交流電力に変換するトランジスタ回路と、前記トランジスタ回路を制御するインバータ制御部と、を配置し、前記一対の貯留タンクと前記筐体の外側との間には、前記冷却ファンによって作られる冷却風の一部が導かれ、冷却風が流通する冷却風流通路を形成する構成としている。
【００１２】
このように構成した請求項２の発明でも、請求項１の発明と同様な作用効果を得ることができる。
【００１３】
また、請求項３の発明による空気圧縮機は、軸に沿って長い形状の２つの貯留タンクを、前記軸が左，右に離間した状態で互いに並設し、圧縮空気を貯留する一対の貯留タンクと、該一対の貯留タンクの上側に配置された電動モータと、前記電動モータによって駆動される冷却ファンと、前記一対の貯留タンクの上側に配置され、前記電動モータによって駆動され、前記一対の貯留タンクに圧縮空気を供給する圧縮機本体と、前記一対の貯留タンクの間であって前記電動モータよりも下側に配置され、前記電動モータに供給する電流をインバータ制御する給電制御装置と、を備え、前記給電制御装置は、前記貯留タンクの軸方向に長い形状の金属製の筐体を有し、該筐体の内部には、外部から供給された交流電力を整流する整流器と、整流された電力を平滑化する平滑回路と、該平滑回路により平滑化された電力を前記電動モータを駆動するための交流電力に変換するトランジスタ回路と、前記トランジスタ回路を制御するインバータ制御部と、を配置し、
前記一対の貯留タンクと前記筐体の外側との間には、冷却風が流通する冷却風流通路を形成し、該冷却風流通路の断面積は、該冷却風流通路の途中で変化している構成としている。
このように構成した請求項３の発明でも、請求項１の発明と同様な作用効果を得ることができる。
【００１４】
また、請求項４の発明では、前記冷却風流通路は、その断面積が前記冷却風流通路の途中で狭くなり、冷却風の流速が速くなる形状としている。
【００１５】
これにより、例えば給電制御装置のうち最も高温となるトランジスタ回路を流速の速い冷却風を用いて確実に冷却することができる。
【００１６】
また、請求項５の発明では、前記電動モータには、該電動モータの回転位置を検出する回転検出器を設け、前記インバータ制御部は、該回転検出器の出力に基づき前記トランジスタ回路を制御し、前記電動モータに供給する交流電流を作る構成としている。
【００１７】
これにより、インバータ制御部は、回転検出器からの検出信号に従って電動モータの回転トルクが最大となるように電動モータに対する給電を制御する制御信号を出力することができる。また、インバータ制御部の近傍に回転検出器を設けることにより、インバータ制御部と回転検出器との間を接続する配線長さを短くでき、ノイズ等の侵入を防止することができる。
【００１８】
また、請求項６の発明では、前記給電制御装置には商用電源が供給され、該商用電源を前記給電制御装置に供給するための電源ケーブルが、前記一対の貯留タンクの間から外部に延出するように設ける構成としている。
【００１９】
さらに、請求項７の発明では、前記電動モータは、該電動モータの回転軸が前記各貯留タンクの軸と同方向となるように配置している。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による空気圧縮機として２段式空気圧縮機を例に挙げて図１ないし図１０に従って詳細に説明する。
【００２１】
図において、１，１は左，右に離間して互いに並行に延びた一対の貯留タンク（以下、タンク１という）で、該各タンク１は、金属チューブ等から略円筒状の密閉容器として形成され、後述する下側フレーム５、上側フレーム６によって連結されている。そして、各タンク１の長さ方向両端側には、その下側位置に脚体２，２，…が取付けられ、上側位置には運搬用の把手３，３が取付けられている。
【００２２】
また、各タンク１上には後述の圧縮機本体７、電動モータ１２等を上側から覆う保護カバー４が図１に示す如く設けられ、該保護カバー４は必要に応じて取外されるようになっている。なお、図４ないし図６では保護カバー４を取外した状態で示している。
【００２３】
５，５は各タンク１の下側に位置して各タンク１を左右方向で連結した下側フレームで、該下側フレーム５は図５および図６に示す如く高い剛性をもった金属金具等からなり、例えば各タンク１の長さ方向（前後方向）両端側で該各タンク１に溶接等の手段で固着されている。
【００２４】
６，６は各タンク１の上側に位置して各タンク１を左右方向で連結した上側フレームで、該上側フレーム６は下側フレーム５とほぼ同様に高い剛性をもった金属材等からなり、例えば各タンク１の長さ方向（前後方向）に離間して該各タンク１に溶接等の手段で固着されている。そして、上側フレーム６，６は、圧縮機本体７を電動モータ１２と共に下側から支承する構成となっている。
【００２５】
７は各タンク１間に位置して上側フレーム６上に取付けられた圧縮機本体で、該圧縮機本体７は、略円筒状のクランクケース８と、該クランクケース８の径方向に突出して設けられたシリンダ９Ａとシリンダヘッド９Ｂからなる第１段の圧縮機構９と、該第１段の圧縮機構９の反対側に位置して前記クランクケース８に設けられたシリンダ１０Ａとシリンダヘッド１０Ｂとからなる第２段の圧縮機構１０とによって大略構成されている。
【００２６】
そして、第１段の圧縮機構９と第２段の圧縮機構１０とは、図４に示す如く左，右方向へと横向きに突出して設けられ、シリンダ９Ａ，１０Ａ内にはピストン（図示せず）が摺動可能に挿嵌されている。また、前記シリンダヘッド９Ｂ，１０Ｂには吸込弁、吐出弁（いずれも図示せず）等が内蔵され、これら２つの圧縮機構９，１０間は連通管１１を介して接続されている。
【００２７】
このように、本実施の形態による圧縮機本体７は、所謂水平対向型の２段式空気圧縮機として構成されている。
【００２８】
１２は各タンク１間に位置してクランクケース８の後部側に設けられた電動モータで、該電動モータ１２は、例えばインバータ制御式のリラクタンスモータからなり、図４に示すようにクランクケース８と同軸に配設されたモータケース１３と、該モータケース１３内に配設された例えば３相のステータコイルからなるステータ１４と、該ステータ１４の内周側に設けられたロータ１５と、該ロータ１５の内周側に嵌合されロータ１５と共に回転する回転軸１６とから構成されている。
【００２９】
ここで、回転軸１６は、圧縮機本体７、電動モータ１２のモータケース１３を軸方向に貫通して設けられると共に、その前側はクランクケース８内にクランク軸となって配設され、後側が電動モータ１２のロータ１５に挿嵌されている。そして、回転軸１６の両端側は、圧縮機本体７、モータケース１３から外側へ突出している。また、モータケース１３の下側部位は、クランクケース８の下側部位と共に各タンク１，１間に部分的に入り込み、圧縮機の全高を可及的に低くしている。
【００３０】
そして、電動モータ１２は、後述する給電制御装置２０を介して外部の電源に接続されている。これにより、電動モータ１２は、その回転駆動が給電制御装置２０によってインバータ制御されるものである。
【００３１】
１７は圧縮機本体７の前側に位置して回転軸１６の前端側に設けられた第１の冷却ファンとしての吸気ファンで、該吸気ファン１７は、その外径寸法を後述する排気ファン１８の外径寸法よりも大きく形成することにより、該吸気ファン１７による冷却風の吸込量を排気ファン１８による冷却風の吐出量よりも大きく設定している。これにより、吸気ファン１７によって保護カバー４内に吸込まれた冷却風を当該保護カバー４内の全体に行き渡らせると共に、圧縮機本体７、電動モータ１２の下側に位置する給電制御装置２０にも十分な冷却風を供給するものである。
【００３２】
１８は電動モータ１２の後側に位置して回転軸１６の後端側に設けられた第２の冷却ファンとしての排気ファンで、該排気ファン１８は、保護カバー４内の空気を排出することにより、吸気ファン１７の吸気効率を高めるものである。また、排気ファン１８は、電動モータ１２の下面側から空気を排出し、給電制御装置２０の前側から後側に向けて図６中の矢印の方向へと冷却風を流通させるものである。
【００３３】
１９は電動モータ１２の回転位置を検出するためモータケース１３の後端側に設けられた回転検出器で、該回転検出器１９は、例えば回転軸１６に取付けられたマグネットと該マグネットによる磁束を検出するホール素子等（いずれも図示せず）によって構成されている。そして、回転検出器１９は、配線を介して給電制御装置２０のインバータ制御部３０に接続され、該インバータ制御部３０に向けて回転軸１６の回転位置に応じた検出信号を出力するものである。
【００３４】
２０は電動モータ１２への給電をインバータ制御するための給電制御装置で、該給電制御装置２０は、後述する回路用ケーシング２１、給電部２３、インバータ制御部３０によって構成されている。そして、給電制御装置２０は、圧縮機本体７、電動モータ１２の下側に位置して各タンク１，１間に配設されている。これにより、給電制御装置２０は、圧縮機本体７、電動モータ１２との間に前後方向に延びる冷却風流通路Ａを画成し、該冷却風流通路Ａには吸気ファン１７から排気ファン１８に向かう冷却風が流通するものである。
【００３５】
２１は筐体となる略箱状の回路用ケーシングで、該回路用ケーシング２１は、例えば薄い金属板をプレス加工することにより形成され、タンク１，１間に位置して前後方向に延びる箱部２１Ａと、該箱部２１Ａの前後方向中央に位置して下側部２３Ａの上側に設けられ、箱部２１Ａとの間に後述する平滑回路２６等を収容する収容空間Ｂを画成する蓋部２１Ｂとから構成されている。そして、箱部２１Ａの前後方向両端側は、ボルト２２等によって下側フレーム５に固定されている。
【００３６】
２３は電動モータ１２に駆動電力を供給するための給電部で、該給電部２３は各タンク１の長さ方向中間部に位置して回路用ケーシング２１の箱部２１Ａに取り付けられている。
【００３７】
そして、給電部２３は、電源ケーブル２４等を介して外部の商用電源等に接続され例えば１００Ｖの単相交流電圧を整流するダイオードによるブリッジ回路からなる整流器２５と、該整流器２５に接続され整流された電圧を平滑化して直流電圧を出力する複数のコンデンサ２６Ａからなる平滑回路２６と、該平滑回路２６と電動モータ１２との間に設けられインバータ制御部３０からの制御信号に応じて開成，閉成することによって該平滑回路２６による直流電圧をパルス変調し、周波数可変の擬似的な交流電圧として電動モータ１２に出力する例えば６個のパワートランジスタからなるトランジスタ回路２７とによって概略構成されている。
【００３８】
また、電源ケーブル２４と整流器２５との間にはコイル等からなるリアクトル２８が接続され、該リアクトル２８は、箱部２１Ａの前端側に取り付けられている。そして、リアクトル２８は、単相交流電圧を直流電圧に変換するときに、外部の商用電源側に向けて高調波成分を多く含んだ電流が流れるのを防止し、力率を改善するものである。
【００３９】
また、整流器２５は発熱源となるため、この整流器２５は、蓋部２１Ｂ側に取り付けられると共に、タンク１の長さ方向の中間部に位置して収容空間Ｂ内の上側に配設されている。このため、整流器２５から発生した熱は、蓋部２１Ｂを通じて放熱されるものである。また、コンデンサ２６Ａは、箱部２１Ａの底面側に取り付けられると共に、収容空間Ｂ内の下側に配設され、整流器２５と隙間をもって対面している。
【００４０】
一方、トランジスタ回路２７は発熱源として最も高温になり易いため、このトランジスタ回路２７は、放熱板２９に取り付けられると共に、電動モータ１２の下側に位置して排気ファン１８の近傍に配設されている。そして、放熱板２９は、蓋部２１Ｂの前側に位置して箱部２１Ａの上側に取り付けられている。また、放熱板２９は、蓋部２１Ｂと共に箱部２１Ａとの間に収容空間Ｂを画成すると共に、トランジスタ回路２７を収容空間Ｂ内に配設している。このため、収容空間Ｂは、箱部２１Ａ、蓋部２１Ｂ、放熱板２９によって静電遮蔽されている。
【００４１】
そして、放熱板２９は、回路用ケーシング２１の蓋部２１Ｂに比べて電動モータ１２に接近した位置に設けられている。このため、冷却風流通路Ａのうち放熱板２９と電動モータ１２との間が最も狭い狭路部Ａ1 となっている。
【００４２】
また、発熱源となるトランジスタ回路２７は、整流器２５とは前後方向に離間し、熱に弱い傾向があるコンデンサ２６Ａとは上下方向に離間している。これにより、コンデンサ２６Ａは、発熱源となる整流器２５、トランジスタ回路２７との間に隙間が形成されると共に、これらの整流器２５、トランジスタ回路２７の下側に配設されている。
【００４３】
３０は収容空間Ｂの外側に位置して回路用ケーシング２１の後端面側に設けられ電動モータ１２をインバータ制御するインバータ制御部で、該インバータ制御部３０は、マイクロコンピュータ等によって構成され、その入力側が回転検出器１９等に接続され、出力側は給電部２３のトランジスタ回路２７等に接続されている。そして、インバータ制御部３０は、回転検出器１９からの検出信号に基づきトランジスタ回路２７のパワートランジスタを開成，閉成することによって、電動モータ１２のステータ１４に供給する電流、電圧の周波数を変化させ、電動モータ１２の回転数等を制御している。
【００４４】
即ち、インバータ制御部３０は、トランジスタ回路２７のパワートランジスタを開成，閉成することにより、ステータ１４の３相のステータコイルに電流を順次供給する。このとき、インバータ制御部３０は、各コイルに供給する電流の周波数が上昇させることによって、電動モータ１２を高速で回転し、電流の周波数が低下させることによって、電動モータ１２を低速で回転させるものである。また、インバータ制御部３０は、回転検出器１９からの検出信号に基づきロータ１５の回転位置を監視し、ロータ１５の回転位置に応じてステータ１４の各コイルに供給する電流値を決定する。これにより、インバータ制御部３０は、最大の回転トルクを発生するように電動モータ１２の駆動を制御するものである。
【００４５】
本実施の形態による空気圧縮機は上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【００４６】
まず、電動モータ１２に給電して回転軸１６を回転駆動させると、第１段の圧縮機構９と第２段の圧縮機構１０が作動する。このとき、連接棒を介して連結されたピストンがシリンダ９Ａ，１０Ａ内で往復動し、第１段の圧縮機構９から連通管１１を経由して第２段の圧縮機構１０側に圧縮空気が供給される。そして、第２段の圧縮機構１０は、第１段の圧縮機構９による圧縮空気をさらに加圧すると共に、この圧縮空気を各タンク１に向けて吐出する。これにより、タンク１内には圧縮空気が貯留される。
【００４７】
このとき、インバータ制御部３０は、トランジスタ回路２７のパワートランジスタを開成，閉成し、電動モータ１２をインバータ制御している。そして、トランジスタ回路２７は例えば１４０Ｖ程度の直流電圧が印加されているから、トランジスタ回路２７の開成，閉成によってトランジスタ回路２７は高温に加熱する。また、整流器２５も１００Ｖ程度の交流電圧が印加されているから、整流器２５からも熱が発生する。
【００４８】
ここで、電動モータ１２の回転軸１６には吸気ファン１７、排気ファン１８が取り付けられているため、圧縮機本体７、電動モータ１２の近傍には冷却風が流通する。そして、吸気ファン１７と排気ファン１８は、いずれも前後方向の前側から後側に向けて冷却風を流通させるから、吸気ファン１７によって圧縮機本体７の周囲に供給された冷却風は電動モータ１２の近傍を通過して排気ファン１８によって排気される。
【００４９】
このとき、圧縮機本体７側から電動モータ１２側に向けて流れる冷却風の一部は、電動モータ１２の下面に沿って流入するから、この冷却風は、タンク１，１間に設けられた給電制御装置２０の周囲に供給される。そして、給電制御装置２０の整流器２５とトランジスタ回路２７は、電動モータ１２の下面近傍となる回路用ケーシング２１の上側に取り付けられ、この部分には前記冷却風が速い流れとなって流通する。
【００５０】
このため、回路用ケーシング２１の底面側に取付けられた平滑回路２６に比べて整流器２５、トランジスタ回路２７には多くの冷却風が供給されるから、整流器２５、トランジスタ回路２７は確実に冷却される。
【００５１】
また、圧縮機本体７、電動モータ１２と給電制御装置２０との間に画成された冷却風流通路Ａは、トランジスタ回路２７の放熱板２９と電動モータ１２との間が最も狭い狭路部Ａ1 となっているから、この狭路部Ａ1 によって放熱板２９の周囲を通過する冷却風の流速が速くなる。このため、給電制御装置２０のうち最も高温となるトランジスタ回路２７を確実に冷却することができる。
【００５２】
かくして、本実施の形態によれば、給電制御装置２０を電動モータ１２の下側に位置して各タンク１，１間に設けたから、圧縮機全体の上下方向の高さ寸法、左右方向の幅寸法を小さくでき、給電制御装置２０をコンパクトに配置することができる。この結果、例えば車両等で運搬するときの占有スペースを小さくできると共に、作業現場等での持ち運び作業を容易に行うことができる。また、給電制御装置２０によって電動モータ１２をインバータ制御することによって電動モータ１２の消費電力を低減することができる。
【００５３】
一方、給電制御装置２０の給電部２３を各タンク１の長さ方向中間部に配置し、インバータ制御部３０を給電部２３よりも各タンク１の後端側に配置したから、インバータ制御部３０の保守、点検作業をタンク１の後端側から行うことができ、電動モータ１２の制御を変更、調整等するときのメンテナンス性を向上させることができる。また、インバータ制御部３０はマイクロコンピュータ等によって構成されているから、熱に弱い傾向がある。しかし、本実施の形態では、このインバータ制御部３０をトランジスタ回路２７等の発熱源を有する給電部２３から離した状態で配設することができ、インバータ制御部３０の信頼性を向上することができる。
【００５４】
また、電動モータ１２をインバータ制御するときには、インバータ制御部３０によってトランジスタ回路２７のパワートランジスタを高速で開成，閉成するかた、トランジスタ回路２７は高周波のノイズを発生させる。しかし、本実施の形態では、トランジスタ回路２７を含む給電部２３を回路用ケーシング２１と放熱板２９によって静電遮蔽された収容空間Ｂ内に収容している。このため、トランジスタ回路２７による高周波のノイズを、回路用ケーシング２１によって遮断でき、ノイズが外部に漏れるのを防止することができる。
【００５５】
また、給電部２３のトランジスタ回路２７を放熱板２９を取り付けた状態で電動モータ１２近傍に設け、整流器２５をトランジスタ回路２７と長さ方向に離間した位置に設けると共に、コンデンサ２６Ａをトランジスタ回路２７と整流器２５に対して上下方向の下側に離間して設けている。このため、給電部２３のうちで、最も高温となり易いトランジスタ回路２７は、放熱板２９によって冷却することができる。また、熱によって損傷し易いコンデンサ２６Ａを発熱が生じる整流器２５、トランジスタ回路２７に対して下側に離間した状態で配置したから、整流器２５、トランジスタ回路２７による熱が対流等によってコンデンサ２６Ａに伝わるのを遮断することができる。
【００５６】
また、電動モータ１２の後端側には、インバータ制御部３０の近傍に位置しての電動モータ１２の回転位置を検出する回転検出器１９を設け、該回転検出器１９をインバータ制御部３０に接続したから、インバータ制御部３０と回転検出器１９とを近付けることでき、インバータ制御部３０と回転検出器１９との間の配線長さを短くしてノイズの侵入等を抑止することができる。このため、電動モータ１２の正確な回転位置に従って電動モータ１２を駆動することができるから、電動モータ１２の回転トルクを確実に大きくすることができる。
【００５７】
さらに、電動モータ１２の回転軸１６にはその両端側に圧縮機本体７、電動モータ１２、給電制御装置２０に冷却風を供給する吸気ファン１７、排気ファン１８を設けたから、吸気ファン１７、排気ファン１８によって圧縮機本体７、電動モータ１２、給電制御装置２０に多量の冷却風を供給することができ、これらを確実に冷却することができる。
【００５８】
なお、実施の形態では、圧縮機本体として水平対向型の２段式空気圧縮機からなる圧縮機本体７を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、１段または３段以上の空気圧縮機を圧縮機本体として用いてもよく、また、シリンダの配置形態もＶ型等の他の形態としてもよい。
【００５９】
また、実施の形態では、吸気ファン１７の外径寸法を排気ファン１８の外径寸法よりも大きくすることにより、吸気ファン１７の吸込量を排気ファン１８の吐出量よりも大きくした場合を例示したが、これに替えて、例えば、吸気ファン１７の外径寸法と排気ファン１８の外径寸法を同等とし、羽根の枚数、形状、角度等を変更することによって吸気ファン１７の吸込量を大きくしてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述した如く、請求項１，２，３の発明によれば、給電制御装置を圧縮機本体と電動モータの下側に位置して一対の貯留タンクの間に設けたから、圧縮機全体の上下方向の高さ寸法、左右方向の幅寸法を小さくでき、給電制御装置をコンパクトに配置することができる。この結果、運搬時における圧縮機の占有スペースを小さくできると共に、作業現場等での持ち運び作業を容易に行うことができる。また、給電制御装置によって電動モータをインバータ制御することによって電動モータの消費電力を低減することができる。
【００６１】
また、請求項１，２，３の発明によれば、一対の貯留タンクと給電制御装置の筐体の外側との間には冷却風流通路を形成したから、冷却ファンによる冷却風は速い流れとなって冷却風流通路を流通する。これにより、インバータ制御を行う給電制御装置が発熱しても、冷却風流通路を流通する冷却風によって給電制御装置を確実に冷却することができる。
【００６２】
また、請求項１，２，３の発明によれば、筐体の内部には、整流器、平滑回路、トランジスタ回路およびインバータ制御部を配置した。このため、インバータ制御によってトランジスタ回路が発生する高周波のノイズを、金属製の筐体によって遮断でき、ノイズが外部に漏れるのを防止することができる。
【００６３】
また、請求項４の発明によれば、冷却風流通路は、その断面積が冷却風流通路の途中で狭くなり、冷却風の流速が速くなる形状としたから、例えば給電制御装置のうち最も高温となるトランジスタ回路を流速の速い冷却風を用いて確実に冷却することができる。
【００６４】
また、請求項５の発明によれば、電動モータには、電動モータの回転位置を検出する回転検出器を設け、インバータ制御部は該回転検出器の出力に基づいてトランジスタ回路を制御し、電動モータに供給する交流電流を作る構成とした。このため、電動モータの正確な回転位置に従って電動モータを駆動することができるから、電動モータの回転トルクを確実に大きくすることができる。
【００６５】
また、請求項６の発明のように、商用電源を給電制御装置に供給するための電源ケーブルは、一対の貯留タンクの間から外部に延出するように設ける構成としてもよい。
さらに、請求項７の発明のように、電動モータは、該電動モータの回転軸が各貯留タンクの軸と同方向となるように配置する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるタンク一体型の２段式空気圧縮機を示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態による空気圧縮機を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態による空気圧縮機を示す底面図である。
【図４】図２中の保護カバーを取外した状態の空気圧縮機を示す平面図である。
【図５】保護カバーを取外した状態の空気圧縮機を示す図４の右側面図である。
【図６】空気圧縮機の給電制御装置等を示す図５中の矢示VI−VI方向からみた断面図である。
【図７】実施の形態による給電制御装置を単体で示す平面図である。
【図８】実施の形態による給電制御装置を示す図７の左側面図である。
【図９】実施の形態による給電制御装置を蓋部、放熱板を取外した状態で示す平面図である。
【図１０】実施の形態による給電制御装置を示す電気回路図である。
【符号の説明】
１ 貯留タンク
７ 圧縮機本体
１２ 電動モータ
１３ モータケース
１６ 回転軸
１７ 吸気ファン（第１の冷却ファン）
１８ 排気ファン（第２の冷却ファン）
１９ 回転検出器
２０ 給電制御装置
２１ 回路用ケーシング（筐体）
２３ 給電部
２４ 電源ケーブル
２５ 整流器
２６ 平滑回路
２６Ａ コンデンサ
２７ トランジスタ回路
３０ インバータ制御部
Ａ 冷却風流通路
Ａ 1 狭路部
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば空気を圧縮するのに好適に用いられる空気圧縮機に関し、特に、圧縮空気を貯留する貯留タンクと、駆動源となる電動モータ、該電動モータによって駆動する圧縮機本体とが一体的に配設された空気圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、空気圧縮機は、左，右に離間して互いに並行に配設され圧縮空気を貯留する一対の貯留タンクと、該各貯留タンク間の上側に位置して該各貯留タンクの長さ方向の一側に配設された電動モータと、前記貯留タンク間の上側に位置して該各貯留タンクの長さ方向の他側に配設され、該電動モータによって駆動され外部から吸込んだ空気を圧縮しつつ圧縮空気を前記各貯留タンクへと吐出する圧縮機本体とによって構成されたものが知られている（例えば特開平１０−２４６１８５号公報等）。
【０００３】
この種の従来技術による空気圧縮機は、電動モータによって圧縮機本体のクランク軸を回転駆動し、該クランク軸の回転に応じてシリンダ内でピストンを往復動させることにより、吸込室側から吸込んだ空気を圧縮室内で圧縮するものである。そして、圧縮機本体の圧縮室内で圧縮された圧縮空気は、吐出室側から配管等を介してタンクへと吐出され、このタンク内に貯留される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、圧縮機本体を駆動する電動モータとしてコンデンサモータ、インダクションモータ等が使用されていた。しかし、電動モータにコンデンサモータを使用した場合には、圧縮機本体の負荷の軽重に関わらず一定の回転数で電動モータを回転駆動するため、電動モータの動力を有効に使用できない領域が多く存在すると共に、電動モータの消費電力が大きいという問題があった。
【０００５】
一方、電動モータに整流子モータを使用した場合には、ロータとステータをブラシによって接続するため、ブラシの飛び跳ね、焼き付き等が生じ易く、空気圧縮機等の大出力を必要とする電動モータには使用できないという問題がある。
【０００６】
さらに、電動モータとしてマグネットを利用したＤＣブラシレスモータを使用した場合には、ロータに適用される永久磁石に砂鉄等が付着することがあり、電動モータの回転運動中にこの砂鉄等が回転力によって飛ばされるという問題があった。このため、電動モータを密閉構造にする必要があり、大出力用の電動モータのように、空気冷却式の開放構造には適用できないという問題があった。
【０００７】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明は電動モータの消費電力を低減すると共に、装置全体を小型化し得る空気圧縮機を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明による空気圧縮機は、軸に沿って長い形状の２つの貯留タンクを、前記軸が左，右に離間した状態で互いに並設し、圧縮空気を貯留する一対の貯留タンクと、該一対の貯留タンクの上側に配置された電動モータと、前記電動モータによって駆動される冷却ファンと、前記一対の貯留タンクの上側に配置され、前記電動モータによって駆動され、前記一対の貯留タンクに圧縮空気を供給する圧縮機本体と、前記一対の貯留タンクの間であって前記電動モータよりも下側に配置され、前記電動モータに供給する電流をインバータ制御する給電制御装置と、を備え、前記給電制御装置は、前記貯留タンクの軸方向に長い形状の金属製の筐体を有し、該筐体の内部には、外部から供給された交流電力を整流する整流器と、整流された電力を平滑化する平滑回路と、該平滑回路により平滑化された電力を前記電動モータを駆動するための交流電力に変換するトランジスタ回路と、前記トランジスタ回路を制御するインバータ制御部と、を配置し、前記一対の貯留タンクと前記筐体の外側との間には、冷却風が流通する冷却風流通路を形成する構成としている。
【００１０】
このように構成したことにより、給電制御手段を用い電動モータの回転位置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、電圧の周波数を可変に制御するインバータ制御を行うことができ、電動モータの消費電力を低減することができる。そして、給電制御手段を一対の貯留タンク間に挟むようにして電動モータの下側に設けることにより、圧縮機全体の上下方向の高さ寸法、左右方向の幅寸法を小さくでき、給電制御手段をコンパクトに配置することができる。
また、一対の貯留タンクと給電制御装置の筐体の外側との間には冷却風流通路を形成したから、冷却ファンによる冷却風は速い流れとなって冷却風流通路を流通する。これにより、インバータ制御を行う給電制御装置が発熱しても、冷却風流通路を流通する冷却風によって給電制御装置を確実に冷却することができる。
さらに、筐体の内部には、整流器、平滑回路、トランジスタ回路およびインバータ制御部を配置した。このため、インバータ制御によってトランジスタ回路が発生する高周波のノイズを、金属製の筐体によって遮断でき、ノイズが外部に漏れるのを防止することができる。
【００１１】
また、請求項２の発明による空気圧縮機は、軸に沿って長い形状の２つの貯留タンクを、前記軸が左，右に離間した状態で互いに並設し、圧縮空気を貯留する一対の貯留タンクと、該一対の貯留タンクの上側に配置された電動モータと、前記電動モータによって駆動される冷却ファンと、前記一対の貯留タンクの上側に配置され、前記電動モータによって駆動され、前記一対の貯留タンクに圧縮空気を供給する圧縮機本体と、前記一対の貯留タンクの間であって前記電動モータよりも下側に配置され、前記電動モータに供給する電流をインバータ制御する給電制御装置と、を備え、前記電動モータは、該電動モータのモータケースと前記圧縮機本体とを軸方向に貫通して延びる回転軸を有し、該回転軸には前記冷却ファンが設けられ、前記給電制御装置は、前記貯留タンクの軸方向に長い形状の金属製の筐体を有し、該筐体の内部には、外部から供給された交流電力を整流する整流器と、整流された電力を平滑化する平滑回路と、該平滑回路により平滑化された電力を前記電動モータを駆動するための交流電力に変換するトランジスタ回路と、前記トランジスタ回路を制御するインバータ制御部と、を配置し、前記一対の貯留タンクと前記筐体の外側との間には、前記冷却ファンによって作られる冷却風の一部が導かれ、冷却風が流通する冷却風流通路を形成する構成としている。
【００１２】
このように構成した請求項２の発明でも、請求項１の発明と同様な作用効果を得ることができる。
【００１３】
また、請求項３の発明による空気圧縮機は、軸に沿って長い形状の２つの貯留タンクを、前記軸が左，右に離間した状態で互いに並設し、圧縮空気を貯留する一対の貯留タンクと、該一対の貯留タンクの上側に配置された電動モータと、前記電動モータによって駆動される冷却ファンと、前記一対の貯留タンクの上側に配置され、前記電動モータによって駆動され、前記一対の貯留タンクに圧縮空気を供給する圧縮機本体と、前記一対の貯留タンクの間であって前記電動モータよりも下側に配置され、前記電動モータに供給する電流をインバータ制御する給電制御装置と、を備え、前記給電制御装置は、前記貯留タンクの軸方向に長い形状の金属製の筐体を有し、該筐体の内部には、外部から供給された交流電力を整流する整流器と、整流された電力を平滑化する平滑回路と、該平滑回路により平滑化された電力を前記電動モータを駆動するための交流電力に変換するトランジスタ回路と、前記トランジスタ回路を制御するインバータ制御部と、を配置し、
前記一対の貯留タンクと前記筐体の外側との間には、冷却風が流通する冷却風流通路を形成し、該冷却風流通路の断面積は、該冷却風流通路の途中で変化している構成としている。
このように構成した請求項３の発明でも、請求項１の発明と同様な作用効果を得ることができる。
【００１４】
また、請求項４の発明では、前記冷却風流通路は、その断面積が前記冷却風流通路の途中で狭くなり、冷却風の流速が速くなる形状としている。
【００１５】
これにより、例えば給電制御装置のうち最も高温となるトランジスタ回路を流速の速い冷却風を用いて確実に冷却することができる。
【００１６】
また、請求項５の発明では、前記電動モータには、該電動モータの回転位置を検出する回転検出器を設け、前記インバータ制御部は、該回転検出器の出力に基づき前記トランジスタ回路を制御し、前記電動モータに供給する交流電流を作る構成としている。
【００１７】
これにより、インバータ制御部は、回転検出器からの検出信号に従って電動モータの回転トルクが最大となるように電動モータに対する給電を制御する制御信号を出力することができる。また、インバータ制御部の近傍に回転検出器を設けることにより、インバータ制御部と回転検出器との間を接続する配線長さを短くでき、ノイズ等の侵入を防止することができる。
【００１８】
また、請求項６の発明では、前記給電制御装置には商用電源が供給され、該商用電源を前記給電制御装置に供給するための電源ケーブルが、前記一対の貯留タンクの間から外部に延出するように設ける構成としている。
【００１９】
さらに、請求項７の発明では、前記電動モータは、該電動モータの回転軸が前記各貯留タンクの軸と同方向となるように配置している。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による空気圧縮機として２段式空気圧縮機を例に挙げて図１ないし図１０に従って詳細に説明する。
【００２１】
図において、１，１は左，右に離間して互いに並行に延びた一対の貯留タンク（以下、タンク１という）で、該各タンク１は、金属チューブ等から略円筒状の密閉容器として形成され、後述する下側フレーム５、上側フレーム６によって連結されている。そして、各タンク１の長さ方向両端側には、その下側位置に脚体２，２，…が取付けられ、上側位置には運搬用の把手３，３が取付けられている。
【００２２】
また、各タンク１上には後述の圧縮機本体７、電動モータ１２等を上側から覆う保護カバー４が図１に示す如く設けられ、該保護カバー４は必要に応じて取外されるようになっている。なお、図４ないし図６では保護カバー４を取外した状態で示している。
【００２３】
５，５は各タンク１の下側に位置して各タンク１を左右方向で連結した下側フレームで、該下側フレーム５は図５および図６に示す如く高い剛性をもった金属金具等からなり、例えば各タンク１の長さ方向（前後方向）両端側で該各タンク１に溶接等の手段で固着されている。
【００２４】
６，６は各タンク１の上側に位置して各タンク１を左右方向で連結した上側フレームで、該上側フレーム６は下側フレーム５とほぼ同様に高い剛性をもった金属材等からなり、例えば各タンク１の長さ方向（前後方向）に離間して該各タンク１に溶接等の手段で固着されている。そして、上側フレーム６，６は、圧縮機本体７を電動モータ１２と共に下側から支承する構成となっている。
【００２５】
７は各タンク１間に位置して上側フレーム６上に取付けられた圧縮機本体で、該圧縮機本体７は、略円筒状のクランクケース８と、該クランクケース８の径方向に突出して設けられたシリンダ９Ａとシリンダヘッド９Ｂからなる第１段の圧縮機構９と、該第１段の圧縮機構９の反対側に位置して前記クランクケース８に設けられたシリンダ１０Ａとシリンダヘッド１０Ｂとからなる第２段の圧縮機構１０とによって大略構成されている。
【００２６】
そして、第１段の圧縮機構９と第２段の圧縮機構１０とは、図４に示す如く左，右方向へと横向きに突出して設けられ、シリンダ９Ａ，１０Ａ内にはピストン（図示せず）が摺動可能に挿嵌されている。また、前記シリンダヘッド９Ｂ，１０Ｂには吸込弁、吐出弁（いずれも図示せず）等が内蔵され、これら２つの圧縮機構９，１０間は連通管１１を介して接続されている。
【００２７】
このように、本実施の形態による圧縮機本体７は、所謂水平対向型の２段式空気圧縮機として構成されている。
【００２８】
１２は各タンク１間に位置してクランクケース８の後部側に設けられた電動モータで、該電動モータ１２は、例えばインバータ制御式のリラクタンスモータからなり、図４に示すようにクランクケース８と同軸に配設されたモータケース１３と、該モータケース１３内に配設された例えば３相のステータコイルからなるステータ１４と、該ステータ１４の内周側に設けられたロータ１５と、該ロータ１５の内周側に嵌合されロータ１５と共に回転する回転軸１６とから構成されている。
【００２９】
ここで、回転軸１６は、圧縮機本体７、電動モータ１２のモータケース１３を軸方向に貫通して設けられると共に、その前側はクランクケース８内にクランク軸となって配設され、後側が電動モータ１２のロータ１５に挿嵌されている。そして、回転軸１６の両端側は、圧縮機本体７、モータケース１３から外側へ突出している。また、モータケース１３の下側部位は、クランクケース８の下側部位と共に各タンク１，１間に部分的に入り込み、圧縮機の全高を可及的に低くしている。
【００３０】
そして、電動モータ１２は、後述する給電制御装置２０を介して外部の電源に接続されている。これにより、電動モータ１２は、その回転駆動が給電制御装置２０によってインバータ制御されるものである。
【００３１】
１７は圧縮機本体７の前側に位置して回転軸１６の前端側に設けられた第１の冷却ファンとしての吸気ファンで、該吸気ファン１７は、その外径寸法を後述する排気ファン１８の外径寸法よりも大きく形成することにより、該吸気ファン１７による冷却風の吸込量を排気ファン１８による冷却風の吐出量よりも大きく設定している。これにより、吸気ファン１７によって保護カバー４内に吸込まれた冷却風を当該保護カバー４内の全体に行き渡らせると共に、圧縮機本体７、電動モータ１２の下側に位置する給電制御装置２０にも十分な冷却風を供給するものである。
【００３２】
１８は電動モータ１２の後側に位置して回転軸１６の後端側に設けられた第２の冷却ファンとしての排気ファンで、該排気ファン１８は、保護カバー４内の空気を排出することにより、吸気ファン１７の吸気効率を高めるものである。また、排気ファン１８は、電動モータ１２の下面側から空気を排出し、給電制御装置２０の前側から後側に向けて図６中の矢印の方向へと冷却風を流通させるものである。
【００３３】
１９は電動モータ１２の回転位置を検出するためモータケース１３の後端側に設けられた回転検出器で、該回転検出器１９は、例えば回転軸１６に取付けられたマグネットと該マグネットによる磁束を検出するホール素子等（いずれも図示せず）によって構成されている。そして、回転検出器１９は、配線を介して給電制御装置２０のインバータ制御部３０に接続され、該インバータ制御部３０に向けて回転軸１６の回転位置に応じた検出信号を出力するものである。
【００３４】
２０は電動モータ１２への給電をインバータ制御するための給電制御装置で、該給電制御装置２０は、後述する回路用ケーシング２１、給電部２３、インバータ制御部３０によって構成されている。そして、給電制御装置２０は、圧縮機本体７、電動モータ１２の下側に位置して各タンク１，１間に配設されている。これにより、給電制御装置２０は、圧縮機本体７、電動モータ１２との間に前後方向に延びる冷却風流通路Ａを画成し、該冷却風流通路Ａには吸気ファン１７から排気ファン１８に向かう冷却風が流通するものである。
【００３５】
２１は筐体となる略箱状の回路用ケーシングで、該回路用ケーシング２１は、例えば薄い金属板をプレス加工することにより形成され、タンク１，１間に位置して前後方向に延びる箱部２１Ａと、該箱部２１Ａの前後方向中央に位置して下側部２３Ａの上側に設けられ、箱部２１Ａとの間に後述する平滑回路２６等を収容する収容空間Ｂを画成する蓋部２１Ｂとから構成されている。そして、箱部２１Ａの前後方向両端側は、ボルト２２等によって下側フレーム５に固定されている。
【００３６】
２３は電動モータ１２に駆動電力を供給するための給電部で、該給電部２３は各タンク１の長さ方向中間部に位置して回路用ケーシング２１の箱部２１Ａに取り付けられている。
【００３７】
そして、給電部２３は、電源ケーブル２４等を介して外部の商用電源等に接続され例えば１００Ｖの単相交流電圧を整流するダイオードによるブリッジ回路からなる整流器２５と、該整流器２５に接続され整流された電圧を平滑化して直流電圧を出力する複数のコンデンサ２６Ａからなる平滑回路２６と、該平滑回路２６と電動モータ１２との間に設けられインバータ制御部３０からの制御信号に応じて開成，閉成することによって該平滑回路２６による直流電圧をパルス変調し、周波数可変の擬似的な交流電圧として電動モータ１２に出力する例えば６個のパワートランジスタからなるトランジスタ回路２７とによって概略構成されている。
【００３８】
また、電源ケーブル２４と整流器２５との間にはコイル等からなるリアクトル２８が接続され、該リアクトル２８は、箱部２１Ａの前端側に取り付けられている。そして、リアクトル２８は、単相交流電圧を直流電圧に変換するときに、外部の商用電源側に向けて高調波成分を多く含んだ電流が流れるのを防止し、力率を改善するものである。
【００３９】
また、整流器２５は発熱源となるため、この整流器２５は、蓋部２１Ｂ側に取り付けられると共に、タンク１の長さ方向の中間部に位置して収容空間Ｂ内の上側に配設されている。このため、整流器２５から発生した熱は、蓋部２１Ｂを通じて放熱されるものである。また、コンデンサ２６Ａは、箱部２１Ａの底面側に取り付けられると共に、収容空間Ｂ内の下側に配設され、整流器２５と隙間をもって対面している。
【００４０】
一方、トランジスタ回路２７は発熱源として最も高温になり易いため、このトランジスタ回路２７は、放熱板２９に取り付けられると共に、電動モータ１２の下側に位置して排気ファン１８の近傍に配設されている。そして、放熱板２９は、蓋部２１Ｂの前側に位置して箱部２１Ａの上側に取り付けられている。また、放熱板２９は、蓋部２１Ｂと共に箱部２１Ａとの間に収容空間Ｂを画成すると共に、トランジスタ回路２７を収容空間Ｂ内に配設している。このため、収容空間Ｂは、箱部２１Ａ、蓋部２１Ｂ、放熱板２９によって静電遮蔽されている。
【００４１】
そして、放熱板２９は、回路用ケーシング２１の蓋部２１Ｂに比べて電動モータ１２に接近した位置に設けられている。このため、冷却風流通路Ａのうち放熱板２９と電動モータ１２との間が最も狭い狭路部Ａ1 となっている。
【００４２】
また、発熱源となるトランジスタ回路２７は、整流器２５とは前後方向に離間し、熱に弱い傾向があるコンデンサ２６Ａとは上下方向に離間している。これにより、コンデンサ２６Ａは、発熱源となる整流器２５、トランジスタ回路２７との間に隙間が形成されると共に、これらの整流器２５、トランジスタ回路２７の下側に配設されている。
【００４３】
３０は収容空間Ｂの外側に位置して回路用ケーシング２１の後端面側に設けられ電動モータ１２をインバータ制御するインバータ制御部で、該インバータ制御部３０は、マイクロコンピュータ等によって構成され、その入力側が回転検出器１９等に接続され、出力側は給電部２３のトランジスタ回路２７等に接続されている。そして、インバータ制御部３０は、回転検出器１９からの検出信号に基づきトランジスタ回路２７のパワートランジスタを開成，閉成することによって、電動モータ１２のステータ１４に供給する電流、電圧の周波数を変化させ、電動モータ１２の回転数等を制御している。
【００４４】
即ち、インバータ制御部３０は、トランジスタ回路２７のパワートランジスタを開成，閉成することにより、ステータ１４の３相のステータコイルに電流を順次供給する。このとき、インバータ制御部３０は、各コイルに供給する電流の周波数が上昇させることによって、電動モータ１２を高速で回転し、電流の周波数が低下させることによって、電動モータ１２を低速で回転させるものである。また、インバータ制御部３０は、回転検出器１９からの検出信号に基づきロータ１５の回転位置を監視し、ロータ１５の回転位置に応じてステータ１４の各コイルに供給する電流値を決定する。これにより、インバータ制御部３０は、最大の回転トルクを発生するように電動モータ１２の駆動を制御するものである。
【００４５】
本実施の形態による空気圧縮機は上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【００４６】
まず、電動モータ１２に給電して回転軸１６を回転駆動させると、第１段の圧縮機構９と第２段の圧縮機構１０が作動する。このとき、連接棒を介して連結されたピストンがシリンダ９Ａ，１０Ａ内で往復動し、第１段の圧縮機構９から連通管１１を経由して第２段の圧縮機構１０側に圧縮空気が供給される。そして、第２段の圧縮機構１０は、第１段の圧縮機構９による圧縮空気をさらに加圧すると共に、この圧縮空気を各タンク１に向けて吐出する。これにより、タンク１内には圧縮空気が貯留される。
【００４７】
このとき、インバータ制御部３０は、トランジスタ回路２７のパワートランジスタを開成，閉成し、電動モータ１２をインバータ制御している。そして、トランジスタ回路２７は例えば１４０Ｖ程度の直流電圧が印加されているから、トランジスタ回路２７の開成，閉成によってトランジスタ回路２７は高温に加熱する。また、整流器２５も１００Ｖ程度の交流電圧が印加されているから、整流器２５からも熱が発生する。
【００４８】
ここで、電動モータ１２の回転軸１６には吸気ファン１７、排気ファン１８が取り付けられているため、圧縮機本体７、電動モータ１２の近傍には冷却風が流通する。そして、吸気ファン１７と排気ファン１８は、いずれも前後方向の前側から後側に向けて冷却風を流通させるから、吸気ファン１７によって圧縮機本体７の周囲に供給された冷却風は電動モータ１２の近傍を通過して排気ファン１８によって排気される。
【００４９】
このとき、圧縮機本体７側から電動モータ１２側に向けて流れる冷却風の一部は、電動モータ１２の下面に沿って流入するから、この冷却風は、タンク１，１間に設けられた給電制御装置２０の周囲に供給される。そして、給電制御装置２０の整流器２５とトランジスタ回路２７は、電動モータ１２の下面近傍となる回路用ケーシング２１の上側に取り付けられ、この部分には前記冷却風が速い流れとなって流通する。
【００５０】
このため、回路用ケーシング２１の底面側に取付けられた平滑回路２６に比べて整流器２５、トランジスタ回路２７には多くの冷却風が供給されるから、整流器２５、トランジスタ回路２７は確実に冷却される。
【００５１】
また、圧縮機本体７、電動モータ１２と給電制御装置２０との間に画成された冷却風流通路Ａは、トランジスタ回路２７の放熱板２９と電動モータ１２との間が最も狭い狭路部Ａ1 となっているから、この狭路部Ａ1 によって放熱板２９の周囲を通過する冷却風の流速が速くなる。このため、給電制御装置２０のうち最も高温となるトランジスタ回路２７を確実に冷却することができる。
【００５２】
かくして、本実施の形態によれば、給電制御装置２０を電動モータ１２の下側に位置して各タンク１，１間に設けたから、圧縮機全体の上下方向の高さ寸法、左右方向の幅寸法を小さくでき、給電制御装置２０をコンパクトに配置することができる。この結果、例えば車両等で運搬するときの占有スペースを小さくできると共に、作業現場等での持ち運び作業を容易に行うことができる。また、給電制御装置２０によって電動モータ１２をインバータ制御することによって電動モータ１２の消費電力を低減することができる。
【００５３】
一方、給電制御装置２０の給電部２３を各タンク１の長さ方向中間部に配置し、インバータ制御部３０を給電部２３よりも各タンク１の後端側に配置したから、インバータ制御部３０の保守、点検作業をタンク１の後端側から行うことができ、電動モータ１２の制御を変更、調整等するときのメンテナンス性を向上させることができる。また、インバータ制御部３０はマイクロコンピュータ等によって構成されているから、熱に弱い傾向がある。しかし、本実施の形態では、このインバータ制御部３０をトランジスタ回路２７等の発熱源を有する給電部２３から離した状態で配設することができ、インバータ制御部３０の信頼性を向上することができる。
【００５４】
また、電動モータ１２をインバータ制御するときには、インバータ制御部３０によってトランジスタ回路２７のパワートランジスタを高速で開成，閉成するかた、トランジスタ回路２７は高周波のノイズを発生させる。しかし、本実施の形態では、トランジスタ回路２７を含む給電部２３を回路用ケーシング２１と放熱板２９によって静電遮蔽された収容空間Ｂ内に収容している。このため、トランジスタ回路２７による高周波のノイズを、回路用ケーシング２１によって遮断でき、ノイズが外部に漏れるのを防止することができる。
【００５５】
また、給電部２３のトランジスタ回路２７を放熱板２９を取り付けた状態で電動モータ１２近傍に設け、整流器２５をトランジスタ回路２７と長さ方向に離間した位置に設けると共に、コンデンサ２６Ａをトランジスタ回路２７と整流器２５に対して上下方向の下側に離間して設けている。このため、給電部２３のうちで、最も高温となり易いトランジスタ回路２７は、放熱板２９によって冷却することができる。また、熱によって損傷し易いコンデンサ２６Ａを発熱が生じる整流器２５、トランジスタ回路２７に対して下側に離間した状態で配置したから、整流器２５、トランジスタ回路２７による熱が対流等によってコンデンサ２６Ａに伝わるのを遮断することができる。
【００５６】
また、電動モータ１２の後端側には、インバータ制御部３０の近傍に位置しての電動モータ１２の回転位置を検出する回転検出器１９を設け、該回転検出器１９をインバータ制御部３０に接続したから、インバータ制御部３０と回転検出器１９とを近付けることでき、インバータ制御部３０と回転検出器１９との間の配線長さを短くしてノイズの侵入等を抑止することができる。このため、電動モータ１２の正確な回転位置に従って電動モータ１２を駆動することができるから、電動モータ１２の回転トルクを確実に大きくすることができる。
【００５７】
さらに、電動モータ１２の回転軸１６にはその両端側に圧縮機本体７、電動モータ１２、給電制御装置２０に冷却風を供給する吸気ファン１７、排気ファン１８を設けたから、吸気ファン１７、排気ファン１８によって圧縮機本体７、電動モータ１２、給電制御装置２０に多量の冷却風を供給することができ、これらを確実に冷却することができる。
【００５８】
なお、実施の形態では、圧縮機本体として水平対向型の２段式空気圧縮機からなる圧縮機本体７を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、１段または３段以上の空気圧縮機を圧縮機本体として用いてもよく、また、シリンダの配置形態もＶ型等の他の形態としてもよい。
【００５９】
また、実施の形態では、吸気ファン１７の外径寸法を排気ファン１８の外径寸法よりも大きくすることにより、吸気ファン１７の吸込量を排気ファン１８の吐出量よりも大きくした場合を例示したが、これに替えて、例えば、吸気ファン１７の外径寸法と排気ファン１８の外径寸法を同等とし、羽根の枚数、形状、角度等を変更することによって吸気ファン１７の吸込量を大きくしてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述した如く、請求項１，２，３の発明によれば、給電制御装置を圧縮機本体と電動モータの下側に位置して一対の貯留タンクの間に設けたから、圧縮機全体の上下方向の高さ寸法、左右方向の幅寸法を小さくでき、給電制御装置をコンパクトに配置することができる。この結果、運搬時における圧縮機の占有スペースを小さくできると共に、作業現場等での持ち運び作業を容易に行うことができる。また、給電制御装置によって電動モータをインバータ制御することによって電動モータの消費電力を低減することができる。
【００６１】
また、請求項１，２，３の発明によれば、一対の貯留タンクと給電制御装置の筐体の外側との間には冷却風流通路を形成したから、冷却ファンによる冷却風は速い流れとなって冷却風流通路を流通する。これにより、インバータ制御を行う給電制御装置が発熱しても、冷却風流通路を流通する冷却風によって給電制御装置を確実に冷却することができる。
【００６２】
また、請求項１，２，３の発明によれば、筐体の内部には、整流器、平滑回路、トランジスタ回路およびインバータ制御部を配置した。このため、インバータ制御によってトランジスタ回路が発生する高周波のノイズを、金属製の筐体によって遮断でき、ノイズが外部に漏れるのを防止することができる。
【００６３】
また、請求項４の発明によれば、冷却風流通路は、その断面積が冷却風流通路の途中で狭くなり、冷却風の流速が速くなる形状としたから、例えば給電制御装置のうち最も高温となるトランジスタ回路を流速の速い冷却風を用いて確実に冷却することができる。
【００６４】
また、請求項５の発明によれば、電動モータには、電動モータの回転位置を検出する回転検出器を設け、インバータ制御部は該回転検出器の出力に基づいてトランジスタ回路を制御し、電動モータに供給する交流電流を作る構成とした。このため、電動モータの正確な回転位置に従って電動モータを駆動することができるから、電動モータの回転トルクを確実に大きくすることができる。
【００６５】
また、請求項６の発明のように、商用電源を給電制御装置に供給するための電源ケーブルは、一対の貯留タンクの間から外部に延出するように設ける構成としてもよい。
さらに、請求項７の発明のように、電動モータは、該電動モータの回転軸が各貯留タンクの軸と同方向となるように配置する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるタンク一体型の２段式空気圧縮機を示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態による空気圧縮機を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態による空気圧縮機を示す底面図である。
【図４】図２中の保護カバーを取外した状態の空気圧縮機を示す平面図である。
【図５】保護カバーを取外した状態の空気圧縮機を示す図４の右側面図である。
【図６】空気圧縮機の給電制御装置等を示す図５中の矢示VI−VI方向からみた断面図である。
【図７】実施の形態による給電制御装置を単体で示す平面図である。
【図８】実施の形態による給電制御装置を示す図７の左側面図である。
【図９】実施の形態による給電制御装置を蓋部、放熱板を取外した状態で示す平面図である。
【図１０】実施の形態による給電制御装置を示す電気回路図である。
【符号の説明】
１ 貯留タンク
７ 圧縮機本体
１２ 電動モータ
１３ モータケース
１６ 回転軸
１７ 吸気ファン（第１の冷却ファン）
１８ 排気ファン（第２の冷却ファン）
１９ 回転検出器
２０ 給電制御装置
２１ 回路用ケーシング（筐体）
２３ 給電部
２４ 電源ケーブル
２５ 整流器
２６ 平滑回路
２６Ａ コンデンサ
２７ トランジスタ回路
３０ インバータ制御部
Ａ 冷却風流通路
Ａ 1 狭路部
Claims (7)
- 軸に沿って長い形状の２つの貯留タンクを、前記軸が左，右に離間した状態で互いに並設し、圧縮空気を貯留する一対の貯留タンクと、
該一対の貯留タンクの上側に配置された電動モータと、
前記電動モータによって駆動される冷却ファンと、
前記一対の貯留タンクの上側に配置され、前記電動モータによって駆動され、前記一対の貯留タンクに圧縮空気を供給する圧縮機本体と、
前記一対の貯留タンクの間であって前記電動モータよりも下側に配置され、前記電動モータに供給する電流をインバータ制御する給電制御装置と、を備え、
前記給電制御装置は、前記貯留タンクの軸方向に長い形状の金属製の筐体を有し、
該筐体の内部には、外部から供給された交流電力を整流する整流器と、整流された電力を平滑化する平滑回路と、該平滑回路により平滑化された電力を前記電動モータを駆動するための交流電力に変換するトランジスタ回路と、前記トランジスタ回路を制御するインバータ制御部と、を配置し、
前記一対の貯留タンクと前記筐体の外側との間には、冷却風が流通する冷却風流通路を形成する構成としてなる空気圧縮機。 - 軸に沿って長い形状の２つの貯留タンクを、前記軸が左，右に離間した状態で互いに並設し、圧縮空気を貯留する一対の貯留タンクと、
該一対の貯留タンクの上側に配置された電動モータと、
前記電動モータによって駆動される冷却ファンと、
前記一対の貯留タンクの上側に配置され、前記電動モータによって駆動され、前記一対の貯留タンクに圧縮空気を供給する圧縮機本体と、
前記一対の貯留タンクの間であって前記電動モータよりも下側に配置され、前記電動モータに供給する電流をインバータ制御する給電制御装置と、を備え、
前記電動モータは、該電動モータのモータケースと前記圧縮機本体とを軸方向に貫通して延びる回転軸を有し、該回転軸には前記冷却ファンが設けられ、
前記給電制御装置は、前記貯留タンクの軸方向に長い形状の金属製の筐体を有し、
該筐体の内部には、外部から供給された交流電力を整流する整流器と、整流された電力を平滑化する平滑回路と、該平滑回路により平滑化された電力を前記電動モータを駆動するための交流電力に変換するトランジスタ回路と、前記トランジスタ回路を制御するインバータ制御部と、を配置し、
前記一対の貯留タンクと前記筐体の外側との間には、前記冷却ファンによって作られる冷却風の一部が導かれ、冷却風が流通する冷却風流通路を形成する構成としてなる空気圧縮機。 - 軸に沿って長い形状の２つの貯留タンクを、前記軸が左，右に離間した状態で互いに並設し、圧縮空気を貯留する一対の貯留タンクと、
該一対の貯留タンクの上側に配置された電動モータと、
前記電動モータによって駆動される冷却ファンと、
前記一対の貯留タンクの上側に配置され、前記電動モータによって駆動され、前記一対の貯留タンクに圧縮空気を供給する圧縮機本体と、
前記一対の貯留タンクの間であって前記電動モータよりも下側に配置され、前記電動モータに供給する電流をインバータ制御する給電制御装置と、を備え、
前記給電制御装置は、前記貯留タンクの軸方向に長い形状の金属製の筐体を有し、
該筐体の内部には、外部から供給された交流電力を整流する整流器と、整流された電力を平滑化する平滑回路と、該平滑回路により平滑化された電力を前記電動モータを駆動するための交流電力に変換するトランジスタ回路と、前記トランジスタ回路を制御するインバータ制御部と、を配置し、
前記一対の貯留タンクと前記筐体の外側との間には、冷却風が流通する冷却風流通路を形成し、
該冷却風流通路の断面積は、該冷却風流通路の途中で変化している構成としてなる空気圧縮機。 - 前記冷却風流通路は、その断面積が前記冷却風流通路の途中で狭くなり、冷却風の流速が速くなる形状としてなる請求項３に記載の空気圧縮機。
- 前記電動モータには、該電動モータの回転位置を検出する回転検出器を設け、
前記インバータ制御部は、該回転検出器の出力に基づき前記トランジスタ回路を制御し、前記電動モータに供給する交流電流を作る構成としてなる請求項１，２，３または４に記載の空気圧縮機。 - 前記給電制御装置には商用電源が供給され、該商用電源を前記給電制御装置に供給するための電源ケーブルが、前記一対の貯留タンクの間から外部に延出するように設けてなる請求項１，２，３，４または５に記載の空気圧縮機。
- 前記電動モータは、該電動モータの回転軸が前記各貯留タンクの軸と同方向となるように配置してなる請求項１，２，３，４，５または６に記載の空気圧縮機。
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