CN100472068C - 空气供给装置 - Google Patents

Abstract

一种空气供给装置，在其所使用的旋转自如地支撑旋转轴的轴承、旋转自如地支撑动涡盘的轴承、以及旋转自如地支撑使动涡盘进行旋转动作的自转约束部件的轴承等中封入润滑脂，在支撑动涡盘的轴承的转动体的两侧安装密封材料，使该密封材料的内端部以及外端部分别和内圈以及外圈相接触。

Description

空气供给装置

技术领域

本发明涉及一种作为例如发动机的增压充电器或者燃料电池的空气压缩机而使用的空气供给装置。

背景技术

一般的流体机器，使用润滑油(oil)来进行机器滑动部的润滑，从而防止烧结和异常磨损的产生。因此，在排出的流体中会混入不少的润滑油，而将这些润滑油完全地分离是件非常困难的事情。因此，提出了一种在轴承等滑动部采用封入润滑脂的滚珠轴承等轴承，在轴承内部完成润滑，从而进行供给干净的流体的装置(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：实开昭62-59788号公报(第9-10页、第1图)

而且，封入润滑脂的轴承不仅限于流体机器，也可以使用在汽车或者医疗器械等各种各样领域中。这样的封入润滑脂的轴承，其两侧具有密封材料，用来防止大气中的粉尘和水分混入润滑脂。并且，封入润滑脂的轴承，如果单单用来支撑旋转运动，则封入在内部的润滑脂不会向轴承外部漏出。

但是，在通过动涡盘相对于静涡盘进行旋转运动压缩流体的涡旋式流体机器的情况下，由于动涡盘以一定的半径进行旋转运动，所以离心力对安装在动涡盘上的轴承自身起作用。因此，封入在内部的润滑脂从密封材料的端面渗出，产生向外部飞散的现象。

又，位于压缩机内部的轴承，其两端产生压力差，有时会助长润滑脂的渗漏。若发生润滑脂的渗漏，则不仅降低了轴承自身的可靠性，同时在排出流体内也可能含有润滑脂。

发明内容

本发明鉴于以上问题，其目的在于提供一种润滑脂几乎不从轴承渗漏，在提高轴承的寿命以及可靠性的同时，可以提供清洁的排出空气的空气供给装置。

为了达到上述目的，本发明的空气供给装置具有压缩机构部和驱动该压缩机构部的驱动部，所述压缩机构部，具有相互啮合的静涡盘和动涡盘，所述驱动部，通过所述压缩机构部和一体形成在所述驱动部上的旋转轴，使所述动涡盘相对于所述静涡盘进行旋转运动，从而压缩吸入的空气；其特征在于，在旋转自如地支撑所述旋转轴的轴承、旋转自如地支撑所述动涡盘的轴承、以及旋转自如地支撑使所述动涡盘进行旋转动作的自转约束部件的轴承中封入润滑脂，而且在支撑所述动涡盘的轴承的转动体的两侧，安装密封材料，使该密封材料的内端部以及外端部分别和内圈以及外圈相接触。

根据本发明，因为空气供给装置所使用的轴承为封入润滑脂型的轴承，所以，不需要使用润滑油来对滑动部进行润滑，这样，在排出空气中就不会含有润滑油雾，可以供给清洁的排出空气。而且，动涡盘以一定的半径进行旋转运动，即使离心力作用在轴承内部的润滑脂上，但由于轴承的内圈以及外圈通过密封材料可靠地密封，所以可以防止润滑脂的飞散，从而提高轴承的寿命以及可靠性。

而且，如果使支撑所述动涡盘的轴承的所述密封材料的内端，从高压侧向低压侧发生弯曲，使该内端弯曲部和所述内圈接触，则形成了2重防止被压缩的高压空气经过动涡盘的中心部向吸入室的泄漏。并且，在低压侧，可以防止运转时因在轴承内部的温度以及压力上升而造成的滑脂从内部向外部的泄漏。

另外，如果使用丙烯酸橡胶、特氟隆橡胶以及含氟橡胶的任意一种作为所述密封材料，则可以实现减少因热而产生的硬化，能够承受高速运转，可以增大空气的供给量。而且还可以抑制润滑脂的泄漏量。

另外，在设置于上述自转约束部件的曲柄销的轴承插入部的表面上，形成沿轴心平行延伸的槽，或者也可以在上述动涡盘或者筒上，形成在压入支撑上述自转约束部件的轴承的嵌合凹部的内面、沿上述自转约束部件的轴心平行延伸的槽。这种情况下，该槽作为向动涡盘上组装自转约束部件时的空气放出通路，这样在嵌合时就不会产生密闭空间，自转约束部件也可以容易地组装。

另外，如果将上述槽的宽度以及深度设定在0.1mm～1.0mm的范围内，则不仅曲柄销的轴承插入部或者其嵌合凹部不会由于运转时的载荷产生变形，而且也充分起到作为空气的放出槽的作用。

附图说明

图1是本发明中沿空气供给装置的轴心的剖视图。

图2是沿设置在图1的空气供给装置上的动涡盘的轴心的剖视图。

图3是沿设置在图1的空气供给装置上的多个轴承中的一个轴心的剖视图。

图4是沿图3的轴承变形实例的轴心的剖视图(图中左侧为低压侧，右侧为高压侧)。

图5A是构成设置在图1的空气供给装置上的构成自转约束部件的曲柄销的主视图；图5B是图5A的曲柄销的侧视图。

图6是图2的动涡盘的后视图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是本发明的沿空气供给装置的轴心的剖视图，说明空气供给装置的整体构成。

如图1所示，本发明的空气供给装置由驱动部(马达部)10和压缩机构部20以及排出筒部50而构成。

驱动部10，由圆筒状的马达机架11、固定在该马达机架11内的定子12、固定在马达旋转轴41上并且在定子12内旋转的转子13、密封马达机架11的一端侧端面的马达轴承板14构成。马达轴承板14，在板中心部具有第1轴承71，通过该第1轴承71可以旋转自如地保持马达旋转轴41。

压缩机构部20，由通过机器旋转轴42而动作的动涡盘21、在和动涡盘21之间形成压缩空间26的静涡盘22、使动涡盘21产生旋转动作的自转约束部件23构成。在动涡盘21上，在其端板上以规定的高度竖立设置有动卷板21A；在静涡盘22上，在其端板上以规定的高度竖立设置有静卷板22A，动卷板21A和静卷板22A相互啮合配置。

而且，动卷板21A的侧面和静卷板22A的侧面，设置有互不接触的间隙。并且，在动卷板21A的前端面和静卷板22A的前端面上，分别设置有叶端密封21B、22B。因此，动卷板21A的前端部和静涡盘22，通过叶端密封21B相接触，静卷板22A的前端部和动涡盘21，通过叶端密封22B相接触。

机器筒31，由密封马达机架11的另一端侧端面和压缩机构部20的一端侧端面的圆盘状的隔板31A、覆盖压缩机构部20的外周部的圆筒部件31B构成。在隔板31A的中心部上具有贯通孔33，在该贯通孔33中设置有第2轴承72。马达旋转轴41的另一端侧端部，由该第2轴承72旋转自如地保持。在圆筒部件31B上，形成向压缩机构部20中导入空气的吸入口24。

排出筒51，由圆盘状的板51A、连接板51A的外周端的圆筒部件51B构成，在板51A的中心部设置有第3轴承73。另外，在机器旋转轴42的另一端侧端部上，安装有适配器48。适配器48，在其中心和马达旋转轴41的旋转中心一致的状态下，由第3轴承73旋转自如地保持。另外，在板51A上，形成导出由压缩机构部20压缩的空气的排出口25。

自转约束部件23，用来约束以机器旋转轴42为中心的动涡盘21的旋转，动涡盘21，仅以马达旋转轴41为中心进行旋转运动。具体为，自转约束部件23，通过配置在机器筒31和动涡盘21之间的曲柄销23A而构成，曲柄销23A，具有在各个轴端上旋转自如地保持曲柄销23A的轴承23B，23C。轴承23B，23C，优选封入润滑脂的滚珠轴承。曲柄销23A，在隔板31A和动涡盘21之间设置有多个(例如，3个以上)，各曲柄销23A，以离机器旋转轴42相等的距离，分别等间隔配置。

旋转轴40，由一体形成的马达旋转轴41和机器旋转轴42构成，一端侧由第1轴承71、中间位置由第2轴承72、另一端侧通过适配器48由第3轴承73旋转自如地保持。并且，由于利用第1轴承71和第2轴承72保持马达旋转轴41、利用第2轴承72和第3轴承73保持机器旋转轴42，所以马达旋转轴41和机器旋转轴42都形成两端支撑的结构。在曲柄部，机器旋转轴42相对于马达旋转轴41偏心设置。

在机器旋转轴42上，设置有轴承74、75，动涡盘21由这2个轴承74、75旋转自如地保持。另外，轴承74配置在动卷板21A的根侧，轴承75配置在动涡盘21A的前端侧。

而且，在机器旋转轴42上设置有预压弹簧44，预压弹簧44，以施加压缩负载的状态配设在平衡块47和轴承75之间。因此，预压弹簧44将轴承75的内圈侧部件推压向驱动部10一侧，由于轴承75的内圈侧部件被推压向驱动部10一侧，所以，该推压力通过滚珠传递到轴承75的外圈侧部件上，结果将动涡盘21推压向驱动部10一侧。施加在动涡盘21上的推压力，由曲柄销23A承受，在低速运转时防止动涡盘21的滚转，抑制振动的产生。

而且，在机器旋转轴42上设置有旋转轴密封垫45，旋转轴密封垫45位于轴承74和轴承75之间，与轴承75邻接设置。旋转轴45用于防止压缩空气泄漏到轴承74中。

在上述构成的空气供给装置中，当需要清洁的空气的情况下，滑动部的润滑成为最大的课题。虽然使用润滑油会产生良好的润滑效果，但是在排出空气中会含有润滑油雾，将润滑油雾除去则必须设置过滤器。而且，由于润滑油被慢慢地排出，必须定期进行添加润滑油。

因此，在本发明的空气供给装置中，第1轴承71、第2轴承72、第3轴承73、轴承74、75以及轴承23B、23C都采用内部封入润滑脂的轴承。由于采用了这样的轴承，滑动部仅在轴承的内部，通过润滑脂来进行润滑，所以可以提供清洁的空气。

下面，对以使用滚珠轴承作为轴承的情况进行说明。

图2是沿动涡盘21的轴心的剖视图，如该图所示，在动涡盘21上设置有保持机器旋转轴42的2个轴承74、75和构成自转约束部件23的多个轴承23B。

图3是将上述轴承74、75、23B的其中一个取出作为轴承80的图，参照图3对轴承80的内部结构进行说明。

虽然在轴承80中封入了润滑脂，但是运转时离心力作用在该润滑脂上，会使其向轴承80的外部漏出。尤其是在安装在轴承80的转动体84的两侧的密封材料81和轴承80的内圈82或者外圈83之间存在间隙的情况下，会造成润滑脂向外部飞散，致使轴承的寿命缩短。

因此，在本发明中，安装在轴承80上的密封材料81，沿着轴承80的轴心呈近似L字形的断面形状，该密封材料81的内端部以及外端部，分别可以和轴承80的内圈82以及外圈83接触。若密封材料81和轴承80的内圈82以及外圈83相接触，则即使离心力作用在内部的润滑脂上，由于将轴承80的内部和外部隔开而不留间隙，所以防止了润滑脂的泄漏。

在本发明的空气供给装置中，从图1的整体构成可知，在动涡盘21的前端部上存在被压缩的高压空气，在端板部存在大气压的吸入空气。高压空气向排出筒部50流动，经过排出口25排出到外部。但是高压空气也会穿过动涡盘21的中心部而从前端部流入端板部。为了防止上述情况的发生，在动涡盘21的中心内部设置旋转轴密封垫45，来防止高压空气的泄漏。但是，在使用旋转轴密封垫45的情况下，因为旋转轴密封垫45和机器旋转轴42的接触力很大，所以需要额外的动力。

因此，在本发明中，如图4所示，作为轴承80的密封材料，可以在高压一侧采用外压用81A的密封材料，在低压一侧采用内压用81B的密封材料。

若进一步详细叙述，则面向高压气体的密封材料81A，在内端部以及外端部上具有向低压侧弯曲的弯曲部，空气压力越高则内端弯曲部的前端和轴承内圈82的接触越紧密。而且，面向低压空气的密封材料81B，内端部和外端部相反地具有向低压侧弯曲的弯曲部，轴承80的内部压力越是上升，则内端弯曲部的前端和轴承内圈82的接触越紧密。因为通过该构成可以起到旋转轴密封垫45的作用，所以可以删除图1所示的旋转轴密封垫45，从而削减额外的动力、实现高效率。并且，因为随着压力的升高密封性能提高，所以轴承内部的润滑脂泄漏也可以大幅度降低。

但是，如果为了提高密封性能，而使密封材料81积极地和内圈82接触，则理所当然会引起发热，导致密封材料81的寿命降低。由于密封材料81根据温度会硬化，所以选定耐热温度高的橡胶是很重要的。因此，作为密封材料81的橡胶材料，优选使用丙烯酸橡胶、特氟隆橡胶或者含氟橡胶。按耐热温度由低到高顺次为丙烯酸橡胶、特氟隆橡胶、含氟橡胶，但是作为选定基准以最高旋转回数为一个标准为好。

在此，在将设置于动涡盘21上的轴承的密封垫完全接触的情况下，自转约束部件23的组装将非常困难。即，如图1所示，由于构成自转约束部件23的轴承23B、23C，被压入嵌合在形成于动涡盘21的端板背面的凹部、以及与其对应的形成于隔板31A上的凹部中，所以，在轴承背面不存在和外部连通的部位。但是，本发明的空气供给装置若使用接触型的轴承，则在嵌合曲柄销23A的时候，由于气体封闭在内部，所以必须设置空气的放出口。

因此，在本发明中，如图5A以及图5B所示，作为将封闭的空气放出的路径，在曲柄销23A的轴承插入部，即旋转轴的表面上形成沿轴心平行延伸的槽23L。利用该构成，在将曲柄销23A的旋转轴插入轴承之际，因为封闭的空气经过槽23L被排出，所以使得自转约束部件23的组装变得很容易。并且，由于经常和外界空气连通被均压化，所以即使在因运转、停止产生温度变化的情况下，通过轴承23B和曲柄销23A也可以抑制被封闭空气的压力变动。

取代形成曲柄销23A的旋转轴(轴承插入部)上的空气放出槽23L，也可以使用如图6所示的在压入轴承23B的动涡盘端板的嵌合凹部21H的内面或者筒31(隔板31A)的嵌合凹部的内面上，形成沿曲柄销23A的旋转轴轴心平行延伸的槽21L。因为通过该构成可以将封闭的空气经槽21L送出，所以使得自转约束部件23的安装变得很容易。

并且，空气的放出槽21L以及23L，优选将其宽度以及深度设定在0.1mm～1.0mm的范围内。如果槽形状过大(槽的宽度或者深度超过1.0mm)，则作为空气的通路是非常好的，但是会使曲柄销23A或者动涡盘嵌合部21H或者筒嵌合部的强度下降，导致有可能无法承受运转时的负载。相反，如果槽形状过小(槽的宽度或者深度设定为不足0.1mm)，则不能起到空气的放出槽的作用。因此，通过将空气放出槽21L以及23L的宽度以及深度设定在上述的范围内，即可以保证曲柄销23A或者动涡盘嵌合部21H或者筒嵌合部的强度，又可以起到空气的放出槽的作用。

Claims (6)

1.一种空气供给装置，具有压缩机构部和驱动该压缩机构部的驱动部，所述压缩机构部，具有相互啮合的静涡盘和动涡盘，所述驱动部，通过所述压缩机构部和一体形成在所述驱动部上的旋转轴，使所述动涡盘相对于所述静涡盘进行旋转运动，从而压缩吸入的空气；其特征在于，

在旋转自如地支撑所述旋转轴的轴承、旋转自如地支撑所述动涡盘的轴承、以及旋转自如地支撑使所述动涡盘进行旋转动作的自转约束部件的轴承中封入润滑脂，而且在支撑所述动涡盘的轴承的转动体的两侧，安装密封材料，使该密封材料的内端部以及外端部分别和内圈以及外圈相接触，使支撑所述动涡盘的轴承的所述密封材料的高压侧及低压侧的内端，从高压侧向低压侧发生弯曲，使该内端弯曲部和所述内圈接触。

2.根据权利要求1所述的空气供给装置，其特征在于，使用丙烯酸橡胶、特氟隆橡胶以及含氟橡胶的任意一种作为所述密封材料。

3.根据权利要求1或2所述的空气供给装置，其特征在于，所述自转约束部件具有曲柄销，在该曲柄销的轴承插入部的表面上，形成沿轴心平行延伸的槽。

4.根据权利要求1或2所述的空气供给装置，其特征在于，在压入支撑所述自转约束部件的轴承的动涡盘端板的嵌合凹部的内面上，形成沿所述自转约束部件的轴心平行延伸的槽。

5.根据权利要求3所述的空气供给装置，其特征在于，将所述槽的宽度以及深度设定在0.1mm～1.0mm的范围内。

6.根据权利要求4所述的空气供给装置，其特征在于，将所述槽的宽度以及深度设定在0.1mm～1.0mm的范围内。

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