CN101285457A

CN101285457A - 手提式高压空气空压机

Info

Publication number: CN101285457A
Application number: CNA2008100618704A
Authority: CN
Inventors: 郑水英; 钟美鹏; 潘晓弘; 李志海
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2008-10-15

Abstract

本发明公开了一种手提式高压空气空压机，它主要由低压级生成部分、高压级生成部分、储气罐部分和电机与控制系统部分组成。其中，低压级生成部分垂直布置、高压级生成部分水平布置、布置成L型的形式。低压级生成部分和高压级生成部分之间通过铜管相连，高压级生成部分和储气罐部分之间通过铜管相连，电机与控制系统部分的电机轴与空压机主轴同轴。本发明的手提式高压空气空压机可以产生高压气动工具所需的高压气源，整机效率高，结构紧凑，体积小，重量轻，便于携带。

Description

手提式高压空气空压机

技术领域

本发明涉及一种空压机，特别地，涉及一种方便携带的手提式高压空气空压机。

技术背景

空压机在国民经济和国防建设的许多部门中应用极广，不仅是许多工业部门工艺流程中的心脏设备，而且还常常用于为气动工具提供动力源。特别是室内装修业的兴起，为微型空压机开辟了一个新的广阔的市场空间。比如，以前的敲铁钉、拧螺丝之类的手工活，现在基本上已被相应的气动工具所取代。为了使气钉枪这类微型气动工具更加方便实用，采用高压气源的气动工具应运而生，同时也要求相应的空气空压机不仅能产生高压气源，而且要更加轻便。

另一方面，随着全世界范围能源危机的到来，各国政府都在为经济可持续发展的目的积极地推广节能降耗技术。空气空压机是高能耗产品，而且量大面广。出于生产成本的考虑，目前我国的空压机绝大部分采用普通的异步感应电动机驱动，这些电机通常效率低下(65~80％)，能源浪费非常严重。

空压机系统的节能优化有多种方法，包括改善空压机的冷却和润滑、减少摩擦功耗、变频调速、进气阀控制、余隙控制等，而近年来永磁电机的快速发展为中小型空压机的节能增添了一种新的途径。采用永磁同步电机驱动的空压机效率高、零部件少、重量轻、体积小、起动电流小、节能效果明显，但目前还存在的一些问题限制了这种空压机的推广应用。例如，在传统的永磁电机控制中，为了得到转子的精确位置和速度，最常用的方法是在转子轴上安装机械传感器，如光电编码器、霍耳效应传感器，但是这些传感器不但增加了系统的成本，而且其应用受到诸如温度、湿度和振动等条件的限制，降低了系统的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种手提式高压空气空压机。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种手提式高压空气空压机，它主要由低压级生成部分、高压级生成部分、储气罐部分和电机与控制系统部分组成。其中，低压级生成部分垂直布置、高压级生成部分水平布置、布置成L型的形式。低压级生成部分和高压级生成部分之间通过铜管相连，高压级生成部分和储气罐部分之间通过铜管相连，电机与控制系统部分的电机轴与空压机主轴同轴。

进一步地，所述低压级生成部分主要由低压缸盖、低压气阀、低压缸体、低压活塞、低压连杆和低压偏心轮组成。低压缸盖盖在低压气阀上，低压缸体与低压气阀相联。低压偏心轮通过低压连杆与低压缸体联接，低压偏心轮通过平键与空压机主轴相联。

所述高压级生成部分主要由高压缸盖、高压气阀、高压活塞、高压缸体、高压连杆和高压偏心轮组成。高压缸盖盖在高压气阀上，高压缸体与高压气阀相联。高压偏心轮通过高压连杆和高压活塞联接，高压偏心轮通过平键与空压机主轴相联。

所述储气罐部分主要由两个储气罐组成。两个储气罐通过连接两储罐铜管连接。

所述电机与控制系统部分主要由直流无刷电机和控制板组成，直流无刷电机转子与空压机主轴同轴。控制板通过连接电机与电路板电线与直流无刷电机相连。

本发明的有益效果是：本发明的手提式高压空气空压机可以产生高压气动工具所需的高压气源，整机效率高，结构紧凑，体积小，重量轻，便于携带。

附图说明

图1为本发明手提式高压空气空压机的结构示意图；

图2为图1所示手提式高压空气空压机的A-A剖视图；

图3为现有对动式两级空压机的示意图；

图4为现有对动方式布置的空压机和本发明L型布置的空压机的负载曲线图；

图5为现有对动方式布置的空压机和本发明L型布置的空压机转速波动比较图；

图6为现有对动方式布置的空压机和本发明L型布置的空压机电流比较图，图中，(a)为对动方式布置的空压机电流；(b)为L型布置的空压机电流；

图7为本发明L型布置的空压机往复惯性力的平衡原理图；

图中，1-高压端总成、2-级间铜管、3-低压总成、4-连接高压缸与储罐铜管、5-储罐、6-低压缸盖、7-低压气阀、8-低压缸体、9-低压活塞、10-低压连杆、11-低压偏心轮、12-高压偏心轮、13-高压连杆、14-高压缸体、15-高压活塞、16-高压气阀、17-高压缸盖、18-控制板、19-电机定子、20-连接电机与控制板的电线、21-电机转子、22-主轴、23-后机座、24-前机座。

具体实施方式

本发明的空压机两级压缩，排气压力在1.2-3.0Mpa之间，为了提高空压机的整机效率，降低其重量和体积，采用直流无刷电机驱动。普通的两级活塞式空压机的两个气缸，通常布置成对动的形式(如图3所示)，其往复惯性力可以互相抵消，空压机振动较小，但其阻力矩的波动较大，会引起直流无刷电机转速的波动，从而降低电机的效率，并增加噪音。本发明为了改善直流无刷电机的工作条件，提出将两个气缸布置成“L”型的形式(如图1所示)，高压缸水平布置，低压缸垂直布置，由此形成的空压机阻力矩波动相对较小，见图2，从而降低了对电机最大输出扭矩的要求，更重要的是可以减小电机的转速波动，从而降低噪音，提高了效率。与其同时，两个缸产生的大部分往复惯性力可以通过配重的方式被平衡，确保空压机的平稳工作。

图1为本发明手提式高压空气空压机的结构图，低压端总成3产生的低压气体经级间铜管2进入高压缸总成1，产生高压气体经过铜管4进入储罐5。

图2为图1所示手提式高压空气空压机A-A剖视图。包括四部分：低压级生成部分、高压级生成部分、储气罐部分、电机与控制系统部分。

低压级部分，低压缸盖6盖在低压气阀7上，低压缸体8与低压气阀7相联。低压偏心轮11通过轴承与低压连杆10联接，低压偏心轮11通过平键与空压机主轴相联。低压偏心轮11旋转带动低压连杆10摆动，低压连杆10摆动带动低压活塞9在低压缸体8里上下移动

高压级部分，高压缸盖17盖在高压气阀16上，高压缸体14与高压气阀15相联。高压偏心轮12通过轴承与高压连杆13联接，高压偏心轮12通过平键与空压机主轴相联。高压偏心轮12旋转带动高压连杆13摆动，高压连杆13摆动带动高压活塞15在高压缸体14里上下移动。

储气罐部分，产生高压气体通过连接高压缸与储气罐级间铜管2进入储气罐5。两个储罐通过连接两储罐铜管4连接。

电机与控制系统部分，直流无刷电机转子21与空压机同轴，拖动空压机转动。控制板18发生控制信号通过连接电机与电路板电线20控制电机运转。控制板18包括单片机、驱动电路及保护电路。

在确定空压机气缸布置形式的基础上，本项发明采用了一种更简单的直流无刷电机的控制方法，去掉了常见的位置传感器，采用无传感器控制方式，以降低空压机的成本和体积，同时增加了空压机在恶劣环境下的工作可靠性。直流无刷电机采用三相六拍的运行方式，通过测量电机反电动势的过零点，确定换相时机。空压机的转速是基本确定的(通常是高、低二档转速，也可以是高中低三档转速)，由此简化了电机的控制系统。

空压机的二个气缸采用L型布置的方式，由此产生的空压机阻力矩曲线如附图4所示，从图中可以看出：相对于对动方式布置的空压机，L型布置的空压机负载曲线的波动明显要小很多，因此电机的转速波动也较小(见图3)。其中25为低压端，26为高压端.电机转速波动时，不光会引起噪声和转轴的扭振，而且电机各相的反电动势也会产生波动，转速降低，反电动势下降，电流就会增加，从而电机输出转矩增加，使转速尽可能回归设定值。但是，由于铜损和铁损的存在，电流增加，电机效率就会相应下降。图6(a、b)分别是同样排气条件下，对动方式布置的空压机和L型布置的空压机的电流曲线，可以看出，L型布置的空压机的电流明显要小，因此其效率也较高。

高压和低压缸之间用较长的铜管连接，确保良好的级间冷却效果，使高压缸的进气温度尽可能低，从而提高空压机效率，降低高压缸的排气温度。电机一侧配有储罐，另一侧则安装电机的驱动控制系统，提手安装在电机的上方，空压机机座通过法兰面直接连在电机上，连杆的大头通过偏心块直接安装在电机轴的伸出端，整机结构结构十分紧凑。另有一安装在电机轴上的偏心块为平衡质量，平衡空压机的旋转和往复惯性力。往复惯性力的平衡原理见图5，垂直方向气缸的一阶往复惯性力的方向如图中I′₁所示，也是垂直方向，大小为m_s1r₁ω²cosα，水平方向气缸的一阶往复惯性力的方向如图中I″₁所示，为水平方向，大小为m_s2r₂ω²sinα，如果m_s1r₁和m_s2r₂相等，那么他们合力I的方向正好沿着曲柄方向外指，大小为m_s2r₂ω²，因此可以用旋转配重质量的方式来平衡。为确保往复惯性力的平衡质量，通过结构设计和材料选用，使得高低压缸的m_s1r₁和m_s2r₂基本相等。这种情况下，二阶往复惯性力无法平衡，设计时，选用较小的曲柄半径与连杆长度之比，使二阶往复惯性力变得很小，不会引起大的振动。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种手提式高压空气空压机，其特征在于，它主要由低压级生成部分、高压级生成部分、储气罐部分和电机与控制系统部分组成。其中，低压级生成部分垂直布置、高压级生成部分水平布置、布置成L型的形式。低压级生成部分和高压级生成部分之间通过铜管相连，高压级生成部分和储气罐部分之间通过铜管相连，电机与控制系统部分的电机轴与空压机主轴同轴。

2.根据权利要求1所述的手提式高压空气空压机，其特征在于，所述低压级生成部分主要由低压缸盖(6)、低压气阀(7)、低压缸体(8)、低压活塞(9)、低压连杆(10)和低压偏心轮(11)组成。低压缸盖(6)盖在低压气阀(7)上，低压缸体(8)与低压气阀(7)相联。低压偏心轮(11)通过低压连杆(10)与低压缸体(8)联接，低压偏心轮(11)通过平键与空压机主轴相联。

3.根据权利要求1所述的手提式高压空气空压机，其特征在于，所述高压级生成部分主要由高压缸盖(17)、高压气阀(16)、高压活塞(15)、高压缸体(14)、高压连杆(13)和高压偏心轮(12)组成。高压缸盖(17)盖在高压气阀(16)上，高压缸体(14)与高压气阀(15)相联。高压偏心轮(12)通过高压连杆(13)和高压活塞(15)联接，高压偏心轮(12)通过平键与空压机主轴相联。

4.根据权利要求1所述的手提式高压空气空压机，其特征在于，所述储气罐部分主要由两个储气罐(5)组成。两个储气罐(5)通过连接两储罐铜管(4)连接。

5.根据权利要求1所述的手提式高压空气空压机，其特征在于，所述电机与控制系统部分主要由直流无刷电机和控制板(18)组成，直流无刷电机转子(21)与空压机主轴同轴。控制板(18)通过连接电机与电路板电线(20)与直流无刷电机相连。