CN109340084A - 一种车载电驱动无油空气压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车载电驱动无油空气压缩机，包括高效电机（29）、曲轴（19）、曲轴箱（22）和活塞缸（3），所述高效电机（29）通过内置联轴器主动端（26）、弹性体（25）和联轴器从动端（24）柔性驱动曲轴（19）旋转；曲轴（19）的后侧曲柄处为联轴器从动端（24）；曲轴（19）上的曲柄上设有高压活塞组件（5）和低压活塞组件（41），并同侧放置在活塞缸（3）的孔内，使整机体积、重量大大减少，而且此结构缩短了两连杆与曲轴支承的轴向距离；另外，采用磁力传动风扇，与曲轴箱内部完全隔离，整机达IP68防护等级，无需外部供电控制散热风扇，提上升整机可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及车用空气压缩设备，具体而言，涉及一种车载电驱动无油空气压缩机。
背景技术
汽车空气压缩机主要用于向汽车制动技术、悬挂系统、车门开启关闭及辅助用气动装置提供必要气源。目前车用空气压缩机主要有滑片式，螺杆式，涡旋式，活塞式空气压缩机等，普遍工作压力过低，常用压缩机大多为有油空压机，无油活塞式空压机需外置独立冷却风扇，且需要供电控制启停，可靠性低、寿命差，自带轴伸风扇采用油封密封防护等级低，后期易老化失效，难于满足车辆IP68防护等级要求，且此类无油空压机体积庞大难于布置。
例如公开号为CN101614200A的中国发明专利，其公开了一种机车用无油压缩机，包括电机、气缸、活塞连杆组件、气阀组件、冷却风扇等构件，其中两个气缸对称的布置在电机轴的上、下方，也可以左右布置，两只气缸同轴。连杆通过向心球轴承、偏心块套在电机轴上，每只连杆小头内均装有两只具有单侧密封结构的滚针轴承，此曲柄连杆机构带动活塞实现气缸内的往复运动。在气缸和缸盖间装有进气阀、阀板、排气阀，阀板为平板式结构，设有进、排气流道。缸盖上进、排气腔。该发明节油、环保、操作维护简单。但电机的电机轴通过偏心块、向心球轴承、连杆、无内圈滚针轴承、活塞销带动活塞在气缸内上下往复运动，对气缸内的空气进行吸气、压缩、排气。但偏心轴与电机主轴采用直连驱动，这种直连方式结构存在悬臂过长震动大，导致电机前端轴承负荷过大，并受限于电机装配工艺。
又例如授权公告号为CN 203584716 U的中国实用新型专利，其公开了一种无油式两级空气压缩机，属于机械技术领域。它解决了现有空气压缩机运行稳定性低等技术问题。本空气压缩机包括储气罐、电机和泵头，泵头包括曲轴箱和位于该曲轴箱内的曲轴，曲轴的前端穿过曲轴箱的侧壁并连接有第一皮带轮，电机的输出端固连有第二皮带轮，第二皮带轮通过一皮带与第一皮带轮相连接；泵头还包括低压气缸和高压气缸，低压气缸上设置有吸气管，低压气缸通过第一排气管与高压气缸相连通，高压气缸通过一第二排气管与储气罐相连通；低压气缸内插接有一与曲轴相连接的低压活塞，高压气缸内插接有一与曲轴相连接的高压活塞，曲轴箱还开设有供气流通过的通透结构。该空气压缩机具有运行稳定性好、压缩效率高的优点。但是该空气压缩机的两个活塞缸交叉分布整机体积较大、重量较重，连杆与曲轴支撑的轴向距离变大。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种车载电驱动无油空气压缩机，解决现有技术中无油空压机双曲柄难以布置轴承难题无油空压机由于内部完全无润滑油的参与，在连杆大小头以及曲轴轴颈部位的运动副只能通过采用免维护滚珠或滚柱轴承来承载，必须先从轴端套入，然后再往中间移动到相应的曲柄轴颈位置，曲轴跨距长，整机体积庞大。本发明的空压机并有效解决了分体式曲轴传动部件加工和装配误差导致两曲柄形位偏差过大，致使运行振动大、寿命低等难题，并辅以无气管内流道设计，使得整机体积、重量大幅度减小，采用磁力传动风扇，与曲轴箱内部完全隔离，整机达IP68防护等级，无需外部供电控制散热风扇，提上升整机可靠性。
本专利目的在于提供一种满足新能源公交客车等大排量高压气源需求，体积小，重量轻,防护等级IP68以上，并具有：气源清洁、运行平稳、打气效率高、便于安装布置等优点的车载电驱动无油两级空气压缩机。
为了实现上述设计目的，本发明采用的方案如下：
本发明的一种车载电驱动无油空气压缩机，包括高效电机、曲轴、曲轴箱和活塞缸，所述高效电机通过内置联轴器主动端、弹性体和联轴器从动端柔性驱动曲轴旋转；曲轴的后侧曲柄处为联轴器从动端；曲轴上的两曲柄上设有高压活塞组件，并同侧放置在活塞缸的孔内，使整机体积、重量大大减少，而且此结构缩短了两连杆与曲轴支承的轴向距离；另外，采用磁力传动风扇，与曲轴箱内部完全隔离，整机达IP68防护等级，无需外部供电控制散热风扇，提上升整机可靠性。
优选的是，所述高效电机的电机主轴通过螺栓，锥孔配合内置磁力联轴器主动端，带动弹性体柔性传动至联轴器从动端，从动端一偏心处设有曲拐，通过锥孔配合及定位半圆键、螺栓固定于曲轴后侧的曲柄上。
在上述任一方案中优选的是，所述曲轴通过一承载用双列滚动轴承安放于曲轴箱内部，前侧曲柄内部通过螺栓和平键连接磁力联轴器主动端。
在上述任一方案中优选的是，所述曲轴上的曲柄采用锥孔过盈配合或者销钉或者螺栓与磁力联轴器从动端连接。
在上述任一方案中优选的是，所述磁力联轴器主动端的内壁上设有永磁铁，相邻的两块磁铁磁极呈相反布置。
在上述任一方案中优选的是，所述曲轴上的曲柄端部与磁力联轴器从动端连接，该从动端的外圆上设有相邻两块磁极相反的永磁铁，在静止时主、从动端的磁铁南北极相互吸引，磁场是完全对称的，当主动端转动时，磁场产生偏转，产生的磁力带动从动端旋转。
本发明采用了磁力传动，具有以下优点：1、保证与曲轴箱内部完全隔离达IP68防护等级，解决了传统轴伸风扇采用油封防护，空压机工作时内部产生反冲气流、负压，密封性能不佳，及后期橡胶件年久老化密封性能下降且易失效；2、具备轴向径向补偿能力，避免零部件加工和装配误差造成不同心问题传动损伤；3、 起保护作用，一旦风扇卡死，切断与主轴传动，避免机器内部损坏。
在上述任一方案中优选的是，所述从动端通过一免维护轴承固定在中冷器的前端盖上，该轴承的外侧设有油封，初步隔离粉尘保护轴承。从动端通过一免维护轴承固定在中冷器的前端盖上，中冷器的前部起到隔离罩作用，保证与曲轴箱内部完全隔离。
在上述任一方案中优选的是，所述活塞缸固定在曲轴箱上，活塞缸的上方布置有阀板。
在上述任一方案中优选的是，所述阀板的上方设有低压排气阀片和高压排气阀片，低压排气阀片上设有排气限程板。
在上述任一方案中优选的是，所述阀板的下方设有高压进气阀片；阀板的外侧设有缸盖。
在上述任一方案中优选的是，所述缸盖的前后两侧设有排气口，其中后侧排气口处设有排气接头，前侧排气口处设有一安全阀。
在上述任一方案中优选的是，所述缸盖与阀板构成三个腔室，分别为一级排气腔、二级进气腔和二级排气腔。
在上述任一方案中优选的是，所述一级排气腔和二级进气腔通过阀板、活塞缸及曲轴箱内部构成的气道与中冷器的气道连通。中冷器通过通气螺栓固定于曲轴箱上，工作时一级排气腔内高温气体如气流通过密闭气流通道经过阀板、活塞缸、曲轴箱、通气螺栓、中冷器中的气流通道最后进入二级进气腔，各部件接触密封面均采用缸垫密封。
在上述任一方案中优选的是，所述中冷器通过通气螺栓固定于曲轴箱上。
在上述任一方案中优选的是，所述中冷器的上部设有导流罩；中冷器的前部设有防护网罩；中冷器的内部布置有冷却风扇。冷却风扇通过磁力连接传动，实现与曲轴箱内部完全隔离，风扇旋转工作时，气流从前侧吸入，从径向吹出，左、右、下三侧气流从中冷器的散热翅片口吹出带走热量，此为对中冷器中的高温一级气体进行冷却；上侧气流则经导流罩引流对缸头进行冷却。。
在上述任一方案中优选的是，所述中冷器通过四颗内通气螺栓固定在曲轴箱上。
在上述任一方案中优选的是，所述中冷器内设有散热翘片。
在上述任一方案中优选的是，所述中冷器的上侧开口，其余三侧除散热翘片处开口以外均为密闭气流通道，工作时轴流风扇旋转，气流便从冷却器三侧散热翅片口吹出带走热量，上侧气流在导流罩引导下对缸头进行冷却。
在上述任一方案中优选的是，所述冷却风扇选用离心式风扇或轴流式风扇。
在上述任一方案中优选的是，所述冷却风扇通过螺栓或采用过盈压装或者销钉或者螺栓固定在从动端上。
在上述任一方案中优选的是，所述曲轴箱的两侧设有进气接头。空压机工作时，大气经外部空滤、消声器过滤后，通过进气接头依次对曲轴箱内部高压活塞组件、低压活塞组件等各部件进行降温，最后气流通过低压活塞上方的进气阀片吸入缸孔内压缩。
在上述任一方案中优选的是，所述曲轴箱的内部带有扰流深网纹，减少气流扰动，减少反射声波，降低噪音，并起到加强结构强度的作用。
在上述任一方案中优选的是，所述曲轴箱自带一支架，该支架上设有橡胶减振垫。
在上述任一方案中优选的是，所述曲轴箱的下端设有分体式支架，该支架上设有橡胶减振垫，支点位置优选放置于箱体轴心水平线上，可减少运行震动。
在上述任一方案中优选的是，所述高压活塞组件设置在活塞缸的外侧缸孔中，以减少整机体积，更利于风扇气流对缸头降温。
在上述任一方案中优选的是，所述高压活塞组件和低压活塞组件的活塞侧面上均设有采用复合PTFE、PEEK自润滑材料的活塞环和导向环，实现无油润滑。
在上述任一方案中优选的是，所述高压活塞组件和低压活塞组件上分别设有连杆大端和连杆小端，所述连杆大端均设有自润滑滚动轴承并安放于曲轴对应的曲柄上；所述连杆小端设有滚针轴承，滚针轴承两侧设有油封，轴承内置活塞销，活塞销内置储油槽存放有润滑油并通过紧定螺钉封口，活塞销两端套有减振隔热套，并通过螺栓安放于活塞上。
在上述任一方案中优选的是，所述低压活塞组件的活塞上还设有进气阀片。
在上述任一方案中优选的是，所述低压活塞组件的活塞选用铝合金；高压活塞组件的活塞选用铸铁或铸钢材质。
在上述任一方案中优选的是，所述高压活塞组件和低压活塞组件的活塞采用活塞销内孔注铅、铜实现调节高、低压活塞组平衡配重，降低整机运行震动。
在上述任一方案中优选的是，所述缸盖采用内置卸荷装置，利用一级排气腔和二级排气腔的气压差，采用级差活塞卸荷阀对空压机停止工作时二级排气腔内的高压气体进行卸荷。
附图说明
图1为按照本发明的车载电驱动无油空气压缩机的一优选实施例的结构示意图。
图2为按照本发明的车载电驱动无油空气压缩机的图1所示优选实施例的主视图。
图3为按照本发明的车载电驱动无油空气压缩机的图1所示优选实施例的侧视图。
具体实施方式
以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。下面结合说明书附图对本发明的车载电驱动无油空气压缩机的具体实施方式作进一步的说明。
如图1-图3所示，按照本发明的车载电驱动无油空气压缩机的结构示意图。
本发明的一种车载电驱动无油空气压缩机，包括高效电机29、曲轴19、曲轴箱22和活塞缸3，所述高效电机29通过内置联轴器从动端24、弹性体25和联轴器主动端26柔性驱动曲轴19旋转；曲轴19的后侧曲柄处为联轴器从动端24；曲轴19上的曲柄上设有高压活塞组件5和低压活塞组件41，并同侧放置在活塞缸3的孔内，使整机体积、重量大大减少，而且此结构缩短了两连杆与曲轴支承的轴向距离；另外，采用磁力传动风扇，与曲轴箱内部完全隔离，整机达IP68防护等级，无需外部供电控制散热风扇，提上升整机可靠性。
本发明的车载电驱动无油空气压缩机的工作原理为：本发明采用两级空气压缩，来提高排气压力，降低排气温度，减少对轴承等各运动件负荷，提升寿命，由高效电机29提供动力源，通过内置联轴器主动端26、弹性体25和联轴器从动端24柔性驱动曲轴19旋转，安放于曲柄上的高、低压活塞组件5、41便做上下往复运动，其中低压活塞上布置有进气阀片40，当活塞从下止点向上止点运动时，缸内容积增大产生负压，气体从低压活塞下方吸入活塞缸3内；当活塞从上止点向下止点运动时，缸内容积减小，气体受挤压，气压升高直至推动低压排气阀片39排出，进入一级排气腔37，此时完成一级缸气体的一次压缩，这时的压缩气体压力较低且温度较高，随后高温低压气体通过各部件构成的内流道42进入中冷器15。高温低压气体进入到中冷器15的同时曲轴19的外曲柄通过磁力联轴器带动风扇13旋转产生风力，对中冷器15中气体进行降温，冷却后的低压气体，进入二级进气腔30。随后在高压活塞从上止点向下止点运动时，缸内容积增大产生负压，气体从高压进气阀片2口吸入活塞缸3的内部，当高压活塞从下止点向上止点运动时，缸内容积减少，气体再次受挤压，气压升高直至推动高压排气阀片31排出，此时完成气体的第二次压缩，随着活塞往复运动，上述过程反复出现气体被源源不断被压缩排出。
在本实施例中，所述高效电机29的电机主轴通过螺栓27，锥孔配合内置联轴器主动端26，带动弹性体25柔性传动至联轴器从动端24，从动端一偏心处设有曲拐，通过锥孔配合及定位半圆键23、螺栓21固定于曲轴19后侧的曲柄上。
在本实施例中，所述曲轴19通过一承载用双列滚动轴承20安放于曲轴箱22内部，前侧曲柄内部通过螺栓18和平键17连接磁力联轴器主动端26。
在本实施例中，所述曲轴19上的曲柄采用锥孔过盈配合或者销轴与联轴器从动端26连接。
在本实施例中，所述磁力联轴器主动端26的内壁上设有永磁铁16，相邻的两块磁铁磁极呈相反布置。
在本实施例中，所述曲轴19上的曲柄端部与磁力联轴器从动端10连接，该从动端的外圆上设有相邻两块磁极相反的永磁铁7，在静止时主、从动端10的磁铁南北极相互吸引，磁场是完全对称的，当主动端转动时，磁场产生偏转，产生的磁力带动从动端旋转。
本发明采用了磁力传动，具有以下优点：1、保证与曲轴箱内部完全隔离达IP68防护等级，解决了传统轴伸风扇采用油封防护，空压机工作时内部产生反冲气流、负压，密封性能不佳，及后期橡胶件年久老化密封性能下降且易失效；2、具备轴向径向补偿能力，避免零部件加工和装配误差造成不同心问题传动损伤；3、 起保护作用，一旦风扇卡死，切断与主轴传动，避免机器内部损坏。
在本实施例中，所述磁力联轴器从动端10通过一免维护轴承8固定在中冷器15的前端盖上，该轴承的外侧设有油封12，初步隔离粉尘保护轴承。磁力联轴器从动端10通过一免维护轴承8固定在中冷器15的前端盖上，中冷器15的前部起到隔离罩作用，保证与曲轴箱内部完全隔离。
在本实施例中，所述活塞缸3固定在曲轴箱22上，活塞缸的上方布置有阀板33。
在本实施例中，所述阀板33的上方设有低压排气阀片39和高压排气阀片31，低压排气阀片39上设有排气限程板35。
在本实施例中，所述阀板33的下方设有高压进气阀片2；阀板33的外侧设有缸盖36。
在本实施例中，所述缸盖36的前后两侧设有排气口，其中后侧排气口处设有排气接头38，前侧排气口处设有一安全阀1。
在本实施例中，所述缸盖36与阀板33构成三个腔室，分别为一级排气腔37、二级进气腔30和二级排气腔32。
在本实施例中，所述缸盖36采用内置卸荷装置，利用一级排气腔37和二级排气腔32的气压差，采用级差活塞卸荷阀对空压机停止工作时二级排气腔32内的高压气体进行卸荷。
在本实施例中，所述一级排气腔37和二级进气腔30通过阀板33、活塞缸3及曲轴箱22内部构成的气道与中冷器15的气道连通。中冷器15通过通气螺栓14固定于曲轴箱22上，工作时一级排气腔内高温气体如气流通过如图2中的密闭气流通道42经过阀板33、活塞缸3、曲轴箱22、通气螺栓14、中冷器15中的气流通道最后进入二级进气腔30，各部件接触密封面均采用缸垫密封。
在本实施例中，所述中冷器15通过通气螺栓14固定于曲轴箱22上。
在本实施例中，所述中冷器15的上部设有导流罩4；中冷器15的前部设有防护网罩11；中冷器15的内部布置有冷却风扇13。冷却风扇13通过磁力连接传动，实现与曲轴箱内部完全隔离，风扇旋转工作时，气流从前侧吸入，从径向吹出，左、右、下三侧气流从中冷器15的散热翅片口吹出带走热量，此为对中冷器15中的高温一级气体进行冷却；上侧气流则经导流罩4引流对缸头进行冷却。。
在本实施例中，所述中冷器15通过四颗内通气螺栓14固定在曲轴箱22上。
在本实施例中，所述中冷器15内设有散热翘片44（如图1所示）。
在本实施例中，所述中冷器15的上侧开口，其余三侧除散热翘片44处开口以外均为密闭气流通道42，工作时轴流风扇旋转，气流便从冷却器三侧散热翅片44口吹出带走热量，上侧气流在导流罩4引导下对缸头进行冷却。
在本实施例中，所述冷却风扇13选用离心式风扇或轴流式风扇。
在本实施例中，所述冷却风扇13通过螺栓9或采用过盈压装或键或销固定在磁力联轴器从动端10上。
在本实施例中，所述曲轴箱22的两侧设有进气接头43（如图2所示）。空压机工作时，大气经外部空滤、消声器过滤后，通过进气接头43依次对曲轴箱22内部高压活塞组件5、低压活塞组件41等各部件进行降温，最后气流通过低压活塞上方的进气阀片吸入缸孔内压缩。
在本实施例中，所述曲轴箱22的内部带有扰流深网纹，减少气流扰动，减少反射声波，降低噪音，并起到加强结构强度的作用。
在本实施例中，所述曲轴箱22自带一支架，该支架上设有橡胶减振垫28。
在本实施例中，所述曲轴箱22的下端设有分体式支架，该支架上设有橡胶减振垫28，支点位置优选放置于箱体轴心水平线上，可减少运行震动。
在本实施例中，所述高压活塞组件5设置在活塞缸3的外侧缸孔中，以减少整机体积，更利于风扇气流对缸头降温。
在本实施例中，所述高压活塞组件5和低压活塞组件41的活塞侧面上均设有采用复合PTFE、PEEK自润滑材料的活塞环和导向环，实现无油润滑。
在本实施例中，所述高压活塞组件5和低压活塞组件41上分别设有连杆大端和连杆小端，所述连杆大端均设有自润滑滚动轴承并安放于曲轴19对应的曲柄上；所述连杆小端设有滚针轴承，滚针轴承两侧设有油封，轴承内置活塞销，活塞销内置储油槽存放有润滑油并通过紧定螺钉封口，活塞销两端套有减振隔热套，并通过螺栓安放于活塞上。
在本实施例中，所述低压活塞组件41的活塞上还设有进气阀片。
在本实施例中，所述低压活塞组件41的活塞选用铝合金；高压活塞组件5的活塞选用铸铁或铸钢材质。
在本实施例中，所述高压活塞组件5和低压活塞组件41的活塞采用活塞销内孔注铅、铜实现调节高、低压活塞组平衡配重，降低整机运行震动。
本领域技术人员不难理解，本发明的车载电驱动无油空气压缩机包括本说明书中各部分的任意组合。限于篇幅且为了使说明书简明，在此没有将这些组合一一详细介绍，但看过本说明书后，由本说明书构成的各部分的任意组合构成的本发明的范围已经不言自明。
Claims (10)
1.一种车载电驱动无油空气压缩机，包括高效电机（29）、曲轴（19）、曲轴箱（22）和活塞缸（3），其特征在于：高效电机（29）通过内置联轴器主动端（26）、弹性体（25）和联轴器从动端（24）柔性驱动曲轴（19）旋转；曲轴（19）的后侧曲柄处为联轴器从动端（24）；曲轴（19）的两曲柄上设有高压活塞组件（5）和低压活塞组件（41），并同侧放置在活塞缸（3）的孔内。
2.如权利要求1所述的车载电驱动无油空气压缩机，其特征在于：高效电机（29）的电机主轴通过螺栓（27），锥孔配合内置联轴器主动端（26），带动弹性体（25）柔性传动至联轴器从动端（24），从动端一偏心处设有曲拐，通过锥孔配合及定位半圆键（23）、螺栓（21）固定于曲轴（19）后侧的曲柄上。
3.如权利要求1所述的车载电驱动无油空气压缩机，其特征在于：曲轴（19）通过一承载用双列滚动轴承（20）安放于曲轴箱（22）内部，前侧曲柄内部通过螺栓（18）和平键（17）连接磁力联轴器主动端（6）。
4.如权利要求1所述的车载电驱动无油空气压缩机，其特征在于：曲轴（19）上的曲柄采用锥孔过盈配合或者销钉或螺栓与磁力联轴器主动端（6）连接。
5.如权利要求3所述的车载电驱动无油空气压缩机，其特征在于：磁力联轴器主动端（6）的内壁上设有永磁铁（16），相邻的两块磁铁磁极呈相反布置。
6.如权利要求1所述的车载电驱动无油空气压缩机，其特征在于：曲轴（19）上的曲柄端部与磁力联轴器从动端（10）连接，该从动端的外圆上设有相邻两块磁极相反的永磁铁（7）。
7.如权利要求6所述的车载电驱动无油空气压缩机，其特征在于：磁力联轴器从动端（10）通过一免维护轴承（8）固定在中冷器（15）的前端盖上，该轴承的外侧设有油封（12）。
8.如权利要求1所述的车载电驱动无油空气压缩机，其特征在于：活塞缸（3）固定在曲轴箱（22）上，活塞缸的上方布置有阀板（33）。
9.如权利要求8所述的车载电驱动无油空气压缩机，其特征在于：阀板（33）的上方设有低压排气阀片（39）和高压排气阀片（31），低压排气阀片（39）上设有排气限程板（35）。
10.如权利要求8所述的车载电驱动无油空气压缩机，其特征在于：阀板（33）的下方设有高压进气阀片（2）；阀板（33）的外侧设有缸盖（36）。
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