CN116498528A - 活塞缸、空压机泵头及集成式电动无油空压机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活塞缸、空压机泵头及集成式电动无油空压机，所述活塞缸采用一体式活塞缸，所述活塞缸内具有两个相互连通的压缩腔，其中，所述活塞缸的两个压缩腔构造成将气体压缩行程错开布置且所在区域周围能够通过布置多个散热件对压缩空气进行冷却的台阶式结构。本发明电动无油空压机具有高效冷却、高度集成、结构简单体积小和成本低的优点。

Description

活塞缸、空压机泵头及集成式电动无油空压机

技术领域

本发明属于电动空压机领域，具体涉及一种活塞缸、空压机泵头及集成式电动无油空压机。

背景技术

新能源车用电动空气压缩机主要用于向汽车制动系统、空气悬挂系统、车门系统及辅助用气装置提供压缩气源。

在现有的活塞式电动无油空压机领域中，空压机工作所产生的高温经常是引起空压机性能(排气效率、排气温度)、寿命(电机退磁、磨损加剧)下降及空压机失效的重要因素。针对上述情况现有技术中通常采用冷却风扇、排气冷却器、冷却盘管等外部结构对级间气体、排出气体和空压机泵头进行冷却；由此导致空压机整体结构臃肿复杂，体积重量大，整机成本高，难于满足车辆使用日益小型化、轻量化、高性价比的需求。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种活塞缸、空压机泵头及集成式电动无油空压机，该电动无油空压机具有高效冷却、高度集成、结构简单体积小和成本低的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

第一方面，提供活塞缸，所述活塞缸采用一体式活塞缸，所述活塞缸内具有两个相互连通的压缩腔，其中，所述活塞缸的两个压缩腔构造成将气体压缩行程错开布置且所在区域周围能够通过布置多个散热件对压缩空气进行冷却的台阶式结构。

在某些实施例中，所述活塞缸在两个压缩腔的顶部分别设有相对应的排气腔以及将排气腔和压缩腔各自区域进行划分的区域划分板，所述活塞缸在各个排气腔内均设有用于固定排气阀的排气阀固定座。

第二方面，提供空压机泵头，包括缸盖以及与缸盖配合连接的所述的活塞缸，所述缸盖内具有与所述活塞缸的压缩腔内部连通的气道，所述缸盖具有与所述活塞缸构形成密封结构的密封部，所述缸盖的密封部上设有多个散热部件，所述散热部件位于所述活塞缸的两个压缩腔中的一级压缩腔对应的排气腔内，所述一级压缩腔为两个压缩腔中压缩气体预先通过的压缩腔，而两个压缩腔分别是一级压缩腔、二级压缩腔，所述缸盖的密封部上侧设有与气道所在部分相接的多个散热件。

第三方面，提供集成式电动无油空压机，包括：箱体、具有设置在箱体内电机定子的电机组件以及设置在所述电机组件的电机轴外侧且通过油封与电机轴形成密封结构的密封盖，箱体的顶面上设有所述的空压机泵头，箱体的前侧、后侧分别设有与箱体共同形成密封结构的前端盖、后端盖，箱体内设有曲轴组件和气路配件，曲轴组件与电机组件的电机轴固连，曲轴组件的左侧、右侧分别设有气体压缩连杆组件、活塞连杆组件；气体压缩连杆组件、活塞连杆组件分别与对应的所述空压机泵头的压缩腔相互配合连接，以将气体在所述活塞缸的压缩腔内压缩；气路配件与气体压缩连杆组件以及所述活塞缸的两个压缩腔连接，以共同形成气路；所述密封盖套接所述电机组件的电机轴外侧且通过油封与电机轴形成密封结构。

在某些实施例中，所述气路配件包括：

一级进气阀片，设置在所述气体压缩连杆组件上与对应的所述活塞缸的压缩腔配合连接的端面上；

两个排气阀，分别设置在对应的所述排气阀固定座上；以及

二级进气阀片，通过二级进气限程螺钉设置在所述活塞缸的两个压缩腔之间。

在某些实施例中，所述电机组件的电机轴的前端为锥轴结构，所述电机组件的电机轴的后端设有与所述后端盖配合连接以形成后端支撑的球轴承。

在某些实施例中，所述曲轴组件包括：

两个分体式的曲轴，左右对置分布且均具有通过固定组件与所述电机轴的锥轴结构相固定配合以形成前端支撑的锥孔；

支撑轴承，设置在两个分体式曲轴的外圈；以及

缸套，具有滚花结构且设置在所述支撑轴承的外圈。

在某些实施例中，所述电机组件的电机轴与电机转子一体成型，所述电机组件的电机轴内具有轴向延伸至连通外界的第一通气孔，所述电机组件的电机轴在轴身前端未接触所述曲轴部分径向设有多个将第一通气孔与气路连通的第二通气孔。

在某些实施例中，还包括：设置在所述后端盖上的进气接头。

在某些实施例中，还包括：设置在所述前端盖上的进气接头，所述曲轴上具有将所述活塞缸的一级压缩腔与外界连通的曲轴通气孔。

本发明的有益效果是：

1、一体式活塞缸：集成缸身和区域划分板，减少零部件成本，简化装配步骤，设置台阶式压缩结构，将两个压缩腔的活塞压缩行程错开布置，避免现有技术中双缸或多缸空压机的压缩行程重复，导致缸体热量分部不均，局部高温导致缸体变形、镀层磨损加剧，寿命降低；同时台阶式压缩结构使由一级压缩腔构造成的一级排气区容积大幅提升，由此设置相应的散热筋结构来提升冷却性能，以针对一级排气气体进行冷却；实现了一级压缩气体直接在空压机泵头内完成冷却后进入二级压缩腔，避免一级压缩气体需经过缸盖、外部冷却器等部件冷却后重新回到空压机泵头再行进入二级压缩腔的环节，再者，省去了外部冷却器等部件，简化缸盖结构，并解决了现有的活塞式电动无油空压机采用诸多降温外部结构对级间气体、排出气体和空压机泵头进行冷却由此导致空压机整体结构臃肿复杂，体积重量大，整机成本高，难于满足车辆使用日益小型化、轻量化、高性价比的需求的问题。

2、集成式锥轴传动支撑结构：改变现有技术中电机和空压机泵头分体式的结构设计，将驱动电机定子、转子等核心结构集成在空压机箱体内；同时，电机轴和空压机曲轴采用锥孔配合传动结构，确保电机轴和曲轴装配时同心度要求，避免现有技术中键传动结构可靠性差的问题，同时省去了现有技术中的联轴器；同时现有技术中电机转子和主轴采用前后双轴承支撑的结构。本发明电机主轴仅后端设计独立支撑轴承，其前端支撑前置，通过锥孔配合结构将空压机曲轴的支撑轴承同时作为电机轴的前端支撑；由此集成式锥轴传动支撑结构既起到电机主轴-曲轴旋转传动作用又实现电机转子结构的支撑作用。

3、采用电机轴进气冷却结构，电机轴设置内通孔，外界自然空气通过电机轴进入空压机内部；上述进气过程针对设置在电机轴上的转子结构进行高效冷却，避免现有技术中电机高温导致转子磁钢退磁、性能寿命降低，最终导致空压机失效的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一示例性实施例提供的集成式电动无油空压机的结构示意图；

图2为一示例性实施例提供的集成式电动无油空压机中气路的工作示意图；

图3为一示例性实施例提供的集成式电动无油空压机中箱体所在部分的结构示意图；

图4为一示例性实施例提供的集成式电动无油空压机的三维立体图；

图5为一示例性实施例提供的集成式电动无油空压机中活塞缸的结构示意图；

图6为一示例性实施例提供的集成式电动无油空压机中活塞缸的三维立体图；

图7为一示例性实施例提供的集成式电动无油空压机中缸盖的第一视角下三维立体图；

图8为一示例性实施例提供的集成式电动无油空压机中缸盖的第二视角下三维立体图；

图9为一示例性实施例提供的集成式电动无油空压机中电机轴的结构示意图；

图10为一示例性实施例提供的集成式电动无油空压机工作示意图；

图11为一示例性实施例提供的进气接头设置在前端盖上的集成式电动无油空压机的结构示意图；

图12为图11中曲轴的三维立体图。

具体实施方式

为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

如图1所示，在一实施例中，提供了一种集成式电动无油空压机，该集成式电动无油空压机具有高效冷却、高度集成、结构简单体积小和成本低的优点，适用于新能源汽车。

该集成式电动无油空压机包括：箱体1和具有设置在箱体内电机定子6的电机组件；密封盖3套接在电机组件的电机轴7外侧且通过油封与电机轴7形成密封结构，防止气体进入驱动电机；箱体1的前侧、后侧分别设有与箱体1共同形成密封结构的前端盖16、后端盖9。

如图1和图4所示，在一实施例中，安装支架28设置在箱体1下方，为箱体1提供支撑。在一实施例中，同时，橡胶减震垫29设置在安装支架28下侧，为安装支架28提供压力缓冲。在一实施例中，接线盒10设置在箱体1的顶面且位于电机定子6的上方，线束固定支架30设置在接线盒10出线方向一侧。

箱体1的顶面上设有空压机泵头，在一实施例中，空压机泵头包括缸盖13以及与缸盖13采用螺钉27配合连接的活塞缸11。

如图5和图6所示，在一实施例中，活塞缸11采用一体式活塞缸，活塞缸11内具有两个相互连通的压缩腔，具体地，活塞缸11内具有一级压缩腔1101和二级压缩腔1108。其中，活塞缸11的两个压缩腔构造成将气体压缩行程错开布置且所在区域周围能够通过布置多个散热件(例如，散热筋1110)对压缩空气进行冷却的台阶式结构。在一实施例中，活塞缸11在两个压缩腔的顶部分别设有相对应的排气腔以及将排气腔和压缩腔各自区域进行划分的区域划分板，活塞缸11在各个排气腔内均设有用于固定排气阀的排气阀固定座。具体地，一级压缩腔1101顶部设有一级阀板1102和一级排气腔1104，二级压缩腔1108顶部设有二级阀板1107和二级排气腔1105；一级排气腔1104、二级排气腔1105相应地设有一级排气阀固定座1102及二级排气阀固定座1106。一体式空压机泵头11集成阀板功能，简化空压机结构同时满足性能要求，设置台阶式压缩结构，将一级压缩腔1101和二级压缩腔1108的活塞压缩行程错开布置，避免现有技术中双缸或多缸空压机的压缩行程重复，导致缸体热量分部不均，局部高温导致缸体变形、镀层磨损加剧，寿命降低的问题出现；同时台阶式压缩结构使由一级压缩腔1101构造成的一级排气区域容积大幅增大，一级压缩气体储量增加，增强气体流动；由此可在一级排气区域周围设计大量散热筋1109，针对一级压缩气体进行内部冷却后再进入二级压缩腔1108，同时搭配布置在一级压缩腔1101、二级压缩腔1108周围设置的散热筋1110，有效降低空压机内部温度及排气温度。同时省去了外部冷却器或冷却盘管等装置，简化空压机结构、降低成本。避免一级压缩气体需经过缸盖13、外部冷却器等部件冷却后重新回到活塞缸11再行进入二级压缩腔的环节，再者，省去了外部冷却器等部件，简化缸盖13结构，并解决了现有的活塞式电动无油空压机采用诸多降温外部结构对级间气体、排出气体和空压机泵头进行冷却由此导致空压机整体结构臃肿复杂，体积重量大，整机成本高，难于满足车辆使用日益小型化、轻量化、高性价比的需求的问题。

如图7和图8所示，在一实施例中，缸盖13内具有与活塞缸11的压缩腔内部连通的气道1303，缸盖13具有与活塞缸11构形成密封结构的密封部1304；缸盖13的密封部1304上设有多个散热部件1302(例如，散热柱台)，散热部件1302位于活塞缸的两个压缩腔中的一级压缩腔1101对应的排气腔(一级排气腔1104)内，一级压缩腔110为两个压缩腔中压缩气体预先通过的压缩腔，针对一级排出气体进行冷却；缸盖13的密封部1304上侧设有与气道1303所在部分相接的多个散热件(例如，散热筋或散热片1301)，有效降低空压机排出气体的温度和空压机整机工作温度；该缸盖13省去了传统缸盖上负责的气路、回路等结构，加工制造简单和成本低。

如图2所示，箱体1内设有曲轴组件2和气路配件，曲轴组件2布置与箱体1内，并通过螺栓34固紧，避免曲轴组件2在箱体1内的左右窜动。曲轴组件2与电机组件的电机轴7固连，曲轴组件2的左侧、右侧分别通过轴承设有气体压缩连杆组件14、活塞连杆组件15；在一实施例中，气体压缩连杆组件14采用分体式结构，由连杆座25和摇摆部24组成，二者通过螺钉固紧。气体压缩连杆组件14、活塞连杆组件15分别与对应的空压机泵头的压缩腔相互配合连接，以将气体在活塞缸的压缩腔内压缩；

如图3所示，在一实施例中，曲轴组件2包括：两个分体式的曲轴35、支撑轴承33和缸套36。两个分体式的曲轴35通过定位销38左右对置分布且均具有通过固定组件与电机轴7的锥轴结构相固定配合以形成前端支撑的锥孔，支撑轴承33设置在两个分体式曲轴35的外圈，缸套36取和轴承同类型材料且具有滚花结构以及设置在支撑轴承33的外圈，实现缸套36的防转功能；上述结构保证曲轴35传动结构的可靠性。

气路配件与气体压缩连杆组件14以及活塞缸11的两个压缩腔连接，以共同形成气路23。气路23即气体流通通道。

如图2所示，在一实施例中，气路配件包括：一级进气阀片21、两个排气阀(即一级排气阀22、二级排气阀19)和二级进气阀片18，一级进气阀片21设置在气体压缩连杆组件14上与对应的活塞缸11的压缩腔配合连接的端面上；两个排气阀分别设置在对应的排气阀固定座上；二级进气阀片18通过二级进气限程螺钉20设置在活塞缸11的两个压缩腔之间。

如图3所示，在一实施例中，电机组件的电机轴7与电机转子5一体成型，电机组件的电机轴7的前端为锥轴结构，电机组件的电机轴7的后端设有与后端盖9配合连接以形成后端支撑的球轴承8。电机轴7的前端为锥轴结构与曲轴35上的锥孔相配合形成前端支撑，并通过螺栓31和锥套32完成固紧。由此形成电机轴7前端支撑结构的前置，即实现电机轴7前端的锥孔配合结构既起到传动作用又实现电机转子5结构的支撑作用；此结构确保电机轴7和曲轴35装配时同心度要求，解决了现有技术中键传动结构常因电机轴和曲轴因加工和装配误差导致的同心度差所引起的传动键磨损、断裂等问题，造成空压机失效；同时所述结构节省传统空压机联轴器结构，简化装配步骤，减少零部件数量、降低零部件成本。集成式锥轴传动支撑结构：改变现有技术中电机和空压机泵头分体式的结构设计，将驱动电机定子、转子等核心结构集成在空压机箱体内；同时，电机轴和空压机曲轴采用锥孔配合传动结构，确保电机轴和曲轴装配时同心度要求，避免现有技术中键传动结构可靠性差的问题，同时省去了现有技术中的联轴器；同时现有技术中电机转子和主轴采用前后双轴承支撑的结构。本发明电机主轴仅后端设计独立支撑轴承，其前端支撑前置，通过锥孔配合结构将空压机曲轴的支撑轴承同时作为电机轴的前端支撑；由此集成式锥轴传动支撑结构既起到电机主轴-曲轴旋转传动作用又实现电机转子结构的支撑作用。

如图9所示，在一实施例中，电机组件的电机轴7内具有轴向延伸至连通外界的第一通气孔702，电机组件的电机轴7在轴身前端未接触曲轴部分径向设有多个将第一通气孔702与气路23连通的第二通气孔701，实现外界自然空压机可沿由第一通气孔701和第二通气孔702组成的流动气道24进入空压机内部，流动气道24通过电机轴7所设计的第一通气孔702进入空压机内部，进气过程针对设置在电机轴7上的转子5结构进行高效冷却，避免现有技术中电机高温导致转子磁钢退磁、性能寿命降低，最终导致空压机失效的问题。

在一实施例中，还包括：设置在后端盖9上的进气接头17，外界自然空气从进气接头17进入流动气道24。

装配过程：

气体压缩连杆组件14中的连杆座25先行装配在曲轴组件2的一侧曲柄上，同时电机定子6和密封盖3定位配合后连同曲轴组件2通过装配夹具定位；箱体1装入定位圆柱销37，加热膨胀后套入上述结构；圆柱销37与缸套36上设置的导向键槽相配合，保证缸套36上设置的螺纹孔与箱体1相互对应，以便后工序的螺钉34可以固紧。

此装配过程将曲轴组件2、电机定子6和密封盖3和箱体1一次性装配到位，装配过程简便高效，实现产品整体结构紧凑、体积小。其核心之处在于气体压缩连杆组件14采用分体式结构，可以先行将连杆座25和曲轴35装配，后续仅需通过螺钉将摇摆部24和连杆座25固紧即可形成气体压缩连杆组件14。

工作原理：

如图1-2所示，驱动电机通电后电机轴7做旋转运动，驱动曲轴组件2旋转，进一步使气体压缩连杆组件14做摇摆往复运动、活塞连杆组件15做上下往复运动。此时，当摇摆连杆14组件向下运动时，其端面上布置的一级进气阀片21打开，吸入外界自然空气；随后气体压缩连杆组件14向上运动，吸入的自然空气被第一次压缩，同时布置在一体式空压机泵头组11上的一级排气阀22打开，一级压缩气体排出至并经过一体式空压机泵头组11上设置的相应的散热筋冷却后通过二级进气阀片18进入二级压缩腔1108(与此相应地活塞连杆组件15向下运行)；随着活塞连杆组件15向上一级压缩气体被二次压缩后通过二级排气阀19排出，并进入缸盖13，沿着缸盖13的气道1303做相应的冷却后通过排气接头12排出。

如图10—图12所示，在另一实施例中，还包括：设置在前端盖上的进气接头17，曲轴上具有将活塞缸11的一级压缩腔1101与外界连通的曲轴通气孔3501。外界自然空气沿气路40，从进气接头17进入至高压连杆侧41，并通过曲轴35上设置的曲轴通气孔3501进入低压连杆侧42，随后进入一级压缩腔1101。同时在空压机的整机的结构中可以在一体式空压机泵头11和缸盖13的前端设置电子冷却风扇39，冷却风扇39根据风扇出风方向沿着一体式空压机泵头11和缸盖13的散热筋方向布置，保证冷却散热效果；此结构针对空压机的缸头结构做有效冷却，进一步降低空压机工作温度。

以上所述仅为本说明书一个或多个实施例的较佳实施例而已，并不用以限制本说明书一个或多个实施例，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例保护的范围之内。

Claims (10)

1.活塞缸，其特征在于，所述活塞缸采用一体式活塞缸，所述活塞缸内具有两个相互连通的压缩腔，其中，所述活塞缸的两个压缩腔构造成将气体压缩行程错开布置且所在区域周围能够通过布置多个散热件对压缩空气进行冷却的台阶式结构。

2.根据权利要求1所述的活塞缸，其特征在于，所述活塞缸在两个压缩腔的顶部分别设有相对应的排气腔以及将排气腔和压缩腔各自区域进行划分的区域划分板，所述活塞缸在各个排气腔内均设有用于固定排气阀的排气阀固定座。

3.空压机泵头，其特征在于，包括缸盖以及与缸盖配合连接的权利要求2所述的活塞缸，所述缸盖内具有与所述活塞缸的压缩腔内部连通的气道，所述缸盖具有与所述活塞缸构形成密封结构的密封部，所述缸盖的密封部上设有多个散热部件，所述散热部件位于所述活塞缸的两个压缩腔中的一级压缩腔对应的排气腔内，所述一级压缩腔为两个压缩腔中压缩气体预先通过的压缩腔，而两个压缩腔分别是一级压缩腔、二级压缩腔，所述缸盖的密封部上侧设有与气道所在部分相接的多个散热件。

4.集成式电动无油空压机，其特征在于，包括：箱体、具有设置在箱体内电机定子的电机组件以及设置在所述电机组件的电机轴外侧且通过油封与电机轴形成密封结构的密封盖，箱体的顶面上设有权利要求3所述的空压机泵头，箱体的前侧、后侧分别设有与箱体共同形成密封结构的前端盖、后端盖，箱体内设有曲轴组件和气路配件，曲轴组件与电机组件的电机轴固连，曲轴组件的左侧、右侧分别设有气体压缩连杆组件、活塞连杆组件；气体压缩连杆组件、活塞连杆组件分别与对应的所述空压机泵头的压缩腔相互配合连接，以将气体在所述活塞缸的压缩腔内压缩；气路配件与气体压缩连杆组件以及所述活塞缸的两个压缩腔连接，以共同形成气路；所述密封盖套接所述电机组件的电机轴外侧且通过油封与电机轴形成密封结构。

5.根据权利要求4所述的集成式电动无油空压机，其特征在于：所述气路配件包括：

一级进气阀片，设置在所述气体压缩连杆组件上与对应的所述活塞缸的压缩腔配合连接的端面上；

两个排气阀，分别设置在对应的所述排气阀固定座上；以及

二级进气阀片，通过二级进气限程螺钉设置在所述活塞缸的两个压缩腔之间。

6.根据权利要求4所述的集成式电动无油空压机，其特征在于，所述电机组件的电机轴的前端为锥轴结构，所述电机组件的电机轴的后端设有与所述后端盖配合连接以形成后端支撑的球轴承。

7.根据权利要求6所述的集成式电动无油空压机，其特征在于，所述曲轴组件包括：

两个分体式的曲轴，左右对置分布且均具有通过固定组件与所述电机轴的锥轴结构相固定配合以形成前端支撑的锥孔；

支撑轴承，设置在两个分体式曲轴的外圈；以及

缸套，具有滚花结构且设置在所述支撑轴承的外圈。

8.根据权利要求4所述的集成式电动无油空压机，其特征在于，所述电机组件的电机轴与电机转子一体成型，所述电机组件的电机轴内具有轴向延伸至连通外界的第一通气孔，所述电机组件的电机轴在轴身前端未接触所述曲轴部分径向设有多个将第一通气孔与气路连通的第二通气孔。

9.根据权利要求8所述的集成式电动无油空压机，其特征在于，还包括：设置在所述后端盖上的进气接头。

10.根据权利要求7所述的集成式电动无油空压机，其特征在于，还包括：设置在所述前端盖上的进气接头，所述曲轴上具有将所述活塞缸的一级压缩腔与外界连通的曲轴通气孔。