JP2004162622A - Air supply device and method for assembling and positioning the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばエンジンのスーパーチャージャーや燃料電池のエアコンプレッサとして利用される空気供給装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
今日までガス圧縮機として幾つかのタイプが実現しており、ガス圧縮機の一つであるスクロール圧縮機は、その機構から低振動性や低騒音性に優れているが、これを実現するには圧縮機構部とモータ部の芯とを正確に合わせる必要がある。具体的に言うと、モータシャフトに取り付けられたロータと、モータフレームに取り付けられたステータとの芯合わせであり、これらの芯を正確に合わせる必要がある。従来の芯合わせ方法としては、ギャップゲージをロータとステータとの間に挟み込んで組み立てる方法がある。また吸入容積を増やして運転回転数を抑えることも、低振動性・低騒音性を実現するために必要なことである。吸入容積を増やす簡単な方法としては、スクロールラップの高さ寸法を大きくする方法、あるいは径方向寸法を拡大してラップを延長する方法がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、スクロール圧縮機特有の低振動性や低騒音性を十分に発揮させるためには、ロータとステータとの芯合わせと、運転回転数の低減とが重要となる。
【0004】
芯合わせ方法としては、ギャップゲージを挟み込んで組み立てる方法が一般的だが、作業性が悪い。また固定ボルトの締め付け時にモータシャフトの傾きが発生して、ロータとステータとの間が不均一な隙間となる可能性もある。
【0005】
また、吸入容積を増やして運転回転数を抑える方法としては、スクロールラップの高さ寸法を大きくしたり、スクロールラップを径方向に拡大したりすることが挙げられるが、この場合、回転によって生じる遠心力が大きくなり、シャフトを含めた他の部材の大型化を招いてしまう。
【0006】
そこで本発明は、圧縮機構部とモータ部との芯合わせを簡単にかつ正確に行うことで、低振動性や低騒音性に優れた空気供給装置を提供することを目的とする。
【0007】
また、本発明は、大型化させずに吸入容積を増やし、運転回転数を抑えることで、低振動性や低騒音性に優れた空気供給装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の本発明は、モータフレームに固定されたステータと、モータシャフトに固定されて前記ステータ内で回転するロータと、前記モータシャフトと一体で構成されたメカシャフトと、前記メカシャフトによって動作する旋回スクロールと、前記旋回スクロールを旋回動作させる自転拘束部材と、前記旋回スクロールを収めるメカケーシングと、前記旋回スクロールとの間で圧縮空間を形成する固定スクロールとを備え、前記モータシャフトの両端が第1の軸受と第2の軸受とで回転自在に保持され、前記メカシャフトが前記旋回スクロールと前記固定スクロールとを貫通し、前記旋回スクロールの両端で前記第2の軸受と第3の軸受とで回転自在に保持された空気供給装置であって、前記メカケーシングの第2の軸受を支持する箇所に形成された凸部と嵌合する円盤状の位置決めプレートを、前記モータフレームに取り付けたものである。
【0009】
請求項6記載の発明は、モータフレームに固定されるステータと、モータシャフトに固定されて前記ステータ内で回転するロータと、前記モータシャフトと一体で構成されたメカシャフトと、前記メカシャフトによって動作する旋回スクロールと、前記旋回スクロールを旋回動作させる自転拘束部材と、前記旋回スクロールを収めるメカケーシングと、前記旋回スクロールとの間で圧縮空間を形成する固定スクロールとを備え、前記モータシャフトの両端が第1の軸受と第2の軸受で回転自在に保持され、前記メカシャフトが前記旋回スクロールと前記固定スクロールとを貫通し、前記旋回スクロールの両端で前記第2の軸受と第3の軸受で回転自在に保持される空気供給装置であって、前記固定スクロールの鏡板と前記旋回スクロールの鏡板とに各々立設するラップの中心側端部の開始位置を、中心部から離れた場所から形成させて、インボリュート形状より決定する圧縮比を1.0より大きく1.2以下としてなるものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
請求項1記載の発明は、メカケーシングの第2の軸受を支持する箇所に形成された凸部と嵌合する円盤状の位置決めプレートを、モータフレームに取り付けたものである。そしてこの構成によれば、モータフレームやステータが設けられたモータ部と、旋回スクロールや自転拘束部材、メカケーシングが設けられた圧縮機構部との芯合わせを簡単にかつ正確に行うことができる。その結果、低振動・低騒音を実現することができる。
【0011】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、第1のバランスウエイトをロータと第2の軸受との間に設け、第2のバランスウエイトを固定スクロールと第3の軸受との間に設けたものである。そしてこの構成によれば、ロータとメカケーシングとの間に生じる空間を利用して第1のバランスウエイトを取り付けられるので、軸方向の寸法を小さくすることができる。
【0012】
請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、第2のバランスウエイトの中央部に貫通穴を設けたものである。そしてこの構成によれば、圧縮された空気が固定スクロールの吐出ポートを経て、吐出ケーシングへと流れる通路を前記貫通穴をも含めて確保でき、通路抵抗を抑えることができて、消費電力の低減を図ることができる。
【0013】
請求項4記載の発明は、請求項2記載の発明において、第2のバランスウエイトの左右外郭線が、メカシャフト取付円弧部と最外周円弧部とを結ぶ接線より内側に位置するように第2のバランスウエイトを形成したものである。そしてこの構成によれば、圧縮空気の吐出通路を確保しつつ、バランスウエイトの重心をメカシャフトから遠ざけることができ、バランスウエイトの小型化を図ることができる。
【0014】
請求項5記載の発明は、モータフレームに固定されたステータと、モータシャフトに固定されて前記ステータ内で回転するロータと、前記モータシャフトと一体で構成されたメカシャフトと、前記メカシャフトによって動作する旋回スクロールと、前記旋回スクロールを旋回動作させる自転拘束部材と、前記旋回スクロールを収めるメカケーシングと、前記旋回スクロールとの間で圧縮空間を形成する固定スクロールとを備え、前記モータシャフトの両端がモータ軸受けプレートで保持された第1の軸受とメカケーシングで保持された第2の軸受とで回転自在に保持され、前記メカシャフトが前記旋回スクロールと前記固定スクロールとを貫通し、前記旋回スクロールの両端で前記第2の軸受と第3の軸受とで回転自在に保持され、前記メカケーシングの第2の軸受を支持する箇所に形成された凸部と嵌合する円盤状の位置決めプレートを、前記モータフレームに取り付けた空気供給装置において、モータシャフトを取り付ける前に、位置決めプレートをモータフレームに固定する空気供給装置の組み立て位置決め方法であって、一端部はモータシャフトの第1の軸受で受けられる部分と同じ寸法であり、中間部はロータの外径と同じ寸法であり、他端部は前記メカケーシングの凸部外径と同じ寸法である治具を、仮止め状態にある第2の軸受と位置決めプレートとに挿入し、第2の軸受を保持したモータフレームとモータ軸受プレートと位置決めプレートとの芯を合わせた状態で、位置決めプレートをモータフレームに締結することを特徴とする。そしてこの構成によれば、位置決めプレートをモータフレームに対して良好な位置で固定することができる。
【0015】
そしてこの方法によれば、モータシャフトに取り付けられたロータと、モータフレームに取り付けられたステータとの芯合わせを簡単にかつ正確に行うことができる。その結果、低振動・低騒音を実現することができる。
【0016】
請求項6記載の発明は、前記固定スクロールの鏡板と前記旋回スクロールの鏡板とに各々立設するラップの中心側端部の開始位置を、中心部から離れた場所から形成させて、インボリュート形状より決定する圧縮比を1.0より大きく1.2以下としたものである。そしてこの構成よれば、大きな圧縮比を必要としない場合に、圧縮比を比較的小さめに抑えた状態で旋回半径を大きくすることが可能となり、スクロールのハネ高さを一定に維持したままで吸入容積を増大させることができる。その結果、低振動・低騒音を実現することができる。
【0017】
請求項7記載の発明は、請求項6記載の発明において、メカシャフトの径を30mm以上35mm以下としたものである。そしてこの構成によれば、メカシャフトの径を比較的大きくできて、旋回スクロールやバランスウエイトの遠心力によるメカシャフトのたわみ量を低減でき、ラップ同士の接触を防止できる。結果としてさらにラップの径方向隙間を低減できて、高効率を図ることができる。
【0018】
請求項8記載の発明は、請求項6記載の発明において、旋回スクロールラップの中心側端部にリブを設け、リブを、旋回スクロールに立設するラップを更に延長させて構成するとともに、ラップよりも低い高さで設けたものである。そしてこの構成によれば、旋回スクロールのラップ中心部の強度を確保することができ、圧力や熱による変形を低減することができる。
【0019】
(実施の形態)
以下、本発明に係る空気供給装置の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は本実施の形態による空気供給装置の全体構成を示す側面断面図、図2は本実施の形態による空気供給装置のモータ部及び治具を示す側面断面図、図3は本実施の形態による空気供給装置の第2のバランスウエイトを示す正面図、図4は本実施の形態による空気供給装置の第2のバランスウエイトを示す正面図、図5は本実施の形態による空気供給装置の旋回スクロールラップと固定スクロールラップを示す正面図、図6(a)および(b)は本実施の形態による空気供給装置の旋回スクロールラップを示す正面図および要部側面図である。
【0020】
図1に示すように、本実施の形態による空気供給装置は、モータ部10と圧縮機構部20と吐出ケーシング部50とから構成されている。
モータ部10は、円筒状のモータフレーム11と、このモータフレーム11内面に固定されたステータ12と、モータシャフト41に固定されてステータ12内で回転するロータ13と、モータフレーム11の一端側端面を封止するモータ軸受プレート14とから構成される。モータ軸受プレート14は、プレートの中心部において第1の軸受71を備え、この第1の軸受71によってモータシャフト41の一端側端部を回転自在に保持している。なお、61は、モータフレーム11の外周部に巻きつけられた冷却用の配管である。
【0021】
圧縮機構部20は、モータシャフト41と一体的に偏心して形成されたメカシャフト42によって動作する旋回スクロール21と、旋回スクロール21との間で圧縮空間26を形成する固定スクロール22と、旋回スクロール21を旋回動作させる自転拘束部材23とから構成される。旋回スクロール21には、所定の高さで立設された旋回スクロールラップ21Aが、固定スクロール22には、所定の高さで立設された固定スクロールラップ22Aが設けられている。そして旋回スクロールラップ21Aと固定スクロールラップ22Aとは、互いに噛み合うように配置されている。なお、旋回スクロールラップ21Aの側面と固定スクロールラップ22Aの側面とは、互いに接触しないように隙間を設けている。また旋回スクロールラップ21Aと固定スクロールラップ22Aとの先端の端面には、それぞれチップシール21B、22Bが設けられている。従って旋回スクロールラップ21Aの先端部と固定スクロール22とは、チップシール21Bを介して接触し、固定スクロールラップ22Aの先端部と旋回スクロール21とは、チップシール22Bを介して接触する。
【0022】
旋回スクロール21を収めるメカケーシング31は、モータフレーム11の他端側端面と圧縮機構部20の一端側端面とを封止する円盤状の仕切盤31Aと、圧縮機構部20の外周部を覆う円筒部材31Bとによって構成される。仕切盤31Aの中心部には貫通穴33を有し、この貫通穴33には第2の軸受72が設けられている。モータシャフト41の他端側端部は、この第2の軸受72によって回転自在に保持されている。円筒部材31Bは、圧縮機構部20に空気を導入する吸入口24を備えている。
【0023】
吐出ケーシング部50に設けられた吐出ケーシング51は、円盤状のプレート51Aと、プレート51Aの外周端に連続する円筒部材51Bとによって構成される。プレート51Aの中心部には第3の軸受73が設けられ、円筒部材51Bと固定スクロール22との間にはプレート35が介装され、さらに、円盤状のプレート51Aの外側における吐出口25を除く箇所にはプレート36が取り付けられている。またメカシャフト42の他端側端部には、アダプタ48が取り付けられている。そして、このアダプタ48の中心とモータシャフトの回転中心とを合わせた状態で、アダプタ48が第3の軸受73によって回転自在に保持されている。またプレート51Aは、圧縮機構部20で圧縮された空気を導出する吐出口25を備えている。
【0024】
圧縮機構部20内に配設された自転拘束部材23は、メカシャフト42を中心とする旋回スクロール21の回転を拘束し、旋回スクロール21を、モータシャフト41を中心とする旋回動作のみにする。具体的には、自転拘束部材23は、メカケーシング31と旋回スクロール21との間に配置されるクランクピンによって構成される。この自転拘束部材23は、それぞれの軸端にベアリングなどの軸受を備えている。この軸受はグリスが封入されたボールベアリングが好ましい。自転拘束部材23は、仕切盤31Aと旋回スクロール21との間に3つ設けられ、それぞれの自転拘束部材23は、メカシャフト42から等しい距離で、それぞれ等間隔に設けている。なお、自転拘束部材23は、3つ以上設けることが好ましい。
【0025】
シャフト40は、モータシャフト41とメカシャフト42とが一体型に形成されて構成されている。なおシャフト40は、一端側を第1の軸受71、中間位置を第2の軸受72、他端側をアダプタ48を介して第3の軸受73によって回転自在に保持されている。そして第1の軸受71と第2の軸受72とによってモータシャフト41が保持され、第2の軸受72と第3の軸受73とによってメカシャフト42が保持されているため、モータシャフト41もメカシャフト42も両端支持の構成となっている。メカシャフト42は、クランク部においてモータシャフト41に対して偏心して構成されている。
【0026】
メカシャフト42には、ベアリングなどの軸受74、75が設けられている。旋回スクロール21は、この2つの軸受74、75によって回転自在に保持されている。このとき軸受74は旋回スクロールラップ21Aの付け根側に、軸受75は旋回スクロールラップ21Aの先端側に配置されている。
【0027】
またメカシャフト42には、予圧ばね44が設けられている。この予圧ばね44は、第2のバランスウエイト47と軸受75との間に、圧縮負荷が加えられた状態で配設される。従って予圧ばね44は、軸受75の内輪側部材をモータ部10側に押圧し、軸受75の内輪側部材がモータ部10側に押圧されることで、その押圧力は、ボールを介して軸受75の外輪側部材に伝わり、その結果旋回スクロール21をモータ部10側に押圧する。この旋回スクロール21に加わる押圧力は、自転拘束部材23が受けることになり、低速運転時での旋回スクロール21の転覆を押さえ、振動を押さえることができる。
【0028】
またメカシャフト42には、シャフトシール45が設けられている。このシャフトシール45は、軸受74と軸受75との間の位置で、軸受75の軸受74側の位置に隣接して設けられている。このシャフトシール45によって、圧縮空気が軸受74側に漏れないように構成されている。
【0029】
そして、上記構成に加えて、本実施の形態による空気供給装置では、圧縮機構部20とモータ部10との芯合わせを簡単にかつ正確に行うための構成が設けられている。
【0030】
すなわち、図1および図2に示すように、モータフレーム11には位置決めプレート37が前もって取り付けられており、この位置決めプレート37の内径部分と、仕切盤31Aに形成された凸部31Cの外径部分とを嵌合させることによりモータ部10と圧縮機構部20との芯ならびにロータ13とステータ12との芯が一致するように構成されている。
【0031】
ここで、位置決めプレート37をモータフレーム11に固定する際には、治具80を使用する。治具80の形状は、一端部80Aはモータシャフト41の第1の軸受71で受けられる部分と同じ寸法で仕上がっていて、中間部80Bはロータ13の外径と同じ寸法で仕上がっていて、他端部80Cは仕切盤31Aの凸部31C外径と同じ寸法で仕上がっている。この治具80を、ステータ12が固定されているモータフレーム11と、仮止め状態にあるモータ軸受プレート14及び位置決めプレート37とに挿入し、これらのモータフレーム11とモータ軸受プレート14と位置決めプレート37との芯を合わせた状態で締結する。これにより、モータシャフト41に取り付けられたロータ13と、モータフレーム11に取り付けられたステータ12との芯合わせを簡単にかつ正確に行うことができる。
【0032】
また、上記のように位置決めプレート37を介してモータフレーム11とメカケーシング31とを取り付けることで、モータ部10と圧縮機構部20との芯は自動的に一致し、これらにより、低振動・低騒音を実現することができる。
【0033】
また、一般的に、スクロール圧縮機では、旋回スクロール21が偏心してメカシャフト42に取り付けられているため、運転時に偏心質量による遠心力が発生し、そのままの状態では回転バランスが崩れ、振動が起こる。このようなことがないように、この実施の形態では、回転バランスを取るために、第1のバランスウエイト46と第2のバランスウエイト47とを設けており、第1のバランスウエイト46をモータシャフト41に取り付け、第2のバランスウエイト47をメカシャフト42に取り付けている。特にモータシャフト41に取り付けた第1のバランスウエイト46に関しては、その大きさを、ステータ12の内径とロータ13と仕切盤31Aや位置決めプレート37とで囲まれた空間に収まるように構成されている。
【0034】
この構成により、ロータ13とメカケーシング31の仕切盤31Aや位置決めプレート37との間に生じる空間を利用して第1のバランスウエイト46を取り付けたので、第1のバランスウエイト46をステータ12と仕切盤31Aや位置決めプレート37との間に設けた場合と比較して、軸方向の寸法を小さくすることができる。
【0035】
次に、他の実施の形態を、図1および図3を用いて説明する。圧縮された空気は固定スクロール22に設けられた吐出ポート22Cから吐出ケーシング部50へと導かれるが、第2のバランスウエイト47がメカシャフト42とともに回転しているため、吐出抵抗となって、この部分で圧力損失が発生する。そこで、この実施の形態では、第2のバランスウエイト47の中央部に貫通穴47Aを設けており、貫通穴47Aを設けていないものと比べて、吐出経路を拡大している。
【0036】
この構成によれば、圧縮された空気が固定スクロール22の吐出ポート22Cを経て、吐出ケーシング51へと流れる通路を確保でき、通路抵抗を抑えることで、消費電力の低減を図ることができる。
【0037】
また、図4はその他の実施の形態を示すもので、この実施の形態では、第2のバランスウエイト47の左右外郭線47Bを、直線形状外郭線47Cよりも内部に位置させて形成している。これにより、第2のバランスウエイト47の左右外郭線を直線形状外郭線47Cに沿わせて形成したものと比べて、吐出経路が拡大されると同時に、第2のバランスウエイト47の重心が直線形状で成形した場合よりも回転中心から離れ、その結果、第2のバランスウエイト47の小型化が可能となるので、軸方向の縮小にもつながる。
【0038】
次に、運転回転数の低減や低振動・低騒音の低減を図るための他の構成に係る実施の形態を、図5を用いて説明する。
旋回スクロールラップ21Aと固定スクロールラップ22Aとのインボリュート形状から決定する圧縮比は、閉じ込めた容積と吐出する容積との比から計算できる。閉じ込めた容積と吐出する容積とが同じであれば、容積比は1.0で圧縮比も1.0となる。図5に示すように、この実施の形態においては、固定スクロール22Aの鏡板と旋回スクロール21の鏡板とに各々立設するラップ(旋回スクロールラップ21Aと固定スクロールラップ22A)の中心側端部の開始位置を中心部から離れた場所から形成させて(いわゆる中心側端部の開始位置を遅らせて)、インボリュート形状より決定する圧縮比を1.0より大きく1.2以下としている。これにより、大きな圧縮比を必要としない場合に、圧縮比を比較的小さめに抑えて旋回半径を大きくすることが可能となり、スクロールのハネ高さを一定に維持したままで吸入容積、すなわち閉じ込める容積を増大させることができる。その結果、運転回転数を低減させることが可能となり、さらには低振動・低騒音を図ることができる。
【0039】
さらに、図1を用いて、低振動・低騒音を一層図る構成について説明する。吐出流量を多くするために、回転数を上げる方法があるが、その場合、メカシャフト42が旋回スクロール21の遠心力でたわんでしまい、ラップ(旋回スクロールラップ21Aと固定スクロールラップ22A)同士で接触を起こす恐れがある。上記に示すように旋回半径を拡大し、ラップの巻きはじめ位置を遅らせることで、吸入容積を拡大したが、この実施の形態においては、さらに旋回スクロール21を貫通するメカシャフト42のシャフト径を拡大している。シャフト径が大きければたわみ量は低減されるが、ある程度以上の直径に形成するとインボリュート形状の構成が不可能となるため、メカシャフト42の径は30mm以上35mm以下が望ましい。
【0040】
この構成によれば、旋回スクロール21や第2バランスウエイト47の遠心力によるメカシャフト42のたわみ量を低減できるだけでなく、ラップ(旋回スクロールラップ21Aと固定スクロールラップ22A)同士の接触を防止でき、その結果、さらにラップの径方向隙間を低減できて、高効率を図ることができる。
【0041】
また、他の実施の形態について、図6を用いて説明する。旋回スクロール21の遠心力を低減させるために、旋回スクロール21の中心に位置するボス部21Cの外径を小さくした場合には、ボス部21Cと旋回スクロールラップ21Aとは離れた状態となってしまう。この場合、圧力や熱により旋回スクロールラップ21Aの中心寄り箇所が破損してしまう恐れがある。そこでこの実施の形態では、防止策として旋回スクロールラップ21Aの中心側端部にリブ21Dを設け、強度を確保している。リブ21Dは旋回スクロールラップ21Aを更に延長して構成し、旋回スクロールラップ21Aよりも低い高さで設けている。
【0042】
この構成によれば、旋回スクロール21のラップ中心部の強度を確保することができて、圧力や熱による変形を低減することができる。
【0043】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、メカケーシングの凸部と嵌合する円盤状の位置決めプレートをモータフレームに取り付けたことにより、モータフレームやステータが設けられたモータ部と、旋回スクロールや自転拘束部材、メカケーシングが設けられた圧縮機構部との芯合わせを簡単にかつ正確に行うことができ、低振動・低騒音を実現することができる。
【0044】
また、第1のバランスウエイトをロータと第2の軸受との間に設け、第2のバランスウエイトを固定スクロールと第3の軸受との間に設けたことにより、ロータとメカケーシング間に生じる空間を利用してバランスウエイトを取り付けられるので、軸方向の寸法を小さくすることができ、空気供給装置の小型化を図ることができる。
【0045】
さらに、第2のバランスウエイトの中央部に貫通穴を設けたことにより、通路抵抗を抑えることができて、消費電力の低減を図ることができる。
また、第2のバランスウエイトの左右外郭線が、メカシャフト取付円弧部と最外周円弧部とを結ぶ接線より内側に位置するように形成することで、圧縮空気の吐出通路を確保しつつ、バランスウエイトの重心をメカシャフトから遠ざけることができ、バランスウエイトの小型化、ひいては空気供給装置の小型化を図ることができる。
【0046】
また、一端部はモータシャフトの第1の軸受で受けられる部分と同じ寸法であり、中間部はロータの外径と同じ寸法であり、他端部は前記メカケーシングの凸部外径と同じ寸法である治具を、仮止め状態にある第2の軸受と位置決めプレートとに挿入し、第2の軸受を保持したモータフレームとモータ軸受プレートと位置決めプレートとの芯を合わせた状態で、位置決めプレートをモータフレームに締結することにより、ロータとステータとの芯合わせを簡単にかつ正確に行うことができて、低振動・低騒音を実現することができる。
【0047】
また、固定スクロールの鏡板と旋回スクロールの鏡板とに各々立設するラップの中心側端部の開始位置を、中心部から離れた場所から形成させて、インボリュート形状より決定する圧縮比を1.0より大きく1.2以下としたことにより、旋回半径を大きくすることが可能となり、スクロールのハネ高さを一定に維持したままで吸入容積を増大させることができ、その結果、低振動・低騒音を実現することができる。
【0048】
また、メカシャフトの径を30mm以上35mm以下としたことにより、旋回スクロールやバランスウエイトの遠心力によるメカシャフトのたわみ量を低減できて、ラップ同士の接触を防止できる。その結果としてさらにラップの径方向隙間を低減でき、高効率を図ることができる。
【0049】
また、旋回スクロールラップの中心側端部にリブを設け、リブを、旋回スクロールに立設するラップを更に延長させて構成するとともに、ラップよりも低い高さで設けたことにより、旋回スクロールのラップ中心部の強度を確保することができて、圧力や熱による変形を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態による空気供給装置の全体構成を示す側面断面図
【図2】本実施の形態による空気供給装置のモータ部及び治具を示す側面断面図
【図3】本実施の形態による空気供給装置の第2のバランスウエイトを示す正面図
【図4】本実施の形態による空気供給装置の第2のバランスウエイトを示す正面図
【図5】本実施の形態による空気供給装置の旋回スクロールラップと固定スクロールラップを示す正面図
【図6】(a)および(b)は本実施の形態による空気供給装置の旋回スクロールラップを示す正面図および要部側面図
【符号の説明】
10 モータ部
11 モータフレーム
12 ステータ
13 ロータ
14 モータ軸受プレート
20 圧縮機構部
21 旋回スクロール
21A 旋回スクロールラップ
21D リブ
22 固定スクロール
22A 固定スクロールラップ
23 自転拘束部材(クランクピン)
31 メカケーシング
31C 凸部
37 位置決めプレート
40 シャフト
41 モータシャフト
42 メカシャフト
46 第1のバランスウエイト
47 第2のバランスウエイト
47A 貫通穴
47B 左右外郭線
47C 直線形状外郭線
50 吐出ケーシング部
51 吐出ケーシング
71 第1の軸受
72 第2の軸受
73 第3の軸受[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an air supply device used as, for example, a supercharger for an engine or an air compressor for a fuel cell.
[0002]
[Prior art]
To date, several types of gas compressors have been realized, and scroll compressors, one of the gas compressors, are excellent in low vibration and low noise due to their mechanism. It is necessary to precisely align the compression mechanism with the motor. Specifically, it is the alignment of the rotor attached to the motor shaft and the stator attached to the motor frame, and it is necessary to accurately align these cores. As a conventional centering method, there is a method of assembling by sandwiching a gap gauge between a rotor and a stator. It is also necessary to increase the suction volume and suppress the operation speed so as to achieve low vibration and low noise. A simple way to increase the suction volume is to increase the height of the scroll wrap or to extend the wrap by increasing the radial dimension.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, it is important to align the rotor with the stator and reduce the number of operating revolutions in order to sufficiently exhibit the low vibration and low noise characteristics unique to the scroll compressor.
[0004]
As a centering method, a method of assembling by sandwiching a gap gauge is generally used, but workability is poor. In addition, when the fixing bolt is tightened, the inclination of the motor shaft may occur, resulting in an uneven gap between the rotor and the stator.
[0005]
Further, as a method of increasing the suction volume and suppressing the operation speed, it is possible to increase the height of the scroll wrap or to enlarge the scroll wrap in the radial direction. The force is increased, and the size of other members including the shaft is increased.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide an air supply device excellent in low vibration and low noise by easily and accurately aligning a compression mechanism portion and a motor portion.
[0007]
Another object of the present invention is to provide an air supply device that is excellent in low vibration and low noise by increasing the suction volume without increasing the size and suppressing the operation speed.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention according to claim 1 includes a stator fixed to a motor frame, a rotor fixed to a motor shaft and rotating in the stator, a mechanical shaft integrally formed with the motor shaft, and the mechanical shaft. An orbiting scroll that operates, a rotation restricting member that orbits the orbiting scroll, a mechanical casing that houses the orbiting scroll, and a fixed scroll that forms a compression space between the orbiting scroll and both ends of the motor shaft. Are rotatably held by a first bearing and a second bearing, and the mechanical shaft passes through the orbiting scroll and the fixed scroll, and the second bearing and the third bearing are provided at both ends of the orbiting scroll. And an air supply device rotatably held by said member, said member supporting a second bearing of said mechanical casing. The disc-shaped positioning plate which protrusion mates formed, in which attached to the motor frame.
[0009]
According to a sixth aspect of the present invention, a stator fixed to a motor frame, a rotor fixed to a motor shaft and rotating in the stator, a mechanical shaft integrally formed with the motor shaft, and an operation by the mechanical shaft Orbiting scroll, a rotation restricting member for orbiting the orbiting scroll, a mechanical casing for accommodating the orbiting scroll, and a fixed scroll for forming a compression space between the orbiting scroll and both ends of the motor shaft. The mechanical shaft is rotatably held by a first bearing and a second bearing, and the mechanical shaft penetrates the orbiting scroll and the fixed scroll, and is rotated at both ends of the orbiting scroll by the second bearing and the third bearing. An air supply device that is freely held, wherein the end plate of the fixed scroll and the mirror of the orbiting scroll are provided. In this case, the starting position of the center side end of each of the wraps to be erected is formed from a place away from the center, and the compression ratio determined from the involute shape is set to be larger than 1.0 and 1.2 or less. .
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
According to a first aspect of the present invention, a disc-shaped positioning plate that fits with a convex portion formed at a position supporting the second bearing of the mechanical casing is attached to the motor frame. According to this configuration, it is possible to easily and accurately align the motor portion provided with the motor frame and the stator with the compression mechanism portion provided with the orbiting scroll, the rotation restricting member, and the mechanical casing. As a result, low vibration and low noise can be realized.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the first balance weight is provided between the rotor and the second bearing, and the second balance weight is provided between the fixed scroll and the third bearing. It is provided in. According to this configuration, the first balance weight can be attached using the space generated between the rotor and the mechanical casing, so that the dimension in the axial direction can be reduced.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, a through hole is provided in a central portion of the second balance weight. According to this configuration, a passage through which the compressed air flows to the discharge casing through the discharge port of the fixed scroll, including the through-hole, can be secured, and the passage resistance can be suppressed, thereby reducing power consumption. Can be achieved.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the left and right outer contour lines of the second balance weight are located inside a tangent line connecting the mechanical shaft mounting arc portion and the outermost peripheral arc portion. The balance weight is formed. According to this configuration, the center of gravity of the balance weight can be kept away from the mechanical shaft while the discharge passage of the compressed air is secured, and the size of the balance weight can be reduced.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, a stator fixed to a motor frame, a rotor fixed to a motor shaft and rotating in the stator, a mechanical shaft integrally formed with the motor shaft, and an operation by the mechanical shaft Orbiting scroll, a rotation restricting member for orbiting the orbiting scroll, a mechanical casing for accommodating the orbiting scroll, and a fixed scroll for forming a compression space between the orbiting scroll and both ends of the motor shaft. A first bearing held by a motor bearing plate and a second bearing held by a mechanical casing are rotatably held, and the mechanical shaft penetrates the orbiting scroll and the fixed scroll. The two ends are rotatably held by the second bearing and the third bearing. In a pneumatic supply device in which a disc-shaped positioning plate fitted to a projection formed at a position supporting a second bearing of the motor is mounted on the motor frame, before the motor shaft is mounted, the positioning plate is connected to the motor frame. A method for assembling and positioning an air supply device fixed to a motor shaft, wherein one end has the same size as a portion received by a first bearing of a motor shaft, an intermediate portion has the same size as an outer diameter of a rotor, and the other end has Inserts a jig having the same size as the outer diameter of the convex portion of the mechanical casing into the second bearing and the positioning plate in a temporarily fixed state, and positions the jig with the motor frame holding the second bearing and the motor bearing plate. The positioning plate is fastened to the motor frame with the core aligned with the plate. According to this configuration, the positioning plate can be fixed at a favorable position with respect to the motor frame.
[0015]
According to this method, the alignment between the rotor attached to the motor shaft and the stator attached to the motor frame can be performed easily and accurately. As a result, low vibration and low noise can be realized.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, the start positions of the center side ends of the wraps erected on the end plate of the fixed scroll and the end plate of the orbiting scroll, respectively, are formed from locations away from the center, so that the involute shape is obtained. The determined compression ratio is greater than 1.0 and less than or equal to 1.2. According to this configuration, when a large compression ratio is not required, it is possible to increase the turning radius while keeping the compression ratio relatively small, so that the suction can be performed while maintaining the scroll splash height constant. The volume can be increased. As a result, low vibration and low noise can be realized.
[0017]
The invention according to claim 7 is the invention according to claim 6, wherein the diameter of the mechanical shaft is 30 mm or more and 35 mm or less. According to this configuration, the diameter of the mechanical shaft can be made relatively large, the amount of deflection of the mechanical shaft caused by the centrifugal force of the orbiting scroll and the balance weight can be reduced, and contact between the wraps can be prevented. As a result, the radial gap of the wrap can be further reduced, and high efficiency can be achieved.
[0018]
According to an eighth aspect of the present invention, in the invention of the sixth aspect, a rib is provided at a center side end portion of the orbiting scroll wrap, and the rib is formed by further extending the wrap erected on the orbiting scroll. Is also provided at a low height. According to this configuration, the strength of the center portion of the wrap of the orbiting scroll can be secured, and deformation due to pressure and heat can be reduced.
[0019]
(Embodiment)
Hereinafter, an embodiment of an air supply device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side sectional view showing the overall configuration of an air supply device according to the present embodiment, FIG. 2 is a side sectional view showing a motor portion and a jig of the air supply device according to the present embodiment, and FIG. FIG. 4 is a front view showing a second balance weight of the air supply device according to the embodiment, FIG. 4 is a front view showing a second balance weight of the air supply device according to the embodiment, and FIG. 5 is a swing of the air supply device according to the embodiment. FIGS. 6A and 6B are a front view and a main part side view showing the orbiting scroll wrap of the air supply device according to the present embodiment.
[0020]
As shown in FIG. 1, the air supply device according to the present embodiment includes a
The
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The mechanical shaft 42 is provided with bearings 74 and 75 such as bearings. The orbiting
[0027]
The mechanical shaft 42 is provided with a preload spring 44. The preload spring 44 is disposed between the
[0028]
The mechanical shaft 42 is provided with a shaft seal 45. The shaft seal 45 is provided at a position between the bearing 74 and the bearing 75 and adjacent to a position of the bearing 75 on the bearing 74 side. The shaft seal 45 prevents the compressed air from leaking to the bearing 74 side.
[0029]
In addition to the above configuration, the air supply device according to the present embodiment is provided with a configuration for easily and accurately aligning the
[0030]
That is, as shown in FIGS. 1 and 2, a
[0031]
Here, when fixing the
[0032]
In addition, by attaching the
[0033]
In general, in a scroll compressor, since the orbiting
[0034]
With this configuration, the
[0035]
Next, another embodiment will be described with reference to FIGS. The compressed air is guided from the
[0036]
According to this configuration, a passage through which the compressed air flows to the
[0037]
FIG. 4 shows another embodiment. In this embodiment, the left and right outer lines 47B of the
[0038]
Next, an embodiment according to another configuration for reducing the number of operating revolutions and reducing low vibration and low noise will be described with reference to FIG.
The compression ratio determined from the involute shape of the orbiting scroll wrap 21A and the fixed scroll wrap 22A can be calculated from the ratio between the confined volume and the discharged volume. If the confined volume and the discharge volume are the same, the volume ratio is 1.0 and the compression ratio is also 1.0. As shown in FIG. 5, in this embodiment, the start of the center-side ends of the wraps (orbiting scroll wrap 21A and fixed
[0039]
Further, a configuration for further reducing vibration and noise will be described with reference to FIG. In order to increase the discharge flow rate, there is a method of increasing the number of revolutions. In this case, the mechanical shaft 42 is bent by the centrifugal force of the orbiting
[0040]
According to this configuration, not only the amount of deflection of the mechanical shaft 42 due to the centrifugal force of the orbiting
[0041]
Another embodiment will be described with reference to FIG. When the outer diameter of the
[0042]
According to this configuration, the strength of the center portion of the wrap of the orbiting
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the disk-shaped positioning plate fitted to the projection of the mechanical casing is attached to the motor frame, so that the motor unit provided with the motor frame and the stator, the orbiting scroll and the rotation constraint The alignment with the compression mechanism provided with the member and the mechanical casing can be easily and accurately performed, and low vibration and low noise can be realized.
[0044]
Further, by providing the first balance weight between the rotor and the second bearing and providing the second balance weight between the fixed scroll and the third bearing, a space created between the rotor and the mechanical casing. Since the balance weight can be attached by utilizing the above, the dimension in the axial direction can be reduced, and the size of the air supply device can be reduced.
[0045]
Further, by providing a through hole in the center of the second balance weight, passage resistance can be suppressed, and power consumption can be reduced.
In addition, the left and right outer lines of the second balance weight are formed so as to be located inside a tangent line connecting the mechanical shaft mounting arc portion and the outermost arc portion, thereby securing a discharge passage for compressed air and achieving balance. The center of gravity of the weight can be kept away from the mechanical shaft, and the size of the balance weight can be reduced, and the size of the air supply device can be reduced.
[0046]
One end has the same size as the portion of the motor shaft received by the first bearing, the intermediate portion has the same size as the outer diameter of the rotor, and the other end has the same size as the outer diameter of the projection of the mechanical casing. Is inserted into the temporarily fixed second bearing and the positioning plate, and the positioning plate is positioned in a state where the motor frame holding the second bearing is aligned with the motor bearing plate and the positioning plate. Can be easily and accurately aligned with the motor frame, and low vibration and low noise can be realized.
[0047]
Further, the starting positions of the center side ends of the wraps respectively erected on the fixed scroll end plate and the orbiting scroll end plate are formed from locations away from the center portions, and the compression ratio determined from the involute shape is set to 1.0. By making it larger, 1.2 or less, it becomes possible to increase the turning radius, and it is possible to increase the suction volume while keeping the scroll height constant, resulting in low vibration and low noise. Can be realized.
[0048]
In addition, by setting the diameter of the mechanical shaft to 30 mm or more and 35 mm or less, the amount of deflection of the mechanical shaft due to the centrifugal force of the orbiting scroll and the balance weight can be reduced, and contact between the wraps can be prevented. As a result, the gap in the radial direction of the wrap can be further reduced, and high efficiency can be achieved.
[0049]
In addition, a rib is provided at the center side end of the orbiting scroll wrap, and the rib is formed by further extending the wrap erected on the orbiting scroll, and is provided at a lower height than the wrap, so that the orbiting scroll wrap is provided. The strength of the central portion can be secured, and deformation due to pressure or heat can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side cross-sectional view showing an entire configuration of an air supply device according to an embodiment of the present invention; FIG. 2 is a side cross-sectional view showing a motor unit and a jig of the air supply device according to the embodiment; FIG. 4 is a front view showing a second balance weight of the air supply device according to the embodiment; FIG. 4 is a front view showing a second balance weight of the air supply device according to the embodiment; FIG. FIGS. 6 (a) and 6 (b) are a front view and a main part side view of the orbiting scroll wrap of the air supply device according to the present embodiment. Description】
DESCRIPTION OF
31 Mechanical casing
Claims (8)
前記モータシャフトの両端が第1の軸受と第2の軸受とで回転自在に保持され、前記メカシャフトが前記旋回スクロールと前記固定スクロールとを貫通し、前記旋回スクロールの両端で前記第2の軸受と第3の軸受とで回転自在に保持された空気供給装置であって、
前記メカケーシングの第2の軸受を支持する箇所に形成された凸部と嵌合する円盤状の位置決めプレートを、前記モータフレームに取り付けた空気供給装置。A stator fixed to a motor frame, a rotor fixed to a motor shaft and rotating in the stator, a mechanical shaft integrally formed with the motor shaft, an orbiting scroll operated by the mechanical shaft, and the orbiting scroll A rotation restricting member for orbiting, a mechanical casing for accommodating the orbiting scroll, and a fixed scroll for forming a compression space between the orbiting scroll and
Both ends of the motor shaft are rotatably held by a first bearing and a second bearing, and the mechanical shaft penetrates the orbiting scroll and the fixed scroll, and the second bearing is provided at both ends of the orbiting scroll. And an air supply device rotatably held by a third bearing and
An air supply device, wherein a disc-shaped positioning plate that fits with a convex portion formed at a position supporting a second bearing of the mechanical casing is attached to the motor frame.
前記モータシャフトの両端がモータ軸受プレートで保持された第1の軸受とメカケーシングで保持された第2の軸受とで回転自在に保持され、前記メカシャフトが前記旋回スクロールと前記固定スクロールとを貫通し、前記旋回スクロールの両端で前記第2の軸受と第3の軸受とで回転自在に保持され、
前記メカケーシングの第2の軸受を支持する箇所に形成された凸部と嵌合する円盤状の位置決めプレートを、前記モータフレームに取り付けた空気供給装置において、
前記モータシャフトを取り付ける前に、前記位置決めプレートを前記モータフレームに固定する空気供給装置の組み立て位置決め方法であって、
一端部は前記モータシャフトの第1の軸受で受けられる部分と同じ寸法であり、中間部は前記ロータの外径と同じ寸法であり、他端部は前記メカケーシングの凸部外径と同じ寸法である治具を、仮止め状態にある前記第1の軸受と前記位置決めプレートとに挿入し、前記第1の軸受を保持したモータ軸受プレートと前記モータフレームと前記位置決めプレートとの芯を合わせた状態で、前記モータ軸受プレートと前記位置決めプレートを前記モータフレームに締結する空気供給装置の組み立て位置決め方法。A stator fixed to a motor frame, a rotor fixed to a motor shaft and rotating in the stator, a mechanical shaft integrally formed with the motor shaft, an orbiting scroll operated by the mechanical shaft, and the orbiting scroll A rotation restricting member for orbiting, a mechanical casing for accommodating the orbiting scroll, and a fixed scroll for forming a compression space between the orbiting scroll and
Both ends of the motor shaft are rotatably held by a first bearing held by a motor bearing plate and a second bearing held by a mechanical casing, and the mechanical shaft penetrates the orbiting scroll and the fixed scroll. And both ends of the orbiting scroll are rotatably held by the second bearing and the third bearing,
In the air supply device, a disc-shaped positioning plate that fits with a convex portion formed at a position supporting the second bearing of the mechanical casing is attached to the motor frame.
Before mounting the motor shaft, it is an assembly positioning method of an air supply device for fixing the positioning plate to the motor frame,
One end has the same size as the portion received by the first bearing of the motor shaft, the middle has the same size as the outer diameter of the rotor, and the other end has the same size as the outer diameter of the projection of the mechanical casing. Is inserted into the first bearing and the positioning plate in a temporarily fixed state, and the motor bearing plate holding the first bearing, the motor frame, and the positioning plate are aligned. An assembly and positioning method for an air supply device, wherein the motor bearing plate and the positioning plate are fastened to the motor frame in a state.
前記モータシャフトの両端が第1の軸受と第2の軸受で回転自在に保持され、前記メカシャフトが前記旋回スクロールと前記固定スクロールとを貫通し、前記旋回スクロールの両端で前記第2の軸受と第3の軸受で回転自在に保持される空気供給装置であって、
前記固定スクロールの鏡板と前記旋回スクロールの鏡板とに各々立設するラップの中心側端部の開始位置を、中心部から離れた場所から形成させて、インボリュート形状より決定する圧縮比を1.0より大きく1.2以下としてなる空気供給装置。A stator fixed to a motor frame, a rotor fixed to a motor shaft and rotating in the stator, a mechanical shaft integrally formed with the motor shaft, an orbiting scroll operated by the mechanical shaft, and the orbiting scroll A rotation restricting member for orbiting, a mechanical casing for accommodating the orbiting scroll, and a fixed scroll for forming a compression space between the orbiting scroll and
Both ends of the motor shaft are rotatably held by a first bearing and a second bearing, and the mechanical shaft penetrates the orbiting scroll and the fixed scroll, and both ends of the orbiting scroll communicate with the second bearing. An air supply device rotatably held by a third bearing,
The starting position of the center-side end of the wrap, which is erected on the end plate of the fixed scroll and the end plate of the orbiting scroll, respectively, is formed from a position away from the center, and the compression ratio determined from the involute shape is 1.0. An air supply device that is larger than 1.2.
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JP2002330135A JP2004162622A (en) | 2002-11-14 | 2002-11-14 | Air supply device and method for assembling and positioning the same |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009097417A (en) * | 2007-10-16 | 2009-05-07 | Mayekawa Mfg Co Ltd | Hermetically sealed scroll compressor and assembly method therefor |
CN105637221B (en) * | 2013-10-08 | 2017-09-08 | 三电控股株式会社 | Vortex equipment |
-
2002
- 2002-11-14 JP JP2002330135A patent/JP2004162622A/en active Pending
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JP2009097417A (en) * | 2007-10-16 | 2009-05-07 | Mayekawa Mfg Co Ltd | Hermetically sealed scroll compressor and assembly method therefor |
CN105637221B (en) * | 2013-10-08 | 2017-09-08 | 三电控股株式会社 | Vortex equipment |
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