JP2006183671A - 多段高圧圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】
電動機の回転軸に対するロータの支持を行うと共に電動機のトルク変動抑制効果を発揮できる装置を提供する。また、電動機の安定した動作が得られる構成を提供する。
【解決手段】
電動機の回転軸の下端に取り付けられるフライホイールにて回転軸に対する電動機のロータの支持を行うと共に、前記フライホイールが、ロータと巻線の下方を覆うように形成されている。また、電動機の回転軸の下端にボルト結合されたフライホイールを設け、電動機の回転軸と電動機のロータとの間の回り止めキーの延長部がフライホイールに挿入された技術手段を採用した。
【選択図】 図４

Description

本発明は、吸入した作動流体を圧縮して高圧作動流体を発生する複数段の圧縮機構部を有した高圧圧縮機に関し、詳しくは、この高圧圧縮機の電動機のトルク変動抑制装置に関する。

下部に設けた電動機から上方に延びた回転軸の回転によってシリンダに対してピストンを往復駆動しこの駆動によって吸入した作動流体を複数の圧縮段にて圧縮して高圧作動流体を発生する圧縮機構部を上部に有した多段高圧圧縮機に関しては、本出願人に係る発明として、本出願の出願日以前に発明された高圧ガス圧縮機の一つである４段圧縮装置が示されている。（例えば、特許文献１及び２参照）
特願平１１−８１７８１号 特願平１１−４６７４８号

図１は、圧縮機構部と電動機の関係を示す先行技術である。この図１において、２０は電動機であり、巻線２１を有する固定子２２がモータケース２４の内側に固定され、固定子２２の内側にあって固定子２２と所定のエアーギャップを存したロータ（回転子）２５を有し、ロータ２５の回転軸２３が上方に延びており、電動機２０の上方に前記圧縮機構部２６が設けられている。２７、２８はモータケース２４の上下に組み合わされたハウジングであり、モータケース２４と共に電動機２０を包含する。２９、３０は、回転軸２３を回転可能に支持する軸受けである。３５は、回転軸２３に対してロータ２５の回転を防止するための回り止めキーである。回転軸２３の回転によって圧縮機構部２６のシリンダ３１に対してピストン３２を往復駆動しこの駆動によって吸入した作動流体（ガス）を４段圧縮して高圧ガスを発生する。この４段圧縮機構の高圧圧縮機の構成と動作は、上記特願平１１−８１７８１号及び特願平１１−４６７４８号に示されているものと同様である。

図１に示すように、電動機２０の回転軸２３に対するロータ２５の支持は、ロータ２５の下面を受ける円形プレート（円形平板）３３を、回転軸２３にねじ込まれるボルト３４によって回転軸２３の下端に固定することによって行っている。

また、回転軸２３に対するロータ２５の回転防止は、回転軸２３とロータ２５の両者間に介在した回り止めキー３５で行っているが、このキー３５全体は、ロータ２５内に存在する。

上記のように、先行技術では、電動機２０の回転軸２３に対するロータ２５の支持が目的であり、そのために円形プレート（円形平板）３３が必要である。このため、先行技術では、電動機２０のトルク変動抑制を目的とする構成も効果もない。

本発明は、上記のような問題点に鑑み、多段高圧圧縮機において、電動機の回転軸に対するロータの支持を行うと共に電動機のトルク変動抑制効果を発揮できる装置を提供する。また、電動機の安定した動作が得られる構成を提供するものである。このため、電動機の回転軸の下端に取り付けられるフライホイールにて回転軸に対する電動機のロータの支持を行うと共に、前記フライホイールがロータと巻線の下方を覆うように形成する技術手段を採用した。また、電動機の回転軸の下端部とこれに取り付けられるフライホイールとを、この両者に形成された相対的に噛み合うねじ結合とした技術手段を採用した。

第１の発明によれば、先行技術においてロータの支持に用いられていた円形プレート（円形平板）を省略して、ロータの支持の役目をフライホイールが行うと共にロータの円滑な回転を司ることができる。また、フライホイールをロータと巻線の下方を覆うように形成することにより、フライホイールとしての十分な質量を得ることができるため、多段圧縮装置の振動が減少させることできる。また、多段圧縮装置に用いた電動機の巻線温度を低減でき、多段圧縮装置の信頼性が向上する。

また、第２の発明によれば、第１の発明の効果に加えて、大きなボルトによる締め付けでなくても、回転軸に対するフライホイールの回転防止効果が十分となる。そして、ロータとフライホイールの両方を共通のキーにて回り止めできるため、部品数が少なく、組立工数も少なくできる。

また、第３の発明では、第１の発明の効果に加えて、回転軸に対するフライホイールの固定ボルトが不要となり、部品数が少なくフライホイールの固定が容易である。

更に、第４の発明では、第１の発明の効果に加えて、回転軸に対するフライホイールの固定ボルトが不要となり、部品数が少なくフライホイールの固定が強固である。

以下に、高圧圧縮機の一つである多段圧縮装置における本発明の実施形態を説明する。先ず、図２に基づいて説明する。図示した高圧圧縮機１００は、４つの圧縮部（圧縮段部）１０１、１０２、１０３、１０４を有した４段圧縮機を構成している。圧縮部１０１と１０３は水平軸１０６上に配置され、圧縮部１０２と１０４は水平軸１０５上に配置され、それぞれこれらの軸１０６、１０５上で固定体であるシリンダ７１、７２、７３、７４内を往復動作する可動体であるピストン５１、５２、５３、５４を有する往復動圧縮機構を構成する。これによって、吸入管から吸入された作動流体は、第１段圧縮部１０１で圧縮され、次に第１段圧縮部１０１で圧縮した作動流体が管路５を経て第２段圧縮部１０２へ入って圧縮され、第２段圧縮部１０２で圧縮した作動流体が管路６を経て第３段圧縮部１０３へ入って圧縮され、第３段圧縮部１０３で圧縮した作動流体が管路７を経て第４段圧縮部１０４へ入って圧縮され、このようにして所定の圧力及び流量を有する高圧作動流体が出口管８から出力される。

このような多段圧縮装置１００における前記作動流体は、窒素、天然ガス、６フッ化イオウ（ＳＦ₆）、空気等、所謂、ガス（気体）であり、多段圧縮装置１００は、合成樹脂のインジェクション成形時に高圧窒素ガスを使用するガスインジェクション成形機への高圧窒素ガス供給、天然ガス使用の自動車のボンベへの天然ガス充填機、空気ボンベへの高圧空気の充填機等に適用される。

多段圧縮装置１００において、第１段圧縮部１０１のピストン５１と第３段圧縮部１０３のピストン５３は軸１０６上においてヨーク１Ａに連結され、ヨーク１Ａ内で軸１０６を横切るように移動可能に設けたクロススライダー２Ａは、クランクピン３を介してクランクシャフト４に連結している。軸１０５と軸１０６とは垂直視で９０度の角度を有する。また、第２段圧縮部１０２のピストン５２と第４段圧縮部１０４のピストン５４は、軸１０５上においてヨーク１Ｂに連結され、ヨーク１Ｂ内で軸１０５を横切るように移動可能に設けたクロススライダー２Ｂは、クランクピン３を介してクランクシャフト４に連結している。

クランクシャフト４は圧縮部１０１乃至１０４の下方に設けた電動機（後述の符号２０）によって回転され、クランクシャフト４に偏心して設けたクランクピン３をクランクシャフト４の周りに回転させ、ヨーク１Ａに関しては、軸１０５の方向のクランクピン３の変位にはクロススライダー２Ａが移動して対応し、軸１０６の方向の変位にはヨーク１Ａが移動して対応することによって、ピストン５１、５３は軸１０６の方向にのみ往復運動をする。

一方、ヨーク１Ｂに関しては、軸１０６の方向クランクピン３の変位にはクロススライダー２Ｂが移動して対応し、軸１０５の方向の変位にはヨーク１Ｂが移動して対応することによって、ピストン５２、５４は軸１０５の方向にのみ往復運動をする。

上記の構成において、吸入管から吸入される作動流体である空気等の圧力は約大気圧であり、これが第１段圧縮部１０１で約０．５ＭＰａ（Ｇ）にまで圧縮され、この圧縮された空気は管路５を通って第２段圧縮部１０２に供給される。第２段圧縮部１０２では、空気は約２ＭＰａ（Ｇ）まで圧縮され、この圧縮された空気は管路６を通って第３段圧縮部１０３に供給される。第３段圧縮部１０３では、空気は約７〜１０ＭＰａ（Ｇ）まで圧縮され、この圧縮された空気は管路７を通って第４段圧縮部１０４に供給される。第４段圧縮部１０４では、約２０〜３０ＭＰａ（Ｇ）まで圧縮された高圧空気（高圧作動流体）が、吐出管８から蓄圧器へ供給されて、蓄圧器を通って必要な空気ボンベ等の所要のものへ供給される。

図３は、本出願の第１の発明を示す。図３において、図１と同様の部分は同一符号を付している。これにおいて、４０は、回転軸２３の下端にボルト４１にて固定したフライホイールであり、ロータ２５と巻線２１の下方を覆うように、回転軸２３に対応する部分４２、ロータ２５に対応する部分４３、及び巻線２１に対応する部分４４が、それぞれ下方へ行くに従って大なる直径部として階段状に形成されている。ロータ２５は、回転軸２３に対応する部分４２によって支持される。ロータ２５の上方への移動規制は、回転軸２３に形成した段部４６にロータ２５が当たることにて達成している。

回転軸２３に対するロータ２５の回転防止は、回転軸２３とロータ２５の両者間に介在した回り止めキー３５で行っている。このキー３５は、その全体がロータ２５内に存在する。

上記のように、先行技術においてロータ２５の支持に用いられていた円形プレート（円形平板）３３を省略して、ロータ２５の支持の役目をフライホイール４０が行うと共にロータ２５の円滑な回転を司ることができる。これによって、多段圧縮装置１００の振動が減少できる。また、多段圧縮装置１００に用いた電動機２０の出力は、例えば２．０ｋｗ前後であり、電動機２０の過負荷時における電流値を約１１Ａ（アンペア）から約７Ａ（アンペア）に減少できるため、電動機２０の巻線２１の温度を約１１０℃から約８０℃に減少でき、多段圧縮装置１００の信頼性が向上する。

図４は、本出願の第２の発明を示す。図４において、図３と同様の部分は同一符号を付している。これにおいて、４０は、回転軸２３の下端にボルト４１にて固定したフライホイールであり、ロータ２５と巻線２１の下方を覆うように、回転軸２３に対応する部分４２、ロータ２５に対応する部分４３、及び巻線２１に対応する部分４４が、それぞれ下方へ行くに従って大なる直径部として階段状に形成されている。ロータ２５は、回転軸２３に対応する部分４２によって支持される。ロータ２５の上方への移動規制は、回転軸２３に形成した段部４６にロー
タ２５が当たることにて達成している。４５は、回転軸２３に対するロータ２５の回転防止用の回り止めキーであり、回転軸２３とロータ２５の両者間に介在している。このキー４５は、その下方への延長部４５Ａがフライホイール４０の部分４２側面に形成した溝に挿入されている。

これによって、大きなボルト４１による締め付けでなくても、回転軸に対するフライホイールの回転防止効果が十分となる。そして、ロータとフライホイールの両方を共通のキーにて回り止めできるため、部品数が少なく、組立工数も少なくできる。また、上記第１発明と同様に、先行技術においてロータ２５の支持に用いられていた円形プレート（円形平板）３３を省略して、ロータ２５の支持の役目をフライホイール４０が行うと共にロータ２５の円滑な回転を司ることができる。

図５は、本出願の第３の発明を示す。図５において、図３と同様の部分は同一符号を付している。これにおいて、４０は、回転軸２３の下端に固定したフライホイールであり、ロータ２５と巻線２１の下方を覆うように、回転軸２３に対応する部分４２、ロータ２５に対応する部分４３、及び巻線２１に対応する部分４４が、それぞれ下方へ行くに従って大なる直径部として階段状に形成されている。ロータ２５は、回転軸２３に対応する部分４２によって支持される。ロータ２５の上方への移動規制は、回転軸２３に形成した段部４６にロータ２５が当たることにて達成している。回転軸２３の下端へのフライホイール４０の固定は、回転軸２３の下端部２３Ａに形成した雄ねじと、フライホイール４０の部分４２に形成した雌ねじとの噛み合いにて達成している。

図６は、本出願の上記第３の発明の他の実施形態を示す。図６において、図５と同様の部分は同一符号を付しており、その説明は図５の場合と同様である。図５の場合とは、回転軸２３の下端部へのフライホイール４０の固定方法が異なる。即ち、回転軸２３の下端部へのフライホイール４０の固定は、回転軸２３の下端部に形成した雌ねじと、フライホイール４０の部分４２に突出形成した雄ねじとの噛み合いにて達成している。ロータ２５は、回転軸２３に対応する部分４２によって支持される。

このように本出願の第３の発明では、上記の第１及び第２発明で用いた回転軸２３に対するフライホイール４０の固定ボルトが不要となり、部品数が少なくフライホイール４０の固定が容易である。また、上記第１発明と同様に、先行技術においてロータ２５の支持に用いられていた円形プレート（円形平板）３３を省略して、ロータ２５の支持の役目をフライホイール４０が行うと共にロータ２５の円滑な回転を司ることができる。

図７は、本出願の第４の発明を示す。図７において、図５及び図６と同様の部分は同一符号を付しており、その説明は図５の場合と同様である。図５及び図６の場合とは、回転軸２３の下端部へのフライホイール４０の固定方法が異なる。即ち、回転軸２３の下端部へのフライホイール４０の固定は、回転軸２３の下端部をフライホイール４０の部分４２内に形成した孔に焼きばめにて達成している。ロータ２５は、回転軸２３に対応する部分４２によって支持される。

このように本出願の第４の発明では、上記の第１及び第２の発明で用いた回転軸２３に対するフライホイール４０の固定ボルトが不要となり、部品数が少なくフライホイール４０の固定が強固である。また、上記第１発明と同様に、先行技術においてロータ２５の支持に用いられていた円形プレート（円形平板）３３を省略して、ロータ２５の支持の役目をフライホイール４０が行うと共にロータ２５の円滑な回転を司ることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲において、種々の実施形態へ展開できる。

先行技術に係る多段高圧圧縮機の部分断面による側面図である。 本発明の一実施形態の多段高圧圧縮機の各圧縮機構部を断面で示す平面図である。 本発明の第１の発明に係る一実施形態の多段高圧圧縮機の部分断面による側面図である。 本発明の第２の発明に係る一実施形態の多段高圧圧縮機の部分断面による側面図である。 本発明の第３の発明に係る一実施形態の多段高圧圧縮機の部分断面による側面図である。 本発明の第３の発明に係る他の実施形態の多段高圧圧縮機の部分断面による側面図である。 本発明の第４の発明に係る他の実施形態の多段高圧圧縮機の部分断面による側面図である。

符号の説明

２０…………電動機
２３…………回転軸
２５…………ロータ
４０…………フライホイール
４１…………ボルト
４５…………回り止めキー
１００………多段高圧圧縮機
１０１………第１段圧縮機構部
１０２………第２段圧縮機構部
１０３………第３段圧縮機構部
１０４………第４段圧縮機構部

Claims (4)

1. 下部に設けた電動機から上方に延びた回転軸の回転によってシリンダに対してピストンを往復駆動しこの駆動によって吸入した作動流体を複数の圧縮段にて圧縮して高圧作動流体を発生する圧縮機構部を上部に有した多段高圧圧縮機において、前記電動機の回転軸の下端に取り付けられるフライホイールにて前記回転軸に対する前記電動機のロータの支持を行うと共に、前記フライホイールが、ロータと巻線の下方を覆うように形成されていることを特徴とする多段高圧圧縮機。
2. 下部に設けた電動機から上方に延びた回転軸の回転によってシリンダに対してピストンを往復駆動しこの駆動によって吸入した作動流体を複数の圧縮段にて圧縮して高圧作動流体を発生する圧縮機構部を上部に有した多段高圧圧縮機において、前記電動機の回転軸の下端にボルトにて取り付けられるフライホイールにて前記回転軸に対する前記電動機のロータの支持を行うと共に、前記フライホイールが、ロータと巻線の下方を覆うように形成され、前記電動機の回転軸と前記電動機のロータとの間の回り止めキーの延長部が前記フライホイールに挿入されたことを特徴とする多段高圧圧縮機。
3. 前記電動機の回転軸の下端部とこれに取り付けられるフライホイールとを、この両者に形成された相対的に噛み合うねじ結合としたことを特徴とする請求項１に記載の多段高圧圧縮機。
4. 前記電動機の回転軸の下端部とこれに取り付けられるフライホイールとを、焼きばめにて両者を結合としたことを特徴とする請求項１に記載の多段高圧圧縮機。