JP5878625B2 - Pump device - Google Patents
Pump device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5878625B2 JP5878625B2 JP2014507375A JP2014507375A JP5878625B2 JP 5878625 B2 JP5878625 B2 JP 5878625B2 JP 2014507375 A JP2014507375 A JP 2014507375A JP 2014507375 A JP2014507375 A JP 2014507375A JP 5878625 B2 JP5878625 B2 JP 5878625B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pump
- piston
- drive shaft
- pressure
- stage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000008859 change Effects 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 7
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B27/00—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
- F04B27/005—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders with two cylinders
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
- F04B1/02—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having two cylinders
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
- F04B35/04—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
- F04B39/0094—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00 crankshaft
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B41/00—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids
- F04B41/06—Combinations of two or more pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B2201/00—Pump parameters
- F04B2201/02—Piston parameters
- F04B2201/0201—Position of the piston
- F04B2201/02011—Angular position of a piston rotating around its own axis
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B2201/00—Pump parameters
- F04B2201/08—Cylinder or housing parameters
- F04B2201/0802—Vibration
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B2203/00—Motor parameters
- F04B2203/02—Motor parameters of rotating electric motors
- F04B2203/0201—Current
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
Description
本発明は、真空ポンプと加圧ポンプとを備えたポンプ装置に関する。 The present invention relates to a pump device including a vacuum pump and a pressure pump.
真空ポンプの一種である揺動ピストン型ポンプは、シリンダ内でピストンが往復運動することによりポンプ室内の吸気及び排気を交互に行う往復移動式のポンプとして知られており、例えば真空ポンプや加圧ポンプとして広く使用されている。 An oscillating piston pump, which is a kind of vacuum pump, is known as a reciprocating pump that alternately performs intake and exhaust of air in a pump chamber by reciprocating a piston in a cylinder. Widely used as a pump.
一方、共通のモータで同時に駆動される真空排気用および加圧用の2つのピストンを備えた複合型のポンプ装置も知られている。この種のポンプ装置の駆動方法としては、当該2つのピストンを相互に逆位相で往復移動させる方法と、これらを相互に同位相で往復移動させる方法とが知られている(例えば下記特許文献1参照)。
On the other hand, a composite pump device having two pistons for evacuation and pressurization driven simultaneously by a common motor is also known. As a driving method of this type of pump device, there are known a method of reciprocating the two pistons in mutually opposite phases and a method of reciprocating them in the same phase (for example,
前者の方法、すなわち両ピストンの回転位相を180°異ならせて往復移動させる駆動方法は、各ポンプの動的バランスを良好に維持してポンプ装置全体の振動を低減できるという利点がある。一方、後者の方法、すなわち両ピストンを同時に上死点または下死点へ移動させる駆動方法は、駆動源の負荷変動を小さくしてポンプ装置の安定した運転を実現できるとしている。 The former method, that is, a driving method in which the rotational phases of both pistons are reciprocated by 180 ° has the advantage that the dynamic balance of each pump can be maintained well and vibration of the entire pump device can be reduced. On the other hand, the latter method, that is, a driving method in which both pistons are moved to the top dead center or the bottom dead center at the same time, can reduce the load fluctuation of the driving source and realize a stable operation of the pump device.
近年、ポンプ装置の消費電力の低減が要求されており、上述した複合型のポンプ装置においても更なる消費電力の低減が望まれている。 In recent years, reduction of power consumption of the pump device has been demanded, and further reduction of power consumption is desired also in the above-described composite pump device.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、消費電力の更なる低減を実現することができるポンプ装置を提供することにある。 In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a pump device that can realize further reduction in power consumption.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るポンプ装置は、駆動モータと、真空排気用の第1のポンプ部と、加圧用の第2のポンプ部と、を具備する。
上記駆動モータは、第1の駆動軸と、第2の駆動軸とを有する。上記駆動モータは、上記第1の駆動軸および上記第2の駆動軸を第1の軸まわりに同期して回転させることが可能に構成される。
上記第1のポンプ部は、上記第1の駆動軸の回転によって上記第1の軸と直交する第2の軸方向に往復移動する第1のピストンと、上記第1のピストンの往復移動に応じて内圧が変化する第1のポンプ室と、を有する。
上記第2のポンプ部は、上記第2の駆動軸の回転によって上記第2の軸方向に往復移動する第2のピストンと、上記第2のピストンの往復移動に応じて内圧が変化する第2のポンプ室と、を有する。上記第2のピストンは、上記第1のピストンに対して0°超80°未満の回転位相差をもって進相する。In order to achieve the above object, a pump device according to an embodiment of the present invention includes a drive motor, a first pump unit for evacuation, and a second pump unit for pressurization.
The drive motor has a first drive shaft and a second drive shaft. The drive motor is configured to be able to rotate the first drive shaft and the second drive shaft around the first axis in synchronization.
The first pump unit responds to the reciprocation of the first piston that reciprocates in the second axial direction orthogonal to the first axis by the rotation of the first drive shaft, and the reciprocation of the first piston. And a first pump chamber whose internal pressure changes.
The second pump unit includes a second piston that reciprocates in the second axial direction by rotation of the second drive shaft, and a second piston whose internal pressure changes according to the reciprocating movement of the second piston. And a pump chamber. The second piston advances with a rotational phase difference of more than 0 ° and less than 80 ° with respect to the first piston.
揺動型ピストンポンプにおけるポンプ室の内圧は、ピストンの往復移動により周期的に変化する。例えば、ピストンが下死点から上死点へ向かうときはポンプ室の容積が減少するため内圧は増加方向へ遷移し、ピストンが上死点から下死点へ向かうときはポンプ室の容積が増加するため内圧は減少方向へ遷移する。この際、真空ポンプの場合は、大気圧以下の圧力範囲(負圧)でポンプ室の内圧が変化し、加圧ポンプの場合は、大気圧以上の圧力範囲(正圧)でポンプ室の内圧が変化する。 The internal pressure of the pump chamber in the oscillating piston pump periodically changes as the piston reciprocates. For example, when the piston moves from bottom dead center to top dead center, the volume of the pump chamber decreases, so the internal pressure changes in an increasing direction. When the piston moves from top dead center to bottom dead center, the volume of the pump chamber increases. Therefore, the internal pressure changes in the decreasing direction. At this time, in the case of a vacuum pump, the internal pressure of the pump chamber changes in a pressure range below the atmospheric pressure (negative pressure), and in the case of a pressure pump, the internal pressure of the pump chamber in a pressure range above the atmospheric pressure (positive pressure). Changes.
しかしながら、本発明者らの実験によれば、上述のように真空ポンプ用のピストンと加圧ポンプ用のピストンとを同位相で往復移動させても、両ポンプ室の内圧は同期して変化せず、両ポンプ室間において圧力変化に位相差を生じることが確認された。また、真空ポンプと加圧ポンプとで両ポンプ室の内圧変化が同位相となるように両ピストの回転位相を制御したとしても、モータの負荷が最小値にならないことが確認された。 However, according to the experiments by the present inventors, even when the piston for the vacuum pump and the piston for the pressure pump are reciprocated in the same phase as described above, the internal pressures of both pump chambers change synchronously. It was confirmed that there was a phase difference in the pressure change between the two pump chambers. Further, it was confirmed that the load on the motor does not become the minimum value even if the rotation phase of both the pistons is controlled so that the internal pressure change of both pump chambers becomes the same phase by the vacuum pump and the pressure pump.
そこで本発明は、ポンプ装置の更なる消費電力の削減を実現するため、以下のようにポンプ装置を構成した。 Therefore, in the present invention, in order to realize further reduction in power consumption of the pump device, the pump device is configured as follows.
すなわち本発明の一実施形態に係るポンプ装置は、駆動モータと、真空排気用の第1のポンプ部と、加圧用の第2のポンプ部と、を具備する。
上記駆動モータは、第1の駆動軸と、第2の駆動軸とを有する。上記駆動モータは、上記第1の駆動軸および上記第2の駆動軸を第1の軸まわりに同期して回転させることが可能に構成される。
上記第1のポンプ部は、上記第1の駆動軸の回転によって上記第1の軸と直交する第2の軸方向に往復移動する第1のピストンと、上記第1のピストンの往復移動に応じて内圧が変化する第1のポンプ室と、を有する。
上記第2のポンプ部は、上記第2の駆動軸の回転によって上記第2の軸方向に往復移動する第2のピストンと、上記第2のピストンの往復移動に応じて内圧が変化する第2のポンプ室と、を有する。上記第2のピストンは、上記第1のピストンに対して0°超80°未満の回転位相差をもって進相する。That is, a pump device according to an embodiment of the present invention includes a drive motor, a first pump unit for evacuation, and a second pump unit for pressurization.
The drive motor has a first drive shaft and a second drive shaft. The drive motor is configured to be able to rotate the first drive shaft and the second drive shaft around the first axis in synchronization.
The first pump unit responds to the reciprocation of the first piston that reciprocates in the second axial direction orthogonal to the first axis by the rotation of the first drive shaft, and the reciprocation of the first piston. And a first pump chamber whose internal pressure changes.
The second pump unit includes a second piston that reciprocates in the second axial direction by rotation of the second drive shaft, and a second piston whose internal pressure changes according to the reciprocating movement of the second piston. And a pump chamber. The second piston advances with a rotational phase difference of more than 0 ° and less than 80 ° with respect to the first piston.
本発明者らの実験によれば、真空排気用の第1のポンプ部においてはピストンの上死点とポンプ室の圧力ピーク位置はほぼ一致するものの、加圧用の第2のポンプ部においてはピストンの上死点とポンプ室の圧力ピーク位置は一致しなかった。特に、第2のポンプ部においては、ピストンが上死点に達する前に、ポンプ室が圧力ピークを迎えることが確認された。 According to the experiments by the present inventors, the piston top dead center and the pressure peak position of the pump chamber almost coincide with each other in the first pump unit for evacuation, but the piston in the second pump unit for pressurization. The top dead center and the pressure peak position in the pump chamber did not match. In particular, in the second pump section, it was confirmed that the pump chamber reached a pressure peak before the piston reached top dead center.
上記回転位相差は、0°超80°未満の範囲で適宜設定可能であり、例えば、40°±30°で安定した消費電力の削減効果が得られ、40°±15°の範囲でさらなる消費電力の削減効果が得られる。このように回転位相差を最適化することにより、ポンプ装置を低消費電力で安定に運転することができる。 The rotational phase difference can be set as appropriate within a range of more than 0 ° and less than 80 °. For example, a stable power consumption reduction effect can be obtained at 40 ° ± 30 °, and further consumption within a range of 40 ° ± 15 °. A power reduction effect can be obtained. Thus, by optimizing the rotational phase difference, the pump device can be stably operated with low power consumption.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1〜図4は、本発明の一実施形態に係るポンプ装置を示す外観図であり、図1は正面側から見た斜視図、図2は背面側から見た斜視図、図3は右側面図、図4は左側面図である。 1 to 4 are external views showing a pump device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a perspective view seen from the front side, FIG. 2 is a perspective view seen from the back side, and FIG. FIG. 4 is a left side view.
本実施形態のポンプ装置1は、真空段としての真空ポンプ部11(第1のポンプ部)と、加圧段としての加圧ポンプ部12(第2のポンプ部)と、真空ポンプ部11および加圧ポンプ部12を共通に駆動する駆動部13とを有する。ポンプ装置1は、例えば、燃料電池システムにおいて使用されるガスの昇圧ブロワ、医療分析器に用いられる真空及び加圧ポンプとして使用される。
The
真空ポンプ部11および加圧ポンプ部12は典型的には共通の構成を有しており、本実施形態では揺動ピストンポンプとして構成される。
The
ポンプ装置1は、真空ポンプ部11の一部を構成する第1のケーシング101と、加圧ポンプ部12の一部を構成する第2のケーシング102と、駆動部13の一部を構成する第3のケーシング103とを含むポンプケース100を有する。
The
図5は、真空ポンプ部11および駆動部13の一部の構成を示す縦断面図である。図5においてX軸、Y軸及びZ軸は、相互に直交する3軸方向をそれぞれ示している。なお、加圧ポンプ部12は、真空ポンプ部11と同様の構成を有するため、ここでは真空ポンプ部11を主に説明する。
FIG. 5 is a vertical cross-sectional view showing a partial configuration of the
真空ポンプ部11は、第1のケーシング101と、ピストン21と、コネクティングロッド22(ロッド部材)と、偏芯部材23とを有する。
The
第1のケーシング101は、ケース本体110と、シリンダ111と、ポンプヘッド112と、ポンプヘッドカバー113とを有する。ケース本体110、シリンダ111、ポンプヘッド112及びポンプヘッドカバー113は、Z軸方向に積み重ねられるように相互に一体化されている。
The
ケース本体110は、モータMを収容する第3のケーシング103と接続され、コネクティングロッド22が貫通する貫通孔110hを有する。ケース本体110は、モータMの駆動軸131を回転可能に支持するベアリング32を固定する固定部110aと、モータMのコイル132を収容する筒部110bとを有する。駆動軸131は、Y軸方向(第1の軸方向)に平行に配置され、モータMの駆動によりY軸まわりに回転する。ベアリング32は、モータMの本体と偏芯部材23との間に配置される。
The case
シリンダ111は、ケース本体110とポンプヘッド112との間に配置され、内部にピストン21をZ軸方向に摺動自在に収容する。ポンプヘッド112は、シリンダ111とポンプヘッドカバー113との間に配置され、吸気弁112a及び排気弁112bをそれぞれ有する。ポンプヘッドカバー113はポンプヘッド112の上に配置されており、吸気ポート114aに連通する吸気室113aと、排気ポート114bに連通する排気室113bとを内部に有する。吸気ポート114a及び排気ポート114bは、図1および図2に示すように各ポンプ部11,12の相互に対向する側面にそれぞれ設けられている。
The
ピストン21は円板形状を有し、コネクティングロッド22の第1の端部221にネジ部材25を介して固定されている。ピストン21は、当該ピストン21とポンプヘッド112との間にポンプ室26を形成する。ピストン21は、シリンダ111の内部におけるZ軸方向(第2の軸方向)に平行な方向への往復移動によりポンプ室26の内圧を変化させる。そしてピストン21は、吸気弁112a及び排気弁112bを介してポンプ室26を交互に吸気し及び排気することで、所定のポンプ作用を行う。
The
コネクティングロッド22は、ピストン21と偏芯部材23との間を相互に連結する。コネクティングロッド22は、ピストン21と接続される第1の端部221と、偏芯部材23と接続される第2の端部222とを有する。第1の端部221は、ピストン21とほぼ同径の円形に形成される。これらピストン21と第1の端部221との間には円板形状のシール部材24が取り付けられている。シール部材24の周縁部は、シリンダ111の内周面に摺接可能にポンプ室26側に折り曲げられている。
The connecting
なお加圧ポンプ部12においては、上記シール部材の周縁部は、上述の例とは逆に、ポンプ室側に折り曲げられる。
In the pressurizing
コネクティングロッド22の第2の端部222には、偏芯部材23の偏芯軸232と嵌合する嵌合孔222aが形成されている。嵌合孔222aには偏芯軸232を回転自在に支持するベアリング31が装着されている。
A
偏芯部材23は、第3のケーシング103に収容されたモータMの駆動軸131とコネクティングロッド22との間を相互に連結する。偏芯部材23は、略円柱形状のベースブロック230を有する。ベースブロック230のモータM側の面には駆動軸131が連結され、コネクティングロッド22側の面には偏芯軸232が形成されている。偏芯軸232の軸芯は駆動軸131の回転に伴って偏倚するように、駆動軸131に対して偏芯している。駆動軸131は、ベースブロック230の側周面に締結されたネジ41によってベースブロック230と連結される。
The
偏芯部材23には、カウンタウェイト51が取り付けられている。カウンタウェイト51は、ベースブロック230の側周面に締結された固定ネジ42によって偏芯部材23の側周部に固定される。カウンタウェイト51は、ピストン21と共に回転し、駆動軸131の回転に伴うコネクティングロッド22の偏芯軸232まわりの回転の際に生じる振動を打ち消す作用を有する。カウンタウェイト51は、駆動軸131に対して偏芯軸232の偏芯方向とは逆方向に偏倚した位置に配置される。
A
上述のようにして構成される真空ポンプ部11においては、モータMの駆動により偏芯部材23が駆動軸131のまわりに回転することで、偏芯軸232は、駆動軸131からの偏芯量に対応する半径を有する円周に沿って駆動軸131のまわりを公転する。偏芯軸232に連結されたコネクティングロッド22は、駆動軸131の回転をシリンダ111の内部におけるピストン21の往復移動に変換する。すなわちピストン21は、シリンダ111の内部において図5においてX軸方向に揺動しながらZ軸方向に往復移動する。これによりポンプ室26の吸気及び排気が交互に行われ、真空ポンプ部11による所定の真空排気作用が得られる。
In the
一方、加圧ポンプ部12は、真空ポンプ部11と同様に構成され、駆動軸131は、加圧ポンプ部12側にも突出し、加圧ポンプ部12の偏芯軸(図示略)に連結される。これにより加圧ポンプ部12は、真空ポンプ部11と同時に共通のモータMによって駆動され、所定の加圧(昇圧)作用を行う。
On the other hand, the pressurizing
ここで、真空ポンプ部11と加圧ポンプ部12とは、相互に異なる位相で駆動される。すなわち本実施形態では、加圧ポンプ部12のピストン21(第2のピストン)が真空ポンプ部11のピストン21(第1のピストン)に対して0°超80°未満の回転位相差をもって進相するように構成される。
Here, the
上記各ピストンに上述のような回転位相差をもたせるため、本実施形態では、各ポンプ11,12の偏芯軸232の位置を異ならせている。本実施形態によれば、ネジ41の締結のみで偏芯部材23を駆動軸131へ固定しているので、両ポンプ11,12における偏芯軸232各々の相対位置の調整が容易である。
In this embodiment, the positions of the
また、偏芯部材23に固定されるカウンタウェイトの位置が偏芯軸232の偏芯方向と相関しているため、ポンプ装置1の外部からにおいても両ピストン21の回転位相差を容易に確認することができる。すなわち図1〜図4に示すように、真空ポンプ部11のカウンタウェイト51に対して、加圧ポンプ部12のカウンタウェイト52は、駆動軸131の回転方向(図3においてY軸を中心とする時計方向、図4においてY軸を中心とする反時計方向)に上記所定の回転位相差(0°超80°未満)だけ進相した位置に固定される。
Further, since the position of the counterweight fixed to the
図6(A),(B)は、真空ポンプ部11側の偏芯軸232vと、加圧ポンプ部12側の偏芯軸232cとの関係を説明する模式図であり、(A)は正面図、(B)は真空ポンプ部11側から見た側面図である。図6(B)に示すように、加圧ポンプ側の偏芯軸232cは、真空ポンプ部11側の偏芯軸232vよりも所定の回転位相差φをもって進相した位置に設けられている。このため、真空ポンプ部11側のピストン21vと加圧ポンプ部12側のピストン21cとは相互に位相差φだけシフトして駆動され、ピストン21cがピストン21vよりも位相差φに相当する時間だけ早く上死点に到達する。
6A and 6B are schematic views for explaining the relationship between the
回転位相差φは、0°超80°未満の適宜の範囲に設定される。これにより、両ピストン21v,21cが同位相(φ=0)で駆動される場合と比較して、モータMの消費電力を小さくすることができる。また、φ=40°±15°に設定することで、上述したモータMの低消費電力運転を安定に維持することができる。
The rotational phase difference φ is set in an appropriate range of more than 0 ° and less than 80 °. Thereby, compared with the case where both
図7(A)は、真空ポンプにおけるポンプ室内圧とピストン位置との時間変化を示す一実験結果であり、図7(B)は、加圧ポンプにおけるポンプ室内圧とピストン位置との時間変化を示す一実験結果である。図中、実線は50Hz運転時、破線は60Hz運転時の実験結果である。 FIG. 7 (A) is an experimental result showing the time change between the pump chamber pressure and the piston position in the vacuum pump, and FIG. 7 (B) shows the time change between the pump chamber pressure and the piston position in the pressurizing pump. It is one experimental result shown. In the figure, the solid line represents the experimental results during 50 Hz operation, and the broken line represents the experimental results during 60 Hz operation.
なお、実験に用いたポンプ装置の揚程は、真空段(真空ポンプ)で40[kPa(絶対圧)]、加圧段(加圧ポンプ)で220[kPaG(ゲージ圧)]とした。ポンプ室の内圧は、ポンプ室に気密に挿入したチューブを介して測定した。ピストン位置は、コネクティングロッドの下部に取り付けた加速度計の出力を用いた。各段のポンプのシリンダ径はφ37mm、偏芯軸の偏芯量は3.3mm、モータの回転数は約1400rpm/1700rpm台(50Hz/60Hz)とした。図8,図9に示した実験結果の条件も同様である。 The pump head used in the experiment was 40 [kPa (absolute pressure)] in the vacuum stage (vacuum pump) and 220 [kPaG (gauge pressure)] in the pressurization stage (pressurization pump). The internal pressure of the pump chamber was measured through a tube inserted in the pump chamber in an airtight manner. The piston position used the output of the accelerometer attached to the lower part of the connecting rod. The cylinder diameter of each stage of the pump was 37 mm, the eccentric amount of the eccentric shaft was 3.3 mm, and the rotational speed of the motor was about 1400 rpm / 1700 rpm (50 Hz / 60 Hz). The conditions of the experimental results shown in FIGS. 8 and 9 are the same.
真空段においては、ポンプ室内圧はピストン位置に同期して同位相で変化するのに対し(図7(A))、加圧段においては、ポンプ室内圧はピストン位置に同期せず、これらの間に位相差が生じる(図7(B))。より具体的には、加圧段のピストンが上死点に達する前にポンプ室内に圧力ピークが現れる。 In the vacuum stage, the pump chamber pressure changes in the same phase in synchronization with the piston position (FIG. 7A), whereas in the pressurization stage, the pump chamber pressure does not synchronize with the piston position. A phase difference is generated between them (FIG. 7B). More specifically, a pressure peak appears in the pump chamber before the pressurizing stage piston reaches top dead center.
以上の実験結果から、真空段および加圧段各々のピストンを互いに同位相で駆動したとしても、真空段および加圧段各々のポンプ室内圧は同位相で変化せず、加圧段のポンプ室が真空段のポンプ室よりも早く圧力最大値に達することが確認された。 From the above experimental results, even if the pistons of the vacuum stage and the pressurizing stage are driven in the same phase, the pump chamber pressures of the vacuum stage and the pressurizing stage do not change in the same phase, and the pump chamber of the pressurizing stage It was confirmed that the maximum pressure was reached earlier than the vacuum stage pump chamber.
また、第1のポンプ部と第2のポンプ部とで両ポンプ室の内圧変化が逆位相となるようにポンプ装置を構成することで、各ポンプ部のピストンを相互に同位相で駆動する場合と比較して、駆動モータの消費電力を小さくすることが可能となることが実験により確認された。 In addition, when the pump device is configured so that the internal pressure changes in both pump chambers are in opposite phases between the first pump portion and the second pump portion, the pistons of the pump portions are driven in phase with each other. It was confirmed by experiments that the power consumption of the drive motor can be reduced as compared with the above.
ここで、内圧の時間変化が逆位相であるとは、典型的には、両ポンプ室内の圧力波形が180°の位相を有することをいうが、これに限られず、実質的な意味で逆位相の関係にあると解釈できる位相関係を有していればよい。ここで、実質的な意味での逆位相とは、例えば、両ピストンが同位相で駆動される場合よりも消費電力が小さくなる位相関係であると定義することができる。 Here, the time variation of the internal pressure is in reverse phase typically means that the pressure waveforms in the two pump chambers have a phase of 180 °, but the present invention is not limited to this. It is only necessary to have a phase relationship that can be interpreted as a relationship of. Here, the reverse phase in a substantial sense can be defined as a phase relationship in which power consumption is smaller than when both pistons are driven in the same phase.
真空段のポンプ室内圧の圧力波形と加圧段のポンプ室内圧の圧力波形が同位相となるように、加圧段のピストンと真空段のピストンとの間に所定の位相差をもたせてポンプ装置を構成する場合には、加圧段のピストンは、真空段のピストンに対して180°超260°未満だけ進んだ回転位相差に設定される。当該回転位相差が220°のときの実験結果を図7(A)〜(C)に示す。図7(C)は、真空段におけるポンプ室の圧力波形と加圧段におけるポンプ室の圧力波形との合成波形を示している。 Pump with a predetermined phase difference between the pressure stage piston and the vacuum stage piston so that the pressure waveform of the vacuum stage pump chamber pressure and the pressure stage pump chamber pressure have the same phase. When the apparatus is configured, the pressure stage piston is set to a rotational phase difference that is advanced by more than 180 degrees and less than 260 degrees with respect to the vacuum stage piston. Experimental results when the rotational phase difference is 220 ° are shown in FIGS. FIG. 7C shows a combined waveform of the pressure waveform of the pump chamber in the vacuum stage and the pressure waveform of the pump chamber in the pressurization stage.
一方、真空段のポンプ室内圧の圧力波形と加圧段のポンプ室内圧の圧力波形が逆位相となるように、加圧段のピストンと真空段のピストンとの間に所定の位相差をもたせてポンプ装置を構成する場合には、加圧段のピストンは、真空段のピストンに対して0°超80°未満だけ進んだ回転位相差に設定される。当該回転位相差が40°のときの実験結果を図8(A)〜(C)に示す。図8(A)は、真空段におけるポンプ室内圧とピストン位置との時間変化を示し、図8(B)は、加圧段におけるポンプ室内圧とピストン位置との時間変化を示す。また図8(C)は、真空段におけるポンプ室の圧力波形と加圧段におけるポンプ室の圧力波形との合成波形を示している。 On the other hand, a predetermined phase difference is provided between the pressure-stage piston and the vacuum-stage piston so that the pressure waveform of the vacuum-stage pump chamber pressure and the pressure waveform of the pressure-stage pump chamber pressure are in opposite phases. When the pump device is configured, the pressure stage piston is set to a rotational phase difference advanced by more than 0 ° and less than 80 ° with respect to the vacuum stage piston. The experimental results when the rotational phase difference is 40 ° are shown in FIGS. FIG. 8A shows the time change between the pump chamber pressure and the piston position in the vacuum stage, and FIG. 8B shows the time change between the pump chamber pressure and the piston position in the pressurization stage. FIG. 8C shows a combined waveform of the pressure waveform of the pump chamber in the vacuum stage and the pressure waveform of the pump chamber in the pressurization stage.
続いて図9は、真空段のピストンに対する加圧段のピストンの回転位相差とモータの消費電流との関係を示す実験結果である。横軸の回転位相差は、真空段のピストンに対する加圧段のピストンの進相角度(駆動軸の回転方向に加圧側ピストンが真空側ピストンよりも進んだ位相角度)を表している。 FIG. 9 is an experimental result showing the relationship between the rotational phase difference of the pressurizing stage piston relative to the vacuum stage piston and the current consumption of the motor. The rotational phase difference on the horizontal axis represents the phase advance angle of the pressurizing stage piston with respect to the vacuum stage piston (the phase angle in which the pressurizing side piston advances from the vacuum side piston in the rotational direction of the drive shaft).
図9に示すように、真空段のピストンに対する加圧段のピストンの回転位相差φに応じてモータの電流値が変化することがわかる。これは、各段におけるポンプ室間の圧力変化の均衡性が関係していると考えられる。 As shown in FIG. 9, it can be seen that the current value of the motor changes in accordance with the rotational phase difference φ of the pressurizing stage piston with respect to the vacuum stage piston. This is considered to be related to the balance of pressure change between the pump chambers in each stage.
本実験例において電流値が最も低い回転位相差φは40°であり、このときの各段のポンプ室における圧力波形は図8(A),(B)に示すように互いに逆位相の関係にある。この場合、各段のポンプ室の内圧の合成波形は図8(C)のようになり、各段のポンプ室内圧は相互に打ち消し合うことになる結果、モータの消費電流が最小になるものと考えられる。 In the present experimental example, the rotational phase difference φ with the lowest current value is 40 °, and the pressure waveforms in the pump chambers of the respective stages at this time are in an opposite phase relationship as shown in FIGS. 8A and 8B. is there. In this case, the combined waveform of the internal pressures of the pump chambers of each stage is as shown in FIG. 8C, and the pump chamber pressures of the respective stages cancel each other. As a result, the current consumption of the motor is minimized. Conceivable.
これに対して各段のポンプ室の内圧が相互に同位相となる駆動条件(真空段のピストンに対する加圧段のピストンの回転位相差が+220°)では、図7(C)に示すように各段のポンプ室の内圧が重畳し合うことでモータに周期的な負荷変動をもたらし、これが原因で消費電流値が大きくなるものと考えられる。 On the other hand, under a driving condition in which the internal pressures of the pump chambers of the respective stages are in phase with each other (the rotational phase difference of the pressurizing stage piston is + 220 ° with respect to the vacuum stage piston), as shown in FIG. It is thought that the internal pressure of the pump chambers at each stage overlaps to cause periodic load fluctuations in the motor, and this causes the current consumption value to increase.
また図9に示すように、回転位相差φが0°超80°未満の範囲では、電源周波数が50Hzまたは60Hzにおいて、回転位相差φ=0°(360°)のときと比較してモータの駆動電流を小さくできることが確認された。特に、回転位相差φ=40°±30°の範囲内では、電源周波数の違いによらずにφ=0°のときよりも常に電流値を小さくできた。さらに、φ=40°±15の範囲内では、さらに消費電力を効果的に低減でき、50Hzのときで約4.1%、60Hzのときで約2.2%電流値を削減することができた。 Also, as shown in FIG. 9, in the range where the rotational phase difference φ is greater than 0 ° and less than 80 °, the motor frequency is 50 Hz or 60 Hz, compared with the case where the rotational phase difference φ = 0 ° (360 °). It was confirmed that the drive current can be reduced. In particular, within the range of the rotational phase difference φ = 40 ° ± 30 °, the current value could always be made smaller than when φ = 0 ° regardless of the difference in power supply frequency. Furthermore, within the range of φ = 40 ° ± 15, the power consumption can be further effectively reduced, and the current value can be reduced by about 4.1% at 50 Hz and about 2.2% at 60 Hz. It was.
さらに上記位相差φを40°±15°に設定することにより、電流消費量の低減だけでなくポンプ装置1の駆動時に発生する振動をも低減することができる。本発明者らの実験によれば、例えばφ=40°のとき、真空段および加圧段の各ピストンが同位相(φ=0°)のときと比較して、X,YおよびZの各軸方向(図1参照)における振動加速度をいずれも低減できることが確認された。この振動低減効果は、50Hzおよび60Hzのいずれの電源周波数においても確認された。
Furthermore, by setting the phase difference φ to 40 ° ± 15 °, not only the current consumption can be reduced, but also vibrations generated when the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば以上の実施形態では、ポンプ装置を構成する真空ポンプ部11および加圧ポンプ部12がそれぞれ揺動型ピストンポンプで構成されたが、これに限られず、例えばダイアフラムポンプ等の他の往復移動型ピストンポンプで各ポンプが構成されてもよい。
For example, in the above embodiment, the
また以上の実施形態では、単一の駆動モータと2つのポンプ部とを有するポンプ装置を例に挙げて説明したが、上記駆動モータと2つのポンプ部とで構成されるポンプユニットを複数組(例えば2組)備えたポンプ装置にも、本発明は適用可能である。 Moreover, although the above embodiment demonstrated and demonstrated the pump apparatus which has a single drive motor and two pump parts as an example, a plurality of pump units comprised by the said drive motor and two pump parts ( For example, the present invention can be applied to a pump device provided with two sets.
1…ポンプ装置
11…真空ポンプ
12…加圧ポンプ
21,21v,21c…ピストン
26…ポンプ室
51,52…カウンタウェイト
131…駆動軸
232,232v,232c…偏芯軸
M…モータDESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1の駆動軸の回転によって前記第1の軸と直交する第2の軸方向に往復移動する第1のピストンと、前記第1のピストンの往復移動に応じて内圧が変化する第1のポンプ室と、を有する真空排気用の第1のポンプ部と、
前記第2の駆動軸の回転によって前記第2の軸方向に往復移動する第2のピストンと、前記第2のピストンの往復移動に応じて内圧が変化する第2のポンプ室と、を有し、前記第2のピストンが前記第1のピストンに対して0°超80°未満の回転位相差をもって進相する加圧用の第2のポンプ部と、
を具備するポンプ装置。 A drive motor having a first drive shaft and a second drive shaft and capable of rotating the first drive shaft and the second drive shaft around the first axis in synchronization with each other; ,
A first piston that reciprocates in a second axial direction orthogonal to the first axis by rotation of the first drive shaft, and a first pressure that changes in accordance with the reciprocation of the first piston. A first pump part for evacuation having a pump chamber;
A second piston that reciprocates in the second axial direction by rotation of the second drive shaft; and a second pump chamber in which an internal pressure changes in accordance with the reciprocation of the second piston. A second pump portion for pressurization in which the second piston advances with a rotational phase difference of more than 0 ° and less than 80 ° with respect to the first piston;
A pump device comprising:
前記回転位相差は、40°±15°である
ポンプ装置。 The pump device according to claim 1,
The rotational phase difference is 40 ° ± 15 ° Pump device.
前記第1のポンプ部は、前記第1の駆動軸に連結された第1の偏芯部材と、前記第1の駆動軸のまわりを回転し、前記第1の偏芯部材に固定される第1のカウンタウェイトをさらに有し、
前記第2のポンプ部は、前記第2の駆動軸に連結された第2の偏芯部材と、前記第1のカウンタウェイトに対して前記回転位相差をもって前記第2の駆動軸のまわりを回転し、前記第2の偏芯部材に固定される第2のカウンタウェイトをさらに有する
ポンプ装置。 The pump device according to claim 1,
The first pump unit rotates around the first drive shaft and a first eccentric member connected to the first drive shaft, and is fixed to the first eccentric member . 1 counter weight,
The second pump portion rotates around the second drive shaft with the second eccentric member coupled to the second drive shaft and the rotational phase difference with respect to the first counterweight. And a second counterweight fixed to the second eccentric member .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014507375A JP5878625B2 (en) | 2012-03-30 | 2013-03-07 | Pump device |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012082015 | 2012-03-30 | ||
JP2012082015 | 2012-03-30 | ||
PCT/JP2013/001436 WO2013145576A1 (en) | 2012-03-30 | 2013-03-07 | Pump device |
JP2014507375A JP5878625B2 (en) | 2012-03-30 | 2013-03-07 | Pump device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2013145576A1 JPWO2013145576A1 (en) | 2015-12-10 |
JP5878625B2 true JP5878625B2 (en) | 2016-03-08 |
Family
ID=49258896
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014507375A Active JP5878625B2 (en) | 2012-03-30 | 2013-03-07 | Pump device |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20150086402A1 (en) |
EP (1) | EP2832998B1 (en) |
JP (1) | JP5878625B2 (en) |
KR (1) | KR101602089B1 (en) |
CN (1) | CN104204522B (en) |
TW (1) | TWI619883B (en) |
WO (1) | WO2013145576A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20210069726A (en) * | 2018-12-03 | 2021-06-11 | 광둥 미디어 화이트 홈 어플라이언스 테크놀로지 이노베이션 센터 컴퍼니 리미티드 | Booster pumps and water purification equipment |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150147202A1 (en) * | 2013-11-27 | 2015-05-28 | Gardner Denver Thomas, Inc. | Pump having interchangeable heads |
ES2687955T3 (en) * | 2014-09-11 | 2018-10-30 | Hermetik Hydraulik Ab | Travel device |
CN104612937B (en) * | 2015-03-06 | 2017-08-04 | 宁波捷美进出口有限公司 | Automobile inflator pump |
CN112032022B (en) * | 2020-09-10 | 2024-04-26 | 北京通嘉宏瑞科技有限公司 | Dry vacuum pump without dead angle purge gas and use method thereof |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3190233A (en) * | 1963-03-05 | 1965-06-22 | Welch Harold George | Pumps |
US5564908A (en) * | 1994-02-14 | 1996-10-15 | Phillips Engineering Company | Fluid pump having magnetic drive |
JP3640412B2 (en) | 1994-05-17 | 2005-04-20 | 芝浦メカトロニクス株式会社 | Reciprocating pump unit |
US5584675A (en) * | 1995-09-15 | 1996-12-17 | Devilbiss Air Power Company | Cylinder sleeve for an air compressor |
GB2314593B (en) * | 1996-06-28 | 1999-11-10 | Thomas Industries Inc | Two-cylinder air compressor |
US6126410A (en) * | 1998-02-12 | 2000-10-03 | Gast Manufacturing Corporation | Head cover assembly for reciprocating compressor |
JP2006063874A (en) * | 2004-08-26 | 2006-03-09 | Ulvac Kiko Inc | Diaphragm type vacuum pump |
GB2426556B (en) * | 2005-05-17 | 2010-06-09 | Thomas Industries Inc | Pump improvements |
JP2008190517A (en) * | 2007-02-05 | 2008-08-21 | Kazumori Otogao | Portable air compressor |
US8128382B2 (en) * | 2007-07-11 | 2012-03-06 | Gast Manufacturing, Inc. | Compact dual rocking piston pump with reduced number of parts |
-
2013
- 2013-03-07 WO PCT/JP2013/001436 patent/WO2013145576A1/en active Application Filing
- 2013-03-07 US US14/386,641 patent/US20150086402A1/en not_active Abandoned
- 2013-03-07 KR KR1020147026361A patent/KR101602089B1/en active IP Right Grant
- 2013-03-07 EP EP13768264.7A patent/EP2832998B1/en active Active
- 2013-03-07 CN CN201380017010.XA patent/CN104204522B/en active Active
- 2013-03-07 JP JP2014507375A patent/JP5878625B2/en active Active
- 2013-03-15 TW TW102109327A patent/TWI619883B/en active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20210069726A (en) * | 2018-12-03 | 2021-06-11 | 광둥 미디어 화이트 홈 어플라이언스 테크놀로지 이노베이션 센터 컴퍼니 리미티드 | Booster pumps and water purification equipment |
KR102533065B1 (en) | 2018-12-03 | 2023-05-15 | 광둥 미디어 화이트 홈 어플라이언스 테크놀로지 이노베이션 센터 컴퍼니 리미티드 | Booster pumps and water purification equipment |
US11905942B2 (en) | 2018-12-03 | 2024-02-20 | Guangdong Midea White Home Appliance Technology Innovation Center Co., Ltd. | Booster pump and water purification device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101602089B1 (en) | 2016-03-09 |
KR20140126757A (en) | 2014-10-31 |
EP2832998A4 (en) | 2016-01-20 |
CN104204522B (en) | 2016-08-24 |
US20150086402A1 (en) | 2015-03-26 |
CN104204522A (en) | 2014-12-10 |
TW201400702A (en) | 2014-01-01 |
EP2832998A1 (en) | 2015-02-04 |
EP2832998B1 (en) | 2017-01-18 |
WO2013145576A1 (en) | 2013-10-03 |
JPWO2013145576A1 (en) | 2015-12-10 |
TWI619883B (en) | 2018-04-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5878625B2 (en) | Pump device | |
JP6573605B2 (en) | Spin pump with planetary rotation mechanism | |
US9145890B2 (en) | Rotary compressor with dual eccentric portion | |
WO2018037906A1 (en) | Compressor | |
JP2014029140A (en) | Two-stage compressor | |
JP2015078683A (en) | Balance shaft module having variable displacement oil pump | |
JP2005513338A (en) | Structure for improving the reliability of reciprocating compressors | |
JP4752241B2 (en) | Reciprocating compressor | |
JP6037563B2 (en) | Multi-cylinder rotary compressor and refrigeration cycle apparatus | |
JP6066708B2 (en) | Scroll compressor | |
JP4047606B2 (en) | Air pump | |
EP3369932A1 (en) | Rotary compressor | |
JP2009275566A (en) | Hermetic compressor | |
JP5458439B2 (en) | Rotary cylinder device | |
WO2013114813A1 (en) | Pump | |
JP6019669B2 (en) | Rotary compressor | |
JP2016118152A (en) | Reciprocating fluid machine | |
CN105201832A (en) | Compressor | |
CN103591023A (en) | Eccentric block type redial-direction flexibility compensation mechanism of rolling piston type fluid machine | |
KR20120076164A (en) | Enclosed compressor | |
JP2002039065A (en) | Reciprocating compressor | |
WO2019058733A1 (en) | Scroll compressor | |
JP2010077861A (en) | Hermetic compressor | |
JP2007192149A (en) | Positive-displacement expansion machine | |
JP2008002365A (en) | Multicylinder compressor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160105 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160128 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5878625 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |