空气压缩机的制作方法

本实用新型涉及一种加压输送空气的空气压缩机。

背景技术：

在日本特开2017-99147号公报中记载了一种空气压缩机。该空气压缩机为旋转式的空气压缩机，具有旋转轴和由该旋转轴驱动而旋转的空气加压输送部。详细而言，空气加压输送部由设置于旋转轴的一端的离心式的叶轮和延伸设置于该叶轮的周围的螺旋状的涡旋通路构成。

上述空气压缩机具有利用空气膜轴支承旋转轴的空气轴承。作为该空气轴承，采用静压式的空气轴承。在空气压缩机中，自相对于该空气压缩机独立的外部泵向设置于内部的空气轴承供给压缩空气。

技术实现要素：

实用新型要解决的问题

在采用上述空气压缩机的情况下，为了使其空气轴承适当地发挥功能，而需要向空气轴承供给空气的外部泵、将该外部泵与空气压缩机相连的配管等这样的周边设备。因此，可以说在采用上述空气压缩机的情况下，用于其设置所需的空间容易增大。

本实用新型是鉴于那样的实际情况而完成的，其目的在于提供一种能够节省空间地配置的空气压缩机。

用于解决问题的方案

用于解决上述问题的空气压缩机具有：壳体；旋转轴；静压式的空气轴承，其设置于所述壳体并轴支承所述旋转轴；输出用加压输送部，其由所述旋转轴驱动而旋转，并且加压输送向外部输出的空气；轴承用加压输送部，其由所述旋转轴驱动而旋转，并且加压输送向所述空气轴承供给的空气；以及连通路，其形成于所述壳体，将所述空气轴承和所述轴承用加压输送部连通。

采用上述结构，能够将空气压缩机的构造设为向空气轴承加压输送空气的轴承用加压输送部和用于将该空气供给到空气轴承的连通路成为一体的构造。因此，尽管具有空气轴承，但不必另外设置用于向该空气轴承供给空气的外部泵、配管来作为空气压缩机的周边设备。因而，能够减小为了配置空气压缩机而所需的空间。而且，输出用加压输送部和轴承用加压输送部由共用的旋转轴驱动而旋转，因此与具有分别的旋转轴的空气压缩机相比，能够将空气压缩机设为简单的构造而实现该空气压缩机的小型化。因而，采用上述结构，能够节省空间地配置空气压缩机。

所述空气压缩机具有蓄压部，所述蓄压部与所述连通路连接并蓄积自所述轴承用加压输送部加压输送来的空气。

所述蓄压部具有：蓄压容器部，其蓄积自所述轴承用加压输送部加压输送来的空气；切换阀，其对所述连通路与所述蓄压容器部的连通与该连通的切断进行切换；以及控制部，其控制所述切换阀的工作。

在所述空气压缩机启动前，所述控制部预先打开所述切换阀，并且在所述空气压缩机停止时，所述控制部关闭所述切换阀。

所述连通路具有连通所述蓄压部与所述空气轴承的第1连通路和连通该第1连通路与所述轴承用加压输送部的第2连通路，所述空气压缩机具有止回阀，所述止回阀设置于所述第2连通路，允许空气自所述轴承用加压输送部向所述第1连通路的流出，而限制空气自所述第1连通路向所述轴承用加压输送部的流入。

附图说明

图1是表示一实施方式的空气压缩机的剖视图。

图2是表示该空气压缩机中的空气供给路径的简图。

图3是表示运转控制处理的执行步骤的流程图。

图4是表示空气压缩机的启动时的空气供给形态的简图。

图5是表示空气压缩机的高速旋转时的空气供给形态的简图。

附图标记说明

10、空气压缩机；11、马达壳体；12、周壁；13、14、侧壁；15、电子控制装置；16、压缩机壳体；17、入口通路；18、涡旋通路；19、扩压通路；20、电动马达；21、第1空气轴承；22、第2空气轴承；23、转子；24、轴；24a、端部；25、转子铁芯；26、定子；27、定子铁芯；28、定子线圈；30、压缩机部；31、叶轮；32、输出用叶轮；33、轴承用叶轮；34、叶轮室；40、轴承用加压输送部；41、环状通路；43、导入通路；44、导入口；51、第1连通路；52、第2连通路；53、第1通路；54、第2通路；55、第3通路；56、止回阀；57、蓄压罐；58、切换阀。

具体实施方式

以下说明空气压缩机的一实施方式。

如图1所示，空气压缩机10为电动式的空气压缩机，具有加压输送向外部输出的空气的作为输出用加压输送部的压缩机部30和驱动该压缩机部30的电动马达20。

首先说明电动马达20。

空气压缩机10的马达壳体11具有呈筒状延伸的周壁12和封闭该周壁12的延伸方向(图1的左右方向)上的两个开口的形状的一对侧壁13、14。在侧壁13安装有第1空气轴承21，在侧壁14安装有第2空气轴承22。另外，作为这些空气轴承21、22，采用利用空气膜轴支承旋转轴的静压式的轴承。

电动马达20的转子23具有作为旋转轴的轴24和圆筒状的转子铁芯25。在轴24插入于转子铁芯25的状态下，转子铁芯25固定于该轴24。轴24经由各空气轴承21、22能够旋转地支承于马达壳体11的各侧壁13、14。另外，电动马达20的定子26具有圆筒状的定子铁芯27和卷绕于该定子铁芯27的定子线圈28。定子26在上述轴24(详细而言是转子铁芯25)插入于定子铁芯27的状态下固定于马达壳体11的周壁12的内表面。

空气压缩机10具有作为控制部的电子控制装置15，电子控制装置15构成为具有例如微型计算机。电子控制装置15固定于马达壳体11的周壁12。电子控制装置15执行电动马达20的工作控制等空气压缩机10的运转所涉及的各种控制。

接下来说明压缩机部30。

轴24的一端部24a(图1的左侧)贯通马达壳体11的侧壁13地延伸。在轴24的端部24a固定有叶轮31。在该叶轮31中构成作为轴线l方向上的顶端侧(图1的左侧)的部分的输出用叶轮32和作为基端侧(图1的右侧)的部分的轴承用叶轮33相互独立的离心式叶轮。

在马达壳体11的侧壁13固定有压缩机壳体16。在该压缩机壳体16的内部的与上述侧壁13相邻的部分划分形成有叶轮室34。上述叶轮31收纳于叶轮室34的内部。另外，压缩机壳体16具有以叶轮室34为起始点沿上述叶轮31的轴线l延伸的入口通路17。经由该入口通路17向叶轮室34引导空气。此外，在马达壳体11设置有涡旋通路18、扩压通路19，上述涡旋通路18在上述叶轮31(详细而言是输出用叶轮32)的外周呈螺旋形状地延伸，上述扩压通路19在输出用叶轮32的周围整周呈圆环形状地延伸，并连通上述叶轮室34与涡旋通路18。

如图2中中空的箭头所示，在压缩机部30中，当通过电动马达20的工作控制使叶轮31旋转时，空气经由入口通路17(图1)被吸入到叶轮室34，并且自该叶轮室34经扩压通路19被输送到涡旋通路18。然后，在通过上述扩压通路19时升压后的空气(所谓的压缩空气)自上述涡旋通路18向空气压缩机10的外部输出。

如图1所示，空气压缩机10具有加压输送向各空气轴承21、22供给的空气的轴承用加压输送部40。该轴承用加压输送部40利用所述叶轮31(详细而言是轴承用叶轮33)加压输送空气。在压缩机壳体16设置有在轴承用叶轮33的周围整周呈圆环状地延伸的环状通路41。另外，在马达壳体11的侧壁13设置有导入通路43，该导入通路43将该马达壳体11的内部与上述叶轮室34中的轴承用叶轮33的收纳部分连通。此外，在马达壳体11的侧壁14设置有连通该马达壳体11的内外的导入口44。

马达壳体11具有将轴承用加压输送部40的环状通路41与各空气轴承21、22连通的连通路(第1连通路51和第2连通路52)。

第1连通路51将各空气轴承21、22连通。详细而言，第1连通路51具有第1通路53、第2通路54和第3通路55，上述第1通路53设置于马达壳体11的侧壁13并自第1空气轴承21延伸至周壁12，上述第2通路54设置于侧壁14并自第2空气轴承22延伸至周壁12，上述第3通路55设置于周壁12并以将上述第1通路53与第2通路54连通的形态延伸。

第2连通路52设置于马达壳体11的侧壁13，并以将上述第1连通路51的第1通路53与轴承用加压输送部40的环状通路41连通的形态延伸。在第2连通路52设置有止回阀56。该止回阀56允许空气自环状通路41向第1通路53的流出，而限制空气自第1通路53向环状通路41的流入。

另外，空气压缩机10具有蓄积自轴承用加压输送部40加压输送来的空气的作为蓄压容器部的蓄压罐57。蓄压罐57固定于马达壳体11的周壁12的外表面。蓄压罐57经由电磁式的切换阀58与第1连通路51的第3通路55连接。该切换阀58的工作控制由所述电子控制装置15执行。在空气压缩机10中，通过切换阀58的工作控制来切换蓄压罐57与第1连通路51的连通和该连通的切断。具体而言，当切换阀58开阀时，蓄压罐57与第1连通路51连通，当切换阀58闭阀时，蓄压罐57与第1连通路51的连通被切断。另外，在本实施方式中，蓄压罐57、切换阀58和电子控制装置15相当于蓄压部。

轴承用加压输送部40以如下方式进行工作。当通过电动马达20的工作控制使叶轮31旋转时，马达壳体11内的空气经由导入通路43被吸入到叶轮室34，并且自该叶轮室34输送到环状通路41。然后，环状通路41内的空气如图2中涂黑的箭头所示，经第2连通路52和第1连通路51被供给到各空气轴承21、22。这样将利用轴承用加压输送部40加压输送的空气供给到各空气轴承21、22。

另外，在本实施方式中，如图1所示，当在轴承用加压输送部40的工作过程中马达壳体11的内压变得低于空气压缩机10周边的压力时，空气经由马达壳体11的侧壁14的导入口44自该马达壳体11的外部流入到内部。在空气压缩机10中，能够利用这样流入到马达壳体11内的空气将配设于马达壳体11内的转子23、定子26冷却。

以下参照图3说明空气压缩机10的运转控制所涉及的处理(运转控制处理)。另外，图3的流程图所示的一连串的处理表示上述运转控制处理的执行步骤，作为每个预定周期的中断处理，由电子控制装置15来执行。

如图3所示，在该处理中，当在电动马达20的工作控制中判断为成为了该电动马达20启动的状况时(步骤s11：是)，通过切换阀58的工作控制对该切换阀58进行开阀驱动(步骤s12)。详细而言，在电动马达20即将启动前(例如百毫秒前)的时刻对切换阀58进行开阀驱动。

然后，在电动马达20持续运转的期间内(步骤s11：否且步骤s13：否)，不操作切换阀58。因此，此时切换阀58保持为开阀状态。

另外，当在电动马达20的工作控制中判断为成为了该电动马达20停止的状况时(步骤s11：否且步骤s13：是)，在切换阀58的工作控制中对切换阀58进行闭阀驱动(步骤s14)。详细而言，在电动马达20的旋转停止的时刻对切换阀58进行闭阀驱动。

然后，在电动马达20的旋转持续停止的期间内(步骤s11：否且步骤s13：否)，不操作切换阀58。因此，此时切换阀58保持为闭阀状态。

以下说明通过这样使切换阀58进行工作而产生的作用效果。

在使空气压缩机10(具体而言是电动马达20)启动时，由于轴承用叶轮33尚未旋转，因此未自轴承用加压输送部40加压输送空气。在本实施方式中，在启动空气压缩机10时，在该启动之前将切换阀58打开。由此，如图4中涂黑的箭头所示，蓄积于蓄压罐57的压缩空气向第1连通路51放出，并且经由该第1连通路51被供给到各空气轴承21、22。这样，采用本实施方式，在启动空气压缩机10时，换言之在未利用轴承用加压输送部40加压输送空气时，能够将预先蓄积于蓄压罐57的压缩空气供给到各空气轴承21、22。由此，能够在成为各空气轴承21、22发挥功能的状态的基础上使电动马达20启动。

在空气压缩机10刚刚启动后，如图4中虚线的箭头所示，利用轴承用加压输送部40加压输送空气，但由于轴承用叶轮33的转速较低，因此由轴承用加压输送部40输送的空气加压输送量较少。在本实施方式中，在空气压缩机10刚刚启动后，由于切换阀58也打开，因此蓄压罐57内的压缩空气也向第1连通路51放出而被供给到各空气轴承21、22。采用本实施方式，在空气压缩机10刚刚启动后，换言之在由轴承用加压输送部40输送的空气加压输送量较少时，自蓄压罐57供给压缩空气来进行补充，从而能够维持各空气轴承21、22发挥功能的状态。

在空气压缩机10中，在将轴承用加压输送部40的环状通路41与第1连通路51连通的第2连通路52设置有止回阀56。因此，在空气压缩机10启动时自蓄压罐57向第1连通路51放出压缩空气时，抑制空气自该第1连通路51向轴承用加压输送部40的环状通路41逆流。因而，能够抑制因那样的空气的逆流引起的轴承用加压输送部40的空气加压输送效率的下降，乃至空气压缩机10的工作效率的下降。

如图5所示，当因空气压缩机10的持续运转而使该空气压缩机10的转速提高时，轴承用叶轮33的转速也提高，因此由轴承用加压输送部40输送的空气加压输送量增多。在本实施方式中，此时的由轴承用加压输送部40输送的空气加压输送量变得比为了使各空气轴承21、22适当地发挥功能而所需最低程度的空气加压输送量多。因此，即使不自蓄压罐57供给压缩空气，也向各空气轴承21、22供给对于使这些空气轴承21、22适当地发挥功能而言足够量的空气。

在本实施方式中，此时切换阀58打开。因此，如图5中涂黑的箭头所示，利用轴承用加压输送部40加压输送而通过第1连通路51的压缩空气的一部分(剩余部分)蓄积于蓄压罐57。具体而言，压缩空气自第1连通路51向蓄压罐57的内部流入，直到第1连通路51的内压与蓄压罐57的内压变成大致相等。

当空气压缩机10停止时，轴承用叶轮33的旋转也停止，因此轴承用加压输送部40停止空气的加压输送。在本实施方式中，与那样的空气压缩机10的停止相对应地将切换阀58关闭。因此，能够在空气压缩机10的运转过程中，在保持着将压缩空气蓄积于蓄压罐57的状态下关闭切换阀58。由此，能够在空气压缩机10的运转停止期间内，为之后的空气压缩机10的启动做准备,而保持将压缩空气蓄积于蓄压罐57的内部的状态。

以下说明通过采用本实施方式的空气压缩机10而产生的作用效果。

在空气压缩机10中，向各空气轴承21、22加压输送空气的轴承用加压输送部40和用于将该空气供给到各空气轴承21、22的连通路51、52成为一体的构造。因此，尽管具有空气轴承21、22，但不必另外设置用于向该空气轴承21、22供给空气的外部泵、配管来作为空气压缩机10的周边设备。因而，能够减小为了配置空气压缩机10而所需的空间。而且，压缩机部30和轴承用加压输送部40由共用的轴24驱动而旋转，因此与具有分别的旋转轴的空气压缩机相比，能够将空气压缩机10设为简单的构造，而实现该空气压缩机10的小型化。因而能够节省空间地配置空气压缩机10。

如以上说明的那样，采用本实施方式，能够获得以下记载的效果。

(1)能够节省空间地配置空气压缩机10。

(2)设置有用于蓄积自轴承用加压输送部40加压输送来的空气的蓄压罐57。因此，能够利用蓄积于蓄压罐57的压缩空气以较高的自由度向空气轴承21、22供给空气。

(3)通过在空气压缩机10工作时预先打开切换阀58，能够将压缩空气蓄积到蓄压罐57内。并且，通过在空气压缩机10停止时关闭切换阀58，能够在该空气压缩机10停止的期间中保持将压缩空气蓄积于蓄压罐57内的状态。然后，在使空气压缩机10启动时，通过在该启动之前打开切换阀58，能够将蓄积于蓄压罐57的压缩空气供给到空气轴承21、22。由此，能够在成为空气轴承21、22发挥功能的状态的基础上使空气压缩机10启动。

(4)在将轴承用加压输送部40的环状通路41与第1连通路51连通的第2连通路52设置有止回阀56。因此，能够抑制因空气自第1连通路51向轴承用加压输送部40的环状通路41的逆流而引起的该轴承用加压输送部40的空气加压输送效率的下降，乃至空气压缩机10的工作效率的下降。

<变形例>

另外也可以如以下所述变更地实施上述实施方式。

·作为蓄压罐57，除了设置单纯的中空容器以外，也能设置蓄积器。

·作为所述蓄压容器部，也可以代替设置蓄压罐57，而使具有预定容积的容积室与马达壳体11一体成形。

·也可以是，在电动马达20停止时的蓄压罐57的内压低于预先确定的判定压力时，强制性地使该电动马达20运转。另外，作为蓄压罐57的内压，能够使用由设置于蓄压罐57的压力传感器检测的压力检测值，或者使用基于电动马达20的运转状态由电子控制装置15算出的压力推测值。采用这样的结构，在反复执行空气压缩机10的短期间的运转等使蓄积于蓄压罐57的压缩空气的量减少了的情况下，能够使电动马达20强制运转而向蓄压罐57补充压缩空气。

·切换阀58的工作控制的执行形态能够任意地变更。例如可以在电动马达20的旋转停止的稍早前(或稍后)关闭切换阀58。除此之外，也可以在空气压缩机10的运转过程中，在将足够量的压缩空气蓄积于蓄压罐57内时，关闭切换阀58。另外，能够以蓄压罐57的内压达到了预定压力以上、空气压缩机10的运转持续了预定时间等为条件，来判定在蓄压罐57内蓄积有足够量的压缩空气。另外也可以是，当在空气压缩机10的运转过程中关闭切换阀58的情况下，当在使该空气压缩机10停止的过程中电动马达20的转速变成了预定速度以下时，打开切换阀58。

总之，通过在自轴承用加压输送部40加压输送的空气剩余时预先打开切换阀58，能够将该剩余部分蓄积于蓄压罐57。另外，通过在该状态下关闭切换阀58，能够保持将压缩空气蓄积于蓄压罐57的状态。进而，在存在自轴承用加压输送部40供给到空气轴承21、22的空气不足的担忧时，通过打开切换阀58，能够将蓄积于蓄压罐57的压缩空气放出而补充不足的量。这样，利用上述结构，也能够以较高的自由度向空气轴承21、22供给空气。

·只要在空气压缩机10启动时空气轴承21、22适当地发挥功能，则能够省略切换阀58。在该结构中，能够使蓄压罐57作为用于抑制第1连通路51的内压变动的稳压罐发挥功能。另外，在上述结构中也能省略蓄压罐57。

·上述实施方式的空气压缩机也能应用于以下构造的空气压缩机：以将隔开间隔地设置于轴的两个叶轮中的一个设为输出用叶轮的形态配置有输出加压输送部，并且以将另一个设为轴承用叶轮的形态配置有轴承用加压输送部。

·上述实施方式的空气压缩机也能应用于例如利用内燃机的输出轴进行驱动的发动机驱动式等电动式以外的驱动方式的空气压缩机。另外，上述实施方式的空气压缩机不限于具有离心式叶轮的离心式的空气压缩机，也能应用于具有活塞和斜盘的容积式的空气压缩机等。