CN104081051A - 泵装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种耐久性优良的泵装置。在本发明所涉及的一种实施方式的泵装置(1)中，偏芯轴具有空心机构，其将电机(M)的驱动轴(131)的旋转转换为活塞(21)的往复运动。通过将偏芯轴(232)设置为空心机构，偏芯轴(232)容易产生在垂直于轴线的方向(径向)上的变形，也能够减轻轴承(31)压入偏芯轴(232)外周面的负荷。如此，能够减轻轴承(31)的内部径向间隙的偏差，提高轴承全周的应力的均匀性，能够提高轴承(31)的耐久性，也能够提高泵装置(1)的寿命。

Description

泵装置
技术领域
本发明涉及一种泵装置，其通过活塞的往复运动来吸入、排出泵室内的气体。
背景技术
人们公知作为一种真空泵的摇动活塞泵，其是通过在气缸内往复运动活塞，交互进行泵室内气体的吸气和排气的往复泵，其作为例如真空泵和加压泵被广泛使用。
这种泵具有如下机构：电机；偏芯轴，其相对于该电机的驱动轴的旋转中心被偏芯配置；连杆，其与活塞相连接；轴承，其被压入到偏芯轴的外周面，且以能够旋转的方式将偏芯轴连接到连杆上，将以驱动轴为中心的偏芯轴的公转运动转换成活塞的往复运动(例如参照下述专利文献1)。
【专利文献1】日本发明专利公开公报特开2002-364543号
但是由于现有技术中的偏芯轴为实心机构，因此轴承压入偏芯轴的外周部分的负荷大，导致难以在周向上以均匀的应力安装轴承。结果，压入轴承后，轴承的内部径向间隙(外轮和内轮之间的间隙)的偏差变大，难以实现全周的应力的均匀化。由于在泵的运行过程中轴承经常受到变动的负荷，因此产生轴承的耐久性低下、泵的寿命低下的问题。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一种耐久性优良的泵装置。
为了达到上述目的，本发明的一种实施方式所涉及的泵装置具有活塞、泵壳、电机、偏芯部件、连杆部件和第1轴承。
所述泵壳具有收装所述活塞的气缸。
所述电机具有驱动轴，且被固定在所述泵壳中。
所述偏芯部件被连接到所述驱动轴上，且具有相对于所述驱动轴的旋转中心偏芯形成的空心的偏芯轴。
所述连杆部件具有：第1端部，其与所述活塞相连接；第2端部，其形成有嵌合所述偏芯轴的嵌合孔；且所述连杆部件将所述驱动轴的旋转转换成所述气缸内部的所述活塞的往复运动。
所述第1轴承被安装在所述偏芯轴和所述嵌合孔之间，其支承偏芯轴且使偏芯轴能够相对于连杆部件旋转。
附图说明
图1是表示本发明的一种实施方式所涉及的泵装置整体的立体图。
图2是所述泵装置的主要部分的纵剖视图。
图3是表示所述泵装置的连杆和偏芯部件的连接关系的纵剖面图。
图4是表示所述泵装置的连杆和偏芯部件的连接关系的立体图。
图5是所述偏芯部件的主视图。
图6是所述偏芯部件的纵剖面图。
图7是所述偏芯部件的立体图。
图8是比较案例所涉及的偏芯部件的立体图。
图9是表示具有本实施方式的偏芯部件的泵装置的轴承特征的一种实验结果。
具体实施方式
本发明的一种实施方式所涉及的泵装置具有活塞、泵壳、电机、偏芯部件、连杆部件和第1轴承。
所述泵壳具有收装所述活塞的气缸。
所述电机具有驱动轴，且被固定在所述泵壳中。
所述偏芯部件被连接到所述驱动轴上，且具有相对于所述驱动轴的旋转中心偏芯形成的空心的偏芯轴。
所述连杆部件具有：第1端部，其与所述活塞相连接；第2端部，其形成有嵌合所述偏芯轴的嵌合孔。且所述连杆部件将所述驱动轴的旋转转换成所述气缸内部的所述活塞的往复运动。
所述第1轴承被安装在所述偏芯轴和所述嵌合孔之间，其支承偏芯轴且使偏芯轴相对于连杆部件旋转。
由于所述泵装置的偏芯轴具有空心机构，因此偏芯轴容易产生在垂直于轴线的方向(径向)上的变形，能够减轻第1轴承压入偏芯轴外周面的负荷。如此，能够减少第1轴承的内部径向间隙的偏差，也能够提高轴承全周的应力的均匀性。因此，若采用所述泵装置，则能够提高第1轴承的耐久性，也能够提高泵装置的寿命。
所述偏芯部件还具有基座块，该基座块具有：第1面，其上面形成有与所述驱动轴相连接的连接孔；第2面，其上面形成有所述偏芯轴。
如此，能够提高驱动轴和连杆部件的组装作业性，也能够缩短电机的驱动轴的长度。
所述机构的泵装置还可具有第2轴承，其被固定在所述泵壳中，且能够支承所述驱动轴的旋转。
如上所述，缩短电机的驱动轴，使得施加在支承所述驱动轴的第2轴承部件的负荷减轻，如此能够进一步提高泵装置的寿命。
所述偏芯部件还可由烧结体构成。
如此，能够稳定地获得形状精度优良，且具有必要的机械强度的偏芯部件。
所述泵装置还具有安装在所述偏芯部件上且与所述偏芯部件共同旋转的配重。
如此，能够抑制电机旋转所产生的振动，同时能够确保泵装置进行稳定的吸气、排气动作。
接下来，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是本发明的一种实施方式所涉及的泵装置整体的立体图。
本实施方式的泵装置1具有：第1泵部11；第2泵部12；驱动部13，其同时驱动第1泵部11和第2泵部12。
第1泵部11和第2泵部12分别为加压泵(升压泵)和真空泵，两泵部11，12可均为真空泵，也可均为加压泵(升压泵)。泵装置1可作为例如燃料电池***中的气体的升压风机等进行使用。
第1泵部11和第2泵部12典型地具有相同机构，在本实施方式中均为摇动活塞泵。除此之外，第1泵部11和第2泵部12也可为隔膜泵等其他往复泵。
泵装置1具有泵壳100，泵壳100包括：第1机罩101，其构成第1泵部11的一部分；第2机罩102，其构成第2泵部12的一部分；第3机罩103，其构成驱动部13的一部分。
图2是第1泵部11和驱动部13的一部分机构的纵剖视图。在图2中，X轴、Y轴和Z轴分别为正交的3轴方向。另外，由于第2泵部12和第1泵部11的机构相同，因此在这里主要说明第1泵部11。
第1泵部11具有：第1机罩101、活塞21、连杆22(连杆部件)、偏芯部件23。
第1机罩101具有泵壳主体110、气缸111、泵头112和泵头盖113。泵壳主体110、气缸111、泵头112和泵头盖113以在Z轴方向上互相重叠的方式形成为一体机构。
泵壳主体110与收装电机M的第3机罩103相连接，且具有被连杆22贯穿的通孔110h。泵壳主体110具有：固定部110a，其固定有能够支承电机M的驱动轴131旋转的轴承32(第2轴承)；筒部110b，其收装电机M的线圈132。轴承32被配置在电机M的主体和偏芯部件23之间。
气缸111被配置在泵壳主体110和泵头112之间，在其内部以能够沿着Z轴方向自由滑动的方式收装活塞21。泵头112被配置在气缸111和泵头盖113之间，分别具有吸气阀112a和排气阀112b。泵头盖113被配置在泵头112上，内部具有吸气室113a，其与吸气口114a相连通；排气室113b，其与排气口114b相连通。如图1所示，吸气口114a和排气口114b分别设置在各泵部11，12相向的侧面上。
活塞21呈圆板状，由螺钉部件25固定在连杆22的第1端部221上。活塞21在该活塞21和泵头112之间形成泵室26。活塞21沿着与气缸111内部的Z轴方向平行的方向进行往复运动，通过吸气阀112a和排气阀112b，交互吸入和排出泵室26内的气体，发挥预定的泵的作用。
图3和图4是表示连杆22和偏芯部件23的连接状态的纵剖面图和立体图。
连杆22互相连接活塞21和偏芯部件23。连杆22具有：第1端部221，其与活塞21相连接；第2端部222，其与偏芯部件23相连接。第1端部221形成为与活塞21直径大致相同的圆形。在这些活塞21和第1端部221之间安装有圆板状的密封部件24。密封部件24的周缘部以能够滑动接触气缸111的内周面的方式，被弯折到泵室26一侧。
另外，在真空泵构造的第2泵部中，所述密封部件的周缘部被弯折到泵室侧的相反侧。
连杆22的第2端部222上形成有嵌合偏芯部件23的偏芯轴232的嵌合孔222a。在嵌合孔222a中安装有轴承31(第1轴承)，其能够支承偏芯轴232，使其自由旋转。
图5是从Y轴方向观察的偏芯部件23的主视图，图6是图5中的A-A线方向的剖面图，图7是偏芯部件23的立体图。
偏芯部件23互相连接第3机罩103内收装的电机M的驱动轴131和连杆22。基座块230具有大致呈圆柱形的基座块230。
基座块230具有：第1面230a，其上面形成有与驱动轴131相连接的连接孔231；第2面230b，其上面形成有偏芯轴232。偏芯部件23与偏芯轴232形成为一体机构，在本实施方式中，由金属粉末、陶瓷粉末或两者的混合粉末的烧结体构成。在本实施方式中，基座块230使用铁粉类材料作为粉末材料。
连接孔231是形成于基座块230的第1面230a的中心部的圆形的有底孔。驱动轴131沿着Y轴方向被***到连接孔231内，且通过与在基座块230的侧周面上形成的第1螺钉孔H1螺纹连接的固定螺钉41，与连接孔231连接。
在基座块230的第2面230b上，相对于驱动轴131的旋转中心(偏芯部件23的中心)偏芯形成偏芯轴232。偏芯轴232呈具有空心部232a的圆筒状。根据泵的种类和负荷的大小适当地设置偏芯轴232的壁厚，壁厚相对于偏芯轴232的外径的比例为例如0.1～0.2。
轴承31被安装在偏芯轴232和连杆22的嵌合孔222a之间，其支承偏芯轴232且使偏芯轴232能够相对于连杆22旋转。轴承31，32由具有内轮(内圈)、外轮(外圈)以及封入两者之间的多个旋转体(球)的圆环状的球轴承构成。在轴承31中，内轮31a通过压入偏芯轴232的外周面被固定，外轮31b通过压入嵌合孔222a的内周面被固定，且在这些内轮31a和外轮31b之间收装有多个旋转体31c。
第1泵部11还具有配重50。通过使固定螺钉42螺纹连接基座块230的侧周面上形成的第2螺钉孔H2，配重50被固定在偏芯部件23的侧周部。由于配重50能够消除伴随驱动轴131的旋转而产生的连杆22在偏芯轴232周围旋转时的振动，因此配重50被配置在相对于驱动轴131偏向于偏芯轴232的偏芯方向的相反方向的位置。
第2泵部12与第1泵部11的构造相同。第2泵部12与第1泵部11同时由相同的电机M驱动。驱动轴131也向第2泵部12一侧延伸，与第2泵部12的偏芯轴(省略图示)相连接。在本实施方式中，第1泵部11和第2泵部12在不同的相位被驱动。例如，设置各泵部11，12的偏芯轴，使第1泵部11的活塞21位于上止点时，第2泵部12的活塞位于下止点。
接下来，说明如上构造的本实施方式的泵装置1的动作。在这里，以第1泵部11的作用为中心进行说明。
电机M驱动偏芯部件23在驱动轴131的周围旋转，偏芯轴232沿着具有与相对于驱动轴131的偏芯量相对应的半径的圆周，在驱动轴131的周围公转。连接到偏芯轴232的连杆22将驱动轴131的旋转转换为气缸111内部的活塞21的往复运动。即，在图2中，活塞21在气缸111的内部沿X轴方向摇动的同时，也沿Z轴方向往复运动。如此，通过交互进行泵室26的吸气和排气，能够获得第1泵部11产生的预定的升压作用。另一方面，第2泵部12也能获得预定的真空排气作用。
在这里，驱动泵装置1时，安装在偏芯轴232和连杆2之间的轴承31在工作时受到变动的负荷。提高该轴承31的耐久性对于泵装置1的寿命有很大的影响。内轮和外轮之间全周的间隙(轴承内部径向间隙)的偏差越大，施加在轴承31上的负荷的变动越大。因此，为了提高轴承的耐久性，必须减少所述间隙的偏差。
作为比较案例，图8表示现有构造的泵装置中的偏芯部件的构成案例。该比较案例所涉及的偏芯部件70的偏芯轴71具有实心的圆柱构造。如果将轴承的内轮压入且固定在该偏芯轴71上，则轴承压入偏芯轴71的外周部分的负荷增大，难以在圆周方向以均匀的应力安装轴承。结果，压入轴承后，轴承内部的径向间隙的偏差变大，难以实现全周的应力的均匀化。另外，为了减少该偏差，即使车削、磨削加工偏芯轴71，以例如10/1000的数值实施公差管理，也无法充分地改善。
与之相对，在本实施方式的泵装置1中，由于偏芯轴232具有空心机构，因此偏芯轴232容易产生在垂直于轴线的方向(径向)上的变形，也能够减轻轴承31压入偏芯轴232外周面的负荷，减少使内轮31a向直径外方侧扩展的力。如此能够减少轴承31的内部径向间隙的偏差，提高轴承31全周的应力的均匀性。
图9表示轴承的内部径向间隙(横轴)和轴承的寿命(纵轴)之间的关系，是比较实心机构的偏芯轴和空心机构的偏芯轴而表示的一种实验结果。纵轴的寿命(Life Ratio)是以内部径向间隙(Radialclearance)为标准值(0.000)的情况为标准的寿命的相对值，横轴数值的极性在大于标准值的情况下为正，在小于标准值的情况下为负。
如图9所示，内部径向间隙越是偏离标准值，寿命越短，特别是内轮和外轮之间的间隙小于标准值与大于标准值时相比，寿命的低下率比较大。由此显示了将偏芯轴压入轴承时，内轮受到向直径外方侧的压力越大，对轴承寿命的影响越大。
图9中的C1表示比较案例所涉及的实心机构的偏芯轴的轴承内部径向间隙的偏差，C2表示本实施方式所涉及的空心机构的偏芯轴的轴承内部径向间隙的偏差。另外，L1表示比较案例所涉及的实心机构的偏芯轴的轴承寿命的偏差，L2表示本实施方式所涉及的空心机构的偏芯轴的轴承寿命的偏差。
如图9所示，若采用本实施方式，能够减少轴承内部径向间隙的偏差，也能够减少压入时的内轮向直径外方侧的压应力，获得理想的径向间隙。如此，由于能够稳定地确保所期望的轴承寿命，因此能够实现泵装置的高寿命化。
另外，若采用本实施方式，由于偏芯轴232由偏芯部件23构成，且其独立于驱动轴131和连杆22，因此能够提高驱动轴131和连杆22的组装作业性，也能够缩短驱动轴131的长度。因此，能够降低轴承32支承驱动轴131的负荷，也能进一步提高泵装置1的寿命。
另外，由于偏芯部件23由烧结体构成，因此能够稳定地获得形状精度优良，且具有必要的机械强度的偏芯部件23。另外，能够使用高融点材料和互不固溶的多种材料，扩大材料的选择范围。
以上说明的是本发明的实施方式，但是本发明并不局限于上述实施方式，毫无疑问，在不偏离本发明主旨的范围内，还能够进行各种修改。
例如在上述实施方式中，举例说明了由共同的驱动部13驱动第1泵部11和第2泵部12的泵装置，但是也同样适用于具有单一泵部的泵装置。
另外，在上述实施方式中，偏芯部件23由烧结体构成，但是不仅局限于此，也可由铸造部件或压铸部件构成。即使采用该机构，也能够缩小轴承内部的径向间隙的偏差，提高轴承的寿命。
另外，如上所述的本发明所涉及的泵装置不局限于摇动活塞泵，也同样适用于隔膜泵等其他往复泵。
符号说明
1：泵装置；11：第1泵部；12：第2泵部；13：驱动部；21：活塞；22：连杆；23：偏芯部件；31：轴承；50：配重；100：泵壳；111：气缸；131：驱动轴；231：连接孔；232：偏芯轴；M：电机

Claims (5)

1.一种泵装置，其特征在于，具有：
活塞；
泵壳，其具有收装所述活塞的气缸；
电机，其具有驱动轴，且被固定在所述泵壳中；
偏芯部件，其被连接到所述驱动轴上，且具有相对于所述驱动轴的旋转中心偏芯形成的空心的偏芯轴；
连杆部件，其具有：第1端部，其与所述活塞相连接；第2端部，其形成有嵌合所述偏芯轴的嵌合孔；且所述连杆部件将所述驱动轴的旋转转换成所述气缸内部的所述活塞的往复运动；
第1轴承，其被安装在所述偏芯轴和所述嵌合孔之间，支承偏芯轴且使偏芯轴能够相对于所述连杆部件旋转。
2.根据权利要求1所述的泵装置，其特征在于，
所述偏芯部件还具有基座块，该基座块具有：第1面，其上面形成有与所述驱动轴相连接的连接孔；第2面，其上面形成有所述偏芯轴。
3.根据权利要求2所述的泵装置，其特征在于，
还具有第2轴承，其被固定在所述泵壳中，且能够支承所述驱动轴的旋转。
4.根据权利要求2所述的泵装置，其特征在于，
所述偏芯部件由烧结体构成。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的泵装置，其特征在于，
还具有安装在所述偏芯部件上且与所述偏芯部件共同旋转的配重。
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