JP4196070B2

JP4196070B2 - Vane rotary air pump

Info

Publication number: JP4196070B2
Application number: JP2003014560A
Authority: JP
Inventors: 澤井　　清; 達也中本; 作田　　淳
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2023-01-23
Also published as: JP2004225615A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モバイル機器用燃料電池に用いるオイルレス空気ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のベーンロータリ圧縮機として、図９、１０において、内面が円筒状のシリンダ１３内に、中心軸がシリンダ１３の中心軸と所定量だけ離れた状態で円筒状のロータ１４が配置され、ロータ１４にはその中心軸方向に複数のベーン溝１６が設けられ、これらのベーン溝１６内には板状のベーン１７が摺動可能な状態で嵌合され、ベーン１７の先端部がシリンダ１３の内面と摺動する構成になっている。さらに、ロータ１４とベーン１７を挟み込むようにフロントプレート１１とリアプレート１２がシリンダ１３の端面に配置されることにより、シリンダ１３、ロータ１４、ベーン１７、フロントプレート１１およびリアプレート１２により囲まれて複数の圧縮空間１８が形成されている。前記シリンダ１３は、その周囲に吸入口１９と吐出口２０を備えている。また、前記ロータ１４は駆動力を伝達するメカシャフト１５を備えている。さらに、リアプレート１２の後方には給油ケース２５が設けられ、その中には油溜まり部２６が形成されている。また、給油ケース２５内には、油溜まり部２６の潤滑油をリアプレート１２に形成された給油通路２８を介してロータ１４の溝１６に供給するオイルコントロール弁ユニット２９が収納されている。
【０００３】
図示されていないエンジンあるいはモータから、図示されていないベルトを介して動力がメカシャフト１５に伝達されると、図１０において時計回りにロータ１４が回転し、冷凍サイクルから戻ってきた冷媒ガスが吸入口１９からシリンダ１３内の圧縮空間１８に吸入されて圧縮される。圧縮された高圧のガスは、吐出口２０から吐き出され、給油ケース２５に入る。この給油ケース２５内で潤滑油が分離されて、冷媒ガスのみが冷凍サイクルへと出て行く。分離された潤滑油は一旦油溜まり部２６に貯留され、この後、オイルコントロール弁ユニット２９から給油通路２８を経て、ロータ１４の溝１６に供給される。この結果、潤滑油の圧力によりベーン１７に背圧が付与され、ベーン１７がシリンダ１３の内面を摺動する構成になっていた。（例えば特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２１４８７５号公報（第２頁、第１、４図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成では、ベーン１７の背面に供給された潤滑油が溝１６とベーン１７の隙間から圧縮空間１８内に少量流れ込み、この潤滑油でベーン１７とロータ１４間の潤滑およびロータ１４とフロントプレート１１、リアプレート１２間の潤滑が行われていたのであるが、この機構を燃料電池に空気を供給する空気ポンプに適用しても、この種の空気ポンプに不可欠なオイルレス運転が困難という課題を有していた。
【０００６】
また、上記従来の構成では、シリンダ１３の外周部に吸入口１９と吐出口２０を備える構成であり、圧縮機全体の外径が大きくなってしまうという課題を有していた。
【０００７】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、現在、モバイル用の燃料電池は開発途上であり、この燃料電池のセルに空気を供給する空気ポンプとしては適当なものが存在しない。この種の空気ポンプに求められる特性は、供給空気はオイル等の不純物を含んでいないこと、すなわちオイルレス機構であること、供給空気量は１０リットル／ｍｉｎ程度であり比較的小流量でよいが、燃料電池システムの空気通路で生じる圧力損失にうち勝って空気を送り込むために、その供給圧力はΔｐ＝２〜５ｋＰａ必要なこと、大きさはモバイル機器に組み込む必要性から直径はおよそφ３０ｍｍ以下であること、および騒音レベルが低いことが求められる。
【０００８】
従って、本願発明は、オイルレス運転が可能で、ポンプ全体の外径を小さくでき、かつ長期間運転しても摺動部品に生じる摩耗を抑制し、長寿命なオイルレス空気ポンプを提供することを目的とする。
【０００９】
さらに、ベーンがロータの摺動面でジャンプすることが少なく、騒音の小さいオイルレス空気ポンプを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、内面が円筒状のシリンダ内に、シリンダの中心軸から所定量だけ偏心させた状態で円筒状のロータを配置し、このロータにはその中心軸方向に複数の溝を設け、これらの溝にはベーンを摺動可能な状態で嵌合させ、フロントプレートとリアプレートをロータとベーンを挟み込むようにシリンダの端面に配置して複数のポンプ空間を作り出し、ロータの中心軸にはメカシャフトを備えてポンプ機構部を構成し、リアプレートを介し前記ポンプ機構部と反対側にはモータを配置し、このモータがメカシャフトを駆動することによりポンプ空間が伸縮作用を生じる空気ポンプを構成するとともに、フロントプレートには貫通する吸入ポートと貫通する吐出ポートを備え、リアプレートには、フロントプレートに設けた吸入ポートおよび吐出ポートに対してポンプ機構部を介して対向する位置に略同一形状でかつ窪み状の吸入ポートおよび擬似吐出ポートを備え、さらにシリンダには、フロントプレートに設けた吸入ポートとリアプレートに設けた吸入ポートを連通する連通孔を設けたものである。
【００１１】
上記構成において、シリンダの周囲には吸入口と吐出口を設けず、フロントプレートにポンプの吸入ポートと吐出ポートを備える構成としたことにより、ポンプ機構部の外径をφ３０ｍｍ以下まで小さくし、モバイル機器用燃料電池に適用可能な小型化を実現することができる。さらに、リアプレートにも略同一形状の吸入ポートと擬似の吐出ポートを備える構成としたことにより、ロータおよびベーンの側面に作用する力は左右釣り合って、摺動面で摩擦損失が小さくなるとともに摩耗が抑制されることとなる。
【００１２】
また、本発明は、フロントプレートあるいはリアプレートの少なくとも一方の端面に、複数のベーン背面空間のすべてに臨むように環状溝を設け、さらにこの環状溝を吐出ポートあるいは吸入ポートに連通させる構成としている。この環状溝には吐出圧力あるいは吸入圧力の空気が常に導かれているので、空気がベーンの背面空間に自由に出入りし、ベーンが溝内で容易に往復運動することができることとなる。さらに、ベーン背面に吐出圧力を印加させた場合には、ベーンには遠心力に加えて背面からガス力が作用するので、ベーンは円筒状の内壁に押し付けられ、ジャンプなどが生じない円滑なベーンの摺動が実現する。これらによって、騒音レベルが低くかつ漏れの少ない空気ポンプが実現できる。
【００１３】
本発明は、前記ベーンと、前記フロントプレートと、前記リアプレートの摺動面に自己潤滑性材質を備えているものである。
【００１４】
上記構成において、自己潤滑性を有する材質でベーンを構成してロータの溝に摺動可能な状態で嵌合させるとともに、摺動面に自己潤滑性材質を備えたフロントプレートとリアプレートを用い、ロータとベーンを挟み込む状態でこれらのプレートをシリンダの端面に配置したことにより、摺動面でオイルによる潤滑が不要となって基本的にオイルレス運転が可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係わるベーンロータリ型空気ポンプの横断面図である。また、図２は、本実施の形態１に係わるベーンロータリ型空気ポンプの縦断面図であり、図１は図２におけるＡ−Ａ断面図に相当する。本実施の形態１に係わるベーンロータリ型空気ポンプ本体１０１は、ポンプ機構部１０２とモータ１1９より構成される。まずポンプ機構部１０２について説明する。円筒状の内面１０４を有するシリンダ１０３内に、中心軸がシリンダ１０３の中心軸と所定量だけ離れた状態で円筒状のロータ１０７を配置し、ロータ１０７にはその中心軸方向に２本の溝１０８を設け、これらの溝１０８内に、自己潤滑性を有するカーボン複合材料よりなる板状のベーン１０９を摺動可能な状態で嵌合させ、ベーン１０９の先端部がシリンダ１０３の内面１０４と摺動する構成になっている。ロータ１０７は、本実施の形態ではアルミニウム合金より構成し、軽量化を図っている。また、シリンダの材質にはシリコン含有率が約１０％のアルミニウム合金を使用している。次に、前記ロータ１０７とベーン１０９を挟み込むように、フロントプレート１１１とリアプレート１１２をシリンダ１０３の両端面に配置している。これにより、シリンダ１０３、ロータ１０７、ベーン１０９、フロントプレート１１１およびリアプレート１１２にとり囲まれて複数のポンプ空間１２４が形成される。ここで、フロントプレート１１１とリアプレート１１２の表面には二硫化モリブデン等の自己潤滑性材料をコーティング処理している。
【００１７】
次に、実施の形態１を構成するフロントプレート１１１を図３に示し、リアプレート１１２を図4に示す。図３と図４は、ともに図２においてＢ−Ｂの方向から見た図である。図３に示すように、フロントプレート１１１には吸入ポート１１３と吐出ポート１１４を設け、さらに吐出ポート１１４には吐出管１１５を設けている。ここで、吸入ポート１１３は貫通した穴であるが、吐出ポート１１４はその中央部に貫通穴を備えた窪み状のポートであり、貫通穴に臨むように吐出管１１５を備えている。一方、図４に示すリアプレート１１２には、窪み状の吸入ポート１１７と窪み状の擬似の吐出ポート１３０を設けている。ここで、吸入ポート１１３と吸入ポート１１７は、Ｂ−Ｂ方向から見たら略同一形状をしており、同じく吐出ポート１１４と擬似の吐出ポート１３０は、Ｂ―Ｂ方向から見たら略同一形状をしている。なお、図２には、ポンプ機構部１０２上に上記の吸入ポート（１１３、１１７）と吐出ポート（１１４、１３０）を１点鎖線で示している。
【００１８】
次にモータ１１９について説明する。前記リアプレート１１２の反ポンプ機構部側にはモータ１１９を、リアプレート１１２に直接接触させて配置している。このモータ１１９は円筒状のコイル１２０と永久磁石を備えた回転子１２１より成る直流モータである。このモータ１１９の回転子１２１は長尺のシャフト１１０を備えている。このシャフト１１０は、モータ１１９の内部ではモータ軸受１２２、１２３で支承されているが、モータ１１９から外部に伸びて、ポンプ機構部１０２内ではフロントプレート１１１内の軸受１１６およびリアプレート１１２内の軸受１１８によって支承されるとともに、ロータ１０７に固定されて、モータ１１９で発生した回転力をロータ１０７伝達する役割を果している。
【００１９】
上記の構成で、モータ１１９に通電すると、図１においてシャフト１１０およびこれに連結されたロータ１０７が矢印の方向に回転する。この時、ベーン１０９は回転の遠心力によりベーン溝１０８内で外側へと移動し、ベーン１０９の先端がシリンダの内面１０４に接触・摺動しながら回転運動する。これによって、ポンプ空間１２４は伸縮作用を呈するので、空気がフロントプレート１１１の吸入ポート１１３より吸い込まれ、その一部がポンプ空間１２４に直接入り込む。残りの空気は、シリンダ１０３を貫通する吸入通路１０５を経由した後、リアプレート１１２に設けた吸入ポート１１７を経て、ポンプ空間１２４に吸い込まれる。ポンプ空間１２４に入った空気は、およそ１回転する間に圧力が上昇（ΔＰ＝２〜５ｋＰａ）した後、フロントプレート１１１に設けられた吐出ポート１１４を経て吐出管１１５より外部へ出て行く。
【００２０】
さて、上記構成において、カーボン複合材料でベーン１０９を構成し、フロントプレート１１１とリアプレート１１２については、その摺動面に二硫化モリブデン等の自己潤滑性材質をコーティングし、ロータ１０７とベーン１０９を挟み込むように２枚のプレート１１１と１１２をシリンダ１０３の端面に配置したことによって、各摺動面での摩擦損失が小さくなるとともに摩耗が減少し、摺動面でオイルによる潤滑が不要となって、その結果オイルレス運転を実現可能となった。
【００２１】
また、シリンダ１０２の周囲には吸入口と吐出口を設けず、フロントプレート１１１に吸入ポート１１３と吐出ポート１１４を備える構成にすることによって、ポンプ機構部１０１の外径をφ３０ｍｍ以下することが可能になり、モバイル機器用燃料電池に適用可能な小型化を実現している。
【００２２】
上記のようなフロントプレート１１１に吸入ポート１１３と吐出ポート１１４を設けて、一方向から吸入・排気を行う空気ポンプにおいて、リアプレート１１２にもフロントプレート１１１と略同一形状の吸入ポート１１７と擬似の吐出ポート１３０を設けた構成としたことにより、ロータ１０７が回転したとき、ロータ１０７およびベーン１０９の側面に作用する圧力が釣り合って、これらはフロントプレート１１１あるいはリアプレート１１２のいずれにも強く押し付けられることがなくなり、摩擦損失が小さくなるとともに摩耗も抑制される。その結果、消費電力が小さく、かつ寿命が長いオイルレス空気ポンプを提供することができることとなる。
【００２３】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係わるベーンロータリ型空気ポンプの横断面を図５に示している。また、図６にはこの実施の形態２に係わるフロントプレート１１１ＣのＢ方向矢視図を示している。図６に示すように、フロントプレート１１１Ｃには、すべてのベーン１０９の背面空間に臨む位置に環状溝１３１を設けるととともに、この環状溝１３１を吸入ポート１１３に連絡する連通溝１３２を設けている。この構成により、ベーン１０９の背面空間は常に吸入圧力の空気が導かれているので、空気がベーン１０９の背面空間内で自由に出入りができ、ベーン１０９がベーン溝１０８内で容易に往復運動することができることとなる。
【００２４】
また、運転時にはベーン１０９には遠心力が作用するので、ベーン１０９はベーン溝１０８内で速やかに動いて、シリンダ１０３の内面１０４に常に押し付けられることになるので、ベーン１０９が摺動する時に内面１０４から浮き上がる現象が起きず、低騒音化と高性能化が図れることとなる。
【００２５】
（実施の形態３）
一方、次に、本発明の実施の形態３に係わるベーンロータリ型空気ポンプの横断面を図７に示している。図８には、この実施の形態３に係わるリアプレート１１２ＤのＢ方向矢視図を示している。図８に示すように、リアプレート１１２Ｄにはすべてのベーン１０９の背面空間に臨む位置に環状溝１３３を設けるととともに、この環状溝１３３を擬似の吐出ポート１３０に連絡する連通溝１３４を設けている。この構成により、ベーン１０９の背面空間は常に吐出圧力に保たれるので、運転時ベーン１０９には遠心力とともに吐出圧力によるガス力が背面から作用する。これらの合力により、ベーン１０９はシリンダ１０３の内面１０４に常に押し付けられることになるので、ベーン１０９が摺動する時に内面１０４から浮き上がるのを防止することができる。これにより、ベーン１０９のジャンプによる騒音を防止することが出来るとともに、ベーン１０９先端からの漏れを低減することもできて、ポンプの吐き出し流量を大きくすること、すなわち高性能化が図れることとなる。
【００２６】
【発明の効果】
上記から明らかなように、本発明は、、フロントプレートとリアプレートのいずれにも同一形状の吸入ポートと吐出ポートを設け、左右の圧力バランスを取って、摩耗を低減することにより、燃料電池に空気を供給するポンプとして不可欠なオイルレス運転を可能にするとともに、騒音を低減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すベーンロータリ型空気ポンプの横断面図
【図２】本発明の第１の実施形態を示すベーンロータリ型空気ポンプの縦横断面図
【図３】本発明の第１の実施形態を示すベーンロータリ型空気ポンプのフロントプレート図
【図４】本発明の第１の実施形態を示すベーンロータリ型空気ポンプのリアプレート図
【図５】本発明の第２の実施形態を示すベーンロータリ型空気ポンプの横断面図
【図６】本発明の第２の実施形態を示すベーンロータリ型空気ポンプのフロントプレート図
【図７】本発明の第３の実施形態を示すベーンロータリ型空気ポンプの横断面図
【図８】本発明の第３の実施形態を示すベーンロータリ型空気ポンプのリアプレート図
【図９】従来のベーンロータリ圧縮機の縦断面図
【図１０】図９の従来のベーンロータリ圧縮機のＩ−Ｉ線横断面図
【符号の説明】
１０１空気ポンプ本体
１０２ポンプ機構部
１０３シリンダ
１０７ロータ
１０９ベーン
１１０シャフト
１１１フロントプレート
１１２リアプレート
１１３吸入ポート
１１４吐出ポート
１１９モータ
１１７吸入ポート
１３０擬似の吐出ポート
１３１フロントプレート上の円環溝
１３２連通溝
１３３リアプレート上の円環溝
１３４連通溝[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an oilless air pump used in a fuel cell for mobile devices.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of vane rotary compressor, in FIGS. 9 and 10, a cylindrical rotor 14 is disposed in a cylindrical cylinder 13 whose inner surface is separated from the central axis of the cylinder 13 by a predetermined amount. a plurality of vane groove 16 is provided in its axial direction to the rotor 14, which are in the vane grooves 16 plate-shaped vanes 17 are fitted in a slidable state, the tip of the vane 17 It is configured to slide with the inner surface of the cylinder 13. Further, the front plate 11 and the rear plate 12 are disposed on the end surface of the cylinder 13 so as to sandwich the rotor 14 and the vane 17, so that the rotor 13 and the vane 17 are surrounded by the cylinder 13, the rotor 14, the vane 17, the front plate 11 and the rear plate 12. A plurality of compression spaces 18 are formed. The cylinder 13 includes a suction port 19 and a discharge port 20 around it. The rotor 14 includes a mechanical shaft 15 that transmits driving force. Further, an oil supply case 25 is provided behind the rear plate 12, and an oil reservoir 26 is formed therein. An oil control valve unit 29 for supplying the lubricating oil in the oil reservoir 26 to the groove 16 of the rotor 14 through the oil supply passage 28 formed in the rear plate 12 is housed in the oil supply case 25.
[0003]
When power is transmitted from an engine or motor (not shown) to a mechanical shaft 15 via a belt (not shown), the rotor 14 rotates clockwise in FIG. 10 and the refrigerant gas returned from the refrigeration cycle is sucked. The air is sucked into the compression space 18 in the cylinder 13 through the port 19 and compressed. The compressed high-pressure gas is discharged from the discharge port 20 and enters the oil supply case 25. The lubricating oil is separated in the oil supply case 25 and only the refrigerant gas goes out to the refrigeration cycle. The separated lubricating oil is temporarily stored in the oil reservoir 26 and then supplied from the oil control valve unit 29 to the groove 16 of the rotor 14 through the oil supply passage 28. As a result, the back pressure is applied to the vane 17 by the pressure of the lubricating oil, and the vane 17 slides on the inner surface of the cylinder 13. (For example, see Patent Document 1)
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-214875 (2nd page, FIGS. 1 and 4)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above conventional configuration, a small amount of lubricating oil supplied to the back surface of the vane 17 flows into the compression space 18 from the gap between the groove 16 and the vane 17, and this lubricating oil lubricates between the vane 17 and the rotor 14 and the rotor 14 and the front. Although the lubrication between the plate 11 and the rear plate 12 has been performed, even if this mechanism is applied to an air pump that supplies air to the fuel cell, the oilless operation that is essential for this type of air pump is difficult. Had problems.
[0006]
Moreover, in the said conventional structure, it is the structure provided with the suction inlet 19 and the discharge outlet 20 in the outer peripheral part of the cylinder 13, and had the subject that the outer diameter of the whole compressor became large.
[0007]
The present invention solves such conventional problems. Currently, mobile fuel cells are under development, and there is no suitable air pump for supplying air to the cells of the fuel cell. The characteristics required for this type of air pump are that the supply air does not contain impurities such as oil, that is, an oil-less mechanism, and the supply air amount is about 10 liters / min. In order to overcome the pressure loss that occurs in the air passage of the fuel cell system and to send in air, the supply pressure needs to be Δp = 2 to 5 kPa, and the size is about φ30 mm or less because it is necessary to incorporate it into the mobile device There must be a low noise level.
[0008]
Accordingly, the present invention provides an oilless air pump that can be operated oil-less, can reduce the outer diameter of the entire pump, and suppress wear caused on sliding parts even if operated for a long period of time, and has a long life. With the goal.
[0009]
It is another object of the present invention to provide an oilless air pump with low noise and low vane jumping on the sliding surface of the rotor.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention arranges a cylindrical rotor in a cylinder whose inner surface is eccentric from the central axis of the cylinder by a predetermined amount, and this rotor is arranged in the direction of the central axis. a plurality of grooves provided in these grooves is fitted a vane slidably state, the front plate and the rear plate arranged on the end face of the cylinder so as to sandwich the rotor and vanes create multiple pump space, The central axis of the rotor is equipped with a mechanical shaft to form a pump mechanism, and a motor is arranged on the opposite side of the pump mechanism through a rear plate. This motor drives the mechanical shaft to expand and contract the pump space. thereby constituting an air pump resulting action, the front plate provided with a discharge port through the suction port penetrating, the rear plate, the front plate Comprising a girder suction port and substantially the same shape at a position opposed through the pump mechanism portion relative to the discharge port and the depression-shaped suction port and pseudo discharge port, further cylinder intake port and a rear provided in the front plate A communication hole for communicating with a suction port provided on the plate is provided.
[0011]
In the above configuration, the suction port and the discharge port are not provided around the cylinder, and the front plate is provided with the pump suction port and the discharge port, so that the outer diameter of the pump mechanism is reduced to 30 mm or less, and the mobile Miniaturization applicable to the fuel cell for equipment can be realized. Furthermore, since the rear plate is provided with a suction port and a pseudo discharge port having substantially the same shape, the forces acting on the side surfaces of the rotor and the vane are balanced to reduce friction loss and wear on the sliding surface. Will be suppressed.
[0012]
Further, according to the present invention, an annular groove is provided on at least one end face of the front plate or the rear plate so as to face all of the plurality of vane rear spaces, and the annular groove is communicated with the discharge port or the suction port. . Since air of discharge pressure or suction pressure is always guided to the annular groove, the air freely enters and exits the back space of the vane, and the vane can easily reciprocate in the groove. In addition, when discharge pressure is applied to the back of the vane, gas force acts on the vane from the back in addition to centrifugal force, so the vane is pressed against the cylindrical inner wall, and smooth vanes that do not cause jumps or the like are generated. The sliding is realized. As a result, it is possible to realize an air pump with a low noise level and less leakage.
[0013]
In the present invention, the sliding surfaces of the vane, the front plate, and the rear plate are provided with a self-lubricating material.
[0014]
In the above configuration, it constitutes a vane of a material having a self-lubricating property causes is fitted in a slidable state in the groove of the rotor, with a front plate and a rear plate provided with a self-lubricating material on the sliding surface, By arranging these plates on the end face of the cylinder with the rotor and the vane sandwiched therebetween, lubrication with oil on the sliding surface is unnecessary and basically an oil-less operation is possible.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0016]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a vane rotary type air pump according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the vane rotary type air pump according to the first embodiment, and FIG. 1 corresponds to the AA sectional view in FIG. A vane rotary type air pump main body 101 according to the first embodiment includes a pump mechanism 102 and a motor 1 19. First, the pump mechanism 102 will be described. A cylindrical rotor 107 is disposed in a cylinder 103 having a cylindrical inner surface 104 with a central axis separated from the central axis of the cylinder 103 by a predetermined amount, and the rotor 107 has two grooves in the direction of the central axis. 108 is provided, in these grooves 108, is fitted a plate-like vane 109 made of a carbon composite material having the self-lubricating property in a slidable state, the inner surface 104 of the tip portion of the vane 109 cylinder 103 sliding It is configured to move. In the present embodiment, the rotor 107 is made of an aluminum alloy to reduce the weight. The cylinder material is an aluminum alloy having a silicon content of about 10%. Next, a front plate 111 and a rear plate 112 are arranged on both end surfaces of the cylinder 103 so as to sandwich the rotor 107 and the vane 109. Thus, a plurality of pump spaces 124 are formed surrounded by the cylinder 103, the rotor 107, the vane 109, the front plate 111, and the rear plate 112. Here, the front plate 111 and the rear plate 112 are coated with a self-lubricating material such as molybdenum disulfide.
[0017]
Next, the front plate 111 constituting the first embodiment is shown in FIG. 3, and the rear plate 112 is shown in FIG. 3 and FIG. 4 are views as seen from the direction BB in FIG. As shown in FIG. 3, the front plate 111 is provided with a suction port 113 and a discharge port 114, and the discharge port 114 is provided with a discharge pipe 115. Here, although the suction port 113 is a through-hole, the discharge port 114 is a hollow port having a through-hole at the center thereof, and is provided with a discharge pipe 115 so as to face the through-hole. On the other hand, the rear plate 112 shown in FIG. 4 is provided with a hollow suction port 117 and a hollow pseudo discharge port 130. Here, the suction port 113 and the suction port 117 have substantially the same shape when viewed from the BB direction, and the discharge port 114 and the pseudo discharge port 130 have the same shape when viewed from the BB direction. is doing. In FIG. 2, the suction ports (113, 117) and the discharge ports (114, 130) on the pump mechanism 102 are indicated by a one-dot chain line.
[0018]
Next, the motor 119 will be described. A motor 119 is disposed on the side of the rear plate 112 opposite to the pump mechanism so as to be in direct contact with the rear plate 112. The motor 119 is a DC motor including a rotor 121 having a cylindrical coil 120 and a permanent magnet. The rotor 121 of the motor 119 includes a long shaft 110. The shaft 110 is supported by motor bearings 122 and 123 inside the motor 119, but extends outward from the motor 119, and in the pump mechanism 102, the bearing 116 in the front plate 111 and the bearing in the rear plate 112. In addition to being supported by 118, it is fixed to the rotor 107 and plays a role of transmitting the rotational force generated by the motor 119 to the rotor 107.
[0019]
With the above configuration, when the motor 119 is energized, the shaft 110 and the rotor 107 coupled thereto are rotated in the direction of the arrow in FIG. At this time, the vane 109 moves to the outside in the vane groove 108 by the centrifugal force of rotation, and the tip of the vane 109 rotates while contacting and sliding on the inner surface 104 of the cylinder. As a result, the pump space 124 exhibits an expansion / contraction action, so that air is sucked from the suction port 113 of the front plate 111, and a part thereof directly enters the pump space 124. The remaining air passes through the suction passage 105 penetrating the cylinder 103 and then is sucked into the pump space 124 through the suction port 117 provided in the rear plate 112. The air that has entered the pump space 124 rises in pressure (approximately ΔP = 2 to 5 kPa) during approximately one rotation, and then exits from the discharge pipe 115 through the discharge port 114 provided in the front plate 111.
[0020]
In the above configuration, the vane 109 is made of a carbon composite material, and the front plate 111 and the rear plate 112 are coated with a self-lubricating material such as molybdenum disulfide on the sliding surfaces, and the rotor 107 and the vane 109 are formed. Since the two plates 111 and 112 are arranged on the end face of the cylinder 103 so as to be sandwiched, friction loss on each sliding surface is reduced and wear is reduced, and lubrication with oil on the sliding surface becomes unnecessary. As a result, oilless operation can be realized.
[0021]
Further, by providing a suction port 113 and a discharge port 114 in the front plate 111 without providing a suction port and a discharge port around the cylinder 102, the outer diameter of the pump mechanism unit 101 can be reduced to 30 mm or less. Therefore, the miniaturization applicable to the fuel cell for mobile devices has been realized.
[0022]
In the air pump that performs the suction / exhaust from one direction by providing the suction port 113 and the discharge port 114 in the front plate 111 as described above, the rear plate 112 also has a suction port 117 that is substantially the same shape as the front plate 111 and a pseudo-pump. Since the discharge port 130 is provided, when the rotor 107 rotates, the pressure acting on the side surfaces of the rotor 107 and the vane 109 is balanced, and these are strongly pressed against either the front plate 111 or the rear plate 112. The friction loss is reduced and the wear is suppressed. As a result, an oilless air pump with low power consumption and long life can be provided.
[0023]
(Embodiment 2)
Next, the cross section of the vane rotary type air pump concerning Embodiment 2 of this invention is shown in FIG. Further, FIG. 6 shows a B direction arrow view of the front plate 111C according to the second embodiment. As shown in FIG. 6, the front plate 111 </ b> C is provided with an annular groove 131 at a position facing the back space of all the vanes 109, and a communication groove 132 that connects the annular groove 131 to the suction port 113. . With this configuration, since the air at the suction pressure is always guided to the back space of the vane 109, the air can freely enter and exit in the back space of the vane 109, and the vane 109 easily reciprocates in the vane groove 108. Will be able to.
[0024]
In addition, since centrifugal force acts on the vane 109 during operation, the vane 109 moves quickly in the vane groove 108 and is always pressed against the inner surface 104 of the cylinder 103. Therefore, when the vane 109 slides, the inner surface is moved. The phenomenon of rising from 104 does not occur, and noise reduction and high performance can be achieved.
[0025]
(Embodiment 3)
On the other hand, FIG. 7 shows a cross section of a vane rotary type air pump according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 8 shows a B direction arrow view of the rear plate 112D according to the third embodiment. As shown in FIG. 8, the rear plate 112D is provided with an annular groove 133 at a position facing the back space of all the vanes 109, and a communication groove 134 that communicates the annular groove 133 with the pseudo discharge port 130. Yes. With this configuration, the back space of the vane 109 is always maintained at the discharge pressure, and thus the gas force due to the discharge pressure acts on the vane 109 during operation together with the centrifugal force from the back surface. Because of the resultant force, the vane 109 is always pressed against the inner surface 104 of the cylinder 103, so that the vane 109 can be prevented from floating from the inner surface 104 when sliding. As a result, noise due to the jump of the vane 109 can be prevented and leakage from the tip of the vane 109 can be reduced, and the discharge flow rate of the pump can be increased, that is, the performance can be improved.
[0026]
【The invention's effect】
As is apparent from the above, the present invention provides a fuel cell by providing a suction port and a discharge port having the same shape on both the front plate and the rear plate, balancing the pressure on the left and right sides, and reducing wear. It enables oilless operation, which is indispensable as a pump that supplies air, and reduces noise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a transverse sectional view of a vane rotary type air pump showing a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a vane rotary type air pump showing a first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a front plate view of the vane rotary type air pump showing the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a rear plate view of the vane rotary type air pump showing the first embodiment of the present invention. Fig. 6 is a cross-sectional view of a vane rotary type air pump showing a second embodiment. Fig. 6 is a front plate view of a vane rotary type air pump showing a second embodiment of the invention. Fig. 7 is a third embodiment of the invention. FIG. 8 is a cross-sectional view of a vane rotary type air pump showing a third embodiment of the present invention. FIG. 9 is a rear plate view of a vane rotary type air pump showing a third embodiment of the present invention. 10] I-I line cross-sectional view of a conventional vane rotary compressor EXPLANATION OF REFERENCE NUMERALS
101 Air Pump Body 102 Pump Mechanism 103 Cylinder 107 Rotor 109 Vane 110 Shaft 111 Front Plate 112 Rear Plate 113 Suction Port 114 Discharge Port 119 Motor 117 Suction Port 130 Pseudo Discharge Port 131 Circular Groove 132 on Front Plate 132 Communication Groove 133 Ring groove 134 on rear plate Communication groove

Claims

内面が円筒状のシリンダ内に、中心軸が前記シリンダの中心軸と所定量だけ離れた状態で円筒状のロータを配置し、前記ロータにはその中心軸方向に複数のベーン溝を設け、これらのベーン溝にはベーンを摺動可能な状態で嵌合させ、フロントプレートとリアプレートを前記ロータとベーンを挟み込むように前記シリンダの端面に配置して複数のポンプ空間を作り出し、前記ロータの中心軸にはメカシャフトを備えてポンプ機構部を構成し、前記リアプレートを介して前記ポンプ機構部と反対側にはモータを配置し、このモータが前記メカシャフトを駆動することにより前記ポンプ空間が伸縮作用を生じる空気ポンプであって、前記フロントプレートには貫通する吸入ポートと貫通する吐出ポートを備え、前記リアプレートには、前記フロントプレートに設けた吸入ポートおよび吐出ポートに対して前記ポンプ機構部を介して対向する位置に略同一形状でかつ窪み状の吸入ポートおよび擬似吐出ポートを配し、前記シリンダには、前記フロントプレートに設けた吸入ポートと前記リアプレートに設けた吸入ポートを連通する連通孔を設けていることを特徴とするベーンロータリ型空気ポンプ。A cylindrical rotor is disposed in a cylinder having an inner surface with a central axis separated from the central axis of the cylinder by a predetermined amount. The rotor is provided with a plurality of vane grooves in the direction of the central axis. the vane groove to fit the vanes in slidable state, the front plate and the rear plate arranged on the end face of the cylinder so as to sandwich the rotor and the vane produces a plurality of pump spaces, the center of the rotor A shaft is provided with a mechanical shaft to constitute a pump mechanism, a motor is disposed on the opposite side of the pump mechanism through the rear plate, and the motor drives the mechanical shaft so that the pump space is formed. An air pump that generates a telescopic action, wherein the front plate includes a penetrating intake port and a penetrating discharge port, and the rear plate includes the fluorocarbon Arranged substantially the same shape a and recess-shaped suction port and pseudo discharge port for the suction port and a discharge port provided in the plate at a position opposed through the pump mechanism, the cylinder, the front plate A vane rotary air pump characterized in that a communication hole is provided for communicating between the suction port provided and the suction port provided in the rear plate.

前記フロントプレートあるいは前記リアプレートの少なくとも一方の端面に、前記複数のベーン背面空間のすべてに臨むように環状溝を設けるとともに、この環状溝を前記吐出ポートあるいは前記吸入ポートに連通させていることを特徴とする請求項１に記載のベーンロータリ型空気ポンプ。 An annular groove is provided on at least one end surface of the front plate or the rear plate so as to face all of the plurality of vane rear spaces, and the annular groove communicates with the discharge port or the suction port. The vane rotary type air pump according to claim 1, wherein

前記ベーンと、前記フロントプレートと、前記リアプレートの摺動面に自己潤滑性材質を備えていることを特徴とする請求１記載のベーンロータリ型空気ポンプ。 2. The vane rotary air pump according to claim 1, wherein a sliding surface of the vane, the front plate, and the rear plate is provided with a self-lubricating material.