專利名稱：葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用燃料電池的移動(dòng)用筆記本個(gè)人電腦的空氣供給裝置中使用的葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，移動(dòng)用的燃料電池正處在開發(fā)之中，目前還沒有合適的對(duì)該燃料電池單元供給空氣的空氣泵。對(duì)這種空氣泵所要求的特性是，供給空氣不含油等不純物，即是無油機(jī)構(gòu)。供給空氣量為10升/min程度，較小的流量即可，但為了克服燃料電池系統(tǒng)的空氣流道所產(chǎn)生的壓力損失送入空氣，其供給壓力需要Δp＝2～5kPa。因?yàn)樾枰b入移動(dòng)設(shè)備，故大小為直徑φ30mm以下，且要求噪聲級(jí)低。發(fā)明了滿足這些特性的葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵，但首先對(duì)葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵機(jī)械的現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行說明。
以往，作為這種葉片回轉(zhuǎn)型壓縮機(jī)，有一種日本專利JP2001-214875A記載的結(jié)構(gòu)。

圖10、圖11是表示上述專利文獻(xiàn)中記載的以往的葉片回轉(zhuǎn)型壓縮機(jī)。圖11是圖10的I-I線剖視圖。在圖10、圖11中，內(nèi)面為圓筒狀的氣缸13內(nèi)，使中心軸從氣缸13的中心軸偏心規(guī)定量的狀態(tài)下配置有圓柱狀的轉(zhuǎn)子14。在轉(zhuǎn)子14上從其中心朝外側(cè)偏移、輻射狀地設(shè)有3根槽16，板狀的葉片17以可滑動(dòng)的狀態(tài)與這些槽16內(nèi)嵌合，葉片17的前端部成為與氣缸13內(nèi)面滑動(dòng)的結(jié)構(gòu)。而且，通過將前板11和后板12夾著轉(zhuǎn)子14和葉片17的狀態(tài)下配置在氣缸13的端面上，由氣缸13、轉(zhuǎn)子14、葉片17、前板11及后板12圍起，形成多個(gè)壓縮空間18。所述氣缸13在其周圍具有吸入口19和排出口20。另外，所述轉(zhuǎn)子14具有傳遞驅(qū)動(dòng)力的機(jī)械軸15。而且，在后板12的后方設(shè)有供油外殼，其中形成儲(chǔ)油部26。另外，供油外殼25內(nèi)收放有將儲(chǔ)油部26的潤滑油通過在后板12上形成的供油通道28向轉(zhuǎn)子14的槽16供給的油控制閥單元29。
當(dāng)動(dòng)力從未圖示的發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)通過未圖示的皮帶傳遞至機(jī)械軸15，則在圖11中轉(zhuǎn)子14朝順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，從制冷循環(huán)返回的制冷劑氣體從吸入口19吸入氣缸13內(nèi)的壓縮空間18內(nèi)，并受到壓縮。被壓縮后的高壓氣體從排出口20排出，進(jìn)入供油外殼25。潤滑油在該供油外殼25內(nèi)分離，僅制冷劑氣體流向制冷循環(huán)。分離后的潤滑油暫時(shí)存放在儲(chǔ)油部26內(nèi)，然后，從油控制閥單元29經(jīng)由供油通道28供給轉(zhuǎn)子14的槽16。其結(jié)果，通過潤滑油的壓力，對(duì)葉片17賦予背壓，成為葉片17在氣缸13的內(nèi)面進(jìn)行滑動(dòng)的結(jié)構(gòu)。
另外，圖12及圖13表示日本專利JP2001-221180A中記載的以往的其他葉片回轉(zhuǎn)型泵。該其他葉片回轉(zhuǎn)型泵，具有氣缸13，該氣缸13具有兩端由前板11及后板12封閉的筒狀內(nèi)壁。在氣缸13的內(nèi)部配設(shè)有轉(zhuǎn)子14，該轉(zhuǎn)子14的一部分外周與氣缸13的內(nèi)壁形成小間隙。與轉(zhuǎn)子14形成一體的機(jī)械軸15，兩端旋轉(zhuǎn)自如地軸支承于前板11及后板12。在轉(zhuǎn)子14的外周面形成多個(gè)槽16，葉片17的一端部滑動(dòng)自如地插入各槽16內(nèi)。葉片17與氣缸13、轉(zhuǎn)子14、前板11、后板12一起形成泵空間18。在氣缸13形成與吸入側(cè)的泵空間18連通的吸入口19、與壓縮側(cè)的泵空間18連通的排出口20。
當(dāng)動(dòng)力傳遞至機(jī)械軸15后，轉(zhuǎn)子14旋轉(zhuǎn)，從吸入口19吸入的流體吸入吸氣側(cè)的泵空間18內(nèi)并受到壓縮。壓縮后的流體從壓縮側(cè)的泵空間18經(jīng)由氣缸13的排出口20排出。
上述以往的結(jié)構(gòu)中，供給葉片17的背面的潤滑油從槽16與葉片17的間隙少量流入壓縮空間18內(nèi)，通過該潤滑油使葉片17與轉(zhuǎn)子14之間進(jìn)行潤滑以及使轉(zhuǎn)子14與前板11、后板12之間進(jìn)行潤滑，但存在難以進(jìn)行作為向燃料電池供給空氣的泵不可缺少的無油運(yùn)行的問題。
另外，上述以往的結(jié)構(gòu)中，是發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)軸通過皮帶對(duì)與轉(zhuǎn)子14成為一體的機(jī)械軸15進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。當(dāng)考慮對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良，通過將電動(dòng)機(jī)同軸配置，利用電動(dòng)機(jī)軸驅(qū)動(dòng)機(jī)械軸15的情況時(shí)，難以高精度地將2個(gè)軸之間的軸心對(duì)齊，存在構(gòu)成困難的問題。另外，如將2根軸用撓性接頭或聯(lián)軸器部件等結(jié)合，則存在整體尺寸增大的問題。另外，將2根軸用聯(lián)軸器部件等結(jié)合時(shí)，存在哪怕稍微產(chǎn)生錯(cuò)位就會(huì)成為振動(dòng)的原因，或變形而產(chǎn)生能量損失，傳遞效率下降的問題。
另外，上述以往的結(jié)構(gòu)中，在氣缸13的外周部具有吸入口19和排出口20，存在壓縮機(jī)整體的外徑增大的問題。
而且，因?yàn)槲雰H從前板11進(jìn)行，因而存在當(dāng)使泵機(jī)構(gòu)部高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，吸入工序的時(shí)間縮短，吸入效率下降的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，其目的在于提供一種可無油運(yùn)行，泵機(jī)構(gòu)部能與電動(dòng)機(jī)直接連接，且泵整體的外徑小的葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵。
而且，本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，其目的在于提供一種可抑制傳遞效率下降，可由直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵。
而且，本發(fā)明的目的在于提供一種將板設(shè)置在所述后板與所述電動(dòng)機(jī)之間，通過將所述泵機(jī)構(gòu)部與所述電動(dòng)機(jī)直接連接、在所述前板上配置吸入接口和排出接口，抑制氣缸軸向及徑向高度的葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵。
而且，本發(fā)明的目的在于提供一種通過具有吸入損失少的結(jié)構(gòu)的流體流入通道，可減少泵機(jī)構(gòu)部高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的流體的吸入損失，抑制吸入量下降的葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具有內(nèi)部滑動(dòng)面使用了自我潤滑性材料的葉片回轉(zhuǎn)型的泵機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)該泵機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)，所述泵機(jī)構(gòu)的機(jī)械軸與所述電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸一體構(gòu)成。
如上所述，所述泵機(jī)構(gòu)的機(jī)械軸與所述電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸一體構(gòu)成，故可容易地使泵機(jī)構(gòu)部與電動(dòng)機(jī)部的軸心一致，可高精度且簡單地組裝泵整體。而且，機(jī)械軸與電動(dòng)機(jī)軸之間不需要接頭部等，因而可小型化。
另外，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在內(nèi)面為圓筒狀的氣缸內(nèi)，使中心軸從上述氣缸的中心軸偏心規(guī)定量的狀態(tài)下配置有圓柱狀的轉(zhuǎn)子，在所述轉(zhuǎn)子上，在其中心軸方向設(shè)置多個(gè)槽，由具有自我潤滑性的材料構(gòu)成的板狀的葉片以可滑動(dòng)的狀態(tài)與這些槽嵌合，滑動(dòng)面具有自我潤滑性材料的前板和后板夾著所述轉(zhuǎn)子和葉片的形態(tài)配置在氣缸的端面，形成多個(gè)泵空間，在轉(zhuǎn)子的中心軸具有機(jī)械軸，構(gòu)成泵機(jī)構(gòu)部，與該泵機(jī)構(gòu)部鄰接地通過所述后板配置直流電動(dòng)機(jī)，通過該直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械軸，構(gòu)成泵空間隨著葉片的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)而容積發(fā)生變化的無油空氣泵，同時(shí)使機(jī)械軸與直流電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸一體構(gòu)成。
由具有上述自我潤滑性的材料構(gòu)成葉片，以滑動(dòng)自如的狀態(tài)與轉(zhuǎn)子的槽嵌合，同時(shí)利用滑動(dòng)面具有自我潤滑性材料的前板和后板，以夾著轉(zhuǎn)子和葉片的狀態(tài)將這些板配置在氣缸的端面上，從而減小滑動(dòng)面的摩擦損失和磨損，其結(jié)果可進(jìn)行無油運(yùn)行。另外，機(jī)械軸與直流電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸一體構(gòu)成，故可容易地使泵機(jī)構(gòu)部與電動(dòng)機(jī)部的軸心一致，可高精度且簡單地組裝泵整體。而且，機(jī)械軸與電動(dòng)機(jī)軸之間不需要接頭部等，可小型化。
另外，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在轉(zhuǎn)子上，從其中心軸偏移地設(shè)置2個(gè)槽，同時(shí)在前板上具有吸入口和排出口，構(gòu)成泵機(jī)構(gòu)部，直流電動(dòng)機(jī)使用無刷直流電動(dòng)機(jī)。
通過做成從上述轉(zhuǎn)子的中心軸偏移設(shè)置槽，將葉片嵌入該2個(gè)槽內(nèi)的結(jié)構(gòu)，可使轉(zhuǎn)子直徑，進(jìn)而使泵機(jī)構(gòu)部的直徑減小，而且，通過做成前板具有吸入口和排出口的結(jié)構(gòu)，可使泵機(jī)構(gòu)部的外徑為φ30mm以下，可實(shí)現(xiàn)適用于移動(dòng)設(shè)備用燃料電池的小型化。
另外，為了解決上述問題，本發(fā)明，泵機(jī)構(gòu)部的圓筒面外周與直流電動(dòng)機(jī)的外周構(gòu)成大致相同的直徑，整體由1個(gè)圓筒形成。
通過上述1個(gè)圓筒形狀構(gòu)成空氣泵，可裝載在個(gè)人電腦的鉸鏈部上。
另外，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的葉片由碳復(fù)合材料構(gòu)成，轉(zhuǎn)子使用鋁合金或PEEK系樹脂，氣缸使用硅含有率為10％左右的鋁合金，前板和后板，為利用包含PTFE或二硫化鉬的自我潤滑性材料進(jìn)行表面涂層的結(jié)構(gòu)。
如上所述，通過使各構(gòu)件由各種材料構(gòu)成，能可靠地確保滑動(dòng)部的自我潤滑作用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)輕量化。
另外，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明將上述機(jī)械軸與上述直流電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸通過上述轉(zhuǎn)子結(jié)合。根據(jù)本發(fā)明，能將直流電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸與轉(zhuǎn)予以抑制傳遞效率下降的形態(tài)結(jié)合。
另外，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過壓入或熱壓或粘結(jié)使電動(dòng)機(jī)軸與轉(zhuǎn)子結(jié)合。根據(jù)本發(fā)明，不用對(duì)電動(dòng)機(jī)軸及轉(zhuǎn)子實(shí)施I切割等防滑加工，以抑制傳遞效率下降的形態(tài)使電動(dòng)機(jī)軸與轉(zhuǎn)子結(jié)合。
另外，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在所述后板與所述電動(dòng)機(jī)之間設(shè)有板，該板具有以與所述泵機(jī)構(gòu)部和所述電動(dòng)機(jī)分別對(duì)應(yīng)的相同間距和相同直徑開設(shè)的螺栓孔及锪孔，以連接所述泵機(jī)構(gòu)部和所述電動(dòng)機(jī)。根據(jù)本發(fā)明，不受限于在直流電動(dòng)機(jī)的殼體端面上形成的已有螺孔的間距及直徑，可將用于緊固泵機(jī)構(gòu)部的螺孔的間距、直徑盡可能地設(shè)置在泵機(jī)構(gòu)部的外周側(cè)，增大氣缸內(nèi)徑。因此，能使氣缸軸向縮短，容易實(shí)現(xiàn)泵機(jī)構(gòu)部的小型化。
另外，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在所述前板上具有吸入接口和排出接口及排出口。根據(jù)本發(fā)明，不需要?dú)飧淄庵懿康呐懦雎窂?，可在徑向縮短泵機(jī)構(gòu)部，容易實(shí)現(xiàn)泵機(jī)構(gòu)部的小型化。
另外，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具有第1吸入路徑和第2吸入路徑，其中，第1吸入路徑將外氣從形成于所述前板的吸入接口引入所述泵空間，而第2吸入路徑，在所述氣缸上設(shè)置通孔，在所述后板上形成與該通孔連通的吸入接口，將外氣從所述前板的吸入接口經(jīng)由所述通孔和所述后板的吸入接口引入所述泵空間內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，不僅是前板，從后板也能吸入，可減小泵機(jī)構(gòu)部高速旋轉(zhuǎn)時(shí)流體的吸入損失，可抑制吸入量的下降。
另外，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在所述通孔的長度方向中央部設(shè)置從所述通孔朝向所述泵空間的連通路，并設(shè)置將外氣從所述吸入接口經(jīng)由所述通孔和所述連通路引入所述泵空間內(nèi)的第3吸入路徑。根據(jù)本發(fā)明，從氣缸長度方向中央部也可吸入，可進(jìn)一步降低泵機(jī)構(gòu)部高速旋轉(zhuǎn)時(shí)流體的吸入損失。
另外，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在前板上具有吸入接口和凹陷形狀的排出接口，并使它們面對(duì)從容積比約大于1的狀態(tài)的所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度至成為所述轉(zhuǎn)子與所述氣缸的徑向最小間隙的約5倍的所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的范圍的所述泵空間。根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)樵谂懦鍪业拇笾抡w區(qū)域可利用葉片將排出室的流體擠出，排出損失減小，也可抑制從所述轉(zhuǎn)子與所述氣缸的徑向最小間隙向吸入室的泄漏，也可減少吸入損失。
附圖的簡單說明圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵的橫剖視圖。
圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵的縱剖視圖。
圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵的前板的俯視圖。
圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵的后板的俯視圖。
圖5是表示將本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)2的葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵裝入個(gè)人電腦后的使用狀態(tài)圖。
圖6是表示本發(fā)明的葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵的實(shí)施形態(tài)3的縱向剖視圖。
圖7是表示葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵的剖視圖。
圖8是表示圖7的葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵的板主視圖。
圖9是表示圖7的葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵的前板主視圖。
圖10是表示以往的葉片回轉(zhuǎn)型壓縮機(jī)的正面縱向剖視圖。
圖11是表示以往的葉片回轉(zhuǎn)型壓縮機(jī)的側(cè)面的縱向剖視圖。
圖12是表示以往的其他葉片回轉(zhuǎn)型泵的縱剖視圖。
圖13是表示其他以往的葉片回轉(zhuǎn)型泵的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。
(實(shí)施形態(tài)1)圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵的橫剖視圖。另外，圖2是表示本實(shí)施形態(tài)的葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵的縱剖視圖，圖1是圖2中的A-A剖視圖。本實(shí)施形態(tài)的葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵本體101由泵機(jī)構(gòu)部102和直流電動(dòng)機(jī)119構(gòu)成。
首先對(duì)泵機(jī)構(gòu)部102進(jìn)行說明。在具有呈圓筒狀的內(nèi)面104的氣缸103內(nèi)的氣缸空間內(nèi)，以轉(zhuǎn)子107的中心軸與氣缸103的氣缸空間的中心軸偏心規(guī)定量的狀態(tài)將圓筒狀的轉(zhuǎn)子107與內(nèi)面104接近配置。在所述轉(zhuǎn)子107的中心軸方向上，2根槽108從轉(zhuǎn)子107的中心軸偏移，即夾著中心軸相互平行，并朝相反方向開口地設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子107上。由具有自我潤滑性的碳復(fù)合材料構(gòu)成的板狀的葉片109以可滑動(dòng)的狀態(tài)與這些槽108內(nèi)嵌合，成為葉片109的前端部與氣缸103的內(nèi)面104滑接的結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施形態(tài)中，轉(zhuǎn)子107由鋁合金構(gòu)成，從而實(shí)現(xiàn)輕量化。另外，氣缸103的材料使用硅含有率約為10％的鋁合金。
接著，通過將前板111和后板112從兩側(cè)夾著所述轉(zhuǎn)子107和葉片109的狀態(tài)配置在氣缸103的兩個(gè)端面上。通過該結(jié)構(gòu)，形成由氣缸103、轉(zhuǎn)子107、葉片109、前板111及后板112圍起的多個(gè)泵空間124。在圓筒狀的氣缸103內(nèi)的氣缸空間內(nèi)，將比該空間直徑小的圓柱狀的轉(zhuǎn)子107朝一方側(cè)偏心地軸支承于前板111及后板112上。因此，在圓筒狀的氣缸103內(nèi)形成月牙形的空置的空間。由葉片109對(duì)該月牙形空間進(jìn)行隔開，成為多個(gè)泵空間124。
對(duì)前板111和后板112的內(nèi)側(cè)表面實(shí)施了含有二硫化鉬的自我潤滑性材料的涂層處理。
另外，如圖3和圖4所示，在前板111上設(shè)有吸入接口113和排出接口114以及與排出接口114路徑的排出口115。這里，吸入接口113為大致梯形的貫通孔，排出接口114是使前板111的內(nèi)壁槽狀凹陷的接口，與排出口115相連。
另一方面，在與所述吸入接口113相對(duì)的后板112的部分設(shè)有與吸入接口113相同形狀的凹陷狀的吸入接口117。
接著對(duì)直流電動(dòng)機(jī)119進(jìn)行說明。將直流電動(dòng)機(jī)119與后板112直接接觸地配置在與所述后板112的泵機(jī)構(gòu)部102側(cè)面相反側(cè)的面上。因此，將直流電動(dòng)機(jī)119的一方側(cè)的殼體的蓋體兼作后板112。本實(shí)施形態(tài)中，直流電動(dòng)機(jī)119使用無刷直流電動(dòng)機(jī)。該直流電動(dòng)機(jī)119由具有圓筒狀的線圈120和永磁鐵的轉(zhuǎn)子121構(gòu)成，該轉(zhuǎn)子121具有細(xì)長的軸110。該軸110兼作所述直流電動(dòng)機(jī)和泵機(jī)構(gòu)部的轉(zhuǎn)子107的軸。即，軸110在直流電動(dòng)機(jī)119的內(nèi)部由電動(dòng)機(jī)軸承122、123支承，但從直流電動(dòng)機(jī)119向泵機(jī)構(gòu)側(cè)伸出，在泵機(jī)構(gòu)部102內(nèi)由前板111內(nèi)的軸承116及后板112內(nèi)的軸承119支承。在泵機(jī)構(gòu)內(nèi)部，軸固定有轉(zhuǎn)子107，起到將直流電動(dòng)機(jī)119產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力傳遞至轉(zhuǎn)子107的作用。
上述結(jié)構(gòu)中，當(dāng)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)119通電，則在圖1中，軸110及與其路徑的轉(zhuǎn)子107朝箭頭方向旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，葉片109受轉(zhuǎn)子107旋轉(zhuǎn)的離心力作用而在槽108內(nèi)朝外側(cè)移動(dòng)，葉片109的前端一邊與氣缸的內(nèi)面104接觸·滑動(dòng)一邊進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由此，泵空間124，隨著葉片109的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，由葉片隔開的空間容積擴(kuò)大、縮小(所謂的呼吸作用)，其容積發(fā)生變化。隨著該泵空間124的容積變化，空氣由前板111的吸入接口113吸入，其一部分直接進(jìn)入泵空間124內(nèi)。
其余的空氣經(jīng)由貫通氣缸103的吸入通道105后，流過設(shè)置在后板112上的吸入接口117，吸入泵空間124內(nèi)。
進(jìn)入泵空間124內(nèi)的空氣被朝箭頭方向旋轉(zhuǎn)的葉片109從吸入接口113側(cè)推向位于下側(cè)的排出接口114側(cè)，在轉(zhuǎn)子107大約旋轉(zhuǎn)1周期間壓力上升(ΔP＝2～5kPa)后，經(jīng)由前板111上的排出接口114從排出口115朝外部排出。
上述結(jié)構(gòu)中，葉片109由碳復(fù)合材料制成。而且，葉片109的前端接觸滑動(dòng)的氣缸103由含有10％的硅的鋁合金制成。而且，前板111和后板112的滑動(dòng)面由含有二硫化鉬的自我潤滑性材料進(jìn)行涂層，以夾著轉(zhuǎn)子107和葉片109的形態(tài)將2片板111和112配置在氣缸103的端面上。通過這些結(jié)構(gòu)，在各滑動(dòng)面的相性變好，摩擦損失和磨損減小，其結(jié)果可進(jìn)行無油運(yùn)行。
另外，通過使轉(zhuǎn)子107的機(jī)械軸與直流電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸一體地構(gòu)成軸110，能容易地使泵機(jī)構(gòu)部102與電動(dòng)機(jī)部119的軸心一致，能高精度且簡單地進(jìn)行泵整體101的組裝。而且，在機(jī)械軸與電動(dòng)機(jī)軸之間不需要接頭部等，因而也實(shí)現(xiàn)了小型化。
另外，對(duì)于只需較小升壓幅度的移動(dòng)用燃料電池的空氣供給機(jī)，即使采用2個(gè)葉片，也可得到足夠的升壓，另外，通過從轉(zhuǎn)子107的中心軸偏移地設(shè)置槽108，就可大幅度地減小轉(zhuǎn)子107的直徑，因而采用上述結(jié)構(gòu)。而且，不在氣缸103的周圍設(shè)置在吸入口和排出口，通過做成在前板111上具有吸入接口113和排出口115的結(jié)構(gòu)，可將泵機(jī)構(gòu)部的外徑做成φ30mm以下，從而實(shí)現(xiàn)了可適用于移動(dòng)設(shè)備用燃料電池的小型化。
本實(shí)施形態(tài)中，作為前板111和后板112的自我潤滑性涂層材料，采用了含有二硫化鉬的材料，但也可取而代之，使用含有PTFE的材料也可得到同樣的低摩擦·低磨損的效果。
另外，本實(shí)施形態(tài)中，作為轉(zhuǎn)子107的材料采用了鋁合金，但取而代之，使用含有PTFE的材料時(shí)，通過對(duì)樹脂成分的配制，可將其線膨脹率與鋁合金(氣缸103)匹配，可將間隙設(shè)定得小，在確?？諝獗眯阅艿耐瑫r(shí)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了輕量化。
(實(shí)施形態(tài)2)圖5是表示將本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)2的葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵裝入個(gè)人電腦后的立體圖。如圖2所示，葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵中，泵機(jī)構(gòu)部102的圓筒面外周與直流電動(dòng)機(jī)119的外周呈大致相同的直徑，整體形成1個(gè)圓筒形。
在圖5中，個(gè)人電腦，由其本體部201和其液晶顯示器部202通過鉸鏈部203結(jié)合構(gòu)成。該鉸鏈部203為圓筒狀，故首先將燃料電池的燃料部(甲醇容器)204和燃料電池本體單元205裝載在該部分。接著，本發(fā)明的葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵101也可構(gòu)成上述那樣的圓筒形狀，故作為向燃料電池單元205供給空氣的空氣泵，可容易地收放在鉸鏈部203內(nèi)。
(實(shí)施形態(tài)3)圖6、圖7是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵的剖視圖。
在圖6、圖7中，該葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵在具有筒狀內(nèi)壁的氣缸103內(nèi)，與實(shí)施形態(tài)1相同，將圓柱狀的轉(zhuǎn)子107從氣缸103的氣缸空間的中心軸偏心的狀態(tài)進(jìn)行配置。在轉(zhuǎn)子107的中心軸方向上，多個(gè)(圖1中為2根)槽108以從轉(zhuǎn)子107的中心軸偏移的形態(tài)設(shè)置。具有自我潤滑性的材料構(gòu)成的板狀的葉片109以可滑動(dòng)的狀態(tài)與這些槽108嵌合。將滑動(dòng)面具有自我潤滑性材料的前板111和后板112以夾著轉(zhuǎn)子107和葉片109的狀態(tài)配置在氣缸103的端面上并形成泵空間124。轉(zhuǎn)子107的中心軸具有機(jī)械軸110，通過前板111和后板112、壓入板134內(nèi)的滾珠軸承116、118可旋轉(zhuǎn)地支承，從而構(gòu)成泵機(jī)構(gòu)部102。直流電動(dòng)機(jī)119通過后板112與泵機(jī)構(gòu)部102鄰接地配置，構(gòu)成無油空氣泵。
直流電動(dòng)機(jī)119將線圈120配置在轉(zhuǎn)子121的外周，電動(dòng)機(jī)軸125由軸承122及軸承123支承。軸承122設(shè)置在直流電動(dòng)機(jī)119的殼體上。
根據(jù)上述構(gòu)成部，轉(zhuǎn)子121通過轉(zhuǎn)子121與線圈120之間的磁作用而得到旋轉(zhuǎn)扭矩進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。與轉(zhuǎn)子121一體構(gòu)成的電動(dòng)機(jī)軸125通過軸承122及123可旋轉(zhuǎn)地得到支承，由此可將旋轉(zhuǎn)力傳遞至泵機(jī)構(gòu)部102。
通過直流電動(dòng)機(jī)119輸出的旋轉(zhuǎn)力傳遞至與電動(dòng)機(jī)軸125結(jié)合的轉(zhuǎn)子107。電動(dòng)機(jī)軸125與轉(zhuǎn)子107的結(jié)合，既可將涂敷了粘結(jié)劑的電動(dòng)機(jī)軸125的一端部插入轉(zhuǎn)子107的貫通軸孔內(nèi)，也可壓入或熱壓。通過這樣的結(jié)構(gòu)，將電動(dòng)機(jī)軸125與泵機(jī)構(gòu)部102連接。
隨著得到了旋轉(zhuǎn)力的轉(zhuǎn)子107的旋轉(zhuǎn)，葉片109受離心力作用而沿著轉(zhuǎn)子107的槽108朝外側(cè)飛出，在泵空間124進(jìn)行旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。由吸入接口113吸入的流體被壓縮，經(jīng)由排出接口114從排出口115排出。
如上所述，以往的泵中，機(jī)械軸110與轉(zhuǎn)子107一體形成，利用一體型直流電動(dòng)機(jī)119驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子107，因而不得不用聯(lián)軸器部件連接直流電動(dòng)機(jī)119的電動(dòng)機(jī)軸125和機(jī)械軸110，上述那樣傳遞效率下降。相比之下，本實(shí)施形態(tài)3中，讓轉(zhuǎn)子107起到聯(lián)軸器的作用使電動(dòng)機(jī)軸125與機(jī)械軸110結(jié)合。即，因?yàn)閷㈦妱?dòng)機(jī)軸125和機(jī)械軸110通過壓入或熱壓或粘結(jié)劑與轉(zhuǎn)子107的貫通軸孔內(nèi)結(jié)合，故不用對(duì)電動(dòng)機(jī)軸125實(shí)施I切割等防滑加工，可抑制扭矩從直流電動(dòng)機(jī)向泵機(jī)構(gòu)部的傳遞效率的下降。
直流電動(dòng)機(jī)119與泵機(jī)構(gòu)部101的緊固是通過板134進(jìn)行的。
圖8是表示板134的主視圖。在圖8中，在該板134上形成泵機(jī)構(gòu)部緊固孔106b和直流電動(dòng)機(jī)緊固孔302，其中泵機(jī)構(gòu)部緊固孔106b是為了將直流電動(dòng)機(jī)119緊固在泵機(jī)構(gòu)部102而開設(shè)的，具有與泵機(jī)構(gòu)部的緊固孔106a相同的間距和相同的直徑，而直流電動(dòng)機(jī)緊固孔302是為了緊固直流電動(dòng)機(jī)119而開設(shè)的，具有與直流電動(dòng)機(jī)119的緊固孔(未圖示)相同的間距和相同的直徑，內(nèi)側(cè)實(shí)施了锪孔處理。
根據(jù)上述構(gòu)成部，將螺栓旋入以與開設(shè)在電動(dòng)機(jī)殼體上的已有緊固孔相同間距及相同直徑開設(shè)的板內(nèi)周側(cè)的直流電動(dòng)機(jī)緊固孔302內(nèi)，將直流電動(dòng)機(jī)119緊固在板134上。通過锪孔，螺栓頭不會(huì)從板突出。此后，將螺栓插入開設(shè)在板外周側(cè)的泵機(jī)構(gòu)部緊固孔106a內(nèi)，緊固在直流電動(dòng)機(jī)緊固孔302上，將泵機(jī)構(gòu)部緊固在板134上。這樣，泵機(jī)構(gòu)部通過板134與直流電動(dòng)機(jī)119連接。
根據(jù)本發(fā)明，不受限于在直流電動(dòng)機(jī)119的殼體端面上形成的已有螺孔的間距及直徑，可將泵機(jī)構(gòu)部102與直流電動(dòng)機(jī)119連接。因此，在確保泵機(jī)構(gòu)部101的氣缸103的壁厚的同時(shí)，能將泵機(jī)構(gòu)部緊固孔106a盡可能地設(shè)置在泵機(jī)構(gòu)部101的外周側(cè)，可增大氣缸103的內(nèi)徑。因此，能使氣缸103在徑向減小，容易實(shí)現(xiàn)泵機(jī)構(gòu)部101的小型化。
圖7中，該葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵在前板111具有吸入接口113和排出接口114及排出口115。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，從前板111的吸入口113吸入的流體流入泵空間124內(nèi)并通過葉片109的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)而受到壓縮后，從前板111的排出接口114經(jīng)由排出口115排出。
根據(jù)本發(fā)明，只要前板111露出就可進(jìn)行吸入·排出，因而不用將排出口115設(shè)置在氣缸外周部，可使泵機(jī)構(gòu)部102在氣缸徑向小型化。
在圖7中，該葉片回轉(zhuǎn)型空氣泵的吸入路徑，與設(shè)置在前板111上的吸入接口113連通，在氣缸103的壁部與機(jī)械軸110平行地設(shè)置通孔105。在后板112上設(shè)置凹陷狀的吸入接口117，以使該通孔105與泵空間124連通。另外，在通孔105的長度方向中央部設(shè)有從通孔105朝泵空間124在徑向連通的連通道(未圖示)。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)轉(zhuǎn)子107旋轉(zhuǎn)，則外氣從設(shè)置在前板111上的吸入接口113吸入，從2個(gè)路徑流入泵室。第1路徑是從前板111直接流入泵空間124內(nèi)的路徑。第2路徑是從吸入接口113通過設(shè)置在氣缸103上的通孔105，經(jīng)由與設(shè)置在后板112上的通孔105連通的吸入接口117，吸入泵空間124的路徑。
另外，除了上述第1及第2路徑以外，通過設(shè)置將外氣從吸入接口113經(jīng)由在通孔105的徑向形成的連通部、從氣缸103的長度方向中央部向泵空間124內(nèi)引導(dǎo)的第3吸入路徑，可將外氣從前板111和后板112和氣缸103這3處引入泵空間124內(nèi)。
如上所述，以往的泵中，吸入僅限于在從前板111的吸入接口19向泵空間18的1個(gè)路徑進(jìn)行，因而當(dāng)泵機(jī)構(gòu)部高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，因?yàn)槲胄谐痰臅r(shí)間短，吸入流體的慣性力使流體吸入量減少，存在吸入效率下降的問題。
根據(jù)本發(fā)明，不僅在前板111，而且從后板112也可吸入，可減小泵機(jī)構(gòu)部高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的吸入壓力損失，降低吸入損失。另外，還可從氣缸長度方向中央部吸入，可增加流體吸入量，進(jìn)一步減小吸入壓力損失，降低吸入損失。
前板111的主視圖如圖9所示。在圖9中，在前板111的背面形成有凹陷形狀的排出接口114，并使其面對(duì)從容積比約大于1的狀態(tài)的轉(zhuǎn)子107的旋轉(zhuǎn)角度至成為轉(zhuǎn)子107與氣缸103的徑向最小間隙的約5倍的轉(zhuǎn)子107的旋轉(zhuǎn)角度的范圍的泵空間124。
容積比是指轉(zhuǎn)子107結(jié)束吸入后的泵空間124的最大容量與轉(zhuǎn)子107面臨排出接口114的容量之比。
轉(zhuǎn)子107與氣缸103的徑向最小間隙是指，圖9中轉(zhuǎn)子107與氣缸103接觸似地描繪的右側(cè)間隙。圖9中，轉(zhuǎn)子107與氣缸103接觸似地描繪的，但實(shí)際上留有微小的間隙。例如，在前板111的背面形成排出接口114，并當(dāng)該間隙留有10μm左右時(shí)，排出接口114的終端位于轉(zhuǎn)子107與氣缸103的間隙為5倍的50μm的部分。當(dāng)排出接口114接近徑向最小間隙時(shí)，會(huì)產(chǎn)生空氣泄漏，但太遠(yuǎn)時(shí)，空氣不能完全排出。因此，排出接口114以設(shè)置在轉(zhuǎn)子107與氣缸103的徑向最小間隙的大約5倍左右的部位為佳。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，葉片109隨著轉(zhuǎn)子107的旋轉(zhuǎn)在槽108內(nèi)一邊進(jìn)出一邊進(jìn)行旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，從葉片109面臨排出口115的瞬間流體開始排出，即使葉片109從不面臨排出口的位置進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)的情況下，流體可從以面臨泵空間104的形態(tài)設(shè)置的凹陷狀部分經(jīng)由排出口115流出。另外，在轉(zhuǎn)子107與氣缸103的徑向最小間隙的大約5倍以下的轉(zhuǎn)子107的旋轉(zhuǎn)角度之間沒有形成像排出接口那樣的凹陷，故可抑制流體從排出接口114泄漏至泵空間104的吸入側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明，在泵空間104的排出部的大致全部區(qū)域中，可利用葉片對(duì)處于泵空間104內(nèi)的流體進(jìn)行推壓，因而可減小排出損失，抑制排出量的減少。另外，可防止通過徑向最小間隙而朝泵空間104的吸入部的泄漏，故可減少吸入損失，抑制吸入量的減少。
權(quán)利要求
1.一種葉片回轉(zhuǎn)型的空氣泵，其特征在于，具有內(nèi)部滑動(dòng)面使用了自我潤滑性材料的葉片回轉(zhuǎn)型的泵機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)該泵機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)，所述泵機(jī)構(gòu)的機(jī)械軸與所述電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸一體構(gòu)成。
2.一種葉片回轉(zhuǎn)型的空氣泵，在內(nèi)面為圓筒狀的氣缸內(nèi)，以使中心軸從所述氣缸的氣缸空間的中心軸偏心規(guī)定量的狀態(tài)配置圓柱狀的轉(zhuǎn)子，在所述轉(zhuǎn)子上，在其中心軸方向設(shè)置多個(gè)槽，由具有自我潤滑性的材料構(gòu)成的板狀的葉片以可滑動(dòng)的狀態(tài)與這些槽嵌合，滑動(dòng)面具有自我潤滑性材料的前板和后板夾著所述轉(zhuǎn)子和葉片的形態(tài)配置在氣缸的端面，形成多個(gè)泵空間，在所述轉(zhuǎn)子的中心軸具有機(jī)械軸，構(gòu)成泵機(jī)構(gòu)部，與該泵機(jī)構(gòu)部鄰接地通過所述后板配置直流電動(dòng)機(jī)，通過該直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所述機(jī)械軸，構(gòu)成泵空間隨著葉片的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)而使泵空間的容積發(fā)生變化，其特征在于，所述機(jī)械軸與所述直流電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸一體構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的葉片回轉(zhuǎn)型的空氣泵，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)子上以從其中心軸偏移的形態(tài)設(shè)置2個(gè)槽，同時(shí)所述前板具有吸入口和排出口，所述泵機(jī)構(gòu)部的外徑構(gòu)成為φ30mm以下，所述直流電動(dòng)機(jī)為無刷直流電動(dòng)機(jī)，可構(gòu)成適用于移動(dòng)設(shè)備用燃料電池的空氣供給機(jī)。
4.如權(quán)利要求2所述的葉片回轉(zhuǎn)型的空氣泵，其特征在于，所述泵機(jī)構(gòu)部的圓筒面外周與所述直流電動(dòng)機(jī)的外周構(gòu)成大致相同的直徑，整體由1個(gè)圓筒形成，安裝于個(gè)人電腦的鉸鏈部。
5.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的葉片回轉(zhuǎn)型的空氣泵，其特征在于，所述葉片由碳復(fù)合材料構(gòu)成，所述轉(zhuǎn)子使用鋁合金或PEEK系樹脂，所述氣缸使用硅含有率為10％左右的鋁合金，所述前板和后板，為利用包含PTFE或二硫化鉬的自我潤滑性材料進(jìn)行表面涂層的結(jié)構(gòu)。
6.一種葉片回轉(zhuǎn)型的空氣泵，在具有筒狀內(nèi)壁的氣缸內(nèi)，將圓柱狀的轉(zhuǎn)子以從所述氣缸的氣缸空間的中心軸偏心的狀態(tài)進(jìn)行配置，在所述轉(zhuǎn)子上，沿其中心軸方向設(shè)置多個(gè)槽，具有自我潤滑性的材料構(gòu)成的板狀的葉片以可滑動(dòng)的狀態(tài)與這些槽嵌合，將滑動(dòng)面具有自我潤滑性材料的前板和后板以夾著所述轉(zhuǎn)子和葉片的狀態(tài)配置在所述氣缸的端面上并形成多個(gè)泵空間，所述轉(zhuǎn)子的中心軸具有機(jī)械軸，構(gòu)成泵機(jī)構(gòu)部，與該泵機(jī)構(gòu)部鄰接地通過所述后板配置直流電動(dòng)機(jī)，通過該直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所述機(jī)械軸，所述泵空間的容積發(fā)生變化，其特征在于，所述機(jī)械軸與所述直流電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸通過所述轉(zhuǎn)子結(jié)合。
7.如權(quán)利要求5所述的葉片回轉(zhuǎn)型的空氣泵，其特征在于，通過壓入或熱壓或粘結(jié)使所述電動(dòng)機(jī)軸與所述轉(zhuǎn)子結(jié)合。
8.如權(quán)利要求5所述的葉片回轉(zhuǎn)型的空氣泵，其特征在于，在所述后板與所述電動(dòng)機(jī)之間設(shè)有板，該板具有以與所述泵機(jī)構(gòu)部和所述電動(dòng)機(jī)分別對(duì)應(yīng)的相同間距和相同直徑開設(shè)的螺栓孔及锪孔，通過所述板連接所述泵機(jī)構(gòu)部和所述電動(dòng)機(jī)。
9.如權(quán)利要求5所述的葉片回轉(zhuǎn)型的空氣泵，其特征在于，所述前板上具有吸入接口和排出接口及排出口。
10.如權(quán)利要求8所述的葉片回轉(zhuǎn)型的空氣泵，其特征在于，具有第1吸入路徑和第2吸入路徑，其中第1吸入路徑將外氣從形成于所述前板的吸入接口引入所述泵空間，而第2吸入路徑是，在所述氣缸上設(shè)置通孔，在所述后板上形成與該通孔連通的吸入接口，將外氣從所述前板的吸入接口經(jīng)由所述通孔和所述后板的吸入接口引入所述泵空間內(nèi)。
11.如權(quán)利要求9所述的葉片回轉(zhuǎn)型的空氣泵，其特征在于，在所述通孔的長度方向中央部設(shè)置從所述通孔朝向所述泵空間的連通路，并設(shè)置將外氣從所述吸入接口經(jīng)由所述通孔和所述連通路引入所述泵空間內(nèi)的第3吸入路徑。
12.如權(quán)利要求8所述的葉片回轉(zhuǎn)型的空氣泵，其特征在于，在前板上具有吸入接口和凹陷形狀的排出接口，并使它們面對(duì)從容積比約大于1的狀態(tài)的所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度至成為所述轉(zhuǎn)子與所述氣缸的徑向最小間隙的約5倍的所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的范圍的所述泵空間。
全文摘要
一種葉片回轉(zhuǎn)型的空氣泵，使作為向燃料電池供給空氣的泵所不可缺少的無油運(yùn)行成為可能，同時(shí)能容易且高精度地將泵機(jī)構(gòu)部與電動(dòng)機(jī)部的軸心對(duì)齊，并使泵整體小型化。本發(fā)明使用具有由自我潤滑性的材料構(gòu)成的板狀的葉片(109)、滑動(dòng)面具有自我潤滑性材料的前板(111)和后板(112)，同時(shí)使泵機(jī)構(gòu)部(102)的機(jī)械軸(110)與直流電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸一體構(gòu)成。
文檔編號(hào)F04C18/344GK1685158SQ0382277
公開日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2003年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月26日
發(fā)明者澤井清, 作田淳, 中本達(dá)也 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社