專利名稱：一種空壓機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種空壓機(jī)，特別地，涉及一種方便攜帶的空壓機(jī)。 技術(shù)背景
空壓機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的許多部門中應(yīng)用極廣，不僅是許多工 業(yè)部門工藝流程中的心臟設(shè)備，而且還常常用于為氣動(dòng)工具提供動(dòng)力源。 特別是室內(nèi)裝修業(yè)的興起，為微型空壓機(jī)開辟了一個(gè)新的廣闊的市場(chǎng)空間。 比如，以前的敲鐵釘、擰螺絲之類的手工活，現(xiàn)在基本上已被相應(yīng)的氣動(dòng) 工具所取代。為了使氣釘槍這類微型氣動(dòng)工具更加方便實(shí)用，采用高壓氣 源的氣動(dòng)工具應(yīng)運(yùn)而生，同時(shí)也要求相應(yīng)的空氣空壓機(jī)不僅能產(chǎn)生高壓氣 源，而且要更加輕便。
另一方面，隨著全世界范圍能源危機(jī)的到來，各國政府都在為經(jīng)濟(jì) 可持續(xù)發(fā)展的目的積極地推廣節(jié)能降耗技術(shù)?？諝饪諌簷C(jī)是高能耗產(chǎn)品， 而且量大面廣。出于生產(chǎn)成本的考慮，目前我國的空壓機(jī)絕大部分采用
普通的異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，這些電機(jī)通常效率低下(65 80%)，能源浪
費(fèi)非常嚴(yán)重。
空壓機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化有多種方法，包括改善空壓機(jī)的冷卻和潤滑、 減少摩擦功耗、變頻調(diào)速、進(jìn)氣閥控制、余隙控制等，而近年來永磁電 機(jī)的快速發(fā)展為中小型空壓機(jī)的節(jié)能增添了一種新的途徑。采用永磁同 步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的空壓機(jī)效率高、零部件少、重量輕、體積小、起動(dòng)電流小、 節(jié)能效果明顯，但目前還存在的一些問題限制了這種空壓機(jī)的推廣應(yīng)用。 例如，在傳統(tǒng)的永磁電機(jī)控制中，為了得到轉(zhuǎn)子的精確位置和速度，最 常用的方法是在轉(zhuǎn)子軸上安裝機(jī)械傳感器，如光電編碼器、霍耳效應(yīng)傳 感器，但是這些傳感器不但增加了系統(tǒng)的成本，而且其應(yīng)用受到諸如溫 度、濕度和振動(dòng)等條件的限制，降低了系統(tǒng)的可靠性。
3本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種空壓機(jī)。
本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的 一種空壓機(jī)，它 主要由低壓級(jí)生成部分、高壓級(jí)生成部分、儲(chǔ)氣罐部分和電機(jī)與控制系 統(tǒng)部分組成。其中，低壓級(jí)生成部分垂直布置、高壓級(jí)生成部分水平布 置、布置成L型的形式。低壓級(jí)生成部分和高壓級(jí)生成部分之間通過銅 管相連，高壓級(jí)生成部分和儲(chǔ)氣罐部分之間通過銅管相連，電機(jī)與控制 系統(tǒng)部分的電機(jī)軸與空壓機(jī)主軸同軸。
進(jìn)一步地，所述低壓級(jí)生成部分主要由低壓缸蓋、低壓氣閥、低壓 缸體、低壓活塞、低壓連桿和低壓偏心輪組成。低壓缸蓋蓋在低壓氣閥 上，低壓缸體與低壓氣閥相聯(lián)。低壓偏心輪通過低壓連桿與低壓缸體聯(lián) 接，低壓偏心輪通過平鍵與空壓機(jī)主軸相聯(lián)。
所述高壓級(jí)生成部分主要由高壓缸蓋、高壓氣閥、高壓活塞、高壓 缸體、高壓連桿和高壓偏心輪組成。高壓缸蓋蓋在高壓氣閥上，高壓缸 體與高壓氣閥相聯(lián)。高壓偏心輪通過高壓連桿和高壓活塞聯(lián)接，高壓偏 心輪通過平鍵與空壓機(jī)主軸相聯(lián)。
所述儲(chǔ)氣罐部分主要由兩個(gè)儲(chǔ)氣罐組成。兩個(gè)儲(chǔ)氣罐通過連接兩儲(chǔ) 罐銅管連接。
所述電機(jī)與控制系統(tǒng)部分主要由直流無刷電機(jī)和控制板組成，直流 無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子與空壓機(jī)主軸同軸。控制板通過連接電機(jī)與電路板電線與 直流無刷電機(jī)相連。
本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型的一種空壓機(jī)可以產(chǎn)生高壓 氣動(dòng)工具所需的高壓氣源，整機(jī)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕， 便于攜帶。


圖1為本實(shí)用新型一種空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1所示一種空壓機(jī)的A-A剖視圖； 圖3為現(xiàn)有對(duì)動(dòng)式兩級(jí)空壓機(jī)的示意圖；圖4為現(xiàn)有對(duì)動(dòng)方式布置的空壓機(jī)和本實(shí)用新型L型布置的空壓機(jī)
的負(fù)載曲線圖5為現(xiàn)有對(duì)動(dòng)方式布置的空壓機(jī)和本實(shí)用新型L型布置的空壓機(jī) 轉(zhuǎn)速波動(dòng)比較圖6為現(xiàn)有對(duì)動(dòng)方式布置的空壓機(jī)和本實(shí)用新型L型布置的空壓機(jī) 電流比較圖，圖中，(a)為對(duì)動(dòng)方式布置的空壓機(jī)電流；(b)為L型布 置的空壓機(jī)電流；
圖7為本實(shí)用新型L型布置的空壓機(jī)往復(fù)慣性力的平衡原理圖； 圖中，1-高壓端總成、2-級(jí)間銅管、3-低壓總成、4-連接高壓缸與儲(chǔ) 罐銅管、5-儲(chǔ)罐、6-低壓缸蓋、7-低壓氣閥、8-低壓缸體、9-低壓活塞、 IO-低壓連桿、11-低壓偏心輪、12-高壓偏心輪、13-高壓連桿、14-高壓 缸體、15-高壓活塞、16-高壓氣閥、17-高壓缸蓋、18-控制板、19-電機(jī) 定子、20-連接電機(jī)與控制板的電線、21-電機(jī)轉(zhuǎn)子、22-主軸、23-后機(jī) 座、24-前機(jī)座。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的空壓機(jī)兩級(jí)壓縮，排氣壓力在1.2-3. 0Mpa之間，為了 提高空壓機(jī)的整機(jī)效率，降低其重量和體積，采用直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 普通的兩級(jí)活塞式空壓機(jī)的兩個(gè)氣缸，通常布置成對(duì)動(dòng)的形式(如圖3 所示)，其往復(fù)慣性力可以互相抵消，空壓機(jī)振動(dòng)較小，但其阻力矩的波 動(dòng)較大，會(huì)引起直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，從而降低電機(jī)的效率，并增 加噪音。本實(shí)用新型為了改善直流無刷電機(jī)的工作條件，提出將兩個(gè)氣 缸布置成"L"型的形式(如圖1所示)，高壓缸水平布置，低壓缸垂直 布置，由此形成的空壓機(jī)阻力矩波動(dòng)相對(duì)較小，見圖2,從而降低了對(duì)電 機(jī)最大輸出扭矩的要求，更重要的是可以減小電機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，從而降 低噪音，提高了效率。與其同時(shí)，兩個(gè)缸產(chǎn)生的大部分往復(fù)慣性力可以 通過配重的方式被平衡，確?？諌簷C(jī)的平穩(wěn)工作。
圖1為本實(shí)用新型一種空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，低壓端總成3產(chǎn)生的低壓 氣體經(jīng)級(jí)間銅管2進(jìn)入高壓缸總成1，產(chǎn)生高壓氣體經(jīng)過銅管4進(jìn)入儲(chǔ)罐 5。
圖2為圖1所示一種空壓機(jī)A-A剖視圖。包括四部分低壓級(jí)生成部分、高壓級(jí)生成部分、儲(chǔ)氣罐部分、電機(jī)與控制系統(tǒng)部分。
低壓級(jí)部分，低壓缸蓋6蓋在低壓氣閥7上，低壓缸體8與低壓氣 閥7相聯(lián)。低壓偏心輪11通過軸承與低壓連桿10聯(lián)接，低壓偏心輪11 通過平鍵與空壓機(jī)主軸相聯(lián)。低壓偏心輪11旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)低壓連桿IO擺動(dòng)， 低壓連桿10擺動(dòng)帶動(dòng)低壓活塞9在低壓缸體8里上下移動(dòng)
高壓級(jí)部分，高壓缸蓋17蓋在高壓氣閥16上，高壓缸體14與高壓 氣閥15相聯(lián)。高壓偏心輪12通過軸承與高壓連桿13聯(lián)接，高壓偏心輪 12通過平鍵與空壓機(jī)主軸相聯(lián)。高壓偏心輪12旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)高壓連桿13擺 動(dòng)，高壓連桿13擺動(dòng)帶動(dòng)高壓活塞15在高壓缸體14里上下移動(dòng)。
儲(chǔ)氣罐部分，產(chǎn)生高壓氣體通過連接高壓缸與儲(chǔ)氣罐級(jí)間銅管2進(jìn) 入儲(chǔ)氣罐5。兩個(gè)儲(chǔ)罐通過連接兩儲(chǔ)罐銅管4連接。
電機(jī)與控制系統(tǒng)部分，直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子21與空壓機(jī)同軸，拖動(dòng)空 壓機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。控制板18發(fā)生控制信號(hào)通過連接電機(jī)與電路板電線20控制 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。控制板18包括單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路及保護(hù)電路。
在確定空壓機(jī)氣缸布置形式的基礎(chǔ)上，本項(xiàng)實(shí)用新型采用了一種更 簡(jiǎn)單的直流無刷電機(jī)的控制方法，去掉了常見的位置傳感器，采用無傳 感器控制方式，以降低空壓機(jī)的成本和體積，同時(shí)增加了空壓機(jī)在惡劣 環(huán)境下的工作可靠性。直流無刷電機(jī)采用三相六拍的運(yùn)行方式，通過測(cè) 量電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的過零點(diǎn)，確定換相時(shí)機(jī)。空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速是基本確定的 (通常是高、低二檔轉(zhuǎn)速，也可以是高中低三檔轉(zhuǎn)速)，由此簡(jiǎn)化了電機(jī) 的控制系統(tǒng)。
空壓機(jī)的二個(gè)氣缸采用L型布置的方式，由此產(chǎn)生的空壓機(jī)阻力矩 曲線如附圖4所示，從圖中可以看出相對(duì)于對(duì)動(dòng)方式布置的空壓機(jī)，L 型布置的空壓機(jī)負(fù)載曲線的波動(dòng)明顯要小很多，因此電機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)也 較小(見圖3)。其中25為低壓端，26為高壓端.電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)時(shí)，不光 會(huì)引起噪聲和轉(zhuǎn)軸的扭振，而且電機(jī)各相的反電動(dòng)勢(shì)也會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，轉(zhuǎn) 速降低，反電動(dòng)勢(shì)下降，電流就會(huì)增加，從而電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩增加，使轉(zhuǎn) 速盡可能回歸設(shè)定值。但是，由于銅損和鐵損的存在，電流增加，電機(jī) 效率就會(huì)相應(yīng)下降。圖6 (a、 b)分別是同樣排氣條件下，對(duì)動(dòng)方式布置 的空壓機(jī)和L型布置的空壓機(jī)的電流曲線，可以看出，L型布置的空壓機(jī) 的電流明顯要小，因此其效率也較高。
高壓和低壓缸之間用較長的銅管連接，確保良好的級(jí)間冷卻效果，使高壓缸的進(jìn)氣溫度盡可能低，從而提高空壓機(jī)效率，降低高壓缸的排氣 溫度。電機(jī)一側(cè)配有儲(chǔ)罐，另一側(cè)則安裝電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，提手安 裝在電機(jī)的上方，空壓機(jī)機(jī)座通過法蘭面直接連在電機(jī)上，連桿的大頭 通過偏心塊直接安裝在電機(jī)軸的伸出端，整機(jī)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)十分緊湊。另有 一安裝在電機(jī)軸上的偏心塊為平衡質(zhì)量，平衡空壓機(jī)的旋轉(zhuǎn)和往復(fù)慣性 力。往復(fù)慣性力的平衡原理見圖5，垂直方向氣缸的一階往復(fù)慣性力的方
向如圖中/;所示，也是垂直方向，大小為m、^^cosa，水平方向氣缸的一 階往復(fù)慣性力的方向如圖中/;'所示，為水平方向，大小為化^yy2sin"，如 果m、,r,和附,力相等，那么他們合力I的方向正好沿著曲柄方向外指，大小 為my盧2，因此可以用旋轉(zhuǎn)配重質(zhì)量的方式來平衡。為確保往復(fù)慣性力的 平衡質(zhì)量，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選用，使得高低壓缸的m^和化力基本相 等。這種情況下，二階往復(fù)慣性力無法平衡，設(shè)計(jì)時(shí)，選用較小的曲柄 半徑與連桿長度之比，使二階往復(fù)慣性力變得很小，不會(huì)引起大的振動(dòng)。 上述實(shí)施例用來解釋說明本實(shí)用新型，而不是對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行限 制，在本實(shí)用新型的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本實(shí)用新型作出 的任何修改和改變，都落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1. 一種空壓機(jī)，其特征在于，它主要由低壓級(jí)生成部分、高壓級(jí)生成部分、儲(chǔ)氣罐部分和電機(jī)與控制系統(tǒng)部分組成；其中，低壓級(jí)生成部分垂直布置、高壓級(jí)生成部分水平布置、布置成L型的形式；低壓級(jí)生成部分和高壓級(jí)生成部分之間通過銅管相連，高壓級(jí)生成部分和儲(chǔ)氣罐部分之間通過銅管相連，電機(jī)與控制系統(tǒng)部分的電機(jī)軸與空壓機(jī)主軸同軸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的空壓機(jī)，其特征在于，所述低壓級(jí)生成部分主 要由低壓缸蓋(6)、低壓氣閥(7)、低壓缸體(8)、低壓活塞(9)、 低壓連桿(10)和低壓偏心輪(11)組成；低壓缸蓋(6)蓋在低壓 氣閥(7)上，低壓缸體(8)與低壓氣閥(7)相聯(lián)；低壓偏心輪(11) 通過低壓連桿(10)與低壓缸體(8)聯(lián)接，低壓偏心輪(11)通過 平鍵與空壓機(jī)主軸相聯(lián)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空壓機(jī)，其特征在于，所述高壓級(jí)生成部分主 要由高壓缸蓋(17)、高壓氣閥(16)、高壓活塞(15)、高壓缸體(14)、 高壓連桿(13)和高壓偏心輪(12)組成；高壓缸蓋(17)蓋在高壓 氣閥(16)上，高壓缸體(14)與高壓氣閥(15)相聯(lián)；高壓偏心輪(12)通過高壓連桿(13)和高壓活塞(15)聯(lián)接，高壓偏心輪(12) 通過平鍵與空壓機(jī)主軸相聯(lián)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的空壓機(jī)，其特征在于，所述儲(chǔ)氣罐部分主要由 兩個(gè)儲(chǔ)氣罐(5)組成；兩個(gè)儲(chǔ)氣罐(5)通過連接兩儲(chǔ)罐銅管(4) 連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的空壓機(jī)，其特征在于，所述電機(jī)與控制系統(tǒng)部 分主要由直流無刷電機(jī)和控制板(18)組成，直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子(21) 與空壓機(jī)主軸同軸；控制板(18)通過連接電機(jī)與電路板電線(20)與直流無刷電機(jī)相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種空壓機(jī)，它主要由低壓級(jí)生成部分、高壓級(jí)生成部分、儲(chǔ)氣罐部分和電機(jī)與控制系統(tǒng)部分組成。其中，低壓級(jí)生成部分垂直布置、高壓級(jí)生成部分水平布置、布置成L型的形式。低壓級(jí)生成部分和高壓級(jí)生成部分之間通過銅管相連，高壓級(jí)生成部分和儲(chǔ)氣罐部分之間通過銅管相連，電機(jī)與控制系統(tǒng)部分的電機(jī)軸與空壓機(jī)主軸同軸。本實(shí)用新型的一種空壓機(jī)可以產(chǎn)生高壓氣動(dòng)工具所需的高壓氣源，整機(jī)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，便于攜帶。
文檔編號(hào)F04B35/04GK201273259SQ20082008786
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2008年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月4日
發(fā)明者李志海, 潘曉弘, 鄭水英, 鐘美鵬 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)