螺杆压缩机
阅读：527发布：2020-05-14
专利汇可以提供螺杆压缩机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且在具有被 马 达驱动且阴阳咬合的两个螺杆 转子 的螺杆 压缩机 中，具有多个马达，且多个马达的各转子被直接连结在螺杆转子的转子轴上。各自的马达的输出的和在与为了驱动螺杆转子而必需的单一的马达相同的输出以上。根据这样的构成，使输出不降低而使马达的危险速度(固有振动 频率 )上升且能够实现在高转速区域中的运转。，下面是螺杆压缩机专利的具体信息内容。
1.一种螺杆压缩机，具有被马达驱动且阴阳咬合的螺杆转子，其特征为，具有包括第一马达以及第二马达的多个马达，
上述多个马达的各自的输出的和大于等于驱动上述螺杆转子所需的单台马达的输出，上述多个马达的各转子被直接连结在上述螺杆转子的转子轴上，
上述第一马达以及第二马达在上述螺杆转子的阳转子的向两侧延伸的转子轴的顶端侧各设置一个，
将由脉冲波构成的电力分别输入上述第一马达及第二马达，
在分别输入至上述第一马达及第二马达的上述脉冲波之间设置相位差，使得与将上述脉冲波以同相位输入第一马达及第二马达时相比，合成分别输入至上述第一马达以及第二马达的脉冲波而成的合成脉冲波与振幅、周期以及相位和上述合成脉冲波相同的正弦波之间的偏差小。
螺杆压缩机
技术领域
背景技术
[0002] 如图4所示，在日本特开2004-343857号中公开有如下的螺杆压缩机：在转子轴101被轴承102支承的阴阳咬合的螺杆转子103、103中，将一方的螺杆转子103的转子轴
101延长，将驱动螺杆转子103的马达的转子104直接连结在该转子轴101上。在这样的螺杆压缩机中，因为不需要连结马达的输出轴和螺杆转子的转子轴的连结器，所以不需要轴的定心作业，能够令构造变得简单。
101延长，将驱动螺杆转子103的马达的转子104直接连结在该转子轴101上。在这样的螺杆压缩机中，因为不需要连结马达的输出轴和螺杆转子的转子轴的连结器，所以不需要轴的定心作业，能够令构造变得简单。
[0003] 但是，这样的构造中，在能够将两侧被支承的螺杆转子103一方看作刚体时，马达的转子104为一侧被支承的悬臂结构。悬臂结构与两端支承结构相比固有振动频率低。
[0004] 如图5所示，对于一端与马达的转子104直接连结的转子轴101的另一端被固定在螺杆转子103上的悬臂结构的马达的转子104，可以看作是以螺杆转子的端面105为中心而产生一自由度系统的横振动的部件。其固有振动频率由从螺杆转子103的马达的转子104侧的端面105到马达的转子104的重心的距离L和马达的转子104的质量M决定。若E为杨氏模数、I为截面二次力矩，则螺杆转子103的转子轴101的弹簧系数K通过下式(1)表示。
[0005]
[0006] 另一方面，固有振动频率ω通过下式(2)表示。
[0007]
[0008] 由(1)以及(2)式表示(3)式。
[0009]
[0010] 只要马达为悬臂结构，就不能够避免固有振动频率低的问题。例如即便是具备具有以比7000rpm高的转速运转的性能的马达的螺杆压缩机，也存在以下问题：在危险速度(固有振动频率)为7000rpm时，不能够以转速比7000rpm高的转速运转。
发明内容
[0011] 本发明的课题为，在螺杆压缩机中，不使输出降低而使马达的危险速度(固有振动频率)上升，实现高转速区域下的运转。
[0012] 作为用于解决上述课题的方法，本发明的螺杆压缩机是具有被马达驱动且阴阳咬合的螺杆转子的螺杆压缩机，具有包括第一马达以及第二马达的多个马达，上述多个马达的各自的输出的和大于等于驱动上述螺杆转子所需的单台马达的输出，上述多个马达的各转子被直接连结在上述螺杆转子的转子轴上，上述第一马达以及第二马达在上述阳转子的向两侧延伸的转子轴的顶端侧各设置一个。
[0013] 根据该构成，若能够借助多个马达供给为了驱动螺杆转子而必需的单一的马达的动力，则能够使各马达小型化，能够使各马达的质量减少。由此，能够使与螺杆转子的转子轴直接连结的各马达的固有振动频率上升，能够获得与单一的马达同等以上的输出且能够以高速旋转运转。此外，能够令螺杆压缩机小型化。此外，因为第一马达及第二马达在阳转子的向两侧延伸的转子轴的顶端侧各设置一个，所以能够将向从动于阳转子的阴转子的传递动力抑制到最低。由此，能够将输出的损失降到最低限，且能够令装置不易损坏。
[0014] 此外在上述构成的螺杆压缩机中，优选将由脉冲波构成的电力分别输入上述第一马达及第二马达，且在分别输入至上述第一马达及第二马达的上述脉冲波之间设置相位差，使得合成分别输入至上述第一马达以及第二马达的脉冲波而成的合成脉冲波与振幅、周期以及相位和上述合成脉冲波相同的正弦波之间的偏差比将上述脉冲波以同相位输入第一马达及第二马达时小。
[0015] 根据该构成，能够令合成作为分别输入第一马达及第二马达的电力的电流或电压的波形而成的波形接近于理想的正弦波。其结果，能够使由于从正弦波的偏移而产生的变动扭矩减少，能够使噪音、振动的发生减少。附图说明
[0016] 图1是表示本发明的螺杆压缩机的螺杆转子及马达的转子的示意图。
[0017] 图2(a)及图2(b)是表示与图1不同的、对阴阳一对的螺杆转子的马达的转子的配置的图。
[0018] 图3(a)是表示第一马达与第二马达的输入脉冲的相位相同时的合成脉冲的图，图3(b)是表示第一马达与第二马达的输入脉冲的相位不同时的合成脉冲的图。
[0019] 图4是表示以往的螺杆压缩机的螺杆转子以及马达的转子的示意图。
[0020] 图5是表示马达的转子的对于转子轴方向的横振动的图。
具体实施方式
[0021] 以下，参照附图说明本发明的实施方式。
[0022] 图1是本发明的螺杆压缩机(以下，简称为压缩机。)的螺杆转子11a、11b以及马达12、19的转子12a、19a的示意图。
[0023] 压缩机具有阴阳咬合的阳螺杆转子11a和阴螺杆转子11b。阴阳的螺杆转子11a、11b的向两端延伸的转子轴分别被轴承14支承。在阳转子11a的向两侧延伸的转子轴15a、
15b的顶端侧分别直接连结有第一马达12的转子12a及第二马达19的转子19a。借助由被分别设置在未图示的第一马达12及第二马达19的马达壳上的固定子产生的磁场和转子
12a、19a相互作用而获得旋转力而驱动阳转子11a，从而阴转子11b从动。第一马达12及第二马达19经由变换器18a、18b而被控制装置17控制。压缩机通过吸入部13从外部将空气吸入至螺杆转子11a、11b的未图示的压缩空间。通过令阴阳的螺杆转子11a、11b咬合而在上述压缩空间中压缩空气，从螺杆转子11a、11b的输出部16输出压缩空气。
15b的顶端侧分别直接连结有第一马达12的转子12a及第二马达19的转子19a。借助由被分别设置在未图示的第一马达12及第二马达19的马达壳上的固定子产生的磁场和转子
12a、19a相互作用而获得旋转力而驱动阳转子11a，从而阴转子11b从动。第一马达12及第二马达19经由变换器18a、18b而被控制装置17控制。压缩机通过吸入部13从外部将空气吸入至螺杆转子11a、11b的未图示的压缩空间。通过令阴阳的螺杆转子11a、11b咬合而在上述压缩空间中压缩空气，从螺杆转子11a、11b的输出部16输出压缩空气。
[0024] 以往的螺杆压缩机通过单一的马达使阴阳的螺杆转子旋转，与此相对，本实施方式的螺杆压缩机将单一的马达分为两个马达12、19，从而使马达12、19的共振频率(危险速度)上升，实现以更高转速下的运转。以下，详细阐述通过将单一的马达分为两个马达12、19而使共振频率提高的理由。
[0025] 在将单一的马达分为动力比F1∶F2的两个马达12、19时，能够将这些马达12、19的转子12a、19a的质量比也看作F1∶F2。从而，若令单一的马达时的转子的质量为M，则这些马达12、19的转子12a、19a的质量M1、M2通过以下的(4)式表示。
[0026]
[0027]
[0028] 在此，通过以下的(5)式所示那样地定义向各个马达12、19的动力分配系数(α1+α2＝1)。
[0029]
[0030]
[0031] 若使用动力分配系数α1、α2则各个马达12、19的转子12a、19a的质量M1、M2通过以下的式(6)表示。
[0032] M1＝α1×M
[0033] M2＝α2×M (6)
[0034] 从而，由(3)、(6)式，以动力比F1∶F2(动力分配比α1、α2)分配的两个马达12、19的固有振动频率ω1、ω2分别通过以下的式表示。
[0035]
[0036]
[0037] 两个马达12、19的固有振动频率ω1、ω2与单一的马达的固有振动频率ω的关系通过以下的(8)式表示。
[0038]
[0039]
[0040] 例如，在将单一的马达以动力比1∶1(动力分配系数α1、α2＝1/2)的方式分为两个马达12、19时，质量M1、M2为1/2M，即单一的马达时的一半。从而，若单一的马达的固有振动频率(危险速度)ω为7000rpm，则分为两个的马达的固有振动频率ω1、ω2由(8)式而均为大约9898rpm。即，发生共振的危险速度从7000rpm上升到大约9898rpm。
[0041] 接着，在将单一的马达以动力比3∶7(动力分配系数α1＝3/10、α2＝7/10)的方式分为两个马达时，质量M1、M2分别为3/10M、7/10M。从而，若单一的马达的固有振动频率(危险速度)ω为7000rpm，则分为两个的马达的固有振动频率ω1、ω2由(8)式而分别为大约12780rpm、大约8367rpm。即，发生共振的危险速度从7000rpm提升到大约8367rpm。
[0042] 此外，在将单一的马达以动力比1∶9(动力分配系数α1＝1/10、α2＝9/10)的方式分为两个马达时，质量M1、M2分别为1/10M、9/10M。从而，若单一的马达的固有振动频率(危险速度)ω为7000rpm，则分为两个的马达的固有振动频率ω1、ω2由(8)式而分别为大约22136rpm、大约7379rpm。即，发生共振的危险速度从7000rpm提升到大约7379rpm。
[0043] 由以上可以得知，若将为了驱动螺杆转子而必需的单一的马达分为各自输出的和为相同输出的两个马达12、19，则具有任意的动力比的两个马达12、19都能提升作为压缩机整体的固有振动频率。特别是可以得知，若将单一的马达分为各自5∶5的动力比(相同动力)的两个马达12、19，则能够最大地提升作为压缩机整体的固有振动频率。根据本发明，如果借助多个马达12、19供给为了驱动螺杆转子而必需的单一的马达的动力，则能够使各马达12、19小型化，能够使各马达12、19的质量减少。由此，能够使与螺杆转子11a、11b的转子轴15a、15b直接连结的各马达12、19的固有振动频率上升，能够获得与单一的马达同等以上的输出，且能够以高速旋转运转。此外，能够使螺杆压缩机小型化。
[0044] 接着，说明第一马达12及第二马达19的配置。压缩机有阳转子11a和阴转子11b，作为驱动螺杆转子11a、11b的两个马达12、19的配置，除了如图1所示的在阳转子11a的一侧配置第一马达12、在另一侧配置第二马达19的组合之外，如图2(a)所示，有在阳转子11a上配置第一马达12、在阴转子11b上配置第二马达19的组合，以及如图2(b)所示，有在阴转子11b的一侧配置第一马达12、在另一侧配置第二马达19的组合，合计三种。
[0045] 另一方面，通常阳转子11a和阴转子11b的工作的比例为9∶1，例如在阳转子11a被驱动而阴转子11b从动、和阴转子11b被驱动而阳转子11a从动时，阳转子11a和阴转子11b之间的传递动力不同。例如，若在阳转子11a上安装第一马达12及第二马达19的双方，则从阳转子11a向阴转子11b的传递动力为10％左右。若在阴转子11b上安装第一马达12及第二马达19的双方，则从阴转子11b向阳转子11a的传递动力为90％左右。若在阳转子11a上安装第一马达12或第二马达19的任意一方、在阴转子11b上安装第一马达
12或第二马达19的任意另一方，则阳转子11a和阴转子11b之间的传递动力为40％左右。
12或第二马达19的任意另一方，则阳转子11a和阴转子11b之间的传递动力为40％左右。
[0046] 若螺杆转子11a、11b之间的传递动力大，则成为螺杆转子11a、11b的损伤及噪音、振动的原因，因此传递动力尽量越小越好。从而，在阳转子11a上安装第一马达12及第二马达19的双方的配置是最好的。因为将两个马达12、19在阳转子11a的向两侧延伸的转子轴15a、15b的顶端侧各设置一个，所以能够将向从动于阳转子11a的阴转子11b的传递动力抑制到最低。由此，能够将输出的损失抑制到最低限，且能够令装置不易损坏。
[0047] 如图3(a)及图3(b)的第一马达12、第二马达19的输入脉冲所示那样，控制装置17经由变换器18a、18b将矩形状波形的电压或电流投入至马达12、19。电压或电流的波形的理想方式为以描绘出正弦曲线的方式投入。在马达12、19上发生的扭矩因为与投入电压、或投入电流的波形近似，所以能够使作为变动扭矩的原因的从正弦曲线的偏移尽量不产生。由此，能够尽可能地抑制变动扭矩的发生，使噪音及振动减少。
[0048] 如图3(a)所示，将同一波形(脉冲最大值A、周期T)的电压或电流分别投入至与阳转子11a的两侧直接连结的第一马达12以及第二马达19。因为第一马达12及第二马达19为同轴，所以由两个马达12、19产生的扭矩是将各自的扭矩叠加而成的。合成输入至第一马达12及第二马达19的脉冲而成的脉冲是与第一马达12及第二马达19的各自的波形相对而仅仅脉冲最大值(绝对值)为2倍的波形。与振幅2A、周期T的正弦曲线相对，与合成的脉冲的偏移用斜线表示。另外，在此成为问题的偏移的大小为图中的斜线部分的面积。
[0049] 为了该合成的脉冲接近于正弦曲线，令投入至第一马达12或第二马达19的任意一方的电压或电流的相位错开。如图3(b)所示，若与第一马达12的相位相对而将第二马达19的相位错开T/8(延迟)，则合成输入至第一马达12及第二马达19的脉冲而成的脉冲为相对于第一马达12的波形的相位延迟T/16且相对于第二马达19的波形的相位提前T/16的脉冲。在如图3(b)所示的合成脉冲的最大值为2A(绝对值)的方面与如图3(a)所示的合成脉冲相同，但是在值为A(绝对值)的范围也包含的方面与图3(a)所示的合成脉冲不同。相对于振幅2A、周期T的正弦曲线，与合成的脉冲的波形的偏移用斜线表示。与将同相位的电力(电压或电流)投入至第一马达12及第二马达19相比，将相对于第一马达12的相位使相位延迟T/8，将不同的相位的电力(电压或电流)投入至第二马达19时能够令偏移的大小(图3(a)以及图3(b)的斜线部分)减小。若如此，则能够令合成的脉冲的波形更接近于正弦曲线的形状，能够减小高次谐波而使噪音及振动减小。
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