(57)【要約】公知のピストン圧縮機は、損失熱における高い割合を発生させる。このことはピストン圧縮機のエネルギ収支に不都合な影響を及ぼし、ピストン圧縮機を保護するためには冷却手段において高いコストを必要とする。したがって、ピストン圧縮機（１）における常に存在する容積可変な自由空間（１９）を、吐出・吸入室として設計し、この容積可変な自由空間（１９）を、電気モータ（２）の内室を介して大気に接続することが提案される。
2004514089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単段式または多段式のピストン圧縮機であって、当該ピストン圧縮機が、ピストン圧縮機（１）と電気モータ（２）と機械的な伝動装置（３）とから成っており、該伝動装置（３）が、電気モータ（２）の回転運動を、振動する線状の運動に変換し、ピストン圧縮機（１）に伝達するようになっており、単段式のピストン圧縮機が、圧力ピストンを備えた容積可変な圧力室を有しており、多段式のピストン圧縮機（１）が、低圧ピストン（９）を備えた容積可変な少なくとも１つの低圧室（８）と、高圧ピストン（１１）を備えた容積可変な少なくとも１つの高圧室（１０）とを有しており、多段式のピストン圧縮機（１）の低圧室（８）と高圧室（１０）とが、流れ通路（１７）を介して接続されており、低圧ピストン（９）と高圧ピストン（１１）とが一体的に構成されており、これらの低圧ピストン（９）と高圧ピストン（１１）との間に、容積可変な自由空間（１９）が位置している形式のものにおいて、
ピストン圧縮機（１）の、容積可変な自由空間（１９）が、吐出・吸入室として設計されていて、電気モータ（２）の内室を介して大気に接続されていることを特徴とする、単段式または多段式のピストン圧縮機。
【請求項２】
容積可変な自由空間（１９）が、流入逆止弁（２７）を介して、大気への接続部を有している、請求項１記載の単段式または多段式のピストン圧縮機。
【請求項３】
低圧室（８）に吸込室（２３）が前置されていて、該吸込室（２３）が、一方では低圧室（８）に接続されていて、他方では、電気モータ（２）の内室と、大気とに接続されている、請求項１記載の単段式または多段式のピストン圧縮機。
【請求項４】
吸込室（２３）の流入開口（２４）、または電気モータ（２）の第３のケーシング開口（２２）が、電気モータ（２）の保護等級を保証するために汚れおよび水危険領域の外側に位置している、請求項２または３記載の単段式または多段式のピストン圧縮機。
【請求項５】
単段式または多段式のピストン圧縮機（１）のための電気モータ（２）を冷却するための方法において、ピストン圧縮機（１）の、異なる大きさの隣接する２つの圧力ピストンの間に位置していて容積可変な自由空間（１９）によって吸い込まれかつ吐き出される空気を、電気モータ（２）のための冷却媒体として用いることを特徴とする、単段式または多段式のピストン圧縮機のための電気モータを冷却するための方法。
【請求項６】
ピストン圧縮機（１）によって運動させられる空気を、電気モータ（２）の内室を介して交互に大気から吸い込み、大気に導出する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
ピストン圧縮機（１）によって運動させられる空気を、別個に大気から吸い込み、電気モータ（２）の内室を介して大気に導出する、請求項５記載の方法。
【請求項８】
ピストン圧縮機（１）によって運動させられる空気を、電気モータ（２）の内室を介して、同時にピストン圧縮機（１）の低圧室（８）内に導く、請求項６または７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の、単段式または多段式のピストン圧縮機と、請求項５の上位概念部に記載した形式の、単段式または多段式のピストン圧縮機のための電気モータを冷却するための方法とに関する。このようなピストン圧縮機は、特に車両産業で使用される。
【０００２】
２段の構成のそのようなピストン圧縮機は、例えばドイツ連邦共和国特許公開第１９７１５２９１号明細書に詳しく説明されている。この２段式のピストン圧縮機は圧縮機ケーシングを有しており、この圧縮機ケーシング内には、大きい低圧ピストンによって円筒形の低圧室が、小さい高圧ピストンによって円筒形の高圧室が形成されている。この場合、低圧室と高圧室とは共通の軸線上に位置しており、低圧ピストンと高圧ピストンとが一体的に成形されていて、共通のピストンロッドを備えている。低圧室は、流入逆止弁を備えた流入部を有しており、高圧室は、流出逆止弁を備えた流出部を有しており、両圧力室は、流れ通路によって流れ逆止弁に接続されている。低圧ピストンと高圧ピストンとの共通のピストンロッド内には、直角の方向付けでクランク軸のクランクピンが係合している。このクランク軸は電気モータによって駆動され、その回転運動を、共通のピストンロッドにおける線状の運動に変換する。
【０００３】
圧縮機ケーシング内には、さらに、自由空間が形成されている。この自由空間は、低圧ピストンと高圧ピストンとの間の領域に位置しており、その大きさは、低圧ピストンと高圧ピストンとの間の軸方向間隔の差および直径の差からほぼ判明する。この自由空間は補償開口を介して周囲に接続されている。
【０００４】
この形式のピストン圧縮機は、駆動エネルギの主要な部分が熱に変換され、ひいては技術的なユニットの効率に不利な影響を及ぼすという欠点を有している。すなわち、電気モータが固有の熱を発生させ、この場合、発生させられた熱が、コスト高な方式でかつ絶縁部材の保護のために導出されなければならないかまたは戻し冷却されなければならない。これにより、一方では電気モータの寿命が制限され、電気モータにおいて付加的でかつ高価な冷却手段が必要とされる。
【０００５】
同じくピストン圧縮機においても、まず、特に高圧室内の繰り返される空気圧縮によって熱が発生するが、両圧力室間の自由空間に存在する空気の内部摩擦によっても熱が発生する。自由空間におけるこの閉じ込められた空気量の内部摩擦は、ピストン圧縮機の設計に依存しているが、いずれにせよ損失出力を意味している。この損失出力に対しては、代替不可能な方式で付加的な駆動出力が調達されなければならない。
【０００６】
ピストン圧縮機におけるこのようにして発生した熱は、適宜な材料選択または材料寸法設定によって、代替可能な程度に相殺されるか、または自由になった熱エネルギがまたもやコスト高に冷却される。こうした全てのことが、技術的なユニットの効率に不利な影響を及ぼし、技術的なユニットを、増大された冷却手段のせいで手間のかかるものにし、高価なものにしてしまう。
【０００７】
したがって、本発明の課題は、請求項１の上位概念部に記載した形式のピストン圧縮機と、そのような圧縮機のための電気駆動装置を冷却するための方法とを改良して、ピストン圧縮機における損失熱の発生が減少され、かつ電気モータの冷却が単純化されるようなものを提供することである。
【０００８】
この課題は、装置面では、請求項１の特徴部に記載した特徴によって、方法面では、請求項５の特徴部に記載した特徴によって解決される。
【０００９】
有利な実施態様は、従属請求項２〜４および従属請求項６〜８に記載してある。
【００１０】
本発明は、従来技術の前記の欠点を排除している。この場合、加熱されたピストン圧縮機のための必要な冷却手段が少なく維持され得ることが、特に有利である。なぜならば、ピストン圧縮機の自由空間における一緒に加熱された空気の導出によって、ピストン圧縮機の加熱が制限され得るからである。これにより、ピストン圧縮機の構造が単純化され、製作コストが節約される。
【００１１】
もちろん、電気モータを、その寿命を保証するためにピストン圧縮機の空気流によってしか冷却しないことも、有利である。このことによって、電気モータのための、従来必要であったコスト高な冷却手段を設けなくてもよくなり、またもや製作コストが節約される。
【００１２】
この場合、ピストン圧縮機内の加熱を制限するためのおよび電気モータを冷却するための不可欠な空気運動に対して、いかなる付加的な駆動エネルギも必要とされないことが、特に有利である。このことはピストン圧縮機の効率に有利な影響をもたらす。
【００１３】
本発明によるピストン圧縮機は、あらゆる保護等級のために使用することができる。
【００１４】
次に、本発明の２つの実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１５】
第１実施例における２段式のピストン圧縮機は、図１によれば、主として本来のピストン圧縮機１と電気モータ２とから成っている。これらのピストン圧縮機１と電気モータ２とは、電気モータ２の回転入力運動をピストン圧縮機１の振動する線状出力運動に変化させるための機械的な伝動装置３を介して結合されている。
【００１６】
ピストン圧縮機１には圧縮機ケーシング４が所属しており、この圧縮機ケーシング４は、直径が段付けされている円筒形の内室５を備えている。この内室５は一方では低圧カバー６によって、他方では高圧カバー７によって、外へ向かって閉鎖されている。内室５の直径における段付けによって、一方では、大きい直径を備えた低圧室８が生ぜしめられ、この低圧室８内に低圧ピストン９が遊びを備えてガイドされており、他方では、小さい直径を備えた高圧室１０が生ぜしめられ、この直径内に高圧ピストン１１が遊びを備えて嵌め込まれている。この場合、低圧室８と高圧室１０とは、共通の軸線上に位置している。低圧ピストン９と高圧ピストン１１とは一体的に構成されていて、したがって、共通のピストンロッド１２を有している。
【００１７】
低圧室８と高圧室１０とは、上下にかつ外へ向かって特別な形式で接続されている。すなわち、低圧室８は少なくとも１つの流入部１３を有しており、この流入部１３は、低圧室８の方向に開放する１つの流入逆止弁１４を備えている。高圧室１０は流出部１５を有しており、この流出部１５は、高圧室１０の方向に閉鎖する流出逆止弁１６を備えている。低圧室８と高圧室１０との不可欠な接続のために、共通のピストンロッド１２と、低圧ピストン９と高圧ピストン１１とは、内側の流れ通路１７を備えている。この流れ通路１７は、高圧室１０の方向に開放する流れ逆止弁１８を有している。
【００１８】
直径が段付けされている内室５の構成、および低圧ピストン９と高圧ピストン１１との形状によって、内室５内にかつ低圧ピストン９と高圧ピストン１１との間に、自由空間１９が生ぜしめられる。この自由空間１９は、両低圧もしくは高圧ピストン９，１１の運動の自由のために、かつ機械的な伝動装置３の必須エレメントの収納のために必要とされる。この機械的な伝動装置３は、例えばクランク軸伝動装置である。これに応じて、共通のピストンロッド１２も、力伝達のための手段を備えている。
【００１９】
この自由空間１９は、本発明によれば、少なくとも１つの第１のケーシング開口２０を介して機械的な伝動装置３の内室に接続されていて、さらに、少なくとも１つの第２のケーシング開口２１を介して電気モータ２の内室に接続されている。１つまたは複数の第３のケーシング開口２２は、電気モータ２の内室を周囲大気に接続している。この第３のケーシング開口２２は、モータ２内でできるだけ大きい流動領域を得るために、第２のケーシング開口２１から極めて遠く離れて位置している。電気モータ２のための高い保護等級を保証するために、第３のケーシング開口２２は、適当な手段を介して汚れおよび水危険領域の外側に位置している。
【００２０】
図２に示した２段式のピストン圧縮機の第２実施例は、基本的に、第１実施例と同じ構造を有している。第２実施例は、第１実施例とは異なって、付加的な吸込室２３を備えている。この吸込室２３は、流過方向で見て低圧室８に通じる流入部１３の上流側に配置されていて、一方では流入開口２４を介して大気への接続部を有していて、他方では接続通路２５を介して機械的な伝動装置３の内室に接続されている。したがって、吸込室２３は、第１のケーシング開口２０を介して圧縮機ケーシング４内の自由空間１９にも接続されていて、第２のケーシング開口２１を介して電気モータ２の内室にも接続されている。これに対して電気モータ２の内室は、外界に対してハーメチックに分離されている。もちろん、吸込室２３は、開放している吸込領域として形成されていてもよい。
【００２１】
電気モータ２のための、要求される高い保護等級を保証するために、吸込室２３のための流入開口２４も、適当な手段を介して汚れおよび水危険領域の外側に位置している。
【００２２】
図１および図２に示した両実施例にとって、有利な構成は、自由空間１９の方向に開放する適当な流入逆止弁２７を備えた１つまたは複数の吸込孔２６を介して、自由空間１９を大気に接続するという点にある。これにより、モータ２の冷却のために常に新鮮でかつ冷たい空気が外から供給され、加熱された空気が、モータ２における第３のケーシング開口２２を介してまたは吸込室２３の流入開口２４を介して、外へ放出される。
【００２３】
ピストン圧縮機の作用方式は一般に公知であり、ここでは基本的な点を説明するだけでよい。
【００２４】
電気モータ２の駆動軸の回転運動は、機械的な伝動装置３を用いて、振動する線運動に変換され、共通のピストンロッド１２に伝達される。これにより、同様に低圧ピストン９と高圧ピストン１１とが、互いに対向して位置している２つの折り返し点との間で運動させられ、したがって、容積が交互に変化させられる２つの圧力室を形成する。この運動経過と、流入逆止弁１４と流れ圧力制限弁１８と流出逆止弁１６との機能は、空気が断続的に大気から低圧室８内に吸い込まれ、流れ通路１７を介して高圧室１０内に圧送され、その場で圧縮され、吐出されるように働く。
【００２５】
両低圧および高圧ピストン９，１１の運動経過は、同様に、圧縮機ケーシング４の自由空間１９も交互に拡大および縮小されることを伴う。これにより、その場に存在する空気は交互に、第１のケーシング開口２０を介して機械的な伝動装置３の内室内に吐出され、第２のケーシング開口２１を介して電気モータ２の内室内に吐出され、かつそこから第３のケーシング開口２２を介して外へ吐出され、次いで、逆に再び吸い込まれる。したがって、この領域における空気は運動状態に保たれ、実際に往復するように押される。自由空間１９内の流入逆止弁２７が使用される場合、この流入逆止弁２７を介して空気が外から吸い込まれ、離れて位置している第３のケーシング開口２２を介して外へ放出される。この場合、いずれにせよ運動させられる空気が、電気モータのための冷媒として働く。
【００２６】
本発明の第２実施例の場合、圧縮機ケーシング４内の自由空間１９の拡大に際して必要とされる空気は、流入開口２４と吸込室２３と接続通路２５とを介して吸い込まれ、流入逆止弁２７が使用される場合にはこの流入逆止弁２７を介しても吸い込まれ、これによって自由空間１９が充填される。自由空間１９の縮小に際しては、図２における矢印が示すように、自由空間１９内に存在する空気が吐出され、接続通路２５を介して、まず吸込室２３内に圧送される。同じ動作において低圧室８が拡大され、空気を吸い込むので、自由空間１９から調達された空気は、すぐに再び低圧室８内に到達する。低圧室８の所要空気と自由空間１９から調達された空気との間の容積補償のためには、付加的に空気が流入開口２４を介して吸い込まれる。吸込室２３の充填動作に際して、静的な圧力特性は、吸込室２３内に流入逆止弁１４の開放動作を助成する圧力が形成されるように制御されている。流入逆止弁１４のこの動作は、動的な圧力特性によって付加的に助成され、この圧力特性は、運動させされる空気の流動力および振動力によって生ぜしめられる。これにより、低圧室８の充填動作が改善され、ひいてはピストン圧縮機１の効率が改善される。そのようにして自由空間１９と吸込室２３との間で運動させられる空気は、もちろん、電気モータ２の内室をも通流し、この場合、またもや電気モータ２のための冷媒として働く。
【図面の簡単な説明】
【図１】
電気的に駆動される２段式のピストン圧縮機の第１実施例の概略図である。
【図２】
２段式のピストン圧縮機の別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１　ピストン圧縮機、　２　電気モータ、　３　機械的な伝動装置、　４　圧縮機ケーシング、　５　内室、　６　低圧カバー、　７　高圧カバー、　８　低圧室、　９　低圧ピストン、　１０　高圧室、　１１　高圧ピストン、　１２　共通のピストンロッド、　１３　流入部、　１４　流入逆止弁、　１５　流出部、　１６　流出逆止弁、　１７　流れ通路、　１８　流れ逆止弁、　１９　自由空間、　２０　第１のケーシング開口、　２１　第２のケーシング開口、　２２　第３のケーシング開口、　２３　吸込室、　２４　流入開口、　２５　接続通路、　２６　吸込孔、　２７　流入逆止弁
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年1月25日(2003.1.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多段式のピストン圧縮機であって、当該ピストン圧縮機が、ピストン圧縮機（１）と電気モータ（２）と機械的な伝動装置（３）とから成っており、該伝動装置（３）が、電気モータ（２）の回転運動を、振動する線状の運動に変換し、ピストン圧縮機（１）に伝達するようになっており、多段式のピストン圧縮機（１）が、低圧ピストン（９）を備えた容積可変な少なくとも１つの低圧室（８）と、高圧ピストン（１１）を備えた容積可変な少なくとも１つの高圧室（１０）とを有しており、多段式のピストン圧縮機（１）の低圧室（８）と高圧室（１０）とが、流れ通路（１７）を介して接続されており、低圧ピストン（９）と高圧ピストン（１１）とが一体的に構成されており、これらの低圧ピストン（９）と高圧ピストン（１１）との間に、容積可変な自由空間（１９）が位置している形式のものにおいて、
ピストン圧縮機（１）の、容積可変な自由空間（１９）が、別個の冷却空気流のための吐出・吸入室として設計されていて、電気モータ（２）の内室を介して大気に接続されていることを特徴とする、多段式のピストン圧縮機。
【請求項２】
容積可変な自由空間（１９）が、流入逆止弁（２７）を介して、大気への接続部を有している、請求項１記載の多段式のピストン圧縮機。
【請求項３】
低圧室（８）に吸込室（２３）が前置されていて、該吸込室（２３）が、一方では低圧室（８）に接続されていて、他方では電気モータ（２）の内室と、大気とに接続されている、請求項１記載の多段式のピストン圧縮機。
【請求項４】
吸込室（２３）の流入開口（２４）、または電気モータ（２）の第３のケーシング開口（２２）が、電気モータ（２）の保護等級を保証するために汚れおよび水危険領域の外側に位置している、請求項２または３記載の多段式のピストン圧縮機。
【請求項５】
多段式のピストン圧縮機（１）のための電気モータ（２）を冷却するための方法において、ピストン圧縮機（１）の、種々異なる大きさの隣接する２つの圧力ピストンの間に位置していて容積可変な自由空間（１９）によって吸い込まれかつ吐き出される空気を、電気モータ（２）のための冷却媒体として用いることを特徴とする、多段式の圧縮機のための電気モータを冷却するための方法。
【請求項６】
ピストン圧縮機（１）によって運動させられる空気を、電気モータ（２）の内室を介して交互に大気から吸い込み、大気に導出する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
ピストン圧縮機（１）によって運動させられる空気を、別個に大気から吸い込み、電気モータ（２）の内室を介して大気に導出する、請求項５記載の方法。
【請求項８】
ピストン圧縮機（１）によって運動させられる空気を、電気モータ（２）の内室を介して、同時にピストン圧縮機（１）の低圧室（８）内に導く、請求項６または７記載の方法。
【国際調査報告】
2004514089.tif 000016
2004514089.tif 000017
2004514089.tif 000018
2004514089.tif 000019
2004514089.tif 000020
2004514089.tif 000021