DE10063603A1 - Gekapselter Elektrokompressor mit Kühl-bzw. Kältemittelkanal - Google Patents

Gekapselter Elektrokompressor mit Kühl-bzw. Kältemittelkanal

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Abstract

Ein Kühl- bzw. Kältemittelkanal (109b, 109c) innerhalb einer Hauptwelle (109) weist einen axialen Kühl- bzw. Kältemittelkanal (109b), der sich parallel zu der Hauptwelle (109) von der Stirnfläche derselben aus erstreckt, und einen radialen Kühl- bzw. Kältemittelkanal (109c) auf, der mit dem axialen Kühl- bzw. Kältemittelkanal (109b) in Verbindung steht und sich radial nach außen erstreckt. Der radiale Kühl- bzw. Kältemittelkanal (109c) ist zwischen der Stirnfläche der Hauptwelle (109) und einem Motorrotor (105) angeordnet. Auf diese Weise wird, wenn in die Hauptwelle (109) umläuft, angesaugtes Kühl- bzw. Kältemittel gleichmäßig in Richtung zu einer gesamten Wicklung (103) hin gesprüht. Weiter strömt das Kühl- bzw. Kältemittel in Richtung zu einer Kompressionseinrichtung (Cp) durch den Elektromotor (Mo) hindurch, wodurch der Elektromotor (Mo) wirksam gekühlt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen gekapselten Elektrokompressor mit einem Elektromotor und mit einer Kompressionseinrichtung innerhalb eines Kompressorgehäuses, der zur Verwendung in einem Kühlzyklus eines Fahr­ zeug-Klimatisierungssystems geeignet ist.
In JP-B2-5-32 596 ist ein elektrischer Spiralkompressor offenbart, der für einen Kühlzyklus verwendet wird. In diesem elektrischen Spiralkompressor stützt ein Gehäuse eine Hauptquelle drehbar ab, und ist die Hauptquelle mit einem Motorrotor und mit einer Kompressionseinrichtung verbunden. Ein erster Kühl- bzw. Kältemittelkanal ist innerhalb der Hauptwelle vorgesehen und erstreckt sich parallel zu der Achse der Hauptwelle. Weiter ist ein zweiter Kühl- bzw. Kälte­ mittelkanal innerhalb der Hauptwelle vorgesehen. Der zweite Kühl- bzw. Kältemittelkanal steht mit dem ersten Kühl- bzw. Kältemittelkanal in Verbindung und erstreckt sich radial. Ein Kühl- bzw. Kältemittel strömt durch den ersten und durch den zweiten Kühl- bzw. Kältemittelkanal hindurchund in das vordere ein Gehäuse.
Bei dem herkömmlichen elektrischen Spiralkompressor wird das Kühl- bzw. Kältemittel von den zweiten Kühl-Kältemittelkanal an der Stelle zwischen dem Motorrotor und der Kompressionseinrichtung abgegeben. Auf diese Weise kühlt das Kühl- bzw. Kältemittel den Motor nicht ausreichend.
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Elektromotor unter Verwendung eines angesaugten Kühl- bzw. Kältemittels wirksam zu kühlen.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kühl- bzw. Kältemittelkanal an einer optimalen Stelle anzuordnen, um den Wirkungsgrad der Arbeit des Kompressors zu verbessern.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Kühl- bzw. Kältemittelkanal innerhalb einer Rotorwelle einen ersten Kühl- bzw. Kälte­ mittelkanal, der sich parallel zu der Rotorwelle von einer Stirnfläche derselben aus erstreckt, und einen zweiten Kühl- bzw. Kältemittelkanal auf, der mit dem ersten Kühl- bzw. Kältemittelkanal in Verbindung steht und sich radial nach außen erstreckt. Der zweite Kühl- bzw. Kältemittelkanal ist zwischen der Stirn­ fläche der Rotorwelle und einem Motorrotor angeordnet.
Auf diese Weise wird, wenn die Rotorwelle umläuft, angesaugtes Kühl- bzw. Kältemittel gleichmäßig in Richtung zu einem Stator versprüht. Weiter strömt das Kühl- bzw. Kältemittel in Richtung zu einer Kompressionseinrichtung durch den Elektromotor hindurch, wodurch der Elektromotor wirksam gekühlt wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung besitzt eine Lager­ abstützung mindestens zwei Kühl- bzw. Kältemittelkanäle zum Führen des Kühl- bzw. Kältemittels zu der Kompressionseinrichtung hin. Mindestens einer der Kühl- bzw. Kältemittelkanäle ist nahe bei einem Einlassanschluss der Kom­ pressionseinrichtung angeordnet.
Auf diese Weise ist der Ansaugdruck-Verlust herabgesetzt, wodurch der Wir­ kungsgrad des Kompressors verbessert ist.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind leicht und deutlich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung bevorzugten Ausführungs­ form derselben bei gemeinsamer Betrachtung mit dem beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in denen zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht mit der Darstellung eines Elektrokompressors und
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine axiale Schnittansicht des Elektrokompressors 100. Dieser Kompressor 100 ist ein gekapselter Kompressor, der eine Spiral-Kompres­ sionseinrichtung Cp und einen Elektromotor Mo (bei dieser Ausführungsform einen bürstenlosen Gleichstrommotor) innerhalb eines aus Aluminium beste­ henden Kompressorgehäuses aufweist. Das Kompressorgehäuse weist ein vorderes Gehäuseteil (Motorgehäuse) 101, ein mittleres Gehäuseteil 107, ein feststehendes Spiralelement 111 der Kompressionseinrichtung Cp und ein hinteres Gehäuseteil 133 auf. Die Spiral-Kompressionseinrichtung Cp saugt das Kühl- bzw. Kältemittel an und komprimiert es, und der Elektromotor Mo treibt die Kompressionseinrichtung Cp an.
Der Elektromotor Mo besitzt einen Statorkern 102 und eine Spule 103, die einen Motorstator 104 bilden. Der Statorkern 102 ist an dem vorderen Gehäuseteil 101 befestigt und aus einem magnetischen Material, beispielsweise aus Si-Stahl hergestellt. Die Spule 103 ist um den Statorkern 102 herum gewickelt.
Der Elektromotor Mo weist ferner einen Motorrotor 105 auf. Der Motorrotor 105 dreht sich innenseitig des Motorstators 104 und weist eine Vielzahl von Per­ manentmagneten (nicht dargestellt) und einen Rotorkern (nicht dargestellt) auf. Der Motorrotor 105 ist an einer Hauptwelle 109 befestigt. Das vordere Gehäu­ seteil 101 und das mittlere Gehäuseteil 107 stützen die Welle 109 über ein Lager 108 drehbar ab. Anschlüsse 110 führen elektrische Energie in den Motorstator 104. Ein Isolationskunststoff 106 deckt die Anschlüsse 110 ab, um die Anschlüsse 110 wasserdicht elektrisch zu isolieren. Die Anschlüsse 110 sind mit einem Motor-Antriebskreis (nicht dargestellt) verbunden.
Die Hauptwelle 109 weist einen axialen Kühl- bzw. Kältemittelkanal 109b, der sich von dem vorderen Ende der Welle 109 aus horizontal erstreckt, und einen radialen Kühl- bzw. Kältemittelkanal 109c auf, der mit dem axialen Kühl- bzw. Kältemittelkanal 109b in Verbindung steht und sich radial erstreckt. Das Kühl- bzw. Kältemittel wird über einen Ansauganschluss 151 angesaugt und in das vordere Gehäuseteil 101 durch die Kühl- bzw. Kältemittelkanäle 109b, 109c hindurch eingeführt.
Das feststehende Spiralelement 111 ist an dem mittleren Gehäuseteil 107 und an dem vorderen Gehäuseteil 101 mit Hilfe von Schrauben (nicht dargestellt) befestigt. Das feststehende Spiralelement 111 und das mittlere Gehäuseteil 107 bilden miteinander einen Kompressionseinrichtungs-Raum. Das feststehende Spiralelement 111 weist eine Spiralverzahnung 112 auf, die sich nach vom erstreckt und eine Kompressionskammer V bildet.
Die Kompressionseinrichtung Cp weist ein bewegbares Spiralelement 114 auf, das zwischen dem mittleren Gehäuseteil 107 und dem feststehenden Spiral­ element 111 vorgesehen ist. Das bewegbare Spiralelement 114 weist auch eine Spiralverzahnung 113 auf, die sich nach hinten erstreckt und die Spiral­ verzahnung 112 zur Bildung der Kompressionskammer V berührt. Wenn das bewegbare Spiralelement 114 in Hinblick auf das feststehende Spiralelement 111 eine orbitale Umlaufbewegung durchführt, strömt das in das vordere Gehäuseteil 101 eingeführte Kühl- bzw. Kältemittel in die Kompressionskammer V über einen Kühl- bzw. Kältemittelkanal 107a innerhalb des mittleren Gehäu­ seteils 107 ein. Das Volumen der Kompressionskammer V dehnt sich zum Einsaugen des Kühl- bzw. Kältemittels aus und zieht sich zum Komprimieren desselben zusammen.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist der Kühl- bzw. Kältemittelkanal 107a in der Nähe von Ansauganschlüssen Va der Kompressionskammer 107 angeordnet. Der Spiralkompressor bei der vorliegenden Ausführungsform besitzt zwei Ansaug­ anschlüsse Va, sodass zwei Kühl- bzw. Kältemittelkanäle 107a vorgesehen sind.
Das bewegbare Spiralelement 114 besitzt an seinem Zentrum einen Ansatz­ bereich 114a. Der Einsatzbereich 114a ist mit einem Kurbelbereich 109a, der an dem rückwärtigen Ende der Hauptwelle 109 gebildet ist, über ein Nadellager 115 verbunden.
Der Kurbelbereich 109a ist in Hinblick auf das Drehzentrum der Hauptwelle 109 exzentrisch angeordnet. Auf diese Weise bewegt sich, wenn die Hauptwelle 109 umläuft, das bewegbare Spiralelement 114 in orbitaler Weise gegenüber der Hauptwelle 109.
Zwischen dem Kurbelbereich 109a und dem Nadellager 115 ist eine Buchse 116 vorgesehen. Die Buchse 116 bildet eine nachfolgende Kurbeleinrichtung, die das bewegbare Spiralelement 114 mit dem Kurbelbereich 109a in daran verschieb­ bar Weise verbindet und die den Berührungsflächen-Druck zwischen den beiden Verzahnungen 112 und 113 vergrößert. Die Buchse 116 macht es möglich, dass sich das bewegbare Spiralelement 114 gegenüber dem Kurbelbereich 109a durch eine Kompressionsreaktionskraft, die an dem bewegbare Spiralelement 114 wirkt, in der orbitalen Richtung verschiebt.
Ein Schublager 120 ist um den Ansatzbereich 114a herum vorgesehen. Das Schublager 120 stützt das bewegbare Spiralelement 114 ab und nimmt eine Schubkraft auf, die eine axiale Komponente der Druckreaktionskraft ist, die an dem bewegbaren Spiralelement 114 wirkt.
Das Schublager 120 weist eine erste Rolle 121, eine Schubplatte 122 und eine zweite Rolle 123 auf. Die erste Rolle 121 ist zylindrisch ausgebildet und zu einer Rollbewegung in einer Richtung abgestützt. Die Schubplatte 122 ist zwischen der ersten und der zweiten Rolle 121 und 123 vorgesehen. Die zweite Rolle 123 ist zu einer Rollbewegung meiner Richtung rechtwinklig zu der Rollbewegung der ersten Rolle 121 abgestützt.
Das Schublager 120 macht es möglich, dass sich das bewegbare Spiralelement 114 parallel zu dem mittleren Gehäuseteil 107 und dem feststehenden Spiral­ element 111 verschiebt.
Ein Dreh-Sperrstift 132 ist in dem feststehenden Spiralelement 111 vorgesehen. Wenn das bewegbare Spiralelement 114 in orbitaler Weise umläuft, verhindert der Dreh-Sperrstift 132, dass das bewegbare Spiralelement 114 gegenüber dem Kurbelbereich 109a umläuft. Das bewegbare Spiralelement 114 weist einen Ringbereich 114b auf, der an seiner radialen Außenfläche ausgebildet ist, und der Dreh-Sperrstift 132 berührt gleitend die Innenwand des Ringbereichs 114b. Auf diese Weise läuft, wenn die Hauptwelle 109 umläuft, das bewegbare Spiralelement 111 in orbitaler Weise gegenüber der Drehachse der Hauptwelle 109 um, ohne um den Kurbelbereich 109a herum umzulaufen.
Zwischen dem feststehenden Spiralelement 111 und dem hinteren Gehäuseteil 133 ist eine Abgabekammer 134 gebildet. Die Druckschwankung des von der Kompressionskammer V abgegebenen Kühl- bzw. Kältemittels wird in der Abgabekammer 134 stabilisiert. Das hintere Gehäuseteil 111 ist an dem fest­ stehenden Spiralelement 111 mittels einer Schraube 140 befestigt.
An dem Zentrum des feststehenden Spiralelements 111 ist ein Abgabeanschluss 135 ausgebildet. Die Kompressionskammer V steht mit der Abgabekammer 132 über den Abgabeanschluss 135 in Verbindung. Ein Spindelventil (nicht darge­ stellt) und ein Anschlag sind an der Rückseite des Abgabeanschlusses 135 vorgesehen. Das Abgabeventil verhindert, dass das Kühl- bzw. Kältemittel von der Abgabekammer 134 aus zu der Kompressionskammer V hin zurück strömt. Der Anschlag beschränkt die maximale Öffnung des Abgabeventils.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise des oben beschriebenen Elektrokompressors erläutert.
Das durch den Ansauganschluss 151 hindurch angesaugte Kühl- bzw. Kälte­ mittel wird in das vordere Gehäuseteil 101 durch den axialen Kanal 109b und durch den radialen Kanal 109c hindurch eingeführt. Wenn die Hauptwelle 109 umläuft, wird das Kühl- bzw. Kältemittel gleichmäßig in Richtung zu der gesamten Wicklung 103 gesprüht. Weil der radiale Kühl- bzw. Kältemittelkanal 109c an der bezogen auf das Kühl- bzw. Kältemittel stromaufwärtigen Seite (vorderen Seite) des Elektromotors Mo angeordnet ist, strömt weiter das Kühl- bzw. Kältemittel in Richtung zu dem Kühl bzw. Kältemittelkanal 107a durch den Elektromotor Mo hindurch, wodurch der Elektromotor wirksam gekühlt wird. Als eine Folge ist der Wirkungsgrad der Arbeit des Elektromotors verbessert, wodurch der gesamte Wirkungsgrad der Arbeit des Kompressors verbessert ist. Weil der Kühl- bzw. Kältemittelkanal 107a innerhalb des mittleren Gehäuseteils 107 nahe bei dem Einlassanschluss Va der Kammer V angeordnet ist, ist der Ansaugdruck-Verlust herabgesetzt, wodurch der Wirkungsgrad der Arbeit des Kompressors verbessert ist.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform findet der Elektrokompressor der vorliegenden Erfindung Anwendung bei einem Elektrokompressor gemäß Darstellung in Fig. 1. Alternativ kann der Elektrokompressor Anwendung bei einem vertikalen Elektrokompressor finden.
Der oben beschriebene Elektrokompressor kann bei einem überkritischen Kühlzyklus Anwendung finden, für den Kohlenstoffdioxid als Kühl- bzw. Kältemittel verwendet wird, und kann bei einem überkritischen Kühlzyklus Anwendung finden, für den Ethylen, Ethan, Stickstoffoxid und dergleichen als Kühl- bzw. Kältemittel verwendet werden. Weiter kann der Elektrokompressor bei einem Kühlzyklus Anwendung finden, bei dem Fron (HFC134a) als Kühl- bzw. Kältemittel verwendet wird.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wird eine aussticht und wegen bestehende Dreh-Sperreinrichtung, die den Dreh-Sperrstift 132 und den Ringbereich 114b aufweist, verwendet. Alternativ kann eine andere Dreh- Sperreinrichtung verwendet werden.

Claims (2)

1. Elektrokompressor (100) zum Komprimieren eines Fluids, umfassend:
ein Gehäuse (101, 107, 111, 133) zur Ausbildung eines äußeren Gehäuses;
eine Kompressionseinrichtung (Cp), die in dem Gehäuse (101, 107, 111, 133) vorgesehen ist, zum Ansaugen und Komprimieren des Fluids;
einen Elektromotor (Mo), der die Kompressionseinrichtung (Cp) antreibt, wobei der Elektromotor (Mo) einen Stator (104), einen Rotor (105), der innenseitig des Stators (104) umläuft, und eine Rotorwelle (109) aufweist, wobei die Rotorwelle (109) eine Stirnfläche aufweist;
eine Motorkammer, die in dem Gehäuse (101, 107, 111, 133) vorgesehen ist, in der der Elektromotor (Mo) eingebaut ist; und
einen Ansauganschluss (151), der das Kühl- bzw. Kältemittel in das Ge­ häuse (101, 107, 111, 133) eingeführt, wobei der Ansauganschluss (151) der Stirnfläche der Rotorwelle (109) zugewandt ist; und
einen Kühl- bzw. Kältemittelkanal (109b, 109c), der in der Rotorwelle (109) vorgesehen ist, zum Führen des durch den Ansauganschluss (151) hindurch angesaugten Kühl- bzw. Kältemittels zu der Kompressionseinrichtung (Cp) hin,
wobei der Kühl- bzw. Kältemittelkanal (109b, 109c) einen ersten Kühl- bzw. Kältemittelkanal (109b), der sich parallel zu der Rotorwelle (109) von der Stirnfläche der Rotorwelle (109) aus erstreckt, und einen zweiten Kühl- bzw. Kältemittelkanal (109c) aufweist, der mit dem ersten Kühl- bzw. Kältemittelkanal (109b) in Verbindung steht und sich radial nach außen hin erstreckt, wobei der zweite Kühl- bzw. Kältemittelkanal (109b) zwischen der Stirnfläche der Rotorwelle (109) und dem Rotor (105) angeordnet ist.
2. Elektrokompressor (100) nach Anspruch 1, weiter umfassend:
ein Lager (108), das zwischen der Motorkammer und der Kompressions­ einrichtung (Cp) vorgesehen ist, zum Abstützen der Rotorwelle (109);
eine Lagerabstützung (107), die zwischen der Motorkammer und der Kom­ pressionseinrichtung (Cp) vorgesehen ist, zum Abstützen des Lagers (108),
wobei die Lagerabstützung (107) mindestens zwei Kühl- bzw. Kältemittelkanäle (107a) zum Führen des Kühl- bzw. Kältemittels zu der Kompressionseinrichtung (Cp) hin aufweist;
mindestens einer der Kühl- bzw. Kältemittelkanäle (107a) nahe bei einem Einlassanschluss (Va) der Kompressionseinrichtung (Cp) angeordnet ist.
DE10063603A 1999-12-21 2000-12-20 Gekapselter Elektrokompressor mit Kühl-bzw. Kältemittelkanal Withdrawn DE10063603A1 (de)

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