DE10042545A1

DE10042545A1 - Integrierter Motor-Kompressor (integrierte Motor-Pumpe)

Info

Publication number: DE10042545A1
Application number: DE2000142545
Authority: DE
Inventors: Rafael Weisz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2002-03-14

Abstract

Elektrisch angetriebener Rotationskompressor oder -pumpe bei dem sowohl die Rotoren (1) von Motor und von Kompressor oder Pumpe sowie die Gehäuse (2, 3, 4 und 5) von Motor und von Kompressor oder Pumpe jeweils zu einem Teil bzw. Zusammenbau integriert sind. Die Verdichter- oder Pumpfunktion und die Antriebsmotorfunktion sind nicht räumlich getrennt.

Description

Stand der Technik

Elektrisch angetriebene Rotationskompressoren werden so aufgebaut, daß die Rotoren von Kompressor und Antriebsmotor sich nicht auf einem und demselben Abschnitt einer Welle befinden, sondern hintereinander oder in der Regel auf unterschiedlichen - durch Kupplung und/oder Getriebe getrennten - Wellen angebracht sind. Auch die Gehäuse von Kompressor und Motor sind räumlich getrennt, auch dann wenn möglicherweise beide - in seltenen Fällen - aus einem Werkstück bestehen.

Beschreibung

Gegenstand der Erfindung ist ein Rotationskompressor in dem Motor und Verdichterstufe zu einer Einheit integriert sind, d. h. der(ie) Verdichterrotor(en) ist(sind) gleichzeitig auch der(ie) Rotor(en) des Elektromotors und der Stator des Elektromotors ist gleichzeitig Gehäuse des Kompressors.

Verdichter und Antriebsfunktionen sind nicht räumlich getrennt, sondern erfolgen durch die selben Rotore(n) und Gehäuse(n). Verdichter- und die Antriebsfunktion sind hierbei nicht axial versetzt oder parallel angebracht sondern befinden sich auf einem und demselben Abschnitt der Welle(n) und Gehäuse(n). Alternativ kann die Antriebsfunktion einen längeren oder kürzeren Abschnitt beanspruchen als die Verdichterfunktion sowohl am Rotor, als auch am Stator/Gehäuse.

Diese Lösung ist sowohl in Verbindung mit Reluktanzmotoren als auch mit anderen Motorbauarten anwendbar, wie z. B. bei Kurzschlußläufermotoren. Für diese Integration eignen sich gut Luft und sonstigen Gasen verdichtende Schraubenkompressoren einschließlich Kompressoren für Kälteanlagen sowie andere Typen von Rotations kompressoren, und zwar sowohl trockenarbeitende als auch öleingespritzte sowie Kompressoren für Kühlanlagen u. s. w.. Die Beschreibung wird sich jedoch auf Reluktanzmotoren und Kurzschlußläufer- sowie auf Schraubenkompressoren konzentrieren. Die Vorteile dieser Integration von Antriebsmotor und Verdichterstufe sind die kompaktere platzsparende und kostengünstigere Bauweise. Auch erhebliche Gewichtsvorteile entstehen hierdurch.

Die vorgeschlagene Lösung ist auch bei einigen Typen von Flüßigkeitspumpen anwendbar, z. B. bei Zahnradpumpen. Hierfür würden sich auch - aber nicht ausschließlich - Schritt motoren mit permanentmagnetisierten als Zahnräder ausgebildeten Rotoren eignen. Sie können der Einfachheit halber mit Netzfrequenz 50 bzw. 60 Hz und konstante Drehzahl betrieben werden oder auch mit gesteuerter bzw. geregelter Drehzahl. Auch bei einigen Typen von Kompressoren wäre diese Alternative (mit Anpassungen) anwendbar.

In Fig. 1 ist als Ausführungsbeispiel ein Schraubenkompressor mit integriertem Reluktanz motor dargestellt. Es kann sich hierbei alternativ auch um einen geschalteten Reluktanzmotor handeln. Der Rotor 1 besteht aus weichmagnetischen Werkstoffen. Die Spulen 2 werden nacheinander bestromt, die dadurch magnetisierte Spulenkerne 3 ziehen damit die Rotorzähne an. Sinnvoll ist es im allgemeinen auch den Stator bzw. Rotorgehäuse 4 aus Weicheisen zu bauen um den magnetischen Fluß zwischen den in unterschiedlichen Richtungen bestromten Spulen besser zu leiten. Die Kunststoffteile 5 geben dem Gehäuse bzw. Stator die für die Kompressorfunktion notwendige Form ohne den magnetischen Fluß wesentlich zu beeinflußen. Sie können auch z. B. durch Vergußmasse ersetzt werden. Der Aufbau des Stators kann variiert werden. Auch ein Aufbau wie bei Kurzschlußläufermotoren üblich, ohne abgesetzten Spulenkerne wäre möglich. Die Drahtnuten könnten in diesem Fall vergossen werden damit Undichtheiten zwischen den Rotorzähnen und das innere des Statorfläche- bis auf den notwendigen kleinen Spalt vermieden werden.

In Fig. 1 beträgt der Winkel zwischen den Spulen die Hälfte des Winkels zwischen den entsprechenden Rotorzähnen. Möglich wäre z. B. auch ein Winkel zwischen den Spulen von 2/3 des Winkels zwischen den entsprechenden Rotorzähnen. Bei einem Spulenwinkel gleich die Hälfte des Zahnwinkels kann es sinnvoll sein, den Spalt zwischen Spulenkern in Drehrichtung unsymetrisch zu gestalten, damit die Drehrichtung eindeutig bestimmt sind. Die Rotorzähnen werden in diesem Fall wie in Fig. 1 dargestellt, versetzt von der Mitte stehen bleiben - selbst bei stationären Bestromung - und werden sich dann unter Einfluß des Drehfeldes in die gewünschte vorgegebenen Drehrichtung bewegen.

Die Drehzahlregelung bzw. -steuerung wird hier nicht beschrieben. Sie kann erfolgen wie bei geschalteten Reluktanzmotoren allgemein üblich.

In Fig. 2 und 3 ist ein Kompressor mit integriertem Kurzschlußläufern dargestellt. Die Rotoren bestehen jeweils aus einem Blechpaket 1 wie bei Kurzschlußläufermotoren üblich und einem Käfig 2 aus elektrisch gut leitendem Werkstoff (meist Alumium oder Kupfer) in dem vom rotierendem Magnetfeld Spannungen und damit Strom induziert wird. Es bedarf hier keine nähere Beschreibung da die Funktionsweise sich prinzipiell nicht von der üblicher Kurzschlußläufermotoren unterscheidet. Abweichend von den gängigen Elektromotoren gibt es wie in den in Fig. 2 und 3 dargestellten Motor-Kompressoren zwei Rotoren und der Stator hat die Form einer 8. Die magnetische Drehfelder wirken deshalb in diesem Beispiel auf die Rotoren nicht über die gesamten 360° sondern über etwa 300°. Diese Motoren können ohne mit Netzfrequenz oder mit Drehzalregelung über einen Frequenzumformer betrieben werden.

Wenn keine sehr große Leistungsdichte des Elektromotors benötigt wird, kann es reichen nur einen Rotor elektrisch anzutreiben. Bei höheren Verdichtungsdrücken werden beide Rotoren angetrieben, damit mehr Antriebsleistung zur Verfügung steht und die Zahnlücken weniger tief gestaltet, damit mit kleinerer Fördermenge je Umdrehung, weniger Verdichtungsleistung benötigt wird.

Viele der hier beschriebenen Eigenschaften der "Motor-Kompressoren" finden sich auch in herkömmlichen nicht integrierten Elektromotoren. Sie werden nur angesprochen um die Integration Motor-Kompressor zu erläutern.

Bei der Optimierung von Kompressor- und Motorfunktion müssen viele Faktoren berückschsichtigt werden, die sowohl die Kompressor- als auch die Motorfunktion beinflußen wie z. B. Form und Position des Ansaugkanals, Rotorenprofile, Verdrillungswinkel der Rotoren, Spalt zwischen Rotor und Gehäuse. Als Beispiel sei angeführt, daß für die Angleichung von Motor- und Kompressorleistung die Liefermenge des Kompressors durch die Festlegung von der Lückentiefe und/oder des Zeitpunktes des Schließen des Kompressorverdichtungsraumes beeinflußt werden kann. Auch die Motorleistung kann bei gleichbleibender Rotorgeometrie durch konstruktive Maßnahmen bestimmt werden. Analoges gilt auch für elektrisch angetriebenen Pumpen mit integrierten Pump- und Antriebsfunktionen.

Claims

1. Elektrisch angetriebener Rotationskompressor oder Rotationspumpe dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor und der Kompressor (bzw. die Kompressorstufe) oder Pumpe integriert sind wobei Motor und Kompressor (bzw. Kompressorstufe) oder Pumpe einen oder mehr gemeinsame(n) elektrisch angetriebene(n) Rotor(en) und Gehäuse(n) haben wobei die Verdichter- oder Pump- und die Antriebsfunktionen ganz oder teilweise auf einem und demselben Abschnitt(e) der Rotorwelle(n) und Gehäuse(s) entfalltet werden.

2. Elektrisch angetriebener Rotationskompressor oder -pumpe, nach Anspruch 1 jedoch dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen Längen von Motor und von Kompressor (bzw. Kompressorstufe) oder Pumpe unterschiedlich sind, d. h. daß sich die Antriebsfunktion über eine größere Länge als die Verdichter- oder Pumpfuktionfunktion entfaltet wird oder umgekehrt.

3. Integrierter Motor-Rotationskompressor oder Motor-Rotationspumpe gemäß Anspruch 1. oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Rotor von zwei oder mehr elektrisch angetrieben wird.

4. Integrierter Motor-Kompressor oder Motor-Pumpe gemäß Anspruch 1 2 und 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Betrieb mit konstanter Drehzahl erfolgt.

5. Integrierter Motor-Kompressor oder Motor-Pumpe gemäß Anspruch 1 2 und 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Betrieb mit veränderbaren Drehzahl erfolgt, wofür sich verschiedene Elektromotorentypen eignen, wie z. B. geschaltete Reluktanzmotoren, Kurzschlußläufer, Gleichstrommotoren, u. a.