DE102004027000A1 - Fluidmaschine - Google Patents

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DE102004027000A1
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electric motor
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Shigeki Nishio Iwanami
Kazuhide Nishio Uchida
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Denso Corp
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Denso Corp
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    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/06Control using electricity
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00Components
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fluidmaschine, insbesondere einen Hybridkompressor für ein Motorfahrzeug, und ihre Aufgabe ist es, Vibrationen und Geräusche desselben herabzusetzen. DOLLAR A Unter einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Fluidmaschine eine Pumpeneinrichtung (einen Kompressor) zum Komprimieren eines Fluids durch Aufnahme einer Antriebskraft von einer äußeren Antriebsquelle (einem Motor) und/oder einem Elektromotor, wobei dann, wenn die Pumpeneinrichtung durch die äußere Antriebsquelle (den Motor) angetrieben wird, ein Moment in einer entgegengesetzten Phase zu einer Komponente der an der Pumpeneinrichtung erzeugten Momentenveränderung durch den Elektromotor an die Pumpeneinrichtung zur Einwirkung gebracht wird. Und hierdurch kann die Komponente der Momentenveränderung an der Pumpeneinrichtung durch das Moment in der entgegengesetzten Phase, das am Elektromotor erzeugt wird, ausgeglichen werden, um die Vibration und die Geräusche an der Pumpeneinrichtung und/oder den zusätzlichen Geräten, beispielsweise einer Wechselstromlichtmaschine, die am Motor angebracht sind, zu reduzieren.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidmaschine mit einer Pumpeneinrichtung (einem Kompressor) zum Komprimieren eines Arbeitsfluids (Kühl- bzw. Kältemittels), die durch mindestens eine äußere Antriebsquelle oder einen Elektromotor angetrieben ist, insbesondere eine Fluidmaschine, die bei einem Hybridfahrzeug zu verwenden ist, das durch die Kombination der Antriebskräfte eines Elektromotors und eines Verbrennungsmotors fährt.
  • Bei einer herkömmlichen stationären Klimaanlage, beispielsweise einer Klimaanlage zur häuslichen Verwendung, wird der Kompressor durch einen Elektromotor angetrieben. Der Elektromotor wird in mindestens zwei unterschiedlichen Regelungsmodi betrieben, deren einer der Betriebsregelungsmodus ist, wenn die Drehzahl des Elektromotors niedrig ist, und deren anderer der Betriebsregelungsmodus ist, wenn die Drehzahl des Elektromotors hoch ist, sodass die Vibration des Kompressors bei dessen Betrieb mit niedriger Drehzahl herabgesetzt ist.
  • Das bereits auf dem Markt befindliche Hybridfahrzeug weist einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotor für den Fahrbetrieb des Fahrzeugs auf, wobei das Fahrzeug durch die Antriebskraft des Elektromotors allein, durch die Antriebskraft des Motors allein oder durch eine Kombination dieser Antriebskräfte fährt. Der Kompressor einer Klimaanlage für das Hybridfahrzeug wird entsprechend durch die Antriebskraft des Motors angetrieben oder durch einen Elektromotor angetrieben, der ausschließlich zum Antrieb des Kompressors vorgesehen ist.
  • Da der Kompressor das Arbeitsfluid (Kühlmittel) ansaugt und komprimiert, verändert sich das Gegenmoment am Kompressor so, dass das Gegenmoment bei einem Ansaughub kleiner ist als dasjenige bei einem Kompressionshub.
  • Wenn der Kompressor durch die Antriebskraft des Motors über ein Kraftübertragungsmittel, beispielsweise Keilriemen, angetrieben wird, wird die Veränderung des am Kompressor erzeugten Gegenmoments über die Keilriemen an den Motor übertragen. Als Folge können zusätzliche Geräte, die am Motor angebracht sind, beispielsweise eine Wechselstromlichtmaschine, in Resonanz versetzt werden, sodass eine größere Vibration und ein Geräusch, d.h. Resonanz der zusätzlichen Geräte, erzeugt werden.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in Hinblick auf die oben angegebenen Probleme eine neue Fluidmaschine zu schaffen, die in der Lage ist, deren Vibration und Geräusche zu unterdrücken.
  • Unter einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Fluidmaschine eine Pumpeneinrichtung (einen Kompressor) zum Komprimieren eines Arbeitsfluids durch Aufnahme der Antriebskraft von mindestens einer äußeren Antriebsquelle (einem Motor) oder einem Elektromotor, wobei dann, wenn die Pumpeneinrichtung durch die äußere Antriebskraftquelle (den Motor) angetrieben wird, ein Moment in einer entgegengesetzten Phase zu einer Komponente der an der Pumpeneinrichtung erzeugten Momentenveränderung durch den Elektromotor an die Pumpeneinrichtung zur Einwirkung gebracht wird. Und hierdurch kann die Komponente der Momentenveränderung an der Pumpeneinrichtung durch das Moment in der. entgegengesetzten Phase, das am Elektromotor erzeugt wird, ausgeglichen werden, um die Vibration und die Geräusche an der Pumpeneinrichtung und/oder den zusätzlichen Geräten, beispielsweise einer Wechselstromlichtmaschine, die am Motor angebracht sind, zu reduzieren.
  • Unter einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind der Elektromotor, die Pumpeneinrichtung (der Kompressor) und eine Energieübertragungseinrichtung zur Übertragung der Antriebskraft von der äußeren Antriebsquelle (dem Motor) an die Pumpeneinrichtung als eine einzige Einheit einstückig zusammengebaut.
  • Unter einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, wenn die Pumpeneinrichtung (der Kompressor) durch die äußere Antriebsquelle (den Motor) angetrieben wird und wenn die Frequenz der Vibration der Pumpeneinrichtung einen vorbestimmten Frequenzbereich (den Resonanzfrequenzbereich) erreicht, die Zuführung elektrischer Energie zu einer elektromagnetischen Kupplung (der Kraftübertragungseinrichtung) abgeschaltet, und wird der Betrieb der Pumpeneinrichtung durch die Antriebskraft des Elektromotors fortgesetzt.
  • Als Folge ist verhindert, dass die Vibration der Pumpeneinrichtung an die äußere Antriebsquelle übertragen wird, und kann hierdurch eine Resonanz der zusätzlichen Geräte verhindert werden.
  • Unter einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, wenn die Pumpeneinrichtung (der Kompressor) durch die äußere Antriebsquelle (den Motor) angetrieben wird und wenn die Drehzahl der Pumpeneinrichtung einen vorbestimmten Drehzahlbereich (den Resonanzdrehzahlbereich) erreicht, die Zuführung der elektrischen Energie zu der elektromagnetischen Kupplung (der Kraftübertragungseinrichtung) abgeschaltet, und wird der Betrieb der Pumpeneinrichtung durch die Antriebskraft des Elektromotors fortgesetzt.
  • Als Folge kann die gleiche Wirkung erreicht werden, ist nämlich verhindert, dass die Vibration der Pumpeneinrichtung an die äußere Antriebsquelle übertragen wird, und kann hierdurch eine Resonanz der zusätzlichen Geräte verhindert werden.
  • Unter einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind der Elektromotor, die Kraftübertragungseinrichtung (elektromagnetische Kupplung) und die Pumpeneinrichtung (der Kompressor) über eine einzige Drehwelle arbeitstechnisch miteinander verbunden.
  • Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher aus der nachfolgenden Detailbeschreibung, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine schematische Übersicht mit der Darstellung eines Regelungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung für zusätzliche Geräte eines Fahrzeugs;
  • 2 einen Schnitt durch einen elektrisch angetriebenen Kompressor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ein Diagramm mit der Darstellung der Beziehung zwischen einem Moment und dem Drehwinkel einer Welle;
  • 4 ein Diagramm mit der Darstellung der Beziehung zwischen den Vibrationen bei maximaler Verdrängung für eine Wechselstromlichtmaschine und der Drehzahl einer Welle;
  • 5 einen Schnitt durch einen elektrisch angetriebenen Kompressor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 6 ein Diagramm mit der Darstellung des Betriebs einer Kraftübertragungseinrichtung für die zweite Ausführungsform; und
  • 7 ein Diagramm mit der Darstellung der Beziehung zwischen einem Moment und dem Drehwinkel einer Welle.
  • (Erste Ausführungsform)
  • Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben, wobei 1 eine schematische Übersicht mit der Darstellung eines Regelungssystems für zusätzliche Geräte eines Fahrzeugs zeigt und 2 einen Schnitt durch einen elektrisch angetriebenen Kompressor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Verbrennungsmotor (eine äußere Antriebsquelle), die eine Antriebskraft für den Fahrbetrieb eines Fahrzeugs erzeugt, bezeichnet das Bezugszeichen 2 eine Wechselstromlichtmaschine (ein zusätzliches Gerät für einen Motor), die durch die Antriebskraft des Motors zur Erzeugung von elektrischem Strom, mit dem eine Batterie 8 geladen wird, angetrieben wird.
  • In der Wechselstromlichtmaschine 2 wird, wie hinlänglich bekannt ist, ein Feldstrom, der einem Rotor zuzuführen ist, mittels eines Spannungsreglers 7 zur Regelung der Stärke eines umlaufenden Magnetfelds und dadurch zur Regelung des zu erzeugenden elektrischen Stroms geregelt.
  • Das Bezugszeichen 11 bezeichnet einen Kompressor, der durch die Antriebskraft des Motors 1 und/oder die Antriebskraft einer umlaufenden elektrischen Maschine (eines Elektromotors) 12 angetrieben wird, wobei der Kompressor 11 ein Arbeitsfluid (Kühlfluid eines Kühlzyklus) ansaugt und komprimiert. Bei der in 2 dargestellten vorliegenden Ausführungsform bezeichnet das Bezugszeichen 10 einen Hybridkompressor (eine Fluidmaschine), der eine all-in-one-Einheit ist, die den Kompressor 11 und den Elektromotor 12 umfasst, der einstückig und arbeitstechnisch mit dem Kompressor 11 verbunden ist.
  • Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Kondensator, der ein Wärmetauscher zur Abstrahlung von Wärme aus dem Hochdruck-Hochtemperatur-Kühlmittel ist, das vom Kompressor 11 aus herausgepumpt wird. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Druckreduzierungseinrichtung (im Allgemeinen als Expansionsventil bezeichnet) zur Reduzierung des Drucks des durch den Kondensator 3 herunter gekühlten Kühlmittels. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Ver dampfer zum Verdampfen des Kühlmittels, um einen Kühlvorgang durchzuführen. Bei dieser Ausführungsform kühlt der Kondensator 3 das Kühlmittel im Wege des Wärmeaustauschs mit Umgebungsluft ab, während der Verdampfer 5 das Kühlmittel im Wege des Wärmeaustauschs mit in den Fahrgastraum des Fahrzeugs einzublasender Luft erwärmt.
  • Das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Motorregelungseinheit zur Regelung des Betriebs des Elektromotors 12, und ein Signal der Motordrehzahl wird in die Motorregelungseinheit 6 von einem Drehzahlsensor 6a aus eingegeben.
  • Wenn der Kompressor 11 durch den Elektromotor 12 angetrieben wird, wird dessen Drehzahl durch die Motorregelungseinheit 6 durch Regelung der Spannung geregelt, die am Elektromotor anzulegen ist. Und dann, wenn der Elektromotor 12 als elektrischer Stromerzeuger betrieben wird, wird die Stromerzeugung durch den Spannungsregler 7 geregelt.
  • Der Hybridkompressor 10 wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
  • Der Hybridkompressor 10 umfasst einen Spiralkompressor 11 zum Ansaugen und Komprimieren des Kühlmittels, die elektrische umlaufende Maschine 12 (bei dieser Ausführungsform einen bürstenlosen Gleichstrommotor) zum Antrieb des Kompressors 11 und eine Kraftübertragungseinrichtung 13, beispielsweise eine elektromagnetische Kupplung, zur selektiven Übertragung der Antriebskraft vom Motor 1 an den Kompressor 11, wobei der Kompressor 11, der Elektromotor 12 und die elektromagnetische Kupplung 13 einstückig und arbeitstechnisch miteinander verbunden sind.
  • Wie oben erläutert ist, ist die elektrische umlaufende Maschine (der Elektromotor) 12 der bürstenlose Gleichstrommotor bei dieser Ausführungsform, wobei ein Statorkern 12a aus einem magnetischen Material, beispielsweise Silizium-Stahlplatten hergestellt und an einem Motorgehäuse 12b im Wege des Schrumpfsitzes oder Presssitzes befestigt ist. Eine Wicklung 12c ist um den Statorkern 12a herum gewickelt. Der Statorkern 12a und die Wicklung 12c bilden einen Stator.
  • Das Bezugszeichen 12d bezeichnet einen Rotor mit mehreren Permanentmagneten und einer Welle 14, die mit Hilfe von Lagern 12e und 12f drehbar gelagert ist.
  • Das Lager 12f ist an einem mittleren Gehäuse 11a befestigt, das am Motorgehäuse 12b mit Hilfe von Befestigungsmitteln, beispielsweise Schrauben, befestigt ist, während das Lager 12e am Motorgehäuse 12b befestigt ist.
  • Nachfolgend wird der Spiralkompressor 11 erläutert. Eine Kappe 11b ist ein Element, das am mittleren Gehäuse 11a zur dortigen Bildung eines Raums befestigt und mit einer Spiralwandung 11c ausgebildet ist, die sich in Richtung zum mittleren Gehäuse 11a hin erstreckt. Die Kappe 11b arbeitet als feststehende Spirale.
  • Eine bewegbare Spirale 11f ist arbeitstechnisch in dem Raum zwischen dem mittleren Gehäuse 11a und der Kappe (feststehenden Spirale) 11b angeordnet und umfasst eine Basisplatte 11e und eine Spiralwandung 11d, die von der Basisplatte 11e aus in Richtung zu der feststehende Spirale 11b hin vorsteht, wobei die Wandbereiche der Spiralwandungen 11c und 11d miteinander zur Bildung von Arbeitskammern V in Berührung stehen. Wenn die bewegbare Spirale 11b umläuft, wird der Raum der Arbeitskammer V vergrößert oder verkleinert, um dadurch das Arbeitsfluid (Kühlmittel) einzusaugen und das Kühlmittel zu komprimieren.
  • Ein zylindrischer Ansatzbereich 11g ist fast im Zentrum der Basisplatte 11e ausgebildet, und eine Buchse 14b ist durch den zylindrischen Ansatzbereich 11g über ein Nadellager 14c drehbar abgestützt. Die Buchse 14b ist mit einem Kurbelbereich 14a verbunden, der an einem Ende (dem rechten Ende in der Zeichnung) der Welle 14 ausgebildet ist.
  • Der Kurbelbereich 14a ist exzentrisch an der Welle 14 mit Bezug auf das Drehzentrum der Welle 14 ausgebildet. Und daher läuft, wenn die Welle 14 umläuft, die bewegbare Spirale 11b in einer orbitalen Bewegung um die Welle 14 herum.
  • Die Buchse 14b ist mit dem Kurbelbereich 14a derart verbunden, dass die Buchse 14b um eine bestimmte kleine Strecke in einer Ebene rechtwinklig zur Achse der Welle 14 verschoben wird, sodass die bewegbare Spirale 11f in einer Richtung verschoben wird, dass der Berührungsdruck zwischen den Spiralwandungen 11c und 11d durch die Reaktionskraft für die Kompression vergrößert wird.
  • Das Bezugszeichen 11h bezeichnet eine Autorotationsverhinderungseinrichtung (umfassend ein Paar Stifte und einen Ring) zur Verhinderung der Autorotation der bewegbaren Spirale 11f um den Kurbelbereich 14a herum.
  • Wenn die Welle 14 umläuft, läuft die bewegbare Spirale 11f in einer orbitalen Bewegung um ihre orbitale Achse (die gleich dem Drehzentrum der Welle 14 ist) in einer Ebene rechtwinklig zur die Achse der Welle 14 um, während die Autorotation der bewegbaren Spirale 11f um den Kurbelbereich 14a herum verhindert ist.
  • Ein hinteres Gehäuse 11j ist an der Kappe 11b mit Hilfe von Schrauben oder dergleichen zur Bildung einer Abgabekammer 11k zum Ausgleichen des Drucks des Kühlmittels durch Glätten des Pulsierens des herausgepumpten Kühlmittels befestigt.
  • Das Bezugszeichen 11m bezeichnet eine Abgabeöffnung, die fast am Zentrum der Kappe (feststehenden Spirale) 11b ausgebildet ist, um die Arbeitskammer V mit der Abgabekammer 11k zu verbinden.
  • Ein Abgabeventil und ein Ventilanschlag sind an der feststehenden Spirale 11b mittels einer Schraube an der Abgabeöffnung befestigt, wobei das Ventil ein Rückschlagventil des Typs eines Reedventils ist, um zu verhindern, dass das herausgepumpte Kühlmittel zu der Arbeitskammer V von der Abgabekammer 11k aus zurückströmt, und der Anschlag ist eine Platte zur Begrenzung der Bewegung des Reedventils.
  • Wenn der Elektromotor 12 betrieben wird, wird das Kühlmittel in den Kompressor 11 durch eine Ansaugöffnung 11n hindurch eingesaugt. Dann strömt das Kühlmittel weiter in eine Motorkammer 12h mit dem Rotor 12d und dem Stator durch eine Einlassöffnung 12g hindurch, die am Motorgehäuse 12b ausgebildet ist, ein, um den Elektromotor 12 zu kühlen. Das durch den Kompressor 11 komprimierte Kühlmittel wird durch die Kammer 11k und eine Auslassöffnung 11p hindurch an den Kondensator 3 abgegeben.
  • Die elektromagnetische Kupplung 13 umfasst eine Riemenscheibe 13a, die durch das Motorgehäuse 12b drehbar gelagert ist und eine Antriebskraft vom Motor über Keilriemen aufnimmt, eine Ankerplatte 13c, die an der Welle 14 befestigt ist, und eine elektromagnetische Wicklung 13d, sodass dann, wenn die Wicklung 13d erregt ist, die Ankerplatte 13c zum Rotorbereich 13b der Riemenscheibe 13a hin angezogen wird, um die Welle 14 umlaufen zu lassen.
  • Wie oben angegebenen sind der Elektromotor 12, die elektromagnetische Kupplung 13 und der Kompressor 11 über die Welle 14, die die Antriebskraft überträgt, arbeitstechnisch miteinander verbunden.
  • Nachfolgend wird die die Arbeitsweise des Hybridkompressors 10 erläutert.
  • Arbeitsweise, bei der der Kompressor 11 durch den Elektromotor 12 angetrieben wird
  • Bei dieser Arbeitsweise ist die Zuführung von elektrischem Strom zu der elektromagnetischen Kupplung 13 abgeschaltet, um den Kompressor 11 vom Motor 1 zu trennen, und wird stattdessen der elektrische Strom der Wicklung 12c (dem Stator) zugeführt. Das am Elektromotor 12 zu erzeugende Moment wird durch die Spannung geregelt, die am Elektromotor anliegt, und dessen Drehzahl wird durch die Frequenz des elektrischen Stroms geregelt, der der Wicklung 12c zugeführt wird.
  • Arbeitsweise, bei der der Kompressor 11 durch den Motor 1 angetrieben wird
  • Bei dieser Arbeitsweise wird der elektrische Strom der elektromagnetischen Kupplung 13 zugeführt, um den Kompressor 10 arbeitstechnisch mit der Motor 1 zu verbinden, sodass die Drehantriebskraft vom Motor 1 an den Kompressor 11 übertragen wird.
  • Bei dieser Arbeitsweise verändert sich, wie mittels einer ausgezogenen Linie in 3 dargestellt ist, das für den Antrieb des Kompressors notwendige Moment (Gegenmoment) in Verbindung mit dem Ansaugen und Komprimieren des Kühlmittels durch den Kompressor 11. Die Spannung an den Keilriemen verändert sich gleichfalls in Reaktion auf die Momentenveränderung, und dann wird die Momentenveränderung an den Motor 1 über die Keilriemen übertragen. Als Folge können die am Motor 1 angebrachten zusätzlichen Geräte, beispielsweise eine Wechselstromlichtmaschine, in Resonanz versetzt werden, so dass eine größere Vibration und ein größeres Geräusch, d.h. eine Resonanz der zusätzlichen Geräte, erzeugt werden.
  • Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Moment in entgegengesetzter Phase (wie mittels einer gestrichelten Linie in 3 angegeben) zu dem Moment für den Antrieb des Kompressors 11 durch den Elektromotor 12 erzeugt und am Kompressor 11 zur Einwirkung gebracht, um die am Kompressor erzeugte Momentenveränderung auszugleichen, und als Folge kann die Resonanz der zusätzlichen Geräte überwunden bzw. unterdrückt werden.
  • Die am Spiralkompressor 11 erzeugte Momentenveränderung ist durch dessen geometrische Konfiguration bestimmt, und die Frequenz der Momentenveränderung ist proportional zur Drehzahl der Welle 14. Entsprechend wird die Frequenz des Moments in der entgegengesetzter Phase durch Berechnen der Frequenz der am Spiralkompressor 11 erzeugten Momentenveränderung auf der Grundlage der berechneten Drehzahl der Welle 14, nämlich des Kompressors 11, aus dem Signal des Drehzahlsensors 6a bestimmt.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Wenn die Steifigkeit der Anbringung der zusätzlichen Geräte, beispielsweise der Wechselstromlichtmaschine 2, am Motor 1 gering ist und die am Kompressor 11 erzeugte Momentenveränderung der Resonanzfrequenz der zusätzlichen Geräte 2 entspricht, wird die Resonanz der zusätzlichen Geräte größer, wie in 4 dargestellt ist.
  • Bei der zweiten Ausführungsform wird, wenn der Kompressor 11 durch den Motor 1 angetrieben wird, das Moment in der entgegengesetzter Phase gleichfalls durch den Elektromotor 12 erzeugt und am Kompressor 11 zur Einwirkung gebracht, dies in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform. Weiter wird, wenn sich die Frequenz der am Kompressor 11 erzeugten Momentenveränderung der Resonanzfrequenz der zusätzlichen Geräte annähert, die Zuführung von elektrischem Strom zur elektromagnetischen Kupplung 13 abgeschaltet, um den Kompressor 11 vom Motor 1 zu trennen, und wird der Kompressor durch den Elektromotor 12 angetrieben. Als Folge dieser Betriebsweise kann die Resonanz der zusätzlichen Geräte sicher verhindert bzw. unterdrückt werden.
  • Wie oben erläutert ist, wird, da sich die Frequenz der am Kompressor 11 erzeugten Momentenveränderung proportional zur Drehzahl des Kompressors 11 ändert, bestimmt, dass die Frequenz der Momentenveränderung am Kompressor 11 einen Bereich der Resonanzfrequenz erreicht, wenn die Drehzahl des Kompressors 11 einen vorbestimmten Drehzahlbereich erreicht, was in Tests und dergleichen vorab festgelegt wird.
  • Wenn die Frequenz der am Kompressor 11 erzeugten Momentenveränderung den Bereich der Resonanzfrequenz verlässt, wird der elektrische Strom wieder der elektromagnetischen Kupplung 13 zugeführt, um die Antriebskraft vom Motor 1 an den Kompressor 11 zu übertragen, während das Moment in der entgegengesetzten Phase am Elektromotor 12 erzeugt und dem Kompressor 11 zugeführt wird.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein Getriebe 15 mit veränderbarer Drehzahl für den Hybridkompressor 10 gemäß Darstellung in 5 verwendet. Das Getriebe 15 mit veränderbarer Drehzahl umfasst ein Innenzahnrad (Ringzahnrad) 15a in Ringform, mehrere (beispielsweise drei) Planetenräder 15b, die mit dem Innenzahnrad 15a im Eingriff stehen, und ein Sonnenrad 15c, das mit den Planetenrädern 15b im Eingriff steht.
  • Das Sonnenrad 15c ist mit dem Rotor 12d des Elektromotors 12 einstückig ausgebildet, die Planetenräder 15b sind mit der Welle 13d, die mit der Ankerplatte 13c der elektromagnetischen Kupplung 13 als eine Einheit umläuft, zusammengefasst ausgebildet, und das Ringzahnrad 15a ist mit der Welle 14 einstückig ausgebildet.
  • Ein Lager 13e stützt die Welle 13d drehbar ab, ein Lager 13f stützt das Sonnenrad 15c, nämlich den Rotor 12d, gegenüber der Welle 14 drehbar ab, und ein Lager 13g stützt das Ringzahnrad 15a gegenüber der Welle 14 drehbar ab.
  • Nachfolgend wird die Arbeitsweise des Hybridkompressors 10 der dritten Ausführungsform erläutert.
  • Arbeitsweise, bei der der Kompressor 11 durch den Elektromotor 12 angetrieben ist
  • Der elektrische Strom wird der elektromagnetischen Kupplung 13 zugeführt, um die Welle 13d mit der Riemenscheibe 13a zu verbinden, und der elektrische Strom wird auch der Statorwicklung 12c zugeführt.
  • In diesem Fall wird ist ein Planetenträger, der das Planetenrad 15b trägt, mit der Riemenscheibe 13a über die Welle 13d verbunden. Da der Motor 1 in diesem Fall nicht läuft, und hierdurch der Planetenträger sowie die Welle 13d nicht umlaufen, wird die Drehkraft des Elektromotors 12 an den Spiralkompressor 11 über das Getriebe 15 mit variabler Drehzahl übertragen, wobei die Drehzahl herabgesetzt wird.
  • Arbeitsweise, bei der der Kompressor 11 durch den Motor 1 angetrieben wird
  • Der elektrische Strom wird der elektromagnetischen Kupplung 13 und auch dem Elektromotor 12 zugeführt, um ein solches Moment am Rotor 12d zu erzeugen, dass das Sonnenrad, nämlich der Rotor 12d, nicht umlaufen kann. Als Folge wird die Drehantriebskraft des Motors 1, die an die elektromagnetische Kupplung 13 übertragen wird, schließlich an den Spiralkompressor 11 über das Getriebe 15 mit veränderbarer Geschwindigkeit übertragen, wobei die Drehzahl erhöht wird .
  • Wenn das Sonnenrad 15c umläuft und die Drehzahl geregelt wird, kann das Übersetzungsverhältnis, wie in 6 dargestellt ist, geregelt werden. In 7 zeigt eine gestrichelte Linie das Moment des Elektromotors, wenn das Übersetzungsverhältnis geregelt wird.
  • (Weitere Ausführungsformen)
  • Bei den obigen Ausführungsformen besteht, obwohl der Spiralkompressor als Pumpmaschine zum Komprimieren des Kühlmittels verwendet wird, keine Beschränkung auf diesen Typ, sondern können andere Typen von Kompressoren, beispielsweise Rotationskompressoren, Kolbenkompressoren, Schaufelkompressoren und dergleichen, verwendet werden.
  • Obwohl die obigen Ausführungsformen als Fluidmaschine erläutert worden sind, die die bei dem Hybridkompressor für ein Motorfahrzeug zu verwenden ist, kann die vorliegende Erfindung jedoch auch für andere Fluidmaschinen verwendet werden.
  • Der bürstenlose Gleichstrommotor ist als Elektromotor 12 bei den obigen Ausführungsformen angegeben worden. Jedoch ist es ist verständlich auch möglich, irgendwelche anderen Typen von Elektromotoren zu verwenden, die für den Zweck der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
  • Bei den obigen Ausführungsformen sind der Elektromotor 12, die elektromagnetische Kupplung 13 und der Spiralkompressor 11 über die Welle 14, die die Antriebskraft an den Kompressor 11 überträgt, arbeitstechnisch miteinander verbunden. Jedoch ist es nicht notwendig, die vorliegende Erfindung auf diese Bauweise zu beschränken.

Claims (6)

  1. Fluidmaschine (10), umfassend: eine Pumpeneinrichtung (11), die mit einer äußeren Antriebsquelle (1) arbeitstechnisch verbunden ist, zum Komprimieren eines Arbeitsfluids; und einen Elektromotor (12), der mit der Pumpeneinrichtung (11) arbeitstechnisch verbunden ist; wobei die Pumpeneinrichtung (11) durch mindestens eine der Antriebskräfte der äußeren Antriebsquelle (1) und des Elektromotors (12) angetrieben ist, und wobei dann, wenn die Pumpeneinrichtung (11) durch die äußere Antriebsquelle (1) angetrieben wird, ein Moment in einer entgegengesetzten Phase zu einer Komponente der an der Pumpeneinrichtung (11) erzeugten Momentenveränderung durch den Elektromotor (12) an der Pumpeneinrichtung (11) zur Einwirkung gebracht wird.
  2. Fluidmaschine nach Anspruch 1, weiter umfassend: eine Kraftübertragungseinrichtung (13), die die Antriebskraft der äußeren Antriebsquelle (1) an die Pumpeneinrichtung (11) selektiv überträgt, wobei der Elektromotor (12), die Kraftübertragungseinrichtung (13) und die Pumpeneinrichtung (11) als eine einzige Einheit einstückig miteinander verbunden sind.
  3. Fluidmaschine (10), umfassend: eine Pumpeneinrichtung (11), die mit einer äußeren Antriebsquelle (1) arbeitstechnisch verbunden ist, zum Komprimieren eines Arbeitsfluids; einen Elektromotor (12), der mit der Pumpeneinrichtung (11) arbeitstechnisch verbunden ist; und eine Kraftübertragungseinrichtung (13), die die Antriebskraft der äußeren Antriebsquelle (1) an die Pumpeneinrichtung (11) selektiv überträgt, wobei die Pumpeneinrichtung (11) durch mindestens eine der Antriebskräfte der äußeren Antriebsquelle (1) und des Elektromotors (12) angetrieben wird, und wobei dann, wenn die Pumpeneinrichtung (11) durch die äußere Antriebsquelle (1) angetrieben wird und wenn die Frequenz der Pumpeneinrichtung (11) einen vorbestimmten Frequenzbereich erreicht, die Übertragung der Antriebskraft von der äußeren Antriebsquelle (1) aus abgeschaltet wird und die Pumpeneinrich tung (11) durch den Elektromotor (12) betrieben wird.
  4. Fluidmaschine (10), umfassend: eine Pumpeneinrichtung (11), die mit einer äußeren Antriebsquelle (1) arbeitstechnisch verbunden ist, zum Komprimieren eines Arbeitsfluids; einen Elektromotor (12), der mit der Pumpeneinrichtung (11) arbeitstechnisch verbunden ist; und eine Kraftübertragungseinrichtung (13), die die Antriebskraft der äußeren Artriebsquelle (1) an die Pumpeneinrichtung (11) selektiv überträgt, wobei die Pumpeneinrichtung (11) durch mindestens eine der Antriebskräfte der äußeren Antriebsquelle (1) und des Elektromotors (12) angetrieben wird, und wobei dann, wenn die Pumpeneinrichtung (11) durch die äußere Antriebsquelle (1) angetrieben wird und wenn die Drehzahl der Pumpeneinrichtung (11) einen vorbestimmten Drehzahlbereich erreicht, die Übertragung der Antriebskraft von der äußeren Antriebsquelle (1) aus abgeschaltet wird und die Pumpeneinrichtung (11) durch den Elektromotor (12) betrieben wird.
  5. Fluidmaschine nach einem der Ansprüche 3 und 4, wobei dann, wenn die Pumpeneinrichtung (11) durch die äußere Antriebsquelle (1) angetrieben wird, ein Moment in einer entgegengesetzten Phase zu einer Komponente der an der Pumpeneinrichtung (11) erzeugten Momentenveränderung durch den Elektromotor (12) an der Pumpeneinrichtung (11) zur Einwirkung gebracht wird.
  6. Fluidmaschine nach einem der Ansprüche 3 und 4, wobei der Elektromotor (12), die Kraftübertragungseinrichtung (13) und die Pumpeneinrichtung (11) mittels einer einzigen Drehwelle (14) arbeitstechnisch miteinander verbunden sind.
DE102004027000A 2003-06-05 2004-06-03 Fluidmaschine Withdrawn DE102004027000A1 (de)

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