DE102011112211A1

DE102011112211A1 - Motorbetriebener Kompressor

Info

Publication number: DE102011112211A1
Application number: DE102011112211A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Fukasaku; Minoru Mera; Kensuke Ikai; Takayuki Kato; Takahiro Sugioka; Takahiro Hoshida
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2012-03-08
Also published as: US20120057999A1; JP2012057500A; CN102384057A

Abstract

Der motorbetriebene Kompressor schließt ein Gehäuse, einen Verdichtungsmechanismus, eine Welle und einen Elektromotor ein, die alle in dem Gehäuse angeordnet sind, eine Schutzschicht und einen Befestigungsharz. Der Elektromotor ist eingerichtet, um die Welle zu drehen und so den Verdichtungsmechanismus anzutreiben. Der Elektromotor weist einen an der Welle befestigten Rotor und einen durch das Gehäuse unterstützten Stator auf. Der Rotor weist einen Permanentmagneten und ein Magnetloch, in das der Permanentmagnet eingeführt ist, auf. Das Magnetloch erstreckt sich ein einer axialen Richtung des Rotors. Die Schutzschicht ist auf einer Oberfläche des Permanentmagneten zum Verbessern der Korrosionsfestigkeit des Permanentmagneten ausgebildet. Das Befestigungsharz wird mindestens in einen Teil des Spalts zwischen dem Permanentmagneten und einer Wand des Magnetlochs zum Befestigen des Permanentmagneten an der Wand des Magnetlochs gefüllt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen motorbetriebenen Kompressor zur Verwendung in einer Kühlanlage.
Stand der Technik
Ein motorbetriebener Kompressor zur Verwendung in einer Kühlanlage, wie zum Beispiel einer an einem Fahrzeug montierten Klimaanlage, weist in seinem Gehäuse einen Elektromotor auf, der den Verdichtungsmechanismus des Kompressors antreibt. Das Gehäuse des Kompressors bildet einen Kühlmittelkreislauf, durch den ein Kühlmittel zirkuliert, und der Elektromotor weist in sich einen Permanentmagnet auf, wie zum Beispiel einen Eisenmagnet oder einen Seltenerdmagnet. Somit ist der Permanentmagnet einer Umgebung ausgesetzt, wo er mit dem Kühlmittel und dem Schmiermittel, die durch den Kühlmittelkreislauf der Kühlanlage zirkulieren, in Kontakt treten kann. Der Permanentmagnet verschlechtert sich relativ stark in der Gegenwart von Wasser oder Säure. Die Verschlechterung des Permanentmagneten führt zu der Verschlechterung des gesamten motorbetriebenen Kompressors. Um die Verschlechterung des Permanentmagneten zu vermeiden, schlägt die japanische Patentanmeldung JP 2009-225636 die Bildung einer Schutzschicht auf der Oberfläche des in dem Elektromotor aufgenommenen Permanentmagneten des motorbetriebenen Kompressors zum Verbessern der Korrosionsfestigkeit des Permanentmagneten vor.
Die Verwendung der Schutzschicht vermeidet wirksam die Verschlechterung des Permanentmagneten. Jedoch lässt die Wirksamkeit des Schutzes durch die Schicht nach, wenn die Schutzschicht eine Beschädigung irgendeiner Art aufweist. Die Beschädigung der Schutzschicht ist der Tatsache geschuldet, dass der Permanentmagnet in dem Rotor während des Betriebs des Kompressors dazu gebracht wird, relativ zu dem Rotorkörper leichte Bewegungen (oder Vibrationen) zu wiederholen. Hinsichtlich der Tatsache, dass der Permanentmagnet durch Magnetkraft fest an den Rotorkörper angezogen wird, ist es unwahrscheinlich, dass der Permanentmagnet sich relativ zu dem Rotorkörper bewegt. Jedoch ist zu beachten, dass verschiedene Faktoren, wie zum Beispiel äußere Vibrationen während des Betriebs des motorbetriebenen Kompressors, leichte Bewegung des Permanentmagneten relativ zu dem Rotorkörper verursachen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen motorbetriebenen Kompressor, der vermeidet, dass sich der in einem Elektromotor aufgenommene Permanentmagnet relativ zu dem Rotorkörper des Rotors bewegt, wodurch die Fehlerfreiheit der auf der Oberfläche des Permanentmagneten ausgebildeten Schutzschicht erhalten und die Verschlechterung des Permanentmagneten vermindert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt der motorbetriebene Kompressor ein Gehäuse, einen Verdichtungsmechanismus, eine Welle, einen Elektromotor, eine Schutzschicht und ein Befestigungsharz ein. Das Gehäuse weist eine Saugöffnung und eine Ausströmöffnung auf. Der Verdichtungsmechanismus ist in dem Gehäuse angeordnet und eingerichtet, um das durch die Saugöffnung in das Gehäuse gesaugte Kühlmittel zu verdichten und das verdichtete Kühlmittel durch die Ausströmöffnung des Gehäuses zu entladen. Die Welle ist in dem Gehäuse angeordnet. Der Elektromotor ist in dem Gehäuse angeordnet. Der Elektromotor ist eingerichtet, um die Welle zu drehen und um so den Verdichtungsmechanismus anzutreiben. Der Elektromotor weist einen an der Welle befestigten Rotor und einen durch das Gehäuse unterstützten Stator auf. Der Rotor weist einen Permanentmagneten und ein Magnetloch auf, in dem der Permanentmagnet eingeführt ist. Das Magnetloch erstreckt sich in einer axialen Richtung des Rotors. Die Schutzschicht ist auf einer Oberfläche des Permanentmagneten zum Verbessern der Korrosionsfestigkeit des Permanentmagneten ausgebildet. Das Befestigungsharz ist in zumindest einem Teil des Spalts zwischen dem Permanentmagneten und einer Wand des Magnetlochs zum Befestigen des Permanentmagneten an der Wand des Magnetlochs eingefüllt.
Andere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung in Zusammenhang mit den dazugehörigen Zeichnungen, die exemplarisch die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen, deutlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung, zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen, kann am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der zurzeit bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den dazugehörigen Zeichnungen verstanden werden, in denen:
1 eine Teilschnittansicht ist, die einen motorbetriebenen Kompressor gemäß einem ersten Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine perspektivische Explosionsansicht ist, die einen Rotor des motorbetriebenen Kompressors aus 1 zeigt;
3 eine Rückansicht ist, die den Rotorkörper des Rotors aus 1 zeigt, wobei noch Permanentmagnete in den Rotorkörper einzuführen sind;
4 eine Rückansicht, ist, die den Rotorkörper aus 3 zeigt, wobei die Permanentmagneten in den Rotorkörper eingeführt worden sind;
5 eine Darstellung ist, die ein Verfahren zum Füllen der Erweiterungslöcher der Magnetlöcher in dem Rotorkörper aus 4 mit Befestigungsharz zeigt;
6 eine Darstellung ist, die einen durch das Befestigungsharz in dem Rotorkörper aus 4 befestigten Permanentmagneten zeigt;
7 eine Perspektivansicht ist, die den montierten Rotor des motorbetriebenen Kompressors aus 1 zeigt;
8 eine schematische Ansicht ist, die eine fahrzeugmontierte Klimaanlage gemäß des ersten Beispiels der vorliegenden Erfindung zeigt; und
9 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Rotor eines motorbetriebenen Kompressors gemäß einem zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, der durch Aufsprühen einer Harzschicht beschichtet ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird der motorbetriebene Kompressor gemäß des ersten Beispiels der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschrieben. Unter Bezug auf 1 schließt der motorbetriebene Kompressor 1 ein Gehäuse 10, einen Verdichtungsmechanismus 15, eine Welle 21 und einen Elektromotor 2 ein, die alle in dem Gehäuse 10 angeordnet sind. Das Gehäuse 10 weist in sich eine Saugöffnung 11 und eine Ausströmöffnung 12 auf. Der Verdichtungsmechanismus 15 ist eingerichtet, um das durch die Saugöffnung 11 in das Gehäuse 10 eingesaugte Kühlmittel zu verdichten und das verdichtete Kühlmittel durch die Ausströmöffnung 12 aus dem Gehäuse 10 zu entladen. Der Elektromotor 2 dreht die Welle 21, um so den Verdichtungsmechanismus 15 anzutreiben.
Der Verdichtungsmechanismus 15 weist ein feststehendes Scroll-Element 13 auf, das in dem Gehäuse 10 befestigt ist und ein sich bewegendes Scroll-Element 14, das in gegenüberliegendem Verhältnis zu dem feststehenden Scroll-Element 13 angeordnet ist. Das feststehende Scroll-Element 13 und das sich bewegende Scroll-Element 14 weisen zwischen sich eine Vielzahl von Verdichtungskammern 150 auf, deren Volumina zum Verdichten des Kühlmittels veränderlich sind. Das sich bewegende Scroll-Element 14 ist mit einem exzentrischen Stift 210 der Welle 21 über ein Lager 216 und einer exzentrischen Buchse 215 verbunden, um so eine Bahnbewegung in Übereinstimmung mit der Drehwelle 120 auszuführen und dadurch die Volumina der Verdichterkammern 150 zu verändern.
Der Elektromotor 2 weist einen Rotor 22 und einen Stator 23, der um den Rotor 22 angeordnet ist, auf. Der Rotor 22 weist durch sich hindurch ein mittiges Loch 229 auf, indem die Welle 21 befestigt ist. Die Welle 21 steht an ihren gegenüberliegenden Enden von dem Rotor 22 hervor und ist jeweils an den gegenüberliegenden Enden drehbar durch Lager 41 und 42 in dem Gehäuse 10 gelagert. Der Stator 23 wird durch das Gehäuse 10 unterstützt und mit einer Spule 235 bereitgestellt. Wenn die Wicklung 235 unter Strom gesetzt wird, wird der Rotor 22, der in sich eine Vielzahl von Permanentmagneten aufweist, rotiert. In dem vorliegenden Beispiel weist der Rotor 22 vier Permanentmagneten 3 auf.
Unter Bezug auf 2 ist der Rotor 22 aus einer Vielzahl von magnetischen Stahlplatten, die in einer zylindrischen Form aufeinandergeschichtet sind, ausgebildet. Der Rotor 22 weist einen Rotorkörper 220 auf, durch den eine Vielzahl sich axial erstreckende Magnetlöcher 225 ausgebildet sind, und ein Paar Endplatten 25, die in der axialen Richtung an gegenüberliegenden Enden des Rotorkörpers 220 angeordnet sind. Das Endplattenpaar 25 verschließt die Magnetlöcher 225.
Jeder Permanentmagnet 3 wird in das Magnetloch 225 eingeführt. Der Permanentmagnet 3 weist auf seiner Oberfläche eine Schutzschicht 35 auf, die die Korrosionsfestigkeit des Permanentmagneten 3 verbessert. Die Schutzschicht 35 weist eine chemische Adsorptionsschicht auf. Ein bekannter Neodymmagnet (oder Seltenerdmagnet), der Neodym (Nd), Eisen (Fe) und Bor (B) als Hauptbestandteile aufweist, wird als Permanentmagnet 3 verwendet.
Obwohl eine aus einem Metall hergestellte Schicht oder irgendeine andere Schutzschicht als Schutzschicht 35 verwendbar ist, wird in dem vorliegenden Beispiel eine chemische Adsorptionsschicht verwendet. Nachdem die Oberfläche des Permanentmagneten 3 durch Entfernen von Fremdsubstanzen von der Oberfläche des Permanentmagneten 3 gereinigt ist, wird eine Beschichtung, die die chemische Adsorptionsschicht ausbildet, ausgeführt.
Die Beschichtung wird durch In-Kontakt-Bringen des Permanentmagneten 3 mit einer schichtbildenden Lösung, die eine alkalische wässrige Lösung mit einem pH-Wert von 8 bis 10 ist und anschließender Trocknung erreicht. Genauer gesagt wird die schichtbildende Lösung so vorbereitet, dass der pH-Wert durch Hinzufügen von drei Gewichtsprozent (wt%) Triethanolamin und einem Gewichtsprozent (wt%) Polyoxyalkylenalkylether, das als Tensid dient, zu einem Liter Wasser ungefähr 8 ist.
Anschließend wird die schichtbildende Lösung auf ungefähr 60 Grad Celsius (°C) erhitzt und der Permanentmagnet 3 wird für drei Minuten in die erhitzte schichtbildende Lösung eingetaucht. Der Permanentmagnet 3 wird aus der alkalischen wässrigen Lösung entfernt und in einem Ofen in einer Luftatmosphäre bei ungefähr 100°C für 60 Minuten gehalten. Der Permanentmagnet 3 wird von dem Ofen entfernt und so belassen, bis seine Temperatur eine normale Temperatur erreicht. Auf diese Weise wird die eine Aminogruppe enthaltende chemische Adsorptionsschicht auf der Oberfläche des Permanentmagneten 3 ausgebildet. Die resultierende chemische Adsorptionsschicht weist eine Dicke molekularer Größenordnung auf.
Jeder Permanentmagnet 3, der die chemische Adsorptionsschicht (Schutzschicht 35) aufweist, wird wie oben beschrieben in das Magnetloch 225 eingeführt. Wie in den 5 und 6 gezeigt, wird zumindest ein Teil des Spalts zwischen dem Permanentmagneten 3 und der Wand des Magnetlochs 225 mit Befestigungsharz 6 befüllt. Genauer gesagt weist jedes Magnetloch 225 wie in 3 gezeigt ein im Wesentlichen rechteckiges Hauptloch 228 auf, das in seiner Form der Kontur des Permanentmagneten 3 entspricht und ein Paar Erweiterungslöcher 227, die jeweils von einem Teil der kürzeren Seite des rechteckigen Hauptlochs 228 nach außen erweitert sind. Jedes Erweiterungsloch 227 erstreckt sich axial durch den Rotorkörper 220. In dem vorliegenden Beispiel ist jedes Erweiterungsloch 227 mit dem Befestigungsharz 6 wie in den 5 und 6 gezeigt aufgefüllt.
Obwohl verschiedene Verfahren zum Füllen der Erweiterungslöcher 227 mit dem Befestigungsharz 6 angewandt werden können, wird das folgende Verfahren für das vorliegende Beispiel verwendet. Wie in den 2 bis 4 gezeigt, ist jeder Permanentmagnet 3, dessen gesamte Oberflächen mit der Schutzschicht 35 beschichtet ist, in das Magnetloch 225 des Rotorkörpers 220, das ein Paar längliche Löcher 227 aufweist, eingeführt. Danach wird eine spritzenähnliche Harzfülleinrichtung 7, die ein Nadelelement 71 mit einem Einspritzloch 710 an seinem distalen Ende aufweist, wie in 5 gezeigt, vorbereitet.
Die Harzfülleinrichtung 7 weist ein zylindrisches Element 72 auf, dessen Inneres mit dem des Nadelelements 71 in Verbindung ist und ein Kolbenelement 73, das das Befestigungsharz 6 aus dem zylindrischen Element 72 drückt. Wie in 5 gezeigt, wird ein Harzfüllschritt durch Einführen des Nadelelements 71 der Harzfülleinrichtung 7 in die Erweiterungslöcher 227 des Magnetlochs 225 und anschließendes Einspritzen einer geeigneten Menge des Befestigungsharzes 6 in die Erweiterungslöcher 227 durchgeführt. In dem vorliegenden Beispiel wird das Befestigungsharz 6 nicht über die gesamte axiale Länge in jedes Erweiterungsloch 227 gefüllt, sondern abschnittsweise in axial voneinander beabstandeten Bereichen in das Erweiterungsloch 227 gefüllt. Damit alle Permanentmagneten 3 an den gegenüberliegenden Enden in ihrer Breitenrichtung befestigt werden, wird das Befestigungsharz 6 in alle Erweiterungslöcher 227 eingefüllt. Als Befestigungsharz 6 wird Epoxidharz verwendet. Es ist anzumerken, dass obwohl das Befestigungsharz 6 in dem vorliegenden Beispiel abschnittsweise in das Erweiterungsloch 227 in axial beabstandeten Bereichen eingefüllt wird, kann das Befestigungsharz 6 auch über die gesamte axiale Länge des Erweiterungslochs 227 eingefüllt werden.
Mit den Permanentmagneten 3, die die chemische Adsorptionsschicht aufweisen, in den jeweiligen Magnetlöchern 225 des Rotorkörpers 220 befestigt und außerdem mit den Endplatten 25 an den gegenüberliegenden Enden des Rotorkörpers 220 platziert, werden, wie in 2 gezeigt, Nieten 44 jeweils durch Nietlöcher 224, 254 des Rotorkörpers 220 und der Endplatten 25 eingeführt und ein Ende jeder Niete 44 (oder wie in 2 gezeigt das linke Ende) wird umgeformt, um so die Endplatten 25 an dem Rotorkörper 220 zu befestigen. Somit ist der Rotor 22 fertiggestellt. Des Weiteren wird die Welle 21 durch das mittige Loch 229 des Rotorkörpers 220 und die mittigen Löcher 259 der Endplatten 25 eingeführt und befestigt.
Wie in 8 gezeigt, wird der motorbetriebene Kompressor 1 in dem vorliegenden Beispiel für eine an einem Fahrzeug montierte Klimaanlage 5 verwendet. Die Klimaanlage 5 schließt einen Verflüssiger 51, einen Sammler 52, ein Expansionsventil 53 und einen Verdampfer 54 ein. Der Kompressor 1, der Verflüssiger 51, der Sammler 52, das Expansionsventil 53 und der Verdampfer 54 sind in dieser Reihenfolge in dem Kühlmittelkreislauf 55 der Klimaanlage 5 verbunden. Das Expansionsventil 53 ist eingerichtet, um seine Öffnung über einen Regler 57 in Zusammenhang mit der Kühlmitteltemperatur, die durch einen stromabwärts zu dem Verdampfer 54 angeordneten Temperatursensor 56 gemessen wird, zu ändern.
Der Sammler 52 trennt das Kühlmittel in Dampf und Flüssigkeit und leitet nur das flüssige Kühlmittel zu dem Expansionsventil 53 weiter. Zusätzlich entfernt der Sammler 52 durch einen in dem Sammler 52 bereitgestellten Adsorptionsstoff (nicht gezeigt) in dem Kühlmittel enthaltendes Wasser. Der Kühlmittelkreislauf 55 oder der motorbetriebene Kompressor 1 wird in abgedichteter Weise jeweils mit 2,3,3,3-Tetrafluorpropen (CF₃-CF=CH₂) als Kühlmittel und Polyolester als Schmieröl aufgefüllt. Ein Harzkanal, das heißt ein nicht-metallischer Kanal, wird in dem Teil des Kanals verwendet, der den Kühlmittelkreislauf 55 bildet.
Wenn die Klimaanlage 5 über eine lange Zeitdauer betrieben wird, kann Wasser den Harzkanal, der einen Teil des Kühlmittelkreislaufs 55 bildet, durchdringen und nach und nach in den Kühlmittelkreislauf 55 eintreten. Zusätzlich kann Kühlmittel oder Schmieröl seine Eigenschaften durch die Reaktion mit Wasser ändern und dadurch Säure erzeugen. Wie oben beschrieben wird in dem vorliegenden Beispiel zumindest ein Teil des Spalts zwischen dem Permanentmagneten 3 und der Wand des Magnetlochs 225 mit dem Befestigungsharz 6 aufgefüllt, nachdem die Schutzschicht 35 auf der Oberfläche des in den Rotor 22 eingebetteten Permanentmagneten 3 ausgebildet ist. Wenn der Permanentmagnet 3 in dem Rotor 22 während des Betriebs des motorbetriebenen Kompressors 1 aus irgendeinem Grund dazu gedrängt wird, sich relativ zu dem Rotorkörper 220 zu bewegen, wird er durch das in jedem Erweiterungsloch 227 vorhandene Befestigungsharz 6 vor Bewegung bewahrt. Somit wird die Schutzschicht 35 auf der Oberfläche des Permanentmagneten 3 davor bewahrt, beschädigt zu werden, sodass die Lebensdauer der fehlerfreien Schutzschicht 35 erhöht und die Alterung des Permanentmagneten 3 entsprechend vermieden wird.
Im Folgenden wird der motorbetriebene Kompressor gemäß dem zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 9 beschrieben. In dem vorliegenden Beispiel ist der Rotor 22 des ersten Beispiels weiter verbessert. Das heißt, in dem vorliegenden Beispiel ist, wie in 9 gezeigt, die gesamte äußere Fläche des Rotors 22 mit einer Schicht, hergestellt aus Harz oder einer Harzschicht 27, beschichtet. Die Harzschicht 27 wird durch eine durch Sprüheinheiten 275 aufgesprühte Beschichtung 270 gebildet. Als Schutzschicht 27 wird Fluor-Harz verwendet. Die Harzschicht 27 ist so ausgebildet, um nicht nur den Rotor 22, sondern ebenso einen Teil der Welle 21 und die sichtbare Grenze der Welle 21 und dem Rotor 22 zu beschichten.
Wie in dem ersten Beispiel beschrieben, weist der Rotor 22 in dem vorliegenden Beispiel den Rotorkörper 220 mit den durch ihn hindurchgehenden Magnetlöchern 225, die in die Magnetlöcher 225 eingeführten Permanentmagneten 3 und die die Öffnungen der Magnetlöcher 225 verschließenden Endplatten 25 auf. Das heißt, dass die Öffnungen der Magnetlöcher 225 mit denen in ihnen befindlichen Permanentmagneten 3 durch die Endplatten 25 so bedeckt sind, dass die Magnetlöcher 225 vorläufig geschlossen sind. Somit wird mit der Ausnahme, dass Wasser oder Säure durch kleine in dem Rotorkörper 220 vorhandene Öffnungen oder einen kleinen zwischen dem Rotorkörper 220 und den Endplatten 25 vorhandenen Spalt dringt, dem direkten Eintritt von Wasser oder Säure mit dem Kühlmittel und dem Schmieröl in die Magnetlöcher 225 vorgebeugt.
Zusätzlich vermeidet die Schutzschicht 27, die die gesamte äußere Fläche des Rotors 22 bedeckt, das Wasser oder Säure durch die oben genannte kleine Öffnung oder Spalt mit Kühlmittel und Schmieröl eindringt. Dadurch wird Wasser oder Säure vor dem Eindringen in die Magnetlöcher 225 abgehalten und der Alterung des Permanentmagneten 3 wird entsprechend weiter vorgebeugt.
Wenn Wasser oder Säure in das Magnetloch 225 eintritt, vermeidet die Schutzschicht 35, die sich in einem fehlerfreien Zustand befindet, die Verschlechterung des Permanentmagneten 3. Hinzu kommt, dass wenn der Permanentmagnet 3 spröde wird und durch eine chemische Reaktion mit Wasser, Säure oder aus irgendeinem Grund dadurch entstandenen Wasserstoff pulverisiert wird, die geschlossene Struktur, in der der Rotorkörper 220 und die Endplatten 25 miteinander verbunden sind, und eine zusätzliche geschlossene Struktur, wo die Harzschicht 27 die kleine Öffnung und den kleinen Spalt beschichtet, zusammenwirken, um der Freigabe des magnetischen Pulvers des Rotors 22 vorzubeugen.
Der motorbetriebene Kompressor des vorliegenden Beispiels stellt effiziente Maßnahmen gegen die Situation bereit, in der der Permanentmagnet 3 altert und der Permanentmagnet 3 sich verschlechtert und ebenso eine Maßnahme gegen den bereits gealterten Permanentmagneten 3 bereit. Somit stellt das zweite Beispiel den motorbetriebenen Kompressor mit einer hohen Zuverlässigkeit bereit.
Bei dem motorbetriebenen Kompressor der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass das Magnetloch ein Hauptloch aufweist, das in seiner Form dem Umriss des Permanentmagneten entspricht und ein Erweiterungsloch, das von einem Abschnitt der Wand des Hauptlochs erweitert ist. Es wird weiterhin bevorzugt, dass das Erweiterungsloch an zumindest einem seiner Enden in der axialen Richtung des Rotors geöffnet ist und mit dem Befestigungsharz gefüllt ist. In diesem Fall sollte das Hauptloch des Magnetlochs eine minimal notwendige Größe aufweisen, sodass die Füllung des Befestigungsharzes in dem Erweiterungsloch konzentriert ist. Somit wird der Harzfüllschritt erleichtert, während das Nachlassen der magnetischen Leistung aufgrund der Ausbildung des Erweiterungslochs in dem Rotor zum Füllen des Befestigungsharzes minimiert wird.
Für den Harzfüllschritt kann eine spritzenähnliche Harzfülleinrichtung verwendet werden, die ein Nadelelement mit einem Einspritzloch an ihrem distalen Ende aufweist. Der Harzfüllschritt wird nach dem Einführen des Permanentmagneten in das Magnetloch durch Einführen des Nadelelements in das Erweiterungsloch durchgeführt. Der Spalt zwischen dem Magnetloch und dem Permanentmagneten kann an jeder Stelle mit dem Befestigungsharz ohne Bilden des Erweiterungslochs aufgefüllt werden.
Unterschiedliche Schichtarten können als die auf der Oberfläche des Permanentmagneten auszubildende Schutzschicht verwendet werden, solange die Schutzschicht die Korrosionsfestigkeit des Permanentmagneten verbessert. Die auf der Oberfläche des Permanentmagneten gebildete Schutzschicht kann eine chemische Adsorptionsschicht aufweisen, die eine Hydroxygruppe und/oder eine Aminogruppe aufweist.
Die chemische Adsorptionsschicht hemmt den aktiven Punkt, von dem die Korrosion der Oberfläche des Permanentmagneten beginnt, um dadurch der Entwicklung von Korrosion vorzubeugen. Des Weiteren hat die chemische Adsorptionsschicht einen Säure neutralisierenden Effekt, in dem sie ermöglicht, dass eine funktionelle Alkaligruppe, wie zum Beispiel eine Hydroxygruppe oder Aminogruppe der chemischen Adsorptionsschicht, mit Säure reagiert. Das heißt, die chemische Adsorptionsschicht bietet einen Anti-Korrosion- und Neutralisationseffekt. Somit ist der Permanentmagnet mit der chemischen Adsorptionsschicht nicht anfällig für Korrosion und weist eine hohe Haltbarkeit auf, selbst wenn Säure in dem Kühlmittelkreislauf vorhanden ist.
Die chemische Adsorptionsschicht kann auf einfache Weise durch Vorgeben einer gewünschten Form des Permanentmagneten für den Kontakt mit der wässrigen Alkalilösung, die Amine und/oder Hydroxys enthält und deren pH-Wert 8 bis 10 beträgt, und anschließendes Trocknen der schichtbildenden Lösung auf dem Permanentmagneten, hergestellt werden. Das heißt, die Korrosionsfestigkeit des Permanentmagneten wird durch Ermöglichen des Kontaktes des Permanentmagneten mit der schichtbildenden Lösung und durch Trocknen der schichtbildenden Lösung auf dem Permanentmagneten verbessert.
Die chemische Adsorptionsschicht wird durch chemische Adsorption einer Aminogruppe, Hydroxygruppe oder chemischen Zusammensetzung, die eine Aminogruppe und Hydroxygruppe enthält, auf der Oberfläche des Permanentmagneten ausgebildet. Es ist anzumerken, dass die Aminogruppe als eine monovalente funktionelle Gruppe (-NH₂, -NHR, -NRR') definiert sein kann, wobei eine oder mehrere Wasserstoffatome von Ammoniak, primärem Amin oder sekundärem Amin entfernt werden. Diese Definition beabsichtigt nicht, das Material der Aminogruppe zu beschränken, sondern die Struktur der Aminogruppe bereitzustellen. Die Aminogruppe schließt eine von tertiärem Amin erhaltene monovalente funktionelle Gruppe mit ein.
Die Komponente der chemischen Adsorptionsschicht hängt von Aminen und/oder Hydroxys ab, die in der in der Beschichtung verwendeten schichtbildenden Lösung enthalten ist. Die chemische Adsorptionsschicht kann eine Zusammensetzung aus nur einer Hydroxygruppe, nur einer Aminogruppe oder sowohl einer Hydroxygruppe als auch einer Aminogruppe aufweisen.
Die chemische Adsorptionsschicht ist aus irgendeiner der oben genannten funktionellen Gruppen oder chemischen Zusammensetzungen, die solch eine funktionelle Gruppe aufweisen, die chemisch auf einem molekularen Level adsorbiert wird, gebildet. Somit ist die chemische Adsorptionsschicht extrem dünn. Die Bestätigung des Vorhandenseins der chemischen Adsorptionsschicht kann durch Ausführen eines Verfahrens, wie zum Beispiel der Ramanspektroskopie, Infrarot-Spektroskopie oder Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) zum Bestätigen des Vorhandenseins einer Aminogruppe oder Hydroxygruppe erreicht werden.
Die auf der Oberfläche des Permanentmagneten ausgebildete Schutzschicht kann eine aus Metall hergestellte Schicht aufweisen. Das Metall der Schutzschicht schließt Aluminium, Nickel und Kupfer ein. Es können bekannten Methoden, wie zum Beispiel Plattierung, Sputtern oder Bedampfen, zum Bilden einer Metallschicht verwendet werden. Die Korrosionsfestigkeit des Permanentmagneten wird bedeutend durch eine aus Metall hergestellte Schicht als Schutzschicht verbessert. Es können Schichten, die nur aus Metall hergestellt sind, als Schutzschicht verwendet werden. Alternativ kann die chemische Adsorptionsschicht auf der Oberfläche der aus Metall hergestellten Schicht ausgebildet werden. In diesem Fall erhöhen die kombinierten Wirkungen der Metallschicht und der chemischen Adsorptionsschicht synergistisch die Korrosionsfestigkeit des Permanentmagneten. Um der Verschlechterung des Elektromotors vorzubeugen, wird vorzugsweise eine aus einem magnetischen Metall wie zum Beispiel Nickel hergestellte Schicht für die aus Metall hergestellte Schicht verwendet.
Die auf der Oberfläche des Permanentmagneten gebildete Schutzschicht kann eine aus einem Harz hergestellte Schicht aufweisen. Das Harz für die Schicht schließt Epoxydharz, Acrylharz und Fluorharz ein. Die Harzschicht kann durch verschiedene Beschichtungsverfahren hergestellt werden. Durch Verwenden einer aus einem Harz hergestellten Schicht als Schutzschicht kann eine hydrophobe Oberfläche, die dazu neigt, Wasser abzuweisen, auf einfache Weise gebildet werden. Obwohl eine nur aus einem Harz hergestellte Schicht als Schutzschicht verwendet werden kann, kann die aus einem Harz hergestellte Schicht mit der chemischen Adsorptionsschicht und/oder der aus einem Metall hergestellten Schicht schichtartig kombiniert werden. Zum Beispiel kann die chemische Adsorptionsschicht auf der Oberfläche der auf der Oberfläche des Permanentmagneten ausgebildeten Harzschicht ausgebildet werden. Alternativ kann die Harzschicht auf der Oberfläche der auf der Oberfläche des Permanentmagneten ausgebildeten Metallschicht ausgebildet sein. Des Weiteren kann die chemische Adsorptionsschicht auf der Oberfläche so einer Harzschicht ausgebildet sein. Die Verwendung einer Vielzahl von unterschiedlichen miteinander kombinierten Schichten bietet synergistische Effekte, um die Korrosionsfestigkeit des Permanentmagneten weiter zu erhöhen.
Der Permanentmagnet kann ein Seltenerdmagnet sein. Aus Sicht der magnetischen Eigenschaften ist der Seltenerdmagnet zur Verwendung als Permanentmagnet des motorbetriebenen Kompressors geeigneter als der Eisenmagnet. Andererseits ist der Seltenerdmagnet jedoch korrosionsanfälliger als der Eisenmagnet. Deswegen ist die Verwendung des motorbetriebenen Kompressors, der eine Schutzschicht auf der Oberfläche des Permanentmagneten zum Verbessern der Korrosionsfestigkeit des Permanentmagneten aufweist und bei dem der Spalt zwischen dem Permanentmagneten und einer Wand des Magnetlochs mit einem Befestigungsharz zum Befestigen des Permanentmagneten an der Wand des Magnetlochs aufgefüllt ist, in diesem Fall besonders effektiv.
Der motorbetriebene Kompressor wird vorzugsweise für eine an einem Fahrzeug montierte Klimaanlage verwendet, die einen Kühlmittelkreislauf, in dem ein nicht-metallischer Kanal verbunden ist, aufweist. Die fahrzeugmontierte Klimaanlage weist einen Verflüssiger, ein Expansionsventil und einen Verdampfer, wie auch den Kompressor auf, die durch den Kühlmittelkreislauf verbunden sind. Der Kühlmittelkreislauf ist dichtend mit Kühlmittel und Schmieröl befüllt. Ein nicht-metallischer Kanal wie zum Beispiel ein Harzkanal kann in einem den Kühlmittelkreislauf bildenden Kanal verwendet werden, um dem Kanal Flexibilität zu verleihen und die vibrationsdämpfenden Eigenschaften zu verbessern. Der Begriff „Harz” wird hierbei in einem weiten Sinne verwendet und schließt natürliches Harz, synthetisches Harz, natürlichen Kautschuk und synthetischen Kautschuk mit ein. Der nicht-metallische Kanal, wie zum Beispiel ein Harzkanal, ist anfälliger dafür, Wasser durchdringen zuzulassen. Wenn der nicht-metallische Kanal für eine längere Zeit unter heißen und feuchten Bedingungen verwendet wird, kann Luftfeuchtigkeit in den Kühlmittelkreislauf über den nicht-metallischen Kanal, wie zum Beispiel einem Harzkanal eintreten. Aufgrund des Eintritts von Wasser in den Kühlmittelkreislauf kann das Kühlmittel und/oder das Schmieröl seine Eigenschaften verändern und dadurch Säure erzeugen. Deswegen ist die Verwendung des motorbetriebenen Kompressors, der eine Schutzschicht zur Verbesserung der Korrosionsfestigkeit des Permanentmagneten auf der Oberfläche des Permanentmagneten aufweist und bei dem der Spalt zwischen dem Permanentmagneten und einer Wand des Magnetlochs mit einem Befestigungsharz zum Befestigen des Permanentmagneten an der Wand des Magnetlochs aufgefüllt ist, für die fahrzeugmontierte Klimaanlage besonders effektiv.
Der motorbetriebene Kompressor wird insbesondere in einer Kühlanlage verwendet, durch die das Kühlmittel, welches durch die Summenformel C₃H_mF_n, die eine Doppelbindung in einer Molekularstruktur der Summenformel aufweist und in der m eine ganze Zahl zwischen 1 und 5 ist, n eine ganze Zahl zwischen 1 und 5 ist und m + n = 5 ist, ausgedrückt wird, zirkuliert oder eine Kühlmittelmischung, die so ein Kühlmittel enthält. Es existiert der Trend, ein Kühlmittel mit geringerer Auswirkung auf die Ozonschicht als das Kühlmittel, auf das im Allgemeinen als Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe Bezug genommen wurde, als bevorzugtes Kühlmittel für die Kühlanlage zu verwenden. Als eine neue Art Kühlmittel hat das Kühlmittel die Aufmerksamkeit der Industrie auf sich gezogen, das durch die Summenformel C₃H_mF_n ausgedrückt wird und das eine Doppelbildung in einer Molekularstruktur der Summenformel aufweist und bei dem m eine ganze Zahl zwischen 1 und 5, n eine ganze Zahl zwischen 1 und 5 und m + n = 6 ist, wie zum Beispiel bei 2,3,3,3-Tetrafluor-1-Propen (CF₃-CF=CH₂). Auf so ein Kühlmittel wird als HFO1234yf-Kühlmittel Bezug genommen.
Das HFO1234yf-Kühlmittel ist relativ anfällig sich in der Gegenwart von Wasser zu lösen, da es die Doppelbindung enthält. Wenn Wasser mit dem Kühlmittel in dem Kühlmittelkreislauf aus irgendeinem Grund während des Herstellungsverfahrens des Kompressors oder während der Verwendung im Markt vermischt wird, kann sich das Kühlmittel lösen und dadurch Fluorwasserstoffsäure (HF) erzeugen. Säure, wie die Fluorwasserstoffsäure verursacht, dass der Permanentmagnet relativ früh korrodiert. Deswegen ist die Verwendung des motorbetriebenen Kompressors, der die Schutzschicht auf der Oberfläche des Permanentmagneten zum Verbessern der Korrosionsfestigkeit des Permanentmagneten aufweist und bei dem der Spalt zwischen dem Permanentmagneten und einer Wand des Magnetlochs mit einem Befestigungsharz zum Befestigen des Permanentmagneten an der Wand des Magnetlochs aufgefüllt ist, für die das HFO1234yf-Kühlmittel verwendende Kühlanlage besonders effektiv.
Der motorbetriebene Kompressor arbeitet effektiv, wenn das Gehäuse Schmieröl, das Polyolester (POE), Polyvinylether (PVE) und/oder Polyalkylenglykol (PAG) enthält, in sich aufweist. Der Eintritt von Wasser oder Säure in den Kühlmittelkreislauf ist weiterhin in dem Fall unerwünscht, bei dem der motorbetriebene Kompressor so ein Schmieröl in dem Gehäuse enthält. Beispielsweise hydrolisiert Polyolester in der Gegenwart von Wasser, wodurch organische Karbonsäure erzeugt wird. Wie im Fall der Fluorwasserstoffsäure kann die organische Karbonsäure verursachen, dass der Permanentmagnet korrodiert. Deswegen ist die Verwendung des motorbetriebenen Kompressors, der die Schutzschicht auf der Oberfläche des Permanentmagneten zum Verbessern der Korrosionsfestigkeit des Permanentmagneten aufweist und bei dem der Spalt zwischen dem Permanentmagneten und einer Wand des Magnetlochs mit einem Befestigungsharz zum Befestigen des Permanentmagneten an der Wand des Magnetlochs aufgefüllt ist, in diesem Fall besonders effektiv.
Es wird bevorzugt, dass der Rotor einen Rotorkörper und ein Paar Endplatten aufweist, sodass sich das Magnetloch des Rotors durch den Rotorkörper in einer axialen Richtung des Rotorkörpers erstreckt und, dass das Paar Endplatten in der axialen Richtung des Rotorkörpers zum Verschließen des Magnetlochs an gegenüberliegenden Seiten angeordnet ist. In diesem Fall verschließen das Paar Endplatten das Magnetloch, wodurch die Wahrscheinlichkeit, dass der Permanentmagnet mit dem Wasser enthaltenden Kühlmittel in Kontakt kommt und das die Alterung des Permanentmagneten verursacht, reduziert ist, was der Verschlechterung des Permanentmagneten vorbeugt.
In einem Fall, wo der Rotorkörper aus einer Vielzahl von geschichteten magnetischen Stahlplatten gebildet wird, ist es andererseits schwer, das Kühlmittel vom Eintreten in das Magnetloch über einen leichten Spalt zwischen den geschichteten magnetischen Stahlplatten völlig abzuhalten. In dem motorbetriebenen Kompressor der vorliegenden Erfindung wird es deswegen vorgezogen, dass eine gesamte äußere Fläche des Rotors mit einer Harzschicht beschichtet ist. Die Harzschicht vermeidet den Eintritt von Wasser oder Säure in das Magnetloch.
Der Begriff „Harz” wie bei der Harzschicht wird hierbei in einem weiten Sinne verwendet und schließt natürliches Harz, synthetisches Harz, natürlichen Kautschuk und synthetischen Kautschuk mit ein. Das die Schicht bildende Harz schließt Harz oder Kautschuk aus beispielsweise Polyethylen, Epoxid, Fluor, Acryl, Polyamid, Polyamidimid, Silikon, Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherimid, Phenolreihen, Melaminreihen und Urethanreihen mit ein. Von diesen Harzen ist das Fluorreihenharz durch seine hohe Flexibilität zur Verwendung geeignet.
In dem motorbetriebenen Kompressor der vorliegenden Erfindung kann der elektrische Motor entweder von einer ersten Art sein, bei der der mit der Welle rotierende Rotor radial innerhalb eines zylindrischen Stators angeordnet ist oder einer zweiten Art, bei der ein zylindrischer Rotor radial außerhalb des Stators angeordnet ist. Bei der ersten Art eines Elektromotors wird der Permanentmagnet aus einer flachen Platte gebildet und eine Vielzahl von Permanentmagneten ist so angeordnet, um im Querschnitt senkrecht zu der axialen Richtung des Rotors ein Polygon zu bilden. Bei der zweiten Art des Elektromotors wird der Permanentmagnet aus einer bogenförmigen Platte gebildet, deren Querschnitt bogenförmig ist und aus einer Vielzahl von Permanentmagneten, die so angeordnet sind, dass sie in einem Querschnitt senkrecht zu der axialen Richtung des Rotors einen Kreis bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009-225636 [0002]

Claims

Motorbetriebener Kompressor (1) mit: einem Gehäuse (10), das eine Saugöffnung (11) und eine Ausströmöffnung (12) aufweist; einem Verdichtungsmechanismus (15), der in dem Gehäuse (10) angeordnet ist und eingerichtet ist, um das in das Gehäuse (10) durch die Saugöffnung (11) angesaugte Kühlmittel zu verdichten und das verdichtete Kühlmittel aus dem Gehäuse (10) durch die Ausströmöffnung (12) zu entladen; einer Welle (21), die in dem Gehäuse (10) angeordnet ist; einem Elektromotor (2), der in dem Gehäuse (10) angeordnet ist und eingerichtet ist, um die Welle (21) zu drehen und so den Verdichtungsmechanismus (15) anzutreiben, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (2) einen auf der Welle (21) befestigten Rotor (22) und einen durch das Gehäuse (10) unterstützten Stator (23) aufweist, wobei der Rotor (22) einen Permanentmagneten (3) und ein Magnetloch (225), in das der Permanentmagnet (3) eingeführt ist, aufweist und das Magnetloch (225) sich in einer axialen Richtung des Rotors (22) erstreckt, Wobei eine Schutzschicht (35) auf einer Oberfläche des Permanentmagneten (3) zur Verbesserung der Korrosionsfestigkeit des Permanentmagneten (3) ausgebildet ist, und wobei ein Befestigungsharz (6) in mindestens einen Teil eines Spalts zwischen dem Permanentmagneten (3) und einer Wand des Magnetloches (225) zum Befestigen des Permanentmagneten (3) an der Wand des Magnetlochs (225) gefüllt ist.
Motorbetriebener Kompressor (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetloch (225) ein Hauptloch (228), das in seiner Form einem Umriss des Permanentmagneten (3) entspricht, und ein Erweiterungsloch (227), das von einem Abschnitt einer Wand des Hauptlochs (228) nach außen erweitert ist, aufweist, wobei das Erweiterungsloch (227) mindestens an einem seiner Enden in der axialen Richtung des Rotors (22) geöffnet ist und mit dem Befestigungsharz (6) befüllt ist.
Motorbetriebener Kompressor (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Oberfläche des Permanentmagneten (3) gebildete Schutzschicht (35) eine chemische Adsorptionsschicht mit einer Hydroxygruppe und/oder Aminogruppe aufweist.
Motorbetriebener Kompressor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Oberfläche des Permanentmagneten (3) gebildete Schutzschicht (35) eine aus Metall hergestellte Schicht aufweist.
Motorbetriebener Kompressor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Oberfläche des Permanentmagneten (3) ausgebildete Schutzschicht (35) eine aus einem Harz hergestellte Schicht aufweist.
Motorbetriebener Kompressor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (3) ein Seltenerdmagnet ist.
Motorbetriebener Kompressor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der motorbetriebene Kompressor (1) für eine fahrzeugmontierte Klimaanlage (5) verwendet wird, die einen Kühlmittelkreislauf (55) aufweist, in dem ein nicht-metallischer Kanal verbunden ist.
Motorbetriebener Kompressor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der motorbetriebene Kompressor (1) in einer Kühlanlage verwendet wird, durch die das Kühlmittel oder eine Kühlmittelmischung zirkuliert, die das Kühlmittel enthält, das durch die Summenformel C₃H_mF_n ausgedrückt wird und eine Doppelbindung in einer Molekularstruktur der Summenformel aufweist und in der m eine ganze Zahl zwischen 1 bis 5, n eine ganze Zahl zwischen 1 bis 5 und m + n = 6 ist.
Motorbetriebener Kompressor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) in sich Schmieröl aufweist, das Polyolester (POE), Polyvinylether (PVE) und/oder Polyalkylenglykol (PAG) enthält.
Motorbetriebener Kompressor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (22) einen Rotorkörper (220) und ein Paar Endplatten (25) aufweist und sich das Magnetloch (225) des Rotors (22) durch den Rotorkörper (220) in einer axialen Richtung des Rotorkörpers (220) erstreckt und das Endplattenpaar (25) in der axialen Richtung des Rotorköpers (220) zum Schließen des Magnetlochs (225) an gegenüberliegenden Enden angeordnet ist.
Motorbetriebener Kompressor (1) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine gesamte äußere Fläche des Rotors (22) mit einer Harzschicht (27) beschichtet ist.