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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine rotierende Maschine, die mit einem rotierenden Laufrad versehen ist.
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Stand der Technik
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Die
JP 2004 -
144 095 A offenbart eine rotierende Maschine mit einem Laufrad, das mittels einer Passfeder an einer rotierenden Welle befestigt ist.
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Die
JP 2005- 330 816 A1 offenbart ein Laufrad mit integrierter rotierender Welle.
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Die
DE 41 39 293 A1 offenbart ein Laufrad aus einem Faser-KunststoffVerbund.
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Die
US 3 061 342 A offenbart eine rotierende Maschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
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Schließlich ist aus der JP H01- 158 525 U eine rotierende Maschine bekannt, die mit einem Harzlaufrad versehen ist, das an einer Turbinenwelle angebracht wird, indem die Turbinenwelle einen Nabenabschnitt des Laufrads durchdringt und durch eine Mutter, die mit einem vorstehenden Ende der Turbinenwelle verschraubt ist, ein Festziehen erfolgt.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Technisches Problem
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Bei der rotierenden Maschine gemäß der JP H01- 158 525 U tritt wahrscheinlich mit der Zeit im Laufrad eine Kriechverformung auf. Sobald die Kriechverformung im Laufrad abhängig von Betriebssituationen, der Höhe der Mutterbefestigungskraft oder dergleichen zunimmt, kann sich entsprechend die Befestigungskraft zum Halten des Laufrads verringern und die Rotation des Laufrads kann instabil werden.
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Die Erfindung befasst sich mit einer rotierenden Maschine, die dazu geeignet ist, die Rotation eines Harzlaufrads stabil aufrechtzuerhalten.
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Lösung des Problems
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Ein Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine rotierende Maschine, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist.
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Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der Erfindung wird die Rotation eines Harzlaufrads stabil und geeignet aufrechterhalten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 ist eine Schnittansicht eines elektrischen Kompressors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 2 ist eine Schnittansicht, in der vergrößert der spitzenseitige Teil der in 1 dargestellten rotierenden Welle dargestellt ist.
- 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III von 2 und eine Schnittansicht, in der ein an der rotierenden Welle angebrachtes Laufrad entlang einer Ebene senkrecht zu einer Rotationsachse geschnitten ist.
- 4 ist ein Schaubild, in dem das an der rotierenden Welle angebrachte Laufrad auf teilweise aufgebrochene Weise dargestellt ist, wobei 4(a) eine auseinandergezogene Perspektivansicht und 4(b) eine Montagezeichnung ist.
- 5 ist ein Schaubild, in dem die rotierende Welle und das an der rotierenden Welle angebrachte Laufrad gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel und einem Abwandlungsbeispiel auf teilweise aufgebrochene Weise dargestellt sind, wobei 5(a) eine Perspektivansicht ist, die einen zusammengebauten Zustand darstellt, 5(b) eine Perspektivansicht ist, die einen Teil der rotierenden Welle darstellt, und 5(c) eine Endansicht ist, in der ein nicht kreisförmiger Abschnitt der rotierenden Welle und ein nicht umlaufender Oberflächenabschnitt eines Nabenabschnitts in einem Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse geschnitten sind.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Ein Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine rotierende Maschine, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist.
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Bei dem vorliegenden Aspekt stehen der nicht kreisförmige Abschnitt des durchdringenden Wellenabschnitts und der Verbindungsabschnitt des Laufrads miteinander in Eingriff und es wird eine Rotationskraft übertragen, sobald sich die rotierende Welle dreht. Mit anderen Worten ist das Laufrad dazu imstande, von dem nicht kreisförmigen Abschnitt und dem Verbindungsabschnitt, die miteinander in Eingriff stehen, sowie dem Befestigungsabschnitt eine Rotationskraft aufzunehmen. Dieser Eingriff zwischen dem nicht kreisförmigen Abschnitt und dem Verbindungsabschnitt ist ein Zusammenhang gegenseitigen Eingriffs in der Rotationsrichtung der rotierenden Welle, und es ist unwahrscheinlich, dass der Kriechverformungseinfluss besteht, der durch die Befestigung des Befestigungsabschnitts erzeugt wird. Deshalb wird die Rotationskraft von der rotierenden Welle über den nicht kreisförmigen Abschnitt und den Verbindungsabschnitt auch dann zum Laufrad übertragen, wenn es in dem Harzlaufrad zu einer Kriechverformung kommt, und somit kann ein Leerlaufen des Harzlaufrads verhindert werden, was geeignet ist, um die Rotation stabil aufrechtzuerhalten, und was für eine Lebensdauerverlängerung vorteilhaft ist.
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Bei dem vorliegenden Aspekt weist das Laufrad eine Vielzahl von langen Schaufelabschnitten und eine Vielzahl von kurzen Schaufelabschnitten auf, die auf einem Außenumfang des Nabenabschnitts angeordnet sind und abwechselnd entlang einer Umfangsrichtung der rotierenden Welle angeordnet sind, und der kreisförmige Hauptabschnitt erstreckt sich zumindest von einem Endabschnitt des Nabenabschnitts auf Seiten des Befestigungsaufnahmeabschnitts bis zu einer Position jenseits des kurzen Schaufelabschnitts. Der lange Schaufelabschnitt ist dabei so angeordnet, dass er in der Umfangsrichtung der rotierenden Welle an dem Teil des Nabenabschnitts, wo der kurze Schaufelabschnitt angeordnet ist, wechselt, und der Teil, wo der kurze Schaufelabschnitt und der lange Schaufelabschnitt abwechselnd angeordnet sind, kann auch als der Kernteil des Nabenabschnitts bezeichnet werden. Mit dem kreisförmigen Hauptabschnitt gemäß dem vorliegenden Aspekt kann der Kernteil des Nabenabschnitts zuverlässiger getragen werden, was vorteilhaft ist, um eine stabile Rotation des Laufrads aufrechtzuerhalten.
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Wenn bei dem vorliegenden Aspekt das Laufrad mit dem Befestigungsabschnitt an der rotierenden Welle angebracht wird, wird das Laufrad zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Befestigungsaufnahmeabschnitt eingezwängt. Bei dem vorliegenden Aspekt ist der Verbindungsabschnitt von dem kreisförmigen Hauptabschnitt getrennt, und somit wird der eingezwängte Zustand des Laufrads stabil aufrechterhalten, praktisch ohne dass der Verbindungsabschnitt mit dem kreisförmigen Hauptabschnitt in Eingriff steht.
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Bei der rotierenden Maschine kann gemäß einem weiteren Aspekt in dem nicht kreisförmigen Abschnitt eine Vielzahl von Verriegelungsabschnitten angeordnet sein, die von dem perfekten Kreis abweichen, wobei die Verriegelungsabschnitte in einer Umfangsrichtung der rotierenden Welle in regelmäßigen Intervallen angeordnet sind, in dem Verbindungsabschnitt kann eine Vielzahl von Verriegelungsaufnahmeabschnitten angeordnet sein, die jeweils mit den Verriegelungsabschnitten in Eingriff stehen, und die Verriegelungsaufnahmeabschnitte können in der Umfangsrichtung der rotierenden Welle in regelmäßigen Intervallen angeordnet sein. Dadurch, dass die Verriegelungsabschnitte und die Verriegelungsaufnahmeabschnitte in der Umfangsrichtung der rotierenden Welle gemäß diesem Aspekt in regelmäßigen Intervallen angeordnet sind, kann eine Zunahme eines Unwuchtbetrags als rotierender Körper reduziert werden, und es kann eine Zunahme eines Wirbelbewegungsbetrags, der einer Rotationsexzentrizität zugeschrieben werden kann, verhindert werden. Deshalb kann die Rotation des Laufrads stabil und geeignet aufrechterhalten werden.
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Bei der rotierenden Maschine kann das Laufrad gemäß einem weiteren Aspekt eine Endfläche haben, die gegen den Befestigungsabschnitt stößt, und die Endfläche kann von einem Fußteil des Spitzenwellenabschnitts auf Seiten des durchdringenden Wellenabschnitts getrennt sein. Der Befestigungsabschnitt zwängt das Laufrad ein, da er mit dem Spitzenwellenabschnitt verschraubt ist und gegen die Endfläche des Laufrads stößt. Bei dem vorliegenden Aspekt ist die Endfläche des Laufrads von dem Fußteil des Spitzenendabschnitts auf Seiten des durchdringenden Wellenabschnitts getrennt, und somit ist es wahrscheinlich, dass der gegen die Endfläche des Laufrads stoßende Befestigungsabschnitt praktisch keinen Eingriff vom durchdringenden Wellenabschnitt erfährt, was vorteilhaft ist, um eine stabile Rotation des Laufrads aufrechtzuerhalten.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Bei der Beschreibung der Zeichnungen werden die gleichen Bezugszahlen verwendet, um die gleichen Elemente zu bezeichnen, sodass die gleiche Beschreibung nicht wiederholt wird.
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Unter Bezugnahme auf 1 wird ein elektrischer Kompressor (eine rotierende Maschine) 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Der in 1 dargestellte elektrische Kompressor 1 wird bei einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, eines Schiffes oder dergleichen angewandt. Der elektrische Kompressor 1 ist mit einem Verdichter 7 versehen. Der elektrische Kompressor 1 verdichtet ein Fluid wie Luft und erzeugt verdichtete Luft, indem er ein Verdichterlaufrad 8 mittels eines Zusammenspiels zwischen einem Rotorabschnitt 13 und einem Statorabschnitt 14 dreht.
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Der elektrische Kompressor 1 ist mit einer rotierenden Welle 12 versehen, die drehbar in einem Gehäuse 2 getragen wird, und das Verdichterlaufrad 8 ist an der Spitzenseite der rotierenden Welle 12 angebracht. Das Gehäuse 2 ist mit einem Motorgehäuse 3, das den Rotorabschnitt 13 und den Statorabschnitt 14 unterbringt, wobei eine Endwand 4 die Seite der hinteren Fläche (die rechte Seite in 1), an der sich das Motorgehäuse 3 öffnet, verschließt, und einem Verdichtergehäuse 6 versehen, das auf Seiten der vorderen Fläche (der linken Seite in 1) des Motorgehäuses 3 angebracht ist und das Verdichterlaufrad 8 unterbringt. Das Verdichtergehäuse 6 weist einen Ansaugstutzen 9, einen Schneckenabschnitt 10 und einen (nicht dargestellten) Abgabestutzen auf.
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Das Verdichterlaufrad 8 besteht aus zum Beispiel Harz oder kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (nachstehend als „CFK“ abgekürzt). Darauf beruhend ist eine Gewichtsreduzierung versucht worden.
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Der Rotorabschnitt 13 ist an der rotierenden Welle 12 befestigt und weist einen oder eine Vielzahl von (nicht dargestellten) Permanentmagneten auf, die an der rotierenden Welle 12 angebracht sind. Der Statorabschnitt 14 ist an der Innenfläche des Motorgehäuses 3 befestigt, sodass er den Rotorabschnitt 13 umgibt, und er weist einen (nicht dargestellten) Spulenabschnitt auf, um den ein Leitungsdraht gewickelt ist. Sobald ein Wechselstrom durch den Leitungsdraht zum Spulenabschnitt des Statorabschnitts 14 fließt, drehen sich infolge des Zusammenspiels zwischen dem Rotorabschnitt 13 und dem Statorabschnitt 14 zusammen die rotierende Welle 12 und das Verdichterlaufrad 8. Sobald sich das Verdichterlaufrad 8 dreht, saugt das Verdichterlaufrad 8 durch den Ansaugstutzen 9 Außenluft an, es verdichtet die Luft mittels des Schneckenabschnitts 10 und es gibt die Luft aus dem Abgabestutzen ab. Die aus dem Abgabestutzen abgegebene verdichtete Luft wird der oben erwähnten Brennkraftmaschine zugeführt.
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Der elektrische Kompressor 1 ist mit einem Paar vorderer und hinterer Kugellager 20A und 20B versehen, die die drehbare Welle 12 drehbar tragen. Das Kugellager 20A auf der Vorderseite wird von der Spitzenseite der rotierenden Welle 12 aus eingeführt (zum Beispiel pressgepasst), das Kugellager 20B auf der hinteren Seite wird von der Fußendenseite der rotierenden Welle 12 aus eingeführt (zum Beispiel pressgepasst), und jedes der Kugellager 20A und 20B wird dadurch an einer vorbestimmten Stelle angebracht. Die rotierende Welle 12 wird auf beiden Seiten von dem Paar Kugellagern 20A und 20B getragen. Die Kugellager 20A und 20B sind zum Beispiel mit Fett geschmierte Radialkugellager.
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Genauer gesagt können die Kugellager 20A und 20B Rillenkugellager oder Schrägkugellager sein. Die Kugellager 20A und 20B weisen einen Innenring 20a, der in die rotierende Welle 12 pressgepasst ist, und einen Außenring 20b auf, der dazu imstande ist, sich über eine Vielzahl von Kugeln 20c bezüglich des Innenrings 20a zu drehen.
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Die rotierende Welle 12 ist mit einem Hauptwellenabschnitt 21, an dem der Rotorabschnitt 13 angeordnet ist, einem Laufradwellenabschnitt 22, an dem das Verdichterlaufrad 8 angebracht ist, und einem Befestigungsaufnahmeabschnitt 25 versehen, der zwischen dem Hauptwellenabschnitt 21 und dem Laufradwellenabschnitt 22 angeordnet ist und für das Kugellager 20A auf der Vorderseite eine Positionierungsfunktion erfüllt. In dem Laufradwellenabschnitt 22 sind ein durchdringender Wellenabschnitt 26, der das Verdichterlaufrad 8 durchdringt, und ein Außengewindeabschnitt (ein Spitzenwellenabschnitt) 27 vorgesehen, der vom Verdichterlaufrad 8 vorsteht. Mit dem Außengewindeabschnitt 27 ist eine Befestigungsmutter (ein Befestigungsabschnitt) 31 verschraubt, sodass das Verdichterlaufrad 8 an der rotierenden Welle 12 angebracht ist. Das Verdichterlaufrad 8 ist auf der rotierenden Welle 12 durch Spielpassung, Übergangspassung, Presspassung oder dergleichen montiert. Außerdem ist das Verdichterlaufrad 8 an der rotierenden Welle 12 angebracht, indem es infolge des Festziehens der mit dem Außengewindeabschnitt 27 verschraubten Befestigungsmutter 31 über das Kugellager 20A zwischen dem Befestigungsaufnahmeabschnitt 25 und der Befestigungsmutter 31 eingezwängt wird.
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Der durchdringende Wellenabschnitt 26 (siehe 2) ist mit einem zylinderförmigen, kreisförmigen Hauptabschnitt 26a, der einer Innenumfangsfläche 44 eines Nabenabschnitts 40 des Verdichterlaufrads 8 zugewandt ist, und einem nicht kreisförmigen Abschnitt 26b versehen, der näher auf Seiten des Außengewindeabschnitts 27 als der kreisförmige Hauptabschnitt 26a angeordnet ist. Der Umriss des Querschnitts des kreisförmigen Hauptabschnitts 26a, der senkrecht zu einer Rotationsachse S (siehe 3) ist, hat eine kreisförmige Form entlang eines gedachten perfekten Kreises C rund um die Rotationsachse S. Andererseits hat der Umriss des Querschnitts des nicht kreisförmigen Abschnitts 26b, der zur Rotationsachse S senkrecht ist, eine nicht kreisförmige Form, die von dem oben genannten gedachten perfekten Kreis C abweicht. Genauer gesagt ist auf dem nicht kreisförmigen Abschnitt 26b eine zweiseitige maschinelle Bearbeitung durchgeführt worden (siehe 3), und an Positionen, die bezogen auf die Rotationsachse S liniensymmetrisch sind, ist ein Paar ebener Abschnitte 26c angeordnet, die im Wesentlichen parallel zueinander sind. Der ebene Abschnitt 26c hat einen Umriss, bei dem der gedachte perfekte Kreis C teilweise ausgeschnitten ist. Das Paar ebener Abschnitte 26c ist ein Beispiel für eine Vielzahl von Verriegelungsabschnitten, die in einer Umfangsrichtung R der rotierenden Welle 12 in regelmäßigen Intervallen angeordnet sind.
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Wie in 2 und 4 dargestellt ist, ist das Verdichterlaufrad 8 mit dem Nabenabschnitt 40, der den durchdringenden Wellenabschnitt 26 umgibt, und einer Vielzahl von langen Schaufelabschnitten 41 und einer Vielzahl von kurzen Schaufelabschnitten 42 versehen, die auf dem Nabenabschnitt 40 vorgesehen sind. Die langen Schaufelabschnitte 41 und die kurzen Schaufelabschnitte 42 sind entlang der Umfangsrichtung R der rotierenden Welle 12 abwechselnd angeordnet. Werden die Füße des langen Schaufelabschnitts 41 und des kurzen Schaufelabschnitts 42 verglichen, die vom Nabenabschnitt 40 aus hochstehen, ist ein Endabschnitt 41a des langen Schaufelabschnitts 41 auf Seiten der Befestigungsmutter 31 näher als ein Endabschnitt 42a des kurzen Schaufelabschnitts 42 auf Seiten der Befestigungsmutter 31 an der Befestigungsmutter 31 positioniert.
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Der kreisförmige Hauptabschnitt 26a des durchdringenden Wellenabschnitts 26 erstreckt sich zumindest von einer hinteren Endfläche (einem Endabschnitt) 45 des Nabenabschnitts 40 auf Seiten des Befestigungsaufnahmeabschnitts 25 bis zu einer Position jenseits des kurzen Schaufelabschnitts 42 (siehe 1). Diese Position jenseits des kurzen Schaufelabschnitts 42 bedeutet, dass der Endabschnitt des kreisförmigen Hauptabschnitts 26a auf Seiten der Befestigungsmutter 31 in einer Richtung X entlang der Rotationsachse S an einer Position näher an dem Außengewindeabschnitt 27 als der Endabschnitt 42a des kurzen Schaufelabschnitts 42 auf Seiten der Befestigungsmutter 31 angeordnet ist. Dies schließt ein, dass der Endabschnitt des kreisförmigen Hauptabschnitts 26a auf Seiten der Befestigungsmutter 31 in der Richtung X entlang der Rotationsachse S zwischen dem Endabschnitt 42a und dem Außengewindeabschnitt 27 positioniert ist. Der kreisförmige Hauptabschnitt 26a gemäß diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich jenseits der hinteren Endfläche 45 des Nabenabschnitts 40 zum Befestigungsaufnahmeabschnitt 25, und der Abmessungsbereich des kreisförmigen Hauptabschnitts 26a in der Richtung X entlang der Rotationsachse S ist in 1 mit Dx angegeben.
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Der Nabenabschnitt 40 ist mit einem Schaufelfußabschnitt 40b versehen, der bezüglich eines zylinderförmigen Abschnitts 40a, der vom durchdringenden Wellenabschnitt 26 durchdrungen wird und sich in der Radialrichtung der rotierenden Welle 12 ausdehnt, einstückig angeordnet ist, und der lange Schaufelabschnitt 41 und der kurze Schaufelabschnitt 42 sind vom zylinderförmigen Abschnitt 40a bis zum Schaufelfußabschnitt 40b durchgehend auf einer Außenumfangsfläche 43 angeordnet. Außerdem ist der Nabenabschnitt 40 mit der Innenumfangsfläche 44 versehen, die der rotierenden Welle 12 erlaubt, eingeführt zu werden, wobei sich die hintere Endfläche 45 mit dem Kugellager 20A in Kontakt befindet und eine vordere Endfläche 46 gegen die Befestigungsmutter 31 stößt. Die Innenumfangsfläche 44 des Nabenabschnitts 40 ist ein Beispiel für die Innenumfangsfläche des Laufrads gemäß diesem Ausführungsbeispiel.
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Die Innenumfangsfläche 44 ist mit einem umlaufenden Oberflächenabschnitt 44a, der dem kreisförmigen Hauptabschnitt 26a des durchdringenden Wellenabschnitts 26 (der rotierenden Welle 12) zugewandt ist, und einem nicht umlaufenden Oberflächenabschnitt (einem Verbindungsabschnitt) 44b versehen, der dem nicht kreisförmigen Abschnitt 26b der rotierenden Welle 12 zugewandt ist. Der nicht umlaufende Oberflächenabschnitt 44b ist näher auf Seiten der vorderen Endfläche 46 als der umlaufende Oberflächenabschnitt 44a ausgebildet. Der nicht umlaufende Oberflächenabschnitt 44b steht mit dem nicht kreisförmigen Abschnitt 26b der rotierenden Welle 12 in Eingriff. Dieser Eingriff steht für einen Aufbau, bei dem eine Rotation des nicht kreisförmigen Abschnitts 26b auch dann zum nicht umlaufenden Oberflächenabschnitt 44b übertragen wird, wenn auf den Kontaktflächen von beiden keine Reibung auftritt, indem der nicht umlaufende Oberflächenabschnitt 44b vom nicht kreisförmigen Abschnitt 26b eingefangen wird.
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Der nicht umlaufende Oberflächenabschnitt 44b (siehe 3) ist mit einem ebenen Aufnahmeabschnitt 44c versehen, der sich mit dem ebenen Abschnitt 26c des nicht kreisförmigen Abschnitts 26b in Kontakt befindet. Genauer gesagt ist der nicht umlaufende Oberflächenabschnitt 44b mit einem Paar der ebenen Aufnahmeabschnitte 44c versehen, die jeweils dem Paar ebener Abschnitte 26c an Positionen zugewandt sind, die bezogen auf die Rotationsachse S liniensymmetrisch sind. Der Umriss des Querschnitts des nicht umlaufenden Oberflächenabschnitts 44b, der senkrecht zur Rotationsachse S ist, hat eine im Wesentlichen ovale Form, die ein Paar linearer Teile hat, die bezogen auf den gedachten perfekten Kreis C (Strich-Punkt-Linie in 3) rund um die Rotationsachse S eingebaucht sind, und das Paar linearer Teile entspricht dem Paar ebener Aufnahmeabschnitte 44c. Das Paar ebener Aufnahmeabschnitte 44c entspricht dem Paar ebener Abschnitte 26c und ist ein Beispiel für eine Vielzahl von Verriegelungsaufnahmeabschnitten, die in der Umfangsrichtung R der rotierenden Welle 12 in regelmäßigen Intervallen angeordnet sind.
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In einem Zustand, in dem sich die hintere Endfläche 45 des Nabenabschnitts 40 mit dem Kugellager 20A in Kontakt befindet, ist der nicht umlaufende Oberflächenabschnitt 44b des Nabenabschnitts 40 bezogen auf den kreisförmigen Hauptabschnitt 26a der rotierenden Welle 12 um ein geringes Ausmaß da getrennt (siehe 2). Wenn der Nabenabschnitt 40 an die Position geschoben wird, an der er gegen das Kugellager 20A stößt, beeinträchtigt der nicht umlaufende Oberflächenabschnitt 44b des Nabenabschnitts 40 mit anderen Worten den kreisförmigen Hauptabschnitt 26a der rotierenden Welle 12 nicht und stört auch nicht die hintere Endfläche 45 des Nabenabschnitts 40, die das Kugellager 20A erreicht. Wenn das Verdichterlaufrad 8 mit der rotierenden Welle 12 zusammengebaut wird, kann das Verdichterlaufrad 8 deshalb den ganzen Weg (bis zu der Position, an der er gegen das Kugellager 20A stößt) hineingeschoben und zuverlässig installiert werden. Außerdem wird auch in einem Zustand, in dem sich das Verdichterlaufrad 8 tatsächlich dreht, der eingezwängte Zustand des Verdichterlaufrads 8 stabil aufrechterhalten, praktisch ohne dass der nicht umlaufende Oberflächenabschnitt 44b des Nabenabschnitts 40 den kreisförmigen Hauptabschnitt 26a der rotierenden Welle 12 beeinträchtigt.
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Außerdem ist die vordere Endfläche 46 des Nabenabschnitts 40 so konzipiert, dass sie bezüglich eines Fußteils 27a des Außengewindeabschnitts 27 um ein geringes Ausmaß db getrennt ist. Der Fußteil 27a des Außengewindeabschnitts 27 ist der Grenzteil zwischen dem durchdringenden Wellenabschnitt 26 und dem Außengewindeabschnitt 27. Entsprechend bleibt die vordere Endfläche 46 des Nabenabschnitts 40 von dem durchdringenden Wellenabschnitt 26 getrennt, wenn das Verdichterlaufrad 8 durch die mit dem Außengewindeabschnitt 27 verschraubte Befestigungsmutter 31 festgezogen wird und wenn das Verdichterlaufrad 8 durch Festziehen angebracht ist.
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Die Befestigungsmutter 31 stößt, indem sie mit dem Außengewindeabschnitt 27 verschraubt wird, gegen die vordere Endfläche 46 des Nabenabschnitts 40 und schiebt das Verdichterlaufrad 8 hinein. Deshalb zwängt die Befestigungsmutter 31 das Verdichterlaufrad 8 über das Kugellager 20A zwischen der Befestigungsmutter 31 und dem Befestigungsaufnahmeabschnitt 25 ein. Obwohl das Verdichterlaufrad 8 im vorliegenden Ausführungsbeispiel über das Kugellager 20A indirekt zwischen der Befestigungsmutter 31 und dem Befestigungsaufnahmeabschnitt 25 eingezwängt wird, kann das Verdichterlaufrad 8 durch ein die rotierende Welle 12 tragendes Lager, das an einem anderen Platz angeordnet wird, auch direkt zwischen der Befestigungsmutter 31 und dem Befestigungsaufnahmeabschnitt 25 eingezwängt werden. Außerdem kann die Schraubrichtung der Befestigungsmutter 31 und des Außengewindeabschnitts 27 eine beliebige Richtung sein. Zum Beispiel kann eine Schraube in der Richtung entgegengesetzt zur Rotationsrichtung des Verdichterlaufrads 8 ausgebildet und verschraubt werden. Während eines Betriebs zum Herausschicken von Luft nimmt das Verdichterlaufrad 8 eine Fluidkraft in der Richtung entgegengesetzt zur Rotationsrichtung des Verdichterlaufrads 8 auf. Wenn eine Schraube mit einer Befestigungsrichtung entgegengesetzt zur Rotationsrichtung ausgebildet wird, wird zum Beispiel entsprechend eine Fluidkraft auf das Verdichterlaufrad 8 in der Richtung erzeugt, in der die Schraube festgezogen wird, und somit kann eine Abnahme der Laufradbefestigungskraft (Haltekraft) verhindert werden.
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Oben ist ein grundlegendes Beispiel beschrieben worden. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 5 ein Abwandlungsbeispiel des nicht kreisförmigen Abschnitts 26b der rotierenden Welle 12 und des nicht umlaufenden Oberflächenabschnitts 44b des Nabenabschnitts 40 beschrieben. Die rotierende Welle und das an der rotierenden Welle angebrachte Verdichterlaufrad sind in 5 in einer teilweise ausgebrochenen Weise dargestellt, wobei 5(a) eine Perspektivansicht ist, die einen zusammengebauten Zustand darstellt, 5(b) eine Perspektivansicht ist, die einen Teil der rotierenden Welle darstellt, und 5(c) eine Endansicht ist, in der die Verbindungsstelle zwischen dem nicht kreisförmigen Abschnitt der rotierenden Welle und dem nicht umlaufenden Oberflächenabschnitt des Nabenabschnitts in dem Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse geschnitten ist.
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Im vorliegenden Abwandlungsbeispiel sind zwei Sätze des Paars ebener Abschnitte (Verriegelungsabschnitte) 26c angeordnet, die von dem perfekten Kreis C abweichen, und jeder Satz des Paars ebener Abschnitte 26c ist so angeordnet, dass er bezogen auf die Rotationsachse S liniensymmetrisch ist. Mit anderen Worten ist im vorliegenden Abwandlungsbeispiel der ebene Abschnitt 26c an insgesamt vier Stellen angeordnet, und in dem Nabenabschnitt 40 des Verdichterlaufrads 8 sind vier ebene Aufnahmeabschnitte 44c so angeordnet, dass sie den vier ebenen Abschnitten 26c entsprechen. Die vier ebenen Abschnitte 26c und die vier ebenen Aufnahmeabschnitte 24c sind in der Umfangsrichtung R der rotierenden Welle 12 in regelmäßigen Intervallen angeordnet.
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Es werden nun die Arbeitsweise und Wirkung des elektrischen Kompressors 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel beschrieben, das das grundlegende Beispiel und das oben beschriebene Abwandlungsbeispiel umfasst. Bei einer herkömmlichen Ausgestaltung, bei der zum Beispiel ein Harzlaufrad durch Mutterbefestigung an einer rotierenden Welle angebracht wird, wirkt auf dem Laufrad abhängig von Betriebssituationen anhaltend eine Hochdruckbefestigungskraft (Axialkraft) und es ist wahrscheinlicher als bei einem metallischen Laufrad, dass eine Kriechverformung (auch als Kriechverzug bezeichnet) auftritt. Abhängig von der Harzart nimmt die Kriechverformung in einem Fall, in dem zum Beispiel ein Harzbauteil befestigt wird, mit der Zeit allmählich und an einem vorbestimmten Zeitpunkt plötzlich zu. Sobald die Kriechverformung zunimmt, lockert sich die Mutter, die Befestigungskraft schwächt sich ab und das Laufrad kann deshalb leerlaufen. Mit anderen Worten nimmt das Laufrad während des Betriebs eine Fluidkraft in der Richtung entgegengesetzt zur Rotationsrichtung auf und die relative Position des Laufrads bezüglich der rotierenden Welle kann in der Rotationsrichtung oder der Radialrichtung abweichen. Dies kann zu einer instabilen Rotation führen, das heißt zu einer Zunahme eines Unwuchtbetrags als rotierender Körper, was zu einer Zunahme eines Wirbelbewegungsbetrags führt, der einer Rotationsexzentrizität zugeschrieben werden kann.
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Der nicht kreisförmige Abschnitt 26b des durchdringenden Wellenabschnitts 26 und der nicht umlaufende Oberflächenabschnitt 44b des Verdichterlaufrads 8 stehen im vorliegenden Ausführungsbeispiel miteinander in Eingriff und es wird eine Rotationskraft übertragen, sobald sich die rotierende Welle 12 dreht. Mit anderen Worten ist das Verdichterlaufrad 8 dazu imstande, eine Rotationskraft von dem nicht kreisförmigen Abschnitt 26b und dem nicht kreisförmigen Oberflächenabschnitt, die miteinander in Eingriff stehen, sowie der Befestigungsmutter 31 aufzunehmen. Dieser Eingriff zwischen dem nicht kreisförmigen Abschnitt 26b und dem nicht umlaufenden Oberflächenabschnitt 44b ist ein Zusammenhang gegenseitigen Eingriffs in der Rotationsrichtung der rotierenden Welle 12, und es ist zum Beispiel unwahrscheinlich, dass hinsichtlich des Verdichterlaufrads 8 ein Einfluss durch eine Kriechverformung, die in der Richtung X entlang der Rotationsachse S erzeugt wird, besteht. Deshalb wird die Rotationskraft von der rotierenden Welle 12 über den nicht kreisförmigen Abschnitt 26b und den nicht umlaufenden Oberflächenabschnitt 44b auch dann zum Verdichterlaufrad 8 übertragen, wenn in dem Harzverdichterlaufrad 8 eine Kriechverformung auftritt, und somit kann ein Leerlaufen des Harzverdichterlaufrads 8 verhindert werden, was geeignet ist, um die Rotation stabil aufrechtzuerhalten, und was für eine Lebensdauerverlängerung vorteilhaft ist.
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Außerdem ist der nicht kreisförmige Abschnitt 26b mit der Vielzahl ebener Abschnitte 26c versehen, die vom perfekten Kreis C abweichen, und die ebenen Abschnitte 26c sind in der Umfangsrichtung R der rotierenden Welle 12 in regelmäßigen Intervallen angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die ebenen Abschnitte 26c zum Beispiel, wie in 3 dargestellt ist, gleichmäßig beabstandet an zwei Stellen mit einem Rotationswinkel von 180° ausgebildet. Außerdem ist der nicht umlaufende Oberflächenabschnitt 44b des Nabenabschnitts 40 mit der Vielzahl ebener Aufnahmeabschnitte 44c versehen, die sich jeweils mit den ebenen Abschnitten 26c in Kontakt befinden, und die ebenen Aufnahmeabschnitte 44c sind in der Umfangsrichtung R der rotierenden Welle 12 in gleichmäßigen Intervallen angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die ebenen Aufnahmeabschnitte 44c zum Beispiel, wie in 3 dargestellt ist, gleichmäßig beabstandet an zwei Stellen mit einem Rotationswinkel von 180° ausgebildet. Dadurch, dass die ebenen Abschnitte 26c und die ebenen Aufnahmeabschnitte 44c in der Umfangsrichtung R der rotierenden Welle 12 in gleichmäßigen Intervallen angeordnet sind, kann eine Zunahme eines Unwuchtbetrags als rotierender Körper reduziert werden, und es kann eine Zunahme eines Wirbelbewegungsbetrags verhindert werden, der einer Rotationsexzentrizität zugeschrieben werden kann. Deshalb wird die Rotation des Verdichterlaufrads 8 stabil und geeignet aufrechterhalten.
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Außerdem erstreckt sich der kreisförmige Hauptabschnitt 26a des durchdringenden Wellenabschnitts 26 der rotierenden Welle 12 zumindest von der hinteren Endfläche 45 des Nabenabschnitts 40 bis zu der Position jenseits des kurzen Schaufelabschnitts 42. Der lange Schaufelabschnitt 41 ist ebenfalls an dem Teil des Nabenabschnitts 40 angeordnet, wo der kurze Schaufelabschnitt 42 angeordnet ist, sodass er in der Umfangsrichtung R der rotierenden Welle 12 wechselt, und der Teil, wo der kurze Schaufelabschnitt und der lange Schaufelabschnitt beide abwechselnd angeordnet sind, kann auch als der Kernteil des Nabenabschnitts 40 bezeichnet werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der gesamte Kernteil des Nabenabschnitts 40 von dem zylinderförmigen, kreisförmigen Hauptabschnitt 26a getragen. Deshalb kann der Kernteil des Nabenabschnitts 40 zuverlässiger vom kreisförmigen Hauptabschnitt 26a getragen werden, was vorteilhaft ist, um eine stabile Rotation des Verdichterlaufrads 8 aufrechtzuerhalten.
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Außerdem ist der nicht umlaufende Oberflächenabschnitt 44b des Nabenabschnitts 40 so konzipiert, dass er bezüglich des kreisförmigen Hauptabschnitts 26a der rotierenden Welle 12 in der Richtung X entlang der Rotationsachse S getrennt ist. Wenn das Verdichterlaufrad 8 mit der Befestigungsmutter 31 an der rotierenden Welle 12 angebracht wird, wird das Verdichterlaufrad 8 zwischen der Befestigungsmutter 31 und dem Befestigungsaufnahmeabschnitt 25 eingezwängt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der nicht umlaufende Oberflächenabschnitt 44b von dem kreisförmigen Hauptabschnitt 26a getrennt, und somit wird der eingezwängte Zustand des Verdichterlaufrads 8 stabil aufrechterhalten, praktisch ohne dass der nicht umlaufende Oberflächenabschnitt 44b den kreisförmigen Hauptabschnitt 26a beeinträchtigt.
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Außerdem hat der Nabenabschnitt 40 die vordere Endfläche 46, die gegen die Befestigungsmutter 31 stößt, und die vordere Endfläche 46 ist von dem Fußteil 27a des Außengewindeabschnitts 27 auf Seiten des durchdringenden Wellenabschnitts 26 getrennt. Dementsprechend bleibt die gegen die vordere Endfläche 46 stoßende Befestigungsmutter 31 von dem durchdringenden Wellenabschnitt 26 getrennt, wenn die Befestigungsmutter 31 festgezogen wird und wenn das Verdichterlaufrad 8 durch Festziehen angebracht ist. Deshalb ist es wahrscheinlich, dass die Befestigungsmutter 31 praktisch keine Beeinträchtigung durch den durchdringenden Wellenabschnitt 26 erfährt, was vorteilhaft ist, um eine stabile Rotation des Verdichterlaufrads 8 aufrechtzuerhalten. Außerdem kann der Betrag, durch den der nicht umlaufende Oberflächenabschnitt 44b des Nabenabschnitts 40 und der kreisförmige Hauptabschnitt 26a der rotierenden Welle 12 voneinander getrennt sind, ein Abstand sein, bei dem auch dann kein Aufeinanderstoßen auftritt, wenn während eines Betriebs des Verdichterlaufrads 8 eine Kriechverformung auftritt, wobei Beispiele dafür ungefähr mehrere Millimeter einschließen.
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Die Erfindung kann in verschiedenen anderen Formen umgesetzt und beruhend auf dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel und dem Wissen des Fachmanns verbessert werden.
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Der nicht kreisförmige Abschnitt der rotierenden Welle muss zum Beispiel nur von dem gedachten perfekten Kreis rund um die Rotationsachse abweichen und dazu imstande sein, in Kontakt mit zumindest dem Verbindungsabschnitt des Laufrads eine Rotationskraftübertragung zu erfahren. Dementsprechend kann die Form des Querschnitts, der zur Rotationsachse senkrecht ist, auch eine elliptische Form, eine mehreckige Form oder irgendeine andere unregelmäßige Form sein, ohne auf das Ausführungsbeispiel und Abwandlungsbeispiel, die oben beschrieben wurden, beschränkt zu sein, und die Form kann auch eine Form sein, die zum Beispiel einen stiftförmigen Vorsprung hat, der vom gedachten perfekten Kreis nach außen vorsteht.
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Außerdem ist der Aufbau der Erfindung bei jeder rotierenden Maschine anwendbar, bei der ein Harzlaufrad durch Befestigung eines Befestigungsabschnitts an einer rotierenden Welle angebracht wird. Zum Beispiel kann die Erfindung bei einem elektrischen Kompressor, der mit einer Turbine und einem die Rotation unterstützenden Motor versehen ist, und allgemein bei einem nicht elektrischen Kompressor angewandt werden. Die Erfindung kann auch bei einem Generator angewandt werden, der turbinenbasiert elektrische Energie erzeugt, ohne auf eine rotierende Maschine beschränkt zu sein, die mit einem Verdichter versehen ist.
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Bezugszeichenliste
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1: elektrischer Kompressor (rotierende Maschine), 8: Verdichterlaufrad, 12: rotierende Welle, 25: Befestigungsaufnahmeabschnitt, 26: durchdringender Wellenabschnitt, 26a: kreisförmiger Hauptabschnitt, 26b: nicht kreisförmiger Abschnitt, 26c: ebener Abschnitt (Verriegelungsabschnitt), 27: Außengewindeabschnitt (Spitzenwellenabschnitt), 27a: Fußteil, 31: Befestigungsmutter (Befestigungsabschnitt), 40: Nabenabschnitt, 41: langer Schaufelabschnitt, 42: kurzer Schaufelabschnitt, 43: Außenumfangsfläche (Außenumfang), 44: Innenumfangsfläche (Innenumfangsfläche Laufrad), 44b: nicht umlaufender Oberflächenabschnitt (Verbindungsabschnitt), 44c: ebener Aufnahmeabschnitt (Verriegelungsaufnahmeabschnitt), 46: vordere Endfläche (Endfläche), S: Rotationsachse, C: perfekter Kreis, R: Umfangsrichtung rotierende Welle
