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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Drehmaschine.
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Stand der Technik
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Patentliteratur 1 offenbart einen Zentrifugalverdichter, in dem ein Turbinenlaufrad durch das Abgas einer Brennkraftmaschine in Drehung versetzt wird und ein Verdichterlaufrad, das koaxial mit einer Turbine über eine Drehwelle vorgesehen ist, sich dreht, um die Brennkraftmaschine mit verdichteter Luft zu versorgen. Patentliteraturen 2 und 3 offenbaren Drehmaschinen, in denen ein Verdichterlaufrad durch Antreiben eines Elektromotors in Drehung versetzt wird. Patentliteratur 4 offenbart einen Verdichter, in dem ein Verdichtungsmechanismus ein Kältemittel durch Antreiben eines Elektromotors verdichtet. Patentliteratur 5 offenbart einen Zentrifugalverdichter, in dem ein Verdichterlaufrad durch Antreiben eines Elektromotors in Drehung versetzt wird. Patentliteratur 6 offenbart einen Elektromotor, der eine Welle in Drehung versetzt. Patentliteratur 7 offenbart ein elektrisches Gebläse. Patentliteratur 8 offenbart einen AC-Elektromotor (Wechselstrommotor) mit integriertem Inverter. Unter diesen herkömmlichen Techniken offenbaren beispielsweise die Patentliteraturen 2 und 3 Inverter, die jeweils einen Elektromotor antreiben und steuern, der ein Verdichterlaufrad in Drehung versetzt. Da sich ein Inverter erwärmt, wenn er einen Elektromotor antreibt und steuert, muss er entsprechend gekühlt werden.
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Zitierungsliste
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Patentliteratur
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- [Patentliteratur 1] Internationale Veröffentlichung Nr. WO 2012/102146
- [Patentliteratur 2] Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2012-62777
- [Patentliteratur 3] Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2013-176193
- [Patentliteratur 4] Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2008-57426
- [Patentliteratur 5] Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2013-24057
- [Patentliteratur 6] Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2013-188105
- [Patentliteratur 7] Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 1991-111700
- [Patentliteratur 8] Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2004-274992
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Ein Inverter ist beispielsweise in einem Gehäuse vorgesehen, in dem ein Elektromotor aufgenommen ist. Das Gehäuse ist mit Durchgängen und Rohren versehen, durch die ein Kältemittel zur Kühlung des Elektromotors und des Inverters geleitet wird. Um den Inverter geeignet (ordnungsgemäß) mit dem Kältemittel zu kühlen, sind die Strukturen der Durchgänge und Rohre, durch die das Kältemittel strömt, in der Regel kompliziert, und es gibt auch strukturelle Beschränkungen für das Ausbilden der Durchgänge und Rohre, was es schwierig macht, eine effiziente Raumnutzung zu erreichen.
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Die vorliegende Offenbarung beschreibt eine Drehmaschine, in der eine effiziente Raumausnutzung beim Kühlen eines Inverters möglich ist.
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Lösung des Problems
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Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung ist eine Drehmaschine, die Folgendes aufweist: einen Elektromotor; ein Laufrad, das gestaltet ist, um sich durch Antreiben des Elektromotors zu drehen und ein Gas anzusaugen und zu verdichten; ein Gehäuse, das gestaltet ist, um das Laufrad aufzunehmen und eine Ansaugöffnung für das Gas aufzuweisen; einen in dem Gehäuse vorgesehenen Kühlkörper; Wärmeableitungsrippen, die an dem Kühlkörper vorgesehen sind und so angeordnet sind, dass sie mit dem durch die Ansaugöffnung strömenden Gas Wärme austauschen können; und einen Inverter, der gestaltet ist, um das Antreiben des Elektromotors zu steuern, und mit dem Kühlkörper verbunden ist.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung ist eine Drehmaschine, die Folgendes aufweist: einen Elektromotor; ein Laufrad, das gestaltet ist, um sich durch Antreiben des Elektromotors zu drehen und ein Gas anzusaugen und zu verdichten; ein Laufradgehäuse, das gestaltet ist, um das Laufrad aufzunehmen; einen Leitungsabschnitt, der mit dem Laufradgehäuse verbunden ist, um eine Ansaugöffnung für das Gas auszubilden; einen Inverter, der gestaltet ist, um an dem Rohrleitungsabschnitt anzuliegen und den Antrieb des Elektromotors zu steuern; und Wärmeableitungsrippen, die gestaltet sind, um von einer Innenumfangsfläche des Leitungsabschnitts vorzustehen, und in einem Strömungsweg für das Gas angeordnet sind.
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Vorteilhafte Wirkungen (Effekte) der Offenbarung
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Gemäß mehreren Gesichtspunkten der vorliegenden Offenbarung wird eine effiziente Raumnutzung beim Kühlen eines Inverters ermöglicht.
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Figurenliste
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- 1 ist ein schematisches erläuterndes Schaubild, das eine Drehmaschine gemäß einer vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen Verdichter zeigt.
- 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in 2.
- 4 ist eine schematische Schnittansicht, die eine durch eine Ansaugöffnung strömende Luftströmung zeigt, wobei (a) eine Form zeigt, in der Wärmeableitungsrippen vorgesehen sind, und (b) eine Vergleichsform zeigt, in der die Wärmeableitungsrippen nicht vorgesehen sind.
- 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Strömungsrate und einem Druckverhältnis zeigt.
- 6 ist eine vergrößerte Perspektivansicht eines Verdichterabschnitts gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Ein Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist eine Drehmaschine, die einen Elektromotor, ein Laufrad, das sich durch den Antrieb des Elektromotors dreht und ein Gas ansaugt und verdichtet, ein Gehäuse, das das Laufrad aufnimmt und eine Ansaugöffnung für das Gas aufweist, einen in dem Gehäuse vorgesehenen Kühlkörper, Wärmeableitungsrippen, die an dem Kühlkörper vorgesehen und so angeordnet sind, dass sie mit dem durch die Ansaugöffnung strömenden Gas Wärme austauschen können, und einen Inverter, der den Antrieb des Elektromotors steuert und mit dem Kühlkörper verbunden ist, aufweist.
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Das Beispiel der vorliegenden Offenbarung weist den Inverter auf, der über den Kühlkörper mit den Wärmeableitungsrippen thermisch verbunden ist. Die Wärmeableitungsrippen sind so angeordnet, dass sie mit dem durch die Ansaugöffnung strömenden Gas Wärme austauschen können. Das heißt, es ist möglich, den Inverter durch Verwendung des Gases zu kühlen, das aufgrund der Drehung des Laufrads durch die Ansaugöffnung angesaugt wird. Als Ergebnis kann der Inverter gekühlt werden, auch wenn ein Kühlkanal für den Inverter reduziert wird. Abhängig davon, wie hoch eine Strömungsrate des durch die Ansaugöffnung strömenden Gases ist, kann der Kühlkanal für den Inverter auch weggelassen werden. Das heißt, ein Raum zum Ausbilden des Kühlkanals für den Inverter kann reduziert (verkleinert) werden und eine effiziente Raumnutzung kann ebenfalls ermöglicht werden.
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In einigen Beispielen kann der Inverter ringförmig sein und so angeordnet sein, dass er die Ansaugöffnung umgibt. Da der ringförmige Inverter die Ansaugöffnung umgibt, ist es weniger wahrscheinlich, dass in einer Umfangsrichtung des Inverters ein ungleichmäßiger Kühleffekt erzeugt wird, sodass der Inverter in der Umfangsrichtung des Inverters gleichmäßig gekühlt werden kann.
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In einigen Beispielen können die Wärmeableitungsrippen von einer Innenumfangsfläche der Ansaugöffnung vorstehen und in einem Strömungsweg für das Gas angeordnet sein. Da die Wärmeableitungsrippen von der Innenumfangsfläche der Ansaugöffnung vorstehen, sind/stehen sie in direktem Kontakt mit dem Gas, das durch die Ansaugöffnung strömt, und können Wärme ableiten. Als Ergebnis kann die Kühleffizienz des Inverters verbessert werden.
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In einigen Beispielen können sich die Wärmeableitungsrippen entlang einer Drehachse des Laufrads erstrecken. Eine durch die Ansaugöffnung strömende Gasströmung wird wahrscheinlich in der Nähe der Innenumfangsfläche der Ansaugöffnung gestört werden. Da die Wärmeableitungsrippen in der Drehmaschine die Strömung in Richtung der Drehachse des Laufrads ausrichten, ist es dagegen einfacher, eine Rektifikation (Gleichrichtung) zu erhalten, und kann eine Strömungsdifferenz (engl. „surge margin“) verbessert werden.
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In einigen Beispielen kann die Länge der Wärmeableitungsrippen entlang der Drehachse länger sein als ihre Höhe, die von der Innenumfangsfläche vorsteht. Als Ergebnis kann ein Druckverlust des durch die Ansaugöffnung strömenden Gases reduziert werden und kann die Kühleffizienz des Inverters verbessert werden.
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In einigen Beispielen kann der Kühlkörper einen Leitungsabschnitt, der die Ansaugöffnung ausbildet, und einen Flanschabschnitt aufweisen, der von dem Leitungsabschnitt nach außen vorsteht. Des Weiteren kann der Inverter ringförmig sein und mit dem Kühlkörper verbunden sein, während er an dem Flanschabschnitt anliegt. Da der Inverter so angeordnet ist, dass er die Ansaugöffnung über den Flanschabschnitt umgibt, wird er gleichmäßig und ohne Unebenheiten in der Umfangsrichtung gekühlt.
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In einigen Beispielen kann der Kühlkörper einen Leitungsabschnitt aufweisen, der die Ansaugöffnung ausbildet, der Inverter kann an einer Außenumfangsfläche des Leitungsabschnitts anliegen, um mit dem Kühlkörper verbunden zu werden, und die Wärmeableitungsrippen können von einer Innenumfangsfläche des Leitungsabschnitts vorstehen.
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In einigen Beispielen können die Wärmeableitungsrippen in regelmäßigen Abständen (gleichmäßig beabstandeten Intervallen) in einer Umfangsrichtung um die Drehachse des Laufrads angeordnet sein.
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In einigen Beispielen kann der Kühlkörper einen inneren Kanalabschnitt, der die Ansaugöffnung ausbildet, und einen äußeren Kanalabschnitt aufweisen, der an einer Außenseite des inneren Kanalabschnitts vorgesehen ist, und die Wärmeableitungsrippen können zwischen dem inneren Kanalabschnitt und dem äußeren Kanalabschnitt angeordnet sein und mit dem inneren Kanalabschnitt in einer wärmeaustauschbaren Weise verbunden sein.
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Ein Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist eine Drehmaschine, die einen Elektromotor, ein Laufrad, das gestaltet ist, um sich durch Antreiben des Elektromotors zu drehen und ein Gas anzusaugen und zu verdichten, ein Laufradgehäuse, das gestaltet ist, um das Laufrad aufzunehmen, einen Leitungsabschnitt, der mit dem Laufradgehäuse verbunden ist, um eine Ansaugöffnung für das Gas auszubilden, einen Inverter, der gestaltet ist, um an dem Rohrleitungsabschnitt anzuliegen und den Antrieb des Elektromotors zu steuern, und Wärmeableitungsrippen, die gestaltet sind, um von einer Innenumfangsfläche des Leitungsabschnitts vorzustehen, und in einem Strömungsweg für das Gas angeordnet sind.
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Außerdem sind in der Beschreibung der Zeichnungen dieselben Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und wird eine sich wiederholende Beschreibung derselben weggelassen.
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1 zeigt ein Beispiel einer Drehmaschine 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Es handelt sich insbesondere um einen elektrisch unterstützten Turbolader. Die Drehmaschine 1 der vorliegenden Offenbarung weist eine Turbine 2, die sich durch Erhalten einer Abgasströmung dreht, eine Drehwelle 3, die eine Drehkraft der Turbine 2 überträgt, und einen Verdichter 4 auf, der Luft A (ein Beispiel für ein Gas) durch die Drehkraft der Turbine 2 ansaugt und komprimiert. Außerdem hat die Drehmaschine 1 einen Elektromotor 5 zwischen der Turbine 2 und dem Verdichter 4. Ein Antrieb/Antreiben des Elektromotors 5 wird durch einen Inverter 6 gesteuert.
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Der Elektromotor 5 ist in einem Motorgehäuse 50 aufgenommen. Ein Turbinengehäuse 21 ist an einem Endabschnitt des Motorgehäuses 50 befestigt, d.h. an einer Seitenfläche davon entlang der Drehwelle 3. In dem Turbinengehäuse 21 ist ein Turbinenlaufrad 22 angeordnet, das die Drehkraft auf die Drehwelle 3 überträgt. Ein Verdichtergehäuse 41 ist an dem anderen Endabschnitt des Motorgehäuses 50 befestigt, d.h. an dessen anderer Seitenfläche entlang der Drehwelle 3. In dem Verdichtergehäuse 41 ist ein Verdichterlaufrad 42 angeordnet, das durch die Drehkraft der Drehwelle 3 in Drehung versetzt (gedreht) wird.
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Der Elektromotor 5 weist einen Rotor 51, der an der Drehwelle 3 befestigt ist, und einen Stator 52 auf, der so angeordnet ist, dass er den Rotor 51 umgibt. Der Stator 52 hat einen Kern, der an dem Motorgehäuse 50 befestigt ist, und Spulen 52a, die um den Kern gewickelt sind. Die Spulen 52a sind elektrisch mit dem Inverter 6 verbunden. Die Drehzahl des Elektromotors 5 wird durch eine Frequenzsteuerung der elektrischen Leistung gesteuert, die durch den Inverter 6 ausgeführt wird.
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Das Motorgehäuse 50 ist mit einem ersten Lager 53 und einem zweiten Lager 54 versehen, die die Drehwelle 3 drehbar stützen. Das erste Lager 53 ist zwischen dem Elektromotor 5 und dem Verdichtergehäuse 41 angeordnet. Das zweite Lager 54 ist zwischen dem Elektromotor 5 und dem Turbinengehäuse 21 angeordnet. Darüber hinaus ist in dem Motorgehäuse 50 ein Kühlkanal 55 zur Kühlung des Elektromotors 5 ausgebildet. Der Kühlkanal 55 ist so vorgesehen, dass er um den Stator 52 zirkuliert. In den Kühlkanal 55 wird ein durch einen Wärmetauscher 7 gekühltes Kältemittel eingeleitet. Im Falle einer Wasserkühlung kann beispielsweise eine Flüssigkeit wie Wasser als das Kältemittel verwendet werden.
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Wie in 2 dargestellt, ist in das Verdichtergehäuse 41 das Verdichterlaufrad 42 aufgenommen, das sich aufgrund der Arbeit der Turbine 2 und des Antriebs des Elektromotors 5 dreht. Das Verdichterlaufrad 42 dreht sich, um die Luft A anzusaugen und zu verdichten. Das Verdichtergehäuse 41 weist ein Laufradgehäuse 8 auf, in dem das Verdichterlaufrad 42 und ein rohrförmiger Kühlkörper 9 aufgenommen sind, der eine Ansaugöffnung 10 ausbildet.
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Das Laufradgehäuse 8 ist mit einem Diffusor 81 zur Verstärkung versehen. Der Diffusor 81 ist um das Verdichterlaufrad 42 herum angeordnet. Des Weiteren sind in dem Laufradgehäuse 8 eine Spirale (Scroll) 82 und eine Auslassöffnung 83 ausgebildet, die in Verbindung mit dem Diffusor 81 stehen. Die Auslassöffnung 83 steht in Verbindung mit der Spirale 82. Die Druckluft Ax (das verdichtete Gas), die (das) die Spirale 82 durchströmt hat, wird aus der Auslassöffnung 83 abgegeben. Außerdem weist das Laufradgehäuse 8 einen Endabschnitt (einen Einlassabschnitt) auf, der mit dem Kühlkörper 9 verbunden ist. Das Laufradgehäuse 8 weist an seinem Ende einen nach außen vorstehenden, flanschförmigen Verbindungsabschnitt 84 auf. Ein innerer Strömungsweg 85 des Laufradgehäuses 8 hat einen Innendurchmesser, der sich in Richtung des Einlasses verjüngt.
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Der Kühlkörper 9 weist einen Leitungsabschnitt 9, der mit dem Laufradgehäuse 8 verbunden ist und die Ansaugöffnung 10 für die Luft A ausbildet, und einen Flanschabschnitt 92 auf, der von dem Leitungsabschnitt 91 nach außen vorsteht. Der Kühlkörper 9 ist durch Anliegen des Verbindungsabschnitts 84 des Laufradgehäuses 8 an den Flanschabschnitt 92 befestigt. Auch eine Form, in der das Laufradgehäuse 8 mit dem Kühlkörper 9 verbunden ist, kann eine andere Form sein, und das Laufradgehäuse 8 und der Kühlkörper 9 können einstückig geformt oder durch Schweißen oder dergleichen integriert sein.
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Eine Innenumfangsfläche 91a des Leitungsabschnitts 91 entspricht einer Innenumfangsfläche der Ansaugöffnung 10. Der Leitungsabschnitt 91 ist mit einer Vielzahl von Wärmeableitungsrippen 11 versehen, die von der Innenumfangsfläche 91a in Richtung ihrer Mittelachse (einer Drehachse Lx) vorstehen. Das heißt, die Wärmeableitungsrippen 11 sind in dem Strömungsweg C angeordnet, durch den die Luft A strömt. Als Ergebnis sind die Wärmeableitungsrippen 11 so angeordnet, dass sie mit der Luft A, die durch die Ansaugöffnung 10 strömt, Wärme austauschen können. Die Vielzahl der Wärmeableitungsrippen 11 gemäß der vorliegenden Offenbarung sind in regelmäßigen Abständen in einer Umfangsrichtung Cd (siehe 3) um die Drehachse Lx angeordnet. Die Wärmeableitungsrippen 11 haben die Form von viereckigen Platten und erstrecken sich entlang der Drehachse Lx. Die Wärmeableitungsrippen 11 haben jeweils eine Länge L entlang der Drehachse Lx, die länger ist als ihre Höhe H, die von der Innenumfangsfläche 91a des Leitungsabschnitts 91 vorsteht.
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Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, ist der Inverter 6 an (mit) dem Flanschabschnitt 92 des Kühlkörpers 9 befestigt (verbunden). Das heißt, der Inverter 6 ist thermisch mit dem Kühlkörper 9 verbunden. Darüber hinaus bezeichnet der Begriff „thermisch verbunden“ eine Wärme austauschende Verbindung, die nicht nur eine Form des direkten physischen Kontakts, sondern auch eine Form der indirekten Verbindung über ein wärmeleitendes Material wie ein Wärmeübertragungsfett oder dergleichen aufweist. Auch kann die Form der indirekten Verbindung als ein Zustand definiert werden, in dem ein Wärmewiderstand kleiner ist als ein Wärmewiderstand in dem Zustand, in dem eine Luftschicht zwischen den Bauteilen liegt.
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Darüber hinaus ist der Inverter 6 ringförmig (doughnut-förmig) und so angeordnet, dass er die Ansaugöffnung 10 aus Sicht der Richtung der Drehachse Lx umgibt. Eine Fläche eines Substrats 61 des Inverters 6 liegt an dem Flanschabschnitt 92 an und ist mit diesem thermisch verbunden. Ein innerer Umfangsrand 6a des Inverters 6 steht in Kontakt mit einer Außenumfangsfläche 91b des Leitungsabschnitts 91 und ist mit dieser thermisch verbunden.
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Auf dem Substrat 61 des Inverters 6 sind Vorrichtungen 62 wie zum Beispiel IG-BTs, bipolare Transistoren, MOSFETs oder GTOs und Energiespeichervorrichtungen 63 wie zum Beispiel Kondensatoren montiert. Ein von dem Inverter 6 herausgezogener Leitungsdraht ist mit den Spulen 52a des Elektromotors 5 (Stator 52) verbunden.
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Als nächstes sind Betriebe und Wirkungen der Drehmaschine 1 der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Der Inverter 6 ist über den Kühlkörper 9 mit den Wärmeableitungsrippen 11 verbunden. Die Wärmeableitungsrippen 11 sind so angeordnet, dass sie mit der Luft A, die durch die Ansaugöffnung 10 strömt, Wärme austauschen können. Das heißt, die Drehmaschine 1 kann den Inverter 6 durch Verwendung der Luft A kühlen, die durch die Ansaugöffnung 10 durch die Drehung des Verdichterlaufrads 42 angesaugt wird. Als Ergebnis ermöglicht die Drehmaschine 1 der vorliegenden Offenbarung eine effiziente Kühlung des Inverters 6, ohne einen Kühlkanal für den Inverter 6 vorzusehen. Beispielsweise kann der Inverter 6 durch Verwendung der Luft A auch im Sommer auf weniger als 40°C gekühlt werden.
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Wenn das Verdichterlaufrad 42 unter hoher Last betrieben wird, steigt die Temperatur des Inverters 6 tendenziell an. Wenn jedoch eine Strömungsrate der Luft A aufgrund des Hochlastbetriebs des Verdichterlaufrads 42 erhöht wird, erhöht sich auch die Strömungsrate der Luft A, die mit den Wärmeableitungsrippen 11 in Kontakt kommt, um Wärme aufzunehmen, und somit kann dies unter dem Gesichtspunkt des Kühleffekts, der wirksam ist, ausgeglichen werden.
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Des Weiteren ist in der Drehmaschine 1 der vorliegenden Offenbarung, da davon ausgegangen wird, dass die durch die Ansaugöffnung 10 strömende Luft A den Inverter 6 in geeigneter Weise kühlen kann, kein weiterer Kühlkanal ausgebildet. Es ist jedoch beispielsweise auch möglich, einen von dem Kühlkanal 55 für den Elektromotor 5 abzweigenden Hilfskühlkanal auszubilden und über diesen Kühlkanal den Inverter 6 zusätzlich zu kühlen. In diesem Fall kann der Kühlkanal zur Kühlung des Inverters 6 auch ein Hilfskanal sein, und die Gestaltung kann vereinfacht werden.
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Darüber hinaus ist die Drehmaschine 1 der vorliegenden Offenbarung ein Turbolader, und die Turbine 2 ist an einer dem Verdichter 4 entgegengesetzten Seite vorgesehen, wobei das Motorgehäuse 50 (der Elektromotor 5) zwischen ihnen angeordnet ist. Die Turbine 2 erwärmt sich bzw. wird heiß, was in Bezug auf die Kühlung nachteilig sein kann. Da der Inverter 6 in der Drehmaschine 1 der vorliegenden Offenbarung jedoch an einer Position angeordnet ist, die von der Turbine 2 in Bezug auf den Elektromotor 5 getrennt (entfernt) ist, kann die Kühlwirkung leicht verbessert werden.
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Wie vorstehend beschrieben ist, kann gemäß der Drehmaschine 1 der vorliegenden Offenbarung der Kühlkanal 55 für den Inverter 6 weggelassen oder nur als Hilfsmittel verwendet werden. Dementsprechend kann ein Raum zum Ausbilden des Kühlkanals für den Inverter 6 reduziert werden und wird eine effiziente Raumnutzung ebenfalls ermöglicht.
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Außerdem ist der Inverter 6 ringförmig und so angeordnet, dass er die Ansaugöffnung 10 umgibt. Als Ergebnis wird in der Umfangsrichtung Cd des Inverters 6, d.h. in der Richtung um die Drehachse Lx, weniger wahrscheinlich eine ungleichmäßige Kühlung erzeugt, was für eine gleichmäßige Kühlung des Inverters 6 vorteilhaft ist.
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Des Weiteren stehen die Wärmeableitungsrippen 11 von der Innenumfangsfläche 91a der Ansaugöffnung 10 vor und sind an dem Strömungsweg C der Luft A angeordnet. Als Ergebnis stehen die Wärmeableitungsrippen 11 in direktem Kontakt mit der durch die Ansaugöffnung 10 strömenden Luft A und leiten Wärme ab, so dass die Kühlleistung (Kühleffizienz) des Inverters 6 verbessert werden kann.
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Darüber hinaus erstrecken sich die Wärmeableitungsrippen 11 entlang der Drehachse Lx des Verdichterlaufrads 42, so dass die Strömungsdifferenz (engl. „surge margin“) verbessert werden kann. Insbesondere wird die Leistung verbessert, wenn der Motor mit einer niedrigen Drehzahl läuft. Dieser Effekt ist mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben. 4 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Strömung von Luft A zeigt, die durch die Ansaugöffnung 10 strömt. 4(a) zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, und 4(b) zeigt ein Vergleichsbeispiel ohne die Wärmeableitungsrippen 11. Des Weiteren ist 5 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Strömungsrate und einem Druckverhältnis zeigt, in dem die vorliegende Ausführungsform durch eine durchgezogene Linie und das Vergleichsbeispiel durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist.
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Wie in 4(b) gezeigt, weist das Vergleichsbeispiel ein Verdichterlaufrad 101 auf, das Luft A aus einer Ansaugöffnung 100 ansaugt und verdichtet. Bei dem Vergleichsbeispiel wird eine Strömung der Luft A, die durch die Ansaugöffnung 100 strömt, wahrscheinlich in der Nähe einer Innenumfangsfläche 100a der Ansaugöffnung 100 gestört. Andererseits richten, wie in 4(a) gezeigt ist, in der Drehmaschine 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung die Wärmeableitungsrippen 11 die Strömung in Richtung der Drehachse Lx des Verdichterlaufrads 42 aus, so dass die Strömungsdifferenz (engl. „surge margin“) bei einer niedrigen Strömungsrate (wenn der Motor mit einer niedrigen Drehzahl läuft) verbessert werden kann.
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Darüber hinaus sind, wie in 2 gezeigt ist, die Längen L der Wärmeableitungsrippen 11 in Richtung der Drehachse Lx länger als deren Höhen H, die von der Innenumfangsfläche 91a vorstehen. Als Ergebnis ist es möglich, sowohl den Druckverlust der Luft A, die durch die Ansaugöffnung 10 strömt, zu reduzieren als auch die Kühleffizienz des Inverters 6 zu verbessern.
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Des Weiteren weist der Kühlkörper 9 der vorliegenden Offenbarung den Leitungsabschnitt 91, der die Ansaugöffnung 10 ausbildet, und den Flanschabschnitt 92 auf, der von dem Leitungsabschnitt 91 nach außen vorsteht. Der Inverter 6 ist ringförmig und an dem Kühlkörper 9 befestigt, während er an dem Flanschabschnitt 92 anliegt. Das heißt, der Inverter 6 ist so angeordnet, dass er die Ansaugöffnung 10 über den Flanschabschnitt 92 umgibt, was für eine gleichmäßige Kühlung in Umfangsrichtung Cd ohne Unebenheiten vorteilhaft ist.
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Als nächstes wird eine Drehmaschine 1A gemäß einer weiteren Ausführungsform unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist eine vergrößerte Perspektivansicht, die einen Abschnitt des Verdichters 4A der Drehmaschine 1A zeigt, insbesondere dort, wo die Ansaugöffnung 10A ausgebildet ist. Außerdem hat die Drehmaschine 1A gemäß einer weiteren Ausführungsform die gleiche Struktur und Gestaltung wie die Drehmaschine 1 gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, und daher sind die gleichen Strukturen und Gestaltungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine detaillierte Beschreibung derselben entfällt.
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Wie in 6 gezeigt, ist in dem Verdichtergehäuse 41 das Verdichterlaufrad 42 aufgenommen, das sich durch den Antrieb des Elektromotors 5A dreht und die Luft A ansaugt und verdichtet. Das Verdichtergehäuse 41 weist das Laufradgehäuse 8, in dem das Verdichterlaufrad 42 aufgenommen ist, und einen Kühlkörper 9A auf, der eine Ansaugöffnung 10A darin ausbildet.
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Der Kühlkörper 9A weist einen Leitungsabschnitt 91A, der mit dem Laufradgehäuse 8 verbunden ist und die Ansaugöffnung 10A für die Luft A ausbildet, und einen Flanschabschnitt 92A auf, der von dem Leitungsabschnitt 91A nach außen vorsteht. An dem Flanschabschnitt 92A ist der ringförmige Inverter 6 in einer wärmeaustauschenden Weise befestigt.
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Der Leitungsabschnitt 91A hat eine Doppelrohrstruktur, und die Ansaugöffnung 10A, durch die die Luft A strömt, ist durch einen inneren zylindrischen Abschnitt (einen inneren Kanalabschnitt 91c) ausgebildet. Des Weiteren sind Wärmeableitungsrippen 11A, die von der Innenumfangsfläche 91a vorstehen, an einem äußeren zylindrischen Abschnitt (einem äußeren Kanalabschnitt 91d) vorgesehen. Die Wärmeableitungsrippen 11A sind zwischen dem äußeren Kanalabschnitt 91d und dem inneren Kanalabschnitt 91c angeordnet. Die Wärmeableitungsrippen 11A sind mit dem inneren Kanalabschnitt 91c in einer wärmeaustauschenden Weise verbunden und sind so angeordnet, dass sie mit der durch die Ansaugöffnung 10A strömenden Luft A Wärme austauschen können.
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Die Wärmeableitungsrippen 11A arbeiten als ein Kern eines Stators 52A, und Spulen 52b sind um die Wärmeableitungsrippen 11A gewickelt, um den Stator 52A auszubilden. Die Wärmeableitungsrippen 11A, um die die Spulen 52b gewickelt sind, erstrecken sich entlang der Drehachse Lx und sind so angeordnet, dass sie einen an der Drehwelle 3 befestigten Rotor umgeben, um einen Elektromotor auszubilden.
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Der Inverter 6 gemäß der vorliegenden Offenbarung ist mit den Wärmeableitungsrippen 11A über den Kühlkörper 9A verbunden. Die Wärmeableitungsrippen 11A sind so angeordnet, dass sie mit der Luft A, die durch die Ansaugöffnung 10A strömt, Wärme austauschen können. Das heißt, der Inverter 6 kann durch Verwendung der durch die Ansaugöffnung 10A durch die Drehung des Verdichterlaufrads 42 angesaugten Luft A gekühlt werden. Als Ergebnis wird eine effiziente Kühlung des Inverters 6 möglich, ohne einen Kühlkanal für den Inverter 6 vorzusehen. Auch kann abhängig davon, welche Strömungsrate der Luft A durch die Ansaugöffnung 10A strömt, ein Kühlkanal für den Inverter 6 weggelassen werden. Das heißt, ein Raum zum Ausbilden des Kühlkanals für den Inverter 6 kann reduziert werden und eine effiziente Raumnutzung wird ebenfalls ermöglicht.
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Die vorliegende Offenbarung ist nicht nur auf die vorliegenden Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise wurde in den obigen Ausführungsformen ein elektrisch unterstützter Turbolader als ein Beispiel für eine Drehmaschine beschrieben, aber die Offenbarung ist allgemein auf Drehmaschinen mit Elektromotoren und Laufrädern zum Verdichten eines Gases anwendbar, und beispielsweise kann es sich um eine Drehmaschine handeln, die keine Turbine hat und in der ein Laufrad hauptsächlich durch ein Antreiben eines Elektromotors gedreht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehmaschine
- 5
- Elektromotor
- 6
- Inverter
- 8
- Laufradgehäuse
- 9
- Kühlkörper
- 10
- Ansaugöffnung
- 11
- Wärmeableitungsrippe
- 41
- Verdichtergehäuse (Gehäuse)
- 42
- Verdichterlaufrad (Laufrad)
- 91
- Leitungsabschnitt
- 91a
- Innenumfangsfläche (Innenumfangsfläche der Ansaugöffnung)
- 92
- Flanschabschnitt
- A
- Luft (Gas)
- H
- Höhe der Wärmeableitungsrippe
- L
- Länge der Wärmeableitungsrippe
- Lx
- Drehachse
- Cd
- Umfangsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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