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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scrollkompressor.
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STAND DER TECHNIK
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Der Scrollkompressor, der im Patentdokument 1 offenbart wird, beinhaltet eine Scrolleinheit, die eine feststehende Spirale und eine bewegliche Spirale enthält, sowie einen Antirotationsmechanismus, der die Drehung der beweglichen Spirale verhindert. Die feststehende und die bewegliche Spirale sind so konfiguriert, dass sich eine spiralförmige Windung auf einer Bodenplatte erhebt und die Mitte der Bodenplatte und die Mitte (Spiralmitte) des Grundkreises der Windung gegeneinander versetzt sind, und ein geschlossener Raum wird in der Scrolleinheit ausgebildet, indem die feststehende Spirale mit der beweglichen Spirale so ineinandergreift, dass die Windungen der feststehenden und der beweglichen Spirale einander gegenüberliegen. Das Volumen des geschlossenen Raums wird verändert, indem die bewegliche Spirale um die axiale Mitte der feststehenden Spirale gekreist wird, während die Drehung der beweglichen Spirale durch den Antirotationsmechanismus verhindert wird. Patentdokument 1 offenbart, dass der Antirotationsmechanismus durch eine kreisförmige Öffnung, die auf der Rückseite der Bodenplatte der beweglichen Spirale ausgebildet ist, und einen Stift, der aus einer Gehäusewand, die der Rückseite der Bodenplatte der beweglichen Spirale zugewandt ist, herausragt und in die kreisförmige Öffnung eingreift, realisiert ist. Außerdem tritt gemäß Patentdokument 1 in der beweglichen Spirale aufgrund einer Kompressionsreaktionskraft, die aus der Kompression des Scrollkompressors resultiert, ein Drehmoment auf, und eine durch das Drehmoment verursachte Last wird auf den Antirotationsmechanismus ausgeübt.
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LISTE DER REFERENZDOKUMENTE
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PATENTDOKUMENT
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Patentdokument 1:
JP 2015-059517 A -
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ein Phänomen entdeckt, dass während des Betriebs des Scrollkompressors, wie oben beschrieben, das Drehmoment vorübergehend verschwindet, und als Ergebnis bewegt sich der Stift vorübergehend von der Innenfläche der kreisförmigen Öffnung weg und kollidiert dann wieder mit der Innenfläche der kreisförmigen Öffnung.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, reduzierte Drehmomente, die an der beweglichen Spirale auftreten, zu unterdrücken.
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MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
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Gemäß einem ersten und einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Scrollkompressor eine feststehende Spirale mit einer feststehenden Bodenplatte, die eine Abführungsöffnung in der Mitte der feststehenden Bodenplatte aufweist, und eine spiralförmige feststehende Windung, die auf der feststehenden Bodenplatte errichtet ist, eine bewegliche Spirale mit einer beweglichen Bodenplatte und einer spiralförmigen beweglichen Windung, die sich auf der beweglichen Bodenplatte erhebt und mit der feststehenden Windung ineinandergreift, eine erste Kompressionskammer, die durch eine innere Wandfläche der beweglichen Windung und eine äußere Wandfläche der feststehenden Windung ausgebildet ist, eine zweite Kompressionskammer, die durch eine innere Wandfläche der feststehenden Windung und eine äußere Wandfläche der beweglichen Windung ausgebildet ist, und einen Antirotationsmechanismus, der die Drehung der beweglichen Spirale verhindert. Der Scrollkompressor ist so konfiguriert, dass die bewegliche Spirale dazu veranlasst wird, um die axiale Mitte der feststehenden Spirale zu kreisen, während die Drehung der beweglichen Spirale durch den Antirotationsmechanismus verhindert wird, um das Volumen der ersten Kompressionskammer und das Volumen der zweiten Kompressionskammer zu verändern und dadurch zu bewirken, dass ein Fluid in der ersten Kompressionskammer und ein Fluid in der zweiten Kompressionskammer separat komprimiert und dann zusammen durch die Abführungsöffnung in eine Abführungskammer abgeführt werden.
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Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Evolventenwinkel von einem Bezugspunkt auf einem Grundkreis der feststehenden Windung zu einem Windungsendende der feststehenden Windung kleiner als ein Evolventenwinkel von einem Bezugspunkt auf einem Grundkreis der beweglichen Windung zu einem Windungsendende der beweglichen Windung.
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Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung berührt, nachdem ein Windungsendende der beweglichen Windung die äußere Wandfläche der feststehenden Windung berührt und dadurch die erste Kompressionskammer geschlossen ist, ein Windungsendende der feststehenden Windung die äußere Wandfläche der beweglichen Windung und dadurch wird die zweite Kompressionskammer geschlossen.
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EFFEKTE DER ERFINDUNG
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Gemäß dem ersten Aspekt und dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Druck in der ersten Kompressionskammer konstant höher als der Druck in der zweiten Kompressionskammer. Dies ermöglicht eine konstante Erzeugung eines Drehmoments in der beweglichen Spirale und damit die Unterdrückung reduzierter Drehmomente.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Querschnittsansicht eines Scrollkompressors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist eine Draufsicht auf eine feststehende Spirale;
- 3 ist eine Draufsicht auf eine bewegliche Spirale;
- 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von 3;
- 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines der Rotationsverhinderungsteile, das einen Antirotationsmechanismus bildet;
- 6 ist eine Zeichnung, die eine Anordnung von Rotationsverhinderungsteilen eines Antirotationsmechanismus auf einer beweglichen Bodenplatte zeigt;
- 7 ist eine Zeichnung, die einen Betriebszustand des Scrollkompressors darstellt;
- 8 ist eine Zeichnung, die einen Betriebszustand des Scrollkompressors darstellt;
- 9 ist eine Zeichnung, die einen Betriebszustand des Scrollkompressors darstellt;
- 10 ist eine Zeichnung, die einen Betriebszustand des Scrollkompressors darstellt;
- 11 ist eine Zeichnung, die einen Betriebszustand des Scrollkompressors darstellt;
- 12 ist ein Diagramm, das die Beziehungen zwischen Drücken in Kompressionskammern und einem Kurbelwinkel zeigt; und
- 13 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer auf einen Stift wirkenden Kraft (Drehmoment) und einem Kurbelwinkel zeigt.
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AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 bis 6 veranschaulichen eine Konfiguration eines Scrollkompressors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer allgemeinen Konfiguration des Scrollkompressors. 2 ist eine Draufsicht auf eine feststehende Spirale. 3 ist eine Draufsicht auf eine bewegliche Spirale. 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von 3. 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines der Rotationsverhinderungsteile, das einen Antirotationsmechanismus bildet. 6 ist eine Zeichnung, die eine Anordnung der Rotationsverhinderungsteile des Antirotationsmechanismus auf einer beweglichen Bodenplatte zeigt.
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Ein Scrollkompressor 1 beinhaltet eine Scrolleinheit 4, die eine feststehende Spirale 2 und eine bewegliche Spirale (umlaufende Spirale) 3 enthält, die so angeordnet sind, dass sie sich in einer Mittelachsenrichtung gegenüberliegen. Wie in 2 dargestellt, beinhaltet die feststehende Spirale 2 eine spiralförmige feststehende Windung 2b, die sich integral auf einer feststehenden Bodenplatte 2a erhebt. Wie in 3 dargestellt, beinhaltet die bewegliche Spirale 3 eine spiralförmige bewegliche Windung (umlaufende Windung) 3b, die sich integral auf einer beweglichen Bodenplatte (umlaufende Bodenplatte) 3a erhebt.
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Wie in den 2 und 3 dargestellt, sind die feststehende Windung 2b und die bewegliche Windung 3b jeweils entlang von Evolventenkurven (virtuellen Linien) ausgebildet, die sich von Grundkreisen (virtuellen Kreisen) 2c und 3c aus erstrecken. Ein in 2 dargestellter Evolventenwinkel θ1 bezeichnet dabei einen Winkel, der um eine Mitte (feststehende Spiralmitte) 2d des Grundkreises 2c und von einem Bezugspunkt (dem Anfangspunkt der Evolventenkurve) 2e auf dem Grundkreis 2c zu einem Windungsendende 2f der feststehenden Windung 2b verläuft. Ein in 3 dargestellter Evolventenwinkel θ2 ist ein Winkel, der um eine Mitte (bewegliche Spiralmitte) 3d des Grundkreises 3c und von einem Bezugspunkt (dem Anfangspunkt der Evolventenkurve) 3e auf dem Grundkreis 3c zu einem Windungsendende 3f der beweglichen Windung 3b verläuft.
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Der Evolventenwinkel θ1 ist kleiner als der Evolventenwinkel θ2. Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Evolventenwinkel θ1 820 Grad und der Evolventenwinkel θ2 850 Grad. Die Evolventenwinkel θ1 und θ2 sind jedoch nicht auf diese Werte beschränkt. Die Vergrößerung der Differenz zwischen dem Evolventenwinkel θ2 und dem Evolventenwinkel θ1 erhöht die Druckdifferenz zwischen einer ersten Kompressionskammer C1 und einer zweiten Kompressionskammer C2, die später beschrieben werden, und ermöglicht es, das an der beweglichen Spirale 3 auftretende Drehmoment zu erhöhen.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist die feststehende Windung 2b so ausgebildet, dass die Mitte 2d des Grundkreises 2c gegenüber der Mitte (nicht dargestellt) der feststehenden Bodenplatte 2a versetzt ist. Auch die bewegliche Windung 3b ist so ausgebildet, dass die Mitte 3d des Grundkreises 3c gegenüber der Mitte (nicht dargestellt) der beweglichen Bodenplatte 3a verschoben ist. Diese Konfiguration ermöglicht es, den Außendurchmesser der Scrolleinheit 4 zu reduzieren, den Manteldurchmesser des Scrollkompressors 1 zu reduzieren und die Größe des Scrollkompressors 1 zu reduzieren.
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Die feststehende Spirale 2 und die bewegliche Spirale 3 sind so angeordnet, dass die feststehende Windung 2b mit der beweglichen Windung 3b ineinandergreift, ein vorstehendes Ende der feststehenden Windung 2b die bewegliche Bodenplatte 3a kontaktiert und ein vorstehendes Ende der beweglichen Windung 3b die feststehende Bodenplatte 2a kontaktiert. An dem vorstehenden Ende der feststehenden Windung 2b und dem vorstehenden Ende der beweglichen Windung 3b ist jeweils eine Plättchendichtung vorgesehen.
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Die feststehende Spirale 2 und die bewegliche Spirale 3 sind auch so angeordnet, dass die Wandfläche der feststehenden Windung 2b und die Wandfläche der beweglichen Windung 3b einander teilweise in einem Zustand kontaktieren, in dem die Winkel in der Umfangsrichtung der feststehenden Windung 2b und der beweglichen Windung 3b gegeneinander versetzt sind. Bei dieser Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform wird eine halbmondförmige erste Kompressionskammer C1 durch eine innere Wandfläche 3b1 der beweglichen Windung 3b und eine äußere Wandfläche 2b2 der feststehenden Windung 2b ausgebildet, und eine halbmondförmige zweite Kompressionskammer C2 wird durch eine innere Wandfläche 2b1 der feststehenden Windung 2b und eine äußere Wandfläche 3b2 der beweglichen Windung 3b ausgebildet (siehe 7 und 8, wie später beschrieben).
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Die bewegliche Spirale 3 ist so angebracht, dass die Mitte (axiale Mitte) der beweglichen Bodenplatte 3a gegenüber der Mitte (axialen Mitte) der feststehenden Bodenplatte 2a versetzt ist und durch einen Antriebsmechanismus veranlasst wird, die Mitte der feststehenden Bodenplatte 2a zu umlaufen, während sie durch einen Antirotationsmechanismus 30, der später beschrieben wird, an einer Drehung gehindert wird. Der Radius des Umlaufs kann durch einen Kontakt zwischen der feststehenden Windung 2b und der beweglichen Windung 3b bestimmt werden. Infolge des Umlaufs bewegen sich die erste Kompressionskammer C1 und die zweite Kompressionskammer C2 vom Windungsendende 3f der beweglichen Windung 3b und dem Windungsendende 2f der feststehenden Windung 2b zur Mitte hin, und das Volumen der ersten Kompressionskammer C1 und das Volumen der zweiten Kompressionskammer C2 nehmen ab. Dementsprechend wird ein Fluid (beispielsweise ein Kältemittelgas), das vom Windungsendende 3f der beweglichen Windung 3b in die erste Kompressionskammer C1 aufgenommen wird, verdichtet, und ein Fluid (beispielsweise ein Kältemittelgas), das vom Windungsendende 2f der feststehenden Windung 2b in die zweite Kompressionskammer C2 aufgenommen wird, wird verdichtet.
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Wie in den 3 und 4 dargestellt ist, ist an einem Windungsstartende 3g der beweglichen Windung 3b eine Aussparung 3h ausgebildet. Die Aussparung 3h ist von der inneren Wandfläche 3b1 des Windungsstartendes 3g der beweglichen Windung 3b vertieft.
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Wie in 1 dargestellt, beinhaltet ein Gehäuse des Scrollkompressors 1 ein mittleres Gehäuse 6, das die Scrolleinheit 4 aufnimmt, ein vorderes Gehäuse 7, das vor dem mittleren Gehäuse 6 angeordnet ist, und ein hinteres Gehäuse 8, das hinter dem mittleren Gehäuse 6 angeordnet ist.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist das mittlere Gehäuse 6 als Gehäuse (Außenschale) für die Scrolleinheit 4 ausgebildet und ist zusammen mit der feststehenden Spirale 2 integral ausgebildet. Alternativ können die feststehende Spirale 2 und das mittlere Gehäuse 6 als separate Komponenten vorgesehen sein, und die feststehende Spirale 2 kann im mittleren Gehäuse 6 aufgenommen und daran befestigt sein. Die Rückseite des mittleren Gehäuses 6 ist durch die feststehende Bodenplatte 2a verschlossen, und die vordere Seite des mittleren Gehäuses 6 ist offen.
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Das vordere Gehäuse 7 ist an der Öffnungsseite des mittleren Gehäuses 6 mit Schrauben (nicht dargestellt) befestigt. Das vordere Gehäuse 7 stützt die bewegliche Spirale 3 in einer Druckrichtung und beherbergt auch einen Antriebsmechanismus für die bewegliche Spirale 3.
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Im Inneren des vorderen Gehäuses 7 ist außerdem eine Einlasskammer 9 für das Fluid ausgebildet. Die Einlasskammer 9 ist mit einer Einlassöffnung (nicht dargestellt) verbunden, die in der Außenwand des vorderen Gehäuses 7 ausgebildet ist.
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In Umfangsrichtung des vorderen Gehäuses 7 und des mittleren Gehäuses 6 ist teilweise ein gewölbtes Teil 10 ausgebildet. Ein Fluiddurchgangsraum 11 ist innerhalb des gewölbten Teils 10 ausgebildet, erstreckt sich in einer Richtung parallel zur Mittelachsenrichtung des Kompressors und leitet das Fluid von der Einlasskammer 9 im vorderen Gehäuse 7 in die Nähe des Windungsendendes 2f der feststehenden Windung 2b der Scrolleinheit 4 im mittleren Gehäuse 6 und in die Nähe des Windungsendendes 3f der beweglichen Windung 3b.
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Das hintere Gehäuse 8 ist mit Schrauben 12 an einem Ende des mittleren Gehäuses 6 gegenüber der feststehenden Platte 2a befestigt, so dass zwischen dem hinteren Gehäuse 8 und der Rückseite der feststehenden Platte 2a eine Abführungskammer 13 für das Fluid ausgebildet ist. In der Mitte der feststehenden Platte 2a ist eine Abführungsöffnung 14 zum Abführen eines verdichteten Fluids ausgebildet, und für die Abführungsöffnung 14 ist ein Abführungsventil 15 vorgesehen, bei dem es sich zum Beispiel um ein Einwegventil handelt. Die Abführungsöffnung 14 ist über das Abführungsventil 15 mit der Abführungskammer 13 verbunden. Die Abführungskammer 13 ist mit einer Abführungsöffnung (nicht dargestellt) verbunden, die in der Außenwand des hinteren Gehäuses 8 ausgebildet ist.
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Das Fluid wird von der Einlassöffnung in die Einlasskammer 9 im vorderen Gehäuse 7 eingeleitet, wird vom Außenumfang der Scrolleinheit 4 über den Fluiddurchgangsraum 11 innerhalb des gewölbten Teils 10 des vorderen Gehäuses 7 und des mittleren Gehäuses 6 in die erste Kompressionskammer C1 und die zweite Kompressionskammer C2 geleitet und wird dann verdichtet. Das in der ersten Kompressionskammer C1 verdichtete Fluid und das in der zweiten Kompressionskammer C2 verdichtete Fluid werden zusammengeführt und aus der Abführungsöffnung 14, die in der Mitte der feststehenden Bodenplatte 2a ausgebildet ist, in die Abführungskammer 13 im hinteren Gehäuse 8 abgeführt und werden über die Abführungsöffnung nach außen abgeführt.
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Das vordere Gehäuse 7 beinhaltet einen Druckaufnehmer 17, der innerhalb eines äußeren Umfangsteils angeordnet ist, das mit Schrauben (nicht dargestellt) an der Öffnungsseite des mittleren Gehäuses 6 befestigt ist und der Rückseite der beweglichen Bodenplatte 3a zugewandt ist. Der Druckaufnehmer 17 nimmt eine Druckkraft von der beweglichen Spirale 3 über eine Druckplatte 16 auf.
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Außerdem lagert ein mittiger Teil des vorderen Gehäuses 7 drehbar eine Antriebswelle 20, die den Kern des Antriebsmechanismus für die bewegliche Spirale 3 bildet. Ein Ende der Antriebswelle 20 ragt aus dem vorderen Gehäuse 7 vor, und eine Riemenscheibe 22 ist an dem einen Ende der Antriebswelle 20 über eine elektromagnetische Kupplung 21 befestigt. Die Antriebswelle 20 wird durch eine Drehantriebskraft gedreht, die von der Riemenscheibe 22 über die elektromagnetische Kupplung 21 eingeleitet wird. Ein anderes Ende der Antriebswelle 20 ist über einen Kurbelmechanismus mit der beweglichen Spirale 3 verbunden.
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In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet der Kurbelmechanismus einen zylindrischen Vorsprung 23, der von der Rückseite der beweglichen Bodenplatte 3a vorsteht, und eine Exzenterbuchse 25, die exzentrisch an einer an einem Ende der Antriebswelle 20 vorgesehenen Kurbel 24 befestigt ist. Die Exzenterbuchse 25 ist über ein Lager (beispielsweise ein Gleitlager) 26 in den Vorsprung 23 eingesetzt. Außerdem ist an der Exzenterbuchse 25 ein Ausgleichsgewicht 27 angebracht, um die Zentrifugalkraft auszugleichen, die beim Antrieb der beweglichen Spirale 3 entsteht.
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Wie in 6 dargestellt, wird der Antirotationsmechanismus 30 durch mehrere (in der vorliegenden Ausführungsform fünf) Rotationsverhinderungsteile 33 gebildet, die in regelmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung in der Nähe der Außenkante der hinteren Fläche der beweglichen Bodenplatte 3a angeordnet sind. Wie in 5 dargestellt, beinhaltet jedes der Rotationsverhinderungsteile 33 einen Ring 31, der in eine kreisförmige Öffnung pressgepasst ist, die in der hinteren Fläche (die dem Druckaufnehmer 17 des vorderen Gehäuses 7 zugewandt ist) der beweglichen Bodenplatte 3a ausgebildet ist, und einen Stift 32, der von dem Druckaufnehmer 17 des vorderen Gehäuses 7 vorsteht, die Druckplatte 16 durchläuft und lose in das Innere des Rings 31 eingepasst ist. Hier sind mindestens drei Rotationsverhinderungsteile 33 erforderlich, um die bewegliche Spirale 3 an einer Drehung zu hindern, während es der beweglichen Spirale 3 ermöglicht wird, die axiale Mitte der feststehenden Spirale 2 zu umlaufen.
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Der Betrieb des Scrollkompressors 1 mit der obigen Konfiguration wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 7 bis 13 beschrieben. 7 bis 11 veranschaulichen Betriebszustände des Scrollkompressors 1. 12 ist ein Diagramm, das die Beziehungen zwischen den Drücken in der ersten Kompressionskammer C1, der zweiten Kompressionskammer C2 und einer Endkompressionskammer C4 und einem Kurbelwinkel zeigt. 13 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer auf den Stift 32 wirkenden Kraft (Drehmoment) und einem Kurbelwinkel zeigt. Eine durchgezogene Kurve in 13 entspricht hier dem Scrollkompressor 1 der vorliegenden Ausführungsform, und eine gestrichelte Kurve in 13 entspricht einem Scrollkompressor gemäß verwandtem Stand der Technik. Bei dem Scrollkompressor gemäß verwandtem Stand der Technik ist der Evolventenwinkel θ1 derselbe wie der Evolventenwinkel θ2, und die Größe (zumindest die Länge in einer Richtung entlang der Evolventenkurve der beweglichen Windung 3b) der Aussparung 3h ist kleiner als die Größe der Aussparung 3h bei der vorliegenden Ausführungsform.
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Wenn die Riemenscheibe 22 durch eine Drehantriebskraft von außen gedreht wird, wird die Antriebswelle 20 durch die elektromagnetische Kupplung 21 gedreht, und die bewegliche Spirale 3 wird durch den Kurbelmechanismus veranlasst, die axiale Mitte der feststehenden Spirale 2 zu umlaufen, während sie durch den Antirotationsmechanismus 30 an einer Drehung gehindert wird. Als Ergebnis der Umlaufs der beweglichen Spirale 3 wird das Fluid (Kältemittelgas) in die erste Kompressionskammer C1 und die zweite Kompressionskammer C2 zwischen der feststehenden Windung 2b und der beweglichen Windung 3b der Scrolleinheit 4 von der Einlassöffnung und über die Einlasskammer 9 und den Fluiddurchgangsraum 11 aufgenommen.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist der Evolventenwinkel θ1, der an dem Windungsendende 2f der feststehenden Windung 2b endet, kleiner als der Evolventenwinkel θ2, der an dem Windungsendende 3f der beweglichen Windung 3b endet. Nachdem das Windungsendende 3f der beweglichen Windung 3b die äußere Wandfläche 2b2 der feststehenden Windung 2b kontaktiert und dadurch die erste Kompressionskammer C1 geschlossen ist, wie in 7 dargestellt, kontaktiert somit das Windungsendende 2f der feststehenden Windung 2b die äußere Wandfläche 3b2 der beweglichen Windung 3b und dadurch wird die zweite Kompressionskammer C2 geschlossen, wie in 8 dargestellt. Da bei dieser Konfiguration die erste Kompressionskammer C1 das Fluid immer vor der zweiten Kompressionskammer C2 verdichtet, ist der Druck in der ersten Kompressionskammer C1 immer höher als der Druck in der zweiten Kompressionskammer C2 (siehe Kurbelwinkel von 0 bis 360 Grad in 12). Daher wird das im Scrollkompressor 1 erzeugte Drehmoment immer größer als das Drehmoment, das im Scrollkompressor gemäß verwandtem Stand der Technik erzeugt wird (siehe 13). Dabei entspricht die Richtung des Drehmoments der Umlaufrichtung der beweglichen Spirale 3.
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Wie in den 9 und 10 dargestellt ist, verbindet sich das infolge der durch den Umlauf der beweglichen Spirale 3 verursachten Verringerung des Volumens der ersten Kompressionskammer C1 verdichtete Fluid mit dem Fluid in einer dritten Kompressionskammer C3, die sich in der Mitte durch die Aussparung 3h der beweglichen Windung 3b befindet. Das heißt, im oder nach dem in 9 dargestellten Betriebszustand steht die erste Kompressionskammer C1 mit der dritten Kompressionskammer C3 durch die Aussparung 3h der beweglichen Windung 3b in Verbindung. Die dritte Kompressionskammer C3 beinhaltet die Abführungsöffnung 14 und ist von der feststehenden Windung 2b und der beweglichen Windung 3b umgeben. In diesem Betriebszustand ist das Abführventil 15 geschlossen, und der Druck in der dritten Kompressionskammer C3 ist höher als der Druck in der ersten Kompressionskammer C1. Dementsprechend strömt in einem Zeitraum, in dem der in 9 dargestellte Betriebszustand in den in 10 dargestellten Betriebszustand übergeht, das Hochdruckfluid in der dritten Kompressionskammer C3 durch die Aussparung 3h der beweglichen Windung 3b in die erste Kompressionskammer C1 (zurück). Infolgedessen steigt der Druck in der ersten Kompressionskammer C1 stark an (siehe Kurbelwinkel α in den 12 und 13). In der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Kurbelwinkel α beispielsweise 310 Grad, ist aber nicht darauf beschränkt. Infolge des starken Anstiegs des Drucks in der ersten Kompressionskammer C1 bei dem Kurbelwinkel α nimmt die Differenz zwischen dem Druck in der ersten Kompressionskammer C1 und dem Druck in der zweiten Kompressionskammer C2 zu (siehe Kurbelwinkel α bis 360 Grad in 12). Dementsprechend ermöglicht diese Konfiguration, wie in 13 gezeigt, eine Unterdrückung der reduzierten Drehmomente bei Kurbelwinkeln von α bis 360 Grad im Vergleich zum Scrollkompressor gemäß dem Stand der Technik.
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Andererseits verbindet sich, wie in 10 und 11 dargestellt, das infolge der durch das Umlaufen der beweglichen Spirale 3 verursachten Verringerung des Volumens der zweiten Kompressionskammer C2 verdichtete Fluid mit dem Fluid in der ersten Kompressionskammer C1, das sich mit dem Fluid in der dritten Kompressionskammer C3 verbunden hat. Das heißt, dass unmittelbar nach dem in 10 dargestellten Betriebszustand die erste Kompressionskammer C1, die zweite Kompressionskammer C2 und die dritte Kompressionskammer C3 kombiniert werden, um die Endkompressionskammer C4 auszubilden, wodurch die zweite Kompressionskammer C2 mit der Abführungsöffnung 14 in Verbindung steht. 12 zeigt, dass das Fluid in der Endkompressionskammer C4 verdichtet wird und der Druck in der Endkompressionskammer C4 bei oder nach einem Kurbelwinkel von 360 Grad ansteigt.
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Wenn der Druck in der Endkompressionskammer C4 einen Abführungsdruck erreicht, öffnet sich das Abführungsventil 15, und das Fluid in der Endkompressionskammer C4 wird durch die Abführungsöffnung 14 in die Abführungskammer 13 abgeführt.
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Wie vorstehend beschrieben, ist bei dem Scrollkompressor 1 der vorliegenden Ausführungsform die Mitte der beweglichen Bodenplatte 3a gegenüber der Mitte 3d des Grundkreises 3c der beweglichen Windung 3b versetzt. Bei dieser Konfiguration variiert ein Abstand L (nicht dargestellt) zwischen der Mitte der auf die bewegliche Spirale 3 ausgeübten Kompressionsreaktionskraft und der Mitte der beweglichen Bodenplatte 3a während eines Umlaufs der beweglichen Spirale 3. Die Mitte der auf die bewegliche Spirale 3 ausgeübten Kompressionsreaktionskraft liegt in dem Mittelpunkt zwischen der Mitte 2d des Grundkreises 2c und der Mitte 3d des Grundkreises 3c, wenn der Druck in der ersten Kompressionskammer C1 gleich dem Druck in der zweiten Kompressionskammer C2 ist. Wenn der Druck in der ersten Kompressionskammer C1 höher wird als der Druck in der zweiten Kompressionskammer C2, bewegt sich die Mitte der Kompressionsreaktionskraft weiter weg von der Mitte der beweglichen Bodenplatte 3a (mit anderen Worten, der Abstand L nimmt zu); und im umgekehrten Fall bewegt sich die Mitte der Kompressionsreaktionskraft näher zur Mitte der beweglichen Bodenplatte 3a (mit anderen Worten, der Abstand L nimmt ab). In der vorliegenden Ausführungsform ist der Abstand L bei jedem der in den 12 und 13 dargestellten Kurbelwinkel von 0, 360 und 720 Grad am kleinsten. Das oben beschriebene Drehmoment gibt hier ein Moment um die Mitte der beweglichen Bodenplatte 3a an und ist das Produkt aus der Kompressionsreaktionskraft und dem Abstand L. Die Kompressionsreaktionskraft variiert während eines Umlaufs der beweglichen Spirale 3 und ist beispielsweise bei jedem der in 12 und 13 dargestellten Kurbelwinkel von 0, 360 und 720 Grad in etwa am kleinsten. Da der Kurbelwinkel, bei dem der Abstand L am kleinsten ist, in der Nähe des Kurbelwinkels liegt, bei dem die Kompressionsreaktionskraft am kleinsten ist, besteht somit ein Risiko, dass das Drehmoment bei diesem Winkel (etwa bei einem Kurbelwinkel von 0, 360 oder 720 Grad) verringert wird.
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Um diesem Problem zu begegnen, werden in der vorliegenden Ausführungsform die folgenden Maßnahmen [1] und [2] ergriffen.
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- [1] Der Evolventenwinkel θ1, der an dem Windungsendende 2f der feststehenden Windung 2b endet, wird kleiner gemacht als der Evolventenwinkel θ2, der an dem Windungsendende 3f der beweglichen Windung 3b endet. Bei dieser Konfiguration, nachdem das Windungsendende 3f der beweglichen Windung 3b die äußere Wandfläche 2b2 der feststehenden Windung 2b kontaktiert und dadurch die erste Kompressionskammer C1 geschlossen wird, wie in 7 dargestellt, kontaktiert das Windungsendende 2f der feststehenden Windung 2b die äußere Wandfläche 3b2 der beweglichen Windung 3b und dadurch wird die zweite Kompressionskammer C2 geschlossen, wie in 8 dargestellt. Das heißt, da die erste Kompressionskammer C1 das Fluid immer vor der zweiten Kompressionskammer C2 verdichtet, ist der Druck in der ersten Kompressionskammer C1 immer höher als der Druck in der zweiten Kompressionskammer C2 (siehe Kurbelwinkel von 0 bis 360 Grad in 12). Dies ermöglicht es, das Niveau des zu erzeugenden Drehmoments zu erhöhen (siehe 13).
- [2] Wie in den 9 bis 11 dargestellt, steht die zweite Kompressionskammer C2 mit der Abführungsöffnung 14 in Verbindung, nachdem die erste Kompressionskammer C1 durch die Aussparung 3h der beweglichen Windung 3b mit der dritten Kompressionskammer C3 in Verbindung steht. Dadurch ist es zum Beispiel möglich, die Differenz zwischen dem Druck in der ersten Kompressionskammer C1 und dem Druck in der zweiten Kompressionskammer C2 bei Kurbelwinkeln zwischen α und 360 Grad zu erhöhen, wie in 12 und 13 (siehe 12) gezeigt, und es dadurch zu ermöglichen, reduzierte Drehmomente zu unterdrücken (siehe 13).
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Die Anwendung der oben beschriebenen Maßnahmen [1] und [2] ermöglicht es, reduzierte Drehmomente zu unterdrücken und dadurch zu ermöglichen, dass der Stift 32 veranlasst wird, immer in Kontakt mit der Innenfläche des Rings 31 zu sein. Dies wiederum ermöglicht es, ein Kollidieren des Stiftes 32 mit dem Ring 31 zu verhindern und ermöglicht es dadurch, das Auftreten von Vibrationen und Geräuschen in dem Antirotationsmechanismus 30 zu reduzieren.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet der Scrollkompressor 1 die feststehende Spirale 2, die die feststehende Bodenplatte 2a mit der Abführungsöffnung 14 in der Mitte der feststehenden Bodenplatte 2a und die spiralförmige feststehende Windung 2b, die sich auf der feststehenden Bodenplatte 2a erhebt, beinhaltet, die bewegliche Spirale 3, die die bewegliche Bodenplatte 3a und die spiralförmige bewegliche Windung 3b beinhaltet, die sich auf der beweglichen Bodenplatte 3a erhebt und mit der feststehenden Windung 2b in Eingriff steht, die erste Kompressionskammer C1, die durch die innere Wandfläche 3b1 der beweglichen Windung 3b und die äußere Wandfläche 2b2 der feststehenden Windung 2b ausgebildet wird, die zweite Kompressionskammer C2, die durch die innere Wandfläche 2b1 der feststehenden Windung 2b und die äußere Wandfläche 3b2 der beweglichen Windung 3b ausgebildet wird, und den Antirotationsmechanismus 30, der die Drehung der beweglichen Spirale 3 verhindert. Der Scrollkompressor 1 ist so konfiguriert, dass die bewegliche Spirale 3 dazu veranlasst wird, die axiale Mitte der feststehenden Spirale 2 zu umlaufen, während die Drehung der beweglichen Spirale 3 durch den Antirotationsmechanismus 30 verhindert wird, um das Volumen der ersten Kompressionskammer C1 und das Volumen der zweiten Kompressionskammer C2 zu verändern und dadurch zu bewirken, dass das Fluid in der ersten Kompressionskammer C1 und das Fluid in der zweiten Kompressionskammer C2 separat verdichtet und dann gemeinsam durch die Abführungsöffnung 14 in die Abführungskammer 13 abgeführt werden. Die feststehende Windung 2b kann gemäß einer Evolventenkurve ausgebildet sein, die auf dem Grundkreis 2c der feststehenden Windung 2b basiert. Die bewegliche Windung 3b kann gemäß einer Evolventenkurve ausgebildet sein, die auf dem Grundkreis 3c der beweglichen Windung 3b basiert. Der Evolventenwinkel θ1 vom Bezugspunkt 2e auf dem Grundkreis 2c der feststehenden Windung 2b bis zum Windungsendende 2f der feststehenden Windung 2b ist kleiner als der Evolventenwinkel θ2 vom Bezugspunkt 3e auf dem Grundkreis 3c der beweglichen Windung 3b bis zum Windungsendende 3f der beweglichen Windung 3b. Bei dieser Konfiguration, nachdem das Windungsendende 3f der beweglichen Windung 3b die äußere Wandfläche 2b2 der feststehenden Windung 2b kontaktiert und dadurch die erste Kompressionskammer C1 geschlossen ist, kontaktiert das Windungsendende 2f der feststehenden Windung 2b die äußere Wandfläche 3b2 der beweglichen Windung 3b und dadurch wird die zweite Kompressionskammer C2 geschlossen. Dementsprechend wird der Druck in der ersten Kompressionskammer C1 konstant höher als der Druck in der zweiten Kompressionskammer C2. Dies ermöglicht es, in der beweglichen Spirale 3 ständig ein Drehmoment zu erzeugen, und ermöglicht es dadurch, reduzierte Drehmomente zu unterdrücken.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet die bewegliche Windung 3b die Aussparung 3h, die am Windungsstartende 3g der beweglichen Windung 3b ausgebildet ist und von der inneren Wandfläche 3b1 des Windungsstartendes 3g vertieft ist. Der Scrollkompressor 1 beinhaltet ferner die dritte Kompressionskammer C3, die die Abführungsöffnung 14 beinhaltet und von der feststehenden Windung 2b und der beweglichen Windung 3b umgeben ist. Nachdem die erste Kompressionskammer C1 durch die Aussparung 3h der beweglichen Windung 3b mit der dritten Kompressionskammer C3 in Verbindung steht, steht die zweite Kompressionskammer C2 mit der Abführungsöffnung 14 in Verbindung. Dies ermöglicht es, die Differenz zwischen dem Druck in der ersten Kompressionskammer C1 und dem Druck in der zweiten Kompressionskammer C2 zu erhöhen, und ermöglicht es dadurch, reduzierte Drehmomente zu unterdrücken.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet der Antirotationsmechanismus 30 auch den Ring 31, der in die kreisförmige Öffnung pressgepasst ist, die entweder in der Rückfläche der beweglichen Bodenplatte 3a oder in der der Rückfläche zugewandten Gehäusewand ausgebildet ist, und den Stift 32, der von der anderen der Rückfläche und der Gehäusewand vorsteht und lose in das Innere des Rings 31 eingepasst ist. Bei einer solchen Konfiguration des Antirotationsmechanismus 30 ist es möglich, das Auftreten von Vibrationen und Geräuschen im Antirotationsmechanismus 30 zu reduzieren.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Mitte der feststehenden Platte 2a von der Mitte 2d des Grundkreises 2c der feststehenden Windung 2b versetzt. Ebenso ist die Mitte der beweglichen Bodenplatte 3a von der Mitte 3d des Grundkreises 3c der beweglichen Windung 3b versetzt. Bei einer solchen Konfiguration des Scrollkompressors 1 ist es möglich, das Auftreten von Vibrationen und Geräuschen in dem Antirotationsmechanismus 30 zu reduzieren.
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Eine externe Antriebsquelle zum Antreiben des Scrollkompressors 1 der vorliegenden Ausführungsform kann beispielsweise ein Fahrzeugmotor oder ein Motor sein. Der Scrollkompressor 1 kann auch einen Motor als eine integrale Komponente beinhalten, der als Antriebsquelle dient.
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Der Scrollkompressor 1 der vorliegenden Ausführungsform kann beispielsweise in einen Kältemittelkreislauf einer Fahrzeugklimaanlage eingebaut werden und dazu konfiguriert sein, ein Kältemittel, das von der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs eingespeist wird, zu verdichten und abzuführen.
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Die oben beschriebene Scrolleinheit 4 (die feststehende Spirale 2 und die bewegliche Spirale 3) kann auch für einen Scrollexpander verwendet werden. Der Scrollexpander kann beispielsweise in einen Kältemittelkreislauf einer Rankine-Kreislaufvorrichtung für ein Fahrzeug eingebaut werden und dazu konfiguriert sein, ein aus dem Kältemittelkreislauf eingeführtes Kältemittel zu expandieren, um Energie zu erzeugen (oder Energie aus dem Kältemittel zurückzugewinnen).
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Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorstehend beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt, und es ist klar, dass die Ausführungsform basierend auf der technischen Idee der vorliegenden Erfindung weiter modifiziert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Scrollkompressor,
- 2
- feststehende Spiral,
- 2a
- feststehende Bodenplatte,
- 2b
- feststehende Windung,
- 2b1
- innere Wandfläche,
- 2b2
- äußere Wandfläche,
- 2c
- Grundkreis,
- 2d
- Mitte,
- 2e
- Referenzpunkt,
- 2f
- Windungsendende,
- 3
- bewegliche Spirale,
- 3a
- bewegliche Bodenplatte,
- 3b
- bewegliche Windung,
- 3b1
- innere Wandfläche,
- 3b2
- äußere Wandfläche,
- 3c
- Grundkreis,
- 3d
- Mitte,
- 3e
- Referenzpunkt,
- 3f
- Windungsendende,
- 3g
- Windungsstartende,
- 3h
- Aussparung,
- 4
- Scrolleinheit,
- 6
- mttleres Gehäuse,
- 7
- vorderes Gehäuse,
- 8
- hinteresGehäuse,
- 9
- Einlasskammer,
- 10
- gewölbtes Teil,
- 11
- Fluiddurchgangsraum,
- 13
- Abführungskammer,
- 14
- Abführungsöffnung,
- 15
- Abführungsventil,
- 20
- Antriebswelle,
- 30
- Antirotationsmechanismus,
- 31
- Ring,
- 32
- Stift,
- 33
- Rotationsverhinderungsteil,
- C1
- erste Kompressionskammer,
- C2
- zweiteKompressionskammer,
- C3
- dritte Kompressionskammer,
- C4
- Endkompressionskammer,
- θ1, θ2
- Evolventenwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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