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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Scrollverdichter, insbesondere einen Scrollverdichter für Kühlung.
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Stand der Technik
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US10090793B2 veröffentlicht einen Verdichter, welcher einen Elektromotor mit einem Ferrit-Permanentmagnet und ein Heizelement umfasst. Der Ferrit-Permanentmagnet ist in einer Nut im Rotor des Elektromotors angeordnet. Das Heizelement ist auch in der Nut des Rotors angeordnet und liegt in der Nähe vom Ferrit-Permanentmagnet. Der Ferrit-Permanentmagnet ist kostengünstiger im Vergleich zu einem Magnet aus Seltenerdelementen, aber sensitiv im Betrieb bei einer niedrigen Temperatur (z. B. bei einer Temperatur niedriger als -20 Grad Celcius). Wenn die Temperatur des Rotors niedriger als ein vorgegebener Schwellenwert ist, wird das Heizelement insbesondere erregt, um die Entmagnetisierung des Ferrit-Permanentmagnets zu vermeiden.
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Ein solches Heizelement ist kostenintensiv und die gemeinsame Montage der Heizelemente und des Ferrit-Permanentmagnets in der Nut des Rotors ist schwierig und aufwändig.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen verbesserten Scrollverdichter bereitzustellen, welcher die Nachteile in den herkömmlichen Scrollverdichtern überwinden kann.
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Eine Aufgabe der Erfindung liegt insbesondere darin, einen intelligenten Scrollverdichter mit einem synchronen Reluktanzmotor mit Ferrit-Permanentmagnet bereitzustellen, bei dem die Entmagnetisierung des Ferrit-Permanentmagnets bei einer niedrigen Temperatur mit niedrigen Kosten verhindert wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, die Möglichkeit einer erweiterten Steuerung und Sicherung mit sehr limitierten zusätzlichen Kosten und ohne zusätzliche Komponenten zu eröffnen.
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Erfindungsgemäß umfasst ein solcher Scrollverdichter:
- - ein abgedichtetes Gehäuse, das mit einer Ansaugung versehen ist, die konfiguriert ist, ein zu verdichtendes Kühlmittel an den Scrollverdichter zu liefern;
- - eine Verdichtereinheit, die in dem abgedichteten Gehäuse angeordnet ist und konfiguriert ist, das durch die Ansaugung gelieferte Kühlmittel zu verdichten, wobei die Verdichtereinheit eine feststehende Schnecke und eine drehbare Schnecke umfasst;
- - eine Antriebswelle, die in dem abgedichteten Gehäuse angeordnet ist und konfiguriert ist, die drehbare Schnecke der Verdichtereinheit in eine orbitale Bewegung zu versetzen, wobei die Antriebswelle um eine Drehachse drehbar ist;
- - einen synchronen Reluktanzmotor, der in dem abgedichteten Gehäuse angeordnet ist und konfiguriert ist, die Antriebswelle in Drehung um die Drehachse zu versetzen, wobei der synchrone Reluktanzmotor einen Rotor, der an der Drehachse gekoppelt ist, und einen Stator, der um den Rotor angeordnet ist, umfasst, und wobei der Rotor einen Ferrit-Permanentmagnet umfasst;
- - eine Verdichtersteuerung, die konfiguriert ist, den Betrieb des Scrollverdichters zu steuern;
- - einen Schmierölbehälter, der in einem Unterteil des abgedichteten Gehäuses ausgebildet ist;
- - eine Heizeinrichtung, die konfiguriert ist, das Schmieröl im Schmierölbehälter zu erhitzen und
- - einen Öltemperatursensor, wobei der Öltemperatursensor im Schmierölbehälter angeordnet ist.
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Da der Magnet niedrige Kosten aufweist, ist der synchrone Reluktanzmotor mit einem Ferrit-Permanentmagnet eine interessante Lösung für die Anwendung eines kostenempfindlichen drehzahlvariablen Scrollverdichters. Im Vergleich zum Seltenerdmagnet kann bei dem erfindungsgemäßen Scrollverdichter die Temperaturbeschränkung des Ferrit-Permanentmagnets durch die Einführung des Öltemperatursensors in dem Schmierölbehälter erzielt werden. Die vom Temperatursensor erfasste Temperatur des Schmieröls kann als Maß der Temperatur des Ferrit-Permanentmagnets verwendet werden, weil eine gute thermische Verbindung in der Regel zwischen dem Schmierölbehälter und dem Ferrit-Permanentmagnet des Rotors über die Antriebswelle, die an dem Rotor des synchronen Reluktanzmotors befestigt ist und in dem Ölbehälter eingetaucht ist, oder über den Stator, welcher am abgedichteten Gehäuse befestigt ist, hergestellt wird.
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Mit der Heizeinrichtung für den Schmierölbehälter kann auch bei einer niedrigen Temperatur die Steuerung des synchronen Reluktanzmotors und der Betrieb des Scrollverdichters leicht durchgeführt werden sowie die Beschädigung des Scrollverdichters verhindert werden.
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Beispielsweise bei einer vom Öltemperatursensor erfassten niedrigen Temperatur kann der Betrieb des synchronen Reluktanzmotors durch die Begrenzung des Elektromotorstroms und damit durch die Kapazität des Scrollverdichters gesteuert werden, bis ein vorgegebener Temperaturschwellenwert erreicht ist. Bevor beispielsweise durch das Starten der Heizeinrichtung die Temperatur des Schmieröls auf ein bestimmtes Temperaturniveau erhöht wird, kann bei einer niedrigen Temperatur der Betrieb des synchronen Reluktanzmotors verboten werden.
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Das Vorhandensein der Ölheizeinrichtung und des Öltemperatursensors sind weiter vorteilhaft für die Steuerung und Sicherung des Betriebs des Verdichters.
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Der Scrollverdichter kann auch eine oder mehrere der folgenden Merkmale einzeln oder in Kombination umfassen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Verdichtersteuerung konfiguriert, die durch den Öltemperatursensor erfasste Schmieröltemperatur zu sammeln, und das Anfahren des synchronen Reluktanzmotors zu verhindern, wenn die durch den Öltemperatursensor erfasste Schmieröltemperatur niedriger als ein erster vorgegebener Temperaturwert ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Verdichtersteuerung konfiguriert, den synchronen Reluktanzmotor anzufahren, wenn die durch den Öltemperatursensor erfasste Schmieröltemperatur gleich oder größer als der erste vorgegebene Temperaturwert ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Verdichtersteuerung konfiguriert, die Heizeinrichtung zu starten, wenn die durch den Öltemperatursensor erfasste Schmieröltemperatur kleiner als der erste vorgegebene Temperaturwert ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Verdichtersteuerung konfiguriert, die Heizeinrichtung zu stoppen, wenn die durch den Öltemperatursensor erfasste Schmieröltemperatur gleich oder größer als der erste vorgegebene Temperaturwert ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Verdichtersteuerung konfiguriert, einen begrenzten Elektromotorstrom auf den synchronen Reluktanzmotor aufzubringen, wenn die durch den Öltemperatursensor erfasste Schmieröltemperatur zwischen dem ersten vorgegebenen Temperaturwert und einem zweiten vorgegebenen Temperaturwert, der größer als der erste vorgegebene Temperaturwert ist, liegt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der begrenzte Elektromotorstrom von der Verdichtersteuerung definiert, so dass die Drehzahl des Rotors kleiner als 10 rps, wie z. B. kleiner als 5 rps, ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Verdichtersteuerung konfiguriert:
- - die Sättigungstemperatur des durch die Ansaugung des Scrollverdichters angesaugten Kühlmittels zu erfassen;
- - die durch den Öltemperatursensor erfasste Schmieröltemperatur mit der erfassten Sättigungstemperatur zu vergleichen; und
- - die Heizeinrichtung zu starten und das Anfahren des synchronen Reluktanzmotors zu verhindern, wenn der Temperaturunterschied zwischen der erfassten Schmieröltemperatur und der erfassten Sättigungstemperatur kleiner als ein Schwellenwert ist.
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Die Sättigungstemperatur kann aus dem von einem Ansaugdrucksensor, der sich an der Ansaugung oder in der Nähe der Ansaugung befindet, erfassten Ansaugdruck abgeleitet werden, oder durch die Systemsteuerung, die mit der Verdichtersteuerung verbunden ist, bereitgestellt werden. Der Temperaturunterschied zwischen der Schmieröltemperatur und der Sättigungstemperatur wird auch als Überhitzung des Öls bezeichnet und entspricht dem Maß der Überhitzung des Schmieröls im Schmierölbehälter. Dieser Temperaturunterschied erlaubt die Schätzung des Vorhandenseins und der Menge des flüssigen Kühlmittels in einer Niedrigdruckkammer des Scrollverdichters.
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Durch die Erhitzung des Schmieröls im Schmierölbehälter mit einer Heizeinrichtung vor dem Anfahren des synchronen Reluktanzmotors kann das Anfahren in einem gefluteten Zustand (flooded start) und der Aufprall des flüssigen Kühlmittels, der zur Beschädigung des Scrollverdichters führen könnte, vermieden werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Verdichtersteuerung so konfiguriert, dass ein Fehler eines Expansionsventils bestimmt wird, wenn im Betrieb des Scrollverdichters der Temperaturunterschied zwischen der Schmieröltemperatur und der erfassten Sättigungstemperatur kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Tatsächlich lässt sich der Fehler des Expansionsventils durch die im Betrieb des Scrollverdichters beobachtete niedrige Überhitzung des Öls wegen hohen Flutens (flooding) des flüssigen Kühlmittels bestimmen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Verdichtersteuerung konfiguriert, einen Fehler oder sogar Ausfall des Heizers für den Schmierölbehälter durch die bei der Überwachung durch den Öltemperatursensor erfasste Schmieröltemperatur zu erkennen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Heizeinrichtung einen Widerstandsheizer.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Widerstandsheizer im Schmierölbehälter im abgedichteten Gehäuse angeordnet.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Widerstandsheizer an einer mittleren Hülle (midshell) des abgedichteten Gehäuses oder einem Substrat des abgedichteten Gehäuses befestigt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Widerstandsheizer auf einer äußeren Oberfläche des abgedichteten Gehäuses angeordnet und unmittelbar an dem Schmierölbehälter positioniert. Der Widerstandsheizer kann an der äußeren Oberfläche der mittleren Hülle des abgedichteten Gehäuses oder an der äußeren Oberfläche an einem Boden des Substrats des abgedichteten Gehäuses angeordnet sein.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erstreckt sich der Widerstandsheizer zumindest teilweise um den Schmierölbehälter.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst der Scrollverdichter ferner einen mit dem synchronen Reluktanzmotor verbundenen drehzahlvariablen Antrieb, wobei die Verdichtersteuerung konfiguriert ist, den drehzahlvariablen Antrieb in einem mit dem Stator heizenden Modus zu betreiben, in welchem der drehzahlvariable Antrieb einen Gleichstrom auf eine Statorwicklung des Stators aufbringt, so dass die Statorwicklung Wärme zur Erhitzung des Schmieröls im Schmierölbehälter erzeugt, und wobei der Stator des synchronen Reluktanzmotors als Heizeinrichtung dient. Vorteilhaft wird der drehzahlvariable Antrieb in einem mit dem Stator heizenden Modus betrieben, wenn die durch den Öltemperatursensor erfasste Schmieröltemperatur kleiner als der erste vorgegebene Temperaturwert ist.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist der Stator thermisch mit dem Schmierölbehälter verbunden. Der Stator kann durch das abgedichtete Gehäuse thermisch mit dem Schmierölbehälter verbunden sein.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist ein unteres Ende des Stators im Schmierölbehälter eingetaucht. Die thermische Verbindung des Stators mit dem Schmierölbehälter ist daher eine unmittelbare thermische Verbindung.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst der Rotor eine Rotorlamellengruppe (rotor lamination stack), die eine Aufnahme aufweist, in der der Ferrit-Permanentmagnet angeordnet ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in jeder Aufnahme zumindest ein Ferrit-Permanentmagnet angeordnet.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jede Aufnahme teilweise mit dem jeweiligen zumindest einen Ferrit-Permanentmagnet gefüllt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in jeder Aufnahme mehrere Ferrit-Permanentmagnete angeordnet.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erstreckt sich jeder Ferrit-Permanentmagnet im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Rotors.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erstreckt sich jede Aufnahme im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Rotors.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Aufnahme:
- - vier radial äußere Aufnahmen, die um eine Längsachse des Rotors gewinkelt verteilt sind, wobei in jeder der vier radial äußeren Aufnahmen zwei Ferrit-Permanentmagnete angeordnet sind; und
- - vier radial innere Aufnahmen, die um die Längsachse des Rotors gewinkelt verteilt sind, wobei in jeder der vier radial inneren Aufnahmen drei Ferrit-Permanentmagnete angeordnet sind.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Rotorlamellengruppe einen Luftabschnitt, der an einem der radial äußeren Oberfläche des Rotors zugewandten Ende der Aufnahme ausgebildet ist. Vorteilhaft umfasst die Rotorlamellengruppe einen Luftabschnitt, der an einem der radial äußeren Oberfläche des Rotors zugewandten Ende jeder Aufnahme ausgebildet ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst jede Aufnahme einen mittleren Längsabschnitt und zwei seitliche Längsabschnitte. Der jeweilige zumindest eine Ferrit-Permanentmagnet ist im mittleren Längsabschnitt angeordnet, und die zwei seitlichen Längsabschnitte bilden die jeweiligen Luftabschnitte aus. Vorteilhaft umfasst jede Aufnahme auch zwei Trennwandabschnitte, die den jeweiligen mittleren Längsabschnitt von den jeweiligen Luftabschnitten trennen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Rotorlamellengruppe einen Brückenabschnitt, der zwischen dem Luftabschnitt und der radial äußeren Oberfläche des Rotors ausgebildet ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Rotorlamellengruppe mehrere längliche Vertiefungen, die in der radial äußeren Oberfläche des Rotors ausgebildet sind, wobei sich jede der länglichen Vertiefungen zwischen zwei benachbarten Brückenabschnitten, die jeweils einer radial äußeren Aufnahme und einer radial inneren Aufnahme zugeordnet sind, befindet, und wobei sich der tiefste Punkt jeder länglichen Vertiefung an dem der jeweiligen radial inneren Aufnahme zugeordneten benachbarten Brückenabschnitt befindet. Die länglichen Vertiefungen erzeugen unterschiedliche Luftspalte zwischen dem Rotor und dem Stator, was die Schwenkung des Drehmoments reduziert, indem die Durchsatzdichte der Luftspalte zwischen dem äußeren Umfang des Rotors und dem inneren Umfang des Stators einer Sinuskurve ähnelt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erstreckt sich jede längliche Vertiefung im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Rotors.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zwischen dem Stator und dem Rotor ein Luftspalt definiert.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung handelt es sich bei dem Rotor um einen vierpoligen Rotor.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich bei dem synchronen Reluktanzmotor um einen drehzahlvariablen synchronen Reluktanzmotor.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Stator an der mittleren Hülle des abgedichteten Gehäuses befestigt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Steuerung eines Scrollverdichters, umfassend:
- - Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Scrollverdichters;
- - Erfassen der Schmieröltemperatur in dem Schmierölbehälter; und
- - Steuern des synchronen Reluktanzmotors und/oder der Heizeinrichtung gemäß der erfassten Schmieröltemperatur.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Verfahren:
- - Verhindern des Anfahrens des synchronen Reluktanzmotors, wenn die erfasste Schmieröltemperatur niedriger als ein erster vorgegebener Temperaturwert ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Verfahren:
- - Anfahren des synchronen Reluktanzmotors, wenn die erfasste Schmieröltemperatur gleich oder größer als der erste vorgegebene Temperaturwert ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Verfahren:
- - Erhitzen des Schmieröls im Schmierölbehälter, wenn die erfasste Schmieröltemperatur niedriger als der erste vorgegebene Temperaturwert ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Verfahren:
- - Anbringen eines begrenzten Elektromotorstroms auf den synchronen Reluktanzmotor, wenn die durch den Öltemperatursensor erfasste Schmieröltemperatur zwischen dem ersten vorgegebenen Temperaturwert und einem zweiten vorgegebenen Temperaturwert, der größer als der erste vorgegebene Temperaturwert ist, liegt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Verfahren:
- - Erfassen der Sättigungstemperatur des durch die Ansaugung des Scrollverdichters angesaugten Kühlmittels;
- - Vergleichen der erfassten Schmieröltemperatur mit der erfassten Sättigungstemperatur; und
- - Erhitzen des Schmieröls im Schmierölbehälter und Verhindern des Anfahrens des synchronen Reluktanzmotors, wenn der Temperaturunterschied zwischen der erfassten Schmieröltemperatur und der erfassten Sättigungstemperatur kleiner als ein Schwellenwert ist.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Die nachfolgende detaillierte Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung wird besser verständlich, wenn sie in Zusammenhang mit nachfolgenden Figuren gelesen wird. Jedoch ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten bestimmten Ausführungsbeispiele beschränkt werden soll.
- 1 ist ein Längsschnitt eines Scrollverdichters in einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine perspektivische Ansicht des Scrollverdichters aus 1.
- 3 ist ein Schnitt eines synchronen Reluktanzmotors des Scrollverdichters aus 1.
- 4 ist ein Schnitt eines Rotors des synchronen Reluktanzmotors aus 3.
- 5 ist eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts in 4.
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Ausführliche Ausführungsformen
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In 1 ist ein Scrollverdichter 2 in einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt.
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Der Scrollverdichter 2 umfasst ein abgedichtetes Gehäuse 3, und das abgedichtete Gehäuse 3 weist eine mittlere Hülle 4, einen oberen Deckel 5 und ein Substrat 6 auf. Vorteilhaft ist die mittlere Hülle 4 kreiszylindrisch ausgebildet und umfasst ein durch den oberen Deckel 5 geschlossenes oberes Ende und ein durch das Substrat 6 geschlossenes unteres Ende.
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Der Scrollverdichter 2 umfasst ferner eine Ansaugung 7, die zur Lieferung des zu verdichtenden Kühlmittels an den Scrollverdichter 2 konfiguriert ist, und eine Abführung 8, die zur Ableitung des verdichteten Kühlmittels konfiguriert ist. Beispielsweise kann die Ansaugung 7 an der mittleren Hülle 4 angeordnet sein, und die Abführung 8 kann am oberen Deckel 5 angeordnet sein.
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Der Scrollverdichter 2 umfasst ferner ein Stützbauteil 9 und eine Verdichtereinheit 11. Der Stützbauteil 9 ist im abgedichteten Gehäuse 3 angeordnet und an dem abgedichteten Gehäuse 3 befestigt. Die Verdichtereinheit 11 ist auch im abgedichteten Gehäuse 3 und oberhalb des Stützbauteils 9 angeordnet. Die Verdichtereinheit 11 ist dazu konfiguriert, das durch die Ansaugung 7 gelieferte Kühlmittel zu verdichten, und umfasst eine feststehende Schnecke 12 und eine drehbare Schnecke 13. Die feststehende Schnecke 12 ist gegenüber dem abgedichteten Gehäuse 3 fixiert. Die drehbare Schnecke 13 wird durch eine am Stützbauteil 9 angeordnete Drucklager-Oberfläche 14 gestützt und steht in gleitendem Kontakt mit der Drucklager-Oberfläche 14.
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Der Scrollverdichter 2 umfasst ferner einen synchronen Reluktanzmotor 15, und der synchrone Reluktanzmotor 15 ist im abgedichteten Gehäuse 3 und unterhalb des Stützbauteils 9 angeordnet. Es handelt sich bei dem synchronen Reluktanzmotor 15 um einen drehzahlvariablen synchronen Reluktanzmotor. Der synchrone Reluktanzmotor 15 weist einen Rotor 16 und einen Stator 17 auf. Der Stator 17 ist um den Rotor 16 angeordnet und an der mittleren Hülle 4 des abgedichteten Gehäuses 3 befestigt. Vorteilhaft ist zwischen dem Stator 17 und dem Rotor 16 ein Luftspalt G definiert.
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Darüber hinaus umfasst der Scrollverdichter 2 eine Antriebswelle 18. Die Antriebswelle 18 erstreckt sich im Wesentlichen vertikal und ist um eine Drehachse A drehbar. Die Antriebswelle 18 ist an dem Rotor 16 des synchronen Reluktanzmotors 15 gekoppelt, so dass der synchrone Reluktanzmotor 15 dazu konfiguriert ist, die Antriebswelle 18 um die Drehachse A in Drehung zu versetzen. Insbesondere ist die Antriebswelle 18 konfiguriert, im Betrieb des synchronen Reluktanzmotors 15 die drehbare Schnecke 13 in orbitale Bewegung zu versetzen.
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Wie in 4 besser gezeigt, umfasst der Rotor 16 eine Rotorlamellengruppe 19. Die Rotorlamellengruppe 19 wird auch als Rotorkern bezeichnet. Die Rotorlamellengruppe 19 ist überall als kreiszylindrisch ausgebildet, und die Rotorlamellengruppe 19 ist mit einem axialen Durchgang 21 versehen. Die Antriebswelle 18 erstreckt sich durch den axialen Durchgang 21. Die Rotorlamellengruppe 19 kann beispielsweise aus laminierten Blechen ausgebildet sein.
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Die Rotorlamellengruppe 19 ist mit einer Aufnahme 22 versehen. Die Aufnahme 22 erstreckt sich entlang der gesamten axialen Länge der Rotorlamellengruppe 19 und ist im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse B des Rotors 16 ausgerichtet.
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Der Rotor 16 umfasst auch einen Ferrit-Permanentmagnet 23. Der Ferrit-Permanentmagnet 23 ist in der Aufnahme 22 montiert und erstreckt sich durch die Rotorlamellengruppe 19. Jeder Ferrit-Permanentmagnet 23 ist bandförmig ausgebildet und erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur Längsachse B des Rotors 16. Vorteilhaft sind in jeder Aufnahme 22 mehrere Ferrit-Permanentmagnete 23 angeordnet und jede Aufnahme 22 ist nur teilweise mit den jeweiligen Ferrit-Permanentmagneten 23 gefüllt.
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Gemäß dem in 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Rotor 16 um einen vierpoligen Rotor, und die Aufnahme 22 umfasst:
- - vier radial äußere Aufnahmen 22.1, wobei die vier radial äußeren Aufnahmen 22.1 um eine Längsachse B des Rotors 16 gewinkelt verteilt sind, und wobei in jeder der vier radial äußeren Aufnahmen 22.1 zwei Ferrit-Permanentmagnete 23 angeordnet sind; und
- - vier radial innere Aufnahmen 22.2, wobei die vier radial inneren Aufnahmen 22.2 um die Längsachse B des Rotors 16 gewinkelt verteilt sind, und wobei in jeder der vier radial inneren Aufnahmen 22.2 drei Ferrit-Permanentmagnete 23 angeordnet sind.
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Gemäß dem in 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Rotorlamellengruppe 19 ferner mit einem Luftabschnitt 24 versehen, der an einem der radial äußeren Oberfläche des Rotors 16 zugewandten Ende der Aufnahme 22 ausgebildet ist. Insbesondere erstreckt sich jede Aufnahme 22 zwischen zwei jeweiligen Luftabschnitten 24. Jeder Luftabschnitt 24 erstreckt sich vorteilhaft entlang der gesamten axialen Länge der Rotorlamellengruppe 19 und ist im Wesentlichen parallel zu der Längsachse B des Rotors 16 ausgerichtet. Die Rotorlamellengruppe 19 kann Trennwandabschnitte umfassen, die den jeweiligen Luftabschnitt 24 von der jeweiligen Aufnahme 22 trennen.
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Vorteilhaft umfasst die Rotorlamellengruppe 19 einen Brückenabschnitt 25, der zwischen der radial äußeren Oberfläche des Rotors 16 und dem Luftabschnitt 24 ausgebildet ist. Vorteilhaft weist der Brückenabschnitt 25 eine kleine Dicke auf.
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Die Rotorlamellengruppe 19 umfasst ferner mehrere längliche Vertiefungen 26, wie z. B. längliche Rillen. Die mehreren länglichen Vertiefungen 26 sind in einer radial äußeren Oberfläche des Rotors 16 ausgebildet und erstrecken sich im Wesentlichen parallel zur Längsachse B des Rotors 16. Jede längliche Vertiefung 26 befindet sich zwischen zwei benachbarten Brückenabschnitten 25, die jeweils einer radial äußeren Aufnahme 22.1 und einer radial inneren Aufnahme 22.2 zugeordnet sind. Der tiefste Punkt 26.1 jeder länglichen Vertiefung 26 befindet sich vorteilhaft an dem benachbarten Brückenabschnitt 25, welcher der radial inneren Aufnahme 22.2 zugeordnet ist. Die länglichen Vertiefungen 26 erzeugen unterschiedliche Luftspalte G zwischen dem Rotor 16 und dem Stator 17, was die Schwenkung des Drehmoments reduziert, indem die Durchsatzdichte der Luftspalte zwischen dem äußeren Umfang des Rotors 16 und dem inneren Umfang des Stators 17 einer Sinuskurve ähnelt.
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Der Scrollverdichter 2 umfasst ferner einen in einem Boden des abgedichteten Gehäuses 3 ausgebildeten Schmierölbehälter 27 und einen im Schmierölbehälter 27 angeordneten Öltemperatursensor 28. Der Stator 17 ist vorteilhaft durch das abgedichtete Gehäuse 3 thermisch mit dem Schmierölbehälter verbunden. Alternativ kann durch das Eintauchen des unteren Endes des Stators 17 in den Schmierölbehälter 27 eine thermische Verbindung des Stators 17 mit dem Schmierölbehälter 27 unmittelbar hergestellt werden.
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Daher kann die durch den Öltemperatursensor 28 erfasste Schmieröltemperatur als Maß der Temperatur des Ferrit-Permanentmagnets 23 dienen.
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Der Scrollverdichter 2 umfasst ferner eine Heizeinrichtung, die konfiguriert ist, das Schmieröl im Schmierölbehälter 27 zu erhitzen. Gemäß dem in 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Heizeinrichtung einen Widerstandsheizer 29. Der Widerstandsheizer 29 ist in der mittleren Hülle 4 des abgedichteten Gehäuses 3 befestigt und unmittelbar an dem Schmierölbehälter 27 positioniert. Der Widerstandsheizer 29 kann auf einer äußeren Oberfläche der mittleren Hülle 4 angeordnet sein und kann sich zumindest teilweise um den Schmierölbehälter 27 erstrecken. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Widerstandsheizer 29 an dem Substrat 6 des abgedichteten Gehäuses 3 befestigt sein (und wie z. B. auf einer äußeren Oberfläche eines Bodens des Substrats 6 angeordnet sein), kann im Schmierölbehälter 27 im abgedichteten Gehäuse 3 angeordnet sein.
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Der Scrollverdichter 2 umfasst ferner eine Verdichtersteuerung 31. Die Verdichtersteuerung 31 ist zur Steuerung des Betriebs des Scrollverdichters 2 konfiguriert, insbesondere zur Steuerung des synchronen Reluktanzmotors 15 und des Widerstandsheizers 29 basierend auf der durch den Öltemperatursensor 28 erfassten Schmieröltemperatur.
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Insbesondere ist die Verdichtersteuerung 31 konfiguriert, das Anfahren des synchronen Reluktanzmotors 15 zu verhindern und den Widerstandsheizer 29 zu starten, wenn die durch den Öltemperatursensor 28 erfasste Schmieröltemperatur kleiner als der erste vorgegebene Temperaturwert ist, und den synchronen Reluktanzmotor 15 anzufahren und den Widerstandsheizer 29 zu stoppen, wenn die durch den Öltemperatursensor 28 erfasste Schmieröltemperatur gleich oder größer als der erste vorgegebene Temperaturwert ist. Der erste vorgegebene Temperaturwert kann z. B. etwa - 20°C betragen.
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Zudem ist die Verdichtersteuerung 31 konfiguriert, einen begrenzten Elektromotorstrom auf den synchronen Reluktanzmotor 15 aufzubringen, wenn die durch den Öltemperatursensor 28 erfasste Schmieröltemperatur zwischen dem ersten vorgegebenen Temperaturwert und einem zweiten vorgegebenen Temperaturwert, der größer als der erste vorgegebene Temperaturwert ist, liegt. Der zweite vorgegebene Temperaturwert kann z. B. etwa -10°C betragen. Vorteilhaft wird der begrenzte Elektromotorstrom von der Verdichtersteuerung 31 definiert, so dass die Drehzahl des Rotors 16 kleiner als 10 rps, wie z. B. kleiner als 5 rps, und vorteilhaft etwa 3 rps, ist.
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Die Verdichtersteuerung 31 ist konfiguriert:
- - die Sättigungstemperatur des durch die Ansaugung 7 des Scrollverdichters 2 angesaugten Kühlmittels zu erfassen;
- - die durch den Öltemperatursensor 28 erfasste Schmieröltemperatur mit der erfassten Sättigungstemperatur zu vergleichen; und
- - den Widerstandsheizer 29 zu starten und das Anfahren des synchronen Reluktanzmotors 15 zu verhindern, wenn der Temperaturunterschied zwischen der erfassten Schmieröltemperatur und der erfassten Sättigungstemperatur kleiner als ein Schwellenwert ist; und
- - den Widerstandsheizer 29 zu stoppen und den synchronen Reluktanzmotor 15 anzufahren, wenn der Temperaturunterschied zwischen der erfassten Schmieröltemperatur und der erfassten Sättigungstemperatur kleiner als ein Schwellenwert ist.
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Die Sättigungstemperatur kann aus dem von einem Ansaugdrucksensor, der sich an der Ansaugung 7 oder in der Nähe der Ansaugung 7 befindet, erfassten Ansaugdruck abgeleitet werden, oder durch die Systemsteuerung, die mit der Verdichtersteuerung 31 verbunden ist, bereitgestellt werden. Der Temperaturunterschied zwischen der Schmieröltemperatur und der Sättigungstemperatur erlaubt die Schätzung des Vorhandenseins und der Menge des flüssigen Kühlmittels in einer Niedrigdruckkammer des Scrollverdichters 2. Durch die Erhitzung des Schmieröls im Schmierölbehälter 27 mit einer Heizeinrichtung vor dem Anfahren des synchronen Reluktanzmotors 15 kann das Anfahren in einem gefluteten Zustand und der Aufprall des flüssigen Kühlmittels, der zur Beschädigung des Scrollverdichters 2 führen könnte, vermieden werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Verdichtersteuerung 31 so konfiguriert sein, dass ein Fehler eines Expansionsventils bestimmt wird, wenn im Betrieb des Scrollverdichters der Temperaturunterschied zwischen der Schmieröltemperatur und der erfassten Sättigungstemperatur kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Verdichtersteuerung 31 konfiguriert sein, die durch den Öltemperatursensor 28 erfasste Schmieröltemperatur zu überwachen und basierend auf der überwachten Schmieröltemperatur einen Fehler oder sogar Ausfall des Widerstandsheizers 29 zu erkennen.
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Das Verfahren zur Steuerung eines Scrollverdichters 2 in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst:
- - Erfassen der Schmieröltemperatur in dem Schmierölbehälter 27; und
- - Steuern des synchronen Reluktanzmotors 15 und/oder der Heizeinrichtung gemäß der erfassten Schmieröltemperatur.
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Vorteilhaft umfasst der Schritt der Steuerung:
- - Starten des Widerstandsheizers 29 (zur Erhitzung des Schmieröls im Schmierölbehälter 27) und Verhindern des Anfahrens des synchronen Reluktanzmotors 15, wenn die erfasste Schmieröltemperatur niedriger als ein erster vorgegebener Temperaturwert ist;
- - Stoppen des Widerstandsheizers 29 und Anfahren des synchronen Reluktanzmotors 15, wenn die erfasste Schmieröltemperatur gleich oder größer als der erste vorgegebene Temperaturwert ist.
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Vorteilhaft umfasst der Schritt der Steuerung auch:
- - Anbringen eines begrenzten Elektromotorstroms auf den synchronen Reluktanzmotor 15, wenn die durch den Öltemperatursensor erfasste Schmieröltemperatur zwischen dem ersten vorgegebenen Temperaturwert und einem zweiten vorgegebenen Temperaturwert liegt.
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Der Schritt der Steuerung kann auch umfassen:
- - Erfassen der Sättigungstemperatur des durch die Ansaugung 7 des Scrollverdichters 2 angesaugten Kühlmittels;
- - Vergleichen der erfassten Schmieröltemperatur mit der erfassten Sättigungstemperatur;
- - Starten des Widerstandsheizers 29 (zur Erhitzung des Schmieröls im Schmierölbehälter 27) und Verhindern des Anfahrens des synchronen Reluktanzmotors 15, wenn der Temperaturunterschied zwischen der erfassten Schmieröltemperatur und der erfassten Sättigungstemperatur kleiner als ein Schwellenwert ist; und
- - Stoppen des Widerstandsheizers 29 und Anfahren des synchronen Reluktanzmotors 15, wenn der Temperaturunterschied zwischen der erfassten Schmieröltemperatur und der erfassten Sättigungstemperatur kleiner als ein Schwellenwert ist.
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Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Scrollverdichter 2 keinen Widerstandsheizer 29 auf, der unmittelbar an dem Schmierölbehälter 27 angeordnet ist, und der Stator 17 des synchronen Reluktanzmotors 15 kann als Heizeinrichtung betrieben werden.
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Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst der Scrollverdichter 2 ferner einen mit dem synchronen Reluktanzmotor 15 verbundenen drehzahlvariablen Antrieb 32, wobei die Verdichtersteuerung 31 konfiguriert ist, den drehzahlvariablen Antrieb 32 in einem mit dem Stator heizenden Modus zu betreiben, in welchem der drehzahlvariable Antrieb 32 einen Gleichstrom auf eine Statorwicklung des Stators 17 aufbringt, so dass die Statorwicklung Wärme zur Erhitzung des Schmieröls im Schmierölbehälter 27 erzeugt. Insbesondere wird der drehzahlvariable Antrieb 32 in einem mit dem Stator heizenden Modus betrieben, wenn die durch den Öltemperatursensor 28 erfasste Schmieröltemperatur niedriger als der erste vorgegebene Temperaturwert ist.
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Das Verfahren zur Steuerung des Scrollverdichters 2 im zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst:
- - Erfassen der Schmieröltemperatur in dem Schmierölbehälter 27;
- - Betreiben des drehzahlvariablen Antriebs 32 in einem mit dem Stator heizenden Modus und Verhindern des Anfahrens des synchronen Reluktanzmotors 15, wenn die durch den Öltemperatursensor 28 erfasste Schmieröltemperatur niedriger als der erste vorgegebene Temperaturwert ist.
- - Anfahren des synchronen Reluktanzmotors 15, wenn die erfasste Schmieröltemperatur gleich oder größer als der erste vorgegebene Temperaturwert ist.
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Vorteilhaft umfasst das Verfahren auch:
- - Anbringen eines begrenzten Elektromotorstroms auf den synchronen Reluktanzmotor 15, wenn die durch den Öltemperatursensor erfasste Schmieröltemperatur zwischen dem ersten vorgegebenen Temperaturwert und einem zweiten vorgegebenen Temperaturwert liegt.
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Selbstverständlich soll die vorliegende Erfindung nicht auf die nicht limitierenden und beispielhaft beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt sein, und dagegen umfasst die Erfindung alle Ausführungsbeispiele hierin.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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