EP4326989A1 - Scroll-verdichter und verfahren zum betrieb des scroll-verdichters - Google Patents

Scroll-verdichter und verfahren zum betrieb des scroll-verdichters

Info

Publication number
EP4326989A1
EP4326989A1 EP22722725.3A EP22722725A EP4326989A1 EP 4326989 A1 EP4326989 A1 EP 4326989A1 EP 22722725 A EP22722725 A EP 22722725A EP 4326989 A1 EP4326989 A1 EP 4326989A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
orbiter
coupling
torque
coupling unit
scroll compressor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP22722725.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4326989B1 (de
Inventor
Wolfgang Krauth
Torsten Wilharm
Juri Hartmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4326989A1 publication Critical patent/EP4326989A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4326989B1 publication Critical patent/EP4326989B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F04C18/0215—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where only one member is moving
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C23/02—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0042—Driving elements, brakes, couplings, transmissions specially adapted for pumps
    • F04C29/005—Means for transmitting movement from the prime mover to driven parts of the pump, e.g. clutches, couplings, transmissions
    • F04C29/0064—Magnetic couplings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0042—Driving elements, brakes, couplings, transmissions specially adapted for pumps
    • F04C29/0085—Prime movers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F04C18/0246—Details concerning the involute wraps or their base, e.g. geometry
    • F04C18/0269—Details concerning the involute wraps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2210/00—Fluid
    • F04C2210/26—Refrigerants with particular properties, e.g. HFC-134a
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/10—Stators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/20—Rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/40—Electric motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/40—Electric motor
    • F04C2240/401—Linear motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2210/00—Working fluid
    • F05B2210/10—Kind or type
    • F05B2210/14—Refrigerants with particular properties, e.g. HFC-134a
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/10—Stators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors

Definitions

  • the invention relates to a scroll compressor according to patent claim 1 and a method for operating the scroll compressor according to patent claim 8.
  • a scroll compressor is known from DE 102017 102645 A1.
  • An improved scroll compressor can be provided in that the scroll compressor has a stator, an orbiter that can be moved relative to the stator about an orbiter axis, and a coupling device, with the stator and the orbiter engaging in one another and having at least one working chamber for compressing an in delimit the working space of fluid that can be filled, at least in sections, the coupling device having a first coupling unit arranged on the stator and a second coupling unit arranged opposite the first coupling unit on the orbiter, the first coupling unit being magnetically coupled to the second coupling unit and the The second coupling unit introduces a coupling torque acting about the orbiter axis into the orbiter.
  • a drive motor for driving the orbiter can also be chosen to be weaker in terms of its design, in particular its maximum torque.
  • the scroll compressor can be manufactured particularly easily and cost-effectively overall.
  • the scroll compressor has a drive motor that is torque-connected to the orbiter.
  • the drive motor is designed to provide a drive torque acting about the orbiter axis for driving the orbiter, with the drive torque and the coupling torque acting on the orbiter to form a compressor torque.
  • the orbiter is movable from a first position through a second position back to the first position while maintaining a pivoting direction, wherein the coupling torque between the first position of the orbiter and the second position of the orbiter acts against the drive torque, wherein in the second position the Orbiter is pivoted relative to the first posi tion, wherein between the second position and the first posi tion of the orbiter, the coupling torque and the drive torque are rectified.
  • a gap is arranged between the first coupling unit and the second coupling unit. This keeps wear and tear on the scroll compressor to a minimum.
  • At least one of the two coupling units has a two-pole permanent magnet or a multi-pole permanent magnet for forming the magnetic coupling with the other R.
  • the first coupling unit or the second coupling unit has at least one laminated core with at least two layers of a ferromagnetic material arranged next to one another in a stack.
  • the layers are arranged in the axial direction in relation to the side by side.
  • the stator has a spiral-shaped first wall and the orbiter has a spiral-shaped second wall, the first wall and the second wall engaging in one another and delimiting the working space at least in sections, the first coupling unit on a housing of the stator and the second coupling unit are fixed to a second outer peripheral side of the second wall of the orbiter.
  • the fastening is designed to be materially bonded, for example.
  • the arrangement of the second coupling unit on the second outer peripheral side of the second wall also has the advantage that in this area the second wall does not delimit the working space on the outside and there is therefore sufficient space to accommodate the coupling device.
  • the external installation space of the scroll compressor is not increased by accommodating the coupling device on the inside.
  • a center of a maximum extent of the first coupling unit in a tangential direction to the orbiter axis is arranged in a plane, with the orbiter axis being arranged in the plane.
  • the scroll compressor described above can be operated by introducing a fluid into the working space, moving the orbiter around the orbiter axis and compressing the fluid in the working space, whereby the magnetic coupling between the first coupling unit and the second Coupling unit a coupling torque acts on the orbiter.
  • R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848
  • the orbiter is moved from a first position via a second position back to the first position while maintaining a pivoting direction about the orbiter axis, wherein a drive torque acting about the orbiter axis is provided on the orbiter to drive the orbiter, wherein the driving torque and the coupling torque act together on the orbiter to form a compressor torque, wherein the coupling torque acts against the driving torque between the first position of the orbiter and the second position of the orbiter, wherein between the second position and the first position the coupling torque and the Drive torque are rectified.
  • the fluid in the working chamber is compressed, with the coupling torque at the first working point acting counter to the drive torque at the beginning of the compression of the fluid.
  • ripple in the drive torque can be greatly reduced.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a scroll compressor according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a sectional view along a section plane AA shown in FIG. 1 through the scroll compressor shown in FIG. 1 in an O p posi tion;
  • FIG. 3 shows a sectional view along the sectional plane AA shown in FIG. 1 through the scroll compressor shown in FIG. 1 in a 180° position; R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848
  • FIG. 4 shows a sectional view along the sectional plane AA shown in FIG. 1 through a scroll compressor according to a second embodiment in an O p position;
  • FIG. 5 shows the sectional view shown in FIG. 4 along the section plane A-A shown in FIG. 1 through the scroll compressor according to the second embodiment in a 180° position
  • FIG. 6 shows a torque curve over a pivoting angle of an orbiter of the scroll compressor about an orbiter axis of the orbiter.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a scroll compressor 10 according to a first embodiment.
  • the scroll compressor 10 has a stator 15 , an orbiter 20 , a drive motor 25 , a drive shaft 30 , a bearing assembly 35 , an inlet 40 , an outlet 45 , a housing 46 and a coupling device 50 .
  • the stator 15 is stationary and immovable and is mechanically connected to the housing 46 of the scroll compressor 10 .
  • the orbiter 20 is non-rotatably connected to the drive shaft 30, which non-rotatably connects the drive motor 25 to the orbiter 20.
  • the drive shaft 30 is rotatable about an orbiter axis 55 gela siege.
  • the orbiter 20 is arranged eccentrically to the orbiter axis 55 .
  • the bearing arrangement 35 is designed to support forces from the orbiter 20 guided eccentrically about the orbiter axis 55 .
  • FIG. 2 shows a sectional view along a sectional plane A-A shown in FIG. 1 through the scroll compressor 10 shown in FIG. 1 in a 0° position.
  • the stator 15 has a first base plate 70 and a first wall 75 .
  • the first base plate 70 essentially extends in a plane of rotation perpendicular to the orbiter axis 55. In the axial direction, the first base plate 70 can be arranged opposite the drive motor 25 and is mechanically connected to the housing 46.
  • the first wall 75 spirals around The orbiter axis 55 is guided on one side and is axially arranged on the first base plate 70 and connected to the first base plate 70 .
  • the first base plate 70 and the first wall 75 can be made in one piece and of the same material from a non-magnetic material such as aluminum.
  • the inlet 40 is arranged radially on the outside of the first wall 75 between the first wall 75 and the first housing 46 .
  • the outlet 45 can be arranged in the first base plate 70 essentially in a central position relative to the orbiter axis 55 .
  • the inlet 40 can, for example, be fluidically connected to a refrigerant circuit of a heat pump.
  • a fluid 110, in particular a refrigerant, for example R410, in a preferably gaseous state can be introduced into the scroll compressor 10 via the inlet 40.
  • the outlet 45 can be fluidly connected to a heat exchanger of the heat pump, for example.
  • the orbiter 20 includes a second base 80 (shown in Figure 1) and a second wall 85 (see Figure 2).
  • the second wall 85 is guided in a spiral shape around the orbiter axis 55 .
  • the second wall 85 is axially connected to the second base plate 80 on one side.
  • the second base plate 80 is axially ver sets to the first base plate 70 is arranged.
  • the second wall 85 is arranged on the second base plate 80 on an axial side facing the stator 15 and thus on a side facing away from the first base plate 70 .
  • the second base plate 80 and the second wall 85 are preferably made in one piece and of the same material, for example from a non-magnetic material, for example aluminum.
  • the first base plate 70 and the second base plate 80 are arranged axially offset from one another.
  • the first wall 75 and the second wall 85 are arranged in relation to one another axially between the first base plate 70 and the second base plate 80 in such a way that the first wall 75 and the second wall 85 engage in one another.
  • the first wall 75 and the second wall 85 delimit an inlet area 90, a compression area 95, an outlet area 100 and a movement space 101.
  • the inlet area 90 is on the downstream side R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848
  • the first wall 75 and the second wall 85 delimit at least one working chamber 105 in the radial direction.
  • the first and second walls 75, 85 preferably delimit a plurality of working chambers 105 arranged separately from one another in the circumferential direction of the orbiter axis 55.
  • the downstream side closes the outlet area 100 adjoins the compressor area 95 .
  • the outlet 45 opens into the outlet area 100.
  • the movement space 101 is arranged radially on the outside of the second wall 85 and is delimited outwards in the radial direction by the housing 46. The movement space 101 ensures that there is sufficient space within a housing contour 125 of the housing 46 for the eccentric movement of the second wall 85 relative to the stator 15 and the housing 46 without the second wall 85 colliding with the housing 46 or the stator 15.
  • the fluid 110 is introduced into the inlet area 90 via the inlet 40 .
  • the fluid 110 flows in the circumferential direction along a first outer circumferential side 115 of the first wall 75 in the direction of the compressor region 95.
  • the orbiter 20 When a compressor torque M G is introduced into the orbiter 20, the orbiter 20 is moved in an eccentric movement about the orbiter axis 55.
  • the working space 105 In connection with the stationary, stationary stator 15, the working space 105 is moved in the circumferential direction and the working space 105 follows the spiral configuration of the first wall 75 radially inwards. As the running length increases, the volume of the respective working space 105 is reduced and the fluid 110 present in the working space 105 is compressed. The compressed fluid 110 is conveyed in the working chamber 105 into the outlet area 100 and exits the scroll compressor 10 via the outlet 45 .
  • the coupling device 50 has a first coupling unit 60 and a second coupling unit 65 .
  • the first coupling unit 60 is arranged on the inside on a housing contour 125 of the housing 46 of the stator 15 and is mechanically connected to the housing 46 .
  • the first coupling unit 60 has, by way of example, a multi-pole permanent magnet 131 which is aligned tangentially to the orbiter axis 55 in its main extension direction.
  • the multi-pole permanent magnet 131 has several north and R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848 8
  • the first coupling unit 60 is preferably mechanically connected to the housing contour 125 by means of a first material connection 130 .
  • the first coupling unit 60 provides a magnetic field 135 through the multi-pole permanent magnet 131, which is indicated schematically by dashed lines in FIG.
  • the magnetic field 135 protrudes radially inwards into the movement space 101.
  • the second coupling unit 65 is arranged in the movement space 101 radially on the inside opposite the first coupling unit 60 .
  • the second coupling unit 65 is arranged on a second outer peripheral side 140 of the second wall 85 and connected to the second outer peripheral side 140 by means of a second connection 145 .
  • the second connection 145 can preferably be an integral and/or form-fitting connection.
  • the second coupling unit 65 can be attached to the second outer peripheral side 140 by means of an adhesive connection.
  • the second coupling unit 65 has a ferritic material.
  • the second coupling unit 65 preferably has an arrangement of a plurality of layers 150 made of ferritic material, for example electrical steel.
  • the layers 150 are arranged axially next to one another in a stack.
  • a holding means (not shown in FIG. 2) can be provided in order to connect the multiple layers 150 of electrical sheet metal to one another and thus ensure that the second coupling unit 65 is securely fastened to the second wall 85 .
  • the second coupling unit 65 can also have a further permanent magnet which, for example, has the same or a similar number of poles as the permanent magnet 131 of the first coupling unit 60. The difference is however, a pole arrangement of the further permanent magnet is opposite to the permanent magnet 131 of the first coupling unit 60.
  • a south pole of the second coupling unit 65 is arranged facing in the radial direction opposite to, for example, a north pole of the permanent magnet 131.
  • the first coupling unit 60 has an inner side 155 on a side facing the second wall 85, the inner side 155 being flat in FIG. 2, for example.
  • the second coupling unit 65 has an outer side 160 on a side facing away from the second wall 85, the outer side 160 being flat, for example.
  • Both the inside 155 and the outside 160 are oriented tangentially to the orbiter axis 55, for example.
  • the inner side 155 and the outer side 160 are arranged opposite one another in the radial direction.
  • a gap 165 is formed between the inside 155 and the outside 160 .
  • the gap 165 is defined in the radial direction by a distance from the inside 155 to the outside 160 . In FIG. 2, the distance a between the inside 155 and the outside 160 is maximized.
  • the gap 165 ensures that the inside 155 does not come into contact with the outside 160 during the movement of the orbiter 20 about the orbiter axis 15 . This prevents wear, in particular metal particles from entering the fluid 110 . Furthermore, it is ensured that the second coupling unit 65 can be removed from the first coupling unit 60 despite the magnetic coupling.
  • the orbiter 20 is shown in the O p position relative to movement about the orbiter axis 55.
  • the distance a is maximized.
  • the second coupling unit 65 is arranged outside an effective effective range of the magnetic field 135, so that a magnetic coupling between the first coupling unit 60 and the second coupling unit 65 is essentially eliminated.
  • FIG. 3 shows a sectional view along the section plane AA shown in FIG. 1 through the scroll compressor 10 shown in FIG. 1 in a 180 P position.
  • the orbiter 20 is pivoted by 180° compared to the representation shown in FIG. 2 and is therefore in the 180° position. In this position, the distance a between the inside 155 and the first coupling unit 60 and the outside 160 of the second coupling unit 65 is minimized.
  • the second coupling unit 65 is located in the effective range of the magnetic field 135, R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848 10 so that the first coupling unit 60 is magnetically coupled to the second coupling unit 65.
  • the second coupling unit 65 is attracted by the permanent magnet 131 of the first coupling unit 60 with a force F.
  • the multi-layer design of the second coupling unit 65 and the alignment of the layers 150 radially to the orbiter axis 55 has the advantage that eddy currents are avoided when the second coupling unit 65 moves in the magnetic field 135 of the first coupling unit 60 and thus overheating of the second coupling unit 65 in the Operation of the scroll compressor 10 is avoided. Furthermore, thermal damage to the second connection 145, in particular to a hardened adhesive, is avoided as a result, in particular if the second connection 145 is designed as a material connection.
  • the second coupling unit 65 is designed to be slimmer than the first coupling unit 60 in the circumferential direction, for example.
  • This configuration has the advantage that the second coupling unit 65 is moved in the effective range of the magnetic field 135 for a particularly long time, and a particularly good magnetic coupling between the first coupling unit 60 and the second coupling unit 65 can thereby be ensured.
  • FIG. 4 shows a sectional view along the sectional plane AA shown in FIG. 1 through a scroll compressor 10 according to a second embodiment in the O p position.
  • the scroll compressor 10 is shown in the orientation shown in FIG.
  • the scroll compressor 10 is essentially identical to the scroll compressor 10 shown in FIGS. 1 to 3 according to the first embodiment. In the following, only the differences between the scroll compressor 10 shown in FIG. 4 according to the second embodiment and the first embodiment of the scroll compressor 10 shown in FIGS. 1 to 3 will be discussed.
  • the first coupling unit 60 has an arrangement of several layers 150 made of electrical steel.
  • the second coupling unit 65 has the permanent magnet 131 by way of example.
  • the embodiment shown in FIG. 4 has the advantage that a mass rotating about the orbiter axis 55 is kept particularly low by the permanent magnet 131, which is designed to be slim in the radial direction. Due to the reduced mass of the second coupling unit 65 compared to FIGS. As a result, a particularly durable scroll compressor 10 can be provided.
  • the first coupling unit 60 is wider in the radial direction and in the circumferential direction than the first coupling unit 65 in Figures 2 and 3.
  • Figure 5 shows the sectional view shown in Figure 4 along the sectional plane A-A shown in Figure 1 through the scroll compressor 10.
  • the distance a between the outside 160 and the inside 155 of the first coupling unit 60 is minimal. Due to the wide design of the first coupling unit 60 in the circumferential direction, a particularly good magnetic coupling between the first coupling unit 60 and the second coupling unit 65 is achieved.
  • FIG. 6 shows a diagram of torques acting on the orbiter 20 plotted against a pivoting angle w of the orbiter 20 about the orbiter axis 55.
  • the respective torques M A , MK, M G are plotted starting at the O p position over the swivel angle w based on the O p position.
  • the orbiter 20 is slewed while maintaining a sweep direction about the orbiter axis 55 from the Op position through the 180P position toward a 360P position corresponding to the Op position.
  • R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848
  • a first graph (dashed line) of a compressor torque M G is plotted against the swivel angle w in the diagram, with the compressor torque M G being applied to the orbiter 20 and being used to compress the fluid 110 in the working chamber 105 .
  • a second graph of a drive torque MA of the drive motor 25 acting about the orbiter axis 55 is plotted against the swivel angle w by means of a solid line.
  • a dot-dash line shows a third graph of a coupling torque M K of the coupling device 50 plotted against the pivot angle w and acting about the orbiter axis 55.
  • the first graph corresponds to a drive torque of the drive motor of a scroll compressor according to the prior art.
  • the scroll compressor 10 has a first working point 170 and a second working point 175 during the pivoting movement of the orbiter 20 starting from the O p position around the orbiter axis 55 .
  • the working method of the scroll compressor for a working chamber 105 is briefly discussed below.
  • the orbiter 20 shown in FIGS. 2 to 5 is pivoted about the orbiter axis 55 .
  • the fluid 110 has essentially been completely ejected from the working chamber 105 via the outlet 45 .
  • the compressor torque M G for moving the orbiter 20 about the orbiter axis 55 reaches a first minimum 180.
  • the first working point 170 is reached after moving the orbiter 20 by a starting swivel angle Ws from the O p position.
  • the fluid 110 which is arranged in a (further) working chamber 105, is compacted.
  • the orbiter 20 is moved about the orbiter axis 55 by a first pivoting angle wi.
  • the compressor torque M G increases from the first minimum 180 to the first maximum 185 .
  • a pressure of the fluid 110 in the working chamber 105 reaches a pressure maximum.
  • the working chamber 105 reaches the outlet region 100. If the orbiter 20 is moved further in the pivoting direction about the orbiter axis 55, the compressed fluid is released via the pivoting angle w of the orbiter 20 R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848
  • the compressor torque M G is wavy over the swivel angle w and fluctuates between the first minimum 180 and the first maximum 185.
  • the fluctuation in the compressor torque M G places a mechanical load on the drive motor 25 and the bearing arrangement 35 .
  • a current ripple occurs when an attempt is made to electrically correct the ripple in the compressor torque M G by means of a controller.
  • the coupling device 50 is designed to reduce this ripple in the compressor torque M G from the point of view of the drive motor, so that the functionality of the scroll compressor 10 is ensured and, on the other hand, the load on the drive motor 25 is relieved.
  • the magnetic coupling of the first coupling unit 60 causes the magnetic attraction force F to fluctuate in value due to the movement of the orbiter 20 over the pivot angle w with the second coupling unit 65 .
  • a center of the second coupling unit 65 in a main extension direction in the tangential direction is arranged in a plane 200 (cf. Figures 2 and 3) together with a center of the first coupling unit 60 in a main extension direction in the tangential direction.
  • the force of attraction F acts in the plane 200 radially outwards.
  • the third graph of the coupling torque M K in the O p position and the 180 P position of the orbiter 20 each has a zero crossing in the coupling torque M K .
  • the center of the second coupling unit 65 is arranged outside of the plane 200 between the O p position and the 180 P position.
  • the force of attraction F causes the coupling torque M K to act on the orbiter 20.
  • a decrease in the field strength of the magnetic field 135 with increasing distance a in conjunction with an offset of the center of the second coupling unit 65 as a function of the pivot angle w indicates that R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848
  • the coupling torque M K represents a torque for the drive motor 25 that the drive motor 25 has to apply in order to move the orbiter 20 without fluid 110 about the orbiter axis 55, even if the drive motor 25 only has to actuate the coupling device 50 (i.e. without compression of the fluid 110).
  • the coupling device 50 is aligned in such a way that the second maximum 190 and the second minimum 195 of the coupling torque M K between the first working point 170 and the second working point are present on the orbiter 20 during the compression of the fluid 110 in the working space 105 .
  • the second coupling unit 65 is arranged closer to the first coupling unit 60 during the compression of the fluid 110 than during the ejection and introduction of the fluid 110 into the working chamber 105.
  • the acting torques M G , MK, M A are explained below, beginning at the first operating point 170 .
  • the drive torque M A that the drive motor 25 has to apply to drive the orbiter 20 corresponds to a sum of the compressor torque M G and the coupling torque MK.
  • the compressor moment M G is the moment which is necessary for the movement of the orbiter 20 .
  • the coupling torque M K acts against the drive torque M A .
  • the coupling torque MK ZU has a supporting effect on the drive torque M A .
  • the coupling device 50 is arranged on the orbiter 20 and the housing 46 that when the first working point 170 is reached, the coupling torque M K acts against the drive torque M A and in the direction of the compressor torque M G . Subsequent to the first working point 170, the fluid 110 is compressed in the working chamber 105, so that the pressure of the fluid 110 increases.
  • the compressor torque M G that is required for compression in this phase of the scroll compressor 10 is close to the first minimum 180 and R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848
  • the coupling torque M K acts in the direction of the compressor torque MG and counter to the drive torque MA.
  • the drive motor 25 has to apply the coupling torque M K in addition to the compressor torque M G in order to move the orbiter 20 .
  • the distance a between the first coupling unit 60 and the second coupling unit 65 and the force of attraction F to the plane 200 is minimal.
  • the coupling torque M K acts against the compressor torque MG, so that the drive torque MA is reduced by the coupling torque M K and the drive motor 25 is relieved.
  • the coupling torque M K supports the drive motor 25 before the first maximum of the compressor torque M G is reached.
  • the second coupling unit 65 is preferably arranged on the orbiter 20 in such a way that a second pivoting angle 002 between the first working point 170 and the second maximum 190 during compression is less than a third pivoting angle 003 between the second maximum 190 and the second working point 175. Furthermore the second minimum 195 can be reached at a fourth swivel angle U before the second working point 175, which can be smaller than the second swivel angle 002 or the third swivel angle 003.
  • the first swivel angle 001 between the first working point 170 and the second working point 175 for compacting of the fluid 110 is greater than a fifth pivot angle 005 between the second maximum 190 and the second minimum 195.
  • the configuration of the coupling device 50 described above greatly reduces the ripple of the drive torque M A and the drive torque MA is significantly smoother than the compressor torque MG.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Rotary Pumps (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Scroll-Verdichter (10) und ein Verfahren zum Betrieb des Scroll-Verdichters (10), wobei der Scroll-Verdichter (10) einen Stator (15), einen um eine Orbiterachse (55) gegenüber dem Stator (15) bewegbaren Orbiter (20) und eine Kopplungseinrichtung (50) aufweist, wobei der Stator (15) und der Orbiter (20) ineinander eingreifen und wenigstens einen Ärbeitsraum (105) zur Verdichtung eines in den Ärbeitsraum (105) füllbaren Fluids (110) zumindest abschnittweise begrenzen, wobei die Kopplungseinrichtung (50) eine am Stator (15) angeordnete erste Kopplungseinheit (60) und eine gegenüberliegend zu der ersten Kopplungseinheit (60) am Orbiter (20) angeordnete zweite Kopplungseinheit (65) aufweist, wobei die erste Kopplungseinheit (60) mit der zweiten Kopplungseinheit (65) magnetisch gekoppelt sind und die zweite Kopplungseinheit (65) ein um die Orbiterachse (55) wirkendes Kopplungsdrehmoment (MK) in den Orbiter (20) einleitet.

Description

R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848
- 1 -
Beschreibung
Titel
Scroll-Verdichter und Verfahren zum Betrieb des Scroll-Verdichters
Die Erfindung betrifft einen Scroll-Verdichter gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Betrieb des Scroll-Verdichters gemäß Patentanspruch 8.
Stand der Technik
Aus DE 102017 102645 A1 ist ein Scroll-Verdichter bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Scroll-Verdichter und ein ver bessertes Verfahren zum Betrieb des Scroll-Verdichters bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mittels eines Scroll-Verdichters gemäß Patentanspruch 1 und eines Verfahrens gemäß Patentanspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungs formen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein verbesserter Scroll-Verdichter kann dadurch bereitgestellt werden, dass der Scroll-Verdichter einen Stator, einen um eine Orbiterachse gegenüber dem Sta tor bewegbaren Orbiter und eine Kopplungseinrichtung aufweist, wobei der Sta tor und der Orbiter ineinander eingreifen und wenigstens einen Arbeitsraum zur Verdichtung eines in den Arbeitsraum füllbaren Fluids zumindest abschnittweise begrenzen, wobei die Kopplungseinrichtung eine am Stator angeordnete erste Kopplungseinheit und eine gegenüberliegend zu der ersten Kopplungseinheit am Orbiter angeordnete zweite Kopplungseinheit aufweist, wobei die erste Kopp lungseinheit mit der zweiten Kopplungseinheit magnetisch gekoppelt sind und die R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848 2 zweite Kopplungseinheit ein um die Orbiterachse wirkendes Kopplungsdrehmo ment in den Orbiter einleitet.
Dadurch kann ein besonders langlebiger und ruhig laufender Scroll-Verdichter bereitgestellt werden. Auch kann ein Antriebsmotor zum Antrieb des Orbiters in seiner Auslegung, insbesondere seines maximalen Drehmoments, schwächer gewählt werden. Dadurch kann insgesamt der Scroll-Verdichter besonders leicht und kostengünstig hergestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Scroll-Verdichter einen Antriebsmo tor, der drehmomentschlüssig mit dem Orbiter verbunden ist, auf. Der An triebsmotor ist ausgebildet, ein um die Orbiterachse wirkendes Antriebsdrehmo ment zum Antrieb des Orbiters bereitzustellen, wobei das Antriebsdrehmoment und das Kopplungsdrehmoment an dem Orbiter zur Ausbildung eines Verdichter drehmoments wirken. Der Orbiter ist unter Aufrechterhaltung einer Schwenkrich tung von einer ersten Position über eine zweite Position wieder in die erste Posi tion bewegbar, wobei das Kopplungsdrehmomentzwischen der ersten Position des Orbiters und der zweiten Position des Orbiters gegen das Antriebsdrehmo ment wirkt, wobei in der zweiten Position der Orbiter gegenüber der ersten Posi tion verschwenkt ist, wobei zwischen der zweiten Position und der ersten Posi tion des Orbiters das Kopplungsdrehmoment und das Antriebsdrehmoment gleichgerichtet sind. Dadurch wird ein ungleicher Drehmomentverlauf des An triebsdrehmoments, insbesondere in der ersten Ordnung, reduziert und geglättet. Ferner wird eine Stromwelligkeit, wenn der Antriebsmotor geregelt wird, in einer Zuleitung zu dem Antriebsmotor reduziert. Dies entlastet einen Antriebsmotor zum Antrieb des Orbiters sowie eine Lageranordnung zur Lagerung des Orbiters.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Spalt zwischen der ersten Kopplungs einheit und der zweiten Kopplungseinheit angeordnet. Dadurch wird ein Ver schleiß des Scroll-Verdichters gering gehalten.
In einerweiteren Ausführungsform weist wenigstens eine der beiden Kopplungs einheiten einen zweipoligen Permanentmagneten oder einen mehrpoligen Per manentmagneten zur Ausbildung der magnetischen Kopplung mit der anderen R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848
- 3 -
Kopplungseinheit auf. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Kopplungs einrichtung besonders kompakt ausgebildet ist und mit wenigen Bauteilen aus kommt.
In einer weiteren Ausführungsform weist die erste Kopplungseinheit oder die zweite Kopplungseinheit wenigstens ein Blechpaket mit wenigstens zwei in ei nem Stapel nebeneinander angeordneten Lagen aus einem ferromagnetischen Material auf. Die Lagen sind in axialer Richtung bezogen auf die nebeneinander angeordnet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass im Betrieb des Scroll-Ver- dichters nur geringe Wirbelströme in dem Blechpaket erzeugt werden, sodass eine Überhitzung der Kopplungseinheit mit dem Blechpaket vermieden wird.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Stator eine spiralförmig ausgebil dete erste Wandung und der Orbiter eine spiralförmig ausgebildete zweite Wan dung auf, wobei die erste Wandung und die zweite Wandung ineinander eingrei- fen und den Arbeitsraum zumindest abschnittweise begrenzen, wobei die erste Kopplungseinheit an einem Gehäuse des Stators und die zweite Kopplungsein heit an einer zweiten äußeren Umfangsseite der zweiten Wandung des Orbiters befestigt sind. Von besonderem Vorteil ist, wenn die Befestigung beispielsweise stoffschlüssig ausgebildet ist. Die Anordnung der zweiten Kopplungseinheit an der zweiten äußeren Umfangsseite der zweiten Wandung hat ferner den Vorteil, dass in diesem Bereich die zweite Wandung außenseitig nicht den Arbeitsraum begrenzt und somit ausreichend Bauraum vorhanden ist, um die Kopplungsein richtung unterzubringen. Ferner wird ein äußerer Bauraum des Scroll-Verdichters durch die innenseitige Unterbringung der Kopplungseinrichtung nicht vergrößert.
In einerweiteren Ausführungsform ist eine Mitte einer maximalen Erstreckung der ersten Kopplungseinheit in tangentialer Richtung zu der Orbiterachse in einer Ebene angeordnet, wobei in der Ebene die Orbiterachse angeordnet ist.
Der oben beschriebene Scroll-Verdichter kann dadurch betrieben werden, dass ein Fluid in den Arbeitsraum eingeleitet wird, wobei der Orbiter um die Orbiter achse bewegt wird und das Fluid in dem Arbeitsraum verdichtet wird, wobei durch die magnetische Kopplung zwischen der ersten Kopplungseinheit und der zweiten Kopplungseinheit ein Kopplungsdrehmoment auf den Orbiterwirkt. R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848
- 4 -
Von besonderem Vorteil ist, wenn der Orbiter unter Aufrechterhaltung einer Schwenkrichtung um die Orbiterachse von einer ersten Position über eine zweite Position erneut in die erste Position bewegt wird, wobei zum Antrieb des Orbiters ein um die Orbiterachse wirkendes Antriebsdrehmoment an dem Orbiter bereit gestellt wird, wobei das Antriebsdrehmoment und das Kopplungsdrehmoment zu sammen auf den Orbiter zur Ausbildung eines Verdichterdrehmoments wirken, wobei das Kopplungsdrehmoment zwischen der ersten Position des Orbiters und der zweiten Position des Orbiters gegen das Antriebsdrehmoment wirkt, wobei zwischen der zweiten Position und der ersten Position das Kopplungsdrehmo ment und das Antriebsdrehmoment gleichgerichtet sind.
In einerweiteren Ausführungsform zwischen einem ersten Arbeitspunkt und ei nem zeitlich auf den ersten Arbeitspunkt folgenden zweiten Arbeitspunkt wird das Fluid im Arbeitsraum verdichtet, wobei das Kopplungsdrehmoment an dem ers ten Arbeitspunkt zu Beginn der Verdichtung des Fluids entgegen dem Antriebs drehmoment wirkt. Dadurch kann Welligkeit des Antriebsdrehmoments beson ders stark reduziert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Da bei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Scroll-Verdichters gemäß einer ersten Ausführungsform;
Figur 2 eine Schnittansicht entlang einer in Figur 1 gezeigten Schnittebene A-A durch den in Figur 1 gezeigten Scroll-Verdichter in einer Opposi tion;
Figur 3 eine Schnittansicht entlang der in Figur 1 gezeigten Schnittebene A-A durch den in Figur 1 gezeigten Scroll-Verdichter in einer 180°-Posi- tion; R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848
- 5 -
Figur 4 eine Schnittansicht entlang der in Figur 1 gezeigten Schnittebene A-A durch einen Scroll-Verdichter gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer Opposition;
Figur 5 die in Figur 4 gezeigte Schnittansicht entlang der in Figur 1 gezeigten Schnittebene A-A durch den Scroll-Verdichter gemäß der zweiten Ausführungsform in einer 180°-Position und
Figur 6 einen Drehmomentverlauf über einen Schwenkwinkel eines Orbiters des Scroll-Verdichters um eine Orbiterachse des Orbiters.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Scroll-Verdichters 10 gemäß einer ersten Ausführungsform.
Der Scroll-Verdichter 10 weist einen Stator 15, einen Orbiter 20, einen An triebsmotor 25, eine Antriebswelle 30, eine Lageranordnung 35, einen Einlass 40, einen Auslass 45, ein Gehäuse 46 und eine Kopplungseinrichtung 50 auf.
Der Stator 15 ist ortsfest und unbeweglich und ist mit dem Gehäuse 46 des Scroll-Verdichters 10 mechanisch verbunden sein. Der Orbiter 20 ist drehfest mit der Antriebswelle 30 verbunden, die den Antriebsmotor 25 drehfest mit dem Orbi ter 20 verbindet. Die Antriebswelle 30 ist drehbar um eine Orbiterachse 55 gela gert. Der Orbiter 20 ist exzentrisch zu der Orbiterachse 55 angeordnet. Bei Akti vierung des Antriebsmotors 25 wird der Orbiter 20 um die Orbiterachse 55 ge führt und geschwenkt. Die Lageranordnung 35 ist ausgebildet, Kräfte aus dem exzentrisch um die Orbiterachse 55 geführten Orbiter 20 abzustützen.
Figur 2 zeigt eine Schnittansicht entlang einer in Figur 1 gezeigten Schnittebene A-A durch den in Figur 1 gezeigten Scroll-Verdichter 10 in einer 0°-Position.
Der Stator 15 weist eine erste Grundplatte 70 und eine erste Wandung 75 auf.
Die erste Grundplatte 70 erstreckt sich im Wesentlichen in einer Drehebene senkrecht zu der Orbiterachse 55. In axialer Richtung kann die erste Grundplatte 70 gegenüberliegend zu dem Antriebsmotor 25 angeordnet sein und ist mit dem Gehäuse 46 mechanisch verbunden. Die erste Wandung 75 ist spiralförmig um R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848 6 die Orbiterachse 55 geführt und ist an einer Seite axial an der ersten Grundplatte 70 angeordnet und mit der ersten Grundplatte 70 verbunden. Die erste Grund platte 70 und die erste Wandung 75 können einstückig und materialeinheitlich aus einem nicht-magnetischen Werkstoff, beispielsweise Aluminium, hergestellt sein. Radial außenseitig zu der ersten Wandung 75 ist zwischen der ersten Wan dung 75 und dem ersten Gehäuse 46 der Einlass 40 angeordnet. In der ersten Grundplatte 70 kann im Wesentlichen in mittiger Lage zu der Orbiterachse 55 der Auslass 45 angeordnet sein.
Der Einlass 40 kann beispielsweise fluidisch mit einem Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe verbunden sein. Über den Einlass 40 kann ein Fluid 110, insbe sondere ein Kältemittel, beispielsweise R410, in vorzugsweise gasförmigem Zu stand, in den Scroll-Verdichter 10 eingeleitet werden. Der Auslass 45 kann bei spielsweise fluidisch mit einem Wärmetauscher der Wärmepumpe verbunden sein.
Der Orbiter 20 weist eine zweite Grundplatte 80 (in Figur 1 dargestellt) und eine zweite Wandung 85 (vgl. Figur 2) auf. Die zweite Wandung 85 ist spiralförmig um die Orbiterachse 55 geführt. Die zweite Wandung 85 ist axial an einer Seite mit der zweiten Grundplatte 80 verbunden. Die zweite Grundplatte 80 ist axial ver setzt zur ersten Grundplatte 70 angeordnet. Dabei ist die zweite Wandung 85 auf einer zum Stator 15 zugewandten Axialseite und somit auf einer zur ersten Grundplatte 70 abgewandten Seite an der zweiten Grundplatte 80 angeordnet. Vorzugsweise sind die zweite Grundplatte 80 und die zweite Wandung 85 einstü ckig und materialeinheitlich, beispielsweise aus einem nicht-magnetischen Werk stoff, beispielsweise Aluminium, hergestellt.
Die erste Grundplatte 70 und die zweite Grundplatte 80 sind axial versetzt zuei nander angeordnet. Axial zwischen der ersten Grundplatte 70 und der zweiten Grundplatte 80 sind die erste Wandung 75 und die zweite Wandung 85 derart zu einander angeordnet, dass die erste Wandung 75 und die zweite Wandung 85 ineinander eingreifen. Zusammen mit der ersten Grundplatte 70 und der zweiten Grundplatte 80 begrenzen die erste Wandung 75 und die zweite Wandung 85 ei nen Einlassbereich 90, einen Verdichterbereich 95, einen Auslassbereich 100 und einen Bewegungsraum 101. Der Einlassbereich 90 ist stromabwärtsseitig R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848
- 7 - des Einlasses 40 und stromaufwärtsseitig des Verdichterbereichs 95 angeordnet. Im Verdichterbereich 95 begrenzen die erste Wandung 75 und die zweite Wan dung 85 in radialer Richtung wenigstens einen Arbeitsraum 105. Vorzugsweise begrenzend die erste und die zweite Wandung 75, 85 mehrere in Umfangsrich tung zu der Orbiterachse 55 getrennt voneinander angeordnete Arbeitsräume 105. Stromabwärtsseitig schließt sich an den Verdichterbereich 95 der Auslass bereich 100 an. In dem Auslassbereich 100 mündet der Auslass 45. Der Bewe gungsraum 101 ist radial außenseitig der zweiten Wandung 85 angeordnet und wird in radialer Richtung nach außen hin durch das Gehäuse 46 begrenzt. Der Bewegungsraum 101 stellt sicher, dass innerhalb einer Gehäusekontur 125 des Gehäuses 46 hinreichend Bauraum zur exzentrischen Bewegung der zweiten Wandung 85 gegenüber dem Stator 15 und dem Gehäuse 46vorhanden ist, ohne dass die zweite Wandung 85 mit dem Gehäuse 46 oder dem Stator 15 kollidiert.
In montiertem Zustand des Scroll-Verdichters 10, beispielsweise in der Wärme pumpe, wird über den Einlass 40 das Fluid 110 in den Einlassbereich 90 einge führt. Das Fluid 110 strömt in Umfangsrichtung entlang einer ersten äußeren Um fangsseite 115 der ersten Wandung 75 in Richtung des Verdichterbereichs 95.
Bei Einleitung eines Verdichterdrehmoments MG in den Orbiter 20 wird der Orbi ter 20 in einer exzentrischen Bewegung um die Orbiterachse 55 bewegt. Dabei wird in Verbindung mit dem ortsfesten, stehenden Stator 15 wird der Arbeitsraum 105 in Umfangsrichtung bewegt und der Arbeitsraum 105 folgt der spiralförmigen Ausgestaltung der ersten Wandung 75 radial nach innen hin. Mit zunehmender Lauflänge wird ein Volumen des jeweiligen Arbeitsraums 105 reduziert und das im Arbeitsraum 105 vorhandene Fluid 110 komprimiert. Das komprimierte Fluid 110 wird in dem Arbeitsraum 105 in den Auslassbereich 100 gefördert und tritt über den Auslass 45 aus dem Scroll-Verdichter 10 aus.
Die Kopplungseinrichtung 50 weist eine erste Kopplungseinheit 60 und eine zweite Kopplungseinheit 65 auf. Die erste Kopplungseinheit 60 ist innenseitig an einer Gehäusekontur 125 des Gehäuses 46 des Stators 15 angeordnet und mit dem Gehäuse 46 mechanisch verbunden. In Figur 2 weist beispielhaft die erste Kopplungseinheit 60 einen mehrpolig ausgebildeten Permanentmagneten 131 auf, der in seiner Haupterstreckungsrichtung tangential zu der Orbiterachse 55 ausgerichtet ist. Der mehrpolige Permanentmagnet 131 weist mehrere Nord- und R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848 8
Südpole auf, die abwechselnd in Tangentialrichtung nebeneinander angeordnet sind. Die erste Kopplungseinheit 60 ist vorzugsweise mittels einer ersten stoff schlüssigen Verbindung 130 mit der Gehäusekontur 125 mechanisch verbunden. Die erste Kopplungseinheit 60 stellt durch den mehrpoligen Permanentmagneten 131 ein Magnetfeld 135 bereit, das schematisch mittels strichlierter Linien in Fi gur 2 angedeutet ist. Das Magnetfeld 135 ragt radial nach innen in den Bewe gungsraum 101.
Radial innenseitig gegenüberliegend zu der ersten Kopplungseinheit 60 ist die zweite Kopplungseinheit 65 in dem Bewegungsraum 101 angeordnet. Die zweite Kopplungseinheit 65 ist an einer zweiten äußeren Umfangsseite 140 der zweiten Wandung 85 angeordnet und mit der zweiten äußeren Umfangsseite 140 mittels einer zweiten Verbindung 145 verbunden. Vorzugsweise kann die zweite Verbin dung 145 eine stoffschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung sein. Insbe sondere kann die zweite Kopplungseinheit 65 mittels einer Klebverbindung an der zweiten äußeren Umfangsseite 140 befestigt sein.
Die zweite Kopplungseinheit 65 weist ein ferritisches Material auf. Vorzugsweise weist die zweite Kopplungseinheit 65 eine Anordnung aus mehreren Lagen 150 aus ferritischem Material, beispielsweise Elektroblech, auf. Die Lagen 150 sind in einem Stapel axial nebeneinander angeordnet. Zusätzlich kann ein in Figur 2 nicht dargestelltes Haltemittel vorgesehen sein, um die mehreren Lagen 150 von Elektroblech miteinander zu verbinden und somit eine sichere Befestigung der zweiten Kopplungseinheit 65 an der zweiten Wandung 85 sicherzustellen.
Alternativ zu der in Figur 2 gezeigten Ausgestaltung der zweiten Kopplungsein heit 65 mit mehreren Lagen 150 von Elektroblech kann die zweite Kopplungsein heit 65 auch einen weiteren Permanentmagneten aufweisen, der beispielsweise eine gleiche oder ähnliche Polzahl aufweist wie der Permanentmagnet 131 der ersten Kopplungseinheit 60. Abweichend ist jedoch eine Polanordnung des wei teren Permanentmagneten gegenteilig zu dem Permanentmagneten 131 der ers ten Kopplungseinheit 60. So ist in radialer Richtung gegenüberliegend zu bei spielsweise einem Nordpol des Permanentmagneten 131 ein Südpol der zweiten Kopplungseinheit 65 zugewandt angeordnet. R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848
- 9 -
Die erste Kopplungseinheit 60 weist auf einer der zweiten Wandung 85 zuge wandten Seite eine Innenseite 155 auf, wobei beispielhaft in Figur 2 die Innen seite 155 plan ausgebildet ist. In radialer Richtung gegenüberliegend zu der In nenseite 155 weist die zweite Kopplungseinheit 65 auf einer der zweiten Wan dung 85 abgewandten Seite eine Außenseite 160 auf, wobei die Außenseite 160 beispielhaft plan ausgebildet ist. Sowohl die Innenseite 155 als auch die Außen seite 160 sind beispielhaft tangential zu der Orbiterachse 55 ausgerichtet. Ferner sind in radialer Richtung die Innenseite 155 und die Außenseite 160 gegenüber liegend angeordnet. Zwischen der Innenseite 155 und der Außenseite 160 ist ein Spalt 165 ausgebildet. Der Spalt 165 wird in radialer Richtung durch einen Ab stand a der Innenseite 155 zu der Außenseite 160 festgelegt. In Figur 2 ist der Abstand a der Innenseite 155 zu der Außenseite 160 maximiert.
Durch den Spalt 165 ist sichergestellt, dass die Innenseite 155 nicht in Berühr kontakt mit der Außenseite 160 bei der Bewegung des Orbiters 20 um die Or biterachse 15 tritt. Dadurch wird ein Verschleiß, insbesondere ein Eintrag von Metallpartikeln, in das Fluid 110 vermieden. Ferner wird sichergestellt, dass trotz magnetischer Kopplung die zweite Kopplungseinheit 65 von der ersten Kopp lungseinheit 60 entfernt werden kann.
In Figur 2 ist der Orbiter 20 in der Opposition bezogen auf eine Bewegung um die Orbiterachse 55 dargestellt. In der Opposition ist der Abstand a maximiert. Dabei ist beispielsweise die zweite Kopplungseinheit 65 außerhalb eines effekti ven Wirkbereichs des Magnetfelds 135 angeordnet, sodass eine magnetische Kopplung zwischen der ersten Kopplungseinheit 60 und der zweiten Kopplungs einheit 65 im Wesentlichen aufgehoben ist.
Figur 3 zeigt eine Schnittansicht entlang der in Figur 1 gezeigten Schnittebene A- A durch den in Figur 1 gezeigten Scroll-Verdichter 10 in einer 180PPosition.
In Figur 3 ist der Orbiter 20 um 180° gegenüber der in Figur 2 gezeigten Darstel lung verschwenkt und befindet sich somit in der 180° Position. In dieser Position ist der Abstand a zwischen der Innenseite 155 und der ersten Kopplungseinheit 60 und der Außenseite 160 der zweiten Kopplungseinheit 65 minimiert. Die zweite Kopplungseinheit 65 befindet sich im Wirkbereich des Magnetfelds 135, R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848 10 sodass die erste Kopplungseinheit 60 magnetisch mit der zweiten Kopplungsein heit 65 gekoppelt ist. In Figur 3 wird die zweite Kopplungseinheit 65 durch den Permanentmagneten 131 der ersten Kopplungseinheit 60 mit einer Kraft F ange zogen.
Die mehrlagige Ausgestaltung der zweiten Kopplungseinheit 65 und die Ausrich tung der Lagen 150 radial zu der Orbiterachse 55 hat den Vorteil, dass Wirbel ströme bei Bewegung der zweiten Kopplungseinheit 65 im Magnetfeld 135 der ersten Kopplungseinheit 60 vermieden werden und dadurch eine Überhitzung der zweiten Kopplungseinheit 65 im Betrieb des Scroll-Verdichters 10 vermieden wird. Ferner wird dadurch, insbesondere wenn die zweite Verbindung 145 als stoffschlüssige Verbindung ausgeführt wird, eine thermische Beschädigung der zweiten Verbindung 145, insbesondere eines ausgehärteten Klebstoffs, vermie den.
In den Figuren 2 und 3 ist beispielhaft im Umfangsrichtung die zweite Kopplungs einheit 65 schlanker als die erste Kopplungseinheit 60 ausgebildet. Diese Ausge staltung hat den Vorteil, dass die zweite Kopplungseinheit 65 sich besonders lange im Wrkbereich des Magnetfelds 135 bewegt wird und dadurch eine beson ders gute magnetische Kopplung zwischen der ersten Kopplungseinheit 60 und der zweiten Kopplungseinheit 65 sichergestellt werden kann.
Figur 4 zeigt eine Schnittansicht entlang der in Figur 1 gezeigten Schnittebene A-A durch einen Scroll-Verdichter 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform in der Opposition.
Der Scroll-Verdichter 10 ist mit der in Figur 2 gezeigten Orientierung dargestellt. Der Scroll-Verdichter 10 ist im Wesentlichen identisch zu dem in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Scroll-Verdichter 10 gemäß der ersten Ausführungsform ausge bildet. Im Folgenden wird ausschließlich auf die Unterschiede des in Figur 4 ge zeigten Scroll-Verdichters 10 gemäß der zweiten Ausführungsform gegenüber der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten ersten Ausführungsform des Scroll-Verdich ters 10 eingegangen. R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848 11
Abweichend zu den Figuren 1 bis 3 weist die erste Kopplungseinheit 60 eine An ordnung von mehreren Lagen 150 aus Elektroblech auf. Die zweite Kopplungs einheit 65 weist beispielhaft den Permanentmagneten 131 auf. Die in Figur 4 ge zeigte Ausgestaltung hat den Vorteil, dass eine Masse, die um die Orbiterachse 55 rotiert, durch den in radialer Richtung schlank ausgebildeten Permanentmag neten 131 besonders geringgehalten ist. Durch die gegenüber den Figuren 1 bis 3 reduzierte Masse der zweiten Kopplungseinheit 65 ist die Lageranordnung 35 geringer bei der Führung des Orbiters 20 um die Orbiterachse 55 mechanisch belastet. Dadurch kann ein besonders langlebiger Scroll-Verdichter 10 bereitge stellt werden.
In Figur 4 ist, um eine besonders gute magnetische Kopplung zwischen der ers ten Kopplungseinheit 60 und der zweiten Kopplungseinheit 65 sicherzustellen, die erste Kopplungseinheit 60 in radialer Richtung und in Umfangsrichtung breiter als die in Figuren 2 und 3 die erste Kopplungseinheit 65 ausgebildet.
Figur 5 zeigt die in Figur 4 gezeigte Schnittansicht entlang der in Figur 1 gezeig ten Schnittebene A-A durch den Scroll-Verdichter 10.
In der 180°-Position ist der Abstand a zwischen der Außenseite 160 und der In nenseite 155 der ersten Kopplungseinheit 60 minimal. Durch die breite Ausge staltung der ersten Kopplungseinheit 60 in Umfangsrichtung wird eine besonders gute magnetische Kopplung zwischen der ersten Kopplungseinheit 60 und der zweiten Kopplungseinheit 65 erzielt.
Figur 6 zeigt ein Diagramm von am Orbiter 20 wirkender Drehmomente aufgetra gen über einem Schwenkwinkel w des Orbiters 20 um die Orbiterachse 55.
Dabei sind die jeweiligen Drehmomente MA, MK, MG beginnend bei der Opposition über dem Schwenkwinkel w bezogen auf die Opposition aufgetragen. Der Orbiter 20 wird unter Aufrechterhaltung einer Schwenkrichtung um die Orbiterachse 55 aus der Opposition über die 180PPosition in Richtung einer 360PPosition, die der Opposition entspricht geschwenkt. R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848
- 12
In dem Diagramm ist ein erster Graph (strichlierte Linie) eines Verdichterdrehmo ments MG über dem Schwenkwinkel w aufgetragen, wobei das Verdichterdreh moment MG an dem Orbiter 20 anliegt und dazu genutzt wird, das Fluid 110 im Arbeitsraum 105 zu verdichten. Mittels einer durchgezogenen Linie ist ein zweiter Graph eines Antriebsdrehmoments MA des Antriebsmotors 25 wirkend um die Orbiterachse 55 über dem Schwenkwinkel w aufgetragen. Eine strichpunktierte Linie zeigt einen dritten Graph eines Kopplungsdrehmoments MK der Kopplungs einrichtung 50 aufgetragen über dem Schwenkwinkel w und wirkend um die Or biterachse 55. Der erste Graph entspricht einem Antriebsdrehmoment des An triebsmotors eines Scroll-Verdichter gemäß dem Stand der Technik.
Der Scroll-Verdichter 10 weist bei der Schwenkbewegung des Orbiters 20 begin nend von der Opposition aus um die Orbiterachse 55 einen ersten Arbeitspunkt 170 und einen zweiten Arbeitspunkt 175 auf. Im Folgenden wird kurz auf das Ar beitsverfahren des Scroll-Verdichters für einen Arbeitsraum 105 eingegangen.
Beispielhaft wird der in den Figuren 2 bis 5 gezeigte Orbiter 20 um die Orbiter achse 55 geschwenkt. Am ersten Arbeitspunkt 170 ist das Fluid 110 im Wesentli chen vollständig aus dem Arbeitsraum 105 über den Auslass 45 ausgestoßen. Im ersten Arbeitspunkt 170 erreicht das Verdichterdrehmoment MG zur Bewegung des Orbiters 20 um die Orbiterachse 55 ein erstes Minimum 180. Beispielhaft wird der erste Arbeitspunkt 170 nach Bewegung des Orbiters 20 um einen Start schwenkwinkel Ws aus der Opposition erreicht.
Zwischen dem ersten Arbeitspunkt 170 und dem zweiten Arbeitspunkt 175 wird das Fluid 110, das in einem (weiteren) Arbeitsraum 105 angeordnet ist, verdich tet. Zwischen dem ersten Arbeitspunkt 170 und dem zweiten Arbeitspunkt 180 wird der Orbiter 20 um einen ersten Schwenkwinkel wi um die Orbiterachse 55 bewegt. Während des Verdichtens steigt das Verdichterdrehmoment MG vom ersten Minimum 180 auf das erste Maximum 185 an. Am ersten Maximum 185 erreicht ein Druck des Fluids 110 im Arbeitsraum 105 ein Druckmaximum.
Am zweiten Arbeitspunkt 175 erreicht der Arbeitsraum 105 den Auslassbereich 100. Wird der Orbiter 20 weiter um die Orbiterachse 55 in Schwenkrichtung be wegt, wird über den Schwenkwinkel w des Orbiters 20 das komprimierte Fluid R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848
- 13 -
110 wieder aus dem Arbeitsraum 105 ausgestoßen. Dabei wird der Orbiter 20 über die Opposition hinwegbewegt, bis der erste Arbeitspunkt 170 wieder er reicht ist. Während des Ausstoßens kann radial außenseitig am Orbiter 20 zwi schen dem Orbiter 20 und dem Stator 15 Fluid 110 in einen weiter radial außen liegenden Arbeitsraum 105 eingebracht werden, um dieses Fluid 110 dann wie der zwischen dem ersten Arbeitspunkt 170 und dem zweiten Arbeitspunkt 175 zu komprimieren. Durch das abwechselnde Komprimieren und Ausstößen ist über den Schwenkwinkel w das Verdichterdrehmoment MG wellig und schwankt zwi schen dem ersten Minimum 180 und dem ersten Maximum 185. Durch die Schwankung im Verdichterdrehmoment MG wird zum einen der Antriebsmotor 25 und die Lageranordnung 35 mechanisch belastet. Zum anderen entsteht eine Stromwelligkeit, wenn versucht wird, mittels eines Reglers die Welligkeit im Ver dichterdrehmoment MG elektrisch auszuregeln.
Die Kopplungseinrichtung 50 ist ausgebildet, diese Welligkeit des Verdichterdreh moments MG aus Sicht des Antriebsmotors zu reduzieren, sodass die Funktions fähigkeit des Scroll-Verdichters 10 gewährleistet ist, zum anderen der An triebsmotor 25 entlastet ist.
Die magnetische Kopplung der ersten Kopplungeinheit 60 bewirkt, dass auf Grund des in der Bewegung des Orbiters 20 sich über den Schwenkwinkel w mit der zweiten Kopplungseinheit 65 zum einen die magnetische Anziehungskraft F in ihrem Wert schwankt. In der Opposition und der 180PPosition ist eine Mitte der zweiten Kopplungseinheit 65 einer Haupterstreckungsrichtung in Tangential richtung in einer Ebene 200 (vgl. Figuren 2 und 3) gemeinsam mit einer Mitte der der ersten Kopplungseinheit 60 einer Haupterstreckungsrichtung in Tangential richtung angeordnet. Die Anziehungskraft F wirkt dabei in der Ebene 200 radial nach außen. Dadurch weist der dritte Graph des Kopplungsdrehmoments MK in der Opposition und der 180PPosition des Orbiters 20 jeweils einen Nulldurch gang im Kopplungsmoment MK auf. Zwischen der Opposition und der 180PPosi- tion ist die Mitte der zweiten Kopplungseinheit 65 außerhalb der Ebene 200 an geordnet. Durch die Anziehungskraft F wirkt dadurch das Kopplungsmoment MK auf den Orbiter 20. Durch eine Abnahme einer Feldstärke des Magnetfelds 135 mit zunehmendem Abstand a in Verbindung mit einem Versatz der Mitte der zweiten Kopplungseinheit 65 in Abhängigkeit des Schwenkwinkels w weist das R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848
- 14 -
Kopplungsmoment MK Über den Schwenkwinkel w den schwankenden dritten Graph mit einem zweiten Maximum 190 und einem zweiten Minimum 195 auf. Das Kopplungsmoment MK bildet dabei ein Drehmoment für den Antriebsmotor 25 ab, das der Antriebsmotor 25 aufzubringen hat, um den Orbiter 20 ohne Fluid 110 um die Orbiterachse 55 zu bewegen auch wenn der Antriebsmotor 25 nur die Kopplungseinrichtung 50 zu betätigen hat (also ohne Verdichtung des Fluid 110).
Die Kopplungseinrichtung 50 ist derart ausgerichtet, dass das zweite Maximum 190 und das zweite Minimum 195 des Kopplungsmoments MK zwischen dem ersten Arbeitspunkt 170 und dem zweiten Arbeitspunkt während des Verdichtens des Fluids 110 im Arbeitsraum 105 am Orbiter 20 anliegt. Mit anderen Worten ist die zweite Kopplungseinheit 65 während des Verdichtens des Fluids 110 näher an der ersten Kopplungseinheit 60 angeordnet als während des Ausstoßens und Einleitens des Fluids 110 in den Arbeitsraum 105.
Im Folgenden werden die wirkenden Drehmomente MG, MK, MA beginnend beim ersten Arbeitspunkt 170 erläutert. Das Antriebsdrehmoment MA, das der An triebsmotor 25 zum Antrieb des Orbiters 20 aufzubringen hat, entspricht einer Summe des Verdichterdrehmoments MG und des Kopplungsdrehmoments MK. Das Verdichtermoment MG ist das Moment das zur Bewegung des Orbiters 20 notwendig ist.
Zwischen der Opposition und der 180°-Position wirkt das Kopplungsmoment MK gegen das Antriebsdrehmoment MA. Zwischen der 180°-Position und einer 360°- Position, die der Opposition entspricht, wirkt das Kopplungsdrehmoment MK ZU dem Antriebsdrehmoment MA unterstützend.
Die Kopplungseinrichtung 50 ist derart an dem Orbiter 20 und dem Gehäuse 46 angeordnet, dass bei Erreichen des ersten Arbeitspunkts 170 das Kopplungs drehmoment MK gegen das Antriebsdrehmoment MA und in Richtung des Ver dichterdrehmoments MG wirkt. Anschließend an den ersten Arbeitspunkt 170 wird das Fluid 110 im Arbeitsraum 105 verdichtet, sodass der Druck des Fluids 110 zunimmt. Das Verdichterdrehmoment MG, das zum Verdichten benötigt wird ist in dieser Phase des Scroll-Verdichters 10 nahe des ersten Minimums 180 und R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848
- 15 - nimmt langsam zu. Zwischen dem der ersten Arbeitspunkt 170 und der 180°-Po- sition, also zu Beginn der Verdichtung, wirkt das Kopplungsmoment MK in Rich tung dem Verdichterdrehmoment MG und gegen das Antriebsdrehmoment MA. Dadurch muss der Antriebsmotor 25 zusätzlich zum Verdichterdrehmoment MG das Kopplungsdrehmoment MK aufbringen um den Orbiter 20 zu bewegen.
In der 180°-Position, die bezogen auf den Schwenkwinkel w zwischen dem ers ten Arbeitspunkt 170 und dem zweiten Arbeitspunkt 175 liegt, ist der Abstand a zwischen der ersten Kopplungseinheit 60 und der zweiten Kopplungseinheit 65 sowie der Anziehungskraft F zu der Ebene 200 minimal. Nach Durchlaufen der 180°-Position wirkt das Kopplungsdrehmoment MK gegen das Verdichterdrehmo ment MG, sodass das Antriebsdrehmoment MA durch das Kopplungsdrehmoment MK reduziert ist und der Antriebsmotor 25 entlastet ist. Das Kopplungsdrehmo ment MK unterstützt in dieser Phase des Verdichtens vor Erreichen des ersten Maximums des Verdichterdrehmoments MG den Antriebsmotor 25.
Vorzugsweise ist die zweite Kopplungseinheit 65 am Orbiter 20 derart angeord net, dass ein zweiter Schwenkwinkel 002 zwischen dem ersten Arbeitspunkt 170 und dem zweiten Maximum 190 während des Verdichtens geringer ist als ein dritter Schwenkwinkel 003 zwischen dem zweiten Maximum 190 und dem zweiten Arbeitspunkt 175. Ferner kann das zweite Minimum 195 in einem vierten Schwenkwinkel U vor dem zweiten Arbeitspunkt 175 erreicht werden, der kleiner sein kann, als der zweite Schwenkwinkel 002 oder der dritte Schwenkwinkel 003. Der erste Schwenkwinkel 001 zwischen dem ersten Arbeitspunkt 170 und dem zweiten Arbeitspunkt 175 zum Verdichten des Fluids 110 ist größer als ein fünfter Schwenkwinkel 005 zwischen dem zweiten Maximum 190 und dem zweiten Mini mum 195.
Durch die oben beschriebene Ausgestaltung der Kopplungseinrichtung 50 ist die Welligkeit des Antriebsdrehmoments MA stark reduziert und das Antriebsdrehmo ment MA deutlich glatter als das Verdichterdrehmoment MG.

Claims

R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848
- 16 -
Ansprüche
1. Scroll-Verdichter (10),
- aufweisend einen Stator (15), einen um eine Orbiterachse (55) gegenüber dem Stator (15) bewegbaren Orbiter (20) und eine Kopplungseinrichtung (50),
- wobei der Stator (15) und der Orbiter (20) ineinander eingreifen und wenigs tens einen Arbeitsraum (105) zur Verdichtung eines in den Arbeitsraum (105) füllbaren Fluids (110) zumindest abschnittweise begrenzen,
- wobei die Kopplungseinrichtung (50) eine am Stator (15) angeordnete erste Kopplungseinheit (60) und eine gegenüberliegend zu der ersten Kopplungs einheit (60) am Orbiter (20) angeordnete zweite Kopplungseinheit (65) auf weist,
- wobei die erste Kopplungseinheit (60) mit der zweiten Kopplungseinheit (65) magnetisch gekoppelt sind und die zweite Kopplungseinheit (65) ein um die Orbiterachse (55) wirkendes Kopplungsdrehmoment (MK) in den Orbiter (20) einleitet.
2. Scroll-Verdichter (10) nach Anspruch 1,
- aufweisend einen Antriebsmotor (25), der drehmomentschlüssig mit dem Orbiter (20) verbunden ist,
- wobei der Antriebsmotor (25) ausgebildet ist, ein um die Orbiterachse (55) wirkendes Antriebsdrehmoment (MA) zum Antrieb des Orbiters (20) bereit zustellen,
- wobei das Antriebsdrehmoment (MA) und das Kopplungsdrehmoment (MG) an dem Orbiter (20) zur Ausbildung eines Verdichterdrehmoments (MG) wir ken,
- wobei der Orbiter (20) unter Aufrechterhaltung einer Schwenkrichtung von einer ersten Position (0°) über eine zweite Position (180°) wieder in die erste Position (0°) bewegbar ist, R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848
- 17 -
- wobei das Kopplungsdrehmoment (MK) zwischen der ersten Position (0°) des Orbiters (20) und der zweiten Position (180°) des Orbiters (20) gegen das Antriebsdrehmoment (MA) wirkt,
- wobei in der zweiten Position (180°) der Orbiter (20) gegenüber der ersten Position (0°) verschwenkt ist,
- wobei zwischen der zweiten Position (180°) und der ersten Position (0°) des Orbiters (20) das Kopplungsdrehmoment (MK) und das Antriebsdrehmoment (MA) gleichgerichtet sind.
3. Scroll-Verdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei ein Spalt (165) zwischen der ersten Kopplungseinheit (60) und der zweiten Kopplungseinheit (65) angeordnet ist.
4. Scroll-Verdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei wenigstens eine der beiden Kopplungseinheiten (60, 65) einen zwei poligen Permanentmagneten (131) oder einen mehrpoligen Permanentmag neten (131) zur Ausbildung der magnetischen Kopplung mit der anderen Kopplungseinheit (60, 65) aufweist.
5. Scroll-Verdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei die erste Kopplungseinheit (60) oder die zweite Kopplungseinheit (65) wenigstens ein Blechpaket (146) mit wenigstens zwei in einem Stapel ne beneinander angeordneten Lagen (150) aus ferromagnetischem Material aufweist,
- wobei die Lagen (150) in axialer Richtung bezogen auf die Orbiterachse (55) nebeneinander angeordnet sind.
6. Scroll-Verdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei der Stator (15) eine spiralförmig ausgebildete erste Wandung (75) und der Orbiter (20) eine spiralförmig ausgebildete zweite Wandung (85) aufweist,
- wobei die erste Wandung (75) und die zweite Wandung (85) ineinander ein- greifen und den Arbeitsraum (105) zumindest abschnittweise begrenzen, R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848
- 18 -
- wobei die erste Kopplungseinheit (60) an einem Gehäuse (46) des Stators (15) und die zweite Kopplungseinheit (65) an einer zweiten äußeren Um fangsseite (140) der zweiten Wandung (85) des Orbiters (20) befestigt sind.
7. Scroll-Verdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei eine Mitte einer maximalen Erstreckung der ersten Kopplungseinheit (60) in tangentialer Richtung zu der Orbiterachse (55) in eine Ebene (200) angeordnet ist,
- wobei in der Ebene (200) die Orbiterachse (55) angeordnet ist.
8. Verfahren zum Betrieb eines Scroll-Verdichters (10) nach einem der vorher gehenden Ansprüche,
- wobei ein Fluid (110) in den Arbeitsraum (105) eingeleitet wird,
- wobei der Orbiter (20) um die Orbiterachse (55) bewegt wird und das Fluid (110) in dem Arbeitsraum (105) verdichtet wird,
- wobei durch die magnetische Kopplung zwischen der ersten Kopplungs einheit (60) und der zweiten Kopplungseinheit (65) das Kopplungsdreh moment (MK) auf den Orbiters (20) wirkt.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
- wobei der Orbiter (20) unter Aufrechterhaltung einer Schwenkrichtung um die Orbiterachse (55) von einer ersten Position (0°) über eine zweite Posi tion (180°) erneut in die erste Position (0°) bewegt wird,
- wobei zum Antrieb des Orbiters (20) ein um die Orbiterachse (55) wirken des Antriebsdrehmoment (MA) an dem Orbiter (20) bereitgestellt wird,
- wobei das Antriebsdrehmoment (MA) und das Kopplungsdrehmoment (MG) zusammen auf den Orbiter (20) zur Ausbildung eines Verdichter drehmoments (MG) wirken,
- wobei das Kopplungsdrehmoment (MK) zwischen der ersten Position (0°) des Orbiters (20) und der zweiten Position (180°)des Orbiters (20) gegen das Antriebsdrehmoment (MA) wirkt,
- wobei zwischen der zweiten Position (180°) und der ersten Position (0°) des Orbiters (20) das Kopplungsdrehmoment (MK) und das Antriebsdreh moment (MA) gleichgerichtet sind.
10. Verfahren nach Anspruch 9, R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848
- 19 -
- wobei zwischen einem ersten Arbeitspunkt (170) und einem zeitlich auf den ersten Arbeitspunkt (170) folgenden zweiten Arbeitspunkt (175) das Fluid (110) im Arbeitsraum (105) verdichtet wird,
- wobei das Kopplungsdrehmoment (MK) an dem ersten Arbeitspunkt (170) zu Beginn der Verdichtung des Fluids (110) entgegen dem Antriebsdrehmo ment (MA) wirkt.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
- wobei zwischen einem ersten Arbeitspunkt (170) und einem zeitlich auf den ersten Arbeitspunkt (170) folgenden zweiten Arbeitspunkt (175) das Fluid
(110) im Arbeitsraum (105) verdichtet wird,
- wobei an dem zweiten Arbeitspunkt (175) an einem Ende der Verdichtung des Fluids (110) das Kopplungsdrehmoment (MK) gleichgerichtet zu dem Antriebsdrehmoment (MA) wirkt.
EP22722725.3A 2021-04-19 2022-04-13 Scroll-verdichter und verfahren zum betrieb des scroll-verdichters Active EP4326989B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021203857.3A DE102021203857A1 (de) 2021-04-19 2021-04-19 Scroll-Verdichter und Verfahren zum Betrieb des Scroll-Verdichters
PCT/EP2022/059848 WO2022223385A1 (de) 2021-04-19 2022-04-13 Scroll-verdichter und verfahren zum betrieb des scroll-verdichters

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP4326989A1 true EP4326989A1 (de) 2024-02-28
EP4326989B1 EP4326989B1 (de) 2025-12-31

Family

ID=81603661

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22722725.3A Active EP4326989B1 (de) 2021-04-19 2022-04-13 Scroll-verdichter und verfahren zum betrieb des scroll-verdichters

Country Status (6)

Country Link
US (1) US12135028B2 (de)
EP (1) EP4326989B1 (de)
KR (1) KR20230170082A (de)
CN (1) CN117178120A (de)
DE (1) DE102021203857A1 (de)
WO (1) WO2022223385A1 (de)

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5540220A (en) 1978-09-14 1980-03-21 Hitachi Ltd Scroll fluid machinary
JP2710827B2 (ja) 1989-05-26 1998-02-10 株式会社ゼクセル スクロール流体機械
JPH08261167A (ja) * 1995-03-24 1996-10-08 Toyota Autom Loom Works Ltd 圧縮機
JP3570231B2 (ja) 1998-07-28 2004-09-29 松下電工株式会社 スクロール型ポンプ
KR100741803B1 (ko) * 2005-08-11 2007-07-25 엘지전자 주식회사 스크롤 압축기 및 이를 적용한 에어콘
GB0600588D0 (en) * 2006-01-12 2006-02-22 Boc Group Plc Scroll-type apparatus
US10683865B2 (en) * 2006-02-14 2020-06-16 Air Squared, Inc. Scroll type device incorporating spinning or co-rotating scrolls
US11047389B2 (en) * 2010-04-16 2021-06-29 Air Squared, Inc. Multi-stage scroll vacuum pumps and related scroll devices
DE102013020763A1 (de) 2013-12-07 2015-06-11 Daimler Ag Scrollmaschine und eine Verwendung einer Scrollmaschine
US10508543B2 (en) * 2015-05-07 2019-12-17 Air Squared, Inc. Scroll device having a pressure plate
JP6718223B2 (ja) * 2015-11-20 2020-07-08 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 スクロール流体機械
DE102017102645B4 (de) 2017-02-10 2019-10-10 Hanon Systems Kältemittel-Scrollverdichter für die Verwendung innerhalb einer Wärmepumpe
GB2595722A (en) 2020-06-05 2021-12-08 Edwards Ltd Scroll pump

Also Published As

Publication number Publication date
EP4326989B1 (de) 2025-12-31
KR20230170082A (ko) 2023-12-18
DE102021203857A1 (de) 2022-10-20
CN117178120A (zh) 2023-12-05
US20240218875A1 (en) 2024-07-04
US12135028B2 (en) 2024-11-05
WO2022223385A1 (de) 2022-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4203677C2 (de) Spiralverdichter
DE102005000894B4 (de) Kolbenmotor und damit versehener Kolbenverdichter
DE102016204756B4 (de) Elektrischer Kältemittelantrieb
DE19952296C2 (de) Spiralmaschine, insbesondere Spiralverdichter
DE3935571C2 (de)
DE112013001840T5 (de) Kompressor
DE4229069A1 (de) Taumelscheiben-kaeltemittelkompressor fuer ein kuehlsystem
DE102017106765A1 (de) Elektrischer kompressor
EP3670915B1 (de) Verdrängermaschine nach dem spiralprinzip, insbesondere scrollverdichter für eine fahrzeugklimaanlage
DE602006000208T2 (de) Elektrischer Kompressor
DE102019201477A1 (de) Motorbetriebener Kompressor
DE10012429A1 (de) Elektrischer Motor mit Vibrationsdämpfung
DE3717250A1 (de) Stroemungsmaschine der spiralbauart
WO2022223385A1 (de) Scroll-verdichter und verfahren zum betrieb des scroll-verdichters
WO2002014694A1 (de) Schraubenverdichter
DE10105502A1 (de) Spiralfluidverdrängungsgerät
DE102020200256A1 (de) Scrollverdichter
EP1051796B1 (de) Hermetisch gekapselter verdichter
DE102011121365B4 (de) Spiralverdichter mit axial verschiebbarem Spiralblatt
DE112008001546B4 (de) Spiralkompressor
DE102020108202B4 (de) Schneckenverdichter
DE19948965B4 (de) Kompressor mit Schublager-Einrichtung
DE69001910T2 (de) Fluid-Kompressor.
DE69615122T2 (de) Spiralanlage zur Fluidverdrängung mit Scheibe zur axialen Dichtung
DE102019208680A1 (de) Verdrängermaschine nach dem Spiralprinzip, insbesondere Scrollverdichter für eine Fahrzeugklimaanlage

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20231120

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20250725

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: F10

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: U-0-0-F10-F00 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

Effective date: 20251231

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 502022006635

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: GERMAN

REG Reference to a national code

Ref country code: LT

Ref legal event code: MG9D

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20260331

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: HR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20251231

Ref country code: FI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20251231

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: RS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20260331

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LV

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20251231