JP6877554B2 - 共通の冷却装置を有するスクリュコンプレッサならびに電気モータを含む、商用車のためのシステム - Google Patents

Description

本発明は、スクリュコンプレッサおよび電気モータを含む、商用車のためのシステムに関する。

従来技術により既に、商用車用のスクリュコンプレッサが公知である。このような形式のスクリュコンプレッサは、例えば商用車のブレーキシステムのために必要な圧縮空気を準備するために使用される。

この関連で特に、オイルが充填されたコンプレッサ、特にスクリュコンプレッサも公知であり、このようなコンプレッサでは、オイル温度の制御が課題である。オイル温度の制御は通常、オイルが充填されたコンプレッサおよびオイル循環路に温度調整弁を介して接続されている外部のオイルクーラを設けることにより実施される。この場合、オイルクーラは、互いに分離された２つの循環路を有する熱交換器であって、高温の流体、すなわちコンプレッサオイル用の第１の循環路と、冷却流体用の第２の循環路とが設けられている。冷却流体としては例えば、空気、凍結防止剤を含む混合水、またはその他のオイルを使用することができる。

そしてこのオイルクーラは、管路またはホースを介してコンプレッサオイル循環路に接続されなければならず、オイル循環路は漏れに対して防護されていなければならない。

さらに、この外部の容積には、オイルを充填しなければならないので、オイルの総量も増大される。これによりシステム慣性は増大される。さらに、オイルクーラは、周囲に存在している保持体、または別個の保持体によって、機械的に収納されて取り付けられなければならず、このことは付加的な取付け手段、ひいては構成スペースも必要とする。

米国特許第４７８００６１号明細書（US 4,780,061）により既に、組み込まれたオイル冷却部を備えたスクリュコンプレッサが公知である。

さらに、独国特許出願公開第３７１７４９３号明細書（DE 37 17 493 A1）には、コンパクトなケーシング内に配置されたスクリュ圧縮機装置が開示されており、このスクリュ圧縮機装置は、スクリュコンプレッサの電気モータ上にあるオイルクーラを有している。

独国特許出願公開第１０２０１００１５１５１号明細書（DE 10 2010 015 151 A1）により、スクリュコンプレッサ用の圧縮機フランジが公知である。

さらに、米国特許公開第２０１４０１９０６７４号明細書（US 2014/0190674 A1）により、自動車の熱交換器用の、冷却通路を備えた接続フランジが公知である。

独国特許発明第１０２０１３０１１０６１号明細書（DE 10 2013 011 061 B3）によりさらに、フランジ接続部を備えた熱交換器が公知であり、このフランジ接続部は、圧縮ガス部分にあって、スタッドボルトを収容するための鋳造技術により製造された貫通孔を有する接続フランジを有している。

米国特許出願公開第２００３／１４３０９０号明細書（US 2003/143090 A1）により、電子機器冷却装置と電気モータとから成るアッセンブリが既に公知である。

さらに、米国特許出願公開第２０１２／０７６６７９号明細書（US 2012/076679 A1）により、同様に電気モータと駆動電子機器とが、１つの冷却装置を有している冷却装置が公知である。

本発明の課題は、スクリュコンプレッサおよび電気モータを含む、商用車用のシステムを改良して、特に、冒頭で述べた形式のシステムのために省スペースな冷却手段を提供できるようにすることである。

この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴を備えたスクリュコンプレッサおよび電気モータを含む、商用車用のシステムにより解決される。これによると、コンプレッサ、電気モータ、および駆動電子機器を含む、商用車のためのシステムであって、電気モータはコンプレッサを駆動し、電気モータと、コンプレッサと、駆動電子機器とは、１つの共通の冷却回路を有している、商用車のためのシステムが設けられている。

本発明の根底を成す思想は、コンプレッサ、電気モータ、および駆動電子機器を含む、商用車のためのシステムの全ての構成部分が、同じ冷却液によって冷却されるというものである。これによると、相応のコンプレッサシステムの特に効率的な冷却管理が提供される。

好適には、冷却エレメントは直列に接続されるので、全ての冷却エレメントが、同じ流量の冷却媒体を有している。

コンプレッサは特に、スクリュコンプレッサであってよい。このような形式のスクリュコンプレッサは特に、圧縮空気を生成するためのコンプレッサが、常に商用車の駆動ユニットによって駆動されるわけではないハイブリッド商用車のための新形式の使用に適している。

さらに、冷却回路は、互いに並べられた冷却エレメントを通って少なくとも区分的に形成されている冷却媒体通路を有していてよい。このような直列接続により簡単な構造が可能である。さらに、冷却媒体回路における圧力の推移は全体として容易に調節することができる。

特に、電気モータ、コンプレッサ、および駆動電子機器には、それぞれ少なくとも１つの冷却エレメントが配設されていてよい。このような形式の冷却エレメントは例えば、冷却回路において並べて接続することができる、例えば熱交換エレメントであってよい。個々のシステム構成要素に相応の冷却エレメントを設けることにより、必要に適合した熱の排出が可能である。

さらには、電気モータはステータ冷却エレメントを有しており、各冷却エレメントは、冷却回路内の冷却媒体が、まずは駆動電子機器の冷却エレメントを貫流し、次いでステータ冷却エレメントを貫流し、次いでコンプレッサの冷却エレメントを貫流するように配置されていることが考えられる。これにより、まずは主な熱を導出しなければならない冷却エレメント、すなわち駆動電子機器の冷却エレメントが最初に貫流されるという利点が得られる。これにより、駆動電子機器における温度上昇を簡単に抑制することができ、この場合、許容できる作動温度の範囲における温度制御を簡単に調節することができる。このような装置はさらに、温度制御の最も重要な範囲は、過熱がいずれにせよ阻止されなければならないので、駆動電子機器の領域であるという状況を考慮している。さらに、駆動電子機器は、駆動電子機器における高いエネルギ損失に基づき、高い熱放出を有しており、したがって十分な熱排出が必要である。さらに、冷却回路においては、冷却媒体を冷却回路を通して圧送するために必要なポンプエネルギを僅かに維持するために、殆ど圧力損失が生じないようにするのが望ましい。

しかしながらさらに、電気モータはさらにケーシング冷却エレメントを有していてもよく、冷却エレメントは、冷却回路内の冷却媒体が、駆動電子機器の冷却エレメントを貫流する前にまずはケーシング冷却エレメントを貫流するように配置されている。このような形式の冷却は、ケーシング冷却エレメントにおける熱の吸収が殆ど見込まれていないので、比較的臨界的ではない。減圧も比較的僅かである。

さらに、駆動電子機器の冷却エレメントは、流れ分配部分を有していてよい。流れ分配部分により、冷却通路の貫流横断面を相応に調節することができるので、駆動電子機器の冷却エレメントにおける圧力損失を回避することができる。特にこれによりさらに、冷却エレメントにおける過剰な減圧を阻止すると同時に、高い冷却効率と熱排出特性とが提供される。

さらに、駆動電子機器の冷却エレメントは、実質的にＷ字型の流れ通路を有していてよい。これにより、冷却媒体は、駆動電子機器の冷却エレメントをメアンダ状に貫流することができ、これにより駆動電子機器の大きな表面積を流過することができるので、全体として良好な熱排出が、駆動電子機器の領域で可能である。

本発明のさらなる詳細および利点は、図示した実施例につき詳しく説明される。

スクリュコンプレッサおよび電気モータを含む、商用車用の本発明によるシステムのための本発明の実施例を概略的に示す断面図である。 商用車のための本発明によるシステムの冷却装置を概略的に示す図である。 図２に示した冷却装置の構造を示す斜視図である。 駆動電子機器用の冷却エレメントの構造を概略的に示した図である。

図１には、本発明の実施例によるスクリュコンプレッサ１０が概略的な断面図で示されている。

スクリュコンプレッサ１０は、このスクリュコンプレッサ１０を、ここには図示されていない電気モータに機械的に取り付けるための取付けフランジ１２を有している。

しかしながら入力軸１４は示されており、この入力軸を介して、電気モータからトルクが両スクリュ１６および１８のうちの一方に、すなわちスクリュ１６に伝達される。

スクリュ１８はスクリュ１６に噛み合っていて、スクリュ１６によって駆動される。

スクリュコンプレッサ１０はケーシング２０を有していて、このケーシング内に、スクリュコンプレッサ１０の主要な構成要素が収容されている。

ケーシング２０にはオイル２２が充填されている。

スクリュコンプレッサ１０のケーシング２０の空気入口側には入口管片２４が設けられている。この場合、入口管片２４は、この入口管片にエアフィルタ２６が配置されているように形成されている。さらに、空気入口管片２４には半径方向で空気入口２８が設けられている。

入口管片２４と、ケーシング２０に入口管片２４が取り付けられている個所との間の領域には、ばね荷重が加えられたバルブインサート３０が設けられており、この場合、軸方向シール手段として構成されている。

このようなバルブインサート３０は逆止弁として機能する。

バルブインサート３０の下流には、空気を両スクリュ１６，１８に供給する空気供給通路３２が設けられている。

両スクリュ１６，１８の出口側には、上昇管路３６を備えた空気出口管３４が設けられている。

上昇管路３６の端部の領域には温度センサ３８が設けられており、この温度センサによってオイル温度を監視することができる。

さらに、空気出口領域には、空気／オイル分離エレメント４２のためのホルダ４０が設けられている。

空気／オイル分離エレメントのためのホルダ４０は、（図１に示したような）組み付け状態で底面側の領域に、空気／オイル分離エレメント４２を有している。

さらに、空気／オイル分離エレメント４２の内部には、相応のフィルタスクリーンもしくは公知の濾過およびオイル分離装置４４が設けられているが、これについてはより詳しくは特記しない。

空気／オイル分離エレメントのためのホルダ４０は、組み付け状態および作動準備完了状態（すなわち図１に示したような状態）に関して中央上方領域に、空気出口開口４６を有しており、この空気出口開口は逆止弁４８および最低圧力弁５０に通じている。逆止弁４８および最低圧力弁５０は、組み合わせられた１つの共通の弁として形成されてもよい。

逆止弁４８に続いて、空気出口５１が設けられている。

空気出口５１は、通常、相応に公知の圧縮空気消費器に接続されている。

空気／オイル分離エレメント４２内に存在する分離されたオイル２２を再びケーシング２０内に戻し案内するために、上昇管路５２が設けられていて、この上昇管路は、空気／オイル分離エレメント４２のためのホルダ４０から出発して、ケーシング２０内へ移行するところに、濾過および逆止弁５４を有している。

濾過および逆止弁５４の下流では、ケーシング孔内にノズル５６が設けられている。オイル戻し案内管路５８は、スクリュ１６またはスクリュ１８のほぼ真ん中の領域に戻されて、このスクリュに再びオイル２２を供給する。

組み付け状態にあるケーシング２０の底面領域には、オイル排出ねじ５９が設けられている。オイル排出ねじ５９を介して、相応のオイル排出開口が開かれ、この開口を介してオイル２２を排出することができる。

ケーシング２０の下方領域には、オイルフィルタ６２が取り付けられる付設部６０も設けられている。ケーシング２０内に配置されているオイルフィルタ入口通路６４を介して、オイル２２はまずは温度調整弁６６に案内される。

温度調整弁６６の代わりに、ケーシング２０内にあるオイル２２のオイル温度を監視することができ、かつ目標値へと調整することができる開ループ制御装置および／または閉ループ制御装置が設けられてよい。

次いで温度調整弁６６の下流には、オイルフィルタ６２のオイル入口があり、このオイルフィルタは、中央の戻し案内管路６８を介してオイル２２を再び、スクリュ１８へと、またはスクリュ１６へと戻し案内するが、軸１４のオイル潤滑される軸受７０にも戻し案内する。軸受７０の領域にはノズル７２も設けられていて、このノズルはケーシング２０内で戻し案内管路６８に連通して設けられている。

クーラ７４は付設部６０に接続されている。

ケーシング２０の（組み付け状態に関して）上方領域には、ケーシング２０内の高すぎる圧力を減圧することができる安全弁７６が位置している。

最低圧力弁５０の手前に、放圧弁８０に通じるバイパス管路７８が位置している。空気供給通路３２との接続によって制御されるこの放圧弁８０を介して、空気入口２８の領域に空気を戻し案内することができる。この領域には、示されていない空気抜き弁およびノズル（供給管路の縮径部）が設けられていてよい。

さらに、ケーシング２０の外壁にほぼ管路３４の高さにオイルレベルセンサ８２を設けることができる。このオイルレベルセンサ８２は例えば、光学センサであってよく、センサ信号により、作動中に油面がオイルレベルセンサ８２の上方にあるかどうか、またはオイルレベルセンサ８２が露出していて、これにより油面が相応に低下しているかどうかを検知することができるように構成され、調整されている。

このような監視との関連で、相応のエラー報知または警告をシステムの使用者に発する、もしくは伝えるアラームユニットを設けることもできる。

図１に示されたスクリュコンプレッサ１０の機能は以下の通りである：
空気は、空気入口２８を介して供給され、逆止弁３０を介してスクリュ１６，１８に到り、ここで空気は圧縮される。５〜１６倍に圧縮された空気オイル混合物は、スクリュ１６，１８を出た後、出口管３４を通って上昇管路３６を介して上昇し、温度センサ３８へと直接吹き付けられる。

まだ部分的にオイル粒子を含む空気は、次いで、ホルダ４０を介して空気／オイル分離エレメント４２へと案内され、相応の最低圧力に達すると空気出口管路５１へと到る。

ケーシング２０内に存在するオイル２２は、オイルフィルタ６２を介して、かつ場合によっては熱交換器７４を介して作動温度に保持される。

冷却が不要な場合は、熱交換器７４は使用されず、オンにもされていない。

相応のスイッチオンは、温度調整弁６６を介して行われる。オイルフィルタ６２における浄化後、オイルは管路６８を介してスクリュ１８にまたはスクリュ１６に供給されるが、軸受７０にも供給される。スクリュ１６またはスクリュ１８には、戻し案内管路５２，５８を介してオイル２２が供給され、この場合、オイル２２の浄化は、空気／オイル分離エレメント４２内で行われる。

図示されていない電気モータのトルクは、軸１４を介してスクリュ１６に伝達され、このスクリュ１６はスクリュ１８に噛み合っており、この電気モータを介してスクリュコンプレッサ１０のスクリュ１６，１８は駆動される。

詳しくは図示されていない放圧弁８０に基づいて、作動準備状態で例えばスクリュ１６，１８の出口側に形成される高圧が、供給管路３２の領域で閉じ込められることがなく、特にコンプレッサの始動時に供給管路３２の領域には常に低い入口圧が、特に大気圧が存在していることが保証される。さもないと、コンプレッサの始動により最初に、駆動モータに過剰に負荷をかける極めて高い圧力がスクリュ１６，１８の出口側に発生してしまう恐れがある。

図２には、図１に示したようなコンプレッサ１０、すなわちスクリュコンプレッサ１０を有した商用車のための本発明によるシステム１の実施例のための冷却装置が概略的な配置で示されている。

しかしながら基本的には、システム１において、あらゆる形式のコンプレッサを使用することができる。

このシステム１はさらに、電気モータ５と駆動電子機器６とを有している。この場合、冷却回路１００は、電気モータ５、コンプレッサ１０、および駆動電子機器６から熱を排出するために用いられる。

したがって、電気モータ５、コンプレッサ１０、および駆動電子機器６は、１つの共通の冷却回路１００を有している。

冷却システム１００全体は、複数の冷却エレメントを、すなわち、駆動電子機器用の冷却エレメント１０２、ステータ冷却エレメント１０３、コンプレッサ冷却エレメント１０４を有している。

冷却媒体入口１０５には、まずはケーシング冷却エレメント１０１が接続されているが、このケーシング冷却エレメントは、駆動電子機器の冷却エレメント１０２に直接通じている。

しかしながら基本的には、冷却媒体入口１０５は、駆動電子機器の冷却エレメント１０２に直接接続されていてもよい。駆動電子機器の冷却エレメント１０２からは、流体の冷却媒体１０６が、電気モータ５用のステータ冷却エレメント１０３へと流れ、次いでコンプレッサ１０の冷却エレメント１０４へと流れる。冷却媒体は、内部または外部の冷却通路または冷却ホース１０７へと案内される。次いで冷却媒体は、冷却エレメント１０４から、冷却媒体出口１０８を通って別の冷却回路内へと流れ、ここでは例えばポンプによって冷却媒体を駆動することができる。

図３には、図２に概略的に示したシステム１の装置が斜視図で示されている。

駆動電子機器６の冷却エレメント１０２は、駆動電子機器６の領域における過剰な温度上昇を回避するために、大部分の熱を排出しなければならないので、特別な形状が提案される。

駆動電子機器６の冷却エレメント１０２は、実質的にＷ字型の流れ通路１０２ａを有している。

さらに、駆動電子機器６の冷却エレメント１０２には、流れ分配部分１０２ｂが設けられている。

この場合、冷却媒体通路１０７は、冷却エレメント入口１０９と冷却エレメント出口１１０との間の圧力降下を僅かにするために十分な横断面を有している。この場合、流れ分配部分１０２ｂによって流れ速度の過剰な低下は阻止されるので、流れ分配部分１０２ｂにより、冷却通路１０７の内部における流れ速度は引き続き高く維持される。

１ システム
５ 電気モータ
６ 駆動電子機器
１０ スクリュコンプレッサ
１２ 取付けフランジ
１４ 入力軸
１６ スクリュ
１８ スクリュ
２０ ケーシング
２２ オイル
２４ 入口管片
２６ エアフィルタ
２８ 空気入口
３０ バルブインサート
３２ 空気供給通路
３４ 空気出口管
３６ 上昇管路
３８ 温度センサ
４０ 空気／オイル分離エレメントのためのホルダ
４２ 空気／オイル分離エレメント
４４ フィルタスクリーンもしくは公知の濾過もしくはオイル分離装置
４６ 空気出口開口
４８ 逆止弁
５０ 最低圧力弁
５１ 空気出口
５２ 上昇管路
５４ 濾過および逆止弁
５６ ノズル
５８ オイル戻し案内管路
５９ オイル排出ねじ
６０ 付設部
６２ オイルフィルタ
６４ オイルフィルタ入口通路
６６ 温度調整弁
６８ 戻し案内管路
７０ 軸受
７２ ノズル
７６ 安全弁
７８ バイパス管路
８０ 放圧弁
８２ オイルレベルセンサ
１００ 冷却回路
１０１ ケーシング冷却エレメント
１０２ 駆動電子機器用の冷却エレメント
１０２ａ 流れ通路
１０２ｂ 流れ分配部分
１０３ ステータ冷却エレメント
１０４ コンプレッサ冷却エレメント
１０５ 冷却媒体入口
１０６ 冷却媒体
１０７ 冷却通路／冷却ホース
１０８ 冷却媒体出口
１０９ 冷却エレメント入口
１１０ 冷却エレメント出口

Claims (4)

1. コンプレッサ（１０）、電気モータ（５）、および駆動電子機器（６）を含む、商用車のためのシステム（１）であって、前記電気モータ（５）は前記コンプレッサ（１０）を駆動し、前記電気モータ（５）と、前記コンプレッサ（１０）と、前記駆動電子機器（６）とは、１つの共通の冷却回路（１００）を有しており、
   前記冷却回路（１００）は、互いに並べられた冷却エレメントを通って少なくとも区分的に形成されている冷却媒体通路（１０７）を有しており、
   前記電気モータ（５）、前記コンプレッサ（１０）、および前記駆動電子機器（６）には、それぞれ少なくとも１つの冷却エレメントが配設されており、
   前記電気モータ（５）はステータ冷却エレメント（１０３）を有しており、前記各冷却エレメントは、前記冷却回路（１００）内の冷却媒体が、まずは前記駆動電子機器（６）の前記冷却エレメント（１０２）を貫流し、次いで前記ステータ冷却エレメント（１０３）を貫流し、次いで前記コンプレッサ（１０）の前記冷却エレメント（１０４）を貫流するように配置されており、
   前記電気モータ（５）はケーシング冷却エレメント（１０１）をさらに有しており、前記冷却エレメントは、前記冷却回路（１００）内の冷却媒体が、前記駆動電子機器（６）の前記冷却エレメント（１０２）を貫流する前にまずは前記ケーシング冷却エレメント（１０１）を貫流するように配置されている、
   商用車のためのシステム（１）。
2. 前記コンプレッサ（１０）はスクリュコンプレッサ（１０）である、請求項１記載のシステム（１）。
3. 前記駆動電子機器（６）の前記冷却エレメント（１０２）は、前記冷却媒体通路（１０７）の貫流横断面を調節して流れ速度の過剰な低下を阻止するための流れ分配部分（１０２ｂ）を有している、請求項１または２記載のシステム（１）。
4. 前記駆動電子機器（６）の前記冷却エレメント（１０２）は、前記駆動電子機器（６）の表面に沿って実質的にＷ字型に延在する流れ通路（１０２ａ）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載のシステム（１）。

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