CN102943707A - 一种电控涡轮增压机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电控涡轮增压机，包括涡轮、压缩机、电动机、轴和控制器；电动机包括电机室、定子和转子，定子固定于电机室的内壁朝向轴一侧的内侧上，定子与内壁之间设有导热介质，导热介质与定子连接，转子固定于轴上；电动机安装于涡轮和压缩机之间并相互紧靠连接，轴穿过电动机，涡轮和压缩机固定于轴的两端形成独立的单元；控制器通过连接器与电动机连接。本发明的有益效果是：改进了电动机的结构，能够达到有效快速的冷却效果和很好的润滑作用；控制器控制轴组件产生扭矩，发动机在低速情况下，压缩机也能压缩足够的空气量给发动机，不会再产生滞后的状况；控制器能够实时检测温度恒温控制，保证发动机运转的高效稳定。

Description

一种电控涡轮增压机

技术领域

本发明涉及电控、发动机排气增压涡轮机，具体涉及一种电控涡轮增压机。

背景技术

涡轮增压机利用发动机所排出的气体，将其压缩以此增加进入发动机中的气体体积，改善发动机的效率。

在发动机低动力转数的情况下，排气量不能充分地驱动涡轮增压机这样就不能得到足够的压缩旋转这样就没有足够的空气从压缩机进入进气歧管内。这样当驱动装置从惰性状态或者是低动力旋转状态下进入高动力旋转状态时，涡轮增压机延迟直到从达到更高的旋转数后一定量的气体才会到达涡轮增压机。因此，只有当发动机传输更大的动力时，延迟的涡轮增压机才会提供比预期更少空气流进入发动机的燃烧气缸。

由于上述问题，在涡轮增压机中安装电控设备，用安装在涡轮增压机中的电控电动机进行电控。在惰性状态下，驱动装置需要快速加速，电动机迅速加速以保证有足够的空气进入进气歧管和电动机气缸。当电动机到达较高转速时产生大量的废气可以使涡轮充分的旋转，此时涡轮增压机不需要电动机。这样电动机可以作为交流发电机将涡轮增压机的旋转运动转变成电能供应给需要电能的车上。

即使加入电控装置，涡轮增压机仍处于高温、高速的环境下，还是存在很多问题。电动机涡轮增压机一侧的气体温度高。 (在汽油发动机中约为1050度；温度略低于柴油发动机)，相反则会影响整个结构。另外，由于空气压缩增大使得空气温度上升，增压机的压缩机一侧温度明显升高，温度大约在180度。更重要的是，电机定子的加热增加了涡轮增压机的热量负荷。

高温通过几种方式影响电动机。电磁线圈绝缘就有可能导致融化。融化裸露的接线可能使线圈短路。如果电动机短路，电控涡轮增压机就无法正常工作。铜线的电阻也会随着温度的升高呈直线上升。高温下高电阻会影响电动机的工作效率并且导致线圈自身产生的热量要比电动机从涡轮区域废气的热量和压缩区域空气压缩的热量更多。

高速旋转也会产生许多的问题。因为在标准的涡轮增压机中涡轮和压缩机相互连接，连接涡轮和压缩机的轴相对较短。如果在电动机中使用较长的轴，不论是在目前的涡轮机内还是在未来发明的涡轮机内，在高速旋转的情况下轴的小缺点变得更加明显。

发明内容

针对现有的涡轮增压机存在的上述问题，本发明提供一种更高效更稳定的电控涡轮增压机。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种电控涡轮增压机，包括涡轮、压缩机、电动机、轴和控制器；所述电动机包括电机室、定子和转子，所述定子固定于所述电机室的内壁朝向所述轴一侧的内侧上，所述定子与所述内壁之间设有导热介质，所述导热介质与所述定子连接，所述转子固定于所述轴上；所述电动机安装于所述涡轮和所述压缩机之间并相互紧靠连接，所述轴穿过所述电动机，所述涡轮和所述压缩机固定于所述轴的两端形成独立的单元；所述控制器通过连接器与所述电动机连接。

上述电控涡轮增压机，其中，所述电动机相对所述轴径向两侧分别设有进油口和出油口，所述进油口上设有分油泵；所述电动机相对所述定子的两侧且位于靠近所述进油口的一侧的内壁上分别设有喷油嘴；所述电动机内壁与所述电机室外壳间且与所述进油口相连的空间布设有相互连通的横向和径向通道，所述电机室外壳且与所述出油口相连的空间形成机油箱，所述进油口与所述出油口连通。

上述电控涡轮增压机，其中，所述电机室由第一部分和第二部分组成，所述第一部分与所述第二部分通过密封圈进行密封连接，所述第二部分的所述内壁上设有水套，所述水套环绕于所述定子且所述水套的一端通过所述导热介质与所述定子连接，所述水套的另一端连接一冷却进口，所述第二部分的两侧分别设有进油口和出油口。

上述电控涡轮增压机，其中，所述电动机与所述涡轮连接处设置有导热盾，所述电动机与所述涡轮的所述叶轮之间设置有辐射导热盾。

上述电控涡轮增压机，其中，所述定子与所述转子之间设有用于封闭机油的盘子。

上述电控涡轮增压机，其中，所述电机室所使用的材料有陶瓷的部分。

上述电控涡轮增压机，其中，所述轴包括轴主体、加劲杆和抛油环，所述轴主体与所述电动机通过所述转子与轴承连接，所述加劲杆环绕于所述轴连接所述电动机的部分，所述抛油环分别设置于所述转子的两端以及所述轴承远离所述电动机内壁一侧的所述轴主体上，所述轴主体的一端连接所述涡轮的叶轮，所述轴主体的另一端连接所述压缩机的转轮。

上述电控涡轮增压机，其中，所述导热盾的材料为陶瓷。

上述电控涡轮增压机，其中，所述加劲杆与所述轴的连接为过盈配合。

一种电控涡轮增压机的冷却方法，包括上述任一所述电控涡轮增压机，油源将机油喷到所述定子上冷却所述定子，所述定子上的热量传递给机油，原油再从所述电机室流回油源。

由于采用了上述技术，上述技术方案与现有技术相比具有的积极效果是:

（1）改进了电动机的结构，内部通道、进油口、出油口等的分布使得机油迅速的进入和排出，能够达到有效快速的冷却效果，同时机油在电动机内的有效流动起到了很好的润滑作用。

（2）控制器控制轴组件产生扭矩，使得发动机在低速情况下，压缩机也能压缩足够的空气量给发动机，不会再产生滞后的状况。

（3）控制器能够实时检测温度，使发动机控制在恒温的状态，保持发动机运转的高效稳定。

附图说明

图1是本发明一种电控涡轮增压机的结构框图；

图2和图3是本发明一种电控涡轮增压机的外表面透视图；

图4是本发明一种电控涡轮增压机的横切面图；

图5是本发明一种电控涡轮增压机的横截面图；

图6是本发明一种电控涡轮增压机的部分横截面放大图；

图7是本发明一种电控涡轮增压机的轴、转子、涡轮零件和压缩机零件组合的透视图；

图8是本发明一种电控涡轮增压机的轴、转子、涡轮零件和压缩机零件组合的横切面图；

图9是本发明一种电控涡轮增压机的轴、转子、涡轮零件和压缩机零件组合的横截面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

如图1所示本发明一种电控涡轮增压机，电控涡轮增压机100包含涡轮200、压缩机400、电动机300、轴500以及控制器600。电动机300可以安装在涡轮200和压缩机400之间并且轴500与涡轮200、压缩机400和电动机300相互连接。涡轮200和压缩机400在轴500两端形成独立的单元。控制器600通过连接器控制电动机300的运转。

如图2至图9所示，涡轮200的室202包括在进气口212处的进口法兰206。从发动机中排出的气体进入进气口212流过涡螺壳214。涡螺壳214可以提供一个螺旋形路径用于吸入废气同时也可以减少距离中心的面积。与在涡螺壳214上部截面口216和涡螺壳214下部截面口218的面积相比，在其向内旋转时，减少的面积缩小了涡螺壳214的切面面积，这样在正常运转情况下增加了废气的旋转速度。

进一步的，涡螺壳214有一个向内且逐渐尖细的开口220连接涡轮室202的中心区域222。涡轮200的叶轮204周围有涡轮浆208。当废气从涡螺壳214穿过开口220，气体推动涡轮浆208使叶轮204旋转。

进一步的，进口法兰206可以附于发动机排气歧管上。这样废气可以由进气口212进入涡螺壳214。废气在叶轮204旋转之后，气体进入排气系统中，其中还包括污染减排系统、消声器和尾气管。其中一部分废气直接进入进气歧管作为再循环的废气进入燃烧进程。凸轮210可以连接到废气系统。

进一步的，涡轮室202由铸铁或者是其他高熔点的材料制成，当处于高温排气状态时可以维持其强度。

进一步的，涡轮200包括废气阀门或者其他可以使废气通过其的装置。当涡轮200运转时，超出输出量产生过多热量以及涡轮200加速时压缩机400提供了大量的压缩空气进入发动机气缸中，废气阀门可以解决这一问题。

进一步的，压缩机400包括压缩室404，压缩机400通过出气口406释放压缩空气至发动机进气歧口。压缩机400包含一个减压阀，当压缩机400输出量超出预计时，压缩速度加快，压缩机400可能产生过量的压缩空气进入发动机气缸，减压阀可以解决这一问题。

进一步的，压缩机400包括一个转轮408，压缩机400内部的孔418连接到进气口直接将空气输入扩散装置412，此装置是一个旋转型通道为由较大的内部414向较小内部416逐渐尖细的结构。转轮408通过进气口吸入大量的空气并且放射性的将空气加入孔418至扩散装置412，扩散装置412在减速时增加空气压缩。

进一步的，电动机300中包含电机室302、定子332和转子330，电机室302由第一部分304和第二部分306组成，两部分通过密封环326相互密封，两部分分别在内部有各自的通道，以用来满足在组装时用于发动机的修护、维护借安装，定子332固定于电机室302内壁上之间设有导热介质346，转子330固定于轴500上。

进一步的，电动机300中包括一个进油口308用于接收机油和一个出油口314用于将油排出发动机。电动机300内壁与电机室302外壳间且与进油口308相连的空间布设有相互连通的横向和径向通道340，通道340连接油进口308。出油口314上设有分油泵328，分油泵328供给定子332和轴承510机油。分油泵328对于混合车辆的发动机的频繁启动和熄火是有好处的，分油泵328可以用热静力学控制，因此，可以在发动机熄火后继续运转直到涡轮增压机的温度到达适当的程度分油泵328才会停止运转。

进一步的，电机室302内壁上设有喷油嘴350，喷油嘴350将油喷到定子332。喷油嘴350管道的大小取决于使足够量的油用于冷却定子332，喷油嘴350从定子332的一边将油喷出，但是，只要能够供应足够的油，喷油嘴350也可以安装在与定子相连接的位置。

进一步的，电机室302内壁338内形成水套318，水套318环绕于定子332。水套318连接于冷却液进口320，通过此进口320可以使冷却剂流入。冷却剂存在于发动机的冷却系统中。冷却剂来源于发动机的冷却系统而不是车辆的其他系统中，在水套318中可以安装发动机机油或者是其他分油系统。冷却液进口348和冷却液出口320连接水套318，这样可以使冷却液流通于定子332的大部分区域即从冷却液进入水套318到冷却液从水套318流出的全过程。

进一步的，定子332中可以安装暴露线圈这样机油可以流到线圈中，定子332设有一个或者多个散热片有助于分散热量。

进一步的，由于机油用于冷却定子332，用于轴承510的油量应当满足补偿冷却的用油量，可在机油系统中的适当位置安装一个热量转换装置或者是其他用于冷却机油的系统。

进一步的，喷油嘴350可以分别安装阀门354用于阻止机油的流通直到油压到达指定的水平。在因机油流到定子332用于冷却时而引起没有允许而油压降低的情况下，阀门354可以维持最低量的油压供应轴承510。

进一步的，为了使机油远离转子330，定子332与转子330之间设有用于封闭机油的托盘324，托盘324呈180度延伸环绕定子332，托盘324可以设有一个或多个管道，当机油到达托盘324边缘时，机油进入机油箱336内，机油箱336内的机油从流回曲轴箱或者其他油槽的油穿过出油口314。

进一步的，出油口314设有真空泵316提供真空到出油口314吸入机油。由真空泵316引起电机室302低压可以将涡轮200中的废气泵入电机室302中。穿过设于电机室302内的排气口356的新鲜空气流入阻止了电机室302中的真空。这样，排气口356可以阻止废气进入电机室302。为了阻止排出的废水或者是其他污染物进入电机室302，其中可以安装过滤器、木炭筒、单向阀门或者其他的过滤装置。

进一步的，电动机300包括电机室302上的电子连接器322，此装置提供发动机的电连接。控制器600通过电子连接器322连接到发动机上。发动机还包括冷却液进口348用于接收冷却液和冷却液出口320用于将冷却液返回散热器或者是其他的冷却液源。冷却系统有一个分电或者机械泵直接将冷却液泵入冷却液进口348。泵处于控制器600的控制下，这样可以接收到恒温器的数据来检测和控制发动机的温度。

进一步的，电动机300受到到从涡轮机200和压缩机400产生的高温，隔绝了在定子332内的热量。为了达到冷却定子332的目的，机油将通过喷油嘴350和352背对定子332喷入。机油沿着定子332进入机油箱336，机油箱336回收并使油流回曲轴箱或者分油槽。

进一步的，电机室302由铸铁或者其他适当的材料形成。电机室302包括各种内部支持装置。铸铁可以承受大量的热负荷。但是陶瓷或者其他绝热材料可以代替或添加到电机室302中温度过高部分的铸铁当中。陶瓷可以降低涡轮200到电动机300及轴承510中的热量。

进一步的，电动机300可选用一个感应发动机，一个永久性的发动机，一个转换磁阻发动机，或者是其他类型的发动机或者是电动机。

进一步的，轴500包括轴主体504，连接并从涡轮200延伸，穿过电动机300与压缩机400连接。废气作用于涡轮200的叶轮204的叶片208 引起轴旋转。轴500的旋转带动了压缩机400的叶轮408的旋转，电动机300的转子330固定于轴主体504上并与之一起转动。

进一步的，轴承510支持轴主体504，为了适应在涡轮200和压缩机400与电动机300之间的连接，轴500要比标准的涡轮增压机轴长，即没有电动机300的涡轮增压机，加长后的轴500更加牢固，但却更加脆弱。当轴主体504高速旋转，可能通过自然频率产生共振。为此轴500需设置环绕于轴主体504中部的加劲杆516，转子330通过加劲杆516轴筋连接到轴主体504。加劲杆516拉长轴500可以使其短暂运转，并且继续在共振速度之间运转。

进一步的，加劲杆516是由铬镍铁合金组成的，因为铬镍铁合金可以很好的充当热量阻隔。这样，加劲杆516可以减少从轴主体504到转子330的热量。轴500可以承受从废气和压缩机400中的热压空气的高热负荷。加劲杆516是在转子330和加劲杆516及加劲杆516和轴主体504之间的控制阻隔的精确的机械附件。

进一步的，轴500中抛油环520连接到定子332的一边，环绕于加劲杆516的抛油环520，这些抛油环520使油循环到定子332上。机油主要用于阻止托盘324尽管托盘324外侧喷溅机油将导致冷却托盘324，故而能从定子332上吸收热量。

进一步的，当发动机运转处于惰性状态或者低输出需要能量加速时，废气低排放不足以充分的驱动涡轮220，所以不能充分的驱动压缩机400。这种滞后性可能持续到发动机产生足够的废气驱动压缩机400的工作输出。为了克服滞后性，控制器600可以使发动机运转在轴500上产生转矩，这样就会引起压缩机400快速旋转即使是在发动机低速的情况下也可以压缩足够量的空气至发动机。

进一步的，控制器600从速度感应器获取关于轴500和/或者转子330 的速度信息。温度感应装置连接到转子332，将转子332的温度数据提供给控制,600。控制器600也可以从感应装置接收到目前发动机运转状态的其他数据，例如节流阀的相关信息、排气的输出量和空气的吸入量。运用这些数据，当轴500的速度突然下降并导致电动机300旋转时，控制器600可以起到控制的作用。发动机旋转轴500使压缩机400运转起到了必要的推动作用。发动机的速度迅速增加，这样压缩机400的旋转就会先于涡轮200自身的旋转。当发动机的废气达到一定量时可以驱动涡轮200，控制器600会降低或者中断向发动机输出的电能。

进一步的，电动机300与涡轮200的叶轮204之间设置有辐射热盾334可以将涡轮200的热辐射传递到电动机300的电机室302中。电动机300与涡轮200连接处设置有导热盾358可以阻止从涡轮200到电动机300的热转导。导热盾358可以是陶瓷或者其他适当的可以阻隔热传导的材料。辐射热盾334可以使金属或者其他材料。

进一步的，转子332，轴500或者是加劲杆516上过热的机油影响了轴500的平衡并增加了轴500和加劲杆516的惯性，也塞住了包括喷油嘴350的通道。或者在轴500和加劲杆516上的机油也会影响轴500的平衡并增加其惯性，产生不必要的阻力，为此在轴500上设置多个抛油环520，任何机油沿,500流向涡轮200或增压机400，机油遇到抛油环520，使其呈反射状向外远离涡轮200或增压机400，不论是机油流入机油箱336还是机油流向电动机300中的其他结构，都从抛油环520滴进槽内；当抛油环520从轴500中分离机油，由于轴500上的机油，轴500的有效质量不会明显增加。因此，在涡轮100快速卷起速度减慢惯性的间隔时间不会受到影响。抛油环520通过移除轴500的机油并将其抛到转子330线圈和电动机300壁内对机油的除氧有益。

进一步的，电动机300也可以减少涡轮200的输出量。如果控制器600控制的输出到涡轮200的废气量过大时，控制器600可以使发动机作为一个闸用于减少涡轮200的输出量。当发动机作为闸使用时，也可以作为产生电能的转换器。

进一步的，涡轮增压机100可以用不同种类的涡轮100和压缩机400，或者是特制的零件。另外，涡轮200和压缩机400可以进行不同需要的几何变形，同时也可以使用双轨压缩机轮。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的申请专利范围，所以凡运用本发明说明书及图示内容所做出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电控涡轮增压机，其特征在于，包括涡轮、压缩机、电动机、轴和控制器；所述电动机包括电机室、定子和转子，所述定子固定于所述电机室的内壁朝向所述轴一侧的内侧上，所述定子与所述内壁之间设有导热介质，所述导热介质与所述定子连接，所述转子固定于所述轴上；所述电动机安装于所述涡轮和所述压缩机之间并相互紧靠连接，所述轴穿过所述电动机，所述涡轮和所述压缩机固定于所述轴的两端形成独立的单元；所述控制器通过连接器与所述电动机连接。

2.如权利要求1所述电控涡轮增压机，其特征在于，所述电动机相对所述轴径向两侧分别设有进油口和出油口，所述进油口上设有分油泵；所述电动机相对所述定子的两侧且位于靠近所述进油口的一侧的内壁上分别设有喷油嘴，所述喷油嘴上设有阀门；所述电动机内壁与所述电机室外壳间且与所述进油口相连的空间布设有相互连通的横向和径向通道，所述电机室外壳且与所述出油口相连的空间形成机油箱，所述进油口与所述出油口连通；所述电动机外侧靠近所述进油口一侧设有冷却液出口，另一侧设有排气口，所述电动机外侧靠近所述出油口并与所述排气口同侧的位置设有冷却液进口。

3.如权利要求1所述电控涡轮增压机，其特征在于，所述电机室由第一部分和第二部分组成，所述第一部分与所述第二部分通过密封圈进行密封连接，所述第二部分的所述内壁上设有水套，所述水套环绕于所述定子且所述水套的一端通过所述导热介质与所述定子连接，所述水套的另一端连接一冷却进口，所述第二部分的两侧分别设有进油口和出油口。

4.如权利要求1所述电控涡轮增压机，其特征在于，所述电动机与所述涡轮连接处设置有导热盾，所述电动机与所述涡轮的所述叶轮之间设置有辐射导热盾。

5.如权利要求1所述电控涡轮增压机，其特征在于，所述定子与所述转子之间设有用于封闭机油的托盘。

6.如权利要求1所述电控涡轮增压机，其特征在于，所述电机室所使用的材料有陶瓷的部分。

7.如权利要求1所述电控涡轮增压机，其特征在于，所述轴包括轴主体、加劲杆和抛油环，所述轴主体与所述电动机通过所述转子与轴承连接，所述加劲杆环绕于所述轴连接所述电动机的部分，所述抛油环分别设置于所述转子的两端以及所述轴承远离所述电动机内壁一侧的所述轴主体上，所述轴主体的一端连接所述涡轮的叶轮，所述轴主体的另一端连接所述压缩机的转轮。

8.如权利要求4所述电控涡轮增压机，其特征在于，所述导热盾的材料为陶瓷。

9.如权利要求7所述电控涡轮增压机，其特征在于，所述加劲杆与所述轴的连接为过盈配合。

10.一种电控涡轮增压机的冷却方法，其特征在于，包括权利要求1-10中任一所述电控涡轮增压机，油源将机油喷到所述定子上冷却所述定子，所述定子上的热量传递给机油，原油再从所述电机室流回油源。

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