CN105637196B - 电控涡轮机的转子的保持 - Google Patents

Abstract

一种涡轮增压器（ECT）包括提供于该涡轮机的轴上的电机。期望的是将电机固定于轴上，固定的方式使其能够为了维护而被移除。在此公开了一种ECT，其中电机的转子通过螺母被保持在轴上，该螺母用于使转子紧靠在轴的肩部。替代地，轴和转子具有锥度和螺母，该螺母被用来使转子的内锥度与轴的外锥度接合。再替代地，转子具有与轴上的花键接合的指状物。在一些实施例中，为了有助于防止轴和转子的相对转动，一个或两个配合表面被粗糙化以增强表面间的摩擦。

Description

电控涡轮机的转子的保持

技术领域

本公开涉及将电动机的转子保持在涡轮增压器的轴上。

背景技术

电控涡轮机（ECT）包括固定在涡轮和压缩机部分之间的电机（或电动机）。涡轮机以高达350,000rpm的速度旋转。电机的转子应被固定以阻抗转子和涡轮增压器轴之间的相对转动。转子可被压配合到轴上，如申请日为2014年2月20日的共同受让的临时专利申请PCT/US2014/017455所描述的那样，其全部被并入于此。但是，压配合可能会阻碍ECT的拆解和维护。期望允许将转子从ECT轴上拆解下来的ECT及组装技术。

发明内容

为了克服现有技术中的至少一个问题，公开了一种ECT，该ECT包括轴，轴具有耦合于其上的涡轮叶轮。该轴具有限定于轴上的保持特征部。该ECT进一步包括位于轴上的电动机的转子。转子的芯部（转子芯）具有接近涡轮叶轮的端部，该端部与保持特征部接合。保持元件与轴接合并在转子芯远离涡轮叶轮的端部抵接在转子芯上。

在一个实施例中，保持特征部为在轴中机加工出的肩部。转子芯接近涡轮叶轮的端部基本上与轴的中心轴线垂直，并且转子芯接近涡轮叶轮的端部抵在肩部上。在一些实施例中，肩部和转子芯接近涡轮叶轮的端部中的至少一个的表面被通过下列手段之一粗糙化：滚花，喷丸，蚀刻，喷砂，激光气相沉积，激光蚀刻，以及施加涂层。

在另一实施例中，保持特征部为轴上的外锥度，该锥度的直径沿远离涡轮叶轮移动的方向单调递减。与该锥度接合的转子芯的端部具有内锥度部分，该内锥度部分与外锥度配合，并且内锥度的内直径沿远离涡轮叶轮移动的方向单调递减。内锥度和外锥度中的至少一个被通过下列手段之一粗糙化：滚花，喷丸，蚀刻，喷砂，激光气相沉积，激光蚀刻，以及施加涂层。

在又另一个实施例中，保持特征部包括多数个限定于轴上的花键。在涡轮叶轮侧接近花键处的轴的直径大体上等于花键的外直径。在远离涡轮叶轮侧接近花键处的轴的直径大体上等于花键的内直径。转子芯具有多数个与轴的花键配合的指状物。在一些实施例中，转子芯包括加强套筒。在另外的实施例中，转子的永磁体转子靠设于轴上并在任一端部具有端帽。在这一实施例中，端帽抵接螺母或者端帽与保持特征部配合。

在一些实施例中，轴包括限定于其中的沿轴的长度的一部分的螺纹，并且保持元件是与螺纹接合的螺母。螺母抵接转子的表面或转子抵接螺母的表面中的至少一个被通过下列手段之一粗糙化：滚花，喷丸，蚀刻，喷砂，激光气相沉积，激光蚀刻，以及施加涂层。

在另一实施例中，保持元件为压配合到轴上的轴圈。该轴圈可以是可放弃元件，其在将转子从轴上拆解下来时被破环。

公开了一种组装ECT的方法，包括：安装涡轮侧迷宫油密封于ECT的轴上；安装涡轮侧轴颈轴承于轴上；将电机的转子滑到轴上；以及紧固保持元件于轴上，并且使保持元件抵接转子。在该保持元件为螺母的实施例中，该方法进一步包括：使螺母的螺纹与机加工在轴上的螺纹配合并扭转螺母到预先确定的扭矩。在保持元件为轴圈的实施例中，该方法进一步包括：将轴圈滑到轴上，并使轴圈压配合到轴接近转子的部分上。在一些具有轴圈的实施例中，在将轴圈滑到轴上之前，下列中的至少一个是优选的：加热轴圈以及冷却轴。

本方法进一步包括，在将转子滑到轴上之前，将涡轮轴安装到壳体内。

还公开了一种ECT，该ECT具有ECT的轴，该ECT的轴具有焊接于轴的第一端部的涡轮叶轮，以及限定于轴上的保持特征部，套置于轴上的电动机的转子，该转子接近涡轮叶轮的端部与保持特征部接合，以及固定到轴上的保持元件在转子远离涡轮叶轮的端部抵接转子。

保持特征部可以是机加工于轴中的肩部。转子接近涡轮叶轮的端部大体上与轴的中心轴线垂直，并且转子接近涡轮叶轮的端部抵接肩部。

保持特征部可以为轴上的外锥度，该锥度的直径沿远离涡轮叶轮移动的方向单调递减。与该锥度接合的转子的端部具有内锥度部分，该内锥度部分与外锥度配合。内锥度的内直径沿远离涡轮叶轮移动的方向单调递减。

轴可包含限定于其上的沿轴的长度的一部分的螺纹，并且保持元件是与螺纹接合的螺母。

保持元件可以为压配合到轴上的轴圈。

转子可包含与轴接合的转子芯。转子可以是永磁体电动机的一部分，该电动机具有靠装在转子芯的外表面的永磁体。替代地，转子为永磁体电动机，并且永磁体靠装在轴上。

附图说明

图1是ECT的剖面图；

图2和图3是根据本公开的实施例的ECT轴的剖面图；

图4和图5分别示出了在转子组装之前和之后的ECT轴的实施例；

图6是示出了可进行ECT组装的制造过程的流程图

图7-11示出了图6相关的组装过程；以及

图12示出替代性的转子，其中永磁体被直接固定到轴上。

具体实施方式

本领域一般技术人员将理解到，参考任何一幅附图所示出并描述的实施例的不同特征，可以与在一个或更多其他附图中示出的特征组合，以产生替代的没有明示示出或说明的实施例。示出的特征的组合提供了用于典型应用的相应的实施例。但是，与本公开的教导一致的特征的不同组合和修改可能是特定应用或实施所期望的。本领域一般技术人员可以认识到类似的应用或实施，不论其是否明示说明或示出。

此处使用的ECT指代电控涡轮增压器和电控涡轮机，其为同一部件的两个名字。在图1中，示出了ECT的剖面。该ECT具有压缩机部分10，电机部分12，以及涡轮部分14。轴16穿过通过部分10，12，和14。涡轮叶轮18固定到轴16上，可采取焊接，机械紧固件，或任何其他适合耦合该两构件的方式进行。

电机部分12包括电机，该电机包括封装在两壳体部分之中的转子20定子22，两壳体部分为：涡轮侧壳体部分24和压缩机侧壳体部分26。电机可以被操作为电动机，其中电力被施加到电动机以使轴比没有应用电动机的情况下转得更快；或操作为发动机，其中电负载被施加到电动机以使轴比没有在应用发动机的情况下转得更慢。术语电机，电动机，和发动机根据对实施例的理解在此互相替换使用的，电机可以被操作为电动机，发动机，或者，如果没有电流被施加到与转子相关的线圈，则任何一个都不是。在一些实施例中，电机可以适用于仅被操作为电动机或仅作为发动机。轴颈轴承28和30相应地设置于壳体部分26和24中，以支撑轴16。从轴向考虑，轴颈轴承30位于转子20和涡轮部分14之间，并且轴颈轴承28位于转子20和压缩机部分10之间。

在轴16远离的涡轮叶轮18的端部提供压缩机叶轮32。通过图1中实施例中的螺母34将压缩机叶轮32保持在轴16上。压缩机叶轮32典型地由与叶轮轴不相似的轻合金制成以避免焊接。压缩机叶轮32典型地通过紧固件或螺纹特征部紧固在轴上。

在图2中，轴50焊接到涡轮叶轮52上。转子40的转子芯54套置在轴50上。永磁体58包围转子芯54并具有容纳着永磁体58的外容纳套筒56。（在本实施例中，转子芯是加强套筒。在另外的实施例中，永磁体装于轴上，如下面参照图12所说明的。）在图2中显示的转子芯54是单件。但是，转子芯可以由多数部分组成，例如由中央部分和两个端帽。轴50具有螺纹70。螺母60与螺纹70接合。转子芯54接近涡轮52的端部被制成方形，并撑靠轴50中的肩部64。在图2中的实施例中，肩部64附近具有下部凹陷。轴50在转子芯54和轴50的接合部的中间沿着凹部66被切削。在替代的实施例中，轴没有被切削。

图2中的实施例显示了永磁电动机的转子。但这并没有限定意图。任何合适的电动机的转子均可被置于轴50上。

在不同实施例中，可以使一些配合面粗糙化以增加摩擦来防止解体。配合表面的粗糙化可以通过激光表面处理、喷砂、滚花、喷丸或任何其他合适的技术。在一个实施例中，转子芯54接近涡轮52的端部和肩部64中的至少一个具有粗糙化的表面。在一个实施例中，螺母60接近转子芯54的表面和转子芯54远离涡轮叶轮52的端部中的至少一个是粗糙化的。

在图3中显示的替代性实施例中，轴150具有位于套于轴150上的转子140的转子芯154。永磁体58围绕转子芯154并具有限制永磁体58的外容纳套筒56。轴150具有外锥度152并且转子芯154具有内锥度156，以远离涡轮叶轮的方向考虑，两锥度152和156均减小（图3中没有显示涡轮叶轮，但是应位于图3的右手侧）。轴圈162压配合到轴150上。在一个实施例中，轴圈162被部分切割以允许其被移除，即轴圈162为了维护而进行的拆解中被放弃。替代地，轴圈162可被移除。在又另一个实施例中，没有移除轴圈162的意图，即该轴圈162不是一次性组件。在又另一个实施例中，取代轴圈162的是螺母，该螺母与轴150上成形的螺纹接合，由此转子140的内锥度156压入轴150的外锥度152。

在一些实施例中，轴150与轴圈162接合的区域，以及轴圈162的内表面中的至少一个被粗糙化。在一些实施例中，内锥度156和外锥度152中的至少一个被粗糙化。在一些实施例中，轴圈162和转子芯154之间的支撑表面中的至少一个被粗糙化。

在图4显示的实施例中，轴250被提供有多数个花键252，并且转子254被提供具有多数个与花键252接合的指状物256。在图5中，显示了转子254滑套在轴上250并且其中指状物256与花键252接合。

上述说明了用于将转子保持在轴上的若干替代方式，至少包括：锥度，肩部，花键，螺母，以及轴圈。进一步地，表面的许多示例可以被粗糙化以防止相邻构件的相对转动。并且，很多类型的电动机均可用来代替此处公开的永磁体电动机。附图中并没有示出每个适合的组合。附图没有限制的意图，并且明示示出和说明的组合之外的额外的组合也在本公开的范围之内。

在图6中，示出了组装程序的一部分，从表示机加工机器的轴的方框200开始。在202中，涡轮叶轮被焊接到轴上。在方框204中，涡轮侧迷宫油密封安装到轴上提供的槽中。这与活塞环的类似之处在于其直径稍稍大于其被放置入的孔，并且都具有缝，当环被强制进入孔中时，缝变为最小。一个环上的缝与另一个环上的缝直径相反地设置在轴上。用于气体逃逸的路径是复杂的，因此使用术语“迷宫”。迷宫油密封提供了一个非限定性示例；也可以使用其他密封替代此种油密封。在方框206中，涡轮侧轴颈轴承被安装到轴上。在方框208中，轴被固定到涡轮侧的壳体中。在方框210中，转子被滑到涡轮轴上。在图6中的方框214中示出的一个实施例中，螺母的螺纹与轴上机加工出的螺纹接合。在方框216中，螺母被扭转到预先确定的扭矩。在图6示出的替代性实施例中，在方框218中，轴圈被滑到轴上。（可在方框218之前加热轴圈和/或冷却轴）。在方框220中，轴圈被压配合到位以保持电动机的转子。在此过程中，轴可处于紧张状态以通过压配合轴圈在轴中提供的期望的张力水平。轴圈的外边缘可包含有槽，该槽与能够用于折断轴圈的槽的中心轴线平行，这种轴圈用于轴圈是可放弃元件的实施例中。

在图7中，显示了安装到轴300中的槽之中的涡轮侧迷宫油密封302。在图8中，涡轮侧轴颈轴承304被滑动到轴300上。在图9中，壳体306的涡轮侧部分被滑动套在轴300上。现参考图10，显示了在滑动套在轴300上之前的转子308。在图11中，转子308在轴300上，并且螺母310准备套置于轴300上，并然后与在轴300中机加工出的螺纹接合。

在图1-5及7-11中的实施例中，转子被提供为具有转子芯。加强轴不仅带来了更大的刚性，其还允许转子（包括永磁体）在被设置于套在轴上之前进行组装。但是，在替代性的实施例中，转子可以直接组装到轴上，例如图12中显示的。当期望非常紧凑的组件时，这种构型可能是适当的。轴800具有端帽802，在端帽802之间设置有永磁体804，并具有永磁体804径向向外提供的外容纳套筒806。图12没有显示本公开其他实施例中的保持特征部或切削部。图12中的转子的特征（即元件802，804，和806）能够用于任何以上说明的实施例。

就特定实施例，最佳实施方式已经被具体说明，同时熟悉本领域的人员将认识到在下列权利要求的范围之内的不同的替代性设计和和实施例。可能已经说明了不同的实施例，被认为其就一个或更多期望的特点具有优势或更优选于其他实施例，同时，本领域技术人员所了解的是，可以在一个或更多特点上进行妥协以获得期望的系统属性，此类系统属性取决于具体的应用和实施。此类属性包括但不限于：成本，强度，耐久性，生命周期成本，可销售性，外观，包装，尺寸，可维护性，重量，可生产性，组装便易等。此处说明的实施例，即使与其他实施例或现有技术的实施相比，就一个或更多特点，具有更不期望的特点，其并非在本公开的范围之外，并且可能是特定应用所期望的。

Claims (11)

1.一种电控涡轮机，包括：

轴，所述轴具有与所述轴耦合的涡轮叶轮，并具有限定于轴上的保持特征部；

电动机的转子，所述转子位于所述轴上，并具有接近所述涡轮叶轮并与所述保持特征部接合的转子的端部；并且

保持元件，所述保持元件固定到所述轴上并在所述转子远离所述涡轮叶轮的端部抵接所述转子；

其中所述保持特征部包括：i、所述轴上的外锥度，所述锥度的直径沿远离涡轮叶轮移动的方向单调递减，并且与所述锥度接合的转子的端部具有与所述外锥度配合的内锥度部分，使得所述内锥度的内直径沿远离涡轮叶轮移动的方向单调递减，或者ii、多数个限定于轴上的花键，并且所述轴在涡轮叶轮侧接近所述花键处的直径大体上等于所述花键的外直径，所述轴在远离涡轮叶轮侧接近所述花键处的直径大体上等于所述花键的内直径，并且转子具有多数个与所述轴的所述花键配合的指状物。

2.如权利要求1所述的电控涡轮机，其中所述保持特征部包括i；

并且其中所述内锥度和所述外锥度中的至少一个被通过下列手段之一粗糙化：滚花，喷丸，蚀刻，以及施加涂层。

3.如权利要求2所述的电控涡轮机，其中所述喷丸为喷砂。

4.如权利要求2所述的电控涡轮机，其中所述蚀刻为激光蚀刻。

5.如权利要求2所述的电控涡轮机，其中所述施加涂层为激光气相沉积。

6.如权利要求1所述的电控涡轮机，其中所述轴进一步包括限定于其中的沿所述轴的长度的一部分的螺纹，并且所述保持元件是与所述螺纹接合的螺母。

7.如权利要求6所述的电控涡轮机，其中所述转子包括加强套筒。

8.如权利要求1所述的电控涡轮机，其中所述保持元件为压配合到所述轴上的轴圈。

9.如权利要求8所述的电控涡轮机，其中所述轴圈是可放弃元件，所述轴圈在将转子从轴上拆解下时被破环。

10.如权利要求1所述的电控涡轮机，其中：

所述转子包括与所述轴接合的转子芯；

所述转子进一步包括多数个永磁体；并且

所述永磁体抵靠安装在所述转子芯的外表面。

11.如权利要求1所述的电控涡轮机，其中所述涡轮叶轮被焊接到轴上。