CN106460544B - 具有电机的涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮增压器（1），所述涡轮增压器特别用于机动车，它具有压缩器（2），所述压缩器具有能够转动支承布置在轴（5）上的压缩器轮（4），其中在轴向的压缩器输入端（10）的管区段（9）内布置有电机（11），所述电机具有布置在轴（5）上的转子（7）和布置在管区段（9）处的定子（8）。以下如此设置，即定子（8）具有多个经过外周分布布置的并且至少基本上轴向延伸的、向内突出的接片（16），所述接片相互间隔地布置用于形成至少基本上轴向延伸的流动通道（17）。

Description

具有电机的涡轮增压器

本机器涉及一种涡轮增压器，所述涡轮增压器尤其用于机动车，该涡轮增压器具有压缩器，所述压缩器具有被布置在能够转动地经支承的轴上的压缩器轮，其中，在轴向的压缩器输入端的管区段内布置有电机，所述电机具有布置在所述轴上的转子和布置在管区段处的定子。

背景技术

开文提到类型的涡轮增压器由现有技术已知。这样，专利申请文件EP 1 995 426Al例如公开了电动马达，所述电动马达集成在涡轮增压器中，其中，电动马达构成了所谓的介质缝隙马达（Medienspaltmotor），所述介质缝隙马达在转子和定子之间构成了介质通口并且如此布置在压缩器输入端中，使得待压缩的介质引导通过在转子和定子之间的介质缝隙。由此，涡轮增压器的尤其紧凑的结构形式是可能的。特别地由此实现的是，在废气涡轮增压器中，废气涡轮增压器的整体方案相比以下解决方案仅必须不明显地改变以用于电动马达的集成，在所述解决方案中电动马达布置在压缩器和涡轮机之间。

在提及的解决方案中的缺点在于，由于在转子和定子之间的大的气隙，必须在转子处设置非常强的永磁体，以便能够提供电机的必要的扭矩特性。在已知的解决方案中，这导致了高的必要的电流以及因此导致了电机的低效率。

发明内容

具有权利要求1的特征的、根据本发明的涡轮增压器具有以下优点，即在转子和定子之间的有效的气隙被减小，其中，必要的定子通量也能够减小或者说实施地更弱，并且电机的效率明显得到提高。通过向内指向的或者说突出的接片，磁通予以优化，其中，在接片之间待压缩的介质进一步以仅少量的流动损失予以引导。同时，定子通过由介质流经的接片在运行中得到非常好的冷却。根据本发明如此设置，即定子具有多个经过外周分布布置的并且至少基本上轴向延伸的、向内突出的接片，所述接片相互间隔地布置用于形成至少基本上轴向延伸的流动通道。因此在接片之间形成了流动通道，所述流动通道用处在于引导和输送待压缩的介质。在这种情况下，流动通道特别地边缘开放地向着转子的方向构造。接片的数量和构造方案由流动优化的设计方案和磁通优化的设计方案得出。在这种情况下特别地如此设置，即设置了多个接片，所述接片径向地具有相对于转子的相对大的间距，所述间距至少对应于所述接片的径向伸展，或者设置了少量的接片，然而所述接片接近直到靠近转子处。

按照本发明的一种有利的改型方案如此设置，即接片均匀地分布地布置在管区段的周部上。由此磁通在运行中得到进一步地优化。

另外优选地如此设置，即接片由铁磁性的材料制造。例如接片能够由发电机钢片制造。定子磁场由此导通比空气好约3000倍。由此配设给转子的永磁体相比已知的解决方案能够在电动马达的或者说电机的保持相同的功率的情况下更小地或者不那么强地实施。

按照本发明的一种优选的改型方案如此设置，即定子在接片的区域内无绕组地构造。因此在接片之间成形的空间完全地提供给介质用于穿流。由此定子被最佳地冷却，并且介质流仅受到轻微的影响。

进一步优选地如此设置，即定子在接片的区域内配有至少一个绕组，所述绕组仅部分地填充了相应的流动通道。如果定子也就是在接片的区域中配设有绕组，则这个绕组仅仅部分地填充了相邻的接片之间的相应的流动通道，从而始终为待压缩的介质保留了或者说提供了足够的通流横截面。在这种情况下，位于接片之间的绕组然后也由介质流予以冷却，由此电机或者说涡轮增压器的效率进一步得到改善。

优选地，接片具有流动优化的、特别是液滴形的轮廓。特别地，液滴轮廓构造在轴向伸展中，从而接片尽可能轻微地妨碍介质流。

按照本发明的一种有利的改型方案如此设置，即涡轮增压器构造为废气涡轮增压器并且另外具有带有能够转动地经支承的涡轮机叶轮的涡轮机，所述涡轮机叶轮与压缩器轮通过所述轴有效连接。废气涡轮增压器基本上是已知的。通过这里所说明的涡轮增压器的有利的构造方案进行了电动马达的集成，而无须执行在废气涡轮增压器处的大的改变，其中，废气涡轮增压器的、特别是电机的高的效率通过根据本发明的构造方案予以保证。在这种情况下，涡轮机和压缩器轮根据第一实施方式防止转动地相互连接，从而通过运行电机也驱动所述涡轮机。相应地，所述涡轮机也能够例如发电地驱动电机，以便产生电能。

根据本发明的一种尤其优选的实施方式如此设置，即压缩器轮和涡轮机叶轮通过自由轮离合器相互连接，所述自由轮离合器允许压缩器轮超过涡轮机叶轮。从而在这里如此设置，即涡轮机叶轮和压缩器轮在转动方向上并非防止转动地相互连接。特别地，通过自由轮离合器使得压缩器轮不依赖于涡轮机叶轮地能够被电机驱动。由此在电的驱动驱动装置的情况中，作用到电机上的负载减少。特别地，惯性负载通过自由轮离合器减少了约三分之二，因为仅还必须加速一般来说明显更轻的压缩器轮，而却不是重的或者说迟钝的涡轮机叶轮。由此也获得了废气涡轮增压器的相比已知的解决方案改善的动态的响应特性。

接下来本发明应该依据附图具体地予以解释。图示：

图1是废气涡轮增压器的纵截面展示，

图2是以横截面展示的废气涡轮增压器的第一实施例，并且

图3是以横截面展示的废气涡轮增压器的第二实施例。

图1以简化的纵截面展示示出了废气涡轮增压器1，所述废气涡轮增压器具有压缩器2和涡轮机3，所述压缩器和涡轮机相互有效连接。压缩器2具有压缩器轮4，所述压缩器轮防止转动地布置在轴5上。轴5能够转动地支承在废气涡轮增压器1的多件式的壳6中。在轴5的配设给压缩器轮5的自由的轴端部上布置有转子7，所述转子承载了一个或者多个永磁体（在此未单独地示出）。所述转子配设有定子8，所述定子布置在管区段9处，所述管区段形成了压缩器输入端10。转子7和定子8共同形成了电机11，所述电机布置在管区段9内或者说阀进入端10内，并且特别地用于驱动所述轴5并且因此用于驱动所述压缩器轮4。在这种情况下，电机11构造为介质缝隙机器，所述介质缝隙机器的特征在于，在转子9和定子8之间存在用于待压缩的介质的环形的穿流缝隙。定子8的内直径因此大于转子7的外直径。待压缩的介质因此流动通过电机11至压缩器轮4，所述介质通过压缩器输入端10根据箭头12流入。

轴5通过自由轮离合器13（在此仅简化地展示该自由轮离合器）在压缩器轮4的对置所述转子7的侧部上与涡轮机轴14耦合，所述涡轮机轴承载了涡轮机3的涡轮机叶轮15。自由轮离合器13这样地构造，即所述自由轮离合器允许通过电机11不依赖于涡轮机叶轮15驱动压缩器轮4。因此通过自由轮离合器13可能的是，压缩器轮4超过涡轮机叶轮15或者说以比涡轮机叶轮15更高的转速运行。只要压缩器轮4惯性运行或者由电机驱动，则其运动与涡轮机叶轮15的运动分离，因此涡轮机叶轮15的惯性矩同样地得到脱开并且由此能够获得明显提高的电机11的角加速度。

电机11在定子8处具有多个在定子8的周部上均匀分布地布置的接片16，所述接片轴向地（参照轴5的轴向伸展）在定子内侧上或者说径向地向内突出地延伸。在相邻的接片16之间因此形成了多个自由空间，所述自由空间表现为流动通道17，所述流动通道相应于接片的轴向伸展也轴向地延伸。

图2就此以转子7和定子8的横截面展示展示了废气涡轮增压器1的电机11的第一实施例，其具有被绘进的磁场特征线。根据这个实施例设置了多个接片16，为清楚起见所述接片中当前仅仅一些配有附图标记。在每两个相邻的接片16之间各自构造了已经提及的流动通道17之一。接片16径向地与转子7间隔地终止，由此在转子7和定子8之间得到缝隙S，所述缝隙能够额外于直向着所述转子7边缘开放的流动通道17由待压缩的介质能够穿流。

图3同样地以横截面展示示出了电机11的第二实施例，所述实施例与前述的实施例有以下区别，即接片16的数量被选择得少很多，其中，保留的接片16为此具有至转子7的小很多的径向的间隔或者说缝隙。接片16由此径向地继续向内向着转子7的方向伸进所述管区段9中。两个实施例有以下共同点，即用于待压缩的介质特别是新鲜空气的自由的通流横截面是等同的。

在此所介绍的废气涡轮增压器1具有以下优点，即相比已知的解决方案，在始终相同的功率下需要更少的电流消耗用于运行电机11。通过集成接片16也或者特别由铁磁性的材料例如发电机钢片制成的定子齿，定子磁场比目前为止传导得好很多。压缩器2的吸取空气（在可能的情况下由于废气再循环而具有废气份额）在接片16之间流动，由此定子8另外得到非常好地冷却。为了减少流动损失并且在可能的情况下改善压缩器泵特性，所述接片优选地在空气动力方面被构造轮廓并且特别地配有液滴形。优选地，接片16也在其铁横截面方面予以优化（铁横截面与空气横截面的比例）。通过接片16，降低了在转子7和定子8之间有效的气隙，由此转子7处的所述一个或多个永磁体以及必要的定子通量减小或者说降低，就此提高了电机11的效率。自由轮离合器13减载所述电机11，因为这个自由轮离合器仅还须要驱动在比较中更轻的压缩器轮4，而不必驱动重的和因此更迟钝的涡轮机叶轮15。由此利用机动车的特别有限的车载电网能量获得了能够电运行的废气涡轮增压器1的明显改善的动态的响应特性，所述机动车配有相应的废气涡轮增压器。

利用相比于已知的解决方案相同的磁体装备/磁体功率，磁通通过所建议的解决方案在气隙中依赖于几何特征地提高了约30%至约300%。然后，对功率相同的电机11来说，需要以同样的因数减少的磁的通量，也就是说相应于电磁的设计方案，必要的绕组数、马达长度和/或电流强度得到减少。因此也提高了效率和机器利用系数（功率比马达容积）。

接片16的形状，特别是在横截面内看，如今能够以层状的电工钢片三维地实施，特别地能够在空气动力方面优化或者说仅在待压缩的空气中引发小的流动损失。通过空气动力方面形成的接片16，压缩器2的所谓的气动的泵极限在更大的压力时直向着更小的空气流动进行移动，由此压缩器2变得更高功率，并且也使得在无占用空间的几何特征改变的情况下的更高的工作点成为可能。待压缩的介质或者说空气会流动通过电机11的缝隙并且在这种情况下既冷却转子也冷却定子。径向向内突起的或者说突出的接片16或者说定子齿还作为用于定子8的冷却体起作用，从而定子8的损耗热量还能够更好地引导至待压缩的空气处。

此外也能够考虑的是将定子绕组设置在接片16的区域内，所述接片然而仅仅部分地填充所述通流通道17，从而此外也保证了电机11的穿流具有尽可能大的通流横截面。由于在接片16的区域内设置了一个或者多个绕组，则也对所述接片进行冷却，并且电机11的特性得到进一步优化。此外，磁的分散降低，因为电的和永久激励的通量在空间上更紧密地排列，并且在这种情况下，通量的更小的份额不与转子7和定子8耦合。

总体来说，废气涡轮增压器1因此能够与以下的废气涡轮增压器比较，该废气涡轮增压器具有额外的能够电驱动的附加压缩器。通过所说明的构造方案实现了压缩器级的能够比较的动态，其中，通过将电机11集成到压缩器2中，能够一同使用废气涡轮增压器1的既存的构件，特别是在支承部、壳、管路和冷却方面。对于电机11必要的电子装置能够柔性地或者说以简单的方式和方法安设、特别是法兰连接在废气涡轮增压器1的壳6处，或者对此就近布置，以便不产生过大的单个组件。

废气涡轮增压器1特别适合于用在机动车中，所述机动车具有内燃机作为驱动设备。

Claims (6)

1.涡轮增压器（1），该涡轮增压器具有压缩器（2），所述压缩器具有被布置在能够转动地经支承的轴（5）上的压缩器轮（4），其中，在轴向的压缩器输入端（10）的管区段（9）内布置有电机（11），所述电机具有布置在轴（5）上的转子（7）和布置在管区段（9）处的定子（8），其特征在于，定子（8）具有多个在周部上分布地布置的并且至少基本上轴向延伸的向内突出的接片（16），所述接片相互间隔地被布置用于形成至少基本上轴向延伸的流动通道（17），其中，所述接片（16）具有流动优化的液滴形的轮廓，并且所述液滴形的轮廓轴向伸展地构造，其中，所述定子（8）在所述接片（16）的区域内设有至少一个绕组，所述绕组仅仅部分地填充相应的流动通道（17）。

2.按照权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述接片（16）均匀地分布地布置在周部上。

3.按前述权利要求中任一项所述的涡轮增压器，其特征在于，至少所述定子（8）的接片（16）由铁磁性的材料制造。

4.按权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，涡轮增压器（1）构造为废气涡轮增压器并且具有带有能够转动地经支承的涡轮机叶轮（15）的涡轮机（3），所述涡轮机叶轮通过轴（5）与压缩器轮（4）有效连接。

5.按权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，压缩器轮（4）和涡轮机叶轮（15）通过自由轮离合器（13）相互有效连接，所述自由轮离合器允许压缩器轮（4）超过涡轮机叶轮（15）。

6.按权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述涡轮增压器（1）用于机动车。