CN108884756A - 带转子冷却功能的充电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的带转子冷却功能的充电装置，该充电装置具有轴、安装在轴上的压缩机叶轮、定子壳体以及定子，其中定子布置在定子壳体中。充电装置另外包括转子和第一风扇装置，该转子布置成可旋转地固定在轴上，其中该转子被定子包围，其中该第一风扇装置布置成与轴共同旋转以便在定子壳体中产生循环气流用于冷却转子。

Description

带转子冷却功能的充电装置
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的带转子冷却功能的充电装置。
背景技术
越来越多的新一代车辆配备有充电装置。为了实现目标要求和法律要求，必须促进整个传动系的发展，并且在可靠性和效率方面优化单独的部件以及整个系统。
已知的示例包括例如排气涡轮增压器，其中涡轮叶轮由内燃机的排气流驱动。与涡轮叶轮一起布置在公共轴上的压缩机叶轮压缩发动机的新鲜进气。以此方式，增加了可用于发动机燃烧的空气或氧气的量，这进而导致内燃机的性能提高。排气涡轮增压器的缺点在于它们的转速或性能取决于排气流量，因此取决于发动机负载。特别是在低发动机转速下，这可能对排气涡轮增压器的有效性和效率产生负面影响。
电动涡轮增压器(也称为eBooster)呈现了排气涡轮增压器的替代方案。在这些涡轮增压器中，其上布置有压缩机叶轮的轴不是由来自发动机的排气流或经由涡轮叶轮驱动，而是由驱动该轴的电动机驱动。为此目的，转子布置在轴上，定子围绕转子。轴、转子以及定子被定子壳体包围。在高负载下和性能峰值期间，这些部件会大幅升温。为了防止涡轮增压器中的温度过高，已知提供冷却管道以冷却定子壳体中的定子，通过该冷却管道供应冷却剂。然而，在这些涡轮增压器中，在未冷却的转子的区域中仍然出现非常高的温度。这限制了需求峰值期间的性能。这同样适用于电动或电气支持的充电装置，如由排气涡轮增压器和电动涡轮增压器制成的混合动力形式的装置，其中压缩机叶轮既可以通过排气流经由涡轮叶轮也可以经由电动机来驱动，该电动机布置在轴上，最通常布置在涡轮叶轮与压缩机叶轮之间。
因此，本发明的目的是提供一种用于内燃机的能够冷却转子的充电装置。
发明内容
本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于内燃机的充电装置。
根据本发明的充电装置具有轴、安装在轴上的压缩机叶轮、定子壳体以及定子，其中定子布置在定子壳体中。充电装置另外包括转子和第一风扇装置，该转子布置成可旋转地固定在轴上，其中该转子被定子包围，其中该第一风扇装置布置成与轴共同旋转以便产生在定子壳体中循环的气流用于冷却转子。以此方式，由于冷却气流被风扇装置引导经过转子，因此能够实现更长的增压阶段，因为转子产生的热量被更好地排出，因此可以防止充电装置的过热。因此，转子和其磁体的热负载通常较低。特别是在需求峰值期间，根据本发明的充电装置比没有转子冷却功能的常规充电装置/电动涡轮增压器提供更高的效率。循环气流还可以另外从轴的轴承的轴承座排出热量，特别是从再冷却的气流所流经的轴承的轴承座排出热量。轴承也通过轴承座周围的流动间接冷却。
在实施例中，气流可以在轴向方向上沿着转子被引导在转子与定子之间。特别地，气流可以沿着转子在压缩机叶轮的方向上被引导。
在可与所有先前描述的实施例组合的实施例中，气流可以在轴向方向上被引回定子与定子壳体之间和/或被引导通过定子壳体。因此，气流在转子与定子之间循环的同时吸收热量，然后在定子壳体处排出热量。
在可与所有先前描述的实施例组合的实施例中，可以在定子壳体上和/或定子壳体中设置至少一个管道，通过该管道引导气流。至少一个管道可以被配置为凹槽和/或孔。特别地，可以设置至少3个管道，优选地至少5个管道，非常优选地至少8个管道。可选地，管道可以布置成在圆周方向上均匀地分布。此外，可以在管道的区域中设置凹部、突起等，其用于增大表面以改进循环空气与定子壳体之间的热交换。
在可与所有先前描述的实施例组合的实施例中，定子壳体可以被流体冷却，特别是被水冷却。通过流体冷却有效地冷却定子。为此目的，定子壳体可以包括流体入口、流体出口以及流体管道。流体冷却还具有冷却转子的优点。由于可用的流体冷却，沿定子壳体引导或引导通过定子壳体的气流可以将更多的热量排放到定子壳体。这使得能够通过在定子壳体的封闭空间内循环的气流连续冷却转子和轴承座/轴承。因此，气流通过流经转子而被加热，由此转子本身被冷却。随后，气流通过流经流体冷却的定子壳体而再次冷却。然后，再冷却的空气可以被引导经过轴的远侧(相对于压缩机叶轮)轴承的轴承座，并且沿着转子被引导以便冷却转子。
在可与所有先前描述的实施例组合的实施例中，转子可以包括磁体以及第一和第二盖盘，其中磁体布置在第一盖盘与第二盖盘之间。转子可以另外包括套筒，其中套筒在轴向方向上延伸并且径向向外地包围磁体。套筒可以在其径向向外的外表面上被粗糙化和/或具有增大表面积的结构。该结构可以由凹槽、突起和/或齿形成。粗糙表面或增大表面积的结构使得能够通过循环气流更好地从转子传递热量。
在可与所有先前描述的实施例组合的实施例中，可以设置第二风扇装置，其中当从压缩机叶轮观察时，第一风扇装置布置在转子的远端的区域中，并且第二风扇装置可以布置在所述转子的近端的区域中。
在实施例中，第一风扇装置和第一盖盘可以被配置为整体部件，并且在存在的情况下，第二风扇装置和第二盖盘也可以被配置为整体部件。替代地，第一风扇装置可以是单独部件并且紧固在轴上；可选地，在存在的情况下，第二风扇装置可以是单独部件并且紧固在轴上。第一风扇装置和可选的(如果存在的话)第二风扇装置可以胶合到轴上，压靠在轴上，收缩到轴上，或者旋拧到轴上。
在可与所有先前描述的实施例组合的实施例中，第一风扇装置和可选的(如果存在的话)第二风扇装置可以至少部分地由塑料材料和/或金属、特别是轻质金属制成。重量尽可能最低的风扇装置的实施例具有如下优点：可以防止由风扇装置引起的力作用，因此防止轴上的不平衡和转矩。
在可与所有先前描述的实施例组合的实施例中，第一风扇装置和可选的(如果存在的话)第二风扇装置可以包括多个叶片，该多个叶片布置在圆周方向上以便在风扇装置与轴共同旋转时产生气流。
在可与所有先前描述的实施例组合的实施例中，可以设置至少一个第一隔热罩，其中隔热罩可以布置在轴上并且被设计为保护轴的第一轴承免受热量和气流的影响。第一隔热罩可以布置在第一轴承与相对于压缩机叶轮的转子的近端之间。另外，可以设置第二隔热罩，其中第二隔热罩可以布置在相对于压缩机叶轮的转子的远端与轴的第二轴承之间。第一隔热罩可以包括用于引导气流的第一引导装置，特别是其中第一引导装置可以适于径向向外引导气流。第二隔热罩可以包括第二引导装置以便引导气流，特别是其中第二引导装置可以适于在转子的方向上引导气流。引导装置是有利的，因为它们可以有助于传送均匀循环的气流。
附图说明
图1示出了根据本发明的充电装置的一个实施例的剖视图。
具体实施方式
在下文中，通过附图描述了根据本发明的带转子冷却功能的充电装置的实施例。
图1示出了根据本发明的电动涡轮增压器或电动涡轮增压器10的形式的充电装置的实施例的示例。充电装置10具有轴100、安装在轴100上的压缩机叶轮600、定子壳体200以及定子300。充电装置10另外包括转子400，该转子布置成可旋转地固定在轴100上。在图1中可以看出，转子400被定子300包围，并且定子300和转子400都布置在定子壳体200内。图1的实施例进一步示出了第一风扇装置500，其中第一风扇装置布置成与轴100共同旋转。在图1的示例中，第一风扇装置500被配置为安装在轴100上的单独部件。关于此以及关于风扇装置500的配置的替代方案的附加细节在本文中稍后呈现。风扇装置500经由与轴100的共同旋转产生循环气流以用于在充电装置10的操作期间冷却定子壳体200中的转子400。因为冷却气流由风扇装置500供应经过转子300，所以转子由于改进的热排放而连续冷却并且更缓慢地升温，因此可以实现更长的增压阶段。转子400和其磁体产生通常较低的热负载。与没有冷却转子400的常规充电装置/电动涡轮增压器相比，根据本发明的充电装置10特别是在需求峰值期间提供了更高的性能。循环气流可以另外从轴100的轴承700、710的轴承座排出热量，特别是在再冷却的气流所流经的轴承710的轴承座处排出热量。轴承本身也通过经过轴承座的流动间接冷却。
气流(气流的各部分在图1中用虚线箭头指示)由此优选地在轴向方向上沿着转子400在转子400与定子300之间(在转子400的整个圆周上)和在压缩机叶轮600的方向上流动。在转子400的端部的区域中以及在轴100的轴承700之前的区域中，然后径向向外(同样地在整个圆周上)引导气流，以便将气流在轴向方向引回定子300与定子壳体200之间/或引导通过定子壳体200。因此，气流在转子与定子之间的循环期间吸收热量，并且在定子壳体处再次排出热量。
为了将气流引回，可以在定子壳体200上和/或在定子壳体中设置管道，通过该管道引导气流(图1中未示出)。特别地，可以设置至少3个管道，优选地至少5个管道，非常优选地至少8个管道。管道可以被配置为例如凹槽和/或孔。管道可以布置成在圆周方向上均匀地分布。同样未在图1中示出，凹部、突起等可以设置在管道的区域中并且用于增大表面。以此方式，可以进一步改进循环空气与定子壳体之间的热交换。
如果定子壳体200被流体冷却，则当循环气流流经或流过定子壳体200时，对它的冷却特别有效。特别地，定子壳体200可以例如被水冷却。通过流体冷却有效地冷却定子200。为此，定子壳体200可以包括流体入口、流体出口以及流体管道。在图1中，流体管道描绘在图下部的定子壳体200中。冷却剂经由流体入口供应到流体管道。流体管道本身在定子壳体中在圆周方向上延伸。冷却剂再次通过流体出口排出，使得在流体管道中产生连续的冷却剂流，由此保证对定子壳体200和定子300的连续冷却。流体冷却还具有冷却转子400的优点。与没有流体冷却功能的定子壳体200的情况相比，沿着定子壳体200引导或引导通过该定子壳体的气流通过可用的流体冷却更强烈地冷却，因为气流可以将更多的热量排放到定子壳体200。由于在定子壳体200的封闭空间内的循环气流动，这使得转子400和轴承座/轴承能够有效且连续地冷却。由此，气流在流经转子400的同时加热，由此转子400被冷却。随后，气流通过流过流体冷却的定子壳体200而再次冷却。然后，再冷却的空气再次被引导经过相对于压缩机叶轮600的轴100的远侧轴承710的轴承座，并且沿着转子400，以便冷却该转子。
在图1中可以看出，转子400具有磁体410以及第一盖盘420和第二盖盘422，其中磁体410布置在第一盖盘420与第二盖盘422之间。在图1的实施例中，转子400另外具有套筒430，其中套筒430在轴向方向上延伸并且径向向外地包围磁体410。套筒430可以在其径向向外的外表面432(图1中未示出)上粗糙化。替代地或另外，外表面432可以具有增大表面积的结构。该结构可以由例如凹槽、突起和/或齿形成。粗糙表面或增大表面积的结构使得能够通过循环气流更好地从转子400传递热量。在没有为转子400设置套筒430的情况下，粗糙表面或增大表面积的结构也可以直接设置在转子400的径向外表面上，例如在磁体本身的外表面上。
在充电装置的一个实施例的替代方案中，除了第一风扇装置500之外还设置第二风扇装置。然后，当从压缩机叶轮600观察时(例如，如图1的实施例中所示)，第一风扇装置500布置在转子400的远端的区域中。然后，第二风扇装置可以布置在例如转子400的近端的区域中。相对于压缩机叶轮600的转子400的近端是转子400的更靠近压缩机叶轮600布置的端部。相应地，转子400的远端是转子400的远离压缩机叶轮定位的端部。
在图1中描绘了如下实施例：第一风扇装置500被配置为固定到轴100上的单独部件。如果设置第二风扇装置，则这同样可以被设置为固定在轴100上的单独部件。第一风扇装置500和可选的(如果存在的话)第二风扇装置可以例如胶合到轴100上，压靠在轴100上，收缩在轴100上，或者旋拧到轴100上。作为单独配置的替代方案，第一风扇装置500和第一盖盘420可以被配置为整体部件。这类似地适用于第二风扇装置(如果存在的话)和第二盖盘422，它们同样可以被配置为整体部件。
第一风扇装置500和可选的(如果存在的话)第二风扇装置可以至少部分地由塑料材料和/或金属、特别是轻质金属(例如铝或镁)制成。重量尽可能最低的风扇装置的实施例具有如下优点：可以防止通过风扇装置引起的力作用，因此防止轴100上的不平衡和转矩。
对于风扇装置的所有配置，无论是作为单独部件还是与盖盘420、422成整体，第一风扇装置500和可选的(如果存在的话)第二风扇装置可以包括布置在圆周方向上的多个叶片。叶片510在图1中被指示用于充电装置10的风扇装置500。当风扇装置500或多个风扇装置与轴100共同旋转时，叶片510产生气流或增加气流。
图1中描绘的实施例另外具有第一隔热罩600和第二隔热罩610，其中隔热罩600、610布置在轴100上。替代地，可以仅设置一个隔热罩或不设置隔热罩。隔热罩600、610适于保护轴100的第一轴承700和第二轴承710免受热量和气流的影响。在图1中可以看出，第一隔热罩600布置在第一轴承700与相对于压缩机叶轮600的转子400的近端之间。第二隔热罩610布置在相对于压缩机600的转子400的远端与轴100的第二轴承710之间。第一隔热罩600可以另外包括用于引导气流的引导装置。特别地，第一引导装置可以适于径向向外引导气流。第二隔热罩610可以包括用于引导气流的第二引导装置。第二引导装置可以适于在转子400的方向上引导气流(引导装置未在图1中示出)。引导装置是有利的，因为它们可以有助于传送均匀循环的气流。
虽然上面已经描述了本发明并且在所附权利要求中限定了本发明，但是应当理解的是，本发明也可以替代地根据以下实施例来限定：
1.一种用于内燃机的充电装置(10)，其包括：
轴(100)；
压缩机叶轮(600)，其安装在所述轴(100)上；
定子壳体(200)；
定子(300)，其中所述定子(300)布置在所述定子壳体(200)中；
转子(400)，其布置成能够旋转地固定在所述轴(100)上，其中所述转子(400)被所述定子(300)包围，
其特征在于第一风扇装置(500)，其中所述第一风扇装置(500)布置成与所述轴(100)共同旋转以便在所述定子壳体(200)中产生循环气流用于冷却所述转子(400)。
2.根据实施例1所述的充电装置，其特征在于，所述气流在轴向方向上沿着所述转子(400)被引导在所述转子(400)与所述定子(300)之间，可选地其中沿着所述转子(400)在所述压缩机叶轮(600)的方向上引导所述气流。
3.根据实施例1或实施例2所述的充电装置，其特征在于，所述气流在所述轴向方向上被引回所述定子(300)与所述定子壳体(200)之间和/或被引导通过所述定子壳体(200)。
4.根据前述实施例中任一项所述的充电装置，其特征在于，在所述定子壳体(200)上和/或所述定子壳体中设置至少一个管道，通过所述管道引导所述气流。
5.根据实施例4所述的充电装置，其特征在于，所述至少一个管道被配置为凹槽和/或孔。
6.根据实施例4或实施例5所述的充电装置，其特征在于，设置至少3个管道，优选地至少5个管道，非常优选地至少8个管道，可选地其中所述管道布置成在圆周方向上均匀地分布。
7.根据前述实施例中任一项所述的充电装置，其特征在于，所述定子壳体(200)被流体冷却，特别是被水冷。
8.根据实施例7所述的充电装置，其特征在于，所述定子壳体(200)具有流体入口、流体出口以及流体管道。
9.根据前述实施例中任一项所述的充电装置，其特征在于，所述转子(400)包括磁体(410)以及第一和第二盖盘(420、422)，其中所述磁体(410)布置在所述第一盖盘(420)与所述第二盖盘(422)之间。
10.根据实施例9所述的充电装置，其特征在于，所述转子(400)包括套筒(430)，其中所述套筒(430)在所述轴向方向上延伸并且径向向外地包围所述磁体(410)
11.根据实施例10所述的充电装置，其特征在于，所述套筒(430)在其径向向外的外表面(432)上被粗糙化和/或具有增大表面积的结构。
12.根据实施例11所述的充电装置，其特征在于，所述结构由凹槽、突起和/或齿形成。
13.根据前述实施例中任一项所述的充电装置，其特征在于，设置第二风扇装置，其中当从所述压缩机叶轮(600)观察时，所述第一风扇装置(500)布置在所述转子(400)的远端的区域中，并且所述第二风扇装置布置在所述转子(400)的近端的区域中。
14.根据实施例9到13中任一项所述的充电装置，其特征在于，所述第一风扇装置(500)和所述第一盖盘(420)被配置为整体部件，可选地在从属于实施例13的情况下，其中所述第二风扇装置和所述第二盖盘(422)被配置为整体部件。
15.根据实施例1到13中任一项所述的充电装置，其特征在于，所述第一风扇装置(500)是单独部件并且固定在所述轴(100)上，可选地在从属于实施例13的情况下，其中所述第二风扇装置是单独部件并且固定在所述轴100上。
16.根据实施例15所述的充电装置，其特征在于，所述第一风扇装置(500)以及可选地在从属于实施例13的情况下，第二风扇装置胶合在所述轴(100)上，压靠在所述轴(100)上，收缩在所述轴(100)上或者旋拧到所述轴(100)上。
17.根据前述实施例中任一项所述的充电装置，其特征在于，所述第一风扇装置(500)以及可选地在从属于实施例13的情况下，所述第二风扇装置至少部分地由塑料材料和/或金属、特别是轻质金属制成。
18.根据前述实施例中任一项所述的充电装置，其特征在于，所述第一风扇装置(500)以及可选地在从属于实施例13的情况下，所述第二风扇装置包括多个叶片(510)，所述多个叶片布置在圆周方向上以便在所述风扇装置(500)或所述多个风扇装置与所述轴(100)共同旋转时产生所述气流。
19.根据前述实施例中任一项所述的充电装置，其特征在于，设置至少一个第一隔热罩(600、610)，其中所述隔热罩(600、610)布置在所述轴(100)上并且被设计为保护所述轴(100)的第一轴承(700、710)免受热量和所述气流的影响。
20.根据实施例19所述的充电装置，其特征在于，所述第一隔热罩(600)布置在所述第一轴承(700)与相对于所述压缩机叶轮(600)的所述转子(400)的近端之间。
21.根据实施例19或实施例20所述的充电装置，其特征在于，另外设置第二隔热罩(610)，其中所述第二隔热罩(610)布置在相对于所述压缩机叶轮(600)的所述转子(400)的远端与所述轴(100)的第二轴承(710)之间。
22.根据实施例19到21中任一项所述的充电装置，其特征在于，所述第一隔热罩(600)包括用于引导所述气流的第一引导装置，特别是其中所述第一引导装置适于径向向外引导所述气流。
23.根据实施例21或实施例22所述的充电装置，其特征在于，所述第二隔热罩(610)包括用于引导所述气流的第二引导装置，特别是其中所述第二引导装置适于在所述转子(400)的方向上引导所述气流。

Claims (15)

1.一种用于内燃机的充电装置(10)，其包括：
轴(100)；
压缩机叶轮(600)，其安装在所述轴(100)上；
定子壳体(200)；
定子(300)，其中所述定子(300)布置在所述定子壳体(200)中；
转子(400)，其布置成可旋转地固定在所述轴(100)上，其中所述转子(400)被所述定子(300)包围；
其特征在于第一风扇装置(500)，其中所述第一风扇装置(500)布置成与所述轴(100)共同旋转以便产生在所述定子壳体(200)中循环的气流用于冷却所述转子(400)。
2.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述气流在轴向方向上沿着所述转子(400)被引导在转子(400)与定子(300)之间，可选地其中沿着所述转子(400)在所述压缩机叶轮(600)的方向上引导所述气流。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的充电装置，其特征在于，所述气流在所述轴向方向上被引回所述定子(300)与所述定子壳体(200)之间和/或被引导通过所述定子壳体(200)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的充电装置，其特征在于，在所述定子壳体(200)上和/或所述定子壳体中设置至少一个管道，通过所述管道引导所述气流，其中所述管道被配置为凹槽和/或孔。
5.根据权利要求4所述的充电装置，其特征在于，可以设置至少3个管道，优选地至少5个管道，非常优选地至少8个管道，可选地其中所述管道布置成在圆周方向上均匀地分布。
6.根据前述权利要求中任一项所述的充电装置，其特征在于，所述定子壳体(200)被流体冷却，特别是被水冷。
7.根据前述权利要求中任一项所述的充电装置，其特征在于，所述转子(400)包括磁体(410)以及第一和第二盖盘(420、422)，其中所述磁体(410)布置在所述第一盖盘(420)与所述第二盖盘(422)之间，并且可选地其中所述转子(400)包括套筒(430)，其中所述套筒(430)在所述径向方向上延伸并且径向向外地包围所述磁体(410)。
8.根据权利要求7所述的充电装置，其特征在于，所述套筒(430)在其径向向外的外表面(432)上被粗糙化和/或具有增大表面积的结构；特别是其中所述结构由凹槽、突起和/或齿形成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的充电装置，其特征在于，设置第二风扇装置，其中当从所述压缩机叶轮(600)观察时，所述第一风扇装置(500)布置在所述转子(400)的远端的区域中，并且所述第二风扇装置布置在所述转子(400)的近端的区域中。
10.根据权利要求7到9中任一项所述的充电装置，其特征在于，所述第一风扇装置(500)和所述第一盖盘(420)可以被配置为整体部件，可选地在从属于权利要求9的情况下，其中所述第二风扇装置和所述第二盖盘(422)被配置为整体部件。
11.根据权利要求1到9中任一项所述的充电装置，其特征在于，所述第一风扇装置(500)是单独部件并且固定在所述轴(100)上，可选地在从属于权利要求9的情况下，其中所述第二风扇装置是单独部件并且固定在所述轴100上。
12.根据前述权利要求中任一项所述的充电装置，其特征在于，所述第一风扇装置(500)以及可选地在从属于权利要求9的情况下，所述第二风扇装置包括多个叶片(510)，所述多个叶片布置在圆周方向上以便在所述风扇装置(500)或所述多个风扇装置与所述轴(100)共同旋转时产生所述气流。
13.根据前述权利要求中任一项所述的充电装置，其特征在于，设置至少一个第一隔热罩(600、610)，其中所述隔热罩(600、610)布置在所述轴(100)上并且被设计为保护所述轴(100)的第一轴承(700、710)免受热量和所述气流的影响，特别是其中所述第一隔热罩(600)布置在所述第一轴承(700)与相对于所述压缩机叶轮(600)的所述转子(400)的近端之间。
14.根据权利要求13所述的充电装置，其特征在于，另外设置第二隔热罩(610)，其中所述第二隔热罩(610)布置在相对于所述压缩机叶轮(600)的所述转子(400)的远端与所述轴(100)的第二轴承(710)之间。
15.根据权利要求13或权利要求14所述的充电装置，其特征在于，所述第一隔热罩(600)包括用于引导所述气流的第一引导装置，特别是其中所述第一引导装置适于径向向外引导所述气流，并且可选地在从属于权利要求14的情况下，其中所述第二隔热罩(610)包括用于引导所述气流的第二引导装置，特别是其中所述第二引导装置适于在所述转子(400)的方向上引导所述气流。
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