CN109139141B - 用于结合电动马达的涡轮增压器的轴承壳体区段连结方法 - Google Patents

用于结合电动马达的涡轮增压器的轴承壳体区段连结方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种用于涡轮增压器(10)的轴承壳体(12)，其包括一个缝(60)，该缝限定了一个第一轴承壳体区段(62)和一个第二轴承壳体区段(64)。至少一个用于在该轴承壳体(12)内传输流体的通道(74，84)穿过该缝(60)使得该通道(74，84)在该第一轴承壳体区段(62)与该第二轴承壳体区段(64)内延伸。一个具有空心内部的定位销(82，92)被插入该通道(74，84)中以便与该第一轴承壳体区段和第二轴承壳体区段(62，64)对准并且允许流体流动通过该通道(74，84)。本申请还公开了一种包括电动马达的涡轮增压器。

Description

用于结合电动马达的涡轮增压器的轴承壳体区段连结方法
本分案申请是基于申请号为201380057747.4(其国际申请号为PCT/US2013/068239)、申请日为2013年11月4日、发明名称为“用于结合电动马达的涡轮增压器的轴承壳体区段连结方法”的中国专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年11月12日提交的且题为“用于结合电动马达的涡轮增压器的轴承壳体区段连结方法”(“Method For JoiningBearing Housing Segments Of ATurbocharger Incorporating anElectric Motor”)的美国临时申请号61/725,165的优先权及所有权益。
技术领域
本发明涉及一种用于结合电动马达的涡轮增压器的轴承壳体。更具体而言，本发明涉及一种用于结合电动马达的涡轮增压器的轴承壳体区段连结方法。
背景技术
涡轮增压器是一种与内燃发动机一起使用的强制进气系统。涡轮增压器将压缩的空气传送到发动机进气端从而允许燃烧更多的燃料，因此增加了发动机的功率密度而没有明显地增加发动机的重量。因此，涡轮增压器允许使用较小的发动机而形成与较大的、正常吸气的发动机相同量的功率。在车辆中使用较小发动机具有减小车辆质量、提高性能并且增强燃料经济性的所希望效果。此外，使用涡轮增压器允许被递送至发动机的燃料的完全燃烧，这有助于实现排放物减少这一高度希望的目标。
涡轮增压器包括连接至发动机的排气歧管上的一个涡轮机壳体、连接至发动机的进气歧管上的一个压缩机壳体、以及将涡轮机壳体与压缩机壳体连接到一起的一个轴承壳体。涡轮机壳体内的一个涡轮机叶轮是由从该排气歧管供应的排气进气流可旋转地驱动的。一个轴可旋转地支撑在该轴承壳体内并且将该涡轮机叶轮联接到该压缩机壳体内的一个压缩机叶轮上，这样使得该涡轮机叶轮的旋转引起该压缩机叶轮的旋转。将该涡轮机叶轮与该压缩机叶轮相连接的轴限定了一条旋转轴线。当该压缩机叶轮旋转时，它将进入该压缩机壳体中的周围空气压缩，由此增大经由发动机进气歧管被递送至发动机汽缸的空气质量流速、空气流密度和空气压力。
在低发动机速度下，排气以较低的压力被供应到该涡轮机叶轮上，从而致使该涡轮机叶轮和该压缩机叶轮较慢地旋转，从而导致进入该压缩机壳体的空气被压缩的程度更小，这导致了所谓的“涡流滞后”。为了最小化涡流滞后并且提高涡轮增压器的效率并且因此提高发动机效率，已知的是将一个电动马达结合在该涡轮增压器之中。此类型的涡轮增压器通常被称作电动涡轮复合技术机器或电辅助涡轮增压器。该电动马达在低发动机速度下被通电以将额外力矩赋予该涡轮增压器的轴，这致使该涡轮机叶轮和压缩机叶轮更快地旋转，与以其他方式通过非电辅助涡轮增压器所递送的相比增加了递送到发动机的空气质量流速。该电动马达还可以被用作一个发电机，该发电机将轴的功(即轴的旋转)转变为电能。由该发电机产生的电能可以被用来运行辅助电气部件或者被用来增加发动机功率。
被结合在涡轮增压器中的电动马达的一个实例是一个开关磁阻马达(SRM)。SRM的操作原理简单、众所周知并且是基于磁阻转矩。SRM具有带有多个集中绕组的一个定子和不带有绕组的一个转子。在一个典型的电辅助涡轮增压器中，SRM是位于在该轴承壳体中限定的一个马达腔中。该转子被整合到或安装在该轴上并且通常被定位在一副轴轴承之间。该定子环绕该转子并且被紧固在该轴承壳体内。典型的SRM可以具有六个定子磁极和四个转子磁极，表示为“6/4SRM”。6/4SRM具有三个相位，每个相位由位于相反的定子磁极上的两个绕组组成。一个相位中的绕组是同时被供电的并且产生一个磁通量。由这些绕组产生的磁通量遵循最小磁阻路径，这意味着该通量将流动穿过最靠近这些受激定子磁极的这些转子磁极，由此将这些转子磁极磁化并且致使该转子本身与这些受激定子磁极对齐。电磁转矩是通过这些转子磁极与这些受激定子磁极对齐的倾向而产生的。当该转子转动时，将连续地激励多个不同相位以保持该转子转动。对用作发电机而言，这些相位是在这些定子磁极和转子磁极分开时、而不是在它们接近时受激。
为了将SRM结合在该涡轮增压器中，有必要将该转子和定子组装到该轴承壳体中。然而典型的轴承壳体包括涡轮机侧孔和压缩机侧孔，该轴被插入穿过这些孔，这类孔通常不足以大到将转子和定子插入该轴承壳体之中。如此，必须修改该轴承壳体以便将转子和定子插入并且组装到该轴承壳体中。
因此，令人希望的是提供一种对开式滑动轴承壳体，该轴承壳体被分离成两个轴承壳体区段以便将该转子和定子插入并且组装到该轴承壳体之中。进一步令人希望的是提供一种对准并且使这些轴承壳体区段相对彼此保持一个角度取向的方法。
发明概述
根据本发明的一个方面，涡轮增压器包括一个容纳在轴承壳体内的电动马达。该轴承壳体被分离成一个第一轴承壳体区段和一个第二轴承壳体区段。至少一个用于在该轴承壳体内传输流体的通道穿过该缝，使得该通道的一个第一部分在该第一轴承壳体区段内延伸并且该通道的一个第二部分在该第二轴承壳体区段内延伸。一个具有空心内部的定位销被插入该通道中，使得该定位销的一个第一部分被布置在该通道的第一部分中并且该定位销的一个第二部分被布置在该通道的第二部分中。该定位销对准该第一轴承壳体区段和第二轴承壳体区段并且允许流体穿过该通道从一个轴承壳体区段流动到另一个轴承壳体区段。
附图说明
本发明的优点将是容易了解的，因为这些优点通过参照以下详细说明在结合附图考虑时将变得更好理解，在附图中：
图1是一个根据本发明的涡轮增压器的截面视图，该涡轮增压器包括一个容纳在轴承壳体内的电动马达，该轴承壳体被分离成第一轴承壳体区段和第二轴承壳体区段；
图2是一个没有电动马达的轴承壳体的截面视图；并且
图3是该轴承壳体的一个截面视图，展示出了处于拆卸状态的第一轴承壳体区段和第二轴承壳体区段。
具体实施方式
参见附图，图1展示了总体上为10的一个涡轮增压器的一部分。涡轮增压器10包括一个轴承壳体12，该轴承壳体联接在一个涡轮机级与一个压缩机级之间。该涡轮机级包括一个布置在涡轮机壳体(未示出)内的涡轮机叶轮14并且该压缩机级包括一个布置在压缩机壳体(未示出)内的压缩机叶轮16。涡轮机叶轮14是由从发动机的排气歧管供应的排气进气流可旋转地驱动的。在驱动了涡轮机叶轮14之后，排气从涡轮机壳体中通过一个中央出口管或出口导流器被排出。一个轴18被可旋转地支撑在该轴承壳体12内并且将该涡轮机叶轮14连接到该压缩机叶轮16上，这样使得该涡轮机叶轮14的旋转引起该压缩机叶轮16的旋转。将该涡轮机叶轮14与该压缩机叶轮16相连接的轴18限定了一条旋转轴线R1。当该压缩机叶轮16旋转时，空气通过入口通道被抽入该压缩机壳体中并且被压缩以便以升高的压力递送至一个发动机进气歧管中。
该轴18通过第一轴颈轴承和第二轴颈轴承20、22被可旋转地支撑在该轴承壳体12中，这两个轴颈轴承在轴向方向上是间隔开的。涡轮机叶轮14典型地被对焊至该轴18的一端上、直接与该轴18的一个扩大的肩台部分24邻接。该轴18的相反一端具有一个直径减小的部分26，该压缩机叶轮16安装在该部分上。
油循环穿过该轴承壳体12来向该第一轴颈轴承和第二轴颈轴承20、22提供润滑并且去除从该涡轮机级散发的热量。在该涡轮机侧，当该轴18旋转时，离开该第一轴颈轴承20的油被该肩台部分24拾取并且被向外导向到第一排油口32，该第一排油口通向一个排油腔34。在该压缩机侧，当该轴18旋转时，离开该第二轴颈轴承22的油被一个抛油环套筒36拾取并且被向外导向到第二排油口38，该第二排油口通向该排油腔34。
一个电动马达，总体以38示出，被结合在该涡轮增压器10中。在一个实例中，该马达可以是一个开关磁阻马达(SRM)。然而应了解，在不脱离本发明范围的情况下该电动马达可以是永磁式马达或者其他类型的电动马达。该电动马达38被布置在一个限定在该轴承壳体12内的马达室40中并且在轴向方向上被布置在该第一轴颈轴承20与第二轴颈轴承22之间。该电动马达38包括一个转子42和一个定子44。转子42被安装在该轴18上并且随其旋转。转子42在轴向方向上在第一轴环46与第二轴环48之间延伸，这些轴环是固定到该轴18上的。如果该电动马达38作为电动机运行，则这些轴环46、48协助将力矩从该转子42传递到该轴18上，而如果该电动马达38作为发电机运行，则这些轴环协助将力矩从该轴18传递到该转子42上。这些轴环46、48还对应地作为该转子42与该第一轴颈轴承和第二轴颈轴承20、22之间的间隔件。定子44(在每个极上都具有集中绕组)环圆周地环绕该转子42并且以静止方式被安装在该马达室40内。
一个环形马达冷却腔50在径向方向上被限定在该定子44的外圆周与该轴承壳体12的内圆周之间。马达冷却腔50在轴向方向上在第一末端52与第二末端54之间延伸。一个O形环56邻近该马达冷却腔50的第一末端52环绕该定子44的外圆周以在该定子44与该轴承壳体12之间形成一个油密封。类似地，一个O形环58在该马达冷却腔50的第二末端54处环绕该定子44的外圆周以在该定子44与该轴承壳体12之间形成一个油密封。油经过该马达冷却腔50循环以冷却该电动马达38。
为了将该电动马达38组装到该轴承壳体12中，该轴承壳体12包括一个缝60，该缝将该轴承壳体12分离成两个区段，即第一轴承壳体区段62和第二轴承壳体区段64。该第一轴承壳体区段62包括一个面66并且该第二轴承壳体区段64包括一个面68。该第一轴承壳体区段和第二轴承壳体区段62、64的这些面66、68是总体上平行的并且当该第一轴承壳体区段和第二轴承壳体区段62、64组装在一起时这些面是处于直接抵靠接触的。此外，该第二轴承壳体区段64包括一个具有外圆周的轴环70。该轴环70在轴向方向上延伸并且从该第二轴承壳体区段64的面68伸出。当该第一轴承壳体区段和第二轴承壳体区段62、64被组装完成时，轴环70被接纳在该第一轴承壳体区段62的内圆周内并且直接与其接触。如此，该马达冷却腔50的第一末端52由该第一轴承壳体区段62限定并且该马达冷却腔50的第二末端54由该第二轴承壳体区段64的轴环70限定。
该第一轴承壳体区段和第二轴承壳体区段62、64通过一个具有环形形状的夹子72而被紧固在一起，该夹子围绕该轴承壳体12的外圆周延伸并且在轴向方向上与该缝60对齐。该夹子72通常是挠性的或是可膨胀的并且可以具有一个V形截面，该截面用于在张紧该夹子72时迫使该第一轴承壳体区段和第二轴承壳体区段62、64向彼此靠近。夹子72可以是如本领域众所周知的V形卡箍夹。在此考虑的是该第一轴承壳体区段和第二轴承壳体区段62、64可以通过多个螺栓或一些其他合适方法紧固在一起。在此进一步考虑的是具有该第一轴承壳体区段和第二轴承壳体区段62、64的轴承壳体12，如在此所披露的，可以与一个不包括电动马达的涡轮增压器一起使用而不脱离本发明的范围。
在本实施例中，在该轴承壳体12内至少形成至少一个通道以穿过该缝60传输一种液体。例如，一个油供应通道74在该第一轴承壳体区段和第二轴承壳体区段62、64内延伸并且穿过该缝60。确切而言，该油供应通道74包括在该第一轴承壳体区段62内延伸的第一供应部分76和在该第二轴承壳体区段64内延伸的第二供应部分78。该第一供应部分76包括该油供应通道74直径内的一个台阶80，在图3中最佳可见。然而，应认识到的是该台阶80可以位于该油供应通道74的第一供应部分或第二供应部分76、78中而不脱离本发明的范围。具有空心内部的第一定位销82被插入该油供应通道74中，其中该第一定位销82的第一部分被布置在该第一供应部分76中并且该第一定位销82的第二部分被布置在该第二供应部分78内。更确切而言，该第一定位销82的一端坐靠在该第一供应部分76内的台阶80上以便在轴向方向上将该第一定位销82定位在该油供应通道74内。该第一定位销82与该第一轴承壳体区段和第二轴承壳体区段62、64对准并且使该第一轴承壳体区段和第二轴承壳体区段62、64相对彼此保持一个角度取向。该第一定位销82允许油或一些其他液体通过该油供应通道74畅通无阻地从该第二轴承壳体区段64流动到该第一轴承壳体区段62中，反之亦然。
类似地，至少一个油排放通道84在该第一轴承壳体区段和第二轴承壳体区段62、64内延伸并且穿过该缝60。确切而言，该油排放通道84包括在该第一轴承壳体区段62内延伸的第一排放部分86和在该第二轴承壳体区段64内延伸的第二排放部分88。该第二排放部分88包括该油排放通道84直径内的一个台阶90，在图3中最佳可见。然而，应认识到的是该台阶90可以位于该油排放通道84的第一供应部分或第二供应部分86、88中而不脱离本发明的范围。具有空心内部的第二定位销92被插入该油排放通道84中，其中该第二定位销92的第一部分被布置在该第一排放部分86中并且该第二定位销92的第二部分被布置在该第二排放部分88内。更确切而言，该第二定位销92的一端坐靠在该第二排放部分88内的台阶90上以便在轴向方向上将该第二定位销92定位在该油排放通道84内。该第二定位销92也与该第一轴承壳体区段和第二轴承壳体区段62、64对准并且使该第一轴承壳体区段和第二轴承壳体区段62、64相对彼此保持一个角度取向。该第二定位销92允许油或一些其他液体通过该油排放通道84畅通无阻地从该第二轴承壳体区段64流动到该第一轴承壳体区段62中，反之亦然。
在此以说明性的方式描述了本发明，并且应理解的是，所使用的术语旨在本质上是描述词语而非限制词语。鉴于以上的传授内容，本发明的许多修改和变体都是可能的。因此应理解的是，在所附权利要求书的范围内，可以按照与在本说明内具体列举的不同方式来实践本发明。

Claims (15)

1.一种用于涡轮增压器(10)的轴承壳体(12)，所述轴承壳体(12)包括：
第一轴承壳体区段(62)和第二轴承壳体区段(64)，其中所述轴承壳体(12)部分地限定在轴向方向上在第一末端(52)与第二末端(54)之间延伸的马达冷却腔(50)，所述马达冷却腔(50)的所述第一末端(52)由所述第一轴承壳体区段(62)限定，所述马达冷却腔(50)的所述第二末端(54)由所述第二轴承壳体区段(64)限定，所述第一轴承壳体区段(62)和第二轴承壳体区段(64)限定缝(60)；
用于在所述轴承壳体(12)内传输液体的至少一个通道(74，84)，其中所述至少一个通道(74，84)穿过所述缝(60)；以及
具有空心内部的定位销(82，92)，所述定位销被插入所述至少一个通道(74，84)中，其中所述定位销(82，92)与所述第一轴承壳体区段(62)和第二轴承壳体区段(64)对准并且允许液体流动通过所述至少一个通道(74，84)。
2.如权利要求1所述的轴承壳体(12)，其中，所述至少一个通道(74，84)的第一部分(76，86)在所述第一轴承壳体区段(62)中延伸并且所述至少一个通道(74，84)的第二部分(78，88)在所述第二轴承壳体区段(64)内延伸，所述定位销(82，92)的第一部分被布置在所述至少一个通道(74，84)的所述第一部分(76，86)中，所述定位销(82，92)的第二部分被布置在所述至少一个通道(74，84)的所述第二部分(78，88)中。
3.如权利要求2所述的轴承壳体(12)，其中，所述第二轴承壳体区段(64)包括具有圆周的轴环(70)，使得所述轴环(70)被接纳在所述第一轴承壳体区段(62)的内圆周内并且直接与所述内圆周接触。
4.如权利要求3所述的轴承壳体(12)，其中，所述轴环(70) 在所述轴向方向上延伸并且从所述第二轴承壳体区段(64)的一个面(68)伸出，所述第二轴承壳体区段(64)的所述面(68)大致平行于并且直接抵靠所述第一轴承壳体区段(62)的一个面(66)。
5.如权利要求4所述的轴承壳体(12)，其中，所述轴承壳体包括夹子(72)，所述夹子将所述第一轴承壳体区段(62)和第二轴承壳体区段(64)紧固在一起，其中所述夹子(72)围绕所述轴承壳体(12)的外圆周延伸并且在所述轴向方向上与所述缝(60)对齐。
6.如权利要求5所述的轴承壳体(12)，其中，所述至少一个通道(74，84)的所述第一部分(76，86)和第二部分(78，88)中的一个部分包括在所述至少一个通道(74，84)的直径内的台阶(80，90)，所述定位销(82，92)坐靠在所述台阶(80，90)上，由此将所述定位销(82，92)在所述轴向方向上定位在所述至少一个通道(74，84)内。
7.如权利要求5所述的轴承壳体(12)，其中，第一通道(74)的第一部分(76)包括在所述第一通道(74)的直径内的台阶(80)，第一定位销(82)坐靠在所述台阶(80)上，由此将所述第一定位销(82)在所述轴向方向上定位在所述第一通道(74)内。
8.如权利要求7所述的轴承壳体(12)，其中，第二通道(84)的第二部分(88)包括在所述第二通道(84)的直径内的台阶 (90)，第二定位销(92)坐靠在所述台阶(90)上，由此将所述第二定位销(92)在所述轴向方向上定位在所述第二通道(84)内。
9.一种包括电动马达(38)的涡轮增压器(10)，所述涡轮增压器(10)包括：
具有缝(60)的轴承壳体(12)，所述缝限定了第一轴承壳体区段(62)和第二轴承壳体区段(64)，其中所述轴承壳体(12)限定了在所述电动马达(38)的外圆周与所述轴承壳体(12)的内圆周之间的马达冷却腔(50)，所述马达冷却腔(50)在轴向方向上在第一末端(52)与第二末端(54)之间延伸，所述马达冷却腔(50)的所述第一末端(52)由所述第一轴承壳体区段(62)限定，所述马达冷却腔(50)的所述第二末端(54)由所述第二轴承壳体区段(64)限定；
用于在所述轴承壳体(12)内传输液体的至少一个通道(74，84)，其中所述至少一个通道(74，84)穿过所述缝(60)；以及
具有空心内部的定位销(82，92)，所述定位销被插入所述至少一个通道(74，84)中，所述定位销(82，92)与所述第一轴承壳体区段(62)和第二轴承壳体区段(64)对准并且允许液体流动通过所述至少一个通道(74，84)。
10.如权利要求9所述的涡轮增压器(10)，其中，所述至少一个通道(74，84)的第一部分(76，86)在所述第一轴承壳体区段(62)中延伸，所述至少一个通道(74，84)的第二部分(78，88)在所述第二轴承壳体区段(64)内延伸，所述定位销(82，92)的第一部分被布置在所述至少一个通道(74，84)的所述第一部分(76，86)中并且所述定位销(82，92)的第二部分被布置在所述至少一个通道(74，84)的所述第二部分(78，88)中。
11.如权利要求10所述的涡轮增压器(10)，其中，所述第二轴承壳体区段(64)包括具有圆周的轴环(70)，使得所述轴环(70)被接纳在所述第一轴承壳体区段(62)的内圆周内并且直接与所述内圆周接触。
12.如权利要求11所述的涡轮增压器(10)，其中，所述轴环(70)在所述轴向方向上延伸并且从所述第二轴承壳体区段(64)的一个面(68)伸出，所述第二轴承壳体区段(64)的所述面(68)大致平行于并且抵靠所述第一轴承壳体区段(62)的一个面(66)。
13.如权利要求9所述的涡轮增压器(10)，其中，所述涡轮增压器包括夹子(72)，所述夹子将所述第一轴承壳体区段(62)和第二轴承壳体区段(64)紧固在一起，其中所述夹子(72)围绕所述轴承壳体(12)的外圆周延伸并且在所述轴向方向上与所述缝(60)对齐。
14.如权利要求13所述的涡轮增压器(10)，其中，所述至少一个通道(74，84)的第一部分(76，86)和第二部分(78，88)中的一个部分包括在所述至少一个通道(74，84)的直径内的台阶(80，90)，所述定位销(82，92)坐靠在所述台阶(80，90)上，由此将所述定位销(82，92)在所述轴向方向上定位在所述至少一个通道(74，84)内。
15.如权利要求9所述的涡轮增压器(10)，其中，所述涡轮增压器还包括一对轴向间隔开的O形环(56、58)，各O形环环绕所述电动马达(38)的外圆周，从而在所述电动马达(38)和轴承壳体(12)之间形成油密封。
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