CN110677076B - 用于运行电介质流机器的方法、控制器、介质流机器、压缩机和/或涡轮机 - Google Patents

用于运行电介质流机器的方法、控制器、介质流机器、压缩机和/或涡轮机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于运行用于压缩机和/或涡轮机、特别是用于内燃机的废气涡轮增压器的电介质流机器的方法，所述电介质流机器：具有在拥有用于有待输送的介质的入口和出口的壳体中以能旋转的方式得到支承的轴，在所述轴上抗扭转地布置有转子；具有固定在壳体上的定子，所述定子则具有至少一个多相的驱动绕组和多个径向地向里伸出的定子齿；具有在上游将所述转子覆盖的覆盖罩，在圆周侧上将所述转子包围的内套筒连接到所述覆盖罩上；并且具有外套筒。

Description

用于运行电介质流机器的方法、控制器、介质流机器、压缩机 和/或涡轮机
技术领域
本发明涉及一种用于运行用于压缩机和/或涡轮机、尤其是用于内燃机的废气涡轮增压器的电介质流机器的方法，所述电介质流机器：具有在壳体中以能旋转的方式得到支承的轴，所述壳体拥有用于有待输送的介质的入口和出口，在所述轴上抗扭转地布置有转子；具有固定在壳体上的定子，所述定子则具有至少一个多相的驱动绕组和多个径向地向里伸出的定子齿，其中所述介质流机器至少局部地由有待输送的介质贯穿流过；并且具有在上游将所述转子覆盖的覆盖罩，在圆周侧上将所述转子包围的内套筒连接到所述覆盖罩上；并且具有外套筒，所述外套筒与所述内套筒同轴地布置，其中所述定子齿穿过所述外套筒至少一直延伸至所述内套筒，并且其中在所述外套筒、所述内套筒和所述定子齿之间形成流动通道，所述流动通道作为用于从入口流到出口的介质的、穿过所述介质流机器的唯一的流动路径。
此外，本发明涉及一种用于运行这样的介质流机器的控制器、一种具有所述控制器的介质流机器以及一种具有这样的介质流机器的压缩机和/或涡轮机、特别是用于内燃机的废气涡轮增压器。
背景技术
从现有技术中已经知道开头所提到的类型的方法、控制器、电机和压缩机和/或涡轮机。
从现有技术中已经知道上面所提到的类型的介质流机器和涡轮增压器。因此，比如公开文献DE 10 2014 210 451 A1公开了一种具有集成的电介质流机器的涡轮增压器。涡轮增压器、特别是废气涡轮增压器尤其在机动车制造中用于增加内燃机的气缸中的空气填充，以用于提高内燃机的功率。通常为此而使用废气涡轮增压器，所述废气涡轮增压器由内燃机的废气流来驱动。此外，已知以电动方式(elektromotorisch)来支持涡轮增压器，从而能够在不取决于内燃机的废气流的情况下对所抽吸的新鲜空气进行压缩并且能够以提高的增压压力将其输送给内燃机。也已经知道这两种变型方案的组合。在此，废气涡轮增压器设有电机，以用于驱动废气涡轮增压器的轴，在该轴上抗扭转地布置有压缩机叶轮和涡轮机叶轮。由此，比如能够决定性地使在其它情况下在时间上延迟的增压压力形成得到加速。
通过介质流机器来实现电动的支持，这具有以下优点：马达式的支持机构能够特别节省结构空间地被集成到涡轮增压器中，因为所抽吸的新鲜空气通过在介质流机器的转子和定子之间形成的介质缝隙来得到导引。因此，介质流机器能够节省结构空间地集成到流动路径中。此外，由此产生以下优点，即：介质流机器的转子和定子通过空气流得到冷却。
定子通常拥有圆环形的定子轭以及径向向里从定子轭上伸出的定子齿，所述定子齿沿着圆周方向看彼此隔开地均匀分布地布置。所述定子齿通常由多相的驱动绕组所缠绕，其中通过对于驱动绕组的相的通电借助于为此所设置的功率电子装置来产生旋转的驱动磁场，通过所述旋转的驱动磁场以能预先给定的转矩来驱动通过所述轴以能旋转的方式得到支承的转子。转子在此有利地具有至少一个永磁体，所述至少一个永磁体与旋转的磁场共同作用。
此外，从尚未公布的专利申请DE 102017207532公开文献中已知设置一种固定在壳体上的装置，该装置用于进行流动优化并且通过外套筒和内套筒来限定从定子中穿过的流动通道。
发明内容
在按本发明的用于运行用于压缩机和/或涡轮机、特别是用于内燃机的废气涡轮增压器的电介质流机器的方法中，所述电介质流机器具有在壳体中以能旋转的方式得到支承的轴，所述壳体拥有用于有待输送的介质的入口和出口，在所述轴上抗扭转地布置有转子；具有固定在壳体上的定子，所述定子具有至少一个多相的驱动绕组和多个径向地向里伸出的定子齿；具有在上游将所述转子覆盖的覆盖罩，在圆周侧上将所述转子包围的内套筒连接到所述覆盖罩上；并且具有外套筒，所述外套筒与所述内套筒同轴地布置，其中所述内套筒和所述外套筒以固定在壳体上的方式来布置，并且其中所述定子齿穿过所述外套筒至少一直延伸至所述内套筒并且在所述外套筒、所述内套筒和所述定子齿之间分别形成流动通道，所述流动通道作为用于从入口流到出口的介质的、穿过所述介质流机器的唯一的流动路径，其特征在于，至少暂时地如此操控所述驱动绕组，使得其产生相对于所述转子的转子磁场经过整流的反向场。该按本发明的方法具有以下优点：通过简单的方式和方式来避免尤其是铁磁颗粒的在转子上或者在内套筒上的沉积。在此不必对介质流机器进行改装作业，因而有利的方法的集成能够仅仅在控制器中进行并且由此能够成本低廉地并且容易地通过相应的编程来实现。由此，也能够比如通过软件升级来容易地并且成本低廉地实施后来将所述方法引入到已经存在的介质流机器中。本发明规定，至少暂时地如此操控定子的驱动绕组，使得其产生相对于转子的转子磁场经过整流的反向场。通过经过整流的反向场来至少局部地实现这一点，即：沉积的铁磁颗粒的保持力被解除(aufgehoben)，由此已经沉积在转子上的颗粒从转子上松脱并且处于空气流动中的颗粒根本没有被引向转子、尤其是没有被引向内套筒和覆盖罩。由此防止沉积物的产生并且能够使现有的沉积物松脱。
根据本发明的一种优选的改进方案，所述反向场根据转子的角度位置来产生。由此保证，反向场始终与转子磁场相反并且必要时与转子一起旋转，以便能够实现具有取消了保持力的更长的阶段。
可选转子位置通过基于感应的方法或者通过电磁感应方法来获取。在此，比如动用通过转子在定子中所感应的反作用的发电机电压，在未通电的阶段中能够测量所述发电机电压。
优选以恒定的强度产生经过整流的反向场。
作为替代方案，优选以脉动的强度产生经过整流的反向场。通过脉动的强度、也就是通过反向场的一时的增强和减弱来实现这一点，即：已经沉积的颗粒能够通过交变的磁力而更容易地从内套筒和覆盖罩上脱落、特别是被敲落。
根据本发明的一种优选的改进方案，相对于转子磁场同角度地产生经过整流的反向场。通过反向场的与转子磁场的北南方向的精确的取向，在转子上没有产生额外的转矩并且因此没有影响到介质流机器的持续运行。
根据本发明的一种作为替代方案的实施方式，在与转子磁场偏离能预先给定的角度、尤其是偏离90°之内的情况下产生经过整流的反向场。由此在内套筒上形成狭窄的磁性的中性条带。在那里沉积的颗粒失去其保持力并且被空气流动夹带。当转子旋转时，中性条带同步地一同移动并且在转子完整旋转一圈之后沉积的颗粒均匀地被移除或松脱。在这里，可选地脉动的反向场也起支持作用。
特别优选反向场的强度随着介质流动的强度而变化。因此，特别规定，随着空气流动的增加，反向场的强度降低，而没有由此提高沉积倾向。由此节省能量并且更确切地说使电机的功率最大化。
按本发明的用于运行用于压缩机和/或涡轮机、特别是废气涡轮增压器的上文所述的电介质流机器的控制器的突出之处在于，其尤其被安排用于实施按本发明的方法。由此产生已经提及的优点。
按本发明的电介质流机器的突出之处在于按本发明的控制器。由此产生已经提及的优点。
按本发明的压缩机和/或按本发明的涡轮机、特别是机动车的内燃机的废气涡轮增压器的突出之处在于，所述电介质流机器按照本发明来构造。由此产生已经提及的优点。
其它优点和优选的特征以及特征组合尤其从前述说明中并且从权利要求中得出。
附图说明
下面要借助于附图来详细解释本发明。为此：
图1示出了内燃机的有利的废气涡轮增压器的简化的纵截面图示，
图2示出了涡轮增压器的介质流机器的透视图，
图3示出了介质流机器的简化的横截面图示，
图4示出了用于运行介质流机器的第一种实施例，并且
图5示出了用于运行介质流机器的第二种实施例。
具体实施方式
图1以简化的纵截面图示示出了具有压缩机2以及涡轮机3的废气涡轮增压器1。压缩机2具有压缩机叶轮(Verdichterrad)4，所述压缩机叶轮抗扭转地布置在轴5上。轴5本身以能旋转的方式被支承在废气涡轮增压器1的壳体6中。此外，在轴5的背向压缩机叶轮4的端部上，涡轮机3的涡轮机叶轮7抗扭转地与轴5相连接。当内燃机的废气流向涡轮机叶轮7并且由此对所述涡轮机叶轮进行驱动时，因此同样将压缩机叶轮4置于旋转运动中，从而对输送给压缩机叶轮4的新鲜空气进行压缩并且将其输送给内燃机。
能够以不同的方式实现所述轴5在壳体6中的能旋转的支承。根据第一种实施例来规定，轴5通过至少两个轴承8和9以能旋转的方式被支承在壳体6中。优选作为轴承8、9而存在两个滚动体轴承。为了对轴5进行轴向的支承也能够规定，所述滚动体轴承之一构造为轴向滚动体轴承。
作为替代方案并且根据图1中所示出的实施例来规定，轴承8构造为磁性轴承，并且用作轴向轴承的轴承9构造为滚动体轴承。
为了尤其是压缩机2能够在不取决于内燃机的废气流的情况下来驱动，从而能够随时在内燃机的气缸中实现高的气缸空气填充(Zylinderluftfüllung)，在此此外规定，废气涡轮增压器1具有电介质流机器10。所述电介质流机器在此被集成到压缩机2中，其中介质流机器10的转子11抗扭转地布置在轴5的背向涡轮机叶轮7的端部上。与转子11共同作用的定子12在与转子11同轴的情况下以固定在壳体上的方式布置在废气涡轮增压器1的通向压缩机叶轮4的流动通道13中。
图2示出了介质流机器10的简化的透视图。定子12具有圆环形的定子轭14，多个均匀地在定子轭14的圆周上分布地布置的定子齿15从所述定子轭径向向内伸出(vorstehen)并且指向转子11的方向。定子齿15在相对于转子11径向隔开的情况下终止，从而在定子齿15与转子11之间分别保留轴向的气隙16。
像比如也在图1中所示出的那样，定子12设有特别是多相的驱动绕组17。驱动绕组17能够构造为被缠绕在定子上的绕组或者径向地被插接(aufstecken)到定子齿15上的绕组、特别是由多个线圈所组成，其中像比如在尚未公布的专利申请DE 102017207532中所描述的那样在每个定子齿上插装(aufschieben)了至少一个线圈。
此外，介质流机器10还具有装置18，该装置构造用于对由废气涡轮增压器1输送的介质、也就是尤其新鲜空气从介质流机器10中穿过的流动特性进行优化。为此，装置18具有配属于转子11的内套筒19，其内直径大于转子11，因而像比如在图2中所示出的那样所述转子能够被接纳在内套筒19中并且无接触地处于内套筒中，因而转子11能够无磨损地在内套筒19的内部旋转。内套筒19被固定在定子12上，因而内套筒19以固定在壳体上的方式存在。
此外，装置18具有外套筒20，该外套筒与转子11或轴5的旋转轴线同轴地布置并且其具有大于内套筒19的外直径的内直径，使得外套筒20径向向外在与内套筒19隔开的情况下被固定在定子12上、尤其被固定在定子齿15上。
外套筒20具有小于定子轭14的内直径的外直径，从而在外套筒20和定子轭14之间在相邻的定子齿15之间存在自由空间，定子绕组17布置或构造在所述自由空间中。驱动绕组17通过外套筒20得到保护以免受介质的影响，但是仍然通过套筒来冷却。
定子齿15穿过外套筒20一直延伸至内套筒19，从而在内套筒19、定子齿15和外套筒20之间形成多条流动通道21，介质通过流动通道穿过介质流动机器10来流动。流动通道21尤其形成唯一的流动路径，介质能够通过所述流动路径来穿过介质流动机器10。优选为此在上游为转子11分配了覆盖罩(Abdeckkappe)22，该覆盖罩在上游覆盖着转子11并且尤其构造为流动优化的结构，以用于将介质引导到流动通道21中。
与传统的介质分离机不同，介质路径因此不是径向地位于定子齿和转子之间，而是通过定子12本身中的流动通道21来提供，因而介质完全穿过定子12来流动。由此进行特别有利的定子冷却并且防止或至少基本上避免了磁性的和/或能磁化颗粒在转子上的沉积。
根据本实施例，内套筒19和外套筒20构造为柱形，使得其共同如尤其可以在图1中看出的那样同轴于或者沿着流动方向平行于轴5或转子11的旋转轴线来延伸。
所述覆盖罩22具有锥形或卵形的纵截面并且在其外圆周上尤其是一体地转变为内套筒。此外，所述覆盖罩22和/或所述内套筒19具有保持支柱(Haltestreben)23，所述保持支柱径向向外延伸并且如此分别配属于所述定子齿15之一，使得其在流动通道21的区域中在上游覆盖着定子齿15。此外，保持支柱23与外套筒20相连接、特别是与其一体地构造，并且因此保证覆盖罩22、内套筒19和外套筒20的接合(Zusammenhalt)。
图3以简化的横截面图示示出了介质流机器10，其中根据本实施例转子11具有永磁体26，该永磁体限定了磁性的北极N和南极S。
在废气涡轮增压器1的运行中，转子11处于压缩机上游的抽吸空气流(Ansaugluftstrom)中，使得输送给布置在后面的内燃机的全部抽吸空气从转子11以及尤其是磁体26的旁边扫过。即使如图3中所示的永磁体26被内套筒19包围并且可选被转子11的自身的转子套筒包围，铁磁颗粒也会随时间沉积(ablagern)在内套筒19的外侧面上。通过内套筒19实现了这一点，即：避免转子11本身上的沉积物，因而不会出现转子11上的不平衡(Unwuchten)。然而，沉积物通过额外的湍流形成、流动阻力或流动方向变化来不利地影响通过流动通道21的空气流动。最终，由此降低了效率和/或最大的空气流率(Luftstromrate)。
通过下面所描述的方法来实现这一点，即：避免沉积物或者使流动通道21中的现有的沉积物脱落。
为此，图4示出了介质流机器10的简化的图示，其中这里为了简单起见，仅仅永磁体26以及由永磁体26产生的转子磁场27借助于箭头来示出，并且由驱动绕组17产生的反磁场28则通过在与永磁体26隔开地布置的情况下绘出的箭头来示出。
首先，在运行中连续地监控转子11的并且由此永磁体26的转子位置或角度位置，其中为此要么存在单独地设置的位置传感器要么优选以基于感应的方式或者通过电流注入方法来获取转子位置或者角度位置。在已知的转子位置的基础上，通过驱动绕组17的适当的通电通过这里未详细示出的控制器相对于转子磁场产生经过整流(gleichgerichtetes)的反向场。这在图4中通过磁场的朝向彼此或背向彼此的箭头来示出。通过定子的经过整流的反向场而取消沉积在转子11上的铁磁颗粒的保持力，或者空气流动中的颗粒甚至不被吸引到内套筒19上。优选恒定地选择所述反向场的强度。作为替代方案使经过整流的反向场的强度脉动，使得经过整流的反向场一时地增强并且减弱，由此通过交变的磁力将所述内套筒上的可能已经积聚(angelagerte)的颗粒敲落(abgeklopft)。由于经过整流的反向场的、相对于永磁体26的北南方向的、在图4的实施例中设置的精确的取向，而没有在转子11上产生额外的转矩，由此介质流机器10的运行没有进一步受到影响。
图5示出了另一种实施例，该实施例与前一种实施例的区别在于，经过整流的反向场28相对于永磁体26的北南方向扭转了0和90°之间的预定的角度。通过这种方式，在转子套筒或内套筒19上产生狭窄的磁性的中性条带，在该中性条带中沉积在那里的颗粒失去其保持力并且被空气流动所夹带。在转子11旋转时，这个中性区带同步地一同移动并且在转子完整旋转一圈之后将所沉积的颗粒均匀地移除。因此，所述控制器如此操控驱动绕组17，使得经过整流的反向场在正常运行中与永磁体26一起旋转。在这种实施例中，脉动的反向场也有利地用于使已经沉积的颗粒松脱。
有利地通过根据空气流动的强度或空气体积流量来操控驱动绕组17、特别是驱动绕组17的多个单个的线圈来改变反向场的强度。特别是随着空气体积流量的增加来降低所述反向场，而没有在此提高沉积倾向。降低的反向场的作用通过提高的空气体积流量来补偿，所述提高的空气体积流量一同输送所述颗粒并且防止其附着在内套筒19上。
本实施例涉及一种废气涡轮增压器1，但是根据另一种实施例来规定，前面所描述的方法在仅仅以电动方式来运行的涡轮增压器中实施。然而，还能够考虑用于运行介质流机器10的方法的其它应用，所述应用比如涉及具有尤其无刷的驱动装置以及由泵介质环绕流过的转子的电泵。

Claims (12)

1.用于运行用于压缩机和/或涡轮机的电介质流机器(10)的方法，所述电介质流机器具有在壳体(6)中以能旋转的方式得到支承的轴(5)，所述壳体拥有用于有待输送的介质的入口(24)和出口(25)，在所述轴上抗扭转地布置有转子(11)；
具有固定在壳体上的定子(12)，所述定子具有至少一个多相的驱动绕组(17)和多个径向地向里伸出的定子齿(15)；具有在上游将所述转子(11)覆盖的覆盖罩(22)，在圆周侧上将所述转子(11)包围的内套筒(19)连接到所述覆盖罩上；
并且具有外套筒(20)，所述外套筒与所述内套筒(19)同轴地布置，其中所述内套筒(19)和所述外套筒(20)以固定在壳体上的方式来布置，并且其中所述定子齿(15)穿过所述外套筒(20)至少一直延伸至所述内套筒(19)并且在所述外套筒(20)、所述内套筒(19)和所述定子齿(15)之间分别形成流动通道(21)，所述流动通道作为用于从入口(24)流到出口(25)的介质的、穿过所述介质流机器(10)的唯一的流动路径，
其特征在于，至少暂时地如此操控所述驱动绕组(17)，使得其产生相对于所述转子(11)的转子磁场(27)经过整流的反向场(28)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反向场(28)根据所述转子(11)的角度位置来产生。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述角度位置通过基于感应的方法或者通过电流注入方法来获取。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，以恒定的强度产生所述反向场(28)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，以脉动的强度产生所述反向场(28)。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，相对于所述转子磁场(28)同角度地产生所述反向场(28)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在与所述转子磁场(27)偏离能预先给定的角度的情况下产生所述反向场(28)。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涡轮机是用于内燃机的废气涡轮增压器(1)。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在与所述转子磁场(27)偏离90°之内的情况下产生所述反向场(28)。
10.控制器，用于运行用于压缩机和/或涡轮机的电介质流机器，所述电介质流机器具有在壳体(6)中以能旋转的方式得到支承的轴(5)，所述壳体拥有用于有待输送的介质的入口和出口，在所述轴上抗扭转地布置有转子(11)；
具有固定在壳体上的定子(12)，所述定子具有至少一个多相的驱动绕组(17)和多个径向地向里伸出的定子齿(15)；具有在上游将所述转子(11)覆盖的覆盖罩(22)，在圆周侧上将所述转子(11)包围的内套筒(19)连接到所述覆盖罩上；
并且具有外套筒(20)，所述外套筒与所述内套筒(19)同轴地布置，其中所述内套筒(19)和所述外套筒(20)以固定在壳体上的方式来布置，并且其中所述定子齿(15)穿过所述外套筒(20)至少一直延伸至所述内套筒(19)并且在所述外套筒(20)、所述内套筒(19)和所述定子齿(15)之间分别形成流动通道(21)，所述流动通道作为用于从入口(24)流到出口(25)的介质的、穿过所述介质流机器(10)的唯一的流动路径，
其特征在于，所述控制器专门被安排用于实施根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
11.电介质流机器，所述电介质流机器
具有以能旋转的方式得到支承的轴(5)，在所述轴上抗扭转地布置有转子(11)；具有固定在壳体上的定子(12)，所述定子具有至少一个多相的驱动绕组(17)和多个径向地向里伸出的定子齿(15)；
具有在上游将所述转子(11)覆盖的覆盖罩(22)，在圆周侧上将所述转子(11)包围的内套筒(19)连接到所述覆盖罩上；
并且具有外套筒(20)，所述外套筒与所述内套筒(19)同轴地布置，其中所述内套筒(19)和所述外套筒(20)以固定在壳体上的方式来布置，并且其中所述定子齿(15)穿过所述外套筒(20)至少一直延伸至所述内套筒(19)并且在所述外套筒(20)、所述内套筒(19)和所述定子齿(15)之间分别形成流动通道(21)，所述流动通道作为用于从入口(24)流到出口(25)的介质的、穿过所述介质流机器(10)的唯一的流动路径，
其特征在于根据权利要求10所述的控制器。
12.压缩机和/或涡轮机，所述压缩机和/或涡轮机
具有在壳体(6)中以能旋转的方式得到支承的轴(5)，压缩机叶轮和/或涡轮机叶轮抗扭转地布置在所述轴上；
并且具有介质流机器(10)，所述介质流机器具有抗扭转地布置在所述轴(5)上的转子(11)，
其特征在于根据权利要求11所述的介质流机器(10)的构造。
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