CN111601950A

CN111601950A - 电的介质间隙机、压缩机和/或涡轮机

Info

Publication number: CN111601950A
Application number: CN201880061403.3A
Authority: CN
Inventors: M.博伊尔勒; T.弗吕许茨; H.魏斯; H.拉普; M.瑙; P.阿尔特曼; I.伊门德费尔
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Boma Tech Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Boma Tech Co Ltd
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2018-09-18
Publication date: 2020-08-28
Also published as: KR20200100030A; DE102017216858A1; US20200248704A1; JP2020534479A; WO2019057711A1

Abstract

本发明涉及一种用于压缩机（2）和/或涡轮机（3）、尤其用于内燃机的废气涡轮增压器（1）的电的介质间隙机（10），该电的介质间隙机具有：以能旋转的方式在壳体（6）中受支承的轴（5），在该轴上抗扭地布置转子（11）；与壳体固定的定子（12），该定子具有至少一个用于产生驱动磁场的多相的驱动绕组（16）以及多个径向向里伸出的定子齿（15），其中所述驱动绕组（16）构造成至少一个围绕定子齿（15）缠绕的扁平导体线圈（17），所述扁平导体线圈在定子（12）上具有在轴向上在两侧突出的卷包头（18、19）。在此规定，所述驱动绕组（16）在其中至少一个卷包头（18、19）上具有端侧的凹处（21），所述凹处用于至少部分地接收壳体（6）的壳体区段。

Description

电的介质间隙机、压缩机和/或涡轮机

技术领域

本发明涉及一种用于压缩机和/或涡轮机、尤其用于内燃机的废气涡轮增压器的电的介质间隙机，其具有：以能旋转的方式在壳体中受支承的轴，在该轴上抗扭地布置有转子：与壳体固定的定子，所述定子具有至少一个用于产生驱动磁场的多相的驱动绕组以及多个径向向里突出的定子齿，其中所述驱动绕组构造为围绕着定子齿缠绕的扁平导体线圈，所述扁平导体线圈在定子上具有在轴向上在两侧突出的卷包头。

此外，本发明涉及一种压缩机和/或涡轮机、尤其是用于内燃机的废气涡轮增压器，其具有：壳体；和以能旋转的方式在壳体中受支承的轴，在所述轴上抗扭地布置有至少一个压缩机轮或涡轮；以及电的介质间隙机，所述电的介质间隙机具有抗扭地布置在轴上的转子和与壳体固定的定子，其中所述定子具有用于产生驱动磁场的驱动绕组。

背景技术

开头所提到的类型的电的介质间隙机和压缩机或涡轮机或废气涡轮增压器已经由现有技术熟知。压缩机、尤其是涡轮增压器或废气涡轮增压器尤其在机动车制造中用于提高内燃机的气缸中的充气量，以便提高内燃机的功率。为此，经常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，已知的是，以电动的方式支持涡轮增压器，从而能够在不取决于内燃机的废气流的情况下对所吸入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燃烧马达。例如，在公开文献DE 10 2014 210 451 A1 中已经提出这样的涡轮增压器。这两种变型方案的组合也已为人所知。在此废气涡轮增压器设有电机，以用于驱动该废气涡轮增压器的轴，在所述轴上抗扭地布置有压缩机轮和涡轮。由此例如能够决定性地加速进行增压形成。所述电机在此通常布置在叶轮（即压缩机轮或涡轮）的、背离以旋转的方式将轴支承在壳体中的轴承的一侧上。

通过介质间隙机实现电动的支持，这具有以下优点，即：按马达方式的支持能够特别节省结构空间地集成到涡轮增压器中，因为所吸入的新鲜空气通过在介质间隙机的转子和定子之间形成的介质间隙来导引。在此，所述介质间隙机能够节省结构空间地集成到流动进程中。此外，得到如下优点，即：所述介质间隙机的转子和定子通过运行中的空气流来冷却。

通常，所述定子拥有圆环形的定子轭并且拥有从定子轭径向向里伸出的定子齿，所述定子齿沿着圆周方向观察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缠绕，其中通过对于所述驱动绕组的相的通电借助于为此设置的功率电子装置来产生作用到（同样抗扭地布置在所述轴上的）转子上的并且旋转的驱动磁场，通过所述驱动磁场以能预先给定的转矩来驱动所述转子或轴。所述转子在此通常具有一个或多个永磁体，所述永磁体与旋转的磁场共同起作用。

发明内容

具有权利要求1的特征的按本发明的介质间隙机具有的优点是，所述定子能够特别紧凑地布置在壳体中并且尤其能够在轴向上特别近地引导到压缩机或涡轮机的叶轮附近。根据本发明为此而规定，所述驱动绕组在卷包头中的至少一个卷包头上具有端侧的凹处，其用于至少部分地接收壳体的壳体区段。由此，所述介质间隙机的转子也能够特别靠近叶轮地布置在壳体中，这具有如下优点，即：所述转子在轴向上更加靠近对所述轴进行支承的轴承、尤其是滑动轴承或滚动体轴承。通常，废气涡轮增压器的轴通过多个（轴-）轴承以能旋转的方式在压缩机轮与涡轮之间在所述壳体中受支承。所述转子在轴上相对于下一个轴承布置得越远，径向的弯曲振动和弯曲力矩的幅度就越高，所述径向的弯曲振动和弯曲力矩在连续的运行中由于转子上的不可避免的不平衡而出现并且增加废气涡轮增压器和介质间隙机的负荷。因此，通过所述介质间隙机的按本发明的构造来实现这一点，即：相对于叶轮、即尤其压缩机轮以及因此相对于轴承的间距减小或者能够减小并且由此轴以及尤其转子的运行特性得到改进。

根据本发明的一种优选的实施方式，所述壳体具有用于进行气体导引的流动涡螺，并且尤其处于朝向压缩机轮的卷包头中的凹处构造用于至少部分地接收所述流动涡螺。为了对通过压缩机或涡轮机的新鲜空气流或废气流进行最佳的介质导引，所述壳体如常见的那样具有作为壳体区段的流动涡螺。所述流动涡螺通常部分地伸入到壳体中或者壳体的内部空间中，以便确保有利的、节省结构空间的构造。由于所述驱动绕组构造用于部分地接收流动涡螺，所述驱动绕组能够特别靠近流动涡螺来布置并且所述定子能够在轴向上看更靠近流动涡螺的区域来布置，因而所述定子局部地在径向上处于流动涡螺的内部。由此，最佳地充分利用了可供使用的结构空间并且实现了上述优点。

此外优选规定，所述凹处沿着卷包头的整个圆周来延伸。由此，所述驱动绕组以及因此所述定子在总体上能够特别远地在轴向上朝流动涡螺的方向并且因此朝优选的滚动体轴承的方向移动。要么所述凹处在卷包头的整个圆周范围内连续不变地延伸，要么尤其在所述流动涡螺在其圆周上在其形状方面也变化时所述凹处在其形状和/或造型方面具有变化，从而确保或者实现所述定子的最佳的结构空间利用及其朝流动涡螺或轴承的方向的移动。

根据本发明的一种优选的改进方案来规定，相应的卷包头从内圆周直至外圆周具有径向的高度，并且所述凹处在径向上仅仅在比这个高度小的范围内延伸。因此，所述凹处不在整个端侧的范围内延伸，而是仅仅部分地在径向高度上延伸，从而例如通过所述凹处空出圆周棱边。无论如何，所述卷包头的一个区段继续存在，该区段在轴向上朝流动涡螺的方向最大幅度地延伸并且由此确保转子特别靠近最近的轴承来布置。

此外优选规定，所述凹处一直延伸到外圆周。因此在轴向上，所述驱动绕组在外圆周上比在内圆周上短。所述卷包头上的外圆周棱边通过所述凹处而空出，由此所述驱动绕组连同留下的突出的卷包头在轴向上较大幅度地能够插入并且优选被插入流动涡螺中。

此外优选规定，所述凹处朝外圆周的方向扩大。由此确保与通常在横截面中圆形地或椭圆形地成形的流动涡螺的最佳的匹配。

所述扁平导体线圈优选具有矩形的导体横截面。由此得到所述驱动绕组的最大的填充系数和较小的电阻，并且在较高频率下的趋肤效应相对于具有圆形的导体横截面的导线更小，由此在总体上产生所述介质间隙机的非常小的损耗功率。

根据本发明的一种优选的改进方案，所述介质间隙机具有在圆周侧完全地且在轴向上至少局部地将转子包围的内套筒和与内套筒同轴地布置的外套筒，其中所述驱动绕组在径向上布置在外套筒的外部，并且其中在内套筒和外套筒之间形成用于介质的穿过介质间隙机的流动路径。所述介质间隙机因此具有限定用于介质的流动路径的装置。在此，将所述流动路径限界在内套筒和外套筒之间。所述外套筒具有比内套筒大的直径，所述外套筒尤其构造用于承载驱动绕组并且必要时承载定子齿，从而能够实现一种特别紧凑的实施方式。尤其所述驱动绕组以及必要时所述定子齿防丢失地并且尤其是以只能在破坏外套筒的情况下来拆卸的方式被固定在外套筒上，从而提供紧凑的结构。为此，所述外套筒例如具有尤其是带有卡锁装置的支架，这些支架确保驱动绕组以及必要时定子齿的、在外套筒上的简单的安装和固定。

特别优选地，所述定子齿或者所述定子齿的通量引导元件穿过流动路径一直延伸至内套筒或者甚至穿透内套筒。因此，所述定子齿完全穿透用于介质的流动路径，并且所述流动路径在定子齿的区域中直接导引穿过定子，而不是如在迄今已知的介质机中常见的那样径向地在定子齿尖和转子之间进行。由此确保了一种特别紧凑的实施方式，该实施方式此外具有以下优点，即：所述介质间隙机的定子齿以及由此定子有利地通过流经流动路径的介质来冷却。

具有权利要求10的特征的按本发明的压缩机和/或按本发明的涡轮机、尤其是不仅具有压缩机而且具有涡轮机的废气涡轮增压器的突出之处在于按本发明的介质间隙机。由此得出已经提到的优点。其它优点和优选的特征和特征组合尤其由前述说明以及权利要求中得出。

附图说明

下面要借助于附图对本发明进行详细解释。为此：

图1以简化的截面图示出了具有集成的介质间隙机的废气涡轮增压器，并且

图2示出了所述介质间隙机的横截面图。

具体实施方式

图1以简化的纵向截面图示出了一种废气涡轮增压器1，该废气涡轮增压器具有压缩机2以及涡轮机3。所述压缩机2具有压缩机轮4，该压缩机轮抗扭地布置在轴5上。所述轴5本身以能旋转的方式在废气涡轮增压器1的壳体6中受支承。此外，在所述轴5的背离压缩机轮4的端部上，所述涡轮机3的涡轮7抗扭地与轴5相连接。如果内燃机的废气流向所述涡轮并且由此将其驱动，则由此同样将所述压缩机轮4置于旋转运动中，从而对被输送给压缩机轮4的新鲜空气进行压缩并且将其输送给内燃机。

轴5的在壳体6中的能旋转的支承能够以不同的方式实现。根据第一种实施例来规定，所述轴5通过至少两个轴承8和9以能旋转的方式在壳体6中受支承。作为轴承8、9优选存在不仅用于进行轴向支承而且用于进行径向支承的滑动轴承，如在图1中所示。作为替代方案，也能够规定，所述轴承中的至少一个轴承构造为滚动体轴承。

作为替代方案，根据另一种在这里未示出的实施例来规定，至少所述轴承8构造成磁轴承，并且而后尤其用作轴向轴承的轴承9构造成滚动体轴承。

为了尤其在不取决于内燃机的废气流的情况下使所述压缩机2是能够驱动的，从而随时能够在内燃机的气缸中达到高的气缸充气量，此外在此规定，所述废气涡轮增压器1具有电的介质间隙机10。所述电的介质间隙机在此被集成到压缩机2中，其中所述介质间隙机10的转子11抗扭地布置在轴5的背离涡轮7的端部上。与转子11共同起作用的定子12与转子11同轴地以与壳体固定的方式布置在废气涡轮增压器1的朝压缩机轮4导引的流动通道13中。

为了更好的理解起见，图2示出了所述介质间隙机10的立体的截面图。所述定子12具有环形的、尤其圆环形的定子轭14，在该定子轭上多个均匀地在定子轭14的圆周范围内分布布置的定子齿15径向向里伸出并且指向转子11的方向或轴5的旋转轴线的方向。所述定子齿15在径向上在与转子11隔开的情况下终止，从而在定子齿15和转子11之间留有气隙。在此，所述定子齿具有配属于定子轭14的基础区段15’以及将所述基础区段15’延长的通量引导元件15’’，所述通量引导元件的自由端部配属于转子11。

所述定子12设有尤其是多相的驱动绕组16，该驱动绕组由多个围绕着定子齿15缠绕的扁平导体线圈17形成。所述扁平导体线圈17在定子12的端侧上分别构造卷包头18或19，所述卷包头轴向地伸出超过定子齿15和定子轭14。在此，朝向压缩机2的卷包头19在其自由的端侧20上具有凹处21，该凹处构造用于接收废气涡轮增压器1的壳体6的壳体区段。

在此，配属于叶轮或压缩机轮4地，所述压缩机2具有流动涡螺22。所述流动涡螺22由壳体6形成并且轴向地朝介质间隙机10的方向伸出超过压缩机轮4，如尤其在图1中所示。所述卷包头19的凹处21如此构造，使得其至少部分地接收壳体6的流动涡螺22。为此，所述凹处22如在图1的纵截面中所示出的那样弯曲地构造，其中所述凹处21的曲率与流动涡螺22的曲率相匹配。由此，所述凹处21的形状在卷包头19的范围内变化。在此，所述凹处21在卷包头19的以下范围内延伸，所述范围小于驱动绕组16的外圆周23和内圆周24之间的高度H。所述凹处21在此如此配属于外圆周23，使得其空出卷包头19的外棱边。

通过所述卷包头19的有利的设计方案及其与流动涡螺22的形状的匹配来实现这一点，即：所述驱动绕组16节省结构空间地并且最佳地在轴向上被装配入并且尤其能够插入到流动涡螺22与压缩机轮4之间的区域中，使得所存在的结构空间最佳地得到充分利用并且废气涡轮增压器能够在轴向上实施得更短。除此以外，得到如下优点，即：所述介质间隙机10的转子11同样更加靠近压缩机轮4来布置。在此，所述转子11更加靠近轴承8，这样做的优点是，作用到转子11上的或通过转子11产生的振动力矩或弯曲力矩由于相对于轴承5的间距的缩小而降低，由此改善了废气涡轮增压器1的运转平稳性并且延长了其使用寿命。所述扁平导体线圈17尤其通过铸造或通过竖起棱边卷绕来制成。在铸造时出于重量和成本原因优选将铝用作扁平导体线圈的材料，而出于延展性的原因，铜作为原材料更适合于竖起棱边卷绕。

所述凹处21形成相对于流动涡螺22的配对轮廓，该凹处就所铸造的扁平导体线圈而言直接在铸造过程的期间一起被制成。而就竖起棱边卷绕的扁平导体线圈而言，则需要后续的加工过程，特别是切削加工过程、像例如铣削或成型。但是，通过在竖起棱边卷绕的解决方案（漆包线）中使用已经绝缘的扁平线的做法，最终的绝缘过程相对于铸造变型方案明显得到简化并且成本更低。此外，通过所述扁平导体线圈17的矩形的导体横截面的使用，得出最大的填充系数并且因此得出非常小的电阻。此外，与圆形的绕组线相比，在更高的频率下的趋肤效应明显更小地显现出来，由此在线圈中总体上产生非常小的损耗功率。

如在图2中所示，所述扁平导体线圈17有利地布置在定子轭14和外套筒25之间，所述外套筒在径向上在外部限界了穿过介质间隙机10导引的用于介质、特别是新鲜空气的流动路径26。所述外套筒25被定子齿15、尤其是被其通量引导元件15’’贯穿。

在与所述外套筒25同轴的情况下，内套筒27布置在所述外套筒25之内，该内套筒配属于转子11，但是与该转子隔开。所述定子齿15以其通量引导元件15’’至少一直延伸至内套筒27或者甚至穿过内套筒，从而定子齿穿过外套筒25和内套筒27之间的整个中间空间来延伸。所述内套筒27径向向里限界流动路径26并且优选在其处于转子11上游的端侧上通过盖罩来封闭，使得通过介质间隙机10来导引的介质仅仅通过内套筒27与外套筒25之间的流动路径26来导引。因为所述流动路径26因此穿过定子12中并且介质绕流定子齿15、至少绕流通量引导元件15’’，所以定子12和转子11有利地通过介质来冷却。可选所述外套筒25具有相应数量的定子齿15和用于保持并且锁定扁平导体线圈17的保持装置，使得这些扁平导体线圈能够预装配/被预装配在外套筒25上并且与外套筒25一起形成预装配单元。可选所述内套筒27此外与外套筒25相连接、尤其与外套筒25一体地构造，以便形成紧凑的单元或预装配组。在此，例如在内套筒27和外套筒25之间设置了径向接片，通过所述径向接片确保一体的构造。所述径向接片尤其如此构造用于分别接收通量引导元件15’’之一并且将其包围，从而实现所述预装配单元在定子12上的紧凑且简单的布置和定向。

Claims

1.用于压缩机（2）和/或涡轮机（3）的电的介质间隙机（10），尤其用于内燃机的废气涡轮增压器（1），所述电的介质间隙机具有：以能旋转的方式在壳体（6）中受支承的轴（5），在该轴上抗扭地布置转子（11）；与壳体固定的定子（12），该定子具有至少一个用于产生驱动磁场的多相的驱动绕组（16）以及多个径向向里伸出的定子齿（15），其中所述驱动绕组（16）构造成至少一个围绕所述定子齿（15）缠绕的扁平导体线圈（17），所述扁平导体线圈在所述定子（12）上具有在轴向上在两侧突出的卷包头（18、19），其特征在于，所述驱动绕组（16）在其中至少一个卷包头（18、19）上具有端侧的凹处（21），用于至少部分地接收所述壳体（6）的壳体区段。

2.根据权利要求1所述的介质间隙机，其特征在于，所述壳体（6）具有用于导引气体的流动涡螺（22），并且所述凹处（21）构造用于至少部分地接收所述流动涡螺（22）。

3.根据前述权利要求中任一项所述的介质间隙机，其特征在于，所述凹处（21）沿着所述卷包头（19）的整个圆周延伸。

4.根据前述权利要求中任一项所述的介质间隙机，其特征在于，相应的卷包头从所述驱动绕组（16）的内圆周（24）直至外圆周（23）具有径向高度（H），并且所述凹处（21）在径向上仅仅在小于所述高度（H）的范围内延伸。

5.根据前述权利要求中任一项所述的介质间隙机，其特征在于，所述凹处（21）延伸直到所述外圆周（23）中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的介质间隙机，其特征在于，所述凹处（21）朝所述外圆周（23）的方向扩大。

7.根据前述权利要求中任一项所述的介质间隙机，其特征在于，相应的扁平导体线圈（17）具有矩形的导体横截面。

8.根据前述权利要求中任一项所述的介质间隙机，其特征在于内套筒（27）和与所述内套筒同轴地布置的外套筒（25），其中所述内套筒在圆周侧完全地且在轴向上至少部分地包围所述转子（11），其中所述驱动绕组（16）在径向上布置在所述外套筒（25）的外部，并且其中在所述内套筒（27）和所述外套筒（25）之间形成用于介质的穿过所述介质间隙机（10）的流动路径（26）。

9.根据前述权利要求中任一项所述的介质间隙机，其特征在于，所述定子齿（15）或者所述定子齿（15）的通量引导元件（15’’）穿过所述流动路径（26）一直延伸到至少所述内套筒（27）。

10.根据权利要求9所述的介质间隙机，其特征在于，所述定子齿（15）或者所述定子齿（15）的通量引导元件（15’’）穿过所述内套筒并且伸入到所述内套筒中。

11.压缩机（2）和/或涡轮机（3），尤其是废气涡轮增压器（1），具有：壳体（6），和；以能旋转的方式在所述壳体（6）中受支承的轴（5），在该轴上抗扭地布置至少一个压缩机轮（4）和/或涡轮（7），和；电的介质间隙机（10），该电的介质间隙机具有抗扭地布置在所述轴（5）上的转子（11）和与壳体固定的定子（12），其中所述定子（12）具有用于产生驱动磁场的驱动绕组（16），其特征在于根据权利要求1至10中的一项或多项所述的介质间隙机（10）的构造。