CN1788403A - 用于电辅助式涡轮增压器的电动机护罩 - Google Patents

用于电辅助式涡轮增压器的电动机护罩 Download PDF

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Abstract

一种电动机护罩，包括第一护罩外壳部分(2)和第二护罩外壳部分(3)。所述护罩外壳部分(2，3)结合在一起，从而通过径向和轴向地将定子(4)定位在护罩外壳部分(2，3)之间，来装配该电动机护罩(1)。

Description

用于电辅助式涡轮增压器的电动机护罩
本发明涉及电动机护罩(cartridge)、可容纳在电动机护罩中的电动机、由该电动机电辅助的涡轮增压器，以及由该电动机驱动的压缩机。
涡轮增压器是众所周知的，并广泛用于在内燃机中。其中，来自引擎的排气可供应给涡轮机叶轮，其驱动用于压缩排放到相应汽缸的燃烧室中的空气的压缩机叶轮。这样，压缩空气就给燃烧室供应更多的氧气以改善燃烧并因而产生更大的功率。然而，当引擎的旋转速度较低时，由于具有较小压力的排气供应给涡轮机叶轮，因此供应给燃烧室的空气压缩得较少，这对于低速范围会导致一种所谓“涡轮驱动滞后”。用于克服这种涡轮驱动滞后的一种已知方法是为涡轮增压器提供电动机，其在引擎的转速较低时可附加地转动压缩机叶轮，从而保证供应给燃烧室的空气压力。
根据文献US 6449950 B1，提供了一种具有电动机的涡轮增压器，电动机利用轴协助转子的旋转，该轴携带了包含在涡轮机外壳中的涡轮机叶轮和包含在压缩机外壳中的压缩机叶轮。该轴由包含在中心外壳中的轴承来支撑，由压缩机外壳和电动机外壳铸件来容纳电动机。中心外壳设置在电动机外壳铸件和涡轮机外壳之间。
本发明的目的是提供一种改进的电动机护罩、可容纳在电动机护罩中的电动机、由该电动机电辅助的涡轮增压器，以及由该电动机驱动的压缩机。
根据本发明的一个方面，上述目的由在权利要求1中限定的电动机护罩来实现。在从属权利要求2至13中阐述了该电动机护罩的优选实施例。
根据本发明的另一方面，上述目的由在权利要求14中限定的电动机来实现。在从属权利要求15至17中阐述了该电动机的优选实施例。
根据本发明的又一方面，上述目的由在权利要求19中限定的涡轮增压器来实现。在从属权利要求20中阐述了该电动机护罩的优选实施例。
根据本发明的另一方面，上述目的由在权利要求21中限定的压缩机来实现。
根据在权利要求1中限定的技术方案，电动机护罩包括第一护罩外壳部分和第二护罩外壳部分，护罩外壳部分结合在一起，以便通过径向和轴向地将定子定位在其之间来组装成电动机护罩。这样，当装配护罩时，可以自动对准定子，而不需要使用另外的对准装置。
根据本发明的一个实施例，电动机护罩的各个护罩外壳部分具有基本由底面部分和圆柱形壁部分构成的半壳形状。
至少其中一个护罩外壳部分可设有至少一个凹腔部分，其形成于圆柱形壁部分的轴向端部的内侧，其至少部分地在圆柱形壁的圆周方向上延伸，用以接受定子的突出部。通过这种方式，就提供了一种使定子接合在护罩的两个外壳部分之间从而将定子沿径向和轴向定位的非常简单且有效的手段。
通过为各个护罩外壳部分提供一个凹腔部分，其中凹腔部分相对于圆柱形壁端部的邻接顶端所限定的平面是对称的，从非所需作用力如因离心率引起的力矩的角度来看，就可达到正面效果。
此外，各个护罩外壳部分可在其底面部分的中心提供孔，并且至少其中一个底面部分可以至少部分地向内凹入而成形。该中心孔可用作电动机的转子部件的导向孔，这是因为中心孔的中央位置能够将转子部件最佳地定位。通过形成凹入的底面部分，护罩就可适于涡轮增压器的其它部件如压缩机叶轮或垫圈的形状，而不会浪费用于定子的空间，其与转子相比较而言在轴向方向上更大。
另外在各个护罩外壳部分处可形成至少一个接触区域，使它与中间可安装护罩的两外壳的相应的相反接触区域相接触。因此，可保证护罩在两个外壳部分之间的正确接合，而无需其它用于固定护罩的手段。
为了在护罩外壳与中间可安装护罩的两外壳中的一个外壳之间进行密封，在至少其中一个护罩外壳部分上设有周向延伸的凹槽，使其可接受O形圈。因而，当将护罩插入到中心外壳中时，就自动地提供了密封，并且可将密封装置有利地安装在护罩的外表面上，而非将其安装到中心外壳的护罩可插入其中的空腔内。
另外，在至少其中一个护罩外壳部分中可设置用于电动机冷却的额外的冷却槽和任何集成管道系统，其有助于减少零部件的数量。
至于用于电动机护罩的材料，可使用冲压金属、任何聚合物密封材料、任何压铸材料或任何砂型铸造材料，以实现改良的防爆裂性能。
另外，护罩外壳的材料性能可有助于散热和防热。
此外，护罩外壳的材料性能可有助于对电磁干扰的防护。
为了与相位器及传感器接头相连，电动机护罩可包括位于至少其中一个电动机护罩部分处的连接器部分。该连接部分在装配过程中可直接插在配线端部上，以便利于装配过程。
根据在权利要求14中限定的技术方案，提供了一种电动机，其包括根据任何上述方面所述的电动机护罩和由定子围绕的转子。因此，如果需要，电动机可作为单独功能装置而被接受。护罩提供的封装可在装卸和装配过程中保护所有的电气和电子元件。此外，电动机可用作自动定心的模块，其在装配过程中对定子和转子进行定位。
此外，转子可包括两个周边部分，其各自具有比定子所围绕的转子的中间部分的直径更小的直径，其中各个周边部分均包括周向凹槽，周向凹槽设有用于在护罩的内侧和外侧之间形成密封的活塞环。这还有助于自动定心功能，并有助于最大限度地减少部件的数量。
转子的机械平衡最好由位于所述转子上的材料去除区域来实现，从而为转子提供了一体式的旋转质量分布。材料去除区域最好设于第一和/或第二小直径的周边部分的圆周上，或者设于转子的大直径部分的一侧上。
为了检测转子的速度，电动机可包括传感器部件。
另外，相位器和传感器接头可设置在连接器部分中，使得它们在装配压缩机电动机时可直接插在配线端部接头中，以有利于装配过程。
根据在权利要求19中限定的技术方案，涡轮增压器包括如上所述的电动机，并且还包括用于容纳排气所驱动的涡轮机叶轮的涡轮机外壳，用于容纳轴和电动机的中心外壳，以及用于容纳压缩机叶轮的压缩机外壳，其中该轴用作电动机的转子，并从涡轮机叶轮经过轴颈轴承和电动机而延伸至压缩机叶轮，压缩机叶轮由涡轮机叶轮通过该轴来驱动，并且还可由电动机驱动，电动机容纳在中心外壳中，使得通过将中心外壳连接到压缩机外壳上而将压缩机电动机牢固地固定。这样，由于设有护罩的电动机可直接插在中心外壳中而不需要其它的外壳零部件，因此可最大程度地减少外壳零部件的数量。
另外，其中一个护罩外壳部分可用作轴颈轴承一侧上的密封板，而另一护罩外壳部分可用作压缩机叶轮一侧上的后板。这样可进一步最大限度地减少部件的数量。
根据在权利要求21中限定的技术方案，压缩机包括如上所述的电动机，并且还包括用于容纳轴和电动机的电动机外壳，而且还包括用于容纳压缩机叶轮的压缩机外壳，所述轴用作电动机的转子并携带压缩机叶轮，其中电动机容纳在电动机外壳中，这样通过将电动机外壳连接到压缩机外壳上，可使压缩机电动机牢固地固定。因而可通过使用如上所述地安装在护罩上的电动机，来改进电动压缩机(EDC)。
这样，根据本发明，将用于电动机的护罩装配到涡轮增压器或EDC型压缩机上的概念可提供电动机的封装，这可保护电动机免受油和水，从而有助于限制火势蔓延。另外，护罩可实现减噪和减振，并且可适应于任何电动机的几何尺度、转子轴承尺寸和涡轮增压器尺寸。此外，护罩的概念还允许在将电动机装配到涡轮增压器上之前，对电动机进行预测试。
以下将参照附图，来详细地介绍用于本发明目的的更详细技术方案，其中：
图1是具有根据本发明一个实施例的电动机护罩的涡轮增压器的截面图。
图2是根据本发明一个实施例的电动机护罩的侧视图。
图3是图2所示电动机护罩的截面图。
根据图1所示实施例的电辅助式涡轮增压器基本上包括用于容纳涡轮机叶轮29的涡轮机外壳18，用于容纳电动机护罩1的中心外壳31，以及用于容纳压缩机叶轮32的压缩机外壳19。轴34延伸穿过中心外壳31和容纳于其中的电动机护罩1，从而将压缩机叶轮32连接到涡轮机叶轮29上，其中轴34可用作设在护罩1中的电动机的转子。
电动机基本上包括转子21、定子4和传感器28，这些部件包含在第一护罩外壳部分2和第二护罩外壳部分3中，并且还提供了连接器20以用于为电动机供应电能和控制信号。
转子21具有带轴向延伸的通孔的圆柱体形状，该通孔用于插入穿过转子21的轴34。转子21的第一周边部分22和第二周边部分23各自具有比其中间部分更小的直径，并且分别设有用于容纳活塞环25，27的周向凹槽24，26。
定子4是环状的，并设计成同轴地包围转子21。这意味着定子4的内径略大于转子21的外径。此外，定子4包括突出部11，其至少部分地沿着圆周方向在中间部分处的转子21的圆周面上延伸。
第一护罩外壳部分2和第二护罩外壳部分3是大致杯状的，并且第二护罩外壳部分3的底面部分6内凹式弯曲，使其不会贴靠在压缩机叶轮32上。此外，底面部分6提供了用于贴靠在压缩机外壳19上的推力轴承面15，并且包括用于接受转子21的第二周边部分23的中央孔13。
在杯状的第二护罩外壳部分3的圆柱形壁部分8的轴向端部内侧处形成了周向凹腔9。
第一护罩外壳2的底面部分5也是内凹式弯曲的，以适应垫圈46，并在杯状的第一护罩外壳部分3的圆柱形壁部分7的轴向端部处在其内侧形成了周向凹腔10。此外，O形圈17设置在第一护罩外壳2的底面部分5和壁部分7之间的过渡区域的外周边位置处。
这样可以很容易装配电动机护罩，首先将定子4置入第二护罩外壳3中，使定子4的突出部11容纳在凹腔10中，并因而在定子4和外壳3之间保持一定间隙。其次，可将具有圆环形状的传感器28放置在环状的定子4中，使得传感器28的孔与第二护罩外壳3的孔对准，然后通过将具有较小直径的部分23插入并穿过环状传感器28的孔和第二护罩外壳部分3的底面部分6的中央孔13，从而可将转子21插入到环状定子4的内部。现在，通过将定子4的部分22插入第一护罩外壳2的中央孔12中，从而可将第一护罩外壳的2连接到组件的其余部分上。活塞环25和27将转子21的第一部分22及第二部分23与相应护罩外壳2，3的孔12，13的内周面之间的间隙紧紧地封闭起来。
这样，如上所述，电动机护罩可在未安装到涡轮增压器上之前来进行装配。这意味着可在单独的过程中生产电动机护罩，以便于以后安装到涡轮增压器上。
接下来，将介绍具有电动机护罩的涡轮增压器。
涡轮增压器的轴34与容纳在涡轮机外壳18中的涡轮机叶轮29相连。排气经由涡旋室30进入涡轮机外壳18中，以通过涡轮叶片36来驱动涡轮机叶轮29，并经由出口37而排出。涡轮包括轮毂部分38，其包含用于固定活塞环40的凹槽39。防热套41结合在涡轮机外壳18和中心外壳31之间，用于增强热空气动力学控制。轴34还包括具有承面42的轴承部分43。轴颈轴承35被携带在中心外壳31的轴承孔44中。轴承是半浮式的，在各末端具有带润滑和薄膜缓冲释放部分的轴颈。中央轴肩包含孔43，用以容纳销45以限制轴承的旋转。
在轴颈轴承35与涡轮29相对的一侧上设置有止推垫圈46。电动机护罩可在轴34上滑动，使得转子21的第一周边部分22的端面贴靠在止推垫圈46上。在这种状态下，电动机护罩整个地设置在中心外壳31中，并由护罩螺钉47固定在中心外壳上。在这种状态下，O形圈17密封在中心外壳31的内部和护罩之间。在将压缩机叶轮32连接在轴34上之后，可直接将压缩机外壳29安装到中心外壳31上，从而借助于护罩的接触区域14，15而使电动机护罩接合在压缩机外壳19和中心外壳31之间。由于周边部分22和23略微延伸到相应护罩外壳2，3之外，因此就在第二护罩外壳3和压缩机叶轮32之间，以及在第一护罩外壳2和止推垫圈46之间形成了间隙。另外，还提供了锁紧螺母48，用于将压缩机叶轮32固定在轴34上。最后，可通过螺栓49和50将压缩机外壳19和涡轮机外壳18固定在中心外壳31上。
本发明并不限于上述实施例，而是可以各种改型来进行修改。
例如，定子的突出部11并不必延续到整个圆周的范围，而是可以分成任意数量的突出部。相应地，凹腔9，10并不必是连续的，而是可以提供相应的间隔来间断。

Claims (21)

1.一种电动机护罩(1)，包括：
第一护罩外壳部分(2)；和
第二护罩外壳部分(3)；
所述护罩外壳部分(2，3)结合在一起，从而通过径向和轴向地将定子(4)定位在所述护罩外壳部分(2，3)之间来装配所述电动机护罩(1)。
2.根据权利要求1所述的电动机护罩(1)，其特征在于，所述电动机护罩外壳部分(2，3)各具有基本上由底面部分(5，6)和圆柱形壁部分(7，8)组成的半壳形状。
3.根据权利要求2所述的电动机护罩(1)，其特征在于，所述护罩外壳部分(2，3)中的至少一个设有形成于所述圆柱形壁部分(7，8)的轴向端部内侧的至少一个凹腔部分(9，10)，其至少部分地在所述圆柱形壁(7，8)的圆周方向上延伸，用以接受所述定子(4)的突出部(11)。
4.根据权利要求3所述的电动机护罩(1)，其特征在于，所述护罩外壳部分(2，3)各设有一个凹腔部分(9，10)，其中所述凹腔部分(9，10)相对于所述圆柱形壁端部的邻接顶端所限定的平面是对称的。
5.根据权利要求4所述的电动机护罩(1)，其特征在于，所述护罩外壳部分(2，3)各自在其底面部分(5，6)的中心提供了孔(12，13)。
6。根据权利要求5所述的电动机护罩(1)，其特征在于，所述底面部分(5，6)中的至少一个是至少部分地向内凹入成形的。
7.根据权利要求6所述的电动机护罩(1)，其特征在于，在各个所述护罩外壳部分(2，3)处形成了至少一个接触区域(14，15)，其与中间可安装护罩(1)的两外壳(18，19)的相应的相反接触区域相接触。
8.根据权利要求7所述的电动机护罩(1)，其特征在于，在至少其中一个所述护罩外壳部分(2，3)上设有周向延伸的凹槽(16)以便接受O形圈(17)，以用于在所述护罩外壳(2，3)与中间可安装护罩(1)的两外壳(18，19)的其中一个外壳之间形成密封。
9.根据上述权利要求中任一权项所述的电动机护罩(1)，其特征在于，在至少其中一个所述护罩外壳部分(2，3)中集成了用于电动机冷却的冷却槽和任何集成管道系统。
10.根据上述权利要求中任一权项所述的电动机护罩(1)，其特征在于，所述护罩外壳(2，3)可由冲压金属、任何聚合物密封材料、任何压铸材料或任何砂型铸造材料制成。
11.根据权利要求10所述的电动机护罩(1)，其特征在于，所述护罩外壳(2，3)的材料性能有助于散热和防热。
12.根据上述权利要求中任一权项所述的电动机护罩(1)，其特征在于，所述护罩外壳的材料性能有助于对电磁干扰的防护。
13.根据上述权利要求中任一权项所述的电动机护罩(1)，其特征在于，至少其中一个所述护罩外壳部分(2，3)包括用于压缩机电动机的相位器和传感器接头的连接器部分(20)。
14.一种电动机，其包括根据权利要求1至13中的任一权项所述的电动机护罩(1)以及由所述定子(4)包围的转子(21)。
15.根据权利要求14所述的电动机，其特征在于，所述转子(21)包括两个周边部分(22，23)，各个所述周边部分(22，23)都具有比由所述定子包围的转子(21)的中间部分的直径更小的直径，各个所述周边部分(22，23)都包括周向凹槽(24，26)，其装备了用于在所述护罩(1)的内侧与外侧之间形成密封的活塞环(25，27)。
16.根据权利要求14或15所述的电动机，其特征在于，在所述转子(21)上还包括去除材料区域，从而为所述转子提供均匀的旋转质量分布。
17.根据权利要求14，15或16所述的电动机，其特征在于，所述电动机还包括用于检测所述转子(21)的转速的传感器部件(28)。
18.根据权利要求14至17中任一权项所述的电动机，其特征在于，所述相位器和传感器接头设置在所述连接器部分(20)中，这样当装配所述压缩机电动机时，可将所述所述相位器和传感器接头直接插在配线端部接头中。
19.一种涡轮增压器，其包括根据权利要求14至18中任一权项所述的电动机，并且还包括：
用于容纳涡轮机叶轮(29)的涡轮机外壳(18)，所述涡轮机叶轮(29)由排气驱动；
用于容纳轴(34)和所述电动机的中心外壳(31)，所述轴用作所述电动机的转子(21)，并且从所述涡轮机叶轮(39)穿过轴颈轴承(35)和所述电动机而延伸至压缩机叶轮(32)；
用于容纳所述压缩机叶轮(32)的压缩机外壳(19)；其中，
所述压缩机叶轮(32)由所述涡轮机叶轮(29)经由所述轴(34)来驱动，并且另外可由所述电动机来驱动，以及
所述电动机容纳在所述中心外壳(31)中，这样，通过将所述中心外壳(31)连接到所述压缩机外壳(19)上，而将所述压缩机电动机牢固地固定。
20.根据权利要19所述的涡轮增压器，其特征在于，中一个所述护罩外壳部分(2)用作轴颈轴承(35)一侧上的密封板，而另一所述护罩外壳部分(3)用作所述压缩机叶轮(32)一侧上的后板。
21.一种压缩机，其包括根据权利要求14至18中任一权项所述的电动机，并且还包括：
用于容纳轴和电动机的电动机外壳，所述轴用作所述电动机的转子，并且携带了压缩机叶轮；和
用于容纳所述压缩机叶轮的压缩机外壳；其中，
所述电动机容纳在所述电动机外壳中，这样，通过将所述电动机外壳连接到所述压缩机外壳上，而将所述压缩机电动机牢固地固定。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication