DE102007017776A1

DE102007017776A1 - Turbocharger for e.g. gasoline engine, of motor vehicle, has coupling unit electromagnetically coupling primary and secondary shafts, and control device controlling coupling between primary and secondary shafts

Info

Publication number: DE102007017776A1
Application number: DE200710017776
Authority: DE
Inventors: Andre Dr. Kaufmann; Achim Koch
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2007-04-16
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2027-04-17
Also published as: DE102007017776B4

Abstract

The charger (7) has a turbine (10) pivotably connected with a primary shaft (8). A compressor (9) is pivotably connected with a secondary shaft (11). A coupling unit (18) is provided for electromagnetic coupling of the primary shaft with the secondary shaft. A control device (19) controls the electromagnetic coupling between the primary shaft and the secondary shaft. Rotors are connected to the primary shaft and the secondary shaft, where the rotors are electromagnetically connected with one another.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Turbolader, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Turbine und einem Verdichter.The The present invention relates to a turbocharger, in particular for a motor vehicle, with a turbine and a compressor.

Ein Turbolader, oder auch Abgasturbolader, ist ein Aufladesystem für eine Brennkraftmaschine, mittels dem die Zylinder der Brennkraftmaschine mit einem erhöhten Ladeluftdruck beaufschlagt werden. Der detaillierte Aufbau und die Funktionsweise eines solchen Turboladers ist vielfach bekannt und wird daher nachfolgend nur kurz erläutert. Ein Turbolader besteht aus einer (Abgas-)Turbine im Abgasstrom (Abströmpfad), die typischerweise über eine gemeinsame Welle mit einem Verdichter im Ansaugtrakt (Anströmpfad) verbunden ist. Die Turbine wird vom Abgasstrom des Motors in Rotation versetzt und treibt so den Verdichter an. Der Verdichter erhöht den Druck im Ansaugtrakt des Motors, so dass durch diese Verdichtung während des Ansaugtaktes eine größere Luftmenge in die Zylinder der Brennkraftmaschine gelangt, als bei einem herkömmlichen Saugmotor. Damit steht eine größere Frischluftmenge zur Verbrennung zur Verfügung. Dadurch steigen der Mitteldruck des Motors und sein Drehmoment, was die Leistungsabgabe signifikant erhöht. Das Zuführen einer größeren Menge an Frischluft verbunden mit dem Verdichtungsprozess nennt man Aufladen. Die Energie für die Aufladung wird durch die Turbine den heißen Abgasen entnommen. Die im Abgas enthaltene Enthalpie wird in Form einer Temperatur- und Druckabsenkung in der Turbine genutzt. Durch diese Art der Aufladung steigt der Gesamtwirkungsgrad einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine.One Turbocharger, or turbocharger, is a charging system for an internal combustion engine, by means of which the cylinders of the internal combustion engine be charged with an increased charge air pressure. Of the detailed structure and operation of such a turbocharger is widely known and will therefore be explained only briefly. A turbocharger consists of an (exhaust) turbine in the exhaust gas flow (discharge path), which typically has a common wave with one Compressor in the intake (Anströmpfad) is connected. The turbine is set in rotation by the exhaust gas flow of the engine and so drives the compressor. The compressor increases the pressure in the intake tract of the engine, so that through this compression during the intake stroke a larger Air quantity enters the cylinders of the internal combustion engine, as at a conventional suction motor. This is a bigger one Fresh air quantity available for combustion. Thereby increase the mean pressure of the engine and its torque what the Power output increased significantly. The feeding a larger amount of fresh air associated with The compression process is called charging. The energy for the charge is through the turbine to the hot exhaust gases taken. The enthalpy contained in the exhaust gas is in the form of a Temperature and pressure reduction used in the turbine. By this kind charging increases the overall efficiency of a turbocharged one Internal combustion engine.

Der Abgasturbolader muss insbesondere bei einem Einsatz in einem Kraftfahrzeug einen weiten Betriebsbereich abdecken. Die Turbine und der Verdichter können allerdings nur auf einen Betriebspunkt, den Nennbetriebspunkt, optimal ausgelegt werden. Bei Betrieb außerhalb dieses Nennbetriebspunkts kommt es zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrads. Der Betriebsbereich des Turboladers wird ferner durch sogenannte Pump- und Stopfgrenzen sowie eine maximale Drehzahl eingeschränkt. Des Weiteren ist ein Lastsprung beim Betrieb des Turboladers, z. B. bei einem veränderten Drehmomentenwunsch eines Fahrers des Kraftfahrzeugs, mit einer zeitlichen Verzögerung behaftet. Dies ist unerwünscht.Of the Exhaust gas turbocharger must especially in a use in a motor vehicle cover a wide operating range. The turbine and the compressor However, only at one operating point, the nominal operating point, optimally designed. When operating outside of this Rated operating point, it comes to a deterioration of the efficiency. The operating range of the turbocharger is further characterized by so-called Pumping and stuffing limits and a maximum speed limited. Of Another is a load jump during operation of the turbocharger, z. B. at a changed torque request of a driver of the motor vehicle, with a time lag. This is undesirable.

Zum Anpassen der Turboladerleistung an verschiedene Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine kann eine Ladedruckregelung vorgesehen sein. Dazu kann die Turbine mit einer variablen Turbinengeometrie, VTG, ausgestattet sein. Dabei werden beispielsweise die Schaufeln des Schaufelrads der Turbine verdreht, so dass die wirksamen Strömungsquerschnitte der Schaufeln, auf die der Abgasstrom wirkt, verändert werden. Mittels der VTG kann die Verschlechterung des Wirkungsgrads begrenzt und der Betriebsbereich des Turboladers erweitert werden. Allerdings sind zahlreiche bewegte Teile zum Realisieren der VTG erforderlich, die zudem den hohen Temperaturen des Abgases ausgesetzt sind. Die VTG ist somit aufwändig zu realisieren und, insbesondere bei einem Einsatz im Ottomotor, anfällig. Zum Anpassen der Turboladerleistung ist es ebenso möglich, ein Überbrückungs- oder Abblasventil (ein sogenanntes Wastegate) für die Turbine vorzusehen, mit dem der Abgasstrom ganz oder teilweise an der Turbine, insbesondere ihrem Schaufelrad, vorbei geleitet werden kann. Ein solches Wastegate kann besonders wirkungsvoll zur Ladedruckregelung auf der Ansaugseite und zum Schutz vor zu hohen Drehzahlen eingesetzt werden. Es ist ferner bekannt, zum Verringern der Verzögerungszeit beim Lastwechsel oder -sprung einen elektrisch unterstützten Turbolader einzusetzen. Bei diesem elektrisch unterstützten Turbolader ist an der gemeinsamen Welle zusätzlich ein Elektromotor angebracht, mit dem die Welle bei Bedarf, zusätzlich zum Drehen durch die Turbine angetrieben, werden kann. Dadurch ist eine schnellere Erhöhung der Drehzahl des Schaufelrads des Verdichters und somit des Ladedrucks einstellbar.To the Adjust the turbocharger performance to different operating conditions The internal combustion engine may be provided a boost pressure control. For this purpose, the turbine with a variable turbine geometry, VTG, be equipped. For example, the blades of the Paddle wheel of the turbine twisted so that the effective flow cross sections the blades on which the exhaust stream acts changed become. By means of VTG, the deterioration of the efficiency limited and expanded the operating range of the turbocharger. However, there are many moving parts to realize the VTG required, which also exposed to the high temperatures of the exhaust gas are. The VTG is thus complex to implement and, in particular when used in gasoline engine, prone. To customize Turbocharger power, it is also possible to use a bridging or blow-off valve (a so-called wastegate) for the turbine provided with the exhaust gas flow wholly or partly on the turbine, especially her paddle wheel, can be passed over. One Such wastegate can be particularly effective for boost pressure control used on the suction side and to protect against excessive speeds become. It is also known to reduce the delay time when load change or jump an electrically assisted Use turbocharger. In this electrically assisted turbocharger is in addition to the common shaft an electric motor attached, with which the wave if necessary, in addition to Turning through the turbine can be driven. This is one faster increase of the speed of the impeller of the compressor and thus the charge pressure adjustable.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Turbolader, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, anzugeben, mit dem auf technisch einfache Weise über einen weiten Betriebsbereich ein hoher Wirkungsgrad ermöglicht wird.Of the present invention is based on the object, a turbocharger, in particular for a motor vehicle, with which in a technically simple way over a wide operating range high efficiency is possible.

Diese Aufgabe wird durch die technische Lehre des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.These Task is solved by the technical teaching of claim 1. Advantageous embodiments of the invention can the dependent claims be removed.

Erfindungsgemäß enthält der Turbolader eine Turbine, die mit einer drehbar gelagerten Primärwelle verbunden ist, und einen Verdichter, der mit einer drehbar gelagerten Sekundärwelle verbunden ist. Ein Kopplungsmittel dient zum elektro-magnetischen Koppeln der Primärwelle mit der Sekundärwelle. Ferner ist eine Steuereinrichtung zum Steuern der elektro-magnetischen Kopplung der Primärwelle und der Sekundärwelle vorhanden.Contains according to the invention the turbocharger is a turbine, with a rotatably mounted primary shaft is connected, and a compressor, with a rotatably mounted Secondary shaft is connected. A coupling agent is used for electro-magnetic coupling of the primary shaft with the Secondary shaft. Furthermore, a control device for controlling the electro-magnetic coupling of the primary shaft and the Secondary shaft available.

Aufgrund der vorliegenden Erfindung sind somit zwei Wellen vorhanden, wobei eine, die Primärwelle, der Turbine und die andere, die Sekundärwelle, dem Verdichter zugeordnet ist. Das Koppeln dieser beiden Wellen ermöglicht insbesondere ein Einstellen von voneinander unterschiedlichen Drehzahlen der Primär- und der Sekundärwelle. Ein Drehmoment der Primärwelle lässt sich vorteilhafterweise genau und zuverlässig gesteuert auf die Sekundärwelle übertragen. Die unterschiedlichen Drehzahlen der Primär- und der Sekundärwelle können vorteilhafterweise so eingestellt werden, dass sowohl für die Turbine als auch für den Verdichter, und somit für den Turbolader insgesamt, hohe Wirkungsgrade erreichbar sind. Dadurch, dass Pump- und Stopfgrenze des Turboladers neben den Druckverhältnissen des Verdichters von der jeweiligen Drehzahl des Verdichterrades, und damit der Welle, abhängt, kann vorteilhafterweise ein Betriebspunkt eingestellt werden, der einen ausreichenden Mindestabstand zur Pump- und Stopfgrenze gewährleistet. Durch die vorliegende Erfindung lässt sich ein besonders leistungsfähiger und wartungsarmer Turbolader realisieren. Es ist auf einfache Weise möglich, eine besonders ge ringe Verzögerungszeit bei einem Lastsprung oder -wechsel zu gewährleisten. Dabei ist es möglich, auf ein sogenanntes Wastegate zu verzichten und den gesamten Abgasmassenstrom vollständig durch die Turbine zu leiten, um dadurch die Enthalpie des vollständigen Abgasmassenstromes im gesamten Betriebskennfeld zu erreichen und zu nutzen. Ferner ist es nicht notwendig, eine aufwändige, sogenannte variable Turbinengeometrie, VTG, in der Turbine auszubilden. Das Kopplungsmittel des erfindungsgemäßen Turboladers kann vorteilhafterweise wenigstens eine elektrische Maschine zum Realisieren der elektro-magnetischen Kopplung zwischen der Primärwelle und der Sekundärwelle aufweisen. Diese wenigstens eine elektrische Maschine kann ferner so angeordnet und ausgebildet sein, dass eine variable Übersetzung zwischen der Primärwelle und der Sekundärwelle ausgebildet ist. Erfindungsgemäß kann somit ein elektrisch gesteuertes, variables Getriebe zwischen der Primär- und der Sekundärwelle ausgebildet sein. Dieses gewährleistet auf besonders einfache Weise ein variables Einstellen von unterschiedlichen Drehzahlen der Primär- und Sekundärwelle. Das Einstellen der unterschiedlichen Drehzahlen der Primär- und Sekundärwelle kann einfachheitshalber mittels der Steuereinrichtung durchgeführt werden, die insbesondere zum Steuern des Kopplungsmittels dient und geeignete Vorgaben zum Einstellen der elektro-magnetischen Kopplung festlegt. Die Steuereinrichtung kann dementsprechend das Kopplungsmittel in Abhängigkeit von diesen festgelegten Vorgaben ansteuern.Thus, due to the present invention, there are two shafts, one being associated with the primary shaft, the turbine, and the other, the secondary shaft, with the compressor. The coupling of these two shafts makes it possible in particular to set mutually different rotational speeds of the primary and the secondary shaft. A torque of the primary shaft can advantageously be controlled accurately and reliably transmitted to the secondary shaft. The different speeds of the primary and the secondary shaft can be advantageously set so that both for the turbine as well as the compressor, and thus for the turbocharger overall, high efficiencies are achievable. Characterized in that the pump and Stopfgrenze of the turbocharger in addition to the pressure conditions of the compressor of the respective speed of the compressor wheel, and thus the shaft depends, advantageously, an operating point can be set, which ensures a sufficient minimum distance to the pumping and Stopfgrenze. The present invention makes it possible to realize a particularly efficient and low-maintenance turbocharger. It is possible in a simple manner, to ensure a particularly ge rings delay time in a load jump or change. It is possible to dispense with a so-called wastegate and to conduct the entire exhaust gas mass flow completely through the turbine, thereby achieving and using the enthalpy of the complete exhaust gas mass flow throughout the operating map. Furthermore, it is not necessary to design a complex, so-called variable turbine geometry, VTG, in the turbine. The coupling means of the turbocharger according to the invention may advantageously comprise at least one electric machine for realizing the electro-magnetic coupling between the primary shaft and the secondary shaft. This at least one electric machine may further be arranged and configured such that a variable ratio between the primary shaft and the secondary shaft is formed. Thus, according to the invention, an electrically controlled, variable transmission can be formed between the primary and the secondary shaft. This ensures in a particularly simple manner a variable setting of different speeds of the primary and secondary shaft. The setting of the different rotational speeds of the primary and secondary shaft can be carried out for the sake of simplicity by means of the control device, which serves in particular for controlling the coupling means and defines suitable specifications for setting the electro-magnetic coupling. The control device can accordingly control the coupling means in dependence on these specified specifications.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an der Primärwelle ein erster, insbesondere hohlzylindrischer, Rotor und an der Sekundärwelle ein zweiter, insbesondere hohlzylindrischer, Rotor befestigt, die elektro-magnetisch miteinander koppelbar sind. Dadurch lässt sich das elektro-magnetische Koppeln der Primär- und Sekundärwelle besonders einfach umsetzen. Der erste und der zweite Rotor haben dazu vorteilhafterweise Bau- oder Wirkungselemente, mit denen magnetische Felder erzeugbar sind.In An advantageous embodiment of the invention is on the primary shaft a first, in particular hollow cylindrical, rotor and on the secondary shaft second, in particular hollow cylindrical, rotor attached, the electro-magnetic can be coupled together. This allows the electromagnetic coupling the primary and secondary shaft particularly easy implement. The first and the second rotor have to advantageously Construction or action elements with which magnetic fields can be generated.

In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist ein, insbesondere hohlzylindrischer, Stator vorhanden, der, bezogen auf Drehrichtungen des ersten Rotors und des zweiten Rotors, fest angeordnet und mit wenigstens einem der beiden Rotoren elektro-magnetisch koppelbar ist. Mit dem Stator kann auf besonders einfache Weise die elektro-magnetische Kopplung zu dem wenigstens einen der beiden Rotoren hergestellt werden. Diese elektro-magnetische Kopplung ermöglicht dann gegebenenfalls eine elektro-magnetische Kopplung zu dem anderen der beiden Rotoren. Der feste Stator kann auf einfache Weise eine Kraftabstützung des wenigstens einen der beiden Rotoren ermöglichen, um diesem sein Drehen zu ermöglichen.In a further, particularly advantageous embodiment is, in particular hollow cylindrical, stator present, based on directions of rotation of the first rotor and the second rotor, fixed and with at least one of the two rotors electro-magnetically coupled is. With the stator can be in a particularly simple manner, the electromagnetic Coupling made to the at least one of the two rotors become. This electro-magnetic coupling then allows optionally an electro-magnetic coupling to the other the two rotors. The fixed stator can easily a Power support of at least one of the two rotors enable this to be turned on.

Bevorzugt liegen der erste Rotor und der zweite Rotor axial nebeneinander und der Stator ist radial benachbart zu dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor und axial verschiebbar angeordnet. Diese Anordnung der beiden Rotoren und des Stators ist besonders aufwandsarm und kostengünstig realisierbar. Das Verändern der elektro-magnetischen Kopplung zwischen den beiden Rotoren, und damit des Drehzahlverhältnisses der Primär- und Sekundärwicklung, ist besonders einfach über das axiale Verschieben des Stators möglich. Die radialen Abstände des Stators zu dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor sind dabei vorteilhafterweise fest.Prefers the first rotor and the second rotor are axially adjacent and the stator is radially adjacent to the first rotor and the second Rotor and arranged axially displaceable. This arrangement of the two Rotors and the stator is particularly low in complexity and cost feasible. Changing the electro-magnetic coupling between the two rotors, and thus the speed ratio the primary and secondary winding, is special easy via the axial displacement of the stator possible. The radial distances of the stator to the first rotor and the second rotor are advantageously fixed.

Besonders bevorzugt weisen der erste Rotor und der zweite Rotor in ihre jeweilige Umfangsrichtung verteilt mehrere Permanentmagnete mit wechselnder Polarität auf. Der Stator enthält ferner eine Kurzschlusswicklung, die radial benachbart zu den Permanentmagneten angeordnet und abhängig von einer Stellung der Permanentmagnete der beiden Rotoren zueinander schaltbar ist. Dies gewährleistet auf besonders einfache Weise ein stabiles Erzeugen von magnetischen Feldern und insbesondere ein Einstellen der Drehzahlen der Primär- und der Sekundärwelle. Durch ein Verändern des Magnetfelds der Permanentmagnete des ersten Rotors beim Drehen der Primärwelle wird in der Kurzschlusswicklung des Stators eine elektrische Spannung induziert, die einen elektrischen Stromfluss in der Wicklung zur Folge hat. Durch diesen Stromfluss wird eine Kraft auf den zweiten Rotor ausgeübt, die ein Drehen des zweiten Rotors bewirkt.Especially Preferably, the first rotor and the second rotor in their respective Circumferential direction distributes several permanent magnets with changing Polarity on. The stator further includes a short circuit winding, arranged and dependent radially adjacent to the permanent magnets from a position of the permanent magnets of the two rotors to each other is switchable. This ensures a particularly simple Way stable generation of magnetic fields and in particular adjusting the speeds of the primary and secondary shafts. By changing the magnetic field of the permanent magnets of the first rotor when rotating the primary shaft is in the Short circuit winding of the stator induces an electrical voltage, which has an electrical current flow in the winding result. This current flow exerts a force on the second rotor, which causes a rotation of the second rotor.

Des Weiteren vorzugsweise weisen der erste Rotor und der zweite Rotor die Permanentmagnete an ihrer jeweiligen, in radialer Richtung betrachtet, Innenseite auf. Der Stator ist dabei, in radialer Richtung betrachtet, im Innern der beiden Rotoren angeordnet. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Turboladers.Of Further preferably, the first rotor and the second rotor the permanent magnets at their respective, viewed in the radial direction, Inside up. The stator is, viewed in the radial direction, arranged inside the two rotors. this makes possible a particularly compact embodiment of the invention Turbocharger.

Besonders bevorzugt sind der erste Rotor, der zweite Rotor und der Stator in radialer Richtung ineinander geschachtelt angeordnet. Dabei befindet sich der erste Rotor innen, der Stator außen und der zweite Rotor zwischen dem ersten Rotor und dem Stator. Zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor ist ein erster Luftspalt und zwischen dem zweiten Rotor und dem Stator ein zweiter Luftspalt ausgebildet. Dies ermöglicht ebenfalls eine besonders kompakte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Turboladers. Ferner ist das zuverlässige Einstellen der Drehzahlen der Primär- und Sekundärwelle besonders einfach möglich.Particularly preferably, the first rotor, the second rotor and the stator are arranged nested one inside the other in the radial direction. Here, the first rotor is inside, the stator outside and the second rotor between the first rotor and the Stator. Between the first rotor and the second rotor, a first air gap and between the second rotor and the stator, a second air gap is formed. This also allows a particularly compact design of the turbocharger according to the invention. Furthermore, the reliable setting of the rotational speeds of the primary and secondary shaft is particularly easy.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Kopplungsmittel einen an der Primärwelle angeordneten Energiewandler zum Wandeln von Rotationsenergie in elektrische Energie und eine Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten von elektrischem Strom auf. Die Verarbeitungseinrichtung ist mit dem Energiewandler zum Übertragen von von dem Energiewandler erzeugtem elektrischem Strom und mit der Steuereinrichtung zum Empfangen einer Steuerangabe verbunden. Die Verarbeitungseinrichtung ist ferner so ausgestaltet, dass sie den von dem Energiewandler übertragenen elektrischen Strom in Abhängigkeit von der von der Steuereinrichtung empfangenen Steuerangabe verarbeitet. Das Kopplungsmittel ist dabei so ausgestaltet, dass die Primärwelle mittels des von der Verarbeitungseinrichtung verarbeiteten elektrischen Stroms mit der Sekundärwelle koppelbar ist. Dies ermöglicht vorteilhafter weise einen weiteren, zweiten Weg des Koppelns der Primär- und der Sekundärwelle. Die Verarbeitungseinrichtung weist insbesondere Bauelemente der Leistungselektronik auf, mit denen relativ hohe elektrische Ströme schalt- und verarbeitbar sind. Mittels des Energiewandlers und der Verarbeitungseinrichtung kann der Primärwelle vorteilhafterweise Energie entzogen werden, die nicht zum Erzeugen der Drehung der Sekundärwelle eingesetzt wird. Dies gewährleistet eine Drehzahlbegrenzung und damit einen zuverlässigen Schutz des Turboladers vor zu hohen Drehzahlen. Ferner ist so eine effiziente Ladedruckregelung möglich.In an advantageous embodiment of the invention, the coupling means a arranged on the primary shaft energy converter for Converting rotational energy into electrical energy and a processing device for processing electricity. The processing device is with the energy converter for transmitting from the energy converter generated electric power and with the control device for receiving a Control information connected. The processing device is further designed to be the one transmitted by the energy converter electric current as a function of that of the control device received control information processed. The coupling agent is included designed so that the primary wave by means of the Processing device processed electrical power with the secondary shaft can be coupled. This advantageously allows one another, second way of coupling the primary and the Secondary shaft. The processing device has in particular Components of power electronics, with which relatively high electrical Currents are switchable and processable. By means of the energy converter and the processing device may advantageously the primary shaft Be deprived of energy that is not used to generate the rotation of the Secondary shaft is used. This ensures a speed limit and thus reliable protection the turbocharger from too high speeds. Furthermore, such is an efficient one Boost pressure control possible.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Turbolader einen Anschluss an ein elektrisches Energieversorgungsnetzwerk auf. Die Steuereinrichtung ist dabei so ausgestaltet, dass einerseits ein Einspeisen von aus einem Rotieren der Primärwelle gewonnener elektrischer Energie in das Energieversorgungsnetzwerk und andererseits ein Beziehen von elektrischer Energie aus dem Energieversorgungsnetzwerk zum Antreiben der Sekundärwelle steuerbar ist. Auf diese Weise kann der Primärwelle entzogene Energie, die somit nicht zum Erzeugen der Drehung der Sekundärwelle eingesetzt wird, vorteilhafterweise in das Energieversorgungsnetzwerk eingespeist und damit Energie gewonnen und für andere Zwecke genutzt werden. Mit dem Beziehen zusätzlicher elektrischer Energie aus dem Energieversorgungsnetzwerk, um diese zum Antreiben der Sekundärwelle einzusetzen, kann der Ladedruck des Turboladers zusätzlich erhöht werden. Dadurch kann vorteilhafterweise eine geringe Verzögerungszeit bei einem Lastsprung oder -wechsel gewährleistet werden. Beim Einsatz des erfindungsgemäße Turboladers in einem Kraftfahrzeug ist das Energieversorgungsnetzwerk vorteilhafterweise ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs.In a further advantageous embodiment of the invention, the Turbocharger a connection to an electrical power network on. The control device is designed such that on the one hand feeding in from a rotation of the primary wave electrical energy in the power supply network and on the other hand Obtaining electrical energy from the energy supply network for driving the secondary shaft is controllable. To this Way, the primary wave can take away deprived energy, thus not used to generate the rotation of the secondary shaft is, advantageously fed into the power grid and thus gained energy and used for other purposes become. By referring to additional electrical energy from the power supply network to these for driving the secondary shaft In addition, the boost pressure of the turbocharger may be additional increase. This can advantageously a small Delay time guaranteed at a load jump or change become. When using the turbocharger according to the invention in a motor vehicle, the power supply network is advantageously an electrical system of the motor vehicle.

Bevorzugt ist der Anschluss an das elektrische Energieversorgungsnetzwerk in der Verarbeitungseinrichtung ausgebildet. Die Verarbeitungseinrichtung kann daher den einzuspeisenden elektrischen Strom zusätzlich so aufbereiten und verarbeiten, dass er an die Gegebenheiten des Energieversorgungsnetzwerks angepasst ist. Des Weiteren dann die Verarbeitungseinrichtung die aus dem Energieversorgungsnetzwerks bezogenen Energie, und damit den bezogenen Strom, einfachheitshalber so aufbereiten, dass dieser zum Antreiben der Sekundärwelle einsetzbar ist.Prefers is the connection to the electrical energy supply network formed in the processing device. The processing device can therefore additionally feed the electrical current to be injected process and process it to the conditions of the Power supply network is adjusted. Furthermore, then the Processing device from the power network related energy, and thus the electricity used, for the sake of simplicity so that this to drive the secondary shaft can be used.

Nachfolgend werden die Erfindung und ihre Vorteile anhand von Beispielen und Ausführungsbeispielen und der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:following The invention and its advantages will be described by way of examples and Embodiments and the accompanying drawings explained in more detail. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Turboladers, 1 FIG. 2 shows a schematic representation of an example of an internal combustion engine of a motor vehicle with an exemplary embodiment of a turbocharger according to the invention, FIG.

2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Turboladers, dessen Kopplungsmittel eine ineinander geschachtelte Kombination zweier elektrischer Maschinen aufweist, bei der eine der elektrischen Maschinen konzentrisch um die andere der elektrischen Maschinen herum angeordnet ist, 2 1 is a schematic cross-sectional view of an exemplary embodiment of the turbocharger according to the invention, the coupling means of which comprises a nested combination of two electrical machines, in which one of the electrical machines is arranged concentrically around the other of the electrical machines;

3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Turboladers, dessen Kopplungsmittel eine Generator-Elektromotor-Kombination aufweist, und 3 a schematic cross-sectional view of another embodiment of the turbocharger according to the invention, the coupling means comprises a generator-electric motor combination, and

4 eine schematische Darstellung einer Überdeckung einer Statorwicklung der Generator-Elektromotor-Kombination nach 3 über mehrere Permanentmagnete von Rotoren des Generators und des Elektromotors. 4 a schematic representation of an overlap of a stator winding of the generator-electric motor combination according to 3 via a plurality of permanent magnets of rotors of the generator and the electric motor.

In den Figuren sind nachfolgend gleiche oder funktionsgleiche Elemente – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen.In The figures below are the same or functionally identical elements - if nothing else is indicated - with the same reference numerals Mistake.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Brennkraftmaschine 1, die in einem Kraftfahrzeug eingesetzt ist. Die Brennkraftmaschine 1 ist eine turboaufgeladene Brennkraftmaschine, beispielsweise ein Otto- oder ein Dieselmotor. Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Motorblock 2 auf, der im gezeigten Beispiel vier Zylinder 3 und einen Zylinderkopf 4 enthält. Die Brennkraftmaschine 1 weist in bekannter Weise ferner einen Ansaugkrümmer 5 sowie einen Abgaskrümmer 6 auf, die in 1 lediglich schematisch und stark vereinfacht angedeutet sind. Der Ansaugkrümmer 5 bildet somit die (Frisch-)Lufteinlassseite des Motorblocks 2 und der Abgaskrümmer 6 dessen Abgasauslassseite. 1 shows a schematic representation of an example of an internal combustion engine 1 which is used in a motor vehicle. The internal combustion engine 1 is a turbo-charged internal combustion engine, such as a gasoline or a Dieselmo gate. The internal combustion engine 1 has an engine block 2 on, in the example shown four cylinders 3 and a cylinder head 4 contains. The internal combustion engine 1 also has an intake manifold in a known manner 5 and an exhaust manifold 6 on that in 1 are indicated only schematically and greatly simplified. The intake manifold 5 thus forms the (fresh) air inlet side of the engine block 2 and the exhaust manifold 6 its exhaust outlet side.

Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Turbolader 7 auf, der in der 1 stark vereinfacht dargestellt ist. Der Turbolader 7 gemäß 1 ist einstufig ausgebildet und weist einen Verdichter 9 und eine Turbine 10 auf. Die Turbine 10, insbesondere ein Schaufelrad der Turbine 10, ist mit einer Primärwelle 8 verbunden. Der Verdichter 9, insbesondere ein Schaufelrad des Verdichters 9, ist mit einer Sekundärwelle 11 verbunden. Die Primärwelle 8 und die Sekundärwelle 11 sind mittels eines Kopplungsmittels 18 miteinander gekoppelt. Das Kopplungsmittel 18 ist so ausgestaltet, dass es eine elektro-magnetische Kopplung zwischen der Primärwelle 8 und der Sekundärwelle 11 gewährleistet. Zum Einstellen und Steuern dieser elektro-magnetischen Kopplung ist das Kopplungsmittel 18 mit einer Steuereinrichtung 19 verbunden, über die es geeignete Steuerangaben enthält. Der Verdichter 9 ist in einem Anströmpfad 12 und die Turbine 10 in einem Abströmpfad 13 angeordnet. Der Anströmpfad 12 des Turboladers 7 ist definiert zwischen einem Frischlufteinlass 14, über den Frischluft angesaugt wird, und einem Frischluftauslass 15, über den durch den Verdichter 9 verdichtete Frischluft vom Turbolader 7 bereitgestellt wird. Der Abströmpfad 13 des Turboladers 7 ist definiert zwischen einem Abgaseinlass 16, über den von der Brennkraftmaschine 1 erzeugtes Abgas in den Turbolader 7 eingeleitet wird, und einem Abgasauslass 17, über den das Abgas ausströmen kann. Der Abgaskrümmer 6 ist insofern mit dem Ab gaseinlass 16 für den Turbolader 7 verbunden. Die von dem Turbolader 7 abgegebene, verdichtete Frischluft wird der Frischlufteinlassseite der Brennkraftmaschine 1, d. h. dem Ansaugkrümmer 5, zugeführt. Der Ansaugkrümmer 5 ist hier insofern mit dem Frischluftauslass 15 des Turboladers 7 verbunden. Der Anströmpfad 12 wird häufig auch als Ansaugtrakt, Frischluftseite, Verdichterseite oder Ladeluftseite bezeichnet. Der Abströmpfad 13 wird häufig auch als Abgaspfad oder Abgasseite bezeichnet. Es ist auch möglich, auf den Abgaskrümmer 6 zu verzichten und die abgasführenden Teile in den Zylinderkopf 4 zu integrieren. In diesem Fall ist der Turbolader 7 direkt an den Zylinderkopf 4 angeflanscht.The internal combustion engine 1 has a turbocharger 7 on that in the 1 is shown greatly simplified. The turbocharger 7 according to 1 is designed in one stage and has a compressor 9 and a turbine 10 on. The turbine 10 , in particular a paddle wheel of the turbine 10 , is with a primary wave 8th connected. The compressor 9 , in particular a paddle wheel of the compressor 9 , is with a secondary shaft 11 connected. The primary wave 8th and the secondary shaft 11 are by means of a coupling agent 18 coupled together. The coupling agent 18 is designed so that there is an electro-magnetic coupling between the primary shaft 8th and the secondary shaft 11 guaranteed. To adjust and control this electro-magnetic coupling is the coupling agent 18 with a control device 19 for which it contains appropriate tax information. The compressor 9 is in a Anströmpfad 12 and the turbine 10 in a drainage path 13 arranged. The Anströmpfad 12 of the turbocharger 7 is defined between a fresh air intake 14 , is sucked through the fresh air, and a fresh air outlet 15 , over through the compressor 9 compressed fresh air from the turbocharger 7 provided. The discharge path 13 of the turbocharger 7 is defined between an exhaust inlet 16 , about that of the internal combustion engine 1 generated exhaust gas into the turbocharger 7 is introduced, and an exhaust outlet 17 through which the exhaust gas can flow. The exhaust manifold 6 is so far with the gas from the inlet 16 for the turbocharger 7 connected. The from the turbocharger 7 discharged, compressed fresh air is the fresh air inlet side of the internal combustion engine 1 ie the intake manifold 5 , fed. The intake manifold 5 is here so far with the fresh air outlet 15 of the turbocharger 7 connected. The Anströmpfad 12 is often referred to as intake, fresh air side, compressor side or charge air side. The discharge path 13 is often referred to as the exhaust path or exhaust side. It is also possible on the exhaust manifold 6 to dispense with the exhaust-carrying parts in the cylinder head 4 to integrate. In this case, the turbocharger 7 directly to the cylinder head 4 flanged.

2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Turboladers 7. Dessen Kopplungsmittel 18 weist hier eine ineinander geschachtelte Kombination zweier elektrischer Maschinen auf, mit der ein elektrisch gesteuertes variables Getriebe zwischen der Primärwelle 8 und der Sekundärwelle 11 realisiert wird. Eine der beiden elektrischen Maschinen ist dabei konzentrisch um die andere der elektrischen Maschinen herum angeordnet. Die Kombination der beiden elektrischen Maschinen enthält einen drehbaren, hohlzylindrischen Rotor 20, der an der Primärwelle 8 befestigt ist und der sich mit der Drehzahl der Primärwelle 8 dreht. Konzentrisch um den Rotor 20 herum ist ein drehbarer, hohlzylindrischer Rotor 21 angeordnet, der an der Sekundärwelle 11 befestigt ist und der sich mit der Drehzahl der Sekundärwelle 11 dreht. Die Sekundärwelle 11 stützt sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel drehbar gelagert an der Primärwelle 8 ab. Zwischen dem Rotor 20 und dem Rotor 21 ist ein Luftspalt 22 gebildet. Konzentrisch um den Rotor 21 herum ist ein Stator 23 angeordnet, der an einem Bügel 24 befestigt ist, der sich gelagert an der Primärwelle 8 und der Sekundärwelle 11 abstützt. Der Bügel 24, und damit der Stator 23, sind bezüglich der Drehrichtungen der beiden Rotoren 20 und 21 fest gelagert. Zwischen dem Stator 23 und dem Rotor 21 ist ein Luftspalt 25 gebildet. Der Rotor 21 ist zwischen dem Rotor 20 und dem Stator 23 drehbar. 2 shows a schematic cross-sectional view of an embodiment of the turbocharger according to the invention 7 , Its coupling agent 18 Here, a nested combination of two electrical machines, with an electrically controlled variable transmission between the primary shaft 8th and the secondary shaft 11 is realized. One of the two electrical machines is arranged concentrically around the other of the electrical machines. The combination of the two electric machines contains a rotatable, hollow cylindrical rotor 20 that is at the primary shaft 8th attached and which is at the speed of the primary shaft 8th rotates. Concentric around the rotor 20 around is a rotatable, hollow cylindrical rotor 21 arranged at the secondary shaft 11 is attached and the speed of the secondary shaft 11 rotates. The secondary shaft 11 is supported in the present embodiment rotatably mounted on the primary shaft 8th from. Between the rotor 20 and the rotor 21 is an air gap 22 educated. Concentric around the rotor 21 around is a stator 23 arranged on a hanger 24 attached, which is mounted on the primary shaft 8th and the secondary shaft 11 supported. The coat hanger 24 , and thus the stator 23 , are with respect to the directions of rotation of the two rotors 20 and 21 firmly stored. Between the stator 23 and the rotor 21 is an air gap 25 educated. The rotor 21 is between the rotor 20 and the stator 23 rotatable.

An der Primärwelle 8 ist ein zusätzlicher Energiewandler 26 zum Wandeln von Rotationsenergie der sich drehenden Primärwelle 8 in elektrische Energie angeordnet. Dieser Energiewandler 26 kann beispielsweise drei Schleifkontakte aufweisen. Es ist aber auch möglich, den Energiewandler 26 auf andere Weise auszugestalten, insbesondere kontaktlos. Der Energiewandler 26 ist über elektrische Leitungen mit einer Verarbeitungseinrichtung 27 zum Verarbeiten von elektrischem Strom verbunden. Die Verarbeitungseinrichtung 27 enthält im Wesentlichen eine Leistungselektronik zum Wandeln, Formen und Aufbereiten von elektrischem Strom, insbesondere des von dem Energiewandler 26 zu der Verarbeitungseinrichtung 27 übertragenen elektrischen Stroms. Die Verarbeitungseinrichtung 27 enthält insbesondere einen Umrichter 28 zum Wandeln von Wechselstrom in Gleichstrom und einen Umrichter 29 zum Wandeln von Gleichstrom in Wechselstrom. Die beiden Umrichter 28 und 29 sind über elektrische Leitungen miteinander verbunden. Der Energiewandler 26 ist mit dem wechselstromseitigen Eingang des Umrichters 28 und die Verarbeitungseinrichtung 27 ist über den wechselstromseitigen Ausgang des Umrichters 29 elektrisch mit dem Stator 23 verbunden. Die Verbindungsleitungen zwischen den beiden Umrichtern 28, 29 sind mit einem elektrischen Energieversorgungsnetz 30 verbunden. Dazu weist die Verarbeitungseinrichtung 27 einen Anschluss 47 an das Energieversorgungsnetz 30 auf. Das Energieversorgungsnetz 30 ist hier das Bordnetz des Kraftfahrzeugs. Über die Verarbeitungseinrichtung 27 kann von dem Energiewandler 26 umgewandelte elektrische Energie in das Energieversorgungsnetz 30 eingespeist werden. Dadurch wird Leistung an der Primärwelle 8 abgegriffen und ins Bordnetz eingespeist. Es wird somit nicht die vollständige Rotationsenergie der Primärwelle 8 auf die Sekundärwelle 11 übertragen. Dadurch ist vorteilhafterweise eine Drehzahlbegrenzung insbesondere des Verdichters 9 einstellbar. Ferner kann dadurch eine Ladedruckregelung erfolgen. Über die Verarbeitungseinrichtung 27 kann ferner elektrische Energie aus dem Energieversorgungsnetz 30 bezogen werden. Diese zusätzlich bezogene elektrische Energie, d. h. ein zusätzlich bezogener elektrischer Strom, kann dann über den Umrichter 29 dem Stator 23 zugeleitet werden. Der dem Stator 23 zugeführte Strom bewirkt ein Erzeugen einer auf den Rotor 21 wirkenden Kraft, die ein Drehen des Rotors 21, und damit der Sekundärwelle 11, bewirkt. Über das Zuführen von elektrischem Strom aus dem Energieversorgungsnetz 30 kann die Sekundärwelle 11 damit zusätzlich insbesondere zu der Kopplung mit der Primärwelle 8 durch die ineinander geschachtelte Kombination der zwei elektrischen Maschinen angetrieben werden. Dadurch kann vorteilhafterweise der Ladedruck am Ausgang des Verdichters 9 erhöht und dem Motorblock 2 mehr Frischluft zugeführt werden. Dies ermöglicht beispielsweise ein Verkürzen einer Verzögerungszeit bei einem von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs gewünschten Lastsprung, z. B. beim Anfahren des Kraftfahrzeugs.At the primary shaft 8th is an additional energy converter 26 for converting rotational energy of the rotating primary shaft 8th arranged in electrical energy. This energy converter 26 may for example have three sliding contacts. But it is also possible, the energy converter 26 to design in another way, in particular contactless. The energy converter 26 is via electrical lines with a processing device 27 connected to the processing of electricity. The processing device 27 Essentially contains power electronics for converting, shaping and processing electrical power, in particular that of the energy converter 26 to the processing device 27 transmitted electric power. The processing device 27 contains in particular a converter 28 for converting AC to DC and an inverter 29 for converting direct current into alternating current. The two inverters 28 and 29 are connected to each other via electrical lines. The energy converter 26 is with the AC input of the inverter 28 and the processing device 27 is via the AC-side output of the inverter 29 electrically with the stator 23 connected. The connecting cables between the two converters 28 . 29 are with an electrical power grid 30 connected. For this purpose, the processing device 27 a connection 47 to the power grid 30 on. The power supply network 30 Here is the electrical system of the motor vehicle. About the processing device 27 can from the energy converter 26 converted electrical energy into the power grid 30 be fed. There through is power at the primary shaft 8th tapped and fed into the electrical system. It thus does not become the complete rotational energy of the primary wave 8th on the secondary shaft 11 transfer. As a result, advantageously a speed limitation, in particular of the compressor 9 adjustable. Furthermore, this can be done by a boost pressure control. About the processing device 27 can also use electrical energy from the power grid 30 be obtained. This additionally related electrical energy, ie an additionally related electrical current, can then via the inverter 29 the stator 23 be forwarded. The stator 23 supplied current causes a generating on the rotor 21 acting force, which is a turning of the rotor 21 , and thus the secondary wave 11 , causes. About the supply of electricity from the power grid 30 can the secondary shaft 11 thus additionally in particular to the coupling with the primary shaft 8th be driven by the nested combination of the two electric machines. This can advantageously the boost pressure at the output of the compressor 9 raised and the engine block 2 more fresh air to be supplied. This allows, for example, a shortening of a delay time at a desired by a driver of the motor vehicle load step, z. B. when starting the motor vehicle.

Bei dem Kopplungsmittel 18 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die an der Primärwelle 8 vorhandene Rotationsenergie in zwei verschiedene Übertragungsstränge aufgeteilt. Der erste Übertragungsstrang überträgt Energie oder Leistung über die elektro-magnetische Kopplung des Rotors 20, und damit der Primärwelle 8, und des Rotors 21, und damit der Sekundärwelle 11, über den Luftspalt 22. Das Magnetfeld in dem Luftspalt 22 stützt sich dabei an dem im Luftspalt 25 vorhandenen Magnetfeld ab. Bei diesem Übertragungsstrang erfolgt das Übertragen eines Drehmoments von der Primärwelle 8 auf die Sekundärwelle 11 mittels der elektro-magnetischen Kopplung in diesem Sinne hauptsächlich mittels einer magnetischen Wirkungsweise. Der zweite Übertragungsstrang überträgt Energie oder Leistung über den Energiewandler 26 und die Verarbeitungseinrichtung 27 zu dem Stator 23. Dieser zweite Übertragungsstrang ist im Wesentlichen ein elektrischer Übertragungsstrang, bei dem die Energie hauptsächlich elektrisch übertragen wird. Zwischen dem Stator 23 und dem Rotor 21 besteht dann eine elektro-magnetische Kopplung, mit der die elektrisch übertragene Energie oder Leistung über das im Luftspalt 25 gebildete Magnetfeld in Rotationsenergie gewandelt und auf die Sekundärwelle 11 übertragen wird.In the coupling agent 18 according to the present embodiment, the at the primary shaft 8th existing rotational energy divided into two different transmission lines. The first transmission line transmits energy or power via the electro-magnetic coupling of the rotor 20 , and thus the primary wave 8th , and the rotor 21 , and thus the secondary wave 11 , over the air gap 22 , The magnetic field in the air gap 22 relies on the air gap 25 available magnetic field. In this transmission line, the transmission of torque from the primary shaft 8th on the secondary shaft 11 by means of the electro-magnetic coupling in this sense, mainly by means of a magnetic mode of action. The second transmission line transmits energy or power via the energy converter 26 and the processing device 27 to the stator 23 , This second transmission line is essentially an electrical transmission line, in which the energy is mainly transmitted electrically. Between the stator 23 and the rotor 21 Then there is an electro-magnetic coupling, with which the electrically transmitted energy or power over that in the air gap 25 formed magnetic field converted into rotational energy and on the secondary shaft 11 is transmitted.

Mit diesem Aufbau und der Anbindung der Turbine 10 an die Primärwelle 8 und des Verdichters 9 an die Sekundärwelle 11 können auf einfache Weise unterschiedliche Drehzahlen der Primärwelle 8 und der Sekundärwelle 11 eingestellt werden. Dadurch können sowohl für die Turbine als auch für den Verdichter optimale Wirkungsgrade eingestellt werden. Der für den Lastwunsch des Fahrers des Kraftfahrzeugs erforderliche Frischluftladedruck kann über die dazu passende Drehzahl der Sekundärwelle 11 eingestellt werden, ohne gleichzeitig an der Primärwelle 8 die gleiche Drehzahl einstellen zu müssen. Vorteilhafterweise kann die Drehzahl der Primärwelle 8 weitgehend unabhängig von derjenigen der Sekundärwelle 11 eingestellt werden. Dies ermöglicht insbesondere ein Einstellen einer geringeren Drehzahl der Primärwelle 8 als derjenigen der Sekundärwelle 11, um dadurch die Lebensdauer des Turboladers 7 zu verlängern. Ferner kann durch ein Beschränken der Drehzahl der Primärwelle 8 ein Begrenzung der Geräuschentwicklung durch den Turbolader 7 erreicht werden.With this construction and the connection of the turbine 10 to the primary wave 8th and the compressor 9 to the secondary shaft 11 can easily different speeds of the primary shaft 8th and the secondary shaft 11 be set. As a result, optimum efficiencies can be set both for the turbine and for the compressor. The fresh air boost pressure required for the load request of the driver of the motor vehicle can be achieved via the matching rotational speed of the secondary shaft 11 be set without simultaneously on the primary shaft 8th to set the same speed. Advantageously, the rotational speed of the primary shaft 8th largely independent of that of the secondary wave 11 be set. This allows in particular setting a lower speed of the primary shaft 8th as that of the secondary wave 11 thereby reducing the life of the turbocharger 7 to extend. Further, by restricting the rotational speed of the primary shaft 8th a limitation of the noise by the turbocharger 7 be achieved.

Zum Einstellen der Funktionsweise der Verarbeitungseinrichtung 27 ist diese mit der Steuereinrichtung 19 verbunden. Die Steuereinrichtung 19 ist ferner mit der Turbine 10, dem Verdichter 9 und vorteilhafterweise mit einer zentralen Steuerung des Kraftfahrzeugs verbunden. Als Eingangsgrößen können der Steuereinrichtung 19 insbesondere der Drehmomentwunsch des Fahrers und eine Angabe über eine momentan mögliche Leistungslieferung der Turbine 10 übermittelt werden. Die Steuereinrichtung 19 kann damit insbesondere bestimmen, welche Luftzufuhr benötigt wird, um den Drehmomentwunsch zu erfüllen, welche Leistung dazu vom Verdichter 9 erbracht und welche Drehzahl dazu an der Sekundärwelle 11 eingestellt werden muss. Aus diesen Größen ergibt sich dann, welche elektrische Leistung über die Verarbeitungseinrichtung 27, gegebenenfalls zusätzlich bezogen aus dem Energieversorgungsnetzwerk 30, dem Stator 23 zugeführt werden muss.To set the operation of the processing device 27 is this with the controller 19 connected. The control device 19 is further with the turbine 10 , the compressor 9 and advantageously connected to a central control of the motor vehicle. As input variables, the control device 19 in particular the torque request of the driver and an indication of a currently possible power delivery of the turbine 10 be transmitted. The control device 19 In particular, it is thus possible to determine which air supply is required to fulfill the torque request, and which power to do so from the compressor 9 provided and what speed on the secondary shaft 11 must be adjusted. These quantities then give which electrical power via the processing device 27 , optionally additionally from the power supply network 30 , the stator 23 must be supplied.

Der prinzipielle Aufbau der ineinander geschachtelten Kombination zweier elektrischer Maschinen, mit der ein elektrisch gesteuertes variables Getriebe zwischen einer Primärwelle und einer Sekundärwelle realisiert wird, ist aus den Aufsätzen "The Electrical Variable Transmission" von Martin J. Hoeijmakers et al., Electrical Power Processing Unit, Delft University of Technology, Delft, Niederlande, IEEE 2004 , und "The Electrical Variable Transmission in a city bus" von Martin J. Hoeijmakers et al., Electrical Power Processing Unit, Delft University of Technology, Delft, Niederlande, IEEE 2004 , bekannt. In diesen Aufsätzen wird der Einsatz der Kombination der zwei elektrischen Maschinen für einen Einsatz in einem Hybridantrieb beschrieben. Betreffend die Funktionsweise und den Aufbau der bekannten Anordnung wird der Offenbarungsgehalt der beiden Aufsätze hiermit in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen.The basic structure of the nested combination of two electrical machines, with an electrically controlled variable transmission between a primary shaft and a secondary shaft is realized, is from the articles "The Electrical Variable Transmission" by Martin J. Hoeijmakers et al., Electrical Power Processing Unit, Delft University of Technology, Delft, The Netherlands, IEEE 2004 , and "The Electrical Variable Transmission in a city bus" by Martin J. Hoeijmakers et al., Electrical Power Processing Unit, Delft University of Technology, Delft, The Netherlands, IEEE 2004 , known. These articles describe the use of the combination of the two electric machines for use in a hybrid drive. With regard to the mode of operation and the structure of the known arrangement, the disclosure content of the two articles is hereby included in the disclosure content of the present application.

Aufgrund der vorliegenden Erfindung kann die bekannte Kombination der zwei elektrischen Maschinen als Ausgestaltung des Kopplungsmittels 18 in den Turbolader 7 integriert werden. Dabei ist die Turbine 10 mit der Primärwelle 8 und der Verdichter 9 mit der Sekundärwelle 11 verbunden. Über die Kombination der zwei elektrischen Maschinen wird auf einfache Weise eine steuerbare variable elektro-magnetische Kopplung der Primärwelle 8 und der Sekundärwelle 11 erreicht.Due to the present invention, the known combination of the two electric machines as an embodiment of the coupling means 18 in the turbocharger 7 to get integrated. Here is the turbine 10 with the primary wave 8th and the compressor 9 with the secondary shaft 11 connected. The combination of the two electric machines makes a simple, controllable variable electro-magnetic coupling of the primary wave possible 8th and the secondary shaft 11 reached.

3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Turboladers 7. Das Kopplungsmittel 18 weist hier eine Kombination aus einem Generatorteil und einem Elektromotorteil auf, wobei der Generatorteil der Primärwelle 8 und der Elektromotorteil der Sekundärwelle 11 zugeordnet ist. Der prinzipielle Aufbau der Kombination aus dem Generatorteil und dem Elektromotorteil ist aus der deutschen Patentschrift DE 44 08 719 C1 bekannt. Gemäß der Offenbarung dieser Patentschrift wird die Kombination für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs oder gegebenenfalls für einen Anlasser oder eine Lichtmaschine eingesetzt. Betreffend die Funktionsweise und den Aufbau der bekannten Kombination aus dem Generatorteil und dem Elektromotorteil wird der Offenbarungsgehalt der Patentschrift DE 44 08 719 C1 hiermit in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen. 3 shows a schematic cross-sectional view of another embodiment of the turbocharger according to the invention 7 , The coupling agent 18 has here a combination of a generator part and an electric motor part, wherein the generator part of the primary shaft 8th and the electric motor part of the secondary shaft 11 assigned. The basic structure of the combination of the generator part and the electric motor part is known from the German patent DE 44 08 719 C1 known. According to the disclosure of this patent specification, the combination is used for a hybrid drive of a motor vehicle or optionally for a starter or an alternator. Regarding the operation and the structure of the known combination of the generator part and the electric motor part of the disclosure of the patent specification DE 44 08 719 C1 hereby incorporated into the disclosure of the present application.

Aufgrund der vorliegenden Erfindung kann die bekannte Kombination aus dem Generatorteil und dem Elektromotorteil als Ausgestaltung des Kopplungsmittels 18 in den Turbolader 7 integriert werden. Dabei ist die Turbine 10 mit der Primärwelle 8, d. h. mit der dem Generatorteil zugeordneten Welle, und der Verdichter 9 mit der Sekundärwelle 11, d. h. mit der dem Elektromotorteil zugeordneten Welle, verbunden. Über die Kombination des Generatorteils und des Elektromotorteils wird auf einfache Weise eine steuerbare variable elektro-magnetische Kopplung der Primärwelle 8 und der Sekundärwelle 11 erreicht.Due to the present invention, the known combination of the generator part and the electric motor part as an embodiment of the coupling means 18 in the turbocharger 7 to get integrated. Here is the turbine 10 with the primary wave 8th ie with the shaft associated with the generator part, and the compressor 9 with the secondary shaft 11 , ie connected to the electric motor part associated shaft. About the combination of the generator part and the electric motor part is easily a controllable variable electro-magnetic coupling of the primary shaft 8th and the secondary shaft 11 reached.

Bei dem Turbolader 7 gemäß des Ausführungsbeispiels nach 3 führt die Primärwelle 8 in ein Gehäuse 31. Die Primärwelle 8 ist über ein Lager 32 in dem Gehäuse 31 abgestützt und trägt einen hohlzylindrischen Generator-Rotor 33. Dieser Generator-Rotor 33 weist an dem äußeren Ende seiner Längserstreckung nach innen weisende Permanentmagnete 34 auf, die entlang des Umfangs des Generator-Rotors 33 befestigt sind und eine wechselnde Polarität aufweisen. Auf der dem Lager 32 gegenüber liegenden Seite des Gehäuses 31 tritt die Sekundärwelle 11 aus dem Gehäuse 31 aus. Die Sekundärwelle 11 stützt sich über ein Lager 35 in dem Gehäuse 31 ab und ist mit einem im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildeten Elektromotor-Rotor 36 verbunden. Der Rotor 36 ist über Lager 37 und 38 auf der tief in das Gehäuse 31 geführten Primärwelle 8 gelagert. Ebenso wie der Rotor 33 trägt der Rotor 36 am Ende seiner Längserstreckung nach innen weisende Permanentmagnete 39 mit wechselnder Polarität. Der Generator-Rotor 33 umspannt den Elektromotor-Rotor 36 derart, dass die Permanentmagnete 34 des Rotors 33 in Richtung zur Sekundärwelle 11 hinter den Permanentmagneten 39 des Rotors 36 angeordnet sind.At the turbocharger 7 according to the embodiment according to 3 leads the primary wave 8th in a housing 31 , The primary wave 8th is about a camp 32 in the case 31 supported and carries a hollow cylindrical generator rotor 33 , This generator rotor 33 has at the outer end of its longitudinal extent inwardly facing permanent magnets 34 on that along the circumference of the generator rotor 33 are fixed and have a changing polarity. On the camp 32 opposite side of the housing 31 enters the secondary shaft 11 out of the case 31 out. The secondary shaft 11 relies on a camp 35 in the case 31 from and is with a substantially hollow cylindrical electric motor rotor 36 connected. The rotor 36 is over camp 37 and 38 on the deep in the case 31 guided primary wave 8th stored. Just like the rotor 33 contributes the rotor 36 at the end of its longitudinal extension inwardly facing permanent magnets 39 with alternating polarity. The generator rotor 33 spans the electric motor rotor 36 such that the permanent magnets 34 of the rotor 33 towards the secondary shaft 11 behind the permanent magnets 39 of the rotor 36 are arranged.

Von der Innenseite des Gehäuses 31 erstreckt sich in den hohlzylindrischen Raum der Rotoren 33 und 36 ein Statorträger 40, der ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildet ist und die Primärwelle 8 und die Sekundärwelle 11 umfasst. Auf dem Statorträger 40 ist eine Schiebehülse 41 angeordnet, die einen Stator 42 der elektrischen Maschine trägt. Auf dem Stator 42 ist wenigstens eine schaltbare Kurzschlusswicklung 43 aufgebracht, die in Wirkzusammenhang mit den Permantmagneten 34 und 39 steht. Der Stator 42 ist zusammen mit der Schiebehülse 41 über eine Stange 44 koaxial zur Primärwelle 8 und Sekundärwelle 11 verschiebbar, wobei die Stange 44 durch eine Öffnung 45 in dem Gehäuse 31 hindurch ragt. Die axiale Verschieblichkeit der Wicklung 43 bewirkt, dass die wirksame Leiterlänge in Generator- und Motorteil variiert werden kann. Auf diese Variation der Leiterlänge in den Magnetfeldern von Generator- und Motorteil beruht die Steuer- oder Regelbarkeit der variablen Drehzahl- und Drehmomentenübersetzung zwischen der Primärwelle 8 und der Sekundärwelle 11.From the inside of the case 31 extends into the hollow cylindrical space of the rotors 33 and 36 a stator carrier 40 , which is also hollow cylindrical and the primary shaft 8th and the secondary shaft 11 includes. On the stator carrier 40 is a sliding sleeve 41 arranged, which is a stator 42 the electric machine carries. On the stator 42 is at least one switchable short circuit winding 43 applied in operative association with the permant magnets 34 and 39 stands. The stator 42 is together with the sliding sleeve 41 over a pole 44 coaxial with the primary shaft 8th and secondary shaft 11 slidable, with the rod 44 through an opening 45 in the case 31 protrudes through. The axial movability of the winding 43 causes the effective conductor length in generator and motor part can be varied. This variation of the conductor length in the magnetic fields of the generator and motor parts is based on the controllability of the variable speed and torque ratio between the primary shaft 8th and the secondary shaft 11 ,

4 zeigt schematisch eine Anordnung der Permanentmagneten 34 und 39 auf den Rotoren 33 bzw. 36. Die Pfeile markieren die Drehrichtung der Rotoren und die nur teilweise dargestellte Kurzschlusswicklung 43 ist in einer Statorposition dargestellt, wie sie 3 entspricht. Ein Schalter 46 in der Kurzschlusswicklung 43 verdeutlicht, dass diese beispielsweise mittels bipolarer Transistoren kurzschließbar ist. Ist die wirksame Leiterlänge im Generatorteil und Motorteil gleich groß, wie in 3 und 4 dargestellt, so kann sich abtriebsseitig eine Ausgangsdrehzahl einstellen, die gleich der Eingangsdrehzahl ist. Durch axiales Verschieben des Stators 42 in Richtung des Rotors 36 kann die Abtriebsdrehzahl der Sekundärwelle 11 gegenüber derjenigen der Primärwelle 8 verringert werden. Durch ein axiale Verschieben des Stators 42 in Richtung des Rotors 33 nimmt die Abtriebsdrehzahl an der Sekundärwelle 11 gegenüber derjenigen der Primärwelle 8 zu. Durch das Verschieben des Stators 42 kann somit ein stufenloses elektrisches Getriebe realisiert werden. 4 schematically shows an arrangement of the permanent magnets 34 and 39 on the rotors 33 respectively. 36 , The arrows mark the direction of rotation of the rotors and the short-circuited winding shown only partially 43 is shown in a stator position as it is 3 equivalent. A switch 46 in the short circuit winding 43 illustrates that this is kurzschließbar example by means of bipolar transistors. Is the effective conductor length in the generator part and motor part the same size as in 3 and 4 shown, on the output side, an output speed can be set, which is equal to the input speed. By axial displacement of the stator 42 in the direction of the rotor 36 can the output speed of the secondary shaft 11 opposite to the primary wave 8th be reduced. By axial displacement of the stator 42 in the direction of the rotor 33 takes the output speed at the secondary shaft 11 opposite to the primary wave 8th to. By moving the stator 42 Thus, a continuously variable electric transmission can be realized.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 4408719 C1 [0033, 0033]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- "The Electrical Variable Transmission" by Martin J. Hoeijmakers et al., Electrical Power Processing Unit, Delft University of Technology, Delft, The Netherlands, IEEE 2004 [0031]
- "The Electrical Variable Transmission in a city bus" by Martin J. Hoeijmakers et al., Electrical Power Processing Unit, Delft University of Technology, Delft, The Netherlands, IEEE 2004 [0031]

Claims

Turbocharger ( 7 ), in particular for a motor vehicle, having - a turbine ( 10 ) with a rotatably mounted primary shaft ( 8th ), - a compressor ( 9 ), which with a rotatably mounted secondary shaft ( 11 ), - a coupling agent ( 18 ) for electro-magnetic coupling of the primary wave ( 8th ) with the secondary shaft ( 11 ) and - a control device ( 19 ) for controlling the electro-magnetic coupling between the primary shaft ( 8th ) and the secondary wave ( 11 ).

Turbocharger according to claim 1, characterized in that on the primary shaft ( 8th ) a first, in particular hollow cylindrical, rotor ( 20 . 33 ) and at the secondary shaft ( 11 ) a second, in particular hollow cylindrical, rotor ( 21 . 36 ) is attached, which are electro-magnetically coupled to one another.

Turbocharger according to claim 2, characterized in that a, in particular hollow cylindrical, stator ( 23 . 42 ), which, based on directions of rotation of the first rotor ( 20 . 33 ) and the second rotor ( 21 . 36 ), fixedly arranged and with at least one of the two rotors ( 20 . 21 . 33 . 36 ) is coupled electro-magnetically.

Turbocharger according to claim 3, characterized in that the first rotor ( 33 ) and the second rotor ( 36 ) are axially adjacent to each other and the stator ( 42 ) radially adjacent to the first rotor ( 33 ) and the second rotor ( 36 ) and is arranged axially displaceable.

Turbocharger according to claim 3 or 4, characterized in that the first rotor ( 33 ) and the second rotor ( 36 ) distributed in their respective circumferential direction several permanent magnets ( 34 . 39 ) with alternating polarity and the stator ( 42 ) a short-circuit winding ( 43 ) which is radially adjacent to the permanent magnets ( 34 . 39 ) and depending on a position of the permanent magnets ( 34 . 39 ) of the two rotors ( 33 . 36 ) is switchable to each other.

Turbocharger according to claim 5, characterized in that the first rotor ( 33 ) and the second rotor ( 36 ) the permanent magnets ( 34 . 39 ) at their respective, viewed in the radial direction, inner side and the stator ( 42 ), viewed in the radial direction, in the interior of the two rotors ( 33 . 36 ) is arranged.

Turbocharger according to claim 3, characterized in that the first rotor ( 20 ), the second rotor ( 21 ) and the stator ( 23 ) are nested in the radial direction, wherein the first rotor ( 20 ) inside, the stator ( 23 ) outside and the second rotor ( 21 ) between the first rotor ( 20 ) and the stator ( 23 ), so that between the first rotor ( 20 ) and the second rotor ( 21 ) a first air gap ( 22 ) and between the second rotor ( 21 ) and the stator ( 23 ) a second air gap ( 25 ) are formed.

Turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling agent ( 18 ) one at the primary wave ( 8th ) arranged energy converters ( 26 ) for converting rotational energy into electrical energy and a processing device ( 27 ) for processing electrical power associated with the energy converter ( 26 ) for transmitting from the energy converter ( 26 ) and with the control device ( 19 ) is connected to receive a control indication and that is designed such that it by the energy converter ( 26 ) transmitted electrical current in dependence on the of the control device ( 19 ) received control information, and the coupling means ( 18 ) is further configured such that the primary wave ( 8th ) by means of the processing device ( 27 ) processed electrical power to the secondary shaft ( 11 ) can be coupled.

Turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that it has a connection ( 47 ) to an electrical energy supply network ( 30 ) and the control device ( 19 ) is configured such that, on the one hand, feeding in from a rotation of the primary wave ( 8th ) in the power supply network ( 30 ) and on the other hand a drawing of electrical energy from the power supply network ( 30 ) for driving the secondary shaft ( 11 ) is controllable.

Turbocharger according to claim 8 and 9, characterized in that the connection ( 47 ) to the electrical energy supply network ( 30 ) in the processing device ( 27 ) is trained.