DE102018128827A1

DE102018128827A1 - Kompressor für einen Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018128827A1
Application number: DE102018128827.1A
Authority: DE
Inventors: Achim Gordner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2020-05-20
Also published as: US11499473B2; CN112789410B; US20220010723A1; CN112789410A; WO2020099090A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kompressor (1) für einen Ansaugtrakt (2) einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem Elektromotor (4), welcher einen Stator (5) und einen von dem Stator (5) antreibbaren und dadurch um eine Drehachse (7) relativ zu dem Stator (5) drehbaren Rotor (6) aufweist, und mit einem Verdichterrad (8), welches zum Verdichten von den Ansaugtrakt (2) durchströmender und wenigstens einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zuzuführender Luft von dem Rotor (6) antreibbar ist, wobei der Elektromotor (4) als bürstenloser Außenläufer (10) ausgebildet ist, sodass zumindest ein Längenbereich des Stators (5) in zumindest einem Längenbereich des Rotors (6) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kompressor für einen Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Außerdem betrifft die Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 12. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen.
Die EP 2 908 409 B1 offenbart einen Kraftfahrzeug-Nebenaggregat-Elektromotor, mit einem elektronisch kommutierten Motorstator und einer Steuerungselektronik zum Ansteuern der den Motorstator bildenden Statorspulen. Des Weiteren ist ein abgeschlossener Elektronikraum vorgesehen, in dem die Steuerungselektronik angeordnet ist. Der Elektromotor umfasst außerdem einen Vergusskörper in dem Elektronikraum, wobei die Steuerungselektronik in dem Vergusskörper vergossen ist. Der Elektromotor kann ein Elektromotor einer elektrischen Wasserpumpe und dabei als Außenläufer ausgebildet sein, welcher einen topfförmigen Motorrotor aufweist, der um einen zentralen koaxialen Motorstator herum angeordnet ist.
Des Weiteren offenbart die DE 197 01 100 A1 eine Klimatisierungseinrichtung zur Temperaturbeeinflussung von geschlossenen Gehäuseinnenräumen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kompressor, eine Verbrennungskraftmaschine und ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass der Bauraumbedarf des Kompressors in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kompressor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Kompressor für einen auch als Einlasstrakt bezeichneten Ansaugtrakt einer beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagens. Der Kompressor weist eine als Elektromotor ausgebildete elektrische Maschine auf, welche einen Stator und einen Rotor aufweist. Der Rotor ist von dem Stator antreibbar und dadurch um eine Drehachse relativ zu dem Rotor drehbar. Durch Antreiben des Rotors kann der Elektromotor über den Rotor wenigstens ein Drehmoment bereitstellen, das heißt abgeben. Der Kompressor weist darüber hinaus wenigstens oder vorzugsweise genau ein auch als Laufrad bezeichnetes Verdichterrad auf. Das Verdichterrad kann von dem Rotor beziehungsweise mittels des Drehmoments angetrieben und dadurch beispielsweise um die Drehachse und/oder relativ zu dem Stator gedreht werden. Durch Antreiben des Verdichterrads kann Luft verdichtet werden, die den Ansaugtrakt durchströmt und mittels des Ansaugtrakts in wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eigeleitet wird. Der Brennraum ist beispielsweise als ein Zylinder oder als Teil eines Zylinders ausgebildet. Mit anderen Worten kann mittels des Verdichterrads die den Ansaugtrakt durchströmende Luft verdichtet werden.
Dabei kann das Verdichterrad über den Rotor von der elektrischen Maschine angetrieben werden, wodurch mittels des Verdichterrads die den Ansaugtrakt durchströmende Luft verdichtet wird. Da das Verdichterrad von dem Elektromotor antreibbar ist, ist der Kompressor als elektrischer Kompressor, das heißt als elektrisch betreibbarer, elektrisch antreibbarer oder elektrisch angetriebener Kompressor, ausgebildet. Im Gegensatz zu einem mechanischen Kompressor ist der erfindungsgemäße elektrische Kompressor nicht oder nicht nur mechanisch von einer beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine antreibbar, sondern das Lüfterrad kann mittels des Elektromotors unter Nutzung von elektrischer Energie angetrieben werden.
Um nun einen besonders kompakten Aufbau des Kompressors realisieren und somit den Bauraumbedarf des Kompressors in einem besonders geringen Rahmen halten zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Elektromotor als bürstenloser Außenläufer ausgebildet ist, sodass beziehungsweise wodurch zumindest ein Längenbereich des Stators in zumindest einem Längenbereich des Rotors angeordnet beziehungsweise aufgenommen ist. Insbesondere ist beispielsweise der Stator zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, in dem Rotor aufgenommen, sodass der Rotor beispielsweise den Stator zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, umgibt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Längenbereich des Rotors den Längenbereich des Stators in Umfangsrichtung des Stators vollständig umlaufend umgibt. Der Außenläufer wird auch als Außenläufermotor oder Außenläufermaschine bezeichnet. Im Gegensatz zu einem sogenannten, insbesondere bürstenlosen, Innenläufer, bei dem der Rotor innen liegt, das heißt zumindest teilweise in dem Stator angeordnet ist, ist es bei dem erfindungsgemäßen Außenläufer vorgesehen, dass der Stator innen liegt, das heißt dass der Stator in dem Rotor angeordnet ist.
Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als einspuriges Kraftfahrzeug mit wenigstens oder genau zwei Rädern und vorzugsweise als Kraftrad beziehungsweise Motorrad ausgebildet. Insbesondere bei einem Kraftrad ist es von besonderem Vorteil, wenn der Bauraumbedarf und das Gewicht des Kompressors in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können. Dies kann mittels des erfindungsgemäßen Kompressors realisiert werden.
Um den Bauraumbedarf besonders gering halten zu können, ist das Verdichterrad beispielsweise direkt in den auch als außenliegenden Läufer bezeichneten Rotor integriert. Vorzugsweise ist das Verdichterrad drehfest mit dem Rotor, insbesondere mit einer Rotorwelle des Rotors, verbunden.
Um dabei den Bauraumbedarf und die Teileanzahl besonders gering zu halten, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Verdichterrad einstückig mit der Rotorwelle ausgebildet ist. Die Ausgestaltung des Elektromotors als Außenläufer ist eine Bauweise, durch die sich die Abmessungen und das Gewicht des Elektromotors im Vergleich zu Innenläufern deutlich reduzieren lassen. Außerdem kann der auch als Läufer bezeichnete Rotor des Elektromotors dadurch, dass der Rotor außen liegt, besonders vorteilhaft durch Strömungsluft beziehungsweise durch Luft gekühlt werden, die mittels des Verdichterrads beispielsweise gefördert und vorzugsweise verdichtet wird. Dadurch können gewichts-, bauraum- und kostenintensive, separate Kühlungsmaßnahmen vermieden oder zumindest gering gehalten werden, sodass die Kosten, die Teileanzahl, der Bauraumbedarf und das Gewicht des erfindungsgemäßen Kompressors in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können.
Um den Bauraumbedarf besonders gering halten zu können, ist das Verdichterrad vorzugsweise als Radialverdichterrad ausgebildet, sodass der erfindungsgemäße Kompressor vorzugsweise als Radialverdichter ausgebildet ist. Dies bedeutet beispielsweise, dass während eines Betriebs des Kompressors die das Verdichterrad in axialer Richtung des Verdichterrads anströmt. Die das Verdichterrad in axialer Richtung anströmende Luft wird mittels des Verdichterrads verdichtet und strömt das Verdichterrad während des Betriebs in radialer Richtung des Verdichterrads ab. Dabei fällt beispielsweise die axiale Richtung des Verdichterrads mit der axialen Richtung des Elektromotors insgesamt zusammen, und die axiale Richtung des Elektromotors beziehungsweise des Verdichterrads fällt mit der Drehachse zusammen. Außerdem fällt die radiale Richtung des Verdichterrads mit der radialen Richtung des Elektromotors insgesamt zusammen. Durch die Ausgestaltung der Verdichterrads als ein Radialverdichterrad kann insbesondere der axiale Bauraumbedarf in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden.
Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der erfindungsgemäße Kompressor frei von einem das Verdichterrad umgebenden Außenläuferverdichterrad ist, welches beispielsweise gegenläufig zu dem Verdichterrad rotiert beziehungsweise rotieren kann. Mit anderen Worten umfasst der Kompressor vorzugweise kein das Verdichterrad umgebendes und beispielsweise relativ zu dem Verdichterrad gegenläufiges Außenläuferverdichterrad, sodass der Bauraumbedarf, die Teileanzahl, das Gewicht und die Kosten besonders gering gehalten werden können.
Um besonders kompakte Außenabmessungen realisieren zu können, ist es in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Stator mehrere, mit elektrischem Strom versorgbare beziehungsweise von elektrischem Strom durchfließbare Spulen aufweist.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Rotor mehrere Magnete, insbesondere Permanentmagnete, aufweist. Hierdurch kann ein besonders einfacher und somit bauraum- und kostengünstiger Aufbau gewährleistet werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Rotor zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in einem Gehäuse aufgenommen. Außerdem ist der Rotor über eine Lagereinrichtung drehbar an dem Gehäuse gelagert. Dabei ist vorzugsweise auch der Stator zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in dem Gehäuse aufgenommen. Die Lagereinrichtung kann beispielsweise wenigstens eine oder mehrere Lagerstellen aufweisen, wobei die Lagerstellen beispielsweise, insbesondere in axialer Richtung des Elektromotors, voneinander beabstandet sein und/oder aufeinander folgen können. Hierdurch kann eine kompakte Lagerung gewährleistet werden.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Lagereinrichtung wenigstens ein Gleitlager und/oder wenigstens ein keramisches Wälzlager aufweist. Hierdurch kann eine bauraumgünstige und reibungsarme Lagerung des Rotors gewährleistet werden.
Um den Bauraumbedarf des Kompressors besonders gering halten zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Gehäuse eine erste Aufnahmekammer aufweist, in welcher das Laufrad zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, angeordnet beziehungsweise aufgenommen ist. Während des Betriebs strömt die mittels des Verdichterrads zu verdichtende Luft beispielsweise in die erste Aufnahmekammer und durch die erste Aufnahmekammer hindurch, sodass die mittels des Verdichterrads zu verdichtende Luft in der ersten Aufnahmekammer das Verdichterrad, insbesondere in axialer Richtung, anströmt sowie gegebenenfalls in radialer Richtung abströmt.
Das Gehäuse weist auch eine zweite Aufnahmekammer auf, in welcher die Lagereinrichtung und somit beispielsweise zumindest ein Teil des Rotors und vorzugsweise auch zumindest ein Teil des Stators aufgenommen sind. Der Rotor erstreckt sich von der zweiten Aufnahmekammer aus durch eine Durchgangsöffnung, insbesondere des Gehäuses, hindurch in die erste Aufnahmekammer, sodass die Aufnahmekammern an sich über die Durchgangsöffnung miteinander verbunden sind. Der Rotor ist somit teilweise in der ersten Aufnahmekammer und teilweise in der zweiten Aufnahmekammer angeordnet. Der Rotor durchdringt dabei die Durchgangsöffnung, sodass der Rotor, insbesondere dessen Rotorwelle, in der zweiten Aufnahmekammer über die Lagereinrichtung drehbar an dem Gehäuse gelagert ist. In der ersten Aufnahmekammer ist der Rotor drehfest mit dem Verdichterrad verbunden. Dabei kann der Rotor in der ersten Aufnahmekammer einstückig mit dem Verdichterrad ausgebildet sein. Die Durchgangsöffnung ist dabei in eine mit der axialen Richtung des Elektromotors zusammenfallende Richtung, die von der Durchgangsöffnung weg weist und zu dem Verdichterrad hin weist, zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch das Verdichterrad überdeckt beziehungsweise überlappt. Mit anderen Worten überdeckt beziehungsweise überlappt das Verdichterrad die Durchgangsöffnung in die beschriebene Richtung zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig.
Um dabei eine besonders vorteilhafte Kühlung zumindest der Lagereinrichtung sowie vorzugsweise auch der genannten Spulen, die beispielsweise in der zweiten Aufnahmekammer angeordnet sind, auf besonders bauraumgünstige Weise realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Laufrad wenigstens einen Luftkanal aufweist. Der Luftkanal mündet einenends in die erste Aufnahmekammer. Anderenends mündet der Luftkanal in die zweite Aufnahmekammer. Dadurch kann über den Luftkanal zumindest ein Teil der Luft aus der ersten Aufnahmekammer in die zweite Aufnahmekammer geleitet werden, sodass die Lagereinrichtung sowie vorzugsweise die Spulen mittels der Luft, die den Luftkanal durchströmt und über den Luftkanal in die zweite Aufnahmekammer geleitet wird, gekühlt werden können.
Dabei hat es sich zur Realisierung einer besonders vorteilhaften Kühlung als vorteilhaft gezeigt, wenn das Verdichterrad, insbesondere der Luftkanal, dazu ausgebildet ist, die Luft, die den Luftkanal durchströmt und somit mittels des Luftkanals in die zweite Aufnahmekammer geleitet wird, zu verdichten.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung begrenzen ein sich in radialer Richtung des Elektromotors nach außen an die Durchgangsöffnung anschließender Wandungsbereich des Gehäuses und zumindest ein dem Wandungsbereich zugewandter Teilbereich eines Radrückens des Verdichterrads wenigstens einen Führungskanal, über welchen zumindest ein Teil der beispielsweise in die erste Aufnahmekammer einströmenden Luft aus der ersten Aufnahmekammer zu der Durchgangsöffnung und durch diese hindurchzuleiten ist. Hierdurch kann eine besonders einfache und bauraumgünstige Versorgung der Lagereinrichtung mit Luft aus der ersten Aufnahmekammer realisiert werden, wodurch die Lagereinrichtung besonders vorteilhaft gekühlt werden kann.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Verdichterrad dazu ausgebildet ist, zumindest den durch den Führungskanal strömenden Teil der Luft durch den Führungskanal zu fördern und die den Führungskanal durchströmende Luft zu verdichten.
Um dabei die äußeren Abmessungen des Kompressors in einem besonders geringen Rahmen halten zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Gehäuse in einem ersten Längenbereich einen ersten Außenumfang und in einem zweiten Längenbereich einen gegenüber dem ersten Außenumfang geringeren zweiten Außenumfang aufweist. Dabei weist der erste Längenbereich die erste Aufnahmekammer, insbesondere vollständig, auf beziehungsweise der erste umfasst die erste Aufnahmekammer, insbesondere vollständig. Außerdem weist der zweite Längenbereich die zweite Aufnahmekammer auf beziehungsweise der zweite Längenbereich umfasst die zweite Aufnahmekammer, insbesondere vollständig.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Die Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum und einen von Luft durchströmbaren und auch als Einlasstrakt bezeichneten Ansaugtrakt auf, mittels welchem die Luft in den Brennraum zu führen ist. Des Weiteren umfasst die Verbrennungskraftmaschine einen in dem Ansaugtrakt angeordneten Kompressor, insbesondere einen erfindungsgemäßen Kompressor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Der Kompressor weist einen Elektromotor auf, welcher einen Stator und einen Rotor. Der Rotor ist von dem Stator antreibbar und dadurch um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbar. Außerdem weist der Kompressor wenigstens oder vorzugsweise genau ein Verdichterrad auf, welches zum Verdichten der den Ansaugtrakt durchströmenden Luft von dem Rotor antreibbar ist. Während eines Betriebs des Kompressors dreht sich das Verdichterrad in vorzugsweise genau eine Drehrichtung um die Drehachse relativ zu dem Stator, wobei während des Betrieb mittels des Verdichterrads die den Ansaugtrakt durchströmende Luft verdichtet wird,.
Um den Bauraumbedarf des Kompressors besonders gering halten zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Elektromotor als bürstenloser Außenläufer ausgebildet ist, sodass zumindest ein Längenbereich des Stators in zumindest einem Längenbereich des Rotors angeordnet ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches wenigstens einen erfindungsgemäßen Kompressor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder wenigstens eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Da mittels des elektrischen Kompressors die den Ansaugtrakt durchströmende Luft verdichtet werden kann, kann mittels des Kompressors beispielsweise gegenüber Verbrennungskraftmaschinen, bei denen die Luft nicht verdichtet wird, eine Leistungssteigerung erzielt werden. Dadurch, dass das Verdichterrad mittels des Elektromotors angetrieben werden kann, kann ein besonders vorteilhafter und bedarfsgerechter Betrieb realisiert werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:

1 eine schematische und geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kompressors gemäß einer ersten Ausführungsform; und
2 eine schematische und geschnittene Seitenansicht des Kompressors gemäß einer zweiten Ausführungsform.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht einen auch als Verdichter bezeichneten Kompressor 1 für einen Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines einspurigen Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Kraftrad beziehungsweise als Motorrad ausgebildet, wobei das Kraftfahrzeug wenigstens oder genau zwei Räder aufweist. Die Räder sind in Fahrzeuglängsrichtung hintereinander angeordnet und dabei drehbar an einem Rahmen gehalten, sodass das jeweilige Rad um eine jeweilige Raddrehachse relativ zu dem Rahmen drehbar ist. Die Raddrehachsen sind dabei in Fahrzeuglängsrichtung hintereinander angeordnet und somit in Fahrzeuglängsrichtung voneinander desachsiert, wobei die Raddrehachsen bei einer Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs parallel zueinander verlaufen. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildet und weist wenigstens einen Brennraum auf, welcher beispielsweise als Zylinder ausgebildet ist. Das Kraftfahrzeug ist mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar. Der Kompressor 1 ist dabei in dem Ansaugtrakt angeordnet, welcher in 1 ausschnittsweise erkennbar und mit 2 bezeichnet ist. Der Ansaugtrakt 2 ist von Luft durchströmbar, welche mittels des Ansaugtrakts 2 zu dem Brennraum geführt wird. Während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine wird der Brennraum mit Kraftstoff, insbesondere mit flüssigem Kraftstoff, und mit der den Ansaugtrakt 2 durchströmenden Luft versorgt, sodass im Brennraum ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird verbrannt, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine resultiert. Die den Ansaugtrakt 2 durchströmende Luft, insbesondere deren Strömung, ist in 1 durch Pfeile 3 veranschaulicht.
Der Kompressor 1 ist als elektrischer Kompressor ausgebildet und weist demzufolge einen Elektromotor 4 auf, welcher einen Stator 5 und einen Rotor 6 umfasst. Der Rotor 6 ist um eine auch als Motordrehachse bezeichnete Drehachse 7 relativ zu dem Stator 5 drehbar. Dabei ist der Rotor 6 von dem Stator 5 antreibbar und dadurch um die Drehachse 7 relativ zu dem Stator 5 drehbar. Mit anderen Worten, während eines Betriebs des Kompressors 1 wird die den Ansaugtrakt 2 durchströmende Luft mittels des Kompressors 1 verdichtet, und hierzu wird der Rotor 6 von dem Stator 5 angetrieben und dadurch um die Drehachse 7 relativ zu dem Stator 5 gedreht.
Der Kompressor 1 weist dabei wenigstens oder vorzugsweise genau ein auch als Laufrad bezeichnetes Verdichterrad 8 auf, welches zum Verdichten der den Ansaugtrakt 2 durchströmenden Luft von dem Rotor 6 und somit über den Rotor 6 von dem Elektromotor 4 antreibbar ist beziehungsweise während des Betriebs angetrieben wird. Der Rotor 6 weist beispielsweise wenigstens oder genau eine Rotorwelle 9 auf, welche um die Drehachse 7 relativ zu dem Stator 5 drehbar ist. Das Verdichterrad 8 ist dabei drehfest mit der Rotorwelle 9 verbunden, wobei das Verdichterrad 8 einstückig mit der Rotorwelle 9 ausgebildet sein kann.
Um nun einen besonders kompakten Aufbau des Kompressors 1 realisieren und somit den Bauraumbedarf des Kompressors 1 in einem besonders geringen Rahmen halten zu können, ist der Elektromotor 4 als ein bürstenloser Außenläufer 10 ausgebildet, sodass der Stator 5 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, in dem Rotor 6 angeordnet beziehungsweise aufgenommen ist. Mit anderen Worten ist zumindest ein Längenbereich des Stators 5 in zumindest einem Längenbereich des Rotors 6 angeordnet, sodass zumindest der Längenbereich des Stators 5 in radialer Richtung des Elektromotors 4 und somit des Verdichterrads 8 nach außen hin zumindest durch den Längenbereich des Rotors 6 überdeckt ist. Die radiale Richtung des Elektromotors 4 und somit des Verdichterrads 8 ist in 1 durch einen Doppelpfeil 11 veranschaulicht und verläuft senkrecht zur Drehachse 7 und senkrecht zur axialen Richtung des Elektromotors 4 und somit des Verdichterrads 8. Die axiale Richtung des Elektromotors 4 und des Verdichterrads 8 ist in 1 durch einen Doppelpfeil 12 veranschaulicht. Außerdem fällt die axiale Richtung des Elektromotors 4 mit der Drehachse 7 zusammen.
Aus 1 ist erkennbar, dass der Stator 5 mehrere, mit elektrischem Strom versorgbare Spulen 13 aufweist. Der elektrische Strom, mit welchem die Spulen 13 während des Betriebs des Kompressors 1 versorgt werden, fließt während des Betriebs durch die Spulen 13 hindurch. Die Spulen 13 sind beispielsweise durch wenigstens eine Wicklung oder durch mehrere Wicklungen des Stators 5 gebildet. Der Rotor 6 weist in 1 besonders schematisch dargestellte Magnete 14 auf, welche vorzugsweise als Permanentmagnete ausgebildet sind.
Der Rotor 6, der Stator 5 und das Verdichterrad 8, welches auch als Laufrad bezeichnet wird, sind jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in einem Gehäuse 15 des Kompressors 1 aufgenommen. Das Gehäuse 15 IST beispielsweise zumindest ein Teil des Ansaugtrakts 2. Wie aus 1 erkennbar ist, ist das Gehäuse 15 von der mittels des Verdichterrads 8 zu verdichtenden Luft durchströmbar. Dabei ist der Stator 5 zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Gehäuse 15 gehalten: Der Stator 5 ist beispielsweise zumindest bezüglich der Drehachse 7 drehfest an dem Gehäuse 15 festgelegt, sodass zumindest um die Drehachse 7 verlaufende Relativdrehungen zwischen dem Stator 5 und dem Gehäuse 15 unterbleiben. Dies bedeutet, dass der Stator 5 gegen um die Drehachse 7 verlaufende und relativ zu dem Gehäuse 15 erfolgende Drehungen gesichert ist, insbesondere zumindest mittelbar und vorzugsweise direkt an dem Gehäuse 15.
Der Rotor 6 hingegen ist über eine Lagereinrichtung 16 des Kompressors 1 drehbar an dem Gehäuse 15 gelagert. Die Lagereinrichtung 16 weist wenigstens oder genau zwei Lagerstellen 17 und 18 auf, welche in axialer Richtung des Elektromotors 4 und somit in axialer Richtung des Verdichterrads 8 und des Rotors 6 voneinander beabstandet sind. An der jeweiligen Lagerstelle 17 beziehungsweise 18 ist ein Lagerelement 19 angeordnet, über welches der Rotor 6 und über diesen das Verdichterrad 8 zumindest in radialer Richtung drehbar an dem Gehäuse 15 gelagert und somit abgestützt sind. Insbesondere ist der Rotor 6 über die Rotorwelle 9 und die Lagerelemente 19 drehbar an dem Gehäuse 15 gelagert, wodurch der der Rotor 6 über die Rotorwelle 19 in radialer Richtung drehbar an dem Gehäuse 15 abgestützt ist.
Das jeweilige Lagerelement 19 kann beispielsweise als Gleitlager beziehungsweise Gleitlagerung ausgebildet sein, oder das jeweilige Lagerelement 19 kann als Wälzlager beziehungsweise Wälzlagerung ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Wälzlager als keramisches Wälzlager ausgebildet. Ist das jeweilige Lagerelement 19 als ein Gleitlager ausgebildet, so ist beispielsweise eine Schmiermittelversorgungseinrichtung vorgesehen. Mittels der Schmiermittelversorgungseinrichtung kann das jeweilige Gleitlager mit einem insbesondere flüssigen beziehungsweise viskosen Schmiermittel wie beispielsweise Öl versorgt werden ist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass während des Betriebs des Kompressors 1 das jeweilige Gleitlager mit dem Schmiermittel versorgt und dadurch geschmiert wird. Da die Lagereinrichtung 16 und somit die Lagerstellen 17 und 18 beziehungsweise die Lagerelemente 19 in axialer Richtung auf das Verdichterrad 8 folgen und auf einer gemeinsamen Seite des Verdichterrads 8 angeordnet sind, ist die Lagereinrichtung 16 als innenliegende Lagerung ausgebildet.
Das Laufrad kann dabei direkt in den auch als außenliegenden Läufer bezeichneten Rotor 6 integriert sein, sodass beispielsweise das Verdichterrad 8 einstückig mit der Rotorwelle 9 ausgebildet ist. Da der Rotor 6 des Elektromotors 4 außen liegt, das heißt auf dem Stator 5 angeordnet ist, wird der Rotor 6 (Läufer) durch Strömungsluft, das heißt beispielsweise zumindest durch einen Teil der Luft, gekühlt, die während des Betriebs mittels des Verdichterrads 8 gefördert und verdichtet wird.
Vorzugsweise ist das Verdichterrad 8 als ein Radialverdichterrad ausgebildet, sodass der Kompressor 1 vorzugweise als Radialkompressor beziehungsweise Radialverdichter ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass während des Betriebs des Kompressors 1 die Luft das Verdichterrad 8 in axialer Richtung anströmt und in radialer Richtung abströmt.
Das Gehäuse 15 weist eine erste Aufnahmekammer 20 auf, in welcher das Verdichterrad 8 angeordnet ist. Außerdem weist das Gehäuse 15 eine zweite Aufnahmekammer 21 auf, in welcher die Lagereinrichtung 16 aufgenommen ist. Dabei weist beispielsweise die Aufnahmekammer 20 einen ersten Innenumfang, insbesondere einen ersten Innendurchmesser, auf, während die zweite Aufnahmekammer 21 einen zweiten Innenumfang, insbesondere einen zweiten Innendurchmesser, aufweist. Der zweite Innenumfang, insbesondere der zweite Innendurchmesser, ist dabei geringer als der erste Innenumfang, insbesondere als der erste Innendurchmesser. Somit ist der Rotor 6, insbesondere über die Rotorwelle 9, in der Aufnahmekammer 21 drehbar an dem Gehäuse 15 gelagert. Der Rotor 6, insbesondere die Rotorwelle 9, erstreckt sich ausgehend von der zweiten Aufnahmekammer 21 durch eine Durchgangsöffnung 22 des Gehäuses 15 hindurch in die erste Aufnahmekammer 20, sodass der die Durchgangsöffnung 22 durchdringende Rotor 6 teilweise in der Aufnahmekammer 20 und teilweise in der Aufnahmekammer 21 angeordnet ist. Dabei ist die Durchgangsöffnung 22 in eine mit der axialen Richtung des Elektromotors 4 zusammenfallende, von der Durchgangsöffnung 22 weg weisende, zu dem Verdichterrad 8 hinweisende und in 1 durch einen Pfeil 23 veranschaulichte Richtung vollständig durch das Verdichterrad 8, insbesondere durch einen der Durchgangsöffnung 22 zugewandten Radrücken 24 des Verdichterrads 8, überdeckt.
1 zeigt eine erste Ausführungsform, bei welcher das Verdichterrad 8, insbesondere der Radrücken 24, in axialer Richtung besonders nahe an der Durchgangsöffnung 22 angeordnet ist. Dadurch ist das Verdichterrad in axialer Richtung besonders nahe an an einem sich in radialer Richtung unmittelbar beziehungsweise direkt an die Durchgangsöffnung 22 anschließenden Wandungsbereich 25 des Gehäuses 15 angeordnet. Der Wandungsbereich 35 begrenzt beispielsweise die Durchgangsöffnung 22. In axialer Richtung zwischen dem Radrücken 24 und dem Wandungsbereich 25 ist bei der ersten Ausführungsform ein nur sehr kleiner beziehungsweise schmaler Spalt, insbesondere Luftspalt, angeordnet. Durch diesen kleinen Luftspalt kann keine Luft oder eine nur sehr geringe Menge an Luft hindurchströmen. Der Luftspalt reicht somit nicht aus, um eine hinreichende Menge an Luft aus der Aufnahmekammer 20 über den Spalt in die Aufnahmekammer 21 führen und die Lagereinrichtung 16 hinreichend kühlen zu können.
Um dennoch eine besonders vorteilhafte und bauraumgünstige Kühlung der in der Aufnahmekammer 21 angeordneten Lagereinrichtung 16 sowie der in der Aufnahmekammer 21 angeordneten Spulen 13 realisieren zu können, weist das Verdichterrad 8 mehrere, einenends in die erste Aufnahmekammer 20 und anderenends in die zweite Aufnahmekammer 21 mündende Luftkanäle 26 auf. Über die Luftkanäle 26 kann zumindest ein Teil der sich zunächst in der ersten Aufnahmekammer 20 befindenden Luft aus der ersten Aufnahmekammer 20 in die zweite Aufnahmekammer 21 geleitet werden. Dadurch werden die Lagereinrichtung 16 und die Spulen 13 mittels der die Luftkanäle 26 durchströmenden und über diese in die Aufnahmekammer 21 eingeleiteten Luft gekühlt. Dabei veranschaulichen in 1 Pfeile 27 die Luft, die durch die Luftkanäle 26 strömt und mittels der Luftkanäle 26 aus der Aufnahmekammer 20 in die Aufnahmekammer 21 geführt wird. In der Folge kann diese Luft die Lagereinrichtung 16 und die Spulen 13 kühlen. Ferner ist es denkbar, dass die Lagereinrichtung 16 und die Spulen 13 in der Aufnahmekammer 21 mittels Umgebungsluft gekühlt werden. Das beschriebene Kühlen der Lagereinrichtung 16 und der Spulen 13 beruht beispielsweise auf dem Prinzip der Radialverdichtung. Dies bedeutet beispielsweise, dass die über die Luftkanäle 26 aus der Aufnahmekammer 20 in die Aufnahmekammer 21 strömende Luft mittels des Verdichterrads 8, insbesondere mittels der Luftkanäle 26, verdichtet wird. Dadurch kann eine besonders effektive und effiziente Kühlung der Lagereinrichtung 16 und der Spulen 13 gewährleistet werden.
Der jeweilige Luftkanal 26 ist beispielsweise als ein Schlitz, insbesondere als ein schmaler Schlitz, ausgebildet, der beispielsweise in das Laufrad eingearbeitet ist. Durch die schmalen Schlitze wird die Luft verdichtet und kann so den Läufer vorteilhaft kühlen.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Kompressors 1. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich insbesondere dadurch von der ersten Ausführungsform, dass das Verdichterrad 8 nicht die Luftkanäle 26 aufweist. Um dennoch die in der Aufnahmekammer 21 angeordnete Lagereinrichtung 16 und die in der Aufnahmekammer 21 angeordneten Spulen 13 hinreichend mit als Kühlluft fungierender Luft versorgen und dadurch hinreichend kühlen zu können, ist der Radrücken 24 in axialer Richtung wesentlich weiter von dem Wandungsbereich 25 beabstandet als bei der ersten Ausführungsform. Hierdurch begrenzen der sich in radialer Richtung des Elektromotors 4 nach außen unmittelbar beziehungsweise direkt an die Durchgangsöffnung 22 anschließende Wandungsbereich 25 des Gehäuses 15 und zumindest ein dem Wandungsbereich 25 zugewandter Teilbereich T des Radrückens 24 des Verdichterrads 8 wenigstens einen beispielsweise als Ringkanal ausgebildeten Führungskanal 29. Der Führungskanal 29 kann - wie in 2 durch Pfeile 28 veranschaulicht ist - von einer hinreichenden Menge an Luft aus der Aufnahmekammer 20 durchströmt werden, sodass über den Führungskanal 29 zumindest ein Teil der Luft aus der ersten Aufnahmekammer 20 zu der Durchgangsöffnung 22 und durch diese hindurch zu führen beziehungsweise zu leiten ist. Dabei ist beispielsweise das Verdichterrad 8 dazu ausgebildet, zumindest den zuvor genannten Teil der Luft aus der Aufnahmekammer 20 durch den Führungskanal 29 hindurch zu fördern. Außerdem ist das Verdichterrad 8 vorzugsweise dazu ausgebildet, den den Führungskanal 29 durchströmenden Teil der Luft, das heißt die Luft, die durch den Führungskanal 29 strömt, zu verdichten. Mit anderen Worten ist es bei der zweiten Ausführungsform vorgesehen, dass die den Führungskanal 29 durchströmende Luft, welche auf Seiten des Radrückens 24 und somit hinter dem Verdichterrad 8 strömt, hinter dem Laufrad verdichtet wird. Hierdurch kann die können die Lagereinrichtung 16 und die Spulen 13 besonders gut gekühlt werden.
Ferner ist es möglich, dass bei der ersten Ausführungsform und bei der zweiten Ausführungsform der Rotor 6, insbesondere ein in der Aufnahmekammer 21 angeordneter Teil des Rotors 6, mittels der Luft gekühlt wird, die auf die beschriebene Weise aus der Aufnahmekammer 20 in die Aufnahmekammer 21 geführt beziehungsweise geleitet wird.
Um dabei den Bauraumbedarf des Kompressors 1 besonders gering halten zu können, weist das Gehäuse 15 in einem die erste Aufnahmekammer 21 vollständig umfassenden beziehungsweise aufweisenden ersten Längenbereich L1 einen ersten Außenumfang A1, insbesondere einen ersten Außendurchmesser, auf. Außerdem weist wobei das Gehäuse 15 in einem sich in axialer Richtung an den Längenbereich L1, insbesondere direkt beziehungsweise unmittelbar, anschließenden und die Aufnahmekammer 21 vollständig aufweisenden beziehungsweise umfassenden zweiten Längenbereich L2 einen zweiten Außenumfang A2, insbesondere einen zweiten Außendurchmesser, aufweist. Dabei ist der zweite Außenumfang A2, insbesondere der zweite Außendurchmesser, geringer als der erste Außenumfang A1, insbesondere als der erste Außendurchmesser. Insbesondere ist beispielsweise der erste Außenumfang A1, insbesondere der erste Außendurchmesser, zumindest doppelt so groß wie der zweite Außenumfang A2, insbesondere der zweite Außendurchmesser. Dadurch kann beispielsweise der Kompressor 1 besonders vorteilhaft in einem zur Verfügung stehenden Bauraum angeordnet und somit verstaut werden.
Im Vergleich zu Kompressoren mit Innenläufern können die Baugröße und das Gewicht des Kompressors 1 und somit auch des Außenläufers 10 erheblich reduziert werden. Dadurch kann der Kompressor 1 besonders vorteilhaft im Motorradbereich und somit für ein Motorrad genutzt werden. Ferner ist es denkbar, den Kompressor 1 im Automobilbereich zu verwenden, sodass das Kraftfahrzeug beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet sein kann.
Bezugszeichenliste

1: Kompressor
2: Ansaugtrakt
3: Pfeile
4: Elektromotor
5: Stator
6: Rotor
7: Drehachse
8: Verdichterrad
9: Rotorwelle
10: Außenläufer
11: Doppelpfeil
12: Doppelpfeil
13: Spulen
14: Magnete
15: Gehäuse
16: Lagereinrichtung
17: Lagerstelle
18: Lagerstelle
19: Lagerelement
20: erste Aufnahmekammer
21: zweite Aufnahmekammer
22: Durchgangsöffnung
23: Pfeil
24: Radrücken
25: Wandungsbereich
26: Luftkanal
27: Pfeil
28: Pfeil
29: Führungskanal
A1: erster Außenumfang
A2: zweiter Außenumfang
L1: erster Längenbereich
L2: zweiter Längenbereich
T: Teilbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2908409 B1 [0002]
DE 19701100 A1 [0003]

Claims

Kompressor (1) für einen Ansaugtrakt (2) einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem Elektromotor (4), welcher einen Stator (5) und einen von dem Stator (5) antreibbaren und dadurch um eine Drehachse (7) relativ zu dem Stator (5) drehbaren Rotor (6) aufweist, und mit einem Verdichterrad (8), welches zum Verdichten von den Ansaugtrakt (2) durchströmender und wenigstens einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zuzuführender Luft von dem Rotor (6) antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (4) als bürstenloser Außenläufer (10) ausgebildet ist, sodass zumindest ein Längenbereich des Stators (5) in zumindest einem Längenbereich des Rotors (6) angeordnet ist.
Kompressor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (5) mehrere, mit elektrischem Strom versorgbare Spulen (13) aufweist.
Kompressor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6) mehrere Magnete (14), insbesondere Permanentmagnete, aufweist.
Kompressor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6) zumindest teilweise in einem Gehäuse (15) aufgenommen und über eine Lagereinrichtung (16) drehbar an dem Gehäuse (15) gelagert ist.
Kompressor (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung (16) wenigstens ein Gleitlager (19) und/oder wenigstens ein keramisches Wälzlager (19) aufweist.
Kompressor (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (15) eine erste Aufnahmekammer (20), in welcher das Verdichterrad (8) angeordnet ist, und eine zweite Aufnahmekammer (21) aufweist, in welcher die Lagereinrichtung (16) aufgenommen ist, wobei sich der Rotor (6) von der zweiten Aufnahmekammer (21) durch eine Durchgangsöffnung (22) hindurch in die erste Aufnahmekammer (20) erstreckt, und wobei die Durchgangsöffnung (22) in eine mit der axialen Richtung (12) des Elektromotors (4) zusammenfallende und zu dem Verdichterrad (8) hinweisende Richtung (23) vollständig durch das Verdichterrad (8) überdeckt ist.
Kompressor (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad (8) wenigstens einen einenends in die erste Aufnahmekammer (20) und anderenends in die zweite Aufnahmekammer (21) mündenden Luftkanal (26) aufweist, über welchen zumindest ein Teil der Luft aus der ersten Aufnahmekammer (20) in die zweite Aufnahmekammer (21) zu leiten ist, sodass die Lagereinrichtung (16) mittels der in die zweite Aufnahmekammer (21) geleiteten Luft zu kühlen ist.
Kompressor (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad (8), insbesondere der Luftkanal (26), dazu ausgebildet ist, die den Luftkanal (26) durchströmende Luft zu verdichten.
Kompressor (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich in radialer Richtung (11) des Elektromotors (4) nach außen an die Durchgangsöffnung (22) anschließender Wandungsbereich (25) des Gehäuses (15) und zumindest ein dem Wandungsbereich (25) zugewandter Teilbereich (T) eines Radrückens (24) des Verdichterrads (8) wenigstens einen Führungskanal (29) begrenzen, über welchen zumindest ein Teil der Luft aus der ersten Aufnahmekammer (20) zu der Durchgangsöffnung (22) und durch diese hindurch zu leiten ist.
Kompressor (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad (8) dazu ausgebildet ist, zumindest den Teil der Luft durch den Führungskanal (29) zu fördern und die den Führungskanal (29) durchströmende Luft zu verdichten.
Kompressor (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (15) in einem die erste Aufnahmekammer (20) aufweisenden ersten Längenbereich (L1) einen ersten Außenumfang (A1) und in einem die zweite Aufnahmekammer (21) aufweisenden zweiten Längenbereich (L2) einen gegenüber dem ersten Außenumfang (A1) geringeren zweiten Außenumfang (A2) aufweist.
Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Brennraum, mit einem von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt (2), mittels welchem die Luft in den Brennraum führbar ist, und mit einem in dem Ansaugtrakt (2) angeordneten Kompressor (1), welcher aufweist: - einen Elektromotor (4), welcher einen Stator (5) und einen von dem Stator (5) antreibbaren und dadurch um eine Drehachse (7) relativ zu dem Stator (5) drehbaren Rotor (6) aufweist; und - ein Verdichterrad (8), welches zum Verdichten der den Ansaugtrakt (2) durchströmenden Luft von dem Rotor (6) antreibbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (4) als bürstenloser Außenläufer (10) ausgebildet ist, sodass zumindest ein Längenbereich des Stators (5) in zumindest einem Längenbereich des Rotors (6) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Kompressor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und/oder mit wenigstens einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 12.