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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene elektrische Antriebsmaschinen und Turbolader bekannt. So offenbart beispielsweise die
DE 10 2014 210 451 A1 einen Turbolader mit einer integrierten elektrischen Antriebsmaschine. Turbolader, insbesondere Abgasturbolader, werden insbesondere im Kraftfahrzeugbau dazu genutzt, die Luftfüllung in Zylindern einer Brennkraftmaschine zu erhöhen, um die Leistung der Brennkraftmaschine zu steigern. Häufig werden dazu Abgasturbolader eingesetzt, die vom Abgasstrom der Brennkraftmaschine angetrieben werden.
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Darüber hinaus ist es bekannt, einen Turbolader elektromotorisch zu unterstützen, so dass unabhängig von einem Abgasstrom der Brennkraftmaschine angesaugte Frischluft verdichtet und der Brennkraftmaschine mit erhöhtem Ladedruck zugeführt werden kann. Auch eine Kombination beider Varianten ist bereits bekannt. Dabei wird ein Abgasturbolader mit einer elektrischen Antriebsmaschine versehen, um die Welle des Abgasturboladers, auf welcher ein Verdichterrad sowie ein Turbinenrad drehfest angeordnet sind, anzutreiben. Hierdurch kann beispielsweise der ansonsten zeitlich verzögerte Ladedruckaufbau maßgeblich beschleunigt werden.
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Eine derartige elektrische Antriebsmaschine weist üblicherweise einen Stator, der zumindest eine mehrphasige Antriebswicklung zur Erzeugung eines Antriebsmagnetfelds aufweist, und einen Rotor auf. Der Rotor weist einen Permanentmagneten auf und wird drehfest auf der Welle des Abgasturboladers angeordnet. Die Realisierung der elektromotorischen Unterstützung durch eine elektrische Antriebsmaschine hat den Vorteil, dass die motorische Unterstützung besonders bauraumsparend in den Turbolader integrierbar ist. Durch Bestromen der Phasen der Antriebswicklung mittels einer dafür vorgesehenen Leistungselektronik wird das drehende Antriebsmagnetfeld erzeugt, durch welches der durch die Welle drehbar gelagerte Rotor mit einem vorgebbaren Drehmoment angetrieben wird. Der Permanentmagnet wirkt dabei mit dem drehenden Magnetfeld zusammen.
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In
DE 10 2015 203 596 A1 wird ein Lader, insbesondere Abgasturbolader, für eine Antriebseinrichtung, vorgeschlagen, der einen mittels eines Medienspaltmotors elektrisch unterstützbaren oder antreibbaren Verdichter aufweist. Der Medienspaltmotor weist einen mit einer Lagerwelle eines Verdichterlaufrads des Verdichters wirkverbundenen Rotor sowie einen den Rotor in Umfangsrichtung bezüglich einer Drehachse der Lagerwelle wenigstens bereichsweise umgreifenden Stator auf. Dabei ist vorgesehen, dass eine Leistungselektronik zur Ansteuerung wenigstens einer elektrischen Wicklung des Stators die Drehachse in Umfangsrichtung wenigstens bereichsweise umgreift. Zur Kühlung des Stators und/oder der Leistungselektronik ist ein in Berührkontakt mit dem Stator (10) und/oder der Leistungselektronik vorliegender Kühlmantel vorgesehen.
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Trotz der Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten elektrischen Antriebsmaschinen bewirkten Vorteile beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. So ist es eine Herausforderung, den Wirkungsgrad des Verdichters und/oder der Turbine zu erhöhen, um die Effizienz des Turboladers zu steigern und eine Verbesserung des Wirkungsgrads des Gesamtsystems zu erzielen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird daher eine elektrische Antriebsmaschine und ein Verdichter und/oder eine Turbine vorgeschlagen, die die Nachteile bekannter Vorrichtungen und Verfahren zumindest weitgehend vermeiden. Insbesondere soll ein Wirkungsgrad des Verdichters und/oder der Turbine erhöht werden, um eine Effizienz des Turboladers zu steigern und eine Verbesserung des Wirkungsgrads des Gesamtsystems zu erzielen. Insbesondere soll eine Inhomogenität eines zuströmenden Fluids vermieden oder zumindest reduziert werden.
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In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Antriebsmaschine für einen Verdichter und/oder eine Turbine, insbesondere für einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Die elektrische Antriebsmaschine ist mit einem Ansaugrohr des Verdichters oder der Turbine verbindbar. Die elektrische Antriebsmaschine weist mindestens eine in einem Gehäuse drehbar gelagerte Welle, mindestens einen Rotor, welcher drehfest an der Welle angeordnet ist, sowie mindestens einen Stator auf. Der Stator weist mindestens eine statorfeste Einrichtung zur Strömungsoptimierung für ein durch den Verdichter strömendes Medium auf. Die statorfeste Einrichtung weist eine den Rotor stromaufwärts zumindest teilweise überdeckende Abdeckkappe auf. Die Abdeckkappe ist derart ausgestaltet, dass die Abdeckkappe in das Ansaugrohr hineinragt und einem Krümmungsverlauf des Ansaugrohrs folgt.
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Unter einem „Turbolader“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Baugruppe eines Verbrennungsmotors zu verstehen, welche für eine Leistungs- und/oder Effizienzsteigerung geeignet ist. Insbesondere kann ein Teil einer Energie eines Motorabgases genutzt werden, um einen Druck in einem Ansaugsystem zu erhöhen und dadurch mehr Außenluft in einen Zylinder zu befördern als bei einem nicht aufgeladenen Motor.
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Unter einer „Turbine“, insbesondere einer Abgasturbine, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige rotierende Strömungsmaschine zu verstehen, welche eingerichtet ist, ein Abfallen einer inneren Energie eines strömenden Fluides in eine mechanische Leistung umzuwandeln, welche sie über ihre Welle abgibt. Einem Fluidstrom kann durch eine möglichst wirbelfreie laminare Umströmung von Turbinenschaufeln ein Teil einer inneren Energie, insbesondere umfassend Bewegungsenergie, Lageenergie und/oder Druckenergie, entzogen werden, welcher auf Laufschaufeln der Turbine übergehen kann. Über den Teil der inneren Energie kann dann die Turbinenwelle in Drehung versetzt werden und eine nutzbare Leistung kann an eine angekuppelte Arbeitsmaschine, wie beispielsweise an einen Generator, abgegeben werden. Die Abgasturbine kann eingerichtet sein, um von Auspuffgasen eines Verbrennungsmotors angetrieben zu werden. Eine Wellenleistung der Abgasturbine kann insbesondere für einen Antrieb eines Verdichters zur Aufladung eines Motors verwendet werden.
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Unter einem „Verdichter“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung zu verstehen, welche eingerichtet ist, einem eingeschlossenen Gas mechanische Arbeit zuzuführen. Der Verdichter kann insbesondere eingerichtet sein, einen Druck und eine Dichte des Gases zu erhöhen. Der Verdichter kann daher auch als Kompressor bezeichnet werden. Der Verdichter kann insbesondere ein Radialverdichter sein. Der Radialverdichter kann eingesetzt sein, um durch einen rotierenden Läufer nach den Gesetzen der Strömungsmechanik einem strömenden Fluid Energie zuzusetzen. Der Radialverdichter kann derart ausgebildet sein, dass das Gas im Wesentlichen axial in ein Laufrad strömt und anschließend radial, d.h. nach außen abgelenkt wird.
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Unter einer „elektrischen Antriebsmaschine“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine beliebige Vorrichtung zu verstehen, welche eingerichtet ist, durch ein Anlegen eines elektrischen Stroms eine Bewegung, insbesondere eine Rotationsbewegung, eines anderen Objekts zu erzeugen oder zu generieren. Insbesondere kann die elektrische Antriebsmaschine eingerichtet sein, elektrische Energie in Bewegungsenergie umzuwandeln. Insbesondere kann die elektrische Antriebsmaschine ganz oder teilweise als Elektromotor ausgestaltet sein. Insbesondere kann die elektrische Antriebsmaschine beispielsweise verwendet werden, um einen Verdichter und/oder eine Turbine, insbesondere für einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine, anzutreiben. Die elektrische Antriebsmaschine kann hierfür den mindestens einen Rotor und den mindestens einen Stator aufweisen, welche im Nachfolgenden näher beschrieben werden.
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Unter einem „Rotor“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein rotierendes Bauteil einer elektrischen Antriebsmaschine, wie beispielsweise einem Elektromotor, zu verstehen, das alternativ auch als Läufer bezeichnet wird. Der Rotor kann dabei zweckmäßigerweise zumindest einen Permanentmagneten aufweisen, der mit dem drehenden Magnetfeld des Stators zusammenwirkt. Insbesondere kann der Rotor drehfest mit dem Verdichter und/oder der Turbine verbunden sein.
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Unter einem „Stator“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein feststehendes Bauteil einer elektrischen Antriebsmaschine, wie beispielsweise einem Elektromotor, zu verstehen, das als gemeinsamer Kern für Induktionsspulen dient. Der Stator kann eine Mehrzahl von radial bezüglich einer Achse des Stators angeordneten Statorzähnen aufweisen. Der Stator kann beispielsweise über ein kreisringförmiges Statorjoch verfügen, wobei insbesondere die Statorzähne von dem Statorjoch radial nach innen vorstehen können und in Umfangsrichtung gesehen beabstandet voneinander gleichmäßig verteilt angeordnet sein können. Die Statorzähne können dabei insbesondere von der mehrphasigen Antriebswicklung umwickelt sein. Beispielsweise kann die mehrphasige Antriebswicklung des Stators aus mehreren Wicklungen, beispielsweise mehreren Spulen, bestehen. Insbesondere kann beispielsweise auf jedem Statorzahn jeweils eine Spule, beispielsweise radial, angeordnet sein. Zum Beispiel können die Spulen auf den Statorzähnen jeweils mittels einer Spulenhalterung angebracht sein. Insbesondere kann durch Bestromen der Phasen der Antriebswicklung, mittels einer dafür vorgesehenen Leistungselektronik, beispielsweise ein drehendes Antriebsmagnetfeld erzeugt werden, durch welches der Rotor mit einem vorgebbaren Drehmoment angetrieben werden kann. Weiterhin kann der Stator derart ausgebildet sein, dass beispielsweise mindestens ein erster Statorzahn fluchtend zu mindestens einer ersten Haltestrebe angeordnet ist. Insbesondere können der mindestens eine erste Statorzahn und die mindestens eine erste Haltestrebe einstückig, beispielsweise einteilig, miteinander verbunden sein.
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Wie bereits oben ausgeführt, ist die elektrische Antriebsmaschine mit dem Ansaugrohr des Verdichters verbindbar. Beispielsweise kann die elektrische Antriebsmaschine mindestens einen Flansch umfassen, welcher eingerichtet ist, die elektrische Antriebsmaschine an das Ansaugrohr zu befestigen. Unter einem „Flansch“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Bauteil zu verstehen, welches eingerichtet ist, ein erstes Objekt und ein zweites Objekt miteinander zu verbinden. Der Flansch kann daher auch als Verbindungselement bezeichnet werden. Der Flansch kann insbesondere zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt angeordnet sein und jeweils zu dem ersten Objekt bzw. zu dem zweiten Objekt eine stoffschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung aufweisen. Der Flansch kann als Rohr ausgebildet sein und daher hohl sein. Der Flansch kann die Abdeckkappe teilweise aufnehmen. Die Abdeckkappe kann sich teilweise innerhalb des Flansches befinden.
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Unter einem „Ansaugrohr“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Rohr zu verstehen, welches eingerichtet ist, ein Fluid einem anderen Element zuzuführen. Insbesondere ist das Ansaugrohr eingerichtet, dem Verdichter und/oder der Turbine das Fluid zuzuführen. Das Ansaugrohr kann als Rohr ausgebildet sein. Bei dem Fluid kann es sich beispielsweise Luft, insbesondere um Umgebungsluft, insbesondere um Ansaugluft einer Brennkraftmaschine, handeln. Der Begriff „Rohr“ bezeichnet grundsätzlich einen beliebigen, länglichen Hohlkörper. Der Hohlkörper kann eine Länge und einen Durchmesser aufweisen. Die Länge kann größer sein als der Durchmesser, beispielsweise um mindestens einen Faktor von 2, vorzugsweise um mindestens einen Faktor von 3, besonders bevorzugt um mindestens einen Faktor von 5. Der Durchmesser kann insbesondere eine runde Form aufweisen. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich denkbar.
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Wie bereits oben ausgeführt, weist der Stator mindestens eine statorfeste Einrichtung auf. Die statorfeste Einrichtung kann eingerichtet sein, das durch die elektrische Antriebsmaschine strömende Fluid zu leiten und/oder zu lenken. Insbesondere kann die statorfeste Einrichtung eingerichtet sein, um eine Anströmung eines vorzugsweise nachfolgend angeordneten Verdichterrads zu gewährleisten. Die statorfeste Einrichtung kann eine Außenhülse und die Abdeckkappe aufweisen, welche im Nachfolgenden noch näher beschrieben werden.
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Der Begriff „Außenhülse“ bezeichnet grundsätzlich einen beliebigen, länglichen Hohlkörper. Die Außenhülse kann eine Länge und einen Durchmesser aufweisen. Die Länge kann größer sein als der Durchmesser, beispielsweise um mindestens einen Faktor von 1,5, vorzugsweise um mindestens einen Faktor von 2, besonders bevorzugt um mindestens einen Faktor von 3. Der Durchmesser kann insbesondere eine runde Form aufweisen. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich denkbar. Die Außenhülse kann koaxial zu der Abdeckkappe angeordnet sein. Insbesondere können die Abdeckkappe und die Außenhülse einstückig ausgebildet sein.
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Der Rotor kann mindestens einen Permanentmagneten aufweisen und der Stator kann mindestens eine einphasige oder mehrphasige Antriebswicklung zur Erzeugung eines Antriebsmagnetfelds aufweisen. Der Permanentmagnet kann ausgebildet sein, mittels eines Magnetfeldes, das über den Stator induziert wird, den Turbolader elektrisch anzutreiben. Insbesondere kann die statorfeste Einrichtung eine Aufnahmevertiefung für den Permanentmagneten aufweisen.
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Der Begriff „Aufnahmevertiefung“ bezeichnet grundsätzlich eine beliebige Aufnahme, welche eingerichtet ist, um mindestens ein beliebiges Objekt zu halten, insbesondere in einer gewünschten Position, und/oder das Objekt von einer Umgebung des Objekts zu trennen. Die Aufnahme kann daher einen Hohlraum aufweisen. Der Hohlraum kann eine Form aufweisen, welche komplementär zu dem Objekt ist. Das Objekt kann Abmessungen aufweisen, welche vorzugsweise kleiner sind das Abmessungen der Aufnahme. Das Objekt kann derart in der Aufnahme angeordnet sein, dass sich das Objekt in der Aufnahme bewegen kann, beispielsweise durch Kippen. Vorzugsweise ist die Aufnahme jedoch derart ausgebildet, dass eine Bewegung des Objekts innerhalb der Aufnahme vermieden oder zumindest reduziert ist. Die Aufnahmevertiefung kann eine axiale Aufnahmevertiefung sein. Der Begriff „axiale Aufnahmevertiefung“ bezeichnet grundsätzlich, dass sich die Aufnahmevertiefung entlang einer Achse erstecken kann. Insbesondere kann sich eine Längsachse der axialen Aufnahmevertiefung parallel zu einer Längsachse des Rotors erstecken.
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Der Begriff „Abdeckkappe“ bezeichnet grundsätzlich ein beliebiges Element, welches eingerichtet ist, ein anderes Element zumindest teilweise zu bedecken. Die Abdeckkappe kann eingerichtet sein, den Rotor zumindest teilweise stirnseitig zu überdecken. Durch die Anordnung der Abdeckkappe stromaufwärts des Rotors beziehungsweise in Strömungsrichtung vor dem Rotor wird erreicht, dass das Fördermedium nicht auf eine flache beziehungsweise dem Medienstrom senkrecht entgegenstehende Wand des Rotors trifft, sondern durch die Abdeckkappe strömungsoptimiert an dem Rotor vorbeigeleitet wird. Die Abdeckkappe kann an den Statorzähnen gehalten sein. Durch das Anordnen der Abdeckkappe an den Statorzähnen wird erreicht, dass die Abdeckkappe gehäusefest angeordnet ist, so dass das Fördermedium im Unterschied zu bekannten Lösungen nicht in einer Rotationsbewegung oder in Verwirbelungen gesetzt wird, wenn es den Rotor anströmt. Dadurch wird das Strömungsverhalten weiter verbessert und Turbulenzen der Strömung werden vermieden, so dass einerseits der Betrieb des Verdichters optimiert und andererseits auch die Kühlung des Stators verbessert wird.
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Die statorfeste Einrichtung kann weiterhin mindestens eine Innenhülse aufweisen. Die Innenvertiefung kann die Aufnahmevertiefung für den Permanentmagneten aufweisen. An die Abdeckkappe kann sich die Innenhülse anschließen, welche den Rotor umfangsseitig vollständig und axial beziehungsweise in Strömungsrichtung zumindest abschnittsweise umgibt. Dadurch wird das Fördermedium auch in Strömungsrichtung gesehen hinter der Abdeckkappe noch daran gehindert, den Rotor direkt zu kontaktieren, wodurch eine Verunreinigung des Rotors weitestgehend ausgeschlossen wird. Durch das Vermeiden von Ablagerungen an dem Rotor wird gewährleistet, dass keine kritische Unwucht generiert wird. Darüber hinaus weist die Innenhülse bevorzugt für den jeweiligen Statorzahn Aussparungen zur Aufnahme der Statorzahnspitzen auf. Die Außenhülse und die Innenhülse können koaxial zueinander angeordnet sein, so dass zwischen Innenhülse und Außenhülse der einzige Strömungsweg für das Medium durch den Stator hindurch gebildet ist. Innenhülse und Außenhülse definieren somit den einzigen für das Medium zur Verfügung stehenden Medienspalt, der durch den Stator hin durchgeführt und in Umfangsrichtung lediglich durch die Statorzähne unterbrochen wird. Der Begriff „koaxiale Anordnung“ bezeichnet grundsätzlich eine Anordnung zwischen zwei beliebigen Elementen, bei welcher die Elemente eine gemeinsame Rotationsachse aufweisen.
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Die Innenhülse kann mindestens eine, bevorzugt mehrere radial nach außen ragende Haltestreben aufweisen, die insbesondere zur stirnseitigen Anlage oder Befestigung an jeweils einem der Statorzähne ausgebildet sind. Die Innenhülse und damit die Abdeckkappe werden somit durch die an den Statorzähnen befestigten Haltestreben ausgerichtet und gehalten. Der Begriff „Haltestrebe“ bezeichnet grundsätzlich ein beliebiges Element, welches eingerichtet ist, ein anderes Element in einer gewünschten Position zu halten. Insbesondere kann die Haltestrebe eingerichtet sein, ein erstes Element und ein zweites Element voneinander in einer gewünschten Position zu beabstanden. Daher kann die Haltestrebe jeweils stoff- und oder formschlüssig mit dem ersten Element und mit dem zweiten Element verbunden sein. Insbesondere können die Haltestrebe, das erste Element und das zweite Element einstückig ausgebildet sein. Die Haltestrebe kann als längliches Element ausgebildet sein. Auch andere Ausführungsformen sind grundsätzlich denkbar. Der Begriff „radial“ bezeichnet grundsätzlich eine Anordnung eines beliebigen Elements, bei welcher das Element von einem Mittelpunkt aus strahlenförmig, insbesondere geradlinig, verläuft.
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Die Abdeckkappe kann eingerichtet sein, ein strömendes Fluid derart zu leiten und/oder zu lenken, um eine gleichmäßige Anströmung eines anderen Elements zu gewährleisten. Insbesondere kann die Abdeckkappe eingerichtet sein, um das durch die elektrische Antriebsmaschine strömende Fluid derart leiten, um eine Anströmung des vorzugsweise nachfolgend angeordneten Verdichterrads zu verbessern. Die Abdeckkappe kann daher auch als Anströmnase bezeichnet werden.
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Die Abdeckkappe kann ganz oder zumindest teilweise aus einem magnetisch nicht leitfähigen Material hergestellt sein. Weiterhin kann die Abdeckkappe ganz oder zumindest teilweise aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material hergestellt sein. Die Abdeckkappe und mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: der Außenhülse, der Innenhülse, den Haltestreben können einstückig hergestellt sein.
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Wie bereits oben ausgeführt, kann die Abdeckkappe in das Ansaugrohr hineinragen. Der Begriff „Hineinragen“ bezeichnet grundsätzlich eine Anordnung eines beliebigen Elements, bei welcher das Element teilweise innerhalb eines anderen Objekts angeordnet ist. Das Objekt kann insbesondere einen Hohlraum aufweisen und das Element kann sich teilweise innerhalb des Hohlraums befinden oder angeordnet sein. Das Element kann einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweisen. Der erste Teil kann außerhalb des Objekts angeordnet sein und der zweite Teil kann innerhalb des Objekts angeordnet sein. Die Abdeckkappe kann teilweise innerhalb des Ansaugrohrs angeordnet sein bzw. sich befinden. Ein Teil der Abdeckkappe kann außerhalb des Ansaugrohrs angeordnet sein bzw. sich befinden.
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Die Abdeckkappe kann folglich eingerichtet sein, aus dem Flansch hinauszuragen. Der Begriff „Herausragen“ bezeichnet grundsätzlich eine Anordnung eines beliebigen Elements, bei welcher das Element teilweise außerhalb eines Objekts angeordnet ist. Das Objekt kann insbesondere einen Hohlraum aufweisen und das Element kann sich teilweise innerhalb des Hohlraums befinden oder angeordnet sein. Das Element kann einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweisen. Der erste Teil kann außerhalb des Objekts angeordnet sein und der zweite Teil kann innerhalb des Objekts angeordnet sein. Die Abdeckkappe kann teilweise innerhalb des Flansches angeordnet sein bzw. sich befinden. Ein Teil der Abdeckkappe kann außerhalb des Flansches angeordnet sein bzw. sich befinden.
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Wie bereits oben ausgeführt, ist die Abdeckkappe derart ausgestaltet, dass die Abdeckkappe einem Krümmungsverlauf des Ansaugrohrs folgt. Das Führungselement kann daher mindestens eine Krümmung aufweisen. Das Ansaugrohr kann ebenfalls mindestens eine Krümmung aufweisen. Das Ansaugrohr kann daher auch als gekrümmtes Ansaugrohr bezeichnet werden. Der Begriff „Krümmung“ bezeichnet grundsätzlich eine Form eines beliebigen Elements, bei welcher sich das Element außerhalb einer geraden Linie erstreckt. Das Element kann daher mindestens eine Kurve aufweisen. Das Element kann eine erste Längsachse aufweisen und eine zweite Längsachse. Die erste Längsachse und die zweite Längsachse können einen Krümmungswinkel einschließen. Der Krümmungswinkel kann beispielsweise 10° bis 160°, vorzugsweise 20° bis 120 °, vorzugsweise 50° bis 110° und besonders bevorzugt 80° bis 100° betragen. Auch andere Ausgestaltungen sind grundsätzlich denkbar. Aufgrund eines geringen Bauraums innerhalb eines Kraftfahrzeugs kann das Ansaugrohr häufig nicht gerade ausgeführt sein, sondern kann daher als gekrümmtes Ansaugrohr vorliegen.
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Das Ansaugrohr kann eine Mittellinie aufweisen. Der Begriff „Mittellinie“ bezeichnet grundsätzlich eine Linie eines beliebigen Rohrs, auf welcher Mittelpunkte von Rohrquerschnitten des Rohrs verlaufen. Bei Betrachtung eines der Rohrquerschnitte ist der dazugehörige Mittelpunkt folglich von allen Rohrwänden des Rohrs gleich beabstandet. Die Mittellinie kann daher auch als Zentrallinie oder als Zentralkurve bezeichnet werden. Das Ansaugrohr kann eine Krümmungsmittellinie aufweisen. Der Begriff „Krümmungsmittellinie“ bezeichnet grundsätzlich eine Mittellinie eines beliebigen gekrümmten Rohrs. Die Krümmungsmittellinie kann daher entlang einer Krümmung des Ansaugrohrs verlaufen.
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Ein Ende der Abdeckkappe kann auf der Krümmungsmittellinie des Ansaugrohrs münden. Der Begriff „auf der Krümmungsmittellinie münden“ bezeichnet, dass das Ende der Abdeckkappe an der Krümmungsmittellinie ausläuft bzw. die Abdeckkappe auf der Krümmungsmittellinie endet. Die Abdeckkappe kann spitz zulaufen. Insbesondere kann die Abdeckkappe eine Spitze aufweisen und die Spitze kann an einer Stelle der Krümmungsmittellinie auslaufen. Insbesondere kann das Ende der Abdeckkappe innerhalb eines Krümmungsabschnitts des Ansaugrohrs auslaufen. Der Begriff „Krümmungsabschnitt“ bezeichnet insbesondere einen Abschnitt oder einen Teil eines beliebigen Elements, welcher eine Krümmung aufweist.
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Die Abdeckkappe kann zu dem Ansaugrohr hin spitz zulaufen. Insbesondere kann sich die Abdeckkappe zu dem Ansaugrohr hin verjüngen. Die Abdeckkappe kann eine konische Grundform aufweisen. Der Begriff „konische Form“ bezeichnet grundsätzlich eine Form eines beliebigen Elements, bei welchem das Element zumindest teilweise eine Form eines Kegels aufweist. Der Begriff „Grundform“ bezeichnet grundsätzlich, dass Abweichungen von einer gewünschten Form möglich sein können. Die Abdeckkappe kann Abwandlungen einer konischen Form aufweisen. Unter einem „Kegel“ ist grundsätzlich ein geometrischer Körper zu verstehen, welcher entsteht, wenn man alle Punkte eines in einer Ebene liegenden, begrenzten und zusammenhängenden Flächenstücks geradlinig mit einem Punkt, insbesondere einer Spitze oder eines Scheitels, außerhalb der Ebene verbindet. Das Flächenstück kann als Grundfläche bezeichnet werden. Ist das Flächenstück eine Kreisscheibe, kann ein Kreiskegel vorliegen. Auch andere Formen des Flächenstücks sind jedoch grundsätzlich denkbar. Verbindungsstrecken der Spitze mit einer Leitkurve, d.h. einer Begrenzungslinie der Grundfläche, heißen Mantellinien. Durch die Mantellinien kann ein Kegelmantel oder eine Mantelfläche gebildet werden. Die konische Form kann insbesondere eine Form eines geraden Kreiskegels umfassen. Dabei kann eine Achse, d.h. eine Verbindungslinie zwischen der Spitze und einem Mittelpunkt der Grundfläche senkrecht zu der Grundfläche stehen. Weiterhin kann die konische Form eine Form eines schiefen Kreiskegels umfassen, bei welcher die Achse in einem Winkel abweichend von 90° zu der Grundfläche angeordnet ist. Die Achse kann sich insbesondere parallel zu der axialen Richtung entlang der Längsachse der Rotorwelle erstrecken.
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Die Haltestreben können sich von der Innenhülse aus radial bezüglich der Statorachse des Stators nach außen erstrecken. Die Abdeckkappe kann auf mindestens eine der Haltestreben angeordnet sein. Insbesondere kann die Abdeckkappe mit der mindestens einen Haltestrebe formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden sein. Weiterhin können die Abdeckkappe und die mindestens eine Haltestrebe einstückig ausgebildet sein. Die Abdeckkappe kann ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisen. Das erste Ende kann mit der mindestens einen Haltestrebe verbunden sein und das zweite Ende kann in das Ansaugrohr hineinragen. Zwei der Haltestreben können entlang einer gemeinsamen Achse quer zu der Statorachse verlaufen und die Abdeckkappe kann sich entlang der beiden Haltestreben erstrecken. Insbesondere kann die Abdeckkappe jeweils mit allen Haltestreben verbunden sein und sich entlang aller Haltestreben erstrecken.
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Die Abdeckkappe und die Innenhülse können einstückig ausgebildet sein. Insbesondere kann die Abdeckkappe auf der Innenhülse aufgesetzt sein. Die Abdeckkappe kann eine Verlängerung der Innenhülse bilden. Die Abdeckkappe und die Innenhülse können in einer gemeinsamen Spitze münden. Die Abdeckkappe kann daher eine Verlängerung der Innenhülse sein.
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Weiterhin kann die Abdeckkappe eine oder mehrere Leitkonturen aufweisen. Die Leitkonturen können sich von der Spitze der Abdeckkappe jeweils zu den Haltestreben hin erstrecken. Die Leitkonturen können jeweils als planare Elemente ausgebildet sein, welche sich entlang einer Ebene senkrecht zu der Statorachse erstrecken. Es können allerdings auch Abweichungen von der Erstreckung entlang der senkrecht zu der Statorachse verlaufenden Ebene vorhanden sein. Beispielsweise können die Leitkonturen jeweils in einer Rotationsrichtung des Verdichters und/oder der Turbine gekrümmt sein.
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Weiterhin kann die statorfeste Einrichtung die Mehrzahl von Haltestreben umfassen, welche sich von der Abdeckklappe radial bezüglich einer Statorachse des Stators nach außen erstrecken, und die Abdeckklappe kann ein planares Element aufweisen. Das planare Element kann entlang zwei der Haltestreben, welche sich entlang einer gemeinsamen, quer zu der Statorachse verlaufenden Achse erstrecken, verlaufen.
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Erfindungsgemäß wird weiterhin vorgeschlagen ein Verdichter und/oder eine Turbine, insbesondere ein Abgasturbolader, umfassend ein Gehäuse, eine in dem Gehäuse drehbar gelagerte Welle und eine elektrische Antriebsmaschine. Auf der drehbar gelagerten Welle ist dabei zumindest ein Verdichterrad oder Turbinenrad drehfest angeordnet. Bei der elektrischen Antriebsmaschine handelt es sich insbesondere um eine elektrische Antriebsmaschine wie bereits oben beschrieben oder wie unten noch näher erläutert, so dass bezüglich der Definitionen auf die Offenbarung der elektrischen Antriebsmaschine verwiesen wird.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße elektrische Antriebsmaschine sowie der vorgeschlagene Verdichter und/oder Turbine weisen im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zahlreiche Vorteile auf. Insbesondere kann beispielsweise ein Wirkungsgradabfall eines herkömmlichen Verdichters minimiert und/oder kompensiert werden.
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Üblicherweise steht in Kraftfahrzeugen ein lediglich geringer Bauraum zur Verfügung. Daher kann das Ansaugrohr grundsätzlich nicht gerade ausgeführt bzw. geformt sein. Das Ansaugrohr weist daher üblicherweise eine Krümmung auf, um Bauraum einzusparen. Durch die Krümmung kann es zur einer inhomogenen Verteilung des zuströmenden Fluids kommen. Durch die Ausgestaltung der Abdeckkappe kann grundsätzlich eine gleichmäßige Strömungsbeaufschlagung des Verdichters und/oder der Turbine erfolgen.
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Figurenliste
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Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
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Es zeigen
- 1A bis 1C eine Schnittansicht (1A), eine perspektivische Darstellung (1B) eines Ausführungsbeispiels eines Verdichters mit einer elektrischen Antriebsmaschine und eine perspektivische Darstellung eines Stators (1C);
- 2A und 2B eine Seitenansicht (2A) und eine perspektivische Darstellung (2B) einer Ausführungsform einer elektrischen Antriebsmaschine im Bereich des Stators.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1A zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verdichters 110, insbesondere eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, mit einer elektrischen Antriebsmaschine 112 in einer Schnittansicht und 1B zeigt das Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Darstellung.
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Der Verdichter 110 umfasst dabei ein Gehäuse 114 sowie eine in dem Gehäuse 114 drehbar gelagerte Welle 116. Die Welle kann auf einer Achse 128 angeordnet sein. Auf der Welle 116 ist ein Verdichterrad 118, beispielsweise ein Turbinenrad, drehfest angeordnet. Weiterhin ist ein Rotor 120 der Antriebsmaschine 112 ebenfalls drehfest mit der Welle 116 verbunden, welcher mindestens einen Permanentmagneten 122 aufweisen kann. Die Antriebsmaschine 112 umfasst zudem einen Stator 124. Der Stator 124 weist mindestens eine statorfeste Einrichtung 132 zur Strömungsoptimierung für ein durch den Verdichter 110 strömendes Medium auf. Eine Fließrichtung des durch ein Ansaugrohr 140 strömenden Fluids ist dabei in 1 beispielsweise durch Pfeile 142 dargestellt. Die elektrische Antriebsmaschine 112 kann mindestens einen Flansch 139 umfassen. Der Flansch 139 kann eingerichtet sein, die elektrische Antriebsmaschine an ein Ansaugrohr 140 zu befestigen. Das Ansaugrohr 140 kann eine Mittellinie 148, insbesondere eine Krümmungsmittellinie 150 aufweisen. Die statorfeste Einrichtung 132 weist eine den Rotor 120 zumindest teilweise überdeckende Abdeckkappe 144 auf. Die Abdeckkappe 144 ist derart ausgestaltet, dass sie in das Ansaugrohr 140 hineinragt und einem Krümmungsverlauf des Ansaugrohrs 140 folgt. Insbesondere kann die Abdeckkappe 144 aus dem Flansch 139 hinausragen. Die Abdeckkappe 144 kann eine Krümmung 146 aufweisen. Eine Spitze 152 des der Abdeckkappe 144 kann auf der Mittellinie 148, insbesondere auf der Krümmungsmittellinie 150 münden. Weitere Details zu der statorfesten Einrichtung 132 werden nachfolgend beschrieben.
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1C zeigt eine perspektivische Darstellung des Stators 124. Der Stator kann eine ein- oder mehrphasige Antriebswicklung zur Erzeugung eines Magnetfelds aufweisen. Diese ist jedoch in 1C nicht dargestellt. Weiterhin kann der Stator eine Mehrzahl von radial bezüglich der Achse 128 angeordneten Statorzähnen 130 aufweisen. Die statorfeste Einrichtung 132 umfasst die Abdeckkappe 144. Weiterhin kann die statorfeste Einrichtung 132 eine Außenhülse 134 und eine Innenhülse 136 umfassen. Weiterhin kann die statorfeste Einrichtung 132 Haltestreben 138 umfassen, welche sich von der Innenhülse 136 radial bezüglich der Achse 128 nach außen erstrecken und die Innenhülse 136 mit der Außenhülse 134 verbinden.
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Die Abdeckkappe 144 kann auf mindestens eine der Haltestreben 138, insbesondere auf allen der Haltestreben 138 angeordnet sein. Weiterhin kann die Abdeckkappe 144 Leitkonturen 154 aufweisen, welche sich jeweils von der Spitze 152 zu den Haltestreben 138 hin erstrecken. Die Abdeckkappe 144 und die Innenhülse 136 können einstückig ausgebildet sein. Insbesondere kann die Abdeckkappe 144 eine Verlängerung 156 der Innenhülse 136 bilden. Die Abdeckkappe 144 kann eine konische Grundform aufweisen und sich zu dem Ansaugrohr 140 hin verjüngen.
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2A und 2B zeigen eine Seitenansicht (2A) und eine perspektivische Darstellung (2B) einer alternativen Ausführungsform einer elektrischen Antriebsmaschine 112 im Bereich des Stators 124. Das Ausführungsbeispiel gemäß der 2A und 2B unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1A bis 1C in der Ausgestaltung der Abdeckkappe 144. Hinsichtlich der Ausgestaltung der übrigen Komponenten kann zumindest weitgehend auf die Beschreibung der 1A bis 1C oben verwiesen werden.
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Die statorfeste Einrichtung 132 kann die Mehrzahl von Haltestreben 138 umfassen, welche sich von der Abdeckklappe 144 radial bezüglich der Achse 128 nach außen erstrecken. Die Abdeckklappe 144 kann ein planares Element 146 aufweisen. Das planare Element 146 kann entlang zwei der Haltestreben 136, welche sich entlang einer gemeinsamen, quer zu der Statorachse verlaufenden Achse 158 erstrecken, verlaufen. Eine Spitze 160 der Abdeckkappe 144 kann in einer Ebene des planaren Elements 146 münden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014210451 A1 [0001]
- DE 102015203596 A1 [0004]
