DE102019115845A1 - Strömungsmaschine - Google Patents

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Claus Schmalzing
Thomas Zink
Stefan Hecker
Stefan Theis
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Abstract

Es wird eine Strömungsmaschine (1) mit einem Gehäuse (2) und wenigstens einem im Gehäuse (2) drehbar angeordneten Laufrad (3) zur Luftführung sowie mit einer Reluktanzmaschine (6) beschrieben. Das Drehmoment der Reluktanzmaschine (6) ist am Laufrad (3) anlegbar. Schaufeln (7) des Laufrades (3) bilden Pole der Reluktanzmaschine (6). Mit den Polen zusammenwirkende Spulen (8) der Reluktanzmaschine (6) sind im Gehäuse (2) angeordnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit einem Gehäuse und wenigstens einem im Gehäuse drehbar angeordneten Laufrad gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
  • Unter Strömungsmaschinen werden im Folgenden sowohl sogenannte Arbeitsmaschinen verstanden, bei denen Strömungsenergie erzeugt wird, d. h. Fluide in Bewegung gesetzt werden, als auch sogenannte Kraftmaschinen, bei denen Arbeit aus Strömungsenergie gewonnen wird. Zu den Arbeitsmaschinen zählen z. B. Pumpen, Gebläse, Verdichter und dergleichen, während beispielsweise Turbinen Kraftmaschinen darstellen.
  • Bekannte Strömungsmaschinen umfassen oft zwei Schaufelräder, die zusammen eine Stufe der Strömungsmaschine bilden. Dabei wird ein mit einem Gehäuse fest verbundenes Schaufelrad als feststehendes Leitrad bezeichnet, während das andere Schaufelrad, das mit einer gegenüber dem Gehäuse drehbaren Welle fest verbunden ist, als Laufrad bezeichnet wird. Da die Energieumsetzung einer Stufe begrenzt ist, sind Strömungsmaschinen je nach Anforderung auch mehrstufig oder mehrflutig ausgeführt. Dabei werden bei einer mehrstufigen Strömungsmaschine mehrere Stufen hintereinander und bei einer mehrflutigen Strömungsmaschine mehrere Stufen parallel zueinander durchströmt. Abhängig von der Strömungsrichtung des Fluids durch eine Stufe werden zudem noch sogenannte Axial- oder Radialmaschinen sowie Zwischenformen unterschieden.
  • Als Turbolader oder Abgasturbolader ausgeführte Strömungsmaschinen stellen optionale Baugruppen von Verbrennungsmotoren dar und dienen der Leistungs- und/oder Effizienzsteigerung von Verbrennungsmotoren. Ein Turbolader besteht aus einer Abgasturbine, die die Restenergie der Abgase nutzt, und einem von einer Turbine angetriebenen Verdichter für die Ansaugluft des Motors, der den Luftdurchsatz erhöht und die Ansaugarbeit der Kolben vermindert.
  • In der Praxis erfordern Strömungsmaschinen, insbesondere Abgasturbolader und deren Abgasturbinen, eine aufwendige Steuerung und Regelung. Des Weiteren ist bei Abgasturboladern problematisch, dass in manchen Betriebsbereichen, in denen eine Brennkraftmaschine einen erhöhten Ladedruck benötigt, keine ausreichende Abgasmenge zur Verfügung steht, um ohne Verzögerung den Verdichter hochfahren zu können.
  • Aus diesem Grund werden Abgasturbolader elektrisch unterstützt. Hierfür ist oftmals zwischen einer Abgasturbine und einem Kreiselverdichter auf einer Verbindungswelle der Laufräder der Abgasturbine und des Kreiselverdichters ein Rotor einer elektrischen Maschine angeordnet.
  • So ist es z. B. aus der DE 11 2010 000 875 B4 bekannt, dass ein solcher Motor als Induktionsmotor, als Permanentmagnetmotor, als geschalteter Reluktanzmotor oder auch als eine beliebig andere elektrische Maschine ausgeführt sein kann. Unabhängig davon, ob eine Strömungsmaschine als Abgasturbolader ausgeführt ist oder in anderen technischen Bereichen verwendet wird, wird das Hochlaufverhalten von Strömungsmaschinen durch die Verwendung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors, nicht in gewünschtem Umfang verbessert.
  • Dies resultiert aus der Tatsache, dass die rotatorischen Massen einer elektrischen Maschine bei den bekannten Lösungen aufgrund ihrer Massenträgheiten das Ansprechverhalten einer Strömungsmaschine begrenzen. Deshalb ist auch eine elektromotorisch unterstützte Strömungsmaschine nicht über deren gesamten Betriebsbereich mit der erforderlichen Spontaneität betreibbar.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strömungsmaschine zur Verfügung zu stellen, die mit einer gewünschten Spontaneität betreibbar ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Es wird eine Strömungsmaschine mit einem Gehäuse und wenigstens mit einem im Gehäuse drehbar angeordneten Laufrad zur Luftführung sowie mit einer Reluktanzmaschine, deren Drehmoment an dem Laufrad anlegbar ist, vorgeschlagen.
  • Erfindungsgemäß bilden die Schaufeln des Laufrades Pole der Reluktanzmaschine, wobei mit den Polen zusammenwirkende Spulen der Reluktanzmaschine im Gehäuse angeordnet sind.
  • Durch die Integration der Reluktanzmaschine in die Strömungsmaschine wird auf konstruktiv einfache Art und Weise das Transientverhalten bzw. das Hochlaufverhalten der Strömungsmaschine verbessert. Dies wird erreicht, indem der Läufer der Reluktanzmaschine und das Laufrad der Strömungsmaschine als ein integrales Bauteil aufgeführt sind, das Laufrädern von bekannten Strömungsmaschinen entspricht. Somit ist im motorischen Betrieb der Reluktanzmaschine bei als Verdichter ausgeführten Strömungsmaschinen das Antriebs-Drehmoment der Reluktanzmaschine direkt am Laufrad anlegbar, und die Strömungsmaschine ist mit gewünscht hoher Spontaneität betreibbar.
  • Die hohe Spontaneität wird dadurch erreicht, dass die Summe aus dem Trägheitsmoment des Laufrades der Strömungsmaschine und dem Trägheitsmoment des Läufers der Reluktanzmaschine durch die Verwendung der integrierten Reluktanzmaschine lediglich dem Trägheitsmoment des Laufrades einer Strömungsmaschine entspricht, die ohne zugeordnete elektrische Maschine betrieben wird. Dadurch wird die über die vorzugsweise motorisch betreibbare Reluktanzmaschine zur Verfügung gestellte Antriebsenergie nicht wie bei bekannten Lösungen durch die zusätzlichen Trägheitsmomente eines Rotors einer elektrischen Maschine, insbesondere während eines Hochlaufens der Strömungsmaschine, reduziert.
  • Im Bereich des Läufers bzw. des Laufrades der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine sind für die Integration der Reluktanzmaschine in die Strömungsmaschine auch vorteilhafterweise keine konstruktiven Adaptionen erforderlich. Das bedeutet, dass für die Integration der Reluktanzmaschine in die Strömungsmaschine keine aerodynamischen und strukturmechanischen Einschränkungen, die durch das Aufbringen von Zusatzgeometrien, die das Rad aerodynamisch oder strukturmechanisch verschlechtern, nötig sind.
  • Bei aus der Praxis bekannten Strömungsmaschinen sind die Laufräder oft aus Aluminium oder Titan gefertigt. Derartige Laufräder sind bestens für die Darstellung eines Reluktanzmaschinenläufers geeignet. Aus diesem Grund ist bei bestehenden Strömungsmaschinen lediglich das Gehäuse auszutauschen, um bestehende Strömungsmaschinen erfindungsgemäß auszuführen. Somit bietet die Erfindung auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, bestehende Strömungsmaschinen nach- bzw. umzurüsten und die vorgenannten Vorteile nutzen zu können.
  • Die Spulen bestehen bei einer Ausführung der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine jeweils aus einem Spulenkern und einer diesen umgebenden Spulenwicklung. Dabei besteht die Möglichkeit, dass die Spulen zumindest bereichsweise jeweils in Aussparungen des Gehäuses angeordnet und fest mit dem Gehäuse verbunden sind. Die Spulen können dabei im Querschnitt zylindrisch oder quaderförmig ausgeführt sein.
  • Ein geringer Montageaufwand ergibt sich, wenn die Spulen in die Aussparungen des Gehäuses einlegbar und anschließend mit Vergussmaterial vergießbar sind, sodass die Spulen fest mit dem Gehäuse verbunden sind.
  • Entsprechen die Verläufe der Spulen im Raum den Verläufen der Deckseiten bzw. der Oberkanten der Schaufeln, d. h. ist die Geometrie der Statorwicklung der Reluktanzmaschine der Geometrie der Beschaufelung des Laufrades der Strömungsmaschine angepasst, ist die Reluktanzmaschine mit hohem Wirkungsgrad betreibbar. Dabei werden vorliegend unter den Begriffen Deckseiten bzw. Oberkanten der Schaufeln jeweils die Stirnseiten der Schaufeln subsumiert, die die Schaufeln radial nach außen begrenzen und die den radial außen liegenden Spulen der Reluktanzmaschine zugewandt sind.
  • Die Anzahl der Schaufeln entspricht bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine der Anzahl der Spulen, wobei die Anzahl der Schaufeln und der Spulen jeweils geradzahlig ist. So können beispielsweise 12 Schaufeln des Laufrades vorgesehen sein, denen sechs Spulenpaare bzw. Magnetpaare und damit insgesamt 12 Spulen zugeordnet sind. Dadurch wird wiederum auf konstruktiv einfache Art erreicht, dass sich im Betrieb der Strömungsmaschine ein gerader, gleichmäßiger Verlauf des Drehmomentes im Läufer einstellt. Dann ist die Reluktanzmaschine über ihren Umfang kraftausgeglichen betreibbar, und es sind den Wirkungsgrad beeinträchtigende Kippmomente vermeidbar.
  • Die Längen der Spulen entsprechen bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine den Längen der abgewickelten Deckseiten der Schaufeln. Damit ist die Reluktanzmaschine der Strömungsmaschine mit hohem Wirkungsgrad betreibbar.
  • Des Weiteren kann es vorgesehen sein, dass das Laufrad eine Voll- oder eine Splitterbeschaufelung aufweist. Weiterhin kann die Strömungsmaschine sowohl als Axial- als auch als Radialströmungsmaschine ausgeführt sein, gegebenfalls wenigstens ein axial beschaufeltes Laufrad umfassen und gegebenfalls auch Teil einer industriellen Verdichteranlage sein.
  • Bei vorteilhaften Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine umfasst die Strömungsmaschine wenigstens einen Verdichter und/oder eine Turbine.
  • Ist die erfindungsgemäße Strömungsmaschine als ein Abgasturbolader ausgebildet und die Reluktanzmaschine in einen Verdichter oder in eine Turbine des Abgasturboladers integriert, ist das Transientverhalten des Abgasturboladers auf konstruktiv einfache Art und Weise im Vergleich zu bekannten Lösungen verbessert und eine mit dem Abgasturbolader ausgeführte Brennkraftmaschine mit einer gewünscht hohen Spontanität betreibbar.
  • Darüber hinaus kann die Strömungsmaschine als ein Abgasturbolader ausgebildet sein und sowohl ein Verdichter als auch eine Turbine des Abgasturboladers erfindungsgemäß mit einer integrierten Reluktanzmaschine ausgeführt sein. Dann besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, über die motorisch betriebenen Reluktanzmaschinen Drehmoment in den Abgasturbolader einzuleiten oder dem durch den Abgasturbolader geführten Fluid Energie zu entnehmen, wenn zumindest eine der Reluktanzmaschinen generatorisch betrieben wird.
  • Weist das Gehäuse einen Wärmetauscher auf, über den Wärmeenergie aus dem Gehäuse abführbar und/oder in dieses einleitbar ist, ist die Reluktanzmaschine bzw. sind die Reluktanzmaschinen auf einfache Art temperierbar. Dabei besteht die Möglichkeit, dass die Reluktanzmaschine bzw. Reluktanzmaschinen jeweils in einem Betriebstemperaturbereich betrieben wird bzw. werden, in dem ein Wirkungsgrad der Relulctanzmaschine(n) hoch ist. Des Weiteren besteht auch die Möglichkeit, unerwünscht hohe Betriebstemperaturen der Reluktanzmaschine(n) zu vermeiden und thermisch bedingte irreversible Schädigungen im Bereich der Reluktanzmaschinen zu verhindern.
  • Dabei kann der Wärmetauscher mittels eines gasförmigen oder eines flüssigen Mediums betrieben werden.
  • Bei konstruktiv besonders einfachen Ausführungsformen kann es vorgesehen sein, dass die Wärmeenergie von dem durch die Strömungsmaschine geführten Fluid in das Gehäuse eingeleitet oder aus diesem abgeführt wird. Alternativ hierzu oder zusätzlich dazu besteht auch die Möglichkeit, dass im Gehäuse Leitungen vorgesehen sind, durch die beispielsweise Wasser als Kühlmedium geführt wird, um eine sogenannte Wasserkühlung darstellen zu können.
  • Die in einen Verdichter eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine integrierte Reluktanzmaschine wird im Betrieb des Abgasturboladers durch die aus der Umgebung angesaugte und den Verdichter durchströmenden Luftvolumenstrom temperiert.
  • Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die im nachfolgenden Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gegenstandes angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden.
  • Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele zugunsten der Übersichtlichkeit für bau- und fünktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
  • Es zeigt:
    • 1 eine stark schematisierte Darstellung einer Strömungsmaschine;
    • 2 eine Teilschnittansicht einer als Radialströmungsmaschine ausgeführten Strömungsmaschine mit einer Reluktanzmaschine;
    • 3 bis 6 verschiedene dreidimensionale Darstellungen eines Laufrades der Strömungsmaschine gemäß 1 und Bereiche eines Gehäuses der Strömungsmaschine, in denen Spulen der Reluktanzmaschine angeordnet sind; und
    • 7 eine stark vereinfachte Darstellung einer Brennkraftmaschine und einen der Brennkraftmaschine zugeordneten Abgasturbolader, der einen Verdichter und eine Turbine umfasst.
  • 1 zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer Strömungsmaschine 1 mit einem Gehäuse 2. Im Gehäuse 2 ist ein Laufrad 3 zur Luftführung drehbar angeordnet. Dabei ist Luft bzw. ein gasförmiges Fluid über einen Einlass 4 in das Gehäuse 2 einleitbar. Anschließend durchströmt das gasförmige Fluid das Gehäuse 2 und tritt im Bereich eines Auslasses 5 aus dem Gehäuse 2 wieder aus.
  • In Abhängigkeit davon, ob die Strömungsmaschine 1 als Turbokraftmaschine oder als Turboarbeitsmaschine ausgeführt ist, wird das Laufrad 3 vom gasförmigen Fluid angetrieben oder treibt das gasförmige Fluid an. Im letztgenannten Fall wird das Laufrad beispielsweise elektrisch angetrieben. Im Unterschied hierzu besteht bei durch das gasförmige Fluid angetriebenem Laufrad die Möglichkeit, die vom Fluid an das Laufrad abgegebene Energie mittels eines Generators in Form von elektrischer Energie zu rekuperieren.
  • Um das Laufrad 3 elektrisch antreiben zu können oder elektrische Energie rekuperieren zu können, ist die Strömungsmaschine 1 mit einer Reluktanzmaschine 6 ausgebildet. Dabei bilden Schaufeln 7 des Laufrades 3 Pole der Reluktanzmaschine 6. Zusätzlich sind mit den Polen bzw. Schaufeln 7 zusammenwirkende Spulen 8 der Reluktanzmaschine 6 im Gehäuse 2 angeordnet.
  • 2 zeigt eine Teilschnittansicht der Strömungsmaschine 1, die als Radialströmungsmaschine ausgebildet ist. Dabei wird im Bereich der Radialströmungsmaschine 1 über den radial innen liegenden Einlass 4 gasförmiges Fluid in axialer Richtung X in das Gehäuse 2 eingeleitet. Die Schaufeln 7 des Laufrades 3 der Radialströmungsmaschine 1 weisen einen an sich bekannten Verlauf eines Verdichterlaufrades auf, sodass das gasförmige Fluid ausgehend vom Einlass 4 in Richtung des Auslasses 5 komprimiert und beschleunigt wird. Die im Gehäuse 2 angeordneten Spulen 8 umfassen jeweils einen Spulenkern 9 und eine den Spulenkern 9 umgebende Spulenwicklung 10. Zur Temperierung der Strömungsmaschine 1 ist im Gehäuse 2 ein Wärmetauscher 11 vorgesehen, durch den vorzugsweise Wasser als Temperiermedium führbar ist. Hierfür ist im Gehäuse 2 ein vorliegend im Querschnitt halbmondförmiger bzw. C-förmiger Strömungskanal 12 vorgesehen.
  • 3 bis 6 zeigen verschiedene Ansichten des Laufrades 3 sowie Bereiche des Gehäuses 2, in dem die Spulen 8 angeordnet sind. In 4 sind das Laufrad 3 und die die Spulen 8 aufweisenden Bereiche des Gehäuses 2 aus einer in 3 näher gekennzeichneten Ansicht IV dargestellt. Zusätzlich zeigt 5 das Laufrad 3 und die Bereiche des Gehäuses 2 in einer Schnittansicht entlang der in 4 näher gekennzeichneten Schnittlinie V-V. Darüber hinaus zeigt 6 eine Schnittansicht des Laufrades 3 und der Bereiche des Gehäuses 2 entlang einer in 5 näher gekennzeichneten Schnittlinie VI-VI.
  • Aus den Darstellungen gemäß 3 bis 6 ergibt sich, dass das Laufrad 3 auf seiner dem Einlass 4 zugewandten Seite mit den Schaufeln 7 und auf seiner dem Einlass 4 abgewandten Seite mit einer geschlossenen Fläche 13 ausgebildet ist. Des Weiteren ist erkennbar, dass das Laufrad 3 mit einer sogenannten Splitterbeschaufelung ausgeführt ist, die erste Schaufeln 7A und zweite Schaufeln 7B umfasst. Dabei sind die ersten Schaufeln 7A mit einer größeren radialen Länge ausgeführt als die zweiten Schaufeln 7B. Sowohl die ersten Schaufeln 7A als auch die zweiten Schaufeln 7B sind im Raum, der vorliegend durch das Koordinatensystem in x-, y- und z-Richtung in alle drei Raumrichtungen definiert ist, gekrümmt ausgeführt. Die Form der Schaufeln 7A und 7B des Laufrades 3 entspricht der Form von Schaufeln von an sich bekannten Verdichterlaufrädern.
  • Um die Reluktanzmaschine 6 in gewünschtem Umfang betreiben zu können, ist das Laufrad 3 vorliegend aus Aluminium, Titan oder einer Aluminium- oder Titanmetalllegierung ausgebildet. Es besteht jedoch die Möglichkeit, das Laufrad 3 auch aus anderen geeigneten Materialien herzustellen. Zusätzlich ist die Form bzw. der Verlauf der Spulen 8 an den Verlauf der Deckseiten 7A1 bzw. 7B1 der Laufschaufeln 7A bzw. 7B derart angepasst, dass die Schaufeln 7A bzw. 7B in der in 3 bis 6 dargestellten Art bei entsprechender Stellung bzw. Drehstellung des Laufrades 3 über ihren gesamten Verlauf direkt unterhalb der Spulen 8 angeordnet sind. Zusätzlich ist ein Luftspalt zwischen den Deckseiten 7A1 und 7B1 und den den Deckseiten 7A1 und 7B1 der Schaufeln 7A und 7B zugewandten Seiten der Spulen 8 derart vorgesehen, dass im Betrieb der Strömungsmaschine 1 gerade kein mechanischer Kontakt vorliegt, jedoch die im Betrieb der Reluktanzmaschine 6 wirkende Reluktanzkraft möglichst groß ist.
  • In 7 ist eine stark schematisierte Darstellung einer Brennkraftmaschine 15 und eine der Brennkraftmaschine 15 zugeordnete sowie als Abgasturbolader ausgebildete Strömungsmaschine 16 gezeigt. Die Strömungsmaschine 16 umfasst einen Verdichter 17 und eine Turbine 18. Ein Laufrad 19 des Verdichters 17 ist drehbar in einem Gehäuse 20 des Verdichters 17 angeordnet. Des Weiteren ist der Verdichter 17 in der gleichen Art und Weise wie die Strömungsmaschine 1 gemäß 1 mit einer Reluktanzmaschine 21 ausgebildet. Das Laufrad 19 ist mit einer Welle 22 des Verdichters 17 drehfest verbunden und über die Welle 22 drehbar im Gehäuse 20 gelagert. Die Turbine 18 umfasst ebenfalls ein Laufrad 23, das über eine Welle 24 drehbar in einem Gehäuse 25 der Turbine 18 angeordnet ist. Zusätzlich umfasst die Turbine 18 bei dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel wie der Verdichter 17 eine Reluktanzmaschine 26, die einen zu 1 bis 6 näher beschriebenen Aufbau aufweist.
  • Im Betrieb der Strömungsmaschine 16 strömt Frischluft aus einer Umgebung 27 der Strömungsmaschine 16 in den Verdichter 17 ein. Im Bereich des Verdichters 17 wird die Frischluft verdichtet und im Anschluss daran der Brennkraftmaschine 15 als verdichtete Ladeluft zur Verfügung gestellt. Im Betrieb der Brennkraftmaschine 15 entstehende Abgase werden wiederum in an sich bekannter Art und Weise in die Turbine 18 eingeleitet und für den Antrieb des Laufrades 23 verwendet. Anschließend wird der Abgasvolumenstrom aus der Turbine 18 ausgeleitet.
  • Da die Wellen 22 und 24 miteinander gekoppelt sind, ist das Laufrad 19 des Verdichters 17 von der Turbine 18 antreibbar. In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles kann es vorgesehen sein, dass die Reluktanzmaschine 21 und/oder die Reluktanzmaschine 26 generatorisch und/oder motorisch betreibbar sind.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform der Strömungsmaschine 16 ist die Reluktanzmaschine 21 zumindest motorisch betreibbar, um in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Betriebszustandes der Brennkraftmaschine 15 und der Strömungsmaschine 16 die Brennkraftmaschine 15 mit der jeweils erforderlichen Ladeluft versorgen zu können. Das bedeutet, dass über die Reluktanzmaschine 21 zusätzlich zu dem Antrieb ausgehend von der Turbine 18 elektrische Antriebsenergie für das Laufrad 19 zur Verfügung stellbar ist.
  • Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, wenn die Reluktanzmaschine 26 der Turbine 18 motorisch betreibbar ist, das Laufrad 19 des Verdichters 17 sowohl über den Abgasvolumenstrom der Brennkraftmaschine 15 als auch über die Reluktanzmaschine 26 anzutreiben.
  • Sind sowohl die Reluktanzmaschine 21 als auch die Reluktanzmaschine 26 generatorisch betreibbar, sind in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Betriebszustandes der Brennkraftmaschine 15 und der Strömungsmaschine 16 an den Laufrädern 19 und 23 jeweils von den Reluktanzmaschinen 21 und 26 Bremsmomente anlegbar und elektrische Energie rekuperierbar.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Strömungsmaschine
    2
    Gehäuse
    3
    Laufrad
    4
    Einlass
    5
    Auslass
    6
    Reluktanzmaschine
    7
    Schaufeln
    7A
    erste Schaufeln
    7A1
    Deckseite der ersten Schaufeln
    7B
    zweite Schaufeln
    7B1
    Deckseite der zweiten Schaufeln
    8
    Spule
    9
    Spulenkern
    10
    Spulenwicklung
    11
    Wärmetauscher
    12
    Strömungskanal
    13
    geschlossene Fläche
    15
    Brennkraftmaschine
    16
    Strömungsmaschine
    17
    Verdichter
    18
    Turbine
    19
    Laufrad des Verdichters
    20
    Gehäuse des Verdichters
    21
    Reluktanzmaschine des Verdichters
    22
    Welle des Verdichters
    23
    Laufrad der Turbine
    24
    Welle der Turbine
    25
    Gehäuse der Turbine
    26
    Reluktanzmaschine der Turbine
    27
    Umgebung
    X
    axiale Richtung
  • 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
    • DE 112010000875 B4 [0007]

Claims (12)

  1. Strömungsmaschine (1; 16) mit einem Gehäuse (2; 20, 25) und wenigstens einem im Gehäuse (2; 20, 25) drehbar angeordneten Laufrad (3; 19, 23) zur Luftführung sowie mit einer Reluktanzmaschine (6; 21, 26), deren Drehmoment am Laufrad (3; 19, 23) anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass Schaufeln (7, 7A, 7B) des Laufrades (3; 19, 23) Pole der Reluktanzmaschine (6; 21, 26) bilden und mit den Polen zusammenwirkende Spulen (8) der Reluktanzmaschine (6; 21, 26) im Gehäuse (2; 20, 25) angeordnet sind.
  2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (8) jeweils aus einem Spulenkern (9) und einer diesen umgebenden Spulenwicklung (10) bestehen, wobei die Spulen (8) zumindest bereichsweise jeweils in Aussparungen des Gehäuses (2; 20, 25) angeordnet und fest mit dem Gehäuse (2; 20, 25) verbunden sind.
  3. Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verläufe der Spulen (8) im Raum den Verläufen der Deckseiten (7A1, 7B1) der Schaufeln (7, 7A, 7B) entsprechen.
  4. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Schaufeln (7, 7A, 7B) der Anzahl der Spulen (8) entspricht, wobei die Anzahl der Schaufeln (7, 7A, 7B) und der Spulen (8) jeweils geradzahlig ist.
  5. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längen der Spulen (8) den Längen der abgewickelten Deckseiten (7A1, 7B1) der Schaufeln (7, 7A, 7B) entsprechen.
  6. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (3; 19, 23) eine Voll- oder eine Splitterbeschaufelung aufweist.
  7. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsmaschine (1; 16) als Axial- oder Radialströmungsmaschine ausgebildet ist.
  8. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsmaschine (1; 16) wenigstens einen Verdichter (17) und/oder eine Turbine (18) umfasst.
  9. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsmaschine (1; 16) als ein Abgasturbolader ausgebildet ist und die Reluktanzmaschine (6; 21, 26) in einen Verdichter (17) oder in eine Turbine (18) des Abgasturboladers integriert ist.
  10. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsmaschine (16) als ein Abgasturbolader ausgebildet ist und sowohl ein Verdichter (17) als auch eine Turbine (18) des Abgasturboladers mit einer Reluktanzmaschine (21, 26) ausgeführt sind.
  11. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2; 20, 25) einen Wärmetauscher (11) aufweist, über den Wärmeenergie aus dem Gehäuse (2; 20, 25) abführbar und/oder in dieses einführbar ist.
  12. Strömungsmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (11) mittels eines gasförmigen oder eines flüssigen Mediums betreibbar ist.
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