DE102019207438A1 - Electrically assisted turbocharger - Google Patents

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DE102019207438A1
DE102019207438A1 DE102019207438.3A DE102019207438A DE102019207438A1 DE 102019207438 A1 DE102019207438 A1 DE 102019207438A1 DE 102019207438 A DE102019207438 A DE 102019207438A DE 102019207438 A1 DE102019207438 A1 DE 102019207438A1
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Michael Baeuerle
Ralph Glemser
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch unterstützten Turbolader (100), der ein Verdichtergehäuse (106), ein an das Verdichtergehäuse (106) anschließendes Statorpaket (108) eines mit dem Turbolader (100) gekoppelten Elektromotors (104) und ein an das Statorpaket (108) anschließendes Elektronikgehäuse (110) des Elektromotors (104) aufweist, wobei in dem Statorpaket (108) Kühlmittelkanäle (112) angeordnet sind, die das Verdichtergehäuse (106) und das Elektronikgehäuse (110) fluidisch miteinander verbinden und durch Verbindungskanäle (300) im Verdichtergehäuse (106) und im Elektronikgehäuse (110) fluidisch verschaltet sindThe present invention relates to an electrically assisted turbocharger (100) comprising a compressor housing (106), a stator package (108) connected to the compressor housing (106) of an electric motor (104) coupled to the turbocharger (100) and a stator package (108) has a subsequent electronics housing (110) of the electric motor (104), with coolant channels (112) being arranged in the stator package (108), which fluidically connect the compressor housing (106) and the electronics housing (110) to one another and through connecting channels (300) are fluidically interconnected in the compressor housing (106) and in the electronics housing (110)

Description

Gebiet der ErfindungField of invention

Die Erfindung betrifft einen elektrisch unterstützten Turbolader.The invention relates to an electrically assisted turbocharger.

Stand der TechnikState of the art

Die DE 10 2017 207 532 A1 beschreibt eine elektrische Medienspaltmaschine für einen Verdichter und/oder eine Turbine, Turbolader und/oder Turbine.The DE 10 2017 207 532 A1 describes an electrical media splitting machine for a compressor and / or a turbine, turbocharger and / or turbine.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund wird mit dem hier vorgestellten Ansatz ein elektrisch unterstützter Turbolader gemäß dem unabhängigen Anspruch vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.Against this background, the approach presented here is used to present an electrically assisted turbocharger according to the independent claim. Advantageous developments and improvements of the approach presented here emerge from the description and are described in the dependent claims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, einen elektrisch unterstützten Turbolader in einen Kühlkreislauf eines Fahrzeugs einzubinden und zu temperieren. Dabei kann ein Kühlmedium zum Temperieren eines Elektromotors des Turboladers und zum Temperieren eines Verdichters des Turboladers über einen gemeinsamen Zufluss und einen gemeinsamen Abfluss geführt werden.Embodiments of the present invention can advantageously enable an electrically assisted turbocharger to be integrated into a cooling circuit of a vehicle and to control the temperature. In this case, a cooling medium for controlling the temperature of an electric motor of the turbocharger and for controlling the temperature of a compressor of the turbocharger can be fed via a common inflow and a common outflow.

Es wird ein elektrisch unterstützter Turbolader vorgeschlagen, wobei der Turbolader ein Verdichtergehäuse, ein an das Verdichtergehäuse anschließendes Statorpaket eines mit dem Turbolader gekoppelten Elektromotors und ein an das Statorpaket anschließendes Elektronikgehäuse des Elektromotors aufweist, wobei in dem Statorpaket Kühlmittelkanäle angeordnet sind, die das Verdichtergehäuse und das Elektronikgehäuse fluidisch miteinander verbinden und durch Verbindungskanäle im Verdichtergehäuse und im Elektronikgehäuse fluidisch verschaltet sind.An electrically assisted turbocharger is proposed, the turbocharger having a compressor housing, a stator pack connected to the compressor housing of an electric motor coupled to the turbocharger, and an electronics housing of the electric motor connected to the stator pack, with coolant channels being arranged in the stator pack, which the compressor housing and the Connect electronics housings fluidly to one another and are fluidically interconnected by connecting channels in the compressor housing and in the electronics housing.

Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.Ideas for embodiments of the present invention can be viewed, inter alia, as being based on the thoughts and knowledge described below.

Bei einem elektrisch unterstützten Turbolader ist ein Verdichterrad des Turboladers mit einem Elektromotor gekoppelt und kann durch den Elektromotor angetrieben werden. Unter einem Elektromotor kann eine elektrische Maschine verstanden werden, die elektrische Leistung in mechanische Leistung umsetzen kann. Zur sprachlichen Vereinfachung wird die elektrische Maschine hier als Elektromotor bezeichnet.In the case of an electrically assisted turbocharger, a compressor wheel of the turbocharger is coupled to an electric motor and can be driven by the electric motor. An electric motor can be understood as an electrical machine that can convert electrical power into mechanical power. To simplify the language, the electric machine is referred to here as an electric motor.

Der Turbolader kann verwendet werden, um einem Verbrennungsmotor eine erhöhte Menge Verbrennungsluft zuzuführen. Dazu saugt der Turbolader Luft an und verdichtet sie. Der Turbolader weist im Betrieb also an einem Luftauslass einen höheren Luftdruck auf als an einem Lufteinlass. Der Luftdruck am Luftauslass kann als Ladedruck bezeichnet werden. Der Elektromotor kann zumindest einen Anteil einer zum Komprimieren der Luft erforderlichen Leistung bereitstellen. Wenn der Turbolader ein Abgasturbolader ist, kann das Verdichterrad auch dann in einem Arbeitsbereich betrieben werden, wenn eine Abgasturbine des Abgasturboladers nicht ausreichend Leistung zur Verfügung stellen kann.The turbocharger can be used to supply an increased amount of combustion air to an internal combustion engine. To do this, the turbocharger draws in air and compresses it. During operation, the turbocharger therefore has a higher air pressure at an air outlet than at an air inlet. The air pressure at the air outlet can be referred to as boost pressure. The electric motor can provide at least a portion of the power required to compress the air. If the turbocharger is an exhaust gas turbocharger, the compressor wheel can also be operated in a working area when an exhaust gas turbine of the exhaust gas turbocharger cannot provide sufficient power.

Der Elektromotor kann als Medienspaltmotor ausgeführt sein. Bei einem Medienspaltmotor wird ein Medium, d.h. beispielsweise ein Ansaugstrom des Turboladers, zwischen einem Rotor des Medienspaltmotors und einem Stator des Medienspaltmotors hindurchgeführt. Bei dem Turbolader kann das Medium insbesondere Luft sein.The electric motor can be designed as a media gap motor. In a media gap motor, a medium, i. for example an intake flow of the turbocharger, passed between a rotor of the media gap motor and a stator of the media gap motor. In the case of the turbocharger, the medium can in particular be air.

Ein Statorpaket kann aus im Wesentlichen gleichartigen, aneinander ausgerichteten und gestapelten Blechen bestehen. Ein Verdichtergehäuse kann als Volutengehäuse bezeichnet werden. Das Verdichtergehäuse kann feststehende Teile des Verdichters, wie Leitschaufeln, und zumindest einen Luftauslasskanal aufweisen.A stator packet can consist of essentially similar, mutually aligned and stacked metal sheets. A compressor housing can be referred to as a volute housing. The compressor housing can have stationary parts of the compressor, such as guide vanes, and at least one air outlet duct.

Ein Elektronikgehäuse kann die zum Betrieb des Elektromotors erforderlichen elektrischen und elektronischen Komponenten, wie Steuerungselektronik und Leistungselektronik, beherbergen. Das Elektronikgehäuse kann hohlzylinderförmig um einen Ansaugkanal des Turboladers herum ausgeführt sein.An electronics housing can accommodate the electrical and electronic components required for operating the electric motor, such as control electronics and power electronics. The electronics housing can be designed as a hollow cylinder around an intake duct of the turbocharger.

Das Statorpaket kann zwei im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtete gegenüberliegende Kontaktflächen zu dem Verdichtergehäuse und dem Elektronikgehäuse aufweisen. Die Kühlmittelkanäle können von Kontaktfläche zu Kontaktfläche durchgehende Aussparungen im Statorpaket sein. Die Kühlmittelkanäle können fluiddicht sein. Verbindungskanäle können im Wesentlichen quer zu den Kühlmittelkanälen verlaufen. Ein Verbindungskanal kann zumindest zwei der Kühlmittelkanäle verbinden.The stator package can have two opposing contact surfaces, which are aligned essentially parallel to one another, with the compressor housing and the electronics housing. The coolant channels can be continuous recesses in the stator core from contact surface to contact surface. The coolant channels can be fluid-tight. Connection channels can run essentially transversely to the coolant channels. A connecting channel can connect at least two of the coolant channels.

Die Kühlmittelkanäle können im Statorpaket als Vorlaufkanäle und Rücklaufkanäle ausgebildet sein. Die Verbindungskanäle im Elektronikgehäuse können als Verteilerkanäle und als von den Verteilerkanälen getrennte Sammlerkanäle ausgebildet sein. Ein Kühlmitteleinlass des Elektronikgehäuses kann durch die Verteilerkanäle mit den Vorlaufkanälen verbunden sein. Die Rücklaufkanäle können durch die Sammlerkanäle mit einem Kühlmittelauslass des Elektronikgehäuses verbunden sein. Die Vorlaufkanäle und die Rücklaufkanäle können durch die Verbindungskanäle im Verdichtergehäuse verbunden sein.The coolant channels can be designed as flow channels and return channels in the stator package. The connecting channels in the electronics housing can be designed as distribution channels and as collector channels separate from the distribution channels. A coolant inlet of the electronics housing can be connected to the flow ducts through the distribution ducts. The return channels can be connected to a coolant outlet of the electronics housing through the collector channels. The flow channels and the return channels can be connected by the connecting channels in the compressor housing.

Alternativ können die Verbindungskanäle im Verdichtergehäuse als Verteilerkanäle und als von den Verteilerkanälen getrennte Sammlerkanäle ausgebildet sein. Ein Kühlmitteleinlass des Verdichtergehäuses kann durch die Verteilerkanäle mit den Vorlaufkanälen verbunden sein. Die Rücklaufkanäle können durch die Sammlerkanäle mit einem Kühlmittelauslass des Verdichtergehäuses verbunden sein. Die Vorlaufkanäle und die Rücklaufkanäle können durch die Verbindungskanäle im Elektronikgehäuse verbunden sein. In Vorlaufkanälen kann Kühlmittel von einem Kühler geleitet werden. In Rücklaufkanälen kann bereits erwärmtes Kühlmittel in Richtung Kühler geleitet werden. Durch eine Hin- und Rückführung des Kühlmediums kann eine gleichmäßige Mitteltemperatur der Elektronik, des Stators und des Verdichtergehäuses erreicht werden.Alternatively, the connecting channels in the compressor housing can be designed as distributor channels and as collector channels that are separate from the distributor channels. A coolant inlet of the compressor housing can be connected to the supply ducts through the distributor ducts. The return ducts can be connected to a coolant outlet of the compressor housing through the collector ducts. The flow channels and the return channels can be connected by the connecting channels in the electronics housing. Coolant can be routed from a cooler in supply channels. In return ducts, already heated coolant can be directed towards the cooler. A constant mean temperature of the electronics, the stator and the compressor housing can be achieved by feeding the cooling medium back and forth.

Alternativ können die Verbindungskanäle im Elektronikgehäuse als Verteilerkanäle ausgebildet sein. Die Verbindungskanäle im Verdichtergehäuse können als Sammlerkanäle ausgebildet sein. Ein Kühlmitteleinlass des Elektronikgehäuses kann durch die Verteilerkanäle mit den Kühlmittelkanälen verbunden sein. Die Kühlmittelkanäle können durch die Sammlerkanäle mit einem Kühlmittelauslass des Verdichtergehäuses verbunden sein. Die Elektronik kann so mit kühlem Kühlmittel gekühlt werden, das es sich auf dem Weg zum Verdichter erwärmt und von dort zum Kühler zurückgeführt werden kann. Durch eine Kühlmittelführung von der Elektronik durch den Stator zum Verdichter kann eine Temperatur der Elektronik auf einem niedrigen Wert gehalten werden. Das erwärmte Kühlmittel kann zusätzlich noch durch einen Ladeluftkühler geleitet werden.Alternatively, the connection channels in the electronics housing can be designed as distribution channels. The connecting channels in the compressor housing can be designed as collector channels. A coolant inlet of the electronics housing can be connected to the coolant channels through the distribution channels. The coolant channels can be connected to a coolant outlet of the compressor housing through the collector channels. The electronics can be cooled with cool coolant so that it heats up on the way to the compressor and from there can be returned to the cooler. A temperature of the electronics can be kept at a low value by routing the coolant from the electronics through the stator to the compressor. The heated coolant can also be passed through a charge air cooler.

Bei dem hier vorgestellten Ansatz können der Kühlmitteleinlass und der Kühlmittelauslass frei positioniert werden. So können bauliche Gegebenheiten im Fahrzeug berücksichtigt werden.In the approach presented here, the coolant inlet and the coolant outlet can be positioned freely. This means that structural conditions in the vehicle can be taken into account.

Die Kühlmittelkanäle können als axial in dem Statorpaket ausgerichtete Rohre ausgeführt sein. Das Statorpaket besteht meist aus geschichteten Blechen. Zwischen den Blechen können Undichtigkeiten entstehen. Rohre können eine ununterbrochene Wand aufweisen. Durch Rohre kann eine Dichtheit der Kühlmittelkanäle sichergestellt werden. Die Rohre können aus einem anderen Material als das Statorpaket sein. Beispielweise können die Rohre eine gegenüber dem Statorpaket verbesserte Wärmeleitfähigkeit aufweisen.The coolant channels can be designed as axially aligned tubes in the stator core. The stator package usually consists of laminated metal sheets. Leaks can occur between the sheets. Pipes can have an uninterrupted wall. A tightness of the coolant channels can be ensured by pipes. The tubes can be made of a different material than the stator core. For example, the tubes can have a better thermal conductivity than the stator core.

Die Rohre können in das Statorpaket eingepresst sein. Durch einen Pressverband kann ein guter Wärmeübergang zwischen den Rohren und dem Stator sichergestellt werden.The tubes can be pressed into the stator package. A press fit can ensure good heat transfer between the tubes and the stator.

Das Statorpaket kann pro Spule des Elektromotors zumindest einen Kühlmittelkanal aufweisen. Die Kühlmittelkanäle können innerhalb eines Statorjochs des Statorpakets angeordnet sein. Die Kühlmittelkanäle können im Bereich eines Übergangs zwischen dem Statorjoch und Statorzähnen des Stators angeordnet sein.The stator package can have at least one coolant channel per coil of the electric motor. The coolant channels can be arranged inside a stator yoke of the stator core. The coolant channels can be arranged in the area of a transition between the stator yoke and stator teeth of the stator.

Die Verbindungskanäle können im Elektronikgehäuse und/oder im Verdichtergehäuse als Labyrinth ausgebildet sein. Als Labyrinth kann eine Kanalführung über zumindest einen Umweg bezeichnet werden. Insbesondere kann als Labyrinth eine Kanalführung mit zumindest einer näherungsweise 180° Kurve. Die Kurve kann als Windung bezeichnet werden. Ein Verbindungskanal des Labyrinths kann beispielsweise von dem Vorlaufkanal ausgehend in Richtung des Rücklaufkanals verlaufen. Dabei kann der Verbindungskanal an dem Rücklaufkanal vorbei in Richtung des nächsten Vorlaufkanals geführt sein. Kurz vor dem nächsten Vorlaufkanal kann der Verbindungskanal seine 180° Kurve aufweisen und in entgegengesetzter Richtung zum Rücklaufkanal verlaufen. Durch ein Labyrinth kann das Verdichtergehäuse und/oder das Elektronikgehäuse über eine vollständige Kontaktfläche zum Statorpaket gekühlt werden.The connecting channels can be designed as a labyrinth in the electronics housing and / or in the compressor housing. A channel routing via at least one detour can be referred to as a labyrinth. In particular, a channel guide with at least one approximately 180 ° curve can be used as a labyrinth. The curve can be called a turn. A connecting channel of the labyrinth can for example run from the flow channel in the direction of the return channel. The connecting channel can be guided past the return channel in the direction of the next flow channel. Shortly before the next flow channel, the connecting channel can have its 180 ° curve and run in the opposite direction to the return channel. The compressor housing and / or the electronics housing can be cooled by a labyrinth over a complete contact surface with the stator package.

Die Verbindungskanäle können im Elektronikgehäuse und/oder im Verdichtergehäuse als Aussparungen in einer Kontaktfläche zum Statorpaket ausgeführt sein. Die Verbindungskanäle können in die Kontaktfläche gefräst sein. Die Verbindungskanäle können durch eine Dichtung zwischen dem Statorpaket und dem Elektronikgehäuse oder dem Verdichtergehäuse abgedichtet werden. Durch eine Anordnung im Bereich der Kontaktfläche können das Elektronikgehäuse und/oder das Verdichtergehäuse vereinfacht hergestellt werden, da die Verbindungskanäle in derselben Aufspannung in die Kontaktfläche eingebracht werden können, in der die Kontaktfläche plangefräst wird, um die Dichtigkeit zu erreichen.The connecting channels can be designed in the electronics housing and / or in the compressor housing as recesses in a contact surface to the stator package. The connecting channels can be milled into the contact surface. The connection channels can be sealed by a seal between the stator package and the electronics housing or the compressor housing. The electronics housing and / or the compressor housing can be manufactured in a simplified manner by an arrangement in the area of the contact surface, since the connecting channels can be introduced into the contact surface in the same clamping in which the contact surface is milled flat in order to achieve the tightness.

Das Statorpaket kann auf einer Außenseite eine Wärmeabgabefläche aufweisen. Das Statorpaket kann auf der Außenseite sichtbar sein. Auf der Außenseite können Schmalkanten der Statorbleche freiliegen. Die Außenseite kann strukturiert sein, um eine vergrößerte Wärmeabgabefläche zu erhalten. Beispielsweise können die Statorbleche auf der Außenseite geringfügig unterschiedliche Abmessungen aufweisen, um eine Struktur ähnlich wie Kühlrippen zu erzeugen.The stator packet can have a heat dissipation surface on an outside. The stator package can be visible on the outside. Narrow edges of the stator laminations can be exposed on the outside. The outside can be structured in order to obtain an enlarged heat dissipation surface. For example, the stator laminations can have slightly different dimensions on the outside in order to produce a structure similar to cooling fins.

FigurenlisteFigure list

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.

  • 1 zeigt eine Darstellung eines elektrisch unterstützten Turboladers gemäß einem Ausführungsbeispiel mit Kühlmittelanschlüssen an einem Elektronikgehäuse des Turboladers;
  • 2 zeigt eine Darstellung eines elektrisch unterstützten Turboladers gemäß einem Ausführungsbeispiel mit Kühlmittelanschlüssen an einem Verdichtergehäuse des Turboladers;
  • 3 zeigt eine Darstellung eines Elektronikgehäuses eines elektrisch unterstützten Turboladers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 4 zeigt eine Darstellung eines Statorpakets eines elektrisch unterstützten Turboladers gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
  • 5 zeigt eine Schnittdarstellung eines Statorpakets und eines Elektronikgehäuses eines elektrisch unterstützten Turboladers gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings, neither the drawings nor the description being to be interpreted as restricting the invention.
  • 1 shows a representation of an electrically assisted turbocharger according to an embodiment with coolant connections on an electronics housing of the turbocharger;
  • 2 shows an illustration of an electrically assisted turbocharger according to an embodiment with coolant connections on a compressor housing of the turbocharger;
  • 3 shows an illustration of an electronics housing of an electrically assisted turbocharger according to an embodiment;
  • 4th shows an illustration of a stator pack of an electrically assisted turbocharger according to an embodiment; and
  • 5 FIG. 11 shows a sectional illustration of a stator core and an electronics housing of an electrically assisted turbocharger according to an exemplary embodiment.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.The figures are only schematic and not true to scale. In the figures, the same reference symbols denote the same or similarly acting features.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine Darstellung eines elektrisch unterstützten Turboladers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Turbolader 100 weist einen Verdichter 102 und einen mit dem Verdichter 102 gekoppelten Elektromotor 104 auf. Wenn der Turbolader 100 als Abgasturbolader ausgebildet ist, weist der Turbolader 100 ferner eine nicht dargestellte, mit dem Verdichter 102 gekoppelte Abgasturbine auf. 1 Figure 3 shows an illustration of an electrically assisted turbocharger 100 according to an embodiment. The turbocharger 100 has a compressor 102 and one with the compressor 102 coupled electric motor 104 on. When the turbocharger 100 is designed as an exhaust gas turbocharger, the turbocharger 100 also one, not shown, with the compressor 102 coupled exhaust gas turbine.

Ein drehbares Verdichterrad des Verdichters 102 ist in einem Verdichtergehäuse 106 des Verdichters 102 angeordnet. Das Verdichterrad ist mit einem Rotor des Elektromotors 104 gekoppelt. Der Rotor ist in einem Statorpaket 108 des Elektromotors 104 drehbar gelagert. Im Statorpaket 108 sind Spulen angeordnet, die über eine Leistungselektronik des Elektromotors 104 angesteuert werden, um ein elektromagnetisches Drehfeld zum Antreiben des Rotors zu erzeugen. Die Leistungselektronik ist in einem Elektronikgehäuse 110 des Elektromotors 104 angeordnet.A rotatable compressor wheel of the compressor 102 is in a compressor housing 106 of the compressor 102 arranged. The compressor wheel is connected to a rotor of the electric motor 104 coupled. The rotor is in a stator package 108 of the electric motor 104 rotatably mounted. In the stator package 108 Coils are arranged, which have power electronics of the electric motor 104 can be controlled to generate a rotating electromagnetic field to drive the rotor. The power electronics are in an electronics housing 110 of the electric motor 104 arranged.

Das Statorpaket 108 ist zwischen dem Verdichtergehäuse 106 und dem Elektronikgehäuse 110 angeordnet. Das Statorpaket 108, das Verdichtergehäuse 106 und das Elektronikgehäuse 110 weisen gemeinsame Kühlmittelkanäle 112 auf. Hier sind Kühlmittelanschlüsse 114 der Kühlmittelkanäle 112 am Elektronikgehäuse 110 angeordnet.The stator package 108 is between the compressor housing 106 and the electronics housing 110 arranged. The stator package 108 , the compressor housing 106 and the electronics housing 110 have common coolant channels 112 on. Here are coolant connections 114 the coolant channels 112 on the electronics housing 110 arranged.

Das Kühlmittel fließt von einem Kühlmitteleinlass in den Kühlmittelkanälen 112 von dem Elektronikgehäuse 110 durch das Statorpaket 108 zum Verdichtergehäuse 106 und durch das Statorpaket 108 wieder zurück zum Elektronikgehäuse 110 und zu einem Kühlmittelauslass.The coolant flows from a coolant inlet in the coolant channels 112 from the electronics housing 110 through the stator package 108 to the compressor housing 106 and through the stator package 108 back to the electronics housing 110 and to a coolant outlet.

2 zeigt eine Darstellung eines elektrisch unterstützten Turboladers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Turbolader 100 entspricht dabei im Wesentlichen dem Turbolader in 1. Im Gegensatz dazu sind die Kühlmittelanschlüsse 114 am Verdichtergehäuse 106 des Turboladers 100 angeordnet. 2 Figure 3 shows an illustration of an electrically assisted turbocharger 100 according to an embodiment. The turbocharger 100 essentially corresponds to the turbocharger in 1 . In contrast to this are the coolant connections 114 on the compressor housing 106 of the turbocharger 100 arranged.

Dabei fließt das Kühlmittel von dem Kühlmitteleinlass in den Kühlmittelkanälen 112 von dem Verdichtergehäuse 106 durch das Statorpaket 108 zum Elektronikgehäuse 110 und durch das Statorpaket 108 wieder zurück zum Verdichtergehäuse 106 und zu dem Kühlmittelauslass.The coolant flows from the coolant inlet into the coolant channels 112 from the compressor housing 106 through the stator package 108 to the electronics housing 110 and through the stator package 108 back to the compressor housing 106 and to the coolant outlet.

In einem Ausführungsbeispiel ist der Kühlmitteleinlass am Elektronikgehäuse 110 angeordnet, während der Kühlmittelauslass am Verdichtergehäuse 106 angeordnet ist. Dabei fließt das Kühlmittel von dem Kühlmitteleinlass am Elektronikgehäuse 110 durch das Statorpaket 108 zu dem Kühlmittelauslass am Verdichtergehäuse 106.In one embodiment, the coolant inlet is on the electronics housing 110 arranged, while the coolant outlet on the compressor housing 106 is arranged. The coolant flows from the coolant inlet on the electronics housing 110 through the stator package 108 to the coolant outlet on the compressor housing 106 .

3 zeigt eine Darstellung eines Elektronikgehäuses 110 eines elektrisch unterstützten Turboladers gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Elektronikgehäuse entspricht dabei im Wesentlichen dem Elektronikgehäuse in 2. Das Elektronikgehäuse 110 weist drei getrennte Verbindungskanäle 300 auf, die als Teilbereiche der Kühlmittelkanäle 112 jeweils einen Vorlaufkanal 302 des Statorpakets mit einem Rücklaufkanal 304 des Statorpakets verbinden. Das nicht dargestellte Statorpaket weist also drei Vorlaufkanäle 302 und drei Rücklaufkanäle 304 auf. Durch die Vorlaufkanäle 302 wird das Kühlmittel von dem nicht dargestellten Verdichtergehäuse zum Elektronikgehäuse 110 geleitet. Durch die Rücklaufkanäle 304 wird das Kühlmittel von dem Elektronikgehäuse 110 zu dem Verdichtergehäuse zurückgeleitet. Die Verbindungskanäle 300 sind als Aussparungen in einer Kontaktfläche 306 des Elektronikgehäuses 110 zu dem Statorpaket ausgebildet. Die Verbindungskanäle 300 sind also als Nuten in einer Wand 308 des Elektronikgehäuses 110 ausgeführt. 3 shows a representation of an electronics housing 110 an electrically assisted turbocharger according to an embodiment. The electronics housing essentially corresponds to the electronics housing in FIG 2 . The electronics housing 110 has three separate connecting channels 300 on that as sub-areas of the coolant channels 112 one flow channel each 302 of the stator core with a return duct 304 of the stator core. The stator package, not shown, therefore has three flow channels 302 and three return channels 304 on. Through the flow channels 302 the coolant is from the compressor housing, not shown, to the electronics housing 110 directed. Through the return channels 304 gets the coolant from the electronics housing 110 returned to the compressor housing. The connecting channels 300 are as recesses in a contact area 306 of the electronics housing 110 formed into the stator core. The connecting channels 300 are therefore as grooves in a wall 308 of the electronics housing 110 executed.

In einem Ausführungsbeispiel sind die Verbindungskanäle 300 labyrinthförmig ausgeführt. Dabei führt ein Verbindungskanal 300 im Wesentlichen parallel zu einer Innenwand beziehungsweise einer Außenwand des Elektronikgehäuses 110 von seinem Vorlaufkanal 302 in Richtung seines Rücklaufkanals 304. Kurz vor seinem Rücklaufkanal 304 verläuft der Verbindungskanal 300 bogenförmig an dem Rücklaufkanal 304 vorbei und weiter im Wesentlichen parallel zu der Außenwand in Richtung des nächsten Vorlaufkanals 302. Kurz vor dem nächsten Vorlaufkanal 302 kehrt der Verbindungskanal 300 seine Richtung um und verläuft im Wesentlichen parallel zu der Innenwand zurück zu seinem Rücklaufkanal 304. Dadurch werden ein überwiegender Teil der Kontaktfläche 306 und der Wand 308 des Elektronikgehäuses 110 durch einen Verbindungskanal 300 gekühlt.In one embodiment the connection channels are 300 Run in a labyrinth. A connecting channel leads here 300 essentially parallel to an inner wall or an outer wall of the electronics housing 110 from its forward channel 302 in the direction of its return duct 304 . Just before his return canal 304 the connecting channel runs 300 arched on the return channel 304 past and further essentially parallel to the outer wall in the direction of the next flow channel 302 . Just before the next flow channel 302 the connection channel reverses 300 reverses its direction and runs substantially parallel to the inner wall back to its return channel 304 . This creates a predominant part of the contact area 306 and the wall 308 of the electronics housing 110 through a connecting channel 300 chilled.

4 zeigt eine Darstellung eines Statorpakets 108 eines elektrisch unterstützten Turboladers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Statorpaket 108 entspricht im Wesentlichen dem in den 1 und 2 dargestellten Statorpaket. Das Statorpaket 108 ist an dem Elektronikgehäuse 110 anliegend dargestellt. Zwischen dem Statorpaket 108 und dem Elektronikgehäuse 110 ist eine Dichtung 400 angeordnet. Zusätzlich sind hier die Spulen 402 und eine Luftführung 404 des Elektromotors 104 dargestellt. Wie in 3 weist das Statorpaket 108 sechs Kühlmittelkanäle 112 auf. Die Kühlmittelkanäle 112 sind als quer zu Statorblechen des Statorpakets 108 verlaufende Rohre ausgebildet. Die Rohre sind beispielsweise in das Statorpaket 108 eingepresst. 4th shows an illustration of a stator core 108 an electrically assisted turbocharger 100 according to an embodiment. The stator package 108 essentially corresponds to that in the 1 and 2 shown stator package. The stator package 108 is on the electronics housing 110 shown attached. Between the stator package 108 and the electronics housing 110 is a seal 400 arranged. Additionally, here are the coils 402 and an air duct 404 of the electric motor 104 shown. As in 3 assigns the stator core 108 six coolant channels 112 on. The coolant channels 112 are as transverse to the stator laminations of the stator core 108 running tubes formed. The tubes are for example in the stator package 108 pressed in.

Der Elektromotor 104 weist hier sechs Spulen 402 auf, die jeweils auf einem radial zu einer Rotationsachse des Elektromotors 104 ausgerichteten Statorzahn angeordnet sind. Die Kühlmittelkanäle 112 sind dabei im Bereich von Knotenpunkten der Statorzähne und eines ringförmigen Statorjochs des Statorpakets 108 angeordnet.The electric motor 104 has six coils here 402 on, each on a radial to an axis of rotation of the electric motor 104 aligned stator tooth are arranged. The coolant channels 112 are in the area of nodes of the stator teeth and an annular stator yoke of the stator core 108 arranged.

Die Luftführung 404 kleidet einen ringförmigen Medienspalt des Elektromotors 104 aus. Der Medienspalt erstreckt sich dabei ringförmig zwischen den Spulen 402 und einem zentral angeordneten Rotorgehäuse des Elektromotors 104. Die Statorzähne erstrecken sich von dem Statorjoch bis in das Rotorgehäuse hinein. Im Bereich des Medienspalts sind die Statorzähne durch die Luftführung 404 aerodynamisch günstig verkleidet.The air duct 404 covers an annular media gap of the electric motor 104 out. The media gap extends annularly between the coils 402 and a centrally arranged rotor housing of the electric motor 104 . The stator teeth extend from the stator yoke into the rotor housing. In the area of the media gap, the stator teeth are through the air duct 404 aerodynamically clad.

5 zeigt eine Schnittdarstellung eines Statorpakets 108 und eines Elektronikgehäuses 110 eines elektrisch unterstützten Turboladers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Statorpaket 108 und das Elektronikgehäuse 110 entsprechen dabei im Wesentlichen der Darstellung in 4. Das Statorpaket 108 und das Elektronikgehäuse 110 sind durch einen der Kühlmittelkanäle 112 geschnitten dargestellt. Das Rohr steht auf beiden Seiten über das Statorpaket 108 über und dringt in das Elektronikgehäuse 110 sowie das nicht dargestellte Verdichtergehäuse ein. Die Nut des Verteilerkanals 300 im Elektronikgehäuse 110 ist tiefer, als das Rohr in das Elektronikgehäuse 110 eindringt. So gelangt das Kühlmittel auch in die Nähe der im Elektronikgehäuse 110 angeordneten Leistungselektronik 500 und kann Verlustwärme der Leistungselektronik 500 abtransportieren. 5 shows a sectional view of a stator core 108 and an electronics housing 110 an electrically assisted turbocharger 100 according to an embodiment. The stator package 108 and the electronics housing 110 essentially correspond to the representation in 4th . The stator package 108 and the electronics housing 110 are through one of the coolant channels 112 shown cut. The tube stands over the stator package on both sides 108 over and penetrates into the electronics housing 110 and the compressor housing, not shown. The groove of the distribution channel 300 in the electronics housing 110 is deeper than the pipe in the electronics housing 110 penetrates. In this way, the coolant also gets close to the one in the electronics housing 110 arranged power electronics 500 and can heat loss from power electronics 500 transport away.

Das Statorpaket 108 liegt auf einer Außenseite frei. Dadurch kann Verlustwärme 502 der Spulen 402 zusätzlich zu dem Wärmetransport über die Kühlmittelkanäle 112 über die gesamte Außenseite an die Umgebung abgegeben werden.The stator package 108 is exposed on one outside. This can cause heat loss 502 of the coils 402 in addition to the heat transport via the coolant channels 112 are released into the environment over the entire outside.

Mit anderen Worten wird ein gemeinsamer Wasserkreislauf einer e-Maschine mit einem Verdichtergehäuse vorgestellt.In other words, a common water circuit of an e-machine with a compressor housing is presented.

Durch den hier vorgestellten Ansatz können das Statorpaket des Motors, die Leistungselektronik sowie der Wärmeeintrag aus dem Verdichtergehäuse in das Elektronikgehäuse (eTA-Gehäuse) minimiert werden und zugleich die Temperatur des Verdichters herabgesetzt werden. ETA steht dabei für eine elektrische Unterstützung eines Turboladers (electrical Turbo Assist)With the approach presented here, the stator package of the motor, the power electronics and the heat input from the compressor housing into the electronics housing (eTA housing) can be minimized and at the same time the temperature of the compressor can be reduced. ETA stands for electrical support for a turbocharger (electrical Turbo Assist)

Dabei werden das Statorpaket des Motors und die Leistungselektronik gekühlt sowie der Wärmeeintrag vom Verdichter auf das Elektronikgehäuse und das aufheizen des Verdichters minimiert, was zu einem signifikanten Wirkungsgradvorteil für den Verdichter führt, womit höhere Druckverhältnisse erreicht werden können.The stator package of the motor and the power electronics are cooled and the heat input from the compressor to the electronics housing and the heating of the compressor are minimized, which leads to a significant efficiency advantage for the compressor, with which higher pressure ratios can be achieved.

Als Kühlwasser-Stromrichtung kann sowohl die Richtung vom Elektronikgehäuse zum Verdichter als auch die Richtung vom Verdichter zum Elektronikgehäuse umgesetzt werden. Bevorzugt wird die Strömungsrichtung vom Elektronikgehäuse zum Verdichter verwendet, da das Elektronikgehäuse bzw. die Elektronik dabei von niedrigeren Kühlwassertemperaturen besonders profitiert. Beispielsweise kann die Lebensdauer der Lötstellen bzw. der Bondverbindungen verbessert werden.Both the direction from the electronics housing to the compressor and the direction from the compressor to the electronics housing can be implemented as the cooling water flow direction. The flow direction from the electronics housing to the compressor is preferably used, since the electronics housing or the electronics particularly benefit from lower cooling water temperatures. For example, the service life of the solder points or the bond connections can be improved.

Aufgrund des gemeinsamen Kühlsystems, des Elektronikgehäuses und Abgasturboladers (ATL) kann auf eine zusätzliche Verrohrung und zwei Wasseranschlüsse verzichtet werden. Durch diese Vorab-Kühlung im Verdichter kommt es außerdem zur Entlastung des Ladeluftkühlers (LLK), speziell dann, wenn ein kleiner Ladeluftkühler bereits an dem Verdichter Austritt integriert ist.Due to the common cooling system, the electronics housing and the exhaust gas turbocharger (ATL), additional piping and two water connections are not required. This preliminary cooling in the compressor also relieves the load on the charge air cooler (CAC), especially when a small charge air cooler is already integrated at the compressor outlet.

Der Verdichter kann auch vor Verlackungen infolge thermisch degradierter Ölrückstände geschützt werden. Bei dem hier vorgestellten Ansatz sind nur zwei Wasseranschlüsse am Abgasturbolader für den Niedertemperaturkreislauf erforderlich. Das Lagergehäuse kann als dritte Wärmequelle einbezogen werden. Dann ergibt sich eine besonders vorteilhafte Strömungsreihenfolge von dem Elektronikgehäuse mit der Elektronik zum Stator zum Verdichtergehäuse mit einem optional an das Verdichtergehäuse integrierten Ladeluftkühler und zum Lagergehäuse beziehungsweise einer Rumpfgruppe.The compressor can also be protected against laking due to thermally degraded oil residues. With the approach presented here, only two water connections on the exhaust gas turbocharger are required for the low-temperature circuit. The bearing housing can be used as a third heat source be included. A particularly advantageous flow sequence then results from the electronics housing with the electronics to the stator to the compressor housing with a charge air cooler optionally integrated into the compressor housing and to the bearing housing or a fuselage group.

Das Verdichtergehäuse und der Ladeluftkühler können alternativ in umgekehrter Reihenfolge bzw. auch parallel durchströmt werden.The compressor housing and the charge air cooler can alternatively be flowed through in reverse order or also in parallel.

Die 1 und 2 zeigen einen prinzipiellen Aufbau eines elektrisch unterstützten Turboladers mit einem Verdichtergehäuse bei dem das Kühlmittel am Elektronikgehäuse eingeleitet wird und durch den Stator an das Verdichtergehäuse geführt wird, sowie den umgekehrten Medienfluss mit Kühlmitteleinleitung am Verdichtergehäuse mit Durchführung durch den Stator.The 1 and 2 show a basic structure of an electrically assisted turbocharger with a compressor housing in which the coolant is introduced at the electronics housing and is guided through the stator to the compressor housing, as well as the reverse flow of media with coolant inlet at the compressor housing with passage through the stator.

Kühlwasser wird in das Elektronikgehäuse eingeleitet, wo es über einen Labyrinth-ähnlichen Konturverlauf durch das Stator-Blechpaket in Anzahl der Spulen zum Verdichter durchgeführt wird. Hierbei wird direkt die aus dem Stator erzeugte Wärme abgeführt. Die Kanalführung im Gehäuse dient zur Wärmeabfuhr von der Leistungselektronik, die gegenüber der Kanalführung angeordnet ist. Das Stator Blechpaket entwärmt sich zusätzlich noch durch abstrahlende Wärme am äußeren Umfang. Durch überstehenden Verbindungselemente, hier als Rohre dargestellt, wird der Kühlmittelstrom in das Volutengehäuse hinein bzw. wieder zurück zum Elektronikgehäuse geführt. Somit schließt sich der Wasserkreislauf.Cooling water is fed into the electronics housing, where it is carried through the stator laminated core in the number of coils to the compressor via a labyrinth-like contour. The heat generated from the stator is dissipated directly. The channel guide in the housing is used to dissipate heat from the power electronics, which are arranged opposite the channel guide. The stator laminated core is also cooled by radiating heat on the outer circumference. The coolant flow is guided into the volute housing or back again to the electronics housing by protruding connecting elements, shown here as tubes. This closes the water cycle.

Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.Finally, it should be pointed out that terms such as “having”, “comprising”, etc. do not exclude other elements or steps and that terms such as “a” or “an” do not exclude a plurality. Reference signs in the claims are not to be regarded as a restriction.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102017207532 A1 [0002]DE 102017207532 A1 [0002]

Claims (10)

Elektrisch unterstützter Turbolader (100), mit einem Verdichtergehäuse (106), einem an das Verdichtergehäuse (106) anschließenden Statorpaket (108) eines mit dem Turbolader (100) gekoppelten Elektromotors (104) und einem an das Statorpaket (108) anschließenden Elektronikgehäuse (110) des Elektromotors (104), wobei in dem Statorpaket (108) Kühlmittelkanäle (112) angeordnet sind, die das Verdichtergehäuse (106) und das Elektronikgehäuse (110) fluidisch miteinander verbinden und durch Verbindungskanäle (300) im Verdichtergehäuse (106) und im Elektronikgehäuse (110) fluidisch verschaltet sind.Electrically assisted turbocharger (100), with a compressor housing (106), a stator package (108) connected to the compressor housing (106), an electric motor (104) coupled to the turbocharger (100) and an electronics housing (110) connected to the stator package (108) ) of the electric motor (104), coolant ducts (112) being arranged in the stator package (108), which fluidically connect the compressor housing (106) and the electronics housing (110) to one another and through connecting ducts (300) in the compressor housing (106) and in the electronics housing (110) are fluidically interconnected. Turbolader (100) gemäß Anspruch 1, bei dem die Kühlmittelkanäle (112) im Statorpaket (108) als Vorlaufkanäle (302) und Rücklaufkanäle (304) ausgebildet sind und die Verbindungskanäle (300) im Elektronikgehäuse (110) als Verteilerkanäle und als von den Verteilerkanälen getrennte Sammlerkanäle ausgebildet sind, wobei ein Kühlmitteleinlass des Elektronikgehäuses (110) durch die Verteilerkanäle mit den Vorlaufkanälen (302) verbunden ist und die Rücklaufkanäle (304) durch die Sammlerkanäle mit einem Kühlmittelauslass des Elektronikgehäuses (110) verbunden sind, wobei die Vorlaufkanäle (302) und die Rücklaufkanäle (304) durch die Verbindungskanäle (300) im Verdichtergehäuse (106) verbunden sind.Turbocharger (100) according to Claim 1 , in which the coolant channels (112) in the stator core (108) are designed as flow channels (302) and return channels (304) and the connecting channels (300) in the electronics housing (110) are designed as distributor channels and as collector channels separate from the distributor channels, with a The coolant inlet of the electronics housing (110) is connected to the flow channels (302) through the distribution channels and the return channels (304) are connected to a coolant outlet of the electronics housing (110) through the collector channels, the flow channels (302) and the return channels (304) through the connecting channels (300) in the compressor housing (106) are connected. Turbolader (100) gemäß Anspruch 1, bei dem die Kühlmittelkanäle (112) im Statorpaket (108) als Vorlaufkanäle (302) und Rücklaufkanäle (304) ausgebildet sind und die Verbindungskanäle (300) im Verdichtergehäuse (106) als Verteilerkanäle und als von den Verteilerkanälen getrennte Sammlerkanäle ausgebildet sind, wobei ein Kühlmitteleinlass des Verdichtergehäuses (106) durch die Verteilerkanäle mit den Vorlaufkanälen (302) verbunden ist und die Rücklaufkanäle (304) durch die Sammlerkanäle mit einem Kühlmittelauslass des Verdichtergehäuses (106) verbunden sind, wobei die Vorlaufkanäle (302) und die Rücklaufkanäle (304) durch die Verbindungskanäle (300) im Elektronikgehäuse (110) verbunden sind.Turbocharger (100) according to Claim 1 , in which the coolant channels (112) in the stator package (108) are designed as flow channels (302) and return channels (304) and the connecting channels (300) in the compressor housing (106) are designed as distributor channels and as collector channels separate from the distributor channels, with a The coolant inlet of the compressor housing (106) is connected to the flow channels (302) through the distribution channels and the return channels (304) are connected to a coolant outlet of the compressor housing (106) through the collector channels, the flow channels (302) and the return channels (304) through the connection channels (300) in the electronics housing (110) are connected. Turbolader (100) gemäß Anspruch 1, bei dem die Verbindungskanäle (300) im Elektronikgehäuse (110) als Verteilerkanäle ausgebildet sind und die Verbindungskanäle (300) im Verdichtergehäuse (106) als Sammlerkanäle ausgebildet sind, wobei ein Kühlmitteleinlass des Elektronikgehäuses (110) durch die Verteilerkanäle mit den Kühlmittelkanälen (112) verbunden ist und die Kühlmittelkanäle (112) durch die Sammlerkanäle mit einem Kühlmittelauslass des Verdichtergehäuses (106) verbunden sind.Turbocharger (100) according to Claim 1 , in which the connection channels (300) in the electronics housing (110) are designed as distribution channels and the connection channels (300) in the compressor housing (106) are designed as collector channels, with a coolant inlet of the electronics housing (110) through the distribution channels with the coolant channels (112) is connected and the coolant channels (112) are connected through the header channels to a coolant outlet of the compressor housing (106). Turbolader (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kühlmittelkanäle (112) als axial in dem Statorpaket (108) ausgerichtete Rohre ausgeführt sind.Turbocharger (100) according to one of the preceding claims, in which the coolant channels (112) are designed as tubes axially aligned in the stator core (108). Turbolader (100) gemäß Anspruch 5, bei dem die Rohre in das Statorpaket (108) eingepresst sind.Turbocharger (100) according to Claim 5 , in which the tubes are pressed into the stator core (108). Turbolader (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Statorpaket (108) pro Spule (402) des Elektromotors (104) zumindest einen Kühlmittelkanal (112) aufweist.Turbocharger (100) according to one of the preceding claims, in which the stator package (108) has at least one coolant channel (112) per coil (402) of the electric motor (104). Turbolader (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Verbindungskanäle (300) im Elektronikgehäuse (110) und/oder im Verdichtergehäuse (106) als Labyrinth ausgebildet sind.Turbocharger (100) according to one of the preceding claims, in which the connecting channels (300) in the electronics housing (110) and / or in the compressor housing (106) are designed as a labyrinth. Turbolader (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Verbindungskanäle (300) im Elektronikgehäuse (110) und/oder im Verdichtergehäuse (106) als Aussparungen in einer Kontaktfläche (306) zum Statorpaket (108) ausgeführt sind.Turbocharger (100) according to one of the preceding claims, in which the connecting channels (300) in the electronics housing (110) and / or in the compressor housing (106) are designed as recesses in a contact surface (306) to the stator package (108). Turbolader (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Statorpaket (108) auf einer Außenseite eine Wärmeabgabefläche aufweist.Turbocharger (100) according to one of the preceding claims, in which the stator package (108) has a heat dissipation surface on an outside.
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