DE102020214339A1 - Media splitting machine, turbocharger with such a media splitting machine and power generation device with such a turbocharger - Google Patents
Media splitting machine, turbocharger with such a media splitting machine and power generation device with such a turbocharger Download PDFInfo
- Publication number
- DE102020214339A1 DE102020214339A1 DE102020214339.0A DE102020214339A DE102020214339A1 DE 102020214339 A1 DE102020214339 A1 DE 102020214339A1 DE 102020214339 A DE102020214339 A DE 102020214339A DE 102020214339 A1 DE102020214339 A1 DE 102020214339A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- media
- stator
- turbocharger
- flow
- gap
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
- F02B33/32—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type
- F02B33/34—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps
- F02B33/40—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps of non-positive-displacement type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
- F02B37/04—Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
- F02B37/10—Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump at least one pump being alternatively or simultaneously driven by exhaust and other drive, e.g. by pressurised fluid from a reservoir or an engine-driven pump
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
- F02B39/02—Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
- F02B39/08—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio
- F02B39/10—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio electric
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
- F04D17/08—Centrifugal pumps
- F04D17/10—Centrifugal pumps for compressing or evacuating
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D25/00—Pumping installations or systems
- F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
- F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
- F04D25/0606—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the electric motor being specially adapted for integration in the pump
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
- F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/4213—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps suction ports
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
- F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
- F04D29/441—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Supercharger (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektrische Medienspaltmaschine (7) für einen Turbolader (3), insbesondere Abgasturbolader einer Leistungserzeugungseinrichtung (1), mit- einem Gehäuse (9), wobei in dem Gehäuse (9) ein Rotor (11) drehbar gelagert ist, und mit- einem gehäusefesten Stator (13), der eine Antriebswicklung (15) zur Erzeugung eines Antriebsmagnetfelds aufweist, wobei- zwischen dem Rotor (11) und einer Innenwandung des Gehäuses (9) ein eine Drehachse (A) des Rotors (11) ringförmig umgreifender Medienspalt (17) ausgebildet ist, der im Betrieb der Medienspaltmaschine (7) von einer Medienströmung eines Mediums durchsetzt ist, wobei- der Stator (13) innerhalb des Medienspalts (17) angeordnet und durch mindestens einen Statorsteg (19) mit dem Gehäuse (9) drehfest verbunden ist.The invention relates to an electrical media splitting machine (7) for a turbocharger (3), in particular an exhaust gas turbocharger of a power generating device (1), with a housing (9), a rotor (11) being rotatably mounted in the housing (9), and with - A stator (13) fixed to the housing, which has a drive winding (15) for generating a drive magnetic field, wherein between the rotor (11) and an inner wall of the housing (9) a media gap encompassing an axis of rotation (A) of the rotor (11) in an annular manner (17) is formed, which is traversed by a media flow of a medium during operation of the media gap machine (7), the stator (13) arranged within the media gap (17) and connected to the housing (9) by at least one stator web (19) is rotatably connected.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Medienspaltmaschine für einen Turbolader, einen Turbolader mit einer solchen Medienspaltmaschine und eine Leistungserzeugungseinrichtung mit einem solchen Turbolader.The invention relates to an electrical media splitting machine for a turbocharger, a turbocharger with such a media splitting machine and a power generation device with such a turbocharger.
Eine elektrische Medienspaltmaschine weist ein Gehäuse auf, in dem ein Rotor drehbar gelagert ist. Sie weist außerdem einen gehäusefesten Stator auf, der eine insbesondere mehrphasige Antriebswicklung zur Erzeugung eines insbesondere mehrpoligen Antriebsmagnetfelds aufweist. Zwischen dem Rotor und einer Innenwandung des Gehäuses ist ein eine Drehachse des Rotors ringförmig umgreifender Medienspalt ausgebildet, welcher der Medienspaltmaschine ihren Namen verleiht, und der im Betrieb der Medienspaltmaschine von einer Medienströmung eines Mediums durchsetzt ist. Dieser erlaubt es zum einen, die Medienspaltmaschine in besonders effizienter und einfacher Weise in Zusammenhang mit der Förderung und/oder Verdichtung eines Mediums einzusetzen, beispielsweise zum Antrieb oder zur Unterstützung eines Medienverdichters, wobei zum anderen die Medienspaltmaschine in vorteilhafter Weise durch das den Medienspalt durchsetzende Medium gekühlt wird.An electrical media splitting machine has a housing in which a rotor is rotatably mounted. It also has a stator that is fixed to the housing and has an in particular multi-phase drive winding for generating an in particular multi-pole drive magnetic field. A media gap is formed between the rotor and an inner wall of the housing, encompassing an axis of rotation of the rotor in a ring shape, which gives the media gap machine its name, and which is penetrated by a media flow of a medium when the media gap machine is in operation. This makes it possible on the one hand to use the media splitting machine in a particularly efficient and simple manner in connection with the conveyance and / or compression of a medium, for example to drive or support a media compressor, and on the other hand to use the media splitting machine advantageously through the medium penetrating the media gap is cooled.
Eine solche elektrische Medienspaltmaschine kann insbesondere mit einem Turbolader, insbesondere einem Abgasturbolader einer Leistungserzeugungseinrichtung, insbesondere einer Brennkraftmaschine oder einer Brennstoffzelle, kombiniert sein. Die elektrische Medienspaltmaschine dient dann insbesondere zur Unterstützung des Turboladers, beispielsweise um die Verdichtungsleistung des Turboladers weitgehend unabhängig von einem momentanen Abgasstrom einer Leistungserzeugungseinrichtung einstellen zu können, wobei insbesondere ein sogenanntes Turboloch elektromotorisch überwunden oder ein fehlendes Abgasenergieangebot kompensiert werden kann. In bestimmten Betriebspunkten kann die Medienspaltmaschine auch als Generator betrieben werden, sodass beispielsweise Strömungsenergie durch den Turbolader als elektrische Energie rekuperiert werden kann.Such an electrical media splitting machine can in particular be combined with a turbocharger, in particular an exhaust gas turbocharger of a power generation device, in particular an internal combustion engine or a fuel cell. The electric media splitting machine then serves in particular to support the turbocharger, for example to be able to set the compression output of the turbocharger largely independently of an instantaneous exhaust gas flow from a power generation device, whereby a so-called turbo lag can be overcome by an electric motor or a lack of exhaust gas energy supply can be compensated for. At certain operating points, the media splitting machine can also be operated as a generator, so that, for example, flow energy can be recuperated as electrical energy by the turbocharger.
Aus
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Medienspaltmaschine für einen Turbolader, einen Turbolader mit einer solchen elektrischen Medienspaltmaschine und eine Leistungserzeugungseinrichtung mit einem solchen Turbolader zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest in gewissem Umfang reduziert, vorzugsweise vermieden sind.The invention is based on the object of creating an electrical media splitting machine for a turbocharger, a turbocharger with such an electrical media splitting machine and a power generation device with such a turbocharger, the disadvantages mentioned being reduced, preferably avoided, at least to a certain extent.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.The object is achieved in that the present technical teaching is provided, in particular the teaching of the independent claims and the embodiments disclosed in the dependent claims and the description.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine elektrische Medienspaltmaschine derart weitergebildet wird, dass der Stator innerhalb des Medienspalts angeordnet und durch mindestens einen Statorsteg, vorzugsweise durch eine Mehrzahl von Statorstegen, mit dem Gehäuse drehfest verbunden ist. Der Stator begrenzt in diesem Fall also nicht den Medienspalt und ist auch nicht in das Gehäuse integriert, sondern er ist vielmehr - insbesondere nach Art einer Gondel - durch den mindestens einen Statorsteg von der Innenwandung des Gehäuses beabstandet in dem Medienspalt angeordnet. Durch die insbesondere von dem Medium umströmte Anordnung des Stators in dem Medienspalt ist insbesondere zum einen die Kühlung des Stators vorteilhaft verbessert, zum anderen kann in vorteilhafter Weise das Gehäuse der Medienspaltmaschine bevorzugt einfacher ausgeführt werden, da es nicht die Antriebswicklung aufnehmen mussThe object is achieved in particular by developing an electrical media gap machine in such a way that the stator is arranged within the media gap and is non-rotatably connected to the housing by at least one stator bar, preferably by a plurality of stator bars. In this case, the stator does not limit the media gap and is also not integrated into the housing, but rather - in particular in the manner of a gondola - is arranged in the media gap at a distance from the inner wall of the housing by the at least one stator web. The arrangement of the stator in the media gap around which the medium flows, in particular, on the one hand advantageously improves the cooling of the stator, on the other hand the housing of the media gap machine can advantageously be designed in a simpler manner since it does not have to accommodate the drive winding
Insbesondere ist die Antriebswicklung des Stators bevorzugt in ein Statorgehäuse integriert, das vorzugsweise nach Art einer Gondel ausgebildet ist, wobei das Statorgehäuse durch den mindestens einen Statorsteg an dem Gehäuse drehfest gehalten ist. Der mindestens eine Statorsteg erstreckt sich vorzugsweise ausgehend von der Innenwandung des Gehäuses bis zu dem Statorgehäuse.In particular, the drive winding of the stator is preferably integrated into a stator housing, which is preferably designed in the manner of a gondola, the stator housing being held non-rotatably on the housing by the at least one stator web. The at least one stator web preferably extends from the inner wall of the housing to the stator housing.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das Statorgehäuse strömungsgünstig, insbesondere strömungsdynamisch, das heißt mit geringem Strömungswiderstand, geformt, sodass es leicht und widerstandsfrei von der Medienströmung umströmt werden kann. In vorteilhafter Weise wird bevorzugt die Form des Statorgehäuses genutzt, um die Medienströmung in dem Medienspalt zu beeinflussen, insbesondere um sie mit Blick auf das Verhalten eines der Medienspaltmaschine in Strömungsrichtung nachgeordneten Turboladers zu verbessern.In a preferred refinement, the stator housing is shaped in a flow-favorable manner, in particular flow-dynamically, that is to say with low flow resistance, so that the media flow can flow around it easily and without resistance. The shape of the stator housing is advantageously used to influence the media flow in the media gap, in particular to improve it with a view to the behavior of a turbocharger downstream of the media gap machine in the flow direction.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Stator durch drei Statorstege mit dem Gehäuse drehfest verbunden. Dies hat den Vorteil einer stabilen Halterung des Stators bei zugleich geringem Strömungswiderstand für die Medienströmung und einer material- und kostensparenden Verwirklichung der Anordnung aus den Statorstegen und dem Stator.According to a preferred embodiment, the stator is non-rotatably connected to the housing by three stator webs. This has the advantage of a stable mounting of the stator with at the same time low flow resistance for the media flow and a material and cost-saving implementation of the arrangement of the stator webs and the stator.
Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass der Stator über vier Statorstege mit dem Gehäuse drehfest verbunden ist. In diesem Fall ist vorteilhaft die Stabilität der Anordnung des Stators und auch der Statorstege erhöht. Außerdem ist bevorzugt die unten beschriebene Wirkung der Statorstege als Vorleitapparat, das heißt zur Drallerzeugung, vorteilhaft erhöht.Alternatively, it is preferably provided that the stator is non-rotatably connected to the housing via four stator webs. In this case, the stability of the arrangement of the stator and also of the stator webs is advantageously increased. In addition, the effect of the stator webs as described below as a pre-guide device, that is to say for generating swirl, is preferably advantageously increased.
Die Statorstege sind bevorzugt in Umfangsrichtung gesehen gleichmäßig verteilt, das heißt in gleichen Winkelabständen zueinander entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Insbesondere weist die Anordnung aus den Statorstegen und dem Stator bevorzugt eine mehrzählige, insbesondere dreizählige oder vierzählige, Rotationssymmetrie auf.The stator webs are preferably evenly distributed as seen in the circumferential direction, that is to say they are arranged at equal angular distances from one another along the circumferential direction. In particular, the arrangement of the stator webs and the stator preferably has multiple, in particular three or four-fold, rotational symmetry.
In bevorzugter Ausgestaltung weist der mindestens eine Statorsteg, vorzugsweise der mindestens eine Statorsteg und das Statorgehäuse, mindestens einen Kunststoff auf. Auf diese Weise sind die entsprechenden Komponenten kostengünstig und leicht zu fertigen. Bevorzugt besteht der mindestens eine Statorsteg, vorzugsweise zusätzlich auch das Statorgehäuse, aus dem mindestens einen Kunststoff. Dabei verwirklichen sich in besonderer Weise die genannten Vorteile.In a preferred embodiment, the at least one stator web, preferably the at least one stator web and the stator housing, has at least one plastic. In this way, the corresponding components are inexpensive and easy to manufacture. The at least one stator web, preferably also the stator housing, is preferably made of the at least one plastic. The advantages mentioned are realized in a special way.
Der Rotor weist vorzugsweise wenigstens einen Permanentmagnet auf, bevorzugt eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die im Betrieb der Medienspaltmaschine mit dem durch die Antriebswicklung erzeugten Antriebsmagnetfeld zusammenwirken, um den Rotor in Rotation zu versetzen.The rotor preferably has at least one permanent magnet, preferably a plurality of permanent magnets, which, when the media splitting machine is in operation, interact with the drive magnetic field generated by the drive winding in order to set the rotor in rotation.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Medienspalt einen äußeren Teil-Medienspalt aufweist, der zwischen dem Stator und dem Gehäuse, insbesondere zwischen dem Stator und der Innenwandung des Gehäuses, angeordnet ist. Vorzugweise ist der äußere Teil-Medienspalt so ausgestaltet, dass ein Hauptanteil der Medienströmung durch den äußeren Teil-Medienspalt strömt.According to a development of the invention it is provided that the media gap has an outer partial media gap which is arranged between the stator and the housing, in particular between the stator and the inner wall of the housing. The outer partial media gap is preferably designed in such a way that a major portion of the media flow flows through the outer partial media gap.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Statorsteg derart geformt und/oder angestellt ist, dass einer ersten Teil-Medienströmung der Medienströmung, die den äußeren Teil-Medienspalt durchsetzt, im Betrieb der Medienspaltmaschine durch den mindestens einen Statorsteg ein Drall, das heißt eine rotatorische Bewegungskomponente oder ein Drehimpuls, vermittelt wird. Dadurch kann zum einen das Anströmungsverhalten für ein der Medienspaltmaschine in Strömungsrichtung nachgeordnetes Teil, beispielsweise einen Turbolader, verbessert werden, wobei insbesondere im Fall eines Turboladers eine Pumpgrenze vorteilhaft verschoben werden kann; zum anderen kann in einfacher und kostengünstiger Weise zur Verbesserung des Strömungsverhaltens des Mediums in dem Medienspalt der mindestens eine Statorsteg verwendet werden, der den Stator hält und insbesondere drehfest mit dem Gehäuse verbindet. Dieser ist somit nicht lediglich strömungsgünstig geformt, insbesondere um seinen Strömungswiderstand vorteilhaft zu reduzieren, sondern er erfüllt eine Funktion mit Blick auf die Strömungseigenschaften des Mediums in dem Medienspalt, indem der Statorsteg dem Medium, das heißt der Medienströmung, den entsprechenden Drall mitteilt, wenn er im Betrieb der Medienspaltmaschine von dem Medium umströmt wird.According to a further development of the invention, it is provided that the at least one stator web is shaped and / or adjusted in such a way that a first partial media flow of the media flow that passes through the outer partial media gap, when the media gap machine is in operation, a twist through the at least one stator web, that is, a rotational movement component or an angular momentum is conveyed. In this way, on the one hand, the flow behavior for a part downstream of the media splitting machine, for example a turbocharger, can be improved, with a surge limit advantageously being able to be shifted, particularly in the case of a turbocharger; on the other hand, the at least one stator web, which holds the stator and, in particular, connects it to the housing in a rotationally fixed manner, can be used in a simple and cost-effective manner to improve the flow behavior of the medium in the medium gap. This is therefore not only aerodynamically shaped, in particular to advantageously reduce its flow resistance, but it fulfills a function with a view to the flow properties of the medium in the media gap, in that the stator bar communicates the corresponding swirl to the medium, i.e. the media flow, when it is flowed around by the medium during operation of the media splitting machine.
Der mindestens eine Statorsteg dient - insbesondere in Kombination mit dem Statorgehäuse - als Vorleitapparat zur Drallerzeugung.The at least one stator web serves - in particular in combination with the stator housing - as a pre-guide device for generating swirl.
Dass der mindestens eine Statorsteg derart geformt ist, dass der den Medienspalt durchsetzenden Medienströmung der Drall vermittelt wird, bedeutet insbesondere, dass er eine geeignete äußere Form, beispielsweise die Form einer Schaufel oder dergleichen, aufweist, sodass die an dem Statorsteg vorbeiströmende Strömung einen Drall erhält.The fact that the at least one stator web is shaped in such a way that the swirl is imparted to the media flow passing through the media gap means in particular that it has a suitable external shape, for example the shape of a blade or the like, so that the flow flowing past the stator web receives a swirl .
Dass der mindestens eine Statorsteg derart angestellt ist, dass der Medienströmung der Drall vermittelt wird, bedeutet insbesondere, dass er in einem geeigneten Winkel zu der Medienströmung, insbesondere in einem geeigneten Winkel zu einer Axialrichtung, angeordnet ist, sodass der Medienströmung beim Umströmen des Statorstegs ein Drall vermittelt wird.The fact that the at least one stator bar is positioned in such a way that the swirl is imparted to the media flow means in particular that it is arranged at a suitable angle to the media flow, in particular at a suitable angle to an axial direction, so that the media flow when it flows around the stator bar Twist is imparted.
Es ist auch möglich, dass der mindestens eine Statorsteg derart geformt und angestellt ist, dass der den Medienspalt durchsetzenden Medienströmung der Drall vermittelt wird.It is also possible for the at least one stator web to be shaped and positioned in such a way that the swirl is imparted to the media flow passing through the media gap.
Unter der Axialrichtung wird hier eine Richtung verstanden, die sich parallel zu der Drehachse erstreckt, wobei sie vorzugsweise mit der Drehachse zusammenfällt. Eine radiale Richtung oder Radialrichtung steht senkrecht auf der Drehachse, eine Umfangsrichtung umgreift die Drehachse konzentrisch.The axial direction is understood here to mean a direction which extends parallel to the axis of rotation, wherein it preferably coincides with the axis of rotation. A radial direction or radial direction is perpendicular to the axis of rotation, while a circumferential direction concentrically surrounds the axis of rotation.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der mindestens eine Statorsteg so geformt und/oder angestellt, dass er der Medienströmung mit Bezug auf die Drehrichtung des Verdichterrads einen Mitdrall, das heißt Anströmung in Drehrichtung des Verdichterrads, vermittelt. Dies verschiebt das Verdichterkennfeld vorteilhaft zu geringeren Volumenströmen.According to a preferred embodiment, the at least one stator web is shaped and / or adjusted in such a way that it imparts a co-swirl to the media flow with respect to the direction of rotation of the compressor wheel, that is to say flow in the direction of rotation of the compressor wheel. This advantageously shifts the compressor map to lower volume flows.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist der mindestens eine Statorsteg derart geformt und/oder angestellt, dass er der Medienströmung einen Gegendrall vermittelt, das heißt Anströmung entgegen der Drehrichtung des Verdichterrads. Dies verschiebt vorteilhaft das Verdichterkennfeld zu höheren Volumenströmen.According to another preferred embodiment, the at least one stator web is shaped and / or adjusted in such a way that it imparts a counter-swirl to the media flow, that is to say the flow against the direction of rotation of the compressor wheel. This advantageously shifts the compressor map to higher volume flows.
Die erste Teil-Medienströmung kann insbesondere ein Hauptanteil der Medienströmung oder auch die gesamte Medienströmung sein. Es ist also nicht unbedingt vorgesehen, dass neben der ersten Teil-Medienströmung eine weitere Teil-Medienströmung existiert, die Medienströmung ist also nicht zwingend aufgeteilt. Es ist aber möglich, dass neben der ersten Teil-Medienströmung wenigstens eine weitere Teil-Medienströmung existiert, die den äußeren Teil-Medienspalt nicht durchströmt.The first partial media flow can in particular be a main part of the media flow or also the entire media flow. It is therefore not absolutely provided that there is a further partial media flow in addition to the first partial media flow, so the media flow is not necessarily divided. However, it is possible that, in addition to the first partial media flow, there is at least one further partial media flow which does not flow through the outer partial media gap.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Medienspalt einen inneren Teil-Medienspalt aufweist, der zwischen dem Rotor und dem Stator angeordnet ist. Bevorzugt ist dabei der innere Teil-Medienspalt im Betrieb der Medienspaltmaschine durch eine zweite Teil-Medienströmung der Medienströmung durchsetzt. Bei dieser Ausgestaltung kann der Stator, insbesondere das Statorgehäuse, besonders strömungsgünstig von der Medienströmung umströmt sein, wobei sich diese in die erste Teil-Medienströmung und die zweite Teil-Medienströmung aufteilt. So kann die Medienströmung insgesamt auch besonders günstig durch die Form des Stators, insbesondere des Statorgehäuses, beeinflusst werden.According to a development of the invention it is provided that the media gap has an inner partial media gap which is arranged between the rotor and the stator. In this case, the inner partial media gap is preferably penetrated by a second partial media flow of the media flow when the media gap machine is in operation. In this embodiment, the media flow can flow around the stator, in particular the stator housing, in a particularly favorable flow manner, this being divided into the first partial media flow and the second partial media flow. In this way, the overall flow of media can also be influenced particularly favorably by the shape of the stator, in particular the stator housing.
Grundsätzlich kann die Medienströmung in beliebigen Anteilen auf die erste Teil-Medienströmung und die zweite Teil-Medienströmung aufgeteilt sein. Insbesondere können auch der äußere Teil-Medienspalt und der innere Teil-Medienspalt in Bezug auf ihre jeweilige in Radialrichtung gemessene Spaltbreite beliebig relativ zueinander gestaltet sein. In bevorzugter Ausgestaltung ist allerdings der innere Teil-Medienspalt deutlich kleiner, das heißt insbesondere mit einer deutlich geringeren Spaltbreite, ausgebildet als der äußere Teil-Medienspalt. Entsprechend bildet bevorzugt die erste Teil-Medienströmung den Hauptanteil der Medienströmung, wobei die zweite Teil-Medienströmung einen geringeren, insbesondere sehr viel geringeren Anteil der Medienströmung darstellt.In principle, the media flow can be divided into any proportions between the first partial media flow and the second partial media flow. In particular, the outer partial media gap and the inner partial media gap can also be designed as desired relative to one another with regard to their respective gap widths measured in the radial direction. In a preferred embodiment, however, the inner partial media gap is designed to be significantly smaller, that is to say in particular with a significantly smaller gap width, than the outer partial media gap. Accordingly, the first partial media flow preferably forms the main part of the media flow, the second partial media flow representing a smaller, in particular a very much smaller, part of the media flow.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Gehäuse ein Strömungskanal ausgebildet ist, der eingerichtet ist, um eine Rezirkulationsströmung für den Turbolader entlang einer Rezirkulationsströmungsrichtung entgegen einer in dem Medienspalt vorherrschenden Medienströmungsrichtung der Medienströmung zu führen. Auf diese Weise wird insbesondere eine kennfeldstabilisierende Maßnahme für den mit der Medienspaltmaschine zusammenwirkenden Turbolader bereitgestellt.According to a further development of the invention it is provided that a flow channel is formed in the housing, which is set up to guide a recirculation flow for the turbocharger along a recirculation flow direction counter to a media flow direction of the media flow prevailing in the media gap. In this way, in particular, a map-stabilizing measure is provided for the turbocharger interacting with the media gap machine.
Der Strömungskanal ist bevorzugt so angeordnet und/oder ausgebildet, dass er die Rezirkulationsströmung insbesondere verdichterseitig aufnehmen, entgegen der Medienströmungsrichtung zurückführen und an einer geeigneten Stelle stromaufwärts des Verdichters wieder in die Medienströmung, insbesondere in den Medienspalt, einspeisen kann.The flow channel is preferably arranged and / or designed in such a way that it can absorb the recirculation flow, in particular on the compressor side, return it against the media flow direction and feed it back into the media flow, in particular into the media gap, at a suitable point upstream of the compressor.
Unter einer Medienströmungsrichtung ist dabei insbesondere eine Hauptströmungsrichtung des Mediums in dem Medienspalt zu verstehen. Unabhängig von etwaigen lokalen Abweichungen von der Hauptströmungsrichtung oder einem der Hauptströmungsrichtung überlagerten Drall strömt das Medium in dem Medienspalt zumindest im Wesentlichen in Axialrichtung, das heißt in Richtung der Drehachse. Die Rezirkulationsströmungsrichtung ist der Medienströmungsrichtung entgegengerichtet; der durch den Strömungskanal rezirkulierte Teil des Mediums strömt somit zumindest bereichsweise, vorzugsweise im Wesentlichen, entgegen der Hauptströmungsrichtung des Mediums in dem Medienspalt.A media flow direction is to be understood in particular as a main flow direction of the medium in the media gap. Irrespective of any local deviations from the main flow direction or a swirl superimposed on the main flow direction, the medium flows in the media gap at least essentially in the axial direction, that is to say in the direction of the axis of rotation. The recirculation flow direction is opposite to the media flow direction; the part of the medium recirculated through the flow channel thus flows at least in regions, preferably essentially, counter to the main flow direction of the medium in the media gap.
Um die Anströmung des Rotors zu verbessern, kann diesem entlang der Drehachse in Anströmrichtung versetzt eine Anströmkappe zugeordnet sein, die dann in Axialrichtung stromaufwärts des Rotors, das heißt vor dem Rotor angeordnet ist. Wenn diese Anströmkappe nicht drehfest mit dem Rotor selbst verbunden ist, ist sie über eine Mehrzahl von Stegen drehfest mit dem Gehäuse und/oder mit dem Stator verbunden.In order to improve the flow to the rotor, a flow cap can be assigned to it, offset along the axis of rotation in the flow direction, which is then arranged in the axial direction upstream of the rotor, that is to say in front of the rotor. If this inflow cap is not connected non-rotatably to the rotor itself, it is non-rotatably connected to the housing and / or to the stator via a plurality of webs.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Stege, über welche die Anströmkappe drehfest mit dem Gehäuse und/oder mit dem Stator verbunden ist, derart geformt oder angestellt sind, dass der den Medienspalt durchsetzenden Medienströmung oder der den inneren Teil-Medienspalt durchsetzenden zweiten Teil-Medienströmung durch die Stege im Betrieb der Medienspaltmaschine ein Drall, das heißt eine rotatorische Bewegungskomponente oder ein Drehimpuls, vermittelt wird. Dadurch kann zum einen das Anströmungsverhalten für ein der Medienspaltmaschine in Strömungsrichtung nachgeordnetes Teil, beispielsweise einen Turbolader, verbessert werden, wobei insbesondere im Fall eines Turboladers eine Pumpgrenze vorteilhaft verschoben werden kann; zum anderen können in einfacher und kostengünstiger Weise zur Verbesserung des Strömungsverhaltens des Mediums in dem Medienspalt die Stege verwendet werden, welche die Anströmkappe halten und insbesondere drehfest mit dem Gehäuse und/oder dem Stator verbinden. Diese sind somit nicht lediglich strömungsgünstig geformt, insbesondere um ihren Strömungswiderstand vorteilhaft zu reduzieren, sondern sie erfüllen eine Funktion mit Blick auf die Strömungseigenschaften des Mediums in dem Medienspalt, indem sie dem Medium, das heißt der Medienströmung, den entsprechenden Drall mitteilen, wenn sie im Betrieb der Medienspaltmaschine von dem Medium umströmt werden. Zugleich lenkt die Anströmkappe das anströmende Medium an dem rotierenden Rotor vorbei, sodass auch in diesem Bereich die Medienströmung günstig ausgestaltet ist.According to a preferred embodiment, it is provided that the webs via which the inflow cap is non-rotatably connected to the housing and / or to the stator are shaped or adjusted in such a way that the media flow penetrating the media gap or the second part penetrating the inner partial media gap -Media flow through the webs when the media splitting machine is in operation, a twist, i.e. a rotational movement component or an angular momentum, is imparted. In this way, on the one hand, the flow behavior for a part downstream of the media splitting machine, for example a turbocharger, can be improved, with a surge limit advantageously being able to be shifted, particularly in the case of a turbocharger; on the other hand, to improve the flow behavior of the medium in the medium gap, the webs can be used in a simple and cost-effective manner, which hold the inflow cap and in particular connect it to the housing and / or the stator in a rotationally fixed manner. These are therefore not only aerodynamically shaped, in particular in order to advantageously reduce their flow resistance, but they fulfill a function with a view to the flow properties of the medium in the media gap by communicating the corresponding swirl to the medium, i.e. the media flow, when they are in the The medium flows around the operation of the media splitting machine. At the same time, the inflow cap directs the inflowing medium past the rotating rotor, so that the medium flow is also designed favorably in this area.
Die Stege dienen insbesondere als Vorleitapparat zur Drallerzeugung.The webs serve in particular as a guide device for generating swirl.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Turbolader geschaffen wird, der eine erfindungsgemäße Medienspaltmaschine oder eine Medienspaltmaschine nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Die Medienspaltmaschine ist dabei stromaufwärts eines Verdichterrads des Turboladers angeordnet. Dabei dient die Medienspaltmaschine insbesondere der elektromotorischen Unterstützung der Verdichtung des Turboladers, wobei die zu verdichtende Luft den Medienspalt der Medienspaltmaschine im Betrieb derselben durchströmt. Bei dieser Ausgestaltung verwirklichen sich in besonderer Weise die zuvor bereits in Zusammenhang mit der Medienspaltmaschine erläuterten Vorteile.The object is also achieved by creating a turbocharger which has a media splitting machine according to the invention or a media splitting machine according to one of the exemplary embodiments described above. The media splitting machine is arranged upstream of a compressor wheel of the turbocharger. The media gap machine is used in particular to support the compression of the turbocharger by means of an electric motor, with the air to be compressed flowing through the media gap of the media gap machine when the same is in operation. In this embodiment, the advantages already explained above in connection with the media splitting machine are realized in a special way.
Insbesondere wird über den mindestens einen Statorsteg bevorzugt die Anströmung des Verdichterrads verbessert. Außerdem verbessert der mindestens eine Statorsteg bevorzugt den Wirkungsgrad des Turboladers und definiert dessen Kennfeld präziser.In particular, the flow towards the compressor wheel is preferably improved via the at least one stator web. In addition, the at least one stator web preferably improves the efficiency of the turbocharger and defines its characteristic field more precisely.
Der Turbolader ist bevorzugt als Abgasturbolader einer Leistungserzeugungseinrichtung, insbesondere einer Brennkraftmaschine oder Brennstoffzelle, ausgebildet.The turbocharger is preferably designed as an exhaust gas turbocharger of a power generation device, in particular an internal combustion engine or fuel cell.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Rotor der Medienspaltmaschine mit der Welle des Verdichterrads drehfest verbunden ist. Dies stellt eine besonders kompakte und einfache Ausgestaltung des Turboladers in Kombination mit der Medienspaltmaschine dar.According to a further development of the invention, it is provided that the rotor of the media splitting machine is connected to the shaft of the compressor wheel in a rotationally fixed manner. This represents a particularly compact and simple design of the turbocharger in combination with the media splitting machine.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Leistungserzeugungseinrichtung geschaffen wird, die einen erfindungsgemäßen Turbolader oder einen Turbolader nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. In Zusammenhang mit der Leistungserzeugungseinrichtung ergeben sich insbesondere die bereits in Zusammenhang mit der Medienspaltmaschine und dem Turbolader erläuterten Vorteile.The object is finally also achieved by creating a power generation device which has a turbocharger according to the invention or a turbocharger according to one of the exemplary embodiments described above. In connection with the power generation device, there are in particular the advantages already explained in connection with the media gap machine and the turbocharger.
Die Leistungserzeugungseinrichtung ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung eine Brennkraftmaschine. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist die Leistungserzeugungseinrichtung eine Brennstoffzelle.According to a preferred embodiment, the power generation device is an internal combustion engine. According to another preferred embodiment, the power generation device is a fuel cell.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Leistungserzeugungseinrichtung mit einem Ausführungsbeispiel eines Turboladers, der ein Ausführungsbeispiel einer Medienspaltmaschine aufweist.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. The single FIGURE shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a power generation device with an exemplary embodiment of a turbocharger which has an exemplary embodiment of a media splitting machine.
Die einzige Fig. zeigt eine schematische Detaildarstellung eines Ausführungsbeispiels einer als Brennkraftmaschine ausgebildeten Leistungserzeugungseinrichtung
Die Leistungserzeugungseinrichtung kann alternativ als Brennstoffzelle ausgebildet sein.The power generation device can alternatively be designed as a fuel cell.
Der Turbolader
Die elektrische Medienspaltmaschine
Zwischen dem Rotor
Der Stator
Der Medienspalt
Bevorzugt ist der mindestens eine Statorsteg
Vorzugsweise weist der Medienspalt
In bevorzugter Ausgestaltung ist stromaufwärts des Rotors
Es ist möglich, dass die Stege
In dem Gehäuse
Bevorzugt ist der Rotor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- EP 1182346 A2 [0004]EP 1182346 A2 [0004]
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020214339.0A DE102020214339A1 (en) | 2020-11-13 | 2020-11-13 | Media splitting machine, turbocharger with such a media splitting machine and power generation device with such a turbocharger |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020214339.0A DE102020214339A1 (en) | 2020-11-13 | 2020-11-13 | Media splitting machine, turbocharger with such a media splitting machine and power generation device with such a turbocharger |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102020214339A1 true DE102020214339A1 (en) | 2021-11-25 |
Family
ID=78408691
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102020214339.0A Ceased DE102020214339A1 (en) | 2020-11-13 | 2020-11-13 | Media splitting machine, turbocharger with such a media splitting machine and power generation device with such a turbocharger |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102020214339A1 (en) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19647605A1 (en) | 1996-11-18 | 1998-05-28 | Daimler Benz Ag | Exhaust gas turbocharger for internal combustion engines |
EP1182346A2 (en) | 2000-08-17 | 2002-02-27 | DaimlerChrysler AG | Turbocharger for an internal combustion engine |
DE102009046522A1 (en) | 2008-11-19 | 2010-05-20 | Ford Global Technologies, LLC, Dearborn | Inlet system for an internal combustion engine |
US20130239568A1 (en) | 2012-03-16 | 2013-09-19 | Calnetix Technologies, Llc | Turbo Assist |
DE102012221298A1 (en) | 2012-11-22 | 2014-05-22 | Robert Bosch Gmbh | Supercharger device for increasing output of drive unit of e.g. fuel cell of pure electrical motor car, has compressor running wheel arranged such that fluid entrance side of wheel is turned towards fluid passage running through housing |
DE102015207341A1 (en) | 2015-04-22 | 2016-10-27 | Ford Global Technologies, Llc | Compressor and motor vehicle |
DE102018206156A1 (en) | 2018-04-20 | 2019-10-24 | Robert Bosch Gmbh | Electric media flow machine, compressor and / or turbine |
CN110985199A (en) | 2019-12-20 | 2020-04-10 | 中国北方发动机研究所(天津) | Electric auxiliary booster structure based on ducted-air gap air intake |
-
2020
- 2020-11-13 DE DE102020214339.0A patent/DE102020214339A1/en not_active Ceased
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19647605A1 (en) | 1996-11-18 | 1998-05-28 | Daimler Benz Ag | Exhaust gas turbocharger for internal combustion engines |
EP1182346A2 (en) | 2000-08-17 | 2002-02-27 | DaimlerChrysler AG | Turbocharger for an internal combustion engine |
DE102009046522A1 (en) | 2008-11-19 | 2010-05-20 | Ford Global Technologies, LLC, Dearborn | Inlet system for an internal combustion engine |
US20130239568A1 (en) | 2012-03-16 | 2013-09-19 | Calnetix Technologies, Llc | Turbo Assist |
DE102012221298A1 (en) | 2012-11-22 | 2014-05-22 | Robert Bosch Gmbh | Supercharger device for increasing output of drive unit of e.g. fuel cell of pure electrical motor car, has compressor running wheel arranged such that fluid entrance side of wheel is turned towards fluid passage running through housing |
DE102015207341A1 (en) | 2015-04-22 | 2016-10-27 | Ford Global Technologies, Llc | Compressor and motor vehicle |
DE102018206156A1 (en) | 2018-04-20 | 2019-10-24 | Robert Bosch Gmbh | Electric media flow machine, compressor and / or turbine |
CN110985199A (en) | 2019-12-20 | 2020-04-10 | 中国北方发动机研究所(天津) | Electric auxiliary booster structure based on ducted-air gap air intake |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2158386B1 (en) | Turbocharger | |
DE102014210451A1 (en) | Turbocharger with electric machine | |
DE102011110752A1 (en) | Brushless motor | |
DE4310104C2 (en) | Process for reducing noise emissions and for improving air performance and efficiency in an axial turbomachine and turbomachine | |
EP2601730B1 (en) | Compact electrical machine | |
DE10024390C2 (en) | Turbo compressor for a piston internal combustion engine | |
DE102011107013A1 (en) | Cooling device for wind turbines | |
DE102009020646A1 (en) | Impeller for a fluid energy machine and electrically driven turbocharger | |
DE102021210027A1 (en) | Rotor assembly for a turbocharger with an additional electric motor drive and turbocharger | |
DE102020214339A1 (en) | Media splitting machine, turbocharger with such a media splitting machine and power generation device with such a turbocharger | |
EP3500747B1 (en) | Aircraft turbine having counter-rotating propellers | |
WO2013144040A1 (en) | Carrier ring | |
DE102006023130A1 (en) | Wind generator for transporting medium, has housing, where current generating mechanism is provided with rotating wheel and fixing plate laterally attached to impeller | |
DE102020214337A1 (en) | Media splitting machine, turbocharger with such a media splitting machine and power generation device with such a turbocharger | |
DE102020214336A1 (en) | Media splitting machine, turbocharger with such a media splitting machine and power generation device with such a turbocharger | |
DE102020214338A1 (en) | Media splitting machine, turbocharger with such a media splitting machine and power generation device with such a turbocharger | |
DE102021210026A1 (en) | Rotor assembly with rotor hollow shaft for a turbocharger with an additional electric motor drive and turbocharger | |
EP3596341B1 (en) | Fan | |
DE19549235C1 (en) | Miniature generator for electrically powering sensors for measuring electrical and magnetic field components | |
DE202012012783U1 (en) | Apparatus and system for converting kinetic energy of an exhaust air stream into electrical energy | |
DE102022125296A1 (en) | Electric machine | |
DE102018221161B4 (en) | Exhaust gas turbine of an exhaust gas turbocharger and an exhaust gas turbocharger with a flow-related disruptive element in the turbine housing | |
DE102011017373A1 (en) | Wind turbine | |
EP1048904A2 (en) | Ventilation unit for a filter and ventilation system, in particular for clean rooms | |
DE102015219022A1 (en) | Flow guiding device and turbomachine with at least one flow guiding device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R230 | Request for early publication | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: ROLLS-ROYCE SOLUTIONS GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: MTU FRIEDRICHSHAFEN GMBH, 88045 FRIEDRICHSHAFEN, DE |