KR20200104280A - 압축기 및/또는 터빈용 전기 매체 갭 기계, 및 압축기 및/또는 터빈 - Google Patents

압축기 및/또는 터빈용 전기 매체 갭 기계, 및 압축기 및/또는 터빈 Download PDF

Info

Publication number
KR20200104280A
KR20200104280A KR1020207008211A KR20207008211A KR20200104280A KR 20200104280 A KR20200104280 A KR 20200104280A KR 1020207008211 A KR1020207008211 A KR 1020207008211A KR 20207008211 A KR20207008211 A KR 20207008211A KR 20200104280 A KR20200104280 A KR 20200104280A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stator
stator teeth
gap machine
tooth
rotor
Prior art date
Application number
KR1020207008211A
Other languages
English (en)
Inventor
홀거 라프
미하엘 나우
토마스 프뤼슈츠
잉오 임멘되르퍼
미하엘 보이어를레
마르틴 크로프
하르트무트 바이스
Original Assignee
로베르트 보쉬 게엠베하
비엠티에스 테크놀로지 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 로베르트 보쉬 게엠베하, 비엠티에스 테크놀로지 게엠베하 운트 코. 카게 filed Critical 로베르트 보쉬 게엠베하
Publication of KR20200104280A publication Critical patent/KR20200104280A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/08—Adaptations for driving, or combinations with, pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/026—Scrolls for radial machines or engines
    • 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
    • F04D25/024—Units comprising pumps and their driving means the driving means being assisted by a power recovery turbine
    • 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
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/40—Application in turbochargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/76—Application in combination with an electrical generator
    • 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)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 압축기(2) 및/또는 터빈(3)용, 특히 내연 기관의 터보 차저(1)용 전기 매체 갭 기계(10)에 관한 것이며, 상기 전기 매체 갭 기계(10)는 하우징(6) 내에 회전 가능하게 장착된 샤프트(5), 및 하우징에 고정된 고정자(12)를 포함하고, 상기 샤프트 상에 회전자(11)가 회전 고정 방식으로 배치되며, 상기 고정자(12)는 구동 자기장을 발생시키기 위한 적어도 하나의 다상 구동 권선(16), 및 반경 방향 내측으로 돌출된 다수의 고정자 톱니(15)를 포함하고, 각각의 고정자 톱니(15)는 고정자 요크(12)에 관련된 톱니 베이스(29), 및 회전자(11)를 향하는 자유 단부(28)를 포함한다. 적어도 다수의 고정자 톱니(15), 특히 모든 고정자 톱니(15)의 단부(28)는 동일한 고정자 톱니(15)의 톱니 베이스(29)에 대해 축 방향 오프셋되어 배치된다.

Description

압축기 및/또는 터빈용 전기 매체 갭 기계, 및 압축기 및/또는 터빈
본 발명은 압축기 및/또는 터빈용, 특히 내연 기관의 터보 차저용 전기 매체 갭 기계에 관한 것이며, 상기 전기 매체 갭 기계는 하우징 내에 회전 가능하게 장착된 샤프트, 및 하우징에 고정된 고정자를 포함하고, 상기 샤프트 상에 회전자가 회전 고정 방식으로 배치되며, 상기 고정자는 구동 자기장을 발생시키기 위한 적어도 하나의 다상 구동 권선, 및 반경 방향 내측으로 돌출된 다수의 고정자 톱니를 포함하고, 각각의 고정자 톱니는 고정자 요크에 관련된 톱니 베이스, 및 회전자를 향하는 자유 단부를 포함한다.
또한, 본 발명은 하우징, 상기 하우징 내에 회전 가능하게 장착된 샤프트, 및 전기 매체 갭 기계를 포함하는 압축기 및/또는 터빈, 특히 터보 차저에 관한 것이며, 상기 샤프트 상에 적어도 하나의 압축기 휠 또는 터빈 휠이 회전 고정 방식으로 배치되고, 상기 전기 매체 갭 기계는 샤프트 상에 회전 고정 방식으로 배치된 회전자, 및 하우징에 고정된 고정자를 포함하며, 상기 고정자는 구동 자기장을 발생시키기 위한 구동 권선을 포함한다.
상기 유형의 전기 매체 갭 기계 및 압축기 및/또는 터빈은 종래 기술에 이미 알려져 있다. 압축기, 특히 터보 차저 및 배기 가스 터보 차저는 특히 자동차 공학에서 내연 기관의 성능을 높이기 위해 내연 기관의 실린더 내의 공기 충전을 증가시키는데 사용된다. 이를 위해, 내연 기관의 배기 가스 흐름에 의해 구동되는 터보 차저가 종종 사용된다. 또한, 전기 모터로 터보 차저를 지원하여, 내연 기관의 배기 가스 흐름과는 관계없이, 흡입된 신선한 공기가 압축되어 증가된 급기압으로 내연 기관에 공급될 수 있게 하는 것이 알려져 있다. 이러한 터보 차저는 예를 들어 공개 공보 DE 10 2014 210 451 A1에 알려져 있다. 터보 차저에서도, 압축기 휠과 터빈 휠이 회전 고정 방식으로 배치된 터보 차저의 샤프트를 구동하기 위해, 전기 모터 지원이 이미 알려져 있다. 이로 인해, 예를 들어 급기압 형성이 상당히 가속될 수 있다.
매체 갭 기계에 의한 전기 모터 지원의 실현은, 흡입된 신선한 공기가 매체 갭 기계의 회전자와 고정자 사이에 형성된 매체 갭을 통해 안내되기 때문에, 모터 지원이 터보 차저 내에 특히 설치 공간 절약 방식으로 통합될 수 있다는 장점을 갖는다. 이 경우, 매체 갭 기계는 설치 공간 절약 방식으로 유동 프로파일 내로 통합될 수 있다. 또한, 매체 갭 기계의 회전자 및 고정자가 작동 중에 공기 흐름에 의해 냉각된다는 장점이 있다.
고정자는 일반적으로 환형 고정자 요크, 및 상기 고정자 요크로부터 반경 방향 내측으로 돌출된 고정자 톱니들을 포함하고, 상기 고정자 톱터들은 원주 방향으로 볼 때 서로 이격되고 균일하게 분포 배치된다. 고정자 톱니들은 일반적으로 다상 구동 권선에 의해 감겨져 있으며, 전력 전자 장치에 의해 구동 권선의 위상에 전원을 공급함으로써 샤프트 상에 회전 고정 방식으로 배치된 회전자에 작용하는 회전 구동 자기장이 형성되고, 상기 자기장에 의해 회전자 또는 샤프트가 소정 토크로 구동된다. 이 경우, 회전자는 일반적으로 회전 자기장과 상호 작용하는 하나 이상의 영구 자석을 포함한다.
본 발명의 과제는 작동 중에 회전자 또는 샤프트의 진동 거동이 최적화되거나 감소되는 전기 매체 갭 기계를 제공하는 것이다.
청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 본 발명에 따른 매체 갭 기계는 매체 갭 기계의 회전자가 매체 갭 기계의 동일한 성능 잠재력에서 고정자 또는 고정자 요크에 대해 축 방향으로 오프셋되어 배치될 수 있다는 장점을 갖는다. 이로 인해, 회전자는 샤프트를 지지하는 적어도 하나의 베어링, 특히 롤링 바디 베어링에 더 가깝게 배치될 수 있으며, 따라서 작동 중에 회전자 또는 샤프트의 진동 거동이 최적화되거나 감소된다. 이 경우, 압축기 휠 또는 터빈 휠의, 회전자 반대편 측면 상에는 하우징 내에 샤프트를 회전 가능하게 지지하기 위한 적어도 하나의 베어링, 특히 롤링 바디 베어링이 배치되고, 회전자는 특히 샤프트의 자유 단부 상에 놓이는 것이 전제된다. 본 발명에 따르면, 적어도 다수의 고정자 톱니들, 특히 모든 고정자 톱니들의 단부는 동일한 고정자 톱니의 톱니 베이스에 대해 축 방향으로 오프셋되어 배치된다. 따라서, 고정자 톱니들은 길이 방향 단면으로 볼 때 샤프트 축 또는 회전자 축에 대해 수직으로 반경 방향 내측으로 돌출하지 않고, 단부가 각각의 고정자 톱니의 톱니 베이스에 대해 축 방향으로 오프셋되어 배치되게 하는 만곡부, 굽힘부 또는 전단부를 갖는다. 회전자는 바람직하게는 고정자 톱니의 베이스에 대향하여 배치되며, 이 경우 고정자는 축 방향으로 오프셋되어 배치된 베이스에 대향하여 배치된다. 이로 인해, 전기 매체 갭 기계의 성능이 유지되지만, 고정자 요크에 대한 회전자의 축 방향 오프셋이 가능해진다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 적어도 다수의 고정자 톱니들의 각각의 고정자 톱니는 톱니 베이스에 대한 단부의 축 방향 오프셋 배치를 위해 적어도 부분적으로 만곡부 또는 전단부를 갖는다. 만곡부는 작거나 큰 반경을 가질 수 있다. 제 1 실시 예에 따르면, 각각의 고정자 톱니는 매우 짧은 섹션에서, 고정자 톱니가 실제로 축 방향으로 꼬임(kink)을 가질 정도로 작은 반경을 갖는 만곡부를 포함하며, 따라서 평행사변형 형태로 형성된 고정자 톱니의 형상이 부분적으로 주어진다. 이는 간단하고 저렴한 해결책을 제공한다. 대안으로서, 상기 만곡부는 각각의 고정자 톱니의 측면 에지(측면도로 볼 때)에서 명확하게 인식될 수 있을 정도의 큰 반경을 갖는다. 예를 들어, 각각의 고정자 톱니의 유입 에지 및 유출 에지는 부분적으로, 특히 각각의 고정자 톱니의 높이의 일부에 걸쳐 만곡되어 형성된다. 각각의 고정자 톱니의 만곡부는 바람직하게는 굽힘 만곡부이다. 이는 각각의 고정자 톱니의 단부가 굽힘 공정에 의해 톱니 베이스에 대해 축 방향으로 오프셋됨을/오프셋되었음을 의미한다. 고정자 톱니의 이러한 추후 변형에 의해, 톱니 베이스에 대한 단부의 간단한 축 방향 오프셋이 보장된다. 고정자는 고체 요소 또는 다수의 고정자 시트로 형성될 수 있다. 시트형 실시 예에서, 각각의 시트는 개별 시트가 조립되어 고정자를 형성하기 전에, 프레스 내에서 구부러지는 것이 바람직하며, 따라서 다수의 시트가 조립될 때 오프셋된 단부를 가진 소정 고정자 톱니 형상이 주어진다. 개별 시트 부품이 조립되어 전체 고정자를 형성한 후에야, 베이킹 바니시로 베이킹되고, 각각의 고정자 톱니의 유동에 바람직한 외부 윤곽을 달성하기 위해 선택적으로 가공된다. 대안으로서, 각각의 고정자 톱니의 만곡부는 고정자가 제조될 때, 즉 고정자 또는 각각의 고정자 톱니가 형성될 때 이미 고려되고 제공된다. 바람직하게는 고정자 시트들은 조립 전에 이미 각각의 고정자 톱니의 축 방향 오프셋된 형상을 갖도록 스탬핑된다. 만곡부 대신 전단부가 제공되는 경우에도 마찬가지이다.
본 발명의 바람직한 개선에 따르면, 적어도 다수의 고정자 톱니가 각각 베이스 톱니, 및 상기 베이스 톱니에 인접한 플럭스 가이드 요소를 포함한다. 따라서, 각각의 고정자 톱니는 베이스 톱니 및 이에 인접한 플럭스 가이드 요소로 이루어진다. 일반적으로 베이스 톱니보다 더 좁게 형성되는 플럭스 가이드 요소에 의해, 고정자의 자속이 회전자에 더 가깝게 공급될 수 있으며, 고정자와 회전자 사이의 에어 갭이 더 작아질 수 있어서 매체 갭 기계의 성능이 향상된다.
만곡부는 바람직하게는 베이스 톱니로부터 플럭스 가이드 요소로의 전이부 내에 형성된다. 따라서, 베이스 톱니는 고정자 톱니에서 통상적인 바와 같이, 회전자의 회전축에 대해 수직으로 반경 방향으로 배향되는 한편, 플럭스 가이드 요소는 고정자 톱니를 형성하는 단부를 포함하며, 상기 단부는 베이스 톱니에 대해 축 방향으로 오프셋되어 배치된다. 필요한 경우, 베이스 톱니 및 플럭스 가이드 요소는 매체 갭 기계의 제조 중에 서로 결합되는 별도의 구성 요소로서 설계된다. 이로 인해, 만곡부의 추후 형성이 생략될 수 있다. 그 대신, 플럭스 가이드 요소는 이미 평행사변형 형태로 설계되고 베이스 톱니의 자유 단부에 고정되므로, 베이스 톱니와 플럭스 가이드 요소가 조립될 때 각각의 고정자 톱니의 전술한 형상이 주어진다.
만곡부가 베이스 톱니로부터 플럭스 가이드 요소로의 전이 영역 내에 놓이는 것에 대한 대안으로서, 만곡부는 추가의 바람직한 실시 예에 따라 각각의 플럭스 가이드 요소를 따라 연장된다. 따라서, 각각의 플럭스 가이드 요소는 그 자체가 만곡되어 형성되므로 만곡된 유입 에지 및 만곡된 유출 에지를 포함한다. 그러나, 만곡부는 반드시 고정자 톱니로부터 플럭스 가이드 요소로의 전이부 내에 놓일 필요는 없고, 베이스 톱니로부터 플럭스 가이드 요소로의 전이부에 대해 반경 방향으로 이격되어, 베이스 톱니 내에 또는 플럭스 가이드 요소 내에 놓일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 고정자 톱니들의 오프셋된 단부들은 축 방향으로 동일하게 오프셋된다. 이로 인해, 오프셋된 단부는 축 방향으로 볼 때 동일한 높이에서 서로 대향하여 놓이므로, 매체 갭 기계의 바람직한 작동이 주어진다.
청구항 제 9 항의 특징들을 갖는 본 발명에 따른 압축기 및/또는 본 발명에 따른 터빈, 특히 본 발명에 따른 터보 차저는 매체 갭 기계의 본 발명에 따른 설계를 특징으로 한다. 이로 인해, 이미 언급된 장점이 얻어진다.
특히, 적어도 다수의 고정자 톱니의 단부들은 압축기 휠 또는 터빈 휠을 향해 축 방향으로 오프셋되어 배치되므로, 회전자는 압축기 휠 또는 터빈 휠에 더 가깝게 배치되거나 배치될 수 있다. 이로 인해, 회전자가 압축기 휠 또는 터빈 휠의 방향으로 구동 와인딩 또는 고정자 요크의 추가 축 방향 변위를 방지하는 하우징 섹션 내에 반경 방향으로 놓이는 하우징의 영역에 회전자를 배치하는 것이 가능하다. 터보 차저는 일반적으로 각각의 임펠러, 즉 압축기 휠 또는 터빈 휠에 관련된 적어도 하나의 유동 볼류트를 갖는다. 이 유동 볼류트는 하우징의 내부 공간 및 이에 따라 매체 갭 기계에 이용 가능한 설치 공간을 감소시킨다. 본 발명에 따른 매체 갭 기계를 구비한 압축기 및/또는 터빈의 바람직한 설계에 의해, 회전자가 볼 류트의 영역 내에 축 방향으로 배치될 수 있다. 이로 인해, 압축기 휠 또는 터빈 휠에 관련된 롤링 바디 베어링과 회전자 사이의 거리를 감소시키는 특히 컴팩트한 구성이 달성되어, 회전자를 지지하는 단부 상의 샤프트의 진동 거동이 개선된다.
또한, 각각의 고정자 톱니의 축 방향 길이는 각각의 고정자 톱니의 반경 방향으로 일정하거나 또는 변하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 기존 설치 공간 및/또는 성능 요구 사항과 관련하여 고정자 형상의 최적화가 가능하다.
본 발명은 도면을 참조하여 하기에서 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 매체 갭 기계가 통합된 터보 차저의 단면도이고,
도 2는 매체 갭 기계의 단면도이며,
도 3은 매체 갭 기계의 변형 실시 예의 상세도이다.
도 1은 압축기(2) 및 터빈(3)을 포함하는 터보 차저(1)의 길이 방향 단면도를 도시한다. 압축기(2)는 샤프트(5) 상에 회전 고정 방식으로 배치된 압축기 휠(4)을 포함한다. 샤프트(5) 자체는 터보 차저(1)의 하우징(6) 내에 회전 가능하게 장착된다. 압축기 휠(4)의 반대편에 있는 샤프트(5)의 단부에서, 터빈(3)의 터빈 휠(7)이 샤프트(5)에 회전 고정 방식으로 연결된다. 내연 기관의 배기 가스가 터빈 휠(7)에 유입되어 터빈 휠(7)이 구동되면, 압축기 휠(4)도 회전 운동을 하므로 압축기 휠(4)에 공급된 신선한 공기가 압축되어 내연 기관에 공급된다.
하우징(6) 내에 샤프트(5)의 회전 가능한 지지는 다양한 방식으로 실현될 수 있다. 제 1 실시 예에 따르면, 샤프트(5)는 적어도 2 개의 베어링(8, 9)에 의해 하우징(6) 내에 회전 가능하게 지지된다. 바람직하게는 베어링(8, 9)으로서, 2 개의 롤링 바디 베어링이 제공된다. 샤프트(5)의 축 방향 지지를 위해, 롤링 바디 베어링들 중 하나가 축 롤링 바디 베어링으로서 설계될 수 있다.
대안으로서 그리고 도 1에 도시된 실시 예에 따르면, 베어링(8)은 자기 베어링으로서 설계되고 축 베어링으로서 역할을 하는 베어링(9)은 롤링 바디 베어링으로서 설계된다.
특히, 압축기(2)가 내연 기관의 배기 가스 흐름과 무관하게 구동될 수 있어서 항상 내연 기관의 실린더 내의 높은 실린더 공기 충전이 달성될 수 있도록 하기 위해, 여기서는 또한 터보 차저(1)가 전기 매체 갭 기계(10)를 포함한다. 상기 전기 매체 갭 기계(10)는 여기서 압축기(2) 내에 통합되며, 매체 갭 기계(10)의 회전자(11)는 터빈 휠(7)의 반대편에 있는 샤프트(5)의 단부 상에 회전 고정 방식으로 배치된다. 회전자(11)와 상호 작용하는 고정자(12)는 압축기 휠(4)로 이어지는 터보 차저(1)의 유동 채널(13)에서 회전자(11)와 동축으로, 하우징에 고정되어 배치된다.
도 2는 더 나은 이해를 위해 매체 갭 기계(10)의 단면 사시도를 도시한다. 고정자(12)는 원형 고정자 요크(14)를 포함하며, 상기 고정자 요크(14) 상에서 고정자 요크(14)의 원주에 균일하게 분포된 다수의 고정자 톱니(15)는 반경 방향 내측으로 돌출되어 회전자(11) 또는 샤프트(5)의 회전축의 방향을 가리킨다. 고정자 톱니들(15)은 회전자(12)에 대해 반경 방향으로 이격되어 끝나므로, 고정자 톱니(15)와 회전자(12) 사이에 공기 갭이 남게 된다. 여기서, 고정자 톱니들은 고정자 요크(14)에 관련된 베이스 섹션(15'), 및 상기 베이스 섹션(15')을 연장하는 플럭스 가이드 요소(15")를 포함하고, 상기 플럭스 가이드 요소(15")의 자유 단부는 회전자(11)에 관련된다.
고정자(12)는 고정자 톱니(15) 주위에 감겨진 다수의 플랫 도체 코일(17)로 형성된 특히 다상의 구동 권선(16)을 포함한다. 플랫 도체 코일들(17)은 고정자(12)의 단부면에서 각각 와인딩 헤드(18 또는 19)를 형성하고, 상기 와인딩 헤드(18 또는 19)는 축 방향으로 고정자 톱니(15) 및 고정자 요크(14)를 넘어 돌출된다.
여기서, 압축기(2)는 임펠러 또는 압축기 휠(4)에 관련되며 유동 볼류트(volute; 22)를 포함한다. 유동 볼류트(22)는 하우징(6)에 의해 형성되고, 특히 도 1에 도시된 바와 같이, 축 방향으로 매체 갭 기계(10)를 향해 압축기 휠(4)을 넘어 돌출된다. 와인딩 헤드(19)의 설치 공간은 하우징(6) 내에서 유동 볼류트(22)에 의해 축 방향으로 제한된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 외주(23)로부터 내주(24)까지의 반경 방향 높이(H)를 갖는 플랫 도체 코일들(17)은 바람직하게는 고정자 요크(14)와 외부 슬리브(25) 사이에 배치되며, 상기 외부 슬리브(25)는 매체 갭 기계(10)를 통해 안내되는 매체, 특히 신선한 공기용 유동 경로(26)를 반경 방향 외측으로 제한한다. 외부 슬리브(25)는 고정자 톱니(15), 특히 플럭스 가이드 요소(15")에 의해 관통된다.
외부 슬리브(25)에 대해 동축으로, 내부 슬리브(27)가 외부 슬리브(25) 내에 배치되며, 회전자(11)에 관련되지만 상기 회전자(11)에 대해 이격되어 있다. 고정자 톱니들(15)의 플럭스 가이드 요소들(15")은 적어도 내부 슬리브(27)까지 연장되거나 상기 내부 슬리브(27)를 관통하므로, 고정자 톱니들(15)은 외부 슬리브(25)와 내부 슬리브(27) 사이의 전체 사이 공간을 통해 연장된다. 내부 슬리브(27)는 유동 경로(26)를 반경 방향 내측으로 제한하고, 바람직하게는 회전자(11)의 상류에 놓인 그 단부면에서 커버 캡에 의해 폐쇄되어, 매체 갭 기계(10)를 통해 안내되는 매체는 내부 슬리브(27)와 외부 슬리브(25) 사이의 유동 경로(26)를 통해서만 안내된다. 따라서 유동 경로(26)가 고정자(12)를 통해 안내되고 매체가 고정자 톱니들(15), 적어도 플럭스 가이드 요소(15") 주위로 흐르기 때문에, 고정자(12) 및 회전자(11)는 바람직하게는 매체에 의해 냉각된다. 선택적으로, 외부 슬리브(25)는 상응하는 수의 고정자 톱니(15) 및 플랫 도체 코일(17)을 유지 및 고정하기 위한 홀딩 장치들을 포함하며, 따라서 이들은 외부 슬리브(25) 상에 사전 조립 가능하고/사전 조립되고 외부 슬리브(25)와 함께 사전 조립 유닛을 형성한다. 선택적으로, 내부 슬리브(27)는 또한 컴팩트한 유닛 또는 사전 조립 그룹을 형성하기 위해 외부 슬리브(25)에 연결되며, 특히 외부 슬리브(25)와 일체로 형성된다. 예를 들어, 내부 슬리브(27)와 외부 슬리브(25) 사이에 방사상 웨브들이 제공되며, 상기 방사상 웨브에 의해 일체형 설계가 보장된다. 방사상 웨브들은 특히 플럭스 가이드 요소들(15") 중 하나를 수용하고 이를 둘러싸도록 설계되어, 고정자(12) 상에 사전 조립 유닛의 컴팩트하고 간단한 배치 및 배향이 달성된다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 플럭스 가이드 요소들(15")은 전단부(30')에 의해 평행사변형 형태로 형성되어, 회전자(11)를 향하는 각각의 고정자 톱니(15)의 단부(28)는 고정자 요크(14) 또는 상기 고정자 요크를 향한 각각의 고정자 톱니(15)의 톱니 베이스(29)에 대해 축 방향으로 오프셋된다. 여기서, 모든 고정자 톱니(15)는 상응하게 설계되어, 고정자 톱니(15)의 단부들(28)은 고정자 요크(14)에 대해 압축기 휠(4)을 향해 축 방향으로 오프셋된다. 이로 인해, 회전자(11)는 샤프트(5) 상의 압축기 휠(4)에 축 방향으로 특히 근접하게 배치되므로, 회전자(11)와 베어링(8) 사이의 거리가 단축된다. 따라서, 회전자(11)를 갖는 단부 상에서 샤프트(5)의 진동 거동이 개선되고, 터보 차저(1)의 전반적인 작동 거동이 최적화된다.
본 실시 예에 따르면, 플럭스 가이드 요소(15")의 평행사변형 형태 설계로 인해, 베이스 톱니(15')의 비전단 영역과 플럭스 가이드 요소(15") 내의 전단 영역 사이의 거의 급격한 전이부가 형성되고, 상기 전단 영역은 상기 전이부에서 매우 작은 반경을 가진 각각의 고정자 톱니(15)의 만곡부를 형성하며, 상기 만곡부는 단부들(28)이 톱니 베이스(29)에 대해 축 방향으로 오프셋되어 정렬되거나 배치되게 한다. 즉, 고정자 톱니들(15)은 베이스 톱니(15')로부터 플럭스 가이드 요소(15")로의 전이부부터 압축기 휠(4)의 방향으로 전단된다.
고정자(12)의 시트형 설계의 경우, 이는 개별 고정자 시트를 결합하여 고정자(12) 또는 고정자 톱니(15)를 형성하기 전에 각각의 고정자 시트가 프레스에서 구부러짐으로써 달성된다. 본 실시 예에서, 굽힘부는 플럭스 가이드 요소(15")의 영역에서 각각의 고정자 시트가 상기 거의 급격한 전이부에 따라 구부러지거나 접히는 방식으로 수행된다. 이어서, 결합이 수행되어 요크 부분 또는 고정자 요크(14) 및 플럭스 가이드 요소(15")를 가진 전체 고정자 톱니(15)가 형성된다. 대안으로서, 고정자 적층 코어는 아직 구부러지지 않거나 접히지 않은 시트들로 결합될 수 있고, 이어서 굽힘 또는 접힘이 전체 적층 코어에서 수행될 수 있다. 이어서, 베이킹 바니시로 베이킹이 수행되고, 각각의 플럭스 가이드 요소에 유동에 바람직한 최종 외형이 제공되는 추가 수정이 수행되는 것이 바람직하다.
도 3은 매체 갭 기계의 추가 실시 예를 고정자 톱니들(15) 중 하나의 고정자 톱니의 상세도로 도시한다. 전술한 실시 예에 대한 대안으로서, 전단부(30') 대신, 플럭스 가이드 요소(15")를 따라 연장되는 만곡부(30)가 제공된다. 전술한 실시 예에서 전이 영역 내에 꼬임이 존재하는 한편, 본 실시 예에 따르면 훨씬 더 큰, 일정한 또는 변하는 반경을 가지며 전체 플럭스 가이드 요소(15")를 따라 연장되는 만곡부(30)를 가진 굽힘 라인이 제공된다. 이로 인해, 도 3에 도시된 바와 같이, 압축기 휠(4)의 반대편에 있는 플럭스 가이드 요소(15")의 유입 에지(31), 및 압축기 휠(4)을 향한 플럭스 가이드 요소(15")의 유출 에지(32)가 만곡되어 형성된다.
설명된 2 개의 변형 예에 의해, 회전자(11)는 압축기 휠(4) 및 그에 따라 가장 가까운 베어링(8)에 더 가깝게 배치될 수 있다. 이는 회전자(11) 및/또는 샤프트(5)의 과부하를 일으킬 수 있는 굽힘 진동의 발생 위험을 상당히 감소시킨다.
다수의 고정자 시트로 고정자(12)를 설계하는 것에 대한 대안으로서, 다른 실시 예에 따라, 고정자(12) 또는 고정자 톱니(15)가 고체 재료 또는 분말 복합 재료로 제조된다. 이 경우, 각각의 고정자 톱니의 축 방향 길이가 반경 방향으로 일정하지 않고 변하는 기하학적 구조가 제조될 수 있다. 이로 인해, 예를 들어, 기존의 설치 공간에 대한 각각의 고정자 톱니의 최적의 매칭이 달성될 수 있다.
전단부 또는 만곡부의 시작은 본 실시 예에서와 같이, 반드시 베이스 톱니(15')와 플럭스 가이드 요소(15") 사이의 전이부에 놓여야 할 필요는 없고, 베이스 톱니(15') 또는 플럭스 가이드 요소(15") 내에서 상기 전이부로부터 반경 방향으로 이격되어 놓일 수도 있다.
2: 압축기
3: 터빈
4: 압축기 휠
5: 샤프트
6: 하우징
10: 전기 매체 갭 기계
11: 회전자
12: 고정자
15: 고정자 톱니
16: 구동 권선
29: 톱니 베이스

Claims (10)

  1. 압축기(2) 및/또는 터빈(3)용, 특히 내연 기관의 터보 차저(1)용 전기 매체 갭 기계(10)로서, 상기 전기 매체 갭 기계(10)는 하우징(6) 내에 회전 가능하게 장착된 샤프트(5), 및 하우징에 고정된 고정자(12)를 포함하고, 상기 샤프트(5) 상에 회전자(11)가 회전 고정 방식으로 배치되며, 상기 고정자(12)는 구동 자기장을 발생시키기 위한 적어도 하나의 다상 구동 권선(16) 및 반경 방향 내측으로 돌출된 다수의 고정자 톱니(15)를 포함하고, 각각의 고정자 톱니(15)는 고정자 요크(12)에 관련된 톱니 베이스(29), 및 회전자(11)를 향하는 자유 단부(28)를 포함하는, 상기 전기 매체 갭 기계(10)에 있어서,
    적어도 다수의 고정자 톱니(15), 특히 모든 고정자 톱니(15)의 상기 단부(28)는 동일한 고정자 톱니(15)의 상기 톱니 베이스(29)에 대해 축 방향으로 오프셋되어 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 매체 갭 기계(10).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 다수의 고정자 톱니(15)의 각각의 고정자 톱니(15)는 상기 톱니 베이스(29)에 대한 상기 단부(28)의 축 방향 오프셋 배치를 위해 적어도 부분적으로 만곡부(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 매체 갭 기계(10).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 다수의 고정자 톱니(15)의 각각의 고정자 톱니(15)는 상기 톱니 베이스(29)에 대한 상기 단부(28)의 축 방향 오프셋 배치를 위해 적어도 부분적으로 전단부(30')를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 매체 갭 기계(10).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 다수의 고정자 톱니(15)는 각각 베이스 톱니(15') 및 상기 베이스 톱니(15')에 인접한 플럭스 가이드 요소(15")를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 매체 갭 기계(10).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 만곡부(30)는 상기 베이스 톱니(15')로부터 상기 플럭스 가이드 요소(15")로의 전이부 내에, 상기 베이스 톱니(15') 내에 또는 상기 플럭스 가이드 요소(15") 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 매체 갭 기계(10).
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각각의 고정자 톱니(15)의 상기 만곡부(30)는 각각의 플럭스 가이드 요소(15")를 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 전기 매체 갭 기계(10).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자 톱니(15)의 오프셋된 단부(28)는 축 방향으로 동일하게 오프셋되는 것을 특징으로 하는 전기 매체 갭 기계(10).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 다수의 고정자 톱니(15)의 축 방향 길이는 상기 각각의 고정자 톱니(15)의 반경 방향으로 일정하거나 또는 변하는 것을 특징으로 하는 전기 매체 갭 기계(10).
  9. 하우징(6), 상기 하우징(6) 내에 회전 가능하게 장착된 샤프트(5), 및 전기 매체 갭 기계(10)를 포함하는 압축기(2) 및/또는 터빈(3), 특히 터보 차저(1)로서, 상기 샤프트(5) 상에 적어도 하나의 압축기 휠(4) 또는 터빈 휠(7)이 회전 고정 방식으로 배치되고, 상기 전기 매체 갭 기계(10)는 상기 샤프트(5) 상에 회전 고정 방식으로 배치된 회전자(11), 및 하우징에 고정된 고정자(12)를 포함하며, 상기 고정자(12)는 구동 자기장을 발생시키기 위한 구동 권선(16)을 포함하는, 상기 압축기/터빈에 있어서,
    상기 매체 갭 기계(10)가 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기/터빈.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 적어도 다수의 고정자 톱니(15)의 단부들(28)은 상기 압축기 휠(4) 또는 상기 터빈 휠(7)의 방향으로 축 방향 오프셋되어 배치되는 것을 특징으로 하는 압축기/터빈.
KR1020207008211A 2017-09-22 2018-09-18 압축기 및/또는 터빈용 전기 매체 갭 기계, 및 압축기 및/또는 터빈 KR20200104280A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017216859.5 2017-09-22
DE102017216859.5A DE102017216859A1 (de) 2017-09-22 2017-09-22 Elektrische Medienspaltmaschine für einen Verdichter und/oder Turbine, Verdichter und/oder Turbine
PCT/EP2018/075212 WO2019057712A1 (de) 2017-09-22 2018-09-18 Elektrische medienspaltmaschine für einen verdichter und/oder turbine, verdichter und/oder turbine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200104280A true KR20200104280A (ko) 2020-09-03

Family

ID=63667906

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207008211A KR20200104280A (ko) 2017-09-22 2018-09-18 압축기 및/또는 터빈용 전기 매체 갭 기계, 및 압축기 및/또는 터빈

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20200248616A1 (ko)
JP (1) JP2020534786A (ko)
KR (1) KR20200104280A (ko)
CN (1) CN111630750A (ko)
DE (1) DE102017216859A1 (ko)
WO (1) WO2019057712A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3089712B1 (fr) * 2018-12-11 2023-03-10 Ifp Energies Now Stator de machine électrique avec une couronne formée d’une pluralité de segments de stator
ES2914811T3 (es) * 2019-05-27 2022-06-16 Magnax Bv Estator para una máquina de flujo axial

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006166637A (ja) * 2004-12-08 2006-06-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd スピンドルモータ
DE102005042519A1 (de) * 2005-09-07 2007-03-08 Minebea Co., Ltd. Elektrische Maschine und Verfahren zum Herstellen der elektrischen Maschine
WO2008020512A1 (fr) * 2006-08-18 2008-02-21 Ihi Corporation Compresseur volumétrique électrique
DE102007062540A1 (de) * 2007-12-20 2009-06-25 Sycotec Gmbh & Co. Kg Elektromotor beziehungsweise Generator
DE102014210451A1 (de) * 2014-06-03 2015-12-03 Robert Bosch Gmbh Turbolader mit elektrischer Maschine

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020534786A (ja) 2020-11-26
WO2019057712A1 (de) 2019-03-28
US20200248616A1 (en) 2020-08-06
CN111630750A (zh) 2020-09-04
DE102017216859A1 (de) 2019-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3242002B1 (en) Turbocharger
CN110754029B (zh) 用于压缩机和/或涡轮机的电的介质间隙机、涡轮增压器和/或涡轮机
JP5268885B2 (ja) 多相の電気機械に用いられるステータ
JP6479053B2 (ja) 電気機械を備えたターボチャージャ
EP2025891B1 (en) Electric supercharger
US8749105B2 (en) Magnetic inductor rotary machine and fluid transfer apparatus that uses the same
US9419484B2 (en) Stator for rotating electric machine
JP6366851B2 (ja) 車両用交流発電機
KR100893450B1 (ko) 전기 모터
US20170279325A1 (en) Motor-driven fluid machine
CN101865056B (zh) 燃料泵
KR20200104280A (ko) 압축기 및/또는 터빈용 전기 매체 갭 기계, 및 압축기 및/또는 터빈
CN114069909A (zh) 定子、电机、压缩机和电器设备
CN110677076B (zh) 用于运行电介质流机器的方法、控制器、介质流机器、压缩机和/或涡轮机
US20200248704A1 (en) Electric media gap machine, and compressor and/or turbine
US7109612B2 (en) Ventilating device for electrical machine in particular for motor vehicle
KR101289800B1 (ko) 영구 자석 모터 및 이를 구비한 유체 과급 장치
CN115004517A (zh) 旋转机械
WO2022202077A1 (ja) モータロータ及び過給機
CN113366733A (zh) 由电机驱动的、压缩轴穿过转子的流体压缩设备
CN113258720A (zh) 用于压气机和/或涡轮机的电机
US20200381963A1 (en) Electric machine having a stator grating comprising aerodynamic appendages
CN114867935A (zh) 介质间隙电机，特别是用于涡轮增压器
CN113364213A (zh) 具有改进的冷却的旋转电机

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application