WO2019057711A1 - Elektrische medienspaltmaschine, verdichter und/oder turbine - Google Patents

Elektrische medienspaltmaschine, verdichter und/oder turbine Download PDF

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splitting machine
housing
stator
media splitting
media
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PCT/EP2018/075211
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Michael BÄUERLE
Thomas FRÜHSCHÜTZ
Hartmut Weiss
Holger Rapp
Michael Nau
Peter Altermann
Ingo Immendoerfer
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Robert Bosch Gmbh
BMTS Technology GmbH & Co. KG
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an electric media splitting machine for a compressor and / or a turbine, in particular for an exhaust gas turbocharger
  • Flat conductor coil is formed, which has on both sides axially projecting end windings on the stator.
  • the invention relates to a compressor and / or a turbine, in particular an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, with a housing and with a rotatably mounted in the housing shaft on which at least one compressor or turbine wheel is rotatably disposed, and with an electric media splitting machine, the a rotatably mounted on the shaft rotor and a stator fixed to the housing, wherein the stator has a drive winding for generating a drive magnetic field.
  • turbocharger or exhaust gas turbocharger of the type mentioned are already known from the prior art.
  • Verdicher, in particular turbocharger or exhaust gas turbocharger are used in particular in motor vehicle to increase the air charge in cylinders of the internal combustion engine to increase the performance of the internal combustion engine. Often this will be turbocharger used, which are driven by the exhaust gas flow of the internal combustion engine.
  • Media splitting machine has the advantage that the motor support can be integrated in a particularly space-saving manner in the turbocharger, because the sucked fresh air through a between rotor and stator of the
  • the stator has an annular stator yoke and radially inwardly projecting from the stator yoke stator teeth, which in
  • stator teeth Seen circumferentially spaced from each other evenly distributed.
  • the stator teeth are usually wrapped by a multi-phase drive winding, wherein energized by the phases of the
  • the rotor usually has one or more
  • the media splitting machine according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the stator is particularly compact in the housing can be arranged, and in particular axially particularly close to the impeller of the compressor or the turbine can be moved.
  • the drive winding has at least one of the winding heads a forehead rising recess for at least partially receiving a housing portion of the housing. This is also the rotor of
  • Media splitting machine can be arranged particularly close to the impeller in the housing, which has the advantage that the rotor moves axially closer to a shaft bearing bearing, in particular plain bearings or WälzSystemlager moves.
  • the shaft of an exhaust gas turbocharger between the compressor wheel and the turbine wheel in the housing is rotatably supported by a plurality of (shaft) bearings.
  • the housing has a flow volume for guiding the gas, and the recess, in particular in the winding wheel facing the compressor wheel, is at least for
  • Turbine has the housing as usual a flow volume than
  • the drive winding for the area-wise absorption of the flow volumes is formed, the drive winding can be arranged particularly close to the flow volume and the stator can be axially arranged closer to the region of the flow volume, so that it is partially radially located within the flow volume. As a result, the available space is optimally utilized and the above advantages are achieved.
  • the recess extends along the entire circumference of the winding head.
  • the recess extends over the entire circumference of the winding head either continuously unchanged or has a change in their shape and / or shape, especially when the flow volutes changed in shape at its periphery, so that an optimal space utilization and displacement of the stator in the direction of
  • the respective winding head has a radial height from an inner circumference to an outer circumference and that the depression extends radially only over a region which is smaller than this height.
  • the depression does not extend over the entire end face, but only partially in the radial height, so that, for example, recessed by the recess, a peripheral edge.
  • a portion of the winding overhang remains, which extends axially as far as possible in the direction of the flow volutes, thereby ensuring the particularly close positioning of the rotor to the nearest shaft bearing.
  • the drive winding on the outer circumference is axially shorter than on the inner circumference.
  • the outer peripheral edge on the winding head is recessed by the recess, whereby the drive winding with the remaining projecting end winding is axially inserted into the flow volutes and is preferably inserted.
  • the depression increases in the direction of the outer circumference.
  • the flat conductor coil preferably has a rectangular conductor cross-section. This results in a maximum fill factor and a low electrical resistance of the drive winding and a Stromverdrfitungs bin at higher frequencies is lower compared to a wire with a circular conductor cross-section, resulting in a very low total power loss
  • Media splitter a the rotor circumferentially completely and axially at least partially surrounding inner sleeve and a coaxial with the inner sleeve disposed outer sleeve, wherein the drive winding is disposed radially outside the outer sleeve and wherein between inner sleeve and outer sleeve, the flow path for the medium through the media splitting machine is formed.
  • the media splitting machine thus has a device which defines the flow path for the medium. It is the
  • the outer sleeve which has a larger diameter than the inner sleeve, is in particular designed to carry the drive winding and optionally the stator teeth, so that a particularly compact embodiment is made possible.
  • the drive winding and possibly the stator teeth are captive and in particular only by destruction of the outer sleeve
  • the outer sleeve for example, brackets
  • latching devices which ensures easy mounting and fixing of the drive winding and optionally the stator teeth on the outer sleeve.
  • stator teeth or flux guide elements of the stator teeth extend through the flow path to the inner sleeve or even penetrate the inner sleeve.
  • the stator teeth penetrate the Flow path for the medium completely and the flow path leads directly through the stator in the region of the stator teeth and not, as usual in previously known media machines, radially between the Stator leopardspitzen and the rotor.
  • Media splitting machine is advantageously cooled by the medium flowing through the flow path / are.
  • the compressor according to the invention and / or the turbine according to the invention, in particular the exhaust-gas turbocharger, which has both compressor and turbine, with the features of claim 10, are characterized by the media-splitting machine according to the invention.
  • FIG. 1 shows an exhaust gas turbocharger with an integrated media splitter in a simplified sectional view
  • FIG. 1 shows in a simplified longitudinal sectional view a
  • Exhaust gas turbocharger 1 which has a compressor 2 and a turbine 3.
  • the compressor 2 has a compressor wheel 4, which is arranged rotatably on a shaft 5.
  • the shaft 5 is itself rotatable in a housing 6 of the
  • Exhaust gas turbocharger 1 stored. At a side remote from the compressor 4 end of the shaft 5 is also a turbine 7 of the turbine 3 rotatably with the
  • Compressor 4 compressed fresh air supplied and the internal combustion engine is supplied.
  • the rotatable mounting of the shaft 5 in the housing 6 can be realized in different ways. According to a first embodiment
  • the shaft 5 is rotatably supported by at least two bearings 8 and 9 in the housing 6.
  • bearings 8.9 for both axial and radial bearings are present as bearings, as shown in FIG.
  • at least one of the bearings is designed as a roller bearing.
  • At least the bearing 8 is designed as a magnetic bearing, and the bearing 9, which then serves in particular as a thrust bearing, as WälzSystemlager.
  • Media splitting machine 10 has. This is presently integrated in the compressor 2, wherein a rotor 1 1 of the media splitting machine 10 rotatably disposed on the side remote from the turbine wheel 7 end of the shaft 5. A cooperating with the rotor 1 1 stator 12 is fixed to the housing coaxial with the rotor 1 1 in the leading to the compressor 4 flow channel 13 of the
  • Exhaust gas turbocharger 1 is arranged.
  • FIG. 2 shows a perspective sectional view of the media splitting machine 10 for better understanding.
  • the stator 12 has an annular
  • annular stator yoke 14 on which a plurality of evenly distributed over the circumference of the stator yoke 14 arranged
  • Stator teeth 15 protrude radially inwardly and point in the direction of the rotor 1 1 and the axis of rotation of the shaft 5.
  • the stator teeth 15 terminate radially spaced from the rotor 1 1, so that between the stator teeth 15 and the rotor 1 1 remains an air gap.
  • the stator teeth have a base section 15 'assigned to the stator yoke 14 and a flux guide element 15 "extending the base section 15', whose free end is assigned to the rotor 11.
  • the stator 12 is provided with a particularly multi-phase drive winding 16, which consists of several wound around the stator teeth 15
  • Flat conductor coils 17 is formed.
  • the flat conductor coils 17 form on the
  • End sides of the stator 12 each have a winding head 18 and 19, which projects axially beyond the stator teeth 15 and the stator yoke 14.
  • Housing portion of the housing 6 of the exhaust gas turbocharger 1 record.
  • the compressor 2 has a flow volume 22 assigned to the impeller or compressor wheel 4.
  • the flow volume 22 is formed by the housing 6 and projects axially beyond the compressor wheel 4 in the direction of the media splitting machine 10, as shown in particular in FIG.
  • the recess 21 of the winding head 19 is formed such that it
  • Flow volume 22 of the housing 6 at least partially receives.
  • the recess 22 is curved, as shown in the longitudinal section of Figure 1, wherein the curvature of the recess 21 of the curvature of
  • Flow volume 22 is adjusted.
  • the shape of the recess 21 changes over the circumference of the winding head 19 away.
  • the recess 21 extends over a region of the winding head 19, which is smaller than the height H between the outer circumference 23 and the inner circumference 24 of the drive winding 16.
  • the recess 21 is assigned to the outer circumference 23 such that it has an outer edge of the winding head 19th spares.
  • the rotor 1 1 is closer to the bearing 8, with the advantage that on the rotor 1 1 acting or by the rotor 1 1 resulting
  • the flat conductor coils 17 are manufactured in particular by casting or by upright winding.
  • Aluminum is used as the material of the flat conductor coil, offers itself
  • the depression 21, which forms the counter contour to the flow volume 22, is co-created in the case of the cast flat conductor coil during the casting process.
  • the edge wound coil conductor is a
  • Machining process such as milling, or forming
  • Conductor cross section of the flat conductor coil 17 also results in a maximum fill factor and thus a very low electrical resistance.
  • the flat conductor coils 17 are advantageously arranged between the stator yoke 14 and an outer sleeve 25, one through the
  • an inner sleeve 27 is disposed within the outer sleeve 25, which is associated with the rotor 1 1, but spaced from this.
  • the stator teeth 15 extend with their flux guide elements 15 "at least to the inner sleeve 27 or even penetrate them, so that they pass through the entire space between the outer sleeve 25 and Inner sleeve 27 extend therethrough.
  • the inner sleeve 27 limits the
  • Flow path 26 radially inwardly and is preferably closed at its upstream of the rotor 1 1 lying end side by a cap so that the medium which is passed through the media splitting machine 10, only through the flow path 26 between the inner sleeve 27 and outer sleeve 25 is performed. Because the flow path 26 thus passes through the stator 12 and the medium flows around the stator teeth 15, at least the flux guide elements 15 ", the stator 12 and the rotor 11 are advantageously cooled by the medium 15 and
  • Holding devices for holding and locking the flat conductor coils 17 so that they are preassembled on the outer sleeve 25 / preassembled and form a pre-assembly together with the outer sleeve 25.
  • the inner sleeve 27 is also connected to the outer sleeve 25, in particular integrally formed therewith, to form a compact unit or pre-assembly group.
  • the inner sleeve 27 is also connected to the outer sleeve 25, in particular integrally formed therewith, to form a compact unit or pre-assembly group.
  • Inner sleeve 27 and the outer sleeve 25 radial webs provided by which the one-piece design is guaranteed.
  • the radial webs are in particular designed to receive in each case one of the flux guide elements 15 "and to surround it, so that a compact and simple arrangement and

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Medienspaltmaschine (10) für eine Verdichter (2) und/oder eine Turbine (3), insbesondere für einen Abgasturbolader (1) einer Brennkraftmaschine, mit einer in einem Gehäuse (6) drehbar gelagerten Welle (5), an welcher ein Rotor (11) drehfest angeordnet ist, mit einem gehäusefesten Stator (12), der zumindest eine mehrphasige Antriebswicklung (16) zur Erzeugung eines Antriebsmagnetfelds sowie mehrere radial nach innen vorstehende Statorzähne (15) aufweist, wobei die Antriebswicklung (16) als zumindest eine um die Statorzähne (15) gewickelte Flachleiterspule (17) ausgebildet ist, die an dem Stator (12) axial beidseitig überstehende Wickelköpfe (18,19) aufweist. Es ist vorgesehen, dass die Antriebswicklung (16) an zumindest einem der Wickelköpfe (18,19) eine stirnseitige Vertiefung (21) zur zumindest bereichsweisen Aufnahme eines Gehäuseabschnitts des Gehäuses (6) aufweist.

Description

Beschreibung Titel
Elektrische Medienspaltmaschine, Verdichter und/oder Turbine
Die Erfindung betrifft eine elektrische Medienspaltmaschine für einen Verdichter und/oder eine Turbine, insbesondere für einen Abgasturbolader einer
Brennkraftmaschine, mit einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Welle, an welcher ein Rotor drehfest angeordnet ist, mit einem gehäusefesten Stator, der zumindest eine mehrphasige Antriebswicklung zur Erzeugung eines
Antriebsmagnetfelds sowie mehrere radial nach innen vorstehende Statorzähne aufweist, wobei die Antriebswicklung als um die Statorzähne gewickelte
Flachleiterspule ausgebildet ist, die an dem Stator axial beidseitig überstehende Wickelköpfe aufweist.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen Verdichter und/oder eine Turbine, insbesondere einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse und mit einer in dem Gehäuse drehbar gelagerten Welle, auf welcher zumindest ein Verdichterrad oder Turbinenrad drehfest angeordnet ist, und mit einer elektrischen Medienspaltmaschine, die einen auf der Welle drehfest angeordneten Rotor und einen gehäusefesten Stator aufweist, wobei der Stator eine Antriebswicklung zum Erzeugen eines Antriebsmagnetfelds aufweist.
Stand der Technik
Elektrische Medienspaltmaschinen und Verdichter oder Turbinen
beziehungsweise Abgasturbolader der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Verdicher, insbesondere Turbolader oder Abgasturbolader, werden insbesondere im Kraftfahrzeugbau dazu genutzt, die Luftfüllung in Zylindern der Brennkraftmaschine zu erhöhen, um die Leistung der Brennkraftmaschine zu steigern. Häufig werden dazu Abgasturbolader eingesetzt, die vom Abgasstrom der Brennkraftmaschine angetrieben werden. Darüber hinaus ist es bekannt, einen Turbolader elektromotorisch zu
unterstützen, sodass unabhängig von einem Abgasstrom der
Brennkraftmaschine angesaugte Frischluft verdichtet und dem
Verbrennungsmotor mit erhöhtem Laderdruck zugeführt werden kann. Ein derartiger Turbolader ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2014 210 451 A1 vorgeschlagen worden. Auch eine Kombination beider Varianten ist bereits bekannt. Dabei wird ein Abgasturbolader mit einer elektrischen Maschine versehen, um die Welle des Abgasturboladers, auf welcher ein Verdichterrad sowie ein Turbinenrad drehfest angeordnet sind, anzutreiben. Hierdurch kann beispielsweise der Ladedruckaufbau maßgeblich beschleunigt werden. Die elektrische Maschine ist dabei üblicherweise auf einer von einem die Welle drehbar in dem Gehäuse lagernden Lager abgewandten Seite des Laufrads, also Verdichterrad oder Turbinenrad, angeordnet.
Die Realisierung der elektromotorischen Unterstützung durch eine
Medienspaltmaschine hat den Vorteil, dass die motorische Unterstützung besonders bauraumsparend in den Turbolader integrierbar ist, weil die angesaugte Frischluft durch einen zwischen Rotor und Stator der
Medienspaltmaschine gebildeten Medienspalt geführt wird. Dabei ist die
Medienspaltmaschine in den Strömungsverlauf bauraumsparend integrierbar. Außerdem ergibt sich der Vorteil, dass Rotor und Stator der
Medienspaltmaschine durch Luftstrom im Betrieb gekühlt werden. Üblicherweise verfügt der Stator über ein kreisringförmiges Statorjoch sowie über radial nach innen von dem Statorjoch vorstehende Statorzähne, die in
Umfangsrichtung gesehen beabstandet voneinander gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Statorzähne sind üblicherweise von einer mehrphasigen Antriebswicklung umwickelt, wobei durch Bestromung der Phasen der
Antriebswicklung mittels einer dafür vorgesehenen Leistungselektronik ein auf den auf der Welle ebenfalls drehfest angeordneten Rotor wirkendes und drehendes Antriebsmagnetfeld erzeugt wird, durch welches der Rotor beziehungsweise die Welle mit einem vorgebbaren Drehmoment angetrieben werden. Der Rotor weist hierbei üblicherweise einen oder mehrere
Permanentmagnete auf, die mit dem drehenden Magnetfeld zusammenwirken. Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Medienspaltmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der Stator besonders kompakt in dem Gehäuse anordenbar ist, und insbesondere axial besonders nahe an das Laufrad des Verdichters oder der Turbine heranführbar ist. Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass die Antriebswicklung an zumindest einem der Wickelköpfe eine stirnsteige Vertiefung zur zumindest bereichsweisen Aufnahme eines Gehäuseabschnitts des Gehäuses aufweist. Dadurch ist auch der Rotor der
Medienspaltmaschine besonders nahe zu dem Laufrad in dem Gehäuse anordenbar, was den Vorteil hat, dass der Rotor axial näher zu einem die Welle lagernden Lager, insbesondere Gleitlager oder Wälzkörperlager, rückt.
Üblicherweise ist die Welle eines Abgasturboladers zwischen dem Verdichterrad und dem Turbinenrad in dem Gehäuse drehbar durch mehrere (Wellen-) Lager gelagert. Je weiter beabstandet zum nächsten Lager der Rotor auf der Welle angeordnet ist, desto höher sind die Amplituden radialer Biegeschwingungen und Biegemomente, die auf Grund von unvermeidbaren Unwuchten an dem Rotor im laufenden Betrieb auftreten und den Abgasturbolader und die
Medienspaltmaschine belasten. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der
Medienspaltmaschine wird somit erreicht, dass der Abstand zu dem Laufrad, also insbesondere Verdichterrad, und damit zu dem Lager verringert
beziehungsweise verringerbar und dadurch das Laufverhalten der Welle und insbesondere des Rotors verbessert ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Gehäuse eine Strömungsvolute zur Gasführung auf, und die Vertiefung insbesondere in dem dem Verdichterrad zugewandten Wickelkopf ist zur zumindest
bereichsweisen Aufnahme der Strömungsvolute ausgebildet. Für die optimale Medienführung des Frischluftstroms oder Abgasstroms durch Verdichter oder
Turbine weist das Gehäuse wie üblich eine Strömungsvolute als
Gehäuseabschnitt auf. Diese ragt üblicherweise bereichsweise in das Gehäuse beziehungsweise in den Innenraum des Gehäuses hinein, um eine vorteilhafte bauraumsparende Ausbildung zu gewährleisten. Dadurch, dass die
Antriebswicklung zur bereichsweisen Aufnahme der Strömungsvolute ausgebildet ist, ist die Antriebswicklung besonders nah zu der Strömungsvolute anordenbar und der Stator kann axial gesehen näher an dem Bereich der Strömungsvolute angeordnet werden, sodass er abschnittsweise radial innerhalb der Strömungsvolute liegt. Dadurch wird der zur Verfügung stehende Bauraum optimal ausgenutzt und die oben genannten Vorteile werden erreicht.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass sich die Vertiefung entlang des gesamten Umfangs des Wickelkopfs erstreckt. Dadurch ist die Antriebswicklung und damit der Stator insgesamt besonders weit axial in Richtung der
Strömungsvolute und damit in Richtung des bevorzugten Wälzkörperlagers verschiebbar. Die Vertiefung erstreckt sich über den gesamten Umfang des Wickelkopfs entweder durchgehend unverändert oder weist eine Veränderung in ihrer Form und/oder Gestalt auf, insbesondere dann, wenn sich auch die Strömungsvolute an ihrem Umfang in ihrer Form verändert, sodass eine optimale Bauraumausnutzung und Verschiebung des Stators in Richtung der
Strömungsvolute oder des Lagers gewährleistet beziehungsweise ermöglicht ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der jeweilige Wickelkopf von einem Innenumfang bis zu einem Außenumfang eine radiale Höhe aufweist und dass die Vertiefung sich radial nur über einen Bereich erstreckt, der kleiner als diese Höhe ist. Damit erstreckt sich die Vertiefung nicht über die gesamte Stirnseite, sondern nur bereichsweise in radialer Höhe, sodass beispielsweise durch die Vertiefung eine Umfangskante ausgespart ist. In jedem Fall bleibt ein Abschnitt des Wickelkopfs bestehen, der sich axial maximal weit in Richtung der Strömungsvolute erstreckt und dadurch das besonders nahe Anordnen des Rotors zum nächstgelegenen Wellenlager gewährleistet.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass sich die Vertiefung bis zum
Außenumfang erstreckt. Damit ist die Antriebswicklung am Außenumfang axial kürzer als am Innenumfang. Die Außenumfangskante am Wickelkopf wird durch die Vertiefung ausgespart, wodurch die Antriebswicklung mit dem verbleibenden vorstehenden Wickelkopf weit axial in die Strömungsvolute einschiebbar ist und bevorzugt eingeschoben ist. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass sich die Vertiefung in Richtung des Außenumfangs vergrößert. Dadurch ist eine optimale Anpassung an die üblicherweise im Querschnitt kreis- oder ovalförmig geformte Strömungsvolute gewährleistet.
Die Flachleiterspule weist bevorzugt einen rechteckigen Leiterquerschnitt auf. Dadurch ergibt sich ein maximaler Füllfaktor und ein geringer elektrischer Widerstand der Antriebswicklung und ein Stromverdrängungseffekt bei höheren Frequenzen ist gegenüber einem Draht mit rundem Leiterquerschnitt geringer, wodurch sich insgesamt eine sehr geringe Verlustleistung der
Medienspaltmaschine ergibt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die
Medienspaltmaschine eine den Rotor umfangsseitig vollständig und axial zumindest abschnittsweise umgebende Innenhülse und eine koaxial zu der Innenhülse angeordnete Außenhülse auf, wobei die Antriebswicklung radial außerhalb der Außenhülse angeordnet ist und wobei zwischen Innenhülse und Außenhülse der Strömungsweg für das Medium durch die Medienspaltmaschine hindurch gebildet ist. Die Medienspaltmaschine weist somit eine Einrichtung auf, welche den Strömungsweg für das Medium definiert. Dabei wird der
Strömungsweg zwischen Innenhülse und Außenhülse begrenzt. Die Außenhülse, die einen größeren Durchmesser aufweist als die Innenhülse, ist insbesondere dazu ausgebildet, die Antriebswicklung und gegebenenfalls die Statorzähne zu tragen, sodass eine besonders kompakte Ausführungsform ermöglicht ist.
Insbesondere sind die Antriebswicklung und gegebenenfalls die Statorzähne verliersicher und insbesondere nur durch Zerstörung der Außenhülse
demontierbar an der Außenhülse befestigt, sodass ein kompaktes Gebilde geboten ist. Dazu weist die Außenhülse beispielsweise Halterungen,
insbesondere mit Rasteinrichtungen auf, die ein einfaches Montieren und Befestigen der Antriebswicklung und gegebenenfalls der Statorzähne an der Außenhülse gewährleistet.
Besonders bevorzugt erstrecken sich die Statorzähne oder Flussleitelemente der Statorzähne durch den Strömungsweg hindurch bis zur Innenhülse oder durchdringen die Innenhülse sogar. Damit durchdringen die Statorzähne den Strömungsweg für das Medium vollständig und der Strömungsweg führt direkt durch den Stator im Bereich der Statorzähne und nicht, wie bei bisher bekannten Medienmaschinen üblich, radial zwischen den Statorzahnspitzen und dem Rotor. Hierdurch wird eine besonders kompakte Ausführungsform gewährleistet, die darüber hinaus den Vorteil hat, dass die Statorzähne und damit der Stator der
Medienspaltmaschine vorteilhaft durch das durch den Strömungsweg strömende Medium gekühlt wird/werden.
Der erfindungsgemäße Verdichter und/oder die erfindungsgemäße Turbine, insbesondere der Abgasturbolader, der sowohl Verdichter als auch Turbine aufweist, mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnen sich durch die erfindungsgemäße Medienspaltmaschine aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor
beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen: Figur 1 einen Abgasturbolader mit einer integrierten Medienspaltmaschine in einer vereinfachten Schnittdarstellung, und
Figur 2 eine Querschnittsdarstellung durch die Medienspaltmaschine. Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Längsschnittdarstellung einen
Abgasturbolader 1 , der einen Verdichter 2 sowie eine Turbine 3 aufweist. Der Verdichter 2 weist ein Verdichterrad 4 auf, das auf einer Welle 5 drehfest angeordnet ist. Die Welle 5 ist selbst drehbar in einem Gehäuse 6 des
Abgasturboladers 1 gelagert. An einem von dem Verdichterrad 4 abgewandten Ende der Welle 5 ist außerdem ein Turbinenrad 7 der Turbine 3 drehfest mit der
Welle 5 verbunden. Wenn das Turbinenrad 7 vom Abgas einer
Brennkraftmaschine angeströmt und dadurch angetrieben wird, wird damit das Verdichterrad 4 ebenfalls in eine Drehbewegung versetzt, sodass dem
Verdichterrad 4 zugeführte Frischluft verdichtet und der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Die drehbare Lagerung der Welle 5 in dem Gehäuse 6 kann auf unterschiedliche Arten realisiert werden. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist
vorgesehen, dass die Welle 5 durch wenigstens zwei Lager 8 und 9 in dem Gehäuse 6 drehbar gelagert ist. Vorzugsweise sind als Lager 8,9 Gleitlager sowohl zur Axial- als auch zur Radiallagerung vorhanden, wie in Figur 1 gezeigt. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass zumindest eines der Lager als Wälzkörperlager ausgebildet ist.
Alternativ ist gemäß einem weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass zumindest das Lager 8 als Magnetlager ausgebildet ist, und das Lager 9, das dann insbesondere als Axiallager dient, als Wälzkörperlager.
Damit insbesondere der Verdichter 2 unabhängig vom Abgasstrom der
Brennkraftmaschine antreibbar ist, sodass jederzeit eine hohe Zylinderluftfüllung in den Zylindern der Brennkraftmaschine erreicht werden kann, ist vorliegend außerdem vorgesehen, dass der Abgasturbolader 1 eine elektrische
Medienspaltmaschine 10 aufweist. Diese ist vorliegend in den Verdichter 2 integriert, wobei ein Rotor 1 1 der Medienspaltmaschine 10 drehfest auf dem von dem Turbinenrad 7 abgewandten Ende der Welle 5 angeordnet ist. Ein mit dem Rotor 1 1 zusammenwirkender Stator 12 ist koaxial zu dem Rotor 1 1 gehäusefest in dem zu dem Verdichterrad 4 führenden Strömungskanal 13 des
Abgasturboladers 1 angeordnet.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Schnittdarstellung der Medienspaltmaschine 10 zum besseren Verständnis. Der Stator 12 weist ein ringförmiges,
insbesondere kreisringförmiges Statorjoch 14 auf, auf welchem mehrere gleichmäßig über den Umfang des Statorjochs 14 verteilt angeordnete
Statorzähne 15 radial nach innen vorstehen und in Richtung des Rotors 1 1 beziehungsweise der Drehachse der Welle 5 weisen. Die Statorzähne 15 enden radial beabstandet zu dem Rotor 1 1 , sodass zwischen den Statorzähnen 15 und dem Rotor 1 1 ein Luftspalt verbleibt. Vorliegend weisen die Statorzähne einen dem Statorjoch 14 zugeordneten Basisabschnitt 15' sowie ein den Basisabschnitt 15' verlängerndes Flussleitelement 15" auf, dessen freies Ende dem Rotor 1 1 zugeordnet ist. Der Stator 12 ist mit einer insbesondere mehrphasigen Antriebswicklung 16 versehen, die aus mehreren um die Statorzähne 15 gewickelten
Flachleiterspulen 17 gebildet ist. Die Flachleiterspulen 17 bilden an den
Stirnseiten des Stators 12 jeweils einen Wickelkopf 18 beziehungsweise 19 aus, der axial über die Statorzähne 15 und das Statorjoch 14 hinausragt. Der
Wickelkopf 19, der dem Verdichter 2 zugewandt ist, weist dabei an seiner freien Stirnseite 20 eine Vertiefung 21 auf, die dazu ausgebildet ist, einen
Gehäuseabschnitt des Gehäuses 6 des Abgasturboladers 1 aufzunehmen.
Vorliegend weist der Verdichter 2 dem Laufrad beziehungsweise Verdichterrad 4 zugeordnet eine Strömungsvolute 22 auf. Die Strömungsvolute 22 wird durch das Gehäuse 6 gebildet und ragt axial über das Verdichterrad 4 in Richtung der Medienspaltmaschine 10 hinaus, wie insbesondere in Figur 1 gezeigt. Die Vertiefung 21 des Wickelkopfs 19 ist derart ausgebildet, dass es die
Strömungsvolute 22 des Gehäuses 6 zumindest bereichsweise aufnimmt. Dazu ist die Vertiefung 22 gekrümmt ausgebildet, wie im Längsschnitt von Figur 1 gezeigt, wobei die Krümmung der Vertiefung 21 der Krümmung der
Strömungsvolute 22 angepasst ist. Damit ändert sich die Form der Vertiefung 21 über den Umfang des Wickelkopfs 19 hinweg. Die Vertiefung 21 erstreckt sich dabei über einen Bereich des Wickelkopfs 19, der kleiner ist als die Höhe H zwischen dem Außenumfang 23 und dem Innenumfang 24 der Antriebswicklung 16. Die Vertiefung 21 ist dabei dem Außenumfang 23 derart zugeordnet, dass sie eine Außenkante des Wickelkopfs 19 ausspart.
Durch die vorteilhafte Ausgestaltung und Anpassung des Wickelkopfs 19 an die Form der Strömungsvolute 22 wird erreicht, dass die Antriebswicklung 16 bauraumsparend und optimal in den Bereich zwischen Strömungsvolute 22 und Verdichterrad 4 axial eingepasst und insbesondere -einführbar ist, sodass der vorhandene Bauraum optimal ausgenutzt und der Abgasturbolader axial kürzer ausgeführt werden kann. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, dass der Rotor 1 1 der Medienspaltmaschine 10 ebenfalls näher beim Verdichterrad 4
angeordnet wird. Dabei liegt der Rotor 1 1 näher zu dem Lager 8, mit dem Vorteil, dass auf den Rotor 1 1 wirkende oder durch den Rotor 1 1 entstehende
Schwingungs- bzw. Biegemomente aufgrund des verkleinerten Abstands zu dem Lager 5 reduziert werden, dadurch die Laufruhe des Abgasturboladers 1 verbessert und dessen Lebensdauer verlängert werden. Die Flachleiterspulen 17 werden insbesondere durch Gießen oder durch Hochkantwickeln gefertigt.
Während beim Gießen aus Gewichts- und Kostengründen vorzugsweise
Aluminium als Material der Flachleiterspule verwendet wird, bietet sich aus
Duktilitätsgründen für das Hochkantwickeln eher Kupfer als Ausgangsmaterial an.
Die Vertiefung 21 , welche die Gegenkontur zur Strömungsvolute 22 bildet, wird im Fall der gegossenen Flachleiterspule direkt während des Gießprozesses miterstellt. Im Fall der hochkant gewickelten Flachleiterspule ist ein
nachträglicher Bearbeitungsprozess, insbesondere ein spanender
Bearbeitungsprozess, wie beispielsweise Fräsen, oder ein Umformen
erforderlich. Jedoch ist durch die Verwendung eines bereits isolierten
Flachdrahts bei der hochkant gewickelten Lösung (Lackdraht) ein abschließender
Isolationsprozess gegenüber der Gussvariante deutlich vereinfacht und kostengünstiger. Durch die Verwendung eines rechteckförmigen
Leiterquerschnitts der Flachleiterspule 17 ergibt sich außerdem ein maximaler Füllfaktor und somit ein sehr geringer elektrischer Widerstand. Außerdem ist ein Stromverdrängungseffekt bei höheren Frequenzen gegenüber rundem
Wicklungsdraht deutlich geringer ausgeprägt, womit insgesamt eine sehr geringe Verlustleistung in der Spule entsteht.
Wie in Figur 2 gezeigt, sind die Flachleiterspulen 17 vorteilhafterweise zwischen dem Statorjoch 14 und einer Außenhülse 25 angeordnet, die einen durch die
Medienspaltmaschine 10 führenden Strömungsweg 26 für das Medium, insbesondere die Frischluft, radial außen begrenzt. Die Außenhülse 25 wird durch die Statorzähne 15, insbesondere durch deren Flussleitelemente 15" durchstoßen.
Koaxial zu der Außenhülse 25 ist eine Innenhülse 27 innerhalb der Außenhülse 25 angeordnet, die dem Rotor 1 1 zugeordnet ist, jedoch beabstandet zu diesem liegt. Die Statorzähne 15 erstrecken sich mit ihren Flussleitelementen 15" mindestens bis zur Innenhülse 27 oder durchdringen diese sogar, sodass sie sich durch den gesamten Zwischenraum zwischen Außenhülse 25 und Innenhülse 27 hindurch erstrecken. Die Innenhülse 27 begrenzt den
Strömungsweg 26 radial nach innen und ist bevorzugt an ihrer stromaufwärts des Rotors 1 1 liegenden Stirnseite durch eine Abdeckkappe geschlossen, sodass das Medium, das durch die Medienspaltmaschine 10 geführt wird, nur durch den Strömungsweg 26 zwischen Innenhülse 27 und Außenhülse 25 geführt wird. Weil der Strömungsweg 26 somit durch den Stator 12 hindurchführt und das Medium die Statorzähne 15, zumindest die Flussleitelemente 15", umströmt, werden der Stator 12 und der Rotor 1 1 vorteilhaft durch das Medium gekühlt. Optional weist die Außenhülse 25 eine entsprechende Anzahl der Statorzähne 15 und
Haltevorrichtungen zum Halten und Arretieren der Flachleiterspulen 17 auf, sodass diese an der Außenhülse 25 vormontierbar/vormontiert sind und eine Vormontageeinheit zusammen mit der Außenhülse 25 bilden. Optional ist die Innenhülse 27 außerdem mit der Außenhülse 25 verbunden, insbesondere einstückig mit dieser ausgebildet, um eine kompakte Einheit beziehungsweise Vormontagegruppe zu formen. Dabei sind beispielsweise zwischen der
Innenhülse 27 und der Außenhülse 25 Radialstege vorgesehen, durch welche die einstückige Ausbildung gewährleistet ist. Die Radialstege sind insbesondere dazu ausgebildet, jeweils eines der Flussleitelemente 15" aufzunehmen und dieses zu umgeben, sodass eine kompakte und einfache Anordnung und
Orientierung der Vormontageeinheit an dem Stator 12 erreicht ist.

Claims

Ansprüche
1 . Elektrische Medienspaltmaschine (10) für einen Verdichter (2) und/oder eine Turbine (3), insbesondere für einen Abgasturbolader (1 ) einer
Brennkraftmaschine, mit einer in einem Gehäuse (6) drehbar gelagerten Welle (5), an welcher ein Rotor (1 1 ) drehfest angeordnet ist, mit einem gehäusefesten
Stator (12), der zumindest eine mehrphasige Antriebswicklung (16) zur
Erzeugung eines Antriebsmagnetfelds sowie mehrere radial nach innen vorstehende Statorzähne (15) aufweist, wobei die Antriebswicklung (16) als zumindest eine um die Statorzähne (15) gewickelte Flachleiterspule (17) ausgebildet ist, die an dem Stator (12) axial beidseitig überstehende Wickelköpfe
(18,19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswicklung (16) an zumindest einem der Wickelköpfe (18,19) eine stirnseitige Vertiefung (21 ) zur zumindest bereichsweisen Aufnahme eines Gehäuseabschnitts des Gehäuses (6) aufweist.
2. Medienspaltmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) eine Strömungsvolute (22) zur Gasführung aufweist, und dass die Vertiefung (21 ) zur zumindest bereichsweisen Aufnahme der
Strömungsvolute (22) ausgebildet ist.
3. Medienspaltmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vertiefung (21 ) entlang des gesamten Umfangs des Wickelkopfs (19) erstreckt.
4. Medienspaltmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Wickelkopf von einem
Innenumfang (24) bis zu einem Außenumfang (23) der Antriebswicklung (16) eine radiale Höhe (H) aufweist, und dass sich die Vertiefung (21 ) radial nur über einen Bereich erstreckt, der kleiner als die Höhe (H) ist.
5. Medienspaltmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vertiefung (21 ) bis in den
Außenumfang (23) erstreckt.
6. Medienspaltmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vertiefung (21 ) in Richtung des Außenumfangs (23) vergrößert.
7. Medienspaltmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Flachleiterspule (17) einen rechteckigen Leiterquerschnitt aufweist.
8. Medienspaltmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine den Rotor (1 1 ) umfangsseitig vollständig und axial zumindest abschnittsweise umgebende Innenhülse (27) und eine koaxial dazu angeordnete Außenhülse (25), wobei die Antriebswicklung (16) radial außerhalb der Außenhülse (25) angeordnet ist, und wobei zwischen Innenhülse (27) und Außenhülse (25) der Strömungsweg (26) für Medium durch die
Medienspaltmaschine (10) hindurch gebildet ist.
9. Medienspaltmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Statorzähne (15) oder
Flussleitelemente (15") der Statorzähne (15) durch den Strömungsweg (26) hindurch bis mindestens zur Innenhülse (27) erstrecken.
10. Medienspaltmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorzähne (15) oder Flussleitelemente (15") der Statorzähne (15) die Innenhülse durchdringen und in diese hineinragen.
1 1. Verdichter (2) und/oder Turbine (3), insbesondere Abgasturbolader (1 ), mit einem Gehäuse (6) und mit einer in dem Gehäuse (6) drehbar gelagerten Welle (5), auf welcher zumindest ein Verdichterrad (4) und/oder ein Turbinenrad (7) drehfest angeordnet sind, und mit einer elektrischen Medienspaltmaschine (10), die einen auf der Welle (5) drehfest angeordneten Rotor (1 1 ) und einen gehäusefesten Stator (12) aufweist, wobei der Stator (12) eine Antriebswicklung (16) zum Erzeugen eines Antriebsmagnetfelds aufweist, gekennzeichnet durch die Ausbildung der Medienspaltmaschine (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10.
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