包含具有直流線圈的電力機械的渦輪增壓器的製造方法
2023-04-29 23:41:31
包含具有直流線圈的電力機械的渦輪增壓器的製造方法
【專利摘要】一種聯接到具有可旋轉軸(16)的壓縮機(12)的電力機械(20)，包括：轉子，形成可旋轉軸的一部分，並具有由傾斜的非磁性部分(24)隔開的至少兩個磁性部分(22A,22B)和位於可旋轉軸的兩端的兩個非磁性材料元件；定子，包括磁性鐵疊層體(28)，其由繞組(30)包圍，並沿所述轉子的外圍布置，以限定出第一環形間隙(32)；非磁性材料的環(34)，圍繞定子布置；直流線圈(38)，圍繞非磁性材料的環(34)布置；以及磁性材料的外殼(40)，圍繞直流線圈布置，並具有徑向壁(40A,40B)，所述徑向壁朝向轉子向內突出，在所述徑向壁和所述轉子之間限定出第二環形間隙(42)。
【專利說明】包含具有直流線圈的電力機械的渦輪增壓器
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力機械的領域，更具體地說，涉及一種渦輪增壓器，包括用在機動車內燃機中的、旋轉的電力機械。
【背景技術】
[0002]傳統地，內燃機裝配有渦輪增壓器，渦輪增壓器具有由廢氣能量驅動的渦輪機和一體地聯接到渦輪機的壓縮機。在低發動機轉速下，電力機械輔助渦輪增壓器。
[0003]如US4769993所述，一種給渦輪增壓器提供電支持的方式是將電動機結合進渦輪增壓器軸中，位於渦輪機葉輪和壓縮機葉輪之間。然而，該構造存在一些缺點。具體地說，額外的長度對轉子動力學是不利的。額外的慣量導致渦輪遲滯，並降低渦輪增壓器的效率。而且，存在關於固定到轉子的磁性/電材料(磁體或銅)的熱限制，尤其對於對高溫敏感的永久磁體而言。
【發明內容】
[0004]本發明之目的是提供一種優選用於渦輪增壓器的電力機械，其克服了現有技術的這些缺點。
[0005]本發明通過聯接到包括可旋轉軸的壓縮機的電力機械實現該目的，該電力機械包括轉子，其形成所述可旋轉軸的一部分，並具有由傾斜的非磁性部分隔開的至少兩個磁性部分和位於所述可旋轉軸的兩端的兩個非磁性材料元件；定子，包括磁性鐵疊層體(laminated magnetic iron stack),其由繞組包圍，並沿所述轉子的外圍布置，以限定出第一環形間隙；非磁性材料的環，圍繞所述定子布置；直流線圈，圍繞所述非磁性環布置；以及磁性材料的外殼，圍繞所述直流線圈布置，並具有徑向壁，所述徑向壁朝向所述轉子向內突出，在所述徑向壁和所述轉子之間限定出第二環形間隙。
[0006]採用該特定結構，在機器中不需要使用磁體，如果不需要作為電動機的操作，可以切斷直流線圈。
[0007]有利地，所述轉子的所述磁性和非磁性部分具有相以的機械和熱性質。
[0008]優選地，所述定子繞組包括位於多個槽內的單相或多相繞組結構。
[0009]位於可旋轉軸的兩端的非磁性材料元件可包括兩個非磁性材料的盤。
[0010]或者，位於可旋轉軸的兩端的非磁性材料元件可包括兩個非磁性材料的軸承組件，例如陶瓷組件。
[0011]本發明還涉及一種渦輪增壓器，包括壓縮機葉輪、渦輪機葉輪和支撐在軸承組件中並聯接到所述壓縮機葉輪和所述渦輪機葉輪的可旋轉軸，所述可旋轉軸形成電力機械的轉子，如先前所述。
[0012]有利地，所述徑向壁的兩端形成用於所述軸承組件的內部支撐件，所述這軸承組件通過非磁性元件支撐所述可旋轉軸，所述非磁性元件具有適於也支撐所述壓縮機和渦輪機葉輪的柱形結構。[0013]根據特定實施例，可旋轉軸包括由傾斜的非磁性部分隔開的所述至少兩個磁性部分，具有沿所述可旋轉軸的旋轉軸線的縱長孔，非磁性芯插入所述縱長孔內，所述非磁性芯至少在可旋轉軸的一端經由非磁性材料的螺母和墊圈固定到可旋轉軸。
[0014]傾斜的非磁性部分可包括具有橢圓形狀的非磁性墊圈。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]通過參考附圖對附有說明性和非限制性示例的下面內容的詳細說明，能夠更好地理解本發明，其中:
[0016]圖1是示意性示出根據本發明的一個實施例的電輔助渦輪增壓器的縱向截面圖；
[0017]圖2是示意性示出根據本發明的另一實施例的電輔助渦輪增壓器的縱向截面圖；
[0018]圖3是示意性示出根據本發明的又一實施例的電輔助渦輪增壓器的縱向截面圖；以及
[0019]圖4是示意性示出根據本發明的又一實施例的電輔助渦輪增壓器的縱向截面圖。【具體實施方式】
[0020]圖1是示意性示出根據本發明的優選用於內燃機的電輔助渦輪增壓器的一個實施例的縱向截面圖。
[0021]基本上，渦輪增壓器10包括由支撐在軸承組件18A、18B中的公共可旋轉軸16聯接起來的壓縮機葉輪12和渦輪機葉輪14。渦輪機和壓縮機均僅示意性地示出，因為它們可以具有本領域中已知的任何合適構造。例如，軸承組件包括兩個安裝在軸的相對兩端的經向軸承或球軸承。如本領域中已知，能夠通過油經由油道(未示出)潤滑和冷卻這些球軸承。
[0022]根據本發明，形成電力機械20的轉子的可旋轉軸16包括由非磁性材料的傾斜部24隔開的磁性材料的至少兩部分22A、22B和布置在可旋轉軸兩端的非磁性材料的兩個盤26A、26B，以避免軸承組件中的磁通量的任何損失。
[0023]將由這些不同部分組裝起來的轉子應能經受顯著的機械應力，尤其是在特別高的圓周速率的情況下。而且，有必要處理材料之間的熱膨脹差。然而，有利地是，兩種材料在熱性能以及機械性能方面相似。傳統上，熱等靜壓(HIP)工藝可用於該目的，即，所有的磁性和非磁性部分均插入護套(sheath)中，該組件在高壓和高溫下置於HIP室中。轉子的這些部分隨後通過擴散焊安裝在一起。
[0024]電力機械還包括定子，定子包括由繞組30包圍的磁性鐵疊層體28，其沿轉子的外圍布置以限定出第一徑向環形間隙32。定子繞組必須包括位於多個槽內的單相或多相繞組結構。非磁性材料的環34圍繞定子布置，直流線圈38圍繞非磁性材料的環34布置。
[0025]為了封閉磁通線，磁性材料的外殼40圍繞直流線圈布置。該外殼包括徑向壁40A、40B，所述徑向壁朝向轉子向內突出，在所述壁的端部和轉子的外圍之間限定出第二徑向環形間隙42。
[0026]在圖2的實施例中，外殼40的徑向壁的端部形成用於軸承組件18A、18B(支撐可旋轉軸16)的內部支撐件。更具體地說，如所示，軸承組件18A、18B直接支撐非磁性盤，根據該實施例，非磁性盤具有還適於支撐壓縮機和渦輪機葉輪的柱形結構。[0027]渦輪增壓器的運轉是已知的，在此不詳細介紹。傳統上，渦輪機葉輪14通過廢氣能量高速旋轉，從而使公共軸16也使壓縮機葉輪12旋轉，以將空氣引入發動機氣缸中。然而，當這種渦輪增壓器如本發明所示包括電力機械20時，其運轉是不同的，根據電力機械是作為電動機還是作為發電機來運轉而改變。
[0028]當可旋轉軸16高速旋轉時(發動機正常運轉中的情況)，形成所述軸的一部分的轉子也高速旋轉。電力機械(作為發電機運轉)的轉子的這種旋轉在轉子外圍產生磁場，磁通線沿徑向方向延伸穿過第一環形間隙32。磁通量的變化在定子中引起電動勢，電動勢從定子繞組30獲得(pick up)，以產生經由整流器電橋(未示出)供給到各負載(例如電池)的電功率。
[0029]當可旋轉軸16低速旋轉時，即當廢氣流量低時(尤其是在例如發動機開動時的情況)，可通過以電動機運轉電力機械來使壓縮機更快速地旋轉。實際上，由於連接到定子繞組30的交流電池(未示出)，定子在第一環形間隙32中產生旋轉的磁場。同時，由直流線圈38產生的直流場流過磁路40，並跨過第二環形間隙42。然而，轉子由三部分構成，在轉子一側22A上的可旋轉軸16中產生的磁通量因軸上的非磁性屏障(中央傾斜部24和盤26A、26B)而不能繼續在轉子中流動。由此，磁通量被迫跨過第一環形間隙32，進入定子中，在定子中，其形成疊層體28的常規通量(classical flux)，然後返迴轉子(位於另一側22B)。磁路經由磁性外殼40閉合,磁通量返迴轉子左側，在轉子中產生常規的兩極(classicaltwo pole),轉子的旋轉允許所述兩極旋轉。
[0030]儘管已示出和描述了優選實施例，但是應理解，在不脫離本發明的範圍情況下，可以進行任何改變和修改。更具體地說，如果電力機械描述為與渦輪增壓器一起運轉，那麼明顯的是，這樣的機器可嵌入例如電動壓縮機或離心式電動壓縮機。
[0031]如果軸承組件18A、18B製造為非磁性材料，例如陶瓷軸承，那麼用在圖1和2的實施例中的非磁性材料的盤26A和26B可以省略。
[0032]這在圖3中示出，這樣的方案除了使用非磁性軸承組件18A、18B外與圖2的實施例對應，其還可用於圖1的實施例。
[0033]圖4示出組裝根據本發明的渦輪增壓器的旋轉元件的可能方式的示例。
[0034]包括由傾斜的非磁性部分24隔開的至少兩個磁性部分22A、22B的可旋轉軸16具有沿可旋轉軸16的旋轉軸線的縱長孔。由例如鋁的非磁性材料製成的芯60或系杆插入所述縱長孔內，所述非磁性芯60至少在可旋轉軸的一端通過非磁性材料的螺母61和墊圈62固定到可旋轉軸。在圖4的示例中，在系杆60的兩端使用非磁性材料的螺母61和墊圈62，以使非磁性系杆60與葉輪12、14牢固連接。
[0035]具有通孔的傾斜部24可由非磁性材料的墊圈構成。
[0036]參考圖4所公開的組裝方式可與參考圖1至3所述的任一實施例組合起來使用，並且僅是用於避免採用熱等靜壓的一種替代方式。
【權利要求】
1.一種聯接到具有可旋轉軸(16)的壓縮機(12)的電力機械(20)，包括: 轉子，形成所述可旋轉軸的一部分，並具有由傾斜的非磁性部分(24)隔開的至少兩個磁性部分(22A，22B)和位於所述可旋轉軸的兩端的兩個非磁性材料元件； 定子，包括磁性鐵疊層體(28)，該磁性鐵疊層體(28)由繞組(30)包圍，並沿所述轉子的外圍布置，以限定出第一環形間隙(32)； 非磁性材料的環(34)，圍繞所述定子布置； 直流線圈(38)，圍繞所述非磁性材料的環(34)布置；以及 磁性材料的外殼(40)，圍繞所述直流線圈布置，並具有徑向壁(40A，40B)，所述徑向壁朝向所述轉子向內突出，在所述徑向壁和所述轉子之間限定出第二環形間隙(42)。
2.如權利要求1所述的電力機械，其中，位於所述可旋轉軸的兩端的所述非磁性材料元件包括兩個非磁性材料的盤(26A, 26B)。
3.如權利要求1所述的電力機械，其中，位於所述可旋轉軸的兩端的所述非磁性材料元件包括兩個非磁性材料的軸承組件(18A, 18B)。
4.如權利要求1所述的電力機械，其中，所述轉子的所述磁性部分和非磁性部分具有相似的機械和熱性質。
5.如權利要求1所述的電力機械，其中，所述定子繞組包括位於多個槽內的單相或多相繞組結構。
6.一種渦輪增壓器(10)，包括: 壓縮機葉輪(12)； 渦輪機葉輪(14)； 可旋轉軸(16)，支撐在軸承組件(18A，18B)中，並聯接到所述壓縮機葉輪和所述渦輪機葉輪，所述可旋轉軸形成電力機械(20)的轉子，所述轉子具有由傾斜的非磁性部分(24)隔開的至少兩個磁性部分(22A，22B)和位於所述可旋轉軸的兩端的兩個非磁性材料元件(26A, 26B;18A, 18B)， 所述電力機械還包括: 定子，包括磁性鐵疊層體(28)，該磁性鐵疊層體(28)由繞組(30)包圍，並沿所述轉子的外圍布置，以限定出第一環形間隙(32)； 非磁性材料的環(34)，圍繞所述定子布置； 直流線圈(38)，圍繞所述非磁性材料的環(34)布置；以及 磁性材料的外殼(40)，圍繞所述直流線圈布置，並具有徑向壁(40A，40B)，所述徑向壁朝向所述轉子向內突出，在所述徑向壁和所述轉子之間限定出第二環形間隙(42)。
7.如權利要求6所述的渦輪增壓器，其中，所述轉子的所述磁性部分和非磁性部分具有相似的機械和熱性質。
8.如權利要求6所述的渦輪增壓器，其中，所述定子繞組包括位於多個槽內的單相或多相繞組結構。
9.如權利要求6所述的渦輪增壓器，其中，所述徑向壁的兩端均形成用於所述軸承組件的內部支撐件，所述軸承組件經由所述非磁性材料元件支撐所述可旋轉軸，所述非磁性材料元件具有還適於支撐所述壓縮機葉輪和渦輪機葉輪的柱形結構。
10.如權利要求6所述的渦輪增壓器，其中，包括由傾斜的非磁性部分(24)隔開的至少兩個磁性部分(22A，22B)的所述可旋轉軸(16)具有沿所述可旋轉軸(16)的旋轉軸線的縱長孔，非磁性芯(60)插入所述縱長孔內，所述非磁性芯(60)至少在可旋轉軸的一端通過非磁性材料的螺母(61)和墊圈(62)固定到所述可旋轉軸。
11.如權利要求10所述的渦輪增壓器，其中，所述傾斜的非磁性部分(24)包括具有橢圓形狀的非磁性墊圈。`
【文檔編號】H02K7/14GK103872846SQ201310251266
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年6月24日 優先權日:2012年6月22日
【發明者】R.萊特布, C.維瑟斯 申請人:Skf磁性機械技術公司