專利名稱：渦輪增壓器Ⅱ的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及渦輪增壓器，該渦輪增壓器具有用于壓縮用于內(nèi)燃機的新鮮空氣的壓 縮機裝置，包括壓縮機輪以及具有轉(zhuǎn)子和定子的電動機，其中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子磁鐵被設計成使 其被部分或全部集成到壓縮機輪中(這樣，在一邊的轉(zhuǎn)子磁鐵或轉(zhuǎn)子和在另一邊的壓縮機 輪彼此連接)，并且定子的最小內(nèi)徑是轉(zhuǎn)子的最大外徑的1. 5至8倍。這里指定的長度各自 與相關(guān)部件的最大延伸或最小延伸相關(guān)，但是僅在電有效或磁有效部件的范圍內(nèi)，即例如 僅在轉(zhuǎn)子磁鐵的長度上。 本發(fā)明背景中的"渦輪增壓器"應理解為可以將預壓縮的空氣引導到內(nèi)燃機的所 有裝置，通過所述裝置，更大的氣團進入燃燒室中。(因此傳統(tǒng)的壓縮輪-渦輪耦接不是必 需的) 本發(fā)明還涉及一種包括至少一個壓縮機輪的渦輪增壓器，其中，所述壓縮機輪可 以通過至少一個電動機驅(qū)動，并且所述電動機包括轉(zhuǎn)子、定子以及轉(zhuǎn)子與定子之間的轉(zhuǎn)子 間隙，并且該轉(zhuǎn)子間隙被設計成使得壓縮機輪旋轉(zhuǎn)時，要壓縮的氣團流的至少50%、優(yōu)選是 至少90%被引導通過所述轉(zhuǎn)子間隙。 所述百分數(shù)每個都指定最小范圍。這里，所述百分數(shù)基本上應用于渦輪增壓器或 與其連接的內(nèi)燃機的整個轉(zhuǎn)速范圍。 在特別有利的另一構(gòu)成中，被引導到相應壓縮機輪的全部氣流被引導通過所述轉(zhuǎn) 子間隙。 關(guān)于數(shù)值等等的限定是為了相應地排除如現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的不希望的或"巧合 的"泄露流。但是，利用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的主題(根據(jù)該現(xiàn)有技術(shù)主題，轉(zhuǎn)子被附接到壓縮機 輪的外側(cè)，很靠近定子)進行的轉(zhuǎn)子與定子之間的"再循環(huán)流"不應該被看作"要壓縮的氣團流"，因為這樣的"再循環(huán)流"嚴格來說已經(jīng)經(jīng)過壓縮機輪。 有利的是"整體"構(gòu)造形式，利用該形式，要壓縮的氣團流的大部分、甚至是要壓縮的氣團流的全部通過轉(zhuǎn)子間隙被引導到至少一個壓縮機輪。 與將轉(zhuǎn)子附接到壓縮機輪的徑向外側(cè)不同，將轉(zhuǎn)子或其磁有效部分布置得盡可能靠近壓縮機輪的旋轉(zhuǎn)軸是有利的。這在一方面從機械的觀點來看對于快速運轉(zhuǎn)的渦輪增壓器是很有利的，原因是在特定情況下，由于很高且快速變化的離心力可能出現(xiàn)機械損傷。還有利的是，通過這種方式，旋轉(zhuǎn)慣性矩可以保持較小，原因是在徑向上位于外側(cè)的磁鐵通常具有很高的特定重量，因而具有很高的旋轉(zhuǎn)慣性矩。通過這種方式，壓縮機的瞬時行為可以得到相當大的改善。此外，磁鐵在外側(cè)置于壓縮機輪上，這些也在更大程度上受到熱負荷，原因是由于壓縮功的原因在這些外側(cè)出現(xiàn)更大的溫度上升，這又會對磁鐵或轉(zhuǎn)子的壽命具有負面影響。 從文獻中可知，渦輪增壓器用于產(chǎn)生電力。這些渦輪增壓器被設計為小的燃氣渦輪機，類似地具有渦輪機以及剛性耦接的壓縮機。用于產(chǎn)生電力的傳統(tǒng)發(fā)電機被法蘭安裝在渦輪機的轉(zhuǎn)子軸上。該發(fā)電機由于被布置在入口通道內(nèi)，所以表現(xiàn)出很高的流阻力，并且該流阻力降低效率，并且同時對軸承部件產(chǎn)生很高的負荷。 關(guān)于這點，根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器的另一有利設計在于被用作電/熱聯(lián)產(chǎn)或電/冷聯(lián)產(chǎn)的微渦輪機。因此，助燃空氣在電動機/發(fā)電機的轉(zhuǎn)子和定子之間流過進入壓縮機，并且在壓縮機中被壓縮，從而被預熱到大約200°C 。經(jīng)過預熱、壓縮的空氣被熱交換器中的熱廢氣加熱到更高的溫度水平。被壓縮的、暖的空氣與燃料(例如再生氣) 一起在布置于下游的燃燒室中燃燒。由此產(chǎn)生的熱氣在渦輪機中膨脹并驅(qū)動渦輪，進而驅(qū)動壓縮機以及發(fā)電機。在熱交換器中，廢氣的熱能被部分直接分配給壓縮的助燃空氣。而且，根據(jù)本發(fā)明的該渦輪增壓器可以與第二熱交換器耦接，以利用總剩余熱量來提供熱水，或者將其引導到加熱回路例如用于建筑物的供熱和制冷。發(fā)電機可以用作用于開始進程的電動機。因此，例如利用根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器，可以產(chǎn)生小型單岸式熱電站，其主要部件包括按大尺度制造的部件。 有利的另一設計在于轉(zhuǎn)子磁鐵的質(zhì)量在5g與1000g之間，對于機動車輛渦輪增壓器，優(yōu)選是在10g與100g之間。這里，電動機的磁有效質(zhì)量相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸的質(zhì)量慣性矩在0. lkgmm2和10kgmm2之間，對于機動車應用是優(yōu)選在0. 3kgmm2和1. 0kgmm2之間。
因此，由于利用根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子間隙可以得到較大的空氣間隙，所以質(zhì)量以及電有效或磁有效馬達部件的質(zhì)量慣性矩小，盡管如此，產(chǎn)生非常均勻的場。
又一有利設計在于壓縮機輪被安裝在軸上并且包括葉片，其中，在進氣流方向上，所述葉片的前沿(因而是空氣首先撞擊的壓縮機輪的部分)相對于轉(zhuǎn)子的磁有效前部和/或定子的磁有效前部位于上游。 因此，這意味著電動機的有效部件(轉(zhuǎn)子或定子)在軸向上被布置得更靠向進氣口，并且實際的壓縮機輪被布置在下游。通過這種方式，可以導致所有的進氣通過轉(zhuǎn)子間隙被引導到壓縮機輪。 但是，關(guān)于設計，可以將轉(zhuǎn)子應用于壓縮機輪中或者應用在壓縮機輪的面向渦輪的一側(cè)，以減小對壓縮機葉輪的彎矩，但是盡管如此，以主要通過轉(zhuǎn)子引導待壓縮氣團流。
將數(shù)個不同的轉(zhuǎn)子磁鐵混合構(gòu)造在壓縮機輪的不同位置(前面、內(nèi)部和/或后面)，能夠優(yōu)化必要的構(gòu)造空間，同時優(yōu)化電動機轉(zhuǎn)矩，并且減小葉輪軸的彎曲負荷。由此，
轉(zhuǎn)子/定子的形狀不一定必須為圓柱形，而是可以適應壓縮機輪的形狀。 本發(fā)明還在于一種用于操作根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器的方法。如上所述，該渦輪
增壓器包括用于壓縮空氣的至少一個壓縮機輪，并且所述壓縮機輪可以由電動機驅(qū)動，其
中，在所述電動機的轉(zhuǎn)子與定子之間設有轉(zhuǎn)子間隙，并且被引導到所述壓縮機輪的氣團流
的至少50%、優(yōu)選是90%在所述渦輪增壓器的至少一個操作條件下被引導通過所述轉(zhuǎn)子間隙。 所述"操作方法"已在裝置權(quán)利要求中說明，并且這里所描述也相應地適用于這里的操作方法。重要的是，例如在壓縮機輪的5000rpm和300000rpm之間、優(yōu)選是在40000rpm和200000rpm之間的操作條件下，或者對于往復式發(fā)動機在所連接的內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速在50rpm和200000rpm之間、優(yōu)選是在100rpm和1500rpm之間的操作條件下，可以在渦輪增壓器的正常操作中達到上述至少50%或至少90%甚至100%比例的氣團流。
應當再次注意，本發(fā)明背景下的"渦輪增壓器"不一定具有由廢氣流驅(qū)動的渦輪。重要的僅在于包括至少一個壓縮機輪(由任何裝置驅(qū)動)用于將預壓縮的助燃空氣引導到"渦輪增壓器"的內(nèi)燃機。 在又一設計中，根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器包括渦輪以及與其連接的壓縮機輪，其中，在壓縮機輪的背離渦輪的一側(cè)設有電動機，并且與壓縮機輪以抗扭的方式連接的電動機的轉(zhuǎn)子以自由伸出的方式設計。 在新鮮空氣需求增加的情況下(例如，由控制電子裝置確定)，電動機用于額外加速壓縮機輪。電動機在這種情況下是有利的，原因是這些電動機可以利用大扭矩加速，但不存在顯著的加速延遲。 更加有利的是，在本案例中的電動機不是布置在渦輪和壓縮機輪之間。這樣的布局會導致熱問題并且相對于傳統(tǒng)(純機械)渦輪增壓器進行了很大的設計改動。除了設計成本增加外，關(guān)于這樣的構(gòu)造的維修成本也相當高。 有利的是(但是在本發(fā)明的框架下也不是必須的)，在本案例中提出沿軸向方向上具有"渦輪、軸(座架)、壓縮機輪、電動機"的順序。于是電動機僅置于環(huán)境溫度下，使得不會出現(xiàn)定子繞組等的熱分解。 —個優(yōu)勢在于壓縮機輪的另一側(cè)的自由突出端。在這里接有電動機的轉(zhuǎn)子。在這里可以接有另一軸承位置，以在兩側(cè)安裝轉(zhuǎn)子，但是這不是必須的。在特定情況下，這樣的軸承位置一方面可能干擾電動機的電特性，而在特定條件下，會具有靜態(tài)冗余性。此外，系統(tǒng)的摩擦功增加。而且，在特定情況下，新鮮空氣的供應也受這樣的軸承阻礙，原因是適當?shù)闹е?部件減小了進氣口朝向壓縮機輪的大小。但是這樣的軸承位置，即在兩側(cè)安裝壓縮機輪，也是容易實現(xiàn)的。 而且，利用所述"突出的"轉(zhuǎn)子，與純機械的渦輪增壓器的設計差別相當小，使得電動機可以通過這種方式以非常廉價、模塊化和易于維修的方式被補充到傳統(tǒng)渦輪增壓器上。 除了本發(fā)明的渦輪增壓器之外，根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動系統(tǒng)還包括內(nèi)燃機。在本發(fā)明環(huán)境中的"內(nèi)燃機"應當理解為需要新鮮空氣/新鮮氣體并且產(chǎn)生廢氣的任何發(fā)動機，使得這里可以應用適當?shù)臏u輪增壓器。而且，該驅(qū)動系統(tǒng)還包括電能儲存裝置。這里，優(yōu)選地，渦輪增壓器的電動機連接到電能儲存裝置，用于在渦輪增壓器的馬達工作方式下取出電能，并用于在渦輪增壓器的發(fā)電機工作方式下饋入電能。 在渦輪增壓器的許多工作條件下，多達30%的廢氣被吹走而未利用。通過將電動機用作發(fā)電機，利用渦輪增壓器的上述實施方式，可以在能量上額外利用上述多余廢氣的能量。通過這種方式， 一方面可以將多余的"熱/動能量"恢復為電能，并且通過這種方式可以相當程度上改進驅(qū)動系統(tǒng)的能量平衡。理想情況下，渦輪增壓器甚至可以被設計成使得位于車輛中的內(nèi)燃機不再需要任何其它發(fā)電機。 如果渦輪增壓器的電動機或者與其連接的電儲存裝置可以額外連接到機動車輛的電動驅(qū)動，則對于該驅(qū)動系統(tǒng)也特別有利。該電動驅(qū)動可以例如為固定在機動車輛的驅(qū)動輪上的輪轂電動機(或者傳動中的其他電動機)。這樣，在現(xiàn)代所謂的"混合型車輛"中，除了內(nèi)燃機發(fā)動機之外，還有輪轂電動機可以用于加速，所以在加速時可以提供額外的扭矩或發(fā)動機功率。通過將輪轂電動機切換到發(fā)電機工作方式，利用制動過程可以實現(xiàn)制動作用，進而將動能恢復成電能，并且該電能間接儲存在適當?shù)膬Υ嫜b置中。如果渦輪增壓器的電動機現(xiàn)在是與該儲存裝置連接的，則可以以集中的方式來"管理"全部電能，以在使用中能夠在任何時候依靠電能。 除此之外，當然，渦輪增壓器系統(tǒng)和輪轂電動機(或者傳動中的其他電動機)也可以具有相互獨立的電儲存裝置。 而且，根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器還適于應用在發(fā)電設備中，所述發(fā)電設備可以被調(diào)制，并且可以利用燃料工作，所述燃料例如為天然氣、液化氣、燃料油以及再生氣，如生物氣、沼氣和廢氣，或者固態(tài)燃料如切碎的木頭、成塊的木材、稻草等。通過這種類型的電/熱聯(lián)產(chǎn)，可以實現(xiàn)高效率的、廉價的能量產(chǎn)生設備。根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器因此也可以用作電/熱聯(lián)產(chǎn)的微渦輪機的基本模塊。 優(yōu)選是在驅(qū)動系統(tǒng)中設有控制電子裝置用于控制電能、充電和放電過程，或者用
于以低消耗來提供優(yōu)化的扭矩。渦輪或壓縮機輪的轉(zhuǎn)速、渦輪機殼體側(cè)和壓縮機殼體側(cè)的
壓力狀況的實際值以及與扭矩有關(guān)的內(nèi)燃機的其它特征變量可以用作控制參數(shù)。 另一有利的設計在于渦輪和壓縮機輪是以抗扭的方式彼此永久性連接的。這意味
著在渦輪和壓縮機輪之間不需要耦接，這表示機械構(gòu)造和系統(tǒng)故障的可能性會增加。相反，
爭取通過輕的轉(zhuǎn)子、輕的壓縮機輪、輕的軸和質(zhì)量適當輕的渦輪來限制運動的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量。 渦輪增壓器的殼體優(yōu)選是以模塊化方式構(gòu)造，也就是說，除了用于渦輪的渦輪機
殼體之外，還有用于壓縮機輪的壓縮機殼體。渦輪機殼體優(yōu)選是與將廢氣從內(nèi)燃機的各個
汽缸引導到渦輪的排氣歧管連接?？紤]到渦輪機殼體的熱負荷，設計需求與圍繞壓縮機輪
的壓縮機殼體有些不同。渦輪和壓縮機輪的實際座架優(yōu)選是僅設在渦輪和壓縮機輪之間。
這意味著在壓縮機輪的背離渦輪的一側(cè)沒有額外的座架，因為實際上在這里電動機的定子
自由伸出。優(yōu)選地，在渦輪機殼體與壓縮機殼體之間設有軸承殼體，該軸承殼體用于容納渦
輪和壓縮機輪的軸承部件。 電動機優(yōu)選是包括定子，該定子具有基本上中空的圓柱形形狀并且以同心的方式圍繞轉(zhuǎn)子。這里，有利的是定子可以被設計為壓縮機殼體的內(nèi)壁的一部分。定子例如還可以被應用作為壓縮機殼體的相應開口的嵌入物。這些實施例的優(yōu)勢在于僅需要對傳統(tǒng)機械式渦輪增壓器進行盡可能小的設計改變，使得由此可以實現(xiàn)成本和競爭優(yōu)勢，特別是對于
8大規(guī)模生成的情況。 電動機的轉(zhuǎn)子優(yōu)選是具有轉(zhuǎn)子磁鐵，該轉(zhuǎn)子磁鐵優(yōu)選是由護套包圍。這樣，轉(zhuǎn)子磁鐵得到機械上的保護。通過這種方式，也可以影響磁場的類型。轉(zhuǎn)子磁鐵可以被設計成使其被部分或全部集成到壓縮機輪中。如果壓縮機輪由纖維增強型或非增強型塑料制成，則在生產(chǎn)時，轉(zhuǎn)子磁鐵可以在周圍被直接通過塑料體注塑，通過這種方式，可以實現(xiàn)廉價的大規(guī)范制造。 轉(zhuǎn)子的護套優(yōu)選是以"中空圓柱形"的方式設計。 關(guān)于制造工藝，有利的是，轉(zhuǎn)子磁鐵在內(nèi)部區(qū)域是中空的，用于放置在具有壓縮機輪的公共軸上。通過這種方式可以實現(xiàn)廉價制造。 壓縮機輪優(yōu)選是由不能磁化的材料制成，該材料不會對磁場造成負面危害。壓縮機輪也可以由非金屬材料制成，優(yōu)選是由增強型或非增強型材料制成。 另一有利設計在于轉(zhuǎn)子和定子之間的轉(zhuǎn)子間隙代表針對壓縮機輪的(特別是唯一的)進氣口。這又意味著電動機幾乎不擋住進氣流，并且不需要提供額外的進氣口，該進氣口會不必要地增加流阻力。因此，對于入口，甚至可以在轉(zhuǎn)子和定子之間沒有支柱。在這里，因為省去了"相應軸承"，所以不一定要提供支柱。盡管如此，對于具有渦輪機的"傳統(tǒng)渦輪增壓器"以及僅被設計為一個壓縮機級的渦輪增壓器(例如具有特別高的轉(zhuǎn)速、臨界固有頻率等)，可以采用這樣的"相應軸承"。 取決于轉(zhuǎn)子或定子的尺度，入口可以具有大橫截面面積。優(yōu)選地，定子的最小內(nèi)徑是轉(zhuǎn)子的最大外徑的尺寸的1. 2至10倍，優(yōu)選是1. 5至8倍，特別優(yōu)選是2至4倍。這里指定的長度各自與相關(guān)部件的最大延伸或最小延伸相關(guān)，但是僅在電有效或磁有效部件的范圍內(nèi)(因此例如僅在轉(zhuǎn)子磁鐵的長度上)，并且隨后變厚(例如在壓縮機輪的區(qū)域中)在這里并不重要。這些值在(橫截面面積的)單個橫截面中滿足即可。 另一有利設計在于壓縮機輪包括螺紋、葉片或翼狀物形式的輸送結(jié)構(gòu)，其中，所述輸送結(jié)構(gòu)的前沿在進氣流方向上相對于轉(zhuǎn)子磁鐵的磁有效前沿或定子的磁有效前沿位于下游或上游。在本文中，"磁有效前沿"表示實際的電和磁部件，但沒有隔離外殼等。這樣，根據(jù)應用情況，可以自由地以實際上自由的方式相對于壓縮機輪布置定子或轉(zhuǎn)子。例如，如果使用金屬材料的壓縮機輪，則可以將轉(zhuǎn)子磁鐵的前沿關(guān)于進氣流方向被布置在上游。利用轉(zhuǎn)子磁鐵伸出壓縮機輪，相應的電動機的電特性或磁特性是特別有利的。但是，如果要求構(gòu)造空間最小化，則轉(zhuǎn)子磁鐵可以始于壓縮機輪的輸送結(jié)構(gòu)內(nèi)部。這例如適合于輸送結(jié)構(gòu)由塑料材料構(gòu)成的情況。定子的前沿可以類似地關(guān)于輸送結(jié)構(gòu)的前沿被布置在下游或上游。這里，也是出于對最前面的關(guān)于構(gòu)造空間及材料的考慮。 另一 (作為上述構(gòu)造的替代方式或者另一方式)構(gòu)造在于壓縮機輪包括葉片、螺紋或翼狀物形式的輸送結(jié)構(gòu)，其中，輸送結(jié)構(gòu)的后沿在進氣流方向上相對于所述轉(zhuǎn)子磁鐵的后沿或定子的后沿位于下游或上游。因此，根據(jù)周圍材料的電介質(zhì)或磁特性、轉(zhuǎn)子磁鐵或定子或壓縮機輪/輸送結(jié)構(gòu)的尺度，"待驅(qū)動"的部件也可以被部分布置在輸送結(jié)構(gòu)的下游。這里，特別大的或大功率的定子裝置或轉(zhuǎn)子磁鐵還可以被設計成足夠長，使得它們在兩側(cè)(因此在下游和上游)在軸向上延伸超過輸送結(jié)構(gòu)或壓縮機輪。
另一有利設計在于定子和/或轉(zhuǎn)子相對于壓縮機輪的軸傾斜。 因此，這意味著轉(zhuǎn)子磁鐵或定子的外輪廓或內(nèi)輪廓不需要為圓柱形或中空的圓柱形，而且還意味著這里可以有其它形狀，例如截錐形或中空的截錐形形狀。利用這些傾斜結(jié) 構(gòu)，本發(fā)明的直徑或面積關(guān)系也僅需要在單個步驟中實現(xiàn)，以實現(xiàn)本專利的發(fā)明內(nèi)容。
另一有利設計在于轉(zhuǎn)子磁鐵相對于壓縮機輪的軸被徑向布置在壓縮機輪的輪轂 外。這種布置盡管由于轉(zhuǎn)子磁鐵的機械和熱負荷增加的原因而并非總是需要，但是提供了 更大的靈活性，例如可以實現(xiàn)緊湊的輪轂(例如，在理想情況下省去輪轂)以及實現(xiàn)壓縮機 中心的附加氣流。為此，壓縮機輪也可以被設計成使得可以徑向上在轉(zhuǎn)子磁鐵內(nèi)或徑向上 在轉(zhuǎn)子磁鐵外引導空氣。例如在這里，可以想到以基本圓環(huán)形方式設計轉(zhuǎn)子磁鐵，但是這也 可以通過布置數(shù)個轉(zhuǎn)子磁鐵來實現(xiàn)。 關(guān)于這點，壓縮機輪可以被設計成使得氣團流的至少50%、優(yōu)選是至少70%、特 別優(yōu)選是至少90%在徑向上在轉(zhuǎn)子磁鐵外部被引導。 另一特別有利的形式在于入口的橫截面面積與轉(zhuǎn)子磁鐵的橫截面面積的比(以 公式VQE = A入。/A轉(zhuǎn)^磁鐵表示)在0. 5與100之間，優(yōu)選是在0. 8與50之間，特別優(yōu)選是在 2與20之間。 媒介間隙馬達的首要工作功是將媒介傳送通過轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙，或者作為 發(fā)電機，由媒介間隙中的傳送媒介驅(qū)動。"入口的橫截面面積"應當理解為空氣或流體可以通過的實際開口橫截面。因此這 是該區(qū)域中的實際的"入口凈橫截面面積"。例如，對于圓圈形入口，首先將其假設為總的圓 形面積，但是減去葉片或輪轂(包括護套、轉(zhuǎn)子磁鐵等)的相應的橫截面面積，以便確定凈 橫截面面積。這里得到的測量值因而是實際轉(zhuǎn)子磁鐵(關(guān)于面積)與空氣可以流過的實際 橫截面的比。 用于確定VQE的橫截面優(yōu)選是經(jīng)過不僅存在轉(zhuǎn)子磁鐵而且存在轉(zhuǎn)子的磁有效或電 有效截面的區(qū)域。 另一有利設計在于定子的橫截面面積與轉(zhuǎn)子磁鐵的橫截面面積的比(以公式VQS =A定子二 /A轉(zhuǎn)子磁鐵表示)在2與IOO之間，優(yōu)選是在10和50之間。這里，各自為要說明的 定子或轉(zhuǎn)子磁鐵的電有效部件的"凈橫截面面積"。未將非電/磁有效的一個或多個隔離部 件考慮在內(nèi)。因此，對于定子，將金屬基底主體(例如包括銅繞組)考慮在橫截面內(nèi)，但是 周圍的隔離塑料為考慮在內(nèi)。相應地，對于轉(zhuǎn)子磁鐵，也僅將實際磁有效面積考慮在內(nèi)，即 使轉(zhuǎn)子由不同部分組成也是如此(于是相應地將各個面積相加，使得可以確定轉(zhuǎn)子磁鐵的 總面積)。 上述橫截面優(yōu)選與壓縮機輪的軸垂直。 另一有利形式在于轉(zhuǎn)子與壓縮機輪連接，并且壓縮機輪在兩側(cè)被軸向安裝。這里， 壓縮機輪可以與渦輪連接或者不與其連接，重要的是壓縮機輪在兩側(cè)被軸向安裝，因此不 突出。 另一有利的設計在于渦輪增壓器僅僅被設計為具有至少一個壓縮機輪的壓縮機 系統(tǒng)，并且所述至少一個壓縮機輪在一側(cè)或兩側(cè)被軸向安裝。在這種情況下，壓縮機輪因此 不會與渦輪連接。 另一有利的設計在于渦輪增壓器包括渦輪和壓縮機輪，其中，在壓縮機輪的面向 渦輪的一側(cè)、或者在壓縮機輪的面向渦輪的一側(cè)與背離渦輪的一側(cè)之間設有電動機。
另一有利設計在于定子的最小內(nèi)徑是轉(zhuǎn)子的最大外徑的1. 1至1.49倍，優(yōu)選是1. 25至1. 49倍。 另一有利設計在于定子的最小內(nèi)徑也是轉(zhuǎn)子的最大外徑大小的8.01至15倍，優(yōu)選是8.01至12倍 這里指定的長度各自與相關(guān)部件的最大延伸或最小延伸相關(guān)，但是僅在電有效或磁有效部件的范圍(因此，例如僅為轉(zhuǎn)子磁鐵的范圍)內(nèi)，并且隨后變厚(例如在壓縮機輪的區(qū)域中)在這里并不重要。 為了減小電流強度以及增加能量效率，在這里，電動機的標稱電壓可以大于12V，例如為24V或48V。 對于電動機特別有利的是能夠從馬達工作方式切換到發(fā)電機工作方式。如果(渦輪機殼體中)增壓壓力達到特定標稱值，則通過使用具有再生能力的換能器產(chǎn)生附加的能量。而且，理想情況下，通過制動能量的能量轉(zhuǎn)換，可以摒棄用于噴出多余廢氣壓的排廢門/測壓器。 對馬達/發(fā)電機工作方式的控制首次允許實現(xiàn)對增壓過程的幾乎實時的、目標化閉環(huán)控制。壓縮機以及渦輪的轉(zhuǎn)速、進而氣團流可以被準確確定，因為電動機優(yōu)選是通過頻率轉(zhuǎn)換器以閉環(huán)控制。內(nèi)燃機的增壓過程的控制優(yōu)選是集成到集中式馬達控制中。這樣，可以實現(xiàn)以特征曲線控制的增壓。因此，可以實現(xiàn)燃燒參數(shù)(燃料量、空氣量、增壓壓力、廢氣返回率、點火時間等)的準確調(diào)節(jié)和優(yōu)化，通過這種方式，可以實現(xiàn)顯著降低燃料消耗。因此，這表示特征曲線的有效延伸，通過這種方式，內(nèi)燃機的能量平衡可以得到顯著提高。該控制環(huán)路允許在內(nèi)燃機的燃燒室內(nèi)實現(xiàn)完整燃燒進程的閉環(huán)控制和優(yōu)化。
更多有利設計在其余從屬權(quán)利要求中說明。


下面通過若干附圖來說明本發(fā)明。在附圖中 圖la為根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器的第一實施例的局部剖視圖； 圖lb為圖la所示渦輪增壓器依照方向A的截面； 圖lc為圖la所示渦輪增壓器依照方向B的截面； 圖ld為圖la所示渦輪增壓器的部分分解圖； 圖2a為根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器的第二實施例的局部剖視圖； 圖2b為圖2a所示渦輪增壓器的部分分解圖； 圖3a說明轉(zhuǎn)子磁鐵、定子和壓縮機輪的比例和布局； 圖3b為具有傾斜轉(zhuǎn)子和傾斜定子的壓縮機輪； 圖4a-4c說明關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器的幾何關(guān)系； 圖5和圖6是根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器的又一實施例，作為用于發(fā)電的微渦輪機。
具體實施例方式
在下文中通過根據(jù)圖la至圖ld的第一實施例示出本發(fā)明的基本情況。
圖la至圖ld示出電方面改進的機械渦輪增壓器l，該渦輪增壓器l可以與內(nèi)燃機上的渦輪機殼體5耦接。在燃燒后，廢氣通過圖la所示的廢氣扇收集并用于驅(qū)動渦輪2。渦輪2由渦輪機殼體5包圍并且基本上來自常用的機械渦輪增壓器。軸承殼體7連接到渦輪機殼體5，于是連接到壓縮機殼體6。壓縮機輪6耦接在該壓縮機殼體6中，并且將通過入 口 (該入口尤其在圖lc中容易看見)饋送的空氣壓縮并將其以一方式(這里未示出)引 導到內(nèi)燃機的燃燒室。圖1左側(cè)的壓縮機輪3示出延續(xù)部分，電動機的轉(zhuǎn)子4a與該延續(xù)部 分連接。轉(zhuǎn)子4a在進氣口 4e中居中附接。進氣流方向4e在圖la中以LES表示(這里， 與壓縮機輪的軸同軸)。 定子4b具有基本上中空圓柱形的形狀并且在進氣口區(qū)域中代表壓縮機殼體的內(nèi) 壁的一部分，并被提供在轉(zhuǎn)子4a周圍。這里，定子4b甚至還作為相應開口的嵌入物。，使其 易于組裝。這里，因此在圖la中，轉(zhuǎn)子4a與定子4b之間的轉(zhuǎn)子間隙是壓縮機輪的進氣口 4e。在這種情況下，再次依據(jù)圖la，進氣口 4e在轉(zhuǎn)子和定子之間不需要支柱。在所示截面 中，定子的最小內(nèi)徑(參見圖ld的"(V')例如為轉(zhuǎn)子的最大外徑4的1.5倍(附圖是示 意性的并且僅用于表明大小關(guān)系)。 電動機4的轉(zhuǎn)子4a包括轉(zhuǎn)子磁鐵4c，這里，轉(zhuǎn)子磁鐵4c由護套包圍(見圖ld)。 在這種情況下，護套以基本上為"燒杯形"的方式設計，其中，燒杯的基底朝向壓縮機輪方向 幾乎完全閉合(忽略中央的組裝孔)。 壓縮機輪可以(但不是必須)由非金屬材料制成，這里，在一個實施例中，例如由 非增強型塑料制成，并且對電動機的電磁場的影響最小。轉(zhuǎn)子磁鐵4c在用于放置在具有壓 縮機輪的公共軸上的區(qū)域中又是中空的。這里，轉(zhuǎn)子磁鐵的孔4c相應地在圖ld中可見。而 且，可以看出，各部件的順序是以轉(zhuǎn)子(由轉(zhuǎn)子磁鐵4c和護套4d組成)、壓縮機輪3、軸8、 渦輪2的順序示出，這使得電動機的熱負荷最小。在本實施例中，軸8被設計為使得渦輪2、 壓縮機輪3以及轉(zhuǎn)子4a彼此牢固(以抗扭的方式)連接，因此不會被旋轉(zhuǎn)離合器或飛輪分 離。但是，如果例如在渦輪2的質(zhì)量非常高的情況下，基本上可以在本發(fā)明的框架內(nèi)提供這 樣的離合器，但是這樣又會增加設計成本。 這里，圖la中電動機4的標稱電壓為12V，但是也可以為其它電壓(例如關(guān)于混合 式車輛為48V)。 在圖ld中示出具有用于壓縮用于內(nèi)燃機的新鮮空氣的壓縮機裝置的渦輪增壓 器，包括壓縮機輪3以及具有轉(zhuǎn)子4a和定子4b的電動機4，其中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子磁鐵4c被設 計為使其部分或全部集成到壓縮機輪中或者與壓縮機輪連接，并且定子的最小內(nèi)徑是轉(zhuǎn)子 的最大外徑的1. 5至8倍。轉(zhuǎn)子磁鐵、電子或壓縮機輪的布局在軸向方向上是可變的，關(guān)于 這點可特別參考后面的圖3a。轉(zhuǎn)子磁鐵3c的質(zhì)量(總質(zhì)量，即使轉(zhuǎn)子磁鐵是由數(shù)個部件組 成)在這里為50g。該轉(zhuǎn)子磁鐵關(guān)于轉(zhuǎn)子的軸的質(zhì)量慣性矩為0. 6kgmm2。
入口的橫截面面積與轉(zhuǎn)子磁鐵的橫截面面積的比(VQE)為7 : 1。定子的橫截面 面積與轉(zhuǎn)子磁鐵的橫截面面積的比V^為16 : 1。 電動機可以以馬達工作方式工作(用于加速以及避免"渦輪遲滯")，以及以發(fā)電 機工作方式工作(用于恢復能量)。如果(渦輪機殼體中的)增壓壓力達到某一標稱值，則 其它能量通過使用具有再生能力的換能器來產(chǎn)生。理想情況是，通過發(fā)電機工作方式下的 制動能量的該能量轉(zhuǎn)換，可以廢除用于噴出多余廢氣壓的排廢門/測壓器(如圖lb中標號 9所示)。 根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器被用于關(guān)于機動車輛的本發(fā)明驅(qū)動系統(tǒng)中，該驅(qū)動系統(tǒng) 包括與渦輪增壓器連接的內(nèi)燃機，以及電能儲存裝置。在這里，渦輪增壓器1的電動機與電能儲存裝置連接，用于在渦輪增壓器1的馬達工作方式中取出電能，并且在渦輪增壓器1的 發(fā)電機工作方式中饋入電能。在特別優(yōu)選的實施例中，渦輪增壓器的電動機與電儲存裝置 連接，其中，該電儲存裝置還可連接到機動車輛的電動驅(qū)動。這可以是機動車輛的"輪轂電 機"或另一電動機，其設置在機動車輛的傳動中(例如在齒輪區(qū)域中)。電渦輪增壓器與混 合型車輛的這種連接尤其是高效能的。 用于確定渦輪2或壓縮機輪3的轉(zhuǎn)速、渦輪機殼體側(cè)和壓縮機殼體側(cè)的壓力狀況 的實際值以及與內(nèi)燃機的扭矩有關(guān)的其它值的控制電子裝置被提供用于有效控制驅(qū)動系 統(tǒng)或渦輪增壓器。 根據(jù)圖la至Id的第一實施例的最重要的部件在圖Id中的右上部被示為部分分 解圖。這里，可以看出，這是包括渦輪2以及與其連接的壓縮機輪3的渦輪增壓器1的情 況，其中，電動機4被設置在壓縮機輪3的背離渦輪的一側(cè)，渦輪包括轉(zhuǎn)子4a和定子4b，并 且電動機4的轉(zhuǎn)子4a與壓縮機輪3以抗扭的方式連接，并以自由伸出的方式設計。
"自由伸出"的方式是有利的，原因是由此可以減少設計成本，并且避免例如總座 架的靜態(tài)超尺寸。"自由伸出"應理解為其中轉(zhuǎn)子未以分離和永久的方式安裝的方案。可能 提供的"支撐籠"等在軸承的背景中看不到，所述"支撐籠"等用于防止自由伸出的轉(zhuǎn)子的 彎曲，該彎曲例如由于彎曲諧振而可能太大。 在圖2a和圖2b中示出第二實施例。這里，轉(zhuǎn)子磁鐵4c在制造時被部分集成到壓 縮機輪3中。定子形成壓縮機殼體的內(nèi)輪廓。 電動機可以以馬達工作方式工作(用于加速以及避免"渦輪遲滯")，以及以發(fā)電 機工作方式工作(用于恢復能量)。如果(渦輪機殼體中的)增壓壓力達到某一標稱值，則 其它能量通過使用具有再生能力的換能器來產(chǎn)生。通過發(fā)電機工作方式下的制動能量的該 能量轉(zhuǎn)換，可以廢除用于噴出多余廢氣壓的排廢門/測壓器(如圖lb中標號9所示)。
圖3a示出壓縮機輪3、定子4b以及轉(zhuǎn)子4c的示意性表示，以便示出幾何情況。如 圖所示，壓縮機輪在一側(cè)或兩側(cè)被安裝在軸10上，并且在進氣流方向LES上受到流的作用。 吹入的氣流被壓縮機輪3加速，壓縮機輪3包括輸送結(jié)構(gòu)F。該輸送結(jié)構(gòu)的前沿由VF表示， 而輸送結(jié)構(gòu)的后沿由HF表示。轉(zhuǎn)子磁鐵4c的前沿由VR表示，而轉(zhuǎn)子磁鐵4c的后沿由HR 表示。定子的前沿由VS表示，而定子的后沿由HS表示(這里，定子是旋轉(zhuǎn)對稱的，但是為 了更好地觀察，示出了上定子部分)。因此，壓縮機輪3具有葉片形式的輸送結(jié)構(gòu)F，其中， 輸送結(jié)構(gòu)的前沿VF在進氣流方向上相對于轉(zhuǎn)子磁鐵4c的磁有效前沿和定子的磁有效前沿 VS位于下游。相反，壓縮機輪及其后沿HF在進氣流方向上相對于轉(zhuǎn)子磁鐵4c的后沿HR和 定子4b后沿位于上游。 但是，這里也可以使用其它方案，利用該方案，轉(zhuǎn)子磁鐵或定子僅僅延伸超過壓縮 機輪的一邊，并且轉(zhuǎn)子磁鐵也可以完全在壓縮機輪內(nèi)，因而被輸送結(jié)構(gòu)的邊在橫向上包圍。
圖3b示出又一實施例，定子4b (該定子關(guān)于軸10旋轉(zhuǎn)對稱)關(guān)于軸10傾斜。這 里，定子因此基本上具有中空的截錐形狀。這對于轉(zhuǎn)子4a或相應的轉(zhuǎn)子磁鐵也是一樣，同 樣，其截面相對于軸10傾斜(因此這些不平行/共線，而是其延長線交叉)。
圖3b中所示的壓縮機輪在兩側(cè)均安裝(參見所示出的軸承位置L1和L2)。但是， 其它附圖中的實施例形式也基本上可以在兩側(cè)均安裝(即使這在特定情況下意味著更多 的構(gòu)造成本)。
關(guān)于圖3b，示出的是轉(zhuǎn)子磁鐵4c相對于壓縮機輪3的軸10在徑向上被布置在壓 縮機輪的輪轂外。這里，壓縮機輪被設計成使得空氣可以在徑向上在轉(zhuǎn)子磁鐵內(nèi)或徑向上 在轉(zhuǎn)子磁鐵外流過。這里，壓縮機輪也可以被設計成使得所提供的氣團(或所提供的氣團 流)的至少70%在徑向上在轉(zhuǎn)子磁鐵外流過。 圖4a和圖4b用于說明對直徑尺寸的確定，所述直徑尺寸并非從頭到尾都相同。
圖4a清楚地指出轉(zhuǎn)子的最大直徑dK是在該轉(zhuǎn)子(但是僅在轉(zhuǎn)子磁鐵延伸的范圍 內(nèi))具有其最大延伸的位置測得的。不包括該轉(zhuǎn)子的、在壓縮機輪3區(qū)域中的隨后變寬的 部分，因為轉(zhuǎn)子磁鐵未進一步延伸到那里。 相應地，定子也是在定子的相應電或磁有效部件(由黑色條表示，該黑色條示出 具有銅線的層壓芯)延伸通過的最窄位置(見4)處測量的。 圖4b是對橫截面(非圓形)的進一步說明。轉(zhuǎn)子磁鐵的"最大外徑"應當理解為 表示圍繞整個轉(zhuǎn)子的最小外接圓的直徑(參見以上相對于軸定位關(guān)于4a的說明)。圖4b 中所示的波浪形外側(cè)線為非圓形，并且外接圓與外轉(zhuǎn)子的突出位置基本上相切。
圖4b也是一樣，圖4b也沒有圓形形狀。這里，假設最大內(nèi)接圓具有直徑ds。
圖4c再次示出穿過根據(jù)本發(fā)明的定子4b和轉(zhuǎn)子4a的橫截面。這里，可以看到由 各個分段(三個分布在邊界上)組成的轉(zhuǎn)子磁鐵4c?？商孢x地，也可以想到例如圓柱形的 單個磁鐵。在該轉(zhuǎn)子磁鐵4c周圍附接有護套4d。而輸送結(jié)構(gòu)F(這里為截面，所以用陰影 表示)被示為在該護套上。空氣通道或媒介通道開口 4e設在輸送結(jié)構(gòu)周圍，并且在徑向上 在外側(cè)由屏蔽罩11 (屏蔽罩11為塑料并且是磁隔離/電絕緣的)包圍。定子4b的電有效 部分設在護罩ll的周圍。 在圖4c所示的橫截面中，媒介通道開口或空氣通道或入口 4e的橫截面面積與轉(zhuǎn) 子磁鐵的四個分段的橫截面面積的比(定義為V證二 A入口/A轉(zhuǎn)子磁鐵)=4:1。
這里，入口 4e被限定為可以真正用于通流的開口，因此為護套11內(nèi)含有的面積， 但是要減去陰影表示的輸送器結(jié)構(gòu)的面積以及轉(zhuǎn)子的輪轂的面積(該輪轂包括護套4d以 及位于其中的所有東西)。這里要表達的是入口的"凈橫截面面積"。圖4c的橫截面顯然 經(jīng)過定子4b的電有效和磁有效部分。在該橫截面中，定子的橫截面面積與轉(zhuǎn)子磁鐵的橫截 面面積的比(定義為VQs二A舒/A轉(zhuǎn)子磁鐵)=3:1。 這里，只有電有效或磁有效部分(因此為金屬+銅線，但是減去銅線涂覆層以及可 能有的"中空面積")才被理解為定子的橫截面面積。因此，其如同轉(zhuǎn)子磁鐵一樣，并且這里 僅采用純轉(zhuǎn)子磁鐵分段在該橫截面中的橫截面。 定子的最小內(nèi)徑關(guān)于轉(zhuǎn)子的最大外徑的上述比例(附加地，為1.5至8倍)也可 以位于其它區(qū)間，特別是1. 1至1. 49倍，優(yōu)選是1. 25至1. 49倍。但是，相應地，在該比例 值的另一端，定子的最小內(nèi)徑也可以是轉(zhuǎn)子的最大外徑大小的8. 01至15倍，優(yōu)選是8. 01
至12倍。 附圖中所示的所有渦輪增壓器包含用于壓縮空氣的至少一個壓縮機輪3，并且可 以由電動機4驅(qū)動，其中，在該電動機的轉(zhuǎn)子4a和定子4b之間設有轉(zhuǎn)子間隙，并且饋送到 壓縮機輪的氣團流的至少50%、優(yōu)選是至少90%在渦輪增壓器的至少一個工作情形下被 饋送通過轉(zhuǎn)子間隙。通過附圖中的表示，該操作條件是在5000rpm和300000rpm之間、優(yōu)選 是在40000rpm和200000rpm之間、主要是在100000rpm的轉(zhuǎn)速下給出的。這里，相連的往
14復式發(fā)動機的曲柄軸的轉(zhuǎn)速在100rpm和15000rpm之間、優(yōu)選是在1500rpm和8000rpm之 間，主要是例如2500rpm。 圖5和圖6將根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器示為用于電/熱聯(lián)產(chǎn)的微渦輪機的基底模 塊。圖5示出基本構(gòu)造，圖6為分解圖。電動機/發(fā)電機以標號ll表示，回流換熱器以標 號12表示，熱交換器以標號13表示，熱儲存裝置以標號14表示。因此，在附圖中，重要部 件(轉(zhuǎn)子、定子、壓縮機輪、渦輪)以與前面的實施例相同的標號表示。換句話說，機能的方 式如下(在這里，重要的主要不在于電/熱聯(lián)產(chǎn)的功能，而在于包括壓縮機輪和渦輪的根據(jù) 本發(fā)明的渦輪增壓器還可以用于汽車之外)。 助燃空氣完全在電動機/發(fā)電機11的轉(zhuǎn)子和定子之間流入到壓縮機中。通過向 其施加的大約4bar的壓縮，助燃空氣已加熱到大約200°C。加熱后的助燃空氣被導出壓縮 機進入第一熱交換器，并且通過流過的熱廢氣被提高到大約500°C 。在布置在下游的燃燒室 中，助燃空氣與燃料如再生氣一起燃燒。通過這種方式生成的熱氣在渦輪機中膨脹并且驅(qū) 動渦輪，進而驅(qū)動壓縮機和發(fā)電機。廢氣的熱能在熱交換器中被部分直接再次分配給壓縮 的助燃空氣。而且，根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器可以與第二熱交換器耦合，以利用總剩余熱量 來提供熱水，或者將其引導到加熱回路例如用于建筑物的供熱和制冷。發(fā)電機可以用作用 于開始進程的電動機。因此，例如利用根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器，可以產(chǎn)生廉價的單岸式電 站，其主要部件包括來自機動車產(chǎn)業(yè)的按大尺度制造的部件。由于低諧振運行，在相鄰建筑 中避免了噪聲釋放以及主體聲音傳輸。該模塊由于構(gòu)造緊湊且重量低，還適于作為用于在 飛機中發(fā)電的輔助驅(qū)動。
權(quán)利要求
一種渦輪增壓器，具有用于壓縮用于內(nèi)燃機的新鮮空氣的壓縮機裝置，該渦輪增壓器包括壓縮機輪(3)以及具有轉(zhuǎn)子(4a)和定子(4b)的電動機(4)，其中，所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子磁鐵(4c)被設計成使其部分或全部集成到所述壓縮機輪中，并且所述定子的最小內(nèi)徑是所述轉(zhuǎn)子的最大外徑的1.5倍至8倍。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子間隙被設計成使得壓縮 機輪旋轉(zhuǎn)時，要壓縮的氣團流的至少50%、優(yōu)選是至少90%被引導通過所述轉(zhuǎn)子間隙。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述渦輪增壓器包括渦輪(2) 并且所述至少一個壓縮機輪(3)與所述渦輪連接，其中，所述電動機被布置在所述壓縮機 輪的背離所述渦輪的一側(cè)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(4a)以抗扭的方 式與所述壓縮機輪(3)連接，并且以自由伸出的方式設計。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，設置有渦輪(2)，并且所述 渦輪以抗扭的方式連接到所述壓縮機輪(3)。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于包括殼體，所述殼體包括用 于渦輪(2)的渦輪機殼體(5)以及用于所述壓縮機輪(3)的壓縮機殼體(6)。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，僅在渦輪(2)和壓縮機輪 (3)之間的區(qū)域中設置渦輪(2)和/或壓縮機輪(3)的座架。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪增壓器，其特征在于，在所述渦輪機殼體(5)與所述壓縮 機殼體(6)之間設有用于容納所述渦輪(2)的軸承部件的軸承殼體(7)。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述電動機(4)的轉(zhuǎn)子 (4a)包括轉(zhuǎn)子磁鐵(4c)，所述轉(zhuǎn)子磁鐵(4c)被護套(4d)(圖ld)圍繞。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述電動機(4)包括定子 (b)，并且所述定子(4b)具有基本上中空的圓柱形形狀。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述定子(4b)被設計為所述壓 縮機殼體(6)的內(nèi)壁的一部分。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述定子(4b)可以被應用 為所述壓縮機殼體(6)的相應開口的嵌入物。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)子(4b)和所述 定子(4b)之間的轉(zhuǎn)子間隙代表所述壓縮機輪的進氣口 (4e)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述進氣口 (4e)在所述轉(zhuǎn)子 (4a)和所述定子(4b)之間沒有支柱。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9至14之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(4a)的護套 (4d)被設計為圓柱形形狀。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9至15之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子磁鐵(4c)在 內(nèi)部區(qū)域中是中空的，用于供具有所述壓縮機輪的公共軸(8)插入。
17. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述壓縮機輪(3)由非金 屬材料制成，優(yōu)選是由增強型或非增強型塑料制成。
18. 根據(jù)權(quán)利要求6至17之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述渦輪機殼體(5)被連接到內(nèi)燃機的廢氣回路，用于通過流出所述內(nèi)燃機的廢氣驅(qū)動所述渦輪。
19. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述電動機(4)可從馬達 工作方式變換到發(fā)電機工作方式。
20. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述電動機的標稱電壓是 12V、24V或48V。
21. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子磁鐵(4c)的質(zhì) 量在50g和lOOOg之間，并且對于機動車渦輪增壓器優(yōu)選在10g和100g之間。
22. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子磁鐵(4c)相對 于所述轉(zhuǎn)子(4a)的軸(10)的質(zhì)量慣性矩在O. lkgmm2和10kgmm2之間，對于機動車應用是 優(yōu)選在0. 3kgmm2和1. 0kgmm2之間。
23. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述壓縮機輪包括螺紋、 葉片或翼狀物形式的輸送結(jié)構(gòu)(F)，其中，所述輸送結(jié)構(gòu)的前沿(VF)在進氣流方向(LES)上 相對于所述轉(zhuǎn)子磁鐵(4c)的磁有效前沿(VR)或定子(4b)的磁有效前沿(VS)位于下游或 上游。
24. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述壓縮機輪包括葉片、 螺紋或翼狀物形式的輸送結(jié)構(gòu)(F)，其中，所述輸送結(jié)構(gòu)的后沿(HF)在進氣流方向(LES)上 相對于所述轉(zhuǎn)子磁鐵(4c)的后沿(HR)或定子(4b)的后沿(HS)位于下游或上游。
25. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述定子(4b)和/或轉(zhuǎn)子 (4a)相對于所述壓縮機輪(3)的軸(10)傾斜。
26. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子磁鐵(4c)相對 于所述壓縮機輪(3)的軸(10)被徑向布置在所述壓縮機輪的輪轂之外。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述壓縮機輪(3)被設計成使得 空氣可以徑向上在所述轉(zhuǎn)子磁鐵(4c)內(nèi)部及徑向上在所述轉(zhuǎn)子磁鐵(4c)外部被引導。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述壓縮機輪(3)被設計成使得 氣團流的至少50%、優(yōu)選是至少70%、特別優(yōu)選是至少90%在徑向上在所述轉(zhuǎn)子磁鐵外側(cè) 被引導。
29. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，在至少一個橫截面中，所 述入口 (4e)的橫截面面積與所述轉(zhuǎn)子磁鐵(4c)的橫截面面積的比(VQE = AA。/A^att) 在0. 5與100之間，優(yōu)選是在0. 8與50之間，特別優(yōu)選是在2與20之間。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述橫截面還經(jīng)過所述定子 (4b)的磁有效或電有效截面。
31. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，在至少一個橫截面中，所 述定子(4b)的橫截面面積與所述轉(zhuǎn)子磁鐵(4c)的橫截面面積的比(VQS = A^/A,磁鐵) 在2與100之間，優(yōu)選是在10與50之間。
32. 根據(jù)權(quán)利要求29至31之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述橫截面與所述軸 (10)垂直。
33. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(4a)連接到所 述壓縮機輪(3)，并且所述壓縮機輪在兩側(cè)被軸向安裝。
34. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述渦輪增壓器僅被設計 為具有至少一個壓縮機輪(3)的壓縮機系統(tǒng)，并且所述至少一個壓縮機輪在一側(cè)或兩側(cè)被軸向安裝。
35. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述渦輪增壓器包括渦輪 (2)和所述壓縮機輪(3)，其中，所述電動機(4)被布置在所述壓縮機輪的面向所述渦輪的 一側(cè)，或者被布置在所述壓縮機輪的面向所述渦輪的一側(cè)與所述壓縮機輪的背離所述渦輪 的一側(cè)之間。
36. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述定子的最小內(nèi)徑是所 述轉(zhuǎn)子的最大外徑的1. 1倍至1. 49倍，優(yōu)選是1. 25倍至1. 49倍。
37. 根據(jù)權(quán)利要求1至35之一所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述定子的最小內(nèi)徑是 所述轉(zhuǎn)子的最大外徑的8. 01倍至15倍，優(yōu)選是8. 01倍至12倍。
38. —種用于機動車輛的驅(qū)動系統(tǒng)，包括內(nèi)燃機、電能儲存裝置以及根據(jù)前述權(quán)利要求 之一所述的渦輪增壓器(l)，其特征在于，所述渦輪增壓器(1)的電動機(4)連接到所述電 能儲存裝置，用于在所述渦輪增壓器(1)的馬達工作方式下取出電量，并且用于在所述渦 輪增壓器(1)的發(fā)電機工作方式下饋入電能。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，與所述渦輪增壓器(1)的電動機 (4)連接的所述電儲存裝置可以還連接到機動車輛的電動驅(qū)動。
40. 根據(jù)權(quán)利要求38或39所述的驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括用于確定 所述渦輪(2)或壓縮機輪(3)的轉(zhuǎn)速、渦輪機殼體側(cè)和壓縮機殼體側(cè)的壓力狀況的實際值 以及與扭矩有關(guān)的內(nèi)燃機的其它值的控制電子裝置或傳感器。
41. 一種用于操作根據(jù)權(quán)利要求1至37之一所述的渦輪增壓器的方法，其特征在于， 所述渦輪增壓器(1)包括用于壓縮空氣的至少一個壓縮機輪(3)，并且所述壓縮機輪可以 由電動機(4)驅(qū)動，其中，在所述電動機的所述轉(zhuǎn)子(4a)與所述定子(4b)之間設有轉(zhuǎn)子間 隙，并且被引導到所述壓縮機輪的氣團流的至少50%、優(yōu)選是90%在所述渦輪增壓器的至 少一個操作條件下被弓I導通過所述轉(zhuǎn)子間隙。
42. 根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，在所述壓縮機輪的5000rpm和 300000rpm之間、優(yōu)選是在40000rpm和200000rpm之間、特別優(yōu)選在40000rpm和60000rpm 之間的轉(zhuǎn)速下給出所述操作條件。
43. 根據(jù)權(quán)利要求41或42所述的驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，在由所述渦輪增壓器供給新 鮮空氣的內(nèi)燃機的50rpm和20000rpm之間、優(yōu)選是在100rpm和1500rpm之間、特別優(yōu)選在 2000rpm和4000rpm之間的轉(zhuǎn)速下給出所述操作條件。
44. 根據(jù)權(quán)利要求1至37之一所述的渦輪增壓器作為用于電/熱聯(lián)產(chǎn)的微渦輪機的基 本模塊的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種渦輪增壓器，包括用于壓縮用于內(nèi)燃機的新鮮空氣的壓縮機系統(tǒng)。所述渦輪增壓器包括壓縮機渦輪機(3)和具有轉(zhuǎn)子(4a)和定子(4b)的馬達(4)，所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子磁鐵(4c)以使其被部分或全部集成到壓縮機渦輪機中的方式構(gòu)造，并且所述定子的最小內(nèi)徑是轉(zhuǎn)子的最大外徑的1.5倍至8倍。根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器的特征在于瞬時范圍內(nèi)非常自發(fā)的響應表現(xiàn)以及對團流的準確且現(xiàn)代化的控制的可能性。而且，允許能量再生，因而有助于增加內(nèi)燃機的總效率。
文檔編號H02K5/128GK101715509SQ200780053102
公開日2010年5月26日 申請日期2007年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者奧利弗·坎夫, 如多夫·勒夫勒, 托馬斯·畢碩夫, 拉爾夫·黑博爾, 散德拉·邁爾, 霍格·郭得可 申請人:林登邁爾股份有限公司;西歐克泰克有限公司及兩合公司