CN113366733A - 由电机驱动的、压缩轴穿过转子的流体压缩设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种由电机驱动的压缩设备(1)，其转子(4)包括圆柱形磁铁(5)和锁紧环(6)。根据本发明，转子(4)安装在压缩轴(3)上，且设有螺母(8)以轴向地固定压缩机(1)的转子(4)和压缩机叶轮(2)。
Description
技术领域
本发明涉及由电机驱动的压缩设备领域，尤其涉及由电机驱动的涡轮增压器的发明。
本发明特别涉及将气态流体传送至任何设备之前且更具体地是将气态流体传送至内燃机的进气口之前，藉由压缩机压缩气态流体、在此为空气的设备，压缩机为单独的或与涡轮相关联的从而形成涡轮增压器。
事实上，如广为所知的，内燃机所传递的功率取决于供给入该发动机的燃烧室的空气量，该空气量本身与该空气的密度成比例。
因此，当需要高功率时，通常在允许外部空气进入该燃烧室之前，通过压缩外部空气来增加该空气量。这种已知为涡轮增压的运行可以使用任何装置来实现，比如单独由电机电气驱动的压缩机(电气化的压缩机)或与涡轮及电机相关联从而形成电气化涡轮增压器的压缩机。
背景技术
在上述两种情况下，与压缩机相关联的电机可以是不同类型的。
一种是具有小气隙且绕组靠近转子的电机，该电机提供最佳的磁通引导和优化的效率。这种类型电机的优点是具有一定的紧凑性，这有时在对其冷却时可能是个问题，且需要专门***带走热量损失。
为了不侵入压缩机的空气进气口，这种类型的电机在电气化压缩机的情况下照惯例位于离心式压缩机的背部，或在电气化涡轮增压器的情况下位于压缩机与涡轮之间，尽管在后一种情况下由于靠近涡轮机而存在不利的热环境。通常，压缩机、涡轮机和电机之间的链接是刚性的。这种类型的机器也可以位于压缩机侧上，但是相对远离空气进气口，以免干扰它。压缩机和电机之间的链接则是刚性的，或由机械或磁耦合提供。
在专利US-2014/0,373,532、US-8,157,543、US-8,882,478、US-2010/0,247,342、US-6,449,950、US-7,360,361、EP-0,874,953或EP-0,912,821中更详细地描述了这种类型的***。
另一类型的机器是具有大气隙的电机，该气隙有时可能几厘米长，以允许工作流体从中通过，因此使得集成能够在更有利的热环境中尽可能地靠近压缩***。
然而，该电机布局的缺陷是干扰和限制转子和定子之间通过大气隙的磁通，且由此有助于限制电机的固有效率及其特定性能(功率重量比和功率密度)。这种设计的高损耗还需要特殊的冷却来释放转子和定子的热量或限制特殊性能。
在专利EP-1,995,429、US-2013/169,074或US-2013/043,745中特别地描述了这种类型的电机。
第三种类型的电机设有定子栅极的机器，即具有定子的电机，其定子的定子齿周围安装有线圈，这些定子齿具有大尺寸以允许气流通过。这种类型的电机是具有小气隙且绕组远离转子的电机。这种类型的电机可以布置在压缩机进气口处。这种定子栅极电机在专利申请WO-2013/050,577和FR-3,048,022中进行了特别描述。
与压缩机电气化有关的一个问题涉及转子的设计及其与压缩机轴的连接。该设计经常是复杂(使用螺钉)且昂贵的，以此提供转子和压缩机轴优良的同轴度而为在非常高的转速下运行所要求的。
专利申请No.FR-17/61,576细化了几种电动转子结构以及通过将转子添加至压缩机侧的轴开口而安装在涡轮增压器轴上的结构。这些结构对于在现有的涡轮增压器上的转子的集成很有意义。然而，考虑到制造公差和获得这种***所需的转子平衡操作，这些结构通常不容易与工业大规模生产制造过程相互兼容。
发明内容
为了降低制造和组装方法的复杂性，且与工业大规模生产制造工艺相互兼容，本发明涉及一种由电机驱动的压缩设备，其转子包括圆柱形磁铁和非磁性锁紧环。根据本发明，转子安装在压缩轴上，且设有螺母以轴向地固定转子和压缩机叶轮。因此，压缩轴延伸穿过转子，这降低了待制造部件在部件形状或制造公差方面的复杂性。此外，本发明允许减少制造和组装过程中所需的操作数量，特别减少可能的昂贵平衡操作。
本发明涉及一种由电机驱动的流体压缩设备，所述电机包括转子和定子，所述压缩设备包括压缩轴，其上安装有至少一个压缩机叶轮，所述转子包括圆柱形磁铁和用于维持所述磁铁的锁紧环。所述转子安装在所述压缩轴上，且在所述压缩轴的端部安装有用于轴向地固定所述转子和所述压缩机叶轮的螺母。
根据实施例，所述转子包括支撑所述圆柱形磁体的装置，所述支撑装置为圆柱形，且围绕所述压缩轴布置。
优选地，所述支撑装置是圆柱形套筒。
根据一个方面，所述圆柱套筒抵靠所述压缩机轮且抵靠所述螺母。
有利地，所述圆柱套筒抵靠用于引导压缩轴的***且抵靠所述螺母。
在变型中，所述压缩机叶轮安装在所述圆柱形套筒上。
替代地，所述压缩机叶轮包括所述支撑装置。
根据本发明的实施方式，所述转子的外径小于或等于压缩机叶轮鼻部的直径。
根据一个方面，所述转子在所述磁体的一侧包括至少一个非磁性止动块。
根据一个选项，所述锁紧环由非磁性材料制成，优选地为钛或碳。
根据一个特征，所述压缩设备是结合涡轮和压缩机的涡轮增压器，特别是用于内燃机或微型涡轮。
有利地，所述电机布置在所述涡轮增压器的进气口中。
根据实施例，所述电机是定子栅极电机。
此外，本发明涉及一种由电机驱动的压缩设备的制造方法，所述电机包括转子和定子，所述压缩设备包括压缩机轴，其上安装有至少一个压缩机叶轮。对于该方法，执行以下步骤：
a)将所述压缩机叶轮安装在所述压缩轴上，
b)将圆柱形磁铁安装到布置在所述压缩轴上的支撑装置上，
c)通过锁紧环径向维持所述圆柱形磁体，以及
d)通过布置在所述压缩轴端部的螺母轴向地固定所述转子和所述压缩机叶轮。
附图说明
根据本发明设备和方法的其他特征和优点将从阅读参照附图、以非限制性示例的方式给出的多个实施例的描述中变得明了，附图中：
-图1示出了根据本发明第一实施例的、由电机驱动的压缩设备，
-图2示出了根据本发明第二实施例的、由电机驱动的压缩设备，以及
-图3示出了根据本发明第三实施例的、由电机驱动的压缩设备。
具体实施方式
本发明涉及一种由电机驱动的用于压缩流体，特别是气体的设备。换言之，本发明涉及由电机和压缩设备组成的组件。优选地，压缩设备旨在压缩空气。
流体压缩设备包括一轴，称为压缩轴，压缩机叶轮(也称作叶片)安装在轴上。
电机包括转子和定子。转子安装在压缩轴上，以将电机的扭矩传递或牵引到压缩轴和压缩机叶轮上，反之亦然。
转子至少包括：
-圆柱形磁铁，磁铁与定子线圈相互作用，从而产生转子的旋转运动，以及
-锁紧环，优选地由非磁性材料，例如钛或碳制成，用于压缩磁体并轴向维持转子的圆柱形磁体，且锁紧环可以具有围绕圆柱形磁体的大致圆柱形形状。
此外，非磁性材料可防止磁损失。
根据本发明，转子安装在压缩轴上，且在压缩轴的端部设有用于轴向地固定转子和压缩机叶轮的螺母。换言之，压缩轴延伸穿过转子，且组件由布置在压缩轴出口端的螺母固定。因此，转子的一侧抵靠在压缩机叶轮上，且另一侧抵靠在螺母上。因此，转子与压缩轴不需要紧固装置，特别是螺纹/攻丝***(与专利申请号FR-17/61,576中描述的实施例情况相同)。
因此，同轴度和保持功能是互不干涉的，这便于安装操作。
此外，压缩轴比前述在先申请中描述的压缩轴长，这便于其设计。因此，本发明可以降低组装的复杂性，减少制造和组装压缩设备的方法中的操作数量，且降低部件制造的复杂性。螺母还允许在转子、压缩机和用于引导相对于壳体的压缩机(轴承)的***上施加预载荷。
根据本发明实施例，转子还可以包括布置在压缩轴和圆柱形磁铁之间支撑圆柱形磁铁的装置。支撑装置的目的是便于转子和压缩轴的同轴度。支撑装置具有与压缩轴相同直径的内孔。对于本实施例，支撑装置可以是圆柱形的。支撑装置被称作是圆柱形的是因为其具有至少一个用于定位转子的圆柱形磁铁的圆柱形部分的外表面。根据一些实施例，支撑装置可以有多个具有不同外径的圆柱形部分。
根据本实施例的第一实施方式，圆柱形磁铁的支撑装置可以由圆柱形套筒组成。接着锁紧环对圆柱形套筒施加圆柱形磁铁的径向压缩。优选地，圆柱形套筒可以由磁性材料制成。
根据该第一实施方式的第一变型，圆柱形套筒的长度可以等于转子的长度。在这种情况下，圆柱形套筒可以在一侧抵靠压缩机叶轮，且在另一侧抵靠螺母。
对于本实施例，圆柱形套筒可以包括肩部，且肩部可与压缩机叶轮或螺母接触。
对于这种变型的组件，在预先将压缩机叶轮定位在压缩轴上之后，将转子组装在压缩设备上。
该变型实施例允许每个元件由最匹配其目的的材料制成。
根据该第一实施方式的第二变型，圆柱形套筒可以有与转子和压缩机叶轮的累积长度相应的长度。在这种情况下，压缩机叶轮安装在部分圆柱形套筒上。此外，圆柱形套筒可以在一侧抵靠螺母，且在另一侧抵靠压缩机引导***(例如轴承或滑动轴承)。圆柱形套筒可以有三个直径可能不同的圆柱形部分，一个用于设置压缩机叶轮、一个用于设置圆柱形磁铁、以及在另外两个部分之间的肩部。
对于这种变型，组件是通过将压缩机叶轮安装在圆柱形套筒上得到的，从而具有带压缩机叶轮的初步转子组件且立即平衡***。
在该组件中，压缩机叶轮可以通过轴向预应力***或任何类似的方法，以锁紧、胶合保持在圆柱形套筒上。这种变型的一个优点是，它允许压缩机轮轴刚度的增加，从而增加临界弯曲速度的值。实际上，压缩轴在压缩机叶轮下方的部分可能是一些弯曲模式的临界点。
根据本发明的第二实施方式，压缩机叶轮可以包括圆柱形支撑装置。换言之，压缩机叶轮和圆柱形支撑装置构成单个整体件。支撑装置则是压缩机叶轮的圆柱形轴向延伸。该实施方式的组件可以包括将转子组装在压缩机叶轮的轴向延伸部上的步骤。本发明的这种实施方式提供了已预先组装的且已立即平衡的***。此外，本发明的这种实施方式允许限制部件的数量，且因此限制组装压缩设备的步骤数。
优选地，根据本发明，转子可以在径向上最多包括以下元件：支撑装置(圆柱形套筒或压缩机叶轮的延伸部)、圆柱形磁铁和锁紧环，均安装在压缩轴上。
或者，转子可以不包括支撑装置，且圆柱形磁体可以直接布置在压缩轴周围。此选项允许限制构件的数量，且因此限制组装设备的步骤数。
根据本发明的一方面，转子可以进一步包括在磁体的至少一侧(纵向)上的非磁性止动块。该非磁性止动块防止从磁铁到压缩机叶轮的磁损失。非磁性止动块还可以用作热障来保护温度敏感的磁铁。该非磁性止动块可以是***在压缩机叶轮肩部和圆柱形磁铁之间的环形。换言之，非磁性止动块可以轴向间设在磁铁和压缩机叶轮之间。
优选地，电机可以安装在压缩设备的进气侧。对于该优选实施例，电机的转子可以在一侧抵靠在压缩机叶轮上，且在另一侧抵靠在螺母上。因此，组件的安装更容易，且总体尺寸限制在最大值。换言之，电机可以相邻其进气侧的压缩机叶轮。
根据本发明的实施例，转子(这里指锁紧环)的外径可以小于或等于压缩机叶轮鼻部的直径。
压缩设备进口处的气流因此不会受到转子轴的阻碍。
根据本发明的实施方式，压缩设备可以是涡轮增压器，尤其是用于车辆的内燃机。然后，它是由电机驱动的涡轮增压器。在这种情况下，压缩轴与涡轮增压器轴是对应的，该涡轮增压轴将涡轮增压器涡轮连接到涡轮增压器压缩机。因此电机同时驱动压缩机和涡轮。
根据本发明的该实施方式的变型，电机可以布置在涡轮增压器***的气体(通常是空气)入口。该解决方案具有双重优势：电机可以通过进气流冷却，且进气由电机加热，这可能有利于内燃机的一些运行模式。
优选地，电机可以是定子栅极电机，即具有定子的电机，其定子的定子齿周围安装有线圈，且这些定子齿具有大尺寸以允许气流通过。这样的定子栅极电机在专利申请WO-2013/050,577和FR-3,048,022中进行了特别地描述。
借助非限制性示例，图1示意性地示出了本发明的第一实施例。图1是由电机驱动的压缩设备1的剖视图图1的实施例对应于上述第一实施方式的第一变型。压缩设备1包括安装了压缩机叶轮2和转子4的压缩轴3。压缩轴3的端部带螺纹，以安装轴向地固定转子4和压缩机叶轮2的螺母8。转子4布置在压缩机叶轮2和螺母8之间。转子4由用作支撑装置的圆柱形套筒7、圆柱形磁铁5和锁紧环6组成。圆柱形套筒7可由磁性材料制成，其长度与转子4相同，且其抵靠螺母8和压缩机叶轮2。在压缩机叶轮2的一侧，圆柱形套筒7包括外径与锁紧环6的内径相对应的肩部。圆柱形套筒7安装在压缩轴3上。圆柱形磁铁5安装在圆柱形套筒7上。锁紧环6将圆柱形磁铁5固定在圆柱形套筒7上。锁紧环6的外径大致上等于压缩机叶轮2的鼻部直径。在另一侧，压缩机叶轮2抵靠引导***9，例如轴承的内圈，其外圈10被示出。
借助非限制性示例，图2示意性地示出本发明的第二实施例。图2是由电机驱动的压缩设备1的剖视图图2的实施例对应于上述第一实施方式的第二变型。压缩设备1包括安装了压缩机叶轮2和转子4的压缩轴3。压缩轴3的端部带螺纹，以安装轴向地固定转子4和压缩机叶轮2的螺母8。转子4布置在压缩机叶轮2和螺母8之间。转子4由用作支撑装置的圆柱形套筒7'、圆柱形磁铁5和锁紧环6组成。可由磁性材料制成的圆柱形套筒7'的长度略大于转子4和压缩机叶轮的累计长度，且其抵靠螺母8和引导***9。圆柱形套筒7'安装在压缩轴3上。压缩机叶轮2安装在圆柱形套筒7'的圆柱形末端部分上。圆柱形磁铁5安装在圆柱形套筒7'的另一末端部分上。锁紧环6将圆柱形磁铁5固定在圆柱形套筒7'上。此外，圆柱形套筒7'在两个末端部分之间有肩部，其外径对应于锁紧环6的内径。环6的外径大致上等于压缩机叶轮2的鼻部直径。在另一侧，压缩机叶轮2和圆柱形套筒7'抵靠引导***9，例如轴承的内圈，其外圈10被示出。
借助非限制性示例，图3示意性地示出本发明的第三实施例。图3是由电机驱动的压缩设备1的剖视图图3的实施例对应于上述第三实施方式。压缩设备1包括安装了压缩机叶轮2和转子4的压缩轴3。压缩轴3的端部带有螺纹，以安装轴向地固定转子4和压缩机叶轮2的螺母8。转子4布置在压缩机叶轮2和螺母8之间。转子4由支撑装置2'、圆柱形磁铁5和锁紧环6组成。支撑装置2'与压缩机叶轮2属于同一部件：支撑装置2'是压缩机叶轮2轴向延伸的圆柱形部分。圆柱形磁铁5安装在压缩机叶轮2轴向延伸的圆柱形部分2'上。锁紧环6将圆柱形磁铁5固定在支撑装置2'上。此外，转子包括位于压缩机叶轮2和圆柱形磁体5之间的非磁性止动件11。环6的外径大致上等于压缩机叶轮2的鼻部直径。在另一侧，压缩机叶轮2抵靠引导***9，例如轴承的内圈，其外圈10被示出。
此外，本发明涉及一种由电机驱动压缩设备的制造方法，所述电机包括转子和定子，且所述压缩设备包括压缩机轴和压缩机叶轮。对于此方法，执行以下步骤：
a.将压缩机叶轮安装在压缩轴上；
b.将转子安装到围绕压缩轴布置的支撑装置上；
c.通过锁紧环、优选地为非磁性的，将所述圆柱形磁体保持在支撑装置上，该环压缩磁体和支撑装置，且环大致上是圆柱形的；
d.通过定位在压缩轴端部的螺母，轴向地固定转子和压缩机叶轮。
有利地，该制造方法可以用于制造根据上述任何一种变型或变型组合的压缩设备。例如，结合图1至图3其中之一进行描述，该制造方法可以用作压缩设备的制造。
对于图1的第一实施例，步骤b)可以进一步包括将圆柱形磁体5安装到支撑件7上、以及将锁紧环6和可能的非磁性止动件安装在压缩轴3上的子步骤。
对于图2的第二实施例，步骤a)可以包括通过轴向预应力***或任何类似方法，以锁紧、胶合将压缩机叶轮2安装到圆柱形套筒7'(支撑装置)上的预备步骤，以及将由压缩机叶轮2和圆柱形套筒7'组成的组件安装到压缩轴3上的子步骤。该实施例允许设备1立即平衡。
对于图3的第三个实施例，步骤b)可以包含安装有锁紧环6的圆柱形磁铁5、以及可能的在延伸压缩机叶轮2的圆柱形部分2'(支撑装置)上的非磁性止动块11。本发明的该实施例提供了一种已预先组装好且已立即平衡的***。
根据该方法的实施例，由压缩设备或可能的涡轮增压器、以及电机组成的组件可以被安装在内燃机的空气回路中。
有利地，电机可以布置在进气管中，使得进入压缩设备的空气流首先流过电机。该解决方案具有双重优势：电机可以通过进气流冷却，且进气被电机加热，这对内燃机的一些工作模式是有利的。
该制造方法可能进一步包括将定子安装在转子周围的步骤。
有利地，根据本发明的制造方法可以关于压缩设备或传统涡轮增压器(配备有压缩机叶轮和压缩轴，但最初没有电驱动器)的电气化。因此，压缩机叶轮和压缩轴可以是执行上述步骤a)至d)的叶轮和轴。
在这种情况下，该方法可以包括用较长的压缩轴替换压缩轴的附加步骤。
此外，本发明还适用于微型涡轮等能源生产***。
本发明提供以下功能优点，它允许：
-创新磁性转子以使藉由定子产生的旋转磁场允许轴旋转，定子包括磁通发生器，比如绕组(例如三相绕组)，
-确保转子组件的机械强度，特别是相对于旋转时、具体地通过锁紧环施加的离心力，
-在功率以及效率方面保证优良的电气性能，从而限制转子的内部加热(以及因此退磁)且简化其冷却，
-观察电动转子和涡轮增压器轴之间的高度同心度，以获得一个完整的可以在最小不平衡的情况下进行平衡的机械***(有电机转子的涡轮增压器轴)，
-具有与在涡轮增压器轴上带转子的压缩机叶轮组件相互兼容的结构，特别是通过螺母，
-拧紧带有转子的压缩机叶轮，且预加载涡轮增压器的滚子轴承，特别是通过螺母，以及
-与电动涡轮增压器大规模生产的工具和制造方法相互兼容。
Claims (14)
1.一种由电机驱动的流体压缩设备，所述电机包括转子(4)和定子，所述压缩设备包括安装有至少一个压缩机叶轮(2)的压缩轴(3)，所述转子(4)包括圆柱形磁铁(5)和用于保持所述圆柱形磁铁(5)的锁紧环(6)，其特征在于，所述转子(4)安装在所述压缩轴进气侧的所述压缩轴(3)上，且安装在所述压缩轴(3)端部的螺母(8)以轴向地固定所述转子(4)及所述压缩机叶轮(2)，所述转子(4)一侧抵靠所述压缩机叶轮(2)，且另一侧抵靠螺母(8)。
2.如权利要求1所述的压缩设备，其中所述转子(4)包括支撑所述圆柱形磁铁(5)的装置(7，7'，2')，所述支撑装置(7，7'，2')为圆柱形且围绕所述压缩轴(3)布置。
3.如权利要求2所述的压缩设备，其中所述支撑装置为圆柱形套筒(7，7')。
4.如权利要求3所述的压缩设备，其中所述圆柱形套筒(7)抵靠所述压缩机叶轮(2)且抵靠所述螺母(8)。
5.如权利要求3所述的压缩设备，其中所述圆柱形套筒(7')抵靠用于引导压缩轴(3)的***(9)且抵靠所述螺母(8)。
6.如权利要求3或5所述的压缩设备，其中所述压缩机叶轮(2)安装在所述圆柱形套筒(7')上。
7.如权利要求2所述的压缩设备，其中所述压缩机叶轮(2)包括所述支撑装置(2')。
8.如上述任一权利要求中所述的压缩设备，其中所述转子(4)的外径小于或等于所述压缩机叶轮(2)的鼻部直径。
9.如上述任一权利要求中所述的压缩设备，其中所述转子(4)包括至少一个位于所述圆柱形磁体(5)一侧的非磁性止动块(11)。
10.如上述任一权利要求所述的压缩设备，其中所述锁紧环(6)由非磁性材料制成，优选地为钛或碳。
11.如上述任一权利要求所述的压缩设备，其中所述压缩设备是结合了涡轮和压缩机的涡轮增压器，特别是用于内燃机或微型涡轮的涡轮增压器。
12.如权利要求11所述的压缩设备，其中所述电机布置在所述涡轮增压器的进气口中。
13.如上述任一权利要求所述的压缩设备，其中所述电机为定子栅极电机。
14.制造由电机驱动的压缩设备的方法，所述电机包括转子(4)和定子，所述压缩设备包括安装有至少一个压缩机叶轮(2)的压缩轴(3)，其特征在于执行以下步骤：
a)将所述压缩机叶轮(2)安装在所述压缩轴(3)上，
b)将圆柱形磁铁(5)安装在所述压缩设备进气侧的所述压缩轴(3)上的支撑装置(7，7'，2')上，
c)径向地通过锁紧环(6)径向保持所述圆柱形磁体(5)，以及
d)通过布置在所述压缩轴(3)端部的螺母(8)轴向地固定所述转子(4)及所述压缩机叶轮(2)，所述转子(4)一侧抵靠所述压缩机叶轮(2)，且另一侧抵靠螺母(8)。
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| US5906098A (en) | 1996-07-16 | 1999-05-25 | Turbodyne Systems, Inc. | Motor-generator assisted turbocharging systems for use with internal combustion engines and control method therefor |
| US6449950B1 (en) * | 2000-09-12 | 2002-09-17 | Honeywell International Inc. | Rotor and bearing system for electrically assisted turbocharger |
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| GB2498400B (en) * | 2012-01-14 | 2017-08-30 | Cummins Ltd | Turbocharger arrangement |
| US9664050B2 (en) * | 2013-10-25 | 2017-05-30 | Ecomotors, Inc. | Bearings for a turbomachine having an electric motor |
| DE202015103035U1 (de) * | 2015-05-15 | 2015-06-24 | Ford Global Technologies, Llc | Brennkraftmaschine mit elektrisch antreibbarem Abgasturbolader |
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