DE102020201643A1 - Electric machine for a compressor and / or turbine - Google Patents

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Michael Baeuerle
Rene Schepp
Udo Sieber
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (10) für einen Verdichter (2) und/oder eine Turbine (3), mit einer in einem Gehäuse (6) drehbar gelagerten Welle (5), an welcher ein Rotor (11) drehfest angeordnet ist, mit einem gehäusefesten und koaxial zu dem Rotor (11) angeordneten Stator (12), der zumindest eine mehrphasige Antriebswicklung zur Erzeugung eines Antriebsmagnetfelds sowie mehrere radial nach innen in Richtung des Rotors (11) vorstehende Statorzähne (15) aufweist, und mit einer den Rotor (11) stromaufwärts überdeckenden Abdeckkappe (18), an die sich eine koaxial zu dem Rotor (11) angeordnete Hülse (21) anschließt, welche den Rotor (11) umfangsseitig vollständig und axial zumindest abschnittsweise umgibt, wobei die Hülse (21) radial beabstandet zu dem Rotor (11) ist und wobei der Rotor (11) eine axial aus der Hülse (21) zu dem Verdichter (2) und/oder der Turbine (3) herausgeführte und drehfest mit der Welle (5) verbundene Rotorwelle (25) aufweist, an welcher zumindest ein Permanentmagnet (22) innerhalb der Hülse (21) drehfest angeordnet ist. Es ist vorgesehen, dass die Rotorwelle (25) eine außerhalb der Hülse (21) liegende Strömungsumlenkfläche (29) zur partiellen Strömungsumlenkung eines außerhalb der Hülse (21) in Richtung des Verdichters (2) oder der Turbine (3) strömenden Mediums in die Hülse (21) hinein aufweist.The invention relates to an electrical machine (10) for a compressor (2) and / or a turbine (3), with a shaft (5) which is rotatably mounted in a housing (6) and on which a rotor (11) is arranged in a rotationally fixed manner, with a stator (12) fixed to the housing and coaxially to the rotor (11), which has at least one polyphase drive winding for generating a drive magnetic field as well as several stator teeth (15) protruding radially inward in the direction of the rotor (11), and with one the rotor (11) upstream covering cap (18), to which is connected a sleeve (21) which is arranged coaxially to the rotor (11) and which surrounds the rotor (11) completely and axially at least in sections, the sleeve (21) being radially spaced to the rotor (11) and wherein the rotor (11) is a rotor shaft (25) which is axially guided out of the sleeve (21) to the compressor (2) and / or the turbine (3) and connected to the shaft (5) in a rotationally fixed manner has, on which at least egg n permanent magnet (22) is rotatably arranged within the sleeve (21). It is provided that the rotor shaft (25) has a flow deflecting surface (29) located outside the sleeve (21) for partial flow deflection of a medium flowing outside the sleeve (21) in the direction of the compressor (2) or the turbine (3) into the sleeve (21) has inside.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für einen Verdichter und/oder eine Turbine, mit einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Welle, an welcher ein Rotor drehfest angeordnet ist, mit einem gehäusefesten und koaxial zu dem Rotor angeordneten Stator, der zumindest eine mehrphasige Antriebswicklung zur Erzeugung eines Antriebsmagnetfelds sowie mehrere radial nach innen in Richtung des Rotors vorstehende Statorzähne aufweist, und mit einer den Rotor stromaufwärts überdeckenden Abdeckkappe, an die sich eine koaxial zu dem Rotor angeordnete Hülse anschließt, welche den Rotor umfangsseitig vollständig und axial zumindest abschnittsweise umgibt, wobei die Hülse radial beabstandet zu dem Rotor ist und wobei der Rotor eine axial aus der Hülse zu dem Verdichter und/oder der Turbine herausgeführte und drehfest mit der Welle verbundene Rotorwelle aufweist, an welcher zumindest ein Permanentmagnet innerhalb der Hülse angeordnet ist.The invention relates to an electrical machine for a compressor and / or a turbine, with a shaft rotatably mounted in a housing, on which a rotor is arranged non-rotatably, with a housing-fixed and coaxially to the rotor arranged stator, which generates at least one polyphase drive winding a drive magnetic field as well as a plurality of stator teeth protruding radially inward in the direction of the rotor, and with a cover cap which covers the rotor upstream and which is followed by a sleeve arranged coaxially to the rotor, which surrounds the rotor completely and axially at least in sections, the sleeve is radially spaced from the rotor and wherein the rotor has a rotor shaft axially guided out of the sleeve to the compressor and / or the turbine and non-rotatably connected to the shaft, on which at least one permanent magnet is arranged within the sleeve.

Stand der TechnikState of the art

Elektrische Maschinen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Eine gattungsgemäße Maschine beschreibt beispielsweise die Offenlegungsschrift DE 10 2017 207 532 A1 . Die dort offenbarte elektrische Maschine weist eine Einrichtung zur Strömungsoptimierung für eine elektrische Maschine auf, die eine den Rotor stromaufwärts überdeckende Abdeckkappe aufweist, sodass ein in Richtung des Rotors strömender Medienstrom, insbesondere Luftstrom, durch die Abdeckkappe an dem Rotor vorbei geleitet wird. Durch eine sich an die Abdeckkappe anschließende Hülse wird erreicht, dass der Luftstrom an dem im Betrieb rotierenden Rotor ebenfalls vorbeigeleitet wird, sodass nur wenige Strömungsverluste und auch nur wenige Strömungsgeräusche entstehen.Electrical machines of the type mentioned are known from the prior art. A generic machine is described, for example, in the laid-open specification DE 10 2017 207 532 A1 . The electrical machine disclosed there has a device for flow optimization for an electrical machine, which has a cover cap covering the rotor upstream, so that a media flow flowing in the direction of the rotor, in particular air flow, is passed through the cover cap past the rotor. A sleeve adjoining the cover cap ensures that the air flow is also guided past the rotor, which is rotating during operation, so that only a few flow losses and only a few flow noises occur.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass trotz der Einhausung des Rotors durch Abdeckkappe und Hülse der Rotor eine vorteilhafte Kühlung erfährt, durch welche die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine im Betrieb auch bei längeren Betriebsphasen erhalten bleibt. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass die Rotorwelle eine außerhalb der Hülse liegende Strömungsumlenkfläche zur partiellen Strömungsumlenkung eines außerhalb der Hülse in Richtung des Verdichters strömenden Mediums in die Hülse hinein aufweist. Der Medienstrom, der durch die Abdeckkappe und die Hülse an dem Rotor vorbei geleitet wird, trifft somit auf die Strömungsumlenkfläche und wird durch diese partiell beziehungsweise teilweise in die Hülse hinein umgelenkt. Es folgt dabei somit eine Strömungsumkehr der Medienströmung in die Hülse hinein beziehungsweise in den zwischen Hülse und Rotor verbleibenden Spalt hinein. Durch diesen Medienstrom wird der Rotor im Betrieb gekühlt, wodurch die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine erhöht beziehungsweise auch bei längeren Betriebszeiten beibehalten wird. Die Strömungsumlenkfläche ist dabei derart ausgebildet, dass bevorzugt nur ein kleiner Teil des Gesamt-Medienstroms in die Hülse hinein umgelenkt wird. Der größere Teil des Medienstroms führt dann an der Strömungsumlenkfläche vorbei direkt zum Verdichter. Besonders bevorzugt erstreckt sich die Strömungsumlenkfläche über nur einen Teilumfang der Rotorwelle oder über den gesamten Umfang der Rotorwelle, sodass die Strömungsumlenkfläche als Ringsegment oder Ringelement ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist die der Strömungsumlenkfläche zugewandte Abströmkante der Hülse derart asymmetrisch ausgebildet, dass über einen begrenzten Umfangsabschnitt der Hülse eine optimierte Luftströmungsumlenkung in Richtung der Strömungsumlenkfläche erfolgt, und über den übrigen Umfangsabschnitt der Abströmkante eine Luftströmung bevorzugt an der Strömungsumlenkfläche vorbei beziehungsweise über die Strömungsumlenkfläche hinweg, sodass in diesem übrigen Umfangsabschnitt keine oder fast keine Umlenkung des Medienstroms in die Hülse hinein erfolgt.The machine according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that, despite the housing of the rotor by cap and sleeve, the rotor experiences advantageous cooling, through which the performance of the electrical machine is maintained during operation even during longer operating phases. According to the invention, it is provided for this purpose that the rotor shaft has a flow deflecting surface located outside the sleeve for partially deflecting the flow of a medium flowing outside the sleeve in the direction of the compressor into the sleeve. The media flow, which is passed through the cover cap and the sleeve past the rotor, thus hits the flow deflecting surface and is deflected partially or partially into the sleeve by this. There follows a flow reversal of the media flow into the sleeve or into the gap remaining between the sleeve and the rotor. This flow of media cools the rotor during operation, which increases the performance of the electrical machine or maintains it even during longer operating times. The flow deflecting surface is designed in such a way that preferably only a small part of the total media flow is deflected into the sleeve. The greater part of the media flow then leads past the flow deflection surface directly to the compressor. The flow deflecting surface particularly preferably extends over only a partial circumference of the rotor shaft or over the entire circumference of the rotor shaft, so that the flow deflecting surface is designed as a ring segment or ring element. Particularly preferably, the trailing edge of the sleeve facing the flow deflecting surface is designed asymmetrically in such a way that an optimized air flow deflection in the direction of the flow deflecting surface takes place over a limited circumferential section of the sleeve, and an air flow preferably past the flow deflecting surface or over the flow deflecting surface over the remaining circumferential section of the trailing edge, so that in this remaining circumferential section there is no or almost no deflection of the media flow into the sleeve.

Bevorzugt ist die Strömungsumlenkfläche an einer Wellenschulter ausgebildet. Durch die Wellenschulter wird der Durchmesser der Rotorwelle außerhalb der Hülse vergrößert, sodass insbesondere sichergestellt ist, dass die Strömungsumlenkfläche von dem an der Außenseite der Hülse entlang geleiteten Medienstrom beaufschlagbar ist. Die Strömungsumlenkfläche oder die Wellenschulter sind somit bevorzugt derart ausgebildet, dass sie im Strömungsweg des Medienstroms, der an der Hülse entlang geleitet wird, liegen.The flow deflecting surface is preferably formed on a shaft shoulder. The shaft shoulder increases the diameter of the rotor shaft outside the sleeve, so that it is ensured in particular that the flow deflecting surface can be acted upon by the media flow conducted along the outside of the sleeve. The flow deflecting surface or the shaft shoulder are thus preferably designed in such a way that they lie in the flow path of the media flow that is guided along the sleeve.

Besonders bevorzugt weist die Wellenschulter einen Außendurchmesser auf, der dem Außendurchmesser der Hülse entspricht oder größer als dieser ist. Somit ist der Außendurchmesser der Wellenschulter mindestens so groß wie der der Hülse, sodass in vorteilhafter Weise sichergestellt ist, dass die Strömungsumlenkfläche von dem Medienstrom getroffen und entsprechend in die Hülse umgeleitet wird. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Außendurchmesser der Wellenschulter kleiner als der der Hülse, wobei dann bevorzugt ein axialer Abstand zwischen der Hülse und der Wellenschulter beziehungsweise der Strömungsumlenkfläche eingehalten werden muss, der sicherstellt, dass zumindest ein Teil des Medienstroms auf die Strömungsumlenkfläche trifft.The shaft shoulder particularly preferably has an outer diameter which corresponds to the outer diameter of the sleeve or is greater than this. Thus, the outer diameter of the shaft shoulder is at least as large as that of the sleeve, so that it is ensured in an advantageous manner that the flow deflecting surface is hit by the media flow and diverted accordingly into the sleeve. According to an alternative embodiment of the invention, the outer diameter of the shaft shoulder is smaller than that of the sleeve, in which case an axial distance between the sleeve and the shaft shoulder or the flow deflecting surface must preferably be maintained, which ensures that at least part of the media flow hits the flow deflecting surface.

Besonders bevorzugt bildet die Hülse zusammen mit der Abdeckkappe eine geschlossene Topfform. Damit ist die einzige Öffnung in den Spalt zwischen Hülse und Rotor an dem der Wellenschulter zugewandten Ende der Hülse ausgebildet. Das Medium, insbesondere Luft, kann somit nur durch diesen Ringspalt zwischen Hülse und Rotorwelle in den Spalt zwischen Rotor und Hülse eindringen und auch nur dadurch wieder aus dem Spalt heraustreten. Im Betrieb erfolgt eine Zirkulation der in die Hülse hinein gelenkten Luft innerhalb der Hülse, wobei insbesondere die Rotationsbewegung des Rotors diesen Luftstrom vorteilhaft beeinflusst und sicherstellt, dass Luft ein- und auch ausströmt. Diese Funktion wird insbesondere auch durch eine oszillierende Radialbewegung der Rotorwelle beziehungsweise des Rotors in der Hülse unterstützt. Durch die oszillierende Radialbewegung wird das Medium zwischen Hülse und Rotor aus dem Spalt heraus gepumpt.The sleeve particularly preferably forms a closed pot shape together with the cover cap. The only opening in the gap between the sleeve and the rotor is thus formed at the end of the sleeve facing the shaft shoulder. The medium, in particular air, can therefore only penetrate through this annular gap between the sleeve and the rotor shaft into the gap between the rotor and the sleeve and only thereby emerge from the gap again. During operation, the air directed into the sleeve circulates within the sleeve, with the rotational movement of the rotor in particular advantageously influencing this air flow and ensuring that air flows in and out. This function is also supported in particular by an oscillating radial movement of the rotor shaft or of the rotor in the sleeve. The oscillating radial movement pumps the medium out of the gap between the sleeve and the rotor.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Strömungsumlenkfläche wenigstens eine Krümmung auf. Durch die Krümmung wird insbesondere erreicht, dass der Medienstrom im Wesentlichen laminar in die Hülse erfolgt, sodass Turbulenzen vermieden und Strömungsverluste verhindert werden. Durch die Krümmung erfolgt eine gezielte Umlenkung des Medienstroms in die Hülse hinein. Insbesondere ist die Krümmung dazu am radial innenliegenden Ende der Wellenschulter ausgebildet. Insbesondere verläuft die Krümmung um wenigstens 90°, sodass die Wellenschulter durch die Krümmung in die Mantelwand der Welle übergeht. Optional ist die Krümmung derart ausgebildet, dass sie sich über mehr als 90° erstreckt, um so eine vorteilhafte Umlenkung der Medienströmung in die Hülse hinein zu erreichen.According to a preferred development of the invention, the flow deflecting surface has at least one curvature. As a result of the curvature, it is achieved in particular that the media flow into the sleeve is essentially laminar, so that turbulence is avoided and flow losses are prevented. The curvature results in a targeted deflection of the media flow into the sleeve. In particular, the curvature for this purpose is formed on the radially inner end of the shaft shoulder. In particular, the curvature runs by at least 90 °, so that the shaft shoulder merges into the jacket wall of the shaft through the curvature. Optionally, the curvature is designed in such a way that it extends over more than 90 ° in order to achieve an advantageous deflection of the media flow into the sleeve.

Besonders bevorzugt weist die Hülse an ihrem der Strömungsumlenkfläche zugewandten Ende, also an ihrer Abströmkante, eine gezahnte Hinterkante, insbesondere eine Chevron-Kante auf. Durch die gezahnte Hinterkante weist die Hülse mehrere Aussparungen auf, die insbesondere gleichmäßig über den Umfang verteilt ausgebildet sind, durch welche der Medienstrom radial nach innen strömen und insbesondere der Strömungsumlenkfläche zugeführt werden kann. Dies bietet den Vorteil, dass der Außendurchmesser der Wellenschulter nicht größer sein muss als der Außendurchmesser der Hülse und vorzugsweise höchstens gleich groß, vorzugsweise jedoch kleiner ist, wodurch sich vorteilhafte Strömungseigenschaften für die elektrische Maschine insgesamt ergeben. Insbesondere sind die Aussparungen dreiecksförmig oder V-förmig ausgebildet, um ein optimales Strömungsergebnis zu erzielen. Bevorzugt erstreckt sich die gezahnte Hinterkante über nur einen begrenzten Umfangsabschnitt der Abströmkante der Hülse, sodass in diesem Teilabschnitt eine bevorzugte Strömungsumlenkung in Richtung der Strömungsumlenkfläche erfolgt, wie zuvor bereits erwähnt. In dem übrigen Umfangsabschnitt der Abströmkante ist diese stumpf beziehungsweise in Umfangsrichtung gesehen eben erstreckend, also keine Vertiefungen, Aussparungen oder Zacken aufweisend, ausgebildet. Insbesondere ist der übrige Umfangsabschnitt der Abströmkante derart ausgebildet, dass die Mantelaußenfläche im Bereich dieses Umfangsabschnitts zumindest im Wesentlichen bündig zur Mantelaußenfläche der Strömungsumlenkfläche beziehungsweise der Wellenschulter der Rotorwelle ausgebildet ist, sodass in diesem Umfangsabschnitt der Luftstrom zumindest im Wesentlichen an der Strömungsumlenkfläche vorbei zu dem Verdichter geleitet wird. Damit wird der Vorteil erreicht, dass eine Umlenkung der Luftströmung oder Medienströmung partiell nur im Bereich des Umfangsabschnitts mit der gezahnten Hinterkante in die Hülse hinein gelenkt und dadurch gewährleistet wird, dass in der Hülse kein Medienstau entsteht, sondern eine gezielte Umströmung des Rotors, von dem im Bereich der gezahnten Hinterkante und durch die Strömungsumlenkfläche in die Hülse geführten Medienstrom, der dann im Bereich des Umfangsabschnitts mit der stumpfen Hinterkante aus der Hülse wieder austreten kann und bevorzugt durch den Sog der daran vorbei strömenden Luftströmung herausgefördert wird.Particularly preferably, the sleeve has a toothed rear edge, in particular a chevron edge, at its end facing the flow deflecting surface, that is to say at its trailing edge. As a result of the toothed rear edge, the sleeve has several recesses, which are designed in particular to be evenly distributed over the circumference, through which the media flow can flow radially inward and, in particular, can be fed to the flow deflecting surface. This offers the advantage that the outside diameter of the shaft shoulder does not have to be larger than the outside diameter of the sleeve and is preferably at most the same size, but preferably smaller, which results in advantageous flow properties for the electrical machine as a whole. In particular, the recesses are triangular or V-shaped in order to achieve an optimal flow result. The toothed rear edge preferably extends over only a limited circumferential section of the trailing edge of the sleeve, so that a preferred flow deflection in the direction of the flow deflection surface takes place in this subsection, as already mentioned above. In the remainder of the circumferential section of the trailing edge, the latter is designed to be blunt or, viewed in the circumferential direction, to extend evenly, that is to say not to have any depressions, recesses or prongs. In particular, the remaining circumferential section of the trailing edge is designed in such a way that the outer casing surface in the area of this circumferential section is at least essentially flush with the outer casing surface of the flow deflecting surface or the shaft shoulder of the rotor shaft, so that in this circumferential section the air flow is guided at least essentially past the flow deflecting surface to the compressor will. This has the advantage that a deflection of the air flow or media flow is only partially directed into the sleeve in the area of the circumferential section with the toothed rear edge, thereby ensuring that no media jam occurs in the sleeve, but a targeted flow around the rotor from which in the area of the toothed rear edge and through the flow deflecting surface into the sleeve, which can then exit the sleeve again in the area of the circumferential section with the blunt rear edge and is preferably conveyed out by the suction of the air flow flowing past it.

Besonders bevorzugt weist die Wellenschulter ein der Hülse zugewandtes erstes Ende, das die Strömungsumlenkfläche bildet, und ein dem Verdichter oder der Turbine zugewandtes zweites Ende auf, wobei sich der Außendurchmesser der Wellenschulter von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende verkleinert. Dadurch ergeben sich vorteilhafte Strömungseigenschaften für den an der Hülse vorbeigeleiteten Medienstrom. Insbesondere verkleinert sich der Außendurchmesser von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende stetig oder tropfenförmig, um einen optimalen Strömungsverlauf zu erreichen.The shaft shoulder particularly preferably has a first end facing the sleeve, which forms the flow deflecting surface, and a second end facing the compressor or the turbine, the outer diameter of the shaft shoulder decreasing from the first end to the second end. This results in advantageous flow properties for the media flow bypassing the sleeve. In particular, the outer diameter decreases steadily or drop-shaped from the first end to the second end in order to achieve an optimal flow course.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung entspricht der Durchmesser an dem zweiten Ende der Wellenschulter dem Durchmesser des an dem zweiten Ende anliegenden Verdichterradabschnitts des Verdichters beziehungsweise der Turbinenradabschnitt der Turbine. Dadurch ist ein vorteilhafter Strömungsübergang von der Wellenschulter auf das Verdichterrad beziehungsweise das Turbinenrad gewährleistet, der insbesondere ein Strömungsabriss oder eine Strömungskante vermeidet.According to a preferred development of the invention, the diameter at the second end of the shaft shoulder corresponds to the diameter of the compressor wheel section of the compressor or the turbine wheel section of the turbine resting against the second end. This ensures an advantageous flow transition from the shaft shoulder to the compressor wheel or the turbine wheel, which in particular avoids a flow break or a flow edge.

Vorzugsweise sind die Hülsen und die Abdeckkappe einstückig miteinander ausgebildet, wodurch eine hohe Robustheit der Hülse und der Abdeckkappe gewährleistet sind sowie eine kostengünstige Herstellung.The sleeves and the cover cap are preferably formed in one piece with one another, as a result of which a high degree of robustness of the sleeve and the cover cap are ensured, as well as inexpensive manufacture.

Besonders bevorzugt ist de Hülse durch eine koaxial dazu an dem Stator angeordnete Außenhülse in dem Gehäuse der elektrischen Maschine befestigt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer dauerhaft koaxialen Ausrichtung von Hülse und Stator und damit auch von Hülse und Rotor. Insbesondere ist die Hülse durch mehrere, sich insbesondere radial erstreckende Querstege mit der Hülse verbunden, insbesondere einstückig mit dieser ausgebildet. Besonders bevorzugt ist jeder der Querstege als Ummantelung eines der Statorzähne des Stators ausgebildet, sodass die Statorzähne vorteilhaft in die strömungsoptimierte Einrichtung, die zumindest die Hülse, die Abdeckkappe, die Querstege und die Außenhülse aufweist, integriert. Ein zu dem Verdichter oder der Turbine geführter Luftstrom gelangt somit durch die zwischen den Statorzähnen beziehungsweise Querstreben und zwischen Außenhülse und Innenhülse gebildeten Strömungskanäle durch die elektrische Maschine hindurch, wobei der Luftstrom durch Abdeckkappe und Hülse vorteilhaft an dem Rotor vorbei geleitet und mithilfe der zuvor beschriebenen vorteilhaften Strömungsumlenkfläche in den Innenraum der Hülse teilweise gelenkt wird, sodass trotz der eingekapselten Ausbildung von Rotor, Statorzähnen und Stator eine vorteilhafte Kühlung des Rotors erfolgt.The sleeve is particularly preferred by an outer sleeve arranged coaxially therewith on the stator fixed in the housing of the electrical machine. This results in the advantage of a permanently coaxial alignment of the sleeve and stator and thus also of the sleeve and rotor. In particular, the sleeve is connected to the sleeve by several, in particular radially extending, transverse webs, in particular formed in one piece with the latter. Particularly preferably, each of the transverse webs is designed as a casing for one of the stator teeth of the stator, so that the stator teeth are advantageously integrated into the flow-optimized device, which has at least the sleeve, the cover cap, the transverse webs and the outer sleeve. An air flow guided to the compressor or the turbine thus passes through the flow channels formed between the stator teeth or cross struts and between the outer sleeve and inner sleeve through the electrical machine, the air flow being advantageously guided past the rotor through the cover cap and the sleeve and with the aid of the advantageous described above Flow deflecting surface is partially deflected into the interior of the sleeve, so that an advantageous cooling of the rotor takes place despite the encapsulated design of the rotor, stator teeth and stator.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen

  • 1 einen vorteilhaften Abgasturbolader mit einer integrierten elektrischen Maschine in einer vereinfachten Längsschn ittdarstell ung,
  • 2 eine perspektivische Darstellung und eine Einrichtung zur Strömungsoptimierung der elektrischen Maschine,
  • 3 eine vergrößerte Detailansicht der elektrischen Maschine in einer Längsschnittdarstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
  • 4A und 4B eine vorteilhafte Weiterbildung der elektrischen Maschine in unterschiedlichen Ansichten, und
  • 5 eine vorteilhafte Weiterbildung des in 4A und 4B gezeigten Ausführungsbeispiels.
The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings. To show
  • 1 an advantageous exhaust gas turbocharger with an integrated electrical machine in a simplified longitudinal section representation,
  • 2 a perspective view and a device for optimizing the flow of the electrical machine,
  • 3 an enlarged detailed view of the electrical machine in a longitudinal sectional illustration according to an embodiment,
  • 4A and 4B an advantageous development of the electrical machine in different views, and
  • 5 an advantageous development of the in 4A and 4B embodiment shown.

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. 1 shows an exhaust gas turbocharger in a simplified longitudinal section 1 having a compressor 2 as well as a turbine 3 having. The compressor 2 has a compressor wheel 4th on that on a wave 5 Is rotatably arranged. The wave 5 is itself rotatable in a housing 6th of the exhaust gas turbocharger 1 stored. On one of the compressor wheel 4th remote end of the shaft 5 is also a turbine wheel 7th the turbine 3 non-rotatably with the shaft 5 connected. When the turbine wheel 7th the exhaust gas of an internal combustion engine flows against it and is thereby driven, so that the compressor wheel 4th also set in a rotary motion, so that the compressor wheel 4th fresh air supplied is compressed and supplied to the internal combustion engine.

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 zwei Wälzkörperlager vorhanden. Zur axialen Lagerung der Welle 5 kann auch vorgesehen sein, dass eines der Wälzkörperlager als Axialwälzkörperlager ausgebildet ist.The rotatable bearing of the shaft 5 in the case 6th can be implemented in different ways. According to a first embodiment it is provided that the shaft 5 through at least two camps 8th and 9 in the case 6th is rotatably mounted. Two rolling element bearings are preferably provided as bearings 8, 9. For the axial bearing of the shaft 5 It can also be provided that one of the rolling element bearings is designed as an axial rolling element bearing.

Alternativ und gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Lager 8 als Magnetlager ausgebildet ist, und das Lager 9, das als Axiallager dient, als Wälzkörperlager.Alternatively and according to the in 1 The embodiment shown is provided that the bearing 8th is designed as a magnetic bearing, and the bearing 9 , which serves as a thrust bearing, as a rolling element bearing.

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 Maschine 10 aufweist. Diese ist vorliegend in den Verdichter 2 integriert, wobei ein Rotor 11 der elektrischen Maschine 10 drehfest auf dem von dem Turbinenrad 7 abgewandten Ende der Welle 5 angeordnet ist. Ein mit dem Rotor 11 zusammenwirkender Stator 12 ist koaxial zu dem Rotor 11 gehäusefest in dem zu dem Verdichterrad 4 führenden Strömungskanal 13 des Abgasturboladers 1 angeordnet.So in particular the compressor 2 can be driven independently of the exhaust gas flow of the internal combustion engine, so that a high cylinder air charge can be achieved in the cylinders of the internal combustion engine at any time, it is also provided in the present case that the exhaust gas turbocharger 1 an electric machine 10 having. This is in the present case in the compressor 2 integrated, with a rotor 11 of the electric machine 10 non-rotatably on that of the turbine wheel 7th remote end of the shaft 5 is arranged. One with the rotor 11 cooperating stator 12th is coaxial with the rotor 11 fixed to the housing in the one to the compressor wheel 4th leading flow channel 13th of the exhaust gas turbocharger 1 arranged.

2 zeigt eine vereinfachte perspektivische Darstellung der elektrischen Maschine 10. Insbesondere sind dabei Stator 12 und Rotor 11 der elektrischen Maschine 10 gezeigt. Der Stator 12 weist ein kreisringförmiges Statorjoch 14 auf, von welchem mehrere gleichmäßig über den Umfang des Statorjochs 14 verteilt angeordnete Statorzähne 15 radial nach innen vorstehen und in Richtung des Rotors 11 beziehungsweise der Drehachse der Welle 5 weisen. Die Statorzähne 15 enden radial beabstandet zu dem Rotor 11, sodass zwischen den Statorzähnen 15 und dem Rotor 11 jeweils ein Luftspalt verbleibt. 2 shows a simplified perspective illustration of the electrical machine 10 . In particular, the stator 12th and rotor 11 of the electric machine 10 shown. The stator 12th has an annular stator yoke 14th on, of which several evenly over the circumference of the stator yoke 14th distributed stator teeth 15th protrude radially inward and towards the rotor 11 or the axis of rotation of the shaft 5 point. The stator teeth 15th ends radially spaced from the rotor 11 so that between the stator teeth 15th and the rotor 11 an air gap remains in each case.

Der Stator 12 ist mit einer insbesondere mehrphasigen Antriebswicklung 16 versehen, wie beispielsweise in 1 gezeigt. Die Antriebswicklung 16 kann eine über den Stator gewickelte Wicklung oder eine radial auf die Statorzähne 15 aufgesteckte Wicklung bestehend aus mehreren Spulen ausgebildet sein, wobei auf jeden Statorzahn wenigstens eine Spule aufgeschoben ist. Hierzu wird später nochmals näher eingegangen.The stator 12th is with an especially multi-phase drive winding 16 provided, such as in 1 shown. The drive winding 16 can be a winding wound over the stator or a winding wound radially on the stator teeth 15th Attached winding can be made up of several coils, with at least one coil being pushed onto each stator tooth. This will be discussed in more detail later.

Die elektrische Maschine 10 weist weiterhin eine Einrichtung 17 auf, die dazu ausgebildet ist, das Strömungsverhalten des von dem Abgasturbolader 1 geförderten Mediums, also der Frischluft, durch die elektrische Maschine 10 hindurch zu optimieren. Dazu weist die Einrichtung 17 eine dem Rotor 11 zugeordnete Abdeckkappe 18 auf. Die Abdeckkappe 18 ist bei bestimmungsgemäßem Gebrauch stromaufwärts des Rotors 11 angeordnet und der stromaufwärtigen Stirnseite des Rotors 11 zugeordnet beziehungsweise vorgeschaltet. Die Abdeckkappe 18 weist bevorzugt die Form eines halben Ovoids auf, wobei eine Spitze der Abdeckkappe 18 bevorzugt auf Höhe der Drehachse des Rotors 11 liegt. Alternativ, insbesondere wenn der elektrischen Maschine 10 ein Rohrkrümmer vorgeschaltet ist, ist die Abdeckkappe 18 nicht zentrisch, sondern exzentrisch zur Rotationsachse beziehungsweise Drehachse des Rotors 11 angeordnet beziehungsweise versetzt dazu.The electric machine 10 continues to have a facility 17th which is designed to control the flow behavior of the exhaust gas turbocharger 1 conveyed medium, i.e. the fresh air, through the electrical machine 10 optimize through it. To this end, the facility 17th one to the rotor 11 assigned cover cap 18th on. The cover cap 18th is upstream of the rotor when used as intended 11 arranged and the upstream face of the rotor 11 assigned or upstream. The cover cap 18th preferably has the shape of a half ovoid, with one tip of the cover cap 18th preferably at the level of the axis of rotation of the rotor 11 lies. Alternatively, especially if the electric machine 10 a pipe bend is connected upstream, is the cover cap 18th not centric, but eccentric to the axis of rotation or axis of rotation of the rotor 11 arranged or offset to it.

Die Abdeckkappe 18 geht an dem von der Spitze abgewandten axialen Ende in eine Hülse 21 über, die eine Innenhülse 19 der Einrichtung 17 bildet und deren Innendurchmesser größer ist als der Rotor 11, sodass dieser in der Innenhülse 19 aufgenommen ist, wie beispielsweise in 3 gezeigt.The cover cap 18th goes into a sleeve at the axial end facing away from the tip 21 about that an inner sleeve 19th the facility 17th forms and whose inner diameter is larger than the rotor 11 so that it is in the inner sleeve 19th is included, such as in 3 shown.

Von der Innenhülse 19 gehen mehrere Haltestreben 20 aus, die sich radial nach außen erstrecken, wobei korrespondierend zu den Statorzähnen 15 jeweils eine Haltestrebe 20 vorgesehen ist. Dabei sind die Haltestreben 20 entsprechend der Verteilung der Statorzähne 15 angeordnet, sodass in der Endmontageposition jeder Haltestrebe 20 stromaufwärts eines Statorzahns 15 liegt. Die Haltestreben 20 weisen dabei ebenfalls ein strömungsoptimiertes Profil auf, um das Fördermedium möglichst verlustarm an den Statorzähnen 15 vorbeizuführen.From the inner sleeve 19th go several struts 20th extending radially outward, corresponding to the stator teeth 15th one retaining strut each 20th is provided. Here are the retaining struts 20th according to the distribution of the stator teeth 15th arranged so that in the final assembly position of each retaining strut 20th upstream of a stator tooth 15th lies. The struts 20th also have a flow-optimized profile in order to minimize the loss of the conveyed medium to the stator teeth 15th to lead past.

3 zeigt eine vergrößerte Längsschnittdarstellung der elektrischen Maschine 10 in dem Abgasturbolader 1. Die Einrichtung 17 weist, wie obenstehend bereits erläutert, zusätzlich zu der Abdeckkappe 18 die Hülse 21 auf, die sich in Strömungsrichtung an die Abdeckkappe 18 anschließt und sich axial über wesentliche Teile des Rotors 11 hinweg erstreckt. Insbesondere liegt ein Permanentmagnet 22 des Rotors 11 vollständig innerhalb der Hülse 21. In Umfangsrichtung gesehen ist die Hülse 21 geschlossen ausgebildet, weist also eine geschlossene Mantelwand auf. Vorliegend ist dabei die Hülse 21 einstückig mit der Abdeckkappe 18 ausgebildet und insbesondere auch einstückig mit den Haltestegen 20. Die Haltestege 20 sind wiederum, wie in 2 ersichtlich, mit einer Außenhülse 23 einstückig verbunden. Durch die Haltestege 20 erstrecken sich die Statorzähne 15 hindurch, wobei die zwischen den Haltestegen 20, der Außenhülse 23 und der Innenhülse 21 gebildeten Freiräume die einzigen Strömungswege 24 für den dem Verdichter 2 zugeführten Medienstrom beziehungsweise Luftstrom durch die elektrische Maschine 10 hindurch bilden. In 3 ist der Luftstrom durch mehrere Pfeile angezeigt. Durch die Abdeckkappe 18 wird der Luftstrom an dem Rotor 11 vorbei entlang der Außenseite der Hülse 21 geleitet, zwischen den Haltestreben 20 hindurch und zu dem Verdichter 2 geführt. 3 shows an enlarged longitudinal sectional view of the electrical machine 10 in the exhaust gas turbocharger 1 . The establishment 17th has, as already explained above, in addition to the cover cap 18th the sleeve 21 on, which is in the direction of flow on the cap 18th adjoins and axially over essential parts of the rotor 11 extends away. In particular, there is a permanent magnet 22nd of the rotor 11 completely inside the sleeve 21 . The sleeve is seen in the circumferential direction 21 designed closed, so has a closed shell wall. The present here is the sleeve 21 integral with the cover cap 18th formed and in particular also in one piece with the retaining webs 20th . The holding bars 20th are again, as in 2 visible, with an outer sleeve 23 integrally connected. Through the holding bars 20th extend the stator teeth 15th through, with the between the retaining webs 20th , the outer sleeve 23 and the inner sleeve 21 formed free spaces are the only flow paths 24 for the compressor 2 supplied media flow or air flow through the electrical machine 10 form through it. In 3 the airflow is indicated by several arrows. Through the cover cap 18th is the airflow on the rotor 11 past along the outside of the sleeve 21 guided, between the retaining struts 20th through and to the compressor 2 guided.

Der Rotor 11 ist an einer Rotorwelle 25 angeordnet, die aus der Hülse 21 herausgeführt und insbesondere koaxial zu dieser ausgerichtet und drehfest mit der Welle 5 verbunden ist. Dabei ist die Rotorwelle 25 auf die Welle 5 aufgeschoben und beispielsweise durch eine Presspassung oder dergleichen mit dieser drehfest verbunden. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel sind die Rotorwelle 25 und die Welle 5 einstückig miteinander ausgebildet. Der Permanentmagnet 22 ist in einer stirnseitigen Vertiefung 26 der Rotorwelle 25 innerhalb der Hülse 21 gehalten. Die Vertiefung 26 ist in Richtung der Abdeckkappe 18 hin offen ausgebildet.The rotor 11 is on a rotor shaft 25th arranged out of the sleeve 21 led out and in particular aligned coaxially to this and rotatably with the shaft 5 connected is. Here is the rotor shaft 25th on the wave 5 pushed on and connected to this in a rotationally fixed manner, for example by a press fit or the like. According to an alternative embodiment, the rotor shaft 25th and the wave 5 integrally formed with each other. The permanent magnet 22nd is in a frontal recess 26th the rotor shaft 25th inside the sleeve 21 held. The depression 26th is towards the top cap 18th trained to be open.

Die Rotorwelle 25 weist weiterhin eine Wellenschulter 27 auf, die außerhalb der Hülse 21 dem offenen Ende der Hülse 21 zugeordnet ist. Die Wellenschulter 27 weist einen konischen Längsschnitt auf, wobei ihr größter Außendurchmesser, der dem offenen Ende der Hülse 21 zugewandt ist, nur geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der Hülse 21. An ihrem der Hülse 21 zugewandten ersten Ende 28 bildet die Wellenschulter 27 durch den radialen Vorsprung eine Strömungsumlenkfläche 29 an ihrer der Hülse 21 zugewandten Stirnseite aus. Die Strömungsumlenkfläche 29 weist an ihrem Übergang zu dem Wellenabschnitt, in welchem der Permanentmagnet 22 angeordnet ist, eine Krümmung 30 auf, die sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel über 90° erstreckt. Die Strömungsumlenkfläche 29 liegt dabei axial beabstandet zu dem Ende der Hülse 21, sodass zwischen der Hülse 21 und der Wellenschulter 27 ein Abstand in Form einer Öffnung verbleibt, die sich über den gesamten Umfang der Rotorwelle 25 erstreckt.The rotor shaft 25th also has a wave shoulder 27 on that outside of the sleeve 21 the open end of the sleeve 21 assigned. The wave shoulder 27 has a conical longitudinal section, its largest outer diameter being that of the open end of the sleeve 21 is facing, is only slightly larger than the outer diameter of the sleeve 21 . At her the sleeve 21 facing first end 28 forms the shaft shoulder 27 a flow deflecting surface through the radial projection 29 on her the sleeve 21 facing front. The flow deflecting surface 29 points at its transition to the shaft section in which the permanent magnet 22nd is arranged, a curvature 30th which extends over 90 ° in the present exemplary embodiment. The flow deflecting surface 29 is axially spaced from the end of the sleeve 21 so that between the sleeve 21 and the shaft shoulder 27 a gap remains in the form of an opening that extends over the entire circumference of the rotor shaft 25th extends.

Der Hohlwellenabschnitt 31 der Rotorwelle 25, in welchem der Permanentmagnet 22 angeordnet ist, liegt dabei radial beabstandet zu der Hülse 21. Der Außendurchmesser des Hohlwellenabschnitts 31 beziehungsweise des Rotors 11 in der Hülse 21 ist somit kleiner als der Innendurchmesser der Hülse 21. Dadurch entsteht im Bereich der Strömungsumlenkfläche zwischen der Rotorwelle 25 und der Hülse 21 eine Öffnung 32, durch welche eine strömungstechnische Verbindung von dem Innenraum der Hülse 21 zu den Strömungskanälen 24 entsteht.The hollow shaft section 31 the rotor shaft 25th in which the permanent magnet 22nd is arranged, is radially spaced from the sleeve 21 . The outer diameter of the hollow shaft section 31 or the rotor 11 in the sleeve 21 is therefore smaller than the inner diameter of the sleeve 21 . This arises in the area of the flow deflecting surface between the rotor shaft 25th and the sleeve 21 an opening 32 , through which a fluidic connection from the interior of the sleeve 21 to the flow channels 24 arises.

Im Betrieb wird die dem Verdichter 2 zugeführte Luft durch die Strömungskanäle 24 an dem Rotor 11 vorbei geleitet und gelangt stromabwärts der Strömungskanäle 24 teilweise gegen die Strömungsumlenkfläche 29, welche den Luftstromanteil, welcher auf die Strömungsumlenkfläche 29 trifft, derart umlenkt, dass er durch die Öffnung 32 in die Hülse 21 zwischen Rotor 11 und Hülse 21 gelangt und dort zirkuliert und durch dieselbe Öffnung 32, gegebenenfalls an einer anderen Stelle über den Umfang gesehen, aus dem Innenraum wieder austritt, wie durch Pfeile in 3 angedeutet.In operation, the compressor 2 supplied air through the flow channels 24 on the rotor 11 passed and reaches downstream of the flow channels 24 partially against the flow deflection surface 29 , which is the proportion of air flow which is applied to the flow deflection surface 29 hits, deflects in such a way that it passes through the opening 32 into the sleeve 21 between rotor 11 and sleeve 21 arrives and circulates there and through the same opening 32 , optionally seen at another point around the circumference, emerges from the interior again, as indicated by arrows in FIG 3 indicated.

Dadurch, dass die Wellenschulter 27 einen Außenumfang an der Strömungsumlenkfläche 29 aufweist, der größer ist als der Außendurchmesser der Hülse 21, ist gewährleistet, dass ein Teil der Luftströmung stets gegen die Strömungsumlenkfläche 29 gelangt und in die Hülse hinein gelenkt wird. Dadurch erfolgt eine Kühlung des Rotors 11 sowie des Permanentmagneten 22 innerhalb der Hülse, wodurch die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine 10 insgesamt erhöht und insbesondere bei längeren Betriebsdauern mit hohen Drehzahlen und hohen Drehmomenten gewährleistet wird. Durch die vorteilhafte Krümmung 30 wird gewährleistet, dass die Strömungsumkehr des Luftstroms in die Hülse 21 hinein mit geringen Strömungsverlusten einhergeht und insbesondere Turbulenzen vermieden werden.By having the shaft shoulder 27 an outer circumference on the flow deflecting surface 29 which is larger than the outer diameter of the sleeve 21 , it is guaranteed that part of the air flow is always against the flow deflection surface 29 arrives and is directed into the sleeve. This results in cooling of the rotor 11 as well as the permanent magnet 22nd inside the sleeve, increasing the efficiency of the electrical machine 10 increased overall and is guaranteed in particular for longer periods of operation at high speeds and high torques. Due to the advantageous curvature 30th it ensures that the flow reversal of the air flow into the sleeve 21 into it is associated with low flow losses and, in particular, turbulence can be avoided.

4A und 4B zeigen eine vorteilhafte Weiterbildung der elektrischen Maschine 10, wobei 4A die Einrichtung 17 in einer Längsschnittdarstellung und 4B die Einrichtung 17 in einer perspektivischen Darstellung zeigen. Die Weiterbildung der elektrischen Maschine 10 zeichnet sich dabei dadurch aus, dass die Hülse 21 an ihrer in Strömungsrichtung hinten liegenden Abströmkante 36 eine gezahnte oder gezackte Hinterkante 37, insbesondere in der Art einer Chevron-Kante, aufweist. Dazu sind an der hinteren Kante beziehungsweise dem hinteren Ende der Hülse 21 mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilt ausgebildete V-förmige Aussparungen 33 vorhanden. Durch diese Aussparungen 33 wird erreicht, dass die Hülse 21 abschnittsweise einen größeren Abstand zu der Strömungsumlenkfläche 29 aufweist. Bevorzugt weist das Ende der Hülse 21 außerdem eine Schräge auf, durch welche der Außendurchmesser der Hülse 21 zur Endkante hin verringert wird. Dadurch entsteht eine Abströmfase an der Außenseite der Hülse 21. Dies zusammen mit den Aussparungen 33 führt dazu, dass ein Luftstrom, der durch die Strömungswege 24 gelangt, in Richtung der Strömungsumlenkfläche 29 geführt beziehungsweise geleitet wird, wobei der Luftstrom insbesondere auch durch die Aussparung 33 zu der Strömungsumlenkfläche 29 gelangt. Dadurch wird der Luftstrom bereits radial nach innen umgelenkt, sodass eine sichere Beaufschlagung der Strömungsumlenkfläche 29 mit einem Luftstromanteil gewährleistet ist. Dies hat insbesondere auch den Vorteil, dass die Wellenschulter 27 einen maximalen Außendurchmesser aufweisen kann, der nur vorzugsweise so groß ist wie der Außendurchmesser der Hülse 21 oder gegebenenfalls und bevorzugt sogar kleiner, da durch die vorherige Umlenkung des Luftstroms mittels der Hülse 21 ein in Richtung der Strömungsumlenkfläche strömender Luftstrom bereits gewährleistet wird. 4A and 4B show an advantageous development of the electrical machine 10 , in which 4A the facility 17th in a longitudinal section and 4B the facility 17th show in a perspective view. The further development of the electrical machine 10 is characterized by the fact that the sleeve 21 at its trailing edge located at the rear in the direction of flow 36 a serrated or serrated trailing edge 37 , in particular in the manner of a chevron edge. These are on the rear edge or the rear end of the sleeve 21 several V-shaped recesses evenly distributed over the circumference 33 available. Through these cutouts 33 is achieved that the sleeve 21 in sections a greater distance from the flow deflecting surface 29 having. Preferably, the end of the sleeve 21 also a slope through which the outer diameter of the sleeve 21 is reduced towards the end edge. This creates a bevel on the outside of the sleeve 21 . This together with the recesses 33 leads to a flow of air flowing through the flow paths 24 reaches, in the direction of the flow deflection surface 29 is guided or directed, the air flow in particular also through the recess 33 to the flow deflecting surface 29 got. As a result, the air flow is already deflected radially inwards, so that the flow deflecting surface is reliably applied 29 is guaranteed with an air flow component. This has the particular advantage that the shaft shoulder 27 may have a maximum outer diameter which is preferably only as large as the outer diameter of the sleeve 21 or optionally and preferably even smaller, since the previous deflection of the air flow by means of the sleeve 21 an air flow flowing in the direction of the flow deflecting surface is already guaranteed.

Durch die Konusform der Wellenschulter 27 im Längsschnitt gesehen, wird der Außendurchmesser der Wellenschulter 27 von dem der Hülse 21 zugewandten Ende 28 zu dem dem Verdichter 2 zugewandten Ende 34 kleiner, wie in 3 gezeigt. Dabei ist der Außendurchmesser an dem Ende 34 insbesondere derart ausgebildet, dass er zumindest im Wesentlichen dem Außendurchmesser eines an der Wellenschulter 27 anliegenden Verdichterradabschnitts 35 des Verdichterrads 4 entspricht. Dadurch wird ein vorteilhafter Strömungsübergang von der elektrischen Maschine 10 zu dem Verdichter 2 gewährleistet. Insbesondere weisen die Wellenschulter 27 und der Verdichterradabschnitt 35 an den aneinander liegenden Stirnseiten den gleichen Außendurchmesser auf, um Verwirbelungen des Luftstroms zu vermeiden.Due to the conical shape of the shaft shoulder 27 seen in longitudinal section, is the outer diameter of the shaft shoulder 27 from that of the sleeve 21 facing end 28 to that of the compressor 2 facing end 34 smaller, like in 3 shown. Where the outside diameter is at the end 34 in particular designed in such a way that it is at least substantially the outer diameter of one on the shaft shoulder 27 adjacent compressor wheel section 35 of the compressor wheel 4th is equivalent to. This creates an advantageous flow transition from the electrical machine 10 to the compressor 2 guaranteed. In particular, the wave shoulders 27 and the compressor wheel section 35 the same outside diameter on the adjacent end faces in order to avoid turbulence in the air flow.

Um das Strömungsverhalten innerhalb der Hülse 21 zu verbessern, kann die Außenseite des Hohlwellenabschnitts 31 außerdem mit spiralförmig verlaufenden Nuten versehen sein, durch welche der Luftstrom in die Hülse 21 hinein gezogen wird.To the flow behavior within the sleeve 21 to improve, the outside of the hollow shaft section 31 also be provided with spirally extending grooves through which the air flow into the sleeve 21 is pulled into it.

5 zeigt in einer weiteren perspektivischen Darstellung eine vorteilhafte Weiterbildung des in 4A und 4B gezeigten Ausführungsbeispiels. Aus dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel bereits bekannte Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, sodass im Folgenden im Wesentlichen nur auf die Unterschiede eingegangen werden soll. 5 shows in a further perspective illustration an advantageous development of the in 4A and 4B embodiment shown. Elements already known from the previous exemplary embodiment are provided with the same reference numerals, so that essentially only the differences will be discussed below.

Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich die gezackte Hinterkante 37 nicht über den gesamten Umfang der Abströmkante 36, sondern nur über einen Teilumfang beziehungsweise über einen begrenzten Umfangsabschnitt, vorliegend um den halben Umfang, sodass in einem ersten Umfangsabschnitt von 180° die Abströmkante 36 als gezackte Hinterkante 37 beziehungsweise Chevron-Kante ausgebildet ist, und in dem übrigen Umfangsabschnitt von ebenfalls 180° als stumpfe Hinterkante 38. Der Außendurchmesser der stumpfen Hinterkante 38 entspricht dabei insbesondere dem größten Außendurchmesser der Wellenschulter 27 an dem der Hülse 21 zugewandten Ende 28, sodass der Medienstrom in diesem Bereich der Abströmkante 36 an der Strömungsumlenkfläche 29 vorbei geleitet wird. Dadurch ergibt sich im Betrieb eine Vorzugsströmung des partiell aus dem Medienstrom in die Hülse 21 geförderten Medienteilstrom, der insbesondere durch die vorteilhafte Ausbildung der gezackten Hinterkante 37 auf die Strömungsumlenkfläche 29 trifft und in die Hülse 21 hinein gelenkt wird. Dort umströmt der Teilmedienstrom den Rotor 11 und gelangt im Bereich der stumpfen Hinterkante 38 aus der Hülse 21 hinaus und wird insbesondere durch den Medienstrom, der in diesem Bereich an dem Spalt 32 vorbei gelenkt wird, aus der Hülse 21 heraus gesogen. Dadurch ergibt sich ein vorteilhafter Luftstrom durch das Innere der Hülse 21, wie insbesondere auch in 3 durch die Pfeile angezeigt, der ein vorteilhaftes Kühlen des Rotors im Betrieb gewährleistet. Durch die vorteilhafte Ausbildung der Abströmkante 36 wird erreicht, dass in dem Bereich der stumpfen Hinterkante 38 der Medienstrom nicht, auch nicht partiell in die Hülse eintritt und dadurch ein Ausströmen des bereits in die Hülse gelenkten Medienstroms auch nicht verhindert oder erschwert.In contrast to the previous exemplary embodiment, the serrated rear edge extends 37 not over the entire circumference of the trailing edge 36 , but only over a partial circumference or over a limited circumferential section, in the present case around half the circumference, so that the trailing edge is in a first circumferential section of 180 ° 36 as a serrated trailing edge 37 or chevron edge is formed, and in the remaining circumferential section of also 180 ° as a blunt rear edge 38 . The outside diameter of the blunt trailing edge 38 corresponds in particular to the largest outside diameter of the shaft shoulder 27 on that of the sleeve 21 facing end 28 so that the media flow in this area of the trailing edge 36 at the flow deflection surface 29 is passed by. This results in a preferential flow of the partially from the media flow into the sleeve during operation 21 conveyed partial media flow, which is particularly due to the advantageous design of the serrated rear edge 37 on the flow deflection surface 29 hits and in the sleeve 21 is directed into it. There the partial media flow flows around the rotor 11 and reaches the area of the blunt trailing edge 38 out of the sleeve 21 addition and is in particular due to the media flow in this area at the gap 32 is steered past, out of the sleeve 21 sucked out. This results in an advantageous air flow through the interior of the sleeve 21 , as in particular in 3 indicated by the arrows, which ensures advantageous cooling of the rotor during operation. Due to the advantageous design of the trailing edge 36 it is achieved that in the area of the blunt trailing edge 38 the media flow does not enter the sleeve, not even partially, and thus does not prevent or make more difficult an outflow of the media flow already directed into the sleeve.

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Claims (10)

Elektrische Maschine (10) für einen Verdichter (2) und/oder eine Turbine (3), mit einer in einem Gehäuse (6) drehbar gelagerten Welle (5), an welcher ein Rotor (11) drehfest angeordnet ist, mit einem gehäusefesten und koaxial zu dem Rotor (11) angeordneten Stator (12), der zumindest eine mehrphasige Antriebswicklung zur Erzeugung eines Antriebsmagnetfelds sowie mehrere radial nach innen in Richtung des Rotors (11) vorstehende Statorzähne (15) aufweist, und mit einer den Rotor (11) stromaufwärts überdeckenden Abdeckkappe (18), an die sich eine koaxial zu dem Rotor (11) angeordnete Hülse (21) anschließt, welche den Rotor (11) umfangsseitig vollständig und axial zumindest abschnittsweise umgibt, wobei die Hülse (21) radial beabstandet zu dem Rotor (11) ist und wobei der Rotor (11) eine axial aus der Hülse (21) zu dem Verdichter (2) und/oder der Turbine (3) herausgeführte und drehfest mit der Welle (5) verbundene Rotorwelle (25) aufweist, an welcher zumindest ein Permanentmagnet (22) innerhalb der Hülse (21) drehfest angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (25) eine außerhalb der Hülse (21) liegende Strömungsumlenkfläche (29) zur partiellen Strömungsumlenkung eines außerhalb der Hülse (21) in Richtung des Verdichters (2) oder der Turbine (3) strömenden Mediums in die Hülse (21) hinein aufweist.Electric machine (10) for a compressor (2) and / or a turbine (3), with a shaft (5) rotatably mounted in a housing (6), on which a rotor (11) is arranged in a rotationally fixed manner, with a shaft (5) fixed to the housing and coaxially to the rotor (11) arranged stator (12) which has at least one polyphase drive winding for generating a drive magnetic field and several stator teeth (15) protruding radially inward in the direction of the rotor (11), and with one upstream of the rotor (11) Covering cap (18), to which is connected a sleeve (21) which is arranged coaxially to the rotor (11) and which surrounds the rotor (11) completely and axially on the circumferential side, at least in sections, the sleeve (21) being radially spaced from the rotor ( 11) and wherein the rotor (11) has a rotor shaft (25) which is axially guided out of the sleeve (21) to the compressor (2) and / or the turbine (3) and connected to the shaft (5) in a rotationally fixed manner, on which at least one permanent magnet (22) inside half of the sleeve (21) is arranged non-rotatably, characterized in that the rotor shaft (25) has a flow deflection surface (29) located outside the sleeve (21) for partial flow deflection outside the sleeve (21) in the direction of the compressor (2) or the Has turbine (3) flowing medium into the sleeve (21). Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsumlenkfläche (29) an einer Wellenschulter (27) der Rotorwelle (25) ausgebildet ist.Electric machine after Claim 1 , characterized in that the flow deflecting surface (29) is formed on a shaft shoulder (27) of the rotor shaft (25). Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenschulter (27) einen Außendurchmesser aufweist, der mindestens so groß wie der Außendurchmesser der Hülse (21) ist.Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft shoulder (27) has an outside diameter which is at least as large as the outside diameter of the sleeve (21). Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsumlenkfläche (29) wenigstens eine Krümmung (30) zur Strömungsumlenkung aufweist.Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the flow deflecting surface (29) has at least one curvature (30) for deflecting the flow. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (21) an ihrem der Strömungsumlenkfläche (29) zugewandten Ende eine gezahnte Hinterkante, insbesondere eine Chevron-Kante, aufweist, die sich nur über einen Teilumfang der Hülse (21) oder über den gesamten Umfang der Hülse (21) erstreckt.Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the sleeve (21) at its end facing the flow deflection surface (29) has a toothed rear edge, in particular a chevron edge, which extends only over a partial circumference of the sleeve (21) or extends over the entire circumference of the sleeve (21). Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenschulter (27) ein der Hülse (21) zugewandtes erstes Ende (28), das die Strömungsumlenkfläche (29) bildet, und ein dem Verdichter (2) oder der Turbine (3) zugewandtes zweites Ende (34) aufweist, wobei sich der Außendurchmesser der Wellenschulter (27) von dem ersten Ende (28) zu dem zweiten Ende (34) verkleinert.Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft shoulder (27) has a first end (28) facing the sleeve (21) and forming the flow deflecting surface (29), and a first end (28) for the compressor (2) or the turbine (3 ) facing the second end (34), the outer diameter of the shaft shoulder (27) decreasing from the first end (28) to the second end (34). Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser an dem zweiten Ende (34) dem Durchmesser eines an dem zweiten Ende (34) anliegenden Verdichterradabschnitts (35) entspricht.Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the diameter at the second end (34) corresponds to the diameter of a compressor wheel section (35) resting against the second end (34). Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (21) zusammen mit der Abdeckkappe (18) eine geschlossene Topfform bildet.Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the sleeve (21) together with the cover cap (18) forms a closed pot shape. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (21) und die Abdeckkappe (18) einstückig miteinander ausgebildet sind.Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the sleeve (21) and the cover cap (18) are formed in one piece with one another. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (21) durch eine koaxial dazu an dem Stator (12) angeordnete Außenhülse (23) in dem Gehäuse (6) befestigt ist.Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the sleeve (21) is fastened in the housing (6) by an outer sleeve (23) arranged coaxially therewith on the stator (12).
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DE102017207532A1 (en) 2017-05-04 2018-11-08 Bosch Mahle Turbo Systems Gmbh & Co. Kg Electric media splitting machine for a compressor and / or a turbine, turbocharger and / or turbine

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