用于电动涡轮复合技术机器的补充空气冷却系统以及空气压力油密封系统的制作方法
【专利说明】用于电动涡轮复合技术机器的补充空气冷却系统以及空气压力油密封系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年11月12日提交的且题为“用于电动涡轮复合技术机器的补充空气冷却系统以及空气压力油密封系统(Supplemental Air Cooling System And AirPressure Oil Sealing System For Electrical Turbocompound Machine)，，的美国临时申请号61/725，150的优先权及所有权益。
[0003]发明背景
1.发明领域
[0004]本发明涉及一种用于内燃发动机的电动涡轮复合技术机器。更具体地讲，本发明涉及一种用于对涡轮增压器内的电动马达进行冷却的空气冷却系统。
[0005]2.相关技术的说明
[0006]涡轮增压器是一种与内燃发动机一起使用的强制进气系统。涡轮增压器将压缩的空气传送到发动机进气端从而允许燃烧更多的燃料，因此增加了发动机的功率密度而没有明显地增加发动机的重量。因此，涡轮增压器允许使用较小的发动机而形成与较大的、正常吸气的发动机相同量的功率。在车辆中使用较小发动机具有减小车辆质量、提高性能并且增强燃料经济性的所希望效果。此外，使用涡轮增压器允许被递送至发动机的燃料的完全燃烧，这有助于实现排放量减少这一高度希望的目标。
[0007]涡轮增压器包括:一个涡轮机级，该涡轮机级具有连接至发动机排气歧管上的一个涡轮机壳体；一个压缩机级，该压缩机级具有连接至发动机进气歧管上的一个压缩机壳体；以及一个轴承壳体，该轴承壳体将该涡轮机壳体与压缩机壳体连接到一起。该涡轮机级包括布置在该涡轮机壳体内的一个涡轮机叶轮，并且该压缩机级包括布置在该压缩机壳体内的一个压缩机叶轮。该涡轮机叶轮是由从该排气歧管供应的排气进气流可旋转地驱动的。一个轴被可旋转地支撑在该轴承壳体内并且将该涡轮机叶轮联接至该压缩机叶轮上，这样使得该涡轮机叶轮的旋转造成该压缩机叶轮的旋转。将该涡轮机叶轮与该压缩机叶轮相连接的轴限定了一条旋转轴线。当压缩机叶轮旋转时，它使进入压缩机壳体的环境空气压缩，从而增大了经由该发动机进气歧管被递送至发动机汽缸的空气质量流速、空气流密度和空气压力。
[0008]在低发动机速度下，排气以较低的压力被供应到该涡轮机叶轮上，从而致使该涡轮机叶轮和压缩机叶轮较慢地旋转，从而导致进入该压缩机壳体的空气被压缩的程度更小，这导致了所谓的“涡流滞后”。为了最小化涡流滞后并且提高涡轮增压器的效率并且因此提高发动机效率，已知的是将一个电动马达结合在该涡轮增压器之中。此类型的涡轮增压器通常被称作电动祸轮复合技术机器(electrical turbocompound machine)或电辅助祸轮增压器(electrically assisted turbocharger)。该电动马达在低发动机速度下被通电以将额外力矩赋予该涡轮增压器的轴，这致使该涡轮机叶轮和压缩机叶轮更快地旋转，与以其他方式通过非电辅助涡轮增压器所递送的相比增加了递送到发动机的空气质量流速。该电动马达还可以被用作一个发电机，该发电机将轴的功(即轴的旋转)转变为电能。由该发电机产生的电能可以被用来运行辅助电气部件或者被用来增加发动机功率。
[0009]被结合在涡轮增压器中的电动马达的一个实例是一个开关磁阻马达(SRM)。SRM的操作原理简单、众所周知并且是基于磁阻转矩。SRM具有带有多个集中绕组的一个定子和不带有绕组的一个转子。在一个典型的电辅助涡轮增压器中，SRM是位于在该轴承壳体中限定的一个马达腔内。该转子被整合或安装在该轴上并且通常被定位在一副轴轴承之间。该定子是固定紧固的并且围绕该转子。典型的SRM可以具有六个定子磁极和四个转子磁极，表示为“6/4SRM”。6/4SRM具有三个相位，每个相位由位于相反的定子磁极上的两个绕组组成。一个相位中的绕组是同时被供电的并且产生一个磁通量。由这些绕组产生的磁通量遵循最小磁阻路径，这意味着该通量将流动穿过最靠近这些受激定子磁极的这些转子磁极，由此将这些转子磁极磁化并且致使该转子本身与这些受激定子磁极对齐。电磁转矩是通过这些转子磁极与这些受激电子磁极对齐的倾向而产生的。当该转子转动时，将连续地激励多个不同相位以保持该转子转动。对用作发电机而言，这些相位是在这些定子磁极和转子磁极分开时、而不是在它们接近时受激。
[0010]液体冷却系统通常被提供作为使从涡轮机级的排气向轴承壳体中的电动马达的热传递最小化的一个主要手段。然而，在某些运行条件下，人们认识到，液体冷却系统可能不能充分冷却该电动马达。因此，令人希望的是用空气冷却系统来补充该液体冷却系统。
[0011]用于电辅助涡轮增压器的空气冷却系统通常是从所周知的。例如，美国专利号5，605, 045披露了一种电辅助涡轮增压器10，该涡轮增压器包括一个轴16，该轴具有安装在一端上的一个涡轮机叶轮20和安装在相反一端上的一个压缩机叶轮28。涡轮增压器10还包括容纳在一个轴承壳体30内的一个电动马达56。轴承壳体30内的一个环形油通道38是直接位于该电动马达56外部，正是经过该环形油通道38的油流动而移除了进入轴承壳体30的大部分热量。一个空气冷却系统包括穿过该轴16中心的一个空气通道90’、以及一个空气泵94，该空气泵将空气传送经过该空气通道90’，从而在与正将热量吸入该轴16方向相反的方向上将热量从涡轮机入口涡形道18移出该轴16。
[0012]相似地，美国专利号6，609，375披露了一种电辅助涡轮增压器10，该增压器包括一个压缩机16、一个涡轮机18和位于二者之间的一个马达壳体20。涡轮增压器10还包括一个电动马达，该电动马达具有均被容纳在马达壳体20中的一个定子42和一个转子44。一个空气冷却系统包括第一冷却软管34，该第一冷却软管引导加压空气从压缩机16经过一个气流入口 40而进入马达壳体20之中。空气在一个穿过定子42和转子44的径向方向上行进，穿过马达壳体20，并且从位于马达壳20上与气流入口 40相对的圆周侧上的一个气流出口 46出来。一个第二冷却软管36引导空气返回到压缩机16的一个入口。
[0013]已知的空气冷却系统技术在电辅助涡轮增压器中就补充液体冷却系统的能力而言并不是最佳的。因此，在电辅助涡轮增压器中希望提供有效补充液体冷却系统的一种空气冷却系统。
[0014]发明概述
[0015]根据本发明的一个方面，一种电辅助涡轮增压器包括使用冷却空气来对电动马达进行冷却的一个空气冷却系统。该涡轮增压器包括一个轴承壳体，该轴承壳体具有一个用于容纳电动马达的马达腔。该空气冷却系统包括:一个入口蜗壳，该入口蜗壳是形成于该轴承壳体内并且被布置在电动马达的第一侧上；以及一个出口蜗壳，该出口蜗壳是形成于该轴承壳体内并且被布置在该电动马达的与该入口蜗壳相反的第二侧上。该入口蜗壳使送入该入口蜗壳中的冷却空气加速并且引导该冷却空气进入该马达腔中。该冷却空气在轴向方向上经过该马达腔从该入口蜗壳行进到该出口蜗壳以冷却该电动马达。该出口蜗壳使该冷却空气减速并且引导该冷却空气离开该马达腔。
[0016]附图简要说明
[0017]本发明的优点将是容易了解的，因为这些优点通过参照以下详细说明在结合附图考虑时将变得更好理解，在附图中:
[0018]图1是根据本发明一个实施例的包括一个空气冷却系统的一个电辅助涡轮增压器的截面视图；
[0019]图2是轴承壳体的一个截面侧视图，展示出了该空气冷却系统的一个入口蜗壳；
[0020]图3是该轴承壳体的一个截面侧视图，展示了该空气冷却系统的一个出口蜗壳；
[0021]图4是轴承壳体的一个片段透视图，展示出了一个空气入口孔；并且
[0022]图5是根据本发明的另一个实施例的包括一个空气通道的轴承壳体的截面视图。
[0023]实施方式的详细说明
[0024]参见附图，图1中展示了总体上为10的涡轮增压器的一部分。该涡轮增压器10包括联接在一个涡轮机级与一个压缩机级之间的一个轴承壳体12。该涡轮机级包括布置在涡轮机壳体(未示出)内的一个涡轮机叶轮14，并且该压缩机级包括布置在压缩机壳体(未示出)内的一个压缩机叶轮16。该涡轮机叶轮14是由从发动机排气歧管供应的排气