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Title:
ELECTRIC MEDIA FLOW MACHINE FOR A COMPRESSOR AND/OR A TURBINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/185211
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electric media flow machine (10) for a compressor (2) and/or a turbine (3), in particular a turbocharger (1) of an internal combustion engine, comprising a housing (6) having a media inlet (24) and a media outlet (25), comprising a shaft (5) mounted rotatably in the housing (6), comprising a rotor (11) arranged on the shaft (5) for conjoint rotation therewith, and comprising a stator (12), which is fixed to the housing and has a plurality of radially inwardly protruding stator teeth (15), comprising an inner sleeve (19) surrounding the rotor (11) circumferentially and an outer sleeve (20) arranged coaxially in relation to the rotor (11). Owing to the stator teeth (15) extending through the outer sleeve (20) at least as far as the inner sleeve (19), the inner sleeve (19) and the outer sleeve (20), a plurality of flow channels (21) leading through the stator (12) are formed as sole flow-through paths through the media flow machine (10) for the medium flowing from the media inlet (24) to the media outlet (25). The radial distance between the outer sleeve (20) and inner sleeve (19) and thus a flow-through cross section of the flow channels (21) changes over the axial extension of said channels.

Inventors:
BAEUERLE, Michael (Rohrheimer Weg 5, Eberdingen, 71735, DE)
FRUEHSCHUETZ, Thomas (Roggersdorfer Str. 110, Holzkirchen, 83607, DE)
CAVALCANTI, Dalton De Paula (Gemsenweg 37, Stuttgart, 70499, DE)
FERLINZ, Linus (Koelnstrasse 117, Bonn, 53111, DE)
GLEMSER, Ralph (Steinackerstr. 19, Brackenheim, 74336, DE)
AURACHER, Maximilian (Miesbacher Str. 17a, Irschenberg, 83737, DE)
GOTTWALD, Frank (Aidenbergsteige 22, Weissach, 71287, DE)
SCHEPP, Rene (Sonnenweg 8, Waiblingen, 71336, DE)
MAYER, Joerg (Lessingstr. 11, Weissach I.T., 71554, DE)
Application Number:
EP2019/051427
Publication Date:
October 03, 2019
Filing Date:
January 22, 2019
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
F02B37/10; F02B39/10; F04D25/06; F04D29/44; H02K1/14; H02K1/20; H02K3/04; H02K5/128; F02B33/40; F02C6/12; F04D29/42; H02K3/52; H02K15/06
Domestic Patent References:
WO2017094426A12017-06-08
WO2011014934A12011-02-10
Foreign References:
DE102014210451A12015-12-03
US8550793B22013-10-08
EP2072824A22009-06-24
DE102014210451A12015-12-03
DE102017207532A12018-11-08
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Claims:
Ansprüche

1. Elektrische Medienstrommaschine (10) für ein Verdichter (2) und/oder eine Turbine (3), insbesondere eines Abgasturboladers (1) einer

Brennkraftmaschine, mit einem einen Medieneinlass (24) und einen

Medienauslass (25) aufweisenden Gehäuse (6), mit einer in dem Gehäuse (6) drehbar gelagerten Welle (5), mit einem drehfest an der Welle (5) angeordneten Rotor (11) und mit einem gehäusefesten Stator (12), der eine Antriebswicklung (17) und mehrere radial nach innen vorstehende Statorzähne (15) aufweist, mit einer den Rotor (11) umfangsseitig umgebenden Innenhülse (19) und einer koaxial zum Rotor (11) angeordneten Außenhülse (20), wobei durch die sich durch die Außenhülse (20) zumindest bis zur Innenhülse (19) erstreckenden Statorzähne (15), die Innenhülse (19) und die Außenhülse (20) mehrere durch den Stator (12) führende Strömungskanäle (21) als einzige Durchströmungswege durch die Medienstrommaschine (10) für das vom Medieneinlass (24) zum Medienauslass (25) strömende Medium gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich der radiale Abstand zwischen Außenhülse (20) und Innenhülse (19) und dadurch ein Durchströmungsquerschnitt der Strömungskanäle (21) in ihrer Axialerstreckung verändert.

2. Elektrische Medienstrommaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abstand zwischen Außenhülse (20) und

Innenhülse (19) und dadurch der Durchströmungsquerschnitt der

Strömungskanäle (21) in Strömungsrichtung des Mediums vergrößert.

3. Elektrische Medienstrommaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (19) konusförmig ausgebildet ist.

4. Elektrische Medienstrommaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülse (20) zylinderförmig ausgebildet ist.

5. Elektrische Medienstrommaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülse (20) konusförmig und die Innenhülse (19) insbesondere zylinderförmig ausgebildet ist.

6. Elektrische Medienstrommaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (11) zumindest einen konusförmig ausgebildeten Permanentmagneten (22) aufweist.

7. Elektrische Medienstrommaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (11) eine den

Permanentmagneten (22) umfassende und drehfest mit der Welle (5) verbundene Rotorhülse (23) aufweist, die korrespondierend zu dem

Permanentmagneten (22) konusförmig ausgebildet ist.

8. Elektrische Medienstrommaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die radiale Länge der

Statorzähne (15) in Strömungsrichtung des Mediums verändert.

9. Elektrische Medienstrommaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die radiale Länge der

Statorzähne (15) in Strömungsrichtung derart verändert, dass ein radialer Abstand zwischen Statorzähnen (15) und dem Permanentmagnet (22) des Rotors (11) in Strömungsrichtung konstant oder nahezu konstant ist.

10. Elektrische Medienstrommaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (12) mehrere axial aneinander anliegende Statorlamellen (26) aufweist, wobei die Statorzähne (15) bildende radial vorstehende Statorzahnabschnitte (28) der Statorlamellen (26) in Strömungsrichtung unterschiedlich lang ausgebildet sind.

11. Turbine (3) und/oder Verdichter (2), insbesondere Abgasturbolader (1), mit einem einen Medieneinlass (24) und einen Medienauslass (25) aufweisenden Gehäuse (6) und mit einer in dem Gehäuse (6) drehbar gelagerten Welle (5), auf welcher zumindest ein Verdichterrad (4) oder Turbinenrad (7) drehfest angeordnet ist, und mit einer elektrischen Medienstrommaschine (10), die einen auf der Welle (5) drehfest angeordneten Rotor (11) und einen gehäusefesten Stator (12) aufweist, wobei der Stator (12) eine Antriebswicklung (17) zum Erzeugen eines Antriebsmagnetfelds aufweist, gekennzeichnet durch die Ausbildung der Medienstrommaschine (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10.

Description:
Beschreibung

Titel

Elektrische Medienstrommaschine für einen Verdichter und/oder eine Turbine

Elektrische Medienstrommaschine für ein Verdichter und/oder eine Turbine, insbesondere eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, mit einem einen Medieneinlass und einen Medienauslass aufweisenden Gehäuse, mit einer in dem Gehäuse drehbar gelagerten Welle, mit einem drehfest an der Welle angeordneten Rotor und mit einem gehäusefesten Stator, der eine

Antriebswicklung und mehrere radial nach innen vorstehende Statorzähne aufweist, mit einer den Rotor umfangsseitig koaxial umgebenden Innenhülse und einer koaxial zum Rotor angeordneten Außenhülse, wobei durch die

beziehungsweise zwischen den sich durch die Außenhülse zumindest bis zur Innenhülse erstreckenden Statorzähne, die Innenhülse und die Außenhülse mehrere durch den Stator führende Strömungskanäle als einzige

Durchströmungswege durch die Medienstrommaschine für das vom

Medieneinlass zum Medienauslass strömende Medium gebildet sind.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verdichter und/oder eine Turbine, insbesondere Abgasturbolader, mit einem Gehäuse und mit einer in dem Gehäuse drehbar gelagerten Welle, auf welcher zumindest ein Verdichterrad oder Turbinenrad drehfest angeordnet ist, und mit einer elektrischen Medienstrommaschine, die einen auf der Welle drehfest angeordneten Rotor und einen gehäusefesten Stator aufweist, wobei der Stator eine Antriebswicklung und mehrere radial nach innen vorstehende Statorzähne aufweist.

Stand der Technik

Medienstrommaschinen und Abgasturbolader der oben genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. So offenbart beispielsweise die

Offenlegungsschrift DE 10 2014 210 451 Al einen Turbolader mit einer integrierten elektrischen Medienstrommaschine. Turbolader, insbesondere Abgasturbolader, werden insbesondere im Kraftfahrzeugbau dazu genutzt, die Luftfüllung in Zylindern einer Brennkraftmaschine zu erhöhen, um die Leistung der Brennkraftmaschine zu steigern. Häufig werden dazu Abgasturbolader eingesetzt, die vom Abgasstrom der Brennkraftmaschine angetrieben werden. Darüber hinaus ist es bekannt, einen Turbolader elektromotorisch zu

unterstützen, sodass unabhängig von einem Abgasstrom der

Brennkraftmaschine angesaugte Frischluft verdichtet und dem

Verbrennungsmotor mit erhöhtem Ladedruck zugeführt werden kann. Auch eine Kombination beider Varianten ist bereits bekannt. Dabei wird ein

Abgasturbolader mit einer elektrischen Maschine versehen, um die Welle des Abgasturboladers, auf welcher ein Verdichterrad sowie ein Turbinenrad drehfest angeordnet sind, anzutreiben. Hierdurch kann beispielsweise der ansonsten zeitlich verzögerte Ladedruckaufbau maßgeblich beschleunigt werden.

Die Realisierung der elektromotorischen Unterstützung durch eine

Medienstrommaschine hat den Vorteil, dass die motorische Unterstützung besonders bauraumsparend in den Turbolader integrierbar ist, weil die angesaugte Frischluft durch einen zwischen Rotor und Stator der

Medienstrommaschine gebildeten Medienspalt geführt wird. Damit ist die Medienstrommaschine in den Strömungsverlauf bauraumsparend integrierbar. Außerdem gibt sich dadurch der Vorteil, dass Rotor und Stator der

Medienstrommaschine durch den Luftstrom gekühlt werden.

Der Stator verfügt üblicherweise über ein kreisringförmiges Statorjoch sowie radial nach innen von dem Statorjoch vorstehende Statorzähne, die in

Umfangsrichtung gesehen beabstandet voneinander gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Statorzähne sind üblicherweise von einer mehrphasigen Antriebswicklung umwickelt, wobei durch Bestromen der Phasen der

Antriebswicklung mittels einer dafür vorgesehenen Leistungselektronik das drehende Antriebsmagnetfeld erzeugt wird, durch welches der durch die Welle drehbar gelagerte Rotor mit einem vorgebbaren Drehmoment angetrieben wird. Der Rotor weist dabei zweckmäßigerweise zumindest einen

Permanentmagneten auf, der mit dem drehenden Magnetfeld zusammenwirkt. Aus der oben bereits genannten Offenlegungsschrift ist es außerdem bekannt, eine Einrichtung vorzusehen, welche zur Strömungsoptimierung dient und dazu den Statorzähnen, die in den Medienspalt zwischen Rotor und Stator

hineinragen, und an welchen das zu fördernde Medium vorbeiströmt, ein strömungsoptimiertes Profil, insbesondere ein tropfenförmiges Profil verleiht.

Aus der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2017 207 532 ist es außerdem bekannt, den Medienstrom nicht durch den Medienspalt zwischen den Statorzähnen und dem Rotor zu führen, sondern durch den Stator hindurch.

Dazu sind im Stator eine den Rotor umschließende und statorfest angeordnete Innenhülse sowie eine koaxial dazu angeordnete, die Innenhülse einschließende, Außenhülse, vorhanden, die zusammen mit den Statorzähnen mehrere

Strömungskanäle durch den Stator hindurch formen. Die Strömungskanäle werden dabei seitlich durch Außenhülse, Innenhülse und die sich durch die Außenhülse hindurch zumindest bis zu der Innenhülse, gegebenenfalls auch durch die Innenhülse hindurch erstreckenden Statorzähne begrenzt. Optional ist stromaufwärts des Rotors außerdem eine Abdeckkappe angeordnet, die in die Innenhülse übergeht, oder die Innenhülse erstreckt sich stromaufwärts des Rotors auch stirnseitig mit dem Rotor, um ein Eindringen von Medium in den Medienspalt, der radial zwischen den Statorzähnen und dem Rotor vorliegt, zu verhindern.

Offenbarung der Erfindung

Die elektrische Medienstrommaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine vorteilhafte Ausbildung des Mediums in dem Verdichter oder der Turbine vorliegt, weil die Gestalt der Medienstrommaschine zu einer frühen Homogenisierung des durchströmenden Mediums führt. Dadurch ist die Medienstrommaschine näher zu dem Verdichterrad oder Turbinenrad hin positionierbar, wodurch die Stabilität des Rotorlaufs der Medienstrommaschine begünstigt wird. Durch die gezielte Veränderung des durchströmten Querschnitts der Strömungskanäle in Strömungsrichtung wird außerdem die

Strömungsgeschwindigkeit des Mediums beeinflusst, sodass der Betrieb des Verdichters und/oder der Turbine weiter optimierbar ist. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass sich der radiale Abstand zwischen Außenhülse und Innenhülse in ihrer Axialerstreckung verändert. Der radial Abstand zwischen Außenhülse und Innenhülse und damit der Durchströmungsquerschnitt des jeweiligen Strömungskanals verändert sich somit in Strömungsrichtung des Mediums.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vergrößert sich der Abstand zwischen Außenhülse und Innenhülse und damit der jeweilige

Durchströmungsquerschnitt der Strömungskanäle in Strömungsrichtung des Mediums, das von dem Medieneinlass durch die Medienstrommaschine zu dem Medienauslass strömt. Das Medium, das normalerweise vom Medieneinlass zu dem Medienauslass strömt, gibt somit die Strömungsrichtung vor. Entlang dieser Strömungsrichtung vergrößert sich nun der Abstand zwischen Außenhülse und Innenhülse, sodass mit zunehmendem Strömungsweg der Querschnitt des Strömungsvolumens ebenfalls zunimmt. Dadurch wird die

Strömungsgeschwindigkeit des Mediums reduziert und eine frühzeitige

Homogenisierung des Mediums, insbesondere stromaufwärts des Verdichterrads erreicht.

Bevorzugt ist die Innenhülse konusförmig ausgebildet. Dadurch ergibt sich eine einfache Querschnittsveränderung entlang des Strömungswegs, wenn die Außenhülse nicht die gleiche Konusform wie die Innenhülse aufweist. Hierdurch ist in einfacher und kostengünstiger Art und Weise der sich verändernde

Querschnitt in Strömungsrichtung realisierbar.

Bevorzugt ist die Außenhülse zylinderförmig ausgebildet. Damit verläuft die Mantelwand der Außenhülse axial parallel zur Rotationsachse des Rotors. Damit ergibt sich die Querschnittsveränderung allein durch die konisch geformte Innenhülse und optional durch eine Veränderung der Breite der Statorzähne in radialer Richtung. Die zylinderförmige Außenhülse hat den Vorteil, dass die Antriebswicklung vollständig außerhalb des Strömungskanals liegt und durch die Außenhülse vor dem Medium geschützt ist. Dabei reicht die Antriebswicklung bevorzugt bis an die Außenhülse heran und gewährleistet somit in

Axialerstreckung, dass zwischen Außenhülse und Antriebswicklung stets der gleiche Abstand besteht und die Antriebswicklung wie üblich herstellbar ist.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Außenhülse konisch ausgebildet, um den Strömungsquerschnitt der Strömungskanäle zu verändern, wobei dann die Innenhülse bevorzugt zylinderförmig ausgebildet ist. In diesem Fall ist das Prinzip also umgekehrt. Hierbei ergibt sich der Vorteil eines zylindrischen und damit einfach gestalteten Rotors.

Insbesondere dann, wenn die Innenhülse konisch ausgebildet ist, ist bevorzugt auch der Rotor, der in der Innenhülse liegt, konusförmig ausgebildet, sodass dieser insbesondere den Innenraum der Innenhülse vollständig ausfüllt und dadurch eine maximale Effizienz der Medienstrommaschine gewährleistet.

Bevorzugt weist der Rotor dazu mindestens einen konusförmigen

Permanentmagneten auf. Die Konusform ist dabei insbesondere stets derart ausgerichtet, dass der Konus der Innenhülse und insbesondere auch der des Rotors in Strömungsrichtung spitz zulaufen. Hierdurch wird die Vergrößerung der Strömungskanäle in Strömungsrichtung gewährleistet. Ist der Konus an der Außenhülse ausgebildet, so weist die Spitze des Konus entgegen der

Strömungsrichtung, um die Vergrößerung des Strömungskanals in

Strömungsrichtung zu erreichen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nimmt die radiale Länge der Statorzähne in Strömungsrichtung des Mediums zu, insbesondere derart, dass ein radialer Abstand zwischen Statorzähnen und Permanentmagnete in Strömungsrichtung konstant oder nahezu konstant ist. Aufgrund der Konusform, insbesondere des Rotors, ergibt sich, dass die Radialerstreckung des

Permanentmagneten beziehungsweise des Rotors sich in Strömungsrichtung verändert. Um zu vermeiden, dass dadurch in Axialrichtung unterschiedliche Magnetkräfte zwischen Rotor und Stator wirken, werden die Statorzähne der Form des Rotors radial in Strömungsrichtung gesehen nachgeführt. Damit weisen die Statorzähne am Austritt des Strömungskanals eine größere

Radialerstreckung auf als am Eintritt des jeweiligen Strömungskanals, wenn der Rotor konusförmig ausgebildet ist, sodass sich der Abstand zwischen

Außenhülse und Innenhülse wie zuvor beschrieben vergrößert. Durch dieses Nachführen der Statorzähne wird weiterhin ein vorteilhafter Betrieb der elektrischen Medienstrommaschine gewährleistet. Insbesondere ist dazu der radiale Abstand zwischen Statorzähnen und Permanentmagneten konstant oder nahezu konstant, in Längserstreckung beziehungsweise Strömungsrichtung gesehen, gewählt. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Stator mehrere axial aneinander anliegende Statorlamellen auf, wobei die die Stator bildenden radial vorstehenden Statorzahnabschnitte der Statorlamellen in

Strömungsrichtung unterschiedlich lang ausgebildet sind. Der Stator der

Medienstrommaschine ist also bevorzugt ein Lamellenstator. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass eine Vielzahl von Statorlamellen, die im Wesentlichen ringscheibenförmig ausgebildet sind, axial aneinander angelegt werden, um den Gesamtstator zu bilden. Jede Statorlamelle weist dabei einen

Statorzahnabschnitt auf, der radial nach innen vorsteht, um im Gesamtgefüge mit benachbarten Statorzahnabschnitten jeweils einen Statorzahn zu bilden.

Dadurch, dass die Statorzahnabschnitte unterschiedlich lang ausgebildet sind, ist die radiale Nachführung der Statorzähne in Strömungsrichtung an den insbesondere konisch ausgebildeten Permanentmagneten in einfacher und kostengünstiger Art und Weise realisierbar. Dadurch ergibt sich ein

stufenförmiger Verlauf der Statorzahnspitzen, wodurch ein nahezu konstanter Abstand zwischen Statorzahn und Permanentmagnet in Strömungsrichtung gewährleistet ist. Die spulenumwickelten Statorzahnabschnitte beziehungsweise Jochabschnitte des Stators sind bevorzugt über die axiale Länge in den

Statorlamellen bei zylindrischer Außenhülse identisch ausgeführt.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Rotor eine dem

Permanentmagneten umfassende und drehfest mit dem Rotor verbundene Rotorhülse aufweist. Die Rotorhülse schützt den Permanentmagneten vor dem Medium und sichert gleichzeitig die Lage des Permanentmagneten an dem Rotor, indem die Rotorhülse den Permanentmagneten eine radiale Anlagefläche bietet, die auch bei hohen Drehzahlen den Permanentmagneten sicher lagert.

Die erfindungsgemäße Turbine und/oder der erfindungsgemäße Verdichter zeichnen sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung der

Medienstrommaschine aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Medieneinlass und Medienauslass sind dabei insbesondere Bestandteil des Gehäuses von Turbine und/oder Verdichter. Die Medienstrommaschine selbst ist bevorzugt gehäuselos in dem Strömungskanal des Gehäuses der Turbine beziehungsweise des Verdichters angeordnet, sodass das Gehäuse von Turbine und/oder Verdichter das Gehäuse der Medienstrommaschine (mit-)bildet. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden.

Dazu zeigen

Figur 1 einen Abgasturbolader mit einer vorteilhaften Medienstrommaschine,

Figur 2 eine axiale Draufsicht auf die Medienstrommaschine und

Figur 3 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch die Medienstrommaschine.

Figur 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.

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.

Alternativ und gemäß dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Lager 8 als Magnetlager ausgebildet ist, und das Lager 9, das als Axiallager dient, als Wälzkörperlager. 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

Medienstrommaschine 10 aufweist. Diese ist vorliegend in den Verdichter 2 integriert, wobei ein Rotor 11 der Medienstrommaschine 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.

Figur 2 zeigt eine vereinfachte Draufsicht auf die Medienstrommaschine 10. 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 weisen. Die Statorzähne 15 enden radial beabstandet zu dem Rotor 11, sodass zwischen den Statorzähnen 15 und dem Rotor 11 jeweils ein axialer Luftspalt 16 verbleibt.

Der Stator 12 ist mit einer insbesondere mehrphasigen Antriebswicklung 17 versehen, wie beispielsweise auch in Figur 1 gezeigt. Die Antriebswicklung 17 kann als eine über den Stator gewickelte Wicklung oder eine radial auf die Statorzähne 15 aufgesteckte Wicklung, insbesondere bestehend aus mehreren Spulen, ausgebildet sein, wobei auf jeden Statorzahn wenigstens eine Spule aufgeschoben ist, wie beispielsweise in der noch nicht veröffentlichten

Patentanmeldung DE 10 2017 207 532 beschrieben.

Die Medienstrommaschine 10 weist weiterhin eine Einrichtung 18 auf, die dazu ausgebildet ist, das Strömungsverhalten des von dem Abgasturboladers 1 geförderten Mediums, also insbesondere der Frischluft, durch die

Medienstrommaschine 10 hindurch zu optimieren. Dazu weist die Einrichtung 18 eine dem Rotor 11 zugeordnete Innenhülse 19 auf, deren Innendurchmesser größer ist als der Rotor 11, sodass dieser in der Innenhülse 19 aufgenommen ist, wie beispielsweise in Figur 2 gezeigt, und berührungsfrei in dieser liegt, sodass der Rotor 11 verschleißfrei innerhalb der Innenhülse 19 rotieren kann. Die Innenhülse 19 ist an dem Stator 12 befestigt, sodass die Innenhülse 19 gehäusefest vorliegt.

Die Einrichtung 18 weist weiterhin eine Außenhülse 20 auf, die koaxial zum Rotor 11 beziehungsweise zur Drehachse der Welle 5 angeordnet ist und einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als der Außendurchmesser der Innenhülse 19, sodass die Außenhülse 20 radial nach außen beabstandet zu der Innenhülse 19 an dem Stator 12, insbesondere an den Statorzähnen 15 befestigt ist.

Insbesondere verlaufen von der Innenhülse 19 zu der Außenhülse 20 radiale Haltestreben, die jeweils einstückig mit Innenhülse 19 und Außenhülse 20 verbunden sind, wobei die Haltestreben insbesondere korrespondierend zu den Statorzähnen 15 angeordnet und ausgebildet sind, sodass die Haltestreben entsprechend der Verteilung der Statorzähne 15 angeordnet sind und in der Endmontageposition jeweils einen der Statorzähne 15 zumindest im Bereich der Strömungskanäle 21, insbesondere stromaufwärts, axial überdecken.

Vorzugsweise weisen die Haltestreben dabei ein strömungsoptimiertes Profil auf, um das Medium möglichst druckverlustarm an den Statorzähnen 15

vorbeizuführen.

Der Außenring 20 weist ein Außendurchmesser auf, der kleiner als der

Innendurchmesser des Statorjochs 14, sodass zwischen Außenring 20 und Statorjoch 14 Freiräume zwischen den benachbarten Statorzähnen 15 bestehen, in welchen die Statorwicklung 17 angeordnet oder ausgebildet ist. Durch die Außenhülse 20 ist die Antriebswicklung 17 vor dem Medium geschützt, wird aber dennoch über die Hülse gekühlt.

Die Statorzähne 15 erstrecken sich durch die Außenhülse 20 hindurch bis zu der Innenhülse 19, sodass zwischen Innenhülse 19, Statorzähnen 15 und

Außenhülse 20 mehrere Strömungskanäle 21 gebildet sind, durch welche das Medium durch die Medienstrommaschine 10 hindurchströmt. Die

Strömungskanäle 21 bilden insbesondere die einzigen Strömungswege, durch welche das Medium die Medienstrommaschine 10 durchdringen kann.

Vorzugsweise ist dazu dem Rotor 11 eine Abdeckkappe stromaufwärts zugeordnet, welche den Rotor 11 stromaufwärts überdeckt und insbesondere strömungsoptimiert ausgebildet ist, um das Medium in die Strömungskanäle 21 zu lenken.

Im Unterschied zu herkömmlichen Medienspaltmaschinen liegt der Medienweg somit nicht radial zwischen Statorzahn und Rotor, sondern wird durch die Strömungskanäle 21 in dem Stator 12 selbst bereitgestellt, sodass das Medium vollständig durch den Stator 12 hindurchströmt. Hierdurch erfolgt eine besonders vorteilhafte Statorkühlung und das Ablagern von magnetischen und/oder magnetisierbaren Partikeln auf dem Rotor wird verhindert oder zumindest im Wesentlichen vermieden.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Außenhülse 20 zylinderförmig ausgebildet, sodass sie sich insgesamt koaxial beziehungsweise in Strömungsrichtung parallel zur Drehachse der Welle 5 oder des Rotors 11 erstreckt, wie insbesondere in Figur 1 ersichtlich.

Figur 3 zeigt hierzu in einer perspektivischen Längsschnittdarstellung die Medienstrommaschine 10 in einer Detailansicht.

Der Rotor 11 weist einen Permanentmagneten 22 auf, der in einer Rotorhülse 23 einliegt. Der Permanentmagnet 22 ist dabei konusförmig ausgebildet, wobei die Spitze der Konusform in Strömungsrichtung des Mediums liegt, wie durch einen Pfeil gezeigt. Das Medium strömt durch einen Medieneinlass 24 des Gehäuses 6 in den Abgasturbolader 1 ein, durchströmt die Medienstrommaschine 10, wie zuvor beschrieben, und verlässt den Abgasturbolader 1 durch einen

Medienauslass 25 des Gehäuses 6 stromabwärts des Verdichters 2, wobei der Medienauslass 25 hier in Figur 1 nur angedeutet ist.

Die Rotorhülse 23 ist ebenfalls konisch ausgebildet und entspricht dabei der Konusform des Permanentmagneten 22, sodass auch die Rotorhülse 23 in Strömungsrichtung spitz zuläuft. Die Rotorhülse umgibt den Permanentmagneten radial, sodass dieser von der Rotorhülse 23 ummantelt ist. Die Rotorhülse 23 stützt dabei den Permanentmagneten auch bei hohen Drehzahlen, sodass dessen Anordnung in dem Abgasturbolader 1 gesichert ist. Parallel zu der Konusform der Rotorhülse 23 beziehungsweise des Rotors 11 verläuft die Innenhülse 19, die ebenfalls konusförmig ausgebildet ist.

Der Stator 12 ist aus einer Vielzahl von Statorlamellen 26 gefertigt, die axial aneinander anliegen und scheibenförmig ausgebildet sind. Die Statorlamellen 26 weisen dabei jeweils einen Jochabschnitt 27 auf, der das Statorjoch 14 bildet, sowie einen Statorzahnabschnitt 28, der mit benachbarten Statorzahnabschnitten 28 der Statorlamellen 26 den jeweiligen Statorzahn 15 bildet. Die

Statorzahnabschnitte 28 sind unterschiedlich lang derart ausgebildet, dass der Abstand zwischen den Statorzahnabschnitten 28 zu dem Rotor 11 konstant oder nahezu konstant ist (in Strömungsrichtung). Damit ist gewährleistet, dass trotz der konischen Form des Permanentmagneten 22 beziehungsweise des Rotors 11 ein in Strömungsrichtung zumindest im Wesentlichen gleichbleibender Medienspalt 16 verbleibt.

Weil die Außenhülse 20, wie zuvor bereits erwähnt, zylinderförmig ausgebildet ist, verändert sich der radiale Abstand zwischen Innenhülse 19 und Außenhülse 20 in Strömungsrichtung derart, dass der Durchströmungsquerschnitt der Strömungskanäle 21 in Strömungsrichtung zunimmt. Am Kanaleintritt 29 ist der radiale Abstand LI kleiner als der radiale Abstand L2 am Kanalaustritt 30 des jeweiligen Strömungskanals 21.

Damit verändert sich der Querschnitt des mediendurchflossenen Bereichs der Medienstrommaschine 10 über die Aktivteil länge der Maschine in

Strömungsrichtung, wobei vorliegend der Querschnitt in Strömungsrichtung vergrößert wird. Dadurch erfolgt eine besonders frühe Homogenisierung des Mediums, sodass die Medienstrommaschine 10 besonders nahe zu dem

Verdichterrad 4 in dem Gehäuse 6 positionierbar ist, wobei außerdem auch die Stabilität des Rotorlaufs begünstigt wird. Des Weiteren führt die Veränderung des durchfluteten Querschnitts in Strömungsrichtung zu einer Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit, sodass durch eine gezielte Veränderung des Durchströmungsquerschnitts ein gewünschter Geschwindigkeitsverlauf realisierbar ist. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel, hier nicht dargestellt, ist es auch denkbar, den Durchströmungsquerschnitt in

Strömungsrichtung zu verkleinern oder aufzuweiten und zu verkleinern oder andersherum. Auch ist es denkbar, dass anstelle der Innenhülse 19 die Außenhülse 20 konisch geformt ist, um die Querschnittsveränderung der Strömungskanäle 21 zu erreichen.

Insgesamt ergibt sich hieraus ein Abgasturbolader 1 mit einer

Medienstrommaschine, die ein vorteilhaftes Strömungsverhalten des Mediums stromaufwärts des Verdichters 2 gewährleistet.