阅读说明：本技术 流体冷却的电驱动压缩机及其定子壳体 (Fluid-cooled electrically-driven compressor and stator housing therefor ) 是由 O·乌尔班奇克 于 2019-05-30 设计创作，主要内容包括：描述了一种用于流体冷却的电驱动压缩机的定子壳体。所述定子壳体具有纵向轴线并且包括定子开口,所述定子开口沿所述纵向轴线延伸并且被配置用于接纳电动机的定子。所述定子壳体进一步包括流体室,所述流体室具有流体入口和流体出口、并且在所述纵向轴线的圆周方向上围绕所述定子开口延伸。相对于所述纵向轴线,所述室由径向外壁和径向内壁界定。至少一个流体流偏转器被安排在所述径向外壁与所述径向内壁之间的区域中并且被配置用于使冷却流体流的至少一部分偏转远离所述入口与所述出口之间的最短路径。(A stator housing for a fluid-cooled, electrically-driven compressor is described. The stator housing has a longitudinal axis and includes a stator opening extending along the longitudinal axis and configured to receive a stator of an electric motor. The stator housing further includes a fluid chamber having a fluid inlet and a fluid outlet and extending around the stator opening in a circumferential direction of the longitudinal axis. The chamber is bounded by a radially outer wall and a radially inner wall relative to the longitudinal axis. At least one fluid flow deflector is arranged in a region between the radially outer wall and the radially inner wall and is configured to deflect at least a portion of the cooling fluid flow away from a shortest path between the inlet and the outlet.)

流体冷却的电驱动压缩机及其定子壳体

技术领域

本披露涉及一种用于内燃发动机的压缩机。更具体地，本披露涉及一种用于流体冷却的电驱动压缩机的定子壳体，并且涉及一种包括此定子壳体的流体冷却的电驱动压缩机。

背景技术

压缩机将压缩空气递送至内燃发动机的进气口，从而允许燃烧更多的燃料。结果是，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，压缩机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、提高性能并且减少燃料消耗的所希望效果。此外，压缩机的使用改善了燃烧，并且因此减少排放。

存在不同类型的压缩机。排气涡轮增压器包括：涡轮机壳体，所述涡轮壳体具有连接至发动机的排气歧管的入口通路，压缩机壳体，所述压缩机壳体具有连接至发动机的进气歧管的出口通路；以及轴承壳体，所述轴承壳体将涡轮机壳体与压缩机壳体互相连接。来自排气歧管的排气流可旋转地驱动涡轮机壳体内的涡轮机叶轮。涡轮机叶轮经由转子轴连接至压缩机壳体内的压缩机叶轮，所述转子轴可旋转地支撑在轴承壳体内。因此，通过排气流旋转涡轮机叶轮使得压缩机叶轮旋转。旋转的压缩机叶轮经由所谓的导流部将环境空气吸入压缩机壳体中并且将空气压缩。在压缩机叶轮的下游，压缩空气进入扩散通道，压缩空气经由压缩机罩盖从所述扩散通道被引导至进气歧管。

电驱动压缩机(有时也称为电子增压器(eBooster))提供了排气涡轮增压器的替代方案。在电驱动压缩机中，其上安排有压缩机叶轮的转子轴由电动机而不是排气流驱动。为此目的，电动机的转子可旋转地固定到转子轴上，并且电动机的定子周向地围绕转子。定子被容纳在定子壳体中，所述定子壳体固定地附接至压缩机壳体。

电驱动压缩机在操作期间、尤其在高负荷下往往会显著地升温。因此已经提出了使得冷却流体穿过定子壳体循环，以防止热损坏。从WO 2017/192336A已知这种类型的流体冷却的电驱动压缩机。此压缩机的定子壳体包括流体室，相对于定子壳体的纵向轴线，所述流体室由径向外壁和径向内壁界定。流体室具有用于冷却流体的入口、以及出口。

发明内容

需要一种具有改善的冷却效率的流体冷却的电驱动压缩机。还需要一种用于此类压缩机的定子壳体。

提出了一种用于流体冷却的电驱动压缩机的定子壳体。所述定子壳体具有纵向轴线并且包括定子开口，所述定子开口沿所述纵向轴线延伸并且被配置用于接纳电动机的定子。所述定子壳体进一步包括流体室，所述流体室具有流体入口和流体出口、并且在所述纵向轴线的圆周方向上围绕所述定子开口延伸。相对于所述纵向轴线，所述室由径向外壁和径向内壁界定。至少一个流体流偏转器被安排在所述径向外壁与所述径向内壁之间的区域中并且被配置用于使冷却流体流的至少一部分偏转远离所述入口与所述出口之间的最短路径。

当入口与出口在圆周方向上间隔开时，最短路径可以沿纵向轴线的圆周方向延伸。当入口与出口在纵向方向上间隔开时，最短路径可以沿纵向轴线的轴向方向延伸。此外，入口与出口还可以在纵向轴线的纵向方向和圆周方向上都间隔开，使得最短路径可以具有螺旋延伸范围(典型的小于360°)。

所述至少一个流体流偏转器可以被定位在所述径向外壁和所述径向内壁中的至少一者上。个体流体流偏转器可以从内壁延伸至外壁。替代性地，个体流体流偏转器可以仅从所述径向内壁和所述径向外壁中的一者朝向所述室的内部突出。在提供两个或更多个流体流偏转器的情况下，流体流偏转器中的一个或多个流体流偏转器可以从径向外壁突出，并且流体流偏转器中的一个或多个流体流偏转器可以从径向内壁突出。个体流体流偏转器所具有的最大高度可以突伸过最高达此流体流偏转器区域中的径向外壁与径向内壁之间的距离的50％或30％。个体流体流偏转器所具有的最大高度在0.2mm与5mm之间(例如，在0.5mm与3mm之间)，并且此流体流偏转器区域中的径向内壁与径向外壁之间的径向距离可以大于最大高度。

所述至少一个流体流偏转器所具有的高度可以沿流体流方向(例如，沿最短路径)从所述入口至所述出口增加。举例来讲，至少一个流体流偏转器可以在其高度增加的区域上限定倾斜表面。此倾斜表面可以是平面或曲面，或者可以包括曲面区域和平面区域两者。在流体流方向上，倾斜表面可以在台阶处终止，在所述台阶处，流体流偏转器的高度再次降低。因此，流体流偏转器可以具有锯齿形轮廓。

冷却流体流的速度可以解释为矢量。至少一个流体流偏转器可以被配置用于将速度矢量分量施加在冷却流体流的至少一部分上。举例来讲，所施加的速度矢量分量可以沿(即，平行于)纵向轴线延伸。所施加的速度矢量分量通常所具有的方向可以与由入口与出口之间的最短路径所限定的方向不同。此不同方向可以在个体流体流偏转器区域中从最短路径方向偏转最高达60°(例如，15°至45°)。

至少一个流体流偏转器相对于流体流方向可以具有前表面。如上所述，前表面可以是倾斜表面。前表面可以具有前缘，所述前缘相对于所述纵向轴线和所述纵向轴线的圆周方向中的至少一者倾斜地延伸。举例来讲，前缘可以不平行于纵向轴线延伸并且不在垂直于纵向轴线延伸的平面内。在一些变体中，特定流体流偏转器的前缘被定位在径向内壁和径向外壁之一与所述特定流体流偏转器之间的过渡处。

另外或替代性地，所述至少一个流体流偏转器可以具有后缘，所述后缘平行于所述纵向轴线延伸。所述前缘与所述后缘之间的角度

可以满足以下条件：

(例如，)。前缘与后缘之间的沿圆周方向的最大距离可以在2mm与20mm之间(例如，在5mm与10mm之间)的范围内。在一些变体中，所述后缘被配置为台阶。所述台阶的高度可以降低。台阶可以被设计成在流经流体流偏转器的冷却流体流的至少一部分上施加湍流。

可以提供多个流体流偏转器。多个流体流偏转器可以在所述纵向轴线的圆周方向上间隔开(例如，在圆周方向上处于等距间隔)。径向内壁和径向外壁中的每一者可以设置有从其突出的多个流体流偏转器。所述径向外壁上的流体流偏转器可以在圆周方向上被定位在所述径向内壁上的两个相邻流体流偏转器之间。另外或替代性地，所述径向内壁上的流体流偏转器可以在圆周方向上被定位在所述径向外壁上的两个相邻流体流偏转器之间。

径向内壁与径向外壁之间的径向距离可以沿纵向轴线连续减小。在这样的实施方式中，入口和出口中的至少一者可以被定位在流体室的径向内壁与径向外壁之间的径向距离大于径向内壁与径向外壁之间的沿纵向轴线的平均径向距离的区域中。

所述入口与所述出口之间沿所述纵向轴线的轴向距离可以小于所述定子壳体的沿所述纵向轴线的长度的25％。具体地，所述入口与所述出口之间沿所述纵向轴线的轴向距离可以基本上为零。

所述出口在所述纵向轴线的圆周方向上可以与所述入口间隔开。出口和入口可以在圆周方向上被设置在所述室的相反端部处。在一些变体中，出口可以在冷却流体相对于纵向轴线的周向流动方向上与入口间隔大于180°或大于270°。

所述流体室可以在所述纵向轴线的圆周方向上延伸过大于60°或大于90°。具体地，所述流体室可以在所述纵向轴线的圆周方向上延伸过大于180°或大于270°。所述室可以在所述纵向轴线的圆周方向上延伸过小于360°(例如，小于350°)。其余大于0°或大于10°可以分别由沿纵向轴线纵向地延伸的流体室壁和从径向内壁径向地延伸至径向外壁的流体室壁限定。壁可以纵向地延伸流体室的整个长度。

入口和出口中的至少一个由孔限定。相应孔可以贯穿流体室的径向外壁。

定子壳体可以进一步包括电动机的定子，其中，所述定子被接纳在所述定子开口中。在一些变体中，定子可以限定冷却流体室的径向内壁。举例来讲，定子可以具有限定冷却流体室的径向内壁的基本上圆柱形外壁。一个或多个流体流偏转器可以从定子的基本上圆柱形外壁(形成流体室的径向内壁)朝向流体室的径向外壁延伸。在其他变体中，径向外壁和径向内壁都可以是定子壳体的整体部件。

还提供了一种流体冷却的电驱动压缩机，所述流体冷却的电驱动压缩机包括本文所提出的定子壳体。

在又另一变体中，提出了一种用于流体冷却的电驱动压缩机的定子壳体。所述定子壳体具有纵向轴线并且包括定子开口，所述定子开口沿所述纵向轴线延伸并且被配置用于接纳电动机的定子。所述定子壳体进一步包括流体室，所述流体室具有流体入口和流体出口、并且在所述纵向轴线的圆周方向上围绕所述定子开口延伸。相对于所述纵向轴线，所述室由径向外壁和径向内壁界定。至少一个台阶被安排在径向外壁和径向内壁中的至少一者上并且被配置成在冷却流体流从入口至出口的途中对其施加湍流。

台阶可以基本上沿纵向轴线延伸。台阶所具有的高度可以是径向内壁与径向外壁之间的径向距离的小于50％、小于30％或小于15％。台阶所具有的高度可以是径向内壁与径向外壁之间的径向距离的大于5％或大于10％。

在周向流体流方向上，台阶可以位于从径向内壁或径向外壁延伸的几何结构的后端。此几何结构可以具有垂直于纵向轴线的基本上三角形截面(例如，具有锯齿形轮廓)。在一些变体中，几何结构另外充当使冷却流体流偏转远离入口与出口之间的最短路径的流体流偏转器。在其他变体中，几何结构可以不具有此偏转功能。

附图说明

通过参照以下详细说明在结合附图考虑时将容易理解本披露的附加方面和优点，在附图中：

图1是根据本披露的一个实施例的流体冷却的电驱动压缩机的第一截面视图，其中，截面是沿压缩机的纵向轴线截取的；

图2是图1的压缩机的第二截面视图，其中，截面是垂直于压缩机的纵向轴线截取的；

图3是流体流偏转器的示意性平面视图并且展示了流体流沿纵向轴线偏转远离最短路径；

图4是流体室的示意性截面视图并且展示了在流体流偏转器的后端产生湍流；并且

图5是对比流体室在不具有以及具有流体流偏转器的情况下的仿真热流相关参数的表。

具体实施方式

图1展示了用于内燃发动机的流体冷却的电驱动压缩机10的实施例。压缩机10包括壳体组件12，所述壳体组件由彼此连接的压缩机壳体14和定子壳体16构成。

壳体组件12可旋转地支撑转子轴20，所述转子轴具有旋转轴线R。具有多个叶片的压缩机叶轮22安装在轴20的、容纳在压缩机壳体14中的一端。电动机26的转子24相对于压缩机叶轮22安装在轴20的相反端。转子24与电动机26的定子28一起容纳在定子壳体16中。在电动机26操作期间，转子24和轴20以及压缩机叶轮22相对于定子28旋转，如本领域已知的。

压缩机壳体14包括入口通路40。此入口通路40也被称为导流部。当压缩机叶轮22旋转时，环境空气穿过入口通路40被吸入压缩机壳体14中并被压缩机叶轮22压缩。在压缩机叶轮22的下游，压缩空气进入扩散通道42，压缩空气经由呈蜗壳形式的出口通路44从所述扩散通道被引导至发动机的进气歧管(未示出)。

扩散通道42被限定在压缩机壳体本体46与压缩机壳体14的背板48之间。背板48是基本上盘形的，并且所具有的直径基本上大于压缩机叶轮22的直径，以界定扩散通道42，所述扩散通道沿径向方向远离压缩机叶轮22延伸。

背板48包括中心通孔56，所述中心通孔座于定子壳体14的管状突出部58上。转子轴20延伸穿过此管状突出部58。轴套60(也称为抛油环轴套)座于转子轴20上，以与转子轴20一起旋转。

定子壳体16具有纵向轴线L，所述纵向轴线与旋转轴线R同轴延伸。定子壳体16包括定子壳体本体62，所述定子壳体本体具有基本上圆柱形的开口64，所述开口沿纵向轴线L延伸并容纳定子28。具有与定子28电接触的电气部件的印刷电路板30安装到定子壳体本体62的面向压缩机壳体14的端部。在定子壳体本体与压缩机壳体14相反的端部，定子开口64由罩盖66封闭。在本实施例中，罩盖66经由螺钉连接附接至定子壳体本体62上。用于转子轴20的第一转子轴承68被设置在罩盖66内，并且第二转子轴承70被设置在定子壳体本体62内、在其与罩盖66相反的端部。两个转子轴承68、70被配置为球轴承。

定子壳体本体62具有由外壁80和内壁82限定的中空的基本上圆柱形形状。内壁82界定了定子开口64。定子壳体本体62中的流体室86被定位在外壁80与内壁82之间。流体室86是冷却流体回路的部分，该冷却流体回路部分地延伸至壳体组件12的外部。在此冷却回路中，流体室86充当热交换器，以用于将热(例如，由定子28和印刷电路板30上的控制部件产生的)传送至壳体组件12的外部。在一个变体中，使用水作为冷却流体，但也可以使用其他冷却流体。

流体室86沿纵向轴线L从面向压缩机壳体14的第一端部88A延伸至邻近罩盖66的第二端部。流体室86在纵向轴线L的圆周方向上围绕定子开口64延伸。在纵向轴线L的径向方向上，流体室86由径向外壁90和径向内壁92界定。径向外壁90和径向内壁92各自具有邻接流体室86、相对于纵向轴线L倾斜的面，使得径向内壁92与径向外壁90之间的径向距离沿纵向轴线L从定子壳体本体62的紧邻压缩机壳体14的端部88A至定子壳体本体62的紧邻罩盖66的端部88B连续增加。由此，径向外壁90和径向内壁92各自限定了基本上圆锥形表面，所述基本上圆锥形表面的直径从定子壳体本体62的紧邻压缩机壳体14的端部至定子壳体本体62的紧邻罩盖66的端部分别增大和减小。在其他实施例中，径向外壁90和径向内壁92中的至少一者可以限定圆柱形形状。此外，在这样的或其他实施例中，径向内壁92与径向外壁90之间的径向距离可以沿纵向轴线L基本上恒定。

定子壳体本体62是金属铸件。流体室86将在铸造过程中由轴向可移动的滑动件或由模具中的芯限定。滑动件是在压铸工艺中使用的。如图1所示，流体室86的面向压缩机壳体14的端部88A朝向流体室86的内部凹入成形以便于制造。

在其面向罩盖66的端部88B，流体室86由罩盖66的环形突出部96界定。突出部96轴向伸入流体室86中。径向内密封环98和径向外密封环100分别安排在一方面突出部96与另一方面径向内壁92和径向外壁90之间。

应注意的是，流体室86相对于纵向轴线L具有小于360°的周向延伸范围。如图2的垂直于纵向轴线L的截面视图所展示的，流体室86进一步由定子壳体本体62中的纵向壁94界定。此纵向壁94沿纵向轴线L在流体室86的整个长度上轴向地延伸，并且从径向内壁92径向地延伸至径向外壁90。

如图2所示，定子壳体本体62的纵向壁94在纵向轴线L的圆周方向上限定了流体室86的两个端部102、104。纵向壁94沿圆周方向延伸约10°，但也可以延伸更大(例如，最高达90°)或更小(例如，小于5°)的角度范围。纵向壁94的最小周向延伸范围并且因此其最小厚度将典型地由制造定子壳体本体62所选的铸造工艺限定。

如图2进一步所示，流体室86包括入口106和出口108。在图1所展示的截面视图中，仅示出了出口108。入口106和出口108各自被限定为贯穿流体室86的径向外壁90的孔。入口106在相对于纵向轴线L的圆周方向上与出口108间隔开。在轴向方向上，入口106和出口108相对于纵向轴线L具有相同的轴向位置(即，距离为零)。

入口106和出口108均被定位成邻近罩盖66的突出部96。换言之，入口106和出口108均被定位在流体室86的径向内壁92与径向外壁90之间的径向距离大于径向内壁92与径向外壁90之间的沿纵向轴线L的平均径向距离的区域中。

如从图2中显而易见的，多个流体流偏转器110被安排在流体室86内、在径向内壁92与径向外壁90之间的区域中。流体流偏转器110总体上被配置为分别从径向内壁92的底部和径向外壁90的底部突出到流体室86中的结构。每个流体流偏转器110沿纵向轴线L具有轴向延伸范围。在典型的实现中，每个流体流偏转器110延伸过流体室86的轴向长度的至少50％(例如，大于75％并且最高达100％)。在轴向方向上，流体流偏转器110与流体室86的面向压缩机壳体14的端部88A和流体室86的邻近罩盖66的端部88B两者间隔开。

每个流体流偏转器110被配置并被安排成使冷却流体流的一部分偏转远离入口106与出口108之间的最短路径。在附图所描绘的实施例中，此最短路径在圆周方向上从入口106延伸至出口108。由于流体室86在圆周方向上由纵向壁94界定(还参见图2中的附图标记102和104)，因此最短路径沿流体流方向从入口106至出口108周向地延伸约300°。应理解的是，在其他实施例中，最短路径可以沿纵向轴线L的轴向方向至少部分地延伸(即，当入口106和出口108单独地或另外地在纵向方向上间隔开)。

为了使冷却流体流远离入口106与出口108之间的最短路径(即，在本实施例中，远离圆周方向)偏转，流体流偏转器110沿纵向轴线L的轴向方向引导冷却流体流。这意味着流体流偏转器110在冷却流体流上施加轴向延伸的速度矢量分量，如现在将参考图3解释的。图3示意性地展示了弧形径向外壁90在假想平面中的展开。

流体室86的圆周方向上的冷却流体流在入口106下游和流体流偏转器110之一的上游的速度可以由矢量V表示，如图3所示。图3还示意性地展示了图1和图2的流体流偏转器110中的两个。每个流体流偏转器110具有前缘E和后缘T。前缘E是前表面的被配置成在被周向引导的冷却流体流的一部分上施加沿纵向轴线L的轴向速度矢量分量A的那部分。因此，轴向速度矢量分量A垂直于矢量V并且朝向流体室86的面向压缩机壳体14的端部88A(在此处流体室86具有其最小径向延伸范围)引导。由于每个流体流偏转器110的高度有限，不是全部冷却流体流将从圆周方向重新定向，而是仅其一部分。这也在图3中通过穿过流体流偏转器110而没有被偏转的两个矢量V展示。

前缘E相对于纵向轴线L和纵向轴线L的圆周方向两者倾斜地或对角地延伸。这种几何关系在图3中通过纵向轴线L在径向外壁90上的投影展示。如图3所示，流体流偏转器110的前缘E相对于纵向轴线L的投影以角度

(即，对角地)延伸。通常，

可以被选择为大于0°(例如，大于15°)且小于或等于60°(例如，小于或等于45°)。在图3所展示的实施例中，

被选择为等于约20°。

每个流体流偏转器110的后缘T平行于纵向轴线L延伸。因此，后缘T相对于前缘E也以角度安排。前缘E与后缘T之间的沿圆周方向的最大距离可以在2mm与20mm之间(例如，在5mm与10mm之间)的范围内。

因此，冷却流体流将部分地被每个流体流偏转器110偏转离开在入口106至出口108之间的最短(即，周向)路径并且将至少部分地沿轴向方向偏转向流体室86的邻近压缩机壳体14的端部。结果是，冷却流体流动穿过整个流体室86，并且吸收其中的热量。因此，冷却流体流可以将吸收的热量不仅从定子壳体16的设置有入口106和出口108(即，邻近罩盖66)的端部、而且从流体室86的邻近压缩机壳体14的端部传送走。因此，可以提高冷却效率。

如图2和图3所示，在径向内壁92和径向外壁90中的每一者上定位有多个流体流偏转器110。在附图所展示的实施例中，五个流体流偏转器110被定位在径向外壁90上，并且六个流体流偏转器110被定位在径向内壁92上，但是这些数量可以改变。在壁90、92中的具体一个壁上的流体流偏转器110基本上彼此相距相同的圆周距离。流体流偏转器110被在两个壁90、92上定位成使得径向外壁90上的每个流体流偏转器110被周向地安排在径向内壁92上的两个流体流偏转器110之间，并且反之亦然(除了周向最外面的流体流偏转器110)。

如从图2中显而易见的，并且现在另外参考图4，流体流偏转器110各自所具有的高度沿流体流方向(例如，沿最短路径)从入口106至出口108增加。流体流偏转器110各自所具有的最大高度延伸约径向外壁90与径向内壁92之间的径向距离的10％至30％(例如，延伸约1mm至2mm)。

如图4所展示的，每个流体流偏转器110的后缘T被配置为台阶，从而产生锯齿形轮廓。所述台阶充当用于沿包括前表面E的倾斜前表面周向地流动的(基本上层流的)冷却流体的脱离缘。结果是，湍流在后缘T施加在冷却流体流上，使得在周向的冷却流体流中、在每个后缘T后方产生涡旋112。已经发现，这种涡旋112使圆周方向上的冷却流体流稳定并且使入口106与出口108之间的压力损失减小。

由于流体流偏转器110使冷却流体流偏转远离入口106与出口108之间的最短路径并且因此将冷却流体流分布在整个流体室86中，所以流体室86中的冷却流体呈现更均匀的温度分布。因此，防止热量在流体室86的邻近压缩机壳体14的端部“积聚”，并且冷却效率得以提高。冷却效率的这种提高从图5的表中显而易见。

图5的表提供了如图1至图4所展示的流体室86在不具有以及具有流体流偏转器110的情况下的仿真热流相关参数的对比。为此目的，使用ANSYS AIM针对入口106和出口108的直径为8mm以及两种不同质量流量的冷却流体进行了计算流体动力学(CFD)仿真。如从表中显而易见的，冷却流体在出口108与入口106之间的温差ΔT在提供流体流偏转器110时增加，这意味着从定子壳体16至冷却流体的热流也增加。因此，冷却效率得以改善。同时，在存在流体流偏转器110的情况下，入口106与出口108之间的压力损失减小，这是由于在流体流偏转器110的后缘T处形成的湍流以及所产生的作为整体从入口106至出口108的冷却流体流动稳定化。

这里已经以说明性方式描述了本发明，并且应理解的是，根据上述教导，修改和变化是可能的。因此，应理解是，本发明可以在其他实施例中实施，同时仍然由所附权利要求覆盖。