电控涡轮增压器的改进
阅读：314发布：2021-01-05
专利汇可以提供电控涡轮增压器的改进专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种电控 涡轮 增压 器 具有 电动机 ，该电动机安装在电动机 外壳 中的轴上，在 涡轮机 与 压缩机 之间。油喷射到电动机 定子 上以冷却该定子。在单轴的情形中，轴加强件置于电动机 转子 与轴之间。对具有单轴和同 心轴 以及单级和双级压缩机和涡轮机的ECT的若干 实施例 进行了讨论。润滑实施例涉及克服存在于旋 转轴 中的离心 力 。，下面是电控涡轮增压器的改进专利的具体信息内容。
1.一种电控涡轮增压器，包括电动机外壳，所述电动机外壳包含电动机座腔以及在涡轮机与压缩机之间安装在所述电动机座腔中的电动机，其中所述电动机通过与从外部源进入所述座腔中的非导电液体直接接触冷却。
2.如权利要求1中所述的电控涡轮增压器，其中所述非导电液体是直接喷射到电动机的定子上的润滑油。
3.如权利要求2中所述的电控涡轮增压器，其中所述涡轮增压器包括将所述涡轮机连接到所述压缩机的轴，所述外壳容纳用于支撑所述轴的轴承以及位于所述外壳内的用于从加压源接收润滑油并将所述润滑油引向所述轴承的润滑油通道，其中所述润滑油的一部分从所述通道转向所述电动机座腔以直接喷射到所述定子上。
4.如权利要求3中所述的电控涡轮增压器，其中所述润滑油通过形成在所述外壳中的孔转向以在所述通道与所述电动机座腔之间延伸。
5.如权利要求4中所述的电控涡轮增压器，其中所述电动机包括安装为随所述轴旋转的转子元件并且所述孔定向为在与所述转子的旋转方向相切的方向上喷射所述液体。
6.如权利要求4中所述的电控涡轮增压器，其中至少一个止回阀设置在所述润滑油通道与至少一个孔之间以保持所述润滑油通道中的至少预定油压，用于润滑所述轴承。
7.如权利要求2中所述的电控涡轮增压器，其中所述涡轮增压器包括将所述涡轮机连接到所述压缩机的轴，所述外壳容纳用于支撑所述轴的轴承、位于所述外壳内的用于从加压源接收润滑油并将所述润滑油引向所述轴承的润滑通道、以及安装在所述轴上的转子，其中所述润滑油通过所述轴承并进入邻近所述轴的所述电动机座腔中以直接喷射到所述定子上。
8.如权利要求2中所述的电控涡轮增压器，其中所述涡轮增压器包括用于将第一涡轮机叶片连接到第一压缩机叶片的内轴和与所述内轴间隔的同心外轴，并且所述外轴上安装有所述电动机的转子，所述外壳容纳用于支撑所述轴的轴承、位于所述外壳内的用于从加压源接收润滑油并将所述润滑油引向所述轴承并引入分离所述同心轴的空间中的润滑通道，所述转子包含在分离所述轴的所述空间与所述电动机座腔之间处于开放连通的油道，其中所述润滑油通过所述轴承、分离所述轴的所述空间、所述转子通道并进入邻近所述轴的所述电动机座腔中以直接喷射到所述定子上。
9.如权利要求2中所述的电控涡轮增压器，其中所述涡轮增压器包括用于将第一涡轮机叶片连接到第一压缩机叶片的中空内轴和与所述内轴间隔的同心外轴，并且所述外轴上安装有所述电动机的转子，所述外壳容纳用于支撑所述轴的轴承，所述中空内轴具有多个孔以及第一端，所述多个孔沿所述中空内轴的长度隔开以至少与所述轴承处于开放连通，而所述第一端连接为从加压源接收润滑油并沿所述中空内轴的长度引导所述润滑油通过所述孔进入分离所述同心轴的空间中并且引向所述轴承，其中所述润滑油通过所述轴承进入邻近所述轴的所述电动机座腔中以直接喷射到所述定子上。
10.如权利要求9中所述的电控涡轮增压器，其中所述中空内轴具有形成在其内表面上的螺旋形凹槽，所述螺旋形凹槽定向为在高速旋转期间，使用在所述内轴内产生的离心力来在所述内轴的长度上携载来自所述第一端的油。
11.如权利要求1中所述的电控涡轮增压器，其中所述涡轮增压器包括外壳，所述外壳包含用于接收所述非导电液体流的冷却套，用于从所述外壳排热，所述定子安装在所述外壳内以便邻近所述冷却套并且所述外壳包含通道以允许所述非导电液体的一部分从所述冷却套经过以直接喷射到所述定子上。
12.如权利要求11中所述的电控涡轮增压器，其中所述外壳包括位于所述定子与所述冷却套之间的导热元件，以提供从所述定子的附加排热。
13.一种电控涡轮增压器，包括电动机外壳，其包含电动机座腔；轴，其将所述涡轮机连接到所述压缩机；电动机，其具有定子和转子，所述定子在所述电动机座腔中附接到所述外壳，而所述转子安装为随所述涡轮机与所述压缩机之间的所述轴旋转；以及轴加强元件，其包括位于所述转子与所述轴之间的套筒，所述套筒紧密地环绕所述电动机座腔内的所述轴以抑制所述轴中的共振。
14.如权利要求13中所述的电控涡轮增压器，其中所述外壳容纳用于支撑所述轴的轴承，并且所述轴加强元件包含用于与所述轴承接合的轴承座圈表面。
15.如权利要求14中所述的电控涡轮增压器，其中所述轴加强元件包含至少一个自其径向向外延伸的抛油环。
16.如权利要求13中所述的电控涡轮增压器，其中所述轴加强元件由具有绝热属性的材料形成以阻止从所述轴到所述转子的热传递。
17.如权利要求13中所述的电控涡轮增压器，其中所述转子在每端处构造有平衡环，所述平衡环具有中心孔，所述中心孔定尺寸为适合所述转子的所述轴加强元件，并且从所述转子向外延伸的减小直径的颈部接收将所述转子固定到所述加强件和所述轴钢桶环的压环，其中在高速旋转期间，所述减小直径的颈部为所述转子提供低质量并且减小所述转子上的向心力的影响。
18.如权利要求1中所述的电控涡轮增压器，进一步包括位于所述外壳中的排放管，所述排放管与所述电动机座腔连通以允许所喷射的液体返回到所述外部源。
19.如权利要求18中所述的电控涡轮增压器，进一步包括位于所述排放管与所述外部源之间的空气分离器，所述空气分离器用以除去所述液体中的空气。
20.如权利要求18中所述的电控涡轮增压器，进一步包括位于所述外壳中的排气口，所述排气口与所述电动机座腔连通以均衡所述电动机座腔内由于液体从所述座腔的移出的压力。
21.如权利要求1中所述的电控涡轮增压器，其中所述非导电液体是直接喷射到所述电动机的定子上的油，并且所述油在压力下从外部源提供并且所述源包括水分离器以防止水的积聚，以及其他导电液体污染所述油。
22.一种用于向关联内燃发动机的进气口供应压缩空气的电控涡轮增压器，包括电动机外壳以及将所述涡轮机连接到所述压缩机的轴，所述电动机外壳包含电动机座腔以及在涡轮机与压缩机之间安装在所述电动机座腔中的电动机，其中所述外壳容纳用于支撑所述轴的轴承以及位于所述外壳内的用于从电动油泵接收润滑油的润滑油通道，其中所述电动油泵在关联发动机启动之后立即向轴承系统供应加压润滑油。
23.如权利要求22中所述的电控涡轮增压器，其中所述电动油泵在热发动机停机之后继续供油以防止所述涡轮增压器的过热和油焦。
24.一种用于向关联内燃发动机的进气口供应压缩空气的电控涡轮增压器，包括：电动机外壳，其包含电动机座腔以及在涡轮机与压缩机之间安装在所述电动机座腔中的电动机；轴，其将所述涡轮机连接到所述压缩机；以及离合器，其位于所述电动机与所述涡轮机之间以当所述涡轮机在预定速度以下旋转时，将所述涡轮机与所述电动机和所述压缩机分离。
25.如权利要求24中所述的电控涡轮增压器，其中所述离合器是安装在所述电动机与所述涡轮机之间的单向离合器。
26.如权利要求24中所述的电控涡轮增压器，其中所述离合器是根据预定参数联接和分离的电控离合器。
27.如权利要求24中所述的电控涡轮增压器，其中所述离合器是根据预定参数联接和分离的气动离合器。
28.如权利要求2中所述的电控涡轮增压器，其中所述涡轮增压器包括用于将第一涡轮机叶片连接到双级压缩机的低压压缩机叶片的内轴以及与所述内轴间隔的同心外轴，其中其上安装有所述电动机的转子的所述外轴连接到高压压缩机叶片，以直接通过所述电动机驱动。
29.如权利要求28中所述的电控涡轮增压器，其中所述涡轮增压器包括压缩机外壳，所述压缩机外壳包含冷却套，冷却流体进入所述冷却套中以便从所述压缩机外壳内的压缩空气中排热。
30.如权利要求29中所述的电控涡轮增压器，其中所述外壳的内部暴露于来自邻近所述冷却套的所述低压压缩机叶片的低压压缩空气，所述外壳的内部包含散热片，所述散热片暴露于所述压缩机外壳内的所述低压压缩空气。
31.一种电控涡轮增压器，包括涡轮机部、压缩机部、电动机和同心双轴组件，所述同心双轴组件包括各具有圆形横截面的内轴和中空外轴，所述内轴和所述中空外轴彼此独立地旋转，同时限制相对纵向移动，其中所述内轴包含至少一个圆形凹槽，而所述外轴包含多个沿所述外轴直径的限定弦定位的孔，所述内轴的所述至少一个凹槽定位为位于所述外轴中的多个定位孔之下，并且所述轴组件进一步包括多个销，所述多个销分别压配到所述外轴中的定位孔中并且通过所述至少一个凹槽的一部分，其中所述至少一个凹槽的横截面尺寸大于所述销的直径。
电控涡轮增压器的改进
技术领域
背景技术
[0003] 来自排气歧管的发动机废气驱动涡轮机并且使涡轮机以高速旋转。涡轮机在与压缩机共用的轴上旋转。压缩机压缩外部空气并将它输送到发动机的进气歧管。压缩机致使更多的空气并因而更多的氧气进入每个燃烧缸。由此，与传统的吸气式发动机相比，发动机以更高的马力和转矩更有效地运行并且具有更低的汽缸排量。因而，与没有涡轮增压器的发动机相比，使用涡轮增压器的更加轻型的发动机消耗更少的燃料，同时提供相同或更好的性能。
[0005] 传统涡轮增压器的一个问题在于在低发动机转数下，排气流可能不足以以足够高的速度驱动涡轮增压器从而获得充足的压缩机旋转速度。在没有充足压缩机速度的情况下，没有足够的力来从压缩机向发动机的进气歧管提供额外的空气。因而，在具有传统涡轮增压器的车辆中，当驾驶员从空转或低发动机转数迅速加速到高发动机转数时，发动机响应增加，但涡轮增压器增压的效果感觉滞后。这主要由于涡轮增压器在达到足够高的用以向发动机进气歧管提供空气容积的有效增加中产生延迟。因此，正好当请求发动机输送更多功率时，传统涡轮增压器在向发动机的燃烧缸供应预期气流中遭受传递滞后或延迟。
[0006] 由于这些问题，已开发了涡轮增压器，所述涡轮增压器在其内包括电动机，以在发动机废气不足以以为需求所需的速度驱动涡轮机时驱动压缩机。例如参见US专利No.4769993(1998)和US专利No.5605045(1997)。在使用电控涡轮增压器(“ECT”)的情形中，基本消除了传统涡轮增压器通常所经历的滞后。当驾驶员想要迅速从空转或相对的低的速度加速时，控制ECT的电动机以压缩机迅速使加速到预期速度以便向进气歧管和燃烧缸供应充足的空气。在发动机达到废气容积足以保持ECT的涡轮机和压缩机的速度处于预期水平的足够高的rpm之后，通过控制器减小或消除供应到电动机的功率，涡轮增压器以传统方式起作用。
[0007] 在US专利5906098(1999)中，提出使用电动机-发电机来将快速减速期间的涡轮增压器的旋转运动转化成电能以供应至少一部分的车辆的电需求。例如，电动机-发电机可为电池充电或供应混合车辆的其他电需求。
[0008] 重大的挑战依然存在，从而在不过早发生故障的情况下，ECT的电动机继续在恶劣的、高温、高速环境中起作用。通常，存在于涡轮增压器的涡轮机侧的废气温度(在汽油发动机中≈1050℃；在柴油发动机中较低)足够高，从而不利地影响整体结构。此外，因为气压的升高提高了从涡轮增压器输出的空气温度，通常在180℃的范围内，所以涡轮增压器的压缩机侧导致明显的温度升高。此外，电动机的定子中的电阻加热能够增加ECT的热负荷。
[0009] 一般地，热管理在涡轮增压器工程师中是永恒的关注。由此，关于传统涡轮增压器中的热管理已公开了很多努力。然而现有结构、材料和技术提供了若干用于改进的机会，以便足够地保护ECT内的内装式电动机。
[0010] 高温以若干方式影响ECT的电动机。定子线圈配线上的绝缘体能够熔化。绝缘体熔化使裸露的配线暴露并且能够导致线圈短接在一起。此外铜线的电阻随着温度升高而明显增加。在高温下，定子线圈中的较高电阻降低了电动机效率并且致使线圈产生更多的热。在某些情形中，与电动机从加热涡轮机部的废气和加热压缩机部的空气压缩接收的热相比，线圈的电阻加热可在电动机内产生更多的热。
[0011] 在US专利No.5605045(1997)中，显示了通过将磁铁安装在压缩机转子的背面上并且利用形成在紧紧环绕电动机定子绕组的涡轮增压器外壳中的冷却套来向ECT中的电动机提供冷却的一些尝试。发动机冷却液在该套中循环以耗散来自定子的一些热。
[0012] 高速旋转也引发问题。因为在传统涡轮增压器中涡轮机和压缩机彼此邻近，所以连接涡轮机和压缩机的轴相对短。为了将电动机容纳在ECT中的涡轮机与压缩机之间，需要较长的轴。在较长的轴的情况下，轴中的轻微缺陷或不平衡在涡轮增压器运行的高转速下被放大。离心力遵循如下公式：(1)，这里m是质量，ω是转速(每单位时间的弧度)，而r是半径。对于各质量沿其长度布置的旋转轴组件，该公式变得更复杂。然而，该公式仍表示随着实心轴的半径增加，其质量增加，离心力也增加。此外，随着轴长度增加，轴变得更柔软并且其固有频率下降。因而，在较低速度下就可能在轴中出现共振。
[0013] 除非轴是完全地圆形和均匀的，否则产生的不平衡导致离心力，该离心力趋于使轴振动。此外电动机外壳内的轴上的任何油或污染物都可能导致轴的轻微不平衡。当轴通过固有频率时，不平衡能够放大能够不利地影响涡轮增压器的共振。
发明内容
[0014] 本发明对在构造和操作ECT中出现的问题提供若干解决方案。在一些实施例中，通过利用非导电液体，诸如通常供应以润滑涡轮增压器的轴承的润滑油喷射ECT的电动机的定子绕组来实现对定子绕组的附加冷却。其他实施例提供了用以喷射到电动机外壳内的定子绕组上的非导电流体的专用源。另外的实施例使用形成在紧紧环绕电动机定子绕组的涡轮增压器外壳中的冷却套。通过在外壳内的冷却套的内部与电动机座腔之间提供流体通道，能够将诸如油的非导电液体泵送到冷却套中并且允许部分的液体喷射到电动机座腔中的定子绕组上。
[0015] 对ECT外壳进行描述，所述ECT外壳允许非导电液体，诸如通常用于润滑轴的轴承的润滑油部分地转向电动机座腔中并直接喷射到定子绕组上。在使用润滑油进行附加的电动机冷却的情形中，可在润滑通道与电动机座腔的内部之间使用阀来确保润滑油的压力足以实现其润滑轴承的主要目的。
[0016] 除了附加冷却之外，采用若干技术来减小ECT轴中的共振，包括在轴上提供加强套筒；在加强套筒上提供抛油环以减少沉积在轴上的冷却油的量；此外为转子提供较小直径的延伸部，用于安装较小直径的夹具，这减小轴上的转子的质量；以及提供非对称尺寸的轴承。
[0017] 在单轴ECT中，轴承外壳改进采用外轴承套筒和内轴颈轴承来实现轴承套筒和唯一止推轴承以及密封构造的将来取下和替换。
[0018] 在同心轴构造中，ECT采用改进的润滑系统，该改进润滑系统使用具有勺形通道的轴承，用于在高速旋转期间抵抗存在于轴上的离心力来使油在轴之间引导。
[0019] 此外显示了对ECT的另外的改进，其中通过将油供应到内中空轴的一端来对同心轴进行润滑，并且油传送到另一端以及传送到紧邻定位的润滑端口，用于经由沿中空轴的内表面形成的螺旋形凹槽分配到轴承以及轴之间的空间。
[0020] 本发明的目的是通过将冷却流体喷射到电动马达的定子绕组上来提供ECT的改进操作。
[0021] 本发明的另一目的是使来自ECT外壳中的轴承润滑通道的润滑油转向并且将该转向的润滑油喷射到电动机座腔内的定子绕组上。
[0022] 本发明的另一目的是在润滑油已用于润滑轴承之后将此油喷射到ECT的定子上。
[0023] 本发明的另一目的是在ECT的外壳内提供一种装置，该装置将实现润滑油向电动马达的定子绕组的可控转向。
[0024] 本发明的另一目的是通过在冷却套与电动机座腔之间延伸的端口来将冷却油喷射到ECT的定子上。
[0025] 本发明的另一目的是通过在润滑油喷射到电动马达的定子绕组上之前对其去污来实现ECT的改进操作。
[0026] 本发明的另一目的是通过在定子绕组的喷射之后去除从电动机座腔排出的油中的空气来实现ECT的改进操作。
[0027] 本发明的又一目的是通过为涡轮机转子、电力驱动的电动机转子和压缩机转子提供加强套筒来抑制其固有共振来实现ECT的改进操作。
[0028] 本发明的又一目的是为所述加强套筒提供至少一个抛油环来减小电动机转子上的油的质量。
[0029] 本发明的另一目的是提供用于保持和润滑轴颈轴承的轴颈轴承外壳。
[0030] 本发明的另一目的是为ECT的压缩机级提供冷却套。
[0032] 本发明的另一目的是提供一种使用单轴的改进ECT以及改进的轴承润滑系统，该单轴在涡轮机与压缩机级之间延伸并且包含电动机的转子。
[0033] 本发明的另一目的是提供一种使用同心轴的改进ECT以及用于轴和轴承的改进润滑系统。
[0034] 本发明的另一目的是提供一种改进的ECT，该ECT通过从一端供应润滑油并且利用形成在内中空轴的内表面中的螺旋形凹槽使油在轴之间针对其整个长度传输来润滑内和外同心轴的对向表面。
[0036] 图1是显示可选离合器的电控涡轮增压器的框图。
[0037] 图2和图3是电控涡轮增压器的外部透视图。
[0038] 图4是电控涡轮增压器的剖视图。
[0039] 图5是具有外围项的电控涡轮增压器的剖面图。
[0040] 图6是图5中所示的油分配通道和电动机座腔的放大部分。
[0041] 图7是止回阀的横剖视图。
[0042] 图8是涡轮增压器轴、电动机转子以及涡轮机和压缩机的移动部件的透视图。
[0043] 图9是涡轮增压器轴、电动机转子以及涡轮机和压缩机的移动部件的透视、剖视图。
[0044] 图10是涡轮增压器轴、电动机转子以及涡轮机和压缩机的移动部件的剖面图。
[0045] 图11是具有轴加强元件的电动机转子的分解视图。
[0046] 图12是图11中所示的组装的转子和轴加强件的横剖平面图。
[0047] 图13是沿图6中的剖面线XII-XII截取的ECT的横剖视图，显示了从润滑通道通向电动机座腔的径向定向的喷口。
[0048] 图14是沿图6中的剖面线XII-XII截取的ECT的横剖视图，显示了从润滑通道通向电动机座腔的旋转定向的喷口。
[0049] 图15是ECT的放大横剖视图，该ECT具有用于强迫润滑油进入轴承和电动机座腔中的同心轴和润滑系统。
[0050] 图16是具有双级压缩机和压缩机冷却套的单轴ECT的横剖视图。
[0051] 图17是具有双级压缩机和压缩机冷却套的同心轴ECT的横剖视图。
[0052] 图18是具有双级涡轮机、双级压缩机和压缩机冷却套的同心轴ECT的横剖视图。
[0053] 图19A-19D是同心轴的一部分的分解和组装视图。
[0054] 图20是具有勺形通道的旋转轴承的横剖视图。
[0055] 图21是具有端部供给润滑的同心轴ECT的横剖视图。
[0056] 图22是图21中所示的没有浮动轴承元件的轴承部的放大视图。
[0057] 图23是图21中所示的具有浮动轴承元件的轴承部的放大视图。
[0058] 图24是ECT的端部的平面图，显示了润滑油供应连接。
[0059] 图25是ECT的端部的局部剖视图，显示了与轴的端部的润滑油供应连接和通道。
[0060] 图26是如图26中所示的ECT的一部分的横剖视图，显示了通向轴的端部的润滑油供应通道。
[0061] 图26A是图26的放大横剖视图，显示了与轴的端部的润滑油供应通道连接的细节。
[0062] 图27是可选离合器机构的放大视图。
[0063] 图28是设计用于外部中冷器连接的双级ECT的透视图。
[0064] 图29是图28中的ECT的横剖视图。
具体实施方式
[0065] 在图1的框图中，电控涡轮增压器100包括涡轮机200、压缩机400、电动机300、轴组件500和控制器600。电动机300布置在涡轮机200与压缩机400之间，而轴组件500将涡轮机200、压缩机400和电动机300互连。涡轮机200和压缩机400分别固定到轴500以形成单一单元。涡轮机200、压缩机400、电动机300和轴组件500可具有其他相对物理配置。控制器600通过连接602来控制电动机300的操作(图5)。可替代地，可将离合器700(以虚线显示)用在电动机300与涡轮机200之间以允许电动机300使压缩机400旋转，与低速下的涡轮机负载无关。由于ECT中的电动机300用于在低发动机速度下取代弱从动涡轮机，所以用以使涡轮机与电动机负载脱离的离合器的使用允许人们设计一种具有更紧凑和更小电动机的ECT。当然，直到涡轮机200达到足够高的用以取代电动机300的速度时为止。离合器700接合以允许涡轮机200驱动压缩机400。离合器的使用使电动机
300能更加有效，因为电动机300没有低速的涡轮机负载的负担。电动离合器的实施例在图
24中显示。然而，其他离合器设计，诸如离心、液压或单向机械设计也可考虑。
300能更加有效，因为电动机300没有低速的涡轮机负载的负担。电动离合器的实施例在图
24中显示。然而，其他离合器设计，诸如离心、液压或单向机械设计也可考虑。
[0066] 在图2和图3的电控涡轮增压器100的外部透视图中，涡轮机200的外壳202包括进口212处的进口法兰206。来自发动机(未示出)的废气进入进口212并流过蜗壳214(此外参见图4和图5)。在此实施例中，蜗壳214为进入的废气提供螺旋形路径，因此朝着中心可具有渐减的尺寸。比较216和218处的尺寸(图4和图5)。随着蜗壳向内盘旋，此渐减的尺寸减小蜗壳的横截面面积，在正常操作中，这导致废气的增加的速度。根据情形，蜗壳可预期具有另一形状。
[0067] 蜗壳214具有与涡轮机外壳202的中心开口222连通的向内面向的、锥形开口220(图4)。涡轮机叶轮204具有绕涡轮机叶轮204间隔的涡轮机叶片208。当废气从蜗壳经过开口220时，气体作用于涡轮机叶片208并致使涡轮机叶轮204旋转。此外参见图8、图9和图10，对于涡轮机叶轮204和涡轮机叶片208的其他视图，没有涡轮外壳202的环绕结构。
[0068] 法兰206附接到发动机排气歧管(未示出)上的配套件，从而废气进入进口212和蜗壳214。在废气使涡轮机叶轮204旋转之后，用过的气体经过开口222并进入排气系统中，该排气系统可包括污染处理系统、回气管和排气管。废气的一部分可引向进气歧管以使废气再循环到燃烧过程中。法兰210环绕开口222并且设置为附接到该排气系统。
[0069] 涡轮机外壳202优选由铸铁或另一具有高熔点的材料形成，其在经受例如达到≈1050℃的高温废气时保持其强度。
[0070] 涡轮机200可包括废气门或其他允许废气绕过涡轮机的特征。如果在一特定安装中，涡轮机在设计输出之上运行，则可能积聚过量的热和涡轮机速度并且压缩机可能向发动机燃烧气缸提供太多的压缩空气。废气门将解决此问题。
[0071] 压缩机400包括在图2、3、4和5中示出的压缩机外壳404。压缩机400将压缩空气通过出口406排放到发动机的进气歧管(未示出)中。此外压缩机400还可包括减压阀(未示出)。当压缩机在设计输出之上运行时，能够积聚太高的压缩机速度，并且压缩机将向发动机燃烧气缸提供太多的压缩空气。减压阀解决此问题。
[0072] 压缩机400包括图4、5、8、9和10中示出的压缩机叶轮408。例如来自空气过滤器(未示出)的外部空气通过压缩机进口410进入压缩机400中。孔418与压缩机进口连通以将空气引向扩散器412，该扩散器412可以是从416处的较小内部尺寸逐渐变大到414处的较大内部尺寸的螺旋通道。压缩机叶轮408通过进口410吸入空气并且使空气径向加速通过孔418到达扩散器412。扩散器增加空气压力，同时降低其速度。
[0073] 压缩机400内的增加的空气压力导致空气的明显加热，该明显加热的空气移动到压缩机外壳404和压缩机内的其他部件。此热中的一些可传导到电动机300。尽管中冷器可设置在压缩机与进气歧管之间的涡轮增压器中，但是中冷器的主要功能是降低压缩机外的空气温度并且增加空气密度。它通常不降低热从压缩机向外壳和电动机300的传递。
[0074] 电动机300包括外壳302，在此实施例中，该外壳302处于两个部分304和306中。所述两个部分可彼此密封，但是可分离以提供内部入口，用于组装以及修理和维修。一个或多个密封，诸如O型环326用于密封两个电动机外壳部。
[0076] 电动机外壳302包括用于接收油的进油口308和用于使油排出电动机的放油口314。此油在内部流动以润滑移动部件并冷却电动机的部件。油源310(在图5中示意性显示)可以是发动机曲轴箱用油或独立的油泵源。一些发动机具有发动机驱动的机械泵，所述机械泵在发动机开始运行时开始向发动机中泵油。这些发动机可依靠发动机关闭后剩余在移动部件上的油来进行初始润滑。涡轮增压器100中的一些部件可较早地从加压油中受益。例如，与用于冷却涡轮增压器电动机相比，充足的油对于涡轮增压器轴承可能更关键。
[0077] 曲轴箱用油的大容积提供用于从涡轮增压器100散热的较大储存器，如本申请中进一步说明的。此外曲轴箱用油容积例如可增加一升或多升以增加油源的散热能力。此外可使用冷油器。相反，使用来自独立源的油防止此油被任何污染发动机油的状况污染。
[0078] 无论油来自发动机曲轴箱还是来自独立源，独立泵328(在图5中示意性显示)都可为定子和轴承泵油。此泵可以是电动或机械的。电动泵可在发动机转动之前，诸如当驾驶员起动汽车时，但在发动机的控制器开始点火之前启动油流。对于频繁启动和停止的发动机，诸如混合式车辆中的发动机，此独立油泵可能是有益的。独立油泵可恒温控制，因此可在发动机停机之后继续运行，直到涡轮增压器100中的温度下降到可接受的水平。
[0079] 电动机外壳302包括电连接器322，该电连接器322提供与电动机300的电连接。来自控制器600的导线602(图5)可通过电连接器322连接到电动机。此外电动机可包括用于接收冷却液的冷却液进口348(图2)和用于使冷却液返回到散热器或其他冷却流体源的冷却液出口320(图3)。冷却系统可具有独立的电动或机械泵以将冷却液引向冷却液进口348。此外此泵可在控制器600的控制之下，该控制器600可从恒温器接收数据。冷却液循环通过冷却套318(图5和图6)，该冷却套318邻近电动机定子332地形成在电动机外壳部306内。
[0080] 电动机外壳302可由铸铁或其他合适的材料形成。电动机外壳302可包括各种内部支撑。铸铁能够在不削弱的情况下抵抗相当大的热负荷。然而，在电动机外壳的部件上的力不高的情况下，陶瓷或其他绝缘体可代替铸铁，或除了铸铁之外，可使用陶瓷或其他绝缘体。由于陶瓷材料导热性比铸铁差，所以它将减少从涡轮机200向电动机300以及轴承510和512的热流。
[0081] 当关联发动机空转或低输出运行并且需要增加功率用于加速时，低排气输出可能不足以以将足够驱动压缩机400的速度驱动涡轮机200。要避免在发动机逐渐产生充足的用以以运行输出驱动压缩机的排气之前的延迟，激励电动机300以立即以预期速度驱动压缩机。控制器600接收关于发动机状况，诸如负载、每分钟转数、油门位置、燃油流量和其他信息的数据并且起作用以控制用以驱动电动机300的电功率。要克服该延迟，控制器驱动电动机300以在轴组件500上产生转矩，即使在较低的发动机速度下，该转矩也致使压缩机400更快地转动并且将空气加压到电动机的全容量。
[0082] 图4-10中所示的单轴组件500包括轴504，该轴504连接到涡轮机200并且从涡轮机200延伸通过电动机300并进入压缩机400中。来自作用于涡轮机叶轮204的叶片208的废气的转矩致使该轴旋转。轴的旋转导致压缩机叶轮408的旋转。
[0083] 电动机外壳302包含环绕电动机300的电动机座腔347。电动机座腔347与放油口314处于开放连通。轴504延伸通过电动机座腔347并且通过轴承510和512悬挂，用于在电动机座腔中旋转。
[0084] 电动机300具有安装在轴504上的转子330，该转子330随轴504旋转。定子332安装在电动机座腔347内以环绕转子330。定子332可具有线圈式的密集绝缘线(未示出)以及叠层346。线的材料、规格、缠绕、绝缘和其他特征以及叠层的性质可针对其电、磁、环境和其他因素选择。
[0085] 电动机300可经受来自涡轮机200和压缩机400以及定子332中的电阻加热的高温。当然期望将热对电动机和所有关联元件的影响减到最小程度。在图5和图6中所示的实施例中，为润滑轴承510和512而泵送到外壳302中的润滑油部分地转向并且喷射到定子332上，用于冷却该定子。要冷却该定子，油通过喷油嘴350和352喷向定子，所述喷油嘴350和352在油道340与电动机座腔347之间延伸。油来自油源310(图5中示意性显示)，该油源310可以是发动机曲轴箱或独立的储油器。油也可来自可选的并且专门用于润滑涡轮增压器的轴承的专用源(下文描述)。然后喷射到定子332上的油流入排油槽336(图4和图5)，在这里油聚集并流回到曲轴箱或独立的储油器。在图5中，空气分离器
317图示为在油输送回油槽之前帮助除去油中的气泡。
317图示为在油输送回油槽之前帮助除去油中的气泡。
[0086] 辐射热挡板334(图4和图6)可设置用以将来自涡轮机200的辐射热远离电动机外壳302和电动机300反射。一个或多个导热挡板358(在图5中示意性显示)可设置用以阻挡从压缩机400或涡轮机200向电动机的热传递。导热挡板可以是陶瓷或其他阻挡热传递的合适材料。辐射热挡板可以是金属或其他材料的。在涡轮机100中的其他地方可使用另外的热挡板和绝缘。
[0087] 涡轮增压器100能够使用不同标准的涡轮增压器涡轮机和压缩机部件，或者部件可专门构造。此外，涡轮机200和压缩机400能够使用可变几何形状。可使用双面压缩机叶轮。
[0088] 在图4、5和6中，两个轴承510和512显示为支撑轴504。要将电动机300容纳在涡轮机200与压缩机400之间，轴504可比标准涡轮增压器，即没有电动机的涡轮增压器长。此增加的轴长度增加了轴承510与512之间的长度。所有其他情形相等，该增加的长度导致更柔软的轴。当轴504以高速旋转时，它可能经过固有频率并且经受共振。
[0089] 要减小轴的振动，单轴组件500包括绕轴504的中心部放置的轴加强件516套筒元件，参见图4-6和8-12。转子通过干涉配合附接到该加强件，而不是直接与轴504接触。该加强件以这样的方式对轴进行加强：允许通过共振速度以及在共振速度之间的减震操作。
[0090] 加强件516可由若干材料制成。然而， 合金是优选的，因为Inconel具有使它用作热障的性质。因而，加强件516在减少从轴504向转子330的热传递中也能够有效。轴504可经受来自废气和压缩机400中的热的、加压空气的高热负荷。加强件可作为两个或多个、高度控制的圆柱形部件的精确干涉配合的组件形成，以在转子与加强件之间以及加强件与轴之间提供附接机构。虽然花键或其他锯齿状转矩传递机构由于在保持轴平衡允差以及部件上的增加的局部应力中的困难而可能是不太理想的，但它们是可选的。
[0091] 轴504成阶梯状，使得轴承510和512是不同尺寸的以适应各个轴承处的轴的外径上的差别。每个轴承包括轴颈轴承和止推轴承以在抵抗轴向载荷的同时允许部件之间的旋转。抵抗两个轴向方向上的轴向载荷的单一止推轴承可满足需要。止推轴承依靠在加压油或其他液体的薄层上以支撑轴向推力。同样地，轴颈轴承510和512中的油的薄层可将轴504与轴承结构和电动机外壳302分开。此外可使用滚动元件轴承或滚动元件与轴颈轴承和止推轴承的组合。下文对止推轴承和密封进行更详细地说明。
[0092] 电动机外壳302包括基本封装定子332和转子330的内部结构。电动机外壳302包括一个或多个连接在进油口308与轴承510和512之间的油道340，参见图4、5和6。
[0093] 电动机外壳302包括一个或多个从通道340喷油的喷口350和352，参见图4和图6。所述喷口可作为用以将加压油喷向定子332的喷嘴。喷口350和352可包括分离喷嘴或用以分配油的类似结构。同样地，取决于具体的应用，喷口350和352可具有致使油以期望的喷射方式，诸如扇形、锥体、直流、缓慢滴落或者其他方式或方式的组合离开喷口的形状。
此外，一些喷口可以一种方式喷射，而其他喷口可以其他方式喷射。喷口的尺寸可设置为在不使轴承510和512失去油的情况下，提供充足的用于冷却定子的油。在图4和图6中，喷口将油从定子332的侧面喷出，但是喷口能够相对于定子定位在任何位置，只要充足供应的油接触定子。例如，如果使用一个喷油口，则它可定位为在定子的顶部处喷向定子叠片，从而油在重力作用下流到定子线圈上。此外喷口可定位为沿轴向或倾斜方向喷油。另外的喷口和/或开口可遍及电动机外壳设置并且目的是使得油到达定子上的期望位置。因此，来自发动机曲轴箱或来自另一油源的油可用于冷却电动机300并且润滑轴承510和512。
此外，一些喷口可以一种方式喷射，而其他喷口可以其他方式喷射。喷口的尺寸可设置为在不使轴承510和512失去油的情况下，提供充足的用于冷却定子的油。在图4和图6中，喷口将油从定子332的侧面喷出，但是喷口能够相对于定子定位在任何位置，只要充足供应的油接触定子。例如，如果使用一个喷油口，则它可定位为在定子的顶部处喷向定子叠片，从而油在重力作用下流到定子线圈上。此外喷口可定位为沿轴向或倾斜方向喷油。另外的喷口和/或开口可遍及电动机外壳设置并且目的是使得油到达定子上的期望位置。因此，来自发动机曲轴箱或来自另一油源的油可用于冷却电动机300并且润滑轴承510和512。
[0094] 定子332可设计为具有暴露的线圈，使得油到达线圈本身。油是电绝缘体，因此允许油接触线圈将不导致短路或允许电流流向相邻线圈或电动机中的其他结构。定子可具有一个或多个散热片(未示出)以帮助散热。
[0096] 喷口350和352可包括各自用以在油压达到期望等级之前使油流减速的阀，参见图6和图7中示意性显示的阀354。在图7中显示了适合于此目的的止回阀。在此阀中，止回阀球353通常通过偏置弹簧的力密封封闭。当进口355处的流体压力超过预定值时，该球抵抗偏置弹簧力推开。在达到并保持至少该预定压力值时，油通过喷嘴351。以这种方式，仅当轴承510和512具有或估计具有充足的油时，阀才保持打开以将油喷到定子332上。阀能够保持对轴承的最小油压，而不会因为油流向定子用于冷却而使油压下降。
[0097] 随着油在定子332及其线圈周围流动，它滴入排油槽336中(图4和图5)。为防止油接近转子330，托盘324(图6)可在定子的一部分之下延伸。托盘324可绕定子延伸大约180°。该托盘可具有一个或多个排油管。当油到达托盘的边缘时，油滴入排油槽336中。
[0098] 排油槽336中的油可流过出油口314(图2、3、4和5)，油从该出油口314返回到曲轴箱或其他储油器。出油口的尺寸和位置可适当设定以允许油在合理的车辆姿态(倾斜、倾角以及角加速度和线性加速度)下的完全排出。
[0099] 真空泵316(图5)向出口314应用真空以通过出口将油吸出。在不排气的情况下，由该真空泵导致的电动机外壳302内的低压可将废气从涡轮机200吸入电动机外壳中。因此，在电动机外壳中包括排气口356(图2)，新鲜的环境空气或曲轴箱空气流过该排气口
356以防止在电动机外壳中形成真空。要防止该排气口将水或其他污染物吸入电动机300中，可包括过滤器、活性碳滤罐、单向阀或其他阻塞装置。
356以防止在电动机外壳中形成真空。要防止该排气口将水或其他污染物吸入电动机300中，可包括过滤器、活性碳滤罐、单向阀或其他阻塞装置。
[0100] 无污染的油是良好的电绝缘体，但是油能够变得污有金属颗粒和水，它们对电器装置都是有害的。因此滤出污染物并将水从涡轮增压器100中使用的油中分离出来可能是值得的。传统的发动机油过滤器和油/水分离器可能对于过滤用于发动机润滑的曲轴箱油是足够的。如果它们不足以满足涡轮增压器的需求，则可使用专门的滤油器和油/水分离器。
[0101] 用于冷却的油可能经受充气。因此，使油流过空气分离器317可能是值得的。此外，轴504、加强件516和转子330可在电动机外壳302形成的整个腔内产生风切变。喷口350和352以及任意其他油口和喷口的定位和方向应当考虑到该风切变。因此，油不应迎着风切变的流动喷射，使得油不减缓空气的流动并从而使转子不合需要地减慢。至少，这些喷口中的一个必须存在以为定子线圈提供直接接触式的油冷却。具有不止一个喷口可能是更理想的，因为它们在定子周围提供更均匀的油冷却分布。
[0102] 要考虑转子内的风切变的流动，喷口可能应将油接近切向地引向定子周围并且沿内部电动机外壳风切变的方向引导油。喷口能够从轴向或径向方向或其任意倾斜组合面对定子。例如，喷口可置于或至少集中在9:00或10:00到3:00或4:00之间的周向位置中。
[0103] 将油移出电动机部件可能是值得的。定子332、轴504或加强件516上的过热的油在280℃下可能开始焦化。轴或加强件上的焦化能够影响轴504的平衡并且增加轴和加强件的惯性。此外焦化油可能堵塞包括喷口350和352的通道。即使焦化不发生，轴或加强件上的油也能够不利地影响轴的平衡并且不合需要地能够增加惯性和牵引阻力。
[0104] 因而，轴可包括一个或多个抛油环，抛油环具有这样的几何特征：随着它们旋转而使流体径向向外流出。例如，抛油环520和522(图5和图6)可定位在轴上以保持油在涡轮机200和压缩机400之外。也就是说，当任何油沿轴朝着涡轮机或压缩机流动时，油遇到抛油环，在此处，油被径向向外地远离涡轮机或压缩机抛出。油或者被抛入排油槽336中或者被抛向电动机外壳302中的其他结构并从那里滴入油槽中。
[0105] 因为抛油环将油从轴504移出，所以轴的有效质量不会由于轴上的油而明显增加。因此，在涡轮增压器100的快速加速期间，源于惯性效应的滞后得以减小。此外通过将油从旋转轴移出并将它抛到定子线圈和电动机外壳壁上，抛油环可继续油的排气。
[0106] 轴组件500可具有与定子332的侧面对齐的抛油环，例如环绕加强件516的抛油环524和526(图5)。这些抛油环可使油循环回到定子332上。尽管将油喷到托盘的外部将使热远离该托盘传导，但是油可能必须对准以避开托盘324。托盘的任何温度降低都可能从定子吸热。
[0107] 可包括另外的抛油环524和526以使油远离转子330流动或者使油沿到达并进一步冷却定子332的方向流动。
[0108] 抛油环可添加到或并入轴504、加强件516或与该轴相联的某些其他部件中。
[0109] 电动机外壳302可在壁338中形成一个或多个环绕定子332的通道318(图5和图6)。所述通道可连接到冷却液进口320(图3)，冷却液可流过该冷却液进口。冷却液可以是来自现有发动机冷却系统的冷却液。来自除车辆系统之外的冷却系统，诸如发动机油或分离油系统的冷却液可与通道一起使用。尽管空气可能向大部分液体一样不导热，但是可使用环境空气。
[0110] 如果通道318携带有油，则壁338可包括径向或其他开口以使油滴落或喷射到定子332的线圈上。下文参照图13和图14对此进行更详细地说明。
[0111] 导热好的材料(例如，铝或铜)的导热介质346(图6)接触定子以将热从定子传递到壁338以及通道318中的冷却液。冷却液冷却电动机外壳302的周围结构以从电动机300的电动机外壳和其他部件导热。
[0112] 通向通道318(图5和图6)的冷却液进口348(图2)和冷却液出口320(图3)可定位为使得冷却液绕定子332的大部分流动，从冷却液入口进入通道，然后从该通道排出。通过冷却液移除的热增加了发动机冷却系统的热负荷。因而，发动机的冷却系统可能需要更大或具有更大的容量以排出增加的热负荷。
[0113] 作为涡轮增压器的操作的示例，考虑当车辆处在交通信号灯处时车辆发动机空转的情形。如果驾驶员想要迅速地加速，则排向涡轮增压器的排气能自然滞后。于是废气单独的量可能不能够提供使涡轮机200足够快地旋转的充足转矩。由此，轴504将不能足够快地旋转，为压缩机200提供有效的增压。
[0114] 同时，控制器600从速度传感器(未示出)获得关于轴504和/或转子330的速度信息。与定子332相邻或接触的温度传感器可将定子温度数据传输到控制器。此外控制器可从传感器接收关于发动机的当前操作的信息，诸如油门信息、排气输出和空气输入。
[0115] 使用这些数据，控制器600确定轴速何时不合需要地低并且致使电动机300旋转。电动机使轴504旋转以驱动压缩机400来提供预期的增压。电动机快速加速，与单独依靠涡轮机200相比，这使压缩机更早地旋转。当发动机废气变得足以驱动涡轮机时，控制器可致使通向电动机的电功率减少或下降。
[0116] 此外电动机300可用于减少来自涡轮机200的输出。如果控制器600确定向涡轮机200的排气输出太大(例如，基于来自压力传感器的数据)，则控制器600可致使电动机用作制动器以降低涡轮机的输出。此外电动机可用作交流发电机以当电动机用作制动器时发电。例如，在涡轮机200能够向轴504提供剩余功率的情况下，电动机可将此剩余功率作为电力抽取出来。这例如可在峰值发动机负载点，诸如上坡期间出现。所产生的电功率可用于为车辆的电池充电或用于为电器装置供电。
[0117] 涡轮增压器必须运行的高速(例如，100000+RPM)在电动机设计中提出了问题。具体地，高离心力致使压配到上的转子膨胀并且削弱该压配。要减缓此现象，转子的端环可从每端轴向延伸。这些延伸部的直径可远小于转子的电动中心部。通过将它们的直径制造地较小，它们经历较小的离心力，因此保持它们压配到轴上。
[0118] 要进一步减缓转子膨胀以及随后的压配丧失的现象，可将高强度压环压在转子的延伸部的外部上。这些环可用作夹具以进一步确保电动机转子与轴加强件之间的连接。
[0119] 图11显示了电控涡轮增压器的转子的局部分解视图。图11显示了电动机转子和加强件组件的局部横剖侧视图。此感应电动机具有两个平衡环335和339、19个转子铜条333。此外它具有65个硅钢叠片331(高强度电工硅钢Hyperco 50)，所述硅钢叠片331可进行热处理以提供最大的强度并且可涂氧化物以防止叠片之间的电流损失。转子铜条333可由2219铝合金制成，用于其高强度密度比(比模量)和高电导率，这有助于电动机性能。
转子叠片331堆叠地布置。转子铜条333插入转子叠片堆331中的狭槽中，然后平衡环335和339安装在每端上。转子组件330轴向夹在一起以将叠片压在一起。然后使用电子束熔炼法将转子铜条焊接到平衡环。散热片可在此过程期间附接到转子以将焊接的畸变效应减到最小程度。在焊接之后，可对转子的所有外表面和ID进行加工以适应同心ID与OD之间的公差。
转子叠片331堆叠地布置。转子铜条333插入转子叠片堆331中的狭槽中，然后平衡环335和339安装在每端上。转子组件330轴向夹在一起以将叠片压在一起。然后使用电子束熔炼法将转子铜条焊接到平衡环。散热片可在此过程期间附接到转子以将焊接的畸变效应减到最小程度。在焊接之后，可对转子的所有外表面和ID进行加工以适应同心ID与OD之间的公差。
[0120] 平衡环335和339中的每一个具有用以接纳压环的较小颈部延伸部。在平衡环335的情形中，它具有颈部延伸部337。在平衡环339的情形中，它具有颈部延伸部341。整个转子组件330压配到加强件516上，如图12中所示，并且压环343和345安装到各自的颈部延伸部337和341上。
[0121] 图13示出了用于向ECT的定子绕组提供油的冷却喷射的可替代实施例。图13是对图5和图6中所示的实施例的修改。基本上，图13是沿图6中的剖面线XII-XH截取的先前描述实施例的横剖视图。然而，图13与图5和图6中所示的实施例的不同之处在于从冷却套318，而不是润滑油通道340提供冷却喷射。如先前实施例中那样，在此实施例中，电动机外壳302显示具有环绕定子332的冷却套318。然而，在此实施例中，多个喷射通道321a-i从冷却套腔318延伸通过壁319进入电动机座腔347以将冷却油输送到定子绕组。
在此实施例中，喷口321a-i径向定向并且环绕定子绕组。
在此实施例中，喷口321a-i径向定向并且环绕定子绕组。
[0122] 图14示出了用于向ECT的定子绕组提供油的冷却喷射的另一可替代实施例。图14是对图13中所示的实施例的修改。在此实施例中，壁319’将电动机座腔347与冷却套腔318分开并且喷口323a-i相对于电动机座腔内发生的旋转的方向切向定向。如上文说明的，切向喷射认为对置于电动机座腔内的转子和轴上的转动作用力提供较小的阻力。
[0123] 在图13和图14中所示的两个实施例的情形中，将油或某一其他的非导电液体用于在冷却套318中流动的冷却介质。商业上可购买的防冻剂或水是不合适的。
[0124] 图16中的ECT的实施例表示安装在单轴上并且通过单一涡轮机驱动的连续双级压缩机。在此实施例中，具有单一涡轮机驱动器1208的涡轮机1200连接到单轴1504。电动机1300是先前所述类型的，其中轴加强件1516环绕电动机座腔内的轴1504。双压缩机1400具有由安装在轴1504上的径向压缩机叶片1409提供的低压级1417和由串联安装的径向压缩机叶片1408提供的高压级1416。压缩机外壳1412由两个具有分离缝1420的零件制成。冷却套1411形成在压缩机外壳1412的外壁内。内部冷却片1413设置在压缩机扩散器1415内。
[0125] 图16的实施例的优点包括单一ECT组件中的双级增压。在中冷器之前或代替中冷器，压缩空气的冷却。低成本的单轴配置。连续压缩机级的紧密耦合提供更有效的瞬态特性。
[0126] 图17中的ECT的实施例表示具有双同心轴并且由单一涡轮机驱动的连续双级压缩机。在此实施例中，具有单一涡轮机驱动器2204的涡轮机2200连接到内轴2504。电动机2300具有安装到外轴2505上的转子2330。定子2332以先前实施例的相同方式环绕转子2330。双压缩机2400具有由安装在内轴2504上的径向压缩机叶片2409提供的低压级和由安装在外轴2505上的串联安装的径向压缩机叶片2408提供的高压级。在此实施例中，涡轮机直接驱动低压压缩机级，而电动机驱动高压压缩机级。
[0127] 图17的实施例的优点包括单一ECT组件中的双级增压。在中冷器之前或代替中冷器，压缩空气的冷却。电动机仅连接到压缩机而没有涡轮机的负载负担，从而允许非常快速的加速。连续压缩机级的紧密耦合提供更有效的瞬态特性。此外，如需要，则可使用离合器来联接内轴和外轴以允许电功率的产生并且匹配轴速。此外，低压压缩机可以是轴向压缩机。
[0128] 图18中的ECT的实施例表示具有双同心轴的双级涡轮机和压缩机。在此实施例中，涡轮机3200具有连接到内轴3504的低压叶片3206和连接到内轴3504的高压叶片。电动机3300具有安装在外轴3505上的转子3330。定子3332以先前实施例的相同方式环绕转子3330。双级压缩机3400具有由安装在内轴3504上的径向压缩机叶片3409提供的低压级和由安装在外轴2505上的串联安装的径向压缩机叶片3408提供的高压级。在此实施例中，低压涡轮机叶片3206直接驱动低压压缩机级叶片3409，而电动机驱动高压涡轮机叶片3204和高压压缩机级叶片3408。
[0129] 图18的实施例的优点包括单一ECT组件中的涡轮机和压缩机的双级增压。在中冷器之前或代替中冷器，压缩空气的冷却。低压级和高压级的独立控制。连续压缩机级的紧密耦合提供更有效的瞬态特性。
[0130] 由于突然起动、非常高的运行速度、极端的温度变化、ECT内的反作用力以及润滑密封，ECT中的轴承润滑对工程师提出了许多挑战。
[0131] 图15提出了润滑系统的一个实施例，该润滑系统能够实现对ECT的轴承和双同心轴都进行润滑。在此实施例中，内同心轴5504显示附接到涡轮机叶片5204，而外同心轴连接到电动机转子5330。其他元件连接也是可能的，如先前讨论的。然而，为了此润滑实施例的目的，这些连接对于其理解是关键的。
[0132] 在此实施例中，在外轴5505的内表面与外轴5504的内表面之间具有小的圆形空间，该圆形空间允许两轴不相干扰的旋转。重要的是润滑在此空间中发生，从而减小了任意接触点之间的摩擦。此实施例的主要目的是迫使润滑油通过支撑轴的轴承并进入轴之间的空间中。此外，该实施例使用被强迫在轴之间的油来向定子绕组提供冷却喷射。
[0133] 润滑油在压力下供应到油道5340中，在此处，油在直接通向各自轴承5516和5519的油道5343与5345之间分开。轴承5516和5519中各具有孔以允许油通过，从而接触其内的轴表面。轴承5516具有孔5510，该孔5510通向外轴5505中的对应孔5518。孔5518延伸通过外轴5505以提供与同心轴之间的空间以及内轴5504的外表面的润滑连通。同样地，轴承5519具有孔5511，该孔5511通向外轴5505中的对应孔5512。孔5512延伸通过外轴5505以提供与同心轴之间的空间以及内轴5504的外表面的润滑连通。在此实施例中转子5330进行修改以包括多个位于涡轮机端和压缩机端处的油道5305和5306，所述油道5305和5306从同心轴之间的空间延伸到电动机座腔5347。
[0134] 在运行期间，油被强迫通过轴承5516和5519并且为这些轴承提供润滑。此外油被强迫通过孔5510和5518以及孔5511和5512以进入同心轴5504与5505之间的同心空间。润滑油沿该同心空间继续前进并通过转子通道5305和5306离开，在此处，油喷射到电动机座腔5347中的定子线圈上。由于在高速运行期间存在于轴上的高离心力，在孔5510、5518、5511和5512中存在阻力以允许油进入轴之间的空间中。为此，用于润滑油通过转子
5330中的多个油道5305和5306的连续逃离路径起作用以吸引油通过该空间。这是由于如下事实：转子5330也以高速旋转并且由于其较大半径并且开口处在距轴中心线较远的距离处，所以转子的离心力较大。一旦逃离油道5305和5306，润滑油喷射到电动机座腔5347中并且排入排油槽5336中。
5330中的多个油道5305和5306的连续逃离路径起作用以吸引油通过该空间。这是由于如下事实：转子5330也以高速旋转并且由于其较大半径并且开口处在距轴中心线较远的距离处，所以转子的离心力较大。一旦逃离油道5305和5306，润滑油喷射到电动机座腔5347中并且排入排油槽5336中。
[0135] 在图19A-19D中，展现了同心轴组件实施例的一部分的各个视图，所述视图示出了附接机构，该附接机构能够纵向限制两个轴的过度移动，同时允许两个轴独立旋转。在图19A中，分解视图显示了内轴3504、外轴3505以及开口销3507a和3507b。外轴形成为具有弦孔3503a和3503b(参见图19D)，所述弦孔3503a和3503b的尺寸设置为分别提供与开口销3507a和3507b的干涉配合。内轴3504包含圆形凹槽3501，该圆形凹槽3501的深度尺寸设置为允许内轴与开口销3507a和3507b之间的间隙。此间隙实现两个轴的独立旋转，同时开口销限制轴之间的纵向移动。在图19B中，局部剖视图显示了组装的同心轴3504和3505，其中开口销3507a和3507b位于外轴3505的孔3503a中。在图19C中，显示了该组件，其中内轴3504和外轴3505彼此独立地自由旋转，同时以纵向方式保持在一起。在图
19D中，提供了沿图19C中的剖面线D-D截取的横剖视图。在此视图中，圆形凹槽3501的深度图示为3507，以示出内轴3504如何以不使其旋转受到开口销3507a和3507b影响的方式设置公差。此外，显示了同心轴之间的同心空间3506，润滑油通过该同心空间。
19D中，提供了沿图19C中的剖面线D-D截取的横剖视图。在此视图中，圆形凹槽3501的深度图示为3507，以示出内轴3504如何以不使其旋转受到开口销3507a和3507b影响的方式设置公差。此外，显示了同心轴之间的同心空间3506，润滑油通过该同心空间。
[0136] 图20是可在此处讨论的各种ECT实施例中采用的旋转轴承的横剖视图。轴承2510设计为沿方向R旋转以便吸收从其具有勺形孔2511的外周进入的润滑油O并且强迫油进入其中心区域中。每个勺形孔2511包含细长的外开口，该外开口具有低导缘2515和扫油后缘2513。在旋转期间，勺形孔用于抵消存在于被支撑轴(这里未示出)上的离心力并且强迫油进入轴区域中。
[0137] 图21-26A涉及如在ECT中使用的用于同心轴的改进润滑系统实施例。图21示出了中空内轴4504与中空外轴4505同心组装的ECT。此实施例与先前图示的ECT的同心轴实施例的区别在于使用中空内轴来将润滑油从一端传送到两个轴承以及两个轴之间的同心空间。此实施例依靠在高速运行期间存在于轴上的固有离心力来将润滑油分配到两个轴承以及轴之间的空间。如从图21能够看到的，润滑油在压力下泵送到中空内轴4504的开口端4506中。
[0138] 图22和图23示出了能够在图21中所示的端轴供应的润滑油系统中采用的可替代轴承构造。两种构造之间的主要差别在于在图23中，采用浮动轴承4801来进一步减小特定应用中的振动。
[0139] 在图22中，轴颈轴承4510位于轴承箱4514中并且通过止推垫圈4513和邻接压缩机板4502的止推轴承4512保持在适当的位置。内轴4504形成为中空的并且包含沿其长度延伸的螺旋形凹槽4517。孔4507与外轴4505中的对应孔4506纵向对准。随着润滑油沿内轴4504的中空通道4506向下输送，由于上文讨论的高离心力，润滑油具有在它所遇到的第一个孔处逃离的自然趋势。螺旋形凹槽4507提供使充足的油沿中空通道4506的长度向下输送的路径以不仅向压缩机端处的轴承4506提供润滑，而且向涡轮机端处的轴承提供润滑。当润滑油沿通道4506的长度行进时，它遇到内轴4504中的孔4519，该油输送到止推轴承4512。由旋转内轴4504提供的离心力将油泵送通过孔4519。密封4403和4902防止润滑油逃逸到压缩机中。随着润滑油进一步沿通道4506的长度行进，它遇到孔4507和4506。由旋转内轴4504提供的离心力将油泵送通过孔4507和4506以及泵送到轴颈轴承4506的内表面与外轴4505的外表面之间。由于在内轴与外轴之间具有小空间4509，所以泵送到轴承4505的油沿空间4509流动，通过外轴4505中的孔4521并进入电动机座腔4547中。电动机转子附近的抛油环4511将油从轴驱散以减小该轴的有效旋转质量。
[0140] 除了将浮动环轴承4801插入套筒4510与外轴4505之间之外，图23中所示的实施例与图22中所示的实施例相同地操作。
[0141] 图24-26A中呈现的是ETC的压缩机端以及用于将润滑油输送到同轴实施例的中空内轴中的各种接头和通道的视图。尽管图中显示了单一压缩机叶片8409，但是理解的是此实施例的实施也可应用于双级压缩机中，如图21中所示。
[0142] 在图24中，供油接头8412和残油排放接头8414显示位于压缩机外壳8400上。显示了主排放接头8415，但是它从电动机座腔延伸，如上文讨论的。在图25中，剖面示出了中空内轴8504，该中空内轴8504连接到压缩机叶片8409，并且延伸过去(past)的叶片
8409以与固定输油管8507的端部交搭。如在图26和图26A中进一步显示的，柔性密封接头8508环绕内轴8504的端部。尽管通过油接头8412和输油管8507输送的油的大部分进入内轴8504的中空通道8506，但是中空通道8506内的背压可能致使一些油被强迫回到搭接接头之间。残油在内轴8504与管8507之间的搭接之间移动并且被收集在油档8513中，在此处，油通过残油排放管8414排尽。如图25中进一步看到的，输油管和残油档通过三个支撑腿同轴地悬挂在压缩空气进口8410前面，所述支撑腿还用作用于压缩机进口的固定叶片。
8409以与固定输油管8507的端部交搭。如在图26和图26A中进一步显示的，柔性密封接头8508环绕内轴8504的端部。尽管通过油接头8412和输油管8507输送的油的大部分进入内轴8504的中空通道8506，但是中空通道8506内的背压可能致使一些油被强迫回到搭接接头之间。残油在内轴8504与管8507之间的搭接之间移动并且被收集在油档8513中，在此处，油通过残油排放管8414排尽。如图25中进一步看到的，输油管和残油档通过三个支撑腿同轴地悬挂在压缩空气进口8410前面，所述支撑腿还用作用于压缩机进口的固定叶片。
[0143] 图27示出了离合器7000的示例，该离合器7000可在ECT中采用以当通过发动机废气向涡轮机提供的动力不足时，减小电动机上的负载。此离合器适合用于具有单级或双级涡轮机和/或压缩机的单轴或同心轴ECT中。在此示例中，它显示在具有同心轴的双级压缩机ECT中采用。低压压缩机叶片7408连接到内轴7504和低压涡轮机叶片(未示出)。高压压缩机叶片7001连接到外同心轴7505和电动机转子(未示出)。在此示例中如果离合器不被驱动，则对向离合器面7006和7008通常不接合或联接。磁铁7002承载在叶片
7001的面上并且线圈容纳在壁7010中。当离合器7000处于未驱动状态时，离合器面7006和7008不接合并且压缩机叶片7001和7008独立旋转。然而，当线圈7004受到外部电源(未示出)激励时，叶片7001中的磁铁7002被朝着线圈7004吸引，这导致高压叶片7001的轻微纵向移动，并且离合器面7006和7008变得接合。尽管此示例构造为电控离合器，但是单向机械、液压驱动或其他实现相同目的的离合器也可视为备选方案。用于此实施例中的离合器的主要标准是对预定的运行状态起反应并且在低发动机速度期间使低压涡轮机和/或压缩机负载与电动机分离，然后当发动机产生充足的废气而以足够使压缩机运行的速度驱动涡轮机时，将低压部件联接到高压部件。
7001的面上并且线圈容纳在壁7010中。当离合器7000处于未驱动状态时，离合器面7006和7008不接合并且压缩机叶片7001和7008独立旋转。然而，当线圈7004受到外部电源(未示出)激励时，叶片7001中的磁铁7002被朝着线圈7004吸引，这导致高压叶片7001的轻微纵向移动，并且离合器面7006和7008变得接合。尽管此示例构造为电控离合器，但是单向机械、液压驱动或其他实现相同目的的离合器也可视为备选方案。用于此实施例中的离合器的主要标准是对预定的运行状态起反应并且在低发动机速度期间使低压涡轮机和/或压缩机负载与电动机分离，然后当发动机产生充足的废气而以足够使压缩机运行的速度驱动涡轮机时，将低压部件联接到高压部件。
[0144] 图28和图29示出了又一ECT实施例，在该实施例中，双级压缩机构造用于外部中
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