[发明专利]配合到涡轮机轴上的电动转子

说明书

技术领域

本公开内容涉及将电动马达的转子配合到涡轮机(turbomachine)的轴上。

背景技术

电子控制的涡轮增压器(ECT)的轴与电动马达的转子之间的配合的紧密性具有竞争性需求。配合应当足够紧，使在绝大多数预计的需要的操作条件下在两者之间不存在相对运动。即，将转矩施加到轴和转子上的操作状态作用为展示在推动它们分离地旋转的转矩上的最高差别，以及可通过不相等的热膨胀来影响配合的升温状态。配合还必须抵抗在高转速下由于作用在引起膨胀的质量上的离心力引起的分离，以及在包括可引起不相等的热膨胀的极冷和极热状态的整个操作范围内保持连接。该配合不应当紧到使得在匹配的零件中设立的应力发展出裂纹。另外，该配合应当尽可能易于组装。在一些情况下，可发现有用的是加热转子或冷却轴来便于过盈配合的组装。如果此类热制备可避免或组装的误差率可减小，则组装成本降低。在现有的ECT中，转子以沿两者所匹配的大部分长度的滑动配合或过盈配合来配合在轴上。在滑动配合和过盈配合两者中，转子的内部直径大致等于轴的外部直径。在前者的情况下，存在略微的空隙，而在后者中，存在略微的重叠，意味着轴直径超过转子内部直径，以便在匹配时存在过盈。此类大表面面积的接合的问题之一在于如果表面精整(finish)或同心度中存在任何缺陷，则两者可变得卡在中间位置处，即，并未完全组装。另外，由于用于涡轮机械(turbomachinery)的精确的(minute)公差范围，圆柱度和圆度使配合进一步复杂。在任何上述因素中的偏差的情况下，轴和转子并非顺从的(compliant)。

发明内容

为了克服在现有技术中认识到的至少一个问题，公开了一种电子控制的涡轮机，其包括轴，该轴具有联接到轴的第一端上的涡轮叶轮(wheel)、设置在涡轮叶轮上的涡轮壳体区段、装固到轴的第二端上的压缩机叶轮、设置在压缩机叶轮上的压缩机壳体区段，以及设置在轴上的电动机。转子位于涡轮与压缩机区段之间。电动机包括转子和定子。转子固定到轴的一部分上。轴的部分具有第一轴向区段、第二轴向区段和第三轴向区段。转子的内部直径大于第二轴向区段的直径。第二轴向区段位于第一轴向区段与第三轴向区段之间。

在一些实施例中，转子的内部直径沿第一轴向区段和第三轴向区段大致等于轴的外部直径。备选地，转子的内部直径沿第三轴向区段略微小于轴的外部直径，使得过盈配合沿第三轴向区段形成，并且第三轴向区段定位为比第一轴向区段和第二轴向区段更接近涡轮叶轮。在一些实施例中，转子的内部直径沿第一轴向区段大致等于轴的外部直径。在本公开内容中，滑动配合为转子的内部直径大致等于轴的外部直径但带有两者之间的最小空隙的配合。两个零件由手接合或以中等量的压力接合。在过盈配合中，两个直径大致相等，但其中转子的内部直径略微小于轴的外部直径。另外，在本公开内容中，用语过盈配合还用来涉及可称为膨胀配合和收缩配合的配合，例如，当转子被加热来配合在轴上时和/或当轴被冷却来允许插入转子中时。当两个部分达到相同温度时，过盈发生。

在一个实施例中，邻近轴的第一轴向区段的转子的一端焊接到轴上。焊接为通过电子束焊接、激光焊接或钨惰性气体焊接(tungsteninertgaswelding)中的一种。备选地，轴和转子是超声波地焊接的或摩擦焊接的。

焊接可在第一轴向区段和第三轴向区段中的一者或两者中沿在轴与转子之间的界面定位。在另一个实施例中，轴具有位于第三轴向区段与涡轮叶轮之间的第四轴向区段。第四轴向区段包括在大致径向方向上向外延伸的表面，该表面与在大致径向方向上延伸的转子的表面匹配。匹配表面为摩擦焊接的。

在一个实施例中，轴具有在转子与压缩机轴向区段之间的带螺纹(threaded)的轴向区段。螺母与轴上的螺纹接合，以引起转子抵靠止挡部(stop)。

在又一个备选方案中，轴至少对于第一部分的长度的一小部分是带螺纹的。

转子的内部直径沿转子的长度大致一致，并且涡轮机的轴沿第二轴向区段削减(cutback)。备选地，转子沿与轴的第二轴向区段匹配的长度削减。

轴可包括止挡部区段，其位于第三轴向区段与涡轮叶轮之间。轴的止挡部区段具有大于第三轴向区段的直径；且止挡部区段将转子在轴向方向上定位到轴上。

第一轴向区段、第二轴向区段和第三轴向区段的长度和直径选择成在涡轮机的速度范围内提供期望的振动特性。

涡轮机还包括设置在电动机之上的马达壳体，并且第一轴承和第二轴承设置在轴上。第一轴承位于压缩机区段与转子之间。第二轴承位于涡轮区段与转子之间。