Bearing housing

Abstract

A bearing housing for a turbomachine, comprising a main body that comprises a first end and a second end. The first end comprises an attachment portion to which a compressor housing is attachable. The bearing housing further comprises a plurality of integral vanes that extend from the first end.

Description

BEARING HOUSINGField of Invention

[0001] The present invention relates to a bearing housing for a turbomachine. The present invention also relates to a turbomachine, to a method of manufacturing a bearing housing for a turbomachine, to a computer program.Background

[0002] Compressors receive fluid, such as air, via an inlet, and exhaust pressurised fluid via an outlet. Provided between the inlet and outlet is a compressor wheel, supported for rotation on a shaft. The compressor wheel does work on the fluid, by virtue of the shaft being driven, to increase the pressure of the fluid.

[0003] One such use of a compressor is in a turbocharger. Turbochargers are well known devices for supplying air to the intake of an internal combustion engine at pressures above atmospheric pressure (boost pressures) . A conventional turbocharger comprises an exhaust gas driven turbine wheel mounted on a rotatable shaft within a turbine housing. Rotation of the turbine wheel rotates the compressor wheel mounted on the other end of the shaft within the compressor cover. The compressor wheel delivers compressed air to the intake manifold of the engine via an outlet volute, thereby increasing engine power. Compressors may be provided with vanes that are disposed between a wheel chamber, in which the compressor wheel is disposed, and the outlet volute.

[0004] It is an object of the present invention to address one or more problems associated with known assemblies, whether identified herein or otherwise.Summary

[0005] In a first aspect of the invention there is provided a bearing housing for a turbomachine. The bearing housing comprises a main body. The main body comprises a first end and a second end. The first end comprises an attachment portion to which a compressor housing is attachable. The bearing housing further comprise a plurality of integral vanes that extend from the first end.

[0006] The plurality of integral vanes may be directly fixed to the first end of the bearing housing. The plurality of integral vanes may be fixed to the first end of the bearing housing via welding.

[0007] Turbomachines include a bearing housing to which a compressor housing of a compressor is attached. A vane ring, which is formed as a separate component to the compressor housing and the bearing housing, is disposed between the compressor housing and the bearing housing. It is necessary to provide a seal element between the vane ring and the bearing housing to reduce flow leakage between the vane ring and the bearing housing. Leakage between the vane ring and the bearing housing is referred to as “back face flow leakage” . Leakage can also occur between the distal ends of the vanes of the vane ring and the compressor housing. This leakage is referred to as “tip leakage” .

[0008] Since the bearing housing comprises a plurality of integral vanes, flow leakage is advantageously reduced. In particular, since the vanes are integrally formed with the main body of the bearing housing, the potential for back face flow leakage is eliminated. It is preferable to eliminate back face leakage rather than tip leakage. This is because back face leakage has a greater impact on the performance of the compressor, in particular the pressure ratio and efficiency of the compressor.

[0009] the plurality of integral vanes and the main body define a unitary part, a tolerance stack of the bearing housing is reduced. This is as compared to a conventional assembly.

[0010] The first end of the bearing housing may refer to a first end surface. The first end may refer to an absolute end of the bearing housing. The first end surface may be disposed at an absolute end of the bearing housing.

[0011] Instead of a plurality of integral vanes that extend from the first end of the bearing housing, the bearing housing may comprise a plurality of vanes that are attached to the first end of the bearing housing. The plurality of vanes may be directly attached to the first end of the bearing housing. The plurality of vanes may be fixedly attached to the first end of the bearing housing. The plurality of vanes may form a part of a vane ring that is attached to the bearing housing. The vane ring may be directly attached to the first end of the bearing housing. The vane ring may be fixedly attached to the first end of the bearing housing. The plurality of vanes or vane ring may be attached to the first end of the bearing hosing via brazing, via an adhesive, via an interference fit, via crimping, via staking, or via any other suitable method.

[0012] The plurality of integral vanes and the main body may define a unitary part.

[0013] The term ‘unitary part’ may be understood to refer to a part that is formed from a single piece of material. Therefore, where the plurality of integral vanes and the main body define a unitary part, the plurality of integral vanes and the main body are formed from a single piece of material. The unitary part that is defined by the plurality of integral vanes and the main body may be generally homogeneous. The unitary part that is defined by the plurality of integral vanes and the main body may be non-homogeneous.

[0014] Where the plurality of integral vanes and the main body define a unitary part, a tolerance stack of the bearing housing is reduced. This is as compared to a conventional assembly.

[0015] The plurality of integral vanes may extend from a uniform surface that is defined by the first end of the bearing housing.

[0016] The uniform surface that is defined by the first end may be understood to mean that the uniform surface does not include any surface features such as surface irregularities.

[0017] The uniform surface may be planar.

[0018] The uniform surface being planar may be understood to mean that the uniform surface defines a linear profile.

[0019] The plurality of vanes may be disposed about a central axis.

[0020] The uniform surface may extend along both a radial direction and a direction along the central axis.

[0021] A radially outer portion of the uniform surface may be disposed axially distal a radially inner portion of the uniform surface.

[0022] A radially inner portion of the uniform surface may be disposed axially distal a radially outer portion of the uniform surface.

[0023] The uniform surface may be concave. The uniform surface may be convex.

[0024] The uniform surface may extend perpendicular to the central axis.

[0025] The uniform surface may define a non-linear profile.

[0026] The non-linear profile may be a curved profile.

[0027] The plurality of integral vanes may be formed from the same material as the main body of the bearing housing.

[0028] Where the vanes are formed from the same material as the main body of the bearing housing, the thermal expansion of the main body of the bearing housing and of the plurality of integral vanes is advantageously more consistent and more predictable. This is as compared to a conventional assembly of a bearing housing and a vane ring. This advantageously reduces the likelihood of damage to the bearing housing.

[0029] The plurality of integral vanes may be formed from a different material to the main body of the bearing housing.

[0030] The plurality of integral vanes may consists of a prime number of integral vanes.

[0031] The plurality of integral vanes consisting of a prime number of integral vanes may be understood to mean that the total number of integral vanes that make up the plurality of integral vanes is equal to a prime number. For example, where the plurality of integral vanes consists of a prime number of integral vanes, the plurality of integral vanes may consist of 3, 5, 7, 11, or 13 vanes, but not 12 vanes.

[0032] Where the plurality of integral vanes consists of a prime number of integral vanes, the likelihood of resonance occurring in use is advantageously reduced.

[0033] A coefficient of thermal expansion of the main body of the bearing housing may be within 5%of a coefficient of thermal expansion of the plurality of integral vanes.

[0034] The coefficient of thermal expansion of the main body of the bearing housing being within 5%of the coefficient of thermal expansion of the plurality of integral vanes may be understood to mean that the coefficient of thermal expansion of the main body of the bearing housing is up to 5%less than and / or up to 5%greater than the coefficient of thermal expansion of the plurality of integral vanes.

[0035] In a second aspect of the invention there is provided a turbomachine. The turbomachine comprises a bearing housing according to the first aspect of the invention, and a compressor. The compressor comprises a compressor housing. The compressor housing comprises an inlet passage, a wheel chamber, and an outlet passage. The compressor housing is attached to the attachment portion of the bearing housing. A flow passage is defined between the first end of the bearing housing and the compressor housing. The flow passage fluidly links the wheel chamber and the outlet passage. The plurality of integral vanes are disposed in the flow passage.

[0036] The compressor may comprise a compressor wheel that is supported on a shaft.

[0037] The turbomachine may be a turbocharger, a supercharger, an eMachine, an eCompressor, or eTurbo. The turbomachine may form a part of a system that includes an internal combustion engine, and / or a fuel cell.

[0038] A clearance between a distal end of each vane of the plurality of integral vanes and the compressor housing may be less than or equal to 1mm.

[0039] A clearance between a distal end of each vane of the plurality of integral vanes and the compressor housing may be less than or equal to 0.15mm.

[0040] The compressor may comprise a compressor wheel.

[0041] The compressor wheel may define a diameter of equal to or greater than 85mm and / or equal to or less than 115mm.

[0042] The diameter of the compressor wheel may be at least 90mm and / or up to 108mm. The diameter of the compressor wheel may be at least 45mm and / or up to 200mm.

[0043] The above diameters may be understood to refer to an outermost diameter of the compressor wheel.

[0044] The compressor wheel may comprise a plurality blades. The plurality of integral vanes may consist of a number of integral vanes that is different to a number of blades the plurality of blades consists of.

[0045] The blades of the plurality of blades may be of substantially equal axial length. The blades of the plurality of blades may comprise a plurality of main blades and a plurality of splitter blades. The plurality of integral vanes may consist of a number of integral vanes that is different to a number of total blades the plurality of blades consists of. The total number of blades may be understood to refer to the sum of the number of main blades and the number of splitter blades.

[0046] The compressor wheel may comprise a plurality of main blades and a plurality of splitter blades. The plurality of integral vanes may consist of a number of integral vanes that is different to a number of main blades that the plurality of main blades consists of.

[0047] The axial length of the main blades may be greater than that of the splitter blades.

[0048] The turbomachine may be a turbocharger.

[0049] Where the turbomachine is a turbocharger, the turbomachine may further comprise a turbine. The turbine may comprise a turbine wheel that is supported on a shaft. The shaft may be the same shaft that supports a compressor wheel of the compressor.

[0050] In a third aspect of the invention there is provided an assembly for a turbomachine. The assembly comprises a bearing housing according to the first aspect of the invention. The assembly further comprises a shaft that extends through the bearing housing and is supported by one or more bearing assemblies of the bearing housing.

[0051] The assembly may be referred to as a core assembly.

[0052] The assembly may further comprise a turbine wheel and a compressor wheel. The turbine wheel and the compressor wheel may be fixed at opposite ends of the shaft.

[0053] In a fourth aspect of the invention there is provided a method of manufacturing a bearing housing for a turbomachine. The method comprises providing the bearing housing with a plurality of integral vanes such that the plurality of integral vanes extend from a first end of a main body of the bearing housing.

[0054] The plurality of integral vanes may be formed with the main body such that the plurality of integral vanes and the main body define a unitary part.

[0055] The plurality of integral vanes may be provided via machining.

[0056] The main body of the bearing housing and plurality of integral vanes may be formed via casting.

[0057] The main body of the bearing housing and plurality of integral vanes may be formed via additive manufacturing.

[0058] The main body of the bearing housing and the plurality of integral vanes may be formed via injection moulding.

[0059] In a fifth aspect of the invention there is provided a computer program comprising computer executable instructions that, when executed by a processor, cause the processor to control an additive manufacturing apparatus to manufacture a bearing housing according to the first aspect of the invention.

[0060] In a sixth aspect of the invention there is provided a method of manufacturing a bearing housing according to the first aspect of the invention via additive manufacturing. The method comprises obtaining an electronic file representing a geometry of a product wherein the product is a bearing housing. The method further comprises controlling an additive manufacturing apparatus to manufacture, over one or more additive manufacturing steps, the product according to the geometry specified in the electronic file.Brief Description of the Drawings

[0061] Embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which:

[0062] - Figure 1 shows a turbomachine according to an embodiment of the present invention;

[0063] - Figure 2 shows a partial cross-section of the turbomachine of Figure 1;

[0064] - Figure 3 shows a bearing housing of the turbomachine of Figure 1; and

[0065] - Figure 4 shows a distal end region of a vane of the bearing housing of Figure 3.Detailed Description

[0066] Figure 1 shows a turbocharger 2. The turbocharger 2 comprises a turbine 4 joined to a compressor 6 via a bearing housing 8. The compressor 6 is a centrifugal compressor. The turbine 4 comprises a turbine housing 10 and a turbine impeller 12. The turbine impeller 12 is disposed in a turbine wheel chamber 13. Similarly, the compressor 6 comprises a compressor housing 14 and a compressor impeller 16 (or compressor wheel) . The compressor impeller 16 may define a diameter (i.e., an outer diameter) that is equal to or greater than 85mm and / or equal to or less than 1l5mm. In some embodiments, the diameter of the compressor impeller 16 may be equal to or greater than 90mm and / or up to 108mm. In some embodiments, the diameter of the compressor impeller 16 may be at least 45mm and / or up to 200mm. The compressor impeller 16 is disposed in a compressor wheel chamber 17. The turbine impeller 12 and compressor impeller 16 are mounted on opposite ends of a shaft 18 which is supported on a bearing assemblies 20 (only one of which is shown in Figure 1) that is disposed within the bearing housing 8. The compressor impeller 16 comprises a plurality of blades 19. The bearing housing 8 and the shaft 18 may form a separate assembly, which may be referred to as a core assembly. The assembly may also comprise the compressor impeller 16 and / or the turbine impeller 12. The plurality of blades 19 comprise a plurality of main blades and a plurality of splitter blades. The main blades have a greater axial length than that of the splitter blades. In some embodiments, the plurality of blades 19 may comprise only main blades. That is to say, the blades of the plurality of blades may be of generally equal axial length.

[0067] The turbine housing 10 is provided with an exhaust gas inlet (not visible in Figure 1-it is out of the plane of the cross-section) and an exhaust gas outlet 22. The exhaust gas inlet directs incoming exhaust gas to an annular inlet volute 24 surrounding the turbine impeller 12. The exhaust gas flows through the turbine 4 and out of the exhaust gas outlet 24 via a circular outlet opening which is co-axial with the turbine impeller 12. Rotation of the turbine impeller 12 rotates the compressor impeller 16 which draws in air through an inlet opening 25 and an inlet passage 26 and delivers compressed air to the engine intake via an outlet passage 28 in the form of an annular outlet volute. The turbine impeller 12, the shaft 18 and the compressor impeller 16 are co-axial and rotate about a turbocharger axis 30.

[0068] The bearing housing 8 provides a lubricating system for the turbocharger 2. The bearing housing 8 includes a series of channels 32 (only one of which is labelled in Figure 1) through which oil is supplied to the bearing assembly 20. The channels 36 receive oil from an engine oil circuit (not shown) . The bearing housing 8 also includes a turbine seal assembly 38 and a compressor seal assembly 40. The bearing housing 8 comprises a main body 42. The main body 42 comprises a first end 44 and a second end 46. The second end 46 is opposed to the first end 44. The first end 44 comprises an attachment portion 48. The compressor housing 14 is attachable to the attachment portion 48. As depicted, the compressor housing 14 is attached to the attachment portion 48.

[0069] Figure 2 shows the turbocharger 2 of Figure 1 in the region of the compressor 6 and the first end 44 of the main body 42 of the bearing housing 8. A flow passage 50 is defined between the first end 44 of the bearing housing 8 and the compressor housing 14. The flow passage 50 fluidly links the wheel chamber 17 and the outlet passage 28.

[0070] Figure 3 shows a perspective view of the bearing housing 8. The bearing housing 8 comprises a plurality of integral vanes 52 (only one of which is labelled in Figure 3) . The plurality of vanes 52 are disposed about a central axis 53 of the bearing housing 8. When the bearing housing 8 is assembled into the turbocharger (not shown in Figure 3) , the central axis 53 of the bearing housing 8 is coincident with the turbocharger axis. The plurality of integral vanes 52 extend from the first end 44 of the main body 42 of the bearing housing 8. Each integral vane of the plurality of integral vanes 52 defines a respective distal end 56 (only one of which is labelled in Figure 3) .

[0071] In the present embodiment, the plurality of integral vanes 52 and the main body 42 define a unitary part. In some embodiments, the unitary part that is defined by the plurality of integral vanes 52 and the main body 42 may be generally homogeneous. Where the unitary part that is defined by the plurality of integral vanes 52 and the main body 42 is generally homogeneous, it will be appreciated that there may be some minor variations in material properties throughout the homogeneous unitary part. In some embodiments, the unitary part that is defined by the plurality of integral vanes 52 and the main body 42 may be non-homogeneous. This is discussed in more detail below.

[0072] In some embodiments, the plurality of integral vanes 52 may be separately formed from the bearing housing 8 and subsequently attached, preferably directly attached, to the bearing housing 8. In some embodiments, the plurality of integral vanes 52 may be attached to the bearing housing 8 via welding. Where the plurality of integral vanes 52 are attached to the bearing housing 8 via welding, the plurality of integral vanes 52 and the main body 42 of the bearing housing 8 may not be considered to define a unitary part. In some embodiments, the plurality of integral vanes 52 may form a part of a vane ring that is separately formed from the bearing housing 8 and subsequently attached, preferably directly attached, to the bearing housing 8. The vane ring may be attached to the bearing housing 8 via welding. Where the vane ring is attached to the bearing housing 8 via welding, the vane ring, which comprises the plurality of integral vanes 52, and the main body 42 of the bearing housing 8 may not be considered to define a unitary part.

[0073] As will be discussed in more detail below, the plurality of integral vanes 52 may be formed, or provided, via machining, via casting, via injection moulding, or via additive manufacturing. The plurality of integral vanes 52 are formed from the same material as the main body 42 of the bearing housing 8. However, as will be discussed in more detail below, this need not be the case.

[0074] Conventional turbochargers typically comprise a vane ring that is formed as a separate component to the bearing housing and the compressor housing. Conventional vane rings are disposed between the bearing housing and the compressor housing, and a seal element is provided between the vane ring and the bearing housing to reduce flow leakage between the vane ring and the bearing housing. This flow leakage is referred to as “back face flow leakage” . Since the bearing housing 8 comprises a plurality of integral vanes 52, flow leakage is advantageously reduced. In particular, since the bearing housing 8 comprises a plurality of integral vanes 52, the potential for back face flow leakage is eliminated.

[0075] In some embodiments, a coefficient of thermal expansion of the main body 42 of the bearing housing 8 is within 5%of a coefficient of thermal expansion of the plurality of integral vanes 52. That is to say, in some embodiments, the coefficient of thermal expansion of the main body 42 of the bearing housing 8 is no more than 5%greater than of the coefficient of thermal expansion of the plurality of integral vanes 52, and is no less than 5%smaller than of the coefficient of thermal expansion of the plurality of integral vanes 52.

[0076] In some embodiments, the plurality of integral vanes 52 consists of a prime number of integral vanes 52. That is to say, the total number of integral vanes that make up the plurality of integral vanes 52 is equal to a prime number. For example, the plurality of integral vanes may consist of 3, 5, 7, 11, or 13 vanes, but not 12 vanes. In other embodiments, the plurality of integral vanes 52 may consist of any suitable number of integral vanes, including or excluding prime numbers. For example, the plurality of integral vanes 52 may consist of 9, 12, or 16 integral vanes. In some embodiments, the plurality of integral vanes 52 consists of a number of integral vanes that is different to a number of blades that the plurality of blades of the compressor impeller (not shown in Figure 3) consists of. For example, the plurality of blades of the impeller may consist of 11 blades while the plurality of integral vanes 52 may consist of 7 integral vanes. In embodiments in which the compressor wheel comprises main blades and splitter blades, the plurality of integral vanes 52 may consist of a number of integral vanes that is different to a number of main blades that the plurality of main blades of the compressor impeller consists of. For example, the plurality of main blades of the compressor impeller may consist of 11 main blades while the plurality of integral vanes may consist of 7 integral vanes. In embodiments in which the compressor wheel comprises main blades and splitter blades, the plurality of integral vanes 52 may consist of a number of integral vanes that is different to a total number of blades the plurality of blades of the compressor impeller consists of. In embodiments in which the compressor comprises a plurality of blades that are of substantially equal axial length, the plurality of integral vanes 52 may consist of a number of integral vanes that is different to a number of blades that the plurality of blades of the compressor impeller consists of. For example, the plurality of blades of the compressor impeller may consist of 11 blades while the plurality of integral vanes may consist of 7 integral vanes.

[0077] The first end 44 of the bearing housing 8 defines a uniform surface 54. The term ‘uniform’ in this context may be understood to mean that the surface does not include any surface features, such as surface irregularities. In the depicted embodiment, the uniform surface 54 is planar. The uniform surface 54 extends perpendicular to the central axis 53 of the bearing housing 8. In some embodiments, the uniform surface 54 may define a non-linear (i.e., non-planar) profile. The non-linear profile may be a curved profile. In some embodiments, the uniform surface 54 may extend along both a radial direction and a direction along the central axis 53 of the bearing housing 8. That is to say, the uniform surface may be non-perpendicular to the central axis 53. In some embodiments, a radially outer portion 55 of the uniform surface 54 may be disposed axially distal a radially inner portion 57 of the uniform surface. In some embodiments, the radially inner portion 57 of the uniform surface 54 may be disposed axially distal the radially outer portion 55 of the uniform surface. In some embodiments, the uniform surface 54 may be convex or concave. In the depicted embodiment, the uniform surface 54 defines, in a direction along the central axis 53, an end face of the main body 42 of the bearing housing 8. However, in other embodiments, the end face of the main body 42 of the bearing housing 8 may be defined by a different part of the main body 42.

[0078] Referring back to Figure 2, the plurality of integral vanes 52 are disposed in the flow passage 50. Referring now to Figure 4, which shows region ‘A’ of Figure 2. A clearance, in a direction along the turbocharger axis (not visible in Figure 4) , between the distal end 56 of each integral vane of the plurality of integral vanes 52 and the compressor housing 14 may be less than 1mm. In some embodiments, the clearance between the distal end 56 of each integral vane of the plurality of integral vanes 52 and the compressor housing 14 may be less than 0.15mm.

[0079] A method of manufacturing the bearing housing 8 comprises providing the bearing housing 8 with the plurality of integral vanes 52 such that the plurality of integral vanes 52 extend from the first end 44 of the main body 42. The plurality of integral vanes 52 may be provided such that the main body 42 and the plurality of integral vanes 52 define a unitary part.

[0080] In some embodiments, the main body 42 of the bearing housing 8 and the plurality of integral vanes 52 may be formed via casting. In such embodiments, the plurality of integral vanes 52 may be cast with the main body 42 of the bearing housing 8. Where the plurality of integral vanes 52 are cast with the main body 42 of the bearing housing 8, the plurality of integral vanes 52 and the main body 42 of the bearing housing 8 define a generally homogeneous unitary part. Alternatively, the plurality of integral vanes 52 may be manufactured in advance of a casting process. The plurality of integral vanes 52 may be cast as individual components or may be cast as part of a vane ring. The plurality of integral vanes 52 may then be inserted, either as individual components or as part of a vane ring, into a casting mould before molten material that is to form the main body 42 of the bearing housing 8 is poured into the casting mould. In this embodiment, the plurality of integral vanes 52 may also be formed via casting, either as individual components or as part of a vane ring. In this embodiment, the plurality of integral vanes 52 and the main body 42 of the bearing housing may define a non-homogeneous unitary part.

[0081] In some embodiments, the plurality of integral vanes 52 may be provided via a machining process, such as milling. Where the plurality of integral vanes are provided via a machining process, the first end 44 of the main body 42 of the bearing housing 8 may comprise an extension portion (not shown in the figures) that is machined away by a machine tool to provide the plurality of integral vanes 52. In this embodiment, the main body 42 of the bearing housing 8 may be formed (with the extension portion) via casting. In this embodiment, the unitary part defined by the plurality of integral vanes 52 and the main body 42 of the bearing housing 8 may define a homogeneous unitary part.

[0082] In some embodiments, the main body 42 of the bearing housing 8 and the plurality of integral vanes 52 may be formed via additive manufacturing. Where the main body 42 of the bearing housing 8 and the plurality of integral vanes 52 are formed via additive manufacturing, the unitary part defined by the plurality of integral vanes 52 and the main body 42 of the bearing housing 8 may either be a homogeneous unitary part or a non-homogeneous unitary part. A homogeneous unitary part may be obtained via additive manufacturing where the same material is used throughout the additive manufacturing process. A non-homogeneous unitary part may be obtained via additive manufacturing where a different material is used for the plurality of integral vanes 52 as for the main body 42 of the bearing housing 8.

[0083] In some embodiments, the main body 42 of the bearing housing 8 and the plurality of integral vanes 52 may be formed via injection moulding. Where the main body 42 of the bearing housing 8 and the plurality of integral vanes 52 are formed via injection moulding, the unitary part defined by the main body 42 of the bearing housing 8 and the plurality of integral vanes 52 may be a homogeneous unitary part.

[0084] Instead of a plurality of integral vanes that extend from the first end of the bearing housing, the bearing housing may comprise a plurality of vanes that are attached to the first end of the bearing housing. The plurality of vanes may be directly attached to the first end of the bearing housing. The plurality of vanes may be fixedly attached to the first end of the bearing housing. The plurality of vanes may form a part of a vane ring that is attached to the bearing housing. The vane ring may be directly attached to the first end of the bearing housing. The vane ring may be fixedly attached to the first end of the bearing housing. The plurality of vanes or vane ring may be attached to the first end of the bearing hosing via brazing, via an adhesive, via an interference fit, via crimping, via staking, or via any other suitable method.

[0085] The bearing housing 8 described above may be used with any type of turbomachine. The turbomachine may be a turbocharger, a supercharger, an eMachine, an eTurbo, or an eCompressor. The turbomachine may form a part of a system that includes an internal combustion engine and / or a fuel cell.

[0086] Examples according to the disclosure may be formed using an additive manufacturing process. A common example of additive manufacturing is 3D printing; however, other methods of additive manufacturing are available. Rapid prototyping or rapid manufacturing are also terms which may be used to describe additive manufacturing processes.

[0087] As used herein, “additive manufacturing” refers generally to manufacturing processes wherein successive layers of material (s) are provided on each other to “build-up” layer-by-layer or “additively fabricate” , a three-dimensional component. This is compared to some subtractive manufacturing methods (such as milling or drilling) , wherein material is successively removed to fabricate the part. The successive layers generally fuse together to form a monolithic component which may have a variety of integral sub-components. In particular, the manufacturing process may allow an example of the disclosure to be integrally formed and include a variety of features not possible when using prior manufacturing methods.

[0088] Additive manufacturing methods described herein enable manufacture to any suitable size and shape with various features which may not have been possible using prior manufacturing methods. Additive manufacturing can create complex geometries without the use of any sort of tools, molds or fixtures, and with little or no waste material. Instead of machining components from solid billets of plastic or metal, much of which is cut away and discarded, the only material used in additive manufacturing is what is required to shape the part.

[0089] Suitable additive manufacturing techniques in accordance with the present disclosure include, for example, Fused Deposition Modeling (FDM) , Selective Laser Sintering (SLS) , 3D printing such as by inkjets and laserjets, Stereolithography (SLA) , Direct Selective Laser Sintering (DSLS) , Electron Beam Sintering (EBS) , Electron Beam Melting (EBM) , Laser Engineered Net Shaping (LENS) , Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM) , Laser Net Shape Manufacturing (LNSM) , Direct Metal Deposition (DMD) , Digital Light Processing (DLP) , Continuous Digital Light Processing (CDLP) , Direct Selective Laser Melting (DSLM) , Selective Laser Melting (SLM) , Direct Metal Laser Melting (DMLM) , Direct Metal Laser Sintering (DMLS) , Material Jetting (M J) , NanoParticle Jetting (NPJ) , Drop On Demand (DOD) , Binder Jetting (B J) , Multi Jet Fusion (MJF) , Laminated Object Manufacturing (LOM) and other known processes. Binder Jetting has been found to be particularly effective for manufacturing the components disclosed herein.

[0090] The additive manufacturing processes described herein may be used for forming components using any suitable material. For example, the material may be plastic, metal, composite, concrete, ceramic, polymer, epoxy, photopolymer resin, or any other suitable material that may be in solid, liquid, powder, sheet material, wire, or any other suitable form or combinations thereof. More specifically, according to exemplary embodiments of the present subject matter, the additively manufactured components described herein may be formed in part, in whole, or in some combination of materials including but not limited to pure metals, nickel alloys, chrome alloys, titanium, titanium alloys, magnesium, magnesium alloys, aluminum, aluminum alloys, iron, iron alloys, stainless steel, and nickel or cobalt based superalloys (e.g., those available under the name  available from Special Metals Corporation) . These materials are examples of materials suitable for use in additive manufacturing processes which may be suitable for the fabrication of examples described herein. Stainless steel, in particular grade AISI 316L, is a preferred material for use in manufacturing the components disclosed herein.

[0091] As noted above, the additive manufacturing process disclosed herein allows a single component to be formed from multiple materials. Thus, the examples described herein may be formed from any suitable mixtures of the above materials. For example, a component may include multiple layers, segments, or parts that are formed using different materials, processes, and / or on different additive manufacturing machines. In this manner, components may be constructed which have different materials and material properties for meeting the demands of any particular application. In addition, although the components described herein are constructed entirely by additive manufacturing processes, it should be appreciated that in alternate embodiments, all or a portion of these components may be formed via casting, machining, and / or any other suitable manufacturing process. Indeed, any suitable combination of materials and manufacturing methods may be used to form these components.

[0092] Additive manufacturing processes typically fabricate components based on three-dimensional (3D) information, for example a three-dimensional computer model (or design file) , of the component.

[0093] Accordingly, examples described herein not only include products or components as described herein, but also methods of manufacturing such products or components via additive manufacturing and computer software, firmware or hardware for controlling the manufacture of such products via additive manufacturing.

[0094] The structure of one or more parts of the product may be represented digitally in the form of a design file. A design file, or computer aided design (CAD) file, is a configuration file that encodes one or more of the surface or volumetric configuration of the shape of the product. That is, a design file represents the geometrical arrangement or shape of the product.

[0095] Design files can take any now known or later developed file format. For example, design files may be in the Stereolithography or “Standard Tessellation Language” (. stl) format which was created for stereolithography CAD programs of 3D Systems, or the Additive Manufacturing File (. amf) format, which is an American Society of Mechanical Engineers (ASME) standard that is an extensible markup-language (XML) based format designed to allow any CAD software to describe the shape and composition of any three-dimensional object to be fabricated on any additive manufacturing printer.

[0096] Further examples of design file formats include AutoCAD (. dwg) files, Blender (. blend) files, Parasolid (. x_t) files, 3D Manufacturing Format (. 3mf) files, Autodesk (3ds) files, Collada (. dae) files and Wavefront (. obj) files, although many other file formats exist.

[0097] Design files can be produced using modelling (e.g. CAD modelling) software and / or through scanning the surface of a product to measure the surface configuration of the product.

[0098] Once obtained, a design file may be converted into a set of computer executable instructions that, once executed by a processer, cause the processor to control an additive manufacturing apparatus to produce a product according to the geometrical arrangement specified in the design file. The conversion may convert the design file into slices or layers that are to be formed sequentially by the additive manufacturing apparatus. The instructions (otherwise known as geometric code or “G-code” ) may be calibrated to the specific additive manufacturing apparatus and may specify the precise location and amount of material that is to be formed at each stage in the manufacturing process. As discussed above, the formation may be through deposition, through sintering, or through any other form of additive manufacturing method.

[0099] The code or instructions may be translated between different formats, converted into a set of data signals and transmitted, received as a set of data signals and converted to code, stored, etc., as necessary. The instructions may be an input to the additive manufacturing system and may come from a part designer, an intellectual property (IP) provider, a design company, the operator or owner of the additive manufacturing system, or from other sources. An additive manufacturing system may execute the instructions to fabricate the product using any of the technologies or methods disclosed herein.

[0100] Design files or computer executable instructions may be stored in a (transitory or non-transitory) computer readable storage medium (e.g., memory, storage system, etc. ) storing code, or computer readable instructions, representative of the product to be produced. As noted, the code or computer readable instructions defining the product that can be used to physically generate the object, upon execution of the code or instructions by an additive manufacturing system. For example, the instructions may include a precisely defined 3D model of the product and can be generated from any of a large variety of well-known computer aided design (CAD) software systems such as  DesignCAD 3D Max, etc. Alternatively, a model or prototype of the component may be scanned to determine the three-dimensional information of the component.

[0101] Accordingly, by controlling an additive manufacturing apparatus according to the computer executable instructions, the additive manufacturing apparatus can be instructed to print out one or more parts of the product. These can be printed either in assembled or unassembled form. For instance, different sections of the product may be printed separately (as a kit of unassembled parts) and then subsequently assembled. Alternatively, the different parts may be printed in assembled form.

[0102] In light of the above, embodiments include methods of manufacture via additive manufacturing. This includes the steps of obtaining a design file representing the product and instructing an additive manufacturing apparatus to manufacture the product in assembled or unassembled form according to the design file. The additive manufacturing apparatus may include a processor that is configured to automatically convert the design file into computer executable instructions for controlling the manufacture of the product. In these embodiments, the design file itself can automatically cause the production of the product once input into the additive manufacturing device. Accordingly, in this embodiment, the design file itself may be considered computer executable instructions that cause the additive manufacturing apparatus to manufacture the product. Alternatively, the design file may be converted into instructions by an external computing system, with the resulting computer executable instructions being provided to the additive manufacturing device.

[0103] Given the above, the design and manufacture of implementations of the subject matter and the operations described in this specification can be realized using digital electronic circuitry, or in computer software, firmware, or hardware, including the structures disclosed in this specification and their structural equivalents, or in combinations of one or more of them. For instance, hardware may include processors, microprocessors, electronic circuitry, electronic components, integrated circuits, etc. Implementations of the subject matter described in this specification can be realized using one or more computer programs, i.e., one or more modules of computer program instructions, encoded on computer storage medium for execution by, or to control the operation of, data processing apparatus. Alternatively or in addition, the program instructions can be encoded on an artificially generated propagated signal, e.g., a machine-generated electrical, optical, or electromagnetic signal that is generated to encode information for transmission to suitable receiver apparatus for execution by a data processing apparatus. A computer storage medium can be, or be included in, a computer-readable storage device, a computer-readable storage substrate, a random or serial access memory array or device, or a combination of one or more of them. Moreover, while a computer storage medium is not a propagated signal, a computer storage medium can be a source or destination of computer program instructions encoded in an artificially generated propagated signal. The computer storage medium can also be, or be included in, one or more separate physical components or media (e.g., multiple CDs, disks, or other storage devices) .

[0104] Although additive manufacturing technology is described herein as enabling fabrication of complex objects by building objects point-by-point, layer-by-layer, typically in a vertical direction, other methods of fabrication are possible and within the scope of the present subject matter. For example, although the discussion herein refers to the addition of material to form successive layers, one skilled in the art will appreciate that the methods and structures disclosed herein may be practiced with any additive manufacturing technique or other manufacturing technology.

[0105] The described and illustrated embodiments are to be considered as illustrative and not restrictive in character, it being understood that only preferred embodiments have been shown and described and that all changes and modifications that come within the scope of the inventions as defined in the claims are desired to be protected. In relation to the claims, it is intended that when words such as "a, " "an, " "at least one, " or "at least one portion" are used to preface a feature there is no intention to limit the claim to only one such feature unless specifically stated to the contrary in the claim. When the language "at least a portion" and / or "a portion" is used the item can include a portion and / or the entire item unless specifically stated to the contrary.

[0106] Optional and / or preferred features as set out herein may be used either individually or in combination with each other where appropriate and particularly in the combinations as set out in the accompanying claims. The optional and / or preferred features for each aspect of the invention set out herein are also applicable to any other aspects of the invention, where appropriate.

Claims

1.A bearing housing for a turbomachine, the bearing housing comprising:a main body that comprises a first end and a second end, the first end comprising an attachment portion to which a compressor housing is attachable; anda plurality of integral vanes that extend from the first end.2.The bearing housing of claim 1, wherein the plurality of integral vanes and the main body define a unitary part.3.The bearing housing of claim 1 or claim 2, wherein the plurality of integral vanes extend from a uniform surface that is defined by the first end of the bearing housing.4.The bearing housing of claim 3, wherein the uniform surface is planar.5.The bearing housing of claim 3 or claim 4, wherein the plurality of vanes are disposed about a central axis.6.The bearing housing of claim 4 and claim 5, wherein the uniform surface extends along both a radial direction and a direction along the central axis.7.The bearing housing of claim 4 and claim 5, wherein the uniform surface extends perpendicular to the central axis.8.The bearing housing of claim 3, wherein the uniform surface defines a non-linear profile.9.The bearing housing of any preceding claim, wherein the plurality of integral vanes are formed from the same material as the main body of the bearing housing.10.The bearing housing of any of claims 1 to 8, wherein the plurality of integral vanes are formed from a different material to the main body of the bearing housing.11.The bearing housing of any preceding claim, wherein the plurality of integral vanes consists of a prime number of integral vanes.12.The bearing housing of any preceding claim, wherein a coefficient of thermal expansion of the main body of the bearing housing is within 5%of a coefficient of thermal expansion of the plurality of integral vanes.13.A turbomachine comprising:a bearing housing according to any preceding claim; anda compressor that comprises a compressor housing, the compressor housing comprising an inlet passage, a wheel chamber, and an outlet passage, the compressor housing being attached to the attachment portion of the bearing housing;wherein a flow passage is defined between the first end of the bearing housing and the compressor housing, the flow passage fluidly linking the wheel chamber and the outlet passage;wherein the plurality of integral vanes are disposed in the flow passage.14.The turbomachine of claim 13, wherein a clearance between a distal end of each vane of the plurality of integral vanes and the compressor housing is less than or equal to 1mm.15.The turbomachine of claim 13 or claim 14, wherein a clearance between a distal end of each vane of the plurality of integral vanes and the compressor housing is less than or equal to 0.15mm.16.The turbomachine of any of claims 13 to 15, wherein the compressor comprises a compressor wheel.17.The turbomachine of claim 16, the compressor wheel defining a diameter of equal to or greater than 85mm and / or equal to or less than 115mm.18.The turbomachine of claim 16 or claim 17, wherein the compressor wheel comprises a plurality blades, and wherein the plurality of integral vanes consists of a number of integral vanes that is different to a number of blades the plurality of blades consists of.19.The turbomachine of any of claims 16 to 18, wherein the compressor wheel comprises a plurality of main blades and a plurality of splitter blades, and wherein the plurality of integral vanes consists of a number of integral vanes that is different to a number of main blades that the plurality of main blades consists of.20.The turbomachine of any of claims 13 to 19, wherein the turbomachine is a turbocharger.21.An assembly for a turbomachine, the assembly comprising:a bearing housing according to any of claims 1 to 12;a shaft that extends through the bearing housing and is supported by one or more bearing assemblies of the bearing housing.The assembly may be referred to as a core assembly.22.The assembly of claim 21, further comprising a turbine wheel and a compressor wheel, the turbine wheel and the compressor wheel being fixed at opposite ends of the shaft.23.A method of manufacturing a bearing housing for a turbomachine, the method comprising:providing the bearing housing with a plurality of integral vanes such that the plurality of integral vanes extend from a first end of a main body of the bearing housing.24.The method of claim 23, wherein the plurality of integral vanes are formed with the main body such that the plurality of integral vanes and the main body define a unitary part.25.The method of claim 23 or claim 24, wherein the plurality of integral vanes are provided via machining.26.The method of claim 23 or claim 24, wherein the main body of the bearing housing and plurality of integral vanes are formed via casting.27.The method of claim 23 or claim 24, wherein the main body of the bearing housing and plurality of integral vanes are formed via additive manufacturing.28.The method of claim 23 or claim 24, wherein the main body of the bearing housing and the plurality of integral vanes are formed via injection moulding.29.A computer program comprising computer executable instructions that, when executed by a processor, cause the processor to control an additive manufacturing apparatus to manufacture a bearing housing according to any of claims 1 to 12.30.A method of manufacturing a bearing housing according to any of claims 1 to 12 via additive manufacturing, the method comprising:obtaining an electronic file representing a geometry of a product wherein the product is a bearing housing; andcontrolling an additive manufacturing apparatus to manufacture, over one or more additive manufacturing steps, the product according to the geometry specified in the electronic file.

Images