本发明涉及气体轴承或关于气体轴承的改进，并且特别地，但不排他地，涉及用于涡轮增压器及其类似物的气体轴承。本发明还涉及并入这样的气体轴承的涡轮增压器。
背景技术：
周知的涡轮增压器从内燃机吸入热排气并且通过旋转地稳固安装于轴的涡轮机叶轮将包含在排气中的能量转化为运动(旋转)能。涡轮机叶轮的旋转运动沿着轴传递以旋转压缩机叶轮，该压缩机叶轮吸入并压缩空气以输送到引擎的气缸。涡轮增压器的使用可以显著提高燃机的整体效率，但重要的是要保持涡轮增压器中的能量损失低。涡轮增压器对排气流量作出快速响应并且因此减少涡轮迟滞也是一个重要的设计考虑因素，并且各种要求不得不被平衡以针对任何给定应用。
涡轮增压器中使用陶瓷涡轮机叶轮是周知的。由于陶瓷材料的高温强度和相对低的密度，由陶瓷材料制成的涡轮机叶轮优选于由金属材料(比如铬镍铁合金(inconel))制成的叶轮。这允许在升高的操作温度下涡轮机叶轮的使用，同时与铬镍铁合金涡轮机叶轮相比，质量惯性矩减小。陶瓷涡轮机叶轮较轻，具有较高的强度，并且比它们的铬镍铁合金等同物更硬并且更耐腐蚀。与具有相当的铬镍铁合金涡轮机叶轮的涡轮增压器相比，陶瓷涡轮机叶轮的使用允许涡轮增压器被设计成具有以下优点：
●更快速的响应，减少涡轮迟滞；
●以较低的引擎转速工作的能力，这有助于减少车辆在城市地区的排放，在城市地区汽车移动不快但产生高排放；
●运行更快的能力，这允许在给定流率时涡轮增压器的尺寸被减小；
●寿命更长。
使用轴承系统来支撑旋转轴是常见的，比如涡轮增压器中的连接轴。在周知的装置中，轴承系统包括用于支撑旋转负载的径向套或轴颈轴承，以及轴向推力轴承。为了减少摩擦损失并且提高响应速度，周知的是采用非接触式轴承，包括流体轴承，以及更特别地是气体轴承，并且尤其是空气轴承。
在气体轴承中，加压气体的薄膜在相对运动的表面之间提供很低摩擦的负载承载界面。气体轴承有两种主要类型，气体静力学(空气静力学)和气体动力学(空气动力学)。在气体静态轴承中，加压气体从外部源(通常为泵，压缩机或压缩气体储存器)被供应以形成负载承载层。在气体动力学轴承中，在轴承表面之间的相对运动在没有加压气体的外部供应时被用来产生支撑层。
与使用传统含油轴承的相当的涡轮增压器相比，涡轮增压器中气体轴承的使用提供了很多优点。这些优点包括：
●更快速的响应，减少涡轮迟滞；
●运行更快的能力，这允许在给定流率时涡轮增压器的尺寸被减小；
●提高压缩机的输出功率，即更多的功率被回收回来以增强引擎；
●更干净，因为没有油，没有泄漏或燃烧油造成的附加污染；
●减少燃料消耗和排放，特别地当汽车在城市地区以中等速度行驶时。
气体动力学轴承的问题在于在低速时气体层中产生的压力可能不足以支撑负载，导致轴承零部件之间的接触。在这种情况下，摩擦急剧增加，降低了系统的效率，而且可能由于彼此接触的轴承零部件的磨损而导致损坏。通过不管旋转速度使用外部源来供应加压气体，气体静态轴承避免了这样的问题。然而，用于递送以用在空气静态轴承中的加压气体的周知系统往往体积相当大，并且因此不适用于移动应用，比如机动车辆，其中空间和重量的限制是显著的。用于供应加压气体的外部源还消耗能量，降低系统的整体效率。
因此需要提供一种克服或至少减轻周知气体轴承问题的气体轴承装置。
特别需要一种适用于涡轮增压器的改进的气体轴承装置(这种气体轴承装置克服或至少减轻了周知的气体轴承问题)以及并入这种装置的涡轮增压器。
技术实现要素：
根据本发明的第一个方面，提供了一种气体轴承系统，所述气体轴承系统包括至少一个气体轴承，所述气体轴承具有运动部件和静止部件，所述运动部件和静止部件具有被间隙分开的相对的表面，所述至少一个轴承被配置来响应于所述运动部件和所述静止部件之间的相对运动在所述间隙中由于气体动力学效应产生加压气体层，所述系统还包括流体地与所述至少一个轴承连接以将加压气体递送到所述间隙中的加压气体源，以及控制系统，所述控制系统用于根据所述运动部件的旋转速度来调节加压气体向所述至少一个气体轴承的供应。
所述控制系统可以被这样配置，以至于在使用中，在所述运动部件旋转时来自所述源的加压气体始终被供应到所述轴承，与在较低的旋转速度相比，在所述运动部件的较高旋转速度所述加压气体的流量较低。
所述控制系统可以被这样配置，以至于在使用中，与当所述运动部件以第一阈值速度或高于所述第一阈值速度的速度旋转时相比，当所述运动部件以低于所述第一阈值速度的速度旋转时来自所述源的加压气体以较高的流率被供应到所述轴承。
所述控制系统可以被这样配置，以至于在使用中，加压气体仅当所述运动部件以低于第一阈值旋转速度的速度旋转时被供应到所述轴承。
所述加压气体源可以包括用于对气体加压的机构，所述控制系统被配置来调节所述机构的驱动以供应加压气体。其中所述控制系统被这样配置，以至于在使用中，加压气体仅当所述运动部件以低于第一阈值旋转速度的速度旋转时被供应到所述轴承，所述控制系统可以被配置为当所述运动部件低于所述第一阈值旋转速度时驱动所述机构以供应加压气体并且当所述运动部件以所述阈值旋转速度或高于所述阈值旋转速度旋转时停止所述机构的驱动。所述机构可以是泵或压缩机。
所述控制系统可以具有用于(直接地或间接地)感测所述运动部件的旋转运动的传感器装置。所述控制系统可以具有用于确定所述运动部件的所述旋转速度的装置。
多个限流器可以在所述静止部件中被提供用于允许加压气体从所述外部源进入所述间隙，所述限流器被流体地与所述加压气体源连接。
所述相对的表面中的至少一个可以响应于所述相对的表面之间的相对运动被轮廓化以帮助在所述间隙中加压气体层的动态产生。
所述至少一个轴承可以包括至少一个轴颈轴承，所述静止部件包括管状套并且所述静止部件包括位于所述套中的轴的轴颈表面，所述套具有多个用于允许加压气体从所述源进入所述轴颈和所述套之间的所述间隙的限流器。在实施方案中，多个槽被绕所述轴颈表面周向地间隔以在所述间隙中动态地产生加压气体层，所述槽每个具有前缘，后缘和底表面。所述槽可以被安置成由中间连接部分轴向间隔开的两排，每个槽具有靠近所述连接部分的内边缘和远离所述连接部分的外边缘，所述内边缘相对于所述轴颈表面的预期旋转方向被周向地偏置在所述外边缘的后面。
所述至少一个气体轴承可以包括至少一个推力轴承，所述运动部件包括一对间隔的旋转构件，并且所述静止部件包括安装于所述构件之间的盘以至于第一间隙在所述盘的相对的表面和所述构件的第一个之间被提供，并且第二间隙在所述盘的相对的表面和所述构件的另一个之间被提供，所述盘包括多个限流器和用于允许加压气体从所述源到两个间隙中的流通道。在实施方案中，所述旋转构件的每个的所述相对的表面具有绕径向外区域周向地间隔的一组槽，每个槽具有前缘，后缘，径向外边缘，径向内边缘和底表面，每个槽的径向内边缘相对于所述构件的所述预期旋转方向被周向地偏置在所述径向外边缘的后面。
其中轴承的所述运动表面具有槽以产生空气动力学效应，所述槽的至少一个的底表面可以是弯曲的，以至于所述槽的深度在所述槽的前缘和所述槽的后缘之间的方向上变化。在实施方案中，所述底表面自所述后缘朝向所述前缘弯曲，以至于与在所述后缘的所述槽相比，在所述前缘的所述槽更深。在替代的实施方案中，所述底表面自所述前缘朝向所述后缘弯曲，以至于与在所述前缘的所述槽相比，在所述后缘的所述槽更深。在进一步的实施方案中，所述底表面具有大体上u型的凹曲线，与在所述前缘和所述后缘相比，在所述前缘和所述后缘之间的中间区域更深。
所述轴承系统可以包括至少一个轴颈轴承和至少一个推力轴承。
所述气体可以是空气。
根据本发明的第二个方面，提供一种涡轮增压器，所述涡轮增压器具有壳体，借助轴连接于压缩机叶轮的涡轮机叶轮，所述轴由依照本发明的第一个方面的轴承系统支撑在所述壳体中。所述轴承系统可以包括如以上关于本发明的第一个方面展现的轴颈轴承，其中轴颈表面是涡轮增压器轴的表面的部分。所述轴承系统可以包括如以上关于本发明的第一个方面展现的推力轴承，其中所述旋转构件与涡轮增压器轴旋转地稳固安装。
所述控制系统在使用中可以被配置为，在所述涡轮增压器的操作的启动或减慢阶段期间引入加压气体到在所述或每个气体轴承的所述运动部件和所述静止部件之间的所述间隙中，以及当所述涡轮增压器已经到达正常操作速度时停止或减少所述加压气体流。
根据本发明的第三个方面，提供一种操作依照本发明的第二个方面的涡轮增压器的方法，所述方法包括用所述控制系统以所述运动部件的旋转速度为函数来调节从所述源到所述或每个轴承的加压气体的供应。所述方法可以包括在所述涡轮增压器的操作的启动或减慢阶段期间从所述源引入加压气体到在所述或每个气体轴承的所述运动部件和所述静止部件之间的所述间隙中，以及当所述涡轮增压器已经到达正常操作速度时停止或减少所述加压气体流。
根据本发明的第四个方面，提供一种混合静态/动态气体轴承，所述混合静态/动态气体轴承包括静止部件和运动部件，所述静止部件和所述运动部件具有相对的表面，在所述相对的表面之间具有间隙，所述静止部件具有用于从外部源引入加压气体到所述间隙中的多个限流器，所述运动部件的相对的表面被轮廓化以响应于所述相对的表面之间的相对运动在所述间隙中动态地产生加压气体层。
所述运动部件的所述相对的表面可以包括多个槽，每个槽具有前缘，后缘和底表面，所述底表面是弯曲的以改变在所述前缘和所述后缘之间的所述槽的深度。在实施方案中，所述底表面自所述后缘朝向所述前缘弯曲，以至于与在所述后缘的所述槽相比，在所述前缘的所述槽更深。在另一个实施方案中，所述底表面自所述前缘朝向所述后缘弯曲，以至于与在所述前缘的所述槽相比，在所述后缘的所述槽更深。在进一步的实施方案中，所述底表面大体上呈u型，与在所述前缘和所述后缘相比，在所述前缘和所述后缘之间的中间区域更深。
所述轴承可以是轴颈轴承，所述静止部件包括管状套，并且所述运动部件包括位于所述套中的轴的轴颈表面，所述套具有多个限流器，加压气体通过所述多个限流器被引入到在所述轴颈和所述套之间的所述间隙中。在该情况下，所述多个槽绕所述轴颈表面被周向地间隔。在实施方案中，所述槽被安置成由所述轴颈表面的中间连接部分轴向间隔开的两排，每个槽具有靠近所述连接部分的内边缘和远离所述连接部分的外边缘，所述内边缘相对于所述轴颈表面的预期旋转方向被周向地偏置在所述外边缘的后面。所述限流器绕与所述连接部分相对的所述套被周向地间隔。
所述轴承可以是推力轴承，所述运动部件包括一对间隔的碟状旋转构件，并且所述静止部件包括安装于所述构件之间的盘，以至于第一间隙在所述盘的相对的表面和所述构件的第一个之间被提供，并且第二间隙在所述盘的相对的表面和所述构件的另一个之间被提供，所述盘包括多个限流器和流通道，加压气体通过所述流通道从所述源被引入到两个间隙中。在推力轴承的这个情况下，所述旋转构件的每个的所述相对的表面可以具有绕径向外区域周向地间隔的一组槽，每个槽具有径向外边缘和径向内边缘，每个槽的所述径向内边缘相对于所述构件的所述预期旋转方向被周向地偏置在所述径向外边缘的后面。
所述气体可以是空气。
依照本发明的第四个方面的混合静态/动态气体轴承可以适用于在依据本发明的第一个方面的气体轴承系统中使用和/或在依据本发明的第二个方面的涡轮增压器中使用。
具体实施方式
为了使本发明可以被更清楚地理解，现将仅通过举例的方式参照相应附图描述其实施方案，其中：
图1根据本发明的方面的涡轮增压器的实施方案的剖视图。
图2是图1中的细节“a”的放大图。
图3是形成图1中所示的涡轮增压器的部分的涡轮机叶轮和轴组件的分解透视图。
图4是图2的涡轮机叶轮和轴组件的局部剖视的侧视图，示出了轴在径向空气轴承中的安装。
图5是类似于图4的视图，但示出了轴承装置的变体。
图6是形成图4和图5的组件的部分的轴的透视图。
图7是图6中的细节“b”的放大图。
图8是图6的轴的侧视图。
图9是沿线c-c截取的图6中所示的轴的一放大比例的剖视图。
图10是类似于图8的侧视图，但示出了轴的替代实施方案。
图11是沿线d-d截取的图10的轴的一放大比例的剖视图。
图12是形成图1的涡轮增压器的推力轴承的部分的止推环的端视图。
图13是图12的止推环的侧视图，示出了在止推环的面中形成的一组空气动力学槽中使用的轮廓。
图14是形成图1的涡轮增压器的推力轴承的部分的轴承垫的端视图。
图15是图14的轴承垫的侧视图，示出了在轴承垫的面中形成的一组空气动力学槽中使用的轮廓。
图1和图2示出了根据本发明的方面的涡轮增压器1的实施方案。所述涡轮增压器旨在用于通常安装在机动车辆中的相关联的内燃机(未示出)，尽管其可以具有其他应用。所述涡轮增压器1具有壳体2，所述壳体2包括涡轮机壳体部分4，中间壳体部分6，压缩机壳体部分8和用于压缩机壳体部分的后盖9。安装在所述壳体2内的是所述涡轮增压器2的工作部件，包括：涡轮机叶轮10，连接轴12和压缩机叶轮14。
所述涡轮机壳体部分4被安装到中间壳体部分6的一侧并且围绕所述涡轮机叶轮10。所述涡轮机叶轮10包括绕中心毂18设置的一系列涡轮机叶片16。所述涡轮机叶轮可以由任何合适的材料包括比如铬镍铁合金的金属材料，但有利地由陶瓷材料制成并且可以由si3n4或其合金制成。所述涡轮机叶轮10被旋转地稳固安装到所述轴12的第一端，以绕轴12的纵向轴线x共同旋转。在本实施方案中，所述涡轮机叶轮和所述轴在涡轮增压器的正常操作期间沿由图3中的箭头a指示的方向旋转。
在本说明书中，关于所述涡轮机叶轮10，所述轴12以及与所述轴旋转地稳固安装的任何其他部件的特征的“前”和“后”的参考应该被理解为指的是当轴以箭头a的方向旋转时所述特征的相对设置，除非另有说明。
所述涡轮机壳体部分4限定排气入口20以及排气出口22，所述排气入口20用于将来自相关联的内燃机的排气引导到涡轮机叶轮10的叶片16上。在使用中，排气出口将以通常的方式被流体地连接到车辆排气系统(未示出)。
压缩机叶轮14被旋转地稳固安装到轴12的第二端。压缩机叶轮被容纳在后盖9和压缩机壳体部分8之间，后盖9被附接到中心壳体部分6的与涡轮机相反的一侧，压缩机壳体部分8被安装到后盖9。压缩机壳体部分8限定空气入口24和压缩空气出口26。压缩机叶轮14在被涡轮机叶轮10驱动时的旋转通过入口24吸入周围空气，空气被压缩并且通过出口26排出。在使用中，出口26被连接到相关联的内燃机的进气总管(未示出)，用于以通常的方式将压缩空气引导到相关联的内燃机的气缸中。
轴12穿过中间壳体部分6和后盖9并且由根据本发明的方面的空气轴承系统可旋转地支撑。空气轴承系统包括位于中间壳体部分中的用于支撑旋转负载的一对轴颈，套轴承30，32，以及位于中间壳体部分6与后盖9之间的轴向推力轴承34。
空气轴承系统是一种混合系统，其中轴承30，32，34被设计成来当轴12在较高的旋转速度时排他地或主要地作为空气动力学轴承操作，同时外部源(在36处示意性地示出)被用来将加压空气供应到轴承30，32，34，至少当轴以较低的速度旋转时，在该速度下空气动力学效应不能被完全地依赖来支撑工作负载。在一些应用中，轴承30，32，34在较高旋转速度时将排他地作为空气动力学轴承被操作，其中外部源36仅在较低速度时用于供应加压空气。然而，在一些应用中，即使在较高的旋转速度时，减少的加压空气的供应可以从外部源36被提供。该混合系统结合了空气静力学和空气动力学空气轴承的优点，确保轴在所有旋转速度时都能充分地支撑工作负载，同时减少对使用加压空气外部源的涡轮增压器整体效率的不利影响。
中间壳体部分6限定压缩空气入口总管38，加压空气源被附接到压缩空气入口总管38。中间壳体部分中的一系列通道40将来自入口总管38的加压空气引导到空气轴承30，32，34。从空气轴承的边缘逸出的空气借助空气排出系统被排出，该空气排出系统包括被限定在中心壳体部分中、在入口总管38相对的一侧的空气出口总管出口42。与出口总管42流体连接的第一主空气流释放腔室44被限定在中间壳体部分中并且在中间壳体部分的大部分长度上纵向延伸。第二和第三空气流释放腔室46，48被限定在中间壳体部分中，并且第四空气流释放腔室50被限定在压缩机叶轮的后盖9中。第二，第三和第四空气流释放腔室46，48，50每个围绕轴12并且与主气流释放腔室44流体连接来创建流动路径，这些流动路径允许从空气轴承30，32，34的边界出来的空气进入主空气流动释放室44并通过出口总管42离开。第二，第三和第四空气流释放腔室46，48，50沿轴12的长度分布，其中第二空气流释放腔室46被定位于靠近第一轴颈轴承30的涡轮机端处，第三空气流释放腔室48被中间地定位于两个轴颈轴承30，32之间并且第四空气流释放腔室50被定位于靠近推力轴承34的压缩机端。
轴向推力轴承34的细节可以从图2中最清楚地看到。推力轴承34支撑轴12的轴向负荷并且还将轴轴向地定位在壳体2中。推力轴承34包括一个碟形的环形轴承垫52，该碟形的环形轴承垫52被旋转地稳固安装在轴12上并且形成推力轴承的第一运动部件。轴承垫52以邻接轴的径向肩部54的方式被定位在轴的(压缩机叶轮14被安装到其的)较小直径部分56和由轴颈轴承30，32支撑并且形成轴颈轴承30，32的部分的较大直径部分58之间。止推环60也与轴12可旋转地稳固安装。止推环60具有安装到轴12的圆柱形管状主体62。主体62具有阶梯式圆柱形外表面以及从主体62径向向外突出的径向凸缘64。凸缘64与垫52被轴向间隔并且凸缘64形成推力轴承的第二运动部件。轴承垫52和止推环的径向凸缘64具有基本上相同的外径。
轴承垫52和止推环60在径向肩部54和压缩机叶轮14的后表面之间的轴12上被夹持就位，该压缩机叶轮14的后表面邻接止推环60的圆柱形主体62的一端。压缩机叶轮14借助轴上的花键被滑动地安装在轴的较小直径部分56上，所述花键接合在轮14中的相应的槽中。螺母66被拧在轴12的端部上并将压缩机叶轮14夹抵在止推环60上，而止推环60又将轴承垫52夹抵在径向肩部54上。
推力轴承34的固定部分是以盘68的形式。盘68的第一端区域被安装在中间壳体部分6的端面与压缩机叶轮壳体的后盖9之间。盘68的第二端区域在垫52的相对的径向延伸表面70，72与止推环的凸缘64之间延伸。孔在盘68上被提供，止推环的圆柱形本体62的一部分通过该孔突出。盘68的相对侧表面74，76分别与垫52和径向凸缘64的径向延伸表面70，72以紧密间隔的关系相对。盘68由两部分制成，第一半部分78和第二半部分80沿着配合表面被接合在一起。配合表面被轮廓化以限定用于将加压空气递送到推力轴承的空气流通道82。通道82被流体连接于具有入口孔84的一个端，所述入口孔84穿过第一半部分74并且加压空气能够通过该入口孔84从进气通道40进入通道82。空气流通道82还与延伸穿过半部分78，80中的每个的限流器86流体连接，来将加压空气以被控制的速率引导到在盘68，垫52和径向凸缘64的相对的表面70，72，74，76之间的间隙中。限流器可以是小的小孔，或者它们可以包括多孔材料的插入物，通过该插入物，加压空气可以以被控制的速率流动。在轴承垫52和径向凸缘68之间的盘86的定位将轴12轴向地定位在壳体2中。
图4和5示出了形成空气轴承系统的平移部分的径向、轴颈轴承30，32的实施方案。轴颈轴承30，32共用一个共同的固定的圆柱形套90，该圆柱形套绕轴2同心地放置，并且被分成两个套部分92，94，每个轴承一个套部分。每个轴承30，32还包括轴颈部分96，98，轴颈部分96，98中的每个是(定位在分别的套部分92，94内的)轴12的外表面的部分并且形成轴承的旋转运动部件。径向孔100穿过在两个套部分92，94之间的套延伸以允许空气从轴承的内边缘进入第三空气流释放腔室48。每个套部分92，94具有一系列被周向间隔的限流器102，压缩空气以被控制的速率通过该限流器102被引入到在套部分和其分别的轴颈部分96，98之间的间隙中。限流器102与加压空气入口通道40流体地连接并且可以采用图4所示的小孔或者图5所示的多孔的插入物。虽然套部分92，94形成共用套90的一部分，将被理解的是，套部分替代地可以被提供为分开的套构件。
至少当涡轮增压器轴正在它的正常操作速度或接近它的正常操作速度旋转时，轴承30，32，34全部适于产生空气动力学效应来产生空气的加压膜，以支撑工作负载。图3至图9示出了混合轴颈轴承30，32的第一实施方案，混合轴颈轴承30，32包括适于产生空气动力学效应的特征。为了方便起见，将描述轴颈轴承32中的一个的细节，但将被理解的是，该描述同等地适用于另一个轴承30。
轴承32被设计成在低旋转速度时增强提升并降低摩擦，并且当轴12的旋转速度足够高时利用流体膜的动力学效应来提供提升。为了增强动力学效应，在轴颈部分98的表面上形成一系列槽104。
轴颈部分98中的槽104被安置在两个相邻的周向排中，所述两个周向排以这样的方式定位，即在轴承轴颈部分98的轴向中点处的中心线y的一边一排。在该第一实施方案中，每排中有五个槽104，绕轴颈表面被周向地间隔。每个槽104相对较浅并且在平面上具有大致矩形的形状，具有前侧缘106，后侧缘108，外端缘110，靠近轴承的中心线y的内端缘112，以及在这些边缘之间的底表面114。槽的侧缘106，108相对于轴的纵向轴线x成角度，以至于当考虑到如箭头a所示的轴12的旋转方向相关时，槽的内端缘112被周向地偏置在外端缘110的后面(或之后)。这导致两排槽形成鲱鱼骨类型图案。两排槽104被其中没有槽的周向连接部分105间隔开。虽然在本实施方案中每排中有五个槽104，但槽的数量可以变化并且可以大于或小于五。
使槽104相对于纵向轴线成角度，以至于它们的内端112被周向地偏置在它们的轴向外端110后面或之后，导致当轴沿箭头a的方向旋转时，槽104将空气轴向向内地朝向轴承中心的连接部分105引导或泵送。在鲱鱼骨图案中两排槽的使用意味着两组槽都有助于空气朝向连接部分105所在的轴承的轴向中心的运动。
轴向推力轴承34的运动部件还被提供有轮廓化，以在较高旋转速度时产生空气动力学效应。如图12至图15所示，轮廓化采用绕轴承垫52和止推环60的凸缘64的相对的径向延伸表面70，72分布的一系列槽的形式。
参考图12和图13，绕止推环60的凸缘64的径向延伸表面72的外周区域形成一组槽120。在本实施方案中，具有八个槽，但可以少于或多于八个。每个槽120从凸缘64的外周径向向内延伸，并且具有前侧缘122，后侧缘124，封闭内端缘126和外端缘128，在外端缘128处所述槽突破凸缘的外周。槽相对较浅，每个槽在所述侧缘之间具有底表面130。槽的侧缘122，124相对于凸缘64的径向方向成角度，以至于当考虑到与轴12一起以箭头a所示的方向旋转的凸缘64的旋转方向相关时，内端缘126被周向地偏置在外端缘128的后面(或之后)。
如图14和图15所示，相应的一组槽132被形成在轴承垫60的径向延伸表面70的径向外区域上。轴承垫的表面70中的槽132是止推垫的凸缘64的面72中的槽120的镜像，因此将不再详细描述。凸缘64中的槽120的描述经细节上必要修改后适用于轴承垫中的槽132。
当凸缘64和轴承垫52与轴一起沿箭头a的方向旋转时，槽120，132成角度以至于它们的内端缘126跟随外端缘，导致槽将空气径向向内地朝向轴承的径向中心引导或泵送。
在涡轮增压器正常旋转速度，根据引擎的尺寸和压缩机叶轮的直径，该速度可以在100k转/分钟(rpm)至320k转/分钟(rpm)的范围内，由于当轴颈部分在套部分内旋转时旋转轴颈部分96，98和静止套部分92，94之间的拖曳以及槽104的存在，在轴颈轴承30，32中动态地产生高压空气膜。类似地，在推力轴承34中，由于当轴承垫52和凸缘64相对于盘68旋转时旋转部件和静止部件之间的拖曳以及槽120，132的存在，高压空气膜在轴承垫52和盘68之间的间隙以及凸缘64和盘68之间的间隙中产生。因此，在涡轮增压器正常操作速度或接近该正常操作速度，轴承30，32，34能够主导地或排他地作为空气动力学轴承来操作。但是，至少在涡轮增压器加速的操作期间以及在每次启动结束时减速时，此时轴承的动力学效应可能不足以支撑工作负载，加压空气从外部源36通过限流器86，102被供应以确保运动部件与静止部件之间不存在接触。在这些操作阶段期间，轴承占主导地位地作为空气静力学轴承工作。如所指出的那样，在一些情况中，即使当涡轮增压器已经到达其正常操作范围时，也可以维持来自源36的减少的加压空气流。已经发现这在增加轴承的承载能力方面是有利的，同时与标准的空气静力学轴承系统相比仍然减少了必须供应的加压空气的量。
将会被注意到的是，套部分94中的限流器102与连接部分105对齐，以至于通过限流器进入的加压空气被引导到连接部分。类似地，盘68中的限流器86被径向定位于槽120，120的向内部分，以便将加压空气引导到这些表面的无槽连接部分上。
虽然槽104，120，132的角度或图案确定了当轴旋转时空气被泵送的方向，但还发现当空气动力学地操作时，使沟槽的底表面114，130弯曲影响轴承的负载能力和功率损失。
如图6至图9所示，在轴颈轴承中的槽104的第一实施方案中，每个槽104具有凸形弯曲的底表面114，底表面114从槽的后侧缘108朝向前侧缘106处的阶梯侧表面116径向向内弯曲。槽104因此在它们的前侧缘106处更深，朝向它们的后侧缘108逐渐变浅。这将被称为曲率选项1。已经发现，对于以其他方式相当的轴承装置，与槽具有平坦的底表面114，130的情况相比，根据曲率选项1使槽104，120，132的底表面114，130弯曲导致轴承具有更低的负载能力和更低的功率损失。
形成对照，如图13和图15所示的推力轴承中的槽120，132的底表面130以相反的方向被弯曲，以便从它们的前侧缘122朝向它们的(在此具有阶梯状侧面125的)后侧缘124逐渐变深。这将被称为曲率选项2。已经发现，与相当的其中槽具有平坦的底部的轴承相比，根据曲率选项2使槽104，120，132的底表面114，130弯曲增加了轴承的功率负载能力，但是以增加的功率消耗为代价。
通过改变槽的底表面曲率的方向和程度，可以至少在一定程度上改变轴承的负载能力和功率损失的比率。在本实施方案中，为了最小化功率损失，轴颈轴承30，32中的槽104的底表面114根据曲率选项1被弯曲，以至于槽在前缘处比后缘处更深。这具有减少涡轮迟滞的优点。形成对照，由于推力轴承34的尺寸受到限制，推力轴承中的槽120，132根据曲率选项2被弯曲以便增加轴承的负载能力，但是以更大的功率损失为代价。
将被理解的是，底表面114，130的轮廓可以与所示出的轮廓不同，以对于任何给定的应用提供负载能力与功率损失之间的期望的折衷。例如，在轴颈轴承30，32中，槽104的底表面114可以根据曲率选项2在期望更大负载能力的情况下被轮廓化，并且类似地，推力轴承中的槽120，132的底表面130可以根据曲率选项1在最小化功率损耗是首要考量的情况下被轮廓化。
使槽的底表面弯曲来精细调节空气轴承的负载能力/功率损失不限于使用如上所述的曲率选项1和曲率选项2，并且底表面可以采用其他弯曲的轮廓。槽结构的选择可以取决于许多因素，包括涡轮增压器2在正常使用期间将运行的速度。可以使用计算流体流动动力学(模拟)和最合适的选择来测试弯曲槽轮廓的范围。例如，图10和图11示出了用于轴颈轴承30，32的槽104'的略微不同的结构。在本实施方案中，每排中有八个槽104'，并且每个槽104'具有凹的底表面114'，凹的底部表面114'从前侧缘106'朝向槽的中心径向向内地弯曲，然后朝向后侧缘108'径向向外地弯曲，以至于在如图11中所示的轴的横向剖面中观察时，槽在底表面114'中具有大致浅的u形轮廓。已经发现根据本实施方案的弯曲的底表面114'提供介于曲率选项1和曲率选项2之间的在负载能力和功率损失之间的折衷。
虽然已经发现弯曲底表面的使用是有利的，但底表面的轮廓化是复杂的，并且在一些应用中，在这导致可接受的负载能力和功率损失的情况下，涡轮增压器中的一些轴承30，32，34中的槽104，120，132可以形成有平坦的底表面130。
还应该注意的是，以其最广义的表述，本发明不限制于在此公开的槽的特定图案的使用，并且其他槽图案可以被使用。例如，轴颈轴承30，32中的槽104，104'不需要安置成鲱鱼骨图案。
已经发现涡轮增压器通常需要大约1到2秒才能加速。在操作的空气静力学阶段期间所需的空气供应压力约为3至5巴(0.3至0.5兆帕)。通过在起动和减速阶段期间向空气轴承30，32，34供应压缩空气，并且在涡轮增压器以较高速度操作时排他地或主要地作为其中没有或仅有减少的外部空气供应的空气动力学轴承操作轴承，确保了轴承的非接触式操作，同时减少了与传统的空气静力学轴承相比必须供应的压缩空气的量。压缩空气的外部源36可以是泵，单独的压缩机，压缩空气的储存器，或者加压空气可以是从涡轮增压器的压缩机侧取得。由于只要求相对低的压力，加压空气的外部源36可以比传统的空气静力学轴承系统所使用的已知源更小，更轻并且使用更少的功率。这使得该系统特别适合应用于移动机器比如机动车辆和其类似物上。
混合轴承系统并入控制系统(在134处示意性地示出)来根据要求调节加压空气的外部源36。控制系统可以被配置为或直接或间接地感测轴12的旋转速度(并且因此感测空气轴承的运动部件)，并且根据旋转速度来调节来自外部源36的加压空气的供应。在一些应用中，当旋转速度在某些参数内时，例如高于0转/分钟(rpm)以及一直到上限阈值极限，将仅从外部源36供应加压空气，在该上限阈值极限时，轴承的空气动力学效应提供足够的空气压力来支撑空气层。在其他情况下，即使在涡轮增压器以较高速度旋转时，可能期望维持来自外部源36的加压空气供应，此时轴承以空气动力学方式运行，但是减少加压空气流。这增加了轴承的负载能力，同时仍然使得外部源36能够被保持为尽可能小并且减少其功率消耗。控制系统120可以被配置为随着旋转速度的改变而逐渐改变来自外部源36的加压空气的流量，或者它可以如阶梯函数那样或两者的组合来改变流量。
混合空气轴承系统28在所有转速时为轴12提供非常低的摩擦支撑，以及低功率损耗，这使得涡轮增压器能够快速响应于排气的引入并且因此减少涡轮迟滞。这与陶瓷涡轮机10的使用结合时特别地有效。通过在启动和减慢阶段期间主要依靠外部空气供应36以及在涡轮增压器加速时主要利用空气动力学效应，使得由加压空气的外部供应36消耗的功率在实践中被保持为尽可能地低。这有助于维持涡轮增压器的整体效益。
虽然在上述轴承系统中，空气用作支撑负载的气体，并且在轴承的运动部件和静止部件之间提供低摩擦界面，但可以使用其他气体。此外，虽然气体轴承系统已被描述用于涡轮增压器中，但是其原理可以用于其他应用中。
以上实施方案仅作为示例来描述。在不脱离所附权利要求书限定的本发明的范围的情况下，许多变化是可能的。