JP2021514170A - 空力的付加物を有するステータグレーティングを備えた電気機械 - Google Patents

Abstract

本発明は電気機械に関する。ステータはステータの円周方向に沿って配置された複数の半径方向通路（１０２）を備える。これらの半径方向通路（１０２）は半径方向歯（１０１）によって画定され、磁束発生器がこれらの半径方向通路（１０２）に収容される。さらに、半径方向通路（１０２）は磁束発生器と面している流体サーキュレーションギャラリーを有する。電気機械は、少なくとも１つの空力的付加物（８５、９０）を備え、該空力的付加物は、電気機械と同軸であり、電気機械の軸方向における端部に配置される。空力的付加物（８５、９０）は、サーキュレーションギャラリーを通過する流体を案内するための第１の部位と、半径方向歯（１０１）の少なくとも１つに沿って半径方向に延在し、流体を案内するための空力的プロファイルを有する第２の部位とを備える。また、本発明はコンプレッサ及びそのような電気機械を備えたターボチャージャに関する。【選択図】図７

Description

本発明は、液状流体またはガス状流体等の作動流体のための電気によって補助される圧縮装置に関する。

特に、本発明は、ターボチャージャを形成するための、単独またはタービンを伴うコンプレッサの手段によってガス状の流体、ここでは空気を任意の装置、具体的には内燃機関の取り入れ口へ送る前に圧縮するための装置に関する。

実際、広く知られているように、内燃機関によって与えられるパワーは、その機関の燃焼室に供給される空気の量に依存し、その空気の量はその空気の密度に比例する。

したがって、ハイパワーが必要な場合は、燃焼室に流入させる前に外気を圧縮してその空気の量を増大させることが一般的である。このターボチャージとして知られる動作は、電気機械によって電気的に駆動されるコンプレッサ単独（電動式コンプレッサ）、または電動式ターボチャージャを形成するためにタービン及び電気機械を伴うコンプレッサのような任意の手段を用いて実行できる。

上述した２つのケースにおいて、コンプレッサに関連する電気機械には、いくつかのタイプがある。

一つは、狭い空隙とロータに近い巻線とを備える電気機械であり、それは磁束を最適に導いて最適化された効率を提供する。この種の電気機械は、ある種のコンパクトさを利点として有し、それは、時にはその冷却に関して問題となることがあり、熱損失を除去するために特定のシステムを必要とする。

このタイプの電気機械は、従来、コンプレッサの空気の取り入れ口の邪魔とならないように、電動式コンプレッサの場合は遠心コンプレッサの背面に配置され、電動式ターボチャージャの場合は、タービンに近いため、好ましくない熱環境であるにもかかわらず、コンプレッサとタービンとの間に配置される。一般に、電気機械とコンプレッサ、タービンとの間の接続はリジッドである。このタイプの機械は、コンプレッサ側にも配置できるが、空気の取り入れ口から比較的遠くに離して、その妨げとならないようにしている。コンプレッサと該機械との間の接続は、リジッドである、あるいは機械的または磁気的カップリングで構成される。

このタイプのシステムは、米国特許公開第２０１４／０３７３５３２号、米国特許第８１５７５４３号、米国特許第８８８２４７８号、米国特許公開第２０１０／０２４７３４２号、米国特許第６４４９９５０号、米国特許第７３６０３６１号、欧州特許第０８７４９５３号または欧州特許第０９１２８２１号に、より詳細に記載されている。

別のタイプの機械は、空隙が広い電気機械であり、それは、時にはそこを作動流体が通るように数センチメートルの幅となることがあり、非常に好ましい熱環境で圧縮システムとできるだけ近い統合を可能にする。

しかしながら、この電気機械の配置は、広い空隙を通過するロータとステータとの間の磁束を妨害して制限する欠点を含み、それは該電気機械が本来備える効率及び特定の性能（比出力、パワー密度）を制限する要因となる。

このタイプの電気機械は、特に欧州特許第１９９５４２９号、米国特許公開第２０１３／１６９０７４号または米国特許公開第２０１３／０４３７４５号に記載されている。

最近、ようやく新しいタイプの機械が出現した。それはステータグリッを備える機械であり、仏国特許第３０４１８３１号（国際公開第２０１７／０５０５７７号）及び仏国特許第３０４８０２２号に、より詳細に記載されている。この「ステータグリッド」機械と呼ばれる電気機械は、ロータとステータとを有する。ステータは、該ステータの円周方向に沿って配置された複数の半径方向通路と、これらの半径方向通路に収容される磁束発生器と、ロータを支えるステータベアリングとを有する。磁束発生器は、例えばコイルである。半径方向通路は、磁束発生器と面している流体サーキュレーションギャラリーを有する。さらに、半径方向通路は「ステータ歯」とも呼ばれる半径方向歯によって区切られている。

この機械は、他の２つのタイプの機械よりも冷却性能及び電気的性能に関して、より良い妥協点を提供する利点が得られる。一方、該機械の端部のステータ歯の平面は空気の流れに対して垂直であり、該流れを乱す可能性がある。空気の流れに及ぼす影響は、コンプレッサの性能低下を招いてしまう。加えて、空気の流れを改善するために半径方向歯の形状を修正することは、より高いコストの機械をもたらす。実際、これらの歯を含むステータは、金属ストリップ（薄いプレート）の積み重ねから作られており、ステータ歯の形状を修正するためには、各ストリップに特有の幾何学的形状が必要となる、あるいは特別なストリップ組立体が必要となり、それは特に各ストリップを個別に識別するために、製造をより複雑にし、最終システム及び諸設備のコストに悪影響を及ぼす。

上記課題を解決するため、本発明は、ロータと、円周方向に沿って配置された複数の半径方向通路を含むステータとを有する、ステータグリッドを備えた電気機械に関する。半径方向通路は、複数の半径方向歯で画定され、磁束発生器が半径方向通路に収容される。さらに、半径方向通路は、磁束発生器と面している流体サーキュレーションギャラリーを有する。機械を通過する流体（例えば空気）の流路を改善するために、電気機械は、該電気機械と同軸であり、その軸方向における端部に配置された少なくとも１つの空力的付加物を有する。この空力的付加物は、少なくとも２つの部位を有し、第１の部位はサーキュレーションギャラリーを通過する流体を案内する役割を果たし、第２の部位は、半径方向歯に沿って半径方向に延在し、電気機械の軸方向において、流体を案内するための空力的プロファイルを有する。

本発明は、またこのような電気機械と、このタイプの機械でパワーが供給されるターボチャージャとを有する圧縮装置に関する。

本発明による装置は、ロータとステータとを有し、前記ステータが該ステータの円周方向に沿って配置された複数の半径方向通路を備え、前記半径方向通路が複数の半径方向歯によって画定され、磁束発生器が前記半径方向通路に収容され、前記半径方向通路が前記磁束発生器と面している流体サーキュレーションギャラリーを有する電気機械において、前記電気機械が少なくとも１つの空力的付加物を有し、前記空力的付加物が、前記電気機械と同軸であり、前記電気機械の軸方向における端部に配置され、前記空力的付加物が、前記サーキュレーションギャラリーを通過する流体を案内するための少なくとも第１の部位と、少なくとも第２の部位とを有し、前記第２の部位が、前記複数の半径方向歯の少なくとも１つに沿って半径方向に延在し、前記電気機械の軸方向において、前記流体を案内するための空力的プロファイルを持つことを特徴とする電気機械に関する。

前記空力的付加物は、熱抵抗が小さい材料、好ましくはポリマー材料、より好ましくは複雑な形状の形成を可能にするポリマー材料から作られることが有利である。

流体は空気であることが好ましい。

前記空力的付加物は、該空力的付加物の中央面に沿って非対称なプロファイルを持つことが有利である。

本発明の変形例によれば、前記空力的付加物は、積層造形または成形によって得られる。

本発明の一実施形態によれば、前記空力的付加物は、少なくとも１つの着脱可能な要素を含む、少なくとも２つの要素で作られる。

電気機械は、前記電気機械の軸方向における両端に配置される、２つの空力的付加物を有することが有利である。

前記空力的付加物の前記第２の部位は、前記空力的付加物が前記サーキュレーションギャラリーの前記流体の入口に位置する前記半径方向歯の前記軸方向における端部に配置される場合、前記半径方向歯の半径方向と直交する断面が略半円形のプロファイルであることが好ましい。

前記サーキュレーションギャラリーの前記流体の入口に位置する前記半径方向歯の前記軸方向における端部に配置された前記空力的付加物は、中央円錐部を有することが好ましく、前記円錐部は少なくとも３次の楕円形状であることが好ましい。

前記円錐部は、前記流体を通過させる複数の開口を有することが有利である。

本発明の一実施形態によれば、前記円錐部の前記開口は、空隙を通過する空気の乱れ及び空気の量が最小となるように、前記空隙における空気の流れを有利に案内する。

前記円錐部の前記開口がデブリから保護する役割を果たすように、前記円錐部の前記開口のサイズは空隙の幅よりも小さいことが好ましい。

本発明の変形例によれば、前記空力的付加物の前記第２の部位は、前記空力的付加物が前記サーキュレーションギャラリーの前記流体の出口に位置する前記半径方向歯の前記軸方向における端部に配置される場合、前記半径方向歯の半径方向と垂直な断面における厚さが前記軸方向で低減するプロファイルであり、最大の厚さが前記半径方向歯の前記軸方向における端部に位置する。

前記サーキュレーションギャラリーの前記流体の出口に位置する、前記半径方向歯の前記軸方向における端部に配置された前記空力的付加物は、半径方向の位置に応じて前記軸方向における寸法が変化することが好ましく、半径方向の位置が外側であるほど前記軸方向における寸法が短くなることが好ましい。

本発明の変形例によれば、前記サーキュレーションギャラリーの前記流体の出口に位置する、前記半径方向歯の前記軸方向における端部に配置された前記空力的付加物は、可動空力フラップ及び関連する制御システムを備え、前記可動空力フラップは前記電気機械の出口で前記流体に有利な方向を与える、または流体の流量を制御する。

また、本発明は、ガス状または液状の流体のための圧縮装置であって、圧縮される前記流体の取り入れ口を備えた圧縮手段と、前記圧縮された流体の出口と、上記特徴のうちの１つによる電気機器とを有し、前記流体を圧縮するための手段がコンプレッサシャフトで支えられて前記取り入れ口と前記出口との間に収容され、前記電気機械が前記圧縮手段から流体が流れる方向に関して上流側に配置される、圧縮装置に関する。

さらに、本発明は、膨張手段と上記特徴のうちの１つによる圧縮装置とを有し、前記膨張手段と前記圧縮装置とが同一の回転シャフトに固定され、前記膨張手段と前記圧縮装置との共通回転を可能にする、電動式ターボチャージャ装置に関する。

本発明による装置の他の特徴並びに利点は、非限定的な例として与えられる、後述する実施形態の説明を添付の図面と併せて読むことで明らかになるであろう。

図１は、本発明の一実施形態による電動式圧縮装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、本発明の一実施形態による電動式ターボチャージャの構成を概略的に示す図である。 図３は、ステータグリッドの斜視図である。 図４は、本発明による２つの空力的付加物を備えるステータグリッドの組立体の一実施形態のステータ歯における周方向断面を示す斜視図である。 図５は、本発明の一実施形態による、ステータグリッドと、ステータグリッドの流体の入口における上流側の空力的付加物の組立体の斜視図である。 図６は、本発明の一実施形態による、ステータグリッドと、ステータグリッドの流体の出口における下流側の空力的付加物の組立体の斜視図である。 図７は、本発明による、ステータグリッドと、ステータグリッドの流体の入口における上流側の空力的付加物と、ステータグリッドの流体の出口における下流側の空力的付加物との組立体の一実施形態の分解図である。 図８は、本発明の一実施形態による、ステータグリッドの流体の出口における、ステータグリッドの下流側に配置される空力的付加物の変形例の斜視図である。 図９は、本発明の一実施形態による、ステータグリッドの流体の入口における、ステータグリッドの上流側に配置される空力的付加物の変形例の斜視図である。 図１０ａは、ステータグリッドの出口における、半径方向の位置に関係なく長さが一定のステータ歯を軸方向の断面から見た、空力的付加物を備える本発明による実施形態の変形例を示す図である。 図１０ｂは、ステータグリッドの出口における、半径方向の位置に応じて長さが変化するステータ歯を軸方向の断面から見た、空力的付加物を備える本発明による実施形態の変形例を示す図である。

本発明は、ロータとステータとを有する電気機械に関する。ステータは、該ステータの円周方向に沿って配置された複数（多数）の半径方向通路を有する。半径方向通路は、半径方向歯で画定され、磁束発生器が収容される。磁束発生器は、例えばコイルである。さらに、半径方向通路は、磁束発生器と面している流体サーキュレーションギャラリーを備える。

さらに、電気機械は、少なくとも１つの空力的付加物を有し、該空力的付加物は電気機械と同軸であり、該電気機械の軸方向における端部に配置される。空力的付加物は、サーキュレーションギャラリーを通過する流体を案内するための少なくとも第１の部位と、半径方向歯の少なくとも１つに沿って半径方向に延在し、前記電気機械の軸方向において、流体を案内するための空力的プロファイルを備えた少なくとも第２の部位とを有する。この空力的付加物を用いることで、空力的付加物の第１の案内部位の手段によって流体の流れのより良好なチャネリングを可能にし、空力的付加物の第２のプロファイル部位の手段によってステータ歯を通過する流れの乱れを抑制する。

単なる例として、本明細書の残りの部分において、この機械は極対数が１の同期機械である。

このことは、極対数が１よりも多い同期機械、例えば巻線型またはかご型非同期機械及びリラクタンス機械等の他の電気機械を排除するものではない。

一実施形態によれば、空力的付加物は、熱抵抗が小さい材料、好ましくはポリマー材料から作ればよい。これにより、ステータグリッドの冷却性能が向上し、熱伝導性が良好な材料に伴って熱抵抗が小さくなる。ポリマー材料は、複雑なプロファイルの形成を可能にする積層造形または成形プロセスに対応できることが好ましい。

本発明の他の変形例によれば、空力的付加物は、その中央面に沿って非対称なプロファイルを有していてもよい。この特有の特徴は、例えば流れの方向を修正する利点を有し、その性能を向上させるために、出口における流体の流れを、例えばコンプレッサ等の次の装備品へ向けるために非常に有益である。

空力的付加物は、積層造形または成形によって作成することが好ましい。その結果、空力的付加物のコストを低減できる。成形は、その製造技術が安価で迅速な生産を可能にするため、特に大量生産部品にとって有益である。積層造形は、複雑な部品、特に成形では製造できない部品の製造を可能にする。

本発明の実施形態の変形例によれば、空力的付加物は、少なくとも１つの着脱可能な要素を含む少なくとも２つの要素で作成できる。実際、流体の流れには、空力的付加物が損傷する可能性のあるアグレッシブな流体または固体要素を含むことがある。流体と接触する可能性がある付加物の少なくとも一部を着脱可能にすれば、それを容易に交換でき、電気機械の電気的及び熱的性能を維持しつつ、その製品寿命を延ばすことができる。空力的付加物の一部は、流体と接触しないため、電気機械の製品寿命を通してその部位を維持できる。

電気機械は、該電気機械の軸方向における両端に配置される２つの空力的付加物を有することが好ましい。これにより、流体がステータグリッドへ出入りするときの該流体の流れがチャネル化され、電気機械の性能及び冷却性を向上させ、圧力の低下を抑制し、例えばコンプレッサ等の出口に配置される可能性が高い構成要素の性能を最適化できる。

本発明の変形例によれば、空力的付加物の第２の部位は、サーキュレーションギャラリーの流体の入口に位置する半径方向歯の上記軸方向における端部に配置される場合、半径方向歯の半径方向と直交する断面が略半円形のプロファイルであってもよい。この断面が半円形の空力的プロファイルは、ステータグリッドの流体の入口において流れが乱れるリスクを抑制できる。

本発明の変形例によれば、サーキュレーションギャラリーの流体の入口に位置する半径方向歯の上記軸方向における端部に配置される空力的付加物は、中央円錐部を有していてもよい。円錐部は、流れを徐々に方向付けるように、上記軸方向及び流体が流れる方向において直径が大きくなる、回転体の形状を有する。円錐部は、少なくとも３次の楕円形状であることが好ましい。円錐部は、サーキュレーションギャラリーにおいて流れを方向付けることを可能にし、このゾーンにおける流れの乱れを可能な限り抑制する。この特徴は、円錐部が上記軸方向で少なくとも３次の楕円形状である場合に特に確認される。また、円錐部は、流体の流れと、ロータまたは空隙を劣化させる可能性がある固体要素とからロータ及び空隙を保護する、ひいては電気機械の性能劣化から保護する利点を提供する。円錐部は、電気機械のロータ、回転シャフト及び／またはステータと同軸である。円錐部は、ステータグリッドと最も近いその端部において略円筒の外形であることが好ましく、ロータの直径よりも大きい直径であることが好ましい。

この実施形態の変形例によれば、空力的付加物が円錐部を有する場合、該円錐部は流体による空隙の通過を可能にする複数の開口を有していてもよい。この実施形態は、熱伝導流体がロータ及び／または空隙を劣化させる可能性があるアグレッシブな化学的または機械的要素（例えば、固体粒子）を含まない場合に利用することが好ましい。円錐部における開口手段によって空隙を経由する流体の通過を許容することは、ロータの良好な冷却を提供し、流れ全体の圧力低下を最小限に抑制しつつ電気機械の性能を維持することを可能にする。これらの開口の大きさは、デブリが空隙を通過して詰まることが無いように、空隙の幅よりも小さいことが好ましい。

代わりになるべき物として、サーキュレーションギャラリーの流体の入口に位置する半径方向歯の上記軸方向における端部に配置される空力的付加物は、上述した円錐部に代わって内部リングまたは固体ディスク形式の内部クラウンを有していてもよい。この内部クラウンは、空力的プロファイル壁を相互に連結することを可能にして空力的付加物を機械的に補強する。

内部クラウンに固体ディスクを使用すると、流体が空隙に進入するのを防止できる。流体がアグレッシブな化学的または機械的媒介（例えば、固体粒子）を含む場合、固体ディスクはこれらの媒介からロータ及び空隙を保護することができる。

一方、内部クラウンに内部リングを使用すると、外径及び内径がゼロではないことを特徴とする内部リングが流体を空隙に進入させる。この特有の特徴は、ロータの冷却を改善することを可能にして電気機械の性能を改善する。これは、特に流体がアグレッシブな化学的または機械的媒介（例えば固体粒子）を含まない場合に有益である。

本発明の別の変形例によれば、空力的付加物の第２の部位は、サーキュレーションギャラリーの流体の出口に位置する半径方向歯の上記軸方向における端部に配置される場合、半径方向歯の半径方向と垂直な断面において、上記軸方向で厚さを低減させることが可能であり、半径方向歯の上記軸方向における端部で最大の厚さとなるプロファイルとしてもよい。テーパ状断面のこの空力的プロファイルと徐々に低減する厚さとにより、ステータグリッドの流体の出口で流れが乱れるリスクを抑制できる。このプロファイルは、流れの乱れ及び圧力低下をできるだけ抑制することで、２つの隣接するサーキュレーションギャラリーから来る流れを再付着させるポイントで終わらせてもよい。

サーキュレーションギャラリーの流体の出口に位置する半径方向歯の上記軸方向における端部に配置される空力的付加物は、その半径方向の位置に応じて上記軸方向における寸法が変化することが好ましい。上記軸方向における寸法は、半径方向の位置が外側であるほど短くなることが好ましい。その結果、空力的な乱れを抑制しつつ、流れを再付着できるため、半径方向歯の出口における空力特性が改善される。

本発明の変形例によれば、サーキュレーションギャラリーの流体の出口に位置する半径方向歯の上記軸方向における端部に配置される空力的付加物は、可動フラップ及び関連する制御システムを備えていてもよい。可動フラップは電気機械の出口で空力的プロファイルの修正を可能にする。この機能により、電気機械、コンプレッサ及び期待されるシステム全体の性能に応じて流体が流れる方向を最適化できる。

また、本発明は、圧縮されるべき流体の取り入れ口と圧縮された流体の出口とを有する圧縮手段(例えば、コンプレッサ)を含む、ガス状または液状の流体のための圧縮装置に関する。流体圧縮手段は、コンプレッサシャフトによって支持され、流体の取り入れ口と出口との間に収容される。また、本装置は、上記実施形態の１つによる電気機械を有し、該電気機械は流体が流れる方向に関して圧縮手段の上流側に配置される。電動式コンプレッサに上述した電気機械を用いることで、電気機械の冷却性能を向上させることが可能であり、その結果、性能を向上させて製品寿命を延ばすと共に、コンプレッサに電気機械内の圧力低下を最小限に抑制する流体の流れを提供し、コンプレッサの出口における空力的乱れを抑制して、圧縮性能を向上させることができる。

さらに、本発明は、膨張手段（例えばタービン）と、上述した電動式圧縮装置とを有する電動式ターボチャージャ装置に関する。膨張手段及び圧縮装置は、同じ回転シャフトに固定されているため、膨張手段と圧縮装置との共通回転を可能にする。上述した電動式圧縮装置を用いることで、圧縮性能を向上させることが可能であり、コンプレッサの性能向上により、タービンの入口における流体の流量が増大してターボチャージャの性能もより向上する。

さらに、コンプレッサには、該コンプレッサで圧縮されたガスの一部を該コンプレッサの上流から還流させることができるポート付きシュラウドを備えていてもよい。この圧縮ガスの一部を還流させることは、ある運転条件下(低流量、コンプレッサの出入口の圧力差が大きい)で発生しやすいサージ現象を防止し、コンプレッサにおける流れの方向の反転を安定させる。サージが発生すると、コンプレッサで非常に重大な障害を引き起こす可能性がある。

コンプレッサがポート付きシュラウドを備える場合、下流側の空力的付加物９０の空力的プロファイル壁９２の長さは、特にその半径方向の位置が外側であるほど後縁が短いことが有利である。実際、外径における短縮された長さは、半径方向外側の後流を低減させ、不必要なときにおけるポート付きシュラウドの不要な操作を防止するため、コンプレッサの効率が改善する。一方で、内径を長く保つことで、コンプレッサの入口における後流の乱れを防止できる。

図１は、非限定的な例として、液状流体またはガス状流体等の作動流体のための電気によって補助される圧縮装置１０を概略的に示している。

本装置は、特に電気機械で制御される流体用のコンプレッサとして用いられ、以下では電動式コンプレッサと称される。

コンプレッサ１１、例えば遠心インペラ型コンプレッサは、空気または空気混合物（排気ガスを含むことができる）等のガス状の流体の取り入れ口１４と、圧縮された流体の出口１６とを備えたケーシング１２を有する。

このケーシング１２は、シャフト２０に固定されて回転運動の対象となる、取り入れ口と出口との間に配置されたコンプレッサホイール１８の形式の圧縮手段を収容している。

このシャフト２０は、図１において左から右へ流れるガス状の流体の流れＦａに対して、取り入れ口１４と対向する、上流側に配置された電気機械２４のロータ２２と回転可能に接続されている。

以下で説明するように、原動機として使用される本電気機械は、ガス状の流体が、この機械のステータを経由してコンプレッサの取り入れ口１４へ供給されるように構成された特徴を有する。

図１の実施例では、電気機械が取り入れ口１４に配置され、ネジ等の任意の周知の手段によって固定されている。

図２は、非限定的な例として、ガス状または液状の流体のための膨張装置４４を伴う圧縮装置１０を概略的に示している。

このように構成された組立体は、ターボチャージャ４６として知られている。

図１で示すように、圧縮装置１０は、コンプレッサ１１と、ロータ２２がコンプレッサのホイール１８のシャフト２０と接合された電気機械２４とを有する。

膨張装置４４は、流体（例えば、内燃機関からの排気ガス）の取り入れ口５２と膨張流体の出口５４とを支えるケーシング５０を備えたタービンを有する。ここではインペラであるタービンホイール５６が、ケーシング５０における取り入れ口と出口との間に配置され、タービンホイールシャフト５８によって支持される。このシャフト５８は、電気機械のロータ２２とコンプレッサホイールのシャフト２０から成る組立体と回転可能に接続されている。

ロータ２２、コンプレッサホイールシャフト２０及びタービンホイールシャフト５８は、ベアリング４０ａによって支持されたモノブロック組立体を構成する。

図２で示す実施例の場合、コンプレッサは、タービン単独で駆動され、タービンから供給されるパワーがコンプレッサの動作で必要なパワーよりも大きい場合、電気機械はロータ２２の回転の影響下で電流発生器の役割を果たすことになる。

また、コンプレッサは、タービンと、電気モータとして使用される電気機械とによって駆動され、ターボチャージャの動的及び静的性能を増大させることが可能であり、特に所定の膨張比に対する圧縮比を増大させて、コンプレッサの起動及び回転を促進する（ターボチャージャの応答時間の低減）。

ステータとロータの表面処理は、この機械を、空気と混合され得る、機関からの排気ガスのような腐食性流体の供給に対応させることに留意されたい。

さらに、このタイプの機械は、オリジナルのシステムに大きな変更を要求することなく、既存のターボチャージャシステムと簡易に統合できる。

このタイプの構成では、電気機械のロータが特にコンプレッサ側の締結ナットの役割を果たすことができる。

図３は、非限定的な例として、ステータグリッド電気機械のステータグリッド１００の一例を概略的に示しており、それは仏国特許第３０４１８３１号（国際公開第２０１７／０５０５７７号）及び仏国特許第３０４８０２２号でより詳細に説明されている。ステータグリッド１００は、半径方向歯（ステータ歯とも呼ばれる）１０１と、半径方向流体通路１０２と（例えば、図３の非限定的な実施例では、１２個の半径方向通路と１２個の半径方向歯）を有する。これらの半径方向通路１０２は、作動流体のための、並びにコイルを取り付けるためのサーキュレーションギャラリーとしての両方の役割を果たす。ステータ歯１０１は、例えばスロットを備えた中央リング１０３から連続してまたは不連続に外側リング１０４まで延在している。内側リング１０３及び外側リング１０４の上記軸方向における端部の表面、並びに半径方向歯１０１の上記軸方向における端部の表面は、平坦で同一平面であり、表面２６を形成する。半径方向通路は、内側リング１０３及び外側リング１０４と、半径方向歯１０１とによって画定される。

図４は、非限定的な例として、ステータグリッド１００、ステータグリッド１００における流体（例えば空気）の入口の上流側の、本発明の実施形態による空力的付加物８５、並びにステータグリッド１００における流体の出口の下流側の、本発明の実施形態による空力的付加物９０から構成された組立体の周方向断面を概略的に示している。流体の流れを案内することを目的とする空力的付加物８５及び９０の第１の部位は、図４では示されていない。軸ＸＸは、ステータの軸、ロータの軸及び空力的付加物８５、９０の軸と共通な、電気機械の軸方向を示す軸である。この周方向断面は、特にステータ歯における組立体の形状全体の様子を提供する。この組立体の形状全体は、上流側の空力的付加物８５において、例えば半円形の丸みを帯びたプロファイル８７と、ステータグリッド１００のステータ歯１０１の、例えば長方形または厚さが一定の部位と、下流側の空力的付加物９０において、その厚さが徐々に低減する（３次以上の楕円）テーパ状プロファイル９２とを有する。テーパ状プロファイル９２の端部は、隣接する異なるサーキュレーションギャラリーからの流れの再付着を改善するために、丸みを帯びていてもよく、尖っていてもよい。図４において、下流側に位置する空力的付加物９０のテーパ状プロファイル９２は、半径方向の位置に応じて上記軸方向における寸法（長さ）が変化する。

また、上流側の空力的付加物８５は、ステータ及びステータグリッド１００と同軸の中央円錐部８０を有する。この円錐部８０は、略円筒状であり、ロータの半径よりも大きい半径であり、流体の流れとは逆の上記軸方向において、ステータグリッド１００から延在している。その端部は、図４で示すように尖っていてもよく、丸みを帯びていてもよい。そのため、流入した流れは、最初に、その尖ったまたは丸みを帯びた端部にて円錐部８０と遭遇する。流れは、円錐部８０の外壁によって、半径方向歯１０１で画定された流体サーキュレーションギャラリーの方へ案内される。

図４の実施例では、ロータ及び空隙を冷却するために、円錐部８０に流体を通過させる複数の開口８１を備えた円錐部８０が設けられている。この構成は、熱伝導流体がロータ及び／または空隙を損傷させる可能性があるアグレッシブな化学的媒介及び固体粒子を含まない場合に特にふさわしい。

熱伝導流体がロータまたは空隙を損傷させる可能性があるアグレッシブな化学的媒介または固体粒子を含む場合、円錐部８０は開口８１を持たないことが好ましい。流体が空隙ゾーンに入ることができないことで、空隙及びロータが保護される。

図５は、非限定的な例として、ステータグリッド１００に取り付けられた上流側の空力的付加物８５（一方、図４は歯における周方向断面）の実施形態を概略的に示している。空力的付加物は、歯から上流側の空力的プロファイル８７に加えて、この壁の内側を流れる流体を案内するための円筒壁８６を備えている。流体の流れは、円筒壁８６の内径で規定される管路を完全に通過する。また、この円筒壁８６は、巻線が流体と直接触れないようにする。

空力的付加物８５は、ステータと同軸の中央円錐部を有していてもよい。円錐部８０は、空隙及びロータ（図５では図示せず）の方へ流れる流体（例えば空気）を通過させる、ロータを冷却するための複数の開口８１を有していてもよく、有していなくてもよい。円錐部は、半径方向歯１０１を覆う空力的プロファイル８７で固定される。したがって、円錐部は組立体の剛性に貢献する。

円錐部を使用しない場合、代わりに内側クラウンを使用してもよい。この内側クラウンの目的は、空力的付加物８５全体の剛性を確保できるように、その内径にわたって半径方向歯１０１を覆って空力的プロファイル８７を連結することである。

この円筒壁８６の外側は流体が流れない。一方、空力的付加物８５には、半径方向歯を覆う半径方向壁８９が設けられており、これらの半径方向壁８９は、空力的プロファイル壁８７の延長部において、円筒壁８６によって画定される空間の外側に位置する。さらに、空力的付加物８５には、半径方向歯を覆う半径方向壁８９と相補的な半径方向壁８８が設けられている。これらの半径方向壁８８は、半径方向歯を囲むコイル空間（図示せず）を画定する役割を果たす。半径方向壁８８及び８９は、その外径において外側クラウン７９によって一体的に保持される。外側クラウンは、ステータグリッド１００の表面２６の上記軸方向における一方の端部に置かれている。この端部は、最適な密着性を提供する平面である。この外側クラウン７９の他端も平面であり、半径方向壁８９の上記軸方向における端部と同一平面である。

円筒壁８６によって画定された空力的付加物８５の部位は、それを損傷させる可能性がある流れに晒される。円筒壁８６、半径方向歯１０１を覆う空力的プロファイル８７の壁及び内側クラウン（図示せず）または、もしあれば円錐部８０を備える空力的付加物８５のこの部位を、必要に応じて交換できるように着脱可能とすることは有益であろう。

円筒壁８６の外側部位は、必要であれば着脱不能としてもよい。したがって、空力的付加物８５は、円筒壁８６、内側クラウンまたは円錐部８０があれば、それを含む着脱可能な第１の部位と、半径方向歯１０１を覆う空力的プロファイル壁８７、外側クラウン７９及び半径方向壁８８及び８９を含む着脱不能な第２の部位との２つの部位から構成できる。

幾何学的形状の接続領域には、流体の流れが乱れるリスクを回避するように、接続フィレットまたはチャンファを有する。

図６は、非限定的な例として、ステータグリッド１００に取り付けられた下流側の空力的付加物９０（一方、図４は歯部における周方向断面）の実施形態を概略的に示している。空力的付加物９０は、半径方向歯１０１の下流側の空力的プロファイル９２に加えて、半径方向歯１０１によって画定される流体サーキュレーションギャラリーから出た流体をその内側へ導くための円筒壁９３を備える。そのため、流体サーキュレーションギャラリーから出た流体は、円筒壁９３の内径で規定される管路を完全に通過する。

また、空力的付加物９０は、機械的な強度を提供し、各空力的プロファイル壁９２を互いに結合する内側円筒壁９６を有する。

円筒壁９３の外側には流体が流れない。一方、空力的付加物９０には、半径方向歯を覆う半径方向壁９５が設けられており、これらの半径方向壁９５は、空力的プロファイル壁９２の延長部において、円筒壁９３によって画定される空間の外側に位置している。さらに、空力的付加物９０には、半径方向歯を覆う半径方向壁９５と相補的な半径方向壁９４が設けられている。これらの半径方向壁９４は、半径方向歯を囲むコイル空間（図示せず）を画定する役割を果たす。

加えて、空力的付加物９０は、直径がステータグリッド１００の直径と略等しい、例えば円筒状の外部クラウン９７を有する。この外部クラウン９７の上記軸方向における端部は平面である。一方の側面において、それはステータグリッド１００の表面と接触している。外部クラウン９７の他方の平面の端部は、半径方向壁９５の上記軸方向における端部と同一平面上にある。このクラウンは、壁９２の延長部及び半径方向壁９４において、全ての半径方向壁９２及び９５を一体的に保持することを可能にする。これにより、空力的付加物９０全体の機械的な強度が確保される。

円筒壁９３で画定される空力的付加物９０の部位は、それを損傷させる可能性がある流体の流れに晒される。円筒壁９３、半径方向歯を覆う空力的プロファイル９２及び内側円筒壁９６を有する空力的付加物のこの部位を必要に応じて交換できるように着脱可能とすることが有益であろう。

円筒壁９３の外側部位は、必要であれば着脱不能としてもよい。したがって、空力的付加物９０は、円筒壁９３、内側円筒壁９６及び半径方向歯１０１を覆う空力的プロファイル壁９２を有する着脱可能な第１の部位と、外側歯クラウン９７及び／または半径方向壁９４及び９５を有する着脱不能な第２の部位との２つの部位から構成できる。

幾何学的形状の接続領域には、流体の流れが乱れるリスクを回避するために、接続フィレットまたはチャンファを有することに留意されたい。

図７は、非限定的な例として、本発明の一実施形態による、流体が流れる方向に関する、ステータグリッド１００と、ステータグリッド１００の上流側及び下流側にそれぞれ配置された２つの空力的付加物８５及び９０との組立体の分解図を概略的に示している。２つの付加物は、図５及び６に関連して記載されたものに対応する。

これら２つの空力的付加物８５及び９０は、空力的付加物８５及び９０と直接一体化された取り付け部材１１０及び１２０を備えている。取り付け部材１１０は、ステータグリッド１００に空力的付加物９０を取り付けることを可能にし、これらの取り付け部材１１０は、外側リング１０４及びステータ歯１０１で画定された半径方向ウェブ１０２と外側部位において係合する。取り付け部材１１０は、流れの方向とは反対の方向において、外側端部から内側へ延びる上記軸方向における半径方向壁９４の延長部を有し、これらの半径方向壁９４が半径方向ウェブ１０２と係合する。

また、取り付け部材１１０は、円筒壁１１１の一部と、略Ｔ字状断面を成す半径方向壁９４及び円筒壁１１１と、上記軸方向において、流れとは逆の方向でステータグリッド１００の半径方向ウェブ１０２へ入り込むように円筒壁９３に延在する円筒壁部１１１とを有する。Ｔ字を形成する半径方向壁９４と円筒壁１１１との接合は、半径方向壁９４の半径方向の内側端部と円筒壁部１１１の円周方向の略中央部で実施される。取り付け部材１１０の数は、ステータグリッド１００の半径方向ウェブ１０２の数と等しい（図７において、１２個の取り付け部材１１０）。

取り付け部材１１０は、空力的付加物９０をステータグリッド１００に配置することを可能にし、２つの部品の相対回転が流体の流れを妨げる可能性があるため、これら２つの部品のいかなる相対回転も防止する。

取り付け部材１１０は、空力的付加物９０の不可欠な部品である。

空力的付加物８５の取り付け部材１２０は、ステータグリッド１００の中央面に対して、空力的付加物９０の取り付け部材１１０と略対称であり、この平面が上記軸方向における軸と直交している。

図８は、非限定的な例として、ステータグリッド１００に取り付けられて示された図６とは異なる、図６及び図７の空力的付加物９０を単独で概略的に示している。図８は、一方で、空力的プロファイル９２及び空力的付加物の外側部位９３の可視化を可能にし、他方で、図６では示されていない、ステータグリッド１００に入り込む取り付け部材１１０の可視化を可能にしている。

図９は、非限定的な例として、ステータグリッド１００に取り付けられて示された図５とは異なる、図５及び図７の空力的付加物８５を単独で概略的に示している。空力的ステータ８５は、空力的プロファイル８７、外側部位８６、開口８１を備えた円錐部８０を有する。さらに、図９では、取付け部材１２０が半径方向壁１２１と、円筒壁部１２２とを有することが確認できる。半径方向壁１２１は、流れの方向において、ステータグリッド１００へ入り込むように半径方向壁８８へ延在する点で、取り付け部材１１０の壁９４と類似している。円筒壁部１２２は、流れの方向において、上記軸方向でステータグリッドへ入り込むように円筒壁８７へ延在する点で、取り付け部材１１０の円筒壁部１１１と類似している。取り付け部材１２０は、半径方向壁１２１と円筒壁部１２２が略Ｔ字状部を形成し、半径方向壁１２１と円筒壁１２２との間の接合が、半径方向壁１２１の半径方向の内側端部と円筒壁部１２２の円周方向の略中央部で実施され点で取り付け部材１１０と類似している。取り付け部材１２０の数は、ステータグリッド１００の半径方向ウェブ１０２の数と等しい（例えば、１２個の取り付け部材１２０）。

取り付け部材１２０は、ステータグリッド１００に空力的付加物８５を取り付けることを可能にし、２つの部品の相対回転が流体の流れを妨げる可能性があるため、これら２つの部品のいかなる相対回転も防止する。

取り付け部材１２０は、空力的付加物８５の不可欠な部品である。

図１０ａは、非限定的な例として、本発明による一実施形態の電気機械の軸方向における軸ＸＸ（横軸）及び半径方向歯１０１の半径方向軸によって規定される平面における断面を概略的に示している。

この図は、空力的付加物８５の上流側の空力的プロファイル壁８７と、空力的付加物９０の下流側のステータ歯１０１及び空力的プロファイル壁９１を示している。この構成において、これら３つの各部品は、考慮する部品の半径方向の位置に関係なく軸方向における軸ＸＸに沿って長さが一定である。さらに、空力的付加物８５の上流側の空力的プロファイル壁８７の上記軸方向における端面、ステータ歯１０１の上記軸方向における端面及び空力的付加物９０の下流側の空力的プロファイル壁９１の上記軸方向における端面は、全て軸ＸＸに対して垂直である。特に、空力的プロファイル壁９１は、軸ＸＸと直交し、かつ流れの方向と直交する直線部分で終わる。

図１０ｂは、非限定的な例として、本発明による一実施形態の電気機械の軸方向における軸ＸＸ（横軸）及び半径方向歯１０１の半径方向軸によって規定される平面における断面を概略的に示している。

この図は、空力的付加物８５の上流側の空力的プロファイル壁８７と、空力的付加物９０の下流側のステータ歯１０１及び空力的プロファイル壁９２とを示している。この構成において、空力的付加物８５の上流側の空力的プロファイル壁８７及びステータ歯１０１は、該歯の半径方向の位置に関係なく長さが一定であり、それらの上記軸方向における端面は全て軸ＸＸに対して垂直である。一方、空力的付加物９０の下流側の空力的プロファイル壁９２の長さは、その半径方向の位置に依存し、その長さは一定ではなく、半径方向の位置に応じて変化する。流体が流れる方向において、空力的プロファイル壁９２の上流側の上記軸方向における端面は軸ＸＸと垂直である。一方、流体が流れる方向において、空力的プロファイル壁９２の下流側の上記軸方向における端面は軸ＸＸに対して垂直ではない。下流側の空力的付加物９０の空力的プロファイル壁９２の長さは、その半径方向の位置が外側であるほど短くなることが好ましい。下流側の空力的付加物９０の空力的プロファイル壁９２の長さは、その半径方向の内側で最大であり、下流側の空力的付加物９０の空力的プロファイル壁９２の最小の長さは、その半径方向の最も外側である。この特徴により、乱れや圧力低下を抑制しつつ、電気機械の出口における流体の流れを改善できる。これは、コンプレッサが特に電気機械の出口に配置されている場合に有益であり、コンプレッサへ入り込む流体の流れが最適なコンプレッサ効率を提供する。

Claims (17)

1. ロータ（２２）とステータ（２４）とを有し、前記ステータ（２４）が該ステータ（２４）の円周方向に沿って配置された複数の半径方向通路（１０２）を備え、前記半径方向通路（１０２）が複数の半径方向歯（１０１）によって画定され、磁束発生器が前記半径方向通路（１０２）に収容され、前記半径方向通路（１０２）が前記磁束発生器と面している流体サーキュレーションギャラリーを有する電気機械において、
   前記電気機械（２４）が、少なくとも１つの空力的付加物（８５、９０）を有し、
   前記空力的付加物（８５、９０）が、前記電気機械（２４）と同軸であり、前記電気機械（２４）の軸方向における端部に配置され、
   前記空力的付加物（８５、９０）が、前記サーキュレーションギャラリーを通過する流体を案内するための少なくとも第１の部位と、少なくとも第２の部位とを有し、
   前記第２の部位が、前記複数の半径方向歯（１０１）の少なくとも１つに沿って半径方向に延在し、前記電気機械（２４）の軸方向において、前記流体を案内するための空力的プロファイル（８７、９１、９２）を持つことを特徴とする、電気機械（２４）。
2. 前記空力的付加物（８５、９０）が、熱抵抗が小さい材料、好ましくはポリマー材料から作られた、請求項１に記載の電気機械。
3. 前記流体が空気である、請求項１または２に記載の電気機械。
4. 前記空力的付加物（８５、９０）が、前記空力的付加物（８５、９０）の中央面に沿って非対称なプロファイルである、請求項１から３のいずれか１項に記載の電気機械。
5. 前記空力的付加物（８５、９０）が、積層造形または成形によって作られた、請求項１から４のいずれか１項に記載の電気機械。
6. 前記空力的付加物（８５、９０）が、少なくとも１つの着脱可能な要素を含む少なくとも２つの要素で作られた、請求項１から５のいずれか１項に記載の電気機械。
7. 前記電気機械（２４）の軸方向における両端に配置された、２つの空力的付加物（８５、９０）を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の電気機械。
8. 前記空力的付加物（８５、９０）の前記第２の部位は、前記空力的付加物（８５、９０）が前記サーキュレーションギャラリーの前記流体の入口に位置する前記半径方向歯（１０１）の前記軸方向における端部に配置される場合、前記半径方向歯（１０１）の半径方向と直交する断面が略半円形のプロファイルである、請求項１から７のいずれか１項に記載の電気機械。
9. 前記サーキュレーションギャラリーの前記流体の入口に位置する、前記半径方向歯（１０１）の前記軸方向における端部に配置された前記空力的付加物（８５、９０）は、中央円錐部（８０）を有し、前記円錐部は少なくとも３次の楕円形状であることが好ましい、請求項１から８のいずれか１項に記載の電気機械。
10. 前記円錐部（８０）が、前記流体を通過させる複数の開口（８１）を有する、請求項９に記載の電気機械。
11. 前記円錐部（８０）の前記開口（８１）が、前記空隙における空気の流れを有利に案内する、請求項１０に記載の電気機械。
12. 前記開口（８１）のサイズが、前記空隙の幅よりも小さい、請求項１０または１１に記載の電気機械。
13. 前記空力的付加物（８５、９０）の前記第２の部位は、前記空力的付加物（８５、９０）が前記サーキュレーションギャラリーの前記流体の出口に位置する前記半径方向歯（１０１）の前記軸方向における端部に配置される場合、前記半径方向歯（１０１）の半径方向と垂直な断面における厚さが前記軸方向で低減するプロファイルであり、最大の厚さが前記半径方向歯（１０１）の前記軸方向における端部に位置する、請求項１から１２のいずれか１項に記載の電気機械。
14. 前記サーキュレーションギャラリーの前記流体の入口に位置する、前記半径方向歯（１０１）の前記軸方向における端部に配置された前記空力的付加物（８５、９０）は、前記半径方向の位置に応じて前記軸方向における寸法が変化し、前記半径方向の位置が外側であるほど前記軸方向における寸法が短くなることが好ましい、請求項１から１３のいずれか１項に記載の電気機械。
15. 前記サーキュレーションギャラリーの前記流体の入口に位置する、前記半径方向歯（１０１）の前記軸方向における端部に配置された前記空力的付加物（８５、９０）は、可動空力フラップ及び関連する制御システムを備え、前記可動空力フラップは前記電気機械の出口で前記流体に有利な方向を与える、または流体の流量を制御する、請求項１から１４のいずれか１項に記載の電気機械。
16. ガス状または液状の流体のための圧縮装置（１０）であって、
    圧縮される前記流体の取り入れ口を備えた圧縮手段（１１）と、前記圧縮された流体の出口（１６）と、請求項１から１５のいずれか１項に記載の電気機械とを有し、
    前記流体を圧縮するための前記手段（１１）が、コンプレッサシャフトで支えられて前記取り入れ口（１４）と前記出口（１６）との間に収容され、前記電気機械（２４）が、流体が流れる方向に関して、前記圧縮手段（１１）の上流側に配置される圧縮装置（１０）。
17. 膨張手段（４４）と請求項１６に記載の圧縮装置（１０）とを有し、
    前記膨張手段（４４）と前記圧縮装置（１０）とが同一の回転軸（２０）に固定され、前記膨張手段（４４）と前記圧縮装置（１０）との共通回転が可能である、電動式ターボチャージャ装置（４６）。

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