JP7015297B2 - 電気機械用フランジ - Google Patents

Description

本発明は、参照によりその内容（詳細な説明、図面および特許請求の範囲）が本明細書に組み込まれる２０１６年５月１３日出願の仏国特許出願公開第１６５４３１０号の優先権を主張するものである。

本発明の分野は電気機械の分野であり、好ましくは発電機や電動機のような回転電気機械の分野である。より詳細には、その電気機械は、車両、特に自動車両、たとえば道路車両や鉄道車両のような車両に設置するためのものである。

発電機や電動機のような回転電気機械は固定子および回転子を備える。固定子にはコイルを形成する巻線が取り付けられ、回転子には永久磁石が固定される。回転子はシャフトを介して回転可能である。電気機械が発電機のとき、固定子のコイルに対する回転子の回転運動は電気エネルギーを発生させることができ、電気機械が電動機のときは、回転子を回転させることによって機械エネルギーが発生する。

このような電気機械が車両を動かすために使用される場合、車両に搭載されるすべての要素の重量は最小化されるべきである。これは、その重量が車両の推進用電気機械への給電を担う電源の航続能力に直接影響するためである。こうした軽量化の追求は、同じ性能レベルを維持しながら進められる電気機械のコンパクト設計の最適化という形をとる。

そうした状況は電気機械によって発生する熱の増大へとつながる。そこで、電気機械を冷却することにより、電気機械の性能低下や一部構成要素の破損、さらには電気機械そのものの破壊を引き起こしかねない過熱を避けるようにするのがよい。

冷却すべき構成要素のうち、コイル、より具体的にはコイル先端部は、電気機械の全体性能を規定する決定要因である。電気機械の小型化を念頭に置いたとき、コイル先端部の効果的な冷却はとりわけ困難なものとなる。

本発明は、とりわけコンパクトでありながらも、コイル先端部を特に冷却することのできる電気機械用フランジを提案することによってこの技術的問題を解決するものである。

そのため、本発明の目的は、電気機械の一部をなすコイル先端部を少なくとも部分的に覆うように構成された電気機械用フランジであって、冷却流体を受けることができるチャンバを備えたフランジにおいて、冷却流体のチャンバへの流入または冷却流体のチャンバからの流出を可能にする少なくとも１つの第１のオリフィスと少なくとも１つの第２のオリフィスとを備え、そのチャンバが少なくとも１つのコイル先端部の輪郭に対して相補的な輪郭を有することを特徴とするフランジを設計することにある。

そのため、本発明は、冷却流体がコイル先端部にできるだけ近くなることができるようにすることで、コイル先端部に特定した冷却を行うことが可能となる。このような冷却は、車両に装備することができる電源の航続能力を損なうことのないサイズおよび重量を保証しながら、電気機械の性能を高めることが可能である。相補的な輪郭とは、チャンバを形作る壁の形状が、コイル先端部が有する形状の輪郭線に少なくとも部分的に沿うものであることをいう。

本発明の様々な特徴をそれぞれ単独で、または組み合わせて採り入れることにより、以下のようにすることができよう。
－ チャンバはコイル先端部に対して密閉されるように構成され、
－ 第１のオリフィスはチャンバの中に開口し、
－ 第２のオリフィスはチャンバの中に開口し、
－ 第１のオリフィスはフランジの外部円筒面（フランジの周縁面ともいう）に設けられ、
－ 第２のオリフィスは径方向に延びる形でフランジの内側面に設けられ、
－ 少なくとも部分的にチャンバを画定する壁であって、コイル先端部と接するようにされる壁は連続的である。つまり、コイル先端部を受けるゾーンに開口することになるオリフィスによってその壁が途切れることはない。そのため、コイル先端部に対するチャンバの密閉性を確保することができる。
－ フランジは、電気機械の回転軸受を収容するための受けゾーンを備える。
－ チャンバはその全体をフランジによって、第１のオリフィスによって、さらに第２のオリフィスによって画定され、
－ フランジは、フランジを外側部分と内側部分に分ける分離板を備え、その分離板はチャンバについても、外側部分に位置する外側チャンバと、内側部分に位置する内側チャンバとに分け、
－ 分離板は、外側部分と内側部分を画定する周縁面を超えて径方向にフランジの外部に向かって延び、
－ 分離版は、外側チャンバと内側チャンバとの連通を可能にする少なくとも１つのスリットを備え、
－ 内側チャンバは少なくとも１つのコイル先端部の輪郭に対して相補的な輪郭を有しており、
－ 内側チャンバは「Ｕ」字形断面を有している。そのため、コイル先端部の少なくとも３つの面が冷却されることが保証される。この「Ｕ」字形断面はフランジの長手方向断面に沿って見ることができるものである。
－ フランジは、チャンバへの冷却流体の出入りを可能にする複数の第１のオリフィスおよび第２のオリフィスを備え、前記オリフィスはフランジの周縁面に開口する。そのため、チャンバは、チャンバ内で所望される冷却流体の流量に応じて複数の入口と複数の出口を備えることができる。
－ 外側部分に位置するオリフィスは、内側部分に位置するオリフィスに対して角度的にオフセットされる。そのため、それぞれのオリフィスはフランジの同じ長手方向軸上には位置せず、そのオフセットによって冷却流体をフランジの長手方向軸の周りに強制的に回転循環させることが可能となる。
－ 分離板は、外側部分の方に配された外側円筒空間と内側部分の方に配された内側円筒空間との間の冷却流体の循環を可能にする切欠きを備える。これらの切欠きは、チャンバ内の冷却流体の流量および水頭損失を調整するとともに、チャンバを迂回する冷却経路を提供することができる。
－ チャンバは、２つの半円板であって、その間に半円環状底が広がって少なくとも１つのコイル先端部に対して相補的な少なくとも１つの区画を画定する２つの半円板によって画定され、
－ フランジは、複数のコイル先端部を受けるための単一の環状区画を備える。この実施形態は分布巻の場合には特に適している。
－ フランジは、フランジの内側部分を取り囲んでチャンバを少なくとも部分的に画定するリングを備え、
－ リングは、窪所を画定する放射状突起であって、少なくとも１つの穴を有する放射状突起を備え、
－ 少なくとも１つの突起は区画内に延びてチャンバを画定し、チャンバは穴によって窪所と連通する。

本発明は、
－ 複数のコイルと、
－ 複数のコイルが取り付けられた薄板の積層を備える固定子であって、複数のコイルがコイル先端部を有しており、それぞれのコイル先端部が薄板の積層から長手方向に突き出る、固定子と、
－ シャフトを介して固定子の内部で回転可能な回転子とを備える電気機械において、上に定義された少なくとも１つのフランジを備えることを特徴とする電気機械も対象とする。そのため、本発明は、小型かつ軽量で性能の強化を保証しながら冷却が改善された電気機械を提供することができる。

本発明の様々な特徴をそれぞれ単独で、または組み合わせて採り入れることにより、以下のようにすることができよう。
－ 電気機械は、固定子の外部面に設けられた冷却流体の複数の循環流線を備える。この循環流線は固定子に対して密閉されており、流体が固定子内に入り込むことはない。この循環流線は固定子の周縁面沿いの冷却流体の循環を可能にする。好ましくは、固定子はその外側面にフィンを備える。
－ フランジのチャンバはコイル先端部に対して密閉されている。そのため、フランジが電気機械に取り付けられているとき、チャンバ内に入る冷却流体がコイル先端部に直に接することはない。
－ 電気機械は固定子のそれぞれの側に配置された第１のフランジと第２のフランジを備え、両フランジは固定子の中央を通る対称面に関して対称をなす。そのため、第１のフランジの内部に設けられたチャンバと第２のフランジの内部に設けられたチャンバも固定子の中央を通る対称面に関して対称をなす。冷却流体の流入および流出を可能にするオリフィスについても同様である。
－ 電気機械は、固定子および少なくとも１つのフランジがその中に配置されるジャケットを備えており、ジャケットは少なくとも１つの冷却流体導入口と少なくとも１つの冷却流体排出口を備え、
－ 固定子のそれぞれの薄板は少なくとも１つの開口部を備えることによってコイルより上および／またはコイル沿いに冷却流体の流路が形成され、その流路は電気機械の長手方向軸に沿って固定子の長さにわたって延び、
－ コイルより上の冷却流体の流路および／またはコイル沿いの冷却流体の流路は少なくとも１つのフランジの内部に設けられたチャンバと連通し、
－ 電気機械は、車両、特に自動車両の移動を果たすための電動機である。

本発明のその他の特徴、詳細および利点は、図面と関連させて以下に参考例として示す説明を読むことでより明らかとなろう。

本発明による電気機械の半断面図である。 本発明の第１の実施形態によるフランジの部分断面斜視図である。 本発明の第１の実施形態によるフランジの分解図である。 本発明による電気機械のフランジを斜め上から見た部分断面図であって、チャンバとコイル先端部が協働する様子を示した断面図ある。 本発明の第２の実施形態によるフランジの部分断面斜視図である。 図５のフランジの斜視図である。 本発明の第３の実施形態によるフランジの部分断面斜視図である。 図７のフランジの部分断面分解図である。 コイル先端部および固定子の薄板が協働する図８のフランジの斜視図である。 ジャケットなしの、本発明による電気機械の斜視図である。 ジャケットを備えた、本発明による電気機械の斜視図である。 第１の実施形態または第２の実施形態によるフランジを装備したジャケット付きの電気機械の半断面図である。 第３の実施形態によるフランジを装備したジャケット付きの電気機械の半断面図である。

図は本発明の実施のために本発明について詳細に説明するためのものであることをまず留意しておく必要があるが、図は場合によって本発明をよりよく定義する役割を果たしうるものであることも言うまでもない。それぞれの図を通して符号は同じものである。

以下の説明では、「内側」または「外側」のような相対的概念はフランジおよび／または電気機械の長手方向軸Ｌとの関係で定義される。この長手方向軸による「内側の」という概念は当該要素が電気機械の内部にあるか、または電気機械の内部に向かっていることを意味し、この長手方向軸による「外側の」という概念は当該要素が電気機械の外部にあるか、または電気機械の外部に向かっていることを意味する。「内部」、「外部」のような相対的概念はフランジおよび／または電気機械の半径Ｒとの関係で定義され、「内部の」という概念はフランジおよび／または電気機械の中心に近づくものであり、「外部の」という概念は中心から遠ざかるものであり、そのときの中心はたとえば長手方向軸Ｌによって定義することができる。同様にして、「上」と「下」という概念はコイル先端部との関係で理解される必要がある。より具体的には、「上の」という概念は長手方向軸Ｌから最も遠いゾーンに対応し、「下の」という概念は当該コイル先端部との関係で長手方向軸Ｌに最も近いゾーンに対応する。

図１は、固定子９と、回転子１０３を回転駆動するシャフト１０１とを備える本発明による電気機械１００を示している。電気機械１００はコイル先端部１０を有する複数のコイル１０６を形成する巻線を備える。固定子９は、コイル１０６がその上に取り付けられた薄板９０の積層によって実体化され、それぞれのコイル先端部１０は薄板９０の積層から長手方向に突き出る。このとき、コイル先端部１０とは薄板９０の積層から突き出たコイルの部分であって、１８０°のエルボの形を取ることができる部分であると考える。そのため、コイル１０６は、当該コイルの長手方向端にそれぞれ設けられた２つのコイル先端部１０を備えることができる。

電気機械１００は固定子９の２つ端部に配置された２つのフランジ１を備える。それぞれのフランジ１は、たとえば玉軸受のような回転軸受１０５を介して回転子１０３を回転駆動するシャフト１０１を保持することができる。より詳細には、図から見て取れるように、それぞれのフランジ１は回転軸受１０５を収容するための、または収容するように構成された受けゾーンを備える。電気機械１００は、長手方向軸Ｌに沿ってフランジ１および固定子９を覆うジャケット１０２を備えることが好ましい。フランジ１は、ジャケット１０２とは異なり、電気機械１００の固定子９の薄板９０を長手方向軸Ｌ沿いに覆うことはない。

図２から図１１は、電気機械１００の１つまたは複数のコイル先端部１０を少なくとも部分的に覆うように構成された電気機械１００のフランジ１を示している。フランジ１の内部にはチャンバ５が設けられ、すなわちチャンバ５はフランジ１の構成材によって（フランジ１が１つの部品からなるものであろうと複数の部品からなるものであろうと）、さらにチャンバ５の入口オリフィスおよび出口オリフィスによって全体を画定される。より詳細には、チャンバ５はオリフィスを介してフランジ１の外部と連通する閉じた容積であることがここでわかる。

以下の説明では１つだけのフランジの技術的特徴を取り上げるが、そうした技術的特徴は、複数のフランジ１が電気機械１００に、特にそのそれぞれの長手方向端部に装備される場合に移し替えることができることは明らかである。

チャンバ５はフランジ１の壁によって画定され、コイル先端部１０の形状に対して相補的な形状を取ることによって、コイル先端部１０に最も近接して冷却を行うことができる。相補的な形状とは、チャンバ５およびその壁の形状がコイル先端部１０が描く形状の輪郭線を少なくとも部分的になぞるものであることをいう。

この先に記すフランジ１の様々な実施形態において、コイル先端部１０に対して相補的な形状はたとえば「Ｕ」字形断面５０の形状をなし、その「Ｕ」字形断面がチャンバ５を規定する。この「Ｕ」字形断面５０はフランジ１の長手方向軸Ｌ沿いの断面図で見ることができるもので、フランジ１の内側に、すなわちコイル先端部１０に最も近いところに配置される。「Ｕ」字形断面５０は、コイル先端部１０をコイル先端部１０の上、下および外側の部分で取り囲む。より詳細には、「Ｕ」字形断面５０を形成する壁はコイル先端部１０の少なくとも３つの面と接触するようにされる。そのため、「Ｕ」字形断面５０は、コイル先端部１０の上を通るようにされた第１の部位５７と、コイル先端部１０の下を通るようにされた第２の部位５８と、フランジ１の径方向軸Ｒに沿って延びる第３の部位５９とを有する。第３の部位５９は、コイル先端部１０の上を通る第１の部位５７をコイル先端部１０の下を通る第２の部位５８とつなぐことができる。当然のことながら、チャンバ５はコイル先端部１０に対して相補的なその形状の中に「Ｕ」字形断面５０以外のあらゆる形状を含むことが可能で、チャンバ５はたとえばフランジ１の外部に向かう、または内部に向かうＴ字形断面を、あるいはＩ字形断面を含むことができよう。

チャンバ５は冷却流体を受け、かつ／または導くように構成される。その際、チャンバ５は、フランジ１が電気機械１００に取り付けられたとき、電気機械１００内の回転子１０３が占めるゾーンにチャンバ５内の冷却流体が入り込むことがないようにコイル先端部１０に対して密閉されている。そのため、冷却流体がコイル先端部１０に直に接することはなく、それによってこの種の電気機械１００の設計および製造は容易になる。冷却流体はたとえば水・グリコール混合物系の液体やオイルなどである。変形形態では、冷却流体は気体、空気のような気体組成物またはその他あらゆる気体の混合物であることができよう。

この先に記すフランジ１の様々な実施形態において、フランジ１は、図３または図８でよくわかるように、少なくとも３つの部分からなる。フランジ１の製造の面からは、これらの部分は関連した、特に相互に関連し合った部品である。フランジ１が電気機械１００に取り付けられるとき、フランジ１は、上述の位置基準で電気機械１００の外部に向けられた外側部分２と電気機械１００の内部に向けられた内側部分４とを備える。外側部分２と内側部分４は分離板３によって互いに分けられ、その２つの部分は分離板３のそれぞれの側に押着される。

フランジ１の外側部分２は円筒形をなす。外側部分２はフランジ１の外側リングと見なすこともできる。この外側部分２は、外側面２２および内側面２４ならびに外部円筒面２５および内部円筒面２６によって画定される。外側部分２は、内部円筒面２６の軸方向延長上に延びるつば２７、および電気機械１００のジャケット１０２のための支持面を与えることができる肩部２８をさらに備える。外側部分２は、内側面２４に開口する円形案内線沿いの切溝を備える。この切溝は、これ以降は外側チャンバ５２と呼ぶチャンバ５の第１の部分を形成する。外側部分２は、内側面２４に対して開かれた複数の溝２９も備える。溝２９は径方向に延び、外側部分２の外周全体にわたって角度的に均等に配分される。これらの溝２９は、外部円筒面２５と外側チャンバ５２との間の冷却流体の循環を外側部分２に位置する第１のオリフィス７２を介して可能にする。

そのため、さらに図から見て取れるとおり、フランジ１の外側部分２は、外部円筒面２５に設けられてチャンバ５の中に開口する第１のオリフィス７２を備える。より詳細には、第１のオリフィス７２は外側チャンバ５２と呼ぶチャンバ５の第１の部分の中に開口する。

フランジ１の内側部分４は円筒形のリングによって実体化される。内側部分４は、すでに詳述した位置基準に従って、外側面４２および内側面４４ならびに外部円筒面４５および内部円筒面４６によって画定される。内側部分４はまた、外側面４２に開口する円形案内線沿いの少なくとも１つの切溝を備える。図示した実施例では、内側部分４は２つの切溝を備えている。この２つの切溝は、これ以降は内側チャンバ５４と呼ぶチャンバ５の第２の部分を形成する。内側部分４の「Ｕ」字形の壁は二重の役割、すなわち、１つは内側チャンバ５４を閉ざし、それによって冷却流体を閉じ込めることができるようにすること、もう１つは、特に当該コイル先端部１０の形状と相補的に協働するために、より具体的には当該コイル先端部と接触することで、コイル先端部１０を受け止めるための少なくとも１つの区画４３を規定することをその役割とする。そのため、内側部分４の「Ｕ」字形の壁は内側面４４にコイル先端部１０の形状と相補的な形状を有する。

より具体的には、チャンバ５を少なくとも部分的に画定し、コイル先端部１０と接するようにされた壁は連続している。すなわち、この壁は、コイル先端部１０の受けゾーンの中に開口するオリフィスによって途切れることがない。それにより、コイル先端部１０に対するチャンバ５の密閉性を確保することができる。

内側部分４は少なくとも１つの第２のオリフィス７４をさらに備える。好ましくは、この第２のオリフィス７４は内側部分４の外部円筒面４５に開口する。この１つまたは複数の第２のオリフィス７４はたとえば細長であり、長手方向軸Ｌに沿って並べられる。内側部分４の第２のオリフィス７４は、たとえば内側チャンバ５４と外部円筒面４５との間の冷却流体の循環を可能にする。

そのため、さらに図から見て取れるとおり、フランジ１の内側部分４は、チャンバ５の中に開口する少なくとも１つの第２のオリフィス７４を備える。より詳細には、第２のオリフィス７４は内側チャンバ５４と呼ぶチャンバ５の第２の部分の中に開口する。この第２のオリフィス７４は外部円筒面４５を貫いて設けることができる。

１つの変形実施形態では、少なくとも１つの第２のオリフィス７４はフランジ１の内側部分４の内側面４４に設けられ、内側面４４はフランジ１に対して径方向に延びる。その場合、この１つまたは複数の第２のオリフィス７４は、長手方向軸Ｌに対してほぼ平行な軸を有する。ほぼとは、平行と断定する際に製造公差を含めることをいう。なお、内側面４４とは、すでに詳述した位置基準によれば、電気機械１００の内部に向かって位置するようにされた面である。

内側部分４と外側部分２が組み立てられると、フランジ１は、外側部分２と内側部分４の外部円筒面２５、４５を含む周縁面２５４５によって外周を画定される。

そのため、さらに図から見て取れるとおり、周縁面２５４５はフランジ１の外部円筒面である。したがって、周縁面２５４５、すなわちフランジ１の外部円筒面は、チャンバ５の中に開口する第１のオリフィス７２を備える。周縁面２５４５、すなわちフランジ１の外部円筒面は、この変形実施形態によれば、チャンバ５の中に開口する少なくとも１つの第２のオリフィス７４を備える。

より一般的には、オリフィス７２、７４は、第１のオリフィスであれ、第２のオリフィスであれ、コイル先端部１０の方に向けられた壁またはコイル先端部１０に接する壁とは別のフランジ１の壁に設けられる。

さらに、第１のオリフィス７２または第２のオリフィス７４は、フランジ１の一方と協働するようにされたコイル先端部１０の数と同じ数であることがわかる。

分離板３は円板を形成するようにフランジ１の長手方向軸Ｌに対して径方向に延びる。分離板３は径方向に周縁面２５４５の先まで延び、２つの円筒空間を規定することができる。第１の円筒空間６２は、径方向には外側部分２の外部円筒面２５とジャケット１０２との間に画定され、長手方向には分離板３と肩部２８との間に規定されるので、第１の円筒空間６２は外側空間と呼ぶことができる。第２の円筒空間６４は、径方向には内側部分４の外部円筒面４５とジャケット１０２との間に規定され、長手方向には分離板３と固定子９の薄板９０との間に規定されるので、第２の円筒空間６４は内側空間と呼ぶことができる。分離板３には、２つの円筒空間６２、６４の間の冷却流体の循環を可能にするための切欠き３２が実体化される。これらの切欠き３２は、チャンバ５内の冷却流体の流量を調整するとともに、チャンバ５を迂回する冷却経路を提供することができる。

より詳細には、分離板３は、２つの円筒空間６２、６４の間の冷却流体の循環がその切欠き３２およびチャンバ５の存在によってのみ可能となるようにジャケット１０２まで延びることが好ましい。別法によれば、分離板３はジャケット１０２までは延びず、そのため、分離板３よりも上に位置する環状区間によっても２つの円筒空間６２、６４の間の冷却流体の循環が可能となる。その場合、分離板３に切欠き３２はなくてよい。

分離板３はまた、チャンバ５をフランジ１の外側部分２の中に位置する外側チャンバ５２と、フランジ１の内側部分４の中に位置する内側チャンバ５４とに分割することができる。内側チャンバ５４はコイル先端部の直近に位置し、コイル先端部１０に対して相補的な形状を有する。

分離板３は、外側チャンバ５２と内側チャンバ５４との間の冷却流体の循環を可能にする少なくとも１つのスリット３１を備えていることがわかろう。有利には、分離板３は、分離板３を画定する内部縁３６の周りに円形に配設された複数のスリット３１を備える。切欠き３２は分離板３の外部縁３５に設けられているが、複数のスリット３１は外部縁３５よりも内部縁３６の近くにあることがわかる。

フランジの冷却能力を高めるため、外側部分２の第１のオリフィス７２と内側部分４の第２のオリフィス７４とが互いに角度的にオフセットされており、それによって長手方向軸Ｌの周りで冷却流体の回転循環が得られるようになっていることがわかる。ここでは、外側部分２と内側部分４のオリフィス７２、７４はフランジ１の周縁表面２５４５に開口している。そのため、チャンバ５は、チャンバ５内で所望される冷却流体の流量に応じて複数の入口と複数の出口を備える。

一方、分離板３の切欠き３２は第１のオリフィス７２および第２のオリフィス７４に対して角度的にオフセットされており、それによってそれらのオリフィス７２、７４を通る冷却流体の循環を妨げることがないようにされる。

図２から図４に示したフランジの第１の実施形態によれば、フランジ１の内側部分４は、内側面４４に開かれた複数の区画４３を有する。これらの区画４３は、径方向に延びる壁４７によって互いに分離されている。これらの径方向の壁４７は、内側部分４の外周にわたって均等に配分されている。ここでは、この実施形態によるフランジ１は、それぞれが少なくとも１つのコイル先端部１０を、好ましくは１つだけのコイル先端部１０を受ける区画４３を備えていることがわかる。さらに、図２から図４が示すとおり、第２のオリフィス７４はそれぞれ径方向の壁４７と同じフランジ１の半径上に位置している。

長手方向断面では、区画４３は前述の「Ｕ」字形断面５０に相当する「Ｕ」字形の輪郭を有する。区画４３は、２つの半円板５１とその２つの半円板５１の間に広がる半円環状底５３とによって画定され、それによってコイル先端部１０に対して相補的な形状の窪所を形成する。２つの半円板５１は、内側チャンバ５４がコイル先端部１０の２つの側面に広がることができるようにする。それにより、内側部分４は、より具体的には、内側面４４の区画４３は、それぞれのコイル先端部１０をそのすべての面で包み込むようにそれぞれのコイル先端部１０の形状と長手方向、径方向および周方向に嵌合する。

この第１の実施形態は、集中巻、すなわち固定子９を形成する薄板９０の１つだけの歯の周りに巻いた巻線を有する電気機械には特に適している。そのような場合、それぞれのコイル１０６は２つのコイル先端部１０を備え、コイル先端部１０はそれぞれ独立して互いに隣接する。

図５および図６に示したフランジ１の第２の実施形態によれば、フランジ１の内側部分４は、内側部分４の全周にわたって周方向に延びる単一の区画４３を有する。言い換えれば、区画４３はここでは、上をチャンバ５の「Ｕ」字形断面５０の第１の区間５７によって、下をチャンバ５の「Ｕ」字形断面５０の第２の区間５８によって、さらに区画４３の底をチャンバ５の「Ｕ」字形断面５０の第３の区間５９によってそれぞれ画定された連続した円環を形成する。外側部分２と分離板３は第１の実施形態のものと同じである。

フランジのこの第２の実施形態は、電気機械の巻線が分布巻、すなわち固定子９を形成する薄板９０の複数の歯に対して形作られた複数の巻線によってコイルが構成される場合に特に適している。これには、コイル先端部１０の形を変えて、コイル先端部１０どうしが混じり合うように、そして集中巻の場合よりも大きな角領域に広がるようにする効果がある。

図５および図６に示した実施形態では、区画４３を分離する内側面４４に径方向の壁４７はない。より詳細には、内側部分４はそのため「Ｕ」字形５０、Ｔ字形またはＩ字形の断面のみを備える。

この第２の実施形態は、フランジ１の位置をコイル先端部１０に対応させる必要がないため、電気機械１００に対するフランジ１の取付けに関して利点をもたらす。そのため、第２の実施形態のフランジ１の取付けは、分布巻であることができる固定子９に対する平行移動だけで行うことができる。

図７および図８に示すフランジ１の第３の実施形態によれば、フランジ１はリング８と呼ばれる第４の部品を備える。外側部分２および分離板３は第１の実施形態および第２の実施形態のものと同じであり、その技術的特徴については対応する記述を参照されたい。

リング８は円筒形であり、内側部分４の外部円筒面を形成するための外部円筒面８５を有する。この外部円筒面８５は、チャンバ５の「Ｕ」字形断面５０の外部部位５７を画定する。一般に、リング８は内側部分４を少なくとも部分的に取り囲み、フランジ１のチャンバ５の画定に寄与する。図示した実施例では、外部円筒面８５には第２のオリフィス７４はない。しかし、別法として、リング８は、フランジ１の周縁面２５４５に、より具体的にはリング８の外部円筒面８５に開口する第２のオリフィス７４を備えることができる。

リング８は、フランジ１の内部に向けて径方向に延びる、すなわちここでは長手方向軸Ｌとして具現されるフランジ１の中心に向けて延びる突起８１を備える。内側部分４は、その内側面４４に対して開いて突起８１を受けるための溝４８を有する。図７および図８で示した実施例では、内側部分４は、フランジ１の第１の実施形態のように、複数の区画４３を形成する径方向の壁４７をその内側面４４に備える。当然のことながら、溝４８を具備した内側部分４は、フランジ１の第２の実施形態のように、１つのみの環状区画４３を備えるものであってもよいだろう。

突起８１は、フランジ１を介することによる冷却流体と１つまたは複数のコイル先端部１０との接触面積を増やすことによって熱交換を改善する。この突起はコイル先端部１０の空所部位の中に収まるように置かれ、その部位はその周囲にコイル１０６の線が湾曲して１８０°のエルボの形でコイル先端部１０を形成するゾーンである。そのため、断面では、この突起８１は、その遠位端で閉じ、リング８の外部円筒面８５との結合レベルでチャンバ５に対して開いた半円環状の輪郭を持つ。従って、その突起８１はフランジ１の中心に向かう指状部を形成する。一方で、それらの指状部は巻線作業時にコイル先端部１０の線を保護する。

この突起８１には、チャンバ５の冷却流体の流出または流入が可能となるように空所が設けられる。そこで、突起８１は、内側チャンバ５４と突起８１の空所部８６との間の冷却流体の循環を可能にすることができる少なくとも１つの穴８２を備える。それぞれの突起８１は、チャンバ５の第２のオリフィス７４と類似のオリフィス（第３のオリフィスという）であって、空所部８６からの流体の流出を可能にするオリフィスを有する。

一方、第３の実施形態によるフランジ１について、さらにコイル先端部１０および固定子９の薄板９０とのその協働について示した図９および図１０から見て取れるように、それぞれの空所部８６、より具体的には第３のオリフィスは、固定子９の薄板９０に設けられた開口部９５と連通する。それらの開口部９５は、固定子を長手方向に通り抜ける少なくとも１つの流路５６が作り出されるように薄板９５に設けられる。そのため、フランジ１のこの第３の実施形態は、コイル先端部１０の冷却に加え、長手方向の流路５６に冷却流体を供給することによって電気機械１００を固定子９の長さにわたって冷却する可能性をもたらす。もとより、コイル１０６は、コイル先端部１０を形成する突起８１の周りに設けられた第１の巻線部位と、固定子９の薄板９０の積層によって形成される歯９４の周りに巻き付けられた第２の巻線部位との組合せによって成り立つものである。

フランジ１のこの第３の実施形態では、固定子９の薄板９０はリング８に支えられる。そのとき、コイル先端部１０は巻線の実施形態に応じて１つまたは複数の区画４３内に位置する。

固定子９のそれぞれの薄板９０は少なくとも１つの開口部９５を有する。開口部９５はたとえば細長い形状である。図９に示す実施例では、開口部９５は薄板９０の歯９４のそれぞれに実体化され、それによって固定子９沿いに、より具体的にはコイル１０６の長さにわたって、冷却流体のための流路５６を作り出す。１つの変形形態によれば、開口部９５は薄板９０の円環９２上に実体化することができ、それによってコイル１０６よりも上に冷却流体のための流路５６を作り出すことが可能となり、その場合、流路５６はやはり固定子９の長さにわたって延びる。円環９２に実体化される開口部９５はたとえば歯９４と同じ径方向軸上に位置することができる。別の変形形態によれば、固定子９のそれぞれの薄板９０は、それぞれの歯９４の開口部９５も円環９２の開口部９５も同時に備えることができる。

どの変形形態であっても、コイル１０６より上に、またはコイル１０６に沿って設けられた冷却流体のための流路５６は、リング８およびその穴８２を通してフランジ１の内部に設けられたチャンバ５と連通する。

電気機械１００は、その電気機械１００の構成部品を覆うジャケット１０２を外した状態で図１０に斜視図で示してある。固定子９は外部面９１を備え、その外部面９１に沿って冷却流体の複数の循環流線が設けられる。この循環流線は、冷却流体が固定子９の内部に一切入り込むことがないように密閉されている。１つの例によれば、固定子９のそれぞれの薄板９０は、外部面９１の外部に向かって径方向に延びる少なくとも１つのフィン９６を備える。その場合、循環流線はフィン９６の間に配置される。そのフィン９６は、そのねじれた形状によって薄板９０の冷却を改善する。

図１１では電気機械１００はそのジャケット１０２とともに示してある。ジャケット１０２はフランジ１および回転子９の全体を覆う一方で、それぞれのフランジ１で回転軸受１０５によって回転可能に支えた回転子のシャフト１０１は自由にさせる。ジャケット１０２は、冷却流体の導入または排出を自由選択で可能にする管１０４をフランジ１に、特にフランジ１のチャンバ５内に備える。管１０４は電気機械１００の外部に向けて径方向に延びる。

図１２は、第１の実施形態または第２の実施形態による２つのフランジ１を備えたジャケット１０２付きの電気機械１００の半断面図を示している。フランジ１は固定子９の長手方向前後に配置されている。この断面図では、２つのフランジ１の一方のレベルに、より具体的には外側円筒空間６２のところに冷却流体の導入または排出を可能にする管１０４があるのがわかる。外側円筒空間６２に入った冷却流体は幾通りかの経路で循環することができる。

第１の経路は、冷却流体が外側部分２に位置する１つまたは複数の第１のオリフィス７２および溝２９を通して外側チャンバ５２に入ることを可能にする。次いで冷却流体は、分離板３に設けられたスリット３１を通して内側チャンバ５４の方へ進んでコイル先端部１０を冷却する。次いで冷却流体はフランジ１の内側部分４に位置する１つまたは複数の第２のオリフィス７４から出て内側円筒空間６４に戻る。

すると、冷却流体は、固定子９の薄板９０の外周部分を冷却するために固定子９のフィン９６の間に設けられる循環流線をたどることができる。この場合、冷却流体はその後は第１のフランジ１に対向する第２のフランジ１の方へと向かい、第２のフランジ１の内側円筒空間６４に直接入る。次いで冷却流体は内側部分４の第２のオリフィス７４を通って内側チャンバ５４に入る。次いで冷却流体は外側部分２、特にフランジ１の外側チャンバ５２へと進んで第２のフランジ１の外側円筒空間６２に戻る。その後、冷却流体は第２の管１０４を通って電気機械１００から出る。

第２の経路では、冷却流体はチャンバ５を迂回して、すなわち、チャンバ５に入ることなく、分離板３の切欠き３２を通り抜けて固定子９のフィン９６の間に設けられる循環流線を直接たどることができる。外側円筒空間６２内の冷却流体は切欠き３２を通して循環して内側円筒空間６４に進む。このような配置は、コイル先端部１０の冷却専用のチャンバ５の迂回を可能にすることで、冷却流体の水頭損失をバランスさせることも可能にする。

２つのフランジ１は、フランジ１および／または電気機械１００の長手方向軸Ｌに対して径方向であり、固定子９の真中を通る対称面Ｐに関して対称をなすことに留意されたい。そのため、第１のフランジ１の内部に設けられたチャンバ５と第２のフランジ１の内部に設けられたチャンバ５は対称面Ｐに関して対称をなす。チャンバ５における冷却流体の流入および流出を可能にするオリフィス７２、７４についても同様である。

冷却流体の性格からして、他の経路が可能であること、特に第１の経路の少なくとも一部および第２の経路の少なくとも一部を組み合わせる形でそれが可能であることは了解される。

図１２では、チャンバ５の「Ｕ」字形断面を画定する半円板５１と半円環状底５３はコイル先端部１０を画定する周縁面と接しており、チャンバ５とコイル先端部１０の近さも示されている。

図１３は、第３の実施形態による２つのフランジ１を備えたジャケット１０２付きの電気機械１００の半断面図を示している。冷却流体は外側円筒空間６２に入ると、可能な場合には前述の第１の経路および第２の経路に沿って循環することができるが、冷却流体は第３の経路を使うこともできる。

第３の経路は、冷却流体が内側チャンバ５４に到達したとき、より具体的には冷却流体が「Ｕ」字形断面５０の上部５７に位置したときに始まる。冷却流体はそこからリング８の外部円筒面８５を形成する壁に沿って進む。次いで、冷却流体は突起８１に沿って延び、穴８２を通して突起８１の窪所８６に入る。冷却流体は、その後、チャンバ５の第２のオリフィス７４と類似の第３のオリフィスを通って窪所８６から出て、固定子９のそれぞれの薄板９０の開口部９５によって作り出される流路５６に入り込む。

冷却流体は固定子を長手方向に通り抜けた後、固定子９からリング８の中に直接、ちょうどリング８の突起８１の窪所８６の部分で、第１のフランジ１に対向する第２のフランジ１の内側チャンバ５４に出る。次いで冷却流体はフランジ１の外側部分２へと進んで第２のフランジ１の外側円筒空間６２に戻る。冷却流体は最後に第２の管１０４を通って電気機械１００から出る。

様々な実施形態および変形形態に従って説明した本発明は、車両に電動機を配置し、重量を制限することができるようにその大きさを抑えつつも、車両、特に自動車両の推進用電動機としての高い性能を引き出すことを可能にする。冷却が強化されることで、大きさや重量は同じでも、電動機の性能は増大する。

上に規定したチャンバ５が実体化され、かつ／または、コイル先端部との形状の相補性に関する本明細書記載のような特徴を有する限りにおいて、フランジおよびそのフランジを収容する電気機械に対して当業者によって様々な変更が加えられ得るものであることは言うまでもない。

いずれにせよ、本発明は本明細書に個別的に記載された実施形態に限定されるものではなく、とりわけあらゆる同等な手段およびそれら手段の技術的に有効なあらゆる組合せに及ぶ。

Claims (13)

1. 電気機械の一部をなすコイル先端部を少なくとも部分的に覆うように構成された電気機械用フランジであって、冷却流体を受けることができるチャンバを備えたフランジにおいて、冷却流体の前記チャンバへの流入または冷却流体の前記チャンバからの流出を可能にする少なくとも１つの第１のオリフィスと少なくとも１つの第２のオリフィスとを備え、前記チャンバが少なくとも１つのコイル先端部の輪郭に対して相補的な輪郭を有し、
   前記フランジを外側部分と内側部分とに分ける分離板であって、前記チャンバについても、前記外側部分に位置する外側チャンバと、前記内側部分に位置する内側チャンバとに分ける分離板を備え、
   前記内側部分に位置する前記第２のオリフィスが、前記外側部分に位置する前記第１のオリフィスに対して角度的にオフセットされ、
   前記第１のオリフィスは、前記チャンバの中に開口するように前記外側部分に設けられ、前記第２のオリフィスは、前記チャンバの中に開口するように前記内側部分に設けられ、冷却流体の循環が可能であることを特徴とするフランジ。
2. 前記チャンバが前記コイル先端部に対して密閉されるように構成されることを特徴とする、請求項１に記載のフランジ。
3. 前記分離板が、前記外側部分と前記内側部分を画定する周縁面を超えてフランジの外側に向かって径方向に延びることを特徴とする、請求項１に記載のフランジ。
4. 前記分離板が、前記外側チャンバと前記内側チャンバとの連通を可能にする少なくとも１つのスリットを備えることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のフランジ。
5. 電気機械の一部をなすコイル先端部を少なくとも部分的に覆うように構成された電気機械用フランジであって、冷却流体を受けることができるチャンバを備えたフランジにおいて、冷却流体の前記チャンバへの流入または冷却流体の前記チャンバからの流出を可能にする少なくとも１つの第１のオリフィスと少なくとも１つの第２のオリフィスとを備え、前記チャンバが少なくとも１つのコイル先端部の輪郭に対して相補的な輪郭を有し、
   前記フランジを外側部分と内側部分とに分ける分離板であって、前記チャンバについても、前記外側部分に位置する外側チャンバと、前記内側部分に位置する内側チャンバとに分ける分離板を備え、
   前記第１のオリフィスは、前記チャンバの中に開口するように前記外側部分に設けられ、前記第２のオリフィスは、前記チャンバの中に開口するように前記内側部分に設けられ、
   前記分離板が、前記外側部分の方に配された外側円筒空間と前記内側部分の方に配された内側円筒空間との間の冷却流体の循環を可能にする切欠きを備えることを特徴とするフランジ。
6. 前記チャンバが、２つの半円板であって、その間に半円環状底が広がって少なくとも１つのコイル先端部に対して相補的な少なくとも１つの区画を画定する２つの半円板によって画定されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のフランジ。
7. 複数のコイル先端部を受けるための単一の環状区画を備えることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のフランジ。
8. 前記フランジの内側部分を取り囲んで前記チャンバを少なくとも部分的に画定するリングを備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のフランジ。
9. 前記リングが、窪所を画定する放射状突起であって、少なくとも１つの穴を有する放射状突起を備えることを特徴とする、請求項８に記載のフランジ。
10. 少なくとも１つの突起が前記区画内に延びて前記チャンバを画定し、前記チャンバが前記穴によって前記窪所と連通することを特徴とする、請求項６または７に従属する請求項９に記載のフランジ。
11. － 複数のコイルと、
    － 前記複数のコイルが取り付けられた薄板の積層を備える固定子であって、前記複数のコイルがコイル先端部を有しており、それぞれのコイル先端部が前記薄板の積層から長手方向に突き出る、固定子と、
    － シャフトを介して前記固定子の内部で回転可能な回転子と
    を備える電気機械において、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載のフランジを少なくとも１つ備えることを特徴とする電気機械。
12. 固定子のそれぞれの薄板が少なくとも１つの開口部を有することによって前記コイルより上および／または前記コイル沿いに少なくとも１つの冷却流体の流路が形成され、前記流路が前記電気機械の長手方向軸に沿って前記固定子の長さにわたって延びることを特徴とする、請求項１１に記載の電気機械。
13. 前記コイルより上の冷却流体の前記流路および／または前記コイルの長さにわたる冷却流体の前記流路が、少なくとも１つのフランジの内部に設けられた前記チャンバと連通することを特徴とする、請求項１２に記載の電気機械。

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