(57)【要約】  本発明は、ロータ（３）と、ステータと、外側ケーシング（６）と、ステータ冷却手段と、を含む電気機械に関する。ロータ（３）およびステータは同軸であって長手方向軸線（ｘｘ）に沿っており、ステータは磁束発生器（５）を含む。ステータ冷却手段は、少なくとも２つの流体循環手段を含み、少なくとも１つの第１の循環手段がステータ内で長手方向に延びて流れＦ１ＡおよびＦ１Ｂからなる第１の流れを形成し、少なくとも１つの第２の循環手段が前記ステータの周囲に配置されて第２の流れＦ２を形成する。本発明は、コンプレッサーと、このような電気機械により電力が供給されるターボチャージャーとにも関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ（３）と、ステータ（１２）と、外側ケーシング（６）と、前記ステータを冷却するための手段と、を含み、前記ロータ（３）および前記ステータ（１２）は同軸であって長手方向軸線（ｘｘ）に沿っており、前記ステータ（１２）は磁束発生器（５）を含む電気機械において、前記ステータ（１２）を冷却するための手段は、少なくとも２つの流体循環手段を含み、少なくとも１つの第１の循環手段が前記ステータ（１２）内で長手方向に延び、少なくとも１つの第２の循環手段が前記ステータ（１２）の周囲に配置されていることを特徴とする電気機械（１０）。
【請求項２】
前記ステータ（１２）は、前記ステータ（１２）に沿って円周方向に配置された複数の半径方向流路を含み、前記半径方向流路は半径方向の歯によって区画され、前記磁束発生器（５）は前記半径方向流路内に収容され、前記半径方向流路は、前記磁束発生器（５）に面する前記少なくとも１つの第１の流体流路を形成している、請求項１に記載の電気機械（１０）。
【請求項３】
前記流体は空気であり、より好ましくは、周囲媒体から取り込まれた周囲温度の空気である、請求項１から２のいずれか１項に記載の電気機械（１０）。
【請求項４】
少なくとも１つの第２の循環手段が、前記磁束発生器（５）と前記外側ケーシング（６）との間に配置されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の電気機械（１０）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの第２の循環手段への入口は、前記少なくとも１つの第１の循環手段から半径方向を向いている、請求項１から４のいずれか１項に記載の電気機械（１０）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの第２の循環手段の入口は軸方向を向いている、請求項１から４のいずれか１項に記載の電気機械（１０）。
【請求項７】
前記第２の循環手段の出口は半径方向を向いている、請求項１から６のいずれか１項に記載の電気機械（１０）。
【請求項８】
前記第２の循環手段の出口は軸方向を向いている、請求項１から６のいずれか１項に記載の電気機械（１０）。
【請求項９】
前記第２の循環手段は、その出口に、前記少なくとも２つの循環手段内を循環する前記流体を混合するために前記流体の流れを実質的に半径方向に方向付けする手段を備えている、請求項７に記載の電気機械（１０）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの第２の循環手段は、前記少なくとも１つの第２の循環手段の入口（ＥＲ２、ＥＬ２）または出口（ＳＲ２）に配置された能動的または受動的な流れ調整手段（７）を含む、請求項１から９のいずれか１項に記載の電気機械（１０）。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの第２の循環手段は、前記少なくとも１つの第２の循環手段と同じ高さにあるフィン（８）を含み、好ましくは、フィンは、前記少なくとも１つの第２の循環手段の、流体の流れの方向に直交する断面の一方の端部から他方の端部まで延びている、請求項１から１０のいずれか１項に記載の電気機械（１０）。
【請求項１２】
圧縮される前記流体の吸気口と圧縮された前記流体の出口とを有する圧縮手段（１５）であって、コンプレッサー軸（１）によって支持され、前記吸気口と前記出口との間に収容されている前記流体を圧縮する手段（１５）と、請求項１から１１のいずれか１項に記載の電気機械（１０）であって、流体の流れの方向に関して前記圧縮手段（１５）より上流に配置されている電気機械（１０）と、を含む、気体状または液状の流体のための圧縮装置（２０）。
【請求項１３】
膨張手段（２５）と請求項１２に記載の圧縮装置（２０）とを含み、前記膨張手段（２５）と前記圧縮装置（２０）とは同一の回転軸（１）に固定されており、それにより、前記膨張手段（２５）と前記圧縮装置（２０）とを共に回転させることができる、電動ターボチャージャー装置（３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気機械に関し、特に、液体または気体などの作動流体を圧縮するための電気アシスト式のコンプレッサー装置に用いることができる電気機械に関する。
【０００２】
特に、本発明は、単独のコンプレッサー、またはターボチャージャーを形成するためにタービンと関連付けられたコンプレッサーによって、気体、ここでは空気を、任意の装置、より詳細には内燃エンジンの吸気口に送る前に圧縮する装置に関する。
【０００３】
本発明は特に、輸送分野（例えばモーターまたは重量物輸送）、航空宇宙分野、発電分野または食品産業、石油産業、建設分野または医療／医療補助分野に関連することが明らかである。
【０００４】
実際に、広く知られているように、内燃エンジンによって送られる出力はこのエンジンの燃焼室に供給される空気の量によって決まり、この空気の量自体は、この空気の密度に比例する。
【０００５】
したがって、大きな出力が必要な場合には、この燃焼室内に供給可能になる前に外気を圧縮することでこの空気の量を増加させるのが普通である。ターボチャージングとして知られるこの動作は、電気機械によって電気的に駆動される単独のコンプレッサー（電動コンプレッサー）、または電動ターボチャージャーを形成するようにタービンおよび電気機械に関連付けられたコンプレッサーなどの任意の手段を用いて実行することができる。
【背景技術】
【０００６】
前述した２つの場合において、コンプレッサーに関連付けられる電気機械は、様々なタイプのものとすることができる。
【０００７】
一つは、小さな空隙と、ロータに近接した巻線とを持つ電気機械で、磁束の最適な誘導と最適化された効率とをもたらす。このタイプの電気機械はある程度のコンパクトさという利点を有するが、そのことが時にその冷却に関して問題を生じることがあり、熱損失を解消するために特別なシステムを必要とする。
【０００８】
コンプレッサーの吸気口に干渉しないようにするために、このタイプの電気機械はタービンの近くにあるので、従来、電動コンプレッサーの場合には遠心コンプレッサーの後方に配置され、また、電動ターボチャージャーの場合には、好ましくない熱環境が存在するにもかかわらず、コンプレッサーとタービンとの間に配置される。一般に、コンプレッサーとタービンと電気機械との間のリンクは固定的である。このタイプの機械はコンプレッサー側に配置することもできるが、吸気の邪魔にならないように空気の吸気口から比較的遠く離れている。
【０００９】
このタイプのシステムは、米国特許出願公開2014/0,373,532号明細書、米国特許8,157,543号明細書、米国特許8,882,478号明細書、米国特許出願公開2010/0,247,342号明細書、米国特許6,449,950号明細書、米国特許7,360,361号明細書、欧州特許0,874,953号明細書または欧州特許0,912,821号明細書に、より詳細に記載されている。
【００１０】
これらの特許に開示されている冷却システムは、ステータを外部から冷却するものであり、これは、システムの構造および統合をより複雑にする可能性がある。
【００１１】
別のタイプの機械は、時には数センチメートルの長さになることがある大きな空隙を有する電気機械であり、作動流体を通過可能にし、それによってかなり好ましい熱環境で圧縮システムにできるだけ近接するように統合することが可能である。
【００１２】
しかしながら、この大きな空隙はロータとステータとの間の磁束の通過に関する欠点を伴い、従って、同じ出力の場合の機械の固有効率とステータのサイズに対する制限を伴う。
【００１３】
このタイプの電気機械は、特に欧州特許1,995,429号明細書、米国特許出願公開2013/169,074号明細書または米国特許出願公開2013/043,745号明細書に記載されている。
【００１４】
最近、新しいタイプの機械が出現した。これはステータグリッドを備えた機械であり、フランス特許出願公開3,041,831号明細書（国際特許出願公開2017/050,577号明細書）およびフランス特許出願公開3,048,022号明細書に、より詳細に記載されている。「ステータ−グリッド」マシンと呼ばれるこの電気機械は、ロータとステータとを備えている。ステータが、ステータに沿って円周方向に配置された複数の半径方向流路と、これらの半径方向流路内に収容された磁束発生器と、ロータを受け入れるステータベアリングとを備えている。磁束発生器は例えばコイルである。半径方向流路は、磁束発生器に面する流体循環路を備えている。さらに、半径方向流路は「ステータの歯」とも呼ばれる半径方向の歯によって分離されている。
【００１５】
この機械は、他の２つのタイプの機械よりも、冷却と電気的な性能とに関してより良い妥協案を提供するという利点をもたらす。しかしながら、ある動作条件の下では、循環路を通る流体の流れによって導かれる冷却が不十分であることが判明する場合があり、流体の流量は、機械の本来の冷却の必要性と無関係に、システム全体の目標とする性能に到達するように設定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
これらすべての電気機械にとって、ステータの冷却は、電気機械の寿命を向上させ、その動作範囲を増大し、その効率を向上させるための大きな課題である。しかしながら、その代償としてこの冷却が最大出力に影響を与えてはならない。同様に、冷却がシステムのコストやサイズに大きな影響を与えてはならない。さらに、電気機械の性能は、電動コンプレッサーの性能にとって、さらに電動ターボチャージャーの場合に、非常に重要である。
【００１７】
同様の問題は、すべてのタイプの電気機械に生じる。
【００１８】
さらに、電動ターボチャージシステムタイプの解決策では、電気機械を通過する流量が大きい場合に、ステータ−グリッド電気機械の使用に制限が生じる。このことは、システムの全体的な性能を低下させ易い大きな圧力低下を発生させる可能性がある。
【００１９】
前述した要件を満たすために、本発明は、ロータと、ステータと、外側ケーシングと、前記ステータを冷却するための手段と、を含み、ロータおよびステータは同軸であって長手方向軸線に沿っており、ステータは磁束発生器を含む電気機械に関する。ステータ冷却手段は、少なくとも２つの流体循環手段を含む。少なくとも１つの第１の循環手段がステータ内で長手方向に延び、少なくとも１つの第２の循環手段がステータの周囲に配置されている。従って、電気機械は、磁束または鉄損に影響を及ぼすことなく、磁束発生器の両側に、できるだけ磁束発生器の近くに配置された効果的な冷却手段を備えている。さらに、この冷却手段は、著しい追加費用またはシステムのサイズの大きな変化を引き起こさない。この冷却手段は簡単であり、ポンプおよびその他の装置を追加する必要があり流体の消費を引き起こす流体の閉ループを使用しない。それによって、最終的に、作動流体の全てがステータグリッドを通過するわけではないようにすることによって、機械により流体に生じる圧力低下を抑えることが可能になっている。
【００２０】
本発明は、このような電気機械を備えた圧縮装置と、このタイプの電気機械によって電力が供給されるターボチャージャーとにも関する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明に係る装置は、ロータと、ステータと、外側ケーシングと、前記ステータを冷却するための手段と、を含み、ロータおよびステータは同軸であって長手方向軸線に沿っており、ステータは磁束発生器を含み、前記ステータを冷却するための手段は、少なくとも２つの流体循環手段を含み、少なくとも１つの第１の循環手段が前記ステータ内で長手方向に延び、少なくとも１つの第２の循環手段が前記ステータの周囲に配置されていることを特徴とする電気機械に関する。
【００２２】
有利には、ステータは、前記ステータに沿って円周方向に配置された複数の半径方向流路を含み、前記半径方向流路は半径方向の歯によって区画され、前記磁束発生器は前記半径方向流路内に収容され、前記半径方向流路は、磁束発生器に面する前記少なくとも１つの第１の流体流路を形成している。
【００２３】
好ましくは、流体は空気であり、より好ましくは、周囲媒体から取り込まれた周囲温度の空気である。
【００２４】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの第２の循環手段が、前記磁束発生器と外側ケーシングとの間に配置されている。
【００２５】
本発明の変形例によれば、前記少なくとも１つの第２の循環手段への入口は、前記少なくとも１つの第１の循環手段から半径方向を向いている。
【００２６】
あるいは、前記少なくとも１つの第２の循環手段の入口は軸方向を向いている。
【００２７】
本発明の一実施形態によれば、前記第２の循環手段の出口は半径方向を向いている。
【００２８】
あるいは、前記第２の循環手段の出口は軸方向を向いている。
【００２９】
有利には、第２の循環手段は、その出口に、前記少なくとも２つの循環手段内を循環する前記流体を混合するために流体の流れを実質的に半径方向に方向付けする手段を備えている。
【００３０】
有利には、前記少なくとも１つの第２の循環手段は、前記少なくとも１つの第２の循環手段の入口または出口に配置された能動的または受動的な流れ調整手段を含む。
【００３１】
好ましくは、前記少なくとも１つの第２の循環手段は、前記少なくとも１つの第２の循環手段と同じ高さにあるフィンを含み、好ましくは、フィンは、前記少なくとも１つの第２の循環手段の、流体の流れの方向に直交する断面の一方の端部から他方の端部まで延びている。
【００３２】
本発明は、圧縮される前記流体の吸気口と圧縮された前記流体の出口とを有する圧縮手段であって、コンプレッサー軸によって支持され、前記吸気口と前記出口との間に収容されている前記流体を圧縮する手段と、前述した特徴のうちの１つに係る電気機械であって、流体の流れの方向に関して前記圧縮手段より上流に配置されている前記電気機械とを、含む、気体状または液状の流体のための圧縮装置にも関する。
【００３３】
さらに、本発明は、膨張手段と前述した特徴のうちの１つに係る圧縮装置とを含み、前記膨張手段と前記圧縮装置とは同一の回転軸に固定されており、それにより、前記膨張手段と前記圧縮装置とを共に回転させることができる、電動ターボチャージャー装置にも関する。
【００３４】
本発明に係るシステムの他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、限定するものではない例として与えられる実施形態の以下の説明を読むことによって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る電気機械の第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係る電気機械の第２の実施形態を示す図である。
【図３】本発明に係る電気機械の第３の実施形態を示す図である。
【図４】本発明に係る電気機械の第４の実施形態を示す図である。
【図５】本発明に係る電気機械の第５の実施形態を示す図である。
【図６】本発明に係る電動圧縮装置を概略的に示す図である。
【図７】本発明に係る電動ターボチャージャー装置を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明は、ロータと、ステータと、外側ケーシングと、ステータ冷却手段とを備えている電気機械に関する。ロータおよびステータは、電流を発生させるため（電気機械の「発電機」モード）、または電流によりロータを回転駆動させるため（電気機械の「モーター」モード）に使用される。単に「ケーシング」とも呼ばれる外側ケーシングの目的は、ロータおよびステータを含む機械の内部機器を、外部からの攻撃（例えば水はね）から保護し、ユーザを電気的な危険、および電気機械に関連するいわゆる「回転機械」の危険から保護することである。ロータおよびステータは、ステータ内のロータの回転を可能にするために、同軸であり、長手方向軸線に沿っている。ステータは磁束発生機、例えばコイルを備えている。電気機械が「モーター」モードで動作する場合、磁束発生機は永久磁石などの磁気レシーバーを備えたロータを回転駆動する磁束を生じさせる。機械が「発電機」モードで動作する場合、ロータと、その永久磁石の回転は、磁束発生器内に誘導電流を生成する（したがってレシーバーとして動作する）。
【００３７】
冷却手段はこの機械が最適な温度範囲で動作できるように、この機械を冷却するために用いられる。これにより、電気機械の寿命とその効率が向上する。電気機械の性能も向上する。
【００３８】
冷却手段は、少なくとも２つの液体循環手段を備えている。
【００３９】
少なくとも１つの第１の循環手段は、ステータ内で（ステータの内部で）長手方向に延びている。それにより、流体はステータを長手方向に完全に通過するので、おそらくステータグリッドによって、電気機械のステータの熱損失の大部分を捕捉することができる。
【００４０】
少なくとも１つの第２の循環手段は、ステータの外縁の周りに配置されている。ロータがステータ内に配置されると、次いで、少なくとも１つの第２の循環手段がステータの外側で、ステータと外側ケーシングとの間に配置される。この第２の循環の流体の流れは、磁束発生器のできるだけ近くを通過するので、その冷却が向上し、したがって、電気機械の性能および効率が向上する。可能であれば、壁だけが第２の循環の流体の流れを磁束発生器から分離し、壁は流体と磁束発生器との直接接触を妨げる。
【００４１】
少なくとも２つの循環手段は、開回路で動作する。したがって、閉ループ循環に必要なポンプ、パイプおよび二次装置は不要である。少なくとも２つの流体循環手段が磁束発生器によってのみ分離される場合、すなわち、流体循環手段が磁束発生器の両側に配置され、したがって磁束発生器のできるだけ近くを通過する場合、冷却手段の効率が向上する。
【００４２】
少なくとも２つの流体循環手段を備えた冷却手段のこの構成は、特に興味深い。これにより、空隙を大きくすることなく、一方または他方の循環手段のみを使用する構成に比べて流体流路の断面を大きくすることができる。従って、流路の断面を大きくすることによって、さらなる圧力低下を導くことなく流体の流量を増大させることができる。一方、２つの流体循環手段のうちの１つのみを使用する構成では、流体流路の断面の増大がより大幅なものになり、装置の全体の寸法をより著しく大きくする必要がある。その結果、圧力が低下するため、機械を通過する流体の流れが制限されることになる。
【００４３】
電気機械内の流体の流れを増大させることにより、その固有の冷却を向上させることができる。さらに、流体の循環を少なくとも２つの部分、すなわちステータの内側の一方の部分とその外周の少なくとももう１つの部分とに分割し、より具体的には循環流が磁束発生器の両側を通過する場合に、冷却効果が向上する。したがって、機械のサイズが同じであれば、その出力を増大させることができ、または同じ出力の機械ではそれをよりコンパクトにすることができる。さらに、磁束発生器の温度低下により、それらの抵抗、従ってジュール損失が低減可能になり、従って、効率をさらに向上させることが可能になる。
【００４４】
この冷却手段は、圧縮手段（例えばコンプレッサー）が電気機械の下流で使用される場合に特に重要である。実際に、電気機械内の圧力低下に影響を与えることなく、圧縮手段の入口に到達する流量を増大させることにより、圧縮手段の性能を向上させることができる。このような機械によって電力が供給される圧縮装置、さらに電動ターボチャージャー装置は、電気機械で得られる利点と圧縮手段で得られる利点との相乗効果によって、著しい性能の向上を示す。
【００４５】
ここで、本発明は、ステータグリッドを有する機械と大きな空隙を有する機械とを含む全てのタイプの電気機械に関する。
【００４６】
本発明に係る電気機械の一実施形態によれば、ステータは、ステータに沿って円周方向に配置された、円筒状または略円筒状の複数の半径方向流路を含むことができる。半径方向流路は半径方向の歯によって区画することができ、磁束発生器を半径方向流路内に収容することができ、したがって、これらの半径方向流路は、前述した磁束発生器（例えばコイル）に面する少なくとも１つの第１の流体流路を形成する。この場合、電気機械はステータ−グリッド電気機械である。
【００４７】
上に定義された少なくとも２つの循環手段を含む冷却手段は、ステータ−グリッド電気機械に特に適している。実際に、ステータ−グリッド電気機械は、ステータ内を流体が著しく流れることを可能にするように構成されている。ステータの周囲、好ましくは磁束発生器と外側ケーシングとの間に配置されている少なくとも１つの第２の循環手段は、例えば、磁束発生器に強い電流を誘導する動作中、従って著しいジュール損失を導く動作中の冷却をさらに向上させることを可能にする。この追加の冷却は、温度を低下させ、従って磁束発生器の抵抗を低減させることによって電気機械の効率を向上させるとともに、電気機械の寿命を向上させることも可能にする。
【００４８】
さらに、ステータ−グリッド機械の構成によりステータ内で流量が既に大きくなっているので、第２の循環手段の流路の断面を小さくすることができ、従って、空間の制約が抑えられる。この第２の循環手段により、ステータの内部の流路の断面を小さくすることができ、したがって、ステータ内で用いられる空間の制約と材料の量を抑えることができ、これは、鉄損の低減とともにシステムのコストの低減を伴う。この電気機械は、より少量の鉄材料を含む。
【００４９】
好ましくは、流体は空気、好ましくは周囲媒体から取り込まれた空気とすることができる。したがって、専用の流体を消費する必要がなく、一方では冷却手段のコストを低減し、他方では、コストに影響を与え、故障の危険を伴うポンプ、タンク、パイプ、およびその他の二次機器の使用を回避する。
【００５０】
本発明の変形例によると、少なくとも１つの第２の循環手段を磁束発生器と外側ケーシングとの間に配置することができる。これにより、磁束発生器のできるだけ近くに流体の循環が生じ、冷却を向上させる。
【００５１】
好ましくは、少なくとも１つの第２の循環手段が、例えば、磁束発生器の外径と外側ケーシングの内径との間の円環空間から構成することもできる。
【００５２】
少なくともこの第２の循環手段は、金属の塊の中に挿入された管または孔の形態の、断面が円形の一組の長手方向の空間から構成することもでき、これらの空間は、できるだけ均一に熱エネルギーを除去するために、磁束発生器の周りに均等に分布されることが好ましい。
【００５３】
本発明に係る機械の一実施形態によれば、ステータとロータと外側ケーシングの形状は、円筒状、略円筒状または環状にすることができる。第２の循環手段への入口は、第１の循環装置から半径方向に向いていてよい。この場合、機械に入る流れは、一部が逸れている。流れの一部は長手方向に進み続けてステータを通過し、逸れた部分は、少なくとも第２の循環手段に半径方向に浸入する。流れの分布は、電気機械から上流／下流の圧力差によって受動的に達成される。この構成により、２つの個別の入口ではなく単一の入口を有するように、機械の構造を簡単にすることができる。
【００５４】
あるいは、少なくとも１つの第２の循環手段への入口が軸方向に向いていてもよい。この場合、電気機械には２つの個別の空気入口がある。これらの２つの空気入口を通る流体の流れは、電気機械より上流の同じ流体の流れから流れてもよく、そうでなくてもよい。軸方向の入口は、半径方向の入口に比べて圧力損失を低減できるので興味深い。
【００５５】
本発明に係るシステムの変形例によれば、少なくとも１つの第２の循環手段の出口は、半径方向を向いていてよい。少なくとも１つの第１の循環手段と少なくとも１つの第２の循環手段とを出る流れの合流を、液体が電気機器を出る前に生じさせることができ、したがって出口流を均質化させることができる。
【００５６】
あるいは、少なくとも１つの第２の循環手段の出口が軸方向を向いていてもよい。この場合、電気機械には２つの個別の空気出口がある。これらの２つの空気出口は、電気機械より下流の同じ流体の流れに合流してもよく、そうでなくてもよい。軸方向の出口は、圧力損失を減少させることができるので、興味深い。
【００５７】
有利には、少なくとも１つの第２の循環手段が、その出口に、少なくとも２つの循環手段内を循環する流体を混合するための、流体の流れを実質的に半径方向に方向付けする手段を備えることができる。この実質的に半径方向に方向付けする手段の機能は、電気機器の長手方向軸線を中心とする事前回転と呼ばれる回転運動をもたらすように、流体の循環流を方向付けることである。この機能は、電気機械から流体を循環させる方向において、下流側でコンプレッサーを使用する場合に、特に興味深い。実際に、流体の事前回転運動は、特に低流量および高圧縮比（圧縮比は、コンプレッサーの出口の圧力の、コンプレッサーの入口の圧力に対する比である）を目的として、その使用面積を大きくすることによって、コンプレッサーの作動範囲を変更することを可能にする。この実質的に半径方向に方向付けする手段は、例えば、ブレード、あるいは、実質的にまたは部分的にブレードに似た部分から構成することができる。それは、円形の部分、例えば、円形の回転部分および円形の固定部分から構成することもできる。２つの部分のうちの少なくとも１つには穴が開けられ、回転中に、穴は、程度の差はあるが開放され、交互に、完全に開放され、部分的に閉じられ、完全に閉じられ、部分的に開放され、完全に開放されたりする。
【００５８】
有利には、少なくとも１つの第２の循環手段が、少なくとも１つの第２の循環装置の入口または出口に配置された能動的または受動的な流れ調整手段を含むことができる。この調整手段は、第２の循環手段内での循環を可能にしてもよく、そうでなくてもよい。このことは、機械が無関係であるときに、その機械を通過することを回避することによって、その機械の動作を向上させる。特に、高流量の場合に、または電気機器の下流の流れの向きを変更するために、有効であるときには、流れ調整手段は適切な開口を提供するように制御する（能動的な流量調整手段）か、または、この流れ調整手段内で生じる圧力低下が、流れの一部を第２の循環手段内に向けて通過させる（受動的な流れ調整手段）。受動的な流れ調整手段は低コストであるという利点を有し、制御を必要としない。受動的な流れ調整手段は、例えば、１つまたは複数の調整された開口部、例えば調整された穴から構成され得る。受動的な流れ調整は、流体を所与の流量まで第１の循環手段内に向けて通過させるのに適した圧力低下を生じさせるように、第２の循環装置への入口における、関連する方向付けからなるものであってもよい。一方、能動的なシステムは、流れの調整と、より適切な動作とを提供する。これは、例えば、「オン−オフ」バルブ、ボールバルブタイプの調整バルブ、または１組のブレードであってよい。
【００５９】
好ましくは、少なくとも１つの第２の循環手段は、第２の循環手段と同じ高さにフィンを備えることができる。フィンは交換面積を大きくし、それによって機械の冷却を向上させる。
【００６０】
好ましくは、フィンが、第２の循環手段の、流体の流れの方向に対して直交する断面の一方の端部から他方の端部まで延びていてよく、例えば、ステータと外側ケーシングとが円筒状である場合、フィンは、ステータの外径の位置から外側ケーシングの内径の位置まで延びることができる。したがって、熱交換面積が向上する。
【００６１】
本発明は、圧縮される流体のための吸気口と圧縮された流体の出口とを有する圧縮手段を含む、気体状または液状の流体のための圧縮装置にも関する。液体圧縮手段は、コンプレッサー軸によって支持され、吸気口と出口との間に収容される。この装置は、前述した特徴のうちの少なくとも１つに係る電気機械を含む。そして、電気機械は、圧縮手段からの流体の流れの方向に関して上流に位置させることができる。前述したような電気機械を使用することにより、例えば、事前回転を用いて、特に低流量および高圧縮比にするように使用面積を大きくするように、コンプレッサーの動作範囲を変更することと、コンプレッサーの入口での流量の増大と、電気機械の性能の向上とを通して、電気コンプレッサーの性能を向上させることができる。事前回転は、逆方向にして、コンプレッサーの動作範囲を高流量まで拡張することも可能にする。
【００６２】
さらに、本発明は、膨張手段と前述したような圧縮装置とを含む電動ターボチャージャー装置にも関する。そして、膨張手段と圧縮装置とを同じ回転軸に固定し、これにより、膨張手段と圧縮装置とを共に回転させることができる。前述した特徴の１つによって電動コンプレッサーにもたらされた改良により、電動ターボチャージャーの性能を向上させることができる。
【００６３】
図６は、限定するものではない例として、本発明に係る電動コンプレッサー２０の形態である電動圧縮装置の一例を概略的に示している。このシステムは、回転軸１と、電気機械１０と、圧縮手段（例えばコンプレッサー）１５とを含む。流体は、点線の矢印の方向にシステムを通って流れる。電気機械１０は、流体の流れの方向に圧縮手段１５より上流に配置され、その冷却のためのより好ましい熱調整を提供するようになっている。ガイドシステム２は、力、特に組立体の質量を担うために、また、ベアリングを組み立てるために用いられる。好ましくは、圧縮手段１５が、電気機械１０より下流で、電気機械１０のすぐ後ろに配置される。圧縮手段１５は、電気機械１０のできるだけ近くに配置されることにより、電気機械を通過する大きな空気流による利点を得ることができる。
【００６４】
電気機械は、ロータ３とステータ１２とを備えている。ステータ１２は静止している。ロータ３と圧縮手段１５とは、回転軸１によって導かれる共通の動作によって回転する。電気機械１０に誘起される磁界は、ロータ３の回転と、回転軸１の駆動と、圧縮手段１５自体の駆動とを生じさせることができる。ある条件の下では、圧縮手段の減速時に、動作を逆にすることができ、すなわち、圧縮手段１５の回転が回転軸１を駆動し、次にロータ３の回転を引き起こし、従って、電気機械１０内で電気を発生させる。
【００６５】
図７は、限定するものではない例として、電動コンプレッサー２０と膨張手段（ここではタービン）２５とを含む電動ターボチャージャー装置３０の例を示している。電動コンプレッサー２０は、図６のコンプレッサーと同一である。電動ターボチャージャー３０では、電気機械１０と圧縮手段１５との共通の回転をもたらす回転軸１が、ガイドシステム２の反対側に延び、膨張手段２５の回転ももたらす。膨張手段２５は、ガイドシステム２に関して、電動コンプレッサーの反対側に配置されている。しかしながら、本発明を限定するものではないが、他の構成も可能である。
【００６６】
図１〜図５は、ステータ−グリッド電気機械タイプである、本発明に係る電気機械のいくつかの実施形態を示しているが、本発明はこれに限定されず、他のタイプの電気機械に用いることもできる。
【００６７】
さらに、図１〜図５では、ロータ３、軸１、ガイドシステム２、ステータグリッド４、外側ケーシング６および磁束発生器５は、円筒形または環状、あるいは実質的に円筒形または環状の部分を形成している。これらの図において、点線の矢印は、機械を通る流体の循環の方向を示しており、これらの循環は開ループ循環である。
【００６８】
図１は、限定するものではない例として、本発明に係る電気機械の第１の実施形態を概略的に示している。
【００６９】
図１の電気機械は、回転軸１と、限定するものではない例として補助機器の案内および接続のための転がり軸受のようなベアリングを含むことができるガイドシステム２と、ロータ３と、ステータグリッド４と、磁束発生器５と、外側ケーシング６とを含むことができる。例えばコイルなどの磁束発生器５はステータグリッド４内に位置し、ステータグリッド４の外周部において、磁束発生器５の外径とステータグリッド４の外径とは実質的に互いに同一化している。ステータグリッド４と磁束発生器５とが、電気機械のステータを構成している。フランス特許出願公開3,041,831号明細書（国際特許出願公開WO2017/050,577号明細書）およびフランス特許出願公開3,048,022号明細書により詳細に記載されているように、ステータグリッド４は、循環路を形成する放射状のウェブを含む。したがって、流体はこれらの循環路内を循環し、こうして少なくとも第１の循環手段を形成することができ、流体は、ステータグリッド４とともに、その直径の内側で磁束発生器５を冷却することができる。放射状のウェブによって生成される著しい熱交換面は、電気機械の非常に効果的な冷却をもたらす。
【００７０】
軸線ｘｘは、それを中心としてロータ３および軸１が回転する長手方向軸線であり、ロータ３は、回転軸１に固定的に取り付けられ、したがって軸１およびロータ３の共通の回転をもたらす。ステータグリッド４と磁束発生器５とからなるステータはロータを囲み、静止している。ロータとステータとの間に空隙が設けられている。
【００７１】
ガイドシステム２は、力、特に電気機械の質量を担うことと、ベアリングを組み立てることのために用いられ、限定するものではない例では、回転軸１と固定フレーム（図示せず）との接続を可能にする。
【００７２】
液体がこの電気機械内を循環する。この流体は例えば空気であり、好ましくは周囲媒体から取り込まれる。この流体循環は開ループ循環である。
【００７３】
図１では、この機械に流入する流体が、いくつかの流れに分けられている。第１の流れＦ１Ｂの第１の部分は、ステータグリッド４の循環路内に直接向かって通り、こうして、少なくとも第１の循環手段を形成する。第１の流れＦ１Ｂは、別のタイプの電気機械のステータ内に向かって通ることができる。この第１の流れのわずかな割合の部分が、空隙（ロータ３とステータグリッド４との間に形成された空間）内に向かって通る。これが流れＦ１Ａである。
【００７４】
第２の循環流Ｆ２は第１の循環流Ｆ１Ａ／Ｆ１Ｂから逸れ、少なくとも第２の循環手段を通過する前に、入口ＥＲ２、ここでは半径方向の入口に送られる。この第２の循環手段は、磁束発生器５と外側ケーシング６との間の環状部分である。この第２の循環手段は、その冷却を最適にするために磁束発生装置５の外径の位置に近いことが好ましい。次に、循環流のこの第２の部分は、半径方向の出口ＳＲ２を通って出ることによって、流れＦ１Ａ、Ｆ１ＢおよびＦ２によって形成された流れの第１の部分と合流する。したがって、電気機械から出る流れは、流れＦ１Ａ、Ｆ１ＢおよびＦ２によって再構成された流れである。
【００７５】
半径方向の出口ＳＲ２に、循環流を方向付けする手段（図示せず）を統合することもできる。この方向付け手段は、第２の循環流Ｆ２からの流れと、空隙およびステータを通過する第１の流れの２つの部分Ｆ１ＡおよびＦ１Ｂからの流れとの両方を混合し、それに回転軸線を中心とする事前回転を生じさせることを可能にする。流れのこの事前回転は、圧縮装置、特にターボチャージャー装置が電気機械の後方に配置されている場合に、特に興味深い。実際に、圧縮装置の入口における流れのこの事前回転により、その効率を向上させることができる。この事前回転は、例えば、ブレードまたはブレード片によって誘導され得る。
【００７６】
図２〜図５については、図１と同じ参照符号は、図１の参照符号に完全に対応している。それらの参照符号は、これらの図面では詳細には説明しない。
【００７７】
図２は、限定するものではない例として、本発明に係るシステムの第２の実施形態を概略的に示している。この実施形態は、磁束発生器５の直径の外側に配置されたフィン８と、磁束発生器５の長手方向軸線ｘｘに沿う長手方向の両端部に配置されたフィン８とが追加されている点で、図１とは異なる。これらのフィンは、磁束発生器５と循環流Ｆ２との間の熱交換を促進する。フィン８は、特に磁束発生器５の外径の位置から配置され、外側ケーシング６の内径の位置まで延びることができる。したがって、交換面積は最大であり、冷却は最適である。有利には、外部環境からの熱を電気機械のステータに伝導することを回避するために、フィン８と外側ケーシング６との間に、たとえ小さなものであってもクリアランスを保つことが興味深い（例えば、高速路の側部に停止した乗物の場合）。
【００７８】
この実施形態はまた、少なくとも第２の循環装置内に向かって通る第２の循環流Ｆ２の半径方向の入口ＥＲ２に配置された流れ調整手段７を含む。これらの流れ調整手段７は、流れＦ２の通過のために循環手段内への液体の通過を可能にしたり、不可能にしたりする。これらは特に、「オン−オフ」モードで流路断面を開閉することができ、または、制御された方法で流路断面を開放し、したがって、必要に応じて、程度の差はあるが大きな流路断面を設けることができる。限定するものではないが、流れ調整手段は、特定の圧力／流量の条件の下で流れＦ２の通過を可能にする簡単な調整された穴（受動的なシステム）、「オン−オフ」バルブ（能動的または受動的なシステム）、または例えばボールバルブなどの調整バルブ（能動的なシステム）にすることができる。
【００７９】
図３〜図５については、図２と同じ参照符号は、図２の参照符号に完全に対応している。それらの参照符号は、これらの図面では詳細には説明しない。
【００８０】
図３は、本発明に係る電気機械の第３の変形例を示している。この図面では、流れ調整手段が、少なくとも第２の循環流Ｆ２の半径方向の出口ＳＲ２に配置されている。この構成は、図２と同じ機能を有し、すなわち、第２の循環手段における流れの通過を可能にしたり、不可能にしたりする。少なくとも第２の流れの出口に流れ調整手段を配置することにより、循環流を方向付けする手段を統合することもできる。この方向付け手段は、第２の循環流Ｆ２からの流れと、空隙およびステータを通過する第１の流れＦ１ＡおよびＦ１Ｂの２つの部分からの流れとの両方を混合し、回転軸線を中心とする事前回転をそれにもたらすことを可能にする。この流れの事前回転は、コンプレッサーなどの圧縮装置、さらにターボチャージャー装置が電気機械の後方に配置され、したがって電動コンプレッサーまたは電動ターボチャージャーを形成する場合に特に興味深い。実際に、コンプレッサーの入口での流れのこの事前回転は、その効率の向上を可能にする。この事前回転は、例えばブレードまたはブレード片によって導かれる。
【００８１】
図４および図５については、図３と同じ参照符号は、図３の参照符号に完全に対応している。それらの参照符号は、これらの図面では詳細には説明しない。
【００８２】
図４は、限定するものではない例として、本発明に係る電気機械の第４の変形例を概略的に示している。この図面は、第２の循環手段への流体の流入が半径方向にはもはや生じないが、軸方向に生じるという点で、前述した図１〜３と異なる。したがって、電気機械は、もはや単一の流体入口のみを有するのではなく、むしろ２つの流体入口を有する。しかしながら、これらの２つの入口を通る流体の流入は、電気機械より上流の同じ流体の流れから流入することもあり、そうでないこともある。例えば、直径が電気機械の２つの軸方向入口を含む同じ配管であってもよい。従って、流れの入口ＥＬ２は軸方向を向いており、回転軸線ｘｘに平行である。軸方向の入口ＥＬ２は、半径方向の入口に対して、圧力の低下を小さくすることを可能にする。
【００８３】
流れＦ２の出口は、半径方向のままであり、半径方向の出口ＳＲ２に流れ調整手段７が設けられ、この流れ調整手段は、流れの事前回転を導くことも導かないこともある出口の流れの方向付け手段を含んでいてもよく、含んでいなくてもよい。
【００８４】
図４において、フィン８は、磁束発生器５の全周に配置されている。実際に、それらは、図２および図３と同様に、磁束発生器の外径の位置と長手方向の両端部との両方と、磁束発生器５の内径の位置とに配置されている。磁束発生器５を完全に囲むことによって、フィン８は交換面積を大きくするとともに、より良好な冷却を提供する。
【００８５】
図５は、限定するものではない例として、本発明に係る電気機械の第５の変形例を概略的に示している。この図面は、図４のフィン８が二次冷却システム９に置き換えられている点で、図４と異なる。この二次冷却システムは、例えば、流体、好ましくは液体のための閉じた冷却回路から成ることができる。
【００８６】
本発明は、特にマイクロタービンまたはタービン発電機タイプのタービンなどの他の用途に特に関連する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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