(57)【要約】      （修正有）【課題】発電機回転子コイルの冷却を助けるシステムを提供する。【解決手段】固定子２０内に配置される回転子１０において、複数のダクト１１０を含む各々の群をなすコイル１２０と、複数のサブスロット１４０が、軸１００の周りに配置される。各々が軸１００と１つの群をなすコイル１２０との間に延在し、各々が１つの群をなすコイル１２０と流体連通する複数のサブスロット１４０と、複数のサブスロット１４０の１つに配置されて、複数のダクト１１０の少なくとも１つの中に冷却媒体１２５を導く第１のバッフル１５０を設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子（２０）と、
前記固定子（２０）内に配置される回転子（１０）と
を備える回転電気機械（５）であって、
前記回転子（１０）は、
軸（１００）と、
前記軸（１００）の周りに配置される群をなすコイル（１２０）であって、各々が複数のダクト（１１０）を含む群をなすコイル（１２０）と、
前記軸（１００）の周りに配置される複数のサブスロット（１４０）であって、各々が前記軸（１００）と１つの前記群をなすコイル（１２０）との間に延在し、各々が前記１つの前記群をなすコイル（１２０）と流体連通する複数のサブスロット（１４０）と、
前記複数のサブスロット（１４０）の１つに配置されて、前記複数のダクト（１１０）の少なくとも１つの中に冷却媒体（１２５）を導く第１のバッフル（１５０）と
を有する、回転電気機械（５）。
【請求項２】
前記第１のバッフル（１５０）は実質的に平面状の部材からなる、請求項１に記載の回転電気機械（５）。
【請求項３】
前記第１のバッフル（１５０）は、前記実質的に平面状の部材と鈍角をなして配向される少なくとも１つの部材を更に備える、請求項２に記載の回転電気機械（５）。
【請求項４】
前記第１のバッフル（１５０）は、前記群をなすコイル（１２０）に操作可能に接続される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電気機械（５）。
【請求項５】
前記サブスロット（１４０）は、中間部分（１２１）と２つの端部分（１１１）とを有し、前記サブスロット（１４０）は、前記２つの端部分（１１１）から前記中間部分（１２１）まで実質的に勾配をなす、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転電気機械。
【請求項６】
前記第１のバッフル（１５０）は、前記複数のダクト（１１０）の少なくとも２つの軸方向長さにわたって延在する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回転電気機械。
【請求項７】
軸（１００）と、
前記軸（１００）の周りに配置される群をなすコイル（１２０）であって、各々が複数のダクト（１１０）を含む群をなすコイル（１２０）と、
前記軸（１００）の周りに配置される複数のサブスロット（１４０）であって、各々が前記軸（１００）と１つの前記群をなすコイル（１２０）との間に延在し、各々が前記１つの前記群をなすコイル（１２０）と流体連通する複数のサブスロット（１４０）と、
前記複数のサブスロット（１４０）の１つに配置されて、前記複数のダクト（１１０）の少なくとも１つの中に冷却媒体（１２５）を導く第１のバッフル（１５０）とを備える回転子（１０）。
【請求項８】
前記複数のダクト（１１０）は、群をなす異なる大きさのダクトを含み、前記サブスロット（１４０）の端部分（１１１）の近くに配置される群をなすダクト（１１０）は、前記サブスロット（１４０）の中間部分（１２１）の近くに配置される群をなすダクト（１２０）より大きい、請求項７に記載の回転子（１０）。
【請求項９】
前記複数のダクト（１１０）は、群をなすダクトを含み、各々の群をなすダクトは、ダクト（１１０）間において異なるピッチを有する、請求項７に記載の回転子（１０）。
【請求項１０】
前記第１のバッフル（１５０）は、独立して移動可能であり、前記サブスロット（１４０）の一部分を塞ぐサブスロットカバー（４９０）を含む、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の回転子（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機コイル冷却用バッフルに関する。特に、本発明は、発電機回転子内の発電機コイル冷却用バッフルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電機等の回転電気機械は回転子と固定子とを含む。回転子は従来、発電機を励起させる一方で、励起源から電流を受ける界磁巻線（回転子コイル）を備える。固定子は、自身から電力が出力される巻線を備える。動作時において、回転子コイルを通って流れる電流は、熱を発する。この熱が回転子コイルから離れる方向に伝達されない場合には、該熱が発電機の性能低下を引き起こし得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，９６５，１８５Ｂ１号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
発電機回転子コイルの冷却を助けるシステムを開示する。一実施形態において、システムは、固定子と、固定子内に配置される回転子であって、軸と、軸の周りに配置される、複数のダクトを含む各々の群をなすコイルと、軸の周りに配置される複数のサブスロットであって、各々が軸と１つの群をなすコイルとの間に延在し、各々が１つの群をなすコイルと流体連通する複数のサブスロットと、複数のサブスロットの１つに配置されて、複数のダクトの少なくとも１つの中に冷却媒体を導く第１のバッフルとを有する回転子とを含む。
【０００５】
本発明の第１の態様は、固定子と、固定子内に配置される回転子であって、軸と、軸の周りに配置される、複数のダクトを含む各々の群をなすコイルと、軸の周りに配置される複数のサブスロットであって、各々が軸と１つの群をなすコイルとの間に延在し、各々が１つの群をなすコイルと流体連通する複数のサブスロットと、複数のサブスロットの１つに配置されて、複数のダクトの少なくとも１つの中に冷却媒体を導く第１のバッフルとを有する回転子とを備える回転電気機械である。
【０００６】
本発明の第２の態様は、軸と、軸の周りに配置される群をなすコイルであって、複数のダクトを含む各々の群をなすコイルと、軸の周りに配置される複数のサブスロットであって、各々が軸と１つの群をなすコイルとの間に延在し、各々が１つの群をなすコイルと流体連通する複数のサブスロットと、複数のサブスロットの１つに配置されて、複数のダクトの少なくとも１つの中に冷却媒体を導く第１のバッフルとを備える回転子である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に従った発電機回転子の一部分の三次元斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に従った発電機の一部分の断面略図である。
【図３】図２のコイル冷却用バッフルの実施形態を示す断面略図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態に従ったコイル冷却用バッフルの断面図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態に従ったコイル冷却用バッフルの断面図である。
【図４Ｃ】本発明の実施形態に従ったコイル冷却用バッフルの断面図である。
【図４Ｄ】本発明の実施形態に従ったコイル冷却用バッフルの断面図である。
【図５】本発明の実施形態に従った流体流の妨害の実施形態を示す断面略図である。
【図６】本発明の実施形態に従った流体流の妨害の実施形態を示す断面略図である。
【図７】本発明の実施形態に従った流体流の妨害の実施形態を示す断面略図である。
【図８】本発明の実施形態に従った流体流の妨害の実施形態を示す断面略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の上記及びその他の特徴は、本発明の様々な実施形態を示す添付図面と併せて、以下の本発明の様々な態様の詳細な説明を読むことによって、より容易に理解されよう。
【０００９】
本発明の図面は、一定の比率で示されていないことが分かる。これらの図面は、本発明の一般的な態様のみを示すことを意図するものであり、従って本発明の範囲を制限するものではない。図面において、図中の同じ符号は同じ要素を表す。
【００１０】
上述のように、本発明の態様は、発電機コイル冷却用バッフルである。図１〜８に、異なる態様の発電機、特に発電機コイル１２０の冷却をもたらす構成を示す。図１は、回転子１０の一部分の三次元斜視図である。回転子１０は、軸１００と、軸１００の周りに配置される群をなすコイル１２０とを含む。各群のコイル１２０は、複数のダクト１１０を含む。更に、回転子１０は、軸１００の周りに配置される複数のサブスロット１４０を含む。各サブスロット１４０は、軸１００と群をなすコイル１２０との間に延在すると共に、群をなすコイル１２０と流体連通する。更に他の態様の発電機及び回転子１０について、図２〜８を参照して説明する。
【００１１】
図２は、固定子２０と固定子２０内に配置される回転子１０とを含む発電機５の部分の断面略図である。回転子１０の部分の断面図には、１つが軸１００の上に配置され、１つが軸１００の下に配置される、２つの群をなすコイル１２０の断面図が含まれる。「上」及び「下」という用語は単に例証的なものであって、群をなすコイル１２０は、軸１００の周りのいかなる位置にも配置され得ることが理解される。図示のように、回転子１０は、軸１００と、軸１００の周りに配置される群をなすコイル１２０とを有する。軸１００は、例えば鉄によって形成される。更に、軸１００は、固定子２０の方へと半径方向外方に延在する複数の歯（図示せず）を含む。各群をなすコイル１２０は、複数のダクト１１０を含む。回転子１０は更に、軸１００と群をなすコイル１２０との間に延在するサブスロット１４０を含む。サブスロット１４０は、複数のダクト１１０と流体連通する。サブスロット１４０は、冷却媒体１２５の流入を可能にする少なくとも１つの開口１０２を有する。更に、回転子１０は、サブスロット１４０に配置される第１のバッフル１５０を含む。第１のバッフル１５０は、冷却媒体１２５を複数のダクト１１０の少なくとも１つの中に導く。回転子１０が固定子２０に対して回転すると、群をなすコイル１２０に電流が生成されて、電気が発生する。この電気は、例えば家庭及び／又は建造物への電力供給を含む様々な用途に用いられる。
【００１２】
発電機５は、中間部分１２１と２つの端部分１１１とを有する。「端部分」及び「中間部分」という用語は、本明細書において、発電機５、回転子１０、固定子２０、群をなすコイル１２０又はサブスロット１４０の端部分及び中間部分を指すために用いる。更に、「端部分」という用語は一般に、発電機１０の開口１０２に最も近い部分を指す一方で、「中間部分」という用語は一般に、発電機５の端部分１１１より開口１０２から遠い部分を指す。端部分１１１は、当業者に通常コイル端と呼ばれる部分を含むのではなく、むしろコイル端に当接する部分である。端部分１１１及び中間部分１２１は、発電機５の、図に示されているより大きい部分又は小さい部分を含む。図３を参照して、発電機５、特に回転子１０のサブスロット１４０と第１のバッフル１５０との機能を更に説明する。
【００１３】
図３は、端部分１１１（図２）の一部分の拡大断面図である。特に、図３は、端部分１１１における１つの群をなすコイル１２０の一部分の拡大断面図である。端部分１１１は、軸１００及び軸１００の周りに配置される１つの群をなすコイル１２０の一部分と、サブスロット１４０と第１のバッフル１５０とを含む。本明細書に記載のように、サブスロット１４０は、複数のダクト１１０と流体連通する。第１のバッフル１５０は、サブスロット１４０に配置される。一実施形態において、第１のバッフル１５０は、１つ以上の実質的に平面状の部材を含む。しかし、図４Ａ〜Ｄを参照して説明するように、第１のバッフル１５０は、様々な構成の複数の部材を含む。第１のバッフル１５０は、例えば金属、プラスチック及び／又は複合材料によって形成される。更に、図３に、第２のバッフル１５２（破線で図示）がサブスロット１４０に含まれる他の実施形態を示す。第２のバッフル１５２は、大きさ、形状及び／又は材料の種類において、第１のバッフル１５０と実質的に同一であって良く、又は異なる大きさ、形状及び／又は材料の種類のものであっても良い。また、２つ以上のバッフルをサブスロット１４０に含んでも良い。
【００１４】
更に、流体流の矢印で示すように、複数のダクト１１０は更に、空隙１０４と流体連通する。空隙１０４は、冷却媒体が複数のダクト１１０から流出することを可能にする、群をなすコイル１２０の外側のいかなる領域であっても良い。空隙１０４は、例えば排気筒（図示せず）への入口となる。排気筒は、加熱された冷却媒体が発電機５（図２）から流出することを可能にすると共に、発電機５の性能低下を防ぐ。
【００１５】
更に、図３に、端部分１１１を通って空隙１０４の方へと向かう冷却媒体１２５の流れを示す流れの矢印が示される。実際には、冷却媒体１２５は、空隙１０４までサブスロット１４０と複数のダクト１１０とを経て流れ、群をなすコイル１２０から複数のダクト１１０を介して熱を伝達する。複数のダクト１１０は、群をなすコイル１２０に開けた孔部として形成され、これらの孔部が、群をなすコイル１２０から冷却媒体１２５への熱伝達を可能にする。群をなすコイル１２０が銅を含む場合は、複数のダクト１１０は、銅に貫通孔を開ける何らかの従来方法によって形成される。
【００１６】
冷却媒体１２５は、例えば周囲空気又は水素からなる。しかし、冷却媒体１２５は、群をなすコイル１２０から複数のダクト１１０を介して熱を運ぶことができるいかなる気体の形態をとっても良い。冷却媒体１２５は、タンクまたはタワー（図示せず）から供給されると共に、群をなすコイル１２０を取り巻き、且つ／又は該コイルと平行して延在するキャビティ（図示せず）を通って流れる。第１のバッフル１５０は、中間部分１２１に配置されるものより端部分１１１に配置される複数のダクト１１０を通って、より多くの冷却媒体１２５が流れることを可能にする。より多くの冷却媒体が端部分１１１に配置される複数のダクト１１０に供給される場合には、より多くの熱が端部分１１１の群をなすコイル１２０から伝達される。これにより、端部分１１１の群をなすコイル１２０が低温に保たれ、端部分１１１における過熱の影響を防ぎ易くなる。
【００１７】
次に図４Ａ〜４Ｄを参照すると、複数のバッフル構成が示される。図４Ａ〜４Ｃには、第１のバッフル１５０（図３）と同様に、複数のダクト１１０の少なくとも２つの長さにわたって延在する異なるバッフル２５０、３５０、４５０が示される。バッフル２５０、３５０は、１つ以上の実質的に平面状の部材を含み、且つ／又はこの１つ以上の実質的に平面状の部材と鈍角をなして配向される追加の部材を含む。更に、バッフル４５０は、各々が隣接する部材に対して実質的に直角をなして配向される複数の実質的に平面状の部材を含む。図４Ｄには、複数の開口１６０の少なくとも１つ（図３）に隣接して配置される２つの小さいバッフル５５０、６５０を示す。バッフル５５０、６５０は、いかなる個数のバッフルが複数の開口１６０の１つに隣接して配置される、群をなすバッフルの一部分である。バッフル２５０、３５０、４５０、５５０、６５０は、サブスロット１４０内に配置される。バッフル２５０、３５０、４５０、５５０、６５０は、群をなすコイル１２０に操作可能に接続されるか、又は軸１００に取り付けられる。
【００１８】
図５は、また他の実施形態の拡大断面図である。この場合は、バッフル１５０は取り外されており、複数のダクト１１０のいくつかは、より大きいダクト２１０に交換されている。より大きいダクト２１０は複数のダクト１１０と実質的に同様に機能するが、より大きい開口２６０とより大きい容量を有する。より大きいダクト２１０は、より大きい開口２６０とより大きい容量とによって、複数のダクト１１０よりも多くの冷却媒体１２５を消費する。より多くの冷却媒体が端部分１１１に配置されるより大きいダクト２１０に供給される場合には、より多くの熱が端部分１１１の群をなすコイル１２０から伝達される。これにより、端部分１１１の群をなすコイル１２０が低温に保たれ、端部分１１１における過熱の影響を防ぎ易くなる。
【００１９】
図６は、また他の実施形態の拡大断面図である。この場合は、バッフル１５０は取り外されており、先細サブスロット３４０は、端部分１１１から中間部分１２１まで実質的に勾配をなす。先細サブスロット３４０は、軸１００が端部分１１１から中間部分１２１に向かって勾配をなすように構成される。この場合、軸１００は、先細サブスロット３４０を形成するために、軸１００が中間部分１２１において端部分１１１より大きい直径を有するように製造又は改変される。更に、軸１００は、冷却媒体１２５の流れを妨害することができる様々な形態に製造又は改変される。或いは、先細サブスロット３４０は、組み合わされたときに端部分１１１から中間部分１２１まで実質的に勾配をなす多数の部材によって構成される。例えば、楔型バッフル３９０（破線で図示）がサブスロット３４０に配置されて勾配をなし、中間部分１２１に向かう冷却媒体１２５の流れを妨害する。楔型バッフル３９０は、楔型の取付部品として示されているが、楔型バッフル３９０は、冷却媒体１２５の流れを妨害することができる様々な形態をとり得る。楔型バッフル３９０は、軸１００に取り付けられても良く（破線で図示）、或いは、群をなすコイル１２０に取り付けられても良い。いずれの場合も、先細サブスロット３４０によって、より多くの冷却媒体１２５が複数のダクト１１０を介して流れることになる。より多くの冷却媒体が端部分１１１に配置される複数のダクト１１０に供給される場合には、より多くの熱が端部分１１１の群をなすコイル１２０から伝達される。これにより、端部分１１１の群をなすコイル１２０の部分が低温に保たれ、端部分１１１における過熱の影響を防ぎ易くなる。
【００２０】
図７は、また他の実施形態の拡大断面図である。この場合は、サブスロットカバー４９０は、図６の楔型バッフル３９０と同様に作用する。しかし、図７のサブスロットカバー４９０は、群をなすコイル１２０により接近して配置される。サブスロットカバー４９０は、階段状カバーとして示されているが、様々な形態をとり得る。更に、サブスロットカバー４９０は、１つ又は複数の部材によって形成される。例えば、サブスロットカバー４９０は、１つ以上の実質的に角形の部材又は１つ以上の実質的に丸形の部材を含む。サブスロットカバー４９０は、回転子の組立のある時点において、サブスロット１４０に配置される。例えば、サブスロットカバー４９０は、軸１００と群をなすコイル１２０とが互いに分離された後にサブスロット１４０内に挿入される。サブスロットカバー４９０は、独立して移動可能であり、サブスロット１４０の一部分を塞ぐ。サブスロットカバー４９０は、サブスロット１４０の端部分１１１の異なる部分に配置される。いずれの場合も、サブスロットカバー４９０により、より多くの冷却媒体１２５が端部分１１１に配置される複数のダクト１１０を介して流れる。より多くの冷却媒体が端部分１１１に配置される複数のダクト１１０に供給される場合には、より多くの熱が端部分１１１の群をなすコイル１２０から伝達される。これにより、端部分１１１の群をなすコイル１２０の部分が低温に保たれ、端部分１１１における過熱の影響を防ぎ易くなる。
【００２１】
図８は、また他の実施形態の拡大断面図である。この場合は、複数のダクト１１０間のピッチ（１）は、端部分１１１の近くに配置される複数のダクト１１０の部分が中間部分１２１の近くに配置されるものより小さいピッチを有するように変動する。当該技術分野において周知のように、「ピッチ」という用語は、２つの同様の開口間における直線距離を指す。この場合は、ピッチ１及びピッチ１’は、２組の開口１６０間における異なる直線距離を示す。図３に関して説明された実施形態と同様に、端部分１１１の近くに配置される複数のダクト１１０間のピッチを小さくすることにより、端部分１１１の冷却作用が向上する。このことが可能になるのは、端部分１１１付近において冷却媒体１２５が流れることができる全断面積がより大きくなるためである。ピッチ１がピッチ１’より小さい場合、より多くの複数のダクト１１０が端部分１１１に配置される。これによって、複数のダクト１１０の各々を介した冷却媒体１２５の流量は増加しないが、端部分１１１を通って流れる冷却媒体１２５の総量が増加する。端部分１１１に配置される複数のダクト１１０に供給される冷却媒体１２５の総量が増加すると、より多くの熱が端部分１１１の群をなすコイル１２０から伝達される。これにより、端部分１１１の群をなすコイル１２０の部分が低温に保たれ、端部分１１１における過熱の影響を防ぎ易くなる。
【００２２】
本明細書に、１つの群をなすコイル１２０と１つのサブスロット１４０とに関して、本発明のいくつかの態様が図示され、且つ説明されているが、これらの態様は、軸１００の周りに配置される２つ以上のサブスロット１４０及び２つ以上の群をなすコイル１２０に適用されることが理解される。更に、本発明の態様を組み合わせたもの及び変化させたものが、同じ軸１００の周りに配置される異なる群をなすコイル１２０及びサブスロット１４０において用いられる。例えば、軸１００の周りに配置される１つの群をなすコイル１２０は、サブスロット１４０内において第１のバッフル１５０を用いて、複数のダクト１１０を通る冷却媒体の流量を増加させる一方で、軸１００の周りに配置されるまた他の群をなすコイル１２０は、複数のダクト１１０間におけるピッチの変動を用いて、複数のダクト１１０を通る冷却媒体の流量を増加させる。本例は、単なる例証にすぎず、本発明の態様は、様々な態様で組み合わされ、且つ置換され得ることが理解される。
【００２３】
本明細書は、最良の形態を含む例を用いて本発明を開示すると共に、何らかの装置又はシステムの製造及び使用と本明細書に組み込まれた何らかの方法の実行とを更に含めて、当業者が本発明を実施することを可能にするものである。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲により規定されると共に、当業者が想到するその他の例を含む。このようなその他の例は、特許請求の範囲の文言と相違しない構造要素を有する場合又は特許請求の範囲の文言と実質的に相違しない等価の構造要素を含む場合に、特許請求の範囲内に含まれることを意図する。
【符号の説明】
【００２４】
５  発電機
１０  回転子
２０  固定子
１００  軸
１０２  開口
１０４  空隙
１１０  ダクト
１１１  端部分
１２０  コイル
１２１  中間部分
１２５  冷却媒体
１４０  サブスロット
１５０  第１のバッフル
１５２  第２のバッフル
１６０  開口
２１０  より大きいダクト
２６０  より大きい開口
３４０  先細サブスロット
３９０  楔型バッフル
４９０  サブスロットカバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2010263779.tif 000007
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
2010263779.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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