(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ステータ鉄心およびステータ端部領域を有するステータと、
（ｂ）前記ステータ鉄心の径方向内側表面を画成するセラミックボアチューブと
を備え、
前記ステータ端部領域は、前記ステータ鉄心に隣接して配設され、複数のステータ電機子端部巻線を備え、内方向ステータ壁部を備え、
前記セラミックボアチューブおよび前記内方向ステータ壁部は、ロータを収容するように構成された内部体積を画成し、前記内方向ステータ壁部は、前記ステータ電機子端部巻線側の内方表面および前記ロータ側の外方表面を有し、前記内方表面の少なくとも一部分が、銅、銀、およびアルミニウムからなる群より選択された導電性金属のバリア層を備え、前記内方向ステータ壁部は、耐腐食性金属を含む、
封入型ステータアセンブリ。
【請求項２】
前記セラミックボアチューブは、セラミック−金属間結合Ｏリング継手により、前記内方向ステータ壁部に結合される、請求項１に記載の封入型ステータアセンブリ。
【請求項３】
前記セラミックボアチューブは、セラミック−金属間フランジ継手により前記内方向ステータ壁部に結合される、請求項１に記載の封入型ステータアセンブリ。
【請求項４】
前記バリア層は、銅を含み、前記内方向ステータ壁部は、ステンレス鋼を含む、請求項１から３のいずれかに記載の封入型ステータアセンブリ。
【請求項５】
前記バリア層は、銅から主に構成され、前記内方向ステータ壁部は、ステンレス鋼から主に構成される、請求項４に記載の封入型ステータアセンブリ。
【請求項６】
前記バリア層は、０．０５インチから０．５インチの範囲の厚さを有する、請求項１から５のいずれかに記載の封入型ステータアセンブリ。
【請求項７】
前記内方向ステータ壁部は、０．１インチから１インチの範囲の厚さを有する、請求項１から６のいずれかに記載の封入型ステータアセンブリ。
【請求項８】
（ａ）磁気的に駆動されるように構成されたロータと、
（ｂ）前記ロータを支持するように構成された１つまたは複数の軸受と、
（ｃ）封入型ステータアセンブリであって、
（ｉ）ステータ鉄心およびステータ端部領域を有するステータ、および
（ｉｉ）前記ステータ鉄心の径方向内側表面を画成するセラミックボアチューブ
を備える、封入型ステータアセンブリと
を備え、
前記ステータ端部領域は、前記ステータ鉄心に隣接して配設され、複数のステータ電機子端部巻線を備え、内方向ステータ壁部を備え、
前記セラミックボアチューブおよび前記内方向ステータ壁部は、前記ロータを収容するように構成された内部体積を画成し、前記内方向ステータ壁部は、前記ステータ電機子端部巻線側の内方表面および前記ロータ側の外方表面を有し、前記内方表面の少なくとも一部分が、銅、銀、およびアルミニウムからなる群より選択された導電性金属のバリア層を備え、前記内方向ステータ壁部は、耐腐食性金属を含む、
モータ。
【請求項９】
前記セラミックボアチューブは、セラミック−金属間結合Ｏリング継手により、前記内方向ステータ壁部に結合される、請求項８に記載のモータ。
【請求項１０】
前記セラミックボアチューブは、セラミック−金属間フランジ継手により、前記内方向ステータ壁部に結合される、請求項８に記載のモータ。
【請求項１１】
前記バリア層は、銅を含み、前記内方向ステータ壁部は、ステンレス鋼を含む、請求項８から１０のいずれかに記載のモータ。
【請求項１２】
前記バリア層は、銅から主に構成され、前記内方向ステータ壁部は、ステンレス鋼から主に構成される、請求項１１に記載のモータ。
【請求項１３】
少なくとも１つの磁気軸受を備える、請求項８から１２のいずれかに記載のモータ。
【請求項１４】
前記ロータは、少なくとも１つの永久磁石を備える、請求項８から１３のいずれかに記載のモータ。
【請求項１５】
前記ロータは、少なくとも１つの電磁石を備える、請求項８から１３のいずれかに記載のモータ。
【請求項１６】
前記内方向ステータ壁部は、少なくとも１つの超合金を含む、請求項８から１５のいずれかに記載のモータ。
【請求項１７】
前記ロータおよび前記セラミックボアチューブの内方表面は、冷却流体を受けるおよび送るように構成された空気ギャップを画成する、請求項８から１６のいずれかに記載のモータ。
【請求項１８】
前記冷却流体は、冷媒ガスである、請求項１７に記載のモータ。
【請求項１９】
前記冷媒ガスは、プロセスガスである、請求項１８に記載のモータ。
【請求項２０】
（ａ）少なくとも１つの永久磁石を備えるロータと、
（ｂ）前記ロータを支持するように構成された複数の磁気軸受と、
（ｃ）封入型ステータアセンブリであって、
（ｉ）ステータ鉄心およびステータ端部領域を有するステータ、および
（ｉｉ）ステータ鉄心の径方向内側表面を画成するセラミックボアチューブ
を備える、封入型ステータアセンブリと、
を備え、
前記ステータ端部領域は、前記ステータ鉄心に隣接して配設され、複数のステータ電機子端部巻線を備え、内方向ステータ壁部を備え、
前記セラミックボアチューブおよび前記内方向ステータ壁部は、ロータを収容するように構成された内部体積を画成し、前記内方向ステータ壁部は、前記ステータ電機子端部巻線側の内方表面および前記ロータ側の外方表面を有し、前記内方表面の少なくとも一部分が、銅金属から作製されたバリア層を備え、前記内方向ステータ壁部は、耐腐食性のニッケル−クロムベース超合金を含む、
モータ。
【請求項２１】
前記セラミックボアチューブは、アルミナを含む、請求項２０に記載のモータ。
【請求項２２】
前記バリア層は、０．０５から０．５インチの範囲の厚さを有する、請求項２０または２１に記載のモータ。
【請求項２３】
前記内方向ステータ壁部は、０．１から１インチの範囲の厚さを有する、請求項２０から２２のいずれかに記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的に駆動される装置において使用するためのステータアセンブリに関する。より詳細には、本発明は、圧縮機の電気駆動モータなどの電気的に駆動されるモータにおいて使用するための封入型ステータアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
一体型電気モータを備える圧縮機（一体型モータ圧縮機）においては、電気駆動モータは、典型的には、プロセスガスがモータの複数部分を通り流れ得るようにすることによって冷却される。例えばプロセスガスが自然発生的な「酸性ガス」である場合などのように、プロセスガスが冷媒ガスとして使用し得ない場合には、モータは、プロセスガスから適切に隔離されなければならず、モータを冷却するために他の冷却措置をとる必要がある。
【０００３】
セラミックおよび／またはＩＮＣＯＮＥＬなどの耐腐食性合金から作製された耐腐食性構成要素を使用して、モータステータなどのモータの損傷しやすい構成要素を封入することができる。しかし、モータステータの作動中に、ボアおよび端部領域は、ステータ鉄心およびステータ端部領域の金属製構成要素に許容し得ない大きさの渦電流を生じさせ得る強力な高周波可変磁場にさらされる。渦電流損は、腐食抵抗のために必要とされる複数のタイプの金属材料において特に甚大になり得る。したがって、モータの易腐食性構成要素の封入は、渦電流損レベルの上昇を招く金属製構成要素の加熱による、モータの熱破損の危険性を高める恐れがある。渦電流損を低減させるための様々なアプローチが研究されてきたが、さらに一層効率的な電気的に駆動されるデバイスを生み出すためには、さらなる改良が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００５２４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、封入型ステータアセンブリにおける熱管理の長年の問題に対する１つまたは複数の解決策を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
それらの態様の中の１つによれば、本発明は、（ａ）ステータ鉄心およびステータ端部領域を有するステータと、（ｂ）ステータ鉄心の表面を画成するセラミックボアチューブとを備える、封入型ステータアセンブリを提供する。ステータ端部領域は、ステータ鉄心に隣接して配設され、ステータ端部領域は、複数のステータ電機子端部巻線を備え、ステータ端部領域は、内方向ステータ壁部を備え、セラミックボアチューブおよび内方向ステータ壁部は、ロータを収容するように構成された内部体積を画成し、前記内方向ステータ壁部は、内方表面および外方表面を有し、前記内方表面の少なくとも一部分が、銅、銀、およびアルミニウムからなる群より選択された導電性金属のバリア層を備え、前記内方向ステータ壁部は、耐腐食性金属を含む。
【０００７】
それらの態様の中の別の１つによれば、本発明は、（ａ）磁気的に駆動されるように構成されたロータと、（ｂ）ロータを支持するように構成された１つまたは複数の軸受と、（ｃ）封入型ステータアセンブリであって、（ｉ）ステータ鉄心およびステータ端部領域を有するステータ、および（ｉｉ）ステータ鉄心の表面を画成するセラミックボアチューブを備える、封入型ステータアセンブリとを備える、モータを提供する。ステータ端部領域は、ステータ鉄心に隣接して配設され、ステータ端部領域は、複数のステータ電機子端部巻線を備え、ステータ端部領域は、内方向ステータ壁部を備え、セラミックボアチューブおよび内方向ステータ壁部は、ロータを収容するように構成された内部体積を画成し、内方向ステータ壁部は、内方表面および外方表面を有し、前記内方表面の少なくとも一部分が、銅、銀、およびアルミニウムからなる群より選択された導電性金属のバリア層を備え、前記内方向ステータ壁部は、耐腐食性金属を含む。
【０００８】
それらの態様の中のさらに別の１つによれば、本発明は、（ａ）少なくとも１つの永久磁石を備えるロータと、（ｂ）ロータを支持するように構成された複数の磁気軸受と、（ｃ）封入型ステータアセンブリであって、（ｉ）ステータ鉄心およびステータ端部領域を有するステータ、および（ｉｉ）ステータ鉄心の表面を画成するセラミックボアチューブを備える、封入型ステータアセンブリとを備えるモータを提供する。ステータ端部領域は、ステータ鉄心に隣接して配設され、ステータ端部領域は、複数のステータ電機子端部巻線を備え、ステータ端部領域は、内方向ステータ壁部を備え、セラミックボアチューブおよび内方向ステータ壁部は、ロータを収容するように構成された内部体積を画成し、前記内方向ステータ壁部は、内方表面および外方表面を有し、前記内方表面の少なくとも一部分が、銅金属から作製されたバリア層を備え、前記内方向ステータ壁部は、耐腐食性のニッケル−クロムベース超合金を含む。
【０００９】
以下の詳細な説明、添付の図面、および添付の特許請求の範囲から、当業者には本発明の他の実施形態、他の態様、他の特徴、および他の利点が明らかになろう。
【００１０】
添付の図面を参照として以下の詳細な説明を読むことにより、本発明がさらによく理解されよう。添付の図面においては、同様の符号は、図面全体にわたって同様の部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の１つまたは複数の実施形態により実現される封入型ステータアセンブリの一部分を示す図である。
【図２】本発明の１つまたは複数の実施形態により実現される封入型ステータアセンブリの一部分を示す図である。
【図３】本発明の１つまたは複数の実施形態により実現される封入型ステータアセンブリを示す図である。
【図４】本発明の１つまたは複数の実施形態により実現される封入型ステータアセンブリを示す図である。
【図５】本発明の１つまたは複数の実施形態により実現される封入型ステータアセンブリの一構成要素を示す図である。
【図６】本発明の１つまたは複数の実施形態により実現される封入型ステータアセンブリの一部分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
これらの図面は、いずれの例においても正確に縮尺どおりではない場合があることが当業者には明らかになろう。しかし、理想的な図からのかかる逸脱はいずれも、そのようなものとして理解され、本発明のこの説明を損なうものではない。
【００１３】
上述のように、一実施形態においては、本発英は、（ａ）ステータ鉄心およびステータ端部領域を有するステータと、（ｂ）ステータ鉄心の表面を画成するセラミックボアチューブとを備える封入型ステータアセンブリを提供する。ステータ端部領域は、ステータ鉄心に隣接して配設され、ステータ端部領域は、複数のステータ電機子端部巻線を備え、ステータ端部領域は、内方向ステータ壁部を備え、セラミックボアチューブおよび内方向ステータ壁部は、ロータを収容するように構成された内部体積を画成し、前記内方向ステータ壁部は、内方表面および外方表面を有し、前記内方表面の少なくとも一部分が、銅、銀、およびアルミニウムからなる群より選択された導電性金属のバリア層を備え、前記内方向ステータ壁部は、耐腐食性金属を含む。
【００１４】
本発明により実現される封入型ステータアセンブリは、例えば自然発生的な酸性ガスなどの腐食性ガスおよび／またはガス混合気を圧縮するために使用される圧縮機などの、様々な電気的に駆動される装置において有用である。
【００１５】
本発明の種々の実施形態にしたがって使用されるステータは、当技術において既知の任意の複数のステータであってもよい。一実施形態においては、ステータは、積層された円筒状ステータ鉄心と、ステータ鉄心およびステータ電機子端部巻線により画成される。かかる積層されたステータは、米国オンタリオ州Ｐｅｔｅｒｂｏｒｏｕｇｈ在のＧＥ  Ｅｎｅｒｇｙ社から市販されている。典型的なステータは、ステータ鉄心の中央部内に位置する円筒状導管である、ステータボアを備える。このステータボアを通過する腐食性冷媒ガスから、易腐食性のステータ鉄心構成要素を保護するために、ステータボアは、ステータ鉄心の内部表面としての役割を果たし得るセラミックボアチューブなどの保護ライナでライニングされてもよい。ステータ鉄心の内部表面は、ステータボアに直に隣接するステータ鉄心の部分である。磁気感受性のロータがステータボア内に配設される、電気的に駆動されるデバイスにおいては、ステータ鉄心の内部表面とロータ自体とにより、ロータとステータ鉄心との間のギャップが画成される。セラミックボアチューブは、Ｍｏｒｇａｎ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ社およびＧｏｏｒｓ  Ｔｅｋ  Ｉｎｃ．社などの様々な供給業者から市販されている。一実施形態においては、セラミックボアチューブは、アルミナを含む円筒状チューブであり、約０．４インチの均一な壁部厚さを有する。このセラミックボアチューブにおける使用に適した他のセラミック材料には、ガラス、ならびにアルミナおよびシリカを含む混合物が含まれる。
【００１６】
セラミックボアチューブは、複数の機能を果たす。上述のように、セラミックボアチューブは、封入型ステータアセンブリを備えるモータを冷却するために使用され得る腐食性プロセスガスから、ステータ鉄心を保護する。さらに、セラミックボアチューブは、基本的に磁気透過性を有し、磁気的に駆動されるモータ内で使用される様々なステータの強力な高周波可変磁場特性の影響下においても、セラミックボアチューブを構成するセラミック材料内における渦電流の発生を受けない。
【００１７】
セラミックボアチューブは、ステータボア内にぴったりと嵌るように、ステータボア内に挿入されてもよい。セラミックボアチューブは、典型的には、ステータ鉄心の端部を越えて、ステータ端部領域内に延在する。ステータ端部領域では、セラミックボアチューブは、ステータ鉄心に隣接するステータ端部領域を包囲するステータハウジングの壁部の中の１つまたは複数に結合される。ステータ端部領域を包囲するステータハウジングの壁部の中の１つまたは複数に対するセラミックボアチューブの結合は、典型的には耐腐食性金属から作製されるステータハウジングの壁部の特性と、セラミックボアチューブを含むセラミック材料の特性とが非常に異なることにより、技術的難題をもたらす。
【００１８】
さらに、セラミックボアチューブを多少なりとも単純な円筒形状に限定させる、重大なセラミックボアチューブの設計上の制約がある。セラミックボアチューブは、金属製装着構成要素によって、封入型ステータアセンブリの残りの部分に装着されなければならず、この金属製装着構成要素は、種々の実施形態において、腐食性プロセスガスの影響にやはり耐えるものでなければならない。一実施形態においては、セラミックボアチューブは、セラミック−金属間フランジ継手により、ステータ端部領域を包囲するステータハウジングの壁部に結合される。代替の一実施形態においては、セラミックボアチューブは、セラミック−金属間ベローズ型継手により、ステータ端部領域を包囲するステータハウジングの壁部に結合される。さらに別の実施形態においては、セラミックボアチューブは、セラミック−金属間Ｏリング型継手により、ステータ端部領域を包囲するステータハウジングの壁部に結合される。ステータハウジングにセラミックボアチューブを結合する様々な他の手段が、当業者には知られている。実施者には理解されるであろうが、封入型ステータアセンブリが腐食性プロセスガス流により部分的に冷却されるデバイスの一部である本発明の実施形態においては、ステータハウジングとセラミックボアチューブとの間の結合部は、基本的に、プロセスガスのステータ端部領域およびステータ鉄心内への侵入を防ぐ気密シールとなるべきである。
【００１９】
一実施形態においては、セラミックボアチューブが結合されるステータハウジング壁部は、耐腐食性金属を含む内方向ステータ壁部である。内方向ステータ壁部と、内方向ステータ壁部以外のステータ壁部との間の違いをより良く理解するためには、ステータ鉄心およびステータ端部領域を封入する円筒状主要ステータハウジング壁部と、ステータ鉄心を越えて延在するセラミックボアチューブの端部部分を収容し結合するようにサイズ設定された開口を有する円錐形状端部キャップ（本明細書においては時としてステータハウジング円錐セクションとも呼ばれる）とから構成された、ステータハウジングを有する、封入型ステータアセンブリを考察することが効果的である。（例えば本開示の図５を参照）。一対の円錐形状端部キャップが、円筒状主要ステータハウジング壁部の端部に結合されて、ステータ端部領域およびステータ鉄心の両方を包囲してもよい。図示される実施形態においては、ステータハウジング円錐セクションは、内方向ステータ壁部を形成し、円筒状主要ステータハウジング壁部は、本明細書において定義されるような内方向ステータ壁部ではない。
【００２０】
セラミックボアチューブおよび内方向ステータ壁部は、磁気感受性ロータであってもよいロータを収容するように構成された封入型ステータアセンブリの内部体積を画成する。さらに、一実施形態においては、内方向ステータ壁部およびセラミックボアチューブにより画成される内部体積は、１つまたは複数の磁気軸受を収容するように構成されてもよい。
【００２１】
内方向ステータ壁部は、ステータ端部領域の内部を向く内方表面と、内方向ステータ壁部およびセラミックボアチューブにより画成された内部体積に向く対向側の外方表面とを有する。本発明の種々の実施形態においては、内方向ステータ壁部の内方表面は、銅、銀、およびアルミニウムからなる群より選択される導電性金属のバリア層を備える。したがって、一実施形態においては、内方向ステータ壁部の内方表面は、その上に、内方向ステータ壁部の内方表面の少なくとも一部分を覆う、銅、銀、またはアルミニウムである金属の少なくとも１つの層を有する。
【００２２】
一実施形態においては、内方向ステータ壁部の内方表面上に配置されたバリア層は、銅金属を含み、内方向ステータ壁部自体は、ステンレス鋼を含む。代替的な一実施形態においては、内方向ステータ壁部の内方表面上に配置されたバリア層は、銅金属から主に構成され、内方向ステータ壁部自体は、ステンレス鋼から主に構成される。さらに別の実施形態においては、内方向ステータ壁部の内方表面上に配置されたバリア層は、銅金属を含み、内方向ステータ壁部自体は、少なくとも１つの超合金を含む。代替的な一実施形態においては、内方向ステータ壁部の内方表面上に配置されたバリア層は、銅金属から主に構成され、内方向ステータ壁部自体は、超合金から主に構成される。内方向ステータ壁部として使用するのに適した材料には、ＩＮＣＯＮＥＬなどの耐腐食性非磁性鋼が含まれる。
【００２３】
バリア層の目的は、ステータにより生成された強度の高周波可変磁場によって内方向ステータ壁部内に誘発される渦電流による磁気損失を低減させることである。磁場は、ステータ鉄心およびセラミックボアチューブにより画成された内部体積における強度よりも、ステータ端部領域における強度の方が低いが、渦電流に起因する深刻な磁気損失が、内方向ステータ壁部内で引き起こされる。上述のように、セラミックボアチューブは、その化学構造により、渦電流の形成と、金属製構造体内における渦電流の形成に伴う磁気損失とを被らない。銅、銀、またはアルミニウムなどの高導電性金属を内方向ステータ壁部の内方表面に施すことにより、本発明により提供される封入型ステータアセンブリにおいて、渦電流による全損失を低減させることが可能であることが判明している。ステータにより生成された磁場が、バリア層内において渦電流を誘発するが、内方向ステータ壁部（例えばＩＮＣＯＮＥＬから作製された壁部など）に対するバリア層の導電性が高いことにより、これらの渦電流の加熱効果が低減される。さらに、バリア層内における渦電流の流れにより、内方向ステータ壁部およびセラミックボアチューブ装着構成要素内のステータ電機子端部巻線の磁場を相殺する役割を果たす二次磁場が、誘発されると考えられている。
【００２４】
当業者には理解されるであろうが、バリア層および内方向ステータ壁部の寸法は、封入型ステータアセンブリの性能全体と、内方向ステータ壁部内の渦電流による磁気損失を回避するバリア層の有効性との両方に影響を及ぼし得る。一実施形態においては、バリア層は、約０．０５インチから約０．５インチの範囲の厚さを有する。代替的な一実施形態においては、バリア層は、約０．１インチから約０．２５インチの範囲の厚さを有する。さらに別の実施形態においては、バリア層は、約０．１インチから約０．２インチの範囲の厚さを有する。
【００２５】
上述のように、内方向ステータ壁部の寸法は、種々の設計考察に基づいて決定される。一実施形態においては、内方向ステータ壁部は、比較的均一な厚さからなる。代替的な一実施形態においては、内方向ステータ壁部は、非均一な厚さからなる。一実施形態においては、内方向ステータ壁部は、約０．１インチから約１インチの範囲の厚さを有する。代替的な一実施形態においては、内方向ステータ壁部は、約０．２インチから約０．５インチの範囲の厚さを有する。
【００２６】
上述のように、一実施形態においては、本発明は、（ａ）磁気的に駆動されるように構成されたロータ（本明細書においては時として磁気感受性ロータとも呼ばれる）と、（ｂ）ロータを支持するように構成された１つまたは複数の軸受と、（ｃ）封入型ステータアセンブリであって、（ｉ）ステータ鉄心およびステータ端部領域を有するステータおよび（ｉｉ）ステータ鉄心の表面を画成するセラミックボアチューブを備える封入型ステータアセンブリとを備えるモータを提供する。ステータ端部領域は、ステータ鉄心に隣接して配設され、ステータ端部領域は、複数のステータ電機子端部巻線を備え、ステータ端部領域は、内方向ステータ壁部を備え、セラミックボアチューブおよび内方向ステータ壁部は、ロータを収容するように構成された内部体積を画成し、前記内方向ステータ壁部は、内方表面および外方表面を有し、前記内方表面の少なくとも一部分が、銅、銀、およびアルミニウムからなる群より選択された導電性金属のバリア層を備え、前記内方表面ステータ壁部は、耐腐食性金属を含む。
【００２７】
一実施形態においては、本発明により提供されるモータは、セラミックボアチューブおよび内方向ステータ壁部により画成された内部体積内に配設された少なくとも１つの磁気軸受を備える。典型的には、ロータを支持するために使用される軸受は、磁気軸受であるかまたは非磁気軸受であるかにかかわらず、ステータ端部領域に隣接し、ステータボア内には位置しない、内部体積の部分内に配設される。
【００２８】
一実施形態においては、本発明により提供されるモータは、少なくとも１つの永久磁石を備える磁気感受性ロータを備える。代替的な一実施形態においては、本発明により提供されるモータは、少なくとも１つの電磁石を備える磁気感受性ロータを備える。永久磁石構成要素および／または電磁石構成要素を備える磁気感受性ロータを構築する、当技術分野において認められている方法が、当業者には理解されよう。また、かかる磁気感受性ロータは、市販されている。
【００２９】
一実施形態においては、本発明により提供されるモータは、ロータおよびセラミックボアチューブの内方表面が、冷却流体を受けるおよび送るために構成された空気ギャップを画成するように、構成される。一実施形態においては、冷却流体は、ボアチューブおよびロータとセラミックボアチューブとの間の空気ギャップを通り軸方向に流れる冷媒ガスである。モータは、作動中にモータからの熱除去を果たすために、プロセスガス以外の冷媒ガスまたはプロセスガスを使用するように構成されてもよい。適切な冷媒ガスには、極度に冷却され、所望に応じてモータ中を再循環され得る、二酸化炭素および六フッ化硫黄が含まれる。適切なプロセスガスには、メタン、ならびにメタン硫化水素および水を含む混合気（酸性ガス）が含まれる。
【００３０】
別の実施形態においては、本発明は、（ａ）少なくとも１つの永久磁石を備えるロータと、（ｂ）ロータを支持するように構成された複数の磁気軸受と、（ｃ）封入型ステータアセンブリであって、（ｉ）ステータ鉄心およびステータ端部領域を有するステータおよび（ｉｉ）ステータ鉄心の表面を画成するセラミックボアチューブを備える、封入型ステータアセンブリとを備える、モータを提供する。ステータ端部領域は、ステータ鉄心に隣接して配設され、ステータ端部領域は、複数のステータ電機子端部巻線を備え、ステータ端部領域は、内方向ステータ壁部を備え、セラミックボアチューブおよび内方向ステータ壁部は、ロータを収容するように構成された内部体積を画成し、前記内方向ステータ壁部は、内方表面および外方表面を有し、前記内方表面の少なくとも一部分が、銅金属から作製されたバリア層を備え、前記内方表面ステータ壁部は、耐腐食性のニッケル−クロムベース超合金を含む。
【００３１】
一実施形態においては、磁気軸受の少なくとも１つが、内方向ステータ壁部およびセラミックボアチューブにより画成された内部体積内に配設される。かかる状況においては、時として、磁気軸受が、ステータ端部領域に隣接する内部体積の一部分の中に配置され、ステータ電機子端部巻線に関連する磁場からバリア層によって磁気的に遮蔽されることが、有利である。この構成は、本明細書においては図２により図示される。
【００３２】
上述のように、本発明により提供される封入型ステータアセンブリの耐腐食性構成要素は、典型的には、セラミックから作製されるか（セラミックボアチューブを参照）、またはＩＮＣＯＮＥＬなどの耐腐食性非磁性鋼から作製される。内方向ステータ壁部、ならびにステータ鉄心およびステータ端部領域を封入する主要ステータハウジング壁部として使用するのに適した材料には、ステンレス鋼、およびＩＮＣＯＮＥＬタイプ（例えばＩＮＣＯＮＥＬ６００、ＩＮＣＯＮＥＬ６１７、ＩＮＣＯＮＥＬ６２５、ＩＮＣＯＮＥＬ７１８など）のニッケル−クロムベース超合金が含まれる。いくつかのコバルトベース超合金鋼もまた適している場合があり、それらには、Ｈａｙｎｅｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｒｐ．社からＵＬＴＩＭＥＴおよびＨＡＹＮＥＳ  ６Ｂの商標名で販売されている超合金が含まれる。ＵＬＴＩＭＥＴおよびＨＡＹＮＥＳ  ６Ｂの合金は、コバルト、クロム、およびニッケルを主に含む。かかる材料は、ロータシャフト、磁気軸受、補助軸受、およびロータシャフト継手構成要素などの、本発明の封入型ステータアセンブリを含むデバイスの他の構成要素においても有用である場合がある。
【００３３】
図１を参照すると、この図は、本発明により提供される封入型ステータアセンブリ１００の断面図を示す。封入型ステータアセンブリは、ステータ鉄心２０およびステータ端部領域３０を備えるステータ１０を備える。ステータ端部領域３０は、ステータ鉄心２０に隣接して配設され、ステータ電機子端部巻線３４を備える。ステータ端部領域の少なくとも一部分が、内方向ステータ壁部３８により包囲される。
【００３４】
図１に図示される封入型ステータアセンブリは、ステータ鉄心の表面を画成するセラミックボアチューブ４０を備える。セラミックボアチューブ４０および内方向ステータ壁部３８は、ロータ６０を収容するように構成された内部体積５０を画成する。ロータ６０は、シャフト６４によって支持されてもよく、さらにこのシャフト６４は、１つまたは複数の軸受により支持されてもよい。本明細書において示すように、セラミックボアチューブは、ステータ鉄心２０を越えて延在し、内方向ステータ壁部３８に結合して、ステータ端部領域を気密シールし、したがって内部体積５０内のガスがステータ電機子端部巻線およびステータ端部領域に隣接するステータ鉄心の露出セクションに接触するのを防ぐことができる。
【００３５】
内方向ステータ壁部３８は、内方表面７０および外方表面８０を有する。内方表面７０は、ステータ電機子端部巻線が中に収容される、包囲されたステータ端部領域の内方表面の少なくとも一部分を形成してもよいが、これは必須ではない。外方表面８０は、ステータ端部領域３０に隣接する内部体積５０の境界を画定する。
【００３６】
内方向ステータ壁部３８は、その内方表面７０の上に、内方向ステータ壁部３８の内方表面７０の全てまたは一部分を覆うことのできるバリア層９０を有する。図１に図示される実施形態においては、バリア層９０は、内方表面７０の一部分のみを覆う。上述のように、バリア層は、銅、銀、およびアルミニウムからなる群より選択された導電性金属を含み、渦電流損、および内方向ステータ壁部３８内の渦電流損により生成される熱を低減させる役割を果たす。
【００３７】
図２を参照すると、この図は、ステータ端部領域３０に隣接する内部体積５０の部分内に配設された磁気軸受を備える、本発明により提供される封入型ステータアセンブリ２００を図示する。バリア層９０は、ステータにより生成される磁場から、磁気軸受の様々な構成要素、ステータ部分２１０、およびステータ部分の磁気補完２３０を遮蔽する役割を果たす。したがって、バリア層９０は、磁気軸受の作用に関連する利点、ならびに、内方向ステータ壁部内示均質の低減およびその結果としてのモータの加熱の低減に関連する利点をもたらす場合がある。
【００３８】
封入型ステータアセンブリ２００においては、冷媒ガスがセラミックボアチューブの内方表面とロータとの間の空気ギャップに沿って進む際に、デバイスから熱を除去するために使用され得る冷媒ガス２３０が、示される。
【００３９】
図３を参照すると、この図は、本発明により提供される封入型ステータアセンブリ３００の拡大断面図を示す。封入型ステータアセンブリ３００は、セラミックボアチューブ４０が中に配設されるステータボアを画成するステータ鉄心２０を有するステータ１０を備える。ステータ端部領域３０が、ステータ鉄心２０に隣接する。ステータ端部領域３０は、ステータ電機子端部巻線３４を収容する。ステータは、その全体が、ステータハウジング壁部３０５およびステータハウジング円錐セクション３１０により気密シールされる。
【００４０】
図３に図示される実施形態においては、上方ステータハウジング円錐セクション３１０が、上方ステータ端部領域３０をシールし、下方ステータハウジング円錐セクション３１０が、下方ステータ端部領域３０をシールする。ステータハウジング円錐セクションは、固定具空洞部３２０内に挿入される固定具により、ステータハウジング壁部３０５に結合されてもよい。一実施形態においては、使用される固定具は、ねじ固定具空洞部内に挿入されるねじボルトである。
【００４１】
一実施形態においては、ステータハウジング円錐セクション３１０は、ステータ鉄心２０により画成される領域を越えて延在するセラミックボアチューブ４０の外方表面を覆ってぴったりと嵌るように設計される。代替的な一実施形態においては、ステータハウジング円錐セクションは、ステータ鉄心により画成される領域を越えて延在するセラミックボアチューブの部分の中に嵌るように設計される。
【００４２】
図３に図示される実施形態においては、ステータハウジング円錐セクションは、内方向ステータ壁部３８における渦電流の形成およびそれに付随する加熱を低減させる役割を果たすバリア層９０を備える。当業者には理解されるであろうが、内方向ステータ壁部３８は、ステータハウジング円錐セクション３１０の一体部分である。この円錐セクションの内方表面上に配設された導電性金属バリア層９０を有する適切なステータハウジング円錐セクション３１０は、様々な方法により準備することができる。したがって、バリア層は、電気めっき法、溶射コーティング法、コールドスプレー金属コーティング法、および当業者に知られている他の手法により堆積され得る。一実施形態においては、適切にサイズ設定された導電性金属のリングが、ステータハウジング円錐セクションの一部分上に締り嵌めされて、内方向ステータ壁部の内方表面と接触状態にあるバリア層９０を有するステータハウジング円錐セクションをもたらす。かかる方法は、ステータハウジング円錐セクションとしては構成されない内方向ステータ壁部にバリア層を施すために利用されてもよい。
【００４３】
図４を参照すると、この図は、本発明により提供される封入型ステータアセンブリ４００の、部分的には三次元図であり部分的には分解図である図を示す。封入型ステータアセンブリ４００は、ステータ鉄心２０およびステータ鉄心に隣接するステータ端部領域３０を有するステータ１０を備える。ステータ１０は、固定具空洞部３２０内に挿入される固定具（図示せず）により上方および下方のステータハウジング円錐セクション３１０にステータハウジング壁部３０５を結合することにより形成されるハウジング（この実施形態においてはステータ１０が中に配設されるシリンダ）内にシールされる。ステータハウジング円錐セクション３１０は、セラミックボアチューブ４０に結合するように、およびステータ電機子端部巻線により画成される空洞部４３４の一部分を占めるように、設計される。上述のように、ステータハウジング円錐セクションは、例えばセラミック−金属間Ｏリング継手、セラミック−金属間フランジ継手、またはセラミック−金属間ベローズ継手などの様々な連結デバイスにより、セラミックボアチューブに結合され得る。
【００４４】
図５を参照すると、この図は、本発明の一実施形態によるステータハウジング円錐セクション３１０の三次元図５００を示す。ステータハウジング円錐セクション３１０は、固定具空洞部３２０内に挿入される固定具（図示せず）により円筒状主要ステータハウジング壁部３０５（図４を参照）に結合されるように構成される。ステータハウジング円錐セクション３１０は、内方表面７０および外方表面８０を有する内方向ステータ壁部３８を備える。バリア層９０は、内方向ステータ壁部３８の内方表面７０の一部分の上に配設され、ステータ電機子端部巻線３４に関連する磁場から内方向ステータ壁部の一部分を遮蔽するように構成される（図４を参照）。図５に図示される実施形態においては、バリア層９０は、内方表面７０の上に配設された円錐形状銅バンドである。ステータハウジング円錐セクションは、セラミックボアチューブの端部部分と結合するように構成され、ステータハウジング円錐セクションの内方表面は、セラミックボアチューブの外方表面に結合される。
（実験パート）
ステータ端部領域内の内方向ステータ壁部の内方表面の少なくとも一部分を覆う導電性バリア層を備えることの効果を試験するために、固有軸周期電磁モデリングプログラムを使用してモデルシステムを開発および評価して、ステータ端部領域付近の磁気損失を推定した。調査したモデルシステム６００（図６）は、内方向ステータ壁部３８およびバリア層９０により内部体積５０から隔てられたステータ電機子端部巻線３４を収容するステータ端部領域を備える封入型ステータアセンブリの一部分を備えるものであった。このモデルシステムにおいては、内方向ステータ壁部は、ＩＮＣＯＮＥＬから構成されるように処理され、バリア層は、銅金属であった。分析のために、内方向ステータ壁部３８を６つのセクション、すなわち示唆された寸法を有し、セラミックボアチューブ４０に内方向ステータ壁部を連結する役割を果たす、シールホルダセクションと、Ｃｏｎｅ＿Ｉｎｃ＿３からＣｏｎｅ＿Ｉｎｃ＿７のセクション（図６を参照）とに区分した。内方向ステータ壁部の内方表面を、約０．１１０インチの均一な厚さを有する銅金属で被覆し、図６に図示されるような６つのセクションに概念上において区分した（Ｃｏｎｅ＿Ｃｕ＿１からＣｏｎｅ＿Ｃｕ＿６）。さらに、このモデルシステムは、本発明のいくつかの実施形態において存在する２つの追加的な特徴、すなわち軸受ホルダ、および磁気軸受（図示せず）と共に使用するように構成された軸受ケースを備えていた。
【００４５】
１７，０００ｒｐｍの回転速度および５ＭＷの目標電力出力にてモデルシステムを作動させることに基づいた、軸周期電磁有限要素分析（ＦＥＡ）プログラムを利用して、計算を実施した。
【００４６】
【表１】
0005920969.tif 000002
内方向ステータ壁部、バリア層、軸受ホルダ、および軸受ケースの各セクションについて、磁気損失および損失密度を記録した。銅バリア層を備えるシステムについての結果が、「小ラジアルシールグルーブ」と題される表に示される。小ラジアルシールグルーブという用語は、評価された複数のモデルシステムの中の１つを指し、かかるシステムは全て、磁気損失および損失密度の低減に関して同様の結果をもたらした。
【００４７】
バリア層を欠く他の同一のシステムも同様にモデル化した。銅バリア層を欠くシステムについての結果が、「小ラジアルシールグルーブ、Ｃｕは被覆せず」と題した表に示される。
【００４８】
【表２】
0005920969.tif 000003
これらのデータは、銅被覆されたシステムにおける、全体的な損失の著しい低減を示す。損失の低減は、内方向ステータ壁部の種々のセクションにおいて特に目立つが、著しい保護は、軸受ホルダおよび軸受ケースにも及んでいる。
【００４９】
本記述的説明は、最良の形態を含む本発明を開示するために、さらには、任意のデバイスまたはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込まれた方法の実施を含む、当業者による本発明の実施を可能にするために、例を用いる。本発明の特許性を有する範囲は、請求項の範囲により規定され、当業者が思いつく他の例を含み得る。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言と相違のない構造的要素を有する場合には、または、特許請求の範囲の文言と実質的でない相違を有する、均等構造的要素を備える場合には、特許請求の範囲内に含まれるように意図される。
【符号の説明】
【００５０】
１００  封入型ステータアセンブリ（ｅｓａ）
１０  ステータ（ｓｔｒ）
２０  ステータ鉄心（ｓｔｒｃ）
３０  ステータ端部領域（ｓｔｒｅｒまたはｓｅｎｒ）
３４  ステータ電機子端部巻線（ｓａｅｗ）
３８  内方向ステータ壁部（ｉｆｓｗ）
４０  セラミックボアチューブ（ｃｂｔ）
表面を画成する（ｄａｓ）
５０  内部体積（ｉｖｏｌ）
収容するように構成された（ｃｔａ）
６０  ロータ（ｒｔｒ）
磁気感受性の（ｍａｇｓｕｓ）
６４  ロータ駆動シャフト（ｒｄｓｈ）
７０  内方表面（ｉｓｕｒ）（内方向ステータ壁部の）
８０  外方表面（ｏｓｕｒ）（内方向ステータ壁部の）
９０  バリア層（ｂｌａｙ）
の少なくとも一部分（ａｌａｐｏ）
するように構成される（ｃｆｔ）
収容するように構成される（ｃｔａ）
２００  磁気軸受を有する封入型ステータアセンブリ
磁気軸受（ｍａｇｂ）
２１０  ステータ部分（ｓｔｒｐｏ）（磁気軸受の）
２２０  磁気軸受のステータ部分の磁気補完（ｍｃｏｍ）
２３０  冷媒ガス（ｃｏｏｇ）
３００  封入型ステータアセンブリの断面図および部分的分解図
３０５  ステータハウジング壁部（ｓｈｗ）
３１０  ステータハウジング円錐セクション（ｓｈｃｓ）
３２０  固定具空洞部（ｆｃａｖ）
４００  ステータハウジング壁部
４３４  ステータ電機子端部巻線により画成された空洞部（ｃｄｂｙ  ｓａｅｗ）
５００  ステータハウジング円錐セクション（３１０）の三次元図
６００  モデル研究において使用される理想化された封入型ステータアセンブリ、磁気感受性ロータ（ｍｓｒ）
【図１】
0005920969.tif 000004
【図２】
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【図３】
0005920969.tif 000006
【図４】
0005920969.tif 000007
【図５】
0005920969.tif 000008
【図６】
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