(57)【要約】【課題】電気機械においてエンクロージャリングおよびシールドを軸方向に離隔するスペーサを提供する。【解決手段】電気機械用の回転子は、磁極面（３６）を有する多極回転子鉄芯（３２）を含む回転子シャフト（３１）と、回転子鉄芯上にそれぞれ配置された複数の界磁巻線（３４）モジュールと、界磁巻線モジュールを覆うように配置された、軸方向に離隔された第１および第２のエンクロージャリング（４２）とを含んでおり、回転子鉄芯（３２）が、回転子鉄芯の各磁極面に沿って延びる溝（４０）を有しており、回転子がさらに、一対のエンクロージャリングを互いに対して所定の軸方向間隔で維持するように第１のリングと第２のリングとの間で各溝内に配置された第１のスペーサ（４６）を含む。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械用の回転子であって、
磁極面（３６）を有する多極回転子鉄芯（３２）を含む回転子シャフト（３１）と、
前記回転子鉄芯上にそれぞれ配置された複数の界磁巻線（３４）モジュールと、
前記界磁巻線モジュールを覆うように配置された、軸方向に離隔された第１および第２のエンクロージャリング（４２）とを含んでおり、
前記回転子鉄芯（３２）が、前記回転子鉄芯の各磁極面に沿って延びる溝（４０）を有しており、前記回転子がさらに、
前記一対のエンクロージャリングを互いに対して所定の軸方向間隔で維持するように前記第１のリングと前記第２のリングとの間で各溝内に配置された第１のスペーサ（４６）を含む、回転子。
【請求項２】
前記回転子シャフト（３１）が軸の周りで回転可能であり、前記溝（４０）が前記磁極面に沿って前記軸に概ね平行な方向に延びる、請求項１記載の回転子。
【請求項３】
前記溝（４０）が、前記スペーサを前記溝に挿入できるように、各磁極面の少なくとも１つの端面（４１）において貫通して開口している、請求項２記載の回転子。
【請求項４】
前記溝それぞれが、前記磁極面内に、磁極の面を貫通して開口した前記溝の幅よりも大きく横方向に広がる基部（４７）を有する、請求項１記載の回転子。
【請求項５】
前記溝それぞれが、蟻ほぞ構成を有しており、前記スペーサそれぞれが、前記溝の中で受けるための対応する蟻ほぞ構成を有する、請求項１記載の回転子。
【請求項６】
第３のエンクロージャリング（４２）と、前記第１のスペーサから離隔された各溝内の少なくとも第２のスペーサ（４６）とを含んでおり、前記第１のリングが、前記第１のスペーサと前記第２のスペーサとの間に軸方向に配置されており、前記第２のリングが、前記第１のスペーサを前記第１のリングと前記第２のリングとの間に置いて、前記第１のリングの片側に配置されており、前記第３のリングが、前記第２のスペーサを前記第１のリングと前記第３のリングとの間に置いて、前記第１のリングの反対側に配置されており、それによって、前記第１のスペーサが前記第１のリングと前記第２のリングとを互いに軸方向に離隔でき、前記第２のスペーサが前記第１のリングと前記第３のリングとを互いに軸方向に離隔できる、請求項１記載の回転子。
【請求項７】
前記第１のリングと前記第２のリングとの間の軸方向間隔が、前記第１のリングと前記第３のリングとの間の軸方向間隔とは異なる、請求項６記載の回転子。
【請求項８】
前記エンクロージャリング（４２）と前記界磁巻線モジュール（３４）との間に配置された、前記スペーサの両側に係合して前記スペーサ上に配置される、軸方向に離隔された概ね環状の導電性シールドセグメント（４４）を含んでおり、前記スペーサが、離隔された導電性シールドセグメント間に連続的な電流経路をもたらすように導電性材料で形成される、請求項１記載の回転子。
【請求項９】
前記スペーサに隣接した前記シールドセグメント間の軸方向間隔が、前記第１のエンクロージャリングと前記第２のエンクロージャリングとの間の所定の軸方向間隔よりも狭い、請求項８記載の回転子。
【請求項１０】
前記スペーサそれぞれに、前記一対のエンクロージャリングが係合する、概ね径方向外側に向かって延びる突出部（５０）と、アンダーカット（７６）とが含まれており、前記シールドセグメントが、軸方向を向いた周縁部に沿って、前記アンダーカットを少なくとも部分的に覆うための陥凹部を有する、請求項９記載の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械用の回転子構成に関し、詳細には、電気機械の磁極面および界磁巻線モジュールの周りでエンクロージャリングおよび環状シールドを軸方向に離隔するスペーサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特定の電気機械では、回転子構成には、軸の周りで回転するための多極回転子鉄芯が含まれる。複数の界磁巻線モジュールが、それぞれ、多極回転子鉄芯の各磁極の周りに配置されており、エンクロージャが、界磁巻線モジュールを覆うように配置されて、回転子鉄芯の周りで当該界磁巻線モジュールを格納する。磁気シールドが、界磁巻線モジュールおよびエンクロージャの周り、ならびに界磁巻線モジュールとエンクロージャとの間に配置される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
エンクロージャならびにシールドは、巻線のための格納システムの一部を形成する。回転子の巻線が冷却を必要としており、通常、冷媒が、回転子内の画定された通路を流れて、回転子と固定子との間の空隙へと出て行くことが理解されよう。エンクロージャの一部には、リングが含まれる。したがって、冷媒の径方向排出のための明確な場所を提供し、さらにアモルト（ａｍｏｒｔｉｓｓｅｕｒ）シールドセグメントの電気的接続を可能にするように、界磁巻線モジュールの周りで回転子シャフトに沿ってエンクロージャリングを互いに対して軸方向に位置決めされた状態に維持し、また同時に、回転子構造の組立てを容易にするための組立補助を提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の例示的な一実施形態では、回転子鉄芯の各磁極面に沿って、少なくとも１つの溝が設けられる。回転子鉄芯に沿って一対のエンクロージャリングを互いに対して所定の軸方向位置で維持するために、スペーサが、溝の中に設けられ、一対のリングの間を外側に向かって延びて、リング間の所定の軸方向間隔を維持する。スペーサには、リング間に係合する径方向外側に向かう突出部を備えた直線的な基部、または、回転子鉄芯中の相補的な形状の溝で受けられて保持される、概ね蟻ほぞ（ｄｏｖｅｔａｉｌ）形の基部を設けることができる。
【０００５】
本発明の他の態様では、回転子シャフトには、その周りに複数の界磁巻線モジュールが配置された多極回転子鉄芯と、界磁巻線モジュールを覆うように配置された、軸方向に離隔されたエンクロージャリングと、回転子鉄芯の各磁極に沿って延びる溝と、エンクロージャリングと回転子鉄芯との間のシールドセグメントとが含まれる。スペーサは、回転子鉄芯の溝の中に設けられ、その突出部が、軸方向に隣接したシールドセグメント間およびエンクロージャリング間を延びる。スペーサは、導電性材料で形成され、それによって軸方向に隣接したシールドセグメント間に連続的な電流経路がもたらされる。シールドセグメント間ならびに軸方向に隣接したエンクロージャリング間の隙間を制御して、冷却流量を絞ることができる。これを達成するために、互いに離隔されたシールドセグメントの端縁部に、スペーサの径方向突出部の周りに係合する陥凹部を設けることができ、当該陥凹部が、シールドセグメントの対向する端縁部間の間隔を制御するように、様々にサイズ設定される。軸方向に隣接したリングの端縁部を、径方向突出部に当てることができ、ゆえにシールドセグメントの端縁部から後退させることができる。
【０００６】
本発明による好ましい一実施形態では、磁極面を有する多極回転子鉄芯を含めた回転子シャフトと、回転子鉄芯上にそれぞれ配置された複数の界磁巻線モジュールと、界磁巻線モジュールを覆うように配置された、軸方向に離隔された第１および第２のエンクロージャリングとを含む、電気機械用の回転子であって、回転子鉄芯が、当該回転子鉄芯の各磁極面に沿って延びる溝を有しており、前記回転子がさらに、一対のエンクロージャリングを互いに対して所定の軸方向間隔で維持するように第１のリングと第２のリングとの間で各溝内に配置された第１のスペーサを含む、回転子が提供される。
【０００７】
本発明による他の好ましい一実施形態では、軸を有する回転子と、回転子の周りに配置された複数の界磁巻線と、界磁巻線を覆うように配置された、軸方向に離隔された第１および第２のエンクロージャリングとを含む電気機械であって、回転子が、当該回転子の回転子の円周上の場所に、外側の弧状面に沿って延びる一対の溝を有しており、前記電気機械がさらに、一対のエンクロージャリングを互いに対して所定の軸方向間隔で維持するように第１のリングと第２のリングとの間で各溝内に配置された第１のスペーサを含む、電気機械が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
発電回転子３０には、回転子シャフト３１と、多極磁芯３２（２極鉄芯が示されている）と、各磁極に１つの、複数の界磁巻線アセンブリ３４と、対応する複数の磁極面３６とが含まれる。磁芯３２および巻線アセンブリ３４の構造ならびに材料は、公知である。組立式の巻線アセンブリは、回転子本体を形成する平行な側部鍛造品を覆うように配置されており、回転子本体と概ね同心の孤に湾曲している。図２に示したように、回転子は、固定子の内部に配置されており、回転子の周りのエンクロージャと固定子の内表面との間には、空隙が存在する。方向付けの目的で、図２には、回転子の回転軸と平らな側部表面とに垂直に延びる、横軸Ｑ（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  ａｘｉｓ）が示されている。直軸Ｄ（ｄｉｒｅｃｔ  ａｘｉｓ）は、Ｑ軸と回転軸とに垂直に延びる。
【０００９】
回転子本体の各磁極面３６には、図３に示したように、各磁極の端面４１を貫通して開口した軸方向に延びる溝４０を有する、弧状表面３８が含まれる。この溝は、多種多様な形態、すなわち、直線形または鍵穴形にすることができるが、横方向に広がった基部４７（図４）を有する蟻ほぞ形の溝４０が好ましい。エンクロージャリング４２が、回転子本体の周りに配置されて、実質的に回転子本体および界磁巻線を包み込むことが理解されよう。また、アモルトシールドリングまたはセグメント４４（図７〜図９）が、エンクロージャリング４２の下の、回転子本体および界磁巻線の周りに、当該回転子本体および界磁巻線に沿って軸方向に離隔された位置で配置される。前述したように、リングを互いに軸方向に離隔すると、回転子本体から回転子本体と固定子との間の隙間へと熱を分散させるための、界磁巻線用の通気路がもたらされる。また、回転子本体および界磁巻線が一様に熱くならないので、エンクロージャとシールドリングとの間には可変間隔が望ましいことが理解されよう。同時に、回転子本体を通って隙間へと達する冷媒の径方向排出のための明確な場所を提供し、アモルトシールドセグメントに電気的に接続する手段を提供し、回転子構造の組立てを容易にするための組立補助を提供することが望ましい。
【００１０】
図４および図４ａに示したように、スペーサ４６によって、様々なリングが他のリングから軸方向に離隔される。スペーサ４６には、基部４８と、基部４８から外側に向かって延びる突出部５０とが含まれる。図４ａでは、スペーサ４６は、概ね直線的であり、その基部４８が、スロット４０に沿ってスライド係合するように構成され、その突出部５０が、磁極面３６の表面から上方に、シールドおよびエンクロージャリングが十分にそれに係合できる程度に延びる。したがって、リングが回転子本体の周りに設置されるときに、スペーサ４６を次々に溝４０内に挿入または設置することができる。換言すれば、複数のリング、すなわち、１つのシールドリングおよび１つのエンクロージャリングを、各磁極面３６の溝４０内に配置されたスペーサ４６と交互に、回転子本体上に設置することができ、それによって複数のリング、すなわちシールドリングおよびエンクロージャリングのセットを、突出部５０によって他のセットから軸方向に離隔することができる。スペーサ４６の脚部５２が、突出部５０よりも長手方向に延びてリング４４およびリング４２の下にくるので、スペーサを溝４０内で保持する必要がない。ゆえに、リングがスペーサを回転子本体３２上で維持する。スペーサが、エンクロージャリングおよびシールドリングの軸方向の移動を抑制し、界磁巻線の換気の排出のための予測可能なリング間隔をもたらすことが理解されよう。所定のスペーサ４６の突出部５０の軸方向長さを拡大または縮小させることによって、回転子の換気の必要に応じた可変の軸方向間隔を達成することができる。
【００１１】
図５および図６では、スペーサが、図４ａに示したスペーサとは異なる構成で作製される。特に、図５および図６では、スペーサ６０には、溝４０から外に延びる概ね円筒状の直立突出部６４を有する、蟻ほぞ形の基部６２が含まれる。したがって、スペーサ６０を、シールドリングおよびエンクロージャリングの軸方向配置と交互に、溝４０内に軸方向設置する必要がある。前述の実施形態と同様に、突出部６４の厚さ、すなわち直径を変更することによって、回転子本体に沿ってリングを互いに様々な軸方向間隔に離隔することができる。スペーサを溝４０内で固定する必要がなく、スペーサが、組立て後に回転子本体に結合される、上を覆うリングによって、溝４０内で拘束されることが理解されよう。ゆえに、スペーサを溝の中で捉えることが、回転子の周りのリングの組立てを複雑にはしない。
【００１２】
スペーサの他の形態を、図７〜図９に示す。この形態では、スペーサ７０に、前述の実施形態のような直線的な基部７２または蟻ほぞ形の基部を設けることができ、径方向外側に向かう、その円筒状突出部７４が、両側に沿って軸方向に開口したアンダーカット７６を有する。ゆえに、シールドリングが突出部７４に沿ってアンダーカット７６に係合する状態で、スペーサ７０の基部７２を、溝４０に沿って設置することができる。この方法では、円筒状突出部７４のアンダーカット７６の厚さに応じて、シールドリングが他のリングから所定の間隔で軸方向に離隔される。前述の諸実施形態と同様に、エンクロージャリング４２は、円筒状突出部７４によって他のリングから離隔される。図７および図８に最もよく示されているように、シールドリングが互いに軸方向に離隔される間隔は、エンクロージャリング４２が互いに軸方向に離隔される間隔よりも狭い。したがって、シールドが、軸方向に離隔されたエンクロージャリング４２間の流量を絞る。
【００１３】
本発明のこの実施形態の好ましい一態様では、シールドリング４４に、溝４０の上にくる、円筒状突出部７４の周りに係合する弧状の切欠き８０（図９）を設けることができる。この形態のスペーサには、突出部上に直線的なヘッドを備えたスペーサの基部から、径方向外側に向かう、円形のアンダーカットを設けることができる。結果として、シールドセグメントに沿った弧状のスロット８０が、スペーサの円形部分の周りに係合し、エンクロージャリングが、ヘッド上の正方形突出部の直線状の側部に沿って係合する。シールドセグメント内にノッチを入れることによって、シールドが回転子の軸の周りで回転し得なくなることが理解されよう。
【００１４】
本発明について、現時点で最も実用的かつ好ましいと考えられる実施形態に関して記載したが、本発明が、開示した実施形態だけに制限されない。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による、電気機械における好ましい回転子の斜視図である。
【図２】電気機械の端部から見た、図１の回転子ならびに固定子の略図である。
【図３】軸方向に離隔されたエンクロージャリングをその周りに備える回転子本体を示す、諸部品が除去された部分斜視図である。
【図４】（Ａ）は、図３の拡大部分斜視図である。（Ｂ）は、図３および図４に示したエンクロージャリングを軸方向に離隔するために使用されるスペーサの拡大斜視図である。
【図５】スペーサの他の形態の斜視図である。
【図６】概ね図４の線６−６の周りで得られる、回転子本体の部分断面図である。
【図７】軸方向に隣接したシールド間およびエンクロージャリング間に隙間をもたらすスペーサを示す、図６に類似の図である。
【図８】図７の平面図である。
【図９】軸方向に離隔されたシールドの平面図である。
【符号の説明】
【００１６】
３０  回転子
３１  回転子シャフト
３２  鉄芯
３４  界磁巻線アセンブリ、界磁巻線モジュール
３６  磁極面
４０  溝
４２  エンクロージャリング
４４  シールドセグメント、シールドリング
４６、６０、７０  スペーサ
５０、６４、７４  突出部
７６  アンダーカット
【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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【図８】
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【図９】
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