(57)【要約】      （修正有）【課題】ダイナモ電気機械に関し、全体効率向上のためにエアギャップ空気流量を増加させるための改良されたロータ保持リングを提供する。【解決手段】ダイナモ電気機械１００は、ステータ１１０と、ロータ１２０と、ステータ１１０とロータ１２０とを分離するエアギャップ２００と、を含むことができる。ロータ１２０は、ロータ保持リング１９０を含むことができる。ロータ保持リング１９０は、エアギャップ２００に沿って延在する傾斜した長さを含むことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイナモ電気機械（１００）であって、
ステータ（１１０）と、
ロータ（１２０）と、
前記ステータ（１１０）と前記ロータ（１２０）とを分離するエアギャップ（２００）と、を含み、
前記ロータ（１２０）は、ロータ保持リング（１９０、２６０）を含み、
前記ロータ保持リング（１９０、２６０）は、前記エアギャップ（２００）に沿って延在する傾斜した長さ（２９０）を含む、ダイナモ電気機械（１００）。
【請求項２】
前記ロータ保持リング（１９０、２６０）は、前方端部（２３０、２７０）に前記傾斜した長さ（２９０）を含む、請求項１に記載のダイナモ電気機械（１００）。
【請求項３】
前記ロータ保持リング（１９０、２６０）は、前記前方端部（２３０、２７０）における前記傾斜した長さ（２９０）の上流側の半径（２４０、２８０）を含む、請求項２に記載のダイナモ電気機械（１００）。
【請求項４】
前記ステータ（１１０）の上流に配置されたファン（２２０）をさらに含む、請求項１に記載のダイナモ電気機械（１００）。
【請求項５】
前記ファン（２２０）は冷却流（２１０）を提供する、請求項４に記載のダイナモ電気機械（１００）。
【請求項６】
前記傾斜した長さ（２９０）は、前記冷却流（２１０）を前記エアギャップ（２００）内に軸方向に導く、請求項５に記載のダイナモ電気機械（１００）。
【請求項７】
前記冷却流（２１０）は前記ステータ（１１０）を冷却する、請求項５に記載のダイナモ電気機械（１００）。
【請求項８】
前記冷却流（２１０）は、複数のステータコアパッケージ（１３０）を冷却する、請求項５に記載のダイナモ電気機械（１００）。
【請求項９】
前記傾斜した長さ（２９０）は、約０°から約４５°までの角度αを含む、請求項１に記載のダイナモ電気機械（１００）。
【請求項１０】
前記傾斜した長さ（２９０）は、約長さＬ１までの長さＬを含む、請求項１に記載のダイナモ電気機械（１００）。
【請求項１１】
前記傾斜した長さ（２９０）は、約０°から約４５°までの角度αと、約長さＬ１までの長さＬと、を含む、請求項１に記載のダイナモ電気機械（１００）。
【請求項１２】
ダイナモ電気機械（１００）を動作させる方法であって、
ステータ（１１０）内でロータ（１２０）を回転させるステップであって、
前記ロータ（１２０）および前記ステータ（１１０）が、エアギャップ（２００）によって分離されるステップと、
前記エアギャップ（２００）内に冷却流（２１０）を導くステップと、
前記ロータ（１２０）の保持リング（１９０、２６０）の周りに配置された傾斜した長さ（２９０）によって、前記冷却流（２１０）を前記エアギャップ（２００）内に軸方向に導くステップと、を含む方法。
【請求項１３】
前記冷却流（２１０）により前記ステータ（１１０）を冷却するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記冷却流（２１０）により前記ステータ（１１０）を冷却する前記ステップは、前記冷却流（２１０）により複数のステータコアパッケージ（１３０）を冷却するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記保持リング（１９０、２６０）の前方端部（２３０、２７０）の周りに前記傾斜した長さ（２９０）を配置するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、一般的には、電力の生成に使用される発電機などのダイナモ電気機械に関し、より詳細には、全体効率の向上のためにエアギャップ空気流量を増加させるための改良されたロータ保持リングに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力などの生成に使用される大型タービン駆動の発電機は、ロータ上に担持された巻線コイルによって生成される磁束線の供給源として働くロータを含むことができる。ロータは、ロータが回転するときに交流がロータによって誘導され得るいくつかの導体を含むことができるステータ内で回転する。この回転は、ステータとロータとの間の狭いエアギャップ内に磁界を発生させる。
【０００３】
発電機の全体的な出力は、ステータ部品および／またはロータ部品の熱の蓄積に起因して追加の電流を供給する能力によって制限され得る。このような熱の蓄積は、特大のファンなどを使用することによって補償することができる。しかし、このような特大のファンは、システム全体の出力と効率を低下させる寄生的な損失を示す可能性がある。
【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２０１５／０２０７３７３号明細書
【発明の概要】
【０００５】
したがって、本願およびその結果として得られる特許は、改良されたダイナモ電気機械を提供する。改良されたダイナモ電気機械は、ステータと、ロータと、ステータとロータとを分離するエアギャップと、を含むことができる。ロータは、ロータ保持リングを含むことができる。ロータ保持リングは、エアギャップに沿って延在する傾斜した長さを含むことができる。
【０００６】
本願およびその結果として得られる特許は、ダイナモ電気機械を動作させる方法をさらに提供することができる。本方法は、ステータ内でロータを回転させるステップであって、ロータおよびステータが、エアギャップによって分離されるステップと、エアギャップ内に冷却流を導くステップと、ロータの保持リングの周りに配置された傾斜した長さによって、冷却流をエアギャップ内に軸方向に導くステップと、を含む。
【０００７】
本願およびその結果として得られる特許は、ダイナモ電気機械をさらに提供することができる。ダイナモ電気機械は、ステータと、ロータと、ステータとロータとを分離するエアギャップと、を含むことができる。ロータは、ロータ保持リングを含むことができる。ロータ保持リングは、半径と、その前方端部でエアギャップに沿って延在する傾斜した長さと、を含むことができる。
【０００８】
本願およびその結果として得られる特許のこれらのおよび他の特徴もしくは改良は、いくつかの図面および添付の特許請求の範囲と併せて、以下の詳細な説明を検討することにより当業者には明らかとなり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ステータおよびロータを有する発電機の概略図である。
【図２】図１の発電機と共に使用するためのロータ保持リングの部分平面図である。
【図３】本明細書で説明するような発電機と共に使用するためのロータ保持リングの部分平面図である。
【図４】図３のロータ保持リングの部分側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ここで図面を参照すると、いくつかの図面を通して同様の符号は同様の要素を示し、図１は、ダイナモ電気機械１００の一例の概略図である。ダイナモ電気機械１００は、ステータ１１０およびロータ１２０を含むことができる。ステータ１１０は、その中のロータ１２０に外接するほぼ環状の形状を有することができる。ステータ１１０は、いくつかのステータコア束またはパッケージ１３０を含むことができる。ステータコアパッケージ１３０は、低損失、低磁気抵抗材料で形成することができる。いくつかのアーマチュア端部巻線１４０が、ステータコアパッケージ１３０から外方に延在することができる。フレーム１５０は、ステータコアパッケージ１３０を支持することができる。１つまたは複数のステータフランジ１６０を使用して、ステータコアパッケージ１３０を軸方向に圧縮することができる。ステータ磁束シールド１７０は、ステータフランジ１６０の全体または一部を取り囲むことができる。ステータ１１０およびその部品は、例示のみを目的として本明細書に記載している。他の部品および構成を本願で用いてもよい。
【００１１】
ロータ１２０は、内部にいくつかの導体コイル１８０を含むことができる。導体コイル１８０は、保持リング１９０内に配置することができる。保持リング１９０は、ロータ１２０が回転するときに発生する遠心力にもかかわらず、導体コイル１８０を定位置に維持する。ロータ１２０およびその部品は、例示のみの目的で記載している。他の部品および他の構成を本願で用いてもよい。
【００１２】
ステータ１１０とロータ１２０とは、エアギャップ２００によって分離されてもよい。冷却流２１０は、ファン２２０または他のタイプの空気移動装置によって生成され、エアギャップ２００の方に導くことができる。ステータ１１０およびその部品は、エアギャップ２００を通って流れる冷却流２１０によって冷却することができる。全体的な効率および出力は、ステータ１１０およびその部品に達する適切な冷却流２１０によって向上させることができる。
【００１３】
図２は、ロータ保持リング１９０の一例を示す。ロータ保持リング１９０は、長さＬ１を有することができる。長さＬ１は変化してもよい。図示するように、前方端部２３０はその上に小さな半径２４０を有することができる。また、面取りなどを用いてもよい。あるいは、平滑末端を用いてもよい。流れシミュレーションは、保持リング１９０の半径２４０が冷却流２１０をエアギャップ２００を通って意図する軸方向から離れる方向に導くことができることを示している。結果として、エアギャップ２００を通る冷却流２１０は、全体的な圧力降下の増加と共に制限され得る。
【００１４】
図３および図４は、本明細書で説明することができるダイナモ電気機械２５０の一部を示す。具体的には、ロータ保持リング２６０が示されている。上述したように、前方端部２３０に単純に半径２４０を含む代わりに、この例の保持リング２６０は、前方端部２７０に半径２８０を含み、続いて傾斜した長さ２９０を含む。傾斜した長さ２９０は、長さＬに対して角度αで延在することができる。角度αは、約０度より大きく約４５度未満まで変化してもよい。本明細書では他の角度を使用してもよい。長さＬは、長さＬ１に沿って延在してもよい。角度αおよび長さＬは変化してもよい。傾斜した長さ２９０と保持リング２６０の残りの平坦な長さとの交差は、エアギャップ２００内への流れをさらに改善するようにその上に滑らかな半径を有することができる。他の部品および他の構成を本願で用いてもよい。
【００１５】
したがって、保持リング２６０の傾斜した長さ２９０は、ファン２２０から流入する冷却流２１０に面している。傾斜した長さ２９０は、冷却流２１０をエアギャップ２００内に導き、そこを通るように導くのを助ける。このようにして、ロータ保持リング２６０の傾斜した長さ２９０は、ステータ部品１１０の温度を低下させるために、エアギャップ２００内への冷却流２１０の量を増加させる。このように、ロータ保持リング２６０は、流れを乱すのではなく、冷却流２１０をエアギャップ２００内に効率的に導く。したがって、このような冷却流２１０は、システム全体の効率および出力を増加させることができる。
【００１６】
上記の記載は本願およびその結果としての特許の特定の実施形態にのみ関するものであることは明らかである。添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される本発明の一般的な趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者は多くの変更および修正を行うことができる。
［実施態様１］
ダイナモ電気機械（１００）であって、
ステータ（１１０）と、
ロータ（１２０）と、
前記ステータ（１１０）と前記ロータ（１２０）とを分離するエアギャップ（２００）と、を含み、
前記ロータ（１２０）は、ロータ保持リング（１９０、２６０）を含み、
前記ロータ保持リング（１９０、２６０）は、前記エアギャップ（２００）に沿って延在する傾斜した長さ（２９０）を含む、ダイナモ電気機械（１００）。
［実施態様２］
前記ロータ保持リング（１９０、２６０）は、前方端部（２３０、２７０）に前記傾斜した長さ（２９０）を含む、実施態様１に記載のダイナモ電気機械（１００）。
［実施態様３］
前記ロータ保持リング（１９０、２６０）は、前記前方端部（２３０、２７０）における前記傾斜した長さ（２９０）の上流側の半径（２４０、２８０）を含む、実施態様２に記載のダイナモ電気機械（１００）。
［実施態様４］
前記ステータ（１１０）の上流に配置されたファン（２２０）をさらに含む、実施態様１に記載のダイナモ電気機械（１００）。
［実施態様５］
前記ファン（２２０）は冷却流（２１０）を提供する、実施態様４に記載のダイナモ電気機械（１００）。
［実施態様６］
前記傾斜した長さ（２９０）は、前記冷却流（２１０）を前記エアギャップ（２００）内に軸方向に導く、実施態様５に記載のダイナモ電気機械（１００）。
［実施態様７］
前記冷却流（２１０）は前記ステータ（１１０）を冷却する、実施態様５に記載のダイナモ電気機械（１００）。
［実施態様８］
前記冷却流（２１０）は、複数のステータコアパッケージ（１３０）を冷却する、実施態様５に記載のダイナモ電気機械（１００）。
［実施態様９］
前記傾斜した長さ（２９０）は、約０°から約４５°までの角度αを含む、実施態様１に記載のダイナモ電気機械（１００）。
［実施態様１０］
前記傾斜した長さ（２９０）は、約長さＬ１までの長さＬを含む、実施態様１に記載のダイナモ電気機械（１００）。
［実施態様１１］
前記傾斜した長さ（２９０）は、約０°から約４５°までの角度αと、約長さＬ１までの長さＬと、を含む、実施態様１に記載のダイナモ電気機械（１００）。
［実施態様１２］
ダイナモ電気機械（１００）を動作させる方法であって、
ステータ（１１０）内でロータ（１２０）を回転させるステップであって、
前記ロータ（１２０）および前記ステータ（１１０）が、エアギャップ（２００）によって分離されるステップと、
前記エアギャップ（２００）内に冷却流（２１０）を導くステップと、
前記ロータ（１２０）の保持リング（１９０、２６０）の周りに配置された傾斜した長さ（２９０）によって、前記冷却流（２１０）を前記エアギャップ（２００）内に軸方向に導くステップと、を含む方法。
［実施態様１３］
前記冷却流（２１０）により前記ステータ（１１０）を冷却するステップをさらに含む、実施態様１２に記載の方法。
［実施態様１４］
前記冷却流（２１０）により前記ステータ（１１０）を冷却する前記ステップは、前記冷却流（２１０）により複数のステータコアパッケージ（１３０）を冷却するステップを含む、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１５］
前記保持リング（１９０、２６０）の前方端部（２３０、２７０）の周りに前記傾斜した長さ（２９０）を配置するステップをさらに含む、実施態様１２に記載の方法。
［実施態様１６］
ダイナモ電気機械（１００）であって、
ステータ（１１０）と、
ロータ（１２０）と、
前記ステータ（１１０）と前記ロータ（１２０）とを分離するエアギャップ（２００）と、を含み、
前記ロータ（１２０）は、ロータ保持リング（１９０、２６０）を含み、
前記ロータ保持リング（１９０、２６０）は、半径（２４０、２８０）と、その前方端部（２３０、２７０）で前記エアギャップ（２００）に沿って延在する傾斜した長さ（２９０）と、を含む、ダイナモ電気機械（１００）。
［実施態様１７］
前記ステータ（１１０）の上流に配置されたファン（２２０）をさらに含む、実施態様１６に記載のダイナモ電気機械（１００）。
［実施態様１８］
前記ファン（２２０）は、前記傾斜した長さ（２９０）が前記冷却流（２１０）を前記エアギャップ（２００）内に軸方向に導くように冷却流（２１０）を提供する、実施態様１７に記載のダイナモ電気機械（１００）。
［実施態様１９］
前記傾斜した長さ（２９０）は、約０°から約４５°までの角度αを含む、実施態様１６に記載のダイナモ電気機械（１００）。
［実施態様２０］
前記傾斜した長さ（２９０）は、約長さＬ１までの長さＬを含む、実施態様１６に記載のダイナモ電気機械（１００）。
【符号の説明】
【００１７】
１００  ダイナモ電気機械
１１０  ステータ、ステータ部品
１２０  ロータ
１３０  ステータコアパッケージ
１４０  アーマチュア端部巻線
１５０  フレーム
１６０  ステータフランジ
１７０  ステータ磁束シールド
１８０  導体コイル
１９０  ロータ保持リング
２００  エアギャップ
２１０  冷却流
２２０  ファン
２３０  前方端部
２４０  半径
２５０  ダイナモ電気機械
２６０  ロータ保持リング
２７０  前方端部
２８０  半径
２９０  傾斜した長さ
【図１】
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【図２】
2018050449.tif 000004
【図３】
2018050449.tif 000005
【図４】
2018050449.tif 000006
【外国語明細書】
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