(57)【要約】      （修正有）【課題】積層構造の発電機ロータと、積層状のロータ構造を用いたロータを修理する関連の方法とを開示する。【解決手段】或る実施形態において、ロータ本体３００は、積層板スタック４１０を含み、この積層板スタック４１０は、その側部に、端部フランジ部材４２０、４２５を伴っており、積層体スタック４１０を貫通するとともに少なくとも１つの締結具４４５により固着されている、少なくとも１つのスタッド部材４４０により圧縮状態になる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積み重ねられた複数の積層体（４１５）から成る積層体スタック（４１０）を含むロータ本体（３００）であって、各々の前記積層体（４１５）が第１の厚さを有し、各々の前記積層体（４１５）が更に、複数の前記積層体（４１５）各々の外周まわりに配置された半径方向に延在する複数のスロット（１４０）を有する、ロータ本体と；
前記積層体スタック（４１０）の第１の端部上に配置された第１の端部フランジ部材（４２０）と；
前記積層体スタック（４１０）の第２の端部上に配置された第２の端部フランジ部材（４２５）と；
前記積層体スタック（４１０）と前記第１の端部フランジ部材（４２０）と前記第２の端部フランジ部材（４２５）との少なくとも１つの穴（５１０、５１１）を長手方向に貫通する少なくとも１つのスタッド部材（４４０、４４１）と；
前記少なくとも１つの各スタッド部材（４４０、４４１）の第１の端部に固着された第１の締結具（４４５）と；
前記少なくとも１つの各スタッド部材（４４０、４４１）の第２の端部に固着された第２の締結具（４５０）と；
前記複数のスロット（１４０）内に配置された複数のコイル（１３０）とを有しており、
前記第１の締結具（４４５）と前記第２の締結具（４５０）が前記積層体スタック（４１０）を圧縮する、ロータ（１２０）。
【請求項２】
前記第１の端部フランジ部材（４２０）に隣接して配置された第１のスペーサ部材（４３０）と；
前記第２の端部フランジ部材（４２５）に隣接して配置された第２のスペーサ部材（４３５）と；
前記第１のスペーサ部材（４３０）に固着された非駆動端軸スピンドル（４５５）と；
前記第２のスペーサ部材（４３５）に固着された駆動端軸スピンドル（４６０）とを更に有し、
前記少なくとも１つのスタッド部材（４４０、４４１）は、前記第１及び第２の各スペーサ部材（４３０、４３５）の少なくとも１つの穴（５１０、５１１）を貫通する、請求項１に記載のロータ（１２０）。
【請求項３】
複数の積み重ねられた前記積層体（４１５）は鋼を含み、
前記少なくとも１つのスタッド部材（４４０、４４１）は鋼を含む、請求項１に記載のロータ（１２０）。
【請求項４】
前記第１の厚さは、約２ｍｍ〜約２５ｍｍの範囲内である、請求項１に記載のロータ（１２０）。
【請求項５】
複数の前記積層体（４１５）はそれぞれ、電気絶縁被覆を更に有する、請求項１に記載のロータ（１２０）。
【請求項６】
前記圧縮は、前記ロータ本体（３００）に必要な曲げ剛性を与えるとともに、前記ロータ本体（３００）から駆動軸（４６０）へのトルク負荷伝達に必要な摩擦力が得られる十分な圧力で行われる、請求項１に記載のロータ（１２０）。
【請求項７】
前記圧縮は、７，０００ｋＰａ〜５０，０００ｋＰａの範囲内の圧力で行われる、請求項６に記載のロータ（１２０）。
【請求項８】
前記第１の端部フランジ部材（４２０）と前記第２の端部フランジ部材（４２５）とは、前記積層体スタック（４１０）の断面全体にわたってほぼ一様な圧力をもたらすように成形される、請求項１に記載のロータ（１２０）。
【請求項９】
各釣合い用積層体（６１５）が前記第１の厚さを上回る第２の厚さを有する、複数の釣合い用積層体（６１５）を更に有するロータ（１２０）であって、
各釣合い用積層体（６１５）は、前記複数のスロット（１４０）間に、前記釣合い用積層体（６１５）の外周上に配置された複数の穴（６２０）を更に含み、
前記釣合い用積層体（６１５）は、前記積層体スタック（４１０）内に、前記第１の厚さを有する前記積層体（４１５）間に配置される、請求項１に記載のロータ（１２０）。
【請求項１０】
積み重ねられた複数の積層体（４１５）から成る積層体スタック（４１０）を含むロータ本体（３００）であって、各々の前記積層体（４１５）が第１の厚さを有し、各々の前記積層体（４１５）が更に、複数の前記積層体（４１５）各々の外周まわりに配置された半径方向に延在する複数のスロット（１４０）を有する、ロータ本体と；
前記積層体スタック（４１０）の第１の端部上に配置された第１の端部フランジ部材（４２０）と；
前記積層体スタック（４１０）の第２の端部上に配置された第２の端部フランジ部材（４２５）と；
前記積層体スタック（４１０）と前記第１の端部フランジ部材（４２０）と前記第２の端部フランジ部材（４２５）との少なくとも１つの穴（５１０、５１１）を長手方向に貫通する少なくとも１つのスタッド部材（４４０、４４１）と；
前記少なくとも１つの各スタッド部材（４４０、４４１）の第１の端部に固着された第１の締結具（４４５）と；
前記少なくとも１つの各スタッド部材（４４０、４４１）の第２の端部に固着された少なくとも１つの第２の締結具（４５０）と；
前記複数のスロット（１４０）内に配置された複数のコイル（１３０）とを有しており、
前記第１及び第２の締結具（４４５、４５０）が前記積層体スタック（４１０）を圧縮する、ロータ（１２０）と；
前記ロータ（１２０）を取り巻くステータ（２４０）とを有する、電気機械（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の主題は、概して、発電機等の電気機械のロータの構造に関する。本発明は、特に、積層構造のロータを有する電気機械と、積層構造を利用したロータを修理する関連の方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の大型高速発電機は、通常、ステータとロータとを含み、ロータは、ステータ内の長手軸のまわりで回転して機械エネルギーを電気エネルギーに変換する。ステータは、通常、電力を出力する巻線を含む。
【０００３】
ロータは、ロータ本体の外周まわりに半径方向に切り込まれたスロットを含み、これらのスロットは、ロータ本体に沿って長手方向に延在する。これらのスロットは、電流を搬送するためのロータ界磁巻線を形成するコイルを内蔵している。ロータ界磁巻線は、例えばスロット表面に当接するコイルウェッジ等、様々なシステムのいずれかを用いて、遠心力に抗して正位置に保持される。ロータ本体の端部よりも更に延在しているコイル部分は巻線端とよばれ、保持環によって遠心力に抗して保持されている。ロータの巻線端の下方に配置される鍛造物のロータ軸部分は、スピンドルとよばれる。
【０００４】
ロータは、通常、高強度鉄又は鋼の中実単一鍛造物により形成される。というのも、これらの材料は、ロータに必要な曲げ剛性を与えて、ロータを静的にも動的にも保持することができるとともに、ロータから発電機の駆動フランジにトルクを伝達して大型高速発電機を適切に動作させることができるからである。これらの中実単一鍛造物のロータの製造には高額の費用がかかる上、生産能力が限られているので、発注及び製造のリードタイムが非常に長くなる。
【０００５】
積層状のロータ本体を発電機や電動機等の小型電気機械に用いて、中実鋼ロータに付随する費用を削減するとともにリードタイムを短縮していた。これらの積層状ロータ本体は、単一の鋼軸上に配置された又は取り付けられた積層体を有し、これにより、ロータに必要な曲げ剛性を軸が備えることができる。積層体は、軸の曲げ負荷をあまり多くは支持することがないので、この種のロータ本体を使用できる発電機又は電動機の大きさが制限される。
【０００６】
積層状ロータ本体は電気機械にも用いられ、ここでは、積層体スタックが該積層体の周縁部の穴を貫通する一連のロッドによって圧縮保持されていた。
【０００７】
ロッドで圧縮される積層体スタックはロータ曲げ負荷の一部を支持するものの、ロッドは積層体スタックに限られた圧縮しか提供できないので、ロッド圧縮スタックロータは、大型の高速発電機等の電気機械での使用には不向きである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，７１０，４９７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
発電機等の電気機械に用いる積層構造のロータと、積層体を用いてロータを修理する関連の方法を開示する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の態様では、積み重ねられた複数の積層体から成る積層体スタックを含むロータ本体であって、各々の積層体が第１の厚さを有し、各々の積層体が更に、複数の積層体の各々の外周まわりに配置された半径方向に延在する複数のスロットを有する、ロータ本体と；積層体スタックの第１の端部上に配置された第１の端部フランジ部材と；積層体スタックの第２の端部上に配置された第２の端部フランジ部材と；積層体スタックと第１の端部フランジ部材と第２の端部フランジ部材との少なくとも１つの穴を長手方向に貫通する少なくとも１つのスタッド部材と；該少なくとも１つの各スタッド部材の第１の端部に固着された第１の締結具と；該少なくとも１つの各スタッド部材の第２の端部に固着された第２の締結具と；複数のスロット内に配置された、ロータ界磁巻線を形成する複数のコイルとを含み、第１の締結具と第２の締結具は積層体スタックを圧縮する、ロータを提供する。
【００１１】
第２の態様では、積み重ねられた複数の積層体から成る積層体スタックを含むロータ本体であって、各々の積層体が第１の厚さを有し、各々の積層体が更に、複数の積層体の各々の外周まわりに配置された半径方向に延在する複数のスロットを有する、ロータ本体と；積層体スタックの第１の端部上に配置された第１の端部フランジ部材と；積層体スタックの第２の端部上に配置された第２の端部フランジ部材と；積層体スタックと第１の端部フランジ部材と第２の端部フランジ部材との少なくとも１つの穴を長手方向に貫通する少なくとも１つのスタッド部材と；該少なくとも１つの各スタッド部材の第１の端部に固着された第１の締結具と；該少なくとも１つの各スタッド部材の第２の端部に固着された第２の締結具と；複数のスロット内に配置された、発電機ロータ界磁巻線を形成する複数のコイルとを含み、第１の締結具と第２の締結具は積層体スタックを圧縮するロータと、該ロータを取り巻くステータとを含む電気機械を提供する。
【００１２】
第３の態様において、ロータ本体の第１の端部分を除去するステップと；少なくとも１つのスタッド部材をロータ本体の第１の端部に固着するステップと；複数の積層体を用意するステップであって、各積層体が自身に少なくとも１つの穴を有しているステップと；ロータ本体の第１の端部上で積層体を積み重ねるステップであって、少なくとも１つのスタッド部材を複数の積層体の少なくとも１つの穴に通すステップと、更に、ロータの第１の部分の長さと等しい長さを有する積層体スタックを形成するステップを含むステップと；積層体スタックに隣接して端部フランジ部材を配置するステップであって、少なくとも１つのスタッド部材を端部フランジ部材の少なくとも１つの穴に通すステップを含むステップと；端部フランジ部材に隣接してスペーサ部材を配置するステップであって、少なくとも１つのスタッド部材をスペーサ部材の少なくとも１つの穴に通すステップを含むステップと；少なくとも１つの締結具を用いて積層体と端部フランジ部材とスペーサ部材とを少なくとも１つのスタッド部材上に締結するステップと；積層体スタックを圧縮するステップであって、少なくとも１つの締結具を締めるステップを含むステップと、を含む方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態による発電機ロータの一部の立体図である。
【図２】三相ロータ巻線を有する非同期発電機の部分切取図である。
【図３】本発明の実施形態によるロータとステータとを有する発電機の断面図である。
【図４】本発明の実施形態によるロータ界磁巻線を含む発電機ロータの斜視図である。
【図５】本発明の実施形態による発電機ロータの断面図である。
【図６】本発明の実施形態による発電機ロータの種々の部品の斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態によるロータ本体積層体の正面図である。
【図８】本発明の別の実施形態によるロータ本体積層体の正面図である。
【図９】本発明の実施形態によるロータ本体積層体のスロットの詳細図である。
【図１０】本発明の実施形態による発電機ロータの断面図である。
【図１１】本発明の或る実施形態によるロータ本体積層体の立体図である。
【図１２】ロータ本体に損傷を受けた鍛造物の発電機ロータの断面図である。
【図１３】本発明の実施形態による発電機ロータの断面図である。
【図１４】本発明の或る実施形態による発電機ロータの断面図である。
【図１５】本発明の或る実施形態によるロータ本体積層体の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、電気機械の運転に関連する用途に関して、本発明の少なくとも１つの実施形態を説明する。二極同期発電機の形態の電気機械に関して本発明の実施形態を示すが、本発明の教示内容は、四極以上の極を有する発電機、及び、三相ロータ巻線を有する非同期発電機又は二重給電誘導発電機等のその他の種類の発電機及び電動機を含むが、これらに制限されないその他の電気機械にも同様に適用可能であることを理解できよう。更に、一連の公称寸法を含めた公称サイズを参照しながら、本発明の少なくとも１つの実施形態を以下に説明する。しかし、本発明があらゆる適切な発電機及び／又はエンジンに同様に適用可能であることは、当業者に明らかである。さらに、当業者には、本発明が多様なスケールの公称サイズ及び／又は公称寸法に同様に適用可能であることは明らかであろう。
【００１５】
上述したように、本発明の態様は、積層構造のロータ本体と、これを作製する方法を提供する。図１〜１５は、発電機の様々な態様、特に積層状ロータ１２０を備えた構成を示す。図１に、或る実施形態における、二極同期発電機等の電気機械に含まれるロータ１２０の一部の立体斜視図を示す。ロータ１２０は、スピンドル１００と、スピンドル１００のまわりに配置された複数のグループ状のコイル１３０とを含む。各グループのコイル１３０は、複数のスロット１４０に内蔵されている。更に、各グループのコイル１３０は、コイル１３０の冷却を補助するための複数のダクト１１０を含む。図２に、ロータ１２０が、非同期発電機の場合と同様に三相ロータ巻線を形成するように構成されたコイル１３０を含む、別の実施形態の部分切取図を示す。図３〜１３では、発電機及びロータ１２０のまた別の態様と、ロータ１２０の修理方法を説明する。
【００１６】
図３に、ステータ２４０と、ステータ２４０内に配置されたロータ１２０とを含む発電機２００の概略断面図を示す。ステータ２４０は、グループ状のコイル２４５を含み、任意の現在周知のステータ構造又は将来開発されるステータ構造を有する。図示のように、ロータ１２０は、スピンドル１００と、スピンドル１００のまわりに配置されたグループ状のコイル１３０とを有する。スピンドル１００は、例えば鉄又は鋼で形成される。ロータ１２０は、ステータ２４０内の長手軸２５０のまわりで回転する。ロータ１２０は、更に、多極磁心から成るロータ本体３００を含む。図３に示すロータ１２０では、磁心が２つの極を含む。
【００１７】
ロータ本体３００は、更に、ロータ界磁巻線を形成するコイル１３０を内蔵した複数のスロット１４０を含む。図１及び４に示すように、コイル１３０は、或る実施形態において、コイルウェッジ１５０によりスロット内１４０の正位置に保持される。コイル１３０は更に、図４に示すように、ロータ本体３００の各端部上の保持環３２０により正位置に保持される。その他の実施形態では、コイル１３０を、炭素繊維環１３５（図２）又はガラス繊維帯（図示せず）によって正位置に保持してもよく、この場合は、未硬化のガラス繊維帯材料を張力下でロータ１２０とコイル１３０との上に直接巻きつけた後に硬化させる。
【００１８】
再び図４を参照すると、駆動継手３４０が、発電機２００と、タービン又はエンジン等の機械エネルギー源との間に配置されており、ステータ２４０に対してロータ１２０を回転させるように構成されている。ロータ１２０の回転により、ステータ２４０（図３）に固着されたグループ状のコイル２４５内に電流が発生し、発電する。この電流は、その後、発電機から離れた方向に送られ、例えば家屋及び／又は建物への給電を含む多様な用途に用いられる。
【００１９】
図５に、ロータ本体３００が複数の積層板又は積層体４１５のスタック４１０を有する、本発明の或る実施形態によるロータ１２０を示す。図６〜９に示すように、各積層体４１５は、各積層体４１５の外周の少なくとも一部のまわりに周方向に配置された、半径方向に延在する複数のスロット１４０を含む。図７に、二極同期発電機に適したスロット構成の実施形態を示す。図８には、三相巻線を有する非同期発電機ロータに適したスロット構成の実施形態を示す。図６〜８に示すように、各積層体４１５は更に、積層体を貫通する穴５１０を含む。
【００２０】
様々な実施形態において、穴５１０の数は、１つであっても２つ以上であってもよい。また別の実施形態において、積層体４１５は、鋼で作製されており、機械加工、レーザを用いた切断、ウォータジェットを用いた切断又は打抜型を用いた打抜きを含むが、これらに制限されない任意の周知の方法を用いて切断される。更にまた別の実施形態において、積層体に更なる加工処理を施して、ＡＳＴＭＣ−５鋼の電気絶縁体によるリン酸塩系無機被膜等の絶縁層又は絶縁被覆を用いて各積層体の表面を被覆し、隣接する積層体４１５との間を電気的に絶縁することができる。この絶縁層は、約０．００１５ｍｍ〜約０．００３５ｍｍの範囲内の厚さを有し得る。図７〜９には、ロータコイル１３０がコイルウェッジ１５０によりスロット１４０内で正位置に保持される実施形態を示すが、別の実施形態において、例えば炭素繊維環又はガラス繊維帯等で、コイル１３０をスロット１４０内に保持してもよい。
【００２１】
各積層体４１５の厚さは、発電機２００の大きさに応じて変動する。一実施形態では、各積層体４１５の厚さは、約２ｍｍ（約０．０７インチ）〜約２５ｍｍ（約１．０インチ）の範囲内、又はより詳細には、約６ｍｍ（約０．２５インチ）〜約１０ｍｍ（約０．３７５インチ）、並びにこれらの間にある全ての部分的範囲にある第１の厚さである。ただし、積層体４１５の必要且つ／又は最適な厚さは、この積層体を用いる電気機械のサイズ及び速度と、積層体の切断に使用する製造方法とに応じて変動するので、積層体４１５のこうした第１の厚さの範囲はあくまでも例であって、上述の範囲よりも薄い積層体又は厚い積層体のいずれをも排除するものではない。
【００２２】
再び図５を参照すると、積層体スタック４１０は、その側部に、積層体スタック４１０の第１の端部上に配置された第１の端部フランジ部材４２０と、積層体スタック４１０の第２の端部上に配置された第２の端部フランジ部材４２５とを伴っている。第１及び第２の端部フランジ部材４２０及び４２５は、ロータ本体３００を含むロータ１２０の磁気的に活性な部分の一部であってもよいが、必ずしもその必要はない。図１０に示すように、積層体スタック４１０に、更に、ロータを釣り合わせるために、更に厚い複数の釣合い用積層体６１５を含めてもよい。図１０に示すように、釣合い用積層体６１５は、積み重ねられた積層体４１５の第１の厚さを上回る第２の厚さを有する。釣合い用積層体６１５に、更に、スロット１４０どうしの間に、積層体６１５の外周のまわりに配置されるねじ穴６２０（図１１）を含めてもよい。釣合い用積層体６１５の数及び厚さと、釣合い用積層体６１５の穴６２０の数は、ロータが運転時に用いる全速度範囲にわたって適切な釣合い能力が得られるように選択される。多様な実施形態において、直径２０〜３０ｍｍの約２０個のねじ穴６２０を備えた、約２５ｍｍ〜約４０ｍｍの範囲内の厚さを有する約４個〜約８個の釣合い用積層体６１５が用いられる。
【００２３】
再び図５を参照すると、或る実施形態において、積層体スタック４１０と第１及び第２の端部フランジ部材４２０及び４２５とは、更にその側部に、第１の端部フランジ部材４２０に隣接して配置された第１のスペーサ部材４３０と、第２の端部フランジ部材４２５に隣接して配置された第２のスペーサ部材４３５とを伴っている。図６に示すように、端部フランジ部材４２０、４２５とスペーサ部材４３０、４３５との各々は更に、自身を貫通する穴を含む。別の実施形態では、端部フランジ部材４２０、４２５にそれぞれ、スペーサ部材４３０、４３５を端部フランジ部材４２０、４２５の構造を構成する一部分として含めてもよい。このような実施形態では、別途のスペーサ部材４３０、４３５を用いなくてもよい。更にまた他の実施形態では、スペーサ部材４３０、４３５と端部フランジ部材４２０、４２５との各々は、図６に示すような構造のスペーサ部材又は端部フランジ部材を共に形成する、複数のサブコンポーネントを有してもよい。
【００２４】
再び図５を参照すると、スタッド部材４４０は、積層体スタック４１０を構成する各々の積み重ねられた積層体４１５の穴５１０と、各々の第１及び第２の端部フランジ部材４２０及び４２５と第１及び第２のスペーサ部材４３０及び４３５（存在する場合）との穴を貫通する。スタッド部材４４０は、非常に高い圧縮力を維持し得る高強度材料、例えば鋼等から成る。また別の実施形態において、スタッド部材４４０は、スタッド部材４４０の各々の端部上にのみ、ねじを有してもよい。
【００２５】
第１の締結具４４５と第２の締結具４５０とは、スタッド部材４４０の各々の端部に固着されており、スタッド部材４４０と共に積層体スタック４１０を圧縮する。ナット、Ｓｕｐｅｒｂｏｌｔ（登録商標）テンショナ等のトルクナット又はトルクボルト、又はその他任意のねじ式締結具等の締結具４４５及び４５０は、油圧式張力調整機器及び焼き締め等の使用を含むがこれらに制限されない任意の周知の手段で締められる。
【００２６】
図６に示すように、一実施形態において、第１の端部フランジ部材４２０及び第２の端部フランジ部材４２５は、積層体スタック４１０の断面全体にわたってほぼ一様な圧力をもたらすように成形されており、第１及び第２の端部フランジ部材４２０、４２５の厚さは、各フランジ４２０、４２５の外径が最初に積層体スタック４１０の外径と接触するように漸減している。締結具４４５、４５０を締めると圧縮負荷が増大することにより、各端部フランジ部材４２０、４２５が変形して、フランジ４２０、４２５の面全体が積層体スタック４１０の端部の面全体と接触するようになる。
【００２７】
更なる実施形態において、積層体４１５及び６１５は、図１４〜１５に示すように、１つ以上のスタッド部材４１１を挿通し得る、２つ以上の穴５１１を含む。図１５には、７つの穴を有する積層体が示されるが、スタッド部材及び穴の数は、１個〜約１２個の範囲のいかなる数であってもよい。スタッド部材４４１の数が２つ以上の場合は、各々のスタッド部材４４１は、複数の締結具４４５、４５０のいずれかで固着される。更に、端部フランジ部材４２０、４２５、スペーサ部材４３０、４３５及び積層体４１５、６１５は、少なくともロータに含まれるスタッド部材と同じ数の穴を含む。
【００２８】
締結具４４５、４５０を締めると、積層体スタック４１０は十分な圧力で圧縮され、ロータ本体３００に必要な曲げ剛性と、ロータ本体３００から駆動軸へのトルク負荷伝達に十分な摩擦力が与えられる。そのために必要な圧力は、発電機２００の大きさに応じて、したがって、ロータ１２０の大きさに応じて変動する。機械が大型になるほど、ロータに必要な剛性も高くなって、中実鋼ロータの剛性に近付いていく。あくまでも例にすぎないが、一実施形態において、スタッド部材４４０と締結具４４５、４５０は、積層体スタック４１０を約７，０００ｋＰａ（約１，０００ｐｓｉ）〜約５０，０００ｋＰａ（約７，２５０ｐｓｉ）の範囲の圧力で圧縮する。得られる圧力は、ロータのサイズ、ロータを作製する材料、及び締結具４４５、４５０を締める程度等を含むがこれに制限されない、多様な変数に大きく依存する。
【００２９】
図５に示すように、非駆動端軸スピンドル４５５は、第１のスペーサ部材４３０に固着され、駆動端軸スピンドル４６０は、第２のスペーサ部材４３５に固着される。多様な実施形態において、各々のスペーサ部材４３０、４３３は、スピンドル４５５、４６０が固着されるフランジ４６５、４７０をそれぞれ含む。また別の実施形態において、スピンドル４５５、４６０は、複数のボルト４７５によりスペーサ部材４３０、４３５に固着されているが、溶接等の任意の周知の接着方法を用いてもよい。また別の実施形態では、駆動端スピンドル４６０は、駆動継手３４０を含み、ロータ１２０を例えばタービン等の機械エネルギー源に動作可能に接続して、ロータ１２０を回転させるように構成される。特定の実施形態において、ロータ１２０に接続される２つの機械エネルギー源を、ロータの各端部に１つずつ接続して設けることが望ましいこともある。この場合、スピンドル４５５も、ロータ１２０に動作可能に接続される補助駆動継手３６０（図４）を有するように構成してもよい。非駆動端スピンドル４５５は、スピンドル４５５のまわりに配置されるコイル集電環３５０（図４）又はブラシなし励磁機（図示せず）とコイル１３０を動作可能に接続してロータコイル１３０に励磁電流を供給するように構成される。
【００３０】
別の実施形態において、図１２に示すように、損傷８１０を受けたロータ１２０を交換又は修理する方法を提供する。ロータ本体３００の損傷８１０は、通常、運転中や長期間の周期的な使用の途中、又は何らかのその他の状況下で生じ得る。損傷８１０は、更に、実体鍛錬物８２０で作製されたロータにおいて生じる可能性もある。説明の便宜上、損傷８１０を含むロータ本体３００の端部を第１の端部分９１０と称し、ロータ本体３００の非損傷端部を第２の端部分９２０と称する。ただし、この名称は説明の便宜上のものであり、限定的とはみなされないことに注意されたい。
【００３１】
図１２〜１３に示すように、損傷８１０を含むロータ本体３００の第１の端部分９１０がロータ本体３００から除去され、実体鍛錬物８２０の第２の端部分９２０がそのまま残される。一実施形態では鋼で作製されるスタッド部材４４０が、ロータ本体３００の第１の端部９３０に固着される。或る実施形態において、この固着は、ロータ本体３００の第１の端部９３０にねじ穴９３５をタップ立てするステップと、スタッド部材４４０の第１の端部９４０をねじ切りするステップと、スタッド部材４４０の第１の端部９４０を穴９３５内に螺着可能に締結するステップとを含む。しかし、その他の実施形態では、第１の端部９３０へのスタッド部材４４０の溶接等、当該技術分野において周知の任意のその他の固着手段を用いてよい。
【００３２】
各積層体４１５が自身を貫通する穴５１０を有する、複数の積層体４１５を用意する。積層体４１５は、ロータ本体３００の第１の端部９３０上において、スタッド部材４４０が複数の各積層体４１５の穴５１０を貫通する状態で積み重ねられる。或る実施形態では鋼から成る積層体４１５は、ロータ本体３００において除去された第１の端部分９１０の長さと等しい長さを有する積層体スタック４１０を形成するのに十分な数だけ積み重ねられる。ロータを釣り合わせるために、積層体スタック４１０に更に、必要に応じて更に厚い複数の釣合い用積層体６１５（図１０）を含めてもよい。
【００３３】
各積層体４１５の厚さは、ロータ１２０のサイズに応じて変動する。一実施形態において、各積層体４１５の厚さは、約２ｍｍ（０．０７２インチ）〜約２５ｍｍ（１．０インチ）の範囲内、又はより詳細には、約６ｍｍ（０．２５インチ）〜約１０ｍｍ（０．３７５インチ）の範囲内、並びにこれらの間にある全ての部分的範囲である。釣合い用積層体６１５は、積み重ねられた積層体４１５の第１の厚さを上回る第２の厚さを有する。上述したように、釣合い用積層体６１５は更に、スロット１４０どうしの間に、積層体６１５の外周のまわりに配置されるねじ穴６２０を含んでよい。
【００３４】
一実施形態では、用意した積層体４１５をストックしておき、後に、受け取った仕様書に記載された任意の発電機設計の特定の寸法要件を満たすようにこれを切断して積み重ねるという、事後一致（ｌａｔｅ  ｐｏｉｎｔ  ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を行ってもよい。
【００３５】
図１３に示すように、端部フランジ部材４２０は、積層体スタック４１０に隣接して配置される。端部フランジ部材４２０は、更に、フランジ部材の中心を貫通する穴を含み、この穴にはスタッド部材４４０が挿通される。スペーサ４３０を、スタッド部材４４０がスペーサ部材４３０を貫通する状態で、端部フランジ部材４２０に隣接して配置してもよい。別の実施形態において、端部フランジ部材４２０に、スペーサ部材４３０を端部フランジ部材４２０の構造を構成する一部分として含んでよい。このような実施形態では、別途のスペーサ部材４３０を用いなくてもよい。また別の実施形態では、スペーサ部材４３０と端部フランジ部材４２０との各々が、図６に示すような構造のスペーサ部材又は端部フランジ部材を共に形成する複数のサブコンポーネントを有してもよい。
【００３６】
スタッド部材４４０は、積層体スタック４１０を構成する各々の積み重ねられた積層体４１５の穴５１０と、各々の端部フランジ部材４２０とスペーサ部材４３０との穴を貫通する。ある実施形態において、スタッド部材４４０は、スタッド部材４４０の各々の端部上にのみ、ねじを有していてもよい。
【００３７】
積層体４１５と端部フランジ部材４２０とスペーサ部材４３０は、スタッド部材４４０上で締結具４４５により締結される。締結具４４５は、スタッド部材４４０と共に、積層体スタック４１０を圧縮する。ナット、Ｓｕｐｅｒｂｏｌｔ（登録商標）テンショナ等のトルクナット又はトルクボルト、又はその他任意のねじ式締結具を含む締結具４４５は、油圧式張力調整機器及び焼き締め等の使用を含むが、これらに制限されない任意の周知の手段を用いて締められる。
【００３８】
或る実施形態において、端部フランジ部材４２０は、積層体スタック４１０の断面全体にわたってほぼ一様な圧力をもたらすように成形され、端部フランジ部材４２０の厚さは、端部フランジ４２０の外径が最初に積層体スタック４１０の外径と接触するように漸減している。圧縮負荷が増加すると、フランジ４２０が変形して、フランジ４２０の面全体が積層体スタック４１０の端部の面全体と接触するようになる。
【００３９】
更なる実施形態において、積層体４１５及び６１５は、２つ以上のスタッド部材４４１が挿通し得る２つ以上の穴５１１を含む。スタッド部材及び穴の数は、例えば１個〜約１２個の範囲内である。スタッド部材４４１の数が２つ以上の場合は、各々のスタッド部材４４１を１つの締結具４４５で固着する。更に、端部フランジ部材４２０、スペーサ部材４３０、及び積層体４１５、６１５は、少なくともロータに含まれるスタッド部材と同じ数の穴を含む。
【００４０】
積層体スタック４１０は、十分な圧力で圧縮され、ロータ本体３００に必要な曲げ剛性と、積層状の第１の端部分９１０と鍛造された第２の端部分９２０とを含む、結果的に得られるロータ本体３００から駆動軸へのトルク負荷伝達に十分な摩擦力を与える。そのために必要な圧力は、ロータ１２０のサイズに応じて変動する。
【００４１】
本明細書において「第１」「第２」等の用語は、いかなる順序、数量、重要性も示すものではなく、１つの要素をその他の要素と区別するために用いられている。また、本明細書において、単数名詞は数量を限定するものではなく、言及した事項が１つ以上存在することを示している。
【００４２】
数量と一緒に用いられる「約」という修飾語は、記載の値を含むとともに、（特定の数量の測定誤差の範囲を含む等）文脈上で必然的な意味合いも有する。本明細書において用いられる複数形の接尾辞は、これが修飾する用語の単数形も複数形も含み、したがってその用語を１つ又は２つ以上含むことを意図している（例えば、ｍｅｔａｌ（ｓ）は、１つ又は２つ以上の金属を含む）。本明細書に開示の範囲は、包含的で別個に組み合わせが可能である（例えば「約２５ｍｍ以下、又はより詳細には、約５ｍｍ〜約２０ｍｍ」の範囲は、その端点と「約５ｍｍ〜約２０ｍｍ」の範囲の間の全ての値を含む等）。
【００４３】
本明細書において、多様な実施形態を説明したが、当業者には、これらの要素の多様な組み合わせ、変形又は改良が可能であり、これらは本発明の技術的範囲に含まれることを理解できよう。更に、本発明の企図から逸脱することなく、特定の条件又は材料に合わせて本発明の教示内容に多くの修正を加えることもできる。したがって、本発明は、本発明を実施するための最良の態様として開示した特定の実施形態に限らず、添付の特許請求の範囲に含まれる全ての実施形態を含むことを意図している。
【符号の説明】
【００４４】
１００  スピンドル
１１０  ダクト
１２０  ロータ
１３０  コイル
１３５  炭素繊維環
１４０  スロット
１５０  コイルウェッジ
２００  発電機
２４０  ステータ
２４５  グループ状のコイル
２５０  長手軸
３００  ロータ本体
３２０  保持環
３４０  駆動継手
３５０  コイル集電環
３６０  補助駆動継手
４１０  積層体スタック
４１５  積層体
４２０  第１の端部フランジ部材
４２５  第２の端部フランジ部材
４３０  第１のスペーサ部材
４３５  第２のスペーサ部材
４４０  スタッド部材
４４１  スタッド部材
４４５  第１の締結具
４５０  第２の締結具
４５５  非駆動端軸スピンドル
４６０  駆動端軸スピンドル
４６５  第１のスペーサ部材４３０に含まれるフランジ
４７０  第２のスペーサ部材４３５に含まれるフランジ
４７５  ボルト
５１０  穴
５１１  複数の穴
６１５  釣合い用積層体
６２０  釣合い用積層体６１５の外周のまわりに配置される穴
８１０  損傷
８２０  実体鍛錬物
９１０  ロータ本体３００の第１の端部分
９２０  ロータ本体３００の第２の端部分
９３０  ロータ本体３００の第１の端部
９３５  ねじ穴
９４０  スタッド部材４４０の第１の端部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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