(57)【要約】      （修正有）【課題】開ループで能動的に冷却される回転子を有する高速発電機を提供する。【解決手段】高速発電機用の回転子本体１１０は、内部表面１２０および外側表面１１２、冷却液注入口１１４，１１５、および冷却液出口１１６を備える回転子本体１１０と、回転子本体１１０を能動的に冷却するための回転子冷却経路とを含む。冷却液注入口１１４，１１５および出口１１６は、内側表面１２０と外側表面１１２との間に延在する。回転子冷却経路の内側セグメントは、冷却液注入口１１４，１１５および冷却液出口１１６を連結し、回転子本体１１０の内側表面１２０によって境界付けられる。冷却経路の外側セグメントは、回転子本体１１０の外側表面１１２によって境界付けられ、冷却液出口１１６を回転子本体外部の環境に流体連結する。【選択図】図３
2015047062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速発電機用の回転子であって、該回転子は、
回転子本体であって、
内側表面および対向する外側表面と、
前記内側表面と前記外側表面との間に延在する冷却液注入口および出口と、
を画定する回転子本体と、
前記回転子本体を開ループ冷却するための、（ｉ）前記回転子本体の内側表面によって境界付けられ、前記冷却液注入口を前記冷却液出口に流体連結する、内側冷却経路セグメントと、（ｉｉ）前記回転子本体の外側表面によって境界付けられ、前記冷却液出口を外部環境に流体連結する、外側冷却経路セグメントと、を含む、回転子冷却経路と、
を備える、高速発電機用の回転子。
【請求項２】
前記冷却液注入口が、前記回転子本体を極低温燃料供給部と流体連結するように構成される、請求項１に記載の回転子。
【請求項３】
前記冷却液注入口が、前記回転子本体を水素、酸素、キセノン、又はヘリウム供給部と流体連結するように構成される、請求項１に記載の回転子。
【請求項４】
前記回転子本体の内側表面に連結され、かつ前記回転子本体の内側の空洞を、前記冷却液注入口と前記冷却液出口との間に延在する複数の冷却液チャネルに分割する、調節板をさらに備える、請求項１に記載の回転子。
【請求項５】
前記回転子本体が、前記回転子本体の軸方向の長さに沿って配置される複数の冷却液出口を画定する、請求項１に記載の回転子。
【請求項６】
前記回転子本体が、前記回転子本体の円周の周りに配置される複数の冷却液出口を画定する、請求項１に記載の回転子。
【請求項７】
前記冷却液出口が、前記回転子本体の厚さを通って前記回転子本体の前記内側表面と外側表面との間に延在する側壁によって境界付けられる、請求項１に記載の回転子。
【請求項８】
前記冷却液出口が前記回転子本体の第１の端部に向かって配向されるように、前記側壁が前記回転子本体の長手方向の軸と斜めに交差する、請求項４に記載の回転子。
【請求項９】
前記冷却液出口が前記回転子本体の第２の端部に向かって配向されるように、前記側壁が前記回転子本体の長手方向の軸と斜めに交差する、請求項４に記載の回転子。
【請求項１０】
前記側壁が、半径方向外側かつ前記回転子本体の回転の方向に向かって配向される冷却液出口軸を画定する、請求項４に記載の回転子。
【請求項１１】
前記側壁が、半径方向外側かつ前記回転子本体の回転の方向と反対に配向される冷却液出口軸を画定する、請求項４に記載の回転子。
【請求項１２】
タービン交流発電機であって、
請求項１に記載の回転子と、
前記回転子本体の外側表面に対向する内部表面を備え、前記回転子冷却経路の前記外側冷却経路セグメントを境界付ける、固定子と、
供給孔および排出孔を含む前記回転子冷却経路に流体連結される冷却経路であって、前記供給孔が、前記回転子本体を能動的に冷却するために、加圧された冷却液源と流体連結するように構成され、前記排出孔が、開ループ冷却のために、外部環境に流体連結される、冷却経路と、
を含む、タービン交流発電機。
【請求項１３】
前記冷却液注入口が、前記冷却液注入口を横切る冷却液の流れを用いて、前記回転子本体を担持する軸受けを冷却するように構成される、請求項１２に記載のタービン交流発電機。
【請求項１４】
前記冷却経路が、前記供給孔と前記回転子本体の前記冷却液注入口との間に流体連結される速度制御弁を含む、請求項１３に記載のタービン交流発電機。
【請求項１５】
前記速度制御弁が、第１の冷却液注入口および第２の冷却液注入口を通って前記回転子本体に流体連結される、請求項１４に記載のタービン交流発電機。
【請求項１６】
前記第１および第２の冷却液注入口が、前記回転子本体の両端上に配設される、請求項１５に記載のタービン交流発電機。
【請求項１７】
発電機であって、
（ａ）内部本体であって、
（１）  長手方向の軸と、
（２）  内側表面および対向する外側表面と、
（３）  前記内部本体の前記内側表面と外側表面との間に延在する冷却液注入口および冷却液出口と、
を画定する、内部本体と、
（ｂ）前記内部本体の機外に配設される外部本体であって、前記内部本体および外部本体が、（ｉ）前記内部本体の内側表面によって境界付けられ、前記冷却液注入口を前記冷却液出口に流体連結する、内側冷却経路と、（ｉｉ）前記冷却液出口を前記発電機の外部環境に流体連結するために、前記内部本体の外側表面および外部本体の内側表面によって境界付けられる、外側排出経路と、を有する、冷却経路を画定し、前記外部本体が、前記内部本体の前記長手方向の軸回りに回転するように構成される、外部本体と、
を備える、発電機。
【請求項１８】
前記発電機が、宇宙船の燃料システムから加圧された燃料の流れを受け取ることにより能動的に冷却するように構成される、請求項１７に記載の発電機。
【請求項１９】
前記燃料が液体水素である、請求項１８に記載の発電機。
【請求項２０】
前前記発電機の開ループ冷却のために、記冷却液出口が外部環境に流体連結される、請求項１８に記載の発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年８月１６日に出願された、米国仮特許出願第６１／８６６，７８０号の利益を主張するものであり、その全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
１．技術分野
本開示は、電力の生成のためのシステムに関し、より具体的には、開ループで能動的に冷却される回転子を有する高速発電機に関する。
【背景技術】
【０００３】
２．関連技術の説明
従来の宇宙船は、種々の機上デバイスに電力を提供するために機上発電機を使用する。「より電動の」宇宙船に向けた開発は、かかる宇宙船アーキテクチャにおいて用いられる機上の電気機器に対応する電力に対する需要の増加をもたらしている。例えば、速度が一分につき２５０，０００回転に近づくかまたはそれを超える回転の構成要素を有する発電機等の高速発電機は、それらの相対的なコンパクト化、効率性、および高エネルギー密度によるこれらの必要性に合うという点において興味深い。
【０００４】
高速発電機での１つの挑戦は、回転子と固定子との間のギャップにおけるウィンデイジの影響が、磁気の過損から生成される熱を除去し、抵抗加熱を困難にすることである。これは、高回転速度で、回転子の表面に対する流体の摩擦の粘性抵抗が、回転子から固定子へのギャップにわたってやや容易でなく熱を伝送するために十分な流体を熱するからである。それはまた、ギャップの排除を維持することを困難にし得る。実用的な発電機等の従来の地上の発電機は、しばしば、比較的大規模で複雑な極低温システムを使用して、熱を除去するために閉鎖ループの回転子および固定子の冷却システムを用いる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
宇宙船の電力生成のための従来のシステムおよび方法は、概して、それらの意図された目的にとって納得のいくものであると考えられた。しかしながら、効率がよく高出力密度を有する改善された発電機の必要性が存在する。製造および使用するのが容易な発電機の必要性もまた依然として残る。本開示は、これらの必要性への解決法を提供する。 
【課題を解決するための手段】
【０００６】
高速発電機の回転子は、内側表面および対向する外側表面、冷却液注入口および出口、および回転子冷却経路を備える回転子本体を含む。冷却経路の内側冷却経路セグメントは、冷却液注入口を出口と流体連結し、回転子本体の内側表面によって境界付けられる。冷却経路の外側セグメントは、回転子本体の外側表面によって境界付けられる。外側冷却経路セグメントは、冷却液出口を能動的に冷却する為の回転子の外部環境に流体連結する。
【０００７】
一部の実施形態においては、回転子本体は、回転子本体の軸方向の長さに沿って配置される冷却液出口を画定する。出口は、回転子本体の厚さを通って回転子本体の内側表面と外側表面との間に延在する側壁によって境界付けられ得る。側壁は、冷却液出口が回転子本体の第１の端部に向かって配向されるように、回転子本体の長手方向の軸と斜めに交差し得る。冷却液出口は、回転子本体の第２の端部に向かって配向され得る。側壁は、半径方向外側かつ回転子本体の回転の方向に向かって配向される冷却液出口軸を画定し得る。冷却液出口軸は、半径方向外側かつ回転子本体の回転に対向する方向に配向され得る。
【０００８】
ある実施形態に従うと、回転子本体は、内側の空洞を冷却液注入口と冷却液出口との間に延在する複数の冷却液チャネルに分割する回転子本体の内部表面に連結される、調節板を有する。冷却液注入口は、冷却液注入口を横切る冷却液を用いて、回転子本体を担持する軸受けを冷却するように構成され得る。回転子本体は、回転子本体の両端上に配設される第１および第２の冷却液注入口を含み得る。
【０００９】
冷却液注入口は、回転子本体を極低温燃料供給部に流体連結するように構成されると考えられる。冷却液注入口は、回転子本体を水素、酸素、キセノン、又はヘリウム供給部と流体連結するように構成され得る。冷却液出口は、回転子本体の開ループ冷却のために外部環境に流体連結され得る。
【００１０】
タービン交流発電機は、上述の通り回転子、固定子、および冷却経路を含む。固定子は、回転子本体の外側表面に対向し、回転子冷却経路の外側冷却経路セグメントを境界付ける、内部表面を有する。冷却経路は、回転子冷却経路に流体連結し、供給孔および排出孔を含む。供給孔は、回転子本体を能動的に冷却するための加圧された冷却液源と流体連結されるように構成される。
【００１１】
一部の実施形態においては、冷却経路は、供給孔と回転子本体の冷却液注入口との間に流体連結される速度制御弁を含む。速度制御弁は、第１の冷却液注入口および第２の冷却液注入口を通って回転子本体に流体連結し得る。第１および第２の冷却液注入口は、回転子本体の両端上に配設される。
【００１２】
発電機は、内部本体および外部本体を含む。内部本体は、内部本体の内側と外側表面との間に延在する、長手方向の軸、内側表面および対向する外側表面、および冷却液注入口を画定する。外部本体は、内部本体の機外に配設される。内部および外部によって画定される冷却経路は、内部本体の内側表面によって境界付けられ、冷却液注入口を冷却液出口に流体連結する、内側冷却経路と、冷却液出口を発電機の外部環境に流体連結するために、内部本体の外側表面および外部本体の内側表面によって境界付けられる、外側排出経路と、を含む。外部本体は、内部本体の長手方向の軸を中心として回転するように構成される。
【００１３】
主題の開示のシステムおよび方法のこれらのおよび他の特性は、図面に従って得られる好ましい実施形態の以下の詳細な説明から当業者にはより容易に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
主題の開示が属する当業者が、不要な実験をすることなく、どのように主題の開示のデバイスおよび方法を製造し使用するかを容易に理解するように、それらの好ましい実施形態が、ある図面に関連して以下本明細書に詳細に説明される。
【図１】タービン交流発電機の断面の斜視図である。
【図２】図１のタービン交流発電機の冷却液の流れの経路を示す、図１のタービン交流発電機の概略図である。
【図３】回転子本体を示す、図１のタービン交流発電機の発電機の概略断面図である。
【図４Ａ】回転子本体内の回転子本体の調節板を示す、回転子本体の実施形態の概略断面図である。
【図４Ｂ】第１の回転子本体の端部に向かって配向される軸方向に傾く冷却液出口を示す、回転子本体の別の実施形態の概略断面図である。
【図４Ｃ】第２の回転子本体の端部に向かって配向される軸方向に傾く冷却液出口を示す、回転子本体のさらに別の実施形態の概略断面図である。
【図５Ａ】回転子本体の円周の周りに周方向に配置される複数の冷却液出口を示す、図３の回転子本体の概略断面軸図である。
【図５Ｂ】回転子本体の回転の方向に面して接線方向に配置される冷却液出口を示す、回転子本体の概略断面軸図である。
【図５Ｃ】回転子本体の回転の反対の方向に面して接線方向に配置される冷却液出口を示す、回転子本体の実施形態の概略断面軸図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
同様の参照番号が主題の開示の類似の構造的な特性または態様を特定する図面において、参照がなされる。説明および例解の目的のため、本開示に従う回転子本体の例示的な実施形態の表示図が、図３に示され、概して、特長１００を指して指定されるが、これらに限定されない。本開示に従う回転子本体の他の実施形態、またはこれらの態様が説明される。本明細書に記載のシステムおよび方法は、宇宙飛行体用のタービン交流発電機等の高速発電機において使用され得る。
【００１６】
図１を参照すると、タービン交流発電機１０が示される。タービン交流発電機１０は、発電機１２、タービン１４、および冷却液管路１６を含む。タービン１４は、出力シャフトを介して発電機１２に機械的に連結される。出力シャフトは、中間ギアおよび出力ギアを通ってタービン１４を機械的に連結し、出力ギアは、電力を生成するように交互に発電機１２のシャフトを回転する。当業者には理解されるように、他の連結用配設が、本開示の範囲内に含まれ得る。
【００１７】
冷却液管路１６は、供給孔１８と排出孔２０との間に延在する。冷却液管路１６は、供給孔１８と排出孔２０との間で、タービン１４と発電機１２とを流体連結し、それによって、それぞれを他との流体連通に位置付ける。理解されるように、冷却液管路１６はまた、供給孔１８と排出孔２０との間のタービン交流発電機要素を相互に接続するために好適に配設されサイズ決めされる冷却液管路セグメントを含む。
【００１８】
供給孔１８は、タービン交流発電機１０を冷却液供給部２４に流体連結し、極低温流体を受け取るように構成され適合される。冷却液は、水素等の冷却剤、およびより具体的には、例えば、宇宙船からの液体水素燃料を含む。冷却液は、ガス状、液体、または相の混成を含み得る。発電機の能動的な冷却は、冷却液供給部２４と供給孔１８との間に流体連結されるポンプ２２を用いて冷却液を発電機１２へ押し込むことにより達成される。発電機１２の能動的な冷却は、供給タンクの水素圧が、供給孔１８で圧力を提供するように冷却液を促進する、「ブローダウン」型システムにおける冷却液供給部２４内での流体圧力によって達成されてもよい。
【００１９】
一般的な宇宙打ち上げ機は、高温、高圧の排出増進ガスを作製するように、放熱化学反応において水素を酸化性物質と組み合わせることによって推進させられる。水素はまた、その低密度、低粘度、比熱が高い、および高熱伝導性のため、高速発電機のために冷却液として役に立つ。水素は、一般的に、（ａ）燃料としてのその価値により開ループ発電機の冷却に使用するには重要でありすぎる、および（ｂ）水素冷却液を除去して燃料システムに戻すために必要な極低温サブシステムが従来の宇宙打ち上げ機にとっては法外に大きいため、発電機冷却液には宇宙船では使用されない。しかしながら、以下に記載される回転子本体の実施形態は、極度に限定された量の冷却液を必要とする高速発電機の構造を可能にし、発電機の冷却用に消費される燃料の不利点を凌ぐ水素燃料での開ループ（例えば、宇宙船燃料システムに戻るまたは再使用することなく、冷却液が、宇宙船外部の外部環境２６へ排出される）発電機の冷却を有利にする。実施形態においては、宇宙船の存続期間中、開ループ発電機冷却のために消費される水素は、宇宙船上に組み込まれることを保証するほど十分に小さいものであり、宇宙船の燃料供給の約０．０５％および０．１％程度であり得る。
【００２０】
図２を今参照すると、タービン交流発電機１０が、図式的に示される。タービン交流発電機１０は、タービン１４を発電機１２に機械的に連結するギアアセンブリ２８を含む。連結は、冷却液から抽出された作業を使用して発電機１２の回転子を回転させるように構成されるシャフトであり得る。速度制御弁３０は、冷却液管路１６を通って供給孔１８および発電機１２と流体連通し、また、タービン交流発電機１０に提供された冷却液の流れを帯域幅調整することによって等で、タービン１４および／または発電機１２を制御するように動作的である。当業者には理解されるように、回転可能な本体は、固定された外部本体内に配設される内部本体であり得る。あるいは、回転可能な本体は、例えば、インサイドアウト発電機等の固定された内部本体に対して配設される回転可能外部本体であり得る。
【００２１】
タービン交流発電機１０はまた、潤滑油管路３２および４０によって相互接続される潤滑油ポンプ３４を備える潤滑油回路、潤滑油バイパス弁３６、および潤滑油フィルタ３８を含む。潤滑油管路３２および４０は、タービン交流発電機１０、および相互接続オイルポンプ３４、速度制御弁３０、およびタービン１４および発電機１２を備えるギアアセンブリ２８の筐体内に配置される。潤滑油フィルタ３８は、潤滑油ポンプ３４とタービン１４との間に連続的に配置され、潤滑油管路３２と４０との間に浮いている潤滑油をろ過するように動作する。潤滑油バイパス弁３６は、潤滑油ポンプ３４とタービン１４との間に潤滑油フィルタ３８と平行して連結され、阻害または他の機能不全の事象において、潤滑油フィルタ３８を側管に通すように動作可能である。実施形態においては、タービン１４は、タービン１４を通って流れる冷却液内へタービン１４を通って循環させる潤滑油から熱を熱的に伝送することによって油冷却器として機能するように動作可能で、それによって、システムにおける循環する潤滑油の存在期間を延長する。理解されるように、潤滑油システムのそれぞれの要素は、アプリケーションのために好適であるような油を送るように好適にサイズ決めされ配設される、潤滑油回路管セグメントにより相互に接続される。
【００２２】
図３を参照すると、発電機１２用の回転子１００が、示される。回転子１００は、回転子本体１１０を円周状に取り囲む固定子５０を含む。固定子５０は、回転子本体１１０に対向する内側表面５６を含む。回転子本体１１０は、回転子巻線６０、第１の冷却液注入口１１４、および冷却液出口１１６を備える外側表面１１２を含む。矢印１１８で示される、内側回転子冷却経路セグメントは、内側表面１２０によって画定され、冷却液注入口１１４を冷却液出口１１６に延在し、冷却液注入口１１４を冷却液出口１１６と流体連結する。回転子本体１１０の外側表面１１２および固定子５０の内側表面は、軸方向に延在する円周ギャップ５４を画定する。ギャップ５４は、矢印１２２で示される、外側冷却経路セグメントを形成し、冷却液出口１１６を外部環境と流体連結する。
【００２３】
冷却液注入口１１４は、回転子本体１１０の第１の端部１２４上に配置される第１の冷却液注入口１１４であり得、例えば、図３に配向されるように回転子本体１１０の左側である。回転子本体１１０は、回転子本体１１０の対向する第２の端部１２８上に配置される第２の冷却液注入口１１５を随意的に含み得、例えば、図３に配向されるように回転子本体１１０の右側である。回転子本体の両端上に位置する冷却液注入口を通って冷却液を提供することは、回転子本体１１０を通る冷却液の流れをも可能にし、冷却液の流れのバランスを取ることを許容する。
【００２４】
回転子本体１１０は、第１および第２のシャフト端１３２および１３３によって、その長手方向の軸を中心として回転するように構成される。第１のシャフト端１３２は、回転子本体１１０の第１の端部１２４を担持し、第１の軸受け１３０によって担持される。第２のシャフト端１３３は、回転子本体１１０の第２の端部１２８を担持し、第２の軸受け１３１によって担持される。シャフト端１３２および１３３は、それぞれ、（発電機１２の）回転子本体１１０の内側を冷却液供給部２４と流体連結する（図１に示される）軸方向に延在するチャネル冷却液注入口を画定する。第１および第２の冷却液注入口１１４および１１８はまた、それぞれ、第１および第２の軸受け１３０および１３１を横切り、軸受けに冷却を提供するように構成される。これは、回転子本体１１０に供給される冷却液を用いて、軸受け摩擦によって生成される熱を対流して除去することを可能にする。
【００２５】
冷却液注入口１１４を通って回転子本体１１０に入る冷却液は、回転子冷却経路の内側冷却セグメントを横切り、対流によって回転子本体１１０から熱を除去する。熱は、巻線６０（銅損）の抵抗加熱、または回転子本体１１０内の磁束を変更することに由来する過損（鉄損）により生じ得る。第１および第２の冷却液注入口１１４および１１８はまた、回転子本体１１０の内側表面にわたって冷却液を噴霧するように構成されるノズルを含む。これは、回転子本体１１０を冷却するために必要な冷却液の容量を減少する。
【００２６】
冷却液出口１１６を通って回転子本体１１０を出る冷却液は、例えば、回転子冷却経路のギャップ５４等の外側冷却経路セグメントを横切り、移流により熱を除去する。この熱は、例えば、移動する外側表面１１２または回転子本体１１０に接触する粘性の流体の摩擦抵抗につき生じる、ウィンデイジにより起こり得る。回転子本体１１０を出る冷却液はまた、外側表面１１２および固定子５０の内側表面５６から離れて熱を対流し得る。当業者には理解されるように、能動冷却回転子本体１１０は、発電機の動作と共同してギャップ５４内の温度を制御するように冷却液の流速を増加および／または減少することを可能にし、それによって、熱による構成要素の拡張および収縮の管理によるギャップのサイズを制御する。また理解されるように、水素等の冷却液を用いることは、流体の低い粘性のためウィンデイジを減少する。それはまた、コロナ放電からの回転子本体巻線６０への損害の可能性を減少する。
【００２７】
図４Ａを今参照すると、回転子２００が、回転子本体２１０を含んで示される。回転子本体２１０は、内側回転子本体空洞２０６を画定し、調節板２０２を含む。調節板２０２は、回転子本体内側表面２０４に連結され、回転子本体空洞２０６を第１の冷却液チャネル２０８および第２の冷却液チャネル２１８に分割する。第１および第２の冷却液チャネル２０８および２１８は、冷却液注入口２１４を冷却液出口２１６と流体連結する。調節板２０２は、（ａ）冷却表面を増加すること、（ｂ）回転子本体２１０内の冷却液の滞留時間を増加すること、（ｃ）回転子本体２１０内の冷却液の混合を増加すること、によって、冷却を改善する。それはまた、回転子本体２１０の上および端に位置付けられる単一の冷却液注入口で回転子本体２１０を冷却することを提供する。これは、回転子本体２１０の構造を簡素化する。
【００２８】
例解される実施形態において、冷却液は、冷却液注入口２１４を通って回転子本体２１０に入り、長手方向の軸方向に回転子本体２１０を第１の端部２２４から第２の端部２２８まで横切り、第２の端部２２８において方向を戻し、回転子本体２１０の部分を二度横切り、その後、冷却液出口２１６を通って回転子本体２１０を出る。当業者には理解されるように、調節板２０２は、回転子本体内側を通って軸方向に延在し得る。あるいは、調節板２０２は、回転子本体内側表面２０４に接触しておよび半径方向内側に延在して、円周状に延在し得る。特定の発電機の熱除去の要求のために好適であり得るように、調節板２０２はまた、らせん渦巻きパターンを画定し得る。他の調節板パターンは、冷却表面積を増加するように、および、回転子本体２１０で冷却液の滞留時間を増加するように使用され得る。
【００２９】
図４Ｂを今参照すると、回転子３００が、示される。回転子３００は、回転子本体３１０を含む。回転子本体３１０は、回転子本体１１０に類似し、加えて、第１の冷却液出口３０２、第２の冷却液出口３０４、および第３の冷却液出口３０６を含む。冷却液出口３０２、３０４、および３０６は、回転子本体３１０の、それぞれ端部３２４および３２８から異なる長手方向の距離で軸方向に配設される。第１の冷却液出口３０２は、第１の端部３２４に軸方向により近位であり、第３の冷却液出口３０６は、第２の端部３２８に軸方向により近位である。これは、追加の冷却液の流れを、回転子構造におけるまたは動作的な熱過度中の異常のため回転子本体の表面に存在し得る高温地点に提供するために、回転子本体の外側表面３１２にわたって均一の冷却液分散を提供する。理解されるように、冷却液出口の異なる数字および傾斜度は、所与のアプリケーションのために好適であるように選択され得る。
【００３０】
冷却液出口３０２、３０４、および３０６は、隣接している回転子積層体において重複する放射状スロットによって画定され得る。当業者には理解されるように、放射状スロットの幅、放射状の幅、および長さは、放射状、接線状、または円周状に配向される冷却液出口を画定するように配設され得る。冷却液出口３０２、３０４、および３０６はまた、例えば、適切な流れ抵抗を、冷却液出口を通って流れる冷却液に提供するように、形成、または最適化され得る。この構造は、磁束ラインが間欠的にのみ中断されるため、回転子本体における不連続性と関連付けられる電磁的不利益を最小化する。
【００３１】
図４Ｃを今参照すると、回転子４００が、示される。回転子４００は、回転子本体４１０を含む。回転子本体４１０は、回転子本体１１０に類似し、加えて、側壁４０４および４０６によって画定される冷却液出口４０２を含む。側壁４０４および４０６は、内側表面４２０と外側表面４１２との間に回転子本体４１０の厚さを通って延在する。側壁４０４および４０６は、回転子本体４１０の長手方向の軸に対して斜めであり、第２の端４２８または回転子本体４１０に向かって配向される、冷却液出口軸を画定する。当業者には理解されるように、冷却液出口４０２は、回転子本体の第１の端部４２４に向かって軸方向に傾き得る。ハイブリッド結合もまた、可能である。かかる冷却液出口配向は、回転子の空洞内で冷却液の流れのバランスを取ることを可能にする。
【００３２】
図５Ａを今参照すると、回転子５１０が、示される。回転子本体５１０は、回転子本体１１０に類似し、加えて、回転子本体５１０を通って延在する側壁５０４によって画定される冷却液出口５０２を含む。回転子本体５１０は、回転子本体５１０に対して円周状に配置される１つ以上の冷却液出口５０２を含み得る。回転子本体の円周の周りに分散する冷却液出口は、全体的な半径内部表面の均一な冷却を提供する。それはまた、回転子本体の内側を通って均一に分散する冷却液によって半径高温地点を展開することを阻止する。
【００３３】
図５Ｂを今参照すると、回転子６１０の一部分が、示される。回転子本体６１０は、回転子本体１１０に類似し、加えて、側壁６０４によって画定される冷却液出口６０２を含む。側壁６０４は、冷却液の流れ経路Ｅを画定する。冷却液の流れ経路Ｅは、鋭角６０６を形成するように、回転子本体６１０とＴ線で接する。角６０６は、回転子本体６１０の回転の方向に反対である。回転（Ｒ）の方向に反対の方向において配向する冷却液出口６０２は、冷却液出口を通る冷却液の流れの速度を減少する。これは、出口付近で減少された回転子本体の冷却を提供する。
【００３４】
図５Ｃを今参照すると、回転子７１０の一部分が、示される。回転子本体７１０は、回転子本体１１０に類似し、加えて、側壁７０４によって画定される冷却液出口７０２を含む。側壁７０４は、冷却液の流れ経路Ｆを画定する。冷却液の流れ経路Ｆは、鋭角７０６を形成するように、回転子本体７１０とＴ線で接する。角７０６は、回転子本体６１０の回転（Ｒ）の方向である。回転の方向において配向する冷却液出口６０２は、冷却液出口を通る冷却液の流れの速度を増加する。これは、出口付近で増加された回転子本体の冷却を提供する。
【００３５】
従来の発電機は、軸受け摩擦、磁界変化による過損、および導体巻線内の電流の流れからの抵抗加熱からの熱の影響を受ける。高速発電機は、例えば、ウィンデイジ等の回転子と固定子との間のギャップ内の流体の摩擦熱の影響を受ける。本明細書に記載される回転子の実施形態は、回転子本体を通る冷却液を押し進めることにより能動的に回転子本体を冷却することによって、過損および抵抗加熱を通じて生成される熱を対流する。本明細書に記載される回転子の実施形態はまた、回転子と固定子との間のギャップを通って冷却液を押し進めることによるウィンデイジによって、生成される熱を離れて移流する。本明細書に記載される回転子の実施形態は、回転子と固定子との間の空気のギャップを抜きそれを水素と交換することによるウィンデイジによって、生成される熱の量をさらに減少する。水素は空気よりもより効率的に熱を伝導するため、熱は、回転子および固定子の両方から水素内により効率的に伝導される。さらに、ウィンデイジは、２．５動力および媒体の粘度の約平方根まで高められた空気ギャップを占める媒体の密度に比例するため、ウィンデイジによって生成される熱の量は、減少される。これは、能動的な冷却のために使用される空気、酸素、および窒素よりも、発電機を冷却するために比較的少ない水素の量を可能にする。当業者には理解されるように、水素等の冷却液で回転子を能動的に冷却することは、従来の方式で類似のサイズ、幾何学的配置、および重量の発電機よりもより大きい回転子速度、効率性、および／または電力密度で発電機を提供する。また理解されるように、キセノン等の他のガス状の容易に利用可能な冷却液は、原子力で動く高速発電機の一部の型において利用可能であり、またヘリウムは、ヘリウム電力補助電力ユニットの一部の型において利用可能であり、類似の効果で用いられ得る。
【００３６】
本開示の方法およびシステムは、上述されるおよび図面において示されるように、電力を生成するための方法およびシステムを提供する。本明細書に記載される方法およびシステムの実施形態は、能動的な開ループ冷却システムで小型の高速発電機を用いて電力を提供し得る。主題の開示の装置および方法が、好ましい実施形態と関連して示され記載される際、当業者は、主題の開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、それらに変更および／または修正が成され得ることを容易に理解するだろう。
【符号の説明】
【００３７】
１０  タービン交流発電機
１２  発電機
１４  タービン
１６  冷却液管路
１８  供給孔
２０  排出孔
２２  ポンプ
２４  冷却液供給部
２６  外部環境
２８  ギアアセンブリ
３０  速度制御弁
３２  潤滑油管路
３４  潤滑油ポンプ
３６  潤滑油バイパス弁
３８  潤滑油フィルタ
５０  固定子
５４  ギャップ
５６  内側表面
６０  巻線
１００  回転子
１１０  回転子本体
１１２  外側表面
１１４，１１５  冷却液注入口
１１６  冷却液出口
１２０  内側表面
１２４  第１の端部
１２８  第２の端部
１３２  第１のシャフト端
１３３  第２のシャフト端
２００  回転子
２０２  調節板
２０４  回転子本体内側表面
２０６  回転子本体空洞
２０８  第１の冷却液チャネル
２１０  回転子本体
２１４  冷却液注入口
２１６  冷却液出口
２１８  第２の冷却液チャネル
２２４  第１の端部
２２８  第２の端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
2015047062.tif 000006
【図４Ｂ】
2015047062.tif 000007
【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
2015047062.tif 000009
【図５Ｂ】
2015047062.tif 000010
【図５Ｃ】
2015047062.tif 000011
【外国語明細書】
2015047062000001.pdf