(57)【要約】ロータ１０と、軸方向に延びるコイル２２と同心のコイル端２８とを含むロータ巻線と、隣り合うコイル端の間に置かれ、それによって各々が隣接するスペースブロック１４０、２４０と隣接するコイル端２８とによって境界づけられた複数の空洞１４２、２４２を形成する複数のスペースブロック１４０、２４０とを含むガス冷却式発電電動機械が提供される。界磁コイル端領域の銅末端巻線２７からの熱伝達率を高めるために、冷却媒体流を取り込み該冷却媒体流をそれぞれの空洞１４２、２４２内へ向け直すように、少なくとも１つのスペースブロック１４０、２４０の空洞に面する表面１４４、２４４の半径方向内端部に隣接して、少なくとも１つのスクープ構造体１５６、２５６が設けられる。冷却媒体流の循環を助長するために、スペースブロック自体に湾曲した上流側及び／又は下流側表面２４４、２６２を持たせることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部分（１４）と、軸方向に延びるコイル（２２）と、前記本体部分（１４）の少なくとも１つの端部（１８）を超えて軸方向に延びる複数のコイル端（２８）を形成する末端巻線（２７）とを有するロータ（１０）と、
隣り合う前記コイル端（２８）の間に置かれ、それらの間に空洞（１４２、２４２）を形成する少なくとも１つのスペースブロック（１４０、２４０）と、
冷却媒体流を取り込み前記それぞれの空洞（１４２、２４２）内へ向け直すために、前記空洞に面する少なくとも１つのスペースブロック（１４０、２４０）の表面（１４４、２４４）の半径方向内端部に隣接して設けられた少なくとも１つのスクープ構造体（１５６、２５６）と、
を含むことを特徴とするガス冷却式発電電動機械。
【請求項２】
前記スクープ構造体（１５６、２５６）が、前記空洞の下流側２５８で、前記スペースブロックの円周方向に向いた表面（１４４、２４４）上に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の発電電動機械。
【請求項３】
単一のスクープ構造体（１５６、２５６）が、前記スペースブロック上に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の発電電動機械。
【請求項４】
前記単一のスクープ構造体（１５６）が、前記空洞の深さの少なくとも約半分だけ延びていることを特徴とする、請求項３に記載の発電電動機械。
【請求項５】
前記スクープ構造体（２５６）が、前記スペースブロック（２４０）と一体的に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の発電電動機械。
【請求項６】
前記スクープ構造体が、前記空洞（２４２）の下流側（２５８）を定める、前記スペースブロック（２４０）の第１の円周方向に向いた表面（２４４）上に形成され、該円周方向に向いた表面（２４４）が、冷却媒体流が前記空洞（２４２）内へ、また該空洞（２４２）を通って循環するのを助長するために湾曲していることを特徴とする、請求項５に記載の発電電動機械。
【請求項７】
前記スペースブロック（２４０）の第２の円周方向に向いた表面（２６２）が、その直ぐ下流の空洞の上流側（２６０）を定め、前記第２の表面（２６２）が、冷却媒体流が循環するのを助長するために全体的に湾曲していることを特徴とする、請求項６に記載の発電電動機械。
【請求項８】
前記スクープ構造体（１５６、２５６）の各々が、前記それぞれの空洞（１４２、２４２）の円周方向寸法の少なくとも約２０％だけ、前記スペースブロック（１４０、２４０）から延びていることを特徴とする、請求項１に記載の発電電動機械。
【請求項９】
前記スクープ構造体（１５６、２５６）の各々が、前記スペースブロックの半径方向内端部を超えて半径方向内向きに延びていることを特徴とする、請求項１に記載の発電電動機械。
【請求項１０】
スピンドル（１６）と本体部分（１４）とを有するロータ（１０）と、
前記本体部分（１４）上に置かれた軸方向に延びるコイル（２２）と、前記本体部分（１４）の少なくとも１つの端部（１８）を超えて軸方向に延びる、互いに間隔を置いて配置された同心のコイル端（２８）とを含み、該コイル端（２８）と前記スピンドル（１６）とがそれらの間に環状空間（３６）を形成している、ロータ巻線と、
前記コイル端（２８）の隣り合うコイル端の間に配置され、それによって複数の空洞（１４２、２４２）を形成する複数のスペースブロック（１４０、２４０）と、
を含み、
前記空洞の各々が、隣接するスペースブロック（１４０、２４０）と隣接するコイル端（２８）とによって境界づけられ、前記環状空間３６に対して開放されており、
少なくとも１つのスクープ構造体（１５６、２５６）が、冷却媒体流を取り込み前記それぞれの空洞（１４２、２４２）内へ向け直すために、前記空洞に面する少なくとも１つのスペースブロックの表面（１４４、２４４）の半径方向内端部に隣接して設けられている、
ことを特徴とするガス冷却式発電電動機械。
【請求項１１】
前記スクープ構造体（１５６、２５６）が、前記空洞の下流側２５８で、前記スペースブロックの円周方向に向いた表面（１４４、２４４）上に配置されていることを特徴とする、請求項１０に記載の発電電動機械。
【請求項１２】
単一のスクープ構造体（１５６、２５６）が、前記スペースブロック上に設けられていることを特徴とする、請求項１０に記載の発電電動機械。
【請求項１３】
前記単一のスクープ構造体（１５６）が、前記空洞（１４２）の深さの少なくとも約半分だけ延びていることを特徴とする、請求項１２に記載の発電電動機械。
【請求項１４】
前記スクープ構造体（２５６）が、前記スペースブロック（２４０）と一体的に形成されていることを特徴とする、請求項１０に記載の発電電動機械。
【請求項１５】
前記スクープ構造体（２５６）が、前記空洞（２４２）の下流側（２５８）を定める、前記スペースブロックの第１の円周方向に向いた表面（２４４）上に形成され、該円周方向に向いた表面（２４４）が、冷却媒体流が前記空洞（２４２）内へ、また該空洞（２４２）を通って循環するのを助長するために湾曲していることを特徴とする、請求項１４に記載の発電電動機械。
【請求項１６】
前記スペースブロック（２４０）の円周方向に向いた第２の表面（２６２）が、その直ぐ下流の空洞の上流側（２６０）を定め、前記第２の表面（２６２）が、冷却媒体流が循環するのを助長するために、全体的に湾曲していることを特徴とする、請求項１５に記載の発電電動機械。
【請求項１７】
前記スクープ構造体（１５６、２５６）の各々が、前記それぞれの空洞の円周方向寸法の少なくとも約２０％だけ、前記スペースブロックから延びていることを特徴とする、請求項１０に記載の発電電動機械。
【請求項１８】
前記スクープ構造体（１５６、２５６）の各々が、前記環状空間３６内の冷却媒体流を取り込むために、前記スペースブロックの半径方向内端部を超えて前記スピンドル（１６）に向かって半径方向内向きに延びていることを特徴とする、請求項１０に記載の発電電動機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転する末端巻線空洞内の熱伝導を増大させるために、より大量の冷却媒体流を末端巻線空洞内へ向けることにより、発電機ロータの冷却を向上させるための構造に関する。
【０００２】
【発明の背景】
大型ターボ発電機のような発電電動機械の出力定格は、導電体の絶縁に必要な温度限界の故に、一定量を超える電流をロータ界磁巻線に供給できる能力によってしばしば制限される。従って、ロータ巻線の効果的冷却は、その機械の出力能力に直接貢献する。このことは、これらの機械の典型的な構造故に直接的な強制冷却が難しく、コスト高になるロータ端部領域において特に言えることである。現今の市場傾向は、低コストでより高い効率と信頼性とを有しかつより高い出力密度を有する発電機を必要としているから、ロータ端部領域の冷却が限定要因となっている。
【０００３】
ターボ発電機ロータは、典型的にはロータのスロット内に取り付けられた同心の矩形コイルで構成される。ロータ本体による支持を超えるコイル末端部分（一般にコイル端と呼ばれる）は、典型的には保持リングにより回転力に抗して支持される（図１参照）。相対的位置を維持し、かつ熱負荷のような軸方向負荷に対する機械的安定性を加えるために、同心のコイル端の間には支持ブロックが断続的に置かれる（図２参照）。更に、銅コイルは、それらの外径において、遠心力に抗する保持リングにより半径方向に拘束される。スペースブロックと保持リングとの存在は、銅コイルに曝される多数の冷却媒体領域を生じる。主要な冷却媒体通路は、スピンドルとコイル端底部との間の軸方向通路である。また、コイルの境界面と、ブロックと、保持リング構造の内表面とによりコイルの間には、互いに分離された空洞が形成される。コイル端は、回転力によりコイル端の半径方向下方からこれらの空洞内へ送り込まれる冷却媒体に曝される（図３参照）。この熱伝達は低くなりがちである。その理由は、コンピュータを用いた流体力学的分析により算出された回転する単一のコイル端空洞内における流跡線によれば、冷却媒体流は、空洞に入り、主循環を横切り、空洞から流出するからである。通常この循環は、特に空洞の中心部付近において熱伝達係数が低くなる。従って、これはコイル端における熱除去のための手段ではあるが、能率は比較的良好でない。
【０００４】
より多くの冷却ガスをロータ端部領域内に流すために、様々な方式が使用されてきた。これらの冷却方式は全て、（１）導電体内に溝を機械加工するか、あるいは通路を形成することにより、銅製導電体内に直接冷却通路を作って、次に機械のどこか他の領域へガスを圧送すること、及び／又は（２）冷却ガスを導電体の表面上に強制的に流すために、バッフル、流路、及びポンプ要素を付け加えて、比較的高圧及び低圧の領域を作り出すことに依存している。
【０００５】
一部のシステムにおいては、冷却ガスをロータコイル端に沿って直接圧送しエアギャップ内に排出可能にするために、高度に応力が加わる保持リングに半径方向の孔を貫通させているが、このようなシステムは、保持リングに加わる大きな機械的応力及びその疲労寿命を考慮した場合、限られた有用性しか持つことができない。
【０００６】
従来の強制的ロータ端部冷却方式が使用される場合には、ロータの構造が著しく複雑となりコストが高くなる。例えば、直接冷却される導電体は、冷却通路を形成するために機械加工されるか、あるいは冷却通路が形成されるように製造されなくてはならない。これに加えて、ロータ内のいずれかの場所でガスを排出させるために、出口マニフォルドが設けられなくてはならない。強制冷却方式は、ロータ端部領域が別々の圧力区域に分割されることを必要とし、これに加えて多数のバッフル、流路、及びポンプ要素をも必要とし、この場合もこれらが複雑さとコストを増大させる。
【０００７】
これらの強制又は直接冷却方式が使用されない場合には、ロータコイル端は受動的に冷却される。受動冷却は、同心のロータ巻線間に形成されるブラインドの行止り空洞内でガスを循環させるために、ロータの遠心力と回転力とに依存する。ロータコイル端の受動冷却は、時として「自由対流」冷却とも呼ばれる。
【０００８】
受動冷却は、直接及び強制冷却を行う能動的システムと比較すると、熱除去能力は低下するが、複雑さとコストが最少化されるという利点をもたらす。典型的な空洞の４つの「側壁」は、同心の導電体とこれらの導電体を隔てる絶縁ブロックとによって形成され、「底」壁（半径方向外側の）は、回転に抗してコイル端を支える保持リングによって形成されるというように、これらの空洞はいずれにしても周囲を囲われているから、同心のロータ巻線間の空洞内へ入る全ての冷却ガスは、流入したのと同じ開口を通って出て行かなくてはならない。冷却ガスは、導電体とロータスピンドルとの間の環状の空間から入る。従って熱除去は、空洞内におけるガスの低い循環速度と、これらの空間に出入りできるガスの限られた量とによって制限される。
【０００９】
典型的構成においては、端部領域内の冷却ガスは、ロータ速度に達するほどにはまだ十分に加速されていない、つまり冷却ガスはロータ速度の何割かの速度で回転している。ロータと流体との間の相対的速度による衝突によって、流体が空洞内へ送り込まれるので、流れ方向で言えば下流であり、流体が高いモーメントで流入し、しかも流体冷却媒体が最も低温であるスペースブロック付近において、熱伝達係数は一般的に最高になる。熱伝達係数はまた、一般的に空洞周縁付近でも高い。空洞の中心部は、冷却される度合いが最も低い。
【００１０】
受動冷却システムの熱除去能力を増大させることは、低コストで単純かつ高信頼性の構造という利点を保ちながら、ロータの許容電流能力を増大させ、発電機の定格能力を増大させることになる。
【００１１】
参考文献としてその開示内容が本明細書に組み込まれている米国特許第５，６４４，１７９号は、自然発生するフローセル内に追加的な冷却流を、フローセルと同一方向に直接導入することにより、大きな単一のフロー循環セルの流速を増させて、熱伝達を増大させるための方法を記載している。これは図４及び図５に示されている。この方法は、循環セルの強さを増強することにより、空洞内における熱伝達を増大させるが、それでもなおロータ空洞の中央領域は低速度のままであり、従って低熱伝達のまま取り残される。隅部領域にも同じ低熱伝達がまだ存続する。
【００１２】
【発明の概要】
上述した必要性は、本発明によって解決され、本発明においては、同心の末端巻線の間に形成された空洞内へ一層多くの冷却ガスを送り込み、それによって停滞又は低運動量の流れ領域を減少させて熱伝達を増大させることにより、受動冷却システムの熱除去能力が改善される。更に具体的に言えば、冷却空洞内への冷却媒体流を増強して、流れの熱伝達率を増大させるために、本発明は、冷却媒体流反らせ部材としてのスクープ構造体を提供する。
【００１３】
従って、本発明の実施形態として、軸方向に延びるコイルと、ロータの本体部分の少なくとも１つの端部を超えて軸方向に延びる末端巻線とを有し、同心の末端巻線の間に１つ又はそれ以上のスペースブロックを配置した発電電動機械ロータが提供される。本発明の一実施形態においては、冷却媒体流体流を取り込み該冷却媒体流を半径方向外向きにそれぞれの冷却空洞内へ向けるために、少なくとも１つのスペースブロック、好ましくは少なくとも内側のスペースブロックが、その前方向に面する側の半径方向内端部に形成されたスクープを有する。
【００１４】
別の実施形態においては、冷却媒体流体流を取り込み該冷却媒体流体流を半径方向外向きにそれぞれの冷却空洞内へ向けるために、またそれぞれの隣り合う空洞を通る冷却流の循環を助長するために、全体的に連続的に湾曲した円周方向に面する表面を形成するように、スペースブロックの輪郭が変更される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の上記及びその他の目的並びに利点は、添付図面と関連してなされる本発明の現在好ましいとされる例示的な実施形態に関する以下の一層詳細な説明を注意深く検討することによって、より完全に理解され、その真価が認められるであろう。
【００１６】
図面において種々の図を通して同一参照符号は同じ要素を示しているが、その図面を参照すると、図１及び図２は、ガス冷却式発電電動機械のためのロータ１０を示しており、この発電電動機械はまた、ロータを取り囲むステータ１２を含む。ロータは、ロータスピンドル１６上にこれを中心にして置かれ、軸方向に対向する端面を有するほぼ円筒形の本体部分１４を含み、図１には、これら２つの端面のうちの１つの端面の一部分１８が示されている。本体部分には、ロータ巻線を構成する同心に配設されたコイル２２を受けるための、円周方向に間隔を置いて配置された複数の軸方向に延びるスロット２０が設けられる。解り易くするために、ロータコイルが５つだけ図示されているが、実用に際しては通常もっと多くのロータコイルが使用される。
【００１７】
具体的に言うと、ロータ巻線の一部を構成する多数の導電体バー２４が、個々のスロット内で積み重ねられる。隣り合う導電体バーは、電気絶縁層２６によって隔てられる。積み重ねられる導電体バーは、銅などの導電性材料で作られ、典型的にはウェッジ２６（図１）によりスロット内に保持される。本体部分の対向する各端部において、導電体バー２４は末端巻線２７により相互に接続され、末端巻線は、端面を超えて軸方向に延び、積み重ねられたコイル端２８を形成する。末端巻線も電気絶縁層によって互いに隔てられる。
【００１８】
特に図１を参照すると、遠心力に抗してコイル端を定位置に保持するために、本体部分の各端部における末端巻線２７の周りには、保持リング３０が置かれる。保持リングは、その１つの端部において本体部分に固定され、ロータスピンドル１６を覆って延びる。保持リング３０の遠位端には、中心リング３２が取り付けられる。当技術分野では知られているように、保持リング３０と中心リング３２とは、上記とは異なるやり方で取り付けることも可能であることに注目されたい。ガス入口通路３４を形成するために、中心リング３２の内径はロータスピンドル１６から半径方向に間隔を置いて配置され、また環状の領域３６を形成するために、コイル端２８はスピンドル１６から間隔を置いて配置される。冷却ガスをコイル２２へ送給するために、スロット２０に沿って形成された多数の軸方向冷却通路３８は、環状領域３６を介してガス入口通路３４と流体連通している。
【００１９】
次に図２を参照すると、ロータ１０の各端部におけるコイル端２８は、多数のスペーサ又はスペースブロック４０により、円周方向と軸方向とに隔てられる。（図示を明瞭にするために、図１にスペースブロックは示されていない。）スペースブロックは、隣り合うコイル端２８の間の空間内に置かれた、絶縁材料からなる細長いブロックであり、コイル端の半径方向の全体深さを超えて環状空隙３６内まで延びる。従って、末端巻線の同心の積み重ね（以下においてはコイル端と呼ぶ）の間の空間は、幾つかの空洞に分割される。これらの空洞は、その頂部を保持リング３０により、また四方を隣接するコイル端２８とスペースブロック４０とにより境界づけられる。図１において最もよく分るように、これらの空洞の各々は、環状領域３６を介してガス入口通路３４と流体連通している。従って、ガス入口通路３４を介して、コイル端２８とロータスピンドル１６との間の環状領域３６に入る冷却ガスの一部は、空洞４２に入り、その内部で循環し、次いでコイル端とロータスピンドルとの間の環状領域３６に戻る。図１及び図３には、空気流が矢印で示されている。
【００２０】
回転する発電機空洞内で作用する固有のポンプ作用と回転力とは、図３に概略的に示したように、大きな単一のフロー循環セルを生み出す。このフロー循環セルは、空洞の周縁付近で最高速度を示すが、空洞の中央領域における固有の低速度により、中央領域は十分に冷却されないままである。図３から分るように、フローセルの円形運動は冷却流を隅部内に運ばないから、隅部領域の大きな区域も十分には冷却されない。
【００２１】
次に図６を参照すると、ここには回転方向を矢印Ｘで表したコイル端空洞１４２を示すロータコイル端の一部分が示されている。本発明の第１の実施形態によれば、それぞれのコイル端空洞内への冷却媒体流を増加させるために、少なくとも１つのスペースブロック１４０は、それぞれのスペースブロック１４０の上流側表面１４４によって定められる空洞の底部を横切る冷却媒体流の方向に対するそれぞれの空洞の下流側において、それぞれのスペースブロックの半径方向内端部に、スクープ構造体１５６を備えている。スクープ構造体１５６は、空洞内へ送り込まれる冷却流体の量を増大させて、空洞内部における循環流を増し、それによってそれぞれの空洞からの熱除去を増大させるために設けられる。図示した実施形態においては、スクープ構造体１５６は、空洞の半径方向内端部の円周方向寸法の少なくとも約２０％、更に好ましくは約２０％から４０％の距離だけ、スペースブロック１４０から上流方向へ延びる。更に、図示した実施形態においては、スクープ構造体１５６は、スペースブロックとスピンドルとの間に形成された空隙３７の半径方向寸法の約半分を捕捉するように、下向き、つまり半径方向内向きに延びる。
【００２２】
更に具体的に言えば、各スクープ構造体１５６は、半径方向内縁部１５０において終端する全体的に連続的に湾曲した上表面１４８を含む。図示したように、スペースブロックの深さの少なくとも一部分に沿って流れ取込線を形成するスクープ構造体１５６の半径方向内縁部１５０は、スペースブロック１４０とスピンドル１６との間の空隙３７に向かう筈の流れを取り込み、該流れを向け直すために、スペースブロック１４０の半径方向内側表面１５２より下方へ延びる。半径方向内縁部１５０から下流のスクープ構造体１５６の表面１５４は、全体的に徐々に移行して、図６に示す実施形態においてはほぼ従来形の構成であるスペースブロックの半径方向内側表面１５２に達する。
【００２３】
流れを空洞内へまたスペースブロックに沿って案内かつ方向付けするために、スクープ構造体１５６の湾曲した上表面１４８は、スクープがスペースブロックの半径方向内側表面１５２より下方へ延びる距離よりも大きな距離だけ、スペースブロックの上流側表面１４４に沿って上方へ延びる。スクープは、スペースブロックのほぼ軸方向寸法全体に沿って延びてもよいし、あるいは矢印Ａによって示すように、円周方向に隣接する次の空洞への流れを助長するために、流れの一部分のみが取り込まれ、かつ反らされて空洞１４２内で循環するように、１つの切頭構造体又は一連の切頭構造体として設けることもできる。
【００２４】
現在のところ好ましい実施形態においては、空洞の深さ、すなわち軸方向寸法の大きな部分、例えば空洞の深さの少なくとも約７５％、更に好ましくは１００％にわたって延びる単一のスクープが設けられる。しかしながら、別の実施形態においては、各スクープ構造体は、下流に隣接する次の空洞への流れのために、少なくとも１つのバイパス流れ領域を残すために、スペースブロックの深さ、つまり軸方向寸法の一部分だけ延びるようにすることができる。この別の実施形態においては、スペースブロックの深さの一部分だけ延びるスクープ構造体は、空洞の１方のコイル端壁付近から、又は空洞の他方のコイル端壁付近から、又はこのスクープ構造体に関連するスペースブロックのほぼ中央から、空洞の深さの一部分だけ延びるように配置することもできる。例示的な一実施形態においては、単一のスクープ構造体が、関連するスペースブロックの深さの少なくとも約半分だけ延びるように設けられる。更に別の実施形態によれば、２つ又はそれ以上の軸方向に整列させたスクープ構造体を、その各々が空洞の軸方向寸法すなわち深さの一部分だけにわたって延びるように設けることもできる。このように、下流に隣接する次の空洞への流れのために少なくとも１つのバイパス流れ領域が設けられる。
【００２５】
作動時において、ロータの回転により、冷却ガスが、ガス入口３４を介してコイル端２８とロータスピンドル１６との間の環状領域３６内へ引き込まれることになる。動圧ヘッドが発生し、これが空洞の下流側端部に設けられたスクープ構造体１５６に向けて、また該スクープ構造体１５６に沿って、冷却ガスを送り込むことになる。冷却ガスは、そこからスペースブロック１４０の上流側表面１４４に沿って方向付けされ、空洞１４２内で循環する。スクープは、スペースブロック１４０とスピンドル１６との間の空隙３７内へ連続的に流入し、これを通過する筈の流れを取り込むから、それぞれの空洞を通る冷却媒体流は増大され、それによって熱伝導が増大する。
【００２６】
図示した実施形態においては、それぞれのコイル端構造と関連させて５つのスペースブロックが図示され、また本発明のスクープ構造体１５６を、３つの中間スペースブロック１４０上に設けた状態が示されている。冷却媒体流の方向に対してコイル端アセンブリの第１のスペースブロックの上流側表面の直ぐ上流には循環流の空洞が形成されないので、この上流側表面上には、スクープを設けないのが好ましいということを理解されたい。最も下流のスペースブロックも、スクープ構造体を持たないものとして図示されている。しかしながら、このコイル端スペースブロックの直ぐ上流に形成される空洞内で冷却循環流を強めることが必要もしくは望ましいと考えられる場合には、このコイル端スペースブロック上にスクープ構造体を設けてもよい。
【００２７】
次に図７を参照すると、ここには本発明の別の実施形態が示されている。図７は、環状空隙内の冷却媒体流を取り込んですくい取り、それぞれの空洞内での循環流を更に強めるように構成されたスペースブロック２４０を示している。更に具体的に言えば、図７の実施形態においては、スクープ構造体２５６はスペースブロック２４０と一体的に作られ、そのスペースブロック自体が、空洞を通る流れの移行を容易にするように輪郭付けされている。
【００２８】
図示した実施形態においては、空洞側２５８は、一般に冷却媒体流に対して空洞の下流側としての性格をもち、従ってスペースブロックの上流側表面２４４によって定められる。空洞側２６０は、一般に空洞の上流側としての性格をもち、従ってそれぞれの空洞の上流側に配置されたスペースブロックの下流側表面２６２によって定められる。図７の実施形態においては、スペースブロック２４０自体が、空洞のそれぞれの側面に沿った流れの移行を容易にするように輪郭付けされる。そのために、スペースブロック２４０の半径方向中央領域２６４は、該スペースブロックのその他の領域よりも円周方向に狭めて作られる。スペースブロックのこの部分の寸法を減少させて、全体的に湾曲した上流側表面２４４と下流側表面２６２とを形成することにより、空洞の循環流抵抗が低下して、流れが更に一様になり、それによって熱伝導が増大される。
【００２９】
第２の実施形態は、冷却ガスが環状通路３６内へ送り込まれる点では第１の実施形態とほぼ同様に機能するから、冷却ガスは、それぞれのスクープ構造体２５６によって取り込まれ、それによってそれぞれの空洞４２内における循環流として、ロータ軸線に対してほぼ半径方向外向きに流れる。図示したように、それぞれのスペースブロック２４０の上流壁２４４によって定められる空洞の下流側２５８の曲率は、流れをほぼ円形状の流れ経路に沿って保持リング３０に向けて、上流に隣接する次のスペースブロックに向けて、またこのスペースブロックの輪郭付けされた円周方向下流側表面２６２に沿って方向付ける。図示した実施形態においては、スペースブロックの円周方向表面２６２は、一般にコイル端構造の半径方向内端部２６６付近で終端するから、流れはコイル端２８とスピンドル１６との間に形成された環状通路３６内に再び入る。
【００３０】
図７に示した実施形態においては、図示したコイル端２８と関連した５つのスペースブロックの内の３つが、循環する冷却媒体流を増強して熱伝導を向上させるように再構成されている。最も上流のスペースブロックの第１の表面の直ぐ上流に形成される冷却媒体循環空洞は通常存在しないから、このスペースブロックの第１の表面は、冷却媒体流を取り込み該冷却媒体流を向け直すようには構成されないのが好ましい。図７には示されていないが、第１のスペースブロックの下流側表面６２は、それぞれの空洞内で循環流を強めるように構成してもよい。同様に、図示されていないが、最後のスペースブロックの上流側表面４４は、それぞれの空洞内の循環流を強めるために、スクープ構造体を含み、かつ凹状に湾曲させることができる。しかしながら、その下流側表面は、再循環冷却媒体流空洞とは関係しておらず、それ故その再構成された表面は、コイル端２８と関係する全てのスペースブロックを共通の構成にすることから得られるコスト節約及び利益の点を除けば、必要又は望ましいとは考えられない。
【００３１】
本発明を、現在最も実用的で好ましいと考えられる実施形態に関連させて説明してきたが、本発明はここに開示した実施形態に限定されるものでない。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】
【図１】ロータと向かい合うステータを備える発電電動機械ロータのコイル端領域の一部分の断面図。
【図２】図１の線２−２に沿って見た、発電電動機械ロータの平面断面図。
【図３】コイル端空洞に入り、これを通過する受動ガス流を示す概略図。
【図４】米国特許第５，６４４，１７９号に開示された発明の第１の実施形態によるロータコイル端領域の一部分の一部切り欠き斜視図。
【図５】米国特許第５，６４４，１７９号に開示された発明の第２の実施形態を示すロータコイル端領域の一部分の一部切り欠き斜視図。
【図６】本発明の実施形態によるスペースブロック構成を示す部分断面図。
【図７】本発明の別の実施形態によるスペースブロック構成を示す、図６と同様な断面図。
【符号の説明】
１０  ロータ
１２  ステータ
１４  本体部分
１６  ロータスピンドル
１８  本体部分の１つの端部
２２  コイル
２４  導電体バー
２６  ウェッジ
２７  末端巻線
２８  コイル端
３０  保持リング
３２  中心リング
３４  ガス入口通路
３６  環状領域
３８  軸方向冷却通路
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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