(57)【要約】  ウェットキャビティ電気機械は、ポストによって形成される２つのステータ極及びステータ巻線を形成するためポストに巻付けられるワイヤを有するステータコアであって、ステータ巻線は座巻を有する、ステータコアと、ロータであって、ステータに対して回転するように構成され、２つのロータ極及び液体冷却剤がロータを通って流れるためのチャネルを有する、ロータと、ステータコアとステータ巻線との間でステータ巻線を囲む熱伝導性でかつ電気絶縁性の材料の層と、チャネル及びステータ巻線座巻と流体連通状態の少なくとも１つの流体ポートとを含み、座巻はチャネルを通過する液体冷却剤にさらされることになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポストによって形成される２つのステータ極及びステータ巻線を形成するため前記ポストに巻付けられるワイヤを有するステータコア（１１０）であって、前記ステータ巻線は座巻（１１６）を有する、ステータコア（１１０）と、
ロータであって、前記ステータに対して回転するように構成され、２つのロータ極及び液体冷却剤が前記ロータを通って流れるためのチャネルを有する、ロータと、
前記ステータコア（１１０）と前記ステータ巻線との間で前記ステータ巻線を囲む熱伝導性でかつ電気絶縁性の材料の層（１２４）と、
前記チャネル及び前記ステータ巻線座巻（１１６）と流体連通状態の少なくとも１つの流体ポート（８７）とを備え、前記座巻（１１６）は前記チャネルを通過する液体冷却剤にさらされることになる、ウェットキャビティ電気機械。
【請求項２】
前記流体ポート（８７）は流体ノズルを更に備える、請求項１記載の電気機械。
【請求項３】
前記流体ノズルは、前記座巻（１１６）に近接する前記ロータ上に位置決めされ、それにより、前記ロータ上の前記流体ノズルは、ステータ巻線座巻（１１６）のセットを、前記チャネルを通過する液体冷却剤にさらすように構成される、請求項２記載の電気機械。
【請求項４】
前記座巻（１１６）は、前記ポストを通過して軸方向に延在する前記ステータ巻線の部分によって画定される、請求項１記載の電気機械。
【請求項５】
前記層（１２４）は、１．２ワット／摂氏温度・メートル以上の熱伝導率を有する、請求項１記載の電気機械。
【請求項６】
前記層（１２４）は窒化ホウ素を含む、請求項５記載の電気機械。
【請求項７】
前記層（１２４）は窒化ホウ素を含む混合物を含む、請求項５記載の電気機械。
【請求項８】
前記ステータコア（１１０）または前記巻線の少なくとも一方は、前記混合物でコーティングされる、請求項７記載の電気機械。
【請求項９】
前記層（１２４）は２５０Ｖ／ｍｉｌの最小絶縁耐力を有する、請求項１記載の電気機械。
【請求項１０】
前記層（１２４）は熱伝導性通路を画定し、前記ステータコア（１１０）内で発生する熱は、前記通路に沿って前記座巻（１１６）まで伝導的に伝達される、請求項１記載の電気機械。
【請求項１１】
前記熱伝導性通路は、前記ステータ巻線内で発生する熱を前記座巻（１１６）まで更に伝導的に伝達する、請求項１０記載の電気機械。
【請求項１２】
発電システムであって、
ウェットキャビティ機械を含み、前記ウェットキャビティ機械は、
ポストによって形成される２つのステータ極及びステータ巻線を形成するため前記ポストに巻付けられるワイヤを有するステータコア（１１０）であって、前記ステータ巻線は第１及び第２の座巻を有する、ステータコア（１１０）と、
ロータであって、前記ステータに対して回転するように構成され、２つのロータ極及び液体冷却剤が前記ロータを通って流れるためのチャネルを含む、ロータと、
前記ステータコア（１１０）と前記ステータ巻線との間で前記ステータ巻線を囲む熱伝導性でかつ電気絶縁性の材料の層（１２４）と、
前記チャネル及び前記ステータ巻線座巻（１１６）と流体連通状態の少なくとも１つの流体ポート（８７）とを備え、前記座巻（１１６）は前記チャネルを通過する液体冷却剤にさらされることになり、
前記座巻（１１６）を、前記チャネルを通過する前記液体冷却剤にさらす、発電システム。
【請求項１３】
前記ウェットキャビティ機械は、始動機発電機を更に備える、請求項１２記載の発電システム。
【請求項１４】
所定のレベル以上の冷却を提供し、前記所定のレベルは外部液体冷却ジャケットに基づく、請求項１２記載の発電システム。
【請求項１５】
タービンエンジンに近接して位置決めされる、請求項１２記載の発電システム。
【請求項１６】
前記ウェットキャビティ機械の軸方向長さは前記ステータコア（１１０）の径より著しく長い、請求項１５記載の発電システム。
【請求項１７】
前記流体ポート（８７）は流体ノズルを更に備える、請求項１２記載の発電システム。
【請求項１８】
前記層（１２４）は、１．２ワット／摂氏温度・メートル以上の熱伝導率を有する、請求項１２記載の発電システム。
【請求項１９】
回転可能ロータを更に備え、前記流体ポートは、前記第１及び第２の座巻（１１６）の少なくとも一方に近接する前記ロータ上に位置決めされ、それにより、前記回転可能ロータ上の前記流体ノズルは、ステータ巻線座巻（１１６）のセットを、前記チャネルを通過する液体冷却剤にさらすように構成される、請求項１２記載の発電システム。
【請求項２０】
ステータコア（１１０）を組立てる方法であって、
熱伝導性でかつ電気絶縁性の材料の層（１２４）を前記ステータコア（１１０）のスロットのセットに挿入すること、及び、
巻線のセットを前記ステータコア（１１０）のスロットの前記セットに入るように２極構成で配線し、巻線座巻（１１６）をスロットの前記セットを通過して軸方向に延在させることを含み、
前記熱伝導性でかつ電気絶縁性の材料の層（１２４）は、前記ステータコア（１１０）と巻線の前記セットとの間に位置決めされる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェットキャビティ電気機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の航空機エンジンは、電気機械または発電システムを含み、発電システムは、稼動中の航空機エンジンを発電モードで利用して、電気エネルギーを航空機上の電力システム及びコンポーネントに提供する。一部の航空機エンジンは、始動機／発電機（Ｓ／Ｇ：ｓｔａｒｔｅｒ／ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）システムを更に含み得、Ｓ／Ｇシステムは、モータとして働いて、航空機エンジンを始動させ、及び、発電機として働いて、エンジンが稼動した後に航空機上の電力システムに電気エネルギーを提供する。モータ及び発電機は、ロータ及びステータを収容するキャビティが液体冷却剤にさらされるウェットキャビティシステム、または、キャビティが液体冷却剤にさらされないドライキャビティシステムであり得る。ドライキャビティシステムは、同様に、１つまたは複数の含まれる冷却システム内で液体冷却剤を利用し得るが、キャビティが液体冷却剤にさらされない限り、依然としてドライキャビティと考えられる。現代のタイプのウェットまたはドライキャビティシステムの両者はそれぞれの利点を有する。例えば、ドライキャビティシステムは、一般に、ウェットキャビティシステムよりも、損失が少なく、効率が高く、信頼性が高く、メンテナンスがあまり必要とされず、姿勢独立性がある。対照的に、ウェットキャビティ電気機械の電力密度は、高い冷却効果のために、ドライキャビティ電気機械の電力密度よりかなり高い可能性がある。
【０００３】
発電機システムの動作要件または動作環境は、ウェットキャビティシステムまたはドライキャビティシステムのいずれについても冷却要件を増加させる可能性がある。例えば、タービンエンジンの高温環境に近接する発電機システムは、ステータまたは発電機を囲む外部冷却ジャケットを更に含み得、それにより、冷却ジャケットは、ステータの外側表面を、冷却ジャケットを横断する冷却剤にさらす。冷却システムの追加は、通常、発電機システムのコスト、複雑さを増大させ、重量及びサイズ要件を増加させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第ＷＯ２０１３／２０７３９５Ａ１号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様において、ウェットキャビティ電気機械は、ポストによって形成される２つのステータ極及びステータ巻線を形成するためポストに巻付けられるワイヤを有するステータコアであって、ステータ巻線は座巻を有する、ステータコアと、ロータであって、ステータに対して回転するように構成され、２つのロータ極及び液体冷却剤がロータを通って流れるためのチャネルを有する、ロータと、ステータコアとステータ巻線との間でステータ巻線を囲む熱伝導性でかつ電気絶縁性の材料の層と、チャネル及びステータ巻線座巻と流体連通状態の少なくとも１つの流体ポートとを含み、座巻はチャネルを通過する液体冷却剤にさらされることになる。
【０００６】
別の態様において、発電システムは、ウェットキャビティ機械を含み、ウェットキャビティ機械は、ポストによって形成される２つのステータ極及びステータ巻線を形成するためポストに巻付けられるワイヤを有するステータコアであって、ステータ巻線は第１及び第２の座巻を有する、ステータコアと、ロータであって、ステータに対して回転するように構成され、２つのロータ極及び液体冷却剤がロータを通って流れるためのチャネルを含む、ロータと、ステータコアとステータ巻線との間でステータ巻線を囲む熱伝導性でかつ電気絶縁性の材料の層と、チャネル及びステータ巻線座巻と流体連通状態の少なくとも１つの流体ポートとを含み、座巻はチャネルを通過する液体冷却剤にさらされることになる。発電システムは、座巻を、チャネルを通過する液体冷却剤にさらす。
【０００７】
更に別の態様において、ステータコアを組立てる方法は、熱伝導性でかつ電気絶縁性の材料の層をステータコアのスロットのセットに挿入すること、及び、巻線のセットをステータコアのスロットのセットに入るように２極構成で配線し、巻線座巻をスロットのセットを通過して軸方向に延在させることを含む。熱伝導性でかつ電気絶縁性の材料は、ステータコアと巻線のセットとの間に位置決めされる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態による始動機／発電機（Ｓ／Ｇ）を有するガスタービンエンジンの斜視図である。
【図２】図１の発電機の外部の斜視図である。
【図３】図２のラインＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切取られたＳ／Ｇの略断面図である。
【図４】図２の主機械のステータの断面図である。
【図５】主機械のステータを組立てる方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態は、電気モータを使用する任意の環境において、電気モータが駆動力を提供するかまたは電気を発生するかによらず、実装され得る。本説明のために、こうした電気モータは、１つまたは複数のステータ／ロータの組合せが機械に含まれ得ることを明らかにすることを意味する、電気機械、電気機械アセンブリ、または同様な言い方で一般に呼ばれることになる。本説明は発電を提供する電気機械を主に対象とするが、本説明は、同様に、駆動力を提供する電気機械または駆動力と発電の両方を提供する電気機械に適用可能である。更に、本発明は航空機環境を主に対象とするが、本発明の実施形態は、電気機械を使用する任意の環境において適用可能である。そのため、企図される環境の簡潔な要約は、より完全な理解を支援するはずである。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態による、付属品ギアボックス（ＡＧＢ：ａｃｃｅｓｓｏｒｙ  ｇｅａｒ  ｂｏｘ）１２及び始動機／発電機（Ｓ／Ｇ）１４を有するガスタービンエンジン１０を示す。ガスタービンエンジン１０は、現代の商業及び軍事航空で一般に使用されるＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＧＥｎｘまたはＣＦ６シリーズエンジン等のターボファンエンジンであり得る、または、ガスタービンエンジン１０は、ターボプロップまたはターボシャフト等の種々の他の知られているガスタービンエンジンであるであろう。ガスタービンエンジン１０は、同様に、アフターバーナを有し得、アフターバーナは、低圧タービン領域の下流で更なる量の燃料を燃焼させて、排気ガスの速度を増加させ、それにより、推力を増加させる。ＡＧＢ１２は、機械的動力取出し装置１６によってガスタービンエンジン１０のタービンシャフト（図示せず）に結合され得る。ガスタービンエンジン１０は、現代の商業及び軍事航空で一般に使用される任意の適したガスタービンエンジンであり得る、または、ガスタービンエンジン１０は、ターボプロップまたはターボシャフト等の種々の他の知られているガスタービンエンジンであるであろう。ガスタービンエンジン１０の型及び詳細は、本発明に直接関係がなく、本明細書で更に述べられない。Ｓ／Ｇ１４が示され述べられるが、本開示の実施形態は、任意の電気機械または発電機を含み得、始動機能を提供し得る発電機の実施形態に限定されない。
【００１１】
図２は、Ｓ／Ｇ１４、及び、Ｓ／Ｇ１４をＡＧＢ１２にクランプするために使用されるクランピングインタフェース２０を含み得るそのハウジング１８をより明瞭に示す。複数の電気接続部が、Ｓ／Ｇ１４の外部に設けられて、Ｓ／Ｇ１４へのまたＳ／Ｇ１４からの電力の伝達を提供し得る。電気接続部は、ケーブルによってガスタービンエンジン１０を有する航空機の配電ノードに更に接続されて、照明灯及び座席背面モニター等の航空機上の種々のアイテムに電力供給し得る。Ｓ／Ｇ１４は、Ｓ／Ｇ１４のコンポーネントまたはＳ／Ｇ１４に近接するコンポーネントが発生する熱を冷却または消散するための液体冷却剤システムを含み、そのコンポーネントの１つの非制限的な例はガスタービンエンジン１０であり得る。例えば、Ｓ／Ｇ１４は、冷却剤としてオイルを使用する液体冷却システムを含み得る。液体冷却システムは、Ｓ／Ｇ１４に対する冷却剤の供給を制御するために冷却流体入口ポート８２及び冷却流体出口ポート８４を含み得る。図示しないが、本開示の実施形態は、冷却流体入口ポート８２及び冷却流体出口ポート８４に流体結合される液体冷却剤リザーバならびに冷却剤をポート８２、８４またはＳ／Ｇ１４を通して強制的に供給する液体冷却剤ポンプ等の他の液体冷却システムコンポーネントを更に含み得る。オイルは、本開示の実施形態で使用され得る液体冷却剤の１つの非制限的な例に過ぎない。
【００１２】
Ｓ／Ｇ１４の内部は、図３に最もよく見られ、図３は、図２に示すＳ／Ｇ１４の断面図である。回転可能シャフト４０は、Ｓ／Ｇ１４内に位置し、種々のコンポーネントを支持するための主要な構造である。回転可能シャフト４０は、単一径またはその長さに沿って変動し得る径を有し得る。回転可能シャフト４０は、離間した軸受４２及び４４によって支持される。Ｓ／Ｇ１４の要素の幾つかは、固定コンポーネント及び回転コンポーネントを有し、回転コンポーネントは回転可能シャフト４０上に設けられる。これらの要素の例は、主機械キャビティ５１内に収容される主機械５０、励磁機６０、及び永久磁石発電機（ＰＭＧ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｍａｇｎｅｔ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）７０を含み得る。対応する回転コンポーネントは、主機械ロータ５２、励磁機ロータ６２、及びＰＭＧロータ７２をそれぞれ備え、対応する固定コンポーネントは、主機械ステータ５４またはステータコア、励磁機ステータ６４、及びＰＭＧステータ７４を備える。こうして、主機械ロータ５２、励磁機ロータ６２、及びＰＭＧロータ７２は、回転可能シャフト４０上に配設される。固定コンポーネントは、ハウジング１８の任意の適した部分上に搭載され得る。主機械ステータ５４、励磁機ステータ６４、及びＰＭＧステータ７４は、回転可能シャフト４０がそこを通って延在する内部を画定する。
【００１３】
主機械ロータ５２、励磁機ロータ６２、及びＰＭＧロータ７２が複数のロータ極を有し得、主機械ステータ５４、励磁機ステータ６４、及びＰＭＧステータ７４が複数のステータ極を有し得、それにより、磁界が生成され、Ｓ／Ｇ１４が磁界と電流保持導体の相互作用によって動作して、動力を発生し得ることが理解されるであろう。ロータ極及びステータ極の少なくとも一方は、ポスト及びポストに巻付けられるワイヤを有するコアによって形成されて、少なくとも１つの座巻を有する、巻線を形成し得る。励磁機６０は、主機械５０の巻線に直流を提供し得、主機械５０及びＰＭＧ７０は、回転可能シャフト４０が回転するときにＡＣ電力を供給し得る。
【００１４】
Ｓ／Ｇ１４のコンポーネントは、知られている発電機の任意の組合せであり得る。例えば、主機械５０は、同期または非同期発電機であり得る。この実施形態で示す付属品に加えて、特定の用途のために動作される必要がある他のコンポーネントが存在し得る。例えば、示す電気機械付属品に加えて、同じ回転可能シャフト４０から駆動される、液体冷却剤ポンプ、流体圧縮機、または油圧ポンプ等の他の付属品が存在し得る。
【００１５】
先に説明したように、Ｓ／Ｇ１４は、オイル冷却式であり得、したがって、冷却システム８０を含み得る。冷却オイルが使用されて、Ｓ／Ｇ１４の電気及び機械機能が発生する熱を消散し得る。オイルを使用する冷却システム８０は、同様に、Ｓ／Ｇ１４の注油を可能にし得る。示す実施形態において、Ｓ／Ｇ１４は、液体冷却式のウェットキャビティシステムであり得、冷却システム８０に対する冷却流体の供給を制御するため冷却流体入口ポート８２及び冷却流体出口ポート８４を含むものとして示される冷却システム８０を有する。冷却システム８０は、例えば、冷却流体リザーバ８６及び種々の冷却通路を更に含み得る。回転可能シャフト４０は、主機械ロータ５２、励磁機ロータ６２、及びＰＭＧロータ７２用の１つまたは複数の流れチャネルまたは経路（矢印８５として示す）を提供し得る。図示するように、主機械ロータ５２は、スプレーノズル等の２つの軸方向に離間する流体ポート８７として示す少なくとも１つの流体ポート８７を更に含み得、スプレーノズルは、１つまたは複数の流れチャネル８５と流体連通状態にあり、主機械キャビティ５１の少なくとも一部分を、チャネル８５を通過する冷却剤にさらすように構成される。例えば、回転可能シャフト４０が回転するにつれて、少なくとも１つの流体ポート８７は、シャフト４０の周りに回転し得、それにより、流れチャネル８５を横断する冷却流体は、少なくとも１つの流体ポート８７を通してキャビティ５１に入り、例えば、巻線、巻線座巻上に、あるいは、流体ポート８７の回転経路に近接する代替のまたは付加的なコンポーネント上にさらされ得る、噴射され得る、またはそうでなければ、堆積され得る。
【００１６】
ウェットキャビティ発電機において、冷却流体は、主機械ステータ５４または主機械ロータ５２等の主機械キャビティ５１内のコンポーネントに直接接触するまたは直接さらされることを許可される。このウェットキャビティアプローチは、その高い冷却効果によってウェットキャビティＳ／Ｇ１４の電力密度を増加させる。
【００１７】
従来のウェットキャビティアプローチに関する問題は、少なくとも１つの流体ポート８７が利用されて、ポート８７に近接する主機械キャビティ５１内のコンポーネントから熱を消散または除去し得るが、少なくとも１つの流体ポート８７から離間するコンポーネント、例えば、示すいずれの流体ポート８７からも離間する主機械ステータ５４の軸中心８９が、望ましくない熱を保持し、Ｓ／Ｇ１４性能または出力の減少をもたらし得ることである。望ましくない熱は、例えば、Ｓ／Ｇ１４運転中に発生するヒステリシスまたは渦電流によるステータコア損失によってもたらされ得る。従来の発電機は、低熱伝導（例えば、約０．１２ワット／摂氏温度・メートル「Ｗ／ｍＣ」）層をステータとステータ巻線との間に含んで、熱のわずかな部分をステータから離れて巻線に熱伝導させ、一方、外部冷却ジャケットが大部分の熱をステータから離れて熱伝導させることによってこの問題に対処し得る。従来の外部冷却ジャケットは、主機械ステータ５４の少なくとも一部分を囲む冷却剤通路を含み、ジャケット冷却剤通路は、チャネル８５等の液体冷却剤源に流体結合される。冷却用ジャケットを横断する液体冷却剤は、所望のＳ／Ｇ１４運転を保証するため冷却を提供するが、冷却システムの追加は、発電機システムのコスト、複雑さを増加させ、重量及びサイズ要件を倍加する。
【００１８】
本開示の実施形態は、熱伝導性でかつ電気絶縁性の材料の層を使用して、現代の実施形態に勝る主機械ステータ５４冷却能力を増加させることによって、少なくとも主機械ステータ５４の冷却問題に対処する代替の解決策を提供する。本開示の実施形態が主機械ステータ５４冷却能力を著しく増加させるため、Ｓ／Ｇ１４は、上述した冷却システム８０（例えば、チャネル８５、流体ポート８７、冷却剤ポンプ、または冷却剤リザーバ８６）を除いて、Ｓ／Ｇ１４の外部の更なる冷却システムがない状態で設計または運転され得る。換言すれば、本開示の実施形態は、システムが少なくとも外部液体冷却ジャケットがない状態で設計または運転され得、それにより、システムが所定のレベル（外部液体冷却ジャケットに基づく）以上の冷却を提供するウェットキャビティＳ／Ｇ１４を可能にする。
【００１９】
対照的に、現代のステータ座巻及び巻線は、非常に低い熱伝導性材料で絶縁され、ロータ及びステータコアを通って冷却システム８０に達する巻線及び座巻における熱損失を含む大多数の熱損失をもたらす。例示のため、本出願の残りは、主機械５０のステータ部分に的を絞ることになる。しかし、以下の説明が、同様に、励磁機６０のステータ及びロータ部分、ＰＭＧ７０、及び主機械５０に適用され得ることが理解されるであろう。
【００２０】
一般に、材料は、電荷が材料を通って流れることを可能にすることを材料のタイプが或る程度可能にするため、電気導体または電気絶縁体（すなわち、電気絶縁性がある）である。電流に対して材料がどれほど受容性に富むかの尺度は、電気伝導率と呼ばれ、高い伝導率を有する材料は電気導体と呼ばれ、一方、低い伝導性を有する材料は電気絶縁体と呼ばれる。電気エネルギーの最小損失を伴って電流を伝達するよう低い抵抗を有するように設計されるオブジェクトは、電気導体と呼ばれる。更に、一般に、材料は、熱が例えば熱伝導によって材料を通って流れるまたは横断することを材料のタイプが或る程度可能にするため、熱導体（すなわち、熱伝導性がある）または熱絶縁体である。熱流に対して材料がどれほど受容性に富むかの尺度は、熱伝導率と呼ばれ、高い伝導率を有する材料は熱導体と呼ばれ、一方、低い伝導性を有する材料は熱絶縁体と呼ばれる。
【００２１】
図４は、幾つかのポスト１１２を有するステータコア１１０を含む主機械ステータ５４の断面を示す。巻線１１４のセットは、ワイヤがポスト１１２に巻付けられるときに形成され、ポスト１１２の前部または後部を通過して軸方向に延在する巻線セグメントの部分は、少なくとも１つのステータ巻線座巻１１６を形成する。図示するように、巻線１１４の軸端は、座巻１１６を有するように構成され得、座巻１１６のセットをひとまとめに画定し得る。巻線１１４の一部分だけが示されること、及び、別の部分が、ポスト１１２の他の側に沿って延在し、巻線１１４、ポスト１１２、及び座巻１１６の構成が、主機械ステータ５４の内周に沿って半径方向に反復され得ることが理解されるであろう。図示するように、主機械ステータ５４は、ステータ巻線１１４の少なくとも一部分を囲む熱伝導性で電気絶縁性の層１２４を更に含み得る。
【００２２】
絶縁層１２４は、巻線１１４の間に設けられる熱伝導性でかつ電気絶縁性の材料から形成され得、ステータ５４は、指向性矢印１０８で示す熱伝導性経路または通路を画定して、コア１１０と巻線１１４との間の熱伝導性率、したがって、少なくとも主機械ステータ５４の軸中心８９と座巻１１６との間の冷却能力を著しく増加させる。熱伝導性で電気絶縁性の層１２４は、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、及び酸化アルミニウムを含む種々の材料または同様な材料から形成され得る。層１２４が、これらの材料の少なくとも１つを含む混合物を含み得ることが同様に企図される。例えば、層１２４は、窒化ホウ素を含む混合物を含み得る。層１２４がワニスまたは他のコーティングの形態であり得、それにより、巻線１１４が混合物でコーティングされ得ることが企図される。更に、巻線１１４上の別個の層及びワニス層が共に、層１２４を形成し、熱伝導率及び電気絶縁を提供し得る。
【００２３】
層１２４が、冷却能力を増加させるのを支援し得る種々の特性を有し得ることが企図される。例えば、層１２４は、１．２Ｗ／ｍＣより大きい熱伝導率、または、従来のライナの約１０倍の熱伝導率を有し得る。層１２４は、２５０ボルト／ミリメートル（Ｖ／ｍｍ）の最小絶縁耐力を有し得る。層１２４は、従来の熱絶縁バリアを置換し、主機械ステータ５４と巻線１１４または座巻１１６との間の伝導性熱伝達を少なくとも防止または抑制し、ステータ５４を冷却する能力の著しい（約１０倍の）増加を可能にする。
【００２４】
層１２４は、発生する熱のステータコア１１０から巻線１１４までの熱伝導１０８を可能にし得る。例えば、発生する熱は、渦電流またはヒステリシスによる可能性がある。巻線１１４は、熱用の伝導経路１０８を介して巻線１１４に沿って座巻１１６までの熱伝導を可能にする。座巻１１６は、座巻１１６に近接して位置する流体ポート８７によって冷却剤にさらされる。主機械ステータ５４の冷却能力を増加させることに加えて、層１２４は、同様に、ステータ巻線１１４の長さに沿って座巻１１６まで、改善された冷却能力を提供し得る。１．２Ｗ／ｍＣより大きい非制限的な例の熱伝導率は、外部液体冷却ジャケットに基づく所定の冷却レベル以上の、熱伝導１０８によるステータ５４の冷却を提供することが可能である。更に、２５０ボルト／ミリメートルの非制限的な例の絶縁耐力は、一般的なＳ／Ｇ構成においてステータ５４と巻線１１４との間の電気絶縁を提供するように構成される。熱運転特性、発電特性、環境熱暴露等を含むが、それに限定されない発電機またはＳ／Ｇの所望の運転特性に基づいて、層１２４の熱伝導及び電気絶縁品質が、代替的に、構成され得る、または、層１２４の材料または組成が選択され得る。
【００２５】
先の実施形態はガスタービンエンジン用のＳ／Ｇによって述べられたが、上述したこうした熱伝導性でかつ電気絶縁性の材料の層は、任意の電気機械で使用されて、ステータ及びロータの冷却能力を著しく増加させ得る。こうした電気機械において、ロータが複数のロータ極を有し得、ステータが複数のステータ極を有し得、ロータ極及びステータ極の少なくとも一方が、ポスト及びポストに巻付けられるワイヤを有するコアによって形成されて、巻線を形成することが理解されるであろう。少なくとも１つの座巻を有する巻線及び熱伝導性でかつ電気絶縁性の材料の層は、巻線に隣接して設けられ、座巻を含み得る。本開示の上述した実施形態は、タービンエンジンに近接して位置決めされる２極発電機（例えば、２つのステータ極及び２つのロータ極）等の或るＳ／Ｇ用途によく適し、したがって、発電運転用の高温でかつ空間または体積制限された環境を作成し得る。この例において、２極発電機は、ウェットキャビティ発電機の軸長がステータコアの径より著しく長くなるように構成され得る。
【００２６】
図５は、本開示の実施形態による、ステータコアを組立てるための方法２００を示す。方法２００の第１のステップは、熱伝導性でかつ電気絶縁性の材料の層１２４をステータコア１１０のスロットのセットに挿入するための挿入ステップ２１０を含む。方法２００の次のステップは、巻線１１４のセットをステータコア１１０のスロットに入るように２極構成で配線し、巻線座巻１１６を、スロットを通過して軸方向に延在させるための配線ステップ２２０を含む。熱伝導性でかつ電気絶縁性の層１２４は、ステータコア１１０と巻線１１４との間に位置決めされる。
【００２７】
示すシーケンスは、単に例証のためであり、方法２００をいずれの点でも制限することを意味しない。その理由は、述べる方法から外れることなく、方法の複数の部分が異なる論理的順序で進められ得る、更なるまたは介在する部分が含まれ得る、方法の述べられる部分が複数の部分に分割され得る、または、方法の述べられる部分が省略され得るからである。
【００２８】
多くの他の考えられる実施形態及び構成が、先の図で示す実施形態及び構成に加えて、本開示によって企図される。更に、種々のコンポーネントの設計及び配置は、幾つかの異なるインライン構成が実現されるように再構成され得る。
【００２９】
上述した実施形態は、実施形態が、高い効率、高い信頼性、少ないメンテナンス、全姿勢運転、及び軽い重量を有することを含む種々の利益を提供する。チャネルを通過する液体冷却剤に座巻をさらすことを除いて、機械の外部の冷却システムがないウェットキャビティ電気機械用の増加した冷却能力を達成することによって、電気機械は、普通なら必要とされる更なる冷却システムの更なるコスト、複雑さ、重量、及びサイズ要件をなくし得る。結果として得られる電気機械は、従来のウェットキャビティ機械に比べて、軽量で、小型で、複雑さが少ない。こうした重量低減は、タービンエンジン環境において重要であり、飛行中に競争優位性を提供する。複雑さの減少は、同様に、所定期間にわたるメンテナンスの減少に対応し、同様に、低い運転コストを提供し得る。
【００３０】
まだ述べられていない範囲で、種々の実施形態の異なる特徴及び構造は、所望に応じて、他の特徴及び構造と組合せて使用され得る。１つの特徴を実施形態の幾つかにおいて示すことができないことは、その特徴を示すことができないのではなく、説明を簡潔にするためにそうしていると解釈されることを意味しない。そのため、異なる実施形態の種々の特徴は、所望に応じて混合され整合されて、新しい実施形態が明示的に述べられても、述べられなくても、新しい実施形態を形成し得る。更に、種々の要素「のセット（ａ  ｓｅｔ  ｏｆ）」が述べられるが、「セット（ａ  ｓｅｔ）」が、１つの要素だけを含む任意の数のそれぞれの要素を含み得ることが理解されるであろう。本明細書で述べる特徴の全ての組合せまたは置換が本開示によってカバーされる。
【００３１】
この書面による説明は、最良モードを含む本発明を開示するために、また同様に、任意のデバイスまた又はシステムを作り使用すること、及び、組込まれる任意の方法を実施することを含む、本発明を当業者が実施することを可能にするために例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が思い付く他の例を含み得る。こうした他の例は、特許請求の範囲の逐語的言語と異ならない構造的要素を有する場合、または、特許請求の範囲の逐語的言語と非実質的相違を有する等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図される。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ガスタービンエンジン
１２  付属品ギアボックス（ＡＧＢ）
１４  始動機／発電機（Ｓ／Ｇ）
１６  機械的動力取出し装置
１８  ハウジング
２０  クランピングインタフェース
４０  回転可能シャフト
４２、４４  軸受
５０  主機械
５１  主機械キャビティ
５２  主機械ロータ
５４  主機械ステータ
６０  励磁機
６２  励磁機ロータ
６４  励磁機ステータ
７０  永久磁石発電機（ＰＭＧ）
７２  ＰＭＧロータ
７４  ＰＭＧステータ
８０  冷却システム
８２  冷却流体入口ポート
８４  冷却流体出口ポート
８５  流れチャネル
８６  冷却流体リザーバ
８７  流体ポート
８９  軸中心
１０８  熱伝導
１１０  ステータコア
１１２  ポスト
１１４  巻線
１１６  座巻
１２４  熱伝導性で電気絶縁性の層
【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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【国際調査報告】
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