(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低温冷却された超伝導ロータコイル巻線（６６）を有する中実コアロータ（５４）と、
該ロータ（５４）と同軸に設けられ、前記超伝導ロータコイル巻線（６６）と磁気的に結合されたステータコイル（６０）を有するステータ（５２）と、
を含み、
前記ステータコイルが、前記ロータの周りに配置され、前記ステータが、該ステータの内周面から外向きに延びる冷却通路（１００）を有し、前記内周面が、環状ロータギャップ（５７）によって前記ロータから隔てられ、
前記ロータギャップが、該ギャップの長さに沿って区分けされたテーパ状の厚さを有し、
前記ロータが、極低温冷却流体によって冷却されており、
前記環状ロータギャップと前記ステータの通路とに冷却ガスを供給するステータ通風システム（８２）を更に含み、
前記ギャップの厚さは、前記ロータのロータコア（６４）の中央部（１０４）に向かって両端部（１０２）から次第に減少し且つ前記ロータコアの中央部で厚くなるよう区分けされ、且つ、前記中央部の厚さが前記両端部（１０２）の厚さより厚い
ことを特徴とする超伝導電磁機械（５０）。
【請求項２】
前記環状ギャップが、前記ロータのロータコア区域上の遮蔽体によって定められた傾斜した内側円筒状表面を有することを特徴とする、請求項１に記載の同期機械。
【請求項３】
前記遮蔽体が、前記ギャップの内側円筒状表面を形成するテーパ付き表面を有することを特徴とする、請求項２に記載の同期機械。
【請求項４】
前記環状ギャップが、前記ステータによって定められた傾斜した外側円筒状表面を有することを特徴とする、請求項１に記載の同期機械。
【請求項５】
超伝導ロータコイル巻線（６６）を含むロータコア（６４）と、ステータコアと、ステータ通風システム（８２）とを有する超伝導電磁機械（５０）を冷却するための方法であって、
（ａ）前記ロータコイル巻線を極低温冷却する段階と、
（ｂ）前記ロータコア（６４）と前記ステータコアとの間の、その長さに沿って区分けされたテーパ状になった環状ギャップであって該ギャップの厚さが前記ロータコア（６４）の中央部（１０４）に向かって両端部（１０２）から次第に減少し且つ前記ロータコアの中央部で厚くなるよう区分けされ、且つ、前記中央部の厚さが前記両端部（１０２）の厚さより厚くなっているギャップ内に、冷却ガスを移動させる段階と、
（ｃ）前記ギャップから前記ステータのダクト内に冷却ガスを流入させる段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
同期電磁機械におけるロータ（５４）とステータ（５２）との間のギャップを成形する方法であって、
（ａ）前記ロータを受入れるための円筒状キャビティを有し、該キャビティに対して開口した冷却ダクト（１００）を含む前記ステータを形成する段階と、
（ｂ）前記ギャップの内側円筒状表面を形成する円筒状ロータ表面を前記ロータ上に形成する段階と、
（ｃ）前記ギャップの長さに沿って該ギャップの厚さが区分けされたテーパ状になるように、該厚さを前記ロータのロータコア（６４）の中央部（１０４）に向かって両端部（１０２）から次第に減少するように且つ前記ロータコアの中央部で厚くなるよう区分けされ、且つ、前記中央部の厚さが前記両端部（１０２）の厚さより厚くなるように、前記ロータ表面を成形する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、そのステータを冷却するための流体流通風システムを備えた超伝導同期電気機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電機は、発電の過程において熱を発生するが、この熱は発電機から放散されなくてはならない。この熱は、発電機において、主として風損と摩擦、電気の流れ、及び磁気構造体内で時間変化する磁界によって発生する。摩擦による発熱は、発電機内でロータが高速で回転する時に生じる。同様に、ロータコイルとステータコイルが発電機の磁界内で互いに相対的に回転し、これらのコイルを通して電気が流れる時にも発熱が生じる。磁気回路における損失は、例えば同期発電機のステータコア及びロータ極におけるような透磁性材料内で磁界が時間と共に変化する時に生じる。
【０００３】
発電機には、従来からステータ及びロータから生じる熱を発電機から取り除いて移送するための冷却システムが備えられている。超伝導材料を使用しない発電機や電動機のような従来の同期機械においては、ガス通風冷却システムが使用されてきた。これらのガス通風システムは、ステータ冷却とロータ冷却とを緊密に結合したものである。通風システムは、ロータ及びステータ内のガス通路を通して冷却ガスを強制的に流すことにより、ロータ及びステータの双方を冷却する。従来の通風システムは、ステータ及びロータを通過する冷却ガスの順方向流と逆方向流とを採用している。
【０００４】
順方向流通風方式（図１）においては、冷却ガスはロータ区域とステータ区域とを直列的に通過して流れ、ロータの冷却システムとステータの冷却システムとの間を緊密に結合している。逆方向流通風方式においては、冷却ガスはステータとロータとを通って並列的に流れ、その後機械のエアギャップ内で混合しており、この場合もまたステータの冷却とロータの冷却とが結合されることになる。
【０００５】
従来の通風システムは、ロータ冷却とステータ冷却とを結合しているため、ステータとロータの双方を適切に冷却するように構成されてきた。従来の通風システムにおいては、ロータを冷却するために、ステータの冷却については幾つかの妥協が必要であり、その逆もまた同様であった。ロータとステータの双方を冷却しなくてはならない通風システムを用いて、ステータとロータのいずれか一方の冷却を最適化することは困難である。それにも拘らず、従来は、通風システムにより、大規模な工業用発電機におけるステータ及びロータの双方の冷却を行ってきた。
【０００６】
超伝導同期機械においては、ロータ界磁巻線は、自己内蔵式の冷却回路を有する極低温冷却システムによって極低温度で作動される。低温の極低温冷却媒体は、移送継手を通してロータに供給される。極低温冷却媒体は、ロータ上の冷却回路を通して循環して超伝導巻線から熱を取り去り、加熱された冷却媒体としてロータと移送継手とを通って固定冷却システムへ戻る。極低温冷却システムは、超伝導機械のロータを効率的に冷却する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
単一の通風システム内でステータ冷却システムとロータ冷却システムとが結合された従来の機械とは対照的に、極低温ロータの冷却システムとガス冷却されるステータとは完全に独立させることができる。超伝導ロータのための極低温冷却システムは、ステータを冷却しない。そのような超伝導同期機械のステータは、別個のステータ冷却システムを有する。
【０００８】
超伝導同期機械のためのステータ通風システムが、開発された。超伝導同期機械のステータは、逆方向流通風システムによって冷却される。空気又は水素のような冷却ガスが、エアギャップから引き込まれ、ディフューザと熱交換器を通して圧送され、ステータコアを通ってエアギャップへ戻される。ステータへの通風流量を最適化するために、エアギャップはその軸方向の長さに沿ってテーパ状にされる。エアギャップをテーパ状にすることは、円筒状ロータの外表面を成形することによって達成できる。
【０００９】
更に、従来の同期機械に超伝導ロータを取付けることが可能である。同様に、従来のステータ及びロータ通風システムは、本明細書に開示されるようなステータ専用の通風システムとして機能するように改造することができる。ロータには、極低温冷却媒体システムが結合される。ステータ通風は、順方向冷却ガス流を有するものであってもよいし、又逆方向冷却ガス流を有するものであってもよい。本発明によって提案されるステータ冷却システムは、超伝導ロータ構成の形式とは独立しており、また鉄心超伝導ロータにも空心超伝導ロータにも等しく適用できる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
１つの実施形態において、本発明は、ロータ冷却システムに結合されたロータと、該ロータの周りに設けられ、その長さに沿って変化する厚さを有する、ロータとステータ内表面との間の環状ギャップによりロータから隔てられたステータと、環状ギャップを通して冷却ガスを強制的に流すようになっている、ロータ冷却システムとは独立したステータ通風システムとを含む、同期機械である。
【００１１】
別の実施形態において、本発明は、ロータ冷却システムに結合されたロータと、該ロータの周りに設けられ、その長さに沿って変化する厚さを有する、ロータとステータ内表面との間の環状ギャップによりロータから隔てられたステータと、環状ギャップを通して冷却ガスを強制的に流すようになっている、ロータ冷却システムとは独立したステータ通風システムとを含む、超伝導電磁機械である。
【００１２】
更に別の実施形態において、本発明は、極低温冷却された超伝導ロータコイル巻線を有する中実コアロータと、該ロータと同軸に設けられ、超伝導ロータコイル巻線と磁気的に結合されたステータコイルを有するステータとを含み、ステータコイルが、ロータの周りに配置され、ステータが、該ステータの内周面から外向きに延びる冷却通路を有し、該内周面が、環状ロータギャップによってロータから隔てられ、ロータギャップが、該ギャップの長さに沿ってテーパ状の厚さを有し、ロータが、極低温冷却流体によって冷却されており、ステータの外周面とステータの通路とに冷却ガスを供給するステータ通風システムを更に含む、超伝導電磁機械である。
【００１３】
更に別の実施形態において、本発明は、同期電磁機械におけるロータとステータとの間のギャップを成形する方法であり、該方法は、ロータを受入れるための円筒状キャビティを有し、該キャビティに対して開口した冷却ダクトを含むステータを形成する段階と、ギャップの内側円筒状表面を形成する円筒状ロータ表面をロータ上に形成する段階と、ギャップの長さに沿って該ギャップの厚さがテーパ状になるように、ロータ表面を成形する段階とを含む。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は従来の発電機８を示しており、該発電機は、冷却ガス（矢印１２）がロータ１４及び／又はロータエアギャップ１６を通り、その後ステータ１８を通って流れる従来の順方向流通風システム１０を有する。冷却ガスは、空気、水素、又はその他の冷却ガスとすることができる。冷却ガスは、ロータ内の半径方向ガス通路２０とステータ内の同様な半径方向ガスダクト２１とを通って直列に流れ、それによりロータの冷却ガス流とステータの冷却ガス流とを緊密に結合する。
【００１５】
従来の通風システム１０においては、冷却ガスがロータを通って流れる時、ロータ内の熱はガスに移される。冷却ガスの温度は、ロータコイルの温度に向かって上昇する。加熱されたガスは、ロータから出てエアギャップ１６に入り、直接エアギャップ１６に入ってくる冷却ガスと混合される。この冷却ガス混合気は、エアギャップからステータダクト２１に入る。冷却ガスがステータを通って流れる時、高温のステータコイルからの熱は冷却ガスに移されて、加熱されたガスがステータから出る時、ステータから除去される。
【００１６】
従来の通風システムにおいては、ステータの外周面から出た加熱された冷却ガスは、ステータを取り巻き、高温ガスを熱交換器２４へ導く環状ダクト２２を通って流れる。高温ガスは、熱交換器２４内で冷却され、再循環ダクト２６を通って流れ、ファン２８により圧送されロータとエアギャップへ戻される。冷却ガスはまた、ロータの遠心力によっても駆動され、ロータを通ってギャップ１６内に送り込まれる。更に、ファン２８から出る冷却ガスの一部分は、ステータコイル巻線の末端巻線３０を冷却するように方向付けられる。
【００１７】
従来の冷却システムにおいては、ファンによって送給される冷却ガス流の一部分（矢印１２）が、ロータ通路２０を通過するガスに作用する遠心力によって、ロータ内に引き込まれる。加熱されたロータガスは、ロータ表面においてダクトから出て、ロータとステータとの間のエアギャップ１６内に入る。更に、米国特許第５，６３３，５４３号に示されたような逆方向流通風システムにより、ステータとロータとに冷却ガスを供給してきた。
【００１８】
図２は、ステータ５２と超伝導ロータ５４とを有する例示的な同期発電機械５０を示す。機械５０は発電機として示されているが、電動機として構成してもよい。発電機においては、ロータは、ステータの円筒状のロータキャビティ５６内に嵌まる界磁巻線コイル６６を含む。環状空隙５７が、ロータの外周面と、ロータコア６４を受ける円筒状キャビティ５６を形成するステータの円筒状表面との間に形成されている。ロータがステータ内で回転すると、ロータとロータコイルによって発生する磁界はステータを通って回転し、ステータコイル巻線６０に電流を生じさせる。この電流は、発電機によって電力として出力される。
【００１９】
ロータ５４は、ほぼ長さ方向に延びる軸線６２と、全体的に中実のロータコア６４とを有する。中実のコア６４は、大きな透磁率を有し、鉄のような強磁性材料で形成するのが普通である。低電力密度の超伝導機械では、ロータの鉄心を使用して、起磁力（ＭＭＦ）を減少させ、従ってコイル巻線に必要とされる超電導（ＳＣ）コイル線の量を最小にする。
【００２０】
ロータ５４は、少なくとも１つの長さ方向に延びるレーストラック形の高温超伝導（ＨＴＳ）コイル巻線６６を支持する。別の構成では、ＨＴＳコイル巻線は、サドル形にしてもよく、或いは、特定のＨＴＳロータ設計に適した幾つかの他の形状を有してもよい。ＨＴＳコイル巻線は、外部の冷却流体源７５からロータへ供給される極低温流体により冷却される。ロータ５４とそのＨＴＳコイル６６とのための冷却システム７５は、ステータ５２のための通風システム８２（図３）のような発電機５０のその他の構成要素のための冷却システムとは独立しており、かつそれらから隔離されている。
【００２１】
ロータは、ロータコア６４を支えるコレクタ端シャフト６８及び駆動端シャフト７０を含み、これら端シャフトは、軸受７２によって支持される。端シャフトは、外部装置に連結することができる。例えば、コレクタ端シャフト６８は、ロータのＳＣコイル巻線を冷却するのに使用される極低温冷却流体源７５への極低温剤移送継手７４を有する。例示的な極低温冷却流体源は、本出願人所有の日本特許出願第２００２−１３８００７号（又は米国特許出願第０９／８５４，９４３号）に開示されている。
【００２２】
極低温剤移送継手７４は、極低温剤冷却流体源に連結された固定セグメントと、ＨＴＳコイルに冷却流体を供給する回転セグメントとを有する。コレクタ端シャフト６８はまた、回転するＳＣコイル巻線に電気的に接続するためのコレクタ７６を含む。ロータの駆動端シャフト７０は、動力タービン継手７８によって駆動されることができる。
【００２３】
図３は、順方向流通風ステータ冷却システム８２を有する発電機８０の１／４部分（ロータ軸中心線６２を参照）の断面図を示す。冷却システムは、例えば周辺空気又は水素のよな冷却ガスをステータに供給する。ステータ冷却システムは、極低温剤冷却流体をロータに供給する極低温冷却システムとは独立しており、かつそれから隔離されている。
【００２４】
ステータ通風システム８２は、ロータの両側の端シャフト６８、７０に固定された冷却ガスファン８４を含む。ファン８４は、ロータと共に回転して、ロータコア６４とステータ５２のキャビティ５６との間の環状エアギャップ５７内へ冷却ガス（矢印８６）を導入する。冷却ガスは、ファン８２によりエアギャップ５７内に送り込まれる。ファンは、ガス通路８８から冷却ガスを引き込み、該ガス通路８８は、発電機ステータの周りに延びるガスダクトプレナムチャンバ／ディフューザ９０からガスを受けることができる。別の構成では（又は上記に加えて）、ファンは発電機の外部から新しい空気を引き込む。
【００２５】
プレナムチャンバダクト９０は、１つ又はそれ以上の熱交換器９２から冷却されたガスを受ける。熱交換器は、ステータダクト１００及びステータチャンバ９４から出るガスから熱を取り去る。熱交換器は、ガスがステータを冷却するために再循環できるように、ガスを冷却する。ステータダクト１００からの高温ガスは、ステータの外周面を取り巻くステータチャンバ９４に入る。チャンバは、ステータを円周方向に取り巻き、熱交換器への開口を有する円筒状外壁９５を有する。チャンバはまた、ステータから半径方向外向きに延びる環状バッフル９６を含むことができる。これらのバッフルは、ステータダクト１００からの加熱された空気を熱交換器９２に分配する。
【００２６】
冷却ガスがステータ冷却ダクト１００を通過する時、ステータコイル６０から熱が取り去られる。ステータダクトは、ステータコイルの冷却を最適化するように、ステータ内に配置できる。例えば、ステータ軸線に沿った冷却ダクトの密度及び／又はダクトの断面積は、ステータの冷却が均等に分布されるように、又は他の方法でステータの冷却が最適化されるように選ぶことができる。
【００２７】
通風システム８２は、その中において例えば水素又は空気のよな冷却ガスがステータ、熱交換器、及びプレナムを循環してステータを冷却する密閉式ガスシステムとすることができる。冷却システムはまた、新鮮な冷却空気がファン８４によって連続的にロータギャップ及びステータ内に引き込まれる開放式システムとすることもできる。
【００２８】
超伝導ロータを備えた機械のための閉ループ通風システム８２においては、空気又は水素のような冷却ガスは、ステータコイルから熱を取り去るために、熱交換器９２からファン８４とエアギャップ５７とを通ってステータ冷却ダクト通路１００内へ循環され、又熱交換器へ戻される。ステータ専用の冷却システムは、ステータとロータとを通る２つの流路を有する従来の通風システムと較べて、通風システムの複雑さが低減される。
【００２９】
ステータ冷却システム８２はまた、従来のロータが超伝導ロータで置き換えられた、例えば発電機や電動機のような同期機械にも適用できる。そのような場合、元の機械のロータとステータの複合流通風システムは、図３、図４、又は図５に示すようなテーパ状のエアギャップを備えたステータ専用の順方向流システム、又はこれもまたテーパ状のロータギャップを含むステータ専用の逆方向流冷却システムに変換できる。
【００３０】
超伝導ロータとステータコアとの間のエアギャップ５７は、ステータダクト１００に入る前にそれを通して冷却ガスが流れる円筒状の領域である。冷却ガスは、ステータコアとロータコアの各端部において、エアギャップの両側の末端部１０２からエアギャップ内に入る。ガスは、ファン８４によりエアギャップ内に送り込まれる。
【００３１】
エアギャップ５７を通って流れる（従ってステータダクト１００内に流入する）冷却ガス流は、エアギャップの形状によって影響を受ける。例えば、狭いエアギャップはこれを通って流れる空気を減少させ、かつギャップへのギャップ入口１０２におけるガス背圧を増大させる。狭いエアギャップはまた、動圧をも減少させ、従ってエアギャップの狭い区域に隣接するステータダクトに入る流量を減少させるであろう。これと対照的に、広いエアギャップは、より大量の流れを許して、ギャップ入口１０２における背圧を低下させることができる。広いギャップは、動圧を増大させて、広いギャップ区域に隣接するステータダクト内に入る流量を増加させることができる。入口１０２と中央部分１０４との間におけるエアギャップの幅を変化させることは、各ステータダクト１００への開口における冷却ガスの量と動圧とを制御する手段を提供する。
【００３２】
例えば、ロータ中央部分１０４に向かってエアギャップの比較的厚い（広い）部分が存在し、ロータコアの外側末端部１０２においてエアギャップの比較的薄い（狭い）部分が存在するように又はその反対になるように、エアギャップ５７をテーパ状にする（傾斜面１０５を参照）ことによって、エアギャップを通る冷却ガスの圧力及び流量を制御することができる。例えば、エアギャップ５７を通る空気流量は、冷却ガスがロータコアの端部１０２（又は両端部）からコア中央部分１０４に向かってエアギャップ内を流れる時に生じる流量の摩擦損失を補償するように制御することができる。エアギャップを適切なテーパ状１０５にすることによって、ステータの全さに沿って配置されたステータダクト１００の各々に入る冷却ガスの流量は、各ステータダクトに対して比較的均一にする（或いは、ステータダクトの入口において、その他の望ましいガス流量特性を持たせる）ことができる。
【００３３】
エアギャップ５７の全さに沿ったテーパ１０５は、エアギャップの外側周面を形成するステータコアの円筒状内周面にテーパを付けることにより達成できる。別の構成では、超伝導ロータコア上の円筒状電磁（ＥＭ）遮蔽体１０６（図６参照）の外表面を成形することにより、エアギャップをテーパ状にすることもできる。ＥＭ遮蔽体は、ロータコアの外周面に設けられる。更に、ステータコアの内周面とロータコアの外周面とを組み合わせて成形することにより、エアギャップをテーパ状にすることもできる。
【００３４】
ステータコアの内周面５６にテーパを付けることは、各ステータコアセグメントの内周面を機械加工又はパンチ加工して所望のテーパが付けられた形状を形成しなくてはならないので、比較的複雑となる可能性がある。ステータコアセグメントをステータコアへと組立てる複雑さが増すことに加えて、各ステータコアセグメントが特有のエアギャップ表面を有することは、欠陥のあるステータコアを現場で修理するために交換用ステータコアセグメント又は複数種類のセグメントの各部品を維持しておくことにおいて困難さがある。ステータコアの内周面にテーパを付けることは、テーパ状のエアギャップを形成するのに利用可能な方法ではあるが、ロータコア上のＥＭ遮蔽体にテーパを付けるのが多くの用途で好ましい。
【００３５】
図４は、テーパを付けた外表面を有するＥＭ遮蔽体１０６を断面で示す。ステータダクトを通る均一な冷却流量を得るために、テーパは区分けされる。区分けしたテーパ設計は、ＥＭ遮蔽体の表面に沿ってテーパを付けた傾斜面を有する。テーパの傾斜面は、ロータコアの両端部１０２からコアの中央部分１０４に向かって延びる。
【００３６】
ＳＣロータコア６４上のＥＭ遮蔽体１０６は、ロータ外表面の周りを包む円筒状に形成された金属シートである。一般にＥＭ遮蔽体は滑らかな外表面を有する均一な厚さの円筒体であるが、本実施形態においては、ＥＭ遮蔽体の外表面１０８は、テーパ状のエアギャップ表面を形成するように成形される。遮蔽体は、ロータの長さに沿った適当な位置でＥＭ遮蔽体の厚さを増減することによって成形できる。別の構成では、ＥＭ遮蔽体は、ロータコアの周りにリングを付け加えることにより成形でき、これらのリングは、ロータコアの長さに沿った適当な位置において遮蔽体の下方又は上方に固定される。
【００３７】
ＥＭ遮蔽体のテーパ（従って、エアギャップのテーパ）の傾斜面は、直線的（図３の符号１０５参照）であってもよいし、或いはギャップの長さに沿って変化してもよい（図４参照）。図４に示すように、ＥＭ遮蔽体表面の傾斜面は、ギャップの長さの中央部分において比較的厚いエアギャップ１０８を形成するように、ロータコアの中央部分１０４付近で広くなっている。ロータコア中央部分における厚いエアギャップは、エアギャップへの入口における冷却ガスの背圧を低下させて、より多くの冷却ガスがエアギャップの中央部分に開口するステータダクトへ流れることを許す。
【００３８】
図５は、様々なエアギャップテーパ形状に対するステータダクト１２８を通る冷却流量１２６のグラフ１２０である。幾つかのテーパ状のエアギャップ設計が、２次元的コンピュータ流体力学（ＣＦＤ）解析を用いて評価された。これらの設計の検討には、空気流がファンによってエアギャップ内に導入され、このエアギャップからステータコア内に流入する貫流式順方向流ステータ通風方式を使用した。ステータコアの半径方向ダクト１００は、ロータコアの軸線に沿って均等な間隔をおいて配置されているものと仮定した（ダクト番号１２８を参照）。これらのパラメータはＣＦＤ解析のために設定されたが、実際の適用においては、ステータを通る均一な冷却流量又はステータを通るその他の所望の流量特性を促進するために、ステータの半径方向ダクト１００は、ロータコアの軸線に沿って均等でない間隔で配置してもよいし、或いは、均等でない断面積を有するようにしてもよい。更に、冷却ガスが通風システムを通って循環する通風方式が、テーパ状のエアギャップと共に使用される場合もある。
【００３９】
図５のグラフ１２０に示すように、区分けされたテーパ状のエアギャップ１２２（エアギャップの中央部分がロータコア端部付近のギャップ部分よりも厚い）は、全てのステータダクトを通る空気流量が比較的均一であった。基準線エアギャップ輪郭１２４は、ギャップ５７の長さに沿って均一な厚さを有する。
【００４０】
ステータダクトの冷却流量グラフ１２０に示すように、空気流量１２６は、ステータコアの長さに沿ったステータダクト１２８の位置に応じて大きく変わる。基準線エアギャップ１２４において、ロータコアの各端部におけるダクト１００（ダクト番号１乃至１０及びダクト番号４１乃至４９）と中央部分におけるダクト１００（ダクト番号２４乃至２６）とは、冷却流量が比較的低かった。これとは対照的に、中間のステータダクト（ダクト番号１０乃至２０及びダクト番号３０乃至３５）は、基準線ギャップについては、冷却ガス流量が比較的高かった。ダクト内の冷却ガス流量が均等でないために、基準線エアギャップを備えたステータは、均一なステータ冷却を行なうことができない。
【００４１】
ステータダクトを通る所望の冷却ガス流量を達成するために、その他のテーパ状のエアギャップ形状を設計することができる。直線テーパ状のエアギャップによる冷却流量が、３０％減少１３０及び６０％減少１３４によって表されている。これらの直線テーパ状のギャップは、ロータコアの各端部において厚く、ロータコアの中央部分において最も薄い。直線テーパ状のエアギャップ１０８は、図３に概略的に示されている。パーセンテージ減少（３０％、６０％）は、ロータコアの各端部１０２におけるエアギャップの厚さと較べた中央部分１０４におけるエアギャップの相対的厚さを表している。
【００４２】
グラフ１２０に示すように、３０％と６０％の直線テーパ状のエアギャップは、ギャップ中央の厚さが減少したことにより、ギャップ入口における冷却ガスの背圧が上昇する。しかしながら、ギャップの直線的傾斜面が０％から、３０％、６０％へと増大すると、ステータダクト間での冷却流量のばらつきが次第に減少した。
【００４３】
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して本発明を説明してきたが、本発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、むしろ特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び等価な構成を保護することを意図していることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の順方向流冷却システムを示す、発電機の１／４部分の概略断面図。
【図２】  超伝導ロータを有する同期電磁機械の概略図。
【図３】  テーパ付き外表面を備えた中実ロータとステータ用の密閉式通風システムとを有する超伝導発電機の１／４部分の概略図。
【図４】  セグメント化されたステータとテーパ付き表面を有するロータとの半部分の側面図。
【図５】  様々な冷却構成について、ステータダクト位置に対するステータ通風流量を比較したグラフ。
【符号の説明】
５０  同期発電機械
５２  ステータ
５４  超伝導ロータ
５７  エアギャップ
６０  ステータコイル
６４  ロータコア
８２  ステータ通風システム
８４  冷却ガスファン
８８  ガス通路
９０  プレナムチャンバダクト
９２  熱交換器
９４  ステータチャンバ
９５  ステータ外壁
１００  ステータダクト
１０６  ＥＭ遮蔽体
【図１】
0004212336.tif 000002
【図２】
0004212336.tif 000003
【図３】
0004212336.tif 000004
【図４】
0004212336.tif 000005
【図５】
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