特許 6334711 電気機械用のロータ組立体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6334711

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年5月30日

(54)【発明の名称】電気機械用のロータ組立体

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/28 20060101AFI20180521BHJP

   H02K 1/32 20060101ALI20180521BHJP

【ＦＩ】

   H02K1/28 D

   H02K1/32 B

【請求項の数】14

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-540859(P2016-540859)

(86)(22)【出願日】2013年9月6日

(65)【公表番号】特表2016-530869(P2016-530869A)

(43)【公表日】2016年9月29日

(86)【国際出願番号】US2013058424

(87)【国際公開番号】WO2015034514

(87)【国際公開日】20150312

【審査請求日】2016年5月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】506388923

【氏名又は名称】ジーイー・アビエイション・システムズ・エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100137545

【弁理士】

【氏名又は名称】荒川 聡志

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(74)【代理人】

【識別番号】100113974

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 拓人

(72)【発明者】

【氏名】ホアン，ハオ

(72)【発明者】

【氏名】ジア，シャオチュアン

(72)【発明者】

【氏名】ウィシュ，ポール・ジェームズ，ジュニア

【審査官】 小林 紀和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−１６６１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１８９８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０２６３０１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１３３９４６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０８０１８１１４（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】 実開昭５７−０２１２４０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５６−０６６１４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０１７７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５９−１０３５４４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００４−０８８８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１３６０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第０３０４６２３０（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特開昭５５−０９４５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２９５４１１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０６−３５１２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５８−０７７００９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５５−１７３２５５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００２５１６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０２５３４７６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ １／２８

Ｈ０２Ｋ １／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つのポスト（４４、１４４、２４４、３４４）を有し、その周りに電気機械のための磁極（４８）を画定するために巻線（４６）を巻き付けることができ、前記少なくとも１つのポスト（４４、１４４、２４４、３４４）が少なくとも部分的に巻線座部（７４）を画定するコア（４２、１４２、２４２、３４２）と、
前記ポスト（４４、１４４、２４４、３４４）に連結され、軸方向に延在する巻線スロット（５６）を前記コア（４２、１４２、２４２、３４２）と共同で画定するために巻線（４６）に一部が重なるキャップ（５２、１５２、２５２、３５２）と、
前記キャップ（５２、１５２、２５２、３５２）に隣接してそれと交互に配置されて前記コアに半径方向で連結される追加の半径方向要素（５４）であって、前記巻線スロット（５６）を前記コア（４２、１４２、２４２、３４２）と前記キャップ（５２、１５２、２５２、３５２）と共同で画定する前記追加の半径方向要素（５４）と、
前記巻線（４６）と前記追加の半径方向要素（５４）の間に配置され、前記巻線（４６）を前記巻線座部（７４）の中に付勢するように構成された少なくとも１つの楔（７２）と、
を含み、
前記追加の半径方向要素（５４）の少なくとも一部が前記少なくとも１つの楔（７２）の半径方向外側に位置づけられ、
前記キャップ（５２、１５２、２５２、３５２）の少なくとも一部が前記追加の半径方向要素（５４）の半径方向外側に位置づけられ、
前記キャップ（５２、１５２、２５２、３５２）は、複数の積層体を含み、前記コア（４２、１４２、２４２、３４２）は、複数の積層体を含まない、電気機械用のロータ組立体（４０、１４０、２４０、３４０）。

【請求項2】

前記コア（４２、１４２、２４２、３４２）は、固体本体、単一体本体、または付加製造から形成された本体、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載のロータ組立体（４０、１４０、２４０、３４０）。

【請求項3】

前記キャップ（５２、１５２、２５２、３５２）は、前記コア（４２、１４２、２４２、３４２）よりも導電性が低い材料から形成される、請求項１または２に記載のロータ組立体（４０、１４０、２４０、３４０）。

【請求項4】

前記コア（４２、１４２、２４２、３４２）は、前記追加の半径方向要素（５４）が連結する、半径方向外側に延びる第２のポストを備える、請求項１乃至３のいずれかに記載のロータ組立体（４０、１４０、２４０、３４０）。

【請求項5】

前記コア（４２、１４２、２４２、３４２）は、前記キャップ（５２、１５２、２５２、３５２）よりも熱伝導性が高い材料から形成され、
前記キャップ（５２、１５２、２５２、３５２）は、コバルトから形成され、前記コア（４２、１４２、２４２、３４２）は、鋼鉄から形成される、請求項１乃至４のいずれかに記載のロータ組立体（４０、１４０、２４０、３４０）。

【請求項6】

前記追加の半径方向要素（５４）と前記キャップ（５２、１５２、２５２、３５２）は、前記コア（４２、１４２、２４２、３４２）に取り外し可能に連結される、請求項１乃至５のいずれかに記載のロータ組立体（４０、１４０、２４０、３４０）。

【請求項7】

前記キャップ（５２、１５２、２５２、３５２）および前記コア（４２、１４２、２４２、３４２）の一方は、突起（５８、１５８）を含み、前記キャップ（５２、１５２、２５２、３５２）および前記コア（４２、１４２、２４２、３４２）の他方は、凹所（６０、１６０）を含み、前記突起（５８、１５８）は、前記キャップ（５２、１５２、２５２、３５２）を前記コア（４２、１４２、２４２、３４２）に取り外し可能に連結するために前記凹所（６０、１６０）の中に受容される、請求項６記載のロータ組立体（４０、１４０、２４０、３４０）。

【請求項8】

前記突起（５８、１５８）および前記凹所（６０、１６０）は、相補的な断面を有する、請求項７記載のロータ組立体（４０、１４０、２４０、３４０）。

【請求項9】

前記追加の半径方向要素（５４）および前記コア（４２、１４２、２４２、３４２）の一方は、第２の突起（６８）を含み、前記追加の半径方向要素（５４）および前記コア（４２、１４２、２４２、３４２）の他方は、第２の凹所（７０）を含み、前記第２の突起（６８）は、前記追加の半径方向要素（５４）を前記コア（４２、１４２、２４２、３４２）に取り外し可能に連結するために前記第２の凹所（７０）の中に受容される、請求項６乃至８のいずれかに記載のロータ組立体（４０、１４０、２４０、３４０）。

【請求項10】

前記コア（４２、１４２、２４２、３４２）は、前記巻線スロット（５６）の少なくとも一部に隣接する少なくとも１つの内部冷却材通路（６２）を含む、請求項１乃至９のいずれかに記載のロータ組立体（４０、１４０、２４０、３４０）。

【請求項11】

前記巻線座部（７４）は、前記キャップ（５２、１５２、２５２、３５２）が連結する前記ポスト（４４、１４４、２４４、３４４）に対して回転方向にずれている、請求項１乃至１０のいずれかに記載のロータ組立体（４０、１４０、２４０、３４０）。

【請求項12】

前記コア（４２、１４２、２４２、３４２）は、前記巻線座部（７４）に設けられる熱伝導体をさらに含む、請求項１乃至１１のいずれかに記載のロータ組立体（４０、１４０、２４０、３４０）。

【請求項13】

前記熱伝導体は、前記巻線座部（７４）に付加したコーティングである、請求項１２記載のロータ組立体（４０、１４０、２４０、３４０）。

【請求項14】

前記少なくとも１つの楔（７２）は、付勢要素を含む、請求項１乃至１３のいずれか記載のロータ組立体（４０、１４０、２４０、３４０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気機械用のロータ組立体に関する。

【背景技術】

【0002】

電気モータおよび／または電気発電機などの電気機械は、エネルギ変換で使用される。航空機産業では、モータおよび発電機のモードの組合せを見かけるのが一般的であり、モータモードの電気機械がエンジンの始動のために使用され、モードに応じて発電機としても機能する。モードにかかわらず、この機械は典型的には、ある種の航空機のためにガスタービンエンジンにすることのできる機械式機械や電気機械などの回転源によって回転駆動される主巻線を有するロータを含む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２００７／１４６２４６Ａ２号

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

電気機械用のロータ組立体であって、少なくとも１つのポストを有し、その周りに電気機械のための磁極を画定するために巻線を巻き付けることができ、少なくとも１つのポストが少なくとも部分的に巻線座部を画定するコアと、ポストに連結され、軸方向に延在する巻線スロットをコアと共同で画定するために巻線に一部が重なるキャップと、を含み、キャップは、複数の積層体を含み、コアは、複数の積層体を含まない。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】発電機組立体の断面図である。

【図2】ロータ組立体を示す図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う部分断面斜視図である。

【図3】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う、ロータ組立体の一部を示す部分断面図である。

【図4】ロータ組立体のコアの部分断面図である。

【図5】本発明の第２の実施形態に係るロータ組立体の部分断面図である。

【図6】本発明の第３の実施形態に係るロータ組立体の部分断面図である。

【図7】本発明の第４の実施形態に係るロータ組立体の部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

本発明の実施形態は、同期電気機械または主機を用いる任意の環境で実施することができるが、その具体的な例としては発電機である。発電機は、これまではジェットエンジンの環境で実施することが考えられている。本発明の実施形態は、代替的に始動機／発電機を含むことができ、タービンエンジンの始動性を提供でき、始動機／発電機が、始動方法を介してタービンエンジンを駆動するために機械力を提供する。考えられた発電機の環境の概要は、より完全な理解の助けになるであろう。

【0007】

図１は、ガスタービン航空機エンジン上または内部に実装される電気機械組立体１０を示す。ガスタービンエンジンは、現代の商業および軍事の航空機産業で一般的に使用されるＧｅｎｅｒａｌ ＥｌｅｃｔｒｉｃのＧＥｎｘまたはＣＦ６シリーズのエンジンなどのターボファンエンジンにすることができ、あるいは、ターボプロップまたはターボシャフトなどの他の公知の様々なガスタービンエンジンにすることができる。

【0008】

電気機械組立体１０は、励磁機ロータ１４および励磁機ステータ１６を有する第１の機械１２と、主機ロータ２０および主機ステータ２２を有する同期の第２の機械１８と、を備える。電気機械組立体１０の外側には、電気出力を電気機械組立体１０にまたはそこから移動させるために、少なくとも１つの出力接続部が設けられる。電気動力ケーブル３０として示されるこの出力接続部によって、出力は直接または間接に電気負荷まで伝送され、電気機械組立体１０から接地基準出力を備えた３相を提供することができる。

【0009】

さらに、電気機械組立体１０は、回転軸線３４を中心とする、ガスタービンエンジンにすることのできる軸方向回転源に機械式に連結される回転軸３２を備える。回転軸３２は、離間した軸受３６によって支持される。励磁機ロータ１４および主機ロータ２０は、電気機械組立体１０の内部に回転可能に固定されるステータ１６、２２に対して回転するように回転軸３２に実装される。ステータ１６、２２は、電気機械組立体１０のハウジング部分の任意の適切な部分に実装することができる。回転軸３２は、運転中のタービンエンジンからの機械力によって軸３２が回転するように構成される。代替的には、始動機／発電機の例では、始動モード中の電気機械組立体１０の回転軸３２の回転により、タービンエンジンを回転させるために軸３２を介して移される機械力が作り出される。

【0010】

回転軸３２は、軸３２の内部に沿って軸方向に延在する中央冷却材通路２８をさらに備えることができる。中央冷却材通路２８によって、冷却材、たとえば、油または空気が回転軸３２の内部を貫流することができる。図示実施形態では、第２の機械１８は、電気機械組立体１０の後部に配置され、第１の機械１２は、電気機械組立体１０の前部に位置決めされる。第１の機械１２および第２の機械１８を他の位置にすることが考えられる。

【0011】

図２は、切り取った組立体４０の軸方向前端部の少なくとも一部を持った主機ロータ組立体４０の斜視図を示す。ロータ組立体４０は、コア４２から半径方向に延在する少なくとも１つのポスト４４を有するコア４２を備えて示され、コアの周りには、組立体４０の磁極４８を画定するために、電気的に相互絶縁され得るロータ巻線４６を巻き付けることができる。図示のように、ロータ組立体４０の４つの磁極４８はそれぞれ、ポスト４４の軸方向周りに巻き付けられた１つのロータ巻線４６を備える。コア４２は、たとえば、積層されないすなわち非積層体、固体または単一体の材料から、型成形、形成、または穿孔加工することができる。このようなコア本体の材料の一例として鋼鉄にすることができる。代替のコア４２の本体材料および形成法として、たとえば、付加製造（ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）を用いることが考えられる。

【0012】

ロータ組立体４０の各磁極４８は、キャップ５２をさらに備える。ロータ組立体４０は、多数のキャップ５２に隣接してそれと交互に配置されて組立体４０の半径方向周りに離間した追加の半径方向要素５４をさらに備える。各キャップ５２は、各ポスト４４、磁極４８およびロータ巻線セット５０の上に少なくとも部分的に存在し、半径方向要素５４によってそれぞれ隣接するキャップ５２から離間し、これにより、キャップ５２、半径方向要素５４、およびコア４２のポスト４４を集めたものは、ロータ巻線４６を受容するための軸方向に延在する巻線スロット５６を少なくとも部分的に画定する。

【0013】

各キャップ５２は、複数の積層体、たとえば、コバルト積層体で形成または構成することができる。この場合、コバルト積層体は、その高い磁性および電気抵抗の特性のために、したがって、各磁極４８の表面での渦電流を最小化するその能力のために、キャップ５２を含めることができる。コバルト積層体は、キャップ５２を構成するために用いる材料の単なる一例であり、代替の材料の組成が考えられる。キャップ５２をコア４２と比べると、キャップ５２は、導電性および熱伝導性をコア４２より低くすることができる。

【0014】

各キャップ５２は、キャップ５２のポスト４４とのインターロックを介して、コア４２のポスト４４と取り外し可能に連結される。図示のように、インターロックは、キャップ５２の突起５８とポスト４４の凹所６０から構成され、キャップの突起５８とポストの凹所６０の双方は、部分円形の相補的な断面を有し、したがって、突起５８はポストの凹所６０の中に受容され、これによりキャップ５２はポスト４４に取り外し可能に連結される。代替的には、インターロック要素が反対にされる、たとえば、ポスト４４の突起５８およびキャップ５２の凹所６０という実施形態が考えられる。

【0015】

コア４２はさらに、巻線スロット５６に隣接して配置されかつそれに平行に軸方向に延在するポスト４４の内部冷却材通路６２と、コア４２の中央から各内部冷却材通路６２に半径方向に延在する半径方向冷却材通路６４と、を少なくとも部分的に画定する。内部冷却材通路６２は、たとえば、型成形、形成、またはコア４２内に穿孔加工することができ、たとえば、ロータ巻線４６と冷却材との間の熱移動を可能にするポスト４４の薄肉部によって巻線４６から少なくとも部分的に分離される。回転軸３２は、軸３２の周りで半径方向に離間される複数の冷却材通路孔６６を追加的に備えることができ、それらは半径方向冷却材通路６４と整列して、冷却材が中央冷却材通路２８から半径方向冷却材通路６４に、また、そこから流れることが可能である。

【0016】

冷却材通路孔６６および中央冷却材通路２８を持つ回転軸３２と、内部冷却材通路６２および半径方向冷却材通路６４を持つコア４２と、の組立てにより、冷却材の通り道が画定され、冷却材は、流動式に横切り、流れ、または冷却材通路孔６６から半径方向冷却材通路６４を介して内部冷却材通路６２まで強制的にポンプ送りして、中央冷却材通路２８に戻すことができる。ロータ組立体４０の後部の軸方向端部は、二重のセットの冷却材通路孔６６および半径方向冷却材通路６４を備えることができ、したがって、冷却材は、横切り、流れ、または冷却材のループを形成するために中央冷却材通路２８および内部冷却材通路６２に沿って軸方向に強制的にポンプ送りすることができる。この例では、冷却材のループは全体をコア４２の内部にすることができる。代替的な流れ、通り道、ならびに冷却材通路孔６６、半径方向冷却材通路６４、内部冷却材通路６２、および中央冷却材通路２８を介する冷却材のループが考えられる。

【0017】

さて、図３を参照すると、ロータ組立体４０は、半径方向要素５４の第２の凹所７０の中に受容されるためにキー結合されるポスト４４の少なくとも一部の第２の突起６８をさらに備えて示されている。第２の突起６８と第２の凹所７０は、同様の断面を有しており、突起６８は、半径方向要素５４をコア４２に取り外し可能に連結するために凹所７０の中に受容される。さらに、半径方向要素５４は、コア４２に対する半径方向要素５４の連結によってロータ巻線４６が巻線スロット５６の中に付勢または固定されるように構成された楔７２などの付勢要素にさらに当接して示されている。ロータ巻線４６が巻線スロット５６の中に付勢されることによって、巻線４６とスロット５６の間の物理的な接触が確保され、それは伝導による熱移動を高める働きをする。代替的な連結が考えられ、圧縮性の半径方向要素５４をコア４２に取り外し可能に連結することによって、ロータ巻線４６が巻線スロット５６の中に付勢される。

【0018】

コア４２は、ロータ巻線４６およびポスト４４の境界に、ロータ巻線４６を受容するための巻線座部７４をさらに備える。巻線座部７４は、ポスト４４からロータ巻線４６を分離する熱伝導性の電気的に絶縁する層７６をさらに備えることができる。この熱伝導性層７６は、たとえば、巻線座部７４に付加したコーティングによって形成することができる。代替の熱伝導性層７６の形成および組立てとしては、接着剤による接着や機械式の締結などが考えられる。また、図示のように、半径方向冷却材通路６４は、巻線座部７４のチャネル７８に沿ってさらに延在することができ、そこではチャネル７８が内部冷却材通路６２に隣接していない。代替的には、チャネル７８は、既存の通路６２に平行かまたは交差する回転軸線３４に沿って軸方向に走っている追加の内部冷却材通路６２をさらに備えることができる。

【0019】

図４は、キャップ５２、半径方向要素５４、ロータ巻線４６、および他の取り外し可能な構成要素が外されているロータ組立体４０のコア４２の一実施形態を示す。

【0020】

発電する動作中、ロータ組立体４０は、回転軸３２と連結するタービンエンジンなどの機械力によって回転軸線３４の周りを回転する。回転中に、ロータ巻線４６は、磁極４８、たとえば、励磁機ロータ１４の整流したＡＣ動力出力からのＤＣ動力を作り出すために通電される。主機ステータ２２に対する磁極４８の回転によって、その後に電気動力ケーブル３０によって電気系統たとえば動力分布ノードに伝送されるＡＣ動力出力などの動力出力が生成される。

【0021】

巻線４６には、通電されたロータ巻線４６に伝えられたＤＣ電流によって熱が発生する。コア４２がキャップ５２よりも熱伝導性を有するので、発生した熱の一部は、ロータ巻線４６の遠くから巻線座部７４の熱伝導性層７６を介してコア４２に伝えられる。さらに、楔７２は、ロータ巻線４６を巻線座部７４に向けて付勢して、巻線４６と座部７４の間の安定した熱伝導の接点を確保する。

【0022】

また、ロータ組立体４０は、ロータ巻線４６に発生した熱、ならびに、上述した冷却材通路およびループ２８、６２、６４、６６、７８を介してコア４２に移された熱を除去するために構成される。たとえば、ロータ組立体４０の中を横切る冷却材は、内部冷却材通路６２に直接隣接する熱伝導性層７６を介してロータ巻線４６によって発生した熱を直接除去することができる。別の場合では、発生した熱は、上述したように最初にコア４２に伝えられ、次いで冷却材の通り道およびループ２８、６２、６４、６６、７８を介して冷却材に伝えられる場合がある。

【0023】

ロータ組立体４０が所期の高い毎分回転数（ＲＰＭｓ）で回転するので、遠心力は、ロータ巻線４６を半径方向外方に押し進める傾向があり、それにより、熱導電性層７６と巻線４６の間にはギャップが作り出されることがある。ロータ巻線４６と熱導電性層７６の間のギャップをまたがって伝導することによるこの熱移動は、効果的ではなく、したがって、好ましくない。ロータ組立体４０に対するキャップ５２、半径方向要素５４、および楔７２を集めたものの連結は、ロータ巻線４６への遠心力と対立する傾向があり、巻線４６を所定位置に留めて巻線座部７４の熱伝導性層７６と接触するのを確保することにより、巻線４６から伝導を介した冷却材への熱移動を改善するのに役立つ。

【0024】

さらに、発電する動作中、主機ステータ２２に対してロータ組立体４０を回転させることにより、通電した磁極４８とステータ２２の間のエアギャップ内の磁界および／または磁束の調和が変化するために、渦電流損失が典型的に起きる。これらの渦電流損失が磁極４８の表面またはその近辺に主として起きるので、熱伝導性がより低く、したがって、損失による磁気的な影響が少ないキャップ５２の積層構造のために、損失は最小化することができる。また、僅かな渦電流損失により、磁極４８の表面またはその近辺の損失から生じる熱がより小さくなる。

【0025】

発電する動作中、突起５８および凹所６０は、ポスト４４およびコア４２に対するキャップ５２の安定したインターロックも提供する。たとえば、回転中、遠心力は、キャップ５２をポスト４４およびコア４２から分離させようとする場合がある。この分離は、インターロックした突起５８および凹所６０によるポスト４４およびコア４２に対するキャップ５２のインターロックによって阻止または遅延される。また、ポスト４４およびコア４２に対するキャップ５２のインターロックによって、キャップ５２およびポスト４４の相対回転を遅延させるように構成された回転防止ロックが提供される。半径方向要素５４の組立てによって、回転防止ロックの構成がさらに支持される。

【0026】

図５は、本発明の第２の実施形態に係る代替のロータ組立体１４０を示す。第２の実施形態は、第１の実施形態と同様であり、したがって、同じ部品は、同じ数字に１００を増やしたもので識別され、別途記載がない限り、第１の実施形態の同じ部品の説明が第２の実施形態に妥当するということが理解されよう。第１の実施形態および第２の実施形態の間の差異は、キャップ１５２が代替的に少なくとも部分的な台形状の突起１５８の断面を備えるということである。それに応じて、コア１４２は、キャップ１５２をコア１４２に取り外し可能に連結するため、ポスト１４４の凹所１６０の中で相補的な台形状の断面を有することになろう。代替の台形、すなわち、別のインターロックの断面が考えられる。

【0027】

図６は、本発明の第３の実施形態に係る代替のロータ組立体２４０を示す。第３の実施形態は、第１および第２の実施形態と同様であり、したがって、同じ部品は、同じ数字に２００を増やしたもので識別され、別途記載がない限り、第１および第２の実施形態の同じ部品の説明が第３の実施形態に妥当するということが理解されよう。第３の実施形態と第１および第２の実施形態との間の差異は、キャップ２５２が、キャップ２５２から延在しかつコア２４２のポスト２４４の対向する角部に当接する、突起１５８の各側で離間された指状角部（ｃｏｒｎｅｒ ｆｉｎｇｅｒ）２９０として示された少なくとも第２の突起をさらに含むということである。図示のように、指状角部２９０は、少なくとも一部が台形断面を有するが、コア２４２に取り外し可能に連結および／またはコアとインターロック関係を有するために代替の断面を有することができる。それに応じて、コア２４２は、ポスト２４４の指状角部チャネル２９２などの少なくとも第２の凹所に相補的な断面を有することになろう。

【0028】

代替的には、インターロック要素が逆にされて、たとえば、ポスト２４４上の指状角部２９０とキャップ２５２上の指状角部チャネル２９２といった実施形態が考えられる。さらに、２つの指状角部２９０と対応する指状角部チャネル２９２とが示されているが、他に採り得る数の指状角部２９０と対応する指状角部チャネル２９２とが考えられる。

【0029】

指状角部２９０によって、発電する動作中におけるコア２４２に対するキャップ２５２のインターロックをさらに安定化することができる。回転中に、遠心力によって、磁極４８から最も遠いキャップ２５２端部がポスト２４４およびコア２４２から分離しようとする場合がある。指状角部２９０と対応する指状角部チャネル２９２とによるコア２４２に対するキャップ２５２の追加のインターロックによって、キャップ２５２端部がさらに安定化されて分離が阻止される。また、指状角部２９０と対応する指状角部チャネル２９２とによるコア２４２に対するキャップ２５２の追加のインターロックによって、キャップ２５２およびポスト２４４の相対回転を遅延させるように構成される追加の回転防止ロックが提供される。

【0030】

図７は、本発明の第４の実施形態に係る代替のロータ組立体３４０を示す。第４の実施形態は、第１、第２、および第３の実施形態と同様であり、したがって、同じ部品は、同じ数字に３００を増やしたもので識別され、別途記載がない限り、第１、第２、および第３の実施形態の同じ部品の説明が第４の実施形態に妥当するということが理解されよう。第４の実施形態と第１、第２、および第３の実施形態との間の差異は、キャップ３５２の指状角部３９０が、キャップ３５２から延在するがコア３４２のポスト３４４の対向する角部に当接せずに、突起１５８の各側で離間されているということである。図示のように、指状角部３９０は、少なくとも一部が台形断面を有するが、コア３４２に取り外し可能に連結および／またはコアとインターロック関係を有するために代替の断面を有することができる。それに応じて、ポスト３４４の指状角部チャネル３９２は、相補的な断面を有することになろう。代替的には、インターロック要素が逆にされて、たとえば、ポスト３４４上の指状角部３９０とキャップ３５２上の指状角部チャネル３９２といった実施形態が考えられる。さらに、２つの指状角部３９０と対応する指状角部チャネル３９２とが示されているが、他に採り得る数の指状角部３９０と対応する指状角部チャネル３９２とが考えられる。

【0031】

本開示により、上図に示したものに加えて、他の多くの可能な実施形態および構成が予想される。たとえば、本発明の一実施形態では、磁極４８、キャップ５２、ロータ巻線４６などの上述した電気機械組立体１０構成要素が多かれ少なかれ予想される。本発明の別の実施形態では、巻線４６を巻線座部７４の中に付勢するためにロータ巻線４６の異なる側に構成された楔７２を用いることが予想される。代替的には、２以上の側のロータ巻線４６を巻線座部７４の中に付勢するために、追加の楔７２を含めることができる。本発明の別の実施形態では、追加の冷却材の通り道および／またはループが冷却の改善のために利用できるように、追加の冷却材通路孔６６および回転軸３２に沿って軸方向に離間した半径方向冷却材通路６４が予想される。さらに、様々な構成要素の設計および配設については、いくつかの異なったインライン構成が実現され得るように再編成することができる。

【0032】

本発明のさらに別の実施形態では、ロータ巻線セット５０および巻線座部７４が、図示の例と比較して、たとえば、時計方向および反時計方向に１０度（１０⁰）回転した構成にすることができる。たとえば、磁極４４の一方の側のロータ巻線４６が反時計方向であるように構成でき、その一方で磁極の対向側の対応する巻線４６が時計方向であるように構成できると考えられる。この例では、各回転したロータ巻線４６は、１つまたは複数の楔７２によって所定位置に保持でき、これにより巻線４６と巻線座部７４の間の熱接触を確実にすることができる。また、キャップ５２および熱伝導性層７６などの追加の構成要素には、回転したロータ巻線４６に適合するための僅かに角度付けされた面を設けることができる。反時計方向の１０度回転は、構成における一例であり、時計方向および反時計方向の双方について他の角度が考えられる。

【0033】

本明細書に開示された実施形態では、キャップおよびコア組立体を備えた発電機ロータが提供される。上記実施形態で実現され得る１つの利点は、上述した実施形態では、組立体から熱を除去するために熱伝導性がかなり改善されたということである。冷却材の通り道および／またはループに連結され、積層材料を含むコアと比較して、コアの改善された熱導電性によって、はるかに効果的な形式で巻線から冷却材に熱が除去される。上記実施形態の別の利点は、熱導電性層が、改善された熱導電性に加えて改善された機械的な完全性を提供するために、ある意味ではロータ内の典型的なスロットライナに取って代わるということである。また、熱導電性層は、熱導電性もしくは冷却の管および／またはフィンに取って代わり、部品点数を減らし、したがって、ロータ組立体の信頼性を増大させる。ロータ組立体の熱消費が増大することにより、高速回転が可能になり、そうでなければ余分な熱が発生し得る。より高速の回転により、発電機の寸法を増加させることなく、改善された動力発生または改善された発電機効率がもたらされ得る。

【0034】

上記実施形態のさらに別の利点は、実施形態では、コアに代えて、製造するのに通常低価格である非積層材料にすることにより、製造するのに通常費用がかかる積層材料の量が減るために製造費用が著しく低減されるということである。さらに、固体本体のコアを使用することにより、穿孔などの製造工程およびロータ巻線の自動巻線によって費用をさらに低減することが可能である。さらにまた、追加の冷却の管およびフィンは、与えられた組立体に管を溶接する事前工程が費用を増大させるような製作および組立てから排除することができる。

【0035】

航空機の構成要素を設計するとき、取り組むべき重要な要素は、寸法、重量および信頼性である。上述したロータ組立体では、部品点数が減少し、全システムが本質的により信頼性のあるものになる。おそらくこれにより、より軽量化され、小型化され、性能が向上され、信頼性が改善されたシステムがもたらされる。部品点数の減少およびメンテナンスの削減によって、製造費用の低減および運転費用の低減が導かれよう。重量および寸法の削減は、飛行中における価格的優位性のある利点と相互に関連がある。

【0036】

既述ではない範囲内で、様々な実施形態の異なった特徴および構造は、互いに組み合わせて所望に使用することができる。すべての実施形態で１つの特徴が図示されていない場合があることは、そういう場合がないと解釈されるべきことを意図しておらず、説明を簡潔にするためにそうされている。したがって、異なる実施形態の様々な特徴は、新たな実施形態が明白に記載されているか否かにかかわらず、新たな実施形態を形成するために、所望に組合せおよび調和させることができる。本明細書に記載の特徴のすべての結合または置換は、この開示によってカバーされる。

【0037】

この記載した説明は、例を用いて、最良の形態を含む本発明を開示し、また、装置またはシステムを製作して使用することおよび組み込まれた任意の方法を遂行することを含めて、任意の当業者が本発明を実施できるようにする。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者が思い付く他の例を含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文字通りの用語とは異ならない構造的構成要素がある場合に、あるいは、特許請求の範囲の文字通りの用語に対する差異の実体がないような等価な構造的構成要素が含まれる場合に、特許請求の範囲の範囲内にあるべきことを目的としている。

【符号の説明】

【0038】

１０ 電気機械組立体
１２ 第１の機械
１４ 励磁機ロータ
１６ 励磁機ステータ
１８ 第２の機械
２０ 主機ロータ
２２ 主機ステータ
２８ 中央冷却材通路
３０ 電気動力ケーブル
３２ 回転軸
３４ 回転軸線
４０ ロータ組立体
４２ コア
４４ ポスト
４６ ロータ巻線
４８ 磁極
５０ ロータ巻線セット
５２ キャップ
５４ 半径方向要素
５６ 巻線スロット
５８ 突起
６０ 凹所
６２ 内部冷却材通路
６４ 半径方向冷却材通路
６６ 冷却材通路孔
６８ 突起
７０ 凹所
７２ 楔
７４ 巻線座部
７６ 熱導電性層
７８ チャネル
１４０ ロータ組立体
１４２ コア
１４４ ポスト
１５２ キャップ
１５８ 突起
１６０ 凹所
２４０ ロータ組立体
２４２ コア
２４４ ポスト
２５２ キャップ
２９０ 指状角部
２９２ 指状角部チャネル
３４０ ロータ組立体
３４２ コア
３４４ ポスト
３５２ キャップ
３９０ 指状角部
３９２ 指状角部チャネル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】