JP2002272059A - 凹部をもった表面を有する発電機ステータの冷却装置 - Google Patents
凹部をもった表面を有する発電機ステータの冷却装置Info
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- JP2002272059A JP2002272059A JP2001400492A JP2001400492A JP2002272059A JP 2002272059 A JP2002272059 A JP 2002272059A JP 2001400492 A JP2001400492 A JP 2001400492A JP 2001400492 A JP2001400492 A JP 2001400492A JP 2002272059 A JP2002272059 A JP 2002272059A
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
- H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、冷却効率を増大させるステータコ
ア組立体に関する。 【解決手段】 ステータコア組立体６２は、半径方向に
延びる複数のスペーサブロック６８によって隔離された
積層薄板７３の隣接するパッケージを含み、スペーサブ
ロック６８の隣接する各対が、軸方向に間隔をおいて配
置された隣接する薄板７２と協働して、複数の半径方向
の冷却ダクトを構成し、該ダクトの各々が、複数の凹部
７０を有する少なくとも１つの薄板表面７８を有する。
ア組立体に関する。 【解決手段】 ステータコア組立体６２は、半径方向に
延びる複数のスペーサブロック６８によって隔離された
積層薄板７３の隣接するパッケージを含み、スペーサブ
ロック６８の隣接する各対が、軸方向に間隔をおいて配
置された隣接する薄板７２と協働して、複数の半径方向
の冷却ダクトを構成し、該ダクトの各々が、複数の凹部
７０を有する少なくとも１つの薄板表面７８を有する。
Description
【０００１】
【従来の技術】発電機の設計の技術においては、ステー
タ内部の磁気及び抵抗による損失が熱を発生させ、電気
機械的な故障を回避するためにその熱を放散し、除去し
なければならないこと、及び、この損失が、与えられた
物理的寸法のもとで機械の能力に深刻な制約をもたらす
ことが知られている。
タ内部の磁気及び抵抗による損失が熱を発生させ、電気
機械的な故障を回避するためにその熱を放散し、除去し
なければならないこと、及び、この損失が、与えられた
物理的寸法のもとで機械の能力に深刻な制約をもたらす
ことが知られている。
【０００２】従来の発電機システムは、通常は、空気又
は水素によって、いずれの場合にも流路及び回転領域内
での強制的な対流の流れの形態で、冷却される。導体バ
ー間の中心部の温度が所定の限界を超えないことが、発
電機コア内のステータバーに対する産業上の要求であ
る。ステータバーの設計及び絶縁、磁束場、コアの設
計、及び冷却の設計を含む多くの要因が、運転中に経験
される中央部の最高温度に影響を与える。
は水素によって、いずれの場合にも流路及び回転領域内
での強制的な対流の流れの形態で、冷却される。導体バ
ー間の中心部の温度が所定の限界を超えないことが、発
電機コア内のステータバーに対する産業上の要求であ
る。ステータバーの設計及び絶縁、磁束場、コアの設
計、及び冷却の設計を含む多くの要因が、運転中に経験
される中央部の最高温度に影響を与える。
【０００３】発電機において高い出力密度に達するため
に、ステータコアは、薄板の積層体を通しての一定のレ
ベルの冷却を必要とする。従来の発電機においては、ダ
クトを冷却する冷却気体の流れのための空間を残すため
に、スペーサリブ又はブロックが、薄板の間に用いられ
る。空気のような冷却気体が、種々の間隔で、ファンに
よってステータコアを通り、これらの冷却ダクトを通る
ように強制される。より具体的には、冷却気体は、ステ
ータコアの半径方向外側の部分から該コアの内側の部分
へ運ばれ（又はその逆に）、それにより、該コアを通っ
て流れ、ステータバーを通りすぎる。冷却気体は、ステ
ータコア及びそれに対応するロータから熱を拾い上げ、
運び去る。この熱せられた気体は、次に、熱交換器を通
って送られ、そこで熱は水のような別の冷却媒体に伝達
される。そして、この冷却された気体は、反復かつ連続
する工程で、冷却ダクトに再循環させることができる。
に、ステータコアは、薄板の積層体を通しての一定のレ
ベルの冷却を必要とする。従来の発電機においては、ダ
クトを冷却する冷却気体の流れのための空間を残すため
に、スペーサリブ又はブロックが、薄板の間に用いられ
る。空気のような冷却気体が、種々の間隔で、ファンに
よってステータコアを通り、これらの冷却ダクトを通る
ように強制される。より具体的には、冷却気体は、ステ
ータコアの半径方向外側の部分から該コアの内側の部分
へ運ばれ（又はその逆に）、それにより、該コアを通っ
て流れ、ステータバーを通りすぎる。冷却気体は、ステ
ータコア及びそれに対応するロータから熱を拾い上げ、
運び去る。この熱せられた気体は、次に、熱交換器を通
って送られ、そこで熱は水のような別の冷却媒体に伝達
される。そして、この冷却された気体は、反復かつ連続
する工程で、冷却ダクトに再循環させることができる。
【０００４】従来の発電機において、ステータの冷却ダ
クトは、平滑な壁の流路、又は乱流発生器を備えた流路
を有する。例えば、米国特許第５，８６９，９１２号を
参照されたい。米国特許第５，８６９，９１２号におい
ては、隣接するパッケージの積層された薄板が、半径方
向に延びる複数のスペーサリブ又はブロックによって分
離され、各々の隣接する対のスペーサブロックは、隣接
する軸方向に間隔をおいて配置された薄板と協働して、
冷却ダクトと各冷却ダクト内の乱流発生器要素を構成し
ており、各々の乱流発生器要素は、隣接する軸方向に間
隔をおいて配置された薄板の一つから該ダクト内に延び
る。乱流発生要素の目的は、平滑な壁の流路よりも、熱
伝達性能を増加させることである。
クトは、平滑な壁の流路、又は乱流発生器を備えた流路
を有する。例えば、米国特許第５，８６９，９１２号を
参照されたい。米国特許第５，８６９，９１２号におい
ては、隣接するパッケージの積層された薄板が、半径方
向に延びる複数のスペーサリブ又はブロックによって分
離され、各々の隣接する対のスペーサブロックは、隣接
する軸方向に間隔をおいて配置された薄板と協働して、
冷却ダクトと各冷却ダクト内の乱流発生器要素を構成し
ており、各々の乱流発生器要素は、隣接する軸方向に間
隔をおいて配置された薄板の一つから該ダクト内に延び
る。乱流発生要素の目的は、平滑な壁の流路よりも、熱
伝達性能を増加させることである。
【０００５】乱流発生要素により熱伝達性能は増加する
が、ステータの冷却ダクトにおける摩擦損失又は粗構造
体損失が高くなることに伴う冷却圧力による不利益が生
じ、冷却効率が増加するにつれて圧力低下が増大するこ
とにより、全体の発電機の効率が悪影響を受ける。言い
換えると、乱流発生要素は、より多くの摩擦を生じさせ
ることがあり、この摩擦は、冷却気体をシステム内に押
し込むためにより多くのエネルギーを必要とし、それに
より発電機の効率を減少させる。
が、ステータの冷却ダクトにおける摩擦損失又は粗構造
体損失が高くなることに伴う冷却圧力による不利益が生
じ、冷却効率が増加するにつれて圧力低下が増大するこ
とにより、全体の発電機の効率が悪影響を受ける。言い
換えると、乱流発生要素は、より多くの摩擦を生じさせ
ることがあり、この摩擦は、冷却気体をシステム内に押
し込むためにより多くのエネルギーを必要とし、それに
より発電機の効率を減少させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、従来の発電機
の摩擦による不利益を最小限にし又は除きながら、冷却
効率を増大させるステータダクト冷却システムの設計を
得ることが望ましい。さらに、ステータコアの基本的な
大きさを同じに維持しながら、全体の出力効率を増加さ
せることが望ましい。
の摩擦による不利益を最小限にし又は除きながら、冷却
効率を増大させるステータダクト冷却システムの設計を
得ることが望ましい。さらに、ステータコアの基本的な
大きさを同じに維持しながら、全体の出力効率を増加さ
せることが望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、半径方向に延
びる複数のスペーサブロックによって分離された積層薄
板の隣接するパッケージを含み、スペーサブロックの隣
接する各対は、軸方向に間隔をおいて配置された隣接す
る薄板と協働して、複数の半径方向の冷却ダクトを構成
し、該ダクトの各々が複数の凹部を有する少なくとも1
つの薄板表面を有するステータコア組立体である。
びる複数のスペーサブロックによって分離された積層薄
板の隣接するパッケージを含み、スペーサブロックの隣
接する各対は、軸方向に間隔をおいて配置された隣接す
る薄板と協働して、複数の半径方向の冷却ダクトを構成
し、該ダクトの各々が複数の凹部を有する少なくとも1
つの薄板表面を有するステータコア組立体である。
【０００８】凹部は、ステータコアの冷却ダクトから離
れる方向に延びる。凹部は、ダクト壁に隣接する熱せら
れた気体とダクトの中心線付近の比較的冷たい気体との
間の熱伝達の程度を増大させる。この混合の増加した水
準が、冷たい気体をダクト壁と接触させ、より大きい熱
伝達を可能にする。さらに、凹部は、冷却気体に曝され
る表面積を増加させる。別の特徴は、各々の凹部におい
て、整った流れの渦が作り出され、そこから放出され、
冷たい気体が凹部に流入することを可能にすることであ
る。その結果、本発明によって、（１）冷たい気体と熱
せられた気体との混合の増加、（２）冷却気体とダクト
との間の接触のためのより大きい表面積、（３）冷たい
気体が凹部に流入しダクトから熱を運び去るのを可能に
する渦、のために、より多くの冷却が達成される。
れる方向に延びる。凹部は、ダクト壁に隣接する熱せら
れた気体とダクトの中心線付近の比較的冷たい気体との
間の熱伝達の程度を増大させる。この混合の増加した水
準が、冷たい気体をダクト壁と接触させ、より大きい熱
伝達を可能にする。さらに、凹部は、冷却気体に曝され
る表面積を増加させる。別の特徴は、各々の凹部におい
て、整った流れの渦が作り出され、そこから放出され、
冷たい気体が凹部に流入することを可能にすることであ
る。その結果、本発明によって、（１）冷たい気体と熱
せられた気体との混合の増加、（２）冷却気体とダクト
との間の接触のためのより大きい表面積、（３）冷たい
気体が凹部に流入しダクトから熱を運び去るのを可能に
する渦、のために、より多くの冷却が達成される。
【０００９】さらに、本発明による設計は、摩擦損失を
最小限にしながら、冷却の増大を達成する。このよう
に、本発明は、乱流発生要素を使用する設計に関連した
摩擦損失の重要な不利益を解決する。本発明は、乱流発
生要素を有する設計（米国特許第５，８６９，９１２号
参照）と同一又は同様な利益と有用性を提供するが、乱
流発生要素を有する設計に関連した摩擦損失を回避する
か又は最小限にするので、より高い全体効率を達成す
る。
最小限にしながら、冷却の増大を達成する。このよう
に、本発明は、乱流発生要素を使用する設計に関連した
摩擦損失の重要な不利益を解決する。本発明は、乱流発
生要素を有する設計（米国特許第５，８６９，９１２号
参照）と同一又は同様な利益と有用性を提供するが、乱
流発生要素を有する設計に関連した摩擦損失を回避する
か又は最小限にするので、より高い全体効率を達成す
る。
【００１０】本発明は、新しい機械に容易に組み込むこ
とができ、また、既存の機械に後付けすることができ
る。現在使用中の、又は、当業者によって合理的に将来
の用途が予想される、あらゆる気体又は液体の冷却媒体
と共に用いることが可能であるので、本発明を広い範囲
の発電機の冷却設計に組み込むことができる。
とができ、また、既存の機械に後付けすることができ
る。現在使用中の、又は、当業者によって合理的に将来
の用途が予想される、あらゆる気体又は液体の冷却媒体
と共に用いることが可能であるので、本発明を広い範囲
の発電機の冷却設計に組み込むことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】上述したように、米国特許第５，
８６９，９１２号は、平滑な壁の冷却ダクト又は乱流発
生要素をもつ冷却ダクトを有するステータコア薄板組立
体について説明している。図１及び図２には、平滑な壁
の冷却ダクト１１を有する従来のステータコア薄板組立
体１０の一部が示される。この組立体は、１つの「パッ
ケージ」１２の中に約７０の個別の薄板を含むことがで
きる。以下に言及する場合を除いて、これらの薄板パッ
ケージは、およそ１から３インチ（２．５４から７．６
２cm）の厚さである。複数の内側スペーサブロック又は
ロッド１６が、パッケージの「最も外側の」薄板１４に
固定され、コア薄板のヨーク部分すなわち領域１８に沿
って、半径方向に延びており、また、長い方のスペーサ
ブロック又はロッドが、ヨーク領域１８に沿ってだけで
なく、半径方向内方の歯領域２０にも沿うように半径方
向に延びている。内側スペーサブロックが溶接された薄
板は、パッケージの残りの薄板よりも厚く、通常、０．
０２５インチ（０，６３５mm）の厚さである。内側スペ
ーサブロック１６は、隣接するステータコア薄板パッケ
ージ１２に係合する一対の平坦な側面を備えるほぼ長方
形又は正方形の形状を有し、よって、隣接するスペーサ
ブロックの間の半径方向に延びる複数の冷却剤通路又は
ダクトを構成する。内側スペーサブロック１６は、例え
ばＩビーム断面のような、他の種々の断面を有すること
ができる。特定の冷却構成によっては、冷却剤の流れ
は、半径方向内向き又は外向きの方向とすることができ
る。典型的には、内側スペーサブロックは、約０．２５
０インチ（６，３５mm）の高さを有し、冷却剤通路の高
さも定める。スペーサブロックの幅もまた、約０．２５
０インチ（６．３５mm）である。図２は、平滑な壁の冷
却ダクト１１（１つのダクト１１のみ示す）を有する従
来のステータコア薄板組立体１０の部分断面図である。
８６９，９１２号は、平滑な壁の冷却ダクト又は乱流発
生要素をもつ冷却ダクトを有するステータコア薄板組立
体について説明している。図１及び図２には、平滑な壁
の冷却ダクト１１を有する従来のステータコア薄板組立
体１０の一部が示される。この組立体は、１つの「パッ
ケージ」１２の中に約７０の個別の薄板を含むことがで
きる。以下に言及する場合を除いて、これらの薄板パッ
ケージは、およそ１から３インチ（２．５４から７．６
２cm）の厚さである。複数の内側スペーサブロック又は
ロッド１６が、パッケージの「最も外側の」薄板１４に
固定され、コア薄板のヨーク部分すなわち領域１８に沿
って、半径方向に延びており、また、長い方のスペーサ
ブロック又はロッドが、ヨーク領域１８に沿ってだけで
なく、半径方向内方の歯領域２０にも沿うように半径方
向に延びている。内側スペーサブロックが溶接された薄
板は、パッケージの残りの薄板よりも厚く、通常、０．
０２５インチ（０，６３５mm）の厚さである。内側スペ
ーサブロック１６は、隣接するステータコア薄板パッケ
ージ１２に係合する一対の平坦な側面を備えるほぼ長方
形又は正方形の形状を有し、よって、隣接するスペーサ
ブロックの間の半径方向に延びる複数の冷却剤通路又は
ダクトを構成する。内側スペーサブロック１６は、例え
ばＩビーム断面のような、他の種々の断面を有すること
ができる。特定の冷却構成によっては、冷却剤の流れ
は、半径方向内向き又は外向きの方向とすることができ
る。典型的には、内側スペーサブロックは、約０．２５
０インチ（６，３５mm）の高さを有し、冷却剤通路の高
さも定める。スペーサブロックの幅もまた、約０．２５
０インチ（６．３５mm）である。図２は、平滑な壁の冷
却ダクト１１（１つのダクト１１のみ示す）を有する従
来のステータコア薄板組立体１０の部分断面図である。
【００１２】図３、図４、及び図５において、乱流発生
要素を有する従来のステータコア薄板組立体の部分図が
示される。ステータコア薄板パッケージ２２は、半径方
向に延びるスペーサブロック２４と隣接する薄板パッケ
ージの２つの隣接する薄板によって半径方向に配向され
た冷却剤通路が形成されるという点で、図１に示すもの
とほぼ同様である。図３はまた、半径方向に延びる各々
の冷却ダクト内の乱流発生器２６の位置と配向も示して
いる。米国特許第５，８６９，９１２号で説明されてい
るように、乱流発生器２６は、半径方向に規則正しい間
隔で配置され、円周方向にステータコア組立体の湾曲に
ほぼ沿っている。図４は、図３に示す乱流発生器の拡大
部分斜視図である。米国特許第５，８６９，９１２号で
説明されているように、乱流発生器２６は、冷却ダクト
の一方の壁を形成するパッケージ内の、多数の薄板３
２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ・・・のうちの一つの薄板
３２にのみ形成される。この実施形態において、乱流発
生器２６は、０．３８０インチ（９．６５２mm）の幅を
有することができ、薄板組立体の平面に対して９０度に
配向される。しかしながら、米国特許第５，８６９，９
１２号で説明されているように、乱流発生器を、薄板の
平面に対して、例えば３０から４５度の間の角度で形成
することができる。これらの乱流発生器は、冷却剤通路
中に延びるように、薄板から打ち抜かれそして曲げられ
たリブ又はタブによって形成される。これは、それぞれ
のパッケージを組み立てる前に行なわれる。乱流発生器
が形成される薄板は、約０．０２５インチ（０．６３５
mm）の厚さを有し、パッケージ内の他の薄板３２ａ、
ｂ、ｃ等は、約０．０１４インチ（０．３５６mm）の壁
の厚さを有する。乱流発生器の半径方向の間隔（例え
ば、約０．３７５インチ(９，５２５mm)）と該乱流発生
器の高さ（例えば、約０．２５インチ（６．３５mm））
との間の比は、約１５であるが、約５から２０の間であ
ってもよい。図５は、図３に示す従来のステータコア薄
板組立体の、線５−５に沿って切り取った部分断面図を
示す。乱流発生器の追加の実施形態が、米国特許第５，
８６９，９１２号において説明され、示されている。
要素を有する従来のステータコア薄板組立体の部分図が
示される。ステータコア薄板パッケージ２２は、半径方
向に延びるスペーサブロック２４と隣接する薄板パッケ
ージの２つの隣接する薄板によって半径方向に配向され
た冷却剤通路が形成されるという点で、図１に示すもの
とほぼ同様である。図３はまた、半径方向に延びる各々
の冷却ダクト内の乱流発生器２６の位置と配向も示して
いる。米国特許第５，８６９，９１２号で説明されてい
るように、乱流発生器２６は、半径方向に規則正しい間
隔で配置され、円周方向にステータコア組立体の湾曲に
ほぼ沿っている。図４は、図３に示す乱流発生器の拡大
部分斜視図である。米国特許第５，８６９，９１２号で
説明されているように、乱流発生器２６は、冷却ダクト
の一方の壁を形成するパッケージ内の、多数の薄板３
２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ・・・のうちの一つの薄板
３２にのみ形成される。この実施形態において、乱流発
生器２６は、０．３８０インチ（９．６５２mm）の幅を
有することができ、薄板組立体の平面に対して９０度に
配向される。しかしながら、米国特許第５，８６９，９
１２号で説明されているように、乱流発生器を、薄板の
平面に対して、例えば３０から４５度の間の角度で形成
することができる。これらの乱流発生器は、冷却剤通路
中に延びるように、薄板から打ち抜かれそして曲げられ
たリブ又はタブによって形成される。これは、それぞれ
のパッケージを組み立てる前に行なわれる。乱流発生器
が形成される薄板は、約０．０２５インチ（０．６３５
mm）の厚さを有し、パッケージ内の他の薄板３２ａ、
ｂ、ｃ等は、約０．０１４インチ（０．３５６mm）の壁
の厚さを有する。乱流発生器の半径方向の間隔（例え
ば、約０．３７５インチ(９，５２５mm)）と該乱流発生
器の高さ（例えば、約０．２５インチ（６．３５mm））
との間の比は、約１５であるが、約５から２０の間であ
ってもよい。図５は、図３に示す従来のステータコア薄
板組立体の、線５−５に沿って切り取った部分断面図を
示す。乱流発生器の追加の実施形態が、米国特許第５，
８６９，９１２号において説明され、示されている。
【００１３】図６及び図７は、本発明の１つの実施形態
によるステータコア薄板組立体６２を示す。ステータコ
アパッケージ６４は、半径方向に配向された冷却剤通路
が、半径方向に延びるスペーサブロック６８と隣接する
薄板パッケージの２つの隣接する薄板によって形成され
るという点で、図１及び図３に示すものとほぼ同様であ
る。図６はまた、半径方向に延びる各々の冷却ダクト内
の複数の凹部７０の位置と配向も示している。示される
ように、凹部７０は、ヨーク領域６６又は歯領域６７内
に位置させることができる。
によるステータコア薄板組立体６２を示す。ステータコ
アパッケージ６４は、半径方向に配向された冷却剤通路
が、半径方向に延びるスペーサブロック６８と隣接する
薄板パッケージの２つの隣接する薄板によって形成され
るという点で、図１及び図３に示すものとほぼ同様であ
る。図６はまた、半径方向に延びる各々の冷却ダクト内
の複数の凹部７０の位置と配向も示している。示される
ように、凹部７０は、ヨーク領域６６又は歯領域６７内
に位置させることができる。
【００１４】より具体的には、この実施形態において、
スペーサ板７２には表面凹部７０の列７４が形成され
る。スペーサ板７２は、他の薄板シート７３とおよそ同
じ厚さを有するが、所望ならばより厚くしてもよい。凹
部の列７４は、次の特性を有する。
スペーサ板７２には表面凹部７０の列７４が形成され
る。スペーサ板７２は、他の薄板シート７３とおよそ同
じ厚さを有するが、所望ならばより厚くしてもよい。凹
部の列７４は、次の特性を有する。
【００１５】１．スペーサ板７２の最も外側の表面７８
にある各々の凹部、すなわち、くぼみ７０は、２から５
ミリメートル（ｍｍ）の表面直径を有する開口部７１を
有する。
にある各々の凹部、すなわち、くぼみ７０は、２から５
ミリメートル（ｍｍ）の表面直径を有する開口部７１を
有する。
【００１６】２．各々の凹部７０は半球形状であるが、
必ずしも完全な半球ではない。本発明は、半球のセクタ
又は弦を含む凹部を含む。例えば、凹部の深さ対表面直
径の比は、約０．１０から０．５０とすることができ
る。凹部の深さ対表面直径の比を０．５０とするとき、
該凹部は完全な半球体である。
必ずしも完全な半球ではない。本発明は、半球のセクタ
又は弦を含む凹部を含む。例えば、凹部の深さ対表面直
径の比は、約０．１０から０．５０とすることができ
る。凹部の深さ対表面直径の比を０．５０とするとき、
該凹部は完全な半球体である。
【００１７】３．各々の凹部７０は、０．３から１．５
ｍｍの最大深さを有する。
ｍｍの最大深さを有する。
【００１８】４．列７４において凹部７０の中心から中
心の間隔は、Ｄが開口部７１における各々の凹部７０の
表面直径である場合、約１．１Ｄから２Ｄである。
心の間隔は、Ｄが開口部７１における各々の凹部７０の
表面直径である場合、約１．１Ｄから２Ｄである。
【００１９】５．列７４のパターンは、示されるよう
に、列と列の間が互い違い状に並べられた、均等に間隔
をおいて配置された凹部７０のパターンとすることがで
きる。しかしながら、ダクトの幅が位置によって変化す
るので、凹部の寸法及び間隔は、ステータダクト内の位
置によって変化すると考えられる。
に、列と列の間が互い違い状に並べられた、均等に間隔
をおいて配置された凹部７０のパターンとすることがで
きる。しかしながら、ダクトの幅が位置によって変化す
るので、凹部の寸法及び間隔は、ステータダクト内の位
置によって変化すると考えられる。
【００２０】６．各々の凹部７０は、表面７８との間に
角７９を形成する壁７７を有する。さらに、各々の凹部
７０は、表面７８において鋭い縁部７６をもつことがあ
り、それは、角７９が約９０度のときに生じる。しかし
ながら、例えば、電気的短絡を防ぐ塗装をするために、
所望ならば、製造工程において湾曲した縁部を得ること
ができる。湾曲した縁部を形成する場合には、角７９
は、約９０度より大きくなる。図１３は、角７９が約９
０度より大きい湾曲した縁部１０９を示す。言い換える
と、図１３に示すように、「Ｒ」は、断面図で見て凹部
７０の湾曲した縁部１０９に外接しうる最大円の半径で
ある。「Ｒ」は、約０から０．１０インチ（２．５４ｍ
ｍ）である。Ｒ＝０の値は、図８に示すように、鋭い縁
部７６となる。
角７９を形成する壁７７を有する。さらに、各々の凹部
７０は、表面７８において鋭い縁部７６をもつことがあ
り、それは、角７９が約９０度のときに生じる。しかし
ながら、例えば、電気的短絡を防ぐ塗装をするために、
所望ならば、製造工程において湾曲した縁部を得ること
ができる。湾曲した縁部を形成する場合には、角７９
は、約９０度より大きくなる。図１３は、角７９が約９
０度より大きい湾曲した縁部１０９を示す。言い換える
と、図１３に示すように、「Ｒ」は、断面図で見て凹部
７０の湾曲した縁部１０９に外接しうる最大円の半径で
ある。「Ｒ」は、約０から０．１０インチ（２．５４ｍ
ｍ）である。Ｒ＝０の値は、図８に示すように、鋭い縁
部７６となる。
【００２１】７．凹部７０は、製造方法によって、異な
る幾何学的形状（半球体でない）をとることができる。
る幾何学的形状（半球体でない）をとることができる。
【００２２】当業者には、与えられた用途のための正確
な又は最適な凹部の設計及び整列状態が、特定の機械の
設計条件によって定まることが分かるであろう。幾つか
の条件において使用される可能性のある設計を示すため
に、実現可能な範囲のパラメータを提示してきた。
な又は最適な凹部の設計及び整列状態が、特定の機械の
設計条件によって定まることが分かるであろう。幾つか
の条件において使用される可能性のある設計を示すため
に、実現可能な範囲のパラメータを提示してきた。
【００２３】当業者には、本発明による凹部７０を、多
くの方法で形成できることが分かるであろう。以下は、
その例に含まれるが、それらに限定されるものではな
い。
くの方法で形成できることが分かるであろう。以下は、
その例に含まれるが、それらに限定されるものではな
い。
【００２４】１．プレス加工により予め成形された板。
【００２５】２．単一の板にパターン状の型打ちをする
ことによる成形。
ことによる成形。
【００２６】３．局所的な道具又は手での型打ちによる
成形又はくぼみ付け。
成形又はくぼみ付け。
【００２７】４．道具又は型打ちによる成形で1枚の板
に凹部を形成し、次いで、この板を、上にくる板の変形
された部分を受けるようにされた貫通穴が切り抜き又は
打ち抜きにより形成された第２の板の上に重ねる。（こ
の構造は、図８に示される）。
に凹部を形成し、次いで、この板を、上にくる板の変形
された部分を受けるようにされた貫通穴が切り抜き又は
打ち抜きにより形成された第２の板の上に重ねる。（こ
の構造は、図８に示される）。
【００２８】５．円錐の穴を板に打ち抜く（この構造
は、図９に示される）。
は、図９に示される）。
【００２９】６．円形の穴を打ち抜き、続いて、凹部の
底部を丸くするための軽い型打ち（この構造は、図１０
に示される）。
底部を丸くするための軽い型打ち（この構造は、図１０
に示される）。
【００３０】７．種々の大きさの穴が打ち抜きされた層
の積層（種々の構造が、図１１と図１２に示される）。
の積層（種々の構造が、図１１と図１２に示される）。
【００３１】図８に示すように、コア薄板組立体８１
は、凹部７０を有するように形成された第１の板８０を
含むステータコアパッケージ８３を有し、第２の板８２
には、該第１の板８０の凹部７０を受けるように穴８４
が内部に形成される。図７と同様に、図８は、角７９が
約９０度である場合には、鋭い縁部７６となることを示
す。
は、凹部７０を有するように形成された第１の板８０を
含むステータコアパッケージ８３を有し、第２の板８２
には、該第１の板８０の凹部７０を受けるように穴８４
が内部に形成される。図７と同様に、図８は、角７９が
約９０度である場合には、鋭い縁部７６となることを示
す。
【００３２】図９に示すように、２つ又はそれ以上の薄
板９０を、個別に又は一緒に打ち抜きし、互いに積み重
ねることができる。薄板９０を一かたまりの積層体とし
て打ち抜く場合には、得られる凹部９２に対し精密で厳
しい許容差が可能になる。２つ又はそれ以上の薄板９０
の積層体９４を、平坦な底部薄板９６の上に置くことが
できる。図９には、約０．７ｍｍの厚さ、約２から５ｍ
ｍの凹部９２の開口部９３、及び、各々の薄板９０の斜
面９１と積層体９４内の次の板の水平面との間の約４５
から５０度の角度を有する積層体９４を示す。
板９０を、個別に又は一緒に打ち抜きし、互いに積み重
ねることができる。薄板９０を一かたまりの積層体とし
て打ち抜く場合には、得られる凹部９２に対し精密で厳
しい許容差が可能になる。２つ又はそれ以上の薄板９０
の積層体９４を、平坦な底部薄板９６の上に置くことが
できる。図９には、約０．７ｍｍの厚さ、約２から５ｍ
ｍの凹部９２の開口部９３、及び、各々の薄板９０の斜
面９１と積層体９４内の次の板の水平面との間の約４５
から５０度の角度を有する積層体９４を示す。
【００３３】図１０に示すように、１つの薄板１００
が、丸い穴１０２を打ち抜かれ、平坦な薄板１０４の上
に積み重ねられ、次に凹部１０８の底部１０６を丸くす
るように軽く型打ちされる。図１０は、約０．３５ｍｍ
の厚さ、及び、約２から５ｍｍの凹部１０８の開口部１
０１を有する薄板１００を示す。
が、丸い穴１０２を打ち抜かれ、平坦な薄板１０４の上
に積み重ねられ、次に凹部１０８の底部１０６を丸くす
るように軽く型打ちされる。図１０は、約０．３５ｍｍ
の厚さ、及び、約２から５ｍｍの凹部１０８の開口部１
０１を有する薄板１００を示す。
【００３４】図１１に示すように、各々がそれぞれ異な
る大きさの円錐の穴１１２及び１１３を有する多数の薄
板１１０及び１１１を、平坦な薄板１１４の上に積み重
ねることができる。結果として、一対の傾斜した壁１１
５を有する凹部１１６が得られる。
る大きさの円錐の穴１１２及び１１３を有する多数の薄
板１１０及び１１１を、平坦な薄板１１４の上に積み重
ねることができる。結果として、一対の傾斜した壁１１
５を有する凹部１１６が得られる。
【００３５】図１２に示すように、各々がそれぞれ異な
る大きさの穴１２２及び１２３を有する多数の薄板１２
０及び１２１を、平坦な薄板１２４の上に積み重ねるこ
とができる。結果として、一対の垂直な壁１２５を有す
る凹部１２６が得られる。
る大きさの穴１２２及び１２３を有する多数の薄板１２
０及び１２１を、平坦な薄板１２４の上に積み重ねるこ
とができる。結果として、一対の垂直な壁１２５を有す
る凹部１２６が得られる。
【００３６】各々の凹部は、半球体の形状（例えば、図
６から図８に示すように）、又は、半球体の形状に近い
幾何学的形状（例えば、図９から図１２に示すように）
を有する。半球体の形状に近い幾何学的形状を有する凹
部は、該凹部の開口部９３の断面積が凹部の底部９５の
断面積と等しいかそれより大きく、かつ、少なくとも一
つの凹部の断面積が、円形又は実質的に円形の形状であ
る。
６から図８に示すように）、又は、半球体の形状に近い
幾何学的形状（例えば、図９から図１２に示すように）
を有する。半球体の形状に近い幾何学的形状を有する凹
部は、該凹部の開口部９３の断面積が凹部の底部９５の
断面積と等しいかそれより大きく、かつ、少なくとも一
つの凹部の断面積が、円形又は実質的に円形の形状であ
る。
【００３７】説明してきた本発明の各々の実施形態にお
いて、凹部は、それぞれの冷却ダクトの一方の側のみか
ら延びるように示されている。しかしながら、凹部は、
半径方向に一列に並べられた関係又は互い違い状にされ
た関係で、ダクトの両側から延びてもよい。例えば、図
６と図７に示す実施形態において、凹部７０を有するス
ペーサ板の表面７８に向き合う隣接するスペーサ板８８
の表面８６上に凹部７０を形成して、流れダクトの両方
の表面８６及び７８が凹部７０を有するようにすること
により、さらに冷却を増進させることができる。
いて、凹部は、それぞれの冷却ダクトの一方の側のみか
ら延びるように示されている。しかしながら、凹部は、
半径方向に一列に並べられた関係又は互い違い状にされ
た関係で、ダクトの両側から延びてもよい。例えば、図
６と図７に示す実施形態において、凹部７０を有するス
ペーサ板の表面７８に向き合う隣接するスペーサ板８８
の表面８６上に凹部７０を形成して、流れダクトの両方
の表面８６及び７８が凹部７０を有するようにすること
により、さらに冷却を増進させることができる。
【００３８】図６及び図７に示す構成に類似する凹部７
０を有する冷却ダクトの試験は、凹部を有する壁におけ
る熱伝達性能が、平滑な壁の冷却剤通路で見られる性能
と比較して約４０から５０％増大し、また、摩擦の不利
益がほとんどないか、又は全くないことを示している。
０を有する冷却ダクトの試験は、凹部を有する壁におけ
る熱伝達性能が、平滑な壁の冷却剤通路で見られる性能
と比較して約４０から５０％増大し、また、摩擦の不利
益がほとんどないか、又は全くないことを示している。
【００３９】本発明を、現在最も実用的かつ好ましい実
施形態であると考えられるものに関連して説明してきた
が、本発明は、開示された実施形態に限定されず、これ
に反して、特許請求の範囲の技術思想と技術的範囲内に
含まれる種々の変更及び均等の構成を含むように意図し
ていることが理解されるであろう。
施形態であると考えられるものに関連して説明してきた
が、本発明は、開示された実施形態に限定されず、これ
に反して、特許請求の範囲の技術思想と技術的範囲内に
含まれる種々の変更及び均等の構成を含むように意図し
ていることが理解されるであろう。
【図１】 平滑な壁の冷却ダクトを有する従来のステー
タコア薄板組立体の部分側面図。
タコア薄板組立体の部分側面図。
【図２】 図１に示す従来のステータコア薄板組立体の
線２−２に沿って切り取った部分断面図。
線２−２に沿って切り取った部分断面図。
【図３】 乱流発生要素を有する従来のステータコア薄
板組立体の部分側面図。
板組立体の部分側面図。
【図４】 図３に示す乱流発生器の拡大部分斜視図。
【図５】 図３に示す従来のステータコア薄板組立体
の、線５−５に沿って切り取った部分断面図。
の、線５−５に沿って切り取った部分断面図。
【図６】 本発明の１つの実施形態によるステータコア
薄板組立体の部分側面図。
薄板組立体の部分側面図。
【図７】 図６に示すステータコア薄板組立体の、線７
−７に沿って切り取った部分断面図。
−７に沿って切り取った部分断面図。
【図８】 本発明の別の実施形態によるステータコア薄
板組立体の部分断面図。
板組立体の部分断面図。
【図９】 本発明の別の実施形態によるステータコア薄
板組立体の部分断面図。
板組立体の部分断面図。
【図１０】 本発明の別の実施形態によるステータコア
薄板組立体の部分断面図。
薄板組立体の部分断面図。
【図１１】 本発明の別の実施形態によるステータコア
薄板組立体の部分断面図。
薄板組立体の部分断面図。
【図１２】 本発明の別の実施形態によるステータコア
薄板組立体の部分断面図。
薄板組立体の部分断面図。
【図１３】 本発明の別の実施形態によるステータコア
薄板組立体の凹部の部分断面図。
薄板組立体の凹部の部分断面図。
６２ ステータコア薄板組立体 ６４ ステータコアパッケージ ６６ ヨーク部分 ６７ 歯部分 ６８ スペーサブロック ７０ 凹部 ７２ スペーサ板 ７４ 凹部の列
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トッド・ガレット・ウェッツェル アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ニスカ ユナ、リバーデール・ロード、９番 (72)発明者 エーミル・ドナルド・ジャーチンスキー アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スコウ シャ、スプリング・ロード、23番 Ｆターム(参考） 5H002 AA10 AD07 AE08 5H609 PP02 PP06 PP08 QQ02 QQ03 QQ08 RR33 RR43
Claims (12)
- 【請求項１】 半径方向に延びる複数のスペーサブロッ
ク（６８）によって分離された積層薄板（７３）の隣接
するパッケージ（６４）を含み、前記スペーサブロック
（６８）の隣接する各対が、軸方向に間隔をおいて配置
された隣接する薄板（７２）と協働して、複数の半径方
向の冷却ダクトを構成し、該ダクトの各々が、複数の凹
部（７０）を有する少なくとも１つの薄板表面（７８）
を有することを特徴とするステータコア組立体（６
２）。 - 【請求項２】 各々の前記凹部（７０）が、約２から５
ミリメートルの表面直径を有することを特徴とする請求
項１に記載のステータコア組立体（６２）。 - 【請求項３】 各々の前記凹部（７０）が、半球形状で
あることを特徴とする請求項１に記載のステータコア組
立体（６２）。 - 【請求項４】 各々の前記凹部（７０）が、約０．３か
ら１．５ｍｍの深さを有することを特徴とする請求項１
に記載のステータコア組立体（６２）。 - 【請求項５】 Ｄが各々の前記凹部の表面直径であると
き、該凹部（７０）の中心から中心の間隔が、約１．１
Ｄから２Ｄであることを特徴とする請求項１に記載のス
テータコア組立体（６２）。 - 【請求項６】 前記凹部（７０）が、パターン状配置の
列（７４）を形成することを特徴とする請求項１に記載
のステータコア組立体（６２）。 - 【請求項７】 前記パターン状配置の列（７４）が、均
等に間隔をおいて配置された前記凹部（７０）を含むこ
とを特徴とする請求項６に記載のステータコア組立体
（６２）。 - 【請求項８】 前記均等に間隔をおいて配置された前記
凹部（７０）が、該凹部（７０）の列と列の間の互い違
い状の並びを含むことを特徴とする請求項７に記載のス
テータコア組立体（６２）。 - 【請求項９】 各々の前記凹部（７０）の寸法及び該凹
部（７０）の間の間隔が、冷却ダクト内の該凹部（７
０）の位置によって変化することを特徴とする請求項１
に記載のステータコア組立体（６２）。 - 【請求項１０】 各々の前記凹部（７０）が、前記表面
（７８）において鋭い縁部（７６）を有することを特徴
とする請求項１に記載のステータコア組立体（６２）。 - 【請求項１１】 各々の前記凹部（７０）が、前記表面
（７８）において湾曲した縁部（１０９）を有すること
を特徴とする請求項１に記載のステータコア組立体（６
２）。 - 【請求項１２】 各々の前記凹部（７０）が、半球形状
に近い幾何学的形状を有することを特徴とする請求項１
に記載のステータコア組立体（６２）。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/754,701 US6504274B2 (en) | 2001-01-04 | 2001-01-04 | Generator stator cooling design with concavity surfaces |
| US09/754701 | 2001-01-04 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002272059A true JP2002272059A (ja) | 2002-09-20 |
| JP2002272059A5 JP2002272059A5 (ja) | 2005-05-26 |
| JP4022067B2 JP4022067B2 (ja) | 2007-12-12 |
Family
ID=25035931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001400492A Expired - Fee Related JP4022067B2 (ja) | 2001-01-04 | 2001-12-28 | 凹部をもった表面を有する発電機ステータの冷却装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6504274B2 (ja) |
| EP (1) | EP1221754B1 (ja) |
| JP (1) | JP4022067B2 (ja) |
| DE (1) | DE60128054T2 (ja) |
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