JP6438750B2

JP6438750B2 - 冷却マニホールドを有するロータ

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Publication number: JP6438750B2
Application number: JP2014242719A
Authority: JP
Inventors: アニル・クマール・トルパディ; クリストファー・アンソニー・カミンスキ; ガスタヴォ・アドルフォ・レデツマ; レビンス・ホセ・ロビン
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Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2018-12-19
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Description

本開示は、概して、回転電機のロータにおける電気導体の直接冷却に関する。特に、本開示は、そのような電気導体を直接冷却するために、単独または他の冷却マニホールドと入れ子で使用され得る冷却マニホールドに関する。

例えば発電機等の回転電機は、ロータ周辺の周りに配置され軸方向に延びる複数のスロットを有するロータを含み、スロットには電気導体が挿入される。直接冷却式の回転電機、すなわち、回転電機が動作する環境によって直接冷却される回転電機では、各スロットは、スロットの径方向内側の端部で軸方向に延びる、換気および冷却のためのサブスロットをさらに含み得る。サブスロットは、ロータに沿って軸方向にガス冷媒を送るための、当該分野で知られている換気機構の一部である。

米国特許第８，０４９，３７９号明細書

径方向冷却法は、サブスロットから導体を通じて径方向外側方向に冷却ガスを伝達するために使用されてきた。しかし、径方向流冷却システムは、典型的に、低速の回転電機にのみ十分な熱性能をもたらしてきた。対角線流冷却システムは、表面領域の増加に部分的に起因するそれらの高い熱性能によって、高速の回転電機に使用されてきた。しかし、対角線流冷却システムは、実施にコストがかかる。

本開示の第１の態様は、回転電機に使用されるロータを提供する。ロータは、ロータの本体の周りに配置され軸方向に延びる複数のスロットと、軸方向のスロットのそれぞれ内に径方向に積み重ねられた複数の導体と、スロットのそれぞれの径方向内側端に配置され軸方向に延びるサブスロットと、を含む。各スロットにおいて、冷却路は、サブスロットから径方向外側に延び、少なくとも１つのマニホールドを備える。各マニホールドは、スロットに沿う第１の軸方向位置でサブスロットから略径方向外側の方向に延びる少なくとも１つの入口通路であり、スロットの径方向深さの一部まで延びる少なくとも１つの入口通路と、スロットの径方向深さの一部からロータの径方向外面まで径方向外側に延びる少なくとも１つの出口通路であり、スロットに沿う第２の軸方向位置に配置され、第１の軸方向位置から軸方向に離間した少なくとも１つの出口通路と、第１の端部で少なくとも１つの入口通路のうちの１つと流体接続し、第２の端部で少なくとも１つの出口通路のうちの１つと流体接続し、軸方向に延びる複数の通路と、を備える。軸方向に延びる複数の通路のそれぞれは、軸方向に延びる他の各通路とは異なる径方向深さでスロットに配置される。

本開示の第２の態様は、回転電機に使用されるロータを提供する。ロータは、ロータの本体の周りに配置され軸方向に延びる複数のスロットと、軸方向のスロットのそれぞれ内に径方向に積み重ねられた複数の導体と、スロットのそれぞれの径方向内側端に配置され軸方向に延びるサブスロットと、を含む。各スロットにおいて、冷却路は、サブスロットから複数の導体を通じて径方向外側に延び、入れ子にされた複数のマニホールドを備え、マニホールドの入れ子の各マニホールドは、スロットに沿う第１の軸方向位置でサブスロットから径方向外側に延びる入口通路であり、スロットの径方向深さの一部まで延びる入口通路と、スロットの径方向深さの一部からロータの径方向外面まで径方向外側に延びる出口通路であり、スロットに沿う第２の軸方向位置に配置され、第１の軸方向位置から軸方向に離間した出口通路と、第１の端部で入口通路と流体接続し、第２の端部で出口通路と流体接続し、軸方向に延びる複数の通路と、を備え、軸方向に延びる複数の通路のそれぞれは、軸方向に延びる他の各通路とは異なる径方向深さでスロットに配置され、入れ子にされた複数のマニホールドにおいて軸方向に延びる通路の総数は、スロット内に積み重ねられた導体の数に等しい。

本発明の実施形態を開示している添付図面であり、同様の部分が同様の参照文字によって指定されている図面と併せた以下の詳細な説明によって、本発明のこれらのおよび他の態様、利点および顕著な特徴が理解されるであろう。

本開示の実施形態による、ロータ界磁導体を含むロータの斜視図である。本開示の実施形態によるロータの一部の斜視図である。本開示の実施形態によるロータの一部の断面図である。本開示の実施形態によるロータ冷却の一部の等角図である。本開示の実施形態によるロータの冷却経路の概略断面図である。本開示の実施形態によるロータの冷却経路の概略断面図である。本開示の実施形態によるロータの冷却経路の概略断面図である。本開示の実施形態によるロータの冷却経路の概略断面図である。本開示の実施形態によるロータの冷却経路の概略断面図である。本開示の実施形態によるロータの冷却経路の概略断面図である。本開示の実施形態によるロータの冷却経路の概略断面図である。本開示の実施形態によるロータの冷却経路の概略断面図である。本開示の実施形態によるロータの冷却経路の概略断面図である。本開示の実施形態によるロータの冷却経路の概略断面図である。本開示の実施形態によるロータの冷却経路の概略断面図である。本開示の実施形態によるロータの分解斜視図である。本開示の様々な実施形態による、図２のスロット１４０内に配置された導体の分解上面図である。本開示の実施形態による、入れ子にされた３つのマニホールドの断面図である。本開示の様々な実施形態による、図２のスロット１４０内に配置された導体の分解上面図である。本開示の実施形態による、図１７〜図１９の２つの導体の間に配置された絶縁体の一部の斜視図である。本開示の実施形態による、図１７〜図１９の２つの導体の間に配置された絶縁体の一部の断面図である。

本開示の図面は、必ずしも縮尺通りではないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様のみを示すことを意図しており、したがって、本開示の範囲を限定するとみなされるべきではない。図面では、図面間で同様の番号が同様の要素を表している。

上述したように、図１〜図２１は、例えば発電機等の回転電機に使用するロータの様々な態様を示している。無論、本開示の教示は、非限定的にモータを含む、他の回転電機にも適用可能である。

図１を見ると、ロータ１００が示されている。ロータ１００は、ロータ１００の本体１８０の周りに配置され軸方向に延びる複数のスロット１４０を含む。複数の導体１３０は、軸方向スロット１４０のそれぞれ内に径方向に重なる。これら導体１３０は、例えば銅等から成る導電コイルであり、ロータ界磁導体を形成する。図１〜図２に示すように、様々な実施形態では、導体１３０は、コイル楔１５０によってスロット１４０内の所定位置に保持され得る。

図１に戻って参照すると、駆動カップリング１２０は、発電機とタービンまたはエンジンを含み得る機械的エネルギー源との間に配置されたロータ１００に連結され得る。駆動カップリング１２０は、ステータに対して長手方向軸１７０の周りにロータ１００を回転させるように構成され得る。ロータ１００の回転は、ステータに固定されたコイル群における電流の発生をもたらす。電流は、次いで様々な用途に使用するために発電機から離れて送られる。

図２を参照すると、導体１３０の各群は、コイル１３０の冷却に役立つように複数の冷却経路１１０を収容し得る。冷却経路１１０は、各スロット１４０の径方向内側端部に配置され軸方向に延びるサブスロット１６０からロータ１００の外面１０２（図３）までの流体経路をもたらす。各スロット１４０では、冷却路１１０は、サブスロット１６０（図３）から径方向外側に延び得る。冷却路１１０は、図４〜図２１に示す少なくとも１つのマニホールド２００を含み得る。

図４に示すように、各マニホールド２００は、サブスロット１６０に沿う第１の軸方向位置２４０で、サブスロット１６０からロータ１００の外面１０２（図３）に向けて径方向外側に延びる第１の入口通路２１０を含む。第１の入口通路２１０は、スロット１４０の径方向深さの一部まで延びており、すなわち、入口通路２１０は、ロータ１００の外面１０２（図３）までは延びていない。第１の出口通路２２０は、スロット１４０の径方向深さの一部からロータ１００の径方向外面１０２まで径方向外側に延びており、すなわち、第１の出口通路２２０は、サブスロット１６０と外面１０２の間の中間深さからロータ１００の外面１０２（図３）まで径方向外側に延びる。第１の出口通路２２０は、沿面ブロック２２３（図１８、図１９、図２１）を通じて径方向外側に延び得る煙突状部２２１で終端し得る。第１の出口通路２２０は、第１の軸方向位置２４０から軸方向に離間した、サブスロット１６０に沿う第２の軸方向位置２５０に配置される。様々な実施形態では、第１の入口通路２１０および第１の出口通路２２０は、互いに略平行であってもよく、サブスロット１６０と略垂直である角度で（図４〜図１２、図１４）、または略垂直ではない角度で（図１３、図１５〜図１７）、径方向外側にそれぞれ延びてもよい。

図４に戻って参照すると、軸方向に延びる複数の通路２３０、２３２、２３４、２３６、２３８は、それらが、第１の端部２６０で第１の入口通路２１０と、第２の端部２７０で第１の出口通路２２０と、滑らかに接続されるように配置される。図４に示すように、軸方向に延びる複数の通路２３０、２３２、２３４、２３６、２３８のそれぞれは、軸方向に延びる複数の通路２３０、２３２、２３４、２３６、２３８の他のそれぞれとは、サブスロット１６０に対して異なる深さで配置される。図４には軸方向に延びる５つの通路が示されているが、マニホールド２００には軸方向に延びる任意数の通路が含まれ得ることにさらに留意されたい。例えば、軸方向に延びる２つの通路をマニホールド２００が含む実施形態が図８、図１８および図１９に示されており、軸方向に延びる３つの通路をマニホールド２００が含む実施形態が図１３〜図１７に示されている。各実施形態では、軸方向に延びる各通路２３０、２３２、２３４、２３６、２３８は、遠心方向の荷重および流れ分布を最適化するように、独立して選択される断面領域を有し得る。

第１のマニホールド２００の様々な構成は、図５〜図１０に図示するように、本発明の一部としてみなされる。示した構成が単なる例であり、他の構成も本開示の一部としてみなされることに留意されたい。これら図のそれぞれの態様は、ここに提示された他の図の態様と組み合わせられ得ることにさらに留意されたい。簡略にするために、特徴の可能な各組合せは、別々に示されていない。

図５、図６および図１０に示すように、幾つかの実施形態は、軸方向に延びる複数の通路２３０、２３２、２３４、２３６、２３８のそれぞれに冷却流体を供給する第１の入口通路２１０を含む。他の実施形態では、図７〜図９に示すように、マニホールド２００は、マニホールド２００の冷却路に寄与する複数の入口通路を含み得る。そのような実施形態では、第２の入口通路２１２（図７〜図９）、第３の入口通路２１４（図７〜図９）、第４の入口通路２１６、および第５の入口通路２１８（図７）がさらに設けられ得る。各入口通路２１０、２１２、２１４、２１６、２１８は、軸方向に延びる複数の通路２３０、２３２、２３４、２３６、２３８のうちの１つ以上に冷却流体を供給し得る。例えば、図７には、各入口通路２１０、２１２、２１４、２１６、２１８と、軸方向に延びる各通路２３０、２３２、２３４、２３６、２３８との間の一対一の関係が示されている。図８〜図９に示すように、入口通路２１０（図８のみ）、２１２（図８および図９）、２１４（図９のみ）と、軸方向に延びる通路２３０、２３２、２３４、２３６、２３８との間の一対多の関係が示されている。図８に示す例示的な実施形態では、軸方向に延びる単一の通路２３８に供給する入口通路２１４と、軸方向に延びる複数の通路２３０、２３２および２３４、２３６のそれぞれに供給する入口通路２１０、２１２との組合せを含む、マニホールド２００が示されている。他の例示的な実施形態では、図９は、軸方向に延びる単一の通路２３０に供給する入口通路２１０と、軸方向に延びる複数の通路２３２、２３４に供給する入口通路２１２と、軸方向に延びる複数の通路２３６、２３８に供給する入口通路２１４との組合せを含む、マニホールド２００を示している。上述したように、他の実施形態も、本開示の一部とみなされる。例えば、全ての入口通路は、軸方向に延びる複数の通路に供給してもよく、軸方向に延びる様々な数の通路は、各入口通路によって供給されてもよい。

同様に、図７および図１０に示すように、各実施形態は、軸方向に延びる複数の通路２３０、２３２、２３４、２３６、２３８によって供給される少なくとも第１の出口通路２２０を含む。幾つかの実施形態では、図５、図６、図８および図９に示すマニホールド等のマニホールド２００は、複数の出口通路２２０、２２２、２２４、２２６、２２８を含み得る。そのような実施形態では、第２の出口通路２２２（図５、図６、図８、図９）、第３の出口通路２２４（図５、図６、図８、図９）、第４の出口通路２２６（図５）、および第５の出口通路２２８（図５）がさらに設けられ得る。各出口通路２２０、２２２、２２４、２２６、２２８は、軸方向に延びる複数の通路２３０、２３２、２３４、２３６、２３８のうちの１つ以上によって冷却流体を供給され得る。例えば、図５には、各出口通路２２０、２２２、２２４、２２６、２２８と、軸方向に延びる通路２３０、２３２、２３４、２３６、２３８との間の一対一の関係が示されている。図６および図８〜図９に示すように、出口通路２２０、２２２、２２４と、軸方向に延びる通路２３０、２３２、２３４、２３６、２３８との間の一対多の関係が示されている。図６に示す例示的な実施形態では、軸方向に延びる単一の通路２３０によって供給される出口通路２２４と、軸方向に延びる複数の通路２３２、２３４と２３６、２３８のそれぞれによって供給される出口通路２２０と２２２との組合せを含む、マニホールド２００が示されている。他の例示的な実施形態では、図８は、軸方向に延びる単一の通路２３８によって供給される出口通路２２４と、軸方向に延びる複数の通路２３０、２３２と２３４、２３６のそれぞれによってそれぞれに供給される出口通路２２０と２２２との組合せを含む、マニホールド２００を示している。他の例示的な実施形態では、図９は、軸方向に延びる単一の通路２３０によって供給される出口通路２２０と、軸方向に延びる複数の通路２３２、２３４と２３６、２３８のそれぞれによってそれぞれに供給される出口通路２２２と２２４との組合せを含む、マニホールド２００を示している。上述したように、他の実施形態も、本開示の一部とみなされ、例えば、全ての出口通路は、軸方向に延びる複数の通路によって供給されてもよく、軸方向に延びる様々な数の通路は、各出口通路に供給してもよい。

図１１〜図１７に示すように、様々な実施形態では、第２のマニホールド３００がマニホールド２００に加えて設けられ得る。第２のマニホールド３００は、第１のマニホールド２００に対して上述した特徴と同じ特徴を含み得る。マニホールド２００、３００の同じ特徴は、例えば入口通路２１０、３１０等、２００および３００番台の同一の第２および第３の数字を有する参照符号によって示されている。例えば、第２のマニホールド３００は、サブスロット１６０に沿う第１の軸方向位置３４０でサブスロット１６０からロータ１００の外面１０２（図３）に向けて径方向外側に延びる第１の入口通路３１０を含み得る。第１の入口通路３１０は、スロット１４０の径方向深さの一部まで延び得、すなわち、入口通路３１０は、ロータ１００の外面１０２（図３）までは延びていない。第１の出口通路３２０は、スロット１４０の径方向深さの一部からロータ１００の径方向の外面１０２まで径方向外側に延び得、すなわち、第１の出口通路３２０は、サブスロット１６０と外面１０２の間の中間深さからロータ１００の外面１０２まで径方向外側に延び得る。第１の出口通路３２０は、第１の軸方向位置３４０から軸方向に離間した、サブスロット１６０に沿う第２の軸方向位置３５０（図１１〜図１４）に配置される。様々な実施形態では、第１の入口通路３１０および第１の出口通路３２０は、互いに略平行であり得る。幾つかの実施形態では、第１の入口通路３１０および第１の出口通路３２０は、図１１に示すようにサブスロット１６０と略垂直である角度で、または図１２〜図１４に示すようにサブスロット１６０と略垂直ではない角度で、それぞれ径方向外側に延びてもよい。

図１１〜図１４に戻って参照すると、軸方向に延びる複数の通路３３０、３３２、３３４は、それらが、第１の端部３６０で第１の入口通路３１０と、第２の端部３７０で第１の出口通路３２０と滑らかに接続されるように配置される。軸方向に延びる複数の通路３３０、３３２、３３４のそれぞれ、および存在する場合には軸方向に延びる通路は、軸方向に延びる他の各通路３３０、３３２、３３４とは、サブスロット１６０に対して互いに異なる径方向深さで配置される。マニホールド３００において軸方向に延びる３つの通路３３０、３３２、３３４を含む軸方向に延びる９つの通路が図１１、図１２および図１４に示されているが、軸方向に延びる任意数の通路がマニホールド３００に含まれ得ることにさらに留意されたい。各実施形態では、軸方向に延びる各通路３３０、３３２、３３４は、遠心方向の荷重および流れ分布を最適化するように、独立して選択される断面積を有し得る。

更なる実施形態では、図１１〜図１４および図１７を続けて参照すると、複数のマニホールド２００、３００、４００が設けられ得る。マニホールド３００に関して上述したように、マニホールド４００は、マニホールド２００に関して上述した特徴と同じ特徴を含み得る。同じ特徴は、２００、３００および４００番台の同一の第２および第３の数字を有する参照符号によって示されている（例えば入口通路２１０、３１０、４１０）。

複数のマニホールド２００、３００、４００は、各入口通路２１０、３１０、４１０が他の各入口通路２１０、３１０、４１０から軸方向に離間し、各出口通路２２０、３２０、４２０が他の各出口通路２２０、３２０、４２０から軸方向に離間するように、入れ子にされ得る。マニホールド２００は、前述したように配置され軸方向に延びる複数の通路２３０、２３２、２３４をさらに含み得る。マニホールド３００、４００は、同じように軸方向に延びる、マニホールド３００の通路３３０、３３２、３３４、およびマニホールド４００の通路４３０、４３２、４３４を含み得る。幾つかの実施形態では、各マニホールド２００、３００、４００における軸方向に延びる複数の通路２３０、２３２、２３４、３３０、３３２、３３４、４３０、４３２、４３４のそれぞれは、略同一の軸方向長を有し得るが、軸方向に延びる複数の通路２３０、２３２、２３４、３３０、３３２、３３４、４３０、４３２、４３４は、全てが正確に同一の軸方向長を有する必要はない。

図１１〜図１４を続けて参照すると、それらのそれぞれは、入れ子にされた３つのマニホールド２００、３００、４００を含んでおり、様々な実施形態では、さらに少ない数またはさらに多い数のマニホールドが入れ子にされ得ることに留意されたい。入れ子にされた３つのマニホールドは、単なる例として示されている。幾つかの実施形態では、図１１に示すように、入れ子にされた複数のマニホールド２００、３００、４００における軸方向に延びる通路２３０、２３２、２３４、３３０、３３２、３３４、４３０、４３２、４３４の総数は、スロット１４０内に積み重ねられた導体１３０（図２）の数と等しい。加えて、マニホールド２００、３００、４００の形状の多くの変形が本開示の一部とみなされる。例えば、図１２〜図１４に示すように、入口通路２１０、３１０、４１０および出口通路２２０、３２０、４２０は、サブスロット１６０と垂直ではない角度で径方向外側に延び得る一方で、図１１に示す実施形態では、入口通路２１０、３１０、４１０および出口通路２２０、３２０、４２０は、サブスロット１６０と垂直である角度で径方向外側に延び得る。

図１３に示すように、段部５００は、各入口通路２１０、３１０、４１０とサブスロット１６０の間の交差部に設けられ得る。この段部は、冷却ガスがサブスロット１６０から入口通路２１０、３１０、４１０に流れ込むための大きな開口をもたらす。更なる実施形態は、冷却ガスの流れを軸方向に延びるそれぞれの通路に向けてさらに導き、流れを一様にするのに役立つ入口通路２１０、３１０、４１０のアングリング（ａｎｇｌｉｎｇ）５１０を図示する図１４に示されている。

図１５に示す他の実施形態では、マニホールド２００、３００、４００の第１の入れ子５５０およびマニホールド５００、６００、７００の第２の入れ子５６０は、マニホールド６００、７００、８００の第２の入れ子５６０がマニホールド２００、３００、４００の第１の入れ子５５０から横方向にずれ、軸方向に整列するように配置される。この配置では、第２の入れ子５６０は、第１の入れ子５５０によってもたらされる流体流路とは反対の軸方向における流体流路をもたらす。よって、図１５〜図１６に示すように、マニホールド２００、３００、４００の第１の入れ子５５０は、同一の軸領域に広がる、マニホールド６００、７００、８００の第２の入れ子５６０の側に沿って配置される。マニホールド２００、３００、４００の第１の入れ子５５０は、スロット１４０の前縁部１４２を占め、マニホールド６００、７００、８００の第２の入れ子５６０は、スロット１４０の後縁部１４４を占める（またはその逆）。

上述したように、および図１６に示すように、幾つかの実施形態では、ロータ１００（図１〜図２）は、その軸長に沿ってセクションに区分され得、各セクションは、マニホールド２００またはマニホールド２００、３００、４００の入れ子５５０を含む。各セクションは、各セクションに配置されたマニホールド２００またはマニホールド２００、３００、４００の入れ子と凡そ同一の長さであり得る。更なる実施形態では、ロータ１００の端部の近くに配置された、セクションおよびマニホールド２００、３００、４００の入れ子５５０は、ロータ１００の軸長の中央部に配置され、または中央部に向けて配置された、セクションおよびマニホールド２００、３００、４００の入れ子５５０よりも軸方向に短くてもよい。

図１７は、スロット１４０（図１〜図３）内の８つの導体１３０内に配置され軸方向に延びる２つの通路２３０、２３２、３３０、３３２をそれぞれに有する、入れ子にされた一対のマニホールド２００、３００の断面図を図示している。絶縁体５２０の層は、当該分野で知られているように、各巻線１３０の間に配置され得る。図１７〜図１９には、ここで述べる様々な特徴の位置および他の詳細を示すように、各巻線１３０が横長にして示されている。マニホールド２００、３００は、図１７〜図２１に関してさらに議論するように、導体のそれぞれに孔を設けることによって形成され得る。

図１７に示すように、各入口通路２１０、３１０および各出口通路２２０、３２０は、絶縁体５２０および導体１３０のそれぞれに開けられ略軸方向に整列された一連の孔６２０、６３０から作られ得る。絶縁体５２０の孔６２０は、略丸形であり得、それらがスロット１４０（図１〜図３）の中央平面の略中央に配置されるように位置し得る。対照的に、導体１３０の孔６３０は、略細長形状であり得る。絶縁体５２０の孔６２０の軸方向位置に対して、導体１３０の細長孔６３０は、絶縁体５２０の孔６２０の軸方向位置から交互する軸方向に延びる。各細長孔６３０が延びる軸方向に拘らず、各細長孔６３０は、絶縁体５２０の隣り合う孔６２０および次の導体１３０の細長孔６３０の一部と軸方向に重なる。このことは、径方向に延びるチャネルを形成し、チャネルを通じて、冷却ガスが流れ得、例えば、マニホールド２００の第１の入口通路２１０および第１の出口通路２２０、ならびに後続のマニホールドの同じ入口および出口通路を形成する。

図１７〜図１８にさらに示すように、軸方向に延びる通路２３０、２３２、３３０、３３２は、蛇状の形状であり得る。軸方向に延びる蛇状通路２３０、２３２、３３０、３３２は、隣り合って積み重ねられた導体１３０の細長孔６３０から成る。隣り合う導体１３０の孔６３０に関して上述した交互関係によって、隣り合って積み重ねられた導体１３０の細長孔６３０は、隣り合って積み重ねられた導体１３０の細長孔６３０が各端部で軸方向に重なり合うように、軸方向に千鳥配置される。隣り合って積み重ねられた導体１３０の細長孔６３０は、挿入された絶縁体５２０の孔６２０によって径方向に分離されるにも拘らず、互いに滑らかに接続される。孔６２０は、細長孔６３０の軸方向の重なり合い部と整列される。このことは、図１７〜図１８に示すように、１つ以上の導体１３０を通じて冷却ガスを蛇状路に追従させる。他の実施形態に関して上述したように、軸方向に延びる１つ以上の蛇状通路２３０、２３２は、例えば、同一の入口通路２１０によって供給され得、同一の出口通路２２０に供給し得る。

導体１３０の孔６３０は、導体１３０の軸長に沿う連続パターンで設けられ得、すなわち、孔６３０は、導体１３０の長さに沿って軸方向に繰り返し間隔で設けられ得る。対照的に、絶縁体５２０の孔６２０は、非連続パターンで設けられ得る。結果として、図１７を参照すると、冷却ガスは、入口通路２１０に進入し得、軸方向に延びる通路２３０および／または２３２に達するまでロータに関して径方向外側に進み得る。ガス流は、次いで軸方向に転じ、もはや流れなくなるまで細長孔６３０に沿って軸方向に流れる。流路は、次いで径方向内側に転じ、絶縁体５２０の孔６２０を通過し、隣り合う径方向内側の導体１３０における下流側の細長孔６３０に通じる。孔６２０が絶縁体５２０に連続して規則的な間隔で設けられないので、冷却ガスは、細長孔６３０を越えて径方向内側に流れ続けることを絶縁体５２０によって阻止され、軸方向に再び転じなければならない。このパターンは、軸方向に延びる通路２３０が出口通路２２０に達するまで繰り返す。

流路が導体１３０の孔６３０および絶縁体５２０の孔６２０を通るときに、軸方向に延びる単一の通路２３０は、２つ以上の導体１３０を冷却し得る。これらの特徴が軸方向に延びる通路２３０に関して述べられているが、それらは、様々な実施形態における軸方向に延びる他の全ての通路に等しく適用可能であることに留意されたい。

幾つかの実施形態では、図１９〜図２０に示すように、隣り合って積み重ねられた導体１３０の細長孔６３０は、交互する導体１３０、細長孔６３０がスロット１４０（図３）の前縁部１４２および後縁部１４４のそれぞれに交互に配置されるように配置される。入口通路２１０、出口通路２２０および軸方向に延びる通路２３０、２３２等は、図１７に関して上述したように設けられるが、前縁部１４２と後縁部１４４の間の千鳥配置の追加は、図２０に示すように導体１３０を通じたらせん状の流体流路をもたらす。

図２１を参照すると、導体１３０の各細長孔６３０は、細長孔６３０から蛇状通路における次の下流方向の細長孔６３０まで冷却ガスの流れを下流方向に導くための吹出し開口６３２をさらに含み得る。吹出し開口６３２は、略漏斗状であり得る。

更なる実施形態では、軸方向に延びる複数の通路２３０、２３２等のそれぞれは、軸方向に延びる特定の通路の径方向深さに応じて変化し得る断面積を有する。例えば、一実施形態では、ロータ１００の外面１０２（図３）に対して最小の径方向深さで配置される、すなわち、ロータ１００の外面１０２に最も近い、軸方向に延びる通路２３０（図１７）の断面積は、例えば、軸方向に延びる通路２３２の断面積よりも大きくてもよい。軸方向に延びる通路２３２は、ロータ１００の外面１０２に対して大きな径方向深さに位置し得、すなわち、サブスロット１６０（図３）のさらに近くに位置し、さらに小さな断面積を有し得る。

ここで、用語「第１」、「第２」等は、いかなる順序、数量または重要度も意味せず、むしろ１つの要素を他の要素から区別するために使用されており、ここで、用語「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」は、数量の限定を意味せず、むしろ参照される項目のうちの少なくとも１つの存在を意味する。数量に関係して使用される修飾語「約」は、示される値を含み、文脈によって決まる意味を有する（例えば、特定の数量の測定に付随する誤差の程度を含む）。ここで、接尾辞「（ｓ）」は、修飾する用語の単数および複数の両方を含むことを意図しており、もって、その用語の１つ以上を含む（例えば、金属（ｓ）は、１つ以上の金属を含む。）。ここで、開示する範囲は、全てを含み、独立して組合せ可能である（例えば、「約２５ｍｍまで、さらに具体的には約５ｍｍ〜約２０ｍｍ」の範囲は、端点、および「約５ｍｍ〜約２５ｍｍ」の範囲の全中間値を含む等）。

ここで、様々な実施形態が説明されているが、無論、要素の様々な組合せ、それらの変形または改良は、明細書に基づいて当業者によって行われてもよく、本発明の範囲内である。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱せずに、特定の状況または材料を本発明の教示に適用するために多くの修正が行われてもよい。したがって、本発明は、この発明を実施するために企図されたベストモードとして開示される特定の実施形態に限定されないが、添付の特許請求の範囲に包含される全ての実施形態を含むであろうことが意図される。

１００ロータ
１０２ロータの外面
１１０冷却経路
１２０駆動カップリング
１３０導体
１４０スロット
１４２前縁部
１４４後縁部
１５０コイル楔
１６０サブスロット
１７０長手方向軸
１８０ロータ本体
１９０保持リング
２００マニホールド
２１０第１の入口通路
２１２第２の入口通路
２１４第３の入口通路
２１６第４の入口通路
２１８第５の入口通路
２２０第１の出口通路
２２１煙突状部
２２２第２の出口通路
２２３沿面ブロック
２２４第３の出口通路
２２６第４の出口通路
２２８第５の出口通路
２３０第１の軸方向通路
２３２第２の軸方向通路
２３４第３の軸方向通路
２３６第４の軸方向通路
２３８第５の軸方向通路
２４０第１の軸方向位置
２５０第２の軸方向位置
２６０（２３０の）第１の端部
２７０（２３０の）第２の端部
３００マニホールド
３１０第１の入口通路
３２０第１の出口通路
３３０第１の軸方向通路
３３１第２の軸方向通路
３３２第３の軸方向通路
３３３第４の軸方向通路
３３４第５の軸方向通路
３３５第６の軸方向通路
３３６第７の軸方向通路
３３７第８の軸方向通路
３３８第９の軸方向通路
３４０第１の軸方向位置
３５０第２の軸方向位置
３６０第１の端部
３７０第２の端部
４００マニホールド
４１０第１の入口通路
４２０第１の出口通路
４３０軸方向に延びる第１の通路
４３２軸方向に延びる第２の通路
４３４軸方向に延びる第３の通路
５００マニホールド／段部
５１０アングリング
５２０絶縁体
５５０第１の入れ子
５６０第２の入れ子
６００マニホールド
６２０絶縁体の孔
６３０巻線の孔
７００マニホールド
８００マニホールド

Claims

ロータ（１００）であって、
前記ロータ（１００）の本体（１８０）の周りに配置され軸方向に延びる複数のスロット（１４０）と、
軸方向に延びる前記スロット（１４０）のそれぞれ内に径方向に積み重ねられた複数の導体（１３０）と、
前記スロット（１４０）のそれぞれの径方向内側端に配置され軸方向に延びるサブスロット（１６０）と、
各スロット（１４０）において前記サブスロット（１６０）から径方向外側に延びる冷却路（１１０）であり、第１および第２のマニホールドを備える冷却路（１１０）と、を備え、前記第１および第２のマニホールドが、
前記スロット（１４０）に沿う第１の軸方向位置（２４０、３４０）で前記サブスロット（１６０）から略径方向に外側に延びる入口通路（２１０、２１２、２１４、２１６、２１８、３１０、４１０）であり、前記スロット（１４０）の径方向深さの一部まで延びる入口通路（２１０、２１２、２１４、２１６、２１８、３１０、４１０）と、
前記スロット（１４０）の径方向深さの一部から前記ロータ（１００）の径方向外面（１０２）まで略径方向に外側に延びる出口通路（２２０、２２２、２２４、２２６、２２８、３２０、４２０）であり、前記スロット（１４０）に沿う第２の軸方向位置（２５０、３５０）に配置され、前記第１の軸方向位置（２４０、３４０）から軸方向に離間した少なくとも１つの出口通路（２２０、２２２、２２４、２２６、２２８、３２０、４２０）と、
第１の端部（２６０、３６０）で前記入口通路（２１０、２１２、２１４、２１６、２１８、３１０、４１０）と流体接続し、第２の端部（２７０、３７０）で前記出口通路（２２０、２２２、２２４、２２６、２２８、３２０、４２０）と流体接続し、軸方向に延びる複数の通路（２３０、２３２、２３４、２３６、２３８、３３０、３３２、３３４、４３０、４３２、４３４）であり、軸方向に延びる前記複数の通路（２３０、２３２、２３４、２３６、２３８、３３０、３３２、３３４、４３０、４３２、４３４）のそれぞれが、軸方向に延びる他の各通路（２３０、２３２、２３４、２３６、２３８、３３０、３３２、３３４、４３０、４３２、４３４）とは異なる径方向深さで前記スロット（１４０）に配置される、複数の通路（２３０、２３２、２３４、２３６、２３８、３３０、３３２、３３４、４３０、４３２、４３４）と、
を備え、
前記第１および第２のマニホールドが、前記第１のマニホールドの軸方向に延びる複数の通路が、前記第２のマニホールドの軸方向に延びる複数の通路と実質的に平行で、径方向深さが異なり、少なくとも一部が軸方向に重なるような入れ子構造のマニホールドを形成するように構成されている、
ロータ（１００）。
前記入口通路（２１０、３１０、４１０）および前記出口通路（２２０、３２０、４２０）が、互いに略平行であり、前記サブスロット（１６０）と垂直ではない角度で径方向外側に延びる、請求項１に記載のロータ（１００）。
前記第１および第２のマニホールドにおいて軸方向に延びる前記複数の通路（２３０、２３２、２３４、３３０、３３２、３３４、４３０、４３２、４３４）のそれぞれが、略同一の軸方向長を有する、請求項１に記載のロータ（１００）。
軸方向に延びる各通路（２３０、２３２、２３４、２３６、２３８、３３０、３３２、３３４、４３０、４３２、４３４）が、独立して選択される断面積を有する、請求項１に記載のロータ（１００）。
前記第１のマニホールドの軸方向に延びる前記複数の通路（２３０、２３２、２３４、２３６、２３８、３３０、３３２、３３４、４３０、４３２、４３４）のそれぞれが、前記第１のマニホールドの前記入口通路（２１０、２１２、２１４、３１０、４１０）と流体接続する、請求項１に記載のロータ（１００）。
前記第１のマニホールドの軸方向に延びる前記複数の通路（２３０、２３２、２３４、２３６、２３８、３３０、３３２、３３４、４３０、４３２、４３４）のそれぞれが、前記第１のマニホールドの出口通路（２２０、２２２、２２４、３２０、４２０）と流体接続する、請求項１に記載のロータ（１００）。
前記複数の導体（１３０）のそれぞれの間に配置された絶縁体（５２０）をさらに備え、
前記入口通路（２１０、３１０、４１０）および前記出口通路（２２０、３２０、４２０）のそれぞれが、前記導体（１３０）および前記導体（１３０）の間に配置された前記絶縁体（５２０）に開けられた孔（６２０、６３０）を備え、
前記絶縁体（５２０）の前記孔（６２０）が、略丸形であり、各スロット（１４０）の中央平面で略中央に配置される、
請求項１に記載のロータ（１００）。
前記導体（１３０）の前記孔（６３０）が細長であり、前記絶縁体（５２０）の前記孔（６２０）の軸方向位置に対して、前記導体（１３０）の前記細長孔（６３０）が、前記絶縁体（５２０）の前記孔（６２０）の前記軸方向位置から交互する軸方向に延びる、請求項７に記載のロータ（１００）。
前記軸方向に延びる通路（２３０、２３２、２３４、３３０、３３２、４３０、４３２）のそれぞれが、隣り合って積み重ねられた導体（１３０）の細長孔（６３０）を含む蛇状通路（２３０、２３２、２３４、３３０、３３２、４３０、４３２）をさらに備え、隣り合って積み重ねられた導体（１３０）の前記細長孔（６３０）が、隣り合って積み重ねられた導体（１３０）の前記細長孔（６３０）が各端部で重なり合うように軸方向に千鳥配置され、
隣り合って積み重ねられた導体（１３０）の前記細長孔（６３０）が、前記細長孔（６３０）の軸方向の重なり合い部と整列する前記挿入された絶縁体（５２０）の孔（６２０）によって互いに滑らかに接続される、
請求項８に記載のロータ（１００）。
隣り合って積み重ねられた導体（１３０）の前記細長孔（６３０）が、前記蛇状通路（２３０、２３２、２３４、３３０、３３２、４３０、４３２）がらせん状の流体流路をもたらすように、交互する導体（１３０）において前記細長孔（６３０）が前記スロット（１４０）の前縁部（１４２）および後縁部（１４４）にそれぞれ配置されるように配置される、請求項９に記載のロータ（１００）。
軸方向に延びる前記複数の通路（２３０、２３２、２３４、２３６、２３８、３３０、３３２、３３４、４３０、４３２、４３４）のそれぞれが断面積を有し、前記ロータ（１００）の前記外面（１０２）に対して最小の径方向深さで軸方向に延びる通路（２３０、２３２、２３４、２３６、２３８、３３０、３３２、３３４、４３０、４３２、４３４）の前記断面積が、前記ロータ（１００）の前記外面（１０２）に対して大きな径方向深さで前記軸方向に延びる通路（２３０、２３２、２３４、２３６、２３８、３３０、３３２、３３４、４３０、４３２、４３４）の前記断面積よりも大きい、請求項９に記載のロータ（１００）。
各細長孔（６３０）が、前記蛇状通路（２３０、２３２、２３４、３３０、３３２、４３０、４３２）の下流方向の細長孔（６３０）に流れを導入するための吹出し開口（６３２）を含む、請求項９に記載のロータ（１００）。
前記第２のマニホールドは、前記第１のマニホールドに対して横方向に配置され軸方向に整列され、
前記第２のマニホールド（６００、７００、８００）が、前記第１のマニホールド（２００、３００、４００）によってもたらされた流体流路とは反対の軸方向における流体流路をもたらす、
請求項１に記載のロータ（１００）。
ロータ（１００）であって、
前記ロータ（１００）の本体（１８０）の周りに配置され軸方向に延びる複数のスロット（１４０）と、
前記軸方向に延びるスロット（１４０）のそれぞれ内に径方向に積み重ねられた複数の導体（１３０）と、
前記スロット（１４０）のそれぞれの径方向内側端に配置され軸方向に延びるサブスロット（１６０）と、
各スロット（１４０）において前記サブスロット（１６０）から前記複数の導体（１３０）を通じて径方向外側に延びる冷却路（１１０）であり、複数のマニホールド（２００、３００、４００、６００、７００、８００）の入れ子を備える冷却路（１１０）と、
を備え、
マニホールド（２００、３００、４００、６００、７００、８００）のマニホールド（２００、３００、４００、６００、７００、８００）の各入れ子が、
前記スロット（１４０）に沿う第１の軸方向位置（２４０、３４０）で前記サブスロット（１６０）から径方向外側に延びる入口通路（２１０、２１２、２１４、２１６、２１８、３１０、４１０）であり、前記スロット（１４０）の径方向深さの一部まで延びる入口通路（２１０、２１２、２１４、２１６、２１８、３１０、４１０）と、
前記スロット（１４０）の径方向深さの一部から前記ロータ（１００）の径方向外面（１０２）まで径方向外側に延びる出口通路（２２０、２２２、２２４、２２６、２２８、３２０、４２０）であり、前記スロット（１４０）に沿う第２の軸方向位置（２５０、３５０）に配置され、前記第１の軸方向位置（２４０、３４０）から軸方向に離間した出口通路（２２０、２２２、２２４、２２６、２２８、３２０、４２０）と、
第１の端部（２６０、３６０）で前記入口通路（２１０、２１２、２１４、２１６、２１８、３１０、４１０）と流体接続し、第２の端部（２７０、３７０）で前記出口通路（２２０、２２２、２２４、２２６、２２８、３２０、４２０）と流体接続し、軸方向に延びる複数の通路（２３０、２３２、２３４、２３６、２３８、３３０、３３２、３３４、４３０、４３２、４３４）であり、軸方向に延びる前記複数の通路（２３０、２３２、２３４、２３６、２３８、３３０、３３２、３３４、４３０、４３２、４３４）のそれぞれが、軸方向に延びる他の各通路（２３０、２３２、２３４、２３６、２３８、３３０、３３２、３３４、４３０、４３２、４３４）とは異なる径方向深さで前記スロット（１４０）に配置される、複数の通路（２３０、２３２、２３４、２３６、２３８、３３０、３３２、３３４、４３０、４３２、４３４）と、
を備え、
前記マニホールドの各入れ子内において、前記第１のマニホールドの軸方向に延びる複数の通路が、前記第２のマニホールドの軸方向に延びる複数の通路と実質的に平行で、径方向深さが異なる、
ロータ（１００）。
マニホールド（２００、３００、４００）の第１の入れ子（５５０）が、マニホールド（６００、７００、８００）の第２の入れ子（５６０）に対して横方向に配置され軸方向に整列され、
マニホールド（６００、７００、８００）の第２の入れ子（５６０）が、第１のマニホールド（２００、３００、４００）によってもたらされた流体流路とは反対の軸方向における流体流路をもたらす、
請求項１４に記載のロータ（１００）。
前記導体（１３０）のそれぞれの間に配置された絶縁体（５２０）をさらに備え、
前記入口通路（２１０、３１０、４１０）および前記出口通路（２２０、３２０、４２０）のそれぞれが、
前記絶縁体（５２０）に開けられた略丸形の孔（６２０）と、
前記導体（１３０）に開けられた細長孔（６３０）であり、前記絶縁体（５２０）の前記略丸形の孔（６２０）の軸方向位置に対して、前記導体（１３０）の前記細長孔（６３０）が、前記絶縁体（５２０）の前記孔（６２０）の前記軸方向位置から交互する軸方向に延びる、
請求項１４に記載のロータ（１００）。