JPH09512697A - 切り換えリラクタンススタータ／発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 外周と内周を形成する複数の突極（１３０）とを備え、突極間にスロット（１３４）を形成しているステータ（１０２）をハウジング（１０４）内に取り付けた切り換えリラクタンススタータ／発電機（１００）が提供されている。ステータ冷却スリーブ（１３６）がステータの外周に圧力ばめされて、ステータの外周とハウジングとの間に複数の冷却チャネル（１２６）を形成している。複数のステータ突極に複数の相巻線（１１０）が巻装されており、相巻線をステータ突極上に固定するために、相巻線リテーナがスロット内に配置されている。巻線リテーナは、三角ベースセパレータと、疑似ばち形固定部材と、２つの向き合ったくさび形エキスパンダとを有している。ステータの内部にロータアセンブリ（１６８）が回転可能に配置されており、中空軸アセンブリ（１１８）と、軸の外周に圧力ばめされた複数の突極（１３８）を備えたロータコア（１１６）とを有している。中空軸アセンブリは、外側スリーブ（１４４）と内側冷却スリーブ（１４２）とを有している。内側冷却スリーブの内周で軸の内部空隙が定められている。内側冷却スリーブの外周が外側スリーブの内周に圧力ばめされており、外側スリーブの内周と内側冷却スリーブの外周との間に複数の冷却チャネル（１５０）が形成されている。ステータ巻線が、中空コア導体（１５２）を巻いて構成されており、電気／油圧端子コネクタで冷却流体及び電力の外部供給源に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】 切り換えリラクタンススタータ／発電機 本発明は、米国国防総省主契約Ｆ３３６１５−９０−Ｃ−２０５２の下で米国 政府の資金援助を受けてなされたものである。米国政府は本発明に対して一定の 権利を有する。技術分野 本発明は、発電機、特に航空機に使用される電力を発生するとともに原動機を 始動させることができる高速切り換えリラクタンス発電機に関する。背景技術 航空宇宙産業は、常に軽量、高効率、高信頼度の装備を必要とする技術の最先 端を推進している。ここに、軽量化は、重量が１ポンドでも追加されることが直 ちに燃料燃焼の増加を招き、従って所有コストの増加及び航続距離の低減を招く ことから必要である。また、高効率化は、装置に必要な体積が１立方インチでも 増えることが、航空機で輸送して収益を生む貨物量及び乗客数の減少を招くこと から必要となる。高信頼度化は、ゲートで１分でも遅れる毎に所有コストの増加 を招き、また同様に乗客の苛立ちを招くことから必要となる。装置効率の増加が 推進され、また部品の小型化が推進されるのに伴って、解決すべき問題が発生す る。 航空機で使用される発電装置の場合、これらの要求が技術の大きな進歩を早め ており、またこの新技術を適用するために解決しなければならない問題の発生も 招いている。航空機は一般的に、それに必要な電力を発電するために同期ブラシ レス交流発電機または永久磁石発電機を用いている。残念ながら、いずれの形式 の発電機も、航空宇宙電力装置の働き手であるが、それらが作動しなければなら ない厳しい環境のために（一般的に航空機ジェットエンジンに直接的に取り付け られている）頻繁に故障する部品が生じてしまう。例えば、同期交流発電機に設 けられている回転整流器は厳しい環境のために頻繁に故障し、このため信頼度が 低下する。いずれの形式の発電機とも、作動速度の点から何らかのロータ格納が 必要であるが、これは重量を増加させる。また、ブラシレス交流発電機や永久磁 石発電機は、物理的に重なったステータコイル巻線を備えており、組み立て工程 でワイヤの絶縁を破壊する危険があり、これも信頼度を低下させる。 発電機に加えて、エンジンスタータも航空機エンジンに一般的に装備されてい る。このスタータはエンジンを始動させるために重要であるが、それ以外の飛行 中には余分な荷物になり、全重量を増加させるため、必要な燃料燃焼を増加させ て、所有コストを増加させ、全航続距離を減少させる。この問題は認識されてお り、スタータと発電機とを１つのパッケージに結合させて、何分の１の比率の時 間しか使用されない余分な装置部分の必要性を無くすことが進められている。残 念ながら、これのために同期交流または永久磁石発電機を使用しても、始動機能 に関連した新しい問題が発生するのに加えて、上記のこれらの装置に本来ある問 題が解決されない。 この結合形スタータ／発電機結合機能のために同期交流または永久磁石発電機 を使用する代わりに、切り換えリラクタンス装置を使用することができる。切り 換えリラクタンス装置は本来低コストの装置であり、高速運転が可能な簡単な構 造であるため、構造の軽量化を計ることができる。切り換えリラクタンス装置の ロータは簡単な積層体で構成されているので、非常に堅固で低コストにすること ができる。ロータは、同期交流装置の場合のように故障の主要発生源である回転 整流器を必要としない。このようにロータ構造が単純であることのさらなる結果 として、装置はロータ巻線または永久磁石に関連した格納問題を伴わないで非常 に高速な作動を行うことができる。 しかし、切り換えリラクタンス装置は、ステータ巻線及びロータ構造自体の冷 却に注意深い設計配慮をする必要がある。ステータコイル巻線の電気損は、直流 （ＤＣ）Ｉ²Ｒ成分と、電気作動周波数に比例した渦電流成分との合計である。 切り換えリラクタンス装置は非常に高速で作動することができるので、周波数が 非常に高く、従って渦電流成分が高い。さらに、ロータ極がステータ極と整合し ていない時、ステータコイルの磁界分布が均一にならず、エアギャップ付近の導 体が高い磁束密度を受ける。その結果、ステータ極付近の導体の出力損が最高に なる。コイル巻線の物理的位置を混合すると、ステータの巻線形状のためにステ ータ積層体を通る熱伝達用の断面積が小さくなる。従って、ステータ巻線の冷却 が切り換えリラクタンス装置の大きな問題になる。 上記のように、切り換えリラクタンス装置のロータは、高速作動には理想的に 適した頑強な構造を生じる鉄の積層体だけで形成されている。ロータの頑強な機 械的構造を確保するためには、それの電磁損を適切に説明しなければならない。 これらのロータ損は、積層体内の非正弦磁束分布の結果である。渦電流及びヒス テリシス損の合計は、ロータに関連したものの相当な部分を占める。合計したこ れらの損はロータ積層体内の温度を上昇させ、これは積層体材料の機械的降伏強 さを低下させる傾向がある。これは、適当に処理しなければ重大な問題になる。 航空機用の結合形スタータ／発電機として切り換えリラクタンス装置を効果的 に使用できるようにするために、これらの問題を解決しようとする試みがなされ てきた。そのような装置の１つが、１９８９年５月２２〜２６日に米国オハイオ 州デイトンで開かれたＮＡＥＣＯＮ’８９（米国航空宇宙電子工学会議）の会報 の一部として発行されたステファン・マクミン（Ｓｔｅｐｈｅｎ ＭａｃＭｉｎ ｎ）及びウィリアム・ジョンズ（Ｗｉｌｌｉａｍ Ｊｏｎｅｓ）の「航空機エン ジン用の超高速切り換えリラクタンススタータ／発電機」と題する論文に開示さ れている。それに示されている装置では、マクミンは、ステータスロットの上部 に設けられた非磁性冷却管にオイルを流すことによってステータ巻線の冷却問題 に取り組もうとしている。これはステータ極と接触する断面積による熱伝達に強 く依存する方法に較べて冷却効果を向上させるが、すべての巻線から熱を効果的 に除去できるわけではない。冷却管に接触しない巻線は、やはりステータ極また は他の巻線と接触する断面積による熱伝達に依存しなければならない。ロータの 熱は、オイルが流れる中空軸を利用して除去される。これはロータから熱を効果 的に除去するが、それを行う方法は非常に非効率的である。熱は、軸の内側表面 に接触するオイルによって除去されるだけである。オイルを軸の空隙部全体に流 すことによっても、オイルの大部分は有効に機能することはなく、実際には装置 内で搬送すべきオイルの量を増加させなければならないことから装置の重量が増 加する。発明の概要 本発明の主要な目的は、新規な改良型の電気スタータ／発電機を提供すること である。特に、重量を最小限に抑えながら高速で厳しい環境での作動を可能にし 、従来装置に関連した問題点を回避しながらステータ巻線及びロータを効果的に 冷却することによって出力密度を最高にすることができる改良型切り換えリラク タンス装置を用いた新規な改良型のスタータ／発電機を提供することである。 本発明の目的に従って、外周と内周を形成する複数の突極を備え、突極間にス ロットを形成しているステータをハウジング内に取り付けた切り換えリラクタン ススタータ／発電機が提供されている。ステータ冷却スリーブがステータの外周 に圧力ばめされて、ステータ冷却スリーブの外周とハウジングとの間に複数の冷 却チャネルを形成している。複数のステータ突極に複数の相巻線が巻装されてお り、相巻線をステータ突極上に固定するために、相巻線リテーナがスロット内に 配置されている。ステータの内部にロータアセンブリが回転可能に配置されてお り、中空の軸アセンブリと、軸の外周に圧力ばめされた複数の突極を備えたロー タコアとを有している。中空軸アセンブリは、外側スリーブと内側冷却スリーブ とを有している。内側冷却スリーブの内周で軸の内部空隙が定められている。内 側冷却スリーブの外周が外側スリーブの内周に圧力ばめされており、外側スリー ブの内周と内側冷却スリーブの外周との間に複数の冷却チャネルが形成されてい る。また、ロータコアの各軸方向端部にロータ端部プレートが取り付けられてい る。 本発明の目的に従ってさらに、切り換えリラクタンススタータ／発電機は中空 コア導体を用いており、これの内部を冷却剤が循環して、巻線を冷却することが できる。ハウジングを貫通した電気及び油圧接続が、巻線に連結された複数の電 気／油圧端子コネクタによって行われている。これらの電気／油圧端子コネクタ は、外部電源及び配電バスから巻線までを電気接続し、また冷却剤の外部供給源 から巻線の中空コアまでを油圧連結している。また、電力が油圧管やポンプに伝 達される不都合が生じないように、端子コネクタはこれらの接続部間を電気絶縁 しなければならない。 また、本発明の目的に従って、ステータ突極上の相巻線の分離及び保持を行う ために相巻線リテーナが用いられている。これらのリテーナは、隣接のステータ 極の巻線間においてその間に形成されたスロットの半径方向外周位置に配置され た三角ベースセパレータと、スロットの半径方向内周位置に配置されてスロット を塞いでいる疑似ばち形固定部材とを有している。固定部材に２つのばち形くさ び付属部が設けられ、その間に拡張スロットが形成されている。２つの向き合っ たくさび形エキスパンダがステータの軸方向の対向端部からこの拡張スロット内 へ軸方向にはめ込まれており、これによって疑似ばち形くさび付属部を巻線に押 し付けてそれらをスロット内に確実に固定することができる。図面の簡単な説明 本明細書の結論は、本発明と見なされるものを特に指摘して明確に請求してい る請求の範囲に記載されているが、本発明の構成、利点及び他の目的は、添付の 図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めば、当業者には容易に明らかになる であろう。 図１は、本発明の切り換えリラクタンススタータ／発電機の機械的な概略図で ある。 図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った本発明の切り換えリラクタンススタータ／発 電機の機械的断面図である。 図３は、本発明の切り換えリラクタンススタータ／発電機のステータ相巻線の 展開概略図である。 図４は、本発明の切り換えリラクタンススタータ／発電機の相巻線の概略的な 関連物理的配線電気回路図である。 図５は、図２の部分Ｂで示されたスロット内のステータ相巻線及び巻線保持手 段の概略図である。 図６は、巻線保持手段の向き合ったくさび形エキスパンダを示す図である。 図７は、本発明の電気／油圧端子コネクタの機械的概略図であり、図８は、本 発明のロータアセンブリの分解図である。 図９は、本発明のロータ内側冷却スリーブの冷却チャネル構造を示す図である 。 図１０は、本発明のステータ冷却スリーブの冷却チャネル構造を示す図である 。好ましい実施形態の説明 図１は、本発明の切り換えリラクタンススタータ／発電機１００の機械的概略 図である。図示のように、スタータ／発電機１００は、ハウジング１０４内にス テータ１０２を設けている。ステータ１０２は外周１０６と内周１０８とを備え ている。ステータ相巻線１１０がステータ１０２の各軸方向端部１１２、１１４ より先まで延出している。ロータコア１１６がステータ１０２内に配置されて、 航空機エンジンまたは補助動力装置（図示せず）等の外部原動機に連結された軸 アセンブリ１１８によって駆動される。軸アセンブリ１１８は、内側冷却スリー ブ１４２の内周１２２によって定められた中空コアを備え、以下の説明ではこれ を内部空隙１２０と呼ぶ。図１に示されているように、油圧冷却ポート１２４が ハウジング１０４に貫設されて、冷却流体がハウジング１０４とステータ１０２ の外周１０６との間に位置している冷却チャネル１２６内を流れることができる ようにされている。 また図１に示されているように、本発明の好ましい実施形態は、相巻線１１０ を外部電源（図示せず）と共に油圧流体の外部供給源（図示せず）に接続するた めに設けられた電気／油圧端子コネクタ１２８を設けている。 図２に断面で示されているように、本発明の切り換えリラクタンススタータ／ 発電機１００は、ハウジング１０４内にステータ１０２を設けている。ステータ １０２は外周１０６と、内周１０８を形成している複数の突極１３０とを備えて いる。ステータ突極１３０はさらに、ステータ巻線１１０を収容するスロット１ ３４をその間に形成している。本発明の好ましい実施形態では、１２個のステー タ突極１３０が使用されている。ステータ冷却スリーブ１３６がステータ１０２ の外周１０６上に圧力ばめされており、ステータ冷却スリーブ１３６の外周１３ ７とハウジング１０４との間に複数の冷却チャネル１２６を形成している。複数 の相巻線１１０が複数のステータ突極１３０に巻装されており、図５に詳細に示 されているような巻線保持手段１３２がスロット１３４内に配置されて、ステー タ突極１３０上に相巻線１１０を固定できるようにしている。 ロータアセンブリ１６８はステータ１０２内に回転可能に配置されて、中空軸 アセンブリ１１８と結合しており、複数の突極１３８を備えたロータコア１１６ が軸アセンブリ１１８の外周１４０に圧力ばめされている。本発明の好ましい実 施形態では、８個のロータ突極１３８が用いられている。スタータ／発電機１０ ０の出力密度を最大にするため、ロータコア１１６は層状のバナジウムコバルト 鉄（２Ｖ４９ＦｅＣｏ）で形成されている。中空軸アセンブリ１１８は、外側ス リーブ１４４と内側冷却スリーブ１４２とを有している。内側冷却スリーブ１４ ２の内周１２２が、軸アセンブリ１１８の内部空隙１２０を定めている。内側冷 却スリーブ１４２の外周１４６が、外側スリーブ１４４の内周１４８に圧力ばめ されており、外側スリーブ１４４の内周１４８と内側冷却スリーブ１４２の外周 １４６との間に複数の冷却チャネル１５０が形成されている。 さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、ステータ巻線１１０が中空コア 矩形導体１５２を巻いて構成されており、図５にさらに詳細に示されている。１ ステータ極当たりの巻線コイルの巻数が７であることが好ましいが、必要に応じ てその数を増減させることができる。これらの中空コア導体１５２は、冷却剤が 巻線１１０内を循環してそれを冷却することができるようにする。このようにし て、各ステータ巻線を均一に冷却することができる。これには、導体が効果的な 冷却を行うためにそれらの物理的位置に依存する必要がない点で、マクミンによ る方法等の他の方法に勝る利点がある。スタータ／発電機１００の作動速度が一 般的に非常に高速であるため、中空コア導体１５２を使用することが可能である 。高速はすなわち高周波数であり、好ましい実施形態での最高は２，９６３ヘル ツで、これによる電流の導体への浸透厚さがわずかに約１．２ｍｍになる。この 知識に基づいて、マクミンに使用されているような中実のコア導体を使用すれば 、高速作動中には導体に電流がまったく流れないので無意味である重量が加わる ことは容易に理解されるであろう。 中空コア導体１５２を使用する際の１つの問題点は、高い作動温度（約２５０ °Ｃの壁温度）ではオイル中の硫黄不純物がオイルと反応して、導体１５２の銅 壁に炭素が付着することである。これは中空コア導体１５２の閉塞の原因になっ て、スタータ／発電機１００の熱故障を発生することになる。本発明の好ましい 実施形態では、導体１５２の内壁の基材金属に炭素を付着させないようにする金 属の非常に薄い層を付着させることによってこの問題を解決している。好ましく は、ニッケルまたはクロム族の金属が使用される。非常に好ましい実施形態では 、厚さを約２ミクロン〜４ミクロンにして付着させた無電解ニッケル（Ｎｉ）層 が使用される。変更実施形態では、導体１５２の内壁を酸化物の非常に薄い層で 被覆する。 さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、ステータ巻線は図３に示されて いるようにＳ相関係を用いて巻き付けられる。この図面からわかるように、好ま しい実施形態には２組の３相巻線Ａ１、Ｂ１、Ｃ１及びＡ２、Ｂ２、Ｃ２を有す る６相が用いられている。しかし、当業者には理解されるように、発明の精神の 範囲内において上記原理に基づいて使用する相の数を増減させることができる。 本発明の好ましい実施形態の電気回路図が図４に示されており、これは巻線の電 気回路の関連物理的配線図を示している。 図５にさらに詳細に示されているように、突極ステータ極１３０上で相巻線１ １０を分離、保持するために相巻線保持手段１３２が使用されている。相巻線保 持手段１３２は、隣接したステータ極１３０間に形成されたスロット１３４の半 径方向外周１５６の位置でそれらのステータ極１３０の巻線１１０間に配置され た三角ベースセパレータ１５４を有している。疑似ばち形固定部材１５８が、ス ロット１３４の半径方向内周位置に配置されて、スロット１３４を塞いでいる。 固定部材１５８は２つのばち形くさび付属部１６２を備えており、その間に拡張 スロット１６４が形成されている。図６に明確に示されているように、２つの向 き合ったくさび形エキスパンダ１６６が、スタータ１０２の軸方向の対向端部１ １２、１１４（図１を参照）からこの拡張スロット１６４内へ軸方向に押し込ま れている。これの作用によって、疑似ばち形くさび付属部１６２が巻線１１０に 押し付けられることによって、それらがスロット１３４内に固定される。 さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、図７に電気／油圧端子コネクタ １２８がさらに詳細に示されている。電気／油圧端子コネクタ１２８は、中空コ ア導体１５２を外部電源（図示せず）と共に油圧流体の外部供給源（図示せず） に接続する。さらに、電気／油圧端子コネクタ１２８は、連結ノーズコーン２２ ２によって電気及び油圧連結部間を電気絶縁している。ハウジング絶縁外装部２ ２０、絶縁スペーサ２１８、及び絶縁カラー２１６によってハウジング１０４か ら電気絶縁されている。非常に好ましい実施形態では、トルロン（Ｔｏｒｌｏｎ ）^TMの商標で知られ販売されているような絶縁材料が、電気／油圧端子コネクタ １２８の電気絶縁のために使用されている。ハウジング絶縁外装部２２０内に導 電管２２６が配置されて、導体１５２との電気及び油圧接続を行っている。好ま しくは、この接続は、管２２６内に導体１５２をろう付けすることによって行わ れる。外部電源（図示せず）との電気接続は、相リード線２２８をナット２３０ で端子コネクタ１２８に固定することによって行われる。ナット２３０を締め付 けると、相リード線２２８が導電ベース片２２４に押し付けられる。このベース 片は、好ましくは図７に示されているように管２２６内にろう付けされている。 非常に好ましい実施形態では、ナット２３０が戻り止め形である。 図８に示されているように、ロータアセンブリ１６８は、第１及び第２軸方向 端部１７２及び１７４と外周１４０及び内周１４８とを備えた外側スリーブ１４ ４からなる中空軸アセンブリ１１８を有している。第１及び第２軸方向端部１７ ６及び１７８と外周１４６と内部空隙１２０を定めている内周１２２とを備えた 内側冷却スリーブ１４２が、外側スリーブ１４４内に固定されている。好ましい 実施形態では、内側冷却スリーブ１４２は外側スリーブ１４４に圧力ばめされて いるが、ろう付けでもよいであろう。内側冷却スリーブ１４２の外周１４６は、 外側スリーブ１４４の内周１４８との間に複数の冷却チャネル１５０を形成して いる。複数の突極１３８を備えたロータコア１１６が外側スリーブ１４４の外周 １４０に圧力ばめされている。さらに、第１及び第２端部プレート１８０及び１ ８２がロータコア１１６の各軸方向端部１１７及び１１９に取り付けられている 。中空軸アセンブリ１１８はさらに、外側スリーブ１４４の各軸方向端部１７２ 及び１７４に固定された軸端部取付具１８４及び１８６を有している。これらの 端部取付具１８４及び１８６には、冷却剤を軸アセンブリ１１８の複数の冷却チ ャネル１５０へ送るための冷却剤送りオリフィス１８８及び１９０が設けられて いる。 本発明の好ましい実施形態の内側冷却スリーブ１４２は、内側冷却スリーブ１ ４２の各軸方向端部１７６及び１７８に第１及び第２シーリングリップ１９２及 び１９４を備えている。これらのシーリングリップ１９２及び１９４の各々には 、冷却剤を冷却剤送りオリフィス１８８及び１９０から冷却チャネル１５０へ送 るための冷却剤送り開口１９６が形成されている。これらの冷却リップ１９２、 １９４は軸端部取付具１８４、１８６に当接して液密状態を形成している。また 、第１及び第２端部キャップ１９８、２００が内側冷却スリーブ１４２の各軸方 向端部１７６、１７８の軸方向内側リッジ２０２に着座している。これらの端部 キャップ１９８、２００は、内側冷却スリーブ１４２の内周１２２で形成された 内部空隙１２０に冷却剤が流入しないように液密状態を形成している。端部キャ ップ１９８、２００はさらに、冷却剤を冷却剤送りオリフィス１８８、１９０か ら冷却剤送り開口１９６を介して冷却チャネル１５０へ送り込む。 図９にもっと詳細に示されているように、内側冷却スリーブ１４２の外周１４ ６は、内側冷却スリーブ１４２の各軸方向端部１７６、１７８に複数のマニホル ド２０４を形成して、冷却剤が内側冷却スリーブ１４２の外周１４６に沿って円 周方向に流れることができるようにしている。内側冷却スリーブ１４２の外周１ ４６に形成されたマニホルドセパレータ２０６が軸端部取付具１８４、１８６（ 図８を参照）に当接して、内側冷却スリーブ１４２の各軸方向端部１７６、１７ ８に液密状態を形成している。冷却スリーブ１４２の第１軸方向端部１７６に形 成されたマニホルドセパレータ２０６は、冷却スリーブ１４２の第２軸方向端部 １７８に形成されたマニホルドセパレータ２０６から円周方向にずれて、内側冷 却スリーブ１４２の外周１４６を第１軸方向に冷却チャネル１５０の第１部分を 通って端部マニホルド２０４の１つまで軸方向に横切り、そこで内側冷却スリー ブ１４２の外周１４６の一部を円周方向に、マニホルドセパレータ２０６の１つ に達するまで横切ってから、内側冷却スリーブ１４２の外周１４６を第２軸方向 に冷却チャネル１５０の第２部分を通って軸方向に横切る冷却剤流路２０８を形 成している。このように、ロータアセンブリ１６８を冷却するために必要な冷却 剤は実際には非常に少ない。例えばマクミンの中空コア軸を冷却する方法とは異 なって、内部空隙１２０が空の状態に保持されるため、必要なオイルの量を減少 させ、装置の全質量を減少させ、冷却効率を向上させることができる。この冷却 効率の向上を、熱伝達の熱係数を増加させる冷却剤のレイノルズ数の増加が補助 する。 さらに、本発明の好ましい実施形態に従って、図１０はステータの冷却スリー ブ１３６をさらに詳細に示している。図示のように、ステータの冷却スリーブ１ ３６は、それの各軸方向端部１１２、１１４においてステータ冷却スリーブ１３ ６の外周１３７に沿って円周方向にステータ端部マニホルド２１０を形成してい る。端部マニホルド２１０は、ステータ冷却スリーブ１３６によって形成された ステータ端部マニホルドセパレータ２１２によって分離されている。ステータ１ ０２の第１軸方向端部１１２のステータ端部マニホルドセパレータ２１２はステ ータ１０２の第２軸方向端部１１４のステータ端部マニホルドセパレータ２１２ から円周方向にずれて、ステータ冷却スリーブ１３６の外周１３７を第１軸方向 に冷却チャネル１２６の第１部分を通ってステータ端部マニホルド２１０の１つ まで軸方向に横切り、そこでステータ冷却スリーブ１３６の外周の一部を円周方 向に、ステータ端部マニホルドセパレータ２１２の１つに達するまで横切ってか ら、ステータ冷却スリーブ１３６の外周１３７を第２軸方向に冷却チャネル１２ ６の第２部分を通って軸方向に横切る冷却剤流路２１４を形成している。 上記説明を読めば、当業者には本発明の様々な変更実施形態が明らかになるで あろう。従って、本説明は説明のためのものであって、発明を実行する最良の態 様を当業者に教示するためのものである。発明の精神から実質的に逸脱しない範 囲内において構造の詳細を変更することができ、添付の請求の範囲に入る変更す べての排他的使用が保護される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年１０月２３日 【補正内容】 請求の範囲 １．ハウジングと、 外周と内周を形成する第１の所定数の突極とを備え、前記突極間にスロットを 形成している、前記ハウジング内に取り付けられたステータと、 第１及び第２軸方向端部と内周と外周とを備えて、前記内周をステータの前記 外周に圧力ばめしており、前記外周と前記ハウジングとの間に第２の所定数の冷 却チャネルを形成しているステータ冷却スリーブと、 前記第１の所定数のステータ突極に巻装された第３の所定数の相巻線と、 前記相巻線を前記ステータ突極上に固定するために前記スロット内に配置され た相巻線保持手段と、 前記ステータの内部に回転可能に配置されたロータアセンブリとを有しており 、前記ロータアセンブリは、 第１及び第２軸方向端部と、外周と、内周とを備えた外側スリーブと、 第１及び第２軸方向端部と、外周と、内部空隙を形成している内周とを備え た内側冷却スリーブとを備えて、前記内側冷却スリーブの外周を外側スリーブの 内周に圧力ばめしており、前記外側スリーブの内周と前記内側冷却スリーブの前 記外周との間に第４の所定数の冷却チャネルを形成している中空軸アセンブリと 、 前記外側スリーブの外周に圧力ばめされた、第５の所定数の突極を備えたロ ータコアと、 前記ロータコアの各軸方向端部に取り付けられた第１及び第２ロータ端部プ レートとを有していることを特徴とする切り換えリラクタンススタータ／発電機 。 ２．前記巻線は、内部を冷却剤が通過して前記巻線を冷却することができる中空 コア導体を有しており、前記中空コア導体は内表面を備えていることを特徴とす る請求の範囲第１項に記載の切り換えリラクタンススタータ／発電機。 ３．前記中空コア導体は矩形であることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の 切り換えリラクタンススタータ／発電機。 ４．さらに、前記第３の所定数の巻線に接続された第６の所定数の電気／油圧端 子コネクタを有しており、前記電気／油圧端子コネクタは前記ハウジングを貫通 して外部電源から前記巻線までを電気接続し、また冷却剤の外部供給源から前記 巻線の前記中空コアまでを油圧連結し、さらに前記電気及び油圧接続部間を電気 絶縁することを特徴とする請求の範囲第２項に記載の切り換えリラクタンススタ ータ／発電機。 ５．前記中空コア導体の前記内表面にニッケル層を付着させていることを特徴と する請求の範囲第２項に記載の切り換えリラクタンススタータ／発電機。 ６．前記無電解ニッケルの層は２ミクロン〜４ミクロンの厚さで付着しているこ とを特徴とする請求の範囲第５項に記載の切り換えリラクタンススタータ／発電 機。 ７．前記巻線保持手段は、 隣接のステータ極の巻線間においてその間に形成された前記スロットの半径方 向外周位置に配置された三角ベースセパレータと、 前記スロットの半径方向内周位置に配置されてスロットを塞いでおり、第１及 び第２の疑似ばち形くさび付属部を備えてその間に拡張スロットを形成している 疑似ばち形固定部材と、 前記ステータの軸方向の対向端部からこの拡張スロット内へ軸方向にはめ込ま れて、前記第１及び第２疑似ばち形くさび付属部を前記巻線に押し付けて前記巻 線を前記スロット内に固定できるようにする第１及び第２の向き合ったくさび形 エキスパンダとを有していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の切り換 えリラクタンススタータ／発電機。 ８．前記中空軸アセンブリはさらに、前記外側スリーブの前記軸方向端部の各々 に取り付けられた軸端部取付具を有しており、前記端部取付具は前記第４の所定 数の冷却チャネルへ冷却剤を送るための冷却剤送りオリフィスを形成しているこ とを特徴とする請求の範囲第１項に記載の切り換えリラクタンススタータ／発電 機。 ９．前記内側冷却スリーブは、 冷却剤を冷却剤送りオリフィスから前記冷却チャネルへ送るための冷却剤送り 開口を形成しており、前記軸端部取付具に液密状に当接している、前記内側冷却 スリーブの各軸方向端部の第１及び第２シーリングリップと、 前記内側冷却スリーブの各軸方向端部の軸方向内側リッジに着座しており、前 記内部空隙に冷却剤が流入しないように液密状態を形成し、さらに冷却剤を前記 冷却剤送りオリフィスから冷却剤送り開口を介して冷却チャネルへ送り込む第１ 及び第２端部キャップと、 前記内側冷却スリーブの各軸方向端部に形成されて、冷却剤を内側冷却スリー ブの外周に沿って円周方向に流す第７の所定数のマニホルドと、 前記内側冷却スリーブの外周に形成されたマニホルドセパレータとを有してお り、前記マニホルドセパレータは、前記内側冷却スリーブの各軸方向端部で軸端 部取付具に液密状に当接しており、前記冷却スリーブの前記第１軸方向端部に形 成された前記マニホルドセパレータは、前記冷却スリーブの前記第２軸方向端部 に形成されたマニホルドセパレータから円周方向にずれて、前記内側冷却スリー ブの前記外周を第１軸方向に前記冷却チャネルの第１部分を通って前記マニホル ドの１つまで軸方向に横切り、そこで前記内側冷却スリーブの前記外周の一部を 円周方向に、前記マニホルドセパレータの１つに達するまで横切ってから、前記 内側冷却スリーブの前記外周を第２軸方向に前記冷却チャネルの第２部分を通っ て軸方向に横切る冷却剤流路を形成していることを特徴とする請求の範囲第８項 に記載の切り換えリラクタンススタータ／発電機。 １０．前記ステータ冷却スリーブはさらに、それの各軸方向端部において前記ス テータ冷却スリーブの前記外周に沿って円周方向にステータ端部マニホルドを形 成しており、前記端部マニホルドは、前記ステータ冷却スリーブで形成されたス テータ端部マニホルドセパレータによって分離されており、前記ステータ冷却ス リーブの前記第１軸方向端部に形成された前記ステータ端部マニホルドセパレー タは前記ステータ冷却スリーブの前記第２端部に形成された前記ステータ端部マ ニホルドセパレータから円周方向にずれて、前記ステータ冷却スリーブの前記外 周を第１軸方向に前記冷却チャネルの第１部分を通って前記ステータ端部マニホ ルドの１つまで軸方向に横切り、そこで前記ステータ冷却スリーブの前記外周の 一部を円周方向に、前記ステータ端部マニホルドセパレータの１つに達するまで 横切ってから、前記ステータ冷却スリーブの前記外周を第２軸方向に前記冷却チ ャネルの第２部分を通って軸方向に横切る冷却剤流路を形成していることを特徴 とする請求の範囲第１項に記載の切り換えリラクタンススタータ／発電機。 １１．第１及び第２軸方向端部と、外周と、内周とを備えた外側スリーブと、 第１及び第２軸方向端部と、外周と、内部空隙を形成している内周とを備えた 内側冷却スリーブとを設けており、前記内側冷却スリーブの前記外周を前記外側 スリーブの内周に圧力ばめしており、前記外側スリーブの内周と前記内側冷却ス リーブの前記外周との間に第１の所定数の冷却チャネルを形成しており、さらに 、 前記外側スリーブの前記軸方向端部の各々に固定された軸端部取付具を有して おり、前記端部取付具は前記所定数の冷却チャネルへ冷却剤を送るための冷却剤 送りオリフィスを形成していることを特徴とする電気装置用の中空ロータ軸。 １２．前記内側冷却スリーブは、 冷却剤を冷却剤送りオリフィスから前記冷却チャネルへ送るための冷却剤送り 開口を形成しており、前記軸端部取付具に液密状に当接している、前記内側冷却 スリーブの各軸方向端部の第１及び第２シーリングリップと、 前記内側冷却スリーブの各軸方向端部の軸方向内側リッジに着座しており、前 記内部空隙に冷却剤が流入しないように液密状態を形成し、さらに冷却剤を前記 冷却剤送りオリフィスから冷却剤送り開口を介して冷却チャネルへ送り込む第１ 及び第２端部キャップと、 前記内側冷却スリーブの各軸方向端部に形成されて、冷却剤を内側冷却スリー ブの外周に沿って円周方向に流す第２の所定数のマニホルドと、 前記内側冷却スリーブの外周に形成されたマニホルドセパレータとを有してお り、前記マニホルドセパレータは、前記内側冷却スリーブの各軸方向端部で軸端 部取付具に液密状に当接しており、前記冷却スリーブの前記第１軸方向端部に形 成された前記マニホルドセパレータは、前記冷却スリーブの前記第２軸方向端部 に形成された前記マニホルドセパレータから円周方向にずれて、前記内側冷却ス リーブの前記外周を第１軸方向に前記冷却チャネルの第１部分を通って前記マニ ホルドの１つまで軸方向に横切り、そこで前記内側冷却スリーブの前記外周の一 部を円周方向に、前記マニホルドセパレータの１つに達するまで横切ってから、 前記内側冷却スリーブの前記外周を第２軸方向に前記冷却チャネルの第２部分を 通って軸方向に横切る冷却剤流路を形成していることを特徴とする請求の範囲第 １１項に記載の電気装置用の中空ロータ軸。 １３．スロット内においてステータ突極上に電気装置のステータ巻線を固定する 装置であって、 隣接のステータ極の巻線間においてその間に形成されたスロットの半径方向外 周位置に配置された三角ベースセパレータと、 スロットの半径方向内周位置に配置されてスロットを塞いでおり、第１及び第 ２の疑似ばち形くさび付属部を備えてその間に拡張スロットを形成している疑似 ばち形固定部材と、 ステータの軸方向の対向端部から前記拡張スロット内へ軸方向にはめ込まれて 、前記第１及び第２疑似ばち形くさび付属部を巻線に押し付けて巻線をスロット 内に固定できるようにする第１及び第２の向き合ったくさび形エキスパンダとを 有していることを特徴とする装置。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 却スリーブの外周が外側スリーブの内周に圧力ばめされ ており、外側スリーブの内周と内側冷却スリーブの外周 との間に複数の冷却チャネル（１５０）が形成されてい る。ステータ巻線が、中空コア導体（１５２）を巻いて 構成されており、電気／油圧端子コネクタで冷却流体及 び電力の外部供給源に接続されている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ハウジングと、 外周と内周を形成する第１の所定数の突極とを備え、前記突極間にスロットを 形成している、前記ハウジング内に取り付けられたステータと、 第１及び第２軸方向端部と内周と外周とを備えて、前記内周をステータの前記 外周に圧力ばめしており、前記外周と前記ハウジングとの間に第２の所定数の冷 却チャネルを形成しているステータ冷却スリーブと、 前記第１の所定数のステータ突極に巻装された第３の所定数の相巻線と、 前記相巻線を前記ステータ突極上に固定するために前記スロット内に配置され た相巻線保持手段と、 前記ステータの内部に回転可能に配置されたロータアセンブリとを有しており 、前記ロータアセンブリは、 第１及び第２軸方向端部と、外周と、内周とを備えた外側スリーブと、 第１及び第２軸方向端部と、外周と、内部空隙を形成している内周とを備え た内側冷却スリーブとを備えて、前記内側冷却スリーブの外周を外側スリーブの 内周に圧力ばめしており、前記外側スリーブの内周と前記内側冷却スリーブの前 記外周との間に第４の所定数の冷却チャネルを形成している中空軸アセンブリと 、 前記外側スリーブの外周に圧力ばめされた、第５の所定数の突極を備えたロ ータコアと、 前記ロータコアの各軸方向端部に取り付けられた第１及び第２ロータ端部プ レートとを有していることを特徴とする切り換えリラクタンススタータ／発電機 。 ２．前記巻線は、内部を冷却剤が通過して前記巻線を冷却することができる中空 コア導体を有しており、前記中空コア導体は内表面を備えていることを特徴とす る請求の範囲第１項に記載の切り換えリラクタンススタータ／発電機。 ３．前記中空コア導体は矩形であることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の 切り換えリラクタンススタータ／発電機。 ４．さらに、前記第３の所定数の巻線に接続された第６の所定数の電気／油圧端 子コネクタを有しており、前記電気／油圧端子コネクタは前記ハウジングを貫通 して外部電源から前記巻線までを電気接続し、また冷却剤の外部供給源から前記 巻線の前記中空コアまでを油圧連結し、さらに前記電気及び油圧接続部間を電気 絶縁することを特徴とする請求の範囲第２項に記載の切り換えリラクタンススタ ータ／発電機。 ５．前記中空コア導体の前記内表面にニッケル層を付着させていることを特徴と する請求の範囲第２項に記載の切り換えリラクタンススタータ／発電機。 ６．前記無電解ニッケルの層は２ミクロン〜４ミクロンの厚さで付着しているこ とを特徴とする請求の範囲第５項に記載の切り換えリラクタンススタータ／発電 機。 ７．前記巻線保持手段は、 隣接のステータ極の巻線間においてその間に形成された前記スロットの半径方 向外周位置に配置された三角ベースセパレータと、 前記スロットの半径方向内周位置に配置されてスロットを塞いでおり、第１及 び第２の疑似ばち形くさび付属部を備えてその間に拡張スロットを形成している 疑似ばち形固定部材と、 前記ステータの軸方向の対向端部からこの拡張スロット内へ軸方向にはめ込ま れて、前記第１及び第２疑似ばち形くさび付属部を前記巻線に押し付けて前記巻 線を前記スロット内に固定できるようにする第１及び第２の向き合ったくさび形 エキスパンダとを有していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の切り換 えリラクタンススタータ／発電機。 ８．前記中空軸アセンブリはさらに、前記外側スリーブの前記軸方向端部の各々 に取り付けられた軸端部取付具を有しており、前記端部取付具は前記第４の所定 数の冷却チャネルへ冷却剤を送るための冷却剤送りオリフィスを形成しているこ とを特徴とする請求の範囲第１項に記載の切り換えリラクタンススタータ／発電 機。 ９．前記内側冷却スリーブは、 冷却剤を冷却剤送りオリフィスから前記冷却チャネルへ送るための冷却剤送り 開口を形成しており、前記軸端部取付具に液密状に当接している、前記内側冷却 スリーブの各軸方向端部の第１及び第２シーリングリップと、 前記内側冷却スリーブの各軸方向端部の軸方向内側リッジに着座しており、前 記内部空隙に冷却剤が流入しないように液密状態を形成し、さらに冷却剤を前記 冷却剤送りオリフィスから冷却剤送り開口を介して冷却チャネルヘ送り込む第１ 及び第２端部キャップと、 前記内側冷却スリーブの各軸方向端部に形成されて、冷却剤を内側冷却スリー ブの外周に沿って円周方向に流す第７の所定数のマニホルドと、 前記内側冷却スリーブの外周に形成されたマニホルドセパレータとを有してお り、前記マニホルドセパレータは、前記内側冷却スリーブの各軸方向端部で軸端 部取付具に液密状に当接しており、前記冷却スリーブの前記第１軸方向端部に形 成された前記マニホルドセパレータは、前記冷却スリーブの前記第２軸方向端部 に形成されたマニホルドセパレータから円周方向にずれて、前記内側冷却スリー ブの前記外周を第１軸方向に前記冷却チャネルの第１部分を通って前記マニホル ドの１つまで軸方向に横切り、そこで前記内側冷却スリーブの前記外周の一部を 円周方向に、前記マニホルドセパレータの１つに達するまで横切ってから、前記 内側冷却スリーブの前記外周を第２軸方向に前記冷却チャネルの第２部分を通っ て軸方向に横切る冷却剤流路を形成していることを特徴とする請求の範囲第８項 に記載の切り換えリラクタンススタータ／発電機。 １０．前記ステータ冷却スリーブはさらに、それの各軸方向端部において前記ス テータ冷却スリーブの前記外周に沿って円周方向にステータ端部マニホルドを形 成しており、前記端部マニホルドは、前記ステータ冷却スリーブで形成されたス テータ端部マニホルドセパレータによって分離されており、前記ステータ冷却ス リーブの前記第１軸方向端部に形成された前記ステータ端部マニホルドセパレー タは前記ステータ冷却スリーブの前記第２端部に形成された前記ステータ端部マ ニホルドセパレータから円周方向にずれて、前記ステータ冷却スリーブの前記外 周を第１軸方向に前記冷却チャネルの第１部分を通って前記ステータ端部マニホ ルドの１つまで軸方向に横切り、そこで前記ステータ冷却スリーブの前記外周の 一部を円周方向に、前記ステータ端部マニホルドセパレータの１つに達するまで 横切ってから、前記ステータ冷却スリーブの前記外周を第２軸方向に前記冷却チ ャネルの第２部分を通って軸方向に横切る冷却剤流路を形成していることを特徴 とする請求の範囲第１項に記載の切り換えリラクタンススタータ／発電機。 １１．第１及び第２軸方向端部と、外周と、内周とを備えた外側スリーブと、 第１及び第２軸方向端部と、外周と、内部空隙を形成している内周とを備えた 内側冷却スリーブとを設けており、前記内側冷却スリーブの前記外周を前記外側 スリーブの内周に圧力ばめしており、前記外側スリーブの内周と前記内側冷却ス リーブの前記外周との間に第１の所定数の冷却チャネルを形成しており、さらに 、 前記外側スリーブの前記軸方向端部の各々に固定された軸端部取付具を有して おり、前記端部取付具は前記所定数の冷却チャネルへ冷却剤を送るための冷却剤 送りオリフィスを形成していることを特徴とする電気装置用の中空ロータ軸。 １２．前記内側冷却スリーブは、 冷却剤を冷却剤送りオリフィスから前記冷却チャネルへ送るための冷却剤送り 開口を形成しており、前記軸端部取付具に液密状に当接している、前記内側冷却 スリーブの各軸方向端部の第１及び第２シーリングリップと、 前記内側冷却スリーブの各軸方向端部の軸方向内側リッジに着座しており、前 記内部空隙に冷却剤が流入しないように液密状態を形成し、さらに冷却剤を前記 冷却剤送りオリフィスから冷却剤送り開口を介して冷却チャネルへ送り込む第１ 及び第２端部キャップと、 前記内側冷却スリーブの各軸方向端部に形成されて、冷却剤を内側冷却スリー ブの外周に沿って円周方向に流す第２の所定数のマニホルドと、 前記内側冷却スリーブの外周に形成されたマニホルドセパレータとを有してお り、前記マニホルドセパレータは、前記内側冷却スリーブの各軸方向端部で軸端 部取付具に液密状に当接しており、前記冷却スリーブの前記第１軸方向端部に形 成された前記マニホルドセパレータは、前記冷却スリーブの前記第２軸方向端部 に形成された前記マニホルドセパレータから円周方向にずれて、前記内側冷却ス リーブの前記外周を第１軸方向に前記冷却チャネルの第１部分を通って前記マニ ホルドの１つまで軸方向に横切り、そこで前記内側冷却スリーブの前記外周の一 部を円周方向に、前記マニホルドセパレータの１つに達するまで横切ってから、 前記内側冷却スリーブの前記外周を第２軸方向に前記冷却チャネルの第２部分を 通って軸方向に横切る冷却剤流路を形成していることを特徴とする請求の範囲第 １１項に記載の電気装置用の中空ロータ軸。 １３．スロット内においてステータ突極上に電気装置のステータ巻線を固定する 装置であって、 隣接のステータ極の巻線間においてその間に形成されたスロットの半径方向外 周位置に配置された三角ベースセパレータと、 スロットの半径方向内周位置に配置されてスロットを塞いでおり、第１及び第 ２の疑似ばち形くさび付属部を備えてその間に拡張スロットを形成している疑似 ばち形固定部材と、 ステータの軸方向の対向端部から前記拡張スロット内へ軸方向にはめ込まれて 、前記第１及び第２疑似ばち形くさび付属部を巻線に押し付けて巻線をスロット 内に固定できるようにする第１及び第２の向き合ったくさび形エキスパンダとを 有していることを特徴とする装置。 １４．外部電源及び油圧冷却流体の外部供給源から発電機ハウジングを通って１ 組の中空コア導体までを電気的及び油圧的に隔離接続する電気／油圧端子コネク タであって、 ハウジングを貫通しているハウジング絶縁外装体と、 前記絶縁外装体内に配置されて、中空コア導体に接続されて油圧冷却流体を中 空コア導体へ送り、また中空コア導体に電気接続されている導電管と、 前記管に連結されて、相リード線を受け取ることによって外部電源と電気接続 され、さらに前記管へ油圧冷却流体を送る導電性の中空ベース片と、 前記ベースに連結されて、油圧冷却剤の外部供給源から電気絶縁連結され、油 圧冷却流体を前記ベース片へ送る絶縁連結ノーズコーンとを有していることを特 徴とする電気／油圧端子コネクタ。 １５．さらに、ハウジングを介して電気／油圧端子コネクタを固定するために前 記絶縁外装体に取り付けられた絶縁カラーを有していることを特徴とする請求の 範囲第１５項に記載の電気／油圧端子コネクタ。 １６．さらに、相リード線を前記ベースプレートに押し付けて固定するために前 記ベースプレートに螺着されたナットを有していることを特徴とする請求の範囲 第１５項に記載の電気／油圧端子コネクタ。