アルミニウムを含むスチールエンドリングによるダイキャストロータ
【課題】複数のセクションにエンドリングを分割することにより、リング全体の熱膨張の減少を通じて各セクションに対する熱膨張を制限する。
【解決手段】インダクタモータまたはインダクションジェネレータのロータ１０は、第１エンドリング１２を有する。第１リングは、第１スポーク３０ａ〜により第１ハブ部２４へ接続される。ロータは、第２エンドリングをも有し、第２リング１４は、第２スポーク３０ａ’〜により第２ハブ部２４’へ接続される。第１エンドリングはコア１８に固定される。第２エンドリングは、第１スポークが第２スポークと位置合わせされないように所定量だけ回転される。第２エンドリングは、第１エンドリング及びコアへ接続される。コア、第１エンドリング及び第２エンドリングは基材を形成する。アルミニウム導体は、キャストロータを形成するように、スペース及び第１及び第２スポークの周囲を満たす。
【解決手段】インダクタモータまたはインダクションジェネレータのロータ１０は、第１エンドリング１２を有する。第１リングは、第１スポーク３０ａ〜により第１ハブ部２４へ接続される。ロータは、第２エンドリングをも有し、第２リング１４は、第２スポーク３０ａ’〜により第２ハブ部２４’へ接続される。第１エンドリングはコア１８に固定される。第２エンドリングは、第１スポークが第２スポークと位置合わせされないように所定量だけ回転される。第２エンドリングは、第１エンドリング及びコアへ接続される。コア、第１エンドリング及び第２エンドリングは基材を形成する。アルミニウム導体は、キャストロータを形成するように、スペース及び第１及び第２スポークの周囲を満たす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、インダクションジェネレータ又はモータのロータに関する。より詳しくは、本開示は、アルムニウム材料でロータをダイキャスト成型する新しい方法が可能となる弾性エンドリングを含むロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ及びジェネレータの電気ロータは、一般に、１００００から１５０００回転までのスピードで、ステータに対して回転することができる。一般に、ロータのボディへ接続されたエンドリングを保つには、保持機構が必要である。それをボディへ固定するため、高強度材料のバンドがロータの各エンドリングに固定されることがある。リベットもまた、ボディへエンドリングを固定するためロータに鋳造することができる。加えて、いくつかの解決方法がエンドリングをボディに固定するため特別なラミネーション加工を使用する。サトウの合衆国公開番号2005/0040726A1は、支持穴を有するエンドリングを伴うロータを開示する。ロータの回転中、エンドプレートを固定する支持穴とかみ合うように溝を形成することができる。
【０００３】
一般に、これらの解決方法は、所定領域での応力集中プロファイルを減少することに効果的であり、高速でロータを互いに保持することにも効果的である。適度に有効ではあるものの、これらの解決方法は熱への応答においてロータ各部品により加わる熱応力に対応していないので、これらの解決方法は、適用が限られている。これらの解決方法は、これらの部品の異なる熱膨張係数と、どのようにこれがエンドリング及びロータバーのジョイントにて蓄積する疲労応力に関わるかと、について対応していない。作動中しばしば、一日あたり多くの回数、ロータは定常速度から最大回転速度へサイクルが行われる。これは、多数のサイクルの過程にわたって、ロータに繰り返しヒートアップ及びクールダウンをもたらす。しばしば、ロータの各部品は異なる材料から形成される。しばしば、熱膨張係数は、ロータを構成する材料の間で異なる（例えば、アルミニウムバー、エンドリング、及び、スチールラミネーション、あるいは他のロータ部品のように）。アルミニウムは、ロータのスチール部と異なる割合で膨張するだろう。ときどき、アルミニウムは、同じ温度範囲でスチール材料が膨張する割合の２倍で膨張することもある。これは、アルミニウム部品に疲労を生じさせ、ロータの乏しい耐久性と最終的に至る不具合と、へ導くクラックを進展させる。従って、高速で周期的に用いられ、ロータ又はその部品の致命的な不具合が起こることなしでサイクルが行われることができるロータがこの分野では必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国第２００５／００４０７２６１Ａ１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
全３６０度について連続的なエンドリングは、伸びに関連した熱膨張と回転速度の両方に起因して、径方向に延びる。これらの両方は、エンドリングのフープストレスを発生し、より重大には、ロータバーの界面へのエンドリングの疲労ストレスを発生する。スチールラミネーションにより囲まれた多くのロータバーからなる電気機械では、これらのバーはラミネーションを通じて延び、ロータの各サイドの機械のエンドリングへ接続する。これらのエンドリングは、上述したように径方向へ膨張する。しかしながら、ロータバーは、それらがスチールラミネーションにより囲まれていることから、径方向へエンドリングと同じ量で伸びない。この結果は、ロータバーの境界へのエンドリングのジョイントにて疲労ストレスを引き起こす、ロータバーよりもずっと高い割合でエンドリングが径方向にて膨張及び収縮するという結果をもたらす。ジョイントにおける疲労ストレスは、クラックを導入し、そのうち最終的には機械を故障させる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この開示は、２つの異なる方法でロータの役に立つ。第１に、複数のセクションにエンドリングを分割することにより、リング全体の熱膨張の減少を通じて各セクションに対する熱膨張を制限する。第２に、スポークエンドリングの構造が、今日ロータに用いられているバンドのように作用することによって、高速でのエンドリングの抑制に役立つ。これらの改良は、エンドリングの径方向膨張量を減少し、ジョイント位置での疲労ストレス及びエンドリングのフープストレスを減少する。最小で２つのエンドリングがロータのそれぞれの端部側ごとに必要であり、これは、動作する機械のために、今なおエンドリングにより全てのロータバーを接続する必要があるという事実による。第２エンドリングに対し第１エンドリングを回転させることによって、減少されたストレスの利点が提供される一方、結果として生じる鋳造材料が全てのロータバーを接続することとなる。
【０００７】
本開示の第１の側面によれば、ステータ及びロータを含む電気機械が提供される。ロータは、コアを含み、コアはコア中に形成された複数のスペースを含む。ロータは、また、ロータの各端部に第１及び第２エンドリングを有する。第１エンドリングは、複数の第１スポークにより第１リングへ接続された第１ハブ部を有する。第２エンドリングも、複数の第２スポークにより第２リングへ接続された第２ハブ部を有する。この実施形態では、第１エンドリングはコアに固定される。第２エンドリングは、複数の第１スポークが複数の第２スポークと位置合わせされないように、所定量だけ回転される。第２エンドリングは、第１エンドリング及びコアに接続される。第１エンドリング、第２エンドリング及びコアは、基材を形成する。導体は、ロータを形成するために、複数の第１及び第２スポークの周囲へ延びる。
【０００８】
本開示の他の側面によれば、ロータの製造方法が提供される。その方法は、コアを形成することを含む。コアは、それに形成された複数のスペースを有する。第１エンドプレートが、コアの端部に接続される。第１エンドプレートは、複数の第１スポークにより第１リングへ接続された第１ハブを含む。その方法は、第１エンドプレートへ第２エンドプレートを接続することも含む。第２エンドプレートは、第２ハブを含む。第２ハブは、複数の第２スポークにより第２リングへ接続される。エンドプレート及びコアは、基材を形成する。第２スポークは、ポケットを形成するために、第１スポークと交互に配列される。ポケットは、第１及び第２スポークの間として定義される。アルミニウム材料は、キャストロータを形成するように、コアのスペース及びポケットへ流れるアルミニウムで基材に鋳造される。
【０００９】
本開示のさらなる他の側面において、インダクションダイキャストロータのエンドリングが提供される。エンドリングは、複数の第１スポークにより第１ハブへ接続された第１リングを含む第１部材を有する。エンドリングは、また、第１部材へ接続された第２部材を有する。第２部材は、複数の第２スポークにより第２ハブへ接続された第２リングを含む。第１スポークは、所定量だけ第２スポークからオフセットされる。第１及び第２スポークは、ポケットを形成する。第１部材及び第２部材と異なる材料が、ポケットの中に延びる。第１部材及び第２部材は、ロータの周期的動作の間、材料に起因するロータの熱疲労により発生するフープストレスを減少する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本開示の電気機械を、ダイキャストアルミニウムでのコア材料、第１エンドリング及び第２エンドリングを有するロータの分解図にて示す。
【図２】図２は、図１のアルミニウムコンダクタのダイキャストの前に、基材を形成する３つの要素である、第１エンドリング及び第２エンドリングが組み合わされたコアの斜視図を示す。
【図３】図３は、交互配置されたスポークを有する第１及び第２エンドリングの図２の拡大図を示す。
【図４】図４は、コア材料を覆い、スポーク間のポケットを満たすアルミニウムのダイキャスト成形後の、ロータの斜視図を示す。
【図５】図５は、第２エンドリングを通るロータの断面図を示す。
【図６】図６は、第１エンドリングを通るロータの他の断面図を示す。
【図７】図７は、第１エンドリングを通るロータのさらに他の断面図を示し、図示の目的のために第２エンドリングをロータから離して示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、下記に示される詳細な記述及び発明の各実施形態に添付された図面から、より十分に理解されるだろう。しかしながら、これらは、発明を特定の実施形態へ限定するよう用いられるべきでなく、あくまで説明及び理解のためのものである。
【００１２】
本開示は、ロータ１０及びステータ１１を有するインダクションモータあるいはジェネレータのような電気機械１００を対象にしている。図示された実施形態において、好適にはロータ１０は純アルミニウムから鋳造され、好ましくはスチール又はスチール合金から作られた第１及び第２のエンドリング１２，１４を含んでいる。当然のことながら、本開示はこれらの特定の材料に制限されず、他の適当な材料がロータ１０を形成するのに用いられることができる。スチールのエンドリング１２，１４は、熱疲労により引き起こされるフープストレスを減少させるために、エンドリング１２，１４を１つ以上のポケット１６，１６ａに分けることにより、高速回転速度にて、アルミニウムを含有するよう構成することが好ましい。当然のことながら、スチールのエンドリング１２，１４を用いた純アルミニウムの鋳造は、好ましくいくつかの利点を提供する。第１に、アルミニウムが適切な鋳造特性、熱的特性及び電気特性をもたらす一方で、エンドリング１２，１４により適切な機械強度が与えられる。この組み合わせは、多くの熱サイクルに耐えることのできる高速のロータ動作を可能とする。典型的には、リベットその他の２つのロータ部品をジョイントすることにより、これらの利点が得られなくなるかもしれない。
【００１３】
フープストレスは、環状（物体の軸方向と径方向の両方に対して垂直）に作用する力に起因する、回転対称物体で定義される機械ストレスである。軸方向及び径方向のストレスとともに、それは円筒座標にてストレステンソルの成分である。フープストレスの典型的な例は、木樽の鉄バンド又はフープに加えられるテンションである。説明のために例示すると、真っ直ぐな閉断面のパイプにおいて、圧力差により円筒パイプ壁へ加えられるいかなる力も、最終的にフープストレスを生じさせるだろう。
【００１４】
一般に、ロータ１０は、ロータ１０のフープストレスを減少させる構造を形成するために、第１部が第１材料を含み第２部が第２材料を含む構造物のような複合材料を含む。ロータ１０は、より少ない量のアルミニウム又はエンドキャップリングセット１２，１４の熱膨張に適合しない材料を用いる一方で、比較的大量のスチール又は熱膨張に適合する材料を用いるフープストレスを小さくすることを目的とした、ロータ１０の各端のエンドキャップ、プレートまたはリングのセット１２，１４を含む。同時に、ロータ１０の残りのものは、アルミニウムの魅力的な導電率、熱特性及び鋳造特性を生かすために、アルミニウムから鋳造されることが可能となる。
【００１５】
ここで図１を再び参照すると、本開示に関するロータ１０が示されている。ロータ１０は、好ましくは、インダクタモータ又はジェネレータのような電気機械を形成するステータ１１に対して回転的に取り付けられる。一実施形態において、ステータ１１は、電源の供給時に回転磁場を生み出し、これは電磁フラックスによりロータ１０を回転させることができ、機械トルクを生成する。また、ジェネレータとして動作するとき、ロータ１０は機械的な力により回転させることができ、これによりステータで起こされる電力を発生する。本ロータ１０は、いずれの構成にも適用される。典型的な実施形態において、ロータ１０はコア材料１８を含む。コア材料１８は開口部２０を含み、ロータシャフトが開口部２０を通じて延びる。図示された実施形態において、コア材料１８は、組み付け時に大まかに環状構造を形成するいくつものシート状ディスク２２を含む。
【００１６】
コア材料１８の各種構成は、本開示の範囲内で可能である。１つの限定されない実施形態において、コア材料１８はシリコンスチールラミネーション２２から形成され、１０００分の１５インチ厚に作られ、大まかに環状構造に形成される。例として、組み付け時、ロータ１０は径方向に約１０インチ、長手方向に１０インチである。しかしながら、本ロータ１０は電気ジェネレータ又は電気インダクションモータのいかなるタイプに適合するサイズとすることができ、また、燃焼エンジンのための電気エネルギを発生するガスタービン又はターボチャージャの部分として形成されることができる点が理解されるべきである。各種構成が可能であり、これらの示された寸法は、単に本開示の一実施形態の図示にすぎない。当然のことながら、各シート２２の間は、ダイキャスト中に導電材料３２を受けとるいくつかのスペース２２ａである。典型的な実施形態において、モルテン材料３２を、高圧下でスペース２２ａへ流入することができる。当然のことながら、通常の鋳造も用いられるができ、それは本開示の範囲内であり、あまり好ましくはないが、ロータ１０またはその部品が押し出しにより成形されてもよい。
【００１７】
図１は、ロータ１０の分解図の第１の実施形態を示す。第１エンドリング１２は、ロータシャフト（図１参照）がそこを通じることを許容する第１開口２６を定める第１ハブ部２４を含み、第１開口２６はコア材料１８の開口部２０とつながっている。第１エンドリング１２の第１ハブ部２４は、好ましくは、いくつかの第１スポーク３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆにより、アウタリング部材２４ａへ接続される。当然のことながら、いかなる数の第１スポーク３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆも本開示で使用されることができ、この数は第１ハブ部２４及びロータ１０自身のサイズに大きく依存している。特に、いくつかのポケットまたはスペース１６が各第１スポーク３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆの間に形成される。ポケット１６もキャスティング中に導電材料を受け取る。６つのスポーク３０ａ〜３０ｆが示されているが、当然のことながらロータ１０は、技術的に、３つのスポーク、８つのスポーク、１２のスポーク、あるいはいかなる数のスポークを有していてもよい。
【００１８】
第１エンドリング１２から離れて第２エンドリング１４がある。両方がエンドリング１２，１４として記載されているが、当然のことながら、終端リングは本開示に限定して形成されないし、エンドリング１２及び１４は、各種形状を含み、示された特定の形状に限定されず、異なる形状を有してもよい。図示された実施形態において、第２エンドリング１４もロータシャフト（図１参照）がそこを通じることを許容し、開口部２０及び２６とつながっている開口部２６ａを定める第２ハブ２４’を含む。同様に、第２エンドリング１４の第２ハブ部２４’は、いくつかの第２スポーク３０ａ’，３０ｂ’，３０ｃ’，３０ｄ’，３０ｅ’，３０ｆ’により、アウタリング部材２４ａ’へ接続される。当然のことながら、いかなる数の第２スポーク３０ａ’，３０ｂ’，３０ｃ’，３０ｄ’，３０ｅ’，３０ｆ’も本開示で使用されることができ、このスポークの数は、第２ハブ部２４’及びリング２４ａ’のサイズに大きく依存している。特に、いくつかのスペース１６ａが各第２スポーク３０ａ’，３０ｂ’，３０ｃ’，３０ｄ’，３０ｅ’，３０ｆ’の間に形成される。スペース１６もキャスティング中に導電材料３２を受け取る。
【００１９】
示された実施形態において、コア１８、第１及び第２エンドリング１２，１４は、参照数字３２として斜視図中に示されたアルミニウム導体材料のダイキャストである基材の部材を形成する。動作中、コア材料１８、第１及び第２エンドリング１２，１４は、全て相互に接続される。実施例で示されるように、コア材料１８、第１エンドリング１２及び第２エンドリング１４は、第１エンドリング１２をコア１８及び第２エンドリング１４でサンドイッチしたサンドイッチ構造を形成する。これら全ては、ともに固定され、ダイキャストモールド（図示せず）中に配置される。当然のことながら、キャストモールドは、圧力源へ接続されるダイキャストに適合するいかなるモールドとすることが可能であり、基材をともに固定し保持するクランプを含むことができる。
【００２０】
好ましくは、第１エンドリング１２及び第２エンドリング１４の厚さは、特定の適用に依存する。一実施形態において、第１エンドリング１２及び第２エンドリング１４は、マークをつけられ、各リング１２，１４は１／８インチ厚までとすることができる。他の実施形態において、第１エンドリング１２及び第２エンドリング１４は、所望の厚さに機械加工することが可能であり、それぞれ０．３７５インチ厚までとすることが可能である。組み合わされた結果得られる第１及び第２エンドリング１２，１４は、各ポケット１６，１６ａを伴って０．７５インチ厚であり、ここで第２スポーク３０ａ，３０ａ’は約０．３７５インチ厚までそれぞれ加工される。エンドリング１２及び１４のトータルの厚さは、機械設計に依存し、０．７５０インチに限定されず、各種の厚さの値をとることが可能である。
【００２１】
当然のことながら、第２リング１４が第１リング１２へ接続される前は、第２リング１４は第１エンドリング１２に対して所定量回転されるので、複数の第１スポーク３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆが複数の第２スポーク３０ａ’，３０ｂ’，３０ｃ’，３０ｄ’，３０ｅ’，３０ｆ’に対して、所定の径方向の量により交互に配置される。当然のことながら、ロータ１０の回転中、適当な磁束が径方向に離散されるように、第１スポーク３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆは、ユーザにより望まれた所定ラジアル量により、複数の第２スポーク第２スポーク３０ａ’，３０ｂ’，３０ｃ’，３０ｄ’，３０ｅ’，３０ｆ’に対して交互に配置される。一実施形態において、スポーク３０ａ及び３０ａ’は、約３０度又は３０度を超えて交互に配置されることが可能である。スポーク３０ａ〜３０ｆ及び３０ａ’〜３０ｆ’の間の各種の交互配置形状及び径方向オフセットが、本開示の範囲内で可能である。１つの好ましい実施形態において、第１及び第２エンドリング１２，１４に関して６つのスポーク３０ａ〜３０ｆ及び３０ａ’〜３０ｆ’が想定される。当然のことながら、ロータシャフトの形状は、開口部２０，２６及び２６ａに通じてフィットするロータシャフトの邪魔を各スポークができないような、スポーク３０ａ〜３０ｆ及び３０ａ’〜３０ｆ’の形状及び長さとすることができる。
【００２２】
典型的な実施形態において、アルミニウム導体部材３２は、第１エンドリング１２で形成されたスペース１６を満たし、第２エンドリング１４のスペース１６ａ及びコア材料１８のラミネーション２２の間のスペース２２ａを満たすダイキャストである。キャスト材料は、第１及び第２エンドリングの頂部表面３４、又は開口部２０，２６及び２６ａに満たされない。ここでロータシャフトは完成したロータ１０をはめ込んでいる。図示された実施形態において、アルミニウム導体材料３２は、融点まで加熱されて、約１０から約２１０Ｍｐａ（１４５０ｐｓｉ〜３０５００ｐｓｉ）の高圧下でモールド内へ注入される。一様なロータ１０が得られる結果、概して、外側頂部表面３４が良好な表面仕上げとなり、キャスティング寸法の約０．２％と同様に良好な寸法精度となる。一実施形態において、十分な圧力及びダイを用いることができるので、やすりくずを除去するポストマシニングのステップをトータルで除くことができたり、または、とても軽いマシニングのサイズ寸法とすることが要求されるかもしれない。
【００２３】
アルミニウム導体３２のダイキャストは、コールドチャンバ工程又はホットチャンバ工程を用いることが可能である。コールドチャンバ工程において、モルテンアルミニウム導体３２は、各アルミニウムスロットへのコールドダイチャンバへすくって入れられる。このコールドチャンバ工程は、高圧にて容易にスチールと合金化されるアルミニウム、及び銅（及びその合金）のようなメタルに特に有用である。ホットチャンバ工程は、それらの融解温度で容易にスチールと合金化されない傾向にあるチタン、亜鉛、及び鉛のような低融点及び高流動性のメタルに用いられる。当然のことながら、本ロータ１０は、スチール及びアルミニウムに限定されず、他の材料をロータ１０の製造に用いることが可能である。加えて、ダイキャストされると、ロータ１０がテスト、異物がもしあれば除去され、ロータ１０はバランス取りされる。
【００２４】
ここで図２及び３を参照すると、第１エンドリング１２及び第２エンドリング１４の組み付け図が示され、導体材料３２のダイキャストの前にコア材料１８の端部へ接続される。示されるように、第１スポーク３０ａは、第２エンドリング１４の第２スポーク３０ａ’から所定量だけずらして配置される。同様に、第２スポーク３０ｂは、エンドリング１４の第２スポーク３０ｂ’から所定量だけずらして配置される。前述したように、この所定量は変化することが可能である。当然のことながら、対応するスポークの間隔（第１及び第２エンドリング１４，１６の第１及び第２スポーク３０ａ，３０ｂ及び３０ａ’及び３０ｂ’の間のような）も、変化させることができ、スポーク３０ａ及び３０ａ’の間及びスポーク３０ｂ及び３０ｂ’の間のオフセットは、他方と異なることができ、同じ量とする必要はない。動作時に、各第１及び第２スポーク３０ａ〜３０ｆ及び３０ａ’〜３０ｆ’内に形成されるポケット１６及び１６ａとつながるスタック２２中に形成された空間２２ａが示される。典型的な実施形態において、モルテンアルミニウム導体３２は、ポケット１６及び１６ａ及び空間２２を満たすように、ポケット１６，１６ａ及び空間２２の間を流れる。また、第３及び第４のエンドプレート（図示せず）が、同様の方法で、コア材料１８の反対側の端部に接続される。
【００２５】
ここで図４及び図５を参照すると、第２エンドリング１４を通して見たアルミニウム３２のダイキャスト後のロータ１０が示される。図４から理解されるように、エンドリング１２及び１４の外表面３４は、コア材料１８を超えるアルミニウム導体３２の外表面と実質的に同一平面となっている。また、示されるように、アルミニウム３２は、それらを通じて延びるロータシャフト（図１）のために満たされずに空けられる中央開口部２０，２６及び２６ａを除いては、ポケット１６ａ及び１６及び空間２２に満たされる。図５は、アルミニウム導体３２で満たされたポケット１６ａを示すロータ１０の断面図を示す。図６とともに図５を見直すと、第２エンドリング１４のスポーク３０ａ’，３０ｂ’，３０ｃ’，３０ｄ’，３０ｅ’，３０ｆ’が、第１エンドリング１２のスポーク３０ａ，３０ｂ，３０ｃ、３０ｄ，３０ｅ，３０ｆに対して、約３０度で交互に配置されることが理解される。
【００２６】
ここで図６及び図７を参照すると、第１エンドリング１２に沿った環状断面図及び図７の完成ロータ１０に沿った環状断面図が示される。アルミニウム３２は、それらを通じて支持されるロータ軸のために空けられる中央開口部２６を除いては、ポケット１６及び１６ａ及び空間２２に満たされている。図７は、満たされたコア材料１８のラミネーション２２の間のスペース２２ａを示す。
【００２７】
図示された実施形態において、第１及び第２のエンドリング１２及び１４は、非第１鉄のスチール材料又は適当なスチール合金から形成される。一実施形態において、第１及び第２エンドリング１２及び１４は、マークがつけられて、図１のコア材料１８に接続される。しかしながら、もう１つの他の実施形態において、第１及び第２のエンドリング１２及び１４を、エンドリング長さに設計された機械を得るために、積層された材料から作られることができる。第１及び第２のエンドリング１２及び１４は、非第１鉄層又は材料がコア材料１８からそれを離している場合に限り、第１鉄材料から作ることができる。非第１鉄材料は、動作中にロータ１０の磁束に影響を及ばさないように、アルミニウム導体材料３２をコア材料１８から離すように構成される。完成されたキャストロータ１０は、コア１８の各端に２つのエンドプレート又はエンドリング１２，１４を含む。
【００２８】
本発明の多くの変更及び改良は、明細書を読んだ後の当業者にとって明らかであることに疑いの余地はなく、図示の方法によって示され記載された特定の実施形態が、限定を考慮されることを目的としたものでは全くないことは理解される。従って、各種実施形態の詳細な説明は、発明の本質とみなされるそれらの特徴をそこで列挙しているに過ぎない特許請求の範囲を限定することが目的とされない。
【符号の説明】
【００２９】
１０ ロータ
１２ 第１エンドリング
１４ 第２エンドリング
１８ コア材料
３２ 導体材料
【技術分野】
【０００１】
本開示は、インダクションジェネレータ又はモータのロータに関する。より詳しくは、本開示は、アルムニウム材料でロータをダイキャスト成型する新しい方法が可能となる弾性エンドリングを含むロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ及びジェネレータの電気ロータは、一般に、１００００から１５０００回転までのスピードで、ステータに対して回転することができる。一般に、ロータのボディへ接続されたエンドリングを保つには、保持機構が必要である。それをボディへ固定するため、高強度材料のバンドがロータの各エンドリングに固定されることがある。リベットもまた、ボディへエンドリングを固定するためロータに鋳造することができる。加えて、いくつかの解決方法がエンドリングをボディに固定するため特別なラミネーション加工を使用する。サトウの合衆国公開番号2005/0040726A1は、支持穴を有するエンドリングを伴うロータを開示する。ロータの回転中、エンドプレートを固定する支持穴とかみ合うように溝を形成することができる。
【０００３】
一般に、これらの解決方法は、所定領域での応力集中プロファイルを減少することに効果的であり、高速でロータを互いに保持することにも効果的である。適度に有効ではあるものの、これらの解決方法は熱への応答においてロータ各部品により加わる熱応力に対応していないので、これらの解決方法は、適用が限られている。これらの解決方法は、これらの部品の異なる熱膨張係数と、どのようにこれがエンドリング及びロータバーのジョイントにて蓄積する疲労応力に関わるかと、について対応していない。作動中しばしば、一日あたり多くの回数、ロータは定常速度から最大回転速度へサイクルが行われる。これは、多数のサイクルの過程にわたって、ロータに繰り返しヒートアップ及びクールダウンをもたらす。しばしば、ロータの各部品は異なる材料から形成される。しばしば、熱膨張係数は、ロータを構成する材料の間で異なる（例えば、アルミニウムバー、エンドリング、及び、スチールラミネーション、あるいは他のロータ部品のように）。アルミニウムは、ロータのスチール部と異なる割合で膨張するだろう。ときどき、アルミニウムは、同じ温度範囲でスチール材料が膨張する割合の２倍で膨張することもある。これは、アルミニウム部品に疲労を生じさせ、ロータの乏しい耐久性と最終的に至る不具合と、へ導くクラックを進展させる。従って、高速で周期的に用いられ、ロータ又はその部品の致命的な不具合が起こることなしでサイクルが行われることができるロータがこの分野では必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国第２００５／００４０７２６１Ａ１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
全３６０度について連続的なエンドリングは、伸びに関連した熱膨張と回転速度の両方に起因して、径方向に延びる。これらの両方は、エンドリングのフープストレスを発生し、より重大には、ロータバーの界面へのエンドリングの疲労ストレスを発生する。スチールラミネーションにより囲まれた多くのロータバーからなる電気機械では、これらのバーはラミネーションを通じて延び、ロータの各サイドの機械のエンドリングへ接続する。これらのエンドリングは、上述したように径方向へ膨張する。しかしながら、ロータバーは、それらがスチールラミネーションにより囲まれていることから、径方向へエンドリングと同じ量で伸びない。この結果は、ロータバーの境界へのエンドリングのジョイントにて疲労ストレスを引き起こす、ロータバーよりもずっと高い割合でエンドリングが径方向にて膨張及び収縮するという結果をもたらす。ジョイントにおける疲労ストレスは、クラックを導入し、そのうち最終的には機械を故障させる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この開示は、２つの異なる方法でロータの役に立つ。第１に、複数のセクションにエンドリングを分割することにより、リング全体の熱膨張の減少を通じて各セクションに対する熱膨張を制限する。第２に、スポークエンドリングの構造が、今日ロータに用いられているバンドのように作用することによって、高速でのエンドリングの抑制に役立つ。これらの改良は、エンドリングの径方向膨張量を減少し、ジョイント位置での疲労ストレス及びエンドリングのフープストレスを減少する。最小で２つのエンドリングがロータのそれぞれの端部側ごとに必要であり、これは、動作する機械のために、今なおエンドリングにより全てのロータバーを接続する必要があるという事実による。第２エンドリングに対し第１エンドリングを回転させることによって、減少されたストレスの利点が提供される一方、結果として生じる鋳造材料が全てのロータバーを接続することとなる。
【０００７】
本開示の第１の側面によれば、ステータ及びロータを含む電気機械が提供される。ロータは、コアを含み、コアはコア中に形成された複数のスペースを含む。ロータは、また、ロータの各端部に第１及び第２エンドリングを有する。第１エンドリングは、複数の第１スポークにより第１リングへ接続された第１ハブ部を有する。第２エンドリングも、複数の第２スポークにより第２リングへ接続された第２ハブ部を有する。この実施形態では、第１エンドリングはコアに固定される。第２エンドリングは、複数の第１スポークが複数の第２スポークと位置合わせされないように、所定量だけ回転される。第２エンドリングは、第１エンドリング及びコアに接続される。第１エンドリング、第２エンドリング及びコアは、基材を形成する。導体は、ロータを形成するために、複数の第１及び第２スポークの周囲へ延びる。
【０００８】
本開示の他の側面によれば、ロータの製造方法が提供される。その方法は、コアを形成することを含む。コアは、それに形成された複数のスペースを有する。第１エンドプレートが、コアの端部に接続される。第１エンドプレートは、複数の第１スポークにより第１リングへ接続された第１ハブを含む。その方法は、第１エンドプレートへ第２エンドプレートを接続することも含む。第２エンドプレートは、第２ハブを含む。第２ハブは、複数の第２スポークにより第２リングへ接続される。エンドプレート及びコアは、基材を形成する。第２スポークは、ポケットを形成するために、第１スポークと交互に配列される。ポケットは、第１及び第２スポークの間として定義される。アルミニウム材料は、キャストロータを形成するように、コアのスペース及びポケットへ流れるアルミニウムで基材に鋳造される。
【０００９】
本開示のさらなる他の側面において、インダクションダイキャストロータのエンドリングが提供される。エンドリングは、複数の第１スポークにより第１ハブへ接続された第１リングを含む第１部材を有する。エンドリングは、また、第１部材へ接続された第２部材を有する。第２部材は、複数の第２スポークにより第２ハブへ接続された第２リングを含む。第１スポークは、所定量だけ第２スポークからオフセットされる。第１及び第２スポークは、ポケットを形成する。第１部材及び第２部材と異なる材料が、ポケットの中に延びる。第１部材及び第２部材は、ロータの周期的動作の間、材料に起因するロータの熱疲労により発生するフープストレスを減少する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本開示の電気機械を、ダイキャストアルミニウムでのコア材料、第１エンドリング及び第２エンドリングを有するロータの分解図にて示す。
【図２】図２は、図１のアルミニウムコンダクタのダイキャストの前に、基材を形成する３つの要素である、第１エンドリング及び第２エンドリングが組み合わされたコアの斜視図を示す。
【図３】図３は、交互配置されたスポークを有する第１及び第２エンドリングの図２の拡大図を示す。
【図４】図４は、コア材料を覆い、スポーク間のポケットを満たすアルミニウムのダイキャスト成形後の、ロータの斜視図を示す。
【図５】図５は、第２エンドリングを通るロータの断面図を示す。
【図６】図６は、第１エンドリングを通るロータの他の断面図を示す。
【図７】図７は、第１エンドリングを通るロータのさらに他の断面図を示し、図示の目的のために第２エンドリングをロータから離して示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、下記に示される詳細な記述及び発明の各実施形態に添付された図面から、より十分に理解されるだろう。しかしながら、これらは、発明を特定の実施形態へ限定するよう用いられるべきでなく、あくまで説明及び理解のためのものである。
【００１２】
本開示は、ロータ１０及びステータ１１を有するインダクションモータあるいはジェネレータのような電気機械１００を対象にしている。図示された実施形態において、好適にはロータ１０は純アルミニウムから鋳造され、好ましくはスチール又はスチール合金から作られた第１及び第２のエンドリング１２，１４を含んでいる。当然のことながら、本開示はこれらの特定の材料に制限されず、他の適当な材料がロータ１０を形成するのに用いられることができる。スチールのエンドリング１２，１４は、熱疲労により引き起こされるフープストレスを減少させるために、エンドリング１２，１４を１つ以上のポケット１６，１６ａに分けることにより、高速回転速度にて、アルミニウムを含有するよう構成することが好ましい。当然のことながら、スチールのエンドリング１２，１４を用いた純アルミニウムの鋳造は、好ましくいくつかの利点を提供する。第１に、アルミニウムが適切な鋳造特性、熱的特性及び電気特性をもたらす一方で、エンドリング１２，１４により適切な機械強度が与えられる。この組み合わせは、多くの熱サイクルに耐えることのできる高速のロータ動作を可能とする。典型的には、リベットその他の２つのロータ部品をジョイントすることにより、これらの利点が得られなくなるかもしれない。
【００１３】
フープストレスは、環状（物体の軸方向と径方向の両方に対して垂直）に作用する力に起因する、回転対称物体で定義される機械ストレスである。軸方向及び径方向のストレスとともに、それは円筒座標にてストレステンソルの成分である。フープストレスの典型的な例は、木樽の鉄バンド又はフープに加えられるテンションである。説明のために例示すると、真っ直ぐな閉断面のパイプにおいて、圧力差により円筒パイプ壁へ加えられるいかなる力も、最終的にフープストレスを生じさせるだろう。
【００１４】
一般に、ロータ１０は、ロータ１０のフープストレスを減少させる構造を形成するために、第１部が第１材料を含み第２部が第２材料を含む構造物のような複合材料を含む。ロータ１０は、より少ない量のアルミニウム又はエンドキャップリングセット１２，１４の熱膨張に適合しない材料を用いる一方で、比較的大量のスチール又は熱膨張に適合する材料を用いるフープストレスを小さくすることを目的とした、ロータ１０の各端のエンドキャップ、プレートまたはリングのセット１２，１４を含む。同時に、ロータ１０の残りのものは、アルミニウムの魅力的な導電率、熱特性及び鋳造特性を生かすために、アルミニウムから鋳造されることが可能となる。
【００１５】
ここで図１を再び参照すると、本開示に関するロータ１０が示されている。ロータ１０は、好ましくは、インダクタモータ又はジェネレータのような電気機械を形成するステータ１１に対して回転的に取り付けられる。一実施形態において、ステータ１１は、電源の供給時に回転磁場を生み出し、これは電磁フラックスによりロータ１０を回転させることができ、機械トルクを生成する。また、ジェネレータとして動作するとき、ロータ１０は機械的な力により回転させることができ、これによりステータで起こされる電力を発生する。本ロータ１０は、いずれの構成にも適用される。典型的な実施形態において、ロータ１０はコア材料１８を含む。コア材料１８は開口部２０を含み、ロータシャフトが開口部２０を通じて延びる。図示された実施形態において、コア材料１８は、組み付け時に大まかに環状構造を形成するいくつものシート状ディスク２２を含む。
【００１６】
コア材料１８の各種構成は、本開示の範囲内で可能である。１つの限定されない実施形態において、コア材料１８はシリコンスチールラミネーション２２から形成され、１０００分の１５インチ厚に作られ、大まかに環状構造に形成される。例として、組み付け時、ロータ１０は径方向に約１０インチ、長手方向に１０インチである。しかしながら、本ロータ１０は電気ジェネレータ又は電気インダクションモータのいかなるタイプに適合するサイズとすることができ、また、燃焼エンジンのための電気エネルギを発生するガスタービン又はターボチャージャの部分として形成されることができる点が理解されるべきである。各種構成が可能であり、これらの示された寸法は、単に本開示の一実施形態の図示にすぎない。当然のことながら、各シート２２の間は、ダイキャスト中に導電材料３２を受けとるいくつかのスペース２２ａである。典型的な実施形態において、モルテン材料３２を、高圧下でスペース２２ａへ流入することができる。当然のことながら、通常の鋳造も用いられるができ、それは本開示の範囲内であり、あまり好ましくはないが、ロータ１０またはその部品が押し出しにより成形されてもよい。
【００１７】
図１は、ロータ１０の分解図の第１の実施形態を示す。第１エンドリング１２は、ロータシャフト（図１参照）がそこを通じることを許容する第１開口２６を定める第１ハブ部２４を含み、第１開口２６はコア材料１８の開口部２０とつながっている。第１エンドリング１２の第１ハブ部２４は、好ましくは、いくつかの第１スポーク３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆにより、アウタリング部材２４ａへ接続される。当然のことながら、いかなる数の第１スポーク３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆも本開示で使用されることができ、この数は第１ハブ部２４及びロータ１０自身のサイズに大きく依存している。特に、いくつかのポケットまたはスペース１６が各第１スポーク３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆの間に形成される。ポケット１６もキャスティング中に導電材料を受け取る。６つのスポーク３０ａ〜３０ｆが示されているが、当然のことながらロータ１０は、技術的に、３つのスポーク、８つのスポーク、１２のスポーク、あるいはいかなる数のスポークを有していてもよい。
【００１８】
第１エンドリング１２から離れて第２エンドリング１４がある。両方がエンドリング１２，１４として記載されているが、当然のことながら、終端リングは本開示に限定して形成されないし、エンドリング１２及び１４は、各種形状を含み、示された特定の形状に限定されず、異なる形状を有してもよい。図示された実施形態において、第２エンドリング１４もロータシャフト（図１参照）がそこを通じることを許容し、開口部２０及び２６とつながっている開口部２６ａを定める第２ハブ２４’を含む。同様に、第２エンドリング１４の第２ハブ部２４’は、いくつかの第２スポーク３０ａ’，３０ｂ’，３０ｃ’，３０ｄ’，３０ｅ’，３０ｆ’により、アウタリング部材２４ａ’へ接続される。当然のことながら、いかなる数の第２スポーク３０ａ’，３０ｂ’，３０ｃ’，３０ｄ’，３０ｅ’，３０ｆ’も本開示で使用されることができ、このスポークの数は、第２ハブ部２４’及びリング２４ａ’のサイズに大きく依存している。特に、いくつかのスペース１６ａが各第２スポーク３０ａ’，３０ｂ’，３０ｃ’，３０ｄ’，３０ｅ’，３０ｆ’の間に形成される。スペース１６もキャスティング中に導電材料３２を受け取る。
【００１９】
示された実施形態において、コア１８、第１及び第２エンドリング１２，１４は、参照数字３２として斜視図中に示されたアルミニウム導体材料のダイキャストである基材の部材を形成する。動作中、コア材料１８、第１及び第２エンドリング１２，１４は、全て相互に接続される。実施例で示されるように、コア材料１８、第１エンドリング１２及び第２エンドリング１４は、第１エンドリング１２をコア１８及び第２エンドリング１４でサンドイッチしたサンドイッチ構造を形成する。これら全ては、ともに固定され、ダイキャストモールド（図示せず）中に配置される。当然のことながら、キャストモールドは、圧力源へ接続されるダイキャストに適合するいかなるモールドとすることが可能であり、基材をともに固定し保持するクランプを含むことができる。
【００２０】
好ましくは、第１エンドリング１２及び第２エンドリング１４の厚さは、特定の適用に依存する。一実施形態において、第１エンドリング１２及び第２エンドリング１４は、マークをつけられ、各リング１２，１４は１／８インチ厚までとすることができる。他の実施形態において、第１エンドリング１２及び第２エンドリング１４は、所望の厚さに機械加工することが可能であり、それぞれ０．３７５インチ厚までとすることが可能である。組み合わされた結果得られる第１及び第２エンドリング１２，１４は、各ポケット１６，１６ａを伴って０．７５インチ厚であり、ここで第２スポーク３０ａ，３０ａ’は約０．３７５インチ厚までそれぞれ加工される。エンドリング１２及び１４のトータルの厚さは、機械設計に依存し、０．７５０インチに限定されず、各種の厚さの値をとることが可能である。
【００２１】
当然のことながら、第２リング１４が第１リング１２へ接続される前は、第２リング１４は第１エンドリング１２に対して所定量回転されるので、複数の第１スポーク３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆが複数の第２スポーク３０ａ’，３０ｂ’，３０ｃ’，３０ｄ’，３０ｅ’，３０ｆ’に対して、所定の径方向の量により交互に配置される。当然のことながら、ロータ１０の回転中、適当な磁束が径方向に離散されるように、第１スポーク３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆは、ユーザにより望まれた所定ラジアル量により、複数の第２スポーク第２スポーク３０ａ’，３０ｂ’，３０ｃ’，３０ｄ’，３０ｅ’，３０ｆ’に対して交互に配置される。一実施形態において、スポーク３０ａ及び３０ａ’は、約３０度又は３０度を超えて交互に配置されることが可能である。スポーク３０ａ〜３０ｆ及び３０ａ’〜３０ｆ’の間の各種の交互配置形状及び径方向オフセットが、本開示の範囲内で可能である。１つの好ましい実施形態において、第１及び第２エンドリング１２，１４に関して６つのスポーク３０ａ〜３０ｆ及び３０ａ’〜３０ｆ’が想定される。当然のことながら、ロータシャフトの形状は、開口部２０，２６及び２６ａに通じてフィットするロータシャフトの邪魔を各スポークができないような、スポーク３０ａ〜３０ｆ及び３０ａ’〜３０ｆ’の形状及び長さとすることができる。
【００２２】
典型的な実施形態において、アルミニウム導体部材３２は、第１エンドリング１２で形成されたスペース１６を満たし、第２エンドリング１４のスペース１６ａ及びコア材料１８のラミネーション２２の間のスペース２２ａを満たすダイキャストである。キャスト材料は、第１及び第２エンドリングの頂部表面３４、又は開口部２０，２６及び２６ａに満たされない。ここでロータシャフトは完成したロータ１０をはめ込んでいる。図示された実施形態において、アルミニウム導体材料３２は、融点まで加熱されて、約１０から約２１０Ｍｐａ（１４５０ｐｓｉ〜３０５００ｐｓｉ）の高圧下でモールド内へ注入される。一様なロータ１０が得られる結果、概して、外側頂部表面３４が良好な表面仕上げとなり、キャスティング寸法の約０．２％と同様に良好な寸法精度となる。一実施形態において、十分な圧力及びダイを用いることができるので、やすりくずを除去するポストマシニングのステップをトータルで除くことができたり、または、とても軽いマシニングのサイズ寸法とすることが要求されるかもしれない。
【００２３】
アルミニウム導体３２のダイキャストは、コールドチャンバ工程又はホットチャンバ工程を用いることが可能である。コールドチャンバ工程において、モルテンアルミニウム導体３２は、各アルミニウムスロットへのコールドダイチャンバへすくって入れられる。このコールドチャンバ工程は、高圧にて容易にスチールと合金化されるアルミニウム、及び銅（及びその合金）のようなメタルに特に有用である。ホットチャンバ工程は、それらの融解温度で容易にスチールと合金化されない傾向にあるチタン、亜鉛、及び鉛のような低融点及び高流動性のメタルに用いられる。当然のことながら、本ロータ１０は、スチール及びアルミニウムに限定されず、他の材料をロータ１０の製造に用いることが可能である。加えて、ダイキャストされると、ロータ１０がテスト、異物がもしあれば除去され、ロータ１０はバランス取りされる。
【００２４】
ここで図２及び３を参照すると、第１エンドリング１２及び第２エンドリング１４の組み付け図が示され、導体材料３２のダイキャストの前にコア材料１８の端部へ接続される。示されるように、第１スポーク３０ａは、第２エンドリング１４の第２スポーク３０ａ’から所定量だけずらして配置される。同様に、第２スポーク３０ｂは、エンドリング１４の第２スポーク３０ｂ’から所定量だけずらして配置される。前述したように、この所定量は変化することが可能である。当然のことながら、対応するスポークの間隔（第１及び第２エンドリング１４，１６の第１及び第２スポーク３０ａ，３０ｂ及び３０ａ’及び３０ｂ’の間のような）も、変化させることができ、スポーク３０ａ及び３０ａ’の間及びスポーク３０ｂ及び３０ｂ’の間のオフセットは、他方と異なることができ、同じ量とする必要はない。動作時に、各第１及び第２スポーク３０ａ〜３０ｆ及び３０ａ’〜３０ｆ’内に形成されるポケット１６及び１６ａとつながるスタック２２中に形成された空間２２ａが示される。典型的な実施形態において、モルテンアルミニウム導体３２は、ポケット１６及び１６ａ及び空間２２を満たすように、ポケット１６，１６ａ及び空間２２の間を流れる。また、第３及び第４のエンドプレート（図示せず）が、同様の方法で、コア材料１８の反対側の端部に接続される。
【００２５】
ここで図４及び図５を参照すると、第２エンドリング１４を通して見たアルミニウム３２のダイキャスト後のロータ１０が示される。図４から理解されるように、エンドリング１２及び１４の外表面３４は、コア材料１８を超えるアルミニウム導体３２の外表面と実質的に同一平面となっている。また、示されるように、アルミニウム３２は、それらを通じて延びるロータシャフト（図１）のために満たされずに空けられる中央開口部２０，２６及び２６ａを除いては、ポケット１６ａ及び１６及び空間２２に満たされる。図５は、アルミニウム導体３２で満たされたポケット１６ａを示すロータ１０の断面図を示す。図６とともに図５を見直すと、第２エンドリング１４のスポーク３０ａ’，３０ｂ’，３０ｃ’，３０ｄ’，３０ｅ’，３０ｆ’が、第１エンドリング１２のスポーク３０ａ，３０ｂ，３０ｃ、３０ｄ，３０ｅ，３０ｆに対して、約３０度で交互に配置されることが理解される。
【００２６】
ここで図６及び図７を参照すると、第１エンドリング１２に沿った環状断面図及び図７の完成ロータ１０に沿った環状断面図が示される。アルミニウム３２は、それらを通じて支持されるロータ軸のために空けられる中央開口部２６を除いては、ポケット１６及び１６ａ及び空間２２に満たされている。図７は、満たされたコア材料１８のラミネーション２２の間のスペース２２ａを示す。
【００２７】
図示された実施形態において、第１及び第２のエンドリング１２及び１４は、非第１鉄のスチール材料又は適当なスチール合金から形成される。一実施形態において、第１及び第２エンドリング１２及び１４は、マークがつけられて、図１のコア材料１８に接続される。しかしながら、もう１つの他の実施形態において、第１及び第２のエンドリング１２及び１４を、エンドリング長さに設計された機械を得るために、積層された材料から作られることができる。第１及び第２のエンドリング１２及び１４は、非第１鉄層又は材料がコア材料１８からそれを離している場合に限り、第１鉄材料から作ることができる。非第１鉄材料は、動作中にロータ１０の磁束に影響を及ばさないように、アルミニウム導体材料３２をコア材料１８から離すように構成される。完成されたキャストロータ１０は、コア１８の各端に２つのエンドプレート又はエンドリング１２，１４を含む。
【００２８】
本発明の多くの変更及び改良は、明細書を読んだ後の当業者にとって明らかであることに疑いの余地はなく、図示の方法によって示され記載された特定の実施形態が、限定を考慮されることを目的としたものでは全くないことは理解される。従って、各種実施形態の詳細な説明は、発明の本質とみなされるそれらの特徴をそこで列挙しているに過ぎない特許請求の範囲を限定することが目的とされない。
【符号の説明】
【００２９】
１０ ロータ
１２ 第１エンドリング
１４ 第２エンドリング
１８ コア材料
３２ 導体材料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ及びロータを含む電気機械であって、
コアに形成された複数のスペースを含むコアと、
第１リングの第１ハブ部を含み、前記第１リングが複数の第１スポークにより前記第１ハブ部へ接続されている第１エンドリングと、
前記第１エンドリング及び前記コアにより形成される基材と、
前記基材に取り付けられ、前記コア中の前記複数のスペースに満たされ前記ロータを形成する前記複数の第１スポークのまわりに延びる導体と、を備えた電気機械。
【請求項２】
第２リングの第２ハブ部を含み、前記第２リングが複数の第２スポークにより前記第２ハブ部へ接続されている第２エンドリングをさらに備え、
前記第１エンドリングは、前記コアに固定され、
前記第２エンドリングは、前記複数の第１スポークが前記複数の第２スポークと位置合わせされないように、所定量だけ回転され、
前記第２エンドリングは、第１エンドリングに接続され、
前記コア、第１エンドリング及び第２エンドリングは、前記基材を形成し、
前記導体は、ロータを形成するために、前記複数の第２スポークの周囲へ延びる請求項１に記載の電気機械。
【請求項３】
少なくとも１つの前記第１エンドリング及び前記第２エンドリングがスチールから形成されている請求項２に記載の電気機械。
【請求項４】
前記導体はアルミニウムから形成されている請求項３に記載の電気機械。
【請求項５】
前記第１エンドリングは前記スポーク間に複数のポケットを含み、
前記ポケットは、前記ロータの回転中に熱疲労から引き起こされ、純アルミニウムから形成されたロータと比べて測定されるフープストレスを減少する請求項４に記載の電気機械。
【請求項６】
前記第２エンドリングは前記スポーク間に複数のポケットを含み、
前記ポケットは、前記ロータの回転中に熱疲労から引き起こされ、純アルミニウムから形成されたロータと比べて測定されるフープストレスを減少する請求項４に記載の電気機械。
【請求項７】
前記第１エンドリングまたは前記第２エンドリングは、印がつけられた材料から作られる請求項２に記載の電気機械。
【請求項８】
前記第１及び前記第２エンドリングの少なくとも１つは第１鉄材料から形成される請求項２に記載の電気機械。
【請求項９】
前記第１及び前記第２エンドリングの少なくとも１つは、非第１鉄材料及び第１鉄材料から形成され、
前記非第１鉄材料は前記コアの前記アルミニウム導体から離れるよう構成される請求項４に記載の電気機械。
【請求項１０】
前記第１及び前記第２エンドリングの少なくとも１つは、種々の厚さを有して形成される請求項２に記載の電気機械。
【請求項１１】
前記第１及び前記第２エンドリングは、ラミネートから形成される請求項２に記載の電気機械。
【請求項１２】
前記複数の第１スポーク及び前記複数の第２スポークの両方のスポークの全数は、ロータの長さに関連する請求項２に記載の電気機械。
【請求項１３】
前記複数の第１スポーク及び前記複数の第２スポークの両方のスポークの全数は、ロータの形状に関連する請求項２に記載の電気機械。
【請求項１４】
ロータの製造方法であって、
コア中に形成された複数のスペースよりコアを形成し、
前記コアの端部に、複数の第１スポークにより第１リングへ接続された第１ハブを含む第１エンドプレートを接続し、
前記第１エンドプレートに、複数の第２スポークにより第２リングへ接続された第２ハブを含む第２エンドプレートを接続し、
前記各エンドプレート及び前記コアから基材を形成し、
前記複数の第１及び第２スポークの間で定められるポケットを形成するように、前記複数の第１スポーク及び前記複数の第２スポークを交互に配列し、
キャストロータを形成するように、前記コア及び前記ポケットの複数のスペースへ流し込まれる導体で基材に導体を鋳造する方法。
【請求項１５】
さらにステータが設けられ、
前記ロータが電気機械を形成するよう前記ステータに回転自在にマウントされる請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つの前記第１及び第２エンドリングがスチールからなる請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記導体はアルミニウムからなる請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１エンドリングが非第１鉄材料を含み、
前記第２エンドリングが第１鉄材料を含み、
前記第１及び前記第２エンドリングはラミネートを形成する請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
積層されたエンドリングは、種々の厚さを有する請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１及び前記第２エンドリングの少なくとも１つは、印がつけられる操作により形成される請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１エンドリングは前記第２エンドリング及び前記コアの間に配置され、
前記第１エンドリングは前記第２エンドリング及び前記コアの間のバッファを形成する材料からなる請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
ロータのエンドリングであって、
複数の第１スポークにより第１ハブへ接続された第１リングを含む第１部材と、
前記第１部材へ接続され、複数の第２スポークにより第２ハブへ接続された第２リングを含む第２部材と、
前記第１スポークは、それらの間にポケットを形成するように所定量だけ第２スポークからオフセットされ、
前記第１部材及び前記第２部材の少なくとも１つと異なる材料が、前記ポケットの中に延び、
前記第１部材及び前記第２部材は、前記ロータの周期的動作の間、前記材料に起因する前記ロータの熱疲労により発生するフープストレスを減少するエンドリング。
【請求項１】
ステータ及びロータを含む電気機械であって、
コアに形成された複数のスペースを含むコアと、
第１リングの第１ハブ部を含み、前記第１リングが複数の第１スポークにより前記第１ハブ部へ接続されている第１エンドリングと、
前記第１エンドリング及び前記コアにより形成される基材と、
前記基材に取り付けられ、前記コア中の前記複数のスペースに満たされ前記ロータを形成する前記複数の第１スポークのまわりに延びる導体と、を備えた電気機械。
【請求項２】
第２リングの第２ハブ部を含み、前記第２リングが複数の第２スポークにより前記第２ハブ部へ接続されている第２エンドリングをさらに備え、
前記第１エンドリングは、前記コアに固定され、
前記第２エンドリングは、前記複数の第１スポークが前記複数の第２スポークと位置合わせされないように、所定量だけ回転され、
前記第２エンドリングは、第１エンドリングに接続され、
前記コア、第１エンドリング及び第２エンドリングは、前記基材を形成し、
前記導体は、ロータを形成するために、前記複数の第２スポークの周囲へ延びる請求項１に記載の電気機械。
【請求項３】
少なくとも１つの前記第１エンドリング及び前記第２エンドリングがスチールから形成されている請求項２に記載の電気機械。
【請求項４】
前記導体はアルミニウムから形成されている請求項３に記載の電気機械。
【請求項５】
前記第１エンドリングは前記スポーク間に複数のポケットを含み、
前記ポケットは、前記ロータの回転中に熱疲労から引き起こされ、純アルミニウムから形成されたロータと比べて測定されるフープストレスを減少する請求項４に記載の電気機械。
【請求項６】
前記第２エンドリングは前記スポーク間に複数のポケットを含み、
前記ポケットは、前記ロータの回転中に熱疲労から引き起こされ、純アルミニウムから形成されたロータと比べて測定されるフープストレスを減少する請求項４に記載の電気機械。
【請求項７】
前記第１エンドリングまたは前記第２エンドリングは、印がつけられた材料から作られる請求項２に記載の電気機械。
【請求項８】
前記第１及び前記第２エンドリングの少なくとも１つは第１鉄材料から形成される請求項２に記載の電気機械。
【請求項９】
前記第１及び前記第２エンドリングの少なくとも１つは、非第１鉄材料及び第１鉄材料から形成され、
前記非第１鉄材料は前記コアの前記アルミニウム導体から離れるよう構成される請求項４に記載の電気機械。
【請求項１０】
前記第１及び前記第２エンドリングの少なくとも１つは、種々の厚さを有して形成される請求項２に記載の電気機械。
【請求項１１】
前記第１及び前記第２エンドリングは、ラミネートから形成される請求項２に記載の電気機械。
【請求項１２】
前記複数の第１スポーク及び前記複数の第２スポークの両方のスポークの全数は、ロータの長さに関連する請求項２に記載の電気機械。
【請求項１３】
前記複数の第１スポーク及び前記複数の第２スポークの両方のスポークの全数は、ロータの形状に関連する請求項２に記載の電気機械。
【請求項１４】
ロータの製造方法であって、
コア中に形成された複数のスペースよりコアを形成し、
前記コアの端部に、複数の第１スポークにより第１リングへ接続された第１ハブを含む第１エンドプレートを接続し、
前記第１エンドプレートに、複数の第２スポークにより第２リングへ接続された第２ハブを含む第２エンドプレートを接続し、
前記各エンドプレート及び前記コアから基材を形成し、
前記複数の第１及び第２スポークの間で定められるポケットを形成するように、前記複数の第１スポーク及び前記複数の第２スポークを交互に配列し、
キャストロータを形成するように、前記コア及び前記ポケットの複数のスペースへ流し込まれる導体で基材に導体を鋳造する方法。
【請求項１５】
さらにステータが設けられ、
前記ロータが電気機械を形成するよう前記ステータに回転自在にマウントされる請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つの前記第１及び第２エンドリングがスチールからなる請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記導体はアルミニウムからなる請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１エンドリングが非第１鉄材料を含み、
前記第２エンドリングが第１鉄材料を含み、
前記第１及び前記第２エンドリングはラミネートを形成する請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
積層されたエンドリングは、種々の厚さを有する請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１及び前記第２エンドリングの少なくとも１つは、印がつけられる操作により形成される請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１エンドリングは前記第２エンドリング及び前記コアの間に配置され、
前記第１エンドリングは前記第２エンドリング及び前記コアの間のバッファを形成する材料からなる請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
ロータのエンドリングであって、
複数の第１スポークにより第１ハブへ接続された第１リングを含む第１部材と、
前記第１部材へ接続され、複数の第２スポークにより第２ハブへ接続された第２リングを含む第２部材と、
前記第１スポークは、それらの間にポケットを形成するように所定量だけ第２スポークからオフセットされ、
前記第１部材及び前記第２部材の少なくとも１つと異なる材料が、前記ポケットの中に延び、
前記第１部材及び前記第２部材は、前記ロータの周期的動作の間、前記材料に起因する前記ロータの熱疲労により発生するフープストレスを減少するエンドリング。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１６１９２０（Ｐ２０１０−１６１９２０Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９８８６１（Ｐ２００９−２９８８６１）
【出願日】平成２１年１２月２８日（２００９．１２．２８）
【出願人】（５００５５８８９４）ビーエーイー・システムズ・コントロールズ・インコーポレーテッド (15)
【氏名又は名称原語表記】ＢＡＥ ＳＹＳＴＥＭＳ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ， Ｉｎｃ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２８日（２００９．１２．２８）
【出願人】（５００５５８８９４）ビーエーイー・システムズ・コントロールズ・インコーポレーテッド (15)
【氏名又は名称原語表記】ＢＡＥ ＳＹＳＴＥＭＳ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ， Ｉｎｃ．
【Ｆターム（参考）】
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