ハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム
【課題】 入れ子状の段を有する発電機（１０２）用のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）を提供する。
【解決手段】 発電機（１０２）が、外側の入れ子段（４４６）に関して入れ子状にされた内側入れ子段（４４４）を含む。オイルポンプ（２２２）が、油だめ（２２４）からオイルを引き込むようにオイルポンプインレットチューブ（２２６）に連結され、冷却コア（２３０）がポンプにより引き込んだオイルを発電機（１０２）内に分配する。ロータ部材（２１２）が内側入れ子段（４４４）および外側入れ子段（４４６）に連結される。ロータ部材（２１２）が発電機（１０２）の中心軸（２１６）の周りを回転するとき、ロータ部材（２１２）に設けられた内側段径方向孔（４２４）および外側段径方向孔（４３６）を通して冷却コア（２３０）からのオイルを遠心的に送り出す。
【解決手段】 発電機（１０２）が、外側の入れ子段（４４６）に関して入れ子状にされた内側入れ子段（４４４）を含む。オイルポンプ（２２２）が、油だめ（２２４）からオイルを引き込むようにオイルポンプインレットチューブ（２２６）に連結され、冷却コア（２３０）がポンプにより引き込んだオイルを発電機（１０２）内に分配する。ロータ部材（２１２）が内側入れ子段（４４４）および外側入れ子段（４４６）に連結される。ロータ部材（２１２）が発電機（１０２）の中心軸（２１６）の周りを回転するとき、ロータ部材（２１２）に設けられた内側段径方向孔（４２４）および外側段径方向孔（４３６）を通して冷却コア（２３０）からのオイルを遠心的に送り出す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して発電機の潤滑および冷却に関し、具体的には入れ子状の複数の段を有する発電機用のハイブリッド・カスケージング潤滑および冷却に関する。
【０００２】
本出願は、本出願の譲受人であるコネチカット州ウィンザーロックスのハミルトン・サンドストランド・コーポレイションと同一の譲受人に付与された以下の同時係属出願の対象と関連する対象を含む。以下の出願は、本明細書の参考となる。
【０００３】
米国特許出願代理人整理番号ＰＡ−００１１１１１−ＵＳ、ＮＥＳＴＥＤ ＴＯＲＳＩＯＮＡＬ ＤＡＭＰＥＲ ＦＯＲ ＡＮ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＭＡＣＨＩＮＥ；および米国特許出願代理人整理番号ＰＡ−００１１１１２−ＵＳ、ＮＥＳＴＥＤ ＥＸＣＩＴＥＲ ＡＮＤ ＭＡＩＮ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ ＳＴＡＧＥＳ ＦＯＲ Ａ ＷＯＵＮＤ ＦＩＥＬＤ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ
【背景技術】
【０００４】
発電機は、ロータアセンブリの軸に沿って連続的に配置された一つもしくは複数の段（ｓｔａｇｅ）を含む。発電機を冷却するには、シャフトの内径に冷却オイルがポンプで送り込まれる。冷却オイルがロータアセンブリを通流して熱を除去する。冷却オイルが加圧され、シャフトに物理的に近接するコンポーネントを冷却するようにシャフトから直接オイルが噴射される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、シャフトに冷却オイルをポンプで通すことができず、あるいは冷却されるコンポーネントにオイルがシャフトからスプレーで直接届かない場合、このような冷却、潤滑方式は効果的でない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様では、入れ子状の段（ｎｅｓｔｅｄ ｓｔａｇｅ）を有する発電機用のハイブリッド・カスケージング（ｈｙｂｒｉｄ ｃａｓｃａｄｉｎｇ）潤滑冷却システムが提供される。この発電機は、内側の入れ子段と、外側の入れ子段と、を含み、内側の入れ子段は、外側の入れ子段に関して、発電機の中心軸を中心として径方向に入れ子状に配置される。このハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システムは、油だめからオイルを引き込むようにオイルポンプインレットチューブに連結されたオイルポンプと、ポンプにより引き込んだオイルを発電機中に分配するための冷却コアと、を含む。ロータ部材が発電機の内側入れ子段および外側入れ子段に連結される。ロータ部材は、発電機の中心軸の周りを回転するときに、ロータ部材に設けられた内側段径方向孔および外側段径方向孔を通して冷却コアからオイルを遠心的に送り出す。
【０００７】
さらに本発明の別の態様では、入れ子状の段を有する発電機用のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システムの製造方法が提供される。発電機は、内側の入れ子段と、外側の入れ子段と、を含み、内側の入れ子段は、外側の入れ子段に関して、発電機の中心軸を中心として径方向に入れ子状に配置される。この方法は、油だめからオイルを引き込むためのオイルポンプインレットチューブにオイルポンプを連結し、ポンプにより引き込んだオイルを発電機中に分配するように冷却器コアを配置することを含む。さらにこの方法は、発電機の内側の入れ子段および外側の入れ子段にロータ部材を連結することを含む。ロータ部材は、発電機の中心軸の周りを回転するときに、ロータ部材の内側段径方向孔および外側段径方向孔を通して冷却コアからオイルを遠心的に送り出すように構成される。
【０００８】
これらおよびその他の利点および特徴は、図面とともに以下の記載からより明らかとなるであろう。
【０００９】
本発明と見なされる対象は、明細書の末尾にある請求項に特定して指摘されるとともに明確にクレームされる。本発明の上記のおよびその他の特徴、利点は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】発電機が取り付けられた動力伝達装置の一実施例を示す図である。
【図２】入れ子状の複数の段を有する発電機用のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システムの一実施例の断面図である。
【図３】発電機中の一体型の配管の一実施例の断面図である。
【図４】入れ子状の複数の段を有する発電機用のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システムの一実施例の断面図である。
【図５】入れ子状の複数の段を有する発電機用のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システムの製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は一実施例の動力伝達装置１００を示す。一実施例では、動力伝達装置１００はトラックもしくはタンク等の陸上車の動力伝達装置の一部である。動力伝達装置１００は、エンジン１０４と、トランスミッション１０６との間に挿入された発電機（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｍａｃｈｉｎｅ）１０２を含む。一実施例では、発電機１０２は、エンジン１０４およびトランスミッション１０６における既設の連結部と位置合わせされた連結部１０８を有する。したがって、発電機１０２が動力伝達装置１００内に挿入されたときに、エンジン１０４やトランスミッション１０６などの既設のコンポーネントに与える影響は最小限に抑えられる。発電機１０２がエンジン１０４とトランスミッション１０６との間に図示されているが、動力伝達装置１００におけるコンポーネントの配置はこれに限定されないことを理解されたい。例えば、クラッチのような追加のコンポーネントが動力伝達装置１００に挿入されてもよく、また発電機１０２の直径がより小さいほうが望ましい場合に、発電機１０２がトランスミッション１０６の反対側の端部に取り付けられてもよい。発電機１０２は機械回転に応じて電流および電圧を発生させる発電機もしくはオルタネータでもよい。
【００１２】
一実施例では、発電機１０２に外部管１１０が取り付けられて、熱交換器／リリーフバルブ／フィルタアセンブリ（ＥＲＦＡ）１１２との間でオイルが送給される。発電機１０２中を循環するオイルが発電機１０２により発生する熱を吸収するとともに、発電機１０２のコンポーネントを潤滑する。また発電機１０２内のオイルは、発電機１０２内部からの粒状物質やその他の細塵を捕獲する。一つ以上のポンプが外部管１１０を通してオイルをＥＲＦＡ１１２へと循環させ、オイルが発電機１０２へと戻る前にここでオイルが冷却、濾過される。
【００１３】
図２は、図１の発電機１０２のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム２００の一実施例の断面図を示す。図２に示される発電機１０２の実施例では、発電機１０２は、外側段ステータ２０２と、外側段ロータ２０４と、回転式整流器アセンブリ２０６と、内側段ステータ２０８と、内側段ロータ２１０と、を備えた入れ子状の巻線形電界発生器である。外側段ロータ２０４および内側段ロータ２１０は、ドライブシャフト２１４の回転によって駆動するロータ部材２１２に取り付けられる。一実施例では、発電機１０２の中心軸２１６のまわりをドライブシャフト２１４が回転して、ロータ部材２１２を回転させる。ロータ部材２１２が回転しているとき、外側段ステータ２０２および内側段ステータ２０８は静止している。回転式整流器アセンブリ２０６は、ロータ部材２１２上の外側段ロータ２０４もしくは内側段ロータ２１０に近接するように配置されてもよく、外側段ロータ２０４および内側段ロータ２１０の両方に電気的に連結される。回転式整流器アセンブリ２０６を支持して配線を固定するようにワイヤカバー２１８が用いられてもよい。
【００１４】
ドライブシャフト２１４が回転するに従い、ロータ部材２１２が内側段ロータ２１０を内側段ステータ２０８と近接するように回転させ、外側段ロータ２０４は外側段ステータ２０２と近接するように回転する。バッテリもしくはオルタネータ（図示せず）から電流等の直流源を内側段ステータ２０８に加えることにより直流磁界が生じ、ロータ部材２１２が回転するに従い、内側段ロータ２１０内に交流を誘導する界磁の伝達（ｆｉｅｌｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）を確立する。内側段ロータ２１０内の交流が回転式整流器アセンブリ２０６を通流して外側段ロータ２０４内に直流を発生させる。外側段ロータ２０４内の直流が直流磁界を作り出し、ロータ部材２１２が回転するに従い、外側段ステータ２０２内に交流を誘導する界磁の伝達を確立する。外側段ステータ２０２内の交流は外部出力整流器アセンブリを介して直流に変換することができる。したがって、発電機１０２は、ドライブシャフト２１４の機械回転を高電圧直流電源に変換することができる。
【００１５】
図２から分かるように、外側段ステータ２０２、外側段ロータ２０４、内側段ステータ２０８、および内側段ロータ２１０は、中心軸２１６のまわりに同心円状に配置され、内側段ステータ２０８および内側段ロータ２１０は、外側段ステータ２０２および外側段ロータ２０４に関して発電機１０２の中心軸２１６の周りに径方向に入れ子状にされる。発電機１０２がエンジン１０４とトランスミッション１０６との間に挿入されて連結部１０８で取り付けられたとき、この構成により、図１の動力伝達装置１００の全長が最小化されるという効果がもたらされる。
【００１６】
ドライブシャフト２１４から広がるように離間した入れ子状の段の入れ子状ロータおよびステータの配列は本発明の範囲において様々である。例えば、図２に示すように、内側段ロータ２１０と中心軸２１６との径方向距離は、内側段ステータ２０８と中心軸２１６との径方向距離に比べて小さくてもよい。別の構成では、内側段ロータ２１０と中心軸２１６との径方向距離は、内側段ステータ２０８と中心軸２１６との径方向距離に比べて大きくてもよく、これは例えば図２に示す内側段ステータ２０８および内側段ロータ２１０の相対位置を逆にしたものである。同様に、図２に示すように、外側段ロータ２０４と中心軸２１６との径方向距離は、外側段ステータ２０２と中心軸２１６との径方向距離に比べて小さくてもよい。反対に、外側段ロータ２０４と中心軸２１６との径方向距離は、外側段ステータ２０２と中心軸２１６との径方向距離に比べて大きくてもよい。
【００１７】
発電機１０２のコンポーネントを冷却および潤滑するように、ハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム２００が発電機１０２に一体化される。オイルピックアップチューブ２２０がオイルポンプ２２２に応答して油だめ２２４からオイルを引き込む。オイルがオイルポンプインレットチューブ２２６からオイルポンプ２２２へと引き込まれ、オイルポンプアウトレットチューブ２２８へと続く。このオイルはオイルポンプアウトレットチューブ２２８から外部管１１０を介して図１のＥＲＦＡ１１２へと流れ、ここでオイルから熱が排出されてオイルが濾過される。冷却、濾過されたオイルは冷却コア２３０に分配されるように発電機１０２へと戻る。回転するロータ部材２１２の遠心性のポンプ作用によりオイルが発電機に亘って流される。単一のオイルポンプ２２２のみが図２に示されるが、冗長性のためや各々のオイルポンプ２２２のサイズをコンパクトに保つようにオイルポンプ２２２の複数の例を利用することができる。オイルポンプ２２２として、ベーン、ピストン、もしくは遠心式容積移送式ポンプ（ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｐｕｍｐｓ）などの様々な種類のポンプを利用することができる。さらに、油だめ２２４から図１のＥＲＦＡ１１２へとオイルを移送するように、内部もしくは外部で一体化された一次ポンプもしくは個別の複数のポンプを用いることができる。
【００１８】
発電機１０２の別の実施例として、永久磁石発電機／モータ、誘導発電機／モータ、およびスイッチド・リラクタンス発電機／モータを含む。これらの代替実施例では、発電機１０２の入れ子状の段は維持しながらも、外側段ステータ２０２、外側段ロータ２０４、回転式整流器アセンブリ２０６、内側段ステータ２０８、および／または内側段ロータ２１０のうち一つもしくは複数が取り除かれてもよく、もしくは置き換えられてもよい。例えば、ロータ部材２１２は、ドライブシャフト２１４上に２つの別々の永久磁石発電機を入れ子状にすることが可能であり、ここでハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム２００が潤滑および冷却を行う。
【００１９】
図３は発電機１０２の一体式の配管の一実施例の断面図を示す。図３に示すように、２つのオイルポンプ２２２が、油だめ２２４から２つのオイルポンプインレットチューブ２２６へと分岐するオイルピックアップチューブ２２０を用いてオイルを引き込むことができる。オイルポンプ２２２は、図２のドライブシャフト２１４により歯車装置を介して駆動されて油だめ２２４からオイルを取り込み、図１のＥＲＦＡ１１２へと汲み出す容積式ポンプである。オイルが各オイルポンプ２２２から各々のオイルポンプアウトレットチューブ２２８へと流れてポート３０２へと流れ、ここで図１のＥＲＦＡ１１２へのオイル流が合流する。図１のＥＲＦＡ１１２から戻ったオイルは図２の冷却コア２３０に流れ込み、ここでオイルが発電機１０２内に分配され、最終的に油だめ２２４へと戻る。
【００２０】
図４は発電機１０２用のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム４００を示す。ハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム４００は、図２のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム２００の実施例の詳細な図を表す。図４に示すように、オイルがポート４０２から発電機１０２に入り、オイルを分配するように冷却コア２３０へと入る。オイルは図１のＥＲＦＡ１１２からポート４０２へと流れる。冷却コア２３０内のオイルの一部はポート４０４へと流れて発電機１０２の熱交換器４０６を冷却し、そしてこのオイルが図２，３の油だめ２２４へと戻される。また、オイルは冷却コア２３０を通ってポート４０８，４１０へと通流する。ポート４０８では、オイルが冷却コア２３０を出てベアリング４１２、およびギア４１４へと噴射され、そしてベアリング４１８にオイルを供給する遠心式油受け４１６中に噴射される。ギア４１４は図２，３における一つもしくは複数のオイルポンプ２２２を駆動するように用いられる。
【００２１】
ベアリング４１２，４１８により、発電機１０２が自己支持される。別の実施例では、図１のエンジン１０４のクランクシャフトがロータ部材２１２に直接連結され、ここでロータ部材２１２がエンジン１０４のフライホイールとして機能する。この実施例においては、エンジン１０４のクランクシャフトベアリングがロータ部材２１２の回転を支持するのに十分であるため、ベアリング４１２，４１８を省くことができる。外側段ステータ２０２および内側段ステータ２０８をエンジン１０４に直接連結することができる。したがって、ベアリング４１２，４１８が省かれる場合、オイルはベアリング４１２，４１８には噴霧されない。このような実施例では遠心式油受け４１６を省いてもよい。
【００２２】
ポート４０８では、冷却オイルが冷却コア２３０を通過して、内側段遠心式油受け４２０内に噴射される。内側段遠心式油受け４２０では、回転するロータ部材２１２の遠心性のポンプ作用によりオイルが与圧され、オイルが内側段ロータ２１０の巻線４２２を横断して流れるように案内されて、内側段ロータ２１０に冷却オイル流を供給する。オイルは、ロータ部材２１２のロータ巻線保持バンド４２６の円周にある内側段径方向孔４２４を通過する前に、内側段遠心式油受け４２０に捕集される。オイルはまた、内側段遠心式油受け４２８に捕集されて内側段ロータ２１０を冷却する。
【００２３】
オイルが内側段遠心式油受け４２８から内側段ステータ２０８の巻線４３０を横切るように噴射されて内側段ステータ２０８に冷却オイル流を供給する。オイルが内側段ステータ２０８を通過すると、このオイルは外側段遠心式油受け４３２および外側段遠心式油受け４３４により捕集される。また外側段遠心式油受け４３２は、冷却コア２３０からの追加の冷却オイルをポート４１０から受け取る。外側段遠心式油受け４３２のオイルは、ロータ部材２１２の外側段径方向孔４３６を通流する前に、回転するロータ部材２１２の遠心性のポンプ作用により再び与圧される。オイルが外側段径方向孔４３６を通過すると、オイルが外側段ロータ２０４の巻線４３８を横断して流れるように案内されて、外側段ロータ２０４に冷却オイルを供給する。
【００２４】
オイルが外側段ロータ２０４を通過して外側段ステータ２０２の巻線４４０上に噴射される前に、オイルは外側段遠心式油受け４３４に捕集される。オイルが巻線４４０に噴射された後、図２，３に示すように、オイルは発電機１０２の油だめ２２４に重力によって押し戻される。
【００２５】
オイルを油だめ２２４から図１のＥＲＦＡ１１２へと通流させるコンポーネントと、発電機１０２内にオイルを分配させるようにするコンポーネントとの組み合わせにより、ハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム４００を提供する。しかしながら、ＥＲＦＡ１１２はハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム４００に含まれる必要がない。発電機１０２内のオイルの分配に回転するロータ部材２１２の遠心性のポンプ作用を利用して、オイルを発電機１０２全体に亘って通流させるようにするための推進力を提供する。発電機コア４４２に供給されたオイルは捕集され、内側段径方向孔４２４を通過して発電機１０２の内側入れ子段４４４へと供給される。内側の入れ子段４４４のオイルは外側の入れ子段４４６に向かって遠心力によって送り出され、ここでオイルが外側段径方向孔４３６を通って外側の入れ子段４４６に移動する前にポート４１０から補充のオイルが追加される。内側の入れ子段４４４は内側段ステータ２０８および内側段２１０を含み、外側の入れ子段４４６は外側段ステータ２０２および外側段ロータ２０４を含む。内側の入れ子段４４４は発電機１０２の中心軸２１６の周りに外側の入れ子段４４６に対して径方向に入れ子にされる。別の実施例では、内側入れ子段４４４および外側入れ子段４４６は、巻線の代わりに磁石などを用いるその他の界磁発生コンポーネントを含む。さらに、内側入れ子段４４４および外側入れ子段４４６は電気的に独立しており、発電機１０２からそれぞれ独立した出力電圧をもたらす。
【００２６】
内側段遠心式油受け４２０，４２８と外側段遠心式油受け４３２，４３４との間のオイルの流れは、オイルが遠心式油受けの間を移動するカスケード冷却の役割を果たす。発電機１０２内部のロータ部材２１２の形状は内側段遠心式油受け４２０および外側段遠心式油受け４３２を形成し、これらに内側段径方向孔４２４および外側段径方向孔４３６が設けられて、オイルを遠心力により径方向外側に移動させる。内側段径方向孔４２４および外側段径方向孔４３６は、内側段遠心式油受け４２０および外側段遠心式油受け４３２から各熱源へとオイルを冷却および潤滑のために案内する。
【００２７】
図５は、図１〜４の発電機１０２のような入れ子状の段を有する発電機のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム４００の製造方法５００を表す。先に述べたように、内側の入れ子段４４４は発電機１０２の中心軸２１６のまわりに外側入れ子段４４６に対して径方向に入れ子にされている。内側の入れ子段４４４は内側段ステータ２０８および内側段ロータ２１０を含む。外側の入れ子段４４６は外側段ステータ２０２および外側段ロータ２０４を含む。
【００２８】
ブロック５０２では、油だめ２２４からオイルを汲み上げるようにオイルポンプ２２２がオイルポンプインレットチューブ２２６に連結される。所望の流量やサイジングの制約に応じて追加のオイルポンプ２２２を用いることができる。例えば、図３に示されるように、油だめ２２４からオイルを引き込むように第２のオイルポンプ２２２が第２のオイルポンプインレットチューブ２２６に連結される。第２のオイルポンプ２２２に第２のオイルポンプアウトレットチューブ２２８が連結されてもよい。図３のポート３０２がオイルポンプアウトレットチューブ２２８および第２のオイルポンプアウトレットチューブ２２８に連結されて、図１のＥＲＦＡ１１２へとオイル流を案内する前に、オイルポンプ２２２および第２のオイルポンプ２２２からのオイル流を合流させる。冷却コア２３０はＥＲＦＡ１１２から戻ったオイルを収容する。
【００２９】
ブロック５０４では、発電機１０２内に汲み上げられたオイルを分配するように冷却コア２３０が配置される。冷却コア２３０に連結されたポート４０４を通してオイルが案内されて、発電機１０２の熱交換機４０６を冷却する。また冷却コア２３０に連結されたポート４０８を通してオイルが案内されて、発電機１０２のベアリング４１２およびギア４１４を冷却および潤滑する。ポート４０８が遠心式油受け４１６にオイルを供給してもよく、次いでベアリング４１８にオイルを供給する。またポート４０８は内側の入れ子段４４４の内側段遠心式油受け４２０にオイルを供給する。冷却コア２３０にポート４１０を連結してもよく、このポート４１０は、外側の入れ子段４４６の外側段遠心式油受け４３２において、追加のオイルを内側の入れ子段４４４からのオイルと混合させるための流路を提供する。
【００３０】
ブロック５０６では、内側の入れ子段４４４および外側の入れ子段４４６にロータ部材２１２が連結される。例えば、ロータ部材２１２は、内側段ロータ２１０および外側段ロータ２０４に連結される。ロータ部材２１２は、発電機１０２の中心軸２１６のまわりを回転するときに、ロータ部材２１２の内側段径方向孔４２４および外側段径方向孔４３６を通して冷却コア２３０からオイルを遠心的に送り出す（ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｌｙ ｐｕｍｐ）ように構成される。内側段径方向孔４２４は、内側段遠心式油受け４２０から内側入れ子段４４４を通り抜けるオイルの流路を提供し、これにより内側段ステータ２０８および内側段ロータ２１０を冷却および潤滑する。外側段径方向孔４３６は、外側段遠心式油受け４３２から外側入れ子段４４６を通り抜けるオイルの流路を提供し、これにより外側段ステータ２０２および外側段ロータ２０４を冷却および潤滑する。ロータ部材２１２の回転により、発電機コア４４２から内側入れ子段４４４へ、そして外側入れ子段４４６へとオイルを段階的に流す（ｃａｓｃａｄｅ）遠心的なポンプ力を付与する。
【００３１】
本明細書に記載のように、図５のプロセス５００を介して製造されたハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム４００は発電機１０２と一体化される。発電機１０２は、例えば図１のエンジン１０４およびトランスミッション１０６に連結するように、連結部１０８を介して動力伝達装置１００にインライン状に連結される。エンジン１０４、発電機１０２、およびトランスミッション１０６は、図２のドライブシャフト２１４により駆動される。中心軸２１６の近傍もしくは中心軸から離間した位置に種々のコンポーネントを配置するように、内側段ロータ２１０、内側段ステータ２０８、外側段ロータ２０４、および外側段ステータ２０２の様々な配置を用いることができる。質量の大きいコンポーネントを中心軸２１６に近い場所に配置すると発電機１０２の慣性モーメントおよびその他の設計／性能パラメータに影響を及ぼす可能性がある。
【００３２】
技術的効果として、動力伝達装置に取り付け可能な、入れ子状の段を有する発電機の冷却および潤滑が挙げられる。図２，４に示す遠心式の油受けの形状を用いた場合、発電機の内側段および外側段の入れ子状の設計により、短い軸方向長さに対してエネルギー密度の高い発電機を実装することができる。吸引力を与えるための容積式ポンプと、入れ子状の段による遠心性のポンプ作用とを組み合わせることにより、発電機の潤滑および冷却に対する信頼性の高いハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システムを構築している。
【００３３】
限られた数の実施例のみに関して本発明を詳述したが、本発明はこれらの開示の実施例のみに限定されないことを理解されたい。むしろ、ここでは記載されていないが、本発明の精神および範囲に対応する任意の変形、変更、置換、もしくは同等の配置が、本発明に組み込まれるように修正されうる。さらに、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明の態様は、記載の実施例の一部のみを含みうることを理解されたい。したがって、本発明は、上記の記載によって限定されると見るのではなく、付記の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００３４】
１０２…発電機
２００…ハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム
２１２…ロータ部材
２１６…中心軸
２２２…オイルポンプ
２２４…油だめ
２２６…オイルポンプインレットチューブ
２３０…冷却コア
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して発電機の潤滑および冷却に関し、具体的には入れ子状の複数の段を有する発電機用のハイブリッド・カスケージング潤滑および冷却に関する。
【０００２】
本出願は、本出願の譲受人であるコネチカット州ウィンザーロックスのハミルトン・サンドストランド・コーポレイションと同一の譲受人に付与された以下の同時係属出願の対象と関連する対象を含む。以下の出願は、本明細書の参考となる。
【０００３】
米国特許出願代理人整理番号ＰＡ−００１１１１１−ＵＳ、ＮＥＳＴＥＤ ＴＯＲＳＩＯＮＡＬ ＤＡＭＰＥＲ ＦＯＲ ＡＮ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＭＡＣＨＩＮＥ；および米国特許出願代理人整理番号ＰＡ−００１１１１２−ＵＳ、ＮＥＳＴＥＤ ＥＸＣＩＴＥＲ ＡＮＤ ＭＡＩＮ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ ＳＴＡＧＥＳ ＦＯＲ Ａ ＷＯＵＮＤ ＦＩＥＬＤ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ
【背景技術】
【０００４】
発電機は、ロータアセンブリの軸に沿って連続的に配置された一つもしくは複数の段（ｓｔａｇｅ）を含む。発電機を冷却するには、シャフトの内径に冷却オイルがポンプで送り込まれる。冷却オイルがロータアセンブリを通流して熱を除去する。冷却オイルが加圧され、シャフトに物理的に近接するコンポーネントを冷却するようにシャフトから直接オイルが噴射される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、シャフトに冷却オイルをポンプで通すことができず、あるいは冷却されるコンポーネントにオイルがシャフトからスプレーで直接届かない場合、このような冷却、潤滑方式は効果的でない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様では、入れ子状の段（ｎｅｓｔｅｄ ｓｔａｇｅ）を有する発電機用のハイブリッド・カスケージング（ｈｙｂｒｉｄ ｃａｓｃａｄｉｎｇ）潤滑冷却システムが提供される。この発電機は、内側の入れ子段と、外側の入れ子段と、を含み、内側の入れ子段は、外側の入れ子段に関して、発電機の中心軸を中心として径方向に入れ子状に配置される。このハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システムは、油だめからオイルを引き込むようにオイルポンプインレットチューブに連結されたオイルポンプと、ポンプにより引き込んだオイルを発電機中に分配するための冷却コアと、を含む。ロータ部材が発電機の内側入れ子段および外側入れ子段に連結される。ロータ部材は、発電機の中心軸の周りを回転するときに、ロータ部材に設けられた内側段径方向孔および外側段径方向孔を通して冷却コアからオイルを遠心的に送り出す。
【０００７】
さらに本発明の別の態様では、入れ子状の段を有する発電機用のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システムの製造方法が提供される。発電機は、内側の入れ子段と、外側の入れ子段と、を含み、内側の入れ子段は、外側の入れ子段に関して、発電機の中心軸を中心として径方向に入れ子状に配置される。この方法は、油だめからオイルを引き込むためのオイルポンプインレットチューブにオイルポンプを連結し、ポンプにより引き込んだオイルを発電機中に分配するように冷却器コアを配置することを含む。さらにこの方法は、発電機の内側の入れ子段および外側の入れ子段にロータ部材を連結することを含む。ロータ部材は、発電機の中心軸の周りを回転するときに、ロータ部材の内側段径方向孔および外側段径方向孔を通して冷却コアからオイルを遠心的に送り出すように構成される。
【０００８】
これらおよびその他の利点および特徴は、図面とともに以下の記載からより明らかとなるであろう。
【０００９】
本発明と見なされる対象は、明細書の末尾にある請求項に特定して指摘されるとともに明確にクレームされる。本発明の上記のおよびその他の特徴、利点は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】発電機が取り付けられた動力伝達装置の一実施例を示す図である。
【図２】入れ子状の複数の段を有する発電機用のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システムの一実施例の断面図である。
【図３】発電機中の一体型の配管の一実施例の断面図である。
【図４】入れ子状の複数の段を有する発電機用のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システムの一実施例の断面図である。
【図５】入れ子状の複数の段を有する発電機用のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システムの製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は一実施例の動力伝達装置１００を示す。一実施例では、動力伝達装置１００はトラックもしくはタンク等の陸上車の動力伝達装置の一部である。動力伝達装置１００は、エンジン１０４と、トランスミッション１０６との間に挿入された発電機（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｍａｃｈｉｎｅ）１０２を含む。一実施例では、発電機１０２は、エンジン１０４およびトランスミッション１０６における既設の連結部と位置合わせされた連結部１０８を有する。したがって、発電機１０２が動力伝達装置１００内に挿入されたときに、エンジン１０４やトランスミッション１０６などの既設のコンポーネントに与える影響は最小限に抑えられる。発電機１０２がエンジン１０４とトランスミッション１０６との間に図示されているが、動力伝達装置１００におけるコンポーネントの配置はこれに限定されないことを理解されたい。例えば、クラッチのような追加のコンポーネントが動力伝達装置１００に挿入されてもよく、また発電機１０２の直径がより小さいほうが望ましい場合に、発電機１０２がトランスミッション１０６の反対側の端部に取り付けられてもよい。発電機１０２は機械回転に応じて電流および電圧を発生させる発電機もしくはオルタネータでもよい。
【００１２】
一実施例では、発電機１０２に外部管１１０が取り付けられて、熱交換器／リリーフバルブ／フィルタアセンブリ（ＥＲＦＡ）１１２との間でオイルが送給される。発電機１０２中を循環するオイルが発電機１０２により発生する熱を吸収するとともに、発電機１０２のコンポーネントを潤滑する。また発電機１０２内のオイルは、発電機１０２内部からの粒状物質やその他の細塵を捕獲する。一つ以上のポンプが外部管１１０を通してオイルをＥＲＦＡ１１２へと循環させ、オイルが発電機１０２へと戻る前にここでオイルが冷却、濾過される。
【００１３】
図２は、図１の発電機１０２のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム２００の一実施例の断面図を示す。図２に示される発電機１０２の実施例では、発電機１０２は、外側段ステータ２０２と、外側段ロータ２０４と、回転式整流器アセンブリ２０６と、内側段ステータ２０８と、内側段ロータ２１０と、を備えた入れ子状の巻線形電界発生器である。外側段ロータ２０４および内側段ロータ２１０は、ドライブシャフト２１４の回転によって駆動するロータ部材２１２に取り付けられる。一実施例では、発電機１０２の中心軸２１６のまわりをドライブシャフト２１４が回転して、ロータ部材２１２を回転させる。ロータ部材２１２が回転しているとき、外側段ステータ２０２および内側段ステータ２０８は静止している。回転式整流器アセンブリ２０６は、ロータ部材２１２上の外側段ロータ２０４もしくは内側段ロータ２１０に近接するように配置されてもよく、外側段ロータ２０４および内側段ロータ２１０の両方に電気的に連結される。回転式整流器アセンブリ２０６を支持して配線を固定するようにワイヤカバー２１８が用いられてもよい。
【００１４】
ドライブシャフト２１４が回転するに従い、ロータ部材２１２が内側段ロータ２１０を内側段ステータ２０８と近接するように回転させ、外側段ロータ２０４は外側段ステータ２０２と近接するように回転する。バッテリもしくはオルタネータ（図示せず）から電流等の直流源を内側段ステータ２０８に加えることにより直流磁界が生じ、ロータ部材２１２が回転するに従い、内側段ロータ２１０内に交流を誘導する界磁の伝達（ｆｉｅｌｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）を確立する。内側段ロータ２１０内の交流が回転式整流器アセンブリ２０６を通流して外側段ロータ２０４内に直流を発生させる。外側段ロータ２０４内の直流が直流磁界を作り出し、ロータ部材２１２が回転するに従い、外側段ステータ２０２内に交流を誘導する界磁の伝達を確立する。外側段ステータ２０２内の交流は外部出力整流器アセンブリを介して直流に変換することができる。したがって、発電機１０２は、ドライブシャフト２１４の機械回転を高電圧直流電源に変換することができる。
【００１５】
図２から分かるように、外側段ステータ２０２、外側段ロータ２０４、内側段ステータ２０８、および内側段ロータ２１０は、中心軸２１６のまわりに同心円状に配置され、内側段ステータ２０８および内側段ロータ２１０は、外側段ステータ２０２および外側段ロータ２０４に関して発電機１０２の中心軸２１６の周りに径方向に入れ子状にされる。発電機１０２がエンジン１０４とトランスミッション１０６との間に挿入されて連結部１０８で取り付けられたとき、この構成により、図１の動力伝達装置１００の全長が最小化されるという効果がもたらされる。
【００１６】
ドライブシャフト２１４から広がるように離間した入れ子状の段の入れ子状ロータおよびステータの配列は本発明の範囲において様々である。例えば、図２に示すように、内側段ロータ２１０と中心軸２１６との径方向距離は、内側段ステータ２０８と中心軸２１６との径方向距離に比べて小さくてもよい。別の構成では、内側段ロータ２１０と中心軸２１６との径方向距離は、内側段ステータ２０８と中心軸２１６との径方向距離に比べて大きくてもよく、これは例えば図２に示す内側段ステータ２０８および内側段ロータ２１０の相対位置を逆にしたものである。同様に、図２に示すように、外側段ロータ２０４と中心軸２１６との径方向距離は、外側段ステータ２０２と中心軸２１６との径方向距離に比べて小さくてもよい。反対に、外側段ロータ２０４と中心軸２１６との径方向距離は、外側段ステータ２０２と中心軸２１６との径方向距離に比べて大きくてもよい。
【００１７】
発電機１０２のコンポーネントを冷却および潤滑するように、ハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム２００が発電機１０２に一体化される。オイルピックアップチューブ２２０がオイルポンプ２２２に応答して油だめ２２４からオイルを引き込む。オイルがオイルポンプインレットチューブ２２６からオイルポンプ２２２へと引き込まれ、オイルポンプアウトレットチューブ２２８へと続く。このオイルはオイルポンプアウトレットチューブ２２８から外部管１１０を介して図１のＥＲＦＡ１１２へと流れ、ここでオイルから熱が排出されてオイルが濾過される。冷却、濾過されたオイルは冷却コア２３０に分配されるように発電機１０２へと戻る。回転するロータ部材２１２の遠心性のポンプ作用によりオイルが発電機に亘って流される。単一のオイルポンプ２２２のみが図２に示されるが、冗長性のためや各々のオイルポンプ２２２のサイズをコンパクトに保つようにオイルポンプ２２２の複数の例を利用することができる。オイルポンプ２２２として、ベーン、ピストン、もしくは遠心式容積移送式ポンプ（ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｐｕｍｐｓ）などの様々な種類のポンプを利用することができる。さらに、油だめ２２４から図１のＥＲＦＡ１１２へとオイルを移送するように、内部もしくは外部で一体化された一次ポンプもしくは個別の複数のポンプを用いることができる。
【００１８】
発電機１０２の別の実施例として、永久磁石発電機／モータ、誘導発電機／モータ、およびスイッチド・リラクタンス発電機／モータを含む。これらの代替実施例では、発電機１０２の入れ子状の段は維持しながらも、外側段ステータ２０２、外側段ロータ２０４、回転式整流器アセンブリ２０６、内側段ステータ２０８、および／または内側段ロータ２１０のうち一つもしくは複数が取り除かれてもよく、もしくは置き換えられてもよい。例えば、ロータ部材２１２は、ドライブシャフト２１４上に２つの別々の永久磁石発電機を入れ子状にすることが可能であり、ここでハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム２００が潤滑および冷却を行う。
【００１９】
図３は発電機１０２の一体式の配管の一実施例の断面図を示す。図３に示すように、２つのオイルポンプ２２２が、油だめ２２４から２つのオイルポンプインレットチューブ２２６へと分岐するオイルピックアップチューブ２２０を用いてオイルを引き込むことができる。オイルポンプ２２２は、図２のドライブシャフト２１４により歯車装置を介して駆動されて油だめ２２４からオイルを取り込み、図１のＥＲＦＡ１１２へと汲み出す容積式ポンプである。オイルが各オイルポンプ２２２から各々のオイルポンプアウトレットチューブ２２８へと流れてポート３０２へと流れ、ここで図１のＥＲＦＡ１１２へのオイル流が合流する。図１のＥＲＦＡ１１２から戻ったオイルは図２の冷却コア２３０に流れ込み、ここでオイルが発電機１０２内に分配され、最終的に油だめ２２４へと戻る。
【００２０】
図４は発電機１０２用のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム４００を示す。ハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム４００は、図２のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム２００の実施例の詳細な図を表す。図４に示すように、オイルがポート４０２から発電機１０２に入り、オイルを分配するように冷却コア２３０へと入る。オイルは図１のＥＲＦＡ１１２からポート４０２へと流れる。冷却コア２３０内のオイルの一部はポート４０４へと流れて発電機１０２の熱交換器４０６を冷却し、そしてこのオイルが図２，３の油だめ２２４へと戻される。また、オイルは冷却コア２３０を通ってポート４０８，４１０へと通流する。ポート４０８では、オイルが冷却コア２３０を出てベアリング４１２、およびギア４１４へと噴射され、そしてベアリング４１８にオイルを供給する遠心式油受け４１６中に噴射される。ギア４１４は図２，３における一つもしくは複数のオイルポンプ２２２を駆動するように用いられる。
【００２１】
ベアリング４１２，４１８により、発電機１０２が自己支持される。別の実施例では、図１のエンジン１０４のクランクシャフトがロータ部材２１２に直接連結され、ここでロータ部材２１２がエンジン１０４のフライホイールとして機能する。この実施例においては、エンジン１０４のクランクシャフトベアリングがロータ部材２１２の回転を支持するのに十分であるため、ベアリング４１２，４１８を省くことができる。外側段ステータ２０２および内側段ステータ２０８をエンジン１０４に直接連結することができる。したがって、ベアリング４１２，４１８が省かれる場合、オイルはベアリング４１２，４１８には噴霧されない。このような実施例では遠心式油受け４１６を省いてもよい。
【００２２】
ポート４０８では、冷却オイルが冷却コア２３０を通過して、内側段遠心式油受け４２０内に噴射される。内側段遠心式油受け４２０では、回転するロータ部材２１２の遠心性のポンプ作用によりオイルが与圧され、オイルが内側段ロータ２１０の巻線４２２を横断して流れるように案内されて、内側段ロータ２１０に冷却オイル流を供給する。オイルは、ロータ部材２１２のロータ巻線保持バンド４２６の円周にある内側段径方向孔４２４を通過する前に、内側段遠心式油受け４２０に捕集される。オイルはまた、内側段遠心式油受け４２８に捕集されて内側段ロータ２１０を冷却する。
【００２３】
オイルが内側段遠心式油受け４２８から内側段ステータ２０８の巻線４３０を横切るように噴射されて内側段ステータ２０８に冷却オイル流を供給する。オイルが内側段ステータ２０８を通過すると、このオイルは外側段遠心式油受け４３２および外側段遠心式油受け４３４により捕集される。また外側段遠心式油受け４３２は、冷却コア２３０からの追加の冷却オイルをポート４１０から受け取る。外側段遠心式油受け４３２のオイルは、ロータ部材２１２の外側段径方向孔４３６を通流する前に、回転するロータ部材２１２の遠心性のポンプ作用により再び与圧される。オイルが外側段径方向孔４３６を通過すると、オイルが外側段ロータ２０４の巻線４３８を横断して流れるように案内されて、外側段ロータ２０４に冷却オイルを供給する。
【００２４】
オイルが外側段ロータ２０４を通過して外側段ステータ２０２の巻線４４０上に噴射される前に、オイルは外側段遠心式油受け４３４に捕集される。オイルが巻線４４０に噴射された後、図２，３に示すように、オイルは発電機１０２の油だめ２２４に重力によって押し戻される。
【００２５】
オイルを油だめ２２４から図１のＥＲＦＡ１１２へと通流させるコンポーネントと、発電機１０２内にオイルを分配させるようにするコンポーネントとの組み合わせにより、ハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム４００を提供する。しかしながら、ＥＲＦＡ１１２はハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム４００に含まれる必要がない。発電機１０２内のオイルの分配に回転するロータ部材２１２の遠心性のポンプ作用を利用して、オイルを発電機１０２全体に亘って通流させるようにするための推進力を提供する。発電機コア４４２に供給されたオイルは捕集され、内側段径方向孔４２４を通過して発電機１０２の内側入れ子段４４４へと供給される。内側の入れ子段４４４のオイルは外側の入れ子段４４６に向かって遠心力によって送り出され、ここでオイルが外側段径方向孔４３６を通って外側の入れ子段４４６に移動する前にポート４１０から補充のオイルが追加される。内側の入れ子段４４４は内側段ステータ２０８および内側段２１０を含み、外側の入れ子段４４６は外側段ステータ２０２および外側段ロータ２０４を含む。内側の入れ子段４４４は発電機１０２の中心軸２１６の周りに外側の入れ子段４４６に対して径方向に入れ子にされる。別の実施例では、内側入れ子段４４４および外側入れ子段４４６は、巻線の代わりに磁石などを用いるその他の界磁発生コンポーネントを含む。さらに、内側入れ子段４４４および外側入れ子段４４６は電気的に独立しており、発電機１０２からそれぞれ独立した出力電圧をもたらす。
【００２６】
内側段遠心式油受け４２０，４２８と外側段遠心式油受け４３２，４３４との間のオイルの流れは、オイルが遠心式油受けの間を移動するカスケード冷却の役割を果たす。発電機１０２内部のロータ部材２１２の形状は内側段遠心式油受け４２０および外側段遠心式油受け４３２を形成し、これらに内側段径方向孔４２４および外側段径方向孔４３６が設けられて、オイルを遠心力により径方向外側に移動させる。内側段径方向孔４２４および外側段径方向孔４３６は、内側段遠心式油受け４２０および外側段遠心式油受け４３２から各熱源へとオイルを冷却および潤滑のために案内する。
【００２７】
図５は、図１〜４の発電機１０２のような入れ子状の段を有する発電機のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム４００の製造方法５００を表す。先に述べたように、内側の入れ子段４４４は発電機１０２の中心軸２１６のまわりに外側入れ子段４４６に対して径方向に入れ子にされている。内側の入れ子段４４４は内側段ステータ２０８および内側段ロータ２１０を含む。外側の入れ子段４４６は外側段ステータ２０２および外側段ロータ２０４を含む。
【００２８】
ブロック５０２では、油だめ２２４からオイルを汲み上げるようにオイルポンプ２２２がオイルポンプインレットチューブ２２６に連結される。所望の流量やサイジングの制約に応じて追加のオイルポンプ２２２を用いることができる。例えば、図３に示されるように、油だめ２２４からオイルを引き込むように第２のオイルポンプ２２２が第２のオイルポンプインレットチューブ２２６に連結される。第２のオイルポンプ２２２に第２のオイルポンプアウトレットチューブ２２８が連結されてもよい。図３のポート３０２がオイルポンプアウトレットチューブ２２８および第２のオイルポンプアウトレットチューブ２２８に連結されて、図１のＥＲＦＡ１１２へとオイル流を案内する前に、オイルポンプ２２２および第２のオイルポンプ２２２からのオイル流を合流させる。冷却コア２３０はＥＲＦＡ１１２から戻ったオイルを収容する。
【００２９】
ブロック５０４では、発電機１０２内に汲み上げられたオイルを分配するように冷却コア２３０が配置される。冷却コア２３０に連結されたポート４０４を通してオイルが案内されて、発電機１０２の熱交換機４０６を冷却する。また冷却コア２３０に連結されたポート４０８を通してオイルが案内されて、発電機１０２のベアリング４１２およびギア４１４を冷却および潤滑する。ポート４０８が遠心式油受け４１６にオイルを供給してもよく、次いでベアリング４１８にオイルを供給する。またポート４０８は内側の入れ子段４４４の内側段遠心式油受け４２０にオイルを供給する。冷却コア２３０にポート４１０を連結してもよく、このポート４１０は、外側の入れ子段４４６の外側段遠心式油受け４３２において、追加のオイルを内側の入れ子段４４４からのオイルと混合させるための流路を提供する。
【００３０】
ブロック５０６では、内側の入れ子段４４４および外側の入れ子段４４６にロータ部材２１２が連結される。例えば、ロータ部材２１２は、内側段ロータ２１０および外側段ロータ２０４に連結される。ロータ部材２１２は、発電機１０２の中心軸２１６のまわりを回転するときに、ロータ部材２１２の内側段径方向孔４２４および外側段径方向孔４３６を通して冷却コア２３０からオイルを遠心的に送り出す（ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｌｙ ｐｕｍｐ）ように構成される。内側段径方向孔４２４は、内側段遠心式油受け４２０から内側入れ子段４４４を通り抜けるオイルの流路を提供し、これにより内側段ステータ２０８および内側段ロータ２１０を冷却および潤滑する。外側段径方向孔４３６は、外側段遠心式油受け４３２から外側入れ子段４４６を通り抜けるオイルの流路を提供し、これにより外側段ステータ２０２および外側段ロータ２０４を冷却および潤滑する。ロータ部材２１２の回転により、発電機コア４４２から内側入れ子段４４４へ、そして外側入れ子段４４６へとオイルを段階的に流す（ｃａｓｃａｄｅ）遠心的なポンプ力を付与する。
【００３１】
本明細書に記載のように、図５のプロセス５００を介して製造されたハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム４００は発電機１０２と一体化される。発電機１０２は、例えば図１のエンジン１０４およびトランスミッション１０６に連結するように、連結部１０８を介して動力伝達装置１００にインライン状に連結される。エンジン１０４、発電機１０２、およびトランスミッション１０６は、図２のドライブシャフト２１４により駆動される。中心軸２１６の近傍もしくは中心軸から離間した位置に種々のコンポーネントを配置するように、内側段ロータ２１０、内側段ステータ２０８、外側段ロータ２０４、および外側段ステータ２０２の様々な配置を用いることができる。質量の大きいコンポーネントを中心軸２１６に近い場所に配置すると発電機１０２の慣性モーメントおよびその他の設計／性能パラメータに影響を及ぼす可能性がある。
【００３２】
技術的効果として、動力伝達装置に取り付け可能な、入れ子状の段を有する発電機の冷却および潤滑が挙げられる。図２，４に示す遠心式の油受けの形状を用いた場合、発電機の内側段および外側段の入れ子状の設計により、短い軸方向長さに対してエネルギー密度の高い発電機を実装することができる。吸引力を与えるための容積式ポンプと、入れ子状の段による遠心性のポンプ作用とを組み合わせることにより、発電機の潤滑および冷却に対する信頼性の高いハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システムを構築している。
【００３３】
限られた数の実施例のみに関して本発明を詳述したが、本発明はこれらの開示の実施例のみに限定されないことを理解されたい。むしろ、ここでは記載されていないが、本発明の精神および範囲に対応する任意の変形、変更、置換、もしくは同等の配置が、本発明に組み込まれるように修正されうる。さらに、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明の態様は、記載の実施例の一部のみを含みうることを理解されたい。したがって、本発明は、上記の記載によって限定されると見るのではなく、付記の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００３４】
１０２…発電機
２００…ハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム
２１２…ロータ部材
２１６…中心軸
２２２…オイルポンプ
２２４…油だめ
２２６…オイルポンプインレットチューブ
２３０…冷却コア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機（１０２）用のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）であって、前記発電機（１０２）は、内側の入れ子段（４４４）と、外側の入れ子段（４４６）と、を備え、前記内側の入れ子段（４４４）は、前記外側の入れ子段（４４６）に関して、前記発電機（１０２）の中心軸（２１６）を中心として径方向に入れ子状に配置されており、さらに、
油だめ（２２４）からオイルを引き込むためのオイルポンプインレットチューブ（２２６）に連結されたオイルポンプ（２２２）と、
ポンプにより引き込んだオイルを前記発電機（１０２）内に分配するように配置された冷却コア（２３０）と、
前記発電機（１０２）の前記内側の入れ子段（４４４）および前記外側の入れ子段（４４６）に連結されたロータ部材（２１２）であって、前記発電機（１０２）の中心軸（２１６）の周りを回転するときに、該ロータ部材（２１２）に設けられた内側段径方向孔（４２４）および外側段径方向孔（４３６）を通して前記冷却コア（２３０）からのオイルを遠心的に送り出すように構成されたロータ部材（２１２）と、
を備えたハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）。
【請求項２】
前記発電機（１０２）の熱交換器（４０６）にオイルを案内するように前記冷却コア（２３０）に連結されたポート（４０４）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）。
【請求項３】
前記発電機（１０２）の第１のベアリング（４１２）およびギア（４１４）にオイルを案内するように前記冷却コア（２３０）に連結されたポート（４０８）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）。
【請求項４】
前記ポート（４０８）は、オイルを遠心式油受け（４１６）に供給するとともに、前記遠心式油受け（４１６）は、オイルを第２のベアリング（４１８）に供給することを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）。
【請求項５】
前記ポート（４０８）は、前記内側の入れ子段（４４４）の内側段遠心式油受け（４２０）にオイルを供給することを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）。
【請求項６】
前記内側段径方向孔（４２４）は、前記内側段遠心式油受け（４２０）から前記内側入れ子段（４４４）を通り抜けるオイルの流路を提供することを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）。
【請求項７】
前記冷却コア（２３０）に連結されたポート（４１０）をさらに備えるとともに、前記ポート（４１０）は、前記外側の入れ子段（４４６）の外側段遠心式油受け（４３２）において、追加のオイルを前記内側の入れ子段（４４４）からのオイルと混合させるための流路を提供することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）。
【請求項８】
前記外側段径方向孔（４３６）は、前記外側段遠心式油受け（４３２）から前記外側入れ子段（４４６）を通り抜けるオイルの流路を提供することを特徴とする請求項７に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）。
【請求項９】
前記オイルポンプ（２２２）から熱交換器／リリーフバルブ／フィルタアセンブリ（１１２）にオイル流を案内するためのオイルポンプアウトレットチューブ（２２８）をさらに備え、前記冷却コア（２３０）が、熱交換器／リリーフバルブ／フィルタアセンブリ（１１２）から戻るオイルを受け入れることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）。
【請求項１０】
前記油だめ（２２４）からオイルを引き込むための第２のオイルポンプインレットチューブ（２２６）に連結された第２のオイルポンプ（２２２）と、
前記第２のオイルポンプ（２２２）に連結された第２のオイルポンプアウトレットチューブ（２２８）と、
前記オイルポンプアウトレットチューブ（２２８）および第２のオイルポンプアウトレットチューブ（２２８）からのオイル流を、前記熱交換器／リリーフバルブ／フィルタアセンブリ（１１２）に案内する前に合流させるポート（３０２）と、
をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）。
【請求項１１】
発電機（１０２）用のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法であって、前記発電機（１０２）は、内側の入れ子段（４４４）と、外側の入れ子段（４４６）と、を備え、前記内側の入れ子段（４４４）は、前記外側の入れ子段（４４６）に関して、前記発電機（１０２）の中心軸（２１６）を中心として径方向に入れ子状に配置されているものにおいて、
油だめ（２２４）からオイルを引き込むためのオイルポンプインレットチューブ（２２６）にオイルポンプ（２２２）を連結し、
ポンプにより引き込んだオイルを前記発電機（１０２）内に分配するように冷却器コア（２３０）を配置し、
前記発電機（１０２）の前記内側の入れ子段（４４４）および前記外側の入れ子段（４４６）にロータ部材（２１２）を連結することを備え、
前記ロータ部材（２１２）は、前記発電機（１０２）の中心軸（２１６）の周りを回転するときに、該ロータ部材（２１２）に設けられた内側段径方向孔（４２４）および外側段径方向孔（４３６）を通して前記冷却コア（２３０）からのオイルを遠心的に送り出すように構成されることを特徴とするハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法。
【請求項１２】
前記冷却コア（２３０）に連結されたポート（４０４）を通して前記発電機（１０２）の熱交換器（４０６）へとオイルを案内することをさらに備えた請求項１１に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法。
【請求項１３】
前記冷却コア（２３０）に連結されたポート（４０８）を通して前記発電機（１０２）の第１のベアリング（４１２）およびギア（４１４）にオイルを案内することをさらに備えた請求項１１に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法。
【請求項１４】
前記ポート（４０８）は、オイルを遠心式油受け（４１６）に供給するとともに、前記遠心式油受け（４１６）は、オイルを第２のベアリング（４１８）に供給することを特徴とする請求項１３に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法。
【請求項１５】
前記ポート（４０８）は、前記内側の入れ子段（４４４）の内側段遠心式油受け（４２０）にオイルを供給することを特徴とする請求項１３に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法。
【請求項１６】
前記内側段径方向孔（４２４）は、前記内側段遠心式油受け（４２０）から前記内側入れ子段（４４４）を通り抜けるオイルの流路を提供することを特徴とする請求項１５に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法。
【請求項１７】
前記冷却コア（２３０）にポート（４１０）を連結することをさらに備えるとともに、前記ポート（４１０）は、前記外側の入れ子段（４４６）の外側段遠心式油受け（４３２）において、追加のオイルを前記内側の入れ子段（４４４）からのオイルと混合させるための流路を提供することを特徴とする請求項１１に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法。
【請求項１８】
前記外側段径方向孔（４３６）は、前記外側段遠心式油受け（４３２）から前記外側入れ子段（４４６）を通り抜けるオイルの流路を提供することを特徴とする請求項１７に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法。
【請求項１９】
熱交換器／リリーフバルブ／フィルタアセンブリ（１１２）にオイル流を案内するように前記オイルポンプ（２２２）にオイルポンプアウトレットチューブ（２２８）を連結することをさらに備え、前記冷却コア（２３０）が、熱交換器／リリーフバルブ／フィルタアセンブリ（１１２）から戻るオイルを受け入れることを特徴とする請求項１１に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法。
【請求項２０】
前記油だめ（２２４）からオイルを引き込むための第２のオイルポンプインレットチューブ（２２６）に第２のオイルポンプ（２２２）を連結し、
第２のオイルポンプ（２２２）に第２のオイルポンプアウトレットチューブ（２２８）を連結し、
前記オイルポンプ（２２２）および前記第２のオイルポンプ（２２２）からのオイル流を、前記熱交換器／リリーフバルブ／フィルタアセンブリ（１１２）に案内する前に合流させるように、前記オイルポンプアウトレットチューブ（２２８）および前記第２のオイルポンプアウトレットチューブ（２２８）にポート（３０２）を連結することをさらに備えた請求項１９に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法。
【請求項１】
発電機（１０２）用のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）であって、前記発電機（１０２）は、内側の入れ子段（４４４）と、外側の入れ子段（４４６）と、を備え、前記内側の入れ子段（４４４）は、前記外側の入れ子段（４４６）に関して、前記発電機（１０２）の中心軸（２１６）を中心として径方向に入れ子状に配置されており、さらに、
油だめ（２２４）からオイルを引き込むためのオイルポンプインレットチューブ（２２６）に連結されたオイルポンプ（２２２）と、
ポンプにより引き込んだオイルを前記発電機（１０２）内に分配するように配置された冷却コア（２３０）と、
前記発電機（１０２）の前記内側の入れ子段（４４４）および前記外側の入れ子段（４４６）に連結されたロータ部材（２１２）であって、前記発電機（１０２）の中心軸（２１６）の周りを回転するときに、該ロータ部材（２１２）に設けられた内側段径方向孔（４２４）および外側段径方向孔（４３６）を通して前記冷却コア（２３０）からのオイルを遠心的に送り出すように構成されたロータ部材（２１２）と、
を備えたハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）。
【請求項２】
前記発電機（１０２）の熱交換器（４０６）にオイルを案内するように前記冷却コア（２３０）に連結されたポート（４０４）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）。
【請求項３】
前記発電機（１０２）の第１のベアリング（４１２）およびギア（４１４）にオイルを案内するように前記冷却コア（２３０）に連結されたポート（４０８）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）。
【請求項４】
前記ポート（４０８）は、オイルを遠心式油受け（４１６）に供給するとともに、前記遠心式油受け（４１６）は、オイルを第２のベアリング（４１８）に供給することを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）。
【請求項５】
前記ポート（４０８）は、前記内側の入れ子段（４４４）の内側段遠心式油受け（４２０）にオイルを供給することを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）。
【請求項６】
前記内側段径方向孔（４２４）は、前記内側段遠心式油受け（４２０）から前記内側入れ子段（４４４）を通り抜けるオイルの流路を提供することを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）。
【請求項７】
前記冷却コア（２３０）に連結されたポート（４１０）をさらに備えるとともに、前記ポート（４１０）は、前記外側の入れ子段（４４６）の外側段遠心式油受け（４３２）において、追加のオイルを前記内側の入れ子段（４４４）からのオイルと混合させるための流路を提供することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）。
【請求項８】
前記外側段径方向孔（４３６）は、前記外側段遠心式油受け（４３２）から前記外側入れ子段（４４６）を通り抜けるオイルの流路を提供することを特徴とする請求項７に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）。
【請求項９】
前記オイルポンプ（２２２）から熱交換器／リリーフバルブ／フィルタアセンブリ（１１２）にオイル流を案内するためのオイルポンプアウトレットチューブ（２２８）をさらに備え、前記冷却コア（２３０）が、熱交換器／リリーフバルブ／フィルタアセンブリ（１１２）から戻るオイルを受け入れることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）。
【請求項１０】
前記油だめ（２２４）からオイルを引き込むための第２のオイルポンプインレットチューブ（２２６）に連結された第２のオイルポンプ（２２２）と、
前記第２のオイルポンプ（２２２）に連結された第２のオイルポンプアウトレットチューブ（２２８）と、
前記オイルポンプアウトレットチューブ（２２８）および第２のオイルポンプアウトレットチューブ（２２８）からのオイル流を、前記熱交換器／リリーフバルブ／フィルタアセンブリ（１１２）に案内する前に合流させるポート（３０２）と、
をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）。
【請求項１１】
発電機（１０２）用のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法であって、前記発電機（１０２）は、内側の入れ子段（４４４）と、外側の入れ子段（４４６）と、を備え、前記内側の入れ子段（４４４）は、前記外側の入れ子段（４４６）に関して、前記発電機（１０２）の中心軸（２１６）を中心として径方向に入れ子状に配置されているものにおいて、
油だめ（２２４）からオイルを引き込むためのオイルポンプインレットチューブ（２２６）にオイルポンプ（２２２）を連結し、
ポンプにより引き込んだオイルを前記発電機（１０２）内に分配するように冷却器コア（２３０）を配置し、
前記発電機（１０２）の前記内側の入れ子段（４４４）および前記外側の入れ子段（４４６）にロータ部材（２１２）を連結することを備え、
前記ロータ部材（２１２）は、前記発電機（１０２）の中心軸（２１６）の周りを回転するときに、該ロータ部材（２１２）に設けられた内側段径方向孔（４２４）および外側段径方向孔（４３６）を通して前記冷却コア（２３０）からのオイルを遠心的に送り出すように構成されることを特徴とするハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法。
【請求項１２】
前記冷却コア（２３０）に連結されたポート（４０４）を通して前記発電機（１０２）の熱交換器（４０６）へとオイルを案内することをさらに備えた請求項１１に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法。
【請求項１３】
前記冷却コア（２３０）に連結されたポート（４０８）を通して前記発電機（１０２）の第１のベアリング（４１２）およびギア（４１４）にオイルを案内することをさらに備えた請求項１１に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法。
【請求項１４】
前記ポート（４０８）は、オイルを遠心式油受け（４１６）に供給するとともに、前記遠心式油受け（４１６）は、オイルを第２のベアリング（４１８）に供給することを特徴とする請求項１３に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法。
【請求項１５】
前記ポート（４０８）は、前記内側の入れ子段（４４４）の内側段遠心式油受け（４２０）にオイルを供給することを特徴とする請求項１３に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法。
【請求項１６】
前記内側段径方向孔（４２４）は、前記内側段遠心式油受け（４２０）から前記内側入れ子段（４４４）を通り抜けるオイルの流路を提供することを特徴とする請求項１５に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法。
【請求項１７】
前記冷却コア（２３０）にポート（４１０）を連結することをさらに備えるとともに、前記ポート（４１０）は、前記外側の入れ子段（４４６）の外側段遠心式油受け（４３２）において、追加のオイルを前記内側の入れ子段（４４４）からのオイルと混合させるための流路を提供することを特徴とする請求項１１に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法。
【請求項１８】
前記外側段径方向孔（４３６）は、前記外側段遠心式油受け（４３２）から前記外側入れ子段（４４６）を通り抜けるオイルの流路を提供することを特徴とする請求項１７に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法。
【請求項１９】
熱交換器／リリーフバルブ／フィルタアセンブリ（１１２）にオイル流を案内するように前記オイルポンプ（２２２）にオイルポンプアウトレットチューブ（２２８）を連結することをさらに備え、前記冷却コア（２３０）が、熱交換器／リリーフバルブ／フィルタアセンブリ（１１２）から戻るオイルを受け入れることを特徴とする請求項１１に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法。
【請求項２０】
前記油だめ（２２４）からオイルを引き込むための第２のオイルポンプインレットチューブ（２２６）に第２のオイルポンプ（２２２）を連結し、
第２のオイルポンプ（２２２）に第２のオイルポンプアウトレットチューブ（２２８）を連結し、
前記オイルポンプ（２２２）および前記第２のオイルポンプ（２２２）からのオイル流を、前記熱交換器／リリーフバルブ／フィルタアセンブリ（１１２）に案内する前に合流させるように、前記オイルポンプアウトレットチューブ（２２８）および前記第２のオイルポンプアウトレットチューブ（２２８）にポート（３０２）を連結することをさらに備えた請求項１９に記載のハイブリッド・カスケージング潤滑冷却システム（２００，４００）の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２４４１１（Ｐ２０１１−２４４１１Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５８３５６（Ｐ２０１０−１５８３５６）
【出願日】平成２２年７月１３日（２０１０．７．１３）
【出願人】（５００１０７７６２）ハミルトン・サンドストランド・コーポレイション (165)
【氏名又は名称原語表記】ＨＡＭＩＬＴＯＮ ＳＵＮＤＳＴＲＡＮＤ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【住所又は居所原語表記】Ｏｎｅ Ｈａｍｉｌｔｏｎ Ｒｏａｄ， Ｗｉｎｄｓｏｒ Ｌｏｃｋｓ， ＣＴ ０６０９６−１０１０， Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１３日（２０１０．７．１３）
【出願人】（５００１０７７６２）ハミルトン・サンドストランド・コーポレイション (165)
【氏名又は名称原語表記】ＨＡＭＩＬＴＯＮ ＳＵＮＤＳＴＲＡＮＤ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【住所又は居所原語表記】Ｏｎｅ Ｈａｍｉｌｔｏｎ Ｒｏａｄ， Ｗｉｎｄｓｏｒ Ｌｏｃｋｓ， ＣＴ ０６０９６−１０１０， Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
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