極低温ポンプ・システム、ロータ、および極低温流体を汲み出す方法
極低温流体を汲み出す極低温ポンプ・システムは、概して、複数のスロットを有するロータを含む。そのロータは、複数の開口を画定する少なくとも１つのエンド・リングを含む。各開口は、その複数のスロットの各別の１つのスロットと整列している。複数のロータ・バーが、それぞれ、その複数のスロットの各別の１つのスロット内に配置されている。各ロータ・バーは、その複数の開口の各別の１つの開口内に入れられてそのエンド・リングに溶接された端部分を含む。極低温ポンプ・システムは、極低温流体を、第１の位置から第２の位置へ汲み出すのに用いられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、極低温ポンプ・システム、極低温流体を汲み出す（ポンピングする、揚排水する）方法、および極低温ポンプにおける使用に適したロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
組み立てられ製作されたロータ・コア（回転子鉄芯）は、典型的には、３つの主要コンポーネント（構成部材）、即ち、１組の積層または１つの積層体（stack of laminations）、その積層体によって画定された（defined）複数のスロット内に配置されたロータ・バー（rotor bar、かごバー）、およびその積層体の互いに反対向きの両端側面（両端面）に配置された２つのエンド・リング（短絡環）を含んでいる。従来、そのエンド・リングは、キャスティング（casting：鋳造、流し込成型、注入成型）によって形成されてきた。それらのエンド・リングの１つをキャスティングするために、１つのモールド（型）がロータ・バーの端部上の１つの積層体の頂部に配置される。溶融材料をそのモールド内に流し込み、冷却させて、エンド・リングが形成される。そのエンド・リングにロータ・バーを機械的に接着し電気的に接続するために、そのエンド・リングは、ロータ・バーの端部を溶融するのに充分な高い温度でキャスティングが行われる。
【発明の開示】
【０００３】
発明の概要
本発明の特徴（側面）によれば、極低温流体（液体）を汲み出す極低温ポンプ・システムは、概して、複数のスロットを有するロータを含む。そのロータは、複数の開口を画定する少なくとも１つのエンド・リングを含む。各開口は、その複数のスロットの各別の１つのスロットと整列している。複数のロータ・バーが、それぞれ、その複数のスロットの各別の１つのスロット内に配置されている。各ロータ・バーは、その複数の開口の各別の１つの開口内に入れられてそのエンド・リングに溶接された端部分（端部）を含む。極低温ポンプ・システムは、極低温流体を、第１の位置から第２の位置へ汲み出す（ポンピングする）のに用いられる。
【０００４】
本発明の別の特徴によれば、ロータは、複数のスロットを有し、また、複数の開口を画定する少なくとも１つのエンド・リングを含んでいる。各開口は、その複数のスロットの各別の１つのスロットと整列している。複数のロータ・バーが、それぞれ、その複数のスロットの各別の１つのスロット内に配置されている。各ロータ・バーは、その複数の開口の各別の１つの開口内に入れられてそのエンド・リングに溶接された端部分（端部）を含む。また、各スロットはリリーフ部分を含み、そのリリーフ部分は、そのスロット内のそのロータ・バーがそのリリーフ部分内へと偏位するのを許容または可能にする。
【０００５】
本発明のさらに他の特徴および側面は、明細書に記載した詳細な説明から明らかになる。詳細な説明および実施例は、本発明の典型例の実施形態を示しもので、単に例示のためのものであって、本発明の範囲を限定することを意図するものではない、と理解すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、詳細な説明および添付の図面から、より充分に理解できるであろう。
【０００７】
幾つかの図面を通して、対応する参照番号は対応する特徴部分を示している。
【０００８】
次の典型例の実施形態の説明は、本来単なる典型例であって、本発明、その適用例および用途を決して限定するものではない。
【０００９】
本発明の一つの特徴による方法は、概略的に、極低温流体（液体）を第１の位置から第２の位置にポンプで汲み出すことを含んでいる。単なる一例として、図１は、タンカー船１１２に搭載された貯蔵容器（storage vessel）１０８から液化天然ガス１０４を海港１２０に位置する陸上貯蔵容器１１６にポンプで汲み出すために使用される極低温ポンプ・システムまたは極低温ポンプ・アセンブリ（組立体）１００を示している。図１に示されているように、極低温ポンプ・システム１００は、ポンプ１２２と、ポンプ１２２を動作させるための機械的力（パワー）を発生する電気モータ（電動機）１２２とを具えている。図示の実施形態では、ポンプ１２２とモータ１２４は、極低温ポンプ・システム１００のハウジング１２６内に配置されているが、これは必須の構成ではない。また、図１に示されているように、電気モータ１２４に含まれているロータ１２８は、ロータ・コア１３２を含んでいる。
【００１０】
ロータ１２８、極低温ポンプ・システム１００および／または極低温環境で使用するのに適したロータ・コアの典型例の一実施形態が各図に示されている。図２に示されているように、ロータ・コア１３２は、１つの積層体（１組の複数のラミネーション（薄板）の積層）１３６と、積層体１３６の互いに反対向きの両端側部（両端面）に配置された１対のエンド・リング１４０と、複数のロータ・バー１４４とを含んでいる。
【００１１】
積層体１３６は、各々がロータ・バー１４４の中の１本のロータ・バーを受入れる（収容する）寸法（サイズ）を有する複数のスロット１４８を画定している（積層体１３６には、各々が１本のロータ・バー１４４を受入れる寸法を有する複数のスロットが形成されている）。また、積層体１３６は、最終的にロータ・コア１３２が共働して（いっしょに）回転するように結合される軸またはシャフト（図示されていない）を受入れる（収容する）寸法を有する概して中心の開口または開孔１５２を画定している（概して中心の開口１５２が形成されている）。
【００１２】
各エンド・リング１４０は複数の開口または開孔１５６を画定している。各開口１５６は、複数のスロット１４８の各別の１つのスロットと整列している。また、各エンド・リング１４０は、最終的にロータ・コア１３２が結合される軸またはシャフトを受入れる（収容する）寸法を有する概して中心の開口１６０を画定している（概して中心の開口１６０が形成されている）。
【００１３】
各ロータ・バー１４４は複数のスロット１４８の各別の１つのスロット内に配置される。図３に示されているように、各ロータ・バー１４４は、後で詳しく説明するように、複数の開口１５６の各別の１つの開口内に受入れられて（入れられて）エンド・リング１４０に溶接された端部分（端部）１６４を含んでいる。
【００１４】
図２乃至１０の例示された実施形態では、複数のロータ・バー１４４は、それぞれ、概して楕円形状または卵形（oval）の断面を有する。積層体スロット１４８およびエンド・リング開口１５６も、概して楕円形状または卵形（oval）の断面を有する。代替構成として、ロータ・バー、積層体スロット、および／またはエンド・リングの開口にその他の形状を用いることもできる。さらに、ロータ・バー１４４、積層体スロット１４８、および／またはエンド・リング開口１５６の数、大きさ（サイズ）および形状は、例えばロータ・コア１３２が用いられる特定の適用例（アプリケーション）に応じて変更することができる。
【００１５】
エンド・リング１４０および／またはその他のロータ・コンポーネント（構成部材）を形成するために各種の工程（プロセス）を使用することができる。典型例の一実施形態では、エンド・リング１４０は機械加工（machining）によって形成される。これは、機械加工は、一般に、キャスティング（鋳造、流し込成型、注入成型）およびフォージング（forging：鍛造）加工（処理、プロセス）に比して、使用される材料により高い降伏強度（耐力）（yield strength）を持たせることができるという点で、有利になる可能性がある。例えば、１つの特定の実施形態では、エンド・リング１４０全体を６０６１ Ｔ−６アルミニウム合金から機械加工することを含み、これは、純粋なアルミニウム（一般的にキャスティング（鋳造）エンド・リング用に使用される材料）よりも高い降伏強度を有する。
【００１６】
幾つかの実施形態では、複数のロータ・バー１４４のそれぞれの端部分１６４のみがエンド・リング１４０に溶接されており、各エンド・リング１４０は積層体１３６に直接接合されていない。これらの実施形態では、エンド・リング１４０は、積層体１３６に対して半径方向に相対的に（比較的）自由に摺動（スライド）または移動することができる。このことは、極低温がエンド・リング１４０と積層体１３６の間にかなりの熱収縮差（differential thermal concentration）を生じさせる可能性のある極低温アプリケーション（適用）で有利であり得る。このような実施形態に対しては、典型的には、エンド・リングを形成するためには機械加工がキャスティング（casting）よりも良い。その理由は、キャスティング処理は、典型的には、エンド・リングおよび／または積層体の一部を溶解または溶融させるような高温で実行されるからである。この場合、冷却時に、そのエンド・リングは積層体に直接接合される（bonded）。しかし、機械加工によると、幾つかの実施形態において、エンド・リング１４０が直接的に積層体１３６自体に接合されないようなより低い温度でそれらのエンド・リングが形成できる。
【００１７】
さらに、エンド・リングを機械加工に関連したより低い温度で形成すると、エンド・リングがフォージング（鍛造）またはキャスティングで形成されたロータ・コアに比べて、ロータ・コアの直線性（straightness）を改善することができる。そのようなフォージングまたはキャスティングに伴う（関連する）相対的に高い温度は、ロータ・コアのコンポーネント（構成部材）に少なくとも幾分かの動き（移動）および／または歪を生じさせる可能性がある。
【００１８】
ロータ・コアの種々のコンポーネントには広範囲にわたる材料を使用することができる。幾つかの実施形態では、エンド・リング１４０およびロータ・バー１４４は全体が同じ材料（１つまたは複数の材料）で形成される。特定の実施形態では、エンド・リング１４０およびロータ・バー１４４は全体が６０６１ Ｔ−６アルミニウム合金で形成される。
【００１９】
幾つかの実施形態では、図４、５および７に示されているように、ロータ・バー１４４の端部分（端部）１６４のみが各エンド・リング１４０に溶接されている。このような実施形態では、各エンド・リング１４０とそれぞれのロータ・バー端部分１６４の間の溶接部１６８は積層体１３６から或る距離だけ隔てられている（spaced distance）。さらに、エンド・リング１４０は、溶接または他の方法によっても、積層体１３６に直接接合（bond）されていない。従って、これらの実施形態では、エンド・リング１４０は積層体１３６に対して半径方向に相対的に（比較的）自由に摺動（スライド）または移動することができる。この特徴は、典型的には、従来のロータ・コア構造での（with traditional rotor core constructions）積層体−エンド・リングの境界面（インタフェース）または結合部（joint）に生じる可能性のあるストレス（応力）の上昇（riser）および集中を取除くか、または少なくとも抑制するのを助けることができる。
【００２０】
さらに、ロータ・バー１４４をエンド・リング１４０に溶接すると、従来のロータ・コア構造で製造されたものよりもより高い強度の結合部を形成することができる。
【００２１】
エンド・リング１４０とロータ・バー１４４の間の溶接部を形成するために広範囲にわたる材料を使用することができる。種々の実施形態において、溶接または充填用材料は、エンド・リングを形成する材料および／またはロータ・バーを形成する材料の特性に類似した特性を有する。
【００２２】
一実施形態では、エンド・リング１４０とロータ・バー端部分１６４の間の溶接部を形成するために５３５６アルミニウム合金電極が使用される。これは、５３５６アルミニウム合金電極の溶接棒（溶接ワイヤ）が６０６１ Ｔ−６アルミニウム合金と実質的に類似した（同様の）材質特性を有するので、エンド・リング１４０とロータ・バー１４４が全体的に６０６１ Ｔ−６アルミニウム合金で形成されるときに、有益である。代替構成として、溶接棒（溶接ワイヤー）、充填用金属、ロータ・バー、および／またはエンド・リング用に、その他の材料を使用することもできる。
【００２３】
各ロータ・バー端部分１６４がエンド・リング１４０に溶接された後、幾つかの実施形態では各エンド・リング上の溶接部領域をキャップ溶接でキャップ（蓋）をする工程と、次いでキャップ溶接部を仕上げる（clean up）ために機械加工を行う工程とを含ませることができる。この機械加工によって、図６に示されているように、ユーザ（使用者）に対して美的満足感を与えることができる高品質のまたは製品としての品質をもった表面仕上げを有する実質的に滑らかな（smooth）表面１７０を形成することができる。
【００２４】
幾つかの実施形態では、各スロットは、リリーフ（緩衝、逃げ）部分（relief portion）またはゆとり（clearance：クリアランス、距離空間、隙間、遊び、遊隙）を含み、そのスロット内のロータ・バーはこのリリーフ部分内へと偏位することができる。図１０および１１に示されているように、リリーフ部分２７２は、スロット２４８の内側に位置していて、（図１１に示されているように）そのスロット２４８内のロータ・バー２４４はリリーフ部分２７２内へと概して半径方向の内向きに偏位することができる。この特定の実施形態において、図１０はロータ・コア２３２が周囲の室温にあるときの状態を示し、図１１はロータ・コア２３２が極低温にあるときの状態を示す。
【００２５】
動作期間中、ロータ・コア２３２は極低温流体中に配置されている（例えば、浸漬される、等）。極めて冷たい温度即ち極低温であるために、エンド・リング２４０は積層体２３６よりも半径方向に大きい度合いで収縮する。リリーフ部分２７２は、エンド・リング２４０が収縮したときロータ・バー２４４が半径方向の内向きに偏位または曲がる（deflect or flex）のを許容または可能にする。このことにより、エンド・リング２４０とロータ・バー２４４の間の応力（ストレス）の集中（stress concentrations）および剪断力（shearing forces）（さらに、それによって惹き起こされる可能性のあるひび割れ（クラック）およびその伝播）をかなり（有意に）低減することができる。
【００２６】
ロータ・バー２４４が挿入される開口の寸法（サイズ）を大きくすることによって、リリーフ部分２７２は、ロータ・バー２４４のスロット２４８内への挿入を容易にすることができる。一実施形態では、各リリーフ部分２７２の軸方向長さ２７６は、約１０．１６ｃｍ（約４インチ）であり、半径方向の厚さまたは幅２８０は約０．７６２ｍｍ（約０．０３インチ）である。比較すると、（積層体２３６の軸方向長さに相当する）スロット２４８の軸方向の全体の長さは約９１．４４ｃｍ（約３６インチ）である。さらに、各スロット２４８の半径方向の厚さまたは幅はロータ・バー２４４の幅におよそ等しいかそれより僅かに大である（例えば、約０．１８ｍｍ（約０．００７インチ）広い）。幾つかの実施形態では、ロータ・バー幅は約２．５４ｃｍ（約１インチ）または約３．８ｃｍ（約１．５インチ）または１．２７ｃｍ（約０．５インチ）である。
【００２７】
従って、リリーフ部分２７２はスロット２４８の各端部に配置されている。この場合、各ロータ・バー２４４の中心部分または中央部分２８４は、リリーフ部分２７２を含まないスロット２４８の部分２８８内に比較的しっかりと保持されている。代替構造として、その他の実施形態では、リリーフ部分を含まず、および／または、スロットの軸方向の長さ全体に伸びるリリーフ部分を含んでいる。
【００２８】
本発明の種々の実施形態は、極低温での動作（しかし、これに限定されない）に適したロータを提供する。本発明の特徴は、また、極低温ポンプ・システム、電気機器、電動モータ（電動機）、およびこのようなロータを含む発電機を含む。本発明の他の特徴は、前述の各システムを製造し使用する方法を含んでいる。本発明のさらに他の特徴は、例えば、多数の流体の中でも、特に液化天然ガス、液化窒素（ＬＮ２）、液化酸素（ＬＯ２）をポンプで汲み出すために極低温ポンプ・システムを使用することを含んでいる。
【００２９】
本発明の教示内容は、電動モータおよび発電機を含む広範囲の電気機器に適用することができる。従って、ここでは特に極低温ポンプ・システムおよび極低温流体に関して説明したが、本発明の範囲をいかなる特定の形態および／またはタイプの極低温アプリケーションに限定するように解釈すべきではない。さらに、本発明の特徴は極低温アプリケーションとの使用のみに限定されるべきでない。
【００３０】
本発明の説明は、本来単なる典型例であり、従って本発明の要旨から逸脱しない変形は本発明の範囲内のものであることを意図している。そのような変形は、本発明の精神および範囲を逸脱するものと考えるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の典型例の一実施形態による極低温流体をポンプで汲み出すために使用される極低温ポンプ・システムを表すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の典型例の一実施形態によるロータ・コアの分解斜視図である。
【図３】図３は、図２に示すロータ・コアを組立てた後でエンド・リングをロータ・バーに溶接する前の図２に示すロータ・コアの斜視図である。
【図４】図４は、図３に示すエンド・リングの一部を示す図であり、さらにエンド・リングとロータ・バーの端部分の間の溶接部を示している。
【図５】図５Ａおよび５Ｂは、図３に示すロータ・コアの斜視図であり、それらロータ・バーの端部分に溶接されたエンド・リングのうちの１つを示している。
【図６】図６は、魅力的な滑らかな表面仕上げを完成するために機械的加工が施された後の図５Ａおよび５Ｂに示すロータ・コアの斜視図である。
【図７】図７は、図６に示すロータ・コアの長手軸方向の断面図である。
【図８】図８は、本発明の典型例の一実施形態によるエンド・リングの斜視図である。
【図９】図９は、図８に示すエンド・リングの上側平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の別の典型例の一実施形態によるロータ・コアの一部の長手軸方向断面図であり、スロット内のロータ・バーがリリーフ部分内へと偏位するのを許容するそのスロットの内側に配置されたそのリリーフ部分を示す図である。
【図１１】図１１は、図１０に示すロータ・コアの一部の長手軸方向断面図であり、リリーフ部分内へと概して半径方向に内向きに偏位したロータ・バーを示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、極低温ポンプ・システム、極低温流体を汲み出す（ポンピングする、揚排水する）方法、および極低温ポンプにおける使用に適したロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
組み立てられ製作されたロータ・コア（回転子鉄芯）は、典型的には、３つの主要コンポーネント（構成部材）、即ち、１組の積層または１つの積層体（stack of laminations）、その積層体によって画定された（defined）複数のスロット内に配置されたロータ・バー（rotor bar、かごバー）、およびその積層体の互いに反対向きの両端側面（両端面）に配置された２つのエンド・リング（短絡環）を含んでいる。従来、そのエンド・リングは、キャスティング（casting：鋳造、流し込成型、注入成型）によって形成されてきた。それらのエンド・リングの１つをキャスティングするために、１つのモールド（型）がロータ・バーの端部上の１つの積層体の頂部に配置される。溶融材料をそのモールド内に流し込み、冷却させて、エンド・リングが形成される。そのエンド・リングにロータ・バーを機械的に接着し電気的に接続するために、そのエンド・リングは、ロータ・バーの端部を溶融するのに充分な高い温度でキャスティングが行われる。
【発明の開示】
【０００３】
発明の概要
本発明の特徴（側面）によれば、極低温流体（液体）を汲み出す極低温ポンプ・システムは、概して、複数のスロットを有するロータを含む。そのロータは、複数の開口を画定する少なくとも１つのエンド・リングを含む。各開口は、その複数のスロットの各別の１つのスロットと整列している。複数のロータ・バーが、それぞれ、その複数のスロットの各別の１つのスロット内に配置されている。各ロータ・バーは、その複数の開口の各別の１つの開口内に入れられてそのエンド・リングに溶接された端部分（端部）を含む。極低温ポンプ・システムは、極低温流体を、第１の位置から第２の位置へ汲み出す（ポンピングする）のに用いられる。
【０００４】
本発明の別の特徴によれば、ロータは、複数のスロットを有し、また、複数の開口を画定する少なくとも１つのエンド・リングを含んでいる。各開口は、その複数のスロットの各別の１つのスロットと整列している。複数のロータ・バーが、それぞれ、その複数のスロットの各別の１つのスロット内に配置されている。各ロータ・バーは、その複数の開口の各別の１つの開口内に入れられてそのエンド・リングに溶接された端部分（端部）を含む。また、各スロットはリリーフ部分を含み、そのリリーフ部分は、そのスロット内のそのロータ・バーがそのリリーフ部分内へと偏位するのを許容または可能にする。
【０００５】
本発明のさらに他の特徴および側面は、明細書に記載した詳細な説明から明らかになる。詳細な説明および実施例は、本発明の典型例の実施形態を示しもので、単に例示のためのものであって、本発明の範囲を限定することを意図するものではない、と理解すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、詳細な説明および添付の図面から、より充分に理解できるであろう。
【０００７】
幾つかの図面を通して、対応する参照番号は対応する特徴部分を示している。
【０００８】
次の典型例の実施形態の説明は、本来単なる典型例であって、本発明、その適用例および用途を決して限定するものではない。
【０００９】
本発明の一つの特徴による方法は、概略的に、極低温流体（液体）を第１の位置から第２の位置にポンプで汲み出すことを含んでいる。単なる一例として、図１は、タンカー船１１２に搭載された貯蔵容器（storage vessel）１０８から液化天然ガス１０４を海港１２０に位置する陸上貯蔵容器１１６にポンプで汲み出すために使用される極低温ポンプ・システムまたは極低温ポンプ・アセンブリ（組立体）１００を示している。図１に示されているように、極低温ポンプ・システム１００は、ポンプ１２２と、ポンプ１２２を動作させるための機械的力（パワー）を発生する電気モータ（電動機）１２２とを具えている。図示の実施形態では、ポンプ１２２とモータ１２４は、極低温ポンプ・システム１００のハウジング１２６内に配置されているが、これは必須の構成ではない。また、図１に示されているように、電気モータ１２４に含まれているロータ１２８は、ロータ・コア１３２を含んでいる。
【００１０】
ロータ１２８、極低温ポンプ・システム１００および／または極低温環境で使用するのに適したロータ・コアの典型例の一実施形態が各図に示されている。図２に示されているように、ロータ・コア１３２は、１つの積層体（１組の複数のラミネーション（薄板）の積層）１３６と、積層体１３６の互いに反対向きの両端側部（両端面）に配置された１対のエンド・リング１４０と、複数のロータ・バー１４４とを含んでいる。
【００１１】
積層体１３６は、各々がロータ・バー１４４の中の１本のロータ・バーを受入れる（収容する）寸法（サイズ）を有する複数のスロット１４８を画定している（積層体１３６には、各々が１本のロータ・バー１４４を受入れる寸法を有する複数のスロットが形成されている）。また、積層体１３６は、最終的にロータ・コア１３２が共働して（いっしょに）回転するように結合される軸またはシャフト（図示されていない）を受入れる（収容する）寸法を有する概して中心の開口または開孔１５２を画定している（概して中心の開口１５２が形成されている）。
【００１２】
各エンド・リング１４０は複数の開口または開孔１５６を画定している。各開口１５６は、複数のスロット１４８の各別の１つのスロットと整列している。また、各エンド・リング１４０は、最終的にロータ・コア１３２が結合される軸またはシャフトを受入れる（収容する）寸法を有する概して中心の開口１６０を画定している（概して中心の開口１６０が形成されている）。
【００１３】
各ロータ・バー１４４は複数のスロット１４８の各別の１つのスロット内に配置される。図３に示されているように、各ロータ・バー１４４は、後で詳しく説明するように、複数の開口１５６の各別の１つの開口内に受入れられて（入れられて）エンド・リング１４０に溶接された端部分（端部）１６４を含んでいる。
【００１４】
図２乃至１０の例示された実施形態では、複数のロータ・バー１４４は、それぞれ、概して楕円形状または卵形（oval）の断面を有する。積層体スロット１４８およびエンド・リング開口１５６も、概して楕円形状または卵形（oval）の断面を有する。代替構成として、ロータ・バー、積層体スロット、および／またはエンド・リングの開口にその他の形状を用いることもできる。さらに、ロータ・バー１４４、積層体スロット１４８、および／またはエンド・リング開口１５６の数、大きさ（サイズ）および形状は、例えばロータ・コア１３２が用いられる特定の適用例（アプリケーション）に応じて変更することができる。
【００１５】
エンド・リング１４０および／またはその他のロータ・コンポーネント（構成部材）を形成するために各種の工程（プロセス）を使用することができる。典型例の一実施形態では、エンド・リング１４０は機械加工（machining）によって形成される。これは、機械加工は、一般に、キャスティング（鋳造、流し込成型、注入成型）およびフォージング（forging：鍛造）加工（処理、プロセス）に比して、使用される材料により高い降伏強度（耐力）（yield strength）を持たせることができるという点で、有利になる可能性がある。例えば、１つの特定の実施形態では、エンド・リング１４０全体を６０６１ Ｔ−６アルミニウム合金から機械加工することを含み、これは、純粋なアルミニウム（一般的にキャスティング（鋳造）エンド・リング用に使用される材料）よりも高い降伏強度を有する。
【００１６】
幾つかの実施形態では、複数のロータ・バー１４４のそれぞれの端部分１６４のみがエンド・リング１４０に溶接されており、各エンド・リング１４０は積層体１３６に直接接合されていない。これらの実施形態では、エンド・リング１４０は、積層体１３６に対して半径方向に相対的に（比較的）自由に摺動（スライド）または移動することができる。このことは、極低温がエンド・リング１４０と積層体１３６の間にかなりの熱収縮差（differential thermal concentration）を生じさせる可能性のある極低温アプリケーション（適用）で有利であり得る。このような実施形態に対しては、典型的には、エンド・リングを形成するためには機械加工がキャスティング（casting）よりも良い。その理由は、キャスティング処理は、典型的には、エンド・リングおよび／または積層体の一部を溶解または溶融させるような高温で実行されるからである。この場合、冷却時に、そのエンド・リングは積層体に直接接合される（bonded）。しかし、機械加工によると、幾つかの実施形態において、エンド・リング１４０が直接的に積層体１３６自体に接合されないようなより低い温度でそれらのエンド・リングが形成できる。
【００１７】
さらに、エンド・リングを機械加工に関連したより低い温度で形成すると、エンド・リングがフォージング（鍛造）またはキャスティングで形成されたロータ・コアに比べて、ロータ・コアの直線性（straightness）を改善することができる。そのようなフォージングまたはキャスティングに伴う（関連する）相対的に高い温度は、ロータ・コアのコンポーネント（構成部材）に少なくとも幾分かの動き（移動）および／または歪を生じさせる可能性がある。
【００１８】
ロータ・コアの種々のコンポーネントには広範囲にわたる材料を使用することができる。幾つかの実施形態では、エンド・リング１４０およびロータ・バー１４４は全体が同じ材料（１つまたは複数の材料）で形成される。特定の実施形態では、エンド・リング１４０およびロータ・バー１４４は全体が６０６１ Ｔ−６アルミニウム合金で形成される。
【００１９】
幾つかの実施形態では、図４、５および７に示されているように、ロータ・バー１４４の端部分（端部）１６４のみが各エンド・リング１４０に溶接されている。このような実施形態では、各エンド・リング１４０とそれぞれのロータ・バー端部分１６４の間の溶接部１６８は積層体１３６から或る距離だけ隔てられている（spaced distance）。さらに、エンド・リング１４０は、溶接または他の方法によっても、積層体１３６に直接接合（bond）されていない。従って、これらの実施形態では、エンド・リング１４０は積層体１３６に対して半径方向に相対的に（比較的）自由に摺動（スライド）または移動することができる。この特徴は、典型的には、従来のロータ・コア構造での（with traditional rotor core constructions）積層体−エンド・リングの境界面（インタフェース）または結合部（joint）に生じる可能性のあるストレス（応力）の上昇（riser）および集中を取除くか、または少なくとも抑制するのを助けることができる。
【００２０】
さらに、ロータ・バー１４４をエンド・リング１４０に溶接すると、従来のロータ・コア構造で製造されたものよりもより高い強度の結合部を形成することができる。
【００２１】
エンド・リング１４０とロータ・バー１４４の間の溶接部を形成するために広範囲にわたる材料を使用することができる。種々の実施形態において、溶接または充填用材料は、エンド・リングを形成する材料および／またはロータ・バーを形成する材料の特性に類似した特性を有する。
【００２２】
一実施形態では、エンド・リング１４０とロータ・バー端部分１６４の間の溶接部を形成するために５３５６アルミニウム合金電極が使用される。これは、５３５６アルミニウム合金電極の溶接棒（溶接ワイヤ）が６０６１ Ｔ−６アルミニウム合金と実質的に類似した（同様の）材質特性を有するので、エンド・リング１４０とロータ・バー１４４が全体的に６０６１ Ｔ−６アルミニウム合金で形成されるときに、有益である。代替構成として、溶接棒（溶接ワイヤー）、充填用金属、ロータ・バー、および／またはエンド・リング用に、その他の材料を使用することもできる。
【００２３】
各ロータ・バー端部分１６４がエンド・リング１４０に溶接された後、幾つかの実施形態では各エンド・リング上の溶接部領域をキャップ溶接でキャップ（蓋）をする工程と、次いでキャップ溶接部を仕上げる（clean up）ために機械加工を行う工程とを含ませることができる。この機械加工によって、図６に示されているように、ユーザ（使用者）に対して美的満足感を与えることができる高品質のまたは製品としての品質をもった表面仕上げを有する実質的に滑らかな（smooth）表面１７０を形成することができる。
【００２４】
幾つかの実施形態では、各スロットは、リリーフ（緩衝、逃げ）部分（relief portion）またはゆとり（clearance：クリアランス、距離空間、隙間、遊び、遊隙）を含み、そのスロット内のロータ・バーはこのリリーフ部分内へと偏位することができる。図１０および１１に示されているように、リリーフ部分２７２は、スロット２４８の内側に位置していて、（図１１に示されているように）そのスロット２４８内のロータ・バー２４４はリリーフ部分２７２内へと概して半径方向の内向きに偏位することができる。この特定の実施形態において、図１０はロータ・コア２３２が周囲の室温にあるときの状態を示し、図１１はロータ・コア２３２が極低温にあるときの状態を示す。
【００２５】
動作期間中、ロータ・コア２３２は極低温流体中に配置されている（例えば、浸漬される、等）。極めて冷たい温度即ち極低温であるために、エンド・リング２４０は積層体２３６よりも半径方向に大きい度合いで収縮する。リリーフ部分２７２は、エンド・リング２４０が収縮したときロータ・バー２４４が半径方向の内向きに偏位または曲がる（deflect or flex）のを許容または可能にする。このことにより、エンド・リング２４０とロータ・バー２４４の間の応力（ストレス）の集中（stress concentrations）および剪断力（shearing forces）（さらに、それによって惹き起こされる可能性のあるひび割れ（クラック）およびその伝播）をかなり（有意に）低減することができる。
【００２６】
ロータ・バー２４４が挿入される開口の寸法（サイズ）を大きくすることによって、リリーフ部分２７２は、ロータ・バー２４４のスロット２４８内への挿入を容易にすることができる。一実施形態では、各リリーフ部分２７２の軸方向長さ２７６は、約１０．１６ｃｍ（約４インチ）であり、半径方向の厚さまたは幅２８０は約０．７６２ｍｍ（約０．０３インチ）である。比較すると、（積層体２３６の軸方向長さに相当する）スロット２４８の軸方向の全体の長さは約９１．４４ｃｍ（約３６インチ）である。さらに、各スロット２４８の半径方向の厚さまたは幅はロータ・バー２４４の幅におよそ等しいかそれより僅かに大である（例えば、約０．１８ｍｍ（約０．００７インチ）広い）。幾つかの実施形態では、ロータ・バー幅は約２．５４ｃｍ（約１インチ）または約３．８ｃｍ（約１．５インチ）または１．２７ｃｍ（約０．５インチ）である。
【００２７】
従って、リリーフ部分２７２はスロット２４８の各端部に配置されている。この場合、各ロータ・バー２４４の中心部分または中央部分２８４は、リリーフ部分２７２を含まないスロット２４８の部分２８８内に比較的しっかりと保持されている。代替構造として、その他の実施形態では、リリーフ部分を含まず、および／または、スロットの軸方向の長さ全体に伸びるリリーフ部分を含んでいる。
【００２８】
本発明の種々の実施形態は、極低温での動作（しかし、これに限定されない）に適したロータを提供する。本発明の特徴は、また、極低温ポンプ・システム、電気機器、電動モータ（電動機）、およびこのようなロータを含む発電機を含む。本発明の他の特徴は、前述の各システムを製造し使用する方法を含んでいる。本発明のさらに他の特徴は、例えば、多数の流体の中でも、特に液化天然ガス、液化窒素（ＬＮ２）、液化酸素（ＬＯ２）をポンプで汲み出すために極低温ポンプ・システムを使用することを含んでいる。
【００２９】
本発明の教示内容は、電動モータおよび発電機を含む広範囲の電気機器に適用することができる。従って、ここでは特に極低温ポンプ・システムおよび極低温流体に関して説明したが、本発明の範囲をいかなる特定の形態および／またはタイプの極低温アプリケーションに限定するように解釈すべきではない。さらに、本発明の特徴は極低温アプリケーションとの使用のみに限定されるべきでない。
【００３０】
本発明の説明は、本来単なる典型例であり、従って本発明の要旨から逸脱しない変形は本発明の範囲内のものであることを意図している。そのような変形は、本発明の精神および範囲を逸脱するものと考えるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の典型例の一実施形態による極低温流体をポンプで汲み出すために使用される極低温ポンプ・システムを表すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の典型例の一実施形態によるロータ・コアの分解斜視図である。
【図３】図３は、図２に示すロータ・コアを組立てた後でエンド・リングをロータ・バーに溶接する前の図２に示すロータ・コアの斜視図である。
【図４】図４は、図３に示すエンド・リングの一部を示す図であり、さらにエンド・リングとロータ・バーの端部分の間の溶接部を示している。
【図５】図５Ａおよび５Ｂは、図３に示すロータ・コアの斜視図であり、それらロータ・バーの端部分に溶接されたエンド・リングのうちの１つを示している。
【図６】図６は、魅力的な滑らかな表面仕上げを完成するために機械的加工が施された後の図５Ａおよび５Ｂに示すロータ・コアの斜視図である。
【図７】図７は、図６に示すロータ・コアの長手軸方向の断面図である。
【図８】図８は、本発明の典型例の一実施形態によるエンド・リングの斜視図である。
【図９】図９は、図８に示すエンド・リングの上側平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の別の典型例の一実施形態によるロータ・コアの一部の長手軸方向断面図であり、スロット内のロータ・バーがリリーフ部分内へと偏位するのを許容するそのスロットの内側に配置されたそのリリーフ部分を示す図である。
【図１１】図１１は、図１０に示すロータ・コアの一部の長手軸方向断面図であり、リリーフ部分内へと概して半径方向に内向きに偏位したロータ・バーを示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスロットを有するロータを含む、極低温流体を汲み出す極低温ポンプ・システムであって、
前記ロータは、
各開口が前記複数のスロットの各別の１つのスロットと整列した複数の開口を画定する少なくとも１つのエンド・リングと、
各ロータ・バーが前記複数のスロットの各別の１つのスロット内に配置された複数のロータ・バーと、を含み、
前記複数のロータ・バーの各々は、前記複数の開口の各別の１つの開口内に入れられて前記エンド・リングに溶接された端部分（端部）を含むものである、
極低温ポンプ・システム。
【請求項２】
前記複数のスロットの各スロットはリリーフ部分を含み、前記リリーフ部分は、前記各スロット内の前記ロータ・バーが前記リリーフ部分に向けて偏位するのを許容するものである、請求項１に記載の極低温ポンプ・システム。
【請求項３】
各前記リリーフ部分は、前記各スロット内の前記ロータ・バーが前記リリーフ部分内へと概して半径方向の内向きに偏位するのを許容するよう前記各スロットの内側に配置されているものである、請求項２に記載の極低温ポンプ・システム。
【請求項４】
前記ロータは前記複数のスロットを画定する複数の積層を含むものである、請求項１に記載の極低温ポンプ・システム。
【請求項５】
前記エンド・リングと前記複数のロータ・バーの各ロータ・バーの端部分の間の各溶接部は、前記積層から或る距離だけ隔てられている、請求項４に記載の極低温ポンプ・システム。
【請求項６】
前記各開口は、前記エンド・リングの第１の側から前記エンド・リングの第２の側に前記エンド・リングを貫通して伸びており、
前記各溶接部は、前記積層とは反対側の前記エンド・リングの前記第１の側にあるものである、
請求項５に記載の極低温ポンプ・システム。
【請求項７】
前記エンド・リングが前記積層に溶接されていない、請求項４に記載の極低温ポンプ・システム。
【請求項８】
前記エンド・リングと前記複数のロータ・バーの各ロータ・バーの端部分との間の各溶接部は、全体的にアルミニウム合金で形成されているものである、請求項１に記載の極低温ポンプ・システム。
【請求項９】
前記エンド・リングと前記複数のロータ・バーは全体的にアルミニウム合金で形成されているものである、請求項１に記載の極低温ポンプ・システム。
【請求項１０】
極低温ポンプ・システムを使用する方法であって、
前記極低温ポンプ・システムは、複数のスロットを有するロータを含み、
前記ロータは、各開口が前記複数のスロットの各別の１つのスロットと整列した複数の開口を画定する少なくとも１つのエンド・リングと、各ロータ・バーが前記複数のスロットの各別の１つのスロット内に配置された複数のロータ・バーと、を含み、
前記複数のロータ・バーの各々は、前記複数の開口の各別の１つの開口内に入れられて前記エンド・リングに溶接された端部分を含み、
前記極低温ポンプ・システムを使用して極低温流体を第１の位置から第２の位置に汲み出すことを含む、方法。
【請求項１１】
前記複数のスロットの各スロットはリリーフ部分を含み、前記リリーフ部分は、前記各スロット内の前記ロータ・バーが前記リリーフ部分内へと偏位するのを許容するものである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
各前記リリーフ部分は、前記各スロット内の前記ロータ・バーが前記リリーフ部分内へと概して半径方向の内向きに偏位するのを許容するために前記各スロットの内側に配置されているものである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ロータは、前記複数のスロットを画定する複数の積層を含み、
前記エンド・リングと前記複数のロータ・バーの各ロータ・バーの端部分の間の各溶接部は、前記積層から或る距離だけ隔てられおり、
前記エンド・リングは前記積層に溶接されていないものである、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
複数のスロットを有し、
各開口が前記複数のスロットの各別の１つのスロットと整列した複数の開口を画定する少なくとも１つのエンド・リングと、
各ロータ・バーが前記複数のスロットの各別の１つのスロット内に配置された複数のロータ・バーと、
を含むロータであって、
前記各ロータ・バーは、前記複数の開口の各別の１つの開口内に入れられた端部分を含み、
前記複数のロータ・バーの各々は、前記複数の開口の各別の１つの開口内に入れられて前記エンド・リングに溶接された端部分を含み、
前記複数のスロットの各スロットはリリーフ部分を含み、前記リリーフ部分は、前記各スロット内にある前記ロータ・バーが前記リリーフ部分内へと偏位するのを許容するものである、
ロータ。
【請求項１５】
各前記リリーフ部分は、前記各スロット内の前記ロータ・バーが前記リリーフ部分内へと概して半径方向の内向きに偏位するのを許容するよう前記各スロットの内側に配置されているものである、請求項１４に記載のロータ。
【請求項１６】
前記ロータは前記複数のスロットを画定する複数の積層を含むものである、請求項１４に記載のロータ。
【請求項１７】
前記エンド・リングと前記複数のロータ・バーの各ロータ・バーの端部分との間の各溶接部は、前記積層から或る距離だけ隔てられている、請求項１６に記載のロータ。
【請求項１８】
前記各開口は、前記エンド・リングの第１の側から前記エンド・リングの第２の側に前記エンド・リングを貫通して伸びており、
前記各溶接部は、前記積層とは反対側の前記エンド・リングの前記第１の側にあるものである、
請求項１７に記載のロータ。
【請求項１９】
前記エンド・リングが前記積層に溶接されていない、請求項１６に記載のロータ。
【請求項２０】
前記エンド・リングと前記複数のロータ・バーの各ロータ・バーの端部分との間の各溶接部は、全体的にアルミニウム合金で形成されているものである、請求項１４に記載のロータ。
【請求項２１】
前記エンド・リングと前記複数のロータ・バーは全体的にアルミニウム合金で形成されているものである、請求項１４に記載のロータ。
【請求項２２】
請求項１４に記載のロータを含む電気機器。
【請求項２３】
請求項２２に記載の電気機器を含む極低温ポンプ・システム。
【請求項１】
複数のスロットを有するロータを含む、極低温流体を汲み出す極低温ポンプ・システムであって、
前記ロータは、
各開口が前記複数のスロットの各別の１つのスロットと整列した複数の開口を画定する少なくとも１つのエンド・リングと、
各ロータ・バーが前記複数のスロットの各別の１つのスロット内に配置された複数のロータ・バーと、を含み、
前記複数のロータ・バーの各々は、前記複数の開口の各別の１つの開口内に入れられて前記エンド・リングに溶接された端部分（端部）を含むものである、
極低温ポンプ・システム。
【請求項２】
前記複数のスロットの各スロットはリリーフ部分を含み、前記リリーフ部分は、前記各スロット内の前記ロータ・バーが前記リリーフ部分に向けて偏位するのを許容するものである、請求項１に記載の極低温ポンプ・システム。
【請求項３】
各前記リリーフ部分は、前記各スロット内の前記ロータ・バーが前記リリーフ部分内へと概して半径方向の内向きに偏位するのを許容するよう前記各スロットの内側に配置されているものである、請求項２に記載の極低温ポンプ・システム。
【請求項４】
前記ロータは前記複数のスロットを画定する複数の積層を含むものである、請求項１に記載の極低温ポンプ・システム。
【請求項５】
前記エンド・リングと前記複数のロータ・バーの各ロータ・バーの端部分の間の各溶接部は、前記積層から或る距離だけ隔てられている、請求項４に記載の極低温ポンプ・システム。
【請求項６】
前記各開口は、前記エンド・リングの第１の側から前記エンド・リングの第２の側に前記エンド・リングを貫通して伸びており、
前記各溶接部は、前記積層とは反対側の前記エンド・リングの前記第１の側にあるものである、
請求項５に記載の極低温ポンプ・システム。
【請求項７】
前記エンド・リングが前記積層に溶接されていない、請求項４に記載の極低温ポンプ・システム。
【請求項８】
前記エンド・リングと前記複数のロータ・バーの各ロータ・バーの端部分との間の各溶接部は、全体的にアルミニウム合金で形成されているものである、請求項１に記載の極低温ポンプ・システム。
【請求項９】
前記エンド・リングと前記複数のロータ・バーは全体的にアルミニウム合金で形成されているものである、請求項１に記載の極低温ポンプ・システム。
【請求項１０】
極低温ポンプ・システムを使用する方法であって、
前記極低温ポンプ・システムは、複数のスロットを有するロータを含み、
前記ロータは、各開口が前記複数のスロットの各別の１つのスロットと整列した複数の開口を画定する少なくとも１つのエンド・リングと、各ロータ・バーが前記複数のスロットの各別の１つのスロット内に配置された複数のロータ・バーと、を含み、
前記複数のロータ・バーの各々は、前記複数の開口の各別の１つの開口内に入れられて前記エンド・リングに溶接された端部分を含み、
前記極低温ポンプ・システムを使用して極低温流体を第１の位置から第２の位置に汲み出すことを含む、方法。
【請求項１１】
前記複数のスロットの各スロットはリリーフ部分を含み、前記リリーフ部分は、前記各スロット内の前記ロータ・バーが前記リリーフ部分内へと偏位するのを許容するものである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
各前記リリーフ部分は、前記各スロット内の前記ロータ・バーが前記リリーフ部分内へと概して半径方向の内向きに偏位するのを許容するために前記各スロットの内側に配置されているものである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ロータは、前記複数のスロットを画定する複数の積層を含み、
前記エンド・リングと前記複数のロータ・バーの各ロータ・バーの端部分の間の各溶接部は、前記積層から或る距離だけ隔てられおり、
前記エンド・リングは前記積層に溶接されていないものである、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
複数のスロットを有し、
各開口が前記複数のスロットの各別の１つのスロットと整列した複数の開口を画定する少なくとも１つのエンド・リングと、
各ロータ・バーが前記複数のスロットの各別の１つのスロット内に配置された複数のロータ・バーと、
を含むロータであって、
前記各ロータ・バーは、前記複数の開口の各別の１つの開口内に入れられた端部分を含み、
前記複数のロータ・バーの各々は、前記複数の開口の各別の１つの開口内に入れられて前記エンド・リングに溶接された端部分を含み、
前記複数のスロットの各スロットはリリーフ部分を含み、前記リリーフ部分は、前記各スロット内にある前記ロータ・バーが前記リリーフ部分内へと偏位するのを許容するものである、
ロータ。
【請求項１５】
各前記リリーフ部分は、前記各スロット内の前記ロータ・バーが前記リリーフ部分内へと概して半径方向の内向きに偏位するのを許容するよう前記各スロットの内側に配置されているものである、請求項１４に記載のロータ。
【請求項１６】
前記ロータは前記複数のスロットを画定する複数の積層を含むものである、請求項１４に記載のロータ。
【請求項１７】
前記エンド・リングと前記複数のロータ・バーの各ロータ・バーの端部分との間の各溶接部は、前記積層から或る距離だけ隔てられている、請求項１６に記載のロータ。
【請求項１８】
前記各開口は、前記エンド・リングの第１の側から前記エンド・リングの第２の側に前記エンド・リングを貫通して伸びており、
前記各溶接部は、前記積層とは反対側の前記エンド・リングの前記第１の側にあるものである、
請求項１７に記載のロータ。
【請求項１９】
前記エンド・リングが前記積層に溶接されていない、請求項１６に記載のロータ。
【請求項２０】
前記エンド・リングと前記複数のロータ・バーの各ロータ・バーの端部分との間の各溶接部は、全体的にアルミニウム合金で形成されているものである、請求項１４に記載のロータ。
【請求項２１】
前記エンド・リングと前記複数のロータ・バーは全体的にアルミニウム合金で形成されているものである、請求項１４に記載のロータ。
【請求項２２】
請求項１４に記載のロータを含む電気機器。
【請求項２３】
請求項２２に記載の電気機器を含む極低温ポンプ・システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公表番号】特表２００８−５２２５８２（Ｐ２００８−５２２５８２Ａ）
【公表日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５４４５６４（Ｐ２００７−５４４５６４）
【出願日】平成１７年１２月２日（２００５．１２．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４３７２９
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０６０７１３
【国際公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【出願人】（５００５１００１０）エマーソン エレクトリック カンパニー (73)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２日（２００５．１２．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４３７２９
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０６０７１３
【国際公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【出願人】（５００５１００１０）エマーソン エレクトリック カンパニー (73)
【Ｆターム（参考）】
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