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公開番号2025160117
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-22
出願番号2025047086
出願日2025-03-21
発明の名称電気機械のコイルの冷却
出願人ゼネラルエレクトリックレノバブレスエスパーニャ, エセ.エレ.
代理人個人,個人
主分類H02K 9/02 20060101AFI20251015BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】本開示は、コイルを含む電気発電機、及び風力タービンの発電機のコイル(例えば、直結ドライブ型風力タービンの固定子のコイル)を冷却するための方法に関する。
【解決手段】本開示は、コイル121、コイル121を含む電気機械(例えば、風力タービン発電機)、及び電気機械のコイル121を冷却するための方法、ならびにコイル121を巻く及び/又は電気的に絶縁するための方法に関する。電気機械は、ロータ及びステータを含んでいる。ロータ及びステータの少なくとも一方は、複数の歯及び複数のコイル121を含み、コイル121は、歯の周りに層状130、131に巻かれたストランドを含む。複数のコイル121のうちの少なくとも1つのコイルの第1の層131の第1の軸方向端部は、コイル121の第2の層131の第1の軸方向端部に対して軸方向にずれている。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
電気機械（１００）であって、
ロータ（１１０）、及び
ステータ（１２０）
を含み、
前記ロータ（１１０）及び前記ステータ（１２０）の少なくとも一方は、複数の歯（１１９）及び複数のコイル（１２１）を含み、前記コイル（１２１）は、歯（１１９）の周りに層状に（１３０、１３１）に巻かれた１つ又は複数のストランド（１５０）を含み、
前記コイル（１２１）は、第１の軸方向端部（１２３）と、中央部（１２４）と、第１の軸方向端部（１２３）とは反対側の第２の軸方向端部（１２５）とを含み、
前記コイル（１２１）の層（１３０、１３１）は、第１の軸方向端部と、中央部と、第１の軸方向端部とは反対側の第２の軸方向端部とを含み、
前記複数のコイル（１２１）のうちの少なくとも１つのコイルの第１の層（１３０）の第１の軸方向端部は、前記コイル（１２１）の第２の層（１３１）の第１の軸方向端部に対して軸方向にずれている（１１７）、電気機械。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記コイル（１２１）の第１の軸方向端部（１２３）は、前記コイル（１２１）の第２の軸方向端部（１２５）よりも、前記コイル（１２１）を冷却するための冷却流体を受け取るように構成された電気機械（１００）の入口部から離れている、請求項１に記載の電気機械。
【請求項３】
前記第１の層（１３０）及び前記第２の層（１３１）は、隣り合う層である、請求項１又は２に記載の電気機械。
【請求項４】
前記第１の層（１３０）は前記コイル（１２１）の外側の層であり、前記第１の層（１３０）の第１の軸方向端部は、前記第２の層（１３１）の第１の軸方向端部よりも前記軸方向（１４２）に延びていない、請求項３に記載の電気機械。
【請求項５】
前記コイル（１２１）の第１の層（１３０）の第１の軸方向端部と前記コイル（１２１）の第２の層（１３１）の第１の軸方向端部との間に軸方向ギャップ（１１８）を含む、請求項３又は４に記載の電気機械。
【請求項６】
前記軸方向ギャップ（１１８）に配置され、前記軸方向ギャップ（１１８）に対して少なくとも部分的に橋渡しをする支持インサート（１４５）を更に含む、請求項５に記載の電気機械。
【請求項７】
前記支持インサート（１４５）は、前記コイル（１２１）の対応する歯（１１９）の軸方向突出部（１４７）に直接的又は間接的に接続されている、請求項６に記載の電気機械。
【請求項８】
前記コイル（１２１）において、前記支持インサート（１４５）を含む第１の軸方向端部（１２３）は、前記軸方向突出部（１４７）に結合されている（１４６）、請求項７に記載の電気機械。
【請求項９】
前記コイル（１２１）の第１の軸方向端部（１２３）において、前記層（１３０、１３１）の軸方向端部の軸方向位置が、最上層から最下層まで交互に変化する、請求項１～８のうちのいずれか一項に記載の電気機械。
【請求項１０】
前記コイル（１２１）の第１の軸方向端部（１２３）において、前記層（１３０、１３１）の軸方向端部の軸方向位置が、最上層から中央領域に向かうにつれて増加していき、前記中央領域から最下層に向かうにつれて減少していく、請求項１～８のうちのいずれか一項に記載の電気機械。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、コイルを含む電気機械及び電気機械のコイルを冷却する方法に関する。より詳細には、本開示は、コイルを含む電気発電機、及び風力タービンの発電機のコイル（例えば、直結ドライブ型風力タービンの固定子のコイル）を冷却するための方法に関する。本開示は、更に、コイル、及びコイルに巻き付ける及び／又はコイルを電気的に絶縁する方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
電気機械（モータや発電機など）は、一般にロータ構造及びステータ構造を含んでいる。大型の発電機は、例えば、電気的に励磁される発電機又は永久磁石で励磁される発電機（ＰＭＧ）である。電気機械のロータはステータに対して回転する。ロータが内側構造で、ステータが外側構造とすることができる。この場合、ステータは、ロータを、例えば半径方向に取り囲む。あるいは、逆の構成、すなわち、ロータがステータを例えば半径方向に取り囲む構成であってもよい。
【０００３】
このような発電機は、例えば風力タービンに使用することができる。風力タービンは、一般に、ロータハブと複数のブレードとを有するロータを含んでいる。ロータは、ブレードへの風の影響を受けて回転する。ロータシャフトが回転すると、発電機のロータが直接に駆動される（「直結ドライブ式」）、又はギアボックスを使用して駆動される。
【０００４】
直結ドライブ型風力タービン発電機は、例えば直径６メートル～１０メートル（２３６インチ～３９４インチ）、長さ２メートル～３メートル（７９インチ～１１８インチ）とすることができ、例えば２ｒｐｍ～２０ｒｐｍ（毎分回転数）の範囲の低速で回転することができる。あるいは、発電機は、発電機の回転速度を例えば５０ｒｐｍ～５００ｒｐｍの間の回転速度、又はそれよりも速い回転速度に増加させるギアボックスに結合することもできる。
【０００５】
電気機械（直結ドライブ方式の風力タービンの発電機など）では、一般に冷却が重要である。特に、発電機の電磁要素又は「アクティブ」要素は、例えば、永久磁石やロータのコイル及びステータのコイルを加熱する恐れがある。コイルの温度が上昇すると、コイルの故障につながり、発電機の効率を低下させる恐れがある。コイル温度は、発電機の公称出力を実質的に制限する恐れがある、すなわち、実際には、発電機によって生成される電力量は、最大許容温度しきい値によって制限される恐れがある。
【０００６】
アクティブ要素の温度を下げるため、ロータのコイルとアクティブ要素を隔てるエアギャップに冷却流体（空気など）を流すことができる。冷却流体はアクティブ要素と接触し、アクティブ要素から熱を奪う。冷却流体がエアギャップに向かって流れてエアギャップから離れるように冷却流体を導く冷却システムを備え、したがって、発電機のアクティブ要素から熱を除去することができる。実際には、一般に、コイルの加熱は永久磁石の加熱よりも非常に重大なことである。
【０００７】
風力タービンの運転中、アクティブ要素の加熱は必ずしも均一ではない。例えば、コイルは、コイルの軸方向端部（具体的には、冷却流体入口部から遠く、冷却流体出口部に近い軸方向端部）が更に加熱される場合がある。複数の入口部から発電機の軸方向に沿ってエアギャップに空気を供給し、発電機から複数の出口部を通じて空気を除去することが知られている。この場合、冷却空気がエアギャップを軸方向に通過する際に加熱されるため、コイルの入口に近い軸方向端部は、コイルの出口に近い軸方向端部よりも冷却される。
【０００８】
冷却空気がコイルの出口に近い軸方向端部に到達したときに冷却空気の温度が上昇していることに加えて、冷却空気は、これらの軸方向端部におけるコイルの曲率に追従しない恐れがある。すなわち、冷却空気とこれらのコイルの端部との間の接触（したがって、熱交換についても）あまり良好ではない恐れがある。また、１つ又は複数のコイル支持要素（歯（teeth）や、任意で他の追加要素（コイルは追加要素の周りに配置される）など）は、一般にコイルの冷却には役に立たない。
【０００９】
本開示は、電気機械のコイルの冷却を改善することを目的とする。
【発明の概要】
【００１０】
本開示の一態様では、電気機械が提供される。電気機械は、ロータ及びステータを含んでいる。前記ロータ及び前記ステータの少なくとも一方は、複数の歯及び複数のコイルを含み、前記コイルは、歯の周りに層状に巻かれた１つ又は複数のストランドを含んでいる。前記コイルは、第１の軸方向端部と、中央部と、第１の軸方向端部とは反対側の第２の軸方向端部とを含んでいる。前記コイルの層は、第１の軸方向端部と、中央部と、第１の軸方向端部とは反対側の第２の軸方向端部とを含んでいる。前記複数のコイルのうちの少なくとも１つのコイルの第１の層の第１の軸方向端部は、前記コイルの第２の層の第１の軸方向端部に対して軸方向にずれている。
（【００１１】以降は省略されています）

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