JPH02502152A - 最小の軸方向長さを有するブラシなし発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ハの　　　　　　　　　ブーシを 光」し列上」Ｌ 本発明は、磁石発電機、励磁機及び主発電機を相互接続したブラシなし発電機に 関し、特に、軸方向長さが最小にされた前述の型のブラシなし発電機に関するも のである。

几」１凶ｊＬ量− ブラシなし発電機は、通常、磁石発電機、励磁機及び主発電機から形成される６ 代表的には、発電機回転子により担持される永久磁石界磁から成りかつ磁石発電 機出力巻線に電気エネルギを誘導する磁石発電機により、比較的な低レベルの電 力が発生される。この巻線からの電力は整流され、そして励磁機の固定界磁巻線 に供給される前に既知の制御パラメータにゆだねられる。励磁機はまた回転子に より担持される出力巻線をも含み、該出力巻線が、励磁機界磁巻線により発生さ れる磁界内で回転するとき励磁機出力巻線に電気エネルギが誘導される。

その電流は交流であり、非典型的ではなく、三相交流である。

とにかく、結果的に生じる電気エネルギは、回転子に担持されかつそれと一緒に 回転する整流器により整流され１次に、主発電機の主界磁巻線に供給される。主 界磁巻線はもちろん回転子に担持され、直流でもって付勢されるとき、かつ回転 されるとき、回転磁界を提供し、該回転磁界は、次に、固定の主電機子出力巻線 に交流を誘導する。このようにして発電された電力は、固定の主電機子出力巻線 から使用の点まで持って行かれ得、全システムは、ブラシの存在を全く必要とせ ず動作することが分かる。

これらのシステムは、必ずしもそうではないがほとんどの場合、航空機の電力発 生において適応されるという、意図された目的に対して非常に良く働く０発電機 は航空機エンジンに機械的に結合される。ジェット・エンジンの場合においては 、その結合はエンジン自身と同じカウリング内に収容された発電システムを有す るエンジン歯車箱に対して為される。

もちろん航空機の適用においては、重量を最小にすることが望ましい、比較的長 い軸方向長さを有するブラシなし発電機の場合には、かかる発電機が典型的には 発電機の一端だけでエンジン歯車箱に装着されるので、かかる発電機は比較的大 きい、いわゆるオーバーハング・モーメント（ｏｖｅｒｈｕｎｇ″−ｏｍｅｎｔ ）の存在に帰結する。このような発電機を支持するために、歯車箱は、より少な いオーバーハング・モーメントを有する発電機に対する場合よりも比例的に強固 に作られなければならない、そしてその補強のためにはほとんどの場合追加の望 ましくない重量の存在を必要とする。加うるに、航空機への応用は、空気力学的 な考慮に対して厳密な注意を払うことが必要とされる。これらの考慮は、空間が 非常に高価であるかそうでなければ空気力学的に不利と感じられ得る領域に、航 空機の構成要素の配置を指令し得る。

本発明は、上述の問題の１つもしくは２つ以上を克服することに向けられている 。

１１匹」ｉ 本発明の主な目的は、新規かつ改良されたブラシなし発電機を提供することであ る。特に、本発明の目的は比較的短い軸方向長さを有するかがる発電機を提供す ることである。

本発明の典型的な実施例は、磁石発を機、励磁機及び主発電機と共に、ブラシな し発電機を限定するようそれら要素を結合する手段を含んだブラシなし発電機に おいて、上述の目的を達成する。

本発明によれば、磁石発電機及び励磁機は、主発電機の一端に近接して隣接して おり、磁石発電機及び励磁機の一方は、その他方の半径方向外方に配置される。

好適な実施例において、半径方向内方の要素は磁石発電機であり、励磁機及び磁 石発電機の双方は、全体として発ｔｍの回転軸に対して横断している面内で概し て同面である。

特に、本発明は、回転子受容開口、ａ磁機界磁及び磁石発電機出力を有する固定 電気子を有したブラシなし発電機を提供する６回転子は、固定子の開口内で軸線 の回りに回転するよう軸支され、そして主界磁巻線と、励磁機出力巻線と、磁石 発電機界磁と共に主界磁巻線及び励磁機出力巻線を相互接続する回転整流器と、 を含む、励磁機界磁巻線は励磁機出力巻線と動作的に関連され、そして磁石発電 機巻線は、磁石発電機界磁と動作的に関連される。記されたように、これらの要 素は、軸線を横断する面内で概して同面であり、そして主界磁巻線と軸方向に間 を置かれて隣接している。

本発明の好適な実施例によれば、整流器は主界磁巻線と概して同面であり、そし てその半径方向内方に位置する。

好適な実施例において、発電機の回転子は主シヤフトと二次シャフトから成り、 そして二次シャフトは中空であって主シヤフト上に装着され、そこがち半径方向 外方に間を置かれている。励磁機出力巻線及び磁石発電機界磁の一方は、二次シ ャフトの内部表面上に担持され、例示機出力巻線及び磁石発電機界磁の他方は、 二次のシャフトの外部上に担持される。

大いに好適な実施例において、主シヤフトと、励磁機出力巻線及び磁石発電機界 磁の一方と、の間には環状のスペースがあり、そして固定子の部分は、該環状の スペース内に延びる。

本発明の一実施例は、環状スペースに隣接して位置する回転子のための軸受を含 む、固定子の部分は、発電機に取り外し可能に取付けられ、そして取り外し可能 な軸受保持器として働くよう軸受と係合してそれを位置付ける。

本発明のこの実施例において、軸受は外レースを含み、固定子部分は、半径方向 に支持するよう外レースと係合し、それにより軸受保持と同様にその作用を提供 する。

本発明によれば、二次シャフトは磁気物質から形成され、磁石発電機の界磁のた めの磁気回路の部分を形成する。

本発明のもう１つの面によれば、回転子へのかつ整流器を通る高圧冷却材流路を 創設するための手段がさらに設けられている。該流路は回転子内の低圧領域にお いて漏れを受ける。整流器と、励磁機出力及び主界磁巻線の少なくとも１つとの 間の接続は、信頼性を高めるために低圧領域内に位置する。

他の目的及び長所は、添付図面と関連して為される以下の詳細説明から明瞭とな るであろう。

１１悲Ｌｉ 第１図は、本発明によって為されるブラシなし発電機の典型的な実施例を示す断 面図、 第２図は、軸受保持器の構造を示す部分拡大区、である。

−の−口 第１図には、本発明により構成されたブラシなし発電機の模範的な実施例が示さ れており、そして開口端１４を閉じるための端部キャップ１２が設けられ得る概 してベル形状のハウジング１０を含んで示されている。開口端１４は、フランジ １６によって取り囲まれ、それによって、発電機は、適切な駆動、例えば、通常 の駆動に装着され得る。

ハウジング１０は、その−側に複数個の端子１８を装備している（１つだけが図 示されている）、概して２０で示された接続装置は、端子１８からハウジング１ ０の内部に、主発電機電機子２４の出力巻線２２まで延びており、該主発電機電 機子２４の出力巻線２２はハウジング１０内に適切に固定的に装着されている。

電機子２４は、次に、発ｔｍの固定子の部分を構成する。

を機子２４は、概して２８で示された回転子が軸線３０の回りで回転するよう軸 支される中央開口２６を含んでいる。特に、端部キャップ１２は開口３２を含ん でおり、該開口は、次に管状の主シヤフト３８の一端３６を軸支するための軸受 もしくはベアリング３４を装備している。

駆動伝動装置４０は、端部３６の内側内でスプラインが付けられ、そして回転動 力源（図示せず）に結合されるよう意図されている 主シヤフト３８は、主界磁巻線と関連した強磁体４２を装備しており、その主界 磁巻線の端部ターン４４が示されている。良く知られているように、発電機の運 転中、主界磁巻線を通して直流を流が流れ、そしてその結果生じる回転磁界は、 主発電機電機子１！２２に電気を誘導し、該電気は巻線２２から用いられる点ま で端子１８への接続によって運ばれ得る。

前述したように、主シヤフト３８は中空であり、そしてその内部には、概して４ ６で示された回転整流器組立体がある。整流器組立体４６は三相全波整流器であ って良く、概して１９８６年１２月９日丁ｒｏｓｅｉｎｓｋｉに発行された共有 の米国特許第４，６２８，２１９号明細書の教示に従って組立てられ、その米国 特許明細書の詳細を参照によりここに組み込む、　Ｔｒｏｓｃｉｎｓｋｉの特許 から明白であるように、整流器組立体４８は、本質的にはハウジング４８内に密 閉される。２つの電気リーｙ５０（その１つだけが示されている）は、ハウジン グ４８の一端の外に端子５２まで延びる。導体５４は端子５２及び主界磁巻線を 相互接続する。

ハウジング４８の反対側の端部には、端子５８で終結する３つの外部に延びる導 体５６があり、該端子５８は、総括的に６４で示された励磁機の出力巻ｔｉ６２ に導体６０によって結合される。

再び回転整流器組立体に戻ると、該組立体の一端は、輸送管６８を介してハウジ ング１０の加圧冷却材通路７０と流体伝達する冷却材通路６６を含んでいる。高 圧力の冷却材、代表的には油は、ポンプ（図示せず）から通路７０に流入され、 そして通常の構造であって良い輸送管６８によって回転子２８まで輸送される。

いまだ高圧下の油は、輸送管６８から通路６６を介し、整流器組立体４６の電気 要素が収容された該組立体の内部室７２に通され、該組立体を冷却する。油は、 通路７４を介し・て室７２を出て、次に第２の輸送管７６と流体伝達し、それに よって、油は所望に応じ、例えば低速駆動のようなもう１つのシステム要素に向 けられるか、または油溜めに向けられ得る。

整流器ハウジング４８はまた、主シヤフト３８の内側及びハウジング４８間の細 長く延ばされた環状の空間８０に対して開けられた一連の開ロア８をも含んでい る。

空間８０とは、半径方向に向けられた複数個のノズル８２が流体伝達しており、 該ノズルは、主界磁巻線の端部ターン４４に向けられて、それらに冷却材を散布 してそれらを冷却し、そして主界磁及び端部ターン４４を通過した後、主電機子 の端部ターン２２を冷却する。

この接続において、導体５０及び５６並びに関連の端子５２及び５８は、整流器 ４６を通る高圧流体の流路から分離される、ということが分かる。もちろん、高 圧流体流路から主シヤフト３８の両端の領域８２及び８４に、成る量の漏れがあ る。しかしながら、これらの領域は、比較的低圧力であり、そして端子５２及び ５８があるめはこれらの領域内である。このことは、次に主界磁巻線４４または 励磁機出力巻！ｉ６２の方向において冷却油通路からの望ましくない漏れを減じ るが、もしそうでなくて接続が高圧力領域で為されるならばこの望ましくない漏 れは生じるであろう、そしてこのことは次に、いわゆる“風”損の大きさを減じ る。

伝達装置４０とは反対の主シヤフト３８の端部には、参照数字８６が与えられて おり、そして概して９０で示された玉軸受の内レース８８によって係合される。

玉軸受９０はまた、外レース９２も含んでいる。

第１図から分かるように、主シヤフト３８の端部８６は、減じられた直径を有し 、そして二次シャフト９４を装備している。二次シャフト９４は、主シヤフトの 減じられた直径の端部８６に締まりばめされる半径方向内側区分９６と、概して 半径方向に延びるウェブ（添え板）９８と、半径方向外側区分１００とを含んで いる０区分１００は、ウェブ９６によって、減じられた直径端部８６から半径方 向外方に間隔を置かれ、結果として主発電機から離れて開いている環状のスペー ス１０２が形成される。

強磁体１０４は外側区分１００の外部表面１０６上にあり、そして励磁機出力巻 線６２を含んでいる０強磁体１０４と軸方向に整列し、かつちょうど半径方向外 方には、ハウジング１０上に励磁機界磁１０８が固定的に装着され、該励磁機界 磁１０８は、励磁機界磁巻ｔ１１１０を含み、かつ機械の固定子の部分を構成し ている。

外側区分１００の内部表面１１２上及び環状スペース１０２内には、永久磁石発 電機のための界磁を構成する一連の永久磁石１１４が装備されている。このこと に関して、外側区分１００、好ましくは全二次シャフト９４は、強磁物質から形 成され、次に当業者には分かるように、永久磁石１１４によって限定されるａ極 のための磁気回路の部分を形成する。

永久磁石１１４の配列内のちょうど半径方向で環状スペース１０２内には１強磁 体１１６及び関連の出力巻線１１８が配置されている。電気リード１２０が、巻 線１１８からハウジング１０上に装着された接続器１２２に延びており、同様に 、リード１２４が励磁機界磁巻線１１０から延びている。接続器１２２への適切 な接続によって、磁石発電機の出力巻！１１８に誘導された電気エネルギを用い た所望の制御パラメータに従って励磁機界磁巻線１１０を付勢するために、通常 の調整装置が用いられる。

環状の取付は素子１２６は、強磁体１１６を取付けるために環状のスペース１０ ２内に延びる。第１図及び第２図に示されるように、伝達装置４０から離れた側 の環状の取付は素子１２６の端部は、内側の周辺みぞ１２８を含んでいる。みぞ １２８は段１３０を区画し、該段１３０は、ジャーナル軸受９０の外レース９２ に当接し、他方、みぞ１２８の内部直径は、外レースの半径方向外周の回りにみ ぞ１２８を係合させることによって、ジャーナル軸受９０の外レース９２を半径 方向に支持する。

環状の取付は素子１２６は、開口１３２を通されるねじ締め具（図示せず）によ るような方法で、ハウジング１０の内部で内方に向けられた突出部またはリング １３１に取外し可能に装着される。

従って、機械の固定子の部分として強磁体１１６及び関連の磁石発ｔｍの出力巻 ！１ｌ１８を装着することに加えて、環状の取付は素子１２６は、ジャーナル軸 受９０のための取外し可能な軸受保持器として働き、そして同様にジャーナル軸 受９０に対する半径方向支持を提供する。

前述のことから、本発明の励磁機及び磁石発電機の双方は、概して同一平面にあ り、かつ主発ｑ＆機の一側に近接して隣接し、励磁機及び磁石発電機の一方は、 他方の半径方向外側に位置する。説明した実施例において、ブラシなし発電機の 標準の電力発生要求に対し、磁石発電機は励磁機より通常率さいので、磁石発電 機は、励磁機の半径方向内方にある。しかしながら、もし望まれるならば、それ らの位置は、逆にされても良い。

磁石発ｔｍ及び励磁機は、主発電機の一側に接近して隣接しつつ、機械の回転軸 を横断する面内で実質的に同一平面にあるので、従って、機械の軸方向長さは、 磁石発電機と励磁機のうちの最も短いものの軸方向長さに対応する距離だけ少な くとも短くされるということが分かる、これは、次に、オーバーハング・モーメ ント（ｏｖｅｒ−ｈｕｎｇ　ｍｏｍｅｎｔ）を減じるのを可能とし、このことは 、先に記したように望ましいことである。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）平成　１年　７月１０日

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）比較的短い軸方向長さで製造することのできるブラシなし発電機であって 、 回転子受容開口、励磁機界磁、及び磁石発電機出力電機子を有する固定子と、 前配開口内で軸線の回りに回転するよう軸支される回転子であって、 （ａ）主界磁巻線、 （ｂ）励磁機出力巻線、 （ｃ）前記主界磁巻線及び前記励磁機出力巻線を相互接続する回転整流器、及び （ｄ）磁石発電機界磁、 を含む前記回転子と、 を備え、前記励磁機界磁は、前記励磁機出力巻線と動作的に関連し、前記磁石発 電機出力電機子は、前記磁石発電機界磁と動作的に関連すると共に、前記軸線を 横断する面内で概して同面であり、かつ前記主界磁と軸方向に間を置いて隣接し ているブラシなし発電機。
2. （２）前記磁石発電機界磁及び前記電機子は、前記励磁機界磁及び出力巻線の半 径方向内方にある特許請求の範囲第１項記載のブラシなし発電機。
3. （３）前記整流器は前記主界磁と概して同面であり、かつその半径方向内方に位 置する特許請求の範囲第１項記載のブラシなし発電機。
4. （４）前記回転子は主シャフト及び二次シャフトから成り、前記二次シャフトは 中空で、前記主シャフト上に装着され、かつそこから半径方向外方に間を置かれ 、前記励磁機出力巻線及び前記磁石発電機界磁の一方は、前記二次シャフトの内 部表面上に担持され、前記励磁機出力巻線及び前記磁石発電機界磁の他方は、前 記二次シャフトの外部上に担持される特許請求の範囲第１項記載のブラシなし発 電機。
5. （５）前記主シャフトと、前記励磁機出力巻線及び前記磁石発電機界磁の前記一 方との間には環状のスペースがあり、前記固定子の部分は前記環状のスペースに 延びる特許請求の範囲第４項記載のブラシなし発電機。
6. （６）前記環状のスペースに隣接して位置する前記回転子のためのジャーナル軸 受をさらに含み、前記固定子の部分は前記発電機に取り外し可能に取り付けられ ると共に、前記玉軸受と係合してそれを位置付けて取り外し可能な軸受保持器と して働く特許請求の範囲第５項記載のブラシなし発電機。
7. （７）前記玉軸受は外レースを含み、前記固定子部分は、半径方向に支持するよ う前記外レースと係合する特許請求の範囲第５項記載のブラシなし発電機。
8. （８）前記二次シャフトは磁気材料から形成されて前記磁石発電機界磁のための 磁気回路の部分を形成する特許請求の範囲第４項記載のブラシなし発電機。
9. （９）前記永久礎石界磁は、前記二次シャフトの内部表面上に位置し、前記永久 磁石電機子はそれと整列している特許請求の範囲第８項記載のブラシなし発電機 。
10. （１０）前記磁石発電機出力電機子は、前記永久磁石界磁半径方向内方、かつ前 記主シャフトの半径方向外方にある特許請求の範囲第９項記載のブラシなし発電 機。
11. （１１）前記回転子に向かいかつ前記整流器を通る高圧冷却材流路を創設する手 段をさらに含み、該流路は、前記回転子内の少なくとも１つの低圧領域への漏れ を受け、そして前記整流器と、前記励磁機出力及び主界磁巻線の少なくとも１つ との間の接続は、前記低圧領域内にある特許訴求の範囲第１項記載のブラシなし 発電機。
12. （１２）比較的短い軸方向長さで製造することのできるブラシなし発電機であっ て、 回転子受容開口、励磁機界磁巻線、及び磁石発電機出力巻線を有する固定子と、 前記開口内で軸線の回りに回転するよう軸支され、かっ中空の主シャフト及び中 空の二次シャフトを含む回転子であって、前記二次シャフトは、前記主シャフト の回りでその半径方向外方に取付けられて前記主シャフトと前記二次シャフトと の間に間形を限定し、前記二次シャフトは前記主シャフトよりも短い軸方向長さ を有する前記回転子と、 を備え、前記回転子はさらに、前記二次シャフトに軸方向に隣接する主界磁巻線 と、前記二次シャフトに担持される励磁機出力巻線と、前記二次シャフトに担持 される永久磁石界磁と、前記主シャフトの内部に配置され、前記主界磁巻線及び 前記励磁機出力巻線を相互接続する回転整流器組立体とを含み、 前記励磁機界磁巻線及び前記磁石発電機出力巻線の一方は、前記励磁機出力巻線 及び前記永久磁石界磁の対応の１つと軸方向に整列して前記環状のスペース内に 配置され、前記励磁機界磁巻線及び前記磁石発電機出力巻線の他方は、前記励磁 機出力巻線及び前記永久磁石界磁の対応の１つの半径方向外方にそれと整列して 位置されるブラシなし発電機。
13. （１３）比較的短い軸方向長さで製造することのできるブラシなし発電機であっ て、 磁石発電機、励磁機、及び主発電機と、前記磁石発電機、前記励磁機及び前記主 発電機を動作的に相互接続してブラシなし発電機を提供する手段と、を備え、 前記磁石発電機及び前記励磁機の双方は、前記主発電機の一側に軸方向に密接に 隣接し、 前記励磁機及び前記磁石発電機の一方は、前記磁石発電機及び前記励磁機の他方 の半径方向外方でそれを取り囲んだ関係で位置されるブラシなし発電機。
14. （１４）前記磁石発電機は前記励磁機の半径方向内方にある特許請求の範囲第１ ３項記載のブラシなし発電機。