РОТОР ДЛЯ РЕАКТИВНОЙ МАШИНЫ Российский патент 2019 года по МПК H02K1/24 H02K15/02 H02K19/20 

Изобретение касается ротора для реактивной машины, а также способа его изготовления.

У реактивных машин известным образом статором (неподвижной частью) создается переменное магнитное поле, которым, по существу за счет реактивной силы, приводится в движение ротор (вращающуюся часть). При этом как ротор, так и статор имеют обычно пакеты из шихтованных в осевом направлении листов, которые изолированы друг от друга односторонними слоями лака. Листы состоят из материала, имеющего высокую магнитную проницаемость, напр., электротехнической листовой стали. Каждый лист структурирован и имеет некоторое количество вырезов, которые служат для того, чтобы влиять на прохождение магнитного поля. Вырезы можно считать не проводящими поток или не проводящими магнитный поток областями, в то время как листы являются проводящими поток или проводящими магнитный поток областями. Технологически данные листы штампуются. Ротор имеет, как правило, четыре или восемь полюсов. Эти и друге технологические ограничения получаются, в т.ч., из необходимости штамповать листы. Весь пакет листов может свариваться в осевом направлении. При известных обстоятельствах ротор может также иметь короткозамкнутую клетку.

В то время, как применение штампованных листов обеспечивает возможность испытанного и относительно недорогого изготовления ротора, машина при этом очень тяжелая. Это связано, прежде всего, с тем, что ротор, наряду с электромагнитными свойствами, должен также иметь определенные механические свойства. Так, части ротора, в зависимости от частоты вращения, могут находиться под действием значительных центробежных сил. Так как при этом в случае штампованных листов также всегда надо принимать во внимание структурную целостность ротора, проводящие поток области и не проводящие поток области должны иметь некоторый минимальный размер. Для улучшения стабилизации часто также необходимо оставлять между проводящими поток областями (напр., радиально проходящие) перемычки. Однако это приводит к нежелательным потокам рассеяния, который уменьшают эффективность машины.

По этой причине задача изобретения заключается в том, чтобы улучшить вес и эффективность реактивной машины, в частности синхронной реактивной машины. Задача решается с помощью ротора по п.1 формулы изобретения, а также с помощью способа изготовления по п.8 формулы изобретения.

Изобретением предоставляется ротор для реактивной машины, имеющий расположенные, чередуясь, в осевом направлении проводящие слои и изоляционные слои. Проводящие слои и изоляционные слои могут чередоваться друг с другом, т.е. между двумя проводящими слоями расположено по изоляционному слою. При этом отдельные слои расположены в осевом направлении, которое соответствует оси вращения ротора. Предпочтительно слои являются плоскими и распространяются перпендикулярно осевому направлению. Следует заметить, что при чередующемся расположении проводящих и изоляционных слоев возможен также случай, когда два или несколько проводящих слоев расположены в ряд друг за другом без нахождения между ними изоляционного слоя.

Проводящие слои имеют проводящие магнитный поток проводящие области. «Проводящие магнитный поток» здесь и далее обозначает высокую магнитную проницаемость μr, которая составляет по меньшей мере 10, предпочтительно по меньшей мере 100. При необх. проницаемость может также иметь порядок величины 103-105. При этом, в частности, могут применяться магнитномягкие или, соответственно, ферромагнитные проводящие магнитный поток материалы. Проводящие слои имеют также не проводящие магнитный поток изоляционные области. Изоляционные области могут быть по меньшей мере частично образованы выемками, которые при эксплуатации обычно наполнены воздухом.

Изоляционные слои являются электроизолирующими, т.е. они состоят из одного или нескольких материалов, которые могут классифицироваться как электрические изоляторы или, соответственно, непроводники, то есть, напр., имеют электрическую проводимость 10-8 См/м или меньше. Предпочтительно они являются, кроме того, не проводящими магнитный поток, т.е. они имеют везде низкую магнитную проницаемость. «Не проводящие магнитный поток» здесь и далее означает низкую магнитную проницаемость, которая, напр., может составлять меньше 5 или меньше 2. Часто проницаемость составляет около 1.

В соответствии с изобретением ротор по меньшей мере частично изготовлен по аддитивной технологии. При этом термин «аддитивная технология» (англ. Additive Manufacturing, AM) или же «генеративная технология» служит сборным термином для технологических способов, при которых трехмерная форма строится последовательно либо из бесформенной массы, такой как жидкость или порошок, либо при необх. из материала нейтральной формы, такого как полоса или проволока. Эти технологические способы можно по меньшей мере частично назвать также способами трехмерной печати. При этом могут находить применение самые разные способы, при необх. также в комбинации. Могут, в т.ч., находить применение способы порошковой печати, такие как селективное лазерное спекание (англ. Selektive Laser Sintering; SLS), селективное лазерное плавление (англ. Selektive Laser Melting; SLM) или электронно-лучевое плавление (англ. Electron Beam Melting; EBM). Но наряду с этим возможны также способы свободного пространства, такие как моделирование послойным наплавлением (англ. Fused Deposition Molding (FDM)) или холодное газодинамическое напыление (англ. Gas Dynamic Cold Spray; CDCS) или способы жидких материалов, такие как литьевое формирование материала (англ. Liquid Composite Moulding (LCM)). Приведенный выше список должен пониматься как пример, не исчерпывающий или каким-либо образом не ограничивающий.

Вполне возможно комбинировать друг с другом различные технологические способы. Также, напр., при применении технологического способа для эффективного изготовления структур различного размера могут применяться различного размера форсунки или тому подобное.

При применении таких способов аддитивной технологии, во-первых, можно изготавливать почти любые трехмерные формы, которые не могут или только с несоразмерно большими издержками могут изготавливаться традиционными способами деформирования, разделения и соединения. В частности, не существует почти никаких ограничений с точки зрения размера создаваемых структур. Во всех случаях они заданы диаметром лазерного луча или электронного луча, который применяется для плавления, или диаметром потока частиц, выпускаемого из форсунки. Также таким образом могут практически как угодно соединяться друг с другом проводящие магнитный поток и не проводящие магнитный поток материалы (при необх. с применением промежуточного слоя). Так как технологические ограничения способа штамповки отсутствуют, вес ротора может заметно уменьшаться. В частности, как еще поясняется ниже, структуры, которые в уровне техники получаются из электротехнической листовой стали сравнительно тяжелыми, могут также получаться из изолирующих и сравнительно легких материалов. Наряду с преимуществом веса, которое, разумеется, вследствие более низкого момента инерции у ротора также повышает эффективность реактивной машины, при целенаправленном применении изолирующих материалов или, соответственно, удалении или утонении определенных структур из проводящих материалов могут уменьшаться влияния рассеяния, что, в свою очередь, положительно сказывается на эффективности.

В то время как пакеты листов в уровне техники нормальным образом для обеспечения необходимой связности должны свариваться или скрепляться скобами, у предлагаемого изобретением ротора можно при необх. обойтись без этого, так как его части в ходе аддитивной технологии уже могут соединяться друг с другом посредством материала и/или с геометрическим замыканием. Однако можно также, так сказать, дополнительно к этому, предусмотреть другое соединение с помощью сварки, скрепления скобами или тому подобного.

Как правило, проводящие слои не везде состоят из проводящего магнитный поток материала. В соответствии с изобретением по меньшей мере один проводящий слой имеет по меньшей мере одну не проводящую магнитный поток изоляционную область, которая по меньшей мере частично расположена между проводящими областями. Такая изоляционная область может быть, к тому же, электроизолирующей. В частности, проводящий слой может иметь несколько изоляционных областей, которые расположены каждая по меньшей мере частично между проводящими слоями. Функция изоляционных областей заключается в том, чтобы влиять на образование магнитного потока в проводящих слоях. Изоляционные области могут быть также по меньшей мере частично образованы выемками, которые в состоянии эксплуатации наполнены воздухом. Предпочтительно проводящие слои и изоляционные слои расположены в осевом направлении, следуя друг за другом, и изоляционные области и проводящие области расположены в проводящем слое радиально и/или тангенциально, следуя друг за другом.

По меньшей мере одна изоляционная область имеет изготовленную по аддитивной технологии изолирующую перемычку слоя из не проводящего магнитный поток материала, который соединяет две проводящие области.

Предпочтительно такая изолирующая перемычка слоя является также электроизолирующей. При этом наименование «изолирующая перемычка слоя» означает, что она распространяется в проводящем слое между двумя проводящими областями. Изолирующая перемычка слоя создается способом аддитивной технологии, что открывает самые различные возможности с точки зрения ее размеров и геометрии. Разумеется, между двумя проводящими областями могут быть также расположены и соединять их несколько изолирующих перемычек слоя. Каждая изолирующая перемычка механически соединяет соседние проводящие области и тем самым улучшает механическую прочность ротора. Одновременно такая изготовленная из не проводящего магнитный поток материала перемычка приводит к отсутствию нежелательных влияний рассеяния, как это происходит у соединительных перемычек, полученных из листа, в уровне техники. Кроме того, многие не проводящие магнитный поток материалы отличаются более низкой плотностью, чем, напр., электротехническая листовая сталь, так что вес, а также момент инерции ротора могут уменьшаться по сравнению с уровнем техники. Этому способствует также то, что перемычка технологически обусловленным образом не должна быть выполнена толще, чем это обязательно необходимо для механической прочности.

С точки зрения геометрии существуют, как уже упомянуто, самые различные возможности исполнения. Так, напр., изолирующая перемычка слоя может проходить перпендикулярно или наискосок к направлению прохождения соседних проводящих областей. Когда соседние проводящие области проходят, напр., тангенциально, то изолирующая перемычка может проходить радиально или же наискосок к радиальному, а также к тангенциальному направлению. Помимо этого, возможно, чтобы изолирующая перемычка слоя имела изменяющееся поперечное сечение. Напр., в областях соединения с проводящими областями она может иметь большее поперечное сечение, чтобы сделать возможной лучшую привязку, в то время как в промежуточном среднем участке она имеет меньшее поперечное сечение. Изолирующая перемычка может быть также изогнутой и/или согнутой под углом. Кроме того, изолирующая перемычка может быть прерывающейся, или две изолирующие перемычки могут пересекаться, напр., X-образно или V-образно. Протяженность изолирующей перемычки слоя поперек направления прохождения проводящего слоя может быть равна протяженности проводящих областей, которые она соединяет, но также быть больше или меньше.

Так как с помощью аддитивной технологии можно присоединять друг к другу проводящие области и изоляционные области практически любой геометрии, можно, в частности, обойтись без какого-либо непосредственного соединения между проводящими областями. При этом предпочтительно две проводящие области полностью разделены лежащей между ними изоляционной областью. Это может, в частности, относиться к нескольким из проводящих областей или даже ко всем проводящим областям. Механически две такие проводящие области соединены друг с другом каждая не проводящим магнитный поток материалом, напр., в виде одного или нескольких изолирующих перемычек слоя.

В то время как у ротора в уровне техники, который состоит из наслоенных друг на друга листов, имеющих расположенные между ними слои лака, листы, с одной стороны, а также слои лака, с другой стороны, нормальным образом выполнены каждый с одинаковой толщиной, у предлагаемого изобретением ротора толщины слоев могут варьироваться почти как угодно. При этом ротор может иметь проводящие слои и/или изоляционные слои, по меньшей мере на отдельных участках имеющие различную осевую протяженность. Это значит, по меньшей мере два проводящих слоя на отдельных участках могут иметь различную осевую протяженность, то есть быть различной толщины. Это включает в себя возможность, когда осевая протяженность по меньшей мере одного проводящего слоя на отдельных участках изменяется. Соответственно по меньшей мере два изоляционных слоя по меньшей мере на отдельных участках могут иметь различную осевую протяженность. Такое варьирование толщины слоя может, напр., осуществляться по механическим причинам или с целью влияния на образование магнитного потока.

По одному из вариантов осуществления изоляционный слой имеет по меньшей мере одну изготовленную по аддитивной технологии промежуточную изолирующую перемычку из электроизолирующего материала, которая соединяет два проводящих слоя. Такая промежуточная изолирующая перемычка распространяется между двумя проводящими слоями, то есть в осевом направлении. При этом вполне возможно, чтобы протяженность названной изолирующей перемычки в направлении прохождения проводящих слоев была больше, чем ее протяженность поперек к направлению их прохождения (то есть чтобы перемычка была более толстой, чем длинной). Функция такой промежуточной изолирующей перемычки заключается в механическом соединении названных двух проводящих слоев, при этом также должно соблюдаться предусмотренное расстояние между двумя проводящими слоями. Одновременно проводящие слои по меньшей мере в области воздушного зазора реактивной машины должны быть электроизолированы друг от друга для уменьшения вихревых токов. Предпочтительно такая промежуточная изолирующая перемычка является, кроме того, не проводящей магнитный поток. В то время как в уровне техники аналогичная функция нормальным образом выполняется имеющимися между листами слоями лака, которые распространяются по всей поверхности листа, по аддитивной технологии одна или несколько промежуточных изолирующих перемычек могут изготавливаться с экономией материала так, чтобы этого было достаточно для механического соединения соседних проводящих слоев, но одновременно вес и вместе с тем момент инерции ротора оставались по возможности низкими.

Опционально промежуточная изолирующая перемычка может распространяться от одного проводящего слоя по меньшей мере до второго следующего проводящего слоя. Нормальным образом, но не обязательно, такая изолирующая перемычка соединена также с лежащим между ними, то есть расположенным рядом проводящим слоем. При этом возможно, чтобы три или больше проводящих слоев, при необх. даже все проводящие слои ротора были соединены друг с другом такой изолирующей перемычкой. Разумеется, могут иметься несколько везде выполненных таким образом изолирующих перемычек. И здесь благодаря высокой гибкости способа аддитивной технологии почти не существует ограничений.

В принципе, изоляция проводящих областей друг относительно друга, так же, как и изоляция проводящих слоев друг относительно друга может осуществляться исключительно с помощью аддитивно изготовленных промежуточных изолирующих перемычек или, соответственно, изолирующих перемычек слоя (а также с помощью воздуха). Однако возможно также, чтобы дополнительно или альтернативно наносился изолирующий лак в жидком виде, который затем затвердевает. Такой изолирующий лак может, напр., наноситься между двумя шагами аддитивной технологии или же после всей аддитивной технологии.

Также может широко варьироваться геометрия промежуточных изолирующих перемычек. Так, напр., промежуточная изолирующая перемычка может проходить перпендикулярно или наискосок к направлению прохождения проводящих слоев. Также промежуточная изолирующая перемычка может иметь изменяющееся поперечное сечение. Напр., в областях соединения с проводящими слоями она может иметь большее поперечное сечение, чтобы сделать возможной лучшую привязку, в то время как в промежуточном среднем участке она имеет меньшее поперечное сечение. Изолирующая перемычка может быть также изогнутой и/или согнутой под углом. Кроме того, изолирующая перемычка может быть прерывающейся, или две изолирующие перемычки могут пересекаться, напр., X-образно или V-образно. В т.ч., геометрия промежуточной изолирующей перемычки, а также изолирующих перемычек слоев может также влиять на режим механических колебаний ротора, так что при необх. может пресекаться нежелательное шумообразование.

Хотя здесь промежуточные изолирующие перемычки и изолирующие перемычки слоев терминологически различаются, возможно, чтобы промежуточная изолирующая перемычка и изолирующая перемычка слоя переходили друг в друга или, соответственно, чтобы изолирующая перемычка слоя могла считаться как промежуточной изолирующей перемычкой, так и изолирующей перемычкой слоя.

Ротор может иметь по меньшей мере два различных проводящих магнитный поток материала. В частности, под этим подразумевается, что различные материалы пространственно разделены, то есть не смешаны друг с другом. Названные материалы могут комбинироваться в одном проводящем слое, при необх. даже в одной проводящей области. Эта опция, которая при изготовлении из листов практически исключена, может без затруднений реализовываться по аддитивной технологии, при этом различные материалы наносятся друг за другом, напр., слоями или полосами. Но наряду с этим могут также применяться различные материалы в различных проводящих слоях. Эти различные материалы могут, например, различаться своей проницаемостью, посредством чего можно влиять на образование магнитного потока, или своей плотностью или жесткостью, посредством чего можно влиять на механические свойства. Как выбор материала, так и осевая толщина проводящего или изоляционного слоя может быть также связана с тем, возникают ли в данном месте усиленным образом вихревые токи. Если это не так, может, например, применяться более дешевый материал в комбинации с большей осевой толщиной слоя.

Могут применяться не только твердые проводящие магнитный поток материалы, но и, напр., также ферромагнитные жидкости. По одному из вариантов осуществления по меньшей мере один проводящий слой имеет по меньшей мере одну полость, которая содержит ферромагнитную жидкость. При этом речь может идти о множестве пор, в которых помещена ферромагнитная жидкость. В этом способе изготовления стенка полости может также изготавливаться способом аддитивной технологии, при этом ферромагнитная жидкость вводится прежде, чем закрывается эта полость. Окружающий ферромагнитную жидкость материал может представлять собой, со своей стороны, напр., ферромагнитный материал. Возможно, чтобы такая ферромагнитная жидкость применялась в одной проводящей области, в то время как в другой проводящей области того же проводящего слоя применяется жесткий проводящий материал. Альтернативно также во всем проводящем слое все проводящие области могут содержать ферромагнитную жидкость.

По одному из вариантов осуществления по меньшей мере один проводящий слой имеет магнитно анизотропный материал. Такой материал имеет предпочтительное направление намагничивания что может использоваться для настройки магнитного сопротивления в определенных частях ротора в зависимости от направления. Для этого, напр., магнитно анизотропный материал при нанесении в ходе процесса аддитивной технологии может, так сказать, ориентироваться магнитным полем, которое, напр., может быть создано вблизи форсунки или аналогичного устройства, так что эта ориентация по окончании процесса изготовления сохраняется.

Также существуют различные возможности с точки зрения не проводящих магнитный поток или, соответственно, электроизолирующих материалов. Так, ротор может иметь по меньшей мере два различных не проводящих магнитные поток материала и/или два различных электроизолирующих материала. Выбор данного материала может, напр., зависеть от необходимой механической прочности в данной области. Так, с учетом возникающих центробежных сил при высоких частотах вращения, вероятно, в радиально наружной области должен использоваться более прочный материал, в то время как во внутренней области для уменьшения веса может применяться менее прочный материал. В отдельных областях может также выбираться определенный материал, с помощью которого оптимизируется теплоперенос к воздушному зазору реактивной машины, к торцевым сторонам ротора и/или к валу. Также путем выбора материала могут подавляться нежелательные колебания в роторе.

Поверхность ротора, в частности, при ожидаемых высоких частотах вращения может быть адаптирована к тому, чтобы по возможности не создавать слышимый воздушный шум. Это может достигаться либо путем выполнения как можно более гладкой поверхности, либо путем надлежащего профилирования поверхности. Если для этого необходимо расположить изолирующие перемычки в радиально наружной области, при необх. можно обеспечить достаточную прочность за счет их толщины или их материала.

Вал ротора может изготавливаться отдельно от проводящего магнитный поток элемента этого вала, при этом могут находить применение разные технологические способы. Напр., он может изготавливаться путем экструзии, при этом создается полый профиль вала. Вал может по меньшей мере частично состоять из вспененного материала, вследствие чего его вес и его момент инерции тоже могут уменьшаться. Предпочтительно вал ротора изготовлен по аддитивной технологии. При этом в ходе процесса аддитивной технологии он может создаваться раньше, одновременно или после проводящих слоев и изоляционных слоев ротора, так что они могут строиться непосредственно на валу или, соответственно, наоборот, и таким образом создаваться соединение посредством материала. В ходе такого способа аддитивной технологии могут также, разумеется, создаваться полости различного вида, которые разделены перемычками или стенками камер.

Предлагаемый изобретением ротор может также иметь короткозамкнутую клетку или, соответственно, демпферную клетку. Она служит, во-первых, для асинхронного пуска, а во-вторых, также для механического демпфирования возможных колебаний ротора. Части клетки могут быть изготовлены предварительно и при процессе аддитивной технологии позиционироваться предварительно, так чтобы аддитивная технология осуществлялась, так сказать, «вокруг них». Альтернативно сама клетка может изготавливаться вместе с другими частями ротора по аддитивной технологии. Наконец, можно предусмотреть клетку в роторе впоследствии.

Чтобы сделать возможным эффективный теплоперенос, ротор может также иметь по меньшей мере одно вентиляционное отверстие. К такому вентиляционному отверстию присоединяется вентиляционный канал, который ведет от поверхности внутрь ротора. В то время как при пакетной конструкции по уровню техники вообще трудно предусмотреть такие вентиляционные каналы и, в частности, их прохождение имеет сильные ограничения, при аддитивной технологии может реализовываться почти какая угодно геометрия вентиляционного канала, а также вентиляционного отверстия. Вентиляционный канал может на отдельных участках проходить через проводящие области и/или изоляционные области.

Изобретением предоставляется также способ изготовления ротора реактивной машины. Ротор имеет расположенные, чередуясь, в осевом направлении проводящие слои и изоляционные слои, при этом проводящие слои имеют проводящие магнитный поток проводящие области, а изоляционные слои являются электроизолирующими. В соответствии с изобретением ротор по меньшей мере частично изготавливается по аддитивной технологии. Названные термины уже пояснялись в связи с предлагаемым изобретением ротором. Предпочтительные варианты осуществления предлагаемого изобретением способа соответствуют вышеназванным вариантам осуществления предлагаемого изобретением ротора.

Процесс построения ротора или, соответственно, его частей, которые изготавливаются по аддитивной технологии, может осуществляться различным образом. Так, напр., могут друг за другом строиться отдельные уровни, которые распространяются в радиальном и тангенциальном направлении. Это значит, сначала окончательно изготавливается один уровень, и после этого построение продолжается в осевом направлении присоединяющимся там следующим уровнем. При этом построение отдельных уровней может осуществляться радиально изнутри или снаружи, или, напр., когда уровень создается построчно в соответствии с декартовой системой координат. Альтернативно построение могло бы, например, осуществляться радиально изнутри наружу, при этом сначала строится радиально внутренняя часть по всей осевой протяженности ротора. Тогда в следующую очередь строился бы радиально присоединяющийся снаружи слой и т.д. При этом изготовление, ход изготовления принципиально независим от прохождения проводящих слоев и изоляционных слоев.

Другие подробности и преимущества изобретения содержатся в последующем подробном описании возможных вариантов осуществления изобретения с помощью прилагаемых фигур. При этом показано:

фиг.1: схематичное изображение сечения реактивной машины, имеющей ротор по первому варианту осуществления изобретения;

фиг.2: изображение сечения ротора реактивной машины с фиг.1;

фиг.2A: увеличенное местное изображение фиг.2;

фиг.3: другое изображение продольного сечения ротора с фиг.2;

фиг.4: изображение сечения ротора, а также статора по второму варианту осуществления;

фиг.5: изображение сечения ротора по третьему варианту осуществления;

фиг.5A: увеличенное местное изображение фиг.5; а также

фиг.6: изображение сечения ротора по четвертому варианту осуществления.

На фиг.1 показано схематизированное изображение сечения реактивной машины 1. Она имеет корпус 2, имеющий торцевые подшипниковые щиты 3, на которых с помощью подшипников 4 с возможностью оперт вал 18 ротора 10. При этом ротор 10 обладает возможностью вращения вокруг оси вращения, проходящей в осевом направлении A. Радиально снаружи ротор 10 окружен статором 30, который расположен стационарно относительно корпуса 2. С обеих сторон от статора расположены изображенные здесь сильно схематизированным образом лобовые части 5 обмотки, которые соединены не изображенными здесь соединениями с источником тока. Как обозначено на фигурах, как ротор 10, так и статор 30 имеют ряд следующих друг за другом в осевом направлении A проводящих слоев 11, 31, которые по меньшей мере частично являются проводящими магнитный поток и между которыми расположены электрически не проводящие изоляционные слои 15, 35. При этом ротор 10 изготовлен по аддитивной технологии. Статор 30 может быть изготовлен традиционным образом, при этом проводящие слои 31 образуются из электротехнической стали, а изоляционные слои 35 изолирующими слоями. Опционально статор 30 также может изготавливаться по аддитивной технологии.

На фиг.2 показано изображение сечения ротора 10 реактивной машины 1 с фиг.1, при этом в целях наглядности вал 18 не показан. При этом сечение проходит через проводящий слой 11, который, с одной стороны, включает в себя проводящие магнитный поток проводящие области 12, а с другой стороны, расположенные между ними не проводящие магнитный поток изоляционные области 13. Как можно видеть на фигуре, проводящие области 12 не касаются друг друга, а полностью отделены друг от друга изоляционными областями 13. Это возможно по существу благодаря тому, что в ходе способа аддитивной технологии отдельные области 12, 13 могут последовательно пристраиваться друг к другу, поэтому не нужно предусматривать проводящие поток перемычки между расположенными рядом проводящими областями 12. Вместо этого там могут быть предусмотрены изолирующие перемычки 14a-14f слоев из не проводящего магнитный поток материала, которые, например, показаны в увеличенном изображении на фиг.2A. На фигуре обозначены ось d, которая обозначает главное магнитное предпочтительное направление, а также проходящая под углом 45° к ней ось q.

Фиг.2A представляет собой увеличенный местный вид фиг.2. Во-первых, при этом видны различные изолирующие перемычки 14a-14f слоев, которые проходят каждая в проводящем слое 11 и соединяют друг с другом две расположенным рядом проводящие области 12. При этом разнообразное различное исполнение показанных изолирующих перемычек 14a-14f слоев должен пониматься только в качестве примера и служит для иллюстрации разных опций. Нормальным образом в роторе 10 не комбинировались бы друг с другом так много различных форм изолирующих перемычек. Можно видеть, напр., простую изолирующую перемычку 14a, которая проходит поперек направления прохождения соседних проводящих областей 12 и имеет постоянное поперечное сечение. Рядом с ней показана другая изолирующая перемычка 14b, которая имеет изменяющееся поперечное сечение и расширяется в направлении соседних проводящих областей 12. Кроме того, показана X-образная изолирующая перемычка 14c, а также S-образно искривленная изолирующая перемычка 14d. Также видны по существу прямые изолирующие перемычки 14e, 14f, которые, однако, ориентированы наискосок к направлению прохождения проводящих областей 12. В одной из проводящих областей 12 показаны ряд выемок 12.1, которые наполнены ферромагнитной жидкостью. В ходе процесса изготовления выемки 12.1 могут сначала строиться настолько, чтобы могла заливаться ферромагнитная жидкость, и затем полностью закрываться.

На фиг.3 показано изображение продольного сечения части ротора 10 с фиг.2, при этом плоскость сечения соответствует плоскости сечения на фиг.1 и при этом проходит в радиально-осевом направлении. Видны, в свою очередь, четыре проводящих слоя 11, 11a, а также расположенные между ними изоляционные слои 15, 15a. И здесь, как и на фиг.2A, в чисто иллюстративных целях показаны очень различные структуры. Видны, во-первых, несколько изолирующих перемычек 14g-14j слоев, а также, во-вторых, несколько промежуточных изолирующих перемычек 17a-17e, которые соединяют друг с другом разные проводящие слои 11, 11a. В то время как изолирующая перемычка 14h слоя имеет поперек направления распространения проводящих слоев 11, 11a ту же протяженность, что и соседние проводящие области 12, которые она соединяет, три другие изолирующие перемычки 14g, 14i, 14j имеют меньшую протяженность. Две из этих изолирующих перемычек 14g, 14i проходят, к тому же, наискосок к направлению распространения проводящего слоя 11.

Промежуточные изолирующие перемычки 17a-17e представляют собой, вл-первых, такие изолирующие перемычки 17a, 17b, которые распространяются каждая только от одного проводящего слоя 11 к следующему проводящему слою 11, а во-вторых, изолирующие перемычки 17c-17e, которые распространяются, помимо этого, до второго следующего проводящего слоя 11. Некоторые изолирующие перемычки 17a, 17e проходят параллельно осевому направлению A, в то время как другие изолирующие перемычки 17b, 17c, 17d проходят наискосок к осевому направлению A. Две из проходящих до второго следующего проводящего слоя 11 изолирующих перемычек 17c, 17d соединены также с промежуточным проводящим слоем 11, в то время как другая изолирующая перемычка 17e пересекает выемку промежуточного проводящего слоя 11 и не соединена с ним.

Проводящий слой 11a имеет в осевом направлении увеличенную на отдельных участках протяженность, вследствие чего два соседних изоляционных слоя 15a на отдельных участках имеют меньшую осевую протяженность, чем третий изображенный изоляционный слой 15. Это следует понимать чисто в качестве примера и было бы, напр., возможно также, чтобы проводящий слой 11a имел везде большую или же меньшую осевую протяженность, чем другие проводящие слои 11.

Очевидно, что показанные здесь комплексные структуры могут создаваться именно способом аддитивной технологии, и не могут или, соответственно, только с трудом могут реализовываться традиционными методами, напр., шихтовкой электротехническое листовой стали. При изготовлении показанных на фиг.2A и 3 структур можно, напр., применять по меньшей мере два различных устройства (напр., форсунки или тому подобное), при этом с помощью одного устройства наносятся проводящие области 12, а с помощью другого устройства различные изолирующие перемычки 14a-14i, 17a-17e. Одной из возможностей при этом является, что постепенно строятся отдельные проводящие слои 11, 11a и изоляционные слои 15, 15a, при этом всегда поочередно наносится проводящий магнитный поток материал проводящих областей 12 и (если необходимо) не проводящий магнитный поток материал изолирующих перемычек 14a-14i, 17a-17e.

На фиг.4 показано изображение второго варианта осуществления ротора 20, а также статора 60. При этом, в свою очередь, показано сечение поперек осевого направления A, имеющее проводящий слой 61 статора 60, а также проводящий слой 21 ротора 20. Проводящий слой 61 статора имеет множество расположенных по кругу выемок 63 с расположенными между ними перемычками 62. При этом перемычки 62 образованы из проводящего магнитный поток материала. Проводящий слой 61 может при необх. состоять из штампованного листа, или он может быть изготовлен способом аддитивной технологии, вследствие чего при необх. могут реализовываться более тонкие структуры. Проводящий слой 21 ротора 20 включает в себя разные проводящие области 22, а также расположенные между ними изоляционные области 23. В некоторых изоляционных областях 23 расположены изолирующие перемычки 24a, 24b слоя, которые были построены в ходе аддитивной технологии из не проводящего магнитный поток материала. Наряду с этим видны также ряд тонких проводящих перемычек 26a, 26b, которые в способе аддитивной технологии могут выполняться особенно тонкими.

На фиг.5 показан третий вариант осуществления ротора 40, при этом, в свою очередь, изображен только один проводящий слой 41. И здесь, в свою очередь, видны проводящие области 42, а также расположенные между ними изоляционные области 43. Изоляционные области 43 могут быть полностью наполнены воздухом, или на отдельных участках могут имеется изолирующие перемычки слоев, которые здесь, однако, не изображены. Помимо этого, проводящие области 42 частично соединены проводящими перемычками 46, которые распространяются поперек направления прохождения данных проводящих областей 42. Проводящие области 42, а также проводящие перемычки 46 были изготовлены способом аддитивной технологии из двух различных проводящих магнитный поток материалов. Как изображено на фиг.5A, которая представляет увеличенный местный вид фиг.5, как проводящие области 42, так и проводящие перемычки преимущественно состоят из первого проводящего магнитный поток материала, в который, однако, внедрены полосы 45 второго проводящего магнитный поток материала. Полосы 45 выполнены продолговатыми, при этом направление B их прохождения в проводящих областях 42 проходит под углом 90° к направлению C прохождения в проводящих перемычках 46. Альтернативно полосы 45 могут также представлять собой выемки, которые наполнены воздухом. В том и другом случае благодаря наличию полос как в проводящих областях 42, так и в проводящих перемычках 46 можно влиять на магнитный поток, так сказать, с помощью «тонкой структуры». Альтернативно или дополнительно было бы также возможно, чтобы использовался по меньшей мере один магнитно анизотропный материал, предпочтительное направление которого установлено различно в проводящих областях и в проводящих перемычках.

Также в радиально наружной части изоляционных областей 43 расположены стержни 47 короткозамкнутой клетки. Они могут либо строиться в ходе аддитивной технологии из надлежащего материала, либо они могут позиционироваться предварительно, в то время как ротор 40 в аддитивной технологии строится вокруг них. Однако стержни 47 являются опциональными и могут также отсутствовать у показанного ротора 40.

На фиг.6 показан четвертый вариант осуществления ротора 50, при этом и здесь, в свою очередь, изображен проводящий слой 51. Речь идет здесь о варианте исполнения с фиг.2, имеющем, в принципе, соответственно выполненные проводящие области 52 и изоляционные области 53. Однако радиально снаружи к проводящим областям 52 присоединяются стержни 57 короткозамкнутой клетки, которые по поперечному сечению адаптированы к форме проводящих областей 52. В этом случае, разумеется, предпочтительно строить стержни 57 по аддитивной технологии, параллельно во времени проводящим областям 52 и изоляционным областям 53.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к ротору реактивной машины. Технический результат – улучшение массогабаритных характеристик синхронной реактивной машины. Ротор реактивной машины содержит расположенные, чередуясь в осевом направлении, проводящие слои и изоляционные слои. Проводящие слои имеют проводящие магнитный поток проводящие области, а изоляционные слои являются электроизолирующими. При этом ротор по меньшей мере частично изготовлен по аддитивной технологии. По меньшей мере один проводящий слой имеет по меньшей мере одну не проводящую магнитный поток изоляционную область, которая по меньшей мере частично расположена между проводящими областями. При этом по меньшей мере одна изоляционная область имеет изготовленную по аддитивной технологии изолирующую перемычку слоя из не проводящего магнитный поток материала, которая соединяет две проводящие области. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Ротор (10, 20, 40, 50) для реактивной машины (1), имеющий расположенные, чередуясь в осевом направлении (A), проводящие слои (11, 11a, 21, 41, 51) и изоляционные слои (15, 15a), при этом проводящие слои (11, 11a, 21, 41, 51) имеют проводящие магнитный поток проводящие области (12, 22, 42, 52), а изоляционные слои (15, 15a) являются электроизолирующими, отличающийся тем, что ротор (10, 20, 40, 50) по меньшей мере частично изготовлен по аддитивной технологии, при этом по меньшей мере один проводящий слой (11, 11a, 21, 41, 51) имеет по меньшей мере одну не проводящую магнитный поток изоляционную область (13, 23, 43, 53), которая по меньшей мере частично расположена между проводящими областями (12, 22, 42, 52), при этом по меньшей мере одна изоляционная область (13, 23, 43, 53) имеет изготовленную по аддитивной технологии изолирующую перемычку (14a-14i, 24a, 24b) слоя из не проводящего магнитный поток материала, которая соединяет две проводящие области (12, 22, 42, 52).

2. Ротор по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере две проводящие области (12, 22, 42, 52) полностью разделены лежащей между ними изоляционной областью (13, 23, 43, 53).

3. Ротор по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что проводящие слои (11, 11a, 21, 41, 51) и/или изоляционные слои (15, 15a), по меньшей мере, на отдельных участках имеют различную осевую протяженность.

4. Ротор по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что по меньшей мере один изоляционный слой (15, 15a) имеет по меньшей мере одну изготовленную по аддитивной технологии промежуточную изолирующую перемычку (17a-17e) из электроизолирующего материала, которая соединяет два проводящих слоя (11, 11a, 21, 41, 51).

5. Ротор по п.4, отличающийся тем, что промежуточная изолирующая перемычка (17a-17e) распространяется от одного проводящего слоя (11, 11a, 21, 41, 51) по меньшей мере до второго следующего проводящего слоя (11, 11a, 21, 41, 51).

6. Ротор по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что он включает в себя по меньшей мере два различных проводящих магнитный поток материала.

7. Ротор по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что по меньшей мере один проводящий слой (11, 11a, 21, 41, 51) включает в себя магнитно анизотропный материал.

8. Способ изготовления ротора (10, 20, 40, 50) для реактивной машины (1), имеющего расположенные, чередуясь в осевом направлении (A), проводящие слои (11, 11a, 21, 41, 51) и изоляционные слои (15, 15a), при этом проводящие слои (11, 11a, 21, 41, 51) имеют проводящие магнитный поток проводящие области (12, 22, 42, 52), а изоляционные слои (15, 15a) являются электроизолирующими, при этом по меньшей мере один проводящий слой (11, 11a, 21, 41, 51) имеет по меньшей мере одну не проводящую магнитный поток изоляционную область (13, 23, 43, 53), которая по меньшей мере частично расположена между проводящими областями (12, 22, 42, 52), отличающийся тем, что ротор (10, 20, 40, 50) по меньшей мере частично изготавливается по аддитивной технологии, при этом по меньшей мере одна изоляционная область (13, 23, 43, 53) имеет изготовленную по аддитивной технологии изолирующую перемычку (14a-14i, 24a, 24b) слоя из не проводящего магнитный поток материала, которая соединяет две проводящие области (12, 22, 42, 52).

9. Способ изготовления по п.8, отличающийся тем, что изготавливается ротор (10, 20, 40, 50) послойной в осевом направлении конструкции, при этом проводящие слои (11, 11a, 21, 41, 51) и изоляционные слои (15, 15a) образуются перпендикулярно оси ротора, при этом слои, имеющие проводящие поток области, чередуются с областями, блокирующими поток.

10. Способ изготовления по п.8 или 9, отличающийся тем, что изготавливается ротор (10, 20, 40, 50) радиальной конструкции, при этом проводники потока и барьеры потока образуются параллельно оси ротора, при этом слои, имеющие проводящие поток области, чередуются с областями, блокирующими поток.

11. Способ изготовления по одному из пп.9, 10, отличающийся тем, что вал (18) по меньшей мере частично изготавливается по аддитивной технологии.