BR112018074051B1 - rotor para uma máquina de relutância, e, método de produção para um rotor - Google Patents

Abstract

A invenção se refere a um rotor (10, 20, 40, 50) para uma máquina de relutância (1), compreendendo camadascondutoras (11, 11a, 21, 41, 51) e camadas isolantes (15, 15a) arranjadas em alternância na direção axial (A), em que ascamadas condutoras (11, 11a, 21, 41, 51) têm regiões condutoras que conduzem fluxo magnético (12, 22, 42, 52) e as camadasisolantes (15, 15a) são eletricamente isolantes. De acordo com a invenção, a fim de reduzir o peso e melhorar a eficiência de umamáquina de relutância, o rotor (10, 20, 40, 50) é produzido pelo menos parcialmente por fabricação aditiva.

Description

[001] A invenção se refere a um rotor para uma máquina derelutância e a um método de produção correspondente.

[002] Em máquinas de relutância, um estator convencionalmentegera um campo magnético alternado por meio do qual um rotor é acionado, essencialmente em decorrência da força de relutância. Neste contexto, tanto o rotor e quanto o estator normalmente têm núcleos de laminações axialmente empilhadas que são isoladas uma da outra por camadas de esmalte em um lado. As laminações consistem de um material com alta permeabilidade magnética, por exemplo, chapa de aço elétrico. Cada laminação é estruturada em si e tem inúmeros recortes que são usados para influenciar o curso do campo magnético. Os recortes podem ser considerados como regiões que não guiam o fluxo ou não conduzem fluxo magnético, enquanto as laminações representam regiões que guiam o fluxo ou conduzem fluxo magnético. Com relação à produção, as respectivas laminações são estampadas. O rotor normalmente tem quatro ou oito terminais. Essas e outras limitações de fabricação são causadas INTER ALIA pela exigência de estampar as laminações. O núcleo laminado pode ser axialmente soldado como um todo. O rotor pode também ter um enrolamento tipo gaiola de esquilo em algumas circunstâncias.

[003] Embora o uso de laminações estampadas permita que o rotorseja produzido de uma maneira comprovada e relativamente econômica, a máquina é consequentemente muito pesada. Isto se dá basicamente em virtude de o rotor ter que possuir propriedades mecânicas específicas além de propriedades eletromagnéticas. Isto significa que partes do rotor podem ser submetidas a significantes forças centrífugas dependendo da velocidade rotacional. Uma vez que é, portanto, também sempre necessário considerar a integridade estrutural do rotor durante o uso de laminações estampadas, as regiões de guia de fluxo e as regiões que não guiam o fluxo têm que ter um tamanho mínimo. Para melhor estabilização, é frequentemente também necessário deixar nervuras (por exemplo, dispostas radialmente) entre as regiões de guia de fluxo. Entretanto, isto resulta em fluxos dispersos indesejados que reduzem a efetividade da máquina.

[004] Contra este fundo, o objetivo da invenção é reduzir o peso emelhorar a eficiência de uma máquina de relutância, em particular uma máquina de relutância síncrona. O objetivo é alcançado por um rotor de acordo com a reivindicação 1 e por um método de produção de acordo com a reivindicação 8.

[005] A invenção propõe um rotor para uma máquina de relutância,compreendendo camadas condutoras e camadas isolantes arranjadas em alternância na direção axial. As camadas condutoras e as camadas isolantes podem se alternar, isto é, uma camada isolante é arranjada entre duas camadas condutoras em cada caso. As camadas individuais neste contexto são arranjadas ao longo da direção axial, isto correspondendo ao eixo geométrico rotacional do rotor. As camadas são preferivelmente planas e se estendem perpendicularmente à direção axial. Deve-se notar que, como parte do arranjo alternado das camadas condutoras e isolantes, duas ou mais camadas condutoras podem ser consecutivamente dispostas sem ter uma camada isolante entre as mesmas.

[006] As camadas condutoras têm regiões condutoras que conduzemfluxo magnético. Aqui, e a seguir, “que conduz fluxo magnético” significa uma alta permeabilidade magnética μr de pelo menos 10 e preferivelmente pelo menos 100. Se aplicável, a permeabilidade pode também ser da ordem de 103 a 105. Em particular, materiais magnéticos macios ou ferromagnéticos que conduzem fluxo magnético podem ser usados neste contexto. As camadas condutoras também ter regiões isolantes que não conduzem fluxo magnético. As regiões isolantes podem ser formadas pelo menos parcialmente por lacunas, que são tipicamente preenchidas com ar em operação.

[007] As camadas isolantes são eletricamente isolantes, isto é, elasconsistem de um ou mais materiais que são categorizados como isolantes ou não condutores elétricos e, portanto, têm, por exemplo, uma condutividade elétrica de 10-8 S/m ou menos. Além disso, elas são preferivelmente não condutoras de fluxo magnético, isto é, elas têm uma permeabilidade magnética uniformemente baixa. Aqui, e a seguir, “não condutoras de fluxo magnético” significa uma baixa permeabilidade magnética, por exemplo, menos que 5 ou 2. A permeabilidade é frequentemente na região de 1.

[008] De acordo com a invenção, o rotor é produzido pelo menosparcialmente por fabricação aditiva. A expressão “fabricação aditiva” (AM) ou também “fabricação generativa” é usada neste contexto como um termo coletivo para métodos de fabricação nos quais um formato tridimensional é constituído sucessivamente, tanto a partir de uma massa disforme tal como um líquido ou um pó quanto, se aplicável, de um material de formato neutro tal como uma tira ou um fio. Pelo menos até certo ponto esses métodos de fabricação podem também ser referidos como métodos de impressão tridimensional. A variedade mais ampla de métodos pode ser usada neste contexto, e em combinação, se aplicável. INTER ALIA, métodos de leito em pó tais como Sinterização Laser Seletiva (SLS), Fusão Laser Seletiva (SLM) ou Fusão por Feixe Eletrônico (EBM) podem ser usados. Entretanto, é também possível usar métodos de forma livre sólida tal como Moldagem Por Deposição Fundida (FDM) ou Pulverização a Frio Dinâmica de Gás (GDCS) ou métodos de material líquido tal como Soldagem de Compósito Líquido (LCM). A lista apresentada de exemplos não é exaustiva ou de maneira nenhuma restritiva.

[009] É especificamente possível combinar diferentes métodos defabricação aditiva entre si. É também possível durante utilização de um método de fabricação, por exemplo, empregar bocais, etc. de diferentes tamanhos a fim de produzir eficientemente estruturas de diferentes tamanhos.

[0010] Em decorrência do uso de tais métodos de fabricação aditiva, é primeiramente possível produzir praticamente qualquer formato tridimensional desejado, que não pode ser produzido ou que só pode ser produzido a um custo desproporcionalmente alto usando métodos de deformação, corte e união convencionais. Em particular, o tamanho das estruturas geradas é praticamente ilimitado. Limitações são predefinidas se necessário pelo diâmetro de um feixe laser ou um feixe eletrônico que é usado para fusão, ou pelo diâmetro de uma corrente de partículas que é emitida por um bocal. É também possível desta maneira unir entre si os materiais que conduzem fluxo magnético e que não conduzem fluxo magnético praticamente de qualquer maneira desejada (possivelmente usando uma camada intermediária). Uma vez que as limitações relacionadas ao processo do processo de estampagem não mais se aplicam, o peso do rotor pode ser significativamente reduzido. Em particular, como descrito a seguir, estruturas que eram relativamente difíceis de criar a partir de chapa de aço elétrico na técnica anterior podem ser feitas a partir de materiais isolantes que são relativamente leves. Além da vantagem do peso, que, quando se usa um rotor, naturalmente também aumenta a eficiência da máquina de relutância por causa do reduzido momento de inércia, o uso seletivo de materiais isolantes e/ou a omissão ou redução de espessura de estruturas específicas feitas de material condutor permite que fluxos dispersos sejam reduzidos, o que novamente tem um efeito positivo na eficiência.

[0011] Embora os núcleos laminados de acordo com a técnica anterior tenham que se normalmente soldados ou cintados a fim de garantir a coesão exigida, isto pode ser opcionalmente omitido no caso do rotor de acordo com a invenção, uma vez que suas partes já podem ser conectadas entre si pelo engate de material e/ou engate positivo durante o curso da fabricação aditiva. Entretanto, isto pode também ser suplementado até certo ponto provendo uma conexão adicional por soldagem, cintagem ou similar.

[0012] Como uma regra, as camadas condutoras não consistem inteiramente de material que conduz fluxo magnético. De acordo com a invenção, pelo menos uma camada condutora tem pelo menos uma região isolante que não conduz fluxo magnético, que é arranjada pelo menos parcialmente entre regiões condutoras. Uma região isolante como essa pode também ser eletricamente isolante. Em particular, uma camada condutora pode ter uma pluralidade de regiões isolantes, cada uma das quais é arranjada pelo menos parcialmente entre regiões condutoras. A função das regiões isolantes é influenciar a formação do fluxo magnético nas camadas condutoras. As regiões isolantes similarmente podem ser formadas pelo menos parcialmente por lacunas que são preenchidas com ar no estado operacional. As camadas condutoras e camadas isolantes são preferivelmente arranjadas para que sejam axialmente consecutivas e as regiões isolantes, e regiões condutoras em uma camada condutora para que sejam radialmente e/ou tangencialmente consecutivas.

[0013] Pelo menos uma região isolante tem uma nervura isolante na camada que é produzida por meio de fabricação aditiva a partir de material que não conduz fluxo magnético e que conecta duas regiões condutoras.

[0014] Uma nervura isolante na camada como essa é preferivelmente também eletricamente isolante. A designação “nervura isolante na camada” significa neste contexto que ela se estende entre duas regiões condutoras em uma camada condutora. A nervura isolante na camada é gerada por meio de um método de fabricação aditiva, que oferece a mais ampla faixa de possiblidades em relação a suas dimensões e geometria. É obviamente também possível que uma pluralidade de nervuras isolante na camada seja arranjada entre e conecte duas regiões condutoras. Cada nervura isolante conecta as regiões condutoras vizinhas mecanicamente e, portanto, melhora a estabilidade mecânica do rotor. Ao mesmo tempo, uma nervura de material como esta que não conduz fluxo magnético não causa nenhum fluxo disperso indesejado, que ocorre quando se usam nervuras de conexão feitas de chapa de aço tal como na técnica anterior. Além disso, muitos materiais que não conduzem fluxo magnético são caracterizados por uma menor espessura que, por exemplo, a chapa de aço elétrico, e, portanto, o peso e o momento de inércia do rotor podem ser reduzidos em comparação com a técnica anterior. Isto é adicionalmente assistido pelo fato de que, por causa da natureza da fabricação, a nervura não precisa ser concebida mais espessa do que é absolutamente necessário para a estabilidade mecânica.

[0015] Como aqui mencionado, a mais ampla variedade de opções de configurações é disponível com relação à geometria. Por exemplo, uma nervura isolante na camada pode ficar disposta perpendicularmente ou obliquamente em relação ao curso direcional das regiões condutoras vizinhas. Se as regiões condutoras vizinhas ficarem dispostas, por exemplo, tangencialmente, a nervura isolante pode ficar disposta radialmente ou também obliquamente em relação à direção radial ou à tangencial. Além disso, é possível que uma nervura isolante na camada tenha uma seção transversal variável. Por exemplo, ela pode ter uma maior seção transversal nas regiões de conexão nas regiões condutoras a fim de permitir melhor afixação, ainda tendo uma menor seção transversal em uma seção central intermediária. A nervura isolante pode também ser curva e/ou angulada. Além disso, a nervura isolante pode ser cortada ou duas nervuras isolantes podem se interceptar, por exemplo, no formato de um X ou V. A extensão de uma nervura isolante na camada transversalmente em relação ao curso direcional da camada condutora pode ser a mesma das regiões condutoras que ela conecta, mas pode também ser maior ou menor.

[0016] Uma vez que a fabricação aditiva permite que regiões condutoras e regiões isolantes sejam unidas entre si em praticamente qualquer geometria desejada, é possível em particular dispensar qualquer conexão direta entre regiões condutoras. Portanto, duas regiões condutoras são vantajosamente separadas por completo por uma região isolante que é situada entre as mesmas. Isto pode se aplicar em particular à pluralidade de regiões condutoras ou mesmo a todas as regiões condutoras. Duas tais regiões condutoras são mecanicamente conectadas entre si por material que não conduz fluxo magnético em cada caso, por exemplo, na forma de uma ou mais nervuras isolantes na camada.

[0017] Embora no caso de um rotor de acordo com a técnica anterior, que é constituído de laminações axialmente empilhadas com camadas de esmalte arranjadas entre as mesmas, ambas as laminações e as camadas de esmalte são normalmente cada qual assim concebidas de maneira que sejam de mesma espessura, as espessuras de camada no rotor de acordo com a invenção podem ser variadas praticamente sem restrição. Portanto, o rotor pode ter camadas condutoras e/ou camadas isolantes com espalhamento axial pelo menos seccionalmente diferente. Isto significa que pelo menos duas camadas condutoras podem ter espalhamento axial pelo menos seccionalmente diferente, isto é, uma espessura diferente. Isto inclui a possibilidade de que o espalhamento axial de pelo menos uma camada condutora varie seccionalmente. Correspondentemente, pelo menos duas camadas isolantes podem ter espalhamento axial pelo menos seccionalmente diferente. Uma variação como essa na espessura de camada pode ser escolhida por questão mecânica, por exemplo, ou a fim de influenciar a formação do fluxo magnético.

[0018] De acordo com uma modalidade, uma camada isolante tem pelo menos uma nervura isolante intermediária feita de material eletricamente isolante e produzida por fabricação aditiva, que conecta duas camadas condutoras. Uma nervura isolante intermediária como essa se estende entre duas camadas condutoras, isto é, na direção axial. Neste contexto, é inteiramente possível que o espalhamento da nervura isolante citada no curso direcional das camadas condutoras seja maior que seu espalhamento transversal em relação ao curso direcional das camadas condutoras (isto é, que a nervura seja mais espessa do que comprida). A função de uma nervura isolante intermediária como essa consiste na conexão mecânica das duas camadas condutoras citadas, em que uma separação prevista das duas camadas condutoras também tem que ser respeitada. Ao mesmo tempo, as camadas condutoras têm que ser eletricamente isoladas uma da outra, pelo menos na região da lacuna de ar da máquina de relutância, a fim de reduzir as correntes parasitas. Uma nervura isolante intermediária como essa é preferivelmente também não condutora de fluxo magnético. Embora uma função similar seja normalmente realizada na técnica anterior por camadas de esmalte que são presentes entre as laminações, que se estendem por toda a superfície da laminação, uma ou mais nervuras isolantes intermediárias podem ser produzidas de uma maneira com economia de material por meio da fabricação aditiva de uma maneira tal que esta seja suficiente para a conexão mecânica das camadas condutoras vizinhas, mas ao mesmo tempo o peso e consequentemente o momento de inércia do rotor é mantido ao mínimo possível.

[0019] Uma nervura isolante intermediária pode opcionalmente se estender de uma camada condutora pelo menos até a camada condutora seguinte, exceto uma. Normalmente, embora não necessariamente, uma nervura isolante como essa é também conectada à camada condutora intermediária, isto é, adjacente. É possível neste contexto que três ou mais camadas condutoras, opcionalmente até mesmo todas as camadas condutoras do rotor, sejam conectadas entre si por uma nervura isolante como essa. Certamente, uma pluralidade de nervuras isolantes deste projeto contínuo pode estar presente. Aqui, similarmente, algumas limitações existem por causa da alta flexibilidade dos métodos de fabricação aditiva.

[0020] O isolamento das regiões condutoras umas das outras, como o isolamento das camadas condutoras umas das outras, pode em princípio ser feito exclusivamente por meio de nervuras isolantes intermediárias aditivamente fabricadas ou nervuras isolantes na camada (e por ar). Entretanto, é também possível adicionalmente, ou alternativamente depositar um esmalte isolante na forma líquida que em seguida endurece. Um esmalte isolante como esse pode ser depositado, por exemplo, entre duas etapas de fabricação aditiva ou mediante término da fabricação aditiva geral.

[0021] A geometria das nervuras isolantes intermediárias pode também ser variada consideravelmente. Por exemplo, uma nervura isolante intermediária pode ficar disposta perpendicularmente ou obliquamente em relação ao curso direcional das camadas condutoras. Uma nervura isolante intermediária pode também ter uma seção transversal variável. Por exemplo, ela pode ter uma maior seção transversal nas regiões de conexão com as camadas condutoras, a fim de permitir melhor afixação, ao mesmo tempo tendo uma menor seção transversal em uma seção central intermediária. A nervura isolante pode também ser curva e/ou angulada. Além disso, a nervura isolante pode ser cortada ou duas nervuras isolantes podem se interceptar, por exemplo, no formato de um X ou V. As características oscilatórias mecânicas do rotor podem ser influenciadas INTER ALIA pela geometria das nervuras isolantes intermediárias e nervuras isolantes na camada, de maneira tal que o desenvolvimento de ruído indesejado pode ser impedido, se aplicável.

[0022] Embora diferentes termos sejam usados aqui para nervuras isolantes intermediárias e nervuras isolantes na camada, é possível que uma nervura isolante intermediária e uma nervura isolante na camada se fundam ou que uma nervura isolante seja considerada tanto como um isolamento intermediário quanto como uma nervura isolante na camada.

[0023] O rotor pode compreender pelo menos dois diferentes materiais que conduzem fluxo magnético. Em particular, isto significa que os diferentes materiais são fisicamente separados, isto é, não misturados entre si. Os materiais citados podem ser combinados em uma camada condutora e mesmo em uma região condutora, se aplicável. Esta opção, que é praticamente excluída durante fabricação a partir de chapas de aço, pode facilmente ser realizada quando se usa fabricação aditiva depositando os diferentes materiais sucessivamente, por exemplo, camada por camada ou tira por tira. Além disso, é também possível empregar diferentes materiais em diferentes camadas condutoras. Os diferentes materiais podem diferir em relação, por exemplo, à sua permeabilidade por meio da qual a formação do fluxo magnético pode ser influenciada, ou com relação à sua espessura ou rigidez por meio da qual as propriedades mecânicas podem ser influenciadas. Ambas as escolhas de material e a espessura axial de uma camada condutora ou camada isolante podem também depender se significantes correntes parasitas ocorrem no respectivo local. Se esse não for o caso, é possível usar, por exemplo, um material mais barato em combinação com uma maior espessura de camada axial.

[0024] É possível usar não somente materiais sólidos que conduzem fluxo magnético, mas também fluidos ferro-hidrodinâmicos, por exemplo. De acordo com uma modalidade, pelo menos uma camada condutora tem pelo menos um espaço vazio contendo um fluido ferro-hidrodinâmico. Neste tipo de configuração, o espaço vazio pode ser uma pluralidade de poros nos quais o fluido ferro-hidrodinâmico é contido. Como parte do processo de produção, a parede do espaço vazio pode também ser produzida em um método de fabricação aditiva, o fluido ferro-hidrodinâmico sendo introduzido no espaço vazio antes de ele ser vedado. O material que circunda o fluido ferro- hidrodinâmico pode por si ser um material ferromagnético, por exemplo. É possível usar um fluido ferro-hidrodinâmico como esse em uma região condutora, ainda usando um material condutor sólido em outra região de condutor da mesma camada condutora. Alternativamente, todas as regiões condutoras podem conter um fluido ferro-hidrodinâmico em toda a camada condutora.

[0025] De acordo com uma modalidade, pelo menos uma camada condutora compreende um material magneticamente anisotrópico. Um material como esse tem uma direção preferida para a magnetização, que pode ser usada para ajustar a resistência magnética em partes específicas do rotor em função da direção. Para isso, por exemplo, um material magneticamente anisotrópico pode ser até certo ponto alinhado durante deposição como parte do processo de fabricação, por meio de um campo magnético que pode ser desenvolvido nas proximidades de um bocal ou dispositivo similar, de maneira tal que este alinhamento seja preservado após o processo de fabricação ser completado.

[0026] A mais ampla variedade de possiblidades existe em relação aos materiais que não conduzem fluxo magnético ou eletricamente isolantes similarmente. O rotor pode, portanto, compreender pelo menos dois diferentes materiais que não conduzem fluxo magnético e/ou dois diferentes materiais eletricamente isolantes. A escolha do respectivo material pode depender da estabilidade mecânica exigida na respectiva região, por exemplo. Com relação às forças centrífugas a altas velocidades rotacionais, pode ser necessário empregar um material mais estável em uma região radialmente externa, enquanto um material menos estável pode ser usado em uma região interna a fim de reduzir o peso. Um material específico pode também ser escolhido regionalmente, o dito material provendo uma transferência ideal de calor para a lacuna de ar da máquina de relutância, as faces de extremidade do rotor e/ou do eixo. Oscilação indesejada dentro do rotor pode também ser suprimida pela escolha do material.

[0027] A superfície do rotor pode ser adaptada para gerar ao máximo possível no som audível levado no ar, particularmente se altas velocidades rotacionais forem antecipadas. Isto pode ser alcançado tanto por meio de um desenho de superfície que é o mais suave possível quanto perfilando a superfície de uma maneira adequada. Até o ponto que é necessário arranjar nervuras isolantes em uma região radialmente afastada para este propósito, estabilidade adequada pode ser garantida por meio de sua espessura ou seu material, se aplicável.

[0028] O eixo do rotor pode ser fabricado separadamente do elemento que conduz fluxo magnético do mesmo, vários métodos de fabricação sendo empregados. Ele pode ser produzido por meio de extrusão, por exemplo, um perfil vazio do eixo sendo gerado. O eixo pode consistir pelo menos parcialmente de metal expandido, por meio do que seu peso e momento de inércia podem ser similarmente reduzidos. Um eixo do rotor é preferivelmente produzido por fabricação aditiva. Neste contexto, durante o curso da fabricação aditiva, ele pode ser criado antes, ao mesmo tempo, ou após as camadas condutoras e camadas isolantes do rotor, de maneira tal que essas sejam constituídas diretamente no eixo, ou vice-versa, e engate de material é por meio disto produzido. Durante o curso de um método de fabricação aditiva como esse, é naturalmente possível gerar a mais ampla variedade de tipos de espaço vazios, que são separados uns dos outros por nervuras ou paredes de câmara.

[0029] Um rotor de acordo com a invenção pode também ter um enrolamento tipo gaiola de esquilo ou enrolamento de amortecedor tipo gaiola de esquilo. Isto permite tanto partida assíncrona quanto amortecimento mecânico de qualquer oscilação do rotor. Partes da gaiola podem ser pré- preparadas e pré-posicionadas para o processo de fabricação aditiva, de maneira tal que a fabricação aditiva ocorra “em torno das mesmas”, por assim dizer. Alternativamente, a própria gaiola pode ser produzida por fabricação aditiva com as outras partes do rotor. Finalmente, é possível prover a gaiola no rotor subsequentemente.

[0030] A fim de permitir remoção de calor eficiente, o rotor pode ter pelo menos uma abertura de ventilação. Afixado a uma abertura de ventilação como essa fica um canal de ventilação que vai da superfície ao interior do rotor. Embora seja no geral difícil prover tais canais de ventilação durante constituição de um núcleo de acordo com a técnica anterior, e o curso dos ditos canais em particular é estritamente limitado, praticamente qualquer geometria desejada de um canal de ventilação e de uma abertura de ventilação pode ser realizada quando se usa fabricação aditiva. O canal de ventilação pode ficar disposto seccionalmente através de regiões condutoras e/ou regiões isolantes.

[0031] A invenção propõe adicionalmente um método de produção para um rotor de uma máquina de relutância. O rotor compreende camadas condutoras e camadas isolantes arranjadas em alternância na direção axial, em que as camadas condutoras compreendem regiões condutoras que conduzem fluxo magnético e as camadas isolantes são eletricamente isolantes. De acordo com a invenção, o rotor é produzido pelo menos parcialmente por fabricação aditiva. Os termos citados são explicados acima com referência ao rotor de acordo com a invenção. Modalidades vantajosas do método inventivo correspondem às modalidades do rotor inventivo acima citado.

[0032] O processo de constituição do rotor e das partes do mesmo que são produzidas por fabricação aditiva pode ocorrer na mais ampla variedade de maneiras. Por exemplo, as camadas individuais que se estendem em uma direção radial e tangencial podem ser constituídas consecutivamente. Isto significa que um nível é completado primeiro e a constituição então progride na direção axial com o nível sucessivo seguinte na mesma. Como parte desta atividade, a constituição de um nível individual pode ocorrer do lado radialmente interno para fora, ou, por exemplo, criando o nível linha por linha de acordo com um sistema Cartesiano de coordenadas. Alternativamente, o processo poderia também ocorrer radialmente de dentro para fora, por exemplo, em que a parte radialmente interna é constituída primeiro ao longo de todo o espalhamento axial do rotor. A camada radialmente externa seguinte então seria constituída, etc. A sequência de fabricação é, portanto, essencialmente independente do esquema das camadas condutoras e camadas isolantes.

[0033] Detalhes e vantagens adicionais da invenção podem ser derivados da descrição detalhada seguinte das possíveis variantes de modalidades da invenção com referência às figuras anexas, em que:figura 1 mostra uma vista seccional esquemática de uma máquina de relutância com um rotor de acordo com uma primeira variante de modalidade da invenção;figura 2 mostra uma vista seccional de um rotor da máquina de relutância da Figura 1;figura 2A mostra uma vista em detalhe amplificada da Figura 2;figura 3 mostra uma vista seccional longitudinal adicional do rotor da Figura 2;figura 4 mostra uma vista seccional de um rotor e um estator de acordo com uma segunda variante de modalidade;figura 5 mostra uma vista seccional de um rotor de acordo com uma terceira variante de modalidade;figura 5A mostra uma vista em detalhe amplificada da Figura 5; efigura 6 mostra uma vista seccional de um rotor de acordo com uma quarta variante de modalidade.

[0034] A Figura 1 mostra uma vista seccional esquemática de uma máquina de relutância 1. Esta tem um alojamento 2 com blindagens de extremidade 3 nas quais um eixo 18 de um rotor 10 é rotacionalmente montado por meio de um mancal 4. O rotor 10 pode, portanto, girar em torno de um eixo geométrico de rotação que fica disposto na direção axial A. O rotor 10 é circundado radialmente por um estator 30 que é estacionário em relação ao alojamento 2. Enrolamentos de extremidade 5 aqui ilustrado de uma maneira altamente esquemática são arranjados em ambos os lados do estator 30 e são conectados a uma fonte de corrente por meio de conexões (não mostradas). Como indicado pela figura, tanto o rotor 10 quanto o estator 30 compreendem uma fileira de camadas condutoras 11, 31, arranjadas consecutivamente na direção axial A, que são pelo menos parcialmente condutoras de fluxo magnético e entre as quais são arranjadas camadas isolantes eletricamente não condutoras 15, 35. De acordo com a invenção, o rotor 10 é produzido por fabricação aditiva. O estator 30 pode ser produzido de uma maneira convencional, isto é, em que as camadas condutoras 31 são feitas de chapa de aço elétrico e as camadas isolantes 35 são camadas de esmalte isolante. É opcionalmente possível que estator 30 seja similarmente produzido por fabricação aditiva.

[0035] A Figura 2 mostra uma vista seccional do rotor 10 da máquina de relutância 1 da Figura 1, o eixo 18 sendo omitido por questão de clareza. A seção aqui fica disposta através de uma camada condutora 11 que compreende tanto regiões condutoras que conduzem fluxo magnético 12 quanto regiões isolantes que não conduzem fluxo magnético 13 arranjada entre elas. Pode-se ver pela figura que as regiões condutoras 12 não se tocam, mas são completamente separadas uma da outra pelas regiões isolantes 13. Isto é essencialmente possível em virtude de, durante o curso de um método de fabricação aditiva, as regiões individuais 12, 13 poderem ser constituídas sucessivamente, tornando desnecessário prover nervuras condutoras de fluxo entre regiões condutoras adjacentes 12. Nervuras isolantes na camada 14a-14f de material que não conduz fluxo magnético podem ser providas aqui em substituição, como mostrado a título de exemplo na ilustração amplificada na Figura 2A. Também marcados na figura são o eixo geométrico d que indica a direção magnética geral preferida e o eixo geométrico q que fica disposto em um ângulo de 45° em relação à mesma.

[0036] A Figura 2A mostra uma vista em detalhe amplificada da Figura 2. É possível aqui identificar diferentes nervuras isolantes na camada 14a-14f que ficam dispostas na camada condutora 11 em cada caso e conectam duas regiões condutoras adjacentes 12 uma à outra. As modalidades amplamente diferentes das nervuras isolantes na camada 14a-14f são destinadas exclusivamente como exemplos e são usadas para ilustrar várias opções. Assim muitos diferentes formatos de nervuras isolantes normalmente não seriam combinados em um rotor 10. É possível identificar, por exemplo, uma única nervura isolante 14a, que fica disposta transversalmente em relação ao curso direcional das regiões condutoras vizinhas 12 e tem uma seção transversal constante. Em seguida a isto está mostrada uma nervura isolante adicional 14b, que tem uma seção transversal variável e amplia em direção às regiões condutoras vizinhas 12. Também mostrada é uma nervura isolante em formato de X 14c e uma nervura isolante curva em formato de S 14d. É também possível identificar nervuras isolantes amplamente retas 14e, 14f que são, entretanto, obliquamente alinhadas em relação ao curso direcional das regiões condutoras 12. Uma série de lacunas 12.1 é mostrada em uma das regiões condutoras 12, e essas são preenchidas com um fluido ferro- hidrodinâmico. Durante o curso de um processo de fabricação, as lacunas 12.1 podem primeiramente ser constituídas até que o fluido ferro-hidrodinâmico possa ser introduzido, após o que elas são completamente vedadas.

[0037] A Figura 3 mostra uma vista seccional longitudinal de uma parte do rotor 10 da Figura 2, o plano seccional correspondendo ao da Figura 1 e, portanto, disposto radialmente e axialmente. É novamente possível identificar quatro camadas condutoras 11, 11a e camadas isolantes 15, 15a arranjadas entre as mesmas. Estruturas muito diferentes são novamente mostradas aqui meramente com propósitos ilustrativos como na Figura 2A. É possível identificar tanto uma pluralidade de nervuras isolantes na camada 14g-14j quanto uma pluralidade de nervuras isolantes intermediárias 17a-17e que conectam as várias camadas condutoras 11, 11a entre si. Embora uma nervura isolante na camada 14h tenha o mesmo espalhamento transversalmente em relação à orientação das camadas condutoras 11, 11a das regiões condutoras vizinhas 12 às quais ela conecta, três outras nervuras isolantes 14g, 14i, 14j têm um menor espalhamento. Duas dessas nervuras isolantes 14g, 14i também ficam dispostas obliquamente em relação à orientação da camada condutora 11.

[0038] As nervuras isolantes intermediárias 17a-17e incluem tanto essas nervuras isolantes 17a, 17b que se estendem apenas a partir de uma camada condutora 11 até a camada condutora seguinte 11 em cada caso, e as nervuras isolantes 17c-17e que se estendem adicionalmente até a camada condutora seguinte 11, exceto uma. Algumas nervuras isolantes 17a, 17e ficam dispostas paralelas à direção axial A enquanto outras nervuras isolantes 17b, 17c, 17d ficam dispostas obliquamente em relação à direção axial A. Duas das nervuras isolantes 17c, 17d que continuam até a camada condutora seguinte 11 exceto uma são também conectadas à camada condutora intermediária 11, enquanto uma nervura isolante adicional 17e passa através de uma lacuna na camada condutora intermediária 11 e não é conectada à mesma.

[0039] Uma camada condutora 11a tem um espalhamento ampliado seccionalmente na direção axial, em decorrência do que duas camadas isolantes vizinhas 15a têm um menor espalhamento axial seccional do que a terceira camada isolante 15 mostrada. Isto é destinado meramente como um exemplo, e seria também possível, por exemplo, que toda a camada condutora 11a tivesse um maior ou menor espalhamento axial do que as outras camadas condutoras 11.

[0040] É óbvio que, embora as estruturas complexas mostradas aqui possam ser criadas usando um método de fabricação aditiva, poderia ser difícil ou impossível realizá-las usando métodos convencionais, por exemplo, estratificação de chapas de aço elétrico. Durante a produção das estruturas mostradas na Figura 2A e Figura 3, é possível, por exemplo, usar pelo menos dois diferentes dispositivos (por exemplo, bocais ou similares), as regiões condutoras 12 sendo depositadas por um dispositivo e as diferentes nervuras isolantes 14a-14i, 17a-17e pelo outro dispositivo. Uma possibilidade aqui é que as camadas condutoras 11, 11a e camadas isolantes 15, 15a individuais sejam constituídas progressivamente, o material que conduz fluxo magnético das regiões condutoras 12 e (onde necessário) o material que não conduz fluxo magnético das nervuras isolantes 14a-14i, 17a-17e sendo depositados alternadamente em cada caso.

[0041] A Figura 4 mostra uma ilustração de uma segunda variante de modalidade de um rotor 20 e um estator 60. Mostrada novamente neste contexto é uma seção transversal em relação à direção axial A, incluindo uma camada condutora 61 do estator 60 e uma camada condutora 21 do rotor 20. A camada condutora 61 do estator tem uma pluralidade de lacunas 63 que são arranjadas em um círculo contínuo com nervuras 62 entre as mesmas. As nervuras 62 são feitas de material que conduz fluxo magnético aqui. A camada condutora 61 pode ser feita de chapa de aço estampada se aplicável ou pode ser produzida em um método de fabricação aditiva, por meio do que estruturas mais finas podem ser realizadas, se aplicável. A camada condutora 21 do rotor 20 compreende várias regiões condutoras 22 e regiões isolantes 23 que são arranjadas entre as mesmas. As nervuras isolantes na camada 24a, 24b são arranjadas em algumas regiões isolantes 23, tendo sido constituídas de um material que não conduz fluxo magnético durante o curso da fabricação aditiva. É também possível identificar inúmeras nervuras condutoras finas 26a, 26b, que podem ser assim concebidas de maneira a ser particularmente finas usando o método de fabricação aditiva.

[0042] A Figura 5 mostra uma terceira variante de modalidade de um rotor 40, somente uma camada condutora 41 sendo ilustrada novamente. É possível aqui similarmente identificar regiões condutoras 42 e regiões isolantes 43 arranjadas entre as mesmas. As regiões isolantes 43 podem ser completamente preenchidas com ar, ou nervuras isolantes na camada podem estar seccionalmente presentes, embora isto não esteja mostrado aqui. Além disso, as regiões condutoras 42 são parcialmente conectadas pelas nervuras condutoras 46 que se estendem transversalmente em relação ao curso direcional das respectivas regiões condutoras 42. As regiões condutoras 42 e as nervuras condutoras 46 foram produzidas de dois diferentes materiais que conduzem fluxo magnético em um método de fabricação aditiva. Como mostrado na Figura 5A, que representa uma vista em detalhe amplificada da Figura 5, ambas as regiões condutoras 42 e as nervuras condutoras consistem predominantemente de um primeiro material que conduz fluxo magnético, no qual tiras 45 de um segundo material que conduz fluxo magnético são, entretanto, embutidas. As tiras 45 são alongadas, seu curso direcional B nas regiões condutoras 42 dispostas em um ângulo de 90° em relação ao seu curso direcional C nas nervuras condutoras 46. Alternativamente, as tiras 45 podem também ser lacunas que são preenchidas com ar. Em ambos os casos, a presença das tiras possibilita influenciar o fluxo magnético em ambas as regiões condutoras 42 e nas nervuras condutoras 46 até certo ponto por meio de uma “estrutura fina”. Alternativamente, ou adicionalmente, é também concebível usar pelo menos um material magneticamente anisotrópico cuja direção preferida nas regiões condutoras e dentro das nervuras condutoras é configurada diferentemente.

[0043] Além disso, barras 47 de um enrolamento tipo gaiola de esquilo são arranjadas em uma parte radialmente afastada das regiões isolantes 43. Essas podem tanto ser constituídas similarmente de um material adequado durante o curso da fabricação aditiva quanto podem ser posicionadas de antemão enquanto o rotor 40 é constituído em torno delas por meio de fabricação aditiva. As barras 47 são entretanto opcionais e podem também ser omitidas no rotor 40 mostrado.

[0044] A Figura 6 mostra uma quarta variante de modalidade de um rotor 50, uma camada condutora 51 sendo ilustrada aqui similarmente. Esta é uma variante da modalidade da Figura 2, tendo regiões condutoras 52 e regiões isolantes 53 de desenho essencialmente correspondente. Entretanto, as barras 57 de um enrolamento tipo gaiola de esquilo são afixadas às regiões condutoras 52 em um lado radialmente externo, e são adaptadas ao formato das regiões condutoras 52 em relação à sua seção transversal. Neste caso, é obviamente vantajoso constituir as barras 57 simultaneamente com as regiões condutoras 52 e as regiões isolantes 53 por meio de fabricação aditiva.

Claims (11)

1. Rotor (10, 20, 40, 50) para uma máquina de relutância (1), compreendendo camadas condutoras (11, 11a, 21, 41, 51) e camadas isolantes (15, 15a) arranjadas em alternância na direção axial (A), em que as camadas condutoras (11, 11a, 21, 41, 51) têm regiões condutoras que conduzem fluxo magnético (12, 22, 42, 52) e as camadas isolantes (15, 15a) são eletricamente isolantes, em que pelo menos uma camada condutora (11, 11a, 21, 41, 51) tem pelo menos uma região isolante que não conduz fluxo magnético (13, 23, 43, 53) que é arranjada pelo menos parcialmente entre regiões condutoras (12, 22, 42, 52), o rotor (10, 20, 40, 50) caracterizado pelo fato de que é produzido pelo menos parcialmente por fabricação aditiva, em que pelo menos uma região isolante (13, 23, 43, 53) tem uma nervura isolante na camada (14a-14i, 24a, 24b) que é feita de material que não conduz fluxo magnético por meio de fabricação aditiva e que conecta duas regiões condutoras (12, 22, 42, 52).

2. Rotor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos duas regiões condutoras (12, 22, 42, 52) são completamente separadas por uma região isolante (13, 23, 43, 53) que é situada entre as mesmas.

3. Rotor de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as camadas condutoras (11, 11a, 21, 41, 51) e/ou camadas isolantes (15, 15a) têm um espalhamento axial que difere pelo menos seccionalmente.

4. Rotor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma camada isolante (15, 15a) tem pelo menos uma nervura isolante intermediária (17a-17e) que é feita de material eletricamente isolante por meio de fabricação aditiva e conecta duas camadas condutoras (11, 11a, 21, 41, 51).

5. Rotor de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que uma nervura isolante intermediária (17a-17e) se estende de uma camada condutora (11, 11a, 21, 41, 51) pelo menos até a camada condutora seguinte (11, 21, 41, 51), exceto uma.

6. Rotor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos dois diferentes materiais que conduzem fluxo magnético.

7. Rotor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma camada condutora (11, 11a, 21, 41, 51) compreende um material magneticamente anisotrópico.

8. Método de produção para um rotor (10, 20, 40, 50) para uma máquina de relutância (1), compreendendo camadas condutoras (11, 11a, 21, 41, 51) e camadas isolantes (15, 15a) arranjadas em alternância na direção axial (A), em que as camadas condutoras (11, 11a, 21, 41, 51) têm regiões condutoras que conduzem fluxo magnético (12, 22, 42, 52) e as camadas isolantes (15, 15a) são eletricamente isolantes, em que pelo menos uma camada condutora (11, 11a, 21, 41, 51) tem pelo menos uma região isolante que não conduz fluxo magnético (13, 23, 43, 53) que é arranjada pelo menos parcialmente entre regiões condutoras (12, 22, 42, 52),caracterizado pelo fato de que o rotor (10, 20, 40, 50) é produzido pelo menos parcialmente por fabricação aditiva, em que pelo menos uma região isolante (13, 23, 43, 53) tem uma nervura isolante na camada (14a-14i, 24a, 24b) que é feita de material que não conduz fluxo magnético por meio de fabricação aditiva e conecta duas regiões condutoras (12, 22, 42, 52).

9. Método de produção de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o rotor (10, 20, 40, 50) é fabricado de maneira a ser constituído camada por camada axialmente, em que as camadas condutoras (11, 11a, 21, 41, 51) e as camadas isolantes (15, 15a) são formadas perpendicularmente em relação ao eixo geométrico do rotor, em que têm regiões de guia de fluxo alternam com regiões que inibem o fluxo.

10. Método de produção de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que o rotor (10, 20, 40, 50) é fabricado de maneira a ser constituído radialmente, em que guias de fluxo e inibidores de fluxo são formados paralelos ao eixo geométrico do rotor, em que camadas com regiões de guia de fluxo alternam com regiões que inibem o fluxo.

11. Método de produção de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que o eixo (18) é produzido pelo menos parcialmente por meio de fabricação aditiva.

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