(57)【要約】本発明は、軸線方向（Ａ）に交互に配置された伝導層（１１，１１ａ，２１，４１，５１）と絶縁層（１５，１５ａ）とを有するリラクタンス機（１）の回転子（１０，２０，４０，５０）に関し、前記伝導層（１１，１１ａ，２１，４１，５１）が磁束伝導性の伝導領域（１２，２２，４２，５２）を有し、前記絶縁層（１５，１５ａ）が電気絶縁性である。リラクタンス機の重量および効率を改善するために、本発明によれば、回転子（１０，２０，４０，５０）が少なくとも部分的に積層造形法によって作製されている。
2019517768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向（Ａ）に交互に配置された伝導層（１１，１１ａ，２１，４１，５１）と絶縁層（１５，１５ａ）とを有するリラクタンス機（１）の回転子（１０，２０，４０，５０）であって、前記伝導層（１１，１１ａ，２１，４１，５１）が磁束伝導性の伝導領域（１２，２２，４２，５２）を有し、前記絶縁層（１５，１５ａ）が電気絶縁性である、回転子において、
前記回転子（１０，２０，４０，５０）が少なくとも部分的に積層造形法によって作製されており、少なくとも１つの伝導層（１１，１１ａ，２１，４１，５１）が少なくとも１つの非磁束伝導性の絶縁領域（１３，２３，４３，５３）を有し、前記絶縁領域（１３，２３，４３，５３）が少なくとも部分的に前記伝導領域（１２，２２，４２，５２）の間に配置されており、
少なくとも１つの絶縁領域（１３，２３，４３，５３）が、非磁束伝導性の材料から積層造形法によって作製された層内絶縁ブリッジ部（１４ａ〜１４ｉ，２４ａ，２４ｂ）を有し、前記層内絶縁ブリッジ部（１４ａ〜１４ｉ，２４ａ，２４ｂ）が２つの伝導領域（１２，２２，４２，５２）を連結いていることを特徴とする回転子。
【請求項２】
少なくとも２つの伝導領域（１２，２２，４２，５２）が、それらの間に介在する絶縁領域（１３，２３，４３，５３）によって完全に分離されていることを特徴とする請求項１記載の回転子。
【請求項３】
前記伝導層（１１，１１ａ，２１，４１，５１）および／または前記絶縁層（１５，１５ａ）が、軸線方向に対して少なくとも部分的に異なる延びを有することを特徴とする請求項１または２記載の回転子。
【請求項４】
少なくとも１つの絶縁層（１５，１５ａ）が、電気絶縁性の材料から積層造形法によって作製された少なくとも１つの層間絶縁ブリッジ部（１７ａ〜１７ｅ）を有し、前記層間絶縁ブリッジ部（１７ａ〜１７ｅ）が２つの伝導層（１１，１１ａ，２１，４１，５１）を連結していることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の回転子。
【請求項５】
１つの層間絶縁ブリッジ部（１７ａ〜１７ｅ）が、１つの伝導層（１１，１１ａ，２１，４１，５１）から少なくとも次の次の伝導層（１１，２１，４１，５１）まで延びていることを特徴とする請求項４記載の回転子。
【請求項６】
少なくとも２つの異なる磁束伝導性の材料を含むことを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の回転子。
【請求項７】
少なくとも１つの伝導層（１１，１１ａ，２１，４１，５１）が磁気異方性の材料を含むことを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の回転子。
【請求項８】
軸線方向（Ａ）に交互に配置された伝導層（１１，１１ａ，２１，４１，５１）と絶縁層（１５，１５ａ）とを有するリラクタンス機（１）の回転子（１０，２０，４０，５０）であって、前記伝導層（１１，１１ａ，２１，４１，５１）が磁束伝導性の伝導領域（１２，２２，４２，５２）を有し、前記絶縁層（１５，１５ａ）が電気絶縁性であり、少なくとも１つの伝導層（１１，１１ａ，２１，４１，５１）が少なくとも１つの非磁束伝導性の絶縁領域（１３，２３，４３，５３）を有し、前記絶縁領域（１３，２３，４３，５３）が少なくとも部分的に前記伝導領域（１２，２２，４２，５２）の間に配置されている回転子の製造方法において、
前記回転子（１０，２０，４０，５０）が、少なくとも部分的に積層造形法によって作製され、少なくとも１つの絶縁領域（１３，２３，４３，５３）が、非磁束伝導性の材料から積層造形法によって作製された層内絶縁ブリッジ部（１４ａ〜１４ｉ，２４ａ，２４ｂ）を有し、
前記層内絶縁ブリッジ部（１４ａ〜１４ｉ，２４ａ，２４ｂ）が２つの伝導領域（１２，２２，４２，５２）を連結することを特徴とする製造方法。
【請求項９】
前記回転子（１０，２０，４０，５０）が軸線方向に積層形成され、
伝導層（１１，１１ａ，２１，４１，５１）および絶縁層（１５，１５ａ）が回転軸線に対して垂直に形成され、
磁束案内領域を有する層と磁束阻止領域を有する層とが交互に形成されることを特徴とする請求項８記載の製造方法。
【請求項１０】
前記回転子（１０，２０，４０，５０）が半径方向に形成され、
磁束案内部と磁束遮断部とが回転軸線に対して平行に形成され、
磁束案内領域を有する層と磁束阻止領域を有する層とが交互に形成されることを特徴とする請求項９または１０記載の製造方法。
【請求項１１】
シャフト（１８）が少なくとも部分的に積層造形法によって作製されることを特徴とする請求項９乃至１０の１つに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リラクタンス機のための回転子およびそのための製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リラクタンス機では、周知のように固定子（ステータ）によって交番磁界が生成され、その交番磁界によって回転子（ロータ）が主としてリラクタンス力により駆動される。この場合に、回転子も固定子も通常は軸線方向に積層された鋼板から成る積層鉄心を有し、それらの鋼板は、片面だけのワニス層によって互いに絶縁されている。鋼板は、高透磁率を有する材料、例えば電磁鋼板から成る。各鋼板は、もともとパターン化されており、磁界経過に影響を及ぼすために利用される複数の空隙部を有する。これらの空隙部は、磁束を導かない領域、即ち非磁束伝導性の領域とみなすことができるのに対して、鋼板は、磁束を導く領域、即ち磁束伝導性の領域である。製造技術的に各鋼板は打ち抜き加工される。回転子は一般に４極または８極を有する。これらおよびその他の製造上の制限が、特に鋼板を打ち抜き加工する必要性からもたらされる。積層鉄心は、全体として軸線方向に溶接することができる。場合によっては、回転子は短絡ケージを有することもできる。
【０００３】
打ち抜き加工された鋼板の使用は、回転子の信頼できる比較的コスト効率のよい製造を可能にするのに対して、これによってリラクタンス機は非常に重くなる。これは何にもまして、回転子が電磁特性のほかに定められた機械特性も有しなければならないことに関係する。例えば、回転子の部品は、回転数に依存して著しい遠心力にさらされる。従って、打ち抜き加工された鋼板の場合には回転子の構造的完全性を考慮しなければならないために、磁束伝導性の領域および非磁束伝導性の領域が最低限のサイズを持たなければならない。安定性を改善するためには、磁束伝導性の領域間に（例えば半径方向に延在する）ブリッジ部を残すこともしばしば必要である。しかし、これはリラクタンス機の効率を低下させる望ましくない漏れ磁束をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうした状況を背景に、本発明の課題は、リラクタンス機、特に同期リラクタンス機の重量および効率を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、請求項１記載の回転子および請求項８記載の製造方法によって解決される。
【０００６】
本発明によって、軸線方向に交互に配置された伝導層と絶縁層とを有するリラクタンス機の回転子が提供される。伝導層および絶縁層が互いに交代する、即ち２つの伝導層の間にそれぞれ１つの絶縁層が配置されている。この場合に、個々の層は回転子の回転軸に相当する軸線の方向に沿って配置されている。好ましくは、これらの層は扁平であり、軸線方向に対して垂直に延在している。留意すべきことは、伝導層と絶縁層とを交互に配置する場合に２つ以上の伝導層が絶縁層の介在なしにつなぎ合わされることもあり得ることである。
【０００７】
前記伝導層は、磁束伝導性の伝導領域を有する。「磁束伝導性」は、ここでは以下において、少なくとも１０、好ましくは少なくとも１００である高い透磁率μｒを意味する。場合によっては、その透磁率は、１０３〜１０５の範囲にあってもよい。この場合に、特に磁束伝導性の軟磁性もしくは強磁性材料を使用することができる。さらに、前記伝導層は、非磁束伝導性の絶縁領域を有する。それらの絶縁領域は、少なくとも部分的に空隙部によって形成することができ、これらの空隙部は、運転中、通常は空気が満たされている。
【０００８】
前記絶縁層は電気絶縁性であり、即ち、前記絶縁層は電気絶縁体もしくは不導体として分類されている１つまたは複数の材料から成り、従って１０−８Ｓ／ｍ以下の導電率を持つ１つまたは複数の材料から成る。さらに、前記絶縁層は非磁束伝導性であること、即ち、前記絶縁層は例外なく小さい透磁率を有することが好ましい。「非磁束伝導性」は、この場合には、また以下では、例えば５以下または２以下である小さい透磁率を意味する。しばしば、透磁率は１の範囲にある。
【０００９】
本発明によれば、回転子が少なくとも部分的に積層造形法によって作製されている。この場合に、「付加製造法（Additive Manufacturing；ＡＭ）」または「積層造形法」という用語は、形のない流体または粉末か、場合によっては帯材または線材のような形のはっきりしない材料かのいずれかから、３次元の形状物を逐次的に作製する製造方法に関する総称として使用されている。この製造方法は、少なくとも部分的には、３次元プリント法とも呼ばれる。この場合に、種々の方法が使用され、場合によっては組み合わせでも使用される。とりわけ選択的レーザ焼結（Selektive Laser Sintering；ＳＬＳ）、選択的レーザ溶融（Selektive Laser Melting；ＳＬＭ）または電子ビーム溶融（Elektron Beam Melting；ＥＢＭ）のようなパウダーベッド法が使用される。しかし、そのほかに、熱溶解積層法（ＦＤＭ）またはコールドガススプレー法（Gas Dynamic Cold spray；ＣＤＣＳ）のような自由空間法、または液体複合材成形法（ＬＣＭ）のような液体材料法も可能である。上述の列挙は例示であって詳細を極めたものではなく、または何らかの方法で限定的に解釈することができる。
【００１０】
異なる積層造形法を互いに組み合わせることができることは明白である。さらに、例えば造形法の使用時に、異なるサイズの構造を効率的に作製するために異なるサイズのノズルまたはそのようなものを使用することができる。
【００１１】
この種の積層造形法を使用することによって、一方では、従来の成形、分離および接合方法によって作製できない、または極端に大きな費用でしか作製できない殆ど任意の３次元の形を作ることができる。特に、生成される構造のサイズに関しては、殆ど制限がない。これらのサイズは、必要とあれば、溶融のために使用されるレーザビームまたは電子ビームの直径、またはノズルから放射される粒子流の直径によって予め与えられている。さらに、このようにして、磁束を伝導する材料と磁束を伝導しない材料とを（場合によっては中間層を用いて）ほぼ任意の方法で互いに接合することができる。打ち抜き法の加工技術上の制限がなくなるので、回転子の重量を明確に減らすことができる。特に、以下にさらに説明するように、従来技術において電磁鋼板から形成することが比較的困難である構造も、比較的軽くて絶縁性の材料から形成することができる。回転子においてより小さい慣性モーメントおかげで当然リラクタンス機の効率も高める重量の利点のほかに、絶縁材料を的確に使用することによって、もしくは伝導材料からなる特定構造を省略または薄化することによって漏れ磁束を低減することができ、このことがまたしても効率に有利に作用する。
【００１２】
積層鉄心は、従来技術では、必要な密着を保証するために通常溶接されるか締め付けられなければならないが、本発明による回転子では、これについては場合によっては省略することができる。というのは、回転子の部品が積層造形法の過程で既に物質結合および／またはかみ合い結合により互いに連結することができるからである。しかし、これに補足して言うならば、溶接、締め付け等による他の連結を用意することもできる。
【００１３】
通常、伝導層は連続的に磁束伝導性の材料から成っているわけではない。本発明によれば、少なくとも１つの伝導層は少なくとも１つの非磁束伝導性の絶縁領域を有し、その絶縁領域は少なくとも部分的に伝導領域の間に配置されている。さらに、このような絶縁領域は電気絶縁性である。特に、１つの伝導層は、それぞれ少なくとも部分的に伝導領域の間に配置されている複数の絶縁領域を有する。絶縁領域の機能は、伝導層内の磁束形成に影響を及ぼすことにある。さらに、絶縁領域は少なくとも部分的に空隙部によって形成され、これらの空隙部は運転時に空気を満たされている。好ましくは、伝導領域と絶縁領域とが軸線方向に相次いで配置されており、１つの伝導層内で絶縁領域と伝導領域とが半径方向および／または接線方向に相次いで配置されている。
【００１４】
少なくとも１つの絶縁領域が、非磁束伝導性の材料から積層造形法によって作製された層内絶縁ブリッジ部を有し、該層内絶縁ブリッジ部が２つの伝導領域を連結する。
【００１５】
このような層内絶縁ブリッジ部も電気絶縁性であることが好ましい。この場合に、「層内絶縁ブリッジ部」という用語は、これが１つの伝導層内において２つの伝導領域の間に延在していることを意味する。その層内絶縁ブリッジ部は、積層造形法によって生成され、このことが、その層内絶縁ブリッジ部の寸法およびジオメトリに関して非常にさまざまの可能性をもたらす。当然ながら、２つの伝導領域の間に複数の層内絶縁ブリッジ部を配置して、両伝導領域を連結することもできる。各絶縁ブリッジ部は、隣接する伝導領域同士を機械的に連結し、従って回転子の機械的安定性を改善する。同時に、非磁束伝導性の材料から作製されたこのようなブリッジ部は、従来技術において連結ブリッジ部が鋼板から形成されている場合にそうであるような望ましくない漏れ磁束を全くもたらさない。さらに、多くの非磁束伝導性の材料は、例えば電磁鋼板よりも小さい密度によって特徴づけられ、それによって従来技術に比べて回転子の重量および慣性モーメントを低減することができる。これは、製造に制約されてブリッジ部が機械的安定のために無条件に必要であるよりも厚く実施されてはならないことによって助長される。
【００１６】
ジオメトリに関しては既に述べたように非常にさまざまの設計可能性が存在する。例えば、層内絶縁ブリッジ部は隣接する伝導領域の延在方向に対して垂直にまたは斜めに延在しているとよい。隣接する伝導領域が、例えば接線方向に延在している場合に、絶縁ブリッジ部は半径方向に延在しているか、または半径方向と接線方向とに対して斜めにも延在しているとよい。さらに、層内絶縁ブリッジ部は可変の断面積を有することができる。例えば、層内絶縁ブリッジ部は、伝導領域への連結領域では、改善された密着を可能にするために、より大きい断面積を有するのに対して、その間にある中間部分では、より小さい断面積を有する。絶縁ブリッジ部は、湾曲および／またはアングルの形状にされてもよい。さらに、絶縁ブリッジ部がもともと貫通していてもよいし、２つの絶縁ブリッジ部が、例えばＸ字形またはＶ字形に交差していてもよい。伝導層の延び方向に対して横方向への１つの層内絶縁ブリッジ部の幅は、当該層内絶縁ブリッジ部が連結する伝導領域の幅に等しくてよいが、しかし広くても狭くてもよい。
【００１７】
積層造形法により、伝導領域と絶縁領域とを殆ど任意のジオメトリで互いに接合することを可能にするためには、特に伝導領域間のあらゆる直接的な連結が放棄されるとよい。それゆえ、２つの伝導領域がその間に介在する絶縁領域によって完全に分離されていると有利である。このことは、特に複数の伝導領域について当てはまり、またはそれどころか全ての伝導領域についてさえも当てはまる。２つのこのような伝導領域が、それぞれ非磁束伝導性の材料によって、例えば１つまたは複数の層内絶縁ブリッジ部の形で、機械的に互いに連結されている。
【００１８】
ワニス層を中間に配置されて軸線方向に積み重ねられた鋼板から形成されている従来技術における回転子の場合に、一方ではそれらの鋼板が、また他方ではワニス層が、通常それぞれ等しい厚さに実施されているのに対して、本発明による回転子では、それらの層厚を殆ど任意に変えることができる。従って、回転子は、少なくとも部分的に異なる軸線方向の延びを持った伝導層および／または絶縁層を有することができる。即ち、少なくとも２つの伝導層は、少なくとも部分的に異なる軸線方向の幅を有することができ、つまり異なる幅を有することができる。このことは、少なくとも１つの伝導層の軸線方向の幅が部分的に変わるという可能性を含む。従って、少なくとも２つの絶縁層が部分的に異なる軸線方向の幅を有し得る。このような層厚の変化は、例えば機械的な理由から行われるか、または磁束形成に影響を及ぼすために行われる。
【００１９】
一実施形態によれば、絶縁層が、電気絶縁材料から積層造形法によって作製された少なくとも１つの層間絶縁ブリッジ部を有し、該層間絶縁ブリッジ部が２つの伝導層を連結している。このような層間絶縁ブリッジ部は、２つの伝導層の間に、つまり軸線方向に延在している。この場合に、伝導層の延在方向における上述の絶縁ブリッジ部の幅は、当該延び方向に対する横方向への当該絶縁ブリッジ部の幅よりも大きいこと（従って、そのブリッジ部は長さよりも厚いこと）が、十分に可能である。このような層間絶縁ブリッジ部の機能は上述の２つの伝導層の機械的連結にあり、両伝導層の与えられた間隔は維持されなければならない。同時に、うず電流を低減するために、前記伝導層は少なくともリラクタンス機の空隙領域において電気的に互いに絶縁されていなければならない。さらに、このような層間絶縁ブリッジ部が非磁束伝導性であることが好ましい。従来技術においては類似の機能が通常は鋼板間に存在する鋼板の全面に広がっているワニス層によって実現されているのに対して、積層造形法によって、隣接する伝導層の機械的連結にとって十分であるがこれと同時に回転子の重量とそれによる慣性モーメントができるだけ小さく保たれるように、１つまたは複数の層間絶縁ブリッジ部を材料節約して作製することできる。
【００２０】
任意選択的に層間絶縁ブリッジ部は、ある１つの伝導層から少なくとも一つおいて次の伝導層まで延在し得る。通常、しかし必ずというわけではないが、このような絶縁ブリッジ部は、その間に介在する導体層、つまり隣接する伝導層にも連結されている。この場合に、回転子の３つ以上の伝導層が、場合によってはいわば全ての伝導層が、このような絶縁ブリッジ部によって互いに連結されている。もちろん、複数のこのように連続的に形成された絶縁ブリッジ部が存在し得る。さらに、この場合に積層造形法の高い柔軟性のおかげで殆ど制限がない。
【００２１】
基本的には、伝導領域相互の絶縁と同様に伝導領域相互の絶縁も、積層造形された層間絶縁ブリッジ部もしくは層内絶縁ブリッジ部によって（ならびに空気によって）もっぱら行われる。しかし、補足的にまたは代わりに液体の絶縁ワニスが塗布され、その後に絶縁ワニスが硬化する。このような絶縁ワニスは、例えば２つの絶縁造形ステップの間に塗布することができるが、しかし全体の積層造形法に引き続いて塗布することもできる。
【００２２】
さらに、層間絶縁ブリッジ部のジオメトリは、広範囲に変えることができる。例えば層間絶縁ブリッジ部は、伝導層の延在方向に対して垂直にまたは斜めに延在していてよい。さらに、層間絶縁ブリッジ部は変化する断面積を有することができる。例えば、より良好な密着を可能にするために、層間絶縁ブリッジ部は、伝導層への接続領域において大きな断面積を有するのに対して、層間絶縁ブリッジ部は、その間にある中間部分においてより小さい断面積を有する。絶縁ブリッジ部は、湾曲および／またはアングルの形状にされてもよい。さらに、絶縁ブリッジ部がもともと貫通していてもよいし、２つの絶縁ブリッジ部が、例えばＸ字形またはＶ字形に交差していてもよい。とりわけ、層間絶縁ブリッジ部ならびに層内絶縁ブリッジ部のジオメトリによって、回転子の機械的な振動特性に影響を及ぼすことができ、それにより、場合によっては望ましくない騒音発生を防止することができる。
【００２３】
ここでは層間絶縁ブリッジ部および層内絶縁ブリッジ部が概念的に区別されるにもかわらず、層間絶縁ブリッジ部および層内絶縁ブリッジ部が互いに移行し合うことが可能であり、もしくは絶縁ブリッジ部が層間絶縁ブリッジ部としても層内絶縁ブリッジ部としてもみなせることがあり得る。
【００２４】
回転子は、少なくとも２つの異なる磁束伝導性の材料を有し得る。特に、それは、異なる材料が空間的に分離されていることを意味し、従って互いに混同されないことを意味する。前記材料は、１つの伝導層内で結合することができ、場合によってはそれどころか１つの伝導領域内で結合することができる。鋼板から製造する場合には事実上排除されているこの選択肢は、積層造形法により、順々に例えば層状にまたは線状に異なる材料が塗布されることによって容易に実現することができる。しかし、それに加えて異なる伝導層において異なる材料も使用することができる。異なる材料は、例えばそれらの透磁率が異なっていてよく、それによって磁束形成に影響を及ぼすことができるし、あるいはそれらの密度または剛性が異なっていてよく、それによって機械的特性に影響を及ぼすことができる。伝導層または絶縁層の材料選択も軸線方向厚みも、各個所においてうず電流が強められて発生するかどうかにも関連している。それがそうでない場合には、例えば、より大きい軸線方向の層厚との組み合わせで安価な材料を使用することができる。
【００２５】
固体の磁束伝導性の材料のみならず、強磁性流体も使用することができる。一実施形態によれば、少なくとも１つの伝導層が少なくとも１つの空所を有し、該空所が強磁性流体を含む。この空所は強磁性流体が収容されている複数の孔である。本発明による製造方法では、空所の壁も積層造形法にて作製することができ、空所が封止される前に空所内に強磁性流体が導入される。強磁性流体を取り囲む材料の一部は、例えば強磁性材料である。或る１つの伝導領域においてこのような強磁性流体が使用され、同じ伝導層の或る１つの他の伝導領域において固体の伝導性材料が使用される。それに代えて、伝導層全体において全ての伝導領域が強磁性流体を含むこともできる。
【００２６】
一実施形態によれば、少なくとも１つの伝導層が磁気異方性材料を有する。この種の材料は磁化のための優先方向を有し、このことは回転子の特定部分における磁気抵抗を方向に依存して調整するために利用することができる。このために、例えば、磁気異方性材料は、積層造形プロセスの過程での塗布時に、例えばノズルまたは類似の装置の近くで形成し得る磁界によって、いわば整列させることができ、この整列は積層造形プロセスの終了後に維持されたままである。
【００２７】
さらに、非磁束伝導性もしくは電気絶縁性の材料に関して、さまざまの可能性が存在する。例えば、回転子は、少なくとも２つの異なる非磁束伝導性の材料および／または２つの異なる電気絶縁性の材料を有し得る。各材料の選択は、例えば、それぞれの領域における必要な機械的安定性に関係する。従って、高回転数において発生する遠心力を考慮して、場合によっては半径方向外側領域においてより安定な材料を使用しなければならず、これに対して、内側領域においては重量低減のために、それほど安定でない材料を使用することができる。領域ごとに特定の材料を選択することもでき、その特定の材料によってリラクタンス機の空隙、回転子の端面および／またはシャフトへの熱伝達が最適化される。さらに、材料の選択によって、回転子内の望ましくない振動を抑制することができる。
【００２８】
回転子の表面は、特に予測される高回転数において、発生する可聴空気伝播音をできるだけ小さくすることに適合させることができる。これは、表面構造をできるだけ滑らかにすること、または表面に適切な輪郭を持たせることによって達成することができる。このために絶縁ブリッジ部を半径方向外側にある範囲に配置することが必要であるかぎり、場合によってはそれらの絶縁ブリッジ部の厚みまたはそれらの絶縁ブリッジ部の材料によって、十分な安定性を配慮することができる。
【００２９】
回転子のシャフトは、回転子の磁束伝導要素と分離して作製することができ、その際に種々の作製方法を使用することができる。例えば、回転子のシャフトは押出成形によって作製することができ、その際にシャフトの中空輪郭が生成される。シャフトは、少なくとも部分的に発泡金属からなり、それによってそれの重量および慣性モーメントを同様に低減することができる。回転子のシャフトは積層造形法によって作製されていることが好ましい。回転子のシャフトは、この場合に積層造形プロセスの過程で回転子の伝導層および絶縁層の積層前に、積層中にまたは積層後に作製することができるので、シャフトにこれらの伝導層および絶縁層が、もしくは逆にこれらの伝導層および絶縁層にシャフトが直接的に形成され、従って材料結合が形成される。このような積層造形法の過程で、ブリッジ部または空所壁によって互いに分離されているさまざまの種類の空所を生成できることは自明である。
【００３０】
本発明による回転子は短絡ケージもしくはダンパーケージも有することができる。この回転子は、一方では非同期始動に役立つが、他方では場合によって起こり得る回転子の振動を制動するのに役立つ。ケージの部分は予め作製し、積層造形プロセスの際に予め位置決めすることができるので、積層造形は、いわば「前記部分の周り」で行われる。これに代えて、ケージ自体を回転子の他の部分と一緒に積層造形法によって作製することもできる。最後にケージを後で回転子内に設けることもできる。
【００３１】
効率的な熱輸送を可能にするために、回転子は少なくとも１つの通気口を有する。この種の通気口には通気路が続いており、その通気路は回転子の表面から内部へ通じている。従来技術による積層構造の場合一般にこの種の通気路を設けることは困難であり、特に通気路の延び方向が非常に制限されているのに対して、積層造形法の場合には、通気路および通気口の殆どあらゆる任意のジオメトリを実現することができる。通気路は部分的に伝導領域および／または絶縁領域を通過する。
【００３２】
本発明によって、さらにリラクタンス機の回転子の製造方法が提供される。回転子が、軸線方向に交互に配置された伝導層と絶縁層とを有し、前記伝導層が磁束伝導性の伝導領域を含み、前記絶縁層が電気絶縁性である。本発明によれば、回転子が少なくとも部分的に積層造形法によって作製される。上記の用語は、本発明による回転子に関して既に説明した。本発明による方法の有利な実施形態は、本発明による回転子の上述の実施形態に対応する。
【００３３】
回転子もしくは積層造形法において作製される部分の形成プロセスは種々の方法で実施することができる。例えば、半径方向および接線方向に延在する個々の平面は、連続的に形成することができる。即ち、先ず１つの平面が仕上げられ、しかる後に軸線方向においてそれに続く次の平面の形成が開始する。この場合に、個々の平面の形成は、半径方向に内側から外側へ向かって実施されるか、または例えば列ごとに直交座標系に従って実施される。それに代えて、例えば、次のような半径方向内側から外側への形成も実施可能である。即ち、この形成の場合は先ず半径方向内側にある部分が回転子の全体の軸線方向の延びに沿って形成される。次に、さらに半径方向外側に続いている層が形成されていく。従って、その製造、その製造経過は、基本的には伝導層および絶縁層の延在方向に依存しない。
【００３４】
以下において添付された図面に基づいて本発明の実現可能な実施形態を詳細に説明することにより、本発明の更なる詳細および利点を明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態による回転子を有するリラクタンス機の概略断面図を示す。
【図２】図２は図１のリラクタンス機の回転子の断面図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは図２の拡大詳細図を示す。
【図３】図３は図２の回転子の他の縦断面図を示す。
【図４】図４は第２の実施形態による回転子および固定子の断面図を示す。
【図５】図５は第３実施形態による回転子の断面図を示す。
【図５Ａ】図５Ａは図５の拡大詳細図を示す。
【図６】図６は第４の実施形態による回転子の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１はリラクタンス機１の概略断面図を示す。このリラクタンス機１は端面側軸受ブラケット３を備えたハウジング２を有し、これらの軸受ブラケット３には軸受４を介して回転子１０のシャフト１８が回転可能に支持されている。従って、回転子１０は軸線方向Ａに延びる回転軸線を中心に回転可能である。回転子１０の半径方向外側は固定子３０によって取り囲まれており、この固定子はハウジング２に対して静止配置されている。固定子３０の両側に、ここでは強く図式化して示したコイル端５が配置されており、これらのコイル端はここでは図示していない接続部を介して電源に接続されている。図示のように、回転子１０も固定子３０も、軸線方向Ａに連続した一連の伝導層１１，３１を有し、これらの伝導層は少なくとも部分的に磁束伝導性であり、かつこれらの伝導層には非導電性の絶縁層１５，３５が介挿されている。この場合に、回転子１０は積層造形法によって製造されている。固定子３０は、伝導層３１が電磁鋼板から形成されて絶縁層３５が絶縁ワニス層によって形成されることにより、従来の方法で製造することができる。任意選択的に固定子３０も積層造形法によって製造することができる。
【００３７】
図２は、図１のリラクタンス機１の回転子１０の断面図を示し、図を解りやすくするために、シャフト１８が省略されている。その断面は１つの伝導層１１を貫通しており、この伝導層１１は、一方では磁束伝導性の伝導領域１２を含み、他方では非磁束伝導性の絶縁領域１３を含む。図において認識できるように、これらの伝導領域１２は、互いに接触しておらず、絶縁領域１３によって完全に互いに分離されている。このことは、主として、積層造形法の過程で個々の領域１２，１３を連続的に互いに隣接して形成することができることによって可能であり、それにより、隣接する伝導領域１２の間に磁束を伝導するブリッジ部を設けることは必要でない。その代わりに、そこに非磁束伝導性の材料からなる層内絶縁ブリッジ部１４ａ〜１４ｆを設けてもよく、これらの層内絶縁ブリッジ部１４ａ〜１４ｆは、図２Ａの拡大詳細図に例示されている。図２に、一般的な磁気的な優先方向を表すｄ軸と、これに対して４５°の角度で延びるｑ軸とが示されている。
【００３８】
図２Ａは図２の拡大詳細図を示す。一方では、さまざまな層内絶縁ブリッジ部１４ａ〜１４ｆが認識でき、これらの層内絶縁ブリッジ部１４ａ〜１４ｆはそれぞれ伝導層１１の内部に延び、２つの隣接する伝導領域１２を互いに連結している。図示の層内絶縁ブリッジ部１４ａ〜１４ｆの多様な異なる実施形態は、単に例示として理解すべきであり、さまざまの選択肢を図解するために利用されている。通常、回転子１０内では、絶縁ブリッジ部のこのように多くの異なる形態が互いに組み合わされることはない。例えば、簡単な絶縁ブリッジ部１４ａを認識することができ、その絶縁ブリッジ部１４ａは、隣接する伝導領域１２の延び方向に対して横方向に延び、一定の断面積を有する。そのそばに、他の絶縁ブリッジ部１４ｂが示されており、この絶縁ブリッジ部１４ｂは、変化する断面積を有し、隣接する伝導領域１２の方に向かって幅が広がっている。さらに、Ｘ字形の絶縁ブリッジ部１４ｃと、Ｓ字形に湾曲した絶縁ブリッジ部１４ｄとが示されている。さらに、殆ど真っすぐであるがしかし伝導領域１２に対して傾斜した方向を向いている絶縁ブリッジ部１４ｅ，１４ｆが認識できる。伝導領域１２の１つに、強磁性流体が満たされている多数の開口１２．１が示されている。製造プロセスの過程において、先ず強磁性流体の充填ができるまでの間はそれらの開口１２．１が形成されて、しかる後に完全に封止されるとよい。
【００３９】
図３は、図２の回転子１０の一部の縦断面を示し、その断面は図１における断面に相当し、従って半径方向及び軸線方向に広がっている。ここでも、４つの伝導層１１，１１ａと、その間に配置されている絶縁層１５，１５ａを認識することができる。さらに、ここでは既に図２Ａに示したように、単に理解を助けるために、さまざまなパターンが示されている。一方では複数の層内絶縁ブリッジ部１４ｇ〜１４ｊが、他方では複数の層内絶縁ブリッジ部１７ａ〜１７ｅが認識でき、これらは異なる伝導層１１，１１ａを互いに連結する。層内絶縁ブリッジ部１４ｈは、伝導層１１，１１ａの延在方向に対して横方向において、層内絶縁ブリッジ部１４ｈが連結する隣接伝導領域１２と同じ幅を有するのに対して、３つの異なる絶縁ブリッジ部１４ｇ，１４ｉ，１４ｊは狭い幅を有する。２つのこれらの絶縁ブリッジ部１４ｇ，１４ｉは導体層１１の延在方向に対して傾斜している。
【００４０】
層間絶縁ブリッジ部１７ａ〜１７ｅは、一方ではそれぞれ１つの伝導層１１から次の伝導層１１へのみ延在している絶縁ブリッジ部１７ａ，１７ｂであり、他方ではさらに次の次の伝導層１１まで延在している絶縁ブリッジ部１７ｃ〜１７eである。幾つかの絶縁ブリッジ部１７ａ，１７ｅは軸線方向Ａに対して平行に延在しているのに対して、その他の絶縁ブリッジ部１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、軸線方向Ａに対して斜めに延在している。次の次の伝導層１１まで途切れていない２つの絶縁ブリッジ部１７ｃ，１７ｄは、その間にある伝導層１１にも連結されているのに対して、他の絶縁ブリッジ部１７ｅは、その間にある伝導層１１の貫通孔を挿通し、当該伝導層には連結されていない。
【００４１】
伝導層１１ａは軸線方向において部分的に拡大された幅を有し、それによって２つの隣接する絶縁層１５ａは部分的に図示の第３の絶縁層１５よりも軸線方向に狭い空間を有する。これは、例示として理解すべきであり、例えば、導体１１ａが連続的に他の伝導層１１よりも軸線方向に対して広いまたは狭い幅を有することも可能である。
【００４２】
ここに示した複雑な構造は、確かに積層造形法により生成することができるが、例えば電磁鋼板の積層による従来の方法によっては実現できないか、または実現困難であることは明白である。図２Ａおよび図３に示されている構造を作製する際には、例えば、少なくとも２つの異なる装置（例えば、ノズルまたは同様のもの）を使用することができ、一方の装置により伝導領域１２が塗布され、他方の装置により種々の絶縁ブリッジ部１４ａ〜１４ｉ，１７ａ〜１７ｅが塗布される。次第に個々の伝導層１１，１１ａおよび絶縁層１５，１５ａが形成され、その都度交互に、伝導領域１２の磁束伝導性の材料と、（必要である限りにおいて）絶縁ブリッジ部１４ａ〜１４ｉ，１７ａ〜１７ｅの非磁束伝導性の材料とが塗布される。
【００４３】
図４は、回転子２０および固定子６０を示す。ここでも軸線方向Ａに対して横方向の断面が固定子６０の伝導層６１と回転子２０の伝導層２１とにより示されている。その固定子の伝導層６１は、全周にわたって配置された多数の空隙部６３を有し、それらの空隙部の間にはブリッジ部６２が介在している。ブリッジ部６２は、この場合、磁束伝導性の材料から形成されている。伝導層６１は、場合によっては、打抜き鋼板から成るか、または積層造形法で作製されていてもよく、それにより場合によっては精密な構造を実現することができる。回転子２０の伝導層２１は、さまざまな伝導領域２２と、その間に配置された絶縁領域２３とを含む。幾つかの絶縁領域２３には層内絶縁ブリッジ部２４ａ，２４ｂが配置されており、これらの層内絶縁ブリッジ部２４ａ，２４ｂは、積層造形法の過程で、非磁束伝導性の材料から形成されたものである。そのそばに一連の薄い伝導ブリッジ部２６ａ，２６ｂが認識でき、これらの伝導ブリッジ部２６ａ，２６ｂは積層造形法において特に薄く形成することができる。
【００４４】
図５は回転子４０の第３の実施形態を示し、この場合にも先と同様に伝導層４１が示されている。ここでも先と同様に、伝導領域４２と間挿配置された絶縁領域４３とが認識できる。絶縁領域４３は完全に空気を満たされているか、または部分的に層内絶縁ブリッジ部が存在し得るが、ここには図示されていない。さらに、伝導領域４２は部分的に、伝導ブリッジ部４６によって連結されており、それらの伝導ブリッジ部４６は各伝導領域４２の延び方向に対して横方向に延びている。伝導領域４２ならびに伝導ブリッジ部４６は、積層造形法で２つの異なる磁束伝導性の材料から作製されている。拡大詳細図を表す図５Ａに示されているように、伝導領域４２も伝導ブリッジ部も大部分は第１の磁束伝導性の材料から成っているが、その第１の磁束伝導性の材料の中に第２の磁束伝導性の材料の条片４５が埋め込まれている。条片４５は細長く形成されており、伝導領域４２におけるそれらの延び方向Ｂは伝導ブリッジ部４６における延び方向Ｃに対して９０°の角度の方向に延びている。それに代えて、条片４５は空気を満たされている空隙部であってもよい。いずれにしても条片の存在によって、伝導領域４２内の磁束も伝導ブリッジ部４６内の磁束も、いわば「微細構造」によって影響を及ぼされ得る。それに代えてまたは追加的に、少なくとも１つの磁気異方性の材料が使用され、該材料の伝導領域内での優先方向と伝導ブリッジ部内での優先方向とが異なるように調整されていることも考えられ得る。
【００４５】
さらに、絶縁領域４３の半径方向外側にある短絡ケージの部分には棒状部４７が配置されている。これらの棒状部４７は積層造形法の過程で適切な材料から形成されるか、前もって配置されるかいずれでもよく、これに対して回転子４０は積層造形法において棒状部４７の周りに形成される。しかし、棒状部４７は、任意選択的であり、図示の回転子４０の場合に省略されてもよい。
【００４６】
図６は、回転子５０の第４の実施形態を示し、この場合も先と同様に伝導層５１が示されている。これは、基本的には対応して形成されている伝導領域５２および絶縁領域５３を有する図２の実施形態の一変形例である。しかし、短絡ケージの棒状体５７が半径方向外側で伝導領域５２に接続しており、短絡ケージの棒状体５７は横断面に関して伝導領域５２の形状に適合させられている。この場合に、もちろん、これらの棒状体５７を積層造形法によって伝導領域５２および絶縁領域５３と時間的に並行して形成するのが有利である。
【符号の説明】
【００４７】
１          リラクタンス機
２          ハウジング
３          軸受ブラケット
４          軸受
５          コイル端
１０        回転子
１１        伝導層
１２        伝導領域
１３        絶縁領域
１４        層内絶縁ブリッジ部
１５        絶縁層
１７        層間絶縁ブリッジ部
１８        シャフト
２０        回転子
２１        伝導層
２２        伝導領域
２３        絶縁領域
２４        層内絶縁ブリッジ部
２６        伝導ブリッジ部
３０        固定子
３１        伝導層
３５        絶縁層
４０        回転子
４１        伝導層
４２        伝導領域
４３        絶縁領域
４５        条片
４６        伝導ブリッジ部
４７        棒状部
５０        回転子
５１        伝導層
５２        伝導領域
５３        絶縁領域
５７        棒状体
６０        固定子
６１        伝導層
６２        ブリッジ部
６３        空隙部
【図１】
2019517768.tif 000003
【図２】
2019517768.tif 000004
【図２Ａ】
2019517768.tif 000005
【図３】
2019517768.tif 000006
【図４】
2019517768.tif 000007
【図５】
2019517768.tif 000008
【図５Ａ】
2019517768.tif 000009
【図６】
2019517768.tif 000010
【国際調査報告】
2019517768.tif 000011
2019517768.tif 000012
2019517768.tif 000013
2019517768.tif 000014