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DE102010042818A1 - Rotor e.g. inner rotor, for use with stator of e.g. wind generator, has air-gap surface whose radial distance from axis is variable, where surface of rotor mounted in stator exhibits curvature varying from curvature of unassembled rotor - Google Patents

Rotor e.g. inner rotor, for use with stator of e.g. wind generator, has air-gap surface whose radial distance from axis is variable, where surface of rotor mounted in stator exhibits curvature varying from curvature of unassembled rotor Download PDF

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DE102010042818A1
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DE
Germany
Prior art keywords
rotor
stator
air gap
curvature
electric machine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102010042818A
Other languages
German (de)
Inventor
Ulrich Hartmann
Axel Möhle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Abstract

The rotor (3) has an air-gap surface whose radial distance (11) from a rotational axis (13) is variable. The surface of the rotor mounted in a stator (5) exhibits an axial curvature varying from a curvature of an unassembled rotor. The surface forms an embossed conical- and/or bell-shaped form in a non-assembled condition. Magnetic forces are induced by permanent magnets. The curvature of the rotor is adapted to a curvature of the stator and is concave with respect to a position of the stator. Distance to the rotational axis in a narrow area is smaller than distance in end areas. Independent claims are also included for the following: (1) a stator for a permanently-excited machine (2) a permanently-excited electrical machine including a stator and a rotor.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine weist einen Rotor, einen Stator und eine Luftspalt zwischen Rotor und Stator auf.The invention relates to an electrical machine. The electric machine has a rotor, a stator and an air gap between the rotor and the stator.

Der Luftspalt der elektrischen Maschine hat Einfluss auf deren Betriebsverhalten. Um im Betrieb der elektrischen Maschine eine gewünschte Gestalt des Luftspaltes zu erhalten sind Rotor bzw. Stator entsprechend zu gestalten. Sowohl Rotor wie auch Stator weisen eine Fläche auf, welche dem Luftspalt zugewandt ist. Diese Fläche wird als Luftspaltfläche des Rotors bzw. des Stators bezeichnet. Bei der elektrischen Maschine kann es sich um einen Außenläufer oder um einen Innenläufer handeln. Ist die elektrische Maschine eine permanenterregte Synchronmaschinen weist der Rotor Permanentmagnete auf. Durch die Permanentmagnete des Rotors wirken magnetische Kräfte auf die Bauteile der elektrischen Maschine, insbesondere auf den Rotor und den Stator. Durch diese Kräfte kann es zu Verformungen kommen, welche einen negativen Einfluss auf den Luftspalt der elektrischen Maschine haben können.The air gap of the electrical machine has an influence on their operating behavior. In order to obtain a desired shape of the air gap during operation of the electric machine are rotor or stator to design accordingly. Both rotor and stator have a surface which faces the air gap. This surface is referred to as the air gap surface of the rotor or the stator. The electric machine may be an external rotor or an internal rotor. If the electric machine is a permanent magnet synchronous machine, the rotor has permanent magnets. Due to the permanent magnets of the rotor, magnetic forces act on the components of the electric machine, in particular on the rotor and the stator. These forces can lead to deformations, which can have a negative influence on the air gap of the electric machine.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es zu vermeiden, dass magnetische Kräfte der Permanentmagnete einen negativen Einfluss auf die elektrische Maschine haben.An object of the invention is to avoid that magnetic forces of the permanent magnets have a negative influence on the electric machine.

Eine Lösung der Aufgabe gelingt bei einer elektrischen Maschine mit Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 8.A solution of the problem succeeds in an electrical machine with features according to one of claims 1 to 8.

Eine elektrische Maschine weist einen Rotor mit Permanentmagneten und einen Stator auf. Zwischen Rotor und Stator bildet sich ein Luftspalt aus. Die Geometrie des Luftspaltes kann von den auf Stator bzw. Rotor wirkenden Magnetkräften abhängen. Stator bzw. Rotor können mechanisch so steif ausgebildet sein, dass sich deren Form auch bei Einwirkung magnetischer Kräfte nicht ändert. Stator bzw. Rotor können mechanisch auch derart ausgebildet sein, dass sich deren Form (Gestalt) unter Einwirkung von Magnetkräften ändert. Stator und/oder Rotor können also derart flexibel ausgebildet sein, dass sich deren Form unter Einfluss einer magnetischen Kraft ändert. Dabei sind verschiedene Kombinationen möglich:

  • – Stator ist steif, Rotor ist flexibel;
  • – Stator ist flexibel, Rotor ist steif; und
  • – Stator ist flexibel, Rotor ist flexibel.
An electric machine has a rotor with permanent magnets and a stator. An air gap is formed between the rotor and the stator. The geometry of the air gap may depend on the magnetic forces acting on the stator or rotor. Stator or rotor may be mechanically stiff so that their shape does not change when exposed to magnetic forces. Stator or rotor may also be designed mechanically such that their shape (shape) changes under the action of magnetic forces. Stator and / or rotor can thus be designed so flexible that changes its shape under the influence of a magnetic force. Different combinations are possible:
  • - Stator is stiff, rotor is flexible;
  • - Stator is flexible, rotor is stiff; and
  • - Stator is flexible, rotor is flexible.

Die Steifigkeit bzw. Flexibilität hat Einfluss auf den Luftspalt zwischen Stator und Rotor, wenn Stator und Rotor der elektrischen Maschine funktionsgemäß zueinander angeordnet sind. Die elektrische Maschine kann dabei ein Innenläufer oder auch ein Außenläufer sein.The stiffness or flexibility has an influence on the air gap between the stator and the rotor when the stator and rotor of the electric machine are functionally arranged relative to one another. The electric machine can be an internal rotor or an external rotor.

Ist die elektrische Maschine ein Windgenerator, so ist es vorteilhaft diesen möglichst leicht zu bauen. Dies hat zur Folge, dass dessen Stator bzw. Rotor schwerer steif auszulegen sind, da zur Gewichtseinsparung weniger Material verwendet wird. Durch eine Optimierung der Luftspaltgeometrie von Windgeneratoren bei Verwendung flexibler Statoren bzw. Rotoren kann das System Windkraftanlage gewichtsoptimiert werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei direktgetriebenen Windgeneratoren, da hier bereits auf das Getriebe als zusätzliches Gewicht verzichtet wird.If the electric machine is a wind generator, it is advantageous to build it as easily as possible. This has the consequence that its stator or rotor are designed to be more rigid, since less material is used to save weight. By optimizing the air gap geometry of wind generators using flexible stators or rotors, the wind turbine system can be weight optimized. This is particularly advantageous in direct drive wind generators, since the transmission is already dispensed with as an additional weight.

Bei direktgetriebenen, permanenterregten Windgeneratoren sind die mechanischen Verformungen der Struktur durch die aufgebrachten elektromechanischen Lasten eine kritische Designgröße. Auch unter extremen Belastungen muss die Verformung der Struktur sicher beherrscht werden. Das heißt, es darf zu keiner Berührung zwischen Ständer und Läufer kommen. Auch bei Generatoren, die nur einseitig gelagert sind (Glockenrotor), ist dieses Ziel zu erreichen. Wie bereits erwähnt, kann zur Beherrschung der Verformung die Struktur von Stator und/oder Rotor sehr steif ausgeführt sein, was u. U. mit hohen Kosten bzw. mit hohem Gewicht erkauft wird.In the case of direct-drive, permanently excited wind generators, the mechanical deformation of the structure due to the applied electromechanical loads is a critical design variable. Even under extreme loads, the deformation of the structure must be reliably controlled. This means that there must be no contact between the stand and the runner. Even with generators that are only stored on one side (bell rotor), this goal can be achieved. As already mentioned, the structure of stator and / or rotor can be made very stiff to control the deformation, which u. U. is bought at high cost or high weight.

In einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine ist der Verlauf des Luftspalts der elektrischen Maschine in axialer Richtung so gestaltet, daß er zumindest in etwa der Verformung der Struktur entspricht. Bei einem einseitig gelagerten Generator wird das Aktivteil beispielsweise nicht mehr zylinderförmig, sondern konisch ausgeführt. Das heißt an der dem Lager zugewandten Seite des Aktivteils ist der Luftspalt kleiner als an der dem Lager abgewandten Seite. Für andere Lagerungsarten kann der Luftspaltverlauf entsprechend optimiert sein.In one embodiment of the electric machine, the course of the air gap of the electric machine in the axial direction is designed so that it corresponds at least approximately to the deformation of the structure. In a generator mounted on one side, the active part, for example, no longer cylindrical, but conical. That is, on the side facing the bearing of the active part of the air gap is smaller than on the side facing away from the bearing. For other types of storage, the air gap profile can be optimized accordingly.

Die Variabilität des Luftspalts, bzw. die Variabilität des Rotors in axialer Richtung kann beispielsweise beim Packen des Blechpakets erzielt werden. Alternativ oder in Ergänzung dazu, kann die Variabilität des Luftspalts bzw. des Rotors bei segmentierten Generatoren mit einseitiger Lagerung auch durch entsprechende Ausrichtung der Segmente bei der Montage erreicht werden.The variability of the air gap, or the variability of the rotor in the axial direction can be achieved for example when packing the laminated core. Alternatively or in addition, the variability of the air gap or of the rotor can be achieved in segmented generators with one-sided storage by appropriate alignment of the segments during assembly.

Durch Anpassung des Luftspaltverlaufs an die Verformung der Struktur kann dieser ggf. kleiner als für einen Generator mit konstantem Luftspaltverlauf gewählt werden, da sich bei konstantem Luftspaltverlauf, die Weite des Luftspalts an der maximalen Verformung orientiert. Dadurch kann die Ausnutzung des Aktivteils gesteigert und Gewicht eingespart werden. Die Struktur kann bei optimiertem Luftspaltverlauf weniger steif ausgeführt werden, wodurch ebenfalls Gewicht gespart werden kann. Der Luftspaltverlauf ergibt sich durch die Grenzflächen zum Rotor und zum Stator. Rotor und Stator der elektrischen Maschine weisen also eine Fläche auf, welche den Luftspalt begrenzt. Diese Fläche kann als Luftspaltfläche des Rotors bzw. des Stators bezeichnet werden. Die Luftspaltfläche kann dabei eben oder uneben sein.By adapting the air gap profile to the deformation of the structure, it may possibly be smaller than for a generator with a constant air gap profile, since the width of the air gap is oriented at the maximum deformation with a constant air gap profile. This can increase the utilization of the active part and weight can be saved. The structure can be made less stiff with optimized air gap course, whereby weight can be saved as well. The air gap profile results from the interfaces to the rotor and the stator. Rotor and stator of the electric machine thus have an area which limits the air gap. This surface may be referred to as the air gap surface of the rotor or the stator. The air gap surface can be flat or uneven.

Ein Rotor einer permanenterregten Maschine ist in einer Ausgestaltung derart ausgebildet, dass dessen Luftspaltfläche einen variablen Abstand von einer Rotationsachse des Rotors aufweist. Dies betrifft Abstände in axialer Richtung. In axialer Richtung ist die Luftspaltfläche unterschiedlich von der Rotationsachse beabstandet. Dies ist unbeachtlich der Oberflächenstruktur, welche sich beispielsweise durch Magnetkörperkonturen oder Bandagen ergibt. Die axial unterschiedlichen Abstände der Luftspaltfläche liegen beispielsweise im funktionsgemäß in die elektrische Maschine eingebauten Rotor vor und/oder auch im nicht funktionsgemäß in die elektrische Maschine eingebauten Rotor. Durch den Einbau des Rotors, welcher die Permanentmagnete aufweist, in die elektrische Maschine, verändern sich axiale Abstände der Luftspaltfläche des Rotors von der Rotationsachse. Dies ist durch die magnetischen Kräfte der Permanentmagnete bewirkt. In einer Ausgestaltung des Rotors weist die Luftspaltfläche des Rotors (montiert im Stator) also eine Krümmung auf, welche von der Krümmung des unmontierten Rotors abweicht.A rotor of a permanent-magnet machine is designed in one embodiment such that its air gap surface has a variable distance from a rotational axis of the rotor. This concerns distances in the axial direction. In the axial direction, the air gap surface is spaced differently from the axis of rotation. This is irrelevant to the surface structure, which results, for example, by magnetic body contours or bandages. The axially different distances of the air gap surface are, for example, in the functionally installed in the rotor built-in rotor and / or in the non-functionally incorporated in the electric motor rotor. By incorporating the rotor, which has the permanent magnets, in the electric machine, axial distances of the air gap surface of the rotor from the axis of rotation change. This is caused by the magnetic forces of the permanent magnets. In one embodiment of the rotor, the air gap surface of the rotor (mounted in the stator) thus has a curvature which deviates from the curvature of the unmounted rotor.

In einer Ausgestaltung des Rotors kann die Luftspaltfläche des Rotors in einem nicht montierten Zustand eine axiale Krümmung aufweisen. Die Krümmung ist beispielsweise:

  • • konvex,
  • • konkav, oder
  • • segmentbogenförmig.
In one embodiment of the rotor, the air gap surface of the rotor in an unassembled state may have an axial curvature. The curvature is for example:
  • • convex,
  • • concave, or
  • • segmental arch.

Ist der Rotor nicht durch zumindest ein Lager an dessen Stirnseiten gestützt, sondern weist dieser nur auf einer Achsseite zumindest ein Lager auf, so handelt es sich z. B. um einen Glockenläufer. Auch bei einem Glockenläufer kann die Flexibilität von Rotor bzw. Stator vorteilhaft gestaltet werden.If the rotor is not supported by at least one bearing on its end faces, but this has at least one bearing only on one axle, so it is z. B. a bell runner. Even with a bell-shaped rotor, the flexibility of rotor or stator can be made advantageous.

Der Stator einer permanenterregten Maschine ist an die Form des Rotors im eingebauten Zustand angepasst. Die Luftspaltfläche des Stators, also die Fläche des Stators, welche an den Luftspalt zwischen Stator und Rotor grenzt, kann axial gerade oder gekrümmt verlaufen. Dabei sind Unebenheiten der Oberfläche wie beim Rotor wiederum unbeachtlich. Im montierten Zustand von Rotor und Stator weist der Luftspalt vorteilhaft in axialer Richtung (also in Richtung der Rotationsachse) gleiche Breiten auf.The stator of a permanent-magnet machine is adapted to the shape of the rotor when installed. The air gap surface of the stator, ie the surface of the stator which adjoins the air gap between the stator and the rotor, can run axially straight or curved. In this case, unevenness of the surface as in the case of the rotor is again irrelevant. In the assembled state of rotor and stator, the air gap advantageously in the axial direction (ie in the direction of the axis of rotation) have the same widths.

In einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine weist diese einen Luftspalt auf, welcher axial unterschiedlich von der Rotationsachse beabstandet ist. Demnach weisen im montierten Zustand des Rotors sowohl Rotor wie auch Stator eine axial gerichtete Krümmung auf.In one embodiment of the electric machine, this has an air gap, which is spaced axially different from the axis of rotation. Accordingly, both rotor and stator have an axially directed curvature in the mounted state of the rotor.

Nachfolgend wird die Erfindung mit Hilfe von Ausführungsbeispielen exemplarisch beschrieben. Dabei zeigen:The invention will be described by way of example with the aid of exemplary embodiments. Showing:

1 eine permanenterregte Synchronmaschine im Längsschnitt als Innenläufer; 1 a permanent magnet synchronous machine in longitudinal section as an inner rotor;

2 einen einseitig gelagerten Außenläufer; 2 a cantilevered outer rotor;

3 einen einseitig gelagerten Innenläufer; 3 a cantilevered internal rotor;

4 einen ersten Außenläufer mit variablem Rotor; 4 a first outer rotor with a variable rotor;

5 einen zweiten Außenläufer mit variablem Rotor; 5 a second outer rotor with a variable rotor;

6 einen dritten Außenläufer mit variablem Rotor; 6 a third outer rotor with a variable rotor;

7 einen vierten Außenläufer mit variablem Rotor; 7 a fourth outer rotor with a variable rotor;

8 einen fünften Außenläufer mit variablem Rotor; 8th a fifth outer rotor with a variable rotor;

9 einen sechsten Außenläufer mit variablem Rotor; 9 a sixth outer rotor with variable rotor;

10 einen siebten Außenläufer mit variablem Rotor; 10 a seventh outer rotor with variable rotor;

11 einen achten Außenläufer mit variablem Rotor; und 11 an eighth outer rotor with a variable rotor; and

12 einen Innenläufer mit variablem Rotor. 12 an internal rotor with variable rotor.

Die Darstellung gemäß 1 zeigt eine permanenterregte Synchronmaschine 1 im Längsschnitt. Die elektrische Maschine 1 ist ein Innenläufer mit einem Rotor 3 und einem Stator 5. Der Stator 5 weist Elektrobleche 10 auf. In Nuten des Stators 5 befinden sich Statorwicklungen 8, welche stirnseitig Wickelköpfe 6 ausbilden. Der Rotor 3 weist Permanentmagnete 4 auf. Zwischen dem Rotor 3 und Stator 5 befindet sich der Luftspalt 7 der elektrischen Maschine. Eine Welle 14 ist mit dem Rotor 3 mechanisch gekoppelt. Welle 14 und Rotor 3 weisen eine Rotationsachse 13 auf. Die Rotationsachse 13 weist einen radialen Abstand 11 vom Luftspalt 7 auf. Zur Ausführung einer Rotationsbewegung ist die Welle 13 an den Stirnseiten der elektrischen Maschine 1 durch Lager 17, 18 gelagert. Der Luftspalt 7 weist in axialer Richtung, also in Bezug auf die Rotationsachse 13, gleiche Abstände zur Rotationsachse 13 auf. Der Luftspalt 7 der elektrischen Maschine 1 bildet eine zylindrische Gestalt.The representation according to 1 shows a permanent magnet synchronous machine 1 in longitudinal section. The electric machine 1 is an internal rotor with a rotor 3 and a stator 5 , The stator 5 has electrical sheets 10 on. In grooves of the stator 5 there are stator windings 8th , which end windings 6 form. The rotor 3 has permanent magnets 4 on. Between the rotor 3 and stator 5 is the air gap 7 the electric machine. A wave 14 is with the rotor 3 mechanically coupled. wave 14 and rotor 3 have an axis of rotation 13 on. The rotation axis 13 has a radial distance 11 from the air gap 7 on. To perform a rotational movement is the shaft 13 on the front sides of the electric machine 1 through bearings 17 . 18 stored. The air gap 7 points in the axial direction, ie with respect to the axis of rotation 13 , equal distances to the axis of rotation 13 on. The air gap 7 the electric machine 1 forms a cylindrical shape.

Die Darstellung gemäß 2 zeigt auch eine permanenterregte Synchronmaschine 1 im Längsschnitt, also entlang der Rotationsachse der elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine 1 ist ein einseitig gelagerter Außenläufer mit einem Rotor 3 und einem Stator 5. Der Rotor 3 stülpt sich in einer Art Glockenform um den Stator 5. In Nuten des Stators 5 befinden sich Statorwicklungen, welche stirnseitig Wickelköpfe 6 ausbilden. Der Rotor 3 weist Permanentmagnete 4 auf. Zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 5 befindet sich der Luftspalt 7 der elektrischen Maschine. Eine Welle 14 ist mit dem Rotor 3 mechanisch gekoppelt. Welle 14 und Rotor 3 weisen eine Rotationsachse 13 auf. Die Rotationsachse 13 weist einen radialen Abstand 11 vom Luftspalt 7 auf. Zur Ausführung einer Rotationsbewegung ist die Welle 13 an einer der Stirnseiten der elektrischen Maschine 1 durch ein Lager 17 gelagert. Der Luftspalt 7 weist in axialer Richtung, also in Richtung der Rotationsachse 13, gleiche Abstände zur Rotationsachse 13 auf. Der Luftspalt 7 der elektrischen Maschine 1 bildet eine zylindrische Gestalt. The representation according to 2 also shows a permanent magnet synchronous machine 1 in longitudinal section, ie along the axis of rotation of the electric machine. The electric machine 1 is a single-sided outer rotor with a rotor 3 and a stator 5 , The rotor 3 inverts in a kind of bell shape around the stator 5 , In grooves of the stator 5 There are stator windings, which end windings 6 form. The rotor 3 has permanent magnets 4 on. Between the rotor 3 and the stator 5 is the air gap 7 the electric machine. A wave 14 is with the rotor 3 mechanically coupled. wave 14 and rotor 3 have an axis of rotation 13 on. The rotation axis 13 has a radial distance 11 from the air gap 7 on. To perform a rotational movement is the shaft 13 on one of the end faces of the electric machine 1 through a warehouse 17 stored. The air gap 7 points in the axial direction, ie in the direction of the axis of rotation 13 , equal distances to the axis of rotation 13 on. The air gap 7 the electric machine 1 forms a cylindrical shape.

Die Darstellung gemäß 3 zeigt Rotor 3 und Stator 5 einer permanenterregten Synchronmaschine, wobei der Rotor 3 einseitig gelagert ist. Der Rotor 3 ist ein Innenläufer, welcher wie bei einer permanenterregten Synchronmaschine üblich Permanentmagnete 4 aufweist. Zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 5 befindet sich der Luftspalt 7 der elektrischen Maschine. Eine Welle 14 ist mit dem Rotor 3 mechanisch gekoppelt. Welle 14 und Rotor 3 weisen eine Rotationsachse 13 auf. Die Rotationsachse 13 weist einen radialen Abstand 11 vom Luftspalt 7 auf. Zur Ausführung einer Rotationsbewegung ist die Welle 13 durch ein Lager 17 gelagert. Der Luftspalt 7 weist in axialer Richtung, also in Richtung der Rotationsachse 13, gleiche Abstände zur Rotationsachse 13 auf. Der Luftspalt 7 der elektrischen Maschine 1 bildet im Betriebszustand der elektrischen Maschine bzw. im montierten Zustand von Rotor 3 und Stator 5 eine zylindrische Gestalt aus.The representation according to 3 shows rotor 3 and stator 5 a permanent magnet synchronous machine, wherein the rotor 3 is mounted on one side. The rotor 3 is an internal rotor, which as usual in a permanent magnet synchronous machine permanent magnets 4 having. Between the rotor 3 and the stator 5 is the air gap 7 the electric machine. A wave 14 is with the rotor 3 mechanically coupled. wave 14 and rotor 3 have an axis of rotation 13 on. The rotation axis 13 has a radial distance 11 from the air gap 7 on. To perform a rotational movement is the shaft 13 through a warehouse 17 stored. The air gap 7 points in the axial direction, ie in the direction of the axis of rotation 13 , equal distances to the axis of rotation 13 on. The air gap 7 the electric machine 1 forms in the operating state of the electric machine or in the assembled state of rotor 3 and stator 5 a cylindrical shape.

Die Darstellungen gemäß den 4 bis 12 zeigen, im Vergleich zu den 1 bis 3 noch weiter schematisiert, wie Rotor und Stator einer permanenterregten Maschine ausgestaltet sein können.The representations according to the 4 to 12 show, compared to the 1 to 3 further schematized how rotor and stator of a permanent-magnet machine can be configured.

Die Darstellung gemäß 4 zeigt eine Außenläuferkonstruktion. Dargestellt ist ein Rotor 3, 23 als Außenläufer und ein Stator 5. Der Rotor 3, 23 ist in zwei Zuständen dargestellt. Ein erster Zustand gibt die Gestalt des Rotors 3, 23 vor einer Montage des Rotors 23 wieder und ist durch Strichlinien 23 zu erkennen. Ein zweiter Zustand gibt die Gestalt des Rotors nach einer Montage des Rotors 3 wieder und ist durch durchgezogene Linien 3 zu erkennen. Vor der Monatage meint, dass noch keine Magnetkräfte zwischen Rotor 23 und Stator 5 wirken, diese also voneinander weit beabstandet sind, wobei diese weite Beabstandung in der Figur nicht zeichnerisch wiedergegeben ist. Nach der Montage meint, dass bereits Magnetkräfte zwischen Rotor 3 und Stator 5 wirken, diese also durch den Luftspalt 7 voneinander beabstandet sind, wobei dies in der Figur zeichnerisch wiedergegeben ist. Gemäß der Figur zeigt sich, dass der Rotor 3, 23 variabel ist, da sich dessen Gestalt abhängig davon, ob Magnetkräfte zwischen Rotor 3, 23 und Stator 5 wirken, ändern kann. Die Magnetkräfte werden durch Permanentmagnete hervorgerufen, welche in der Figur nicht dargestellt sind. Die Permanentmagnete befinden sich am Rotor 3, 23 und bilden insbesondere einen Teil einer Luftspaltfläche 9, 9' des Rotors 3, 23 aus, welche zum Stator hin gerichtet ist. Der Luftspalt 7 ist neben der Luftspaltfläche 9 des Rotors 3 auch begrenzt durch die Luftspaltfläche 15 des Stators 5, welche zum Rotor 3 hin ausgerichtet ist. Die Luftspaltfläche 9 des Rotors 3 bildet im montierten Zustand des Rotors 3 eine Art Zylinderform aus. Die Luftspaltfläche 9' des Rotors 3 bildet im nicht montierten Zustand des Rotors 3 eine Art Kegel- bzw. Glockenform aus. Zur Verdeutlichung ist dieser Zustand (nicht in die elektrische Maschine montierter Rotor – Rotor und Stator werden einzeln betrachtet und wechselwirken nicht) zusammen mit dem montierten Zustand von Rotor und Stator in der elektrischen Maschine gezeigt (in die elektrische Maschine montierter Rotor – Rotor und Stator werden nicht einzeln betrachtet und wechselwirken). Wie aus der Figur ersichtlich, ist der Rotor 23 derart flexibel, dass er im montierten Zustand zum Stator 5 hingezogen wird. Die Luftspaltfläche 9' des nicht montierten Rotors 23 verändert bei der Montage ihre Position derart, dass sich für die montierte elektrische Maschine ein symmetrischer Luftspalt 7 ergibt. Der Stator 5 ist so steif ausgeführt, dass dieser axial betrachtet gleiche Abstände 29 und 30 zur Rotationsachse 13 aufweist. Vor der Montage würde der Rotor 23 unterschiedliche Abstände 31 und 21 zur Rotationsachse aufweisen. Dies würde auch dann der Fall sein, wenn keine magnetischen Kräfte auf Rotor bzw. Stator wirken würden, wenn also keine Permanentmagnete vorhanden wären. Durch die magnetischen Kräfte der in der Figur nicht gezeigten Permanentmagnete wird der Rotor 23 an den Stator 5 herangezogen. Dabei ist die Flexibilität des Rotors 3, 23 derart gewählt, dass sich Abstände 21 und 31 auf einen Abstand 11 über die Länge des Luftspaltes 7 verringern. Der Rotor 23 (vor der Montage) weist also eine Krümmung auf, welche nach der Montage durch die wirkenden Magnetkräfte reduziert, oder ganz verschwunden ist.The representation according to 4 shows an outer rotor design. Shown is a rotor 3 . 23 as external rotor and a stator 5 , The rotor 3 . 23 is shown in two states. A first state gives the shape of the rotor 3 . 23 before mounting the rotor 23 again and is by dashed lines 23 to recognize. A second state gives the shape of the rotor after assembly of the rotor 3 again and is through solid lines 3 to recognize. Before the monday means that there are no magnetic forces between the rotor 23 and stator 5 act, so they are widely spaced from each other, this wide spacing in the figure is not shown in the drawing. After mounting means that already magnetic forces between rotor 3 and stator 5 act, so this through the air gap 7 spaced from each other, this being shown in the figure drawing. According to the figure shows that the rotor 3 . 23 is variable, since its shape depends on whether magnetic forces between rotor 3 . 23 and stator 5 act, change. The magnetic forces are caused by permanent magnets, which are not shown in the figure. The permanent magnets are located on the rotor 3 . 23 and in particular form part of an air gap surface 9 . 9 ' of the rotor 3 . 23 out, which is directed towards the stator. The air gap 7 is next to the air gap surface 9 of the rotor 3 also limited by the air gap area 15 of the stator 5 which to the rotor 3 is aligned. The air gap surface 9 of the rotor 3 forms in the mounted state of the rotor 3 a kind of cylindrical shape. The air gap surface 9 ' of the rotor 3 forms in the unassembled state of the rotor 3 a kind of cone or bell shape. For clarification, this condition (rotor not mounted in the electric machine - rotor and stator are considered individually and do not interact) is shown together with the mounted state of rotor and stator in the electric machine (rotor mounted in the electric machine - rotor and stator not considered individually and interacting). As can be seen from the figure, the rotor is 23 so flexible that it in the mounted state to the stator 5 is attracted. The air gap surface 9 ' of the unassembled rotor 23 changes its position during assembly in such a way that a symmetrical air gap is created for the mounted electrical machine 7 results. The stator 5 is designed so stiff that this axially considered equal distances 29 and 30 to the axis of rotation 13 having. Before assembly, the rotor would 23 different distances 31 and 21 to the axis of rotation. This would also be the case if no magnetic forces would act on the rotor or stator, that is, if no permanent magnets were present. By the magnetic forces of the permanent magnets, not shown in the figure, the rotor 23 to the stator 5 used. Here is the flexibility of the rotor 3 . 23 chosen such that distances 21 and 31 at a distance 11 over the length of the air gap 7 reduce. The rotor 23 (Before assembly) thus has a curvature, which is reduced after assembly by the acting magnetic forces, or has disappeared completely.

Die 5 bis 12 weisen weitere Prinzipdarstellungen von Variationen auf, bei welchen der Rotor 3 nicht starr sondern flexibel ist und seine Form abhängig von auf ihn wirkenden magnetischen Kräften ändert. Die Luftspaltgeometrie stellt sich abhängig von der Flexibilität des Rotors ein. Vorzugsweise weist der Luftspalt 7 im Betriebszustand gleiche Abstände 24 zwischen Rotor und Stator auf.The 5 to 12 have more schematic representations of variations in which the rotor 3 not rigid but flexible and changes its shape depending on magnetic forces acting on it. The air gap geometry adjusts depending on the flexibility of the rotor. Preferably has the air gap 7 in the operating state equal distances 24 between rotor and stator.

Die Darstellung gemäß 5 zeigt eine Außenläuferkonstruktion, welche einseitig gelagert ist. Dargestellt ist ein Rotor 3, 23 als Außenläufer und ein Stator 5. Der Rotor 3, 23 ist in zwei Zuständen dargestellt. Ein erster Zustand gibt die Gestalt des Rotors 3, 23 vor einer Montage des Rotors 23 wieder und ist durch Strichlinien 23 zu erkennen. Ein zweiter Zustand gibt die Gestalt des Rotors nach einer Montage des Rotors 3 wieder und ist durch durchgezogene Linien 3 zu erkennen. Die Zustände des Rotors vor und nach der Montage sind zum besseren Verständnis beide in der Figur zeichnerisch wiedergegeben, obgleich der Stators 5 immer dargestellt ist (der Abstand ergibt sich durch den Luftspalt 7). Gemäß der Figur zeigt sich, dass der Rotor 3, 23 variabel ist, da sich dessen Gestalt abhängig davon, ob Magnetkräfte zwischen Rotor 3, 23 und Stator 5 wirken, ändern kann. Die Magnetkräfte werden durch Permanentmagnete hervorgerufen, welche in der Figur nicht dargestellt sind. Die Permanentmagnete befinden sich am Rotor 3, 23 und bilden insbesondere einen Teil einer Luftspaltfläche 9, 9' des Rotors 3, 23 aus, welche zum Stator hin gerichtet ist. Der Luftspalt 7 ist neben der Luftspaltfläche 9 des Rotors 3 auch begrenzt durch die Luftspaltfläche 15 des Stators 5, welche zum Rotor 3 hin ausgerichtet ist. Die Luftspaltfläche 9 des Rotors 3 bildet im montierten Zustand des Rotors 3 eine Art, dem Stator 5 angepasste, Kegelform aus. Die Luftspaltfläche 9' des Rotors 3 bildet im nicht montierten Zustand des Rotors 3 eine ausgeprägtere Kegel- bzw. Glockenform aus. Zur Verdeutlichung ist dieser Vormontage-Zustand zusammen mit dem montierten Zustand von Rotor und Stator in der elektrischen Maschine gezeigt. Wie aus der Figur ersichtlich, ist der Rotor 23 derart flexibel, dass er im montierten Zustand zum Stator 5 hingezogen wird. Die Luftspaltfläche 9' des nicht montierten Rotors 23 verändert bei der Montage ihre Position derart, dass sich für die montierte elektrische Maschine ein symmetrischer Luftspalt 7 ergibt. Im montierten Zustand ist ein Luftspalt gleicher Breite in axialer Richtung angestrebt. Der Stator 5 ist so steif ausgeführt, dass dieser seine Form nicht verändert, auch wenn Magnetkräfte von Permanentmagneten auf diesen wirken. Durch seine kegelartige Form weist der Stator, also die Fläche des Stators die zum Luftspalt gerichtet ist (Luftspaltfläche) unterschiedliche Abstände 29 und 30 zur Rotationsachse 13 auf.The representation according to 5 shows an external rotor construction, which is mounted on one side. Shown is a rotor 3 . 23 as external rotor and a stator 5 , The rotor 3 . 23 is shown in two states. A first state gives the shape of the rotor 3 . 23 before mounting the rotor 23 again and is by dashed lines 23 to recognize. A second state gives the shape of the rotor after assembly of the rotor 3 again and is through solid lines 3 to recognize. The states of the rotor before and after assembly are both shown graphically in the figure for better understanding, although the stator 5 is always shown (the distance is due to the air gap 7 ). According to the figure shows that the rotor 3 . 23 is variable, since its shape depends on whether magnetic forces between rotor 3 . 23 and stator 5 act, change. The magnetic forces are caused by permanent magnets, which are not shown in the figure. The permanent magnets are located on the rotor 3 . 23 and in particular form part of an air gap surface 9 . 9 ' of the rotor 3 . 23 out, which is directed towards the stator. The air gap 7 is next to the air gap surface 9 of the rotor 3 also limited by the air gap area 15 of the stator 5 which to the rotor 3 is aligned. The air gap surface 9 of the rotor 3 forms in the mounted state of the rotor 3 a kind, the stator 5 adapted, cone shape. The air gap surface 9 ' of the rotor 3 forms in the unassembled state of the rotor 3 a more pronounced cone or bell shape. For clarity, this pre-assembly condition is shown together with the mounted state of rotor and stator in the electric machine. As can be seen from the figure, the rotor is 23 so flexible that it in the mounted state to the stator 5 is attracted. The air gap surface 9 ' of the unassembled rotor 23 changes its position during assembly in such a way that a symmetrical air gap is created for the mounted electrical machine 7 results. In the assembled state, an air gap of the same width in the axial direction is desired. The stator 5 is designed so stiff that it does not change its shape, even if magnetic forces of permanent magnets act on them. By its conical shape, the stator, so the surface of the stator which is directed to the air gap (air gap surface) has different distances 29 and 30 to the axis of rotation 13 on.

Vor und nach der Montage weist der Rotor 23 unterschiedliche Abstände Rotationsachse auf, wobei sich nach der Montage die Abstände verringert haben. Durch die magnetischen Kräfte der in der Figur nicht gezeigten Permanentmagnete wird der Rotor 23 an den Stator 5 derart herangezogen, dass sich eine in etwa gleiche Luftspaltbreite in axialer Richtung einstellt. Der Rotor 23 (vor der Montage) weist also eine Krümmung auf, welche nach der Montage durch die wirkenden Magnetkräfte reduziert ist, wobei gemäß. 5 auch der Stator 5 eine Krümmung am Luftspalt 7 aufweist.Before and after assembly, the rotor points 23 different distances rotation axis, with the distances have decreased after installation. By the magnetic forces of the permanent magnets, not shown in the figure, the rotor 23 to the stator 5 used in such a way that sets an approximately equal air gap width in the axial direction. The rotor 23 (before mounting) thus has a curvature, which is reduced after assembly by the acting magnetic forces, according to. 5 also the stator 5 a curvature at the air gap 7 having.

Die Darstellung gemäß 6 unterscheidet sich zu 5 dadurch, dass der Rotor 23 im vormontierten Zustand keine Krümmung aufweist, und sich erst durch die Magnetkräfte im montierten Zustand zum Stator 5 hin krümmt.The representation according to 6 is different too 5 in that the rotor 23 in the pre-assembled state has no curvature, and only by the magnetic forces in the assembled state to the stator 5 bends over.

Die Darstellung gemäß 7 unterscheidet sich zu 5 dadurch, dass der Rotor 23 im vormontierten Zustand eine Krümmung aufweist, welche der Krümmung des Stators 5 entgegensetzt ist, und sich der Rotor 23 erst durch die Magnetkräfte im montierten Zustand zum Stator 5 hin krümmt und dessen Krümmungsrichtung auch mit einnimmt.The representation according to 7 is different too 5 in that the rotor 23 in the pre-assembled state has a curvature, which is the curvature of the stator 5 Opposite, and the rotor 23 only by the magnetic forces in the mounted state to the stator 5 curves and whose direction of curvature also takes.

Die Darstellung gemäß 8 zeigt eine Außenläuferkonstruktion, welche zweiseitig gelagert ist. Dargestellt ist ein Rotor 3, 23 als Außenläufer und ein Stator 5. Der Rotor 3, 23 ist gelagert durch die Lager 17 und 18. Der Rotor 3, 23 in zwei Zuständen dargestellt. Ein erster Zustand gibt die Gestalt des Rotors 3, 23 vor einer Montage des Rotors 23 wieder und ist durch Strichlinien 23 zu erkennen. Die Darstellung hierzu erfolgt in den 4 bis 12 analog. Analog erfolgt auch die Verwendung der Bezugszeichen. Gemäß der Figur zeigt sich, dass der Rotor 3, 23 wieder variabel ist, da sich dessen Gestalt abhängig davon, ob Magnetkräfte zwischen Rotor 3, 23 und Stator 5 wirken, ändern kann. Die Luftspaltfläche 9, 9' des Rotors, die Luftspaltfläche 15 des Stators 5 sowie der Luftspalt 7 selbst haben eine Art taillierte Tonnenform. Da der Rotor flexibel ist ändert sich die Art der Taillierung. Im montierten Zustand des Rotors 3 ist die Krümmung des Rotors 3 der Krümmung des Stators 5 angepasst. Die Abstände 11, 21, 26, 30 und 31 verhalten sich entsprechend.The representation according to 8th shows an external rotor construction, which is mounted on two sides. Shown is a rotor 3 . 23 as external rotor and a stator 5 , The rotor 3 . 23 is stored by the bearings 17 and 18 , The rotor 3 . 23 shown in two states. A first state gives the shape of the rotor 3 . 23 before mounting the rotor 23 again and is by dashed lines 23 to recognize. The illustration is done in the 4 to 12 analogous. Analogously, the use of the reference numerals. According to the figure shows that the rotor 3 . 23 is variable again, as its shape depends on whether magnetic forces between the rotor 3 . 23 and stator 5 act, change. The air gap surface 9 . 9 ' of the rotor, the air gap surface 15 of the stator 5 as well as the air gap 7 even have a kind of waisted barrel shape. Since the rotor is flexible, the type of sidecut changes. In the assembled state of the rotor 3 is the curvature of the rotor 3 the curvature of the stator 5 customized. The distances 11 . 21 . 26 . 30 and 31 behave accordingly.

Die Darstellung gemäß 9 unterscheidet sich zu 8 dadurch, dass der Rotor 23 im vormontierten Zustand keine Krümmung aufweist, und sich erst durch die Magnetkräfte im montierten Zustand zum Stator 5 hin krümmt.The representation according to 9 is different too 8th in that the rotor 23 in the pre-assembled state has no curvature, and only by the magnetic forces in the assembled state to the stator 5 bends over.

Die Darstellung gemäß 10 unterscheidet sich zu 8 dadurch, dass der Rotor 23 im vormontierten Zustand eine Krümmung aufweist, welche der Krümmung des Stators 5 entgegensetzt ist, und sich der Rotor 23 erst durch die Magnetkräfte im montierten Zustand zum Stator 5 hin krümmt und dessen Krümmungsrichtung damit auch einnimmt.The representation according to 10 is different too 8th in that the rotor 23 in the pre-assembled state has a curvature, which is the curvature of the stator 5 Opposite, and the rotor 23 only by the magnetic forces in the mounted state to the stator 5 curves and its direction of curvature takes with it.

Die Darstellung gemäß 11 unterscheidet sich zu 8 dadurch, dass der Stator 5 keine Krümmung aufweist und der Rotor 23 im vormontierten Zustand eine Krümmung aufweist, welche bezogen auf die Position des Stators konkav ist. Im montierten Zustand weisen Rotor 3 und Stator 5 eine gerade Form auf.The representation according to 11 is different too 8th in that the stator 5 has no curvature and the rotor 23 in the pre-assembled state has a curvature which is concave relative to the position of the stator. In the assembled state have rotor 3 and stator 5 a straight shape up.

Die Darstellung gemäß 12 zeigt im Unterschied zu 8 einen Innenläufer. Der Stator 5 weist einen geraden Querschnitt im Luftspaltbereich 7 auf. Der Rotor 23 weist im unmontierten Zustand eine Taillierung auf, wobei im Taillienbereich der Abstand 21 zur Rotationsachse 13 kleiner ist als in Endbereichen mit Abständen 31. Im montierten Zustand verkleinert sich die Taillierung, was eine Zunahme des Abstandes 21 bedeutet.The representation according to 12 shows in contrast to 8th an inner rotor. The stator 5 has a straight cross section in the air gap area 7 on. The rotor 23 has in the unassembled state a sidecut, wherein in the waist region of the distance 21 to the axis of rotation 13 smaller than in end regions with intervals 31 , When assembled, the sidecut shrinks, which increases the distance 21 means.

Claims (8)

Rotor (3) einer permanenterregten Maschine (1), welche einen Stator (5), einen Luftspalt (7) und den Rotor (3) aufweist, wobei der Rotor (3) eine Luftspaltfläche (9) aufweist, deren Abstand (11) von einer Rotationsachse (13) variable ist.Rotor ( 3 ) of a permanent-magnet machine ( 1 ), which has a stator ( 5 ), an air gap ( 7 ) and the rotor ( 3 ), wherein the rotor ( 3 ) an air gap surface ( 9 ) whose spacing ( 11 ) from a rotation axis ( 13 ) is variable. Rotor (3) nach Anspruch 1, wobei die Luftspaltfläche (9) des Rotors (3) unmontiert eine axiale Krümmung aufweist.Rotor ( 3 ) according to claim 1, wherein the air gap surface ( 9 ) of the rotor ( 3 ) unmounted having an axial curvature. Rotor (3) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Luftspaltfläche (9) des Rotors (3) montiert im Stator (5) eine Krümmung aufweist, welche von der Krümmung des unmontierten Rotors (3) abweicht.Rotor ( 3 ) according to claim 1 or 2, wherein the air gap surface ( 9 ) of the rotor ( 3 ) mounted in the stator ( 5 ) has a curvature which depends on the curvature of the unassembled rotor ( 3 ) deviates. Rotor (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Rotor (3) ein Glockenläufer ist.Rotor ( 3 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the rotor ( 3 ) is a bell runner. Stator (5) einer permanenterregten Maschine (1), welche den Stator (5), einen Luftspalt (7) und den Rotor (3) aufweist, wobei der Stator eine Luftspaltfläche (15) aufweist, welche eine axiale Krümmung aufweist.Stator ( 5 ) of a permanent-magnet machine ( 1 ), which the stator ( 5 ), an air gap ( 7 ) and the rotor ( 3 ), wherein the stator has an air gap surface ( 15 ), which has an axial curvature. Elektrische Maschine (1), welche einen Rotor (3) einen Stator (5) und einen Luftspalt (7) aufweist, wobei der Luftspalt (7) axial unterschiedlich von der Rotationsachse beabstandet ist.Electric machine ( 1 ), which has a rotor ( 3 ) a stator ( 5 ) and an air gap ( 7 ), wherein the air gap ( 7 ) is spaced axially different from the axis of rotation. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 6, wobei die elektrische Maschine einen Rotor (3) und/oder einen Stator (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.Electric machine ( 1 ) according to claim 6, wherein the electric machine comprises a rotor ( 3 ) and / or a stator ( 5 ) according to one of claims 1 to 5. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die elektrische Maschine ein Windgenerator ist.Electric machine ( 1 ) according to claim 6 or 7, wherein the electric machine is a wind generator.
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