DE102014200394A1 - Reduzierung des Rastmoments und der Drehmomentwelligkeit eines elektrisch erregten Generators durch alternative Verlängerung von Rotorpolschuhen - Google Patents

Reduzierung des Rastmoments und der Drehmomentwelligkeit eines elektrisch erregten Generators durch alternative Verlängerung von Rotorpolschuhen Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rotor (100) für eine elektrische Maschine, insbesondere einen elektrisch erregten Generator für eine Windturbine. Der Rotor (100) weist einen Rotorkörper (101) entlang einer Umfangsrichtung (102) um eine Drehachse (103) des Rotors (100) sowie einen Rotorzahn mit einem ersten Polschuh (111) und einem zweiten Polschuh (121) auf. Der Rotorzahn erstreckt sich in einer radialen Richtung (104) bezüglich der Drehachse (103) von einer Oberfläche (105) des Rotorkörpers (101) aus. Der erste Polschuh (111) und der zweite Polschuh (121) sind an einem freien Ende des Rotorzahns angeordnet. Der erste Polschuh (111) weist einen ersten Abstand (112) bezüglich des zweiten Polschuhs (121) in einer ersten Richtung (114) auf, die sich parallel zur Umfangsrichtung (102) verhält. Der zweite Polschuh (121) weist einen zweiten Abstand (122) bezüglich des ersten Polschuhs (111) in einer zweiten Richtung (124) auf, die sich antiparallel zu der ersten Richtung (114) verhält.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine und einen Generator für eine Windturbine, insbesondere für eine Windturbine mit Direktantrieb. Außerdem betrifft die Erfindung eine Methode zur Herstellung des Rotors für die elektrische Maschine.
  • Technischer Hintergrund
  • Moderne Windturbinen sind für die Verwendung von Direktantriebstechnologie konzipiert, wobei ein Generator über eine Hauptwelle direkt mit einem Rotor der Windturbine mit Direktantrieb verbunden ist. Dafür ist ein großer Durchmesser des Rotors und des Stators des Generators erforderlich. Der Generator weist Dauermagneten, die am Rotor montiert sind, und Wicklungen auf, die am Stator montiert sind. Während der Drehung des Rotors erzeugt die Wechselwirkung zwischen den Rotorpolen und den Statornuten ein Rastmoment und damit Drehmomentwelligkeit. Daher ist ein Ziel die Reduzierung des Rastmoments und der Drehmomentwelligkeit. Normalerweise werden dauerhaft oder schrittweise erfolgende Schrägstellungstechniken verwendet, um das Rastmoment und die Drehmomentwelligkeit zu reduzieren. Die Implementierung dieser Methoden in elektrisch erregten Maschinen ist in der Praxis jedoch komplex.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es kann ein Ziel der Erfindung sein, das Rastmoment und die Drehmomentwelligkeit einer elektrischen Maschine zu reduzieren.
  • Dieses Ziel wird durch einen Rotor einer elektrischen Maschine, einen Generator für eine Windturbine und eine Herstellungsmethode entsprechend den unabhängigen Patentansprüchen erreicht.
  • Entsprechend eines ersten Aspekts der Erfindung wird ein Rotor für eine elektrische Maschine, speziell für einen Generator einer Windturbine, beschrieben. Der Rotor weist einen Rotorkörper auf, der sich in einer Richtung um eine Drehachse des Rotorkörpers erstreckt. Außerdem weist der Rotor einen Rotorzahn auf. Der Rotorzahn erstreckt sich von einer Oberfläche des Rotorkörpers in radialer Richtung bezüglich der Drehachse. Der erste und der zweite Polschuh sind an einem freien Ende des Rotorzahns nacheinander in einer Richtung parallel zu der Drehachse angeordnet.
  • Der erste Polschuh weist einen ersten Abstand zum zweiten Polschuh in einer ersten Richtung parallel zur Umfangsrichtung auf. Der zweite Polschuh weist einen zweiten Abstand zum ersten Polschuh in einer zweiten Richtung antiparallel zur ersten Richtung auf.
  • Entsprechend eines weiteren Aspekts der Erfindung wird eine Methode für die Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine, speziell eines Generators für eine Windturbine, beschrieben. Ein Rotorkörper, der sich in einer Umfangsrichtung um eine Drehachse des Rotorkörpers erstreckt, wird gebildet.
  • Außerdem wird ein Rotorzahn gebildet. Der Rotorzahn erstreckt sich von einer Oberfläche des Rotorkörpers in radialer Richtung bezüglich der Drehachse. Der erste und der zweite Polschuh sind an einem freien Ende des Rotorzahns nacheinander parallel zu der Drehachse angeordnet. Der erste Polschuh weist einen ersten Abstand zum zweiten Polschuh in seiner ersten Richtung, parallel zur Umfangsrichtung, auf. Der zweite Polschuh weist einen zweiten Abstand zum ersten Polschuh in einer zweiten Richtung, antiparallel zur ersten Richtung, auf.
  • Die elektrische Maschine (d.h. der elektrische Energieumwandler) kann beispielsweise ein Elektromotor oder ein Generator sein. Die elektrische Maschine kann insbesondere ein Generator für eine Windturbine sein, speziell für eine Windturbine mit Direktantrieb. Ein solcher Generator weist einen Stator und den oben beschriebenen Rotor auf, wobei der Rotor in Beziehung zum Stator um eine Drehachse gedreht werden kann. Die elektrische Maschine wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um oder umgekehrt. Ein elektrischer Motor ist ein weit verbreiteter Energieumwandler, der durch Magnetfeldbindung elektrische in mechanische Energie umwandelt. Ein elektrischer Generator ist ein elektromagnetischer Energieumwandler, der ebenfalls über Magnetfeldbindung mechanische in elektrische Energie umwandelt.
  • Die elektrische Maschine kann insbesondere ein elektrisch erregter Generator sein. Die Erregung im elektrisch erregten Generator stammt aus elektrischen Wicklungen, die um die Rotorzähne konzentriert und beispielsweise durch Wechselspannung erregt werden.
  • Die elektrische Maschine, die den oben beschriebenen Rotor aufweist, kann in vielen Anwendungen wie elektrischen Fahrzeugen (d.h. der elektromagnetische Energieumwandler ist ein Motor) oder in Stromerzeugungssystemen (d.h. der elektromechanische Energieumwandler ist ein Generator) verwendet werden, zum Beispiel in Windturbinen. Die elektrische Maschine kann besonders in Windturbinen mit Direktantrieb enthalten sein, in denen der Generator über eine Hauptwelle (eine Nabe) direkt mit einem Rotor der entsprechenden Windturbine mit Direktantrieb verbunden wird.
  • Die elektrische Maschine weist den oben beschriebenen Rotor und einen Stator auf. Der Stator ist eine Komponente, die den stationären Teil der elektrischen Maschine darstellt. Der Rotor ist eine Komponente, die den beweglichen Teil der elektrischen Maschine darstellt. Der Stator für die elektrische Maschine kann beispielsweise ein Stator sein, der den (internen) Rotor der elektrischen Maschine umgibt, oder er kann ein Stator sein, der durch den (externen) Rotor der elektrischen Maschine umgeben wird.
  • Ein Stator der elektrischen Maschine weist grundsätzlich zum Beispiel ein Röhrenprofil mit einer ringförmigen Querschnittsform auf. Entsprechend weist der Rotorkörper des Rotors beispielsweise eine entsprechende kreisförmige Verlängerung in der Umfangsrichtung auf, die dem Röhrenprofil des Stators entspricht.
  • Der Rotor weist eine Mittelachse auf, die grundsätzlich koaxial mit einer Drehachse des Rotors ist. Um die Drehachse des Rotorkörpers ist die Umfangsrichtung definiert. Außerdem verläuft eine radiale Richtung vom Rotorkörper zur Drehachse, wobei sich die radiale Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung und zur mittleren Achse/Drehachse verhält und durch die Mittelachse verläuft. Zwischen dem Stator und dem Rotor besteht eine Lücke.
  • In der Umfangsrichtung erstrecken sich Statorzähne von einem Statorkörper in radialer Richtung, wobei zwischen den jeweiligen Statorzähnen Wicklungen des Stators montiert sind.
  • Entsprechend erstrecken sich die Rotorzähne in einer Umfangsrichtung vom Rotorkörper aus in radialer Richtung, wobei zwischen den entsprechenden Rotorzähnen Wicklungen des Rotors montiert sind. Durch die am Rotor montierten Wicklungen kann ein elektrisch induziertes Magnetfeld generiert werden.
  • Der Rotorzahn erstreckt sich vom Rotorkörper aus in der radialen Richtung und grundsätzlich in der Richtung der Statorzähne. An den freien Enden des Rotorzahns sind die jeweiligen Polschuhe montiert. Das freie Ende des Rotorzahns definiert grundsätzlich die nächste Positionierung des Rotors zum Stator.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist der Rotorzahn einen ersten Rotorzahn und einen zweiten Rotorzahn auf, wobei sich der erste Rotorzahn und der zweite Rotorzahn von einer Oberfläche des Rotorkörpers aus in radialer Richtung im Verhältnis zur Drehachse erstrecken. Der erste Rotorzahn und der zweite Rotorzahn sind hintereinander in einer Richtung parallel oder fast parallel zu der Drehachse angeordnet, wobei der erste Polschuh an einem freien Ende des ersten Rotorzahns und der zweite Polschuh an einem freien Ende des zweiten Rotorzahns angeordnet sind. Der erste und der zweite Rotorzahn sind miteinander verbunden und hintereinander entlang der Drehachse angeordnet. Insbesondere können der erste, der zweite oder eine Vielzahl von Rotorzähnen entlang der Drehachse hintereinander angebracht werden und somit ein Rotorpaket bilden.
  • Speziell entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung können der erste und der zweite Rotorzahn gemeinsam einstückig ausgeführt sein.
  • Alternativ oder zusätzlich weist der Rotorkörper ein erstes Rotorkörperelement und ein zweites Rotorkörperelement auf, wobei der erste Rotorzahn am ersten Rotorkörperelement und der zweite Rotorzahn am zweiten Rotorkörperelement so angeordnet sind, dass das Rotorpaket aus den unterschiedlichen Rotorkörperelementen gebildet wird.
  • Die jeweiligen Polschuhe sind eine Struktur aus Material mit hoher magnetischer Permeabilität und dienen dazu, das Magnetfeld zu richten, das beispielsweise durch die Wicklungen entsteht. Die Polschuhe können aus Eisen bestehen. Die Polschuhe können aus dem gleichen Material wie der Rotorkörper oder aus anderem magnetischen Eisen bestehen. Als weiterer Vorteil der Erfindung kann in diesem Fall der Rotorkörper monolithisch als Einzelstück geformt werden, während die jeweiligen Polschuhe strukturiert geteilt sind und laminiert sein können, um den Wirbelstrom zu begrenzen und dadurch den Rotormetallverlust zu reduzieren.
  • Ein bekanntes technisches Problem elektrischer Maschinen inklusive elektrisch erregter Maschinen ist das Rastmoment. Das Rastmoment entsteht durch die Interaktion zwischen den Rotorpolen und den Statornuten aufgrund der Tatsache, dass sich der Rotor tendenziell von der Position mit hohem Widerstand zu der Position mit geringerem Widerstand bewegt. Das Rastmoment ist ein nicht erwünschter Effekt, der zu Ausgangswelligkeit (auch als Drehmomentwelligkeit bezeichnet), Vibrationen und/oder Störungen in einem elektromechanischen Energieumwandler führt.
  • Entsprechend der Vorgehensweise der Erfindung werden der Rastmoment und die Drehmomentwelligkeit so weit reduziert, dass ein ständiges, durch die Polschuhe hervorgerufenes Mitteldrehmoment erreicht wird. Dieses durchschnittliche Drehmoment wird durch den ersten und zweiten Abstand der jeweiligen Polschuhe der Rotorzähne erreicht.
  • Speziell der erste Polschuh weist einen ersten Abstand im Verhältnis zum zweiten Polschuh in einer ersten Richtung parallel zur Umfangsrichtung auf und der zweite Polschuh weist einen zweiten Abstand im Verhältnis zum ersten Polschuh in einer zweiten Richtung antiparallel zur ersten Richtung auf. Dies bedeutet, dass sich zwei benachbarte Polschuhe angrenzender Rotorzähne wechselnd in Bezug aufeinander erstrecken.
  • Bei der Drehung des Rotors erreicht beispielsweise der erste Polschuh eine (in Umfangsrichtung) vorwärts gerichtete Wicklung des Stators, während der zweite Polschuh weiterhin eine (in Umfangsrichtung) rückwärts gerichtete Wicklung des Stators erreicht. Wenn der zweite Polschuh die Abdeckung der Rückwärtswicklung verlässt, deckt der erste Polschuh bereits die Vorwärtswicklung ab. Dies hat eine entgegengesetzte Verlagerung von Wellenformen des erzeugten Rastmoments und der erzeugten Drehmomentwelligkeit durch den ersten und den zweiten Polschuh zur Folge. Wenn der erste Abstand und der zweite Abstand der jeweiligen Polschuhe angemessen angepasst werden, ist eine Aufhebung der Welligkeit, d.h. des Rastmoments und der Drehmomentwelligkeit möglich.
  • Neben der Aufhebung der Welligkeit müssen außerdem durch die Anpassung eines Abstands der jeweiligen Polschuhe die Darstellung des Rotorkörpers und der Rotorzähne nicht geändert werden. Außerdem ist es ausreichend, wenn nur zwei Polschuhe oder nur zwei Gruppen von Polschuhen einen wechselnden ersten und zweiten Abstand entlang der Umfangsrichtung aufweisen, um die Aufhebung der Welligkeit zu erreichen.
  • Weil durch die Erfindung eine elektrische Maschine mit reduziertem Rastmoment und reduzierter Drehmomentwelligkeit ermöglicht wird, kann die Konstruktion der tragenden Struktur (Auflager, Läuferjoch) kleiner sein, so dass die Fertigungskosten und das Gewicht des elektrischen Geräts reduziert werden können.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird dargestellt, dass außer dem ersten und dem zweiten Rotorzahn auch eine Reihe weiterer dritter Rotorzähne mit entsprechenden dritten Polschuhen hintereinander entlang der Drehachse montiert werden können, wobei jeder der dritten Rotorzähne entsprechende dritte Polschuhe mit alternativen und anderen weiteren Abständen enthält. Im Einzelnen weist der Rotorkörper einen dritten Rotorzahn mit einem dritten Polschuh auf. Der erste Rotorzahn, der zweite Rotorzahn und der dritte Rotorzahn sind hintereinander in einer Richtung parallel zu der Drehachse angeordnet. Der dritte Polschuh ist an einem freien Ende des dritten Rotorzahns angeordnet, wobei der dritte Polschuh einen dritten Abstand bezüglich dem ersten Polschuh und/oder dem zweiten Polschuh entlang der ersten Richtung aufweist. Der dritte Rotorzahn erstreckt sich von der Oberfläche des Rotorkörpers in der Umfangsrichtung.
  • Entsprechend einer weiteren Ausführungsform weist der dritte Polschuh einen weiteren dritten Abstand im Verhältnis zum ersten Polschuh und/oder zum zweiten Polschuh in der zweiten Richtung auf.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Themenbereiche beschrieben wurden. Im Einzelnen wurden einige Ausführungsformen mit Bezug auf Vorrichtungsansprüche beschrieben, während andere Ausführungsformen mit Bezug auf Methodenansprüche beschrieben wurden. Der geschulte Fachmann kann anhand der obigen Angaben und der folgenden Beschreibung ableiten, dass, sofern nicht anders dargelegt, zusätzlich zu einer Kombination von Funktionen, die zu einer Themenkategorie gehört, auch beliebige Kombinationen von Funktionen aus anderen Themenbereichen, besonders zwischen Aspekten der Vorrichtungsansprüche und der Methodentypansprüche, mit dieser Anwendung als offengelegt betrachtet werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die oben definierten und weiteren Aspekte der Erfindung sind in den Beispielen der nachfolgend zu beschreibenden Ausführungsform offensichtlich und werden mit Bezug auf die Beispiele der Ausführungsform erläutert. Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf Ausführungsformbeispiele ausführlicher beschrieben, ist jedoch nicht auf diese beschränkt.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Rotors entsprechend einer beispielhaften Anordnungsform der Erfindung;
  • 2 zeigt eine schematische Ansicht einer elektrischen Maschine mit einem Stator und einem Rotor entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
  • 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Generators mit einem externen Rotor und einem internen Stator entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
  • 4 zeigt ein Diagramm des Rastmoments in Beziehung zur Rotorposition;
  • 5 zeigt ein Diagramm der Drehmomentwelligkeit in Beziehung zur Rotorposition;
  • 6 zeigt die Drehmomentwelligkeit in Beziehung zum Erweiterungswinkel der Polschuhe entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • Genaue Beschreibung
  • Die Abbildungen in den Zeichnungen sind schematisch. In unterschiedlichen Abbildungen werden ähnliche oder identische Elemente mit den gleichen Referenzhinweisen angegeben.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Abschnitts eines Rotors 100 für eine elektrische Maschine, besonders einen elektrisch erregten Generator für eine Windturbine.
  • 1 zeigt exemplarisch einen Rotorkörper 101 und einen Rotorzahn mit zwei Statorzähnen 110 und 120, die am Rotorkörper 101 montiert sind. Der erste Rotorzahn 110 weist einen ersten Polschuh 111 auf und der zweite Rotorzahn 120 weist einen zweiten Polschuh 121 auf. Der erste Rotorzahn 110 und der zweite Rotorzahn 120 erstrecken sich von einer Oberfläche 105 des Rotorkörpers 101 aus in radialer Richtung 104 in Beziehung zur Rotorachse 103. Der erste Rotorzahn 110 und der zweite Rotorzahn 120 sind hintereinander in einer Richtung parallel zur Drehachse 103 angeordnet. Der erste Polschuh 111 befindet sich an einem freien Ende des ersten Rotorzahns 110 und der zweite Polschuh 121 befindet sich an einem freien Ende des zweiten Rotorzahns 120.
  • In der Erfindung weist der erste Polschuh 111 einen ersten Abstand 112 bezüglich des zweiten Polschuhs 121 in einer ersten Richtung 114 auf, die parallel zur Umfangsrichtung 102 liegt. Der zweite Polschuh 121 weist einen zweiten Abstand 122 bezüglich dem ersten Polschuh 111 in einer zweiten Richtung 124 auf, die sich antiparallel zu der ersten Richtung 114 verhält.
  • Wie 1 zu entnehmen ist, kann der Rotorkörper 101 ein erstes Rotorkörperelement 113 und ein zweites Rotorkörperelement 123 aufweisen, wobei der erste Rotorzahn 110 am ersten Rotorkörperelement 113 und der zweite Rotorzahn 120 am zweiten Rotorkörperelement 123 montiert ist. Daher beschreiben das erste Rotorkörperelement 113 und das zweite Rotorkörperelement 123 Rotorlamellierungsscheiben, wobei das gesamte Paket der Lamellierungsscheiben eine Rotorlamellierung bilden kann. Alternativ werden der erste Rotorzahn 110 und der zweite Rotorzahn 120 auf integrale Weise gebildet.
  • Alternativ kann der Rotorkörper 101 aus einem Stück bestehen und daher monolithisch geformt sein, während der erste Polschuh 111 und der zweite Polschuh 121 aus separaten Teilen/Elementen mit Bezug aufeinander gebildet sind. Die separaten Elemente des ersten Polschuhs 111 und des zweiten Polschuhs 121 können entlang der Drehachse 103 angeordnet sein und eine Lamellierung zum Senken des Wirbelstroms bilden. Wie in 1 gezeigt, beschreibt der erste Abstand 112 einen Abstand des ersten Polschuhs 111 entlang der ersten Richtung 114 bezüglich dem zweiten Polschuh 121 entlang der Umfangsrichtung 102. Entsprechend beschreibt der zweite Abstand 122 einen Abstand des zweiten Polschuhs 121 in einer zweiten Richtung 124, die sich antiparallel zu der ersten Richtung 114 verhält.
  • Der erste Abstand 112 und der zweite Abstand 122 können als die Länge entlang der Umfangsrichtung 102 definiert sein. Alternativ kann die Abmessung der Abstände 112 und 122 mit einem Erweiterungswinkel beschrieben werden, wobei eine erste imaginäre Linie von der Drehachse 103 zur Kante des Umfangsendes des einen Polschuhs 111, 121 gezeichnet wird, und dann eine weitere imaginäre Linie von der Drehachse 103 zur Kante des Umfangsendes des anderen Polschuhs 121, 111 gezeichnet wird, wobei der entsprechende Abstand 112, 122 durch den Winkel zwischen den beiden Linien beschrieben wird.
  • Der in 1 gezeigte Rotor 100 kann einen internen Rotor bilden, der durch einen Stator 200 oder einen externen Rotor 100 umgeben wird, der den Stator 200 umgibt (siehe 2, 3).
  • 2 zeigt eine elektrische Maschine, die den in 1 gezeigten Rotor 100 und einen Stator 200 aufweist. Der in 2 gezeigte Rotor 100 ist ein externer Rotor, der den Stator 200 umgibt. Der Stator 200 weist Statorzähne auf, wobei zwischen zwei Statorzähnen in Umfangsrichtung Statorwicklungen (nicht gezeigt) angeordnet sind. Die Statorwicklungen können Dreiphasen-Ankerspulen bilden, die für dreiphasige Wechselspannungen geeignet sind. Der Rotor 100 dreht sich um die Drehachse 103, so dass die Rotorzähne 110, 120 und ihre zugehörigen Polschuhe 111, 121 die entsprechenden Statorzähne entlang der Umfangsrichtung 102 passieren. Wie in 2 gezeigt, erreicht der zweite Abstand 122 des zweiten Polschuhs 121 bereits die Statorzähne auf der linken Seite, während der erste Abstand 112 des ersten Polschuhs 111 weiter den Statorzahn auf der rechten Seite des in 2 gezeigten Stators 200 abdeckt.
  • Um die Rotorzähne 110, 120 sind Wicklungen bildende Läuferspulen montiert, wobei die Läuferspulen beispielsweise durch Wechselspannung erregt werden.
  • Daher erzeugen der erste Polschuh 111 und der zweite Polschuh 121 unterschiedliche Drehmomente, die entsprechende Rastmomente und Drehmomentwelligkeiten erzeugen, wie in 4 und 5 gezeigt. Wenn der erste Abstand 112 und der zweite Abstand 122 korrekt festgelegt sind, kann eine Aufhebung des/der durch die entsprechenden Polschuhe 111, 121 erzeugten Rastmoments/Drehmomentwelligkeit aufgehoben werden.
  • 3 zeigt eine allgemeine Ansicht eines Rotors 100 und eines Stators 200. Der Rotor 100 umfasst den Rotorkörper 101, der eine Vielzahl erster und zweiter Rotorzähne 110, 120, 110’, 120’ aufweist, die hintereinander entlang der Drehachse 103 angeordnet sind. Außerdem sind zwischen dem ersten und dem zweiten Rotorzahn 110, 120 entlang der Umfangsrichtung 102 eine Vielzahl weiterer erster und zweiter Rotorzähne 110’, 120’ angeordnet, die entsprechende erste und zweite Polschuhe 111, 111’, 121, 121’ aufweisen. Zwischen der Vielzahl der ersten und zweiten Rotorzähne 110, 120, 110’, 120’ sind entsprechende Läuferspulen angeordnet. Aus Verständlichkeitsgründen werden nicht alle weiteren Rotorzähne 110’, 120’ mit entsprechenden Referenzhinweisen beschrieben. In 3 ist der Rotor 100 ein externer Rotor, der den Stator 200 umgibt.
  • 4 zeigt ein Diagramm, in dem das Rastmoment mit den Ordinaten bezüglich der Rotorposition entlang der X-Achse dargestellt wird. Insbesondere wird das durch den ersten Polschuh 111 generierte Rastmoment 411 und das durch den zweiten Polschuh 121 erzeugte Rastmoment 421 gezeigt. Wenn der entsprechende erste Abstand 112 und der zweite Abstand 122 korrekt eingestellt sind, gleichen sich das Rastmoment 411 des ersten Polschuhs 111 und das Rastmoment 421 des zweiten Polschuhs 121 aus und heben sich auf, so dass ein durchschnittliches Rastmoment 401 erzeugt wird, das fast Null beträgt.
  • Die Rotorposition beschreibt die Drehposition des Rotors. Wenn sich der Rotor um 360° dreht, wird eine Komplettdrehung des Rotors 100 erreicht. Das Rastmoment kann in Newton-Metern (Nm) angegeben werden.
  • 5 zeigt ähnlich wie 4 ein Diagramm, in dem auf der Y-Achse eine Drehmomentwelligkeit im Verhältnis zur Rotorposition entlang der X-Achse dargestellt wird. Es werden die durch den ersten Polschuh generierte Drehmomentwelligkeit 511 und die durch den zweiten Polschuh 121 erzeugte Drehmomentwelligkeit 521 gezeigt. Wenn der entsprechende erste Abstand 112 und der zweite Abstand 122 korrekt eingestellt sind, gleichen sich die Drehmomentwelligkeit 511 des ersten Polschuhs 111 und die Drehmomentwelligkeit 521 des zweiten Polschuhs 121 aus und heben sich auf, so dass eine durchschnittliche Drehmomentwelligkeit 501 erzeugt wird, die fast Null beträgt.
  • 6 zeigt einen Verlauf der Drehmomentwelligkeit mit Bezug auf den Erweiterungswinkel der entsprechenden Polschuhe 111, 121. Der Erweiterungswinkel beschreibt die Größe des ersten Abstands 112 und des entsprechenden zweiten Abstands 122. Für alle elektrischen Maschinen sind Tests mit variierenden Abständen 112, 122 der entsprechenden Polschuhe 111, 121 möglich, und die Drehmomentwelligkeit kann unter Laborbedingungen gemessen werden. Wenn die Mindestdrehmomentwelligkeit 601 gemessen wurde, wurden die optimale Größe und Abmessung des ersten Abstands 112 und des zweiten Abstands 122 (d.h. ein optimaler Erweiterungswinkel) ermittelt.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass der Begriff „umfassen“ andere Elemente oder Schritte nicht ausschließt und „ein“, „eine“ und „einer“ die Mehrzahl nicht ausschließen. Außerdem können in Verbindung mit unterschiedlichen Ausführungsformen beschriebene Elemente kombiniert werden. Es ist auch wichtig, dass Referenzhinweise in den Patentansprüchen nicht als Einschränkungen des Umfangs der Patentansprüche ausgelegt werden dürfen.

Claims (9)

  1. Rotor (100) für eine elektrische Maschine, insbesondere ein Generator für eine Windturbine, wobei der Rotor (100) einen Rotorkörper (101) in einer Umfangsrichtung (102) um eine Drehachse (103) des Rotors (100) sowie einen Rotorzahn mit einem ersten Polschuh (111) und einem zweiten Polschuh (121) aufweist, wobei sich der Rotorzahn von einer Oberfläche (105) des Rotorkörpers (101) in einer radialen Richtung (104) im Verhältnis zu der Drehachse (103) erstreckt, wobei der erste Polschuh (111) und der zweite Polschuh (121) an einem freien Ende des Rotorzahns hintereinander in einer Richtung parallel zu der Drehachse (103) angeordnet sind, wobei der erste Polschuh (111) einen ersten Abstand (112) bezüglich des zweiten Polschuhs (121) in einer ersten Richtung (114) aufweist, die sich parallel zu der Umfangsrichtung (102) verhält und wobei der zweite Polschuh (121) einen zweiten Abstand (122) bezüglich des ersten Polschuhs (111) in einer zweiten Richtung (124) aufweist, die sich antiparallel zu der ersten Richtung (114) verhält.
  2. Rotor (100) nach Anspruch 1, wobei der Rotorzahn einen ersten Rotorzahn (110) und einen zweiten Rotorzahn (120) aufweist, wobei sich der erste Rotorzahn (110) und der zweite Rotorzahn (120) von einer Oberfläche (105) des Rotorkörpers (101) aus in einer radialen Richtung (104) im Verhältnis zu der Drehachse (103) erstrecken, wobei der erste Rotorzahn (110) und der zweite Rotorzahn (120) hintereinander in einer Richtung parallel zu der Drehachse (103) angeordnet sind, wobei der erste Polschuh (111) an einem freien Ende des ersten Rotorzahns (110) angeordnet ist, wobei der zweite Polschuh (121) an einem freien Ende des zweiten Rotorzahns (120) angeordnet ist.
  3. Rotor (100) nach Anspruch 2, wobei der Rotorkörper (101) ein erstes Rotorkörperelement (113) und ein zweites Rotorkörperelement (123) aufweist, wobei der erste Rotorzahn (110) am ersten Rotorkörperelement (113) angeordnet ist und der zweite Rotorzahn (120) am zweiten Rotorkörperelement (123) angeordnet ist.
  4. Rotor (100) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der erste Rotorzahn (110) und der zweite Rotorzahn (120) auf integrale Weise gebildet werden.
  5. Rotor (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Rotorkörper (101) einen dritten Rotorzahn mit einem dritten Polschuh aufweist, wobei der erste Rotorzahn (110), der zweite Rotorzahn (120) und der dritte Rotorzahn hintereinander in einer Richtung parallel zu der Drehachse (103) angeordnet sind, wobei der dritte Polschuh an einem freien Ende des dritten Rotorzahns angeordnet ist, wobei der dritte Polschuh einen dritten Abstand bezüglich des ersten Polschuhs (111) und/oder des zweiten Polschuhs (121) in der ersten Richtung (114) aufweist.
  6. Rotor (100) nach Anspruch 5, wobei der dritte Polschuh einen weiteren dritten Abstand bezüglich des ersten Polschuhs (111) und/oder des zweiten Polschuhs (121) in der zweiten Richtung (124) aufweist.
  7. Generator für eine Windturbine, insbesondere für eine Windturbine mit Direktantrieb, wobei der Generator Folgendes aufweist: einen Stator (200) und einen Rotor (100) entsprechend einem der Patenansprüche 1 bis 6, wobei der Rotor (100) im Verhältnis zum Stator (200) um die Drehachse (103) gedreht werden kann.
  8. Generator nach Anspruch 7, wobei der Rotor (100) ein externer Rotor ist, der den Stator (200) umgibt.
  9. Methode der Herstellung eines Rotors (100) für eine elektrische Maschine, insbesondere eines elektrisch erregten Generators für eine Windturbine, wobei die Methode Folgendes enthält: Bilden eines Rotorkörpers (101) in einer Umfangsrichtung (102) um eine Drehachse (103) des Rotorkörpers (101), Bilden eines Rotorzahns, wobei sich der Rotorzahn von einer Oberfläche (105) des Rotorkörpers (101) aus in einer radialen Richtung (104) im Verhältnis zur Drehachse erstreckt, Anordnen eines ersten Polschuhs (111) an einem freien Ende des Rotorzahns, Anordnen eines zweiten Polschuhs (121) am freien Ende des Rotorzahns, wobei der erste Polschuh (111) und der zweite Polschuh (121) hintereinander in einer Richtung parallel zu der Drehachse (103) angeordnet sind, wobei der erste Polschuh (111) einen ersten Abstand (112) bezüglich des zweiten Polschuhs (121) in einer ersten Richtung (114) aufweist, die sich parallel zu der Umfangsrichtung (102) verhält und wobei der zweite Polschuh (121) einen zweiten Abstand (122) im Verhältnis zum ersten Polschuh (111) in einer zweiten Richtung (124) aufweist, die sich antiparallel zu der ersten Richtung (114) verhält.
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