WO2011110421A2 - External rotor motor with a varying armature profile - Google Patents

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WO2011110421A2
WO2011110421A2 PCT/EP2011/052607 EP2011052607W WO2011110421A2 WO 2011110421 A2 WO2011110421 A2 WO 2011110421A2 EP 2011052607 W EP2011052607 W EP 2011052607W WO 2011110421 A2 WO2011110421 A2 WO 2011110421A2
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rotor
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electric machine
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Ulrich Hartmann
Christian Knop
Joachim Mucha
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02K1/2789—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2791—Surface mounted magnets; Inset magnets
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21H8/00—Rolling metal of indefinite length in repetitive shapes specially designed for the manufacture of particular objects, e.g. checkered sheets
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • H02K7/183—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines wherein the turbine is a wind turbine
    • H02K7/1838—Generators mounted in a nacelle or similar structure of a horizontal axis wind turbine

Definitions

  • the invention relates to an external rotor of an electrical machine and to a production method for such an external rotor.
  • the invention is particularly beneficial where ⁇ way for applications where weight or a material reduction is in electrical machines of particular importance.
  • directly driven wind power generators are mentioned here, which require considerable machine diameters, in particular for large powers. For static reasons alone, the aim here is for a given machine diameter, the lowest possible mass of the generator.
  • the invention is therefore based on the object to enable a pos ⁇ lichst lightweight construction of an electric machine with Au ⁇ .
  • This object is achieved by an external rotor with the features according to claim 1.
  • This external rotor has a JochH defined in the direction of the external rotor radius and varying in the circumferential direction, wherein the Jochschreib un ⁇ ter second, having the poles of the external rotor a first value and in pole gaps between the poles of a different from the first value.
  • Yoke strength alternately assumes a first and a second value and Forming the rotor plate to a hollow cylinder out ⁇ formed external rotor.
  • the invention is based on the finding that the weight of an electric machine with external rotor can be significantly reduced if its yoke is not designed with a constant yoke strength as is usual in the prior art. Rather, the invention is based on the idea to keep the yoke thickness variable in the direction of the circumference of the outer rotor and to choose only the functionally necessary yoke strength at each point in the circumferential direction.
  • the JochC must be large at the poles of the external rotor screened ⁇ us, that it is sufficient for transmission of the meeting within the operation ⁇ forces and moments.
  • the yoke section which is located in a pole gap, is used to transmit the magnetic flux between two poles.
  • the second value which defi nes the ⁇ JochC in the pole gap is dimensioned such that the magnetic flux between two adjacent poles in the intended operating range of the electric machine is saturation freely transferable.
  • the first value is determined such that the yoke in the intended operating range of the electrical machine forces and moments withstands.
  • the poles of the external rotor are formed by permanent magnets.
  • the yoke has a strength above the poles and thus via the permanent magnet, which corresponds to the first value. His task is to absorb the mechanical forces acting on the permanent magnets.
  • the first value is less than the second value. This arises because ⁇ by that as a rule for guiding the magnetic flux greater Jochand is required than for on ⁇ acquisition of the radial and tangential forces.
  • a sizing rule, which results in practice a nearly ideal material utilization in the yoke is characterized by the fact that the second value is at least half of the pole width. Through such a choice is si ⁇ ensure that the back magnetic saturation in the yoke can be avoided to.
  • the radial stiffness of the outer rotor can be in wide ⁇ rer advantageous embodiment of the invention increase because the outer rotor extending in the circumferential direction Rip has pen.
  • An improved cooling of the electrical machine is advantageously achieved in that the external rotor comprises axially extending grooves for cooling the electric machine.
  • the rolling of the rotor plate is a very simple Ferti ⁇ supply technology, in which can be dispensed with cutting Nachbearbei ⁇ tung ideally. At least the cost of this can be significantly reduced compared to the prior art.
  • the rolling tool is in this case dimensioned in an appropriate manner such that a first and a second value of the Jochbus result, in which the maxima ⁇ le material saving setting.
  • first the first value is determined such that the yoke withstands forces and moments occurring in the intended operating range of the electrical machine.
  • the second value is determined such that the magnetic see flow between two adjacent poles in the intended operating range of the electric machine is essentially free of saturation transferable.
  • permanent magnets are attached to the inner shell ⁇ surface of the outer rotor at the locations at which the Jochschreib has the first value.
  • advantageously axially extending grooves for cooling the electric machine can be rolled into the rotor blade. This too can be carried out very easily in one production step together with the generation of the desired yoke profile.
  • the integration of multiple functions, such as the raised ribs for rigidity increase, additional cross-sections for better heat dissipation, as well as grooves for receiving the permanent magnets simplifies the Fer ⁇ actuating the one and on the other contributes to a higher machine safety in.
  • the grooves which serve as additional drainage channels, increase the effective air gap area in the magnetically inactive areas. In this way, on the one hand, material alone is saved through the recess, for the Higher performance is achieved by the improved heat dissipation with the same machine diameter.
  • FIG. 2 shows a perspective simplified representation of a further embodiment of an external rotor according to the present invention with ribs for reinforcing the rotor with respect to radially acting forces
  • FIG. 3 shows a rolling process for producing a yoke profile for an external rotor according to an embodiment of FIG
  • FIG 1 shows a section of an external rotor according ei ⁇ ner embodiment of the invention.
  • the external rotor is made of a rotor plate, which was first rolled to produce the profile shown and then wound into a hollow cylinder and welded at the ends to a closed cylinder.
  • the outer rotor shown is part of a permanent-magnet synchronous machine, which serves as a wind power generator.
  • Poles 3 of the external rotor not shown in FIG 1 Man ⁇ magnets for generating the exciter field are provided. The poles 3 are each spaced apart by a pole pitch 5. Above the poles 3 and thus above the Perma ⁇ nentmagnete the Jochbus has a first value. 1
  • the yoke thickness has a second value 2 which is appreciably greater than the first value 1.
  • the first value 1 was determined according to mechanical considerations. The yoke is just as strong at the poles 3, as is necessary to accommodate the radial forces on this Stel ⁇ le.
  • the second value 2 is determined by electrical and magnetic design criteria.
  • the flow between two adjacent poles on the pole gap 4 closes 3.
  • the second value must be determined so that the magnetic flux density in the pole gap see possible not in the Seeds ⁇ actuation goes. In most cases, a larger yoke thickness is required for this than for the absorption of the radially acting forces.
  • the first value 1 and the second value 2 have been dimensioned from different points of view, namely the points of view relevant to the respective points, material and thus weight can be saved significantly in comparison with an external rotor in which a constant yoke thickness is selected. For if the yoke strength is constant, the design criterion always gives the yoke strength, which requires the greater value for this.
  • the invention is not limited to a profile which only takes two different values ⁇ .
  • the yoke profile shown in FIG. 1 also has a third value 10 for the yoke thickness in the transition from pole 3 to pole gap 4, which is both greater than the second value 2 and the first value 1.
  • the illustrated yoke profile further comprises grooves 7, which are arranged between the poles 3 and thus to the pole gaps 4 on the inside of the outer rotor. These grooves 7 ⁇ nen as Entracermungskanäle. As a result, the effective air gap area relevant for the desuperheating is increased.
  • the profiling of the grooves 7 can be easily connected to the production of the illustrated yoke profile in a rolling process.
  • 2 shows a perspective simplified representation ei ⁇ ner further embodiment of an external rotor according to the vorlie ⁇ ing invention with ribs 6 for reinforcing the rotor with respect to radially acting forces. In FIG. 2 it can initially be seen how the rotor core illustrated in FIG.
  • the circumferentially extending ribs 6 can also be generated during rolling of the sheet. Particularly in the case of very large machines, these ribs 6 prevent the outer rotor from undergoing deformation due to the enormous forces in the air gap of the machine, which in turn could make the air gap uneven or even lead to contact between the rotor and the stator.
  • 3 shows a rolling process for producing a Jochpro ⁇ fils for an external rotor according to an embodiment of the invention.
  • the rotor plate 8 is rolled by two contoured rollers 11,12 in the desired shape. In principle, the method is also ⁇ ses with only a contoured roll bar imaginable.

Abstract

The invention relates to an external rotor of an electric machine and to a production method for an external rotor of this type. To achieve the lightest possible construction, the external rotor has an armature thickness that is defined in the direction of the external rotor radius and that varies in the circumferential direction, said armature thickness having a first value (1) beneath the poles (3) of the external rotor and a second value (2), which differs from the first, in the pole gaps (4) between the poles (3).

Description

Beschreibung description
Außenläufermotor mit variierendem Jochprofil Die Erfindung betrifft einen Außenläufer einer elektrischen Maschine sowie ein Herstellungsverfahren für einen derartigen Außenläufer. Die Erfindung kommt insbesondere dort vorteil¬ haft zum Einsatz, wo eine Gewichts- oder Materialreduktion bei elektrischen Maschinen von besonderer Bedeutung ist. Bei- spielhaft seien hier direkt angetriebene Windkraftgeneratoren genannt, die insbesondere bei großen Leistungen erhebliche Maschinendurchmesser erfordern. Allein aus statischen Gründen wird hier bei einem gegebenen Maschinendurchmesser, eine möglichst geringe Masse des Generators angestrebt. External rotor motor with varying yoke profile The invention relates to an external rotor of an electrical machine and to a production method for such an external rotor. The invention is particularly beneficial where ¬ way for applications where weight or a material reduction is in electrical machines of particular importance. By way of example, directly driven wind power generators are mentioned here, which require considerable machine diameters, in particular for large powers. For static reasons alone, the aim here is for a given machine diameter, the lowest possible mass of the generator.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine mög¬ lichst leichte Bauweise einer elektrischen Maschine mit Au¬ ßenläufer zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch einen Außenläufer mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Dieser Außenläufer weist eine in Richtung des Außenläuferradius definierte und in Umfangs- richtung variierende Jochstärke auf, wobei die Jochstärke un¬ ter den Polen des Außenläufers einen ersten Wert und in Pol- lücken zwischen den Polen einen zweiten, vom ersten verschiedenen Wert aufweist. The invention is therefore based on the object to enable a pos ¬ lichst lightweight construction of an electric machine with Au ¬ ßenläufer. This object is achieved by an external rotor with the features according to claim 1. This external rotor has a Jochstärke defined in the direction of the external rotor radius and varying in the circumferential direction, wherein the Jochstärke un ¬ ter second, having the poles of the external rotor a first value and in pole gaps between the poles of a different from the first value.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiter durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Ein solches Verfahren zur Herstellung eines Außenläufers ei¬ ner elektrischen Maschine umfasst folgende Verfahrensschrit¬ te : The problem underlying the invention is further achieved by a method having the features of claim 8. Such a process for the preparation of an external rotor ei ¬ ner electric machine comprising the Verfahrensschrit ¬ te:
Walzen eines Läuferbleches für den Außenläufer derart, dass es eine senkrecht zur Walzrichtung definierte und in Walzrichtung variierende Jochstärke aufweist, wobei die Rolling a rotor sheet for the external rotor such that it has a defined perpendicular to the rolling direction and varying in the rolling direction yoke thickness, wherein the
Jochstärke alternierend einen ersten und einen zweiten Wert annimmt und Umformen des Läuferbleches zu dem als Hohlzylinder ausge¬ bildeten Außenläufer. Yoke strength alternately assumes a first and a second value and Forming the rotor plate to a hollow cylinder out ¬ formed external rotor.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unter- ansprüchen zu entnehmen. Advantageous embodiments of the invention can be found in the subclaims.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich das Gewicht einer elektrischen Maschine mit Außenläufer signifikant reduzieren lässt, wenn dessen Joch nicht wie im Stand der Technik üblich mit einer konstanten Jochstärke ausgeführt wird. Vielmehr liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, die Jochstärke in Richtung des Umfangs des Außenläufers variabel zu halten und hierbei an jeder Stelle in Umfangsrichtung nur die funktionell notwendige Jochstärke zu wählen. The invention is based on the finding that the weight of an electric machine with external rotor can be significantly reduced if its yoke is not designed with a constant yoke strength as is usual in the prior art. Rather, the invention is based on the idea to keep the yoke thickness variable in the direction of the circumference of the outer rotor and to choose only the functionally necessary yoke strength at each point in the circumferential direction.
So muss die Jochstärke unter den Polen des Außenläufers gera¬ de so groß sein, dass sie zur Übertragung der im Betrieb auf¬ tretenden Kräfte und Momente ausreicht. Hingegen wird der Jochabschnitt, der sich in einer Pollücke befindet, zur Über- tragung des magnetischen Flusses zwischen zwei Polen verwendet. Somit stehen bei dessen Dimensionierung elektrische und magnetische Kriterien im Vordergrund. Zweckmäßigerweise wird der zweite Wert, der die Jochstärke in der Pollücke defi¬ niert, derart bemessen, dass der magnetische Fluss zwischen zwei benachbarten Polen im vorgesehenen Betriebsbereich der elektrischen Maschine sättigungsfrei übertragbar ist. Hinge¬ gen wird der erste Wert derart bestimmt, dass das Joch im vorgesehenen Betriebsbereich der elektrischen Maschine auftretenden Kräften und Momenten standhält. Bei einer solchen Auslegung erhält das Joch in Umfangsrichtung ein Profil, welches im Wesentlichen durch eine alternierende Jochstärke ge¬ kennzeichnet ist. So the Jochstärke must be large at the poles of the external rotor screened ¬ us, that it is sufficient for transmission of the meeting within the operation ¬ forces and moments. By contrast, the yoke section, which is located in a pole gap, is used to transmit the magnetic flux between two poles. Thus, when dimensioning electrical and magnetic criteria in the foreground. Conveniently, the second value which defi nes the ¬ Jochstärke in the pole gap is dimensioned such that the magnetic flux between two adjacent poles in the intended operating range of the electric machine is saturation freely transferable. Hinge ¬ gene, the first value is determined such that the yoke in the intended operating range of the electrical machine forces and moments withstands. With such a design, the yoke is given a profile which is substantially by an alternating Jochstärke ge ¬ features in the circumferential direction.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Pole des Außenläufers durch Permanentmagnete ausgebildet. Das Joch weist über den Polen und damit über den Permanentmagneten eine Stärke auf, die dem ersten Wert entspricht. Seine Aufgabe ist es, die mechanischen Kräfte, die auf die Permanentmagnete wirken, aufzunehmen. In an advantageous embodiment of the invention, the poles of the external rotor are formed by permanent magnets. The yoke has a strength above the poles and thus via the permanent magnet, which corresponds to the first value. His task is to absorb the mechanical forces acting on the permanent magnets.
In den meisten Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn der erste Wert kleiner als der zweite Wert ist. Dies ergibt sich da¬ durch, dass in der Regel für die Führung des magnetischen Flusses eine größere Jochstärke benötigt wird, als zur Auf¬ nahme der radialen und tangentialen Kräfte. Eine Dimensionierungsvorschrift , mit der sich in der Praxis eine nahezu ideale Materialausnutzung im Joch ergibt, kennzeichnet sich dadurch, dass der zweite Wert mindestens die Hälfte der Polbreite beträgt. Durch eine solche Wahl wird si¬ chergestellt, dass die magnetische Sättigung im Joch vermie- den werden kann. In most applications it is advantageous if the first value is less than the second value. This arises because ¬ by that as a rule for guiding the magnetic flux greater Jochstärke is required than for on ¬ acquisition of the radial and tangential forces. A sizing rule, which results in practice a nearly ideal material utilization in the yoke is characterized by the fact that the second value is at least half of the pole width. Through such a choice is si ¬ ensure that the back magnetic saturation in the yoke can be avoided to.
Die radiale Steifigkeit des Außenläufers lässt sich in weite¬ rer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dadurch erhöhen, dass der Außenläufer in Umfangsrichtung verlaufende Rip- pen aufweist. The radial stiffness of the outer rotor can be in wide ¬ rer advantageous embodiment of the invention increase because the outer rotor extending in the circumferential direction Rip has pen.
Eine verbesserte Entwärmung der elektrischen Maschine wird vorteilhafter Weise dadurch erzielt, dass der Außenläufer axial verlaufende Nuten zur Entwärmung der elektrischen Ma- schine umfasst. An improved cooling of the electrical machine is advantageously achieved in that the external rotor comprises axially extending grooves for cooling the electric machine.
Das Walzen des Läuferbleches stellt eine sehr einfache Ferti¬ gungstechnologie dar, bei der auf eine spanende Nachbearbei¬ tung im Idealfall verzichtet werden kann. Zumindest kann der Aufwand hierfür im Vergleich zum Stand der Technik deutlich reduziert werden. Das Walzwerkzeug wird hierbei zweckmäßiger Weise derart dimensioniert, dass sich ein erster und ein zweiter Wert der Jochstärke ergeben, bei dem sich die maxima¬ le Materialeinsparung einstellt. Hierzu wird in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung zunächst der erste Wert derart bestimmt, dass das Joch im vorgesehenen Betriebsbereich der elektrischen Maschine auftretenden Kräfte und Momenten standhält. Der zweite Wert wird derart bestimmt, dass der magneti- sehe Fluss zwischen zwei benachbarten Polen im vorgesehenen Betriebsbereich der elektrischen Maschine im Wesentlichen sättigungsfrei übertragbar ist. Beispielsweise zur Herstellung eines permanenterregten direkt angetriebenen Windkraftgenerators werden in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung Permanentmagnete an der innere Mantel¬ fläche des Außenläufers an den Stellen angebracht, an denen die Jochstärke den ersten Wert aufweist. The rolling of the rotor plate is a very simple Ferti ¬ supply technology, in which can be dispensed with cutting Nachbearbei ¬ tung ideally. At least the cost of this can be significantly reduced compared to the prior art. The rolling tool is in this case dimensioned in an appropriate manner such that a first and a second value of the Jochstärke result, in which the maxima ¬ le material saving setting. For this purpose, in an advantageous embodiment of the invention, first the first value is determined such that the yoke withstands forces and moments occurring in the intended operating range of the electrical machine. The second value is determined such that the magnetic see flow between two adjacent poles in the intended operating range of the electric machine is essentially free of saturation transferable. For example, for the production of a permanently excited direct-driven wind power generator in a further advantageous embodiment, permanent magnets are attached to the inner shell ¬ surface of the outer rotor at the locations at which the Jochstärke has the first value.
Besonders einfach lassen sich durch den erfindungsgemäßen Walzprozess in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung Aussparungen in das Läuferblech walzen und die Permanentmagnete in den Aussparungen montieren. By means of the rolling process according to the invention in a further advantageous embodiment of the invention, it is particularly easy to roll recesses into the rotor laminations and to mount the permanent magnets in the recesses.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden in Umfangsrichtung des Außenläufers verlaufende Rippen zur Verstärkung der radialen Außenläufersteifigkeit in das Läu¬ ferblech gewalzt. Bei dem Walzprozess können sowohl die oben angesprochenen Nuten oder Aussparungen als auch die Rippen zusammen mit dem angestrebten Jochprofil in einem Fertigungsgang erzeugt werden. In a further advantageous embodiment of the invention extending in the circumferential direction of the outer rotor ribs for reinforcing the radial outer rotor stiffness are rolled into the Läu ¬ ferblech. In the rolling process, both the above-mentioned grooves or recesses and the ribs can be generated together with the desired yoke profile in one production run.
Ebenso können vorteilhafter Weise axial verlaufende Nuten zur Entwärmung der elektrischen Maschine in das Läuferblech gewalzt werden. Auch dies kann sehr einfach in einem Fertigungsschritt zusammen mit der Erzeugung des gewünschten Jochprofils durchgeführt werden. Die Integration mehrerer Funktionalitäten wie beispielsweise den angesprochenen Rippen zur Steifigkeitssteigerung, zusätzliche Querschnitte zur besseren Entwärmung sowie Nuten zur Aufnahme der Permanentmagnete vereinfacht zum Einen die Fer¬ tigung und trägt zum Anderen zu einer höheren Maschinensi- cherheit bei. Durch die Nuten, die als zusätzliche Entwär- mungskanäle dienen, wird die effektive Luftspaltfläche in den magnetisch unwirksamen Bereichen erhöht. Hierdurch wird zum Einen allein durch die Aussparung Material gespart, zum Ande- ren wird durch die verbesserte Entwärmung mit demselben Maschinendurchmesser eine höhere Leistung erzielt. Likewise, advantageously axially extending grooves for cooling the electric machine can be rolled into the rotor blade. This too can be carried out very easily in one production step together with the generation of the desired yoke profile. The integration of multiple functions, such as the raised ribs for rigidity increase, additional cross-sections for better heat dissipation, as well as grooves for receiving the permanent magnets simplifies the Fer ¬ actuating the one and on the other contributes to a higher machine safety in. The grooves, which serve as additional drainage channels, increase the effective air gap area in the magnetically inactive areas. In this way, on the one hand, material alone is saved through the recess, for the Higher performance is achieved by the improved heat dissipation with the same machine diameter.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen: In the following the invention will be described and explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the figures. Show it:
FIG 1 einen Ausschnitt von einem Außenläufer gemäß einer 1 shows a section of an external rotor according to a
Ausführung der Erfindung,  Embodiment of the invention,
FIG 2 eine perspektivische vereinfachte Darstellung einer weiteren Ausführung eines Außenläufers gemäß der vorliegenden Erfindung mit Rippen zur Verstärkung des Läufers hinsichtlich radial wirkender Kräfte, und FIG 3 einen Walzprozess zur Herstellung eines Jochprofils für einen Außenläufer gemäß einer Ausgestaltung der2 shows a perspective simplified representation of a further embodiment of an external rotor according to the present invention with ribs for reinforcing the rotor with respect to radially acting forces, and FIG. 3 shows a rolling process for producing a yoke profile for an external rotor according to an embodiment of FIG
Erfindung . Invention.
FIG 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Außenläufer gemäß ei¬ ner Ausführung der Erfindung. Der Außenläufer ist aus einem Läuferblech gefertigt, welches zunächst zur Herstellung des gezeigten Profils gewalzt wurde und anschließend zu einem Hohlzylinder gewickelt und an den Enden zu einem geschlossenen Zylinder verschweißt wurde. Der dargestellte Außenläufer ist Teil einer permanenterregten Synchronmaschine, die als Windkraftgenerator dient. An Polen 3 des Außenläufers sind in der FIG 1 nicht dargestellte Per¬ manentmagnete zur Erzeugung des Erregerfeldes vorgesehen. Die Pole 3 sind jeweils über eine Polteilung 5 voneinander beab- standet. Oberhalb der Pole 3 und damit oberhalb der Perma¬ nentmagnete besitzt die Jochstärke einen ersten Wert 1. 1 shows a section of an external rotor according ei ¬ ner embodiment of the invention. The external rotor is made of a rotor plate, which was first rolled to produce the profile shown and then wound into a hollow cylinder and welded at the ends to a closed cylinder. The outer rotor shown is part of a permanent-magnet synchronous machine, which serves as a wind power generator. At Poles 3 of the external rotor not shown in FIG 1 Man ¬ magnets for generating the exciter field are provided. The poles 3 are each spaced apart by a pole pitch 5. Above the poles 3 and thus above the Perma ¬ nentmagnete the Jochstärke has a first value. 1
Zwei benachbarte Pole 3 sind jeweils durch eine Pollücke 4 voneinander beabstandet. In der Pollücke 4 hat die Jochstärke einen zweiten Wert 2, der erkennbar größer ist als der erste Wert 1. Der erste Wert 1 wurde nach mechanischen Gesichtspunkten bestimmt. Das Joch ist an den Polen 3 gerade so stark, wie es notwendig ist, um die radial wirkenden Kräfte an dieser Stel¬ le aufzunehmen. Two adjacent poles 3 are each spaced from each other by a pole gap 4. In the pole gap 4, the yoke thickness has a second value 2 which is appreciably greater than the first value 1. The first value 1 was determined according to mechanical considerations. The yoke is just as strong at the poles 3, as is necessary to accommodate the radial forces on this Stel ¬ le.
Hingegen bestimmt sich der zweite Wert 2 nach elektrischen und magnetischen Auslegungskriterien. Über die Pollücke 4 schließt sich der Fluss zwischen zwei benachbarten Polen 3. Der zweite Wert ist daher so zu bestimmen, dass die magneti- sehe Flussdichte in der Pollücke möglichst nicht in die Sät¬ tigung geht. In den meisten Fällen wird hierfür eine größere Jochstärke benötigt als für die Aufnahme der radial wirkenden Kräfte . Dadurch, dass der erste Wert 1 und der zweite Wert 2 unter unterschiedlichen Gesichtspunkten dimensioniert wurden, nämlich den an den jeweiligen Stellen relevanten Gesichtpunkten, lässt sich im Vergleich zu einem Außenläufer, bei dem eine konstante Jochstärke gewählt wird, signifikant Material und damit Gewicht einsparen. Denn wenn die Jochstärke konstant ist, gibt stets das Auslegungskriterium die Jochstärke vor, welches den größeren Wert hierfür erfordert. On the other hand, the second value 2 is determined by electrical and magnetic design criteria. The flow between two adjacent poles on the pole gap 4 closes 3. The second value must be determined so that the magnetic flux density in the pole gap see possible not in the Seeds ¬ actuation goes. In most cases, a larger yoke thickness is required for this than for the absorption of the radially acting forces. Because the first value 1 and the second value 2 have been dimensioned from different points of view, namely the points of view relevant to the respective points, material and thus weight can be saved significantly in comparison with an external rotor in which a constant yoke thickness is selected. For if the yoke strength is constant, the design criterion always gives the yoke strength, which requires the greater value for this.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf ein Profil be- schränkt, welches lediglich zwei unterschiedliche Werte an¬ nimmt. So besitzt auch das in FIG 1 dargestellte Jochprofil im Übergang vom Pol 3 zu Pollücke 4 einen dritten Wert 10 für die Jochstärke, der sowohl größer als der zweite Wert 2 als auch der erste Wert 1 ist. Naturally, the invention is not limited to a profile which only takes two different values ¬. Thus, the yoke profile shown in FIG. 1 also has a third value 10 for the yoke thickness in the transition from pole 3 to pole gap 4, which is both greater than the second value 2 and the first value 1.
Das dargestellt Jochprofil umfasst weiterhin Nuten 7, die zwischen den Polen 3 und damit an den Pollücken 4 an der Innenseite des Außenläufers angeordnet sind. Diese Nuten 7 die¬ nen als Entwärmungskanäle . Hierdurch wird die für die Entwär- mung maßgebliche effektive Luftspaltfläche erhöht. Die Pro- filgebung für die Nuten 7 kann sehr einfach mit der Erzeugung des dargestellten Jochprofils bei einem Walzprozess verbunden werden . FIG 2 zeigt eine perspektivische vereinfachte Darstellung ei¬ ner weiteren Ausführung eines Außenläufers gemäß der vorlie¬ genden Erfindung mit Rippen 6 zur Verstärkung des Läufers hinsichtlich radial wirkender Kräfte. In der FIG 2 ist zu- nächst zu erkennen, wie das in FIG 1 dargestellte Läuferblech insgesamt zu einem Hohlzylinder 9 aufgewickelt wurde. Die in Umfangsrichtung verlaufenden Rippen 6 können ebenfalls beim Walzen des Bleches mit erzeugt werden. Insbesondere bei sehr großen Maschinen verhindern diese Rippen 6, dass der Außen- läufer aufgrund der enormen Kräfte im Luftspalt der Maschine eine Verformung erfährt, die wiederum den Luftspalt verun- gleichmäßigt bzw. sogar zu einer Berührung des Läufers mit dem Ständer führen könnte. FIG 3 zeigt einen Walzprozess zur Herstellung eines Jochpro¬ fils für einen Außenläufer gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung. Das Läuferblech 8 wird durch zwei konturierte Walzen 11,12 in die gewünschte Form gewalzt. Grundsätzlich ist die¬ ses Verfahren auch mit nur einer konturierten Walze vorstell- bar. The illustrated yoke profile further comprises grooves 7, which are arranged between the poles 3 and thus to the pole gaps 4 on the inside of the outer rotor. These grooves 7 ¬ nen as Entwärmungskanäle. As a result, the effective air gap area relevant for the desuperheating is increased. The profiling of the grooves 7 can be easily connected to the production of the illustrated yoke profile in a rolling process. 2 shows a perspective simplified representation ei ¬ ner further embodiment of an external rotor according to the vorlie ¬ ing invention with ribs 6 for reinforcing the rotor with respect to radially acting forces. In FIG. 2 it can initially be seen how the rotor core illustrated in FIG. 1 was wound up in its entirety into a hollow cylinder 9. The circumferentially extending ribs 6 can also be generated during rolling of the sheet. Particularly in the case of very large machines, these ribs 6 prevent the outer rotor from undergoing deformation due to the enormous forces in the air gap of the machine, which in turn could make the air gap uneven or even lead to contact between the rotor and the stator. 3 shows a rolling process for producing a Jochpro ¬ fils for an external rotor according to an embodiment of the invention. The rotor plate 8 is rolled by two contoured rollers 11,12 in the desired shape. In principle, the method is also ¬ ses with only a contoured roll bar imaginable.
Wie bereits erwähnt, können bei der Herstellung des Jochpro¬ fils durch einen solchen Walzprozess grundsätzlich auch weitere Formgebungen vorgesehen werden und somit mehrere Funkti- onalitäten erzielt werden wie beispielsweise die im Zusammen¬ hang mit FIG 1 beschriebenen Entwärmungskanäle. Die in FIG 2 dargestellten Rippen 6 lassen sich mit einer Profilwalze sehr leicht herstellen, wenn die Walzrichtung tangential zum Außenläufer verläuft, d.h. in Umfangsrichtung . Gleichzeitig können hierbei auch die orthogonal zu den Rippen 6 angeordne¬ ten und als Entwärmungskanäle dienenden Nuten 7 bei der Pro- filgebung gewalzt werden. Prinzipiell ist aber auch eine axi¬ ale Walzrichtung denkbar und von der Erfindung umfasst. As mentioned above, also other shapes can in the preparation of Jochpro ¬ fils through such a rolling process generally be provided and thus more functional onalitäten be achieved such as in conjunction with FIG 1 ¬ hang described Entwärmungskanäle. The ribs 6 shown in FIG. 2 can be produced very easily with a profiled roller when the rolling direction is tangential to the external rotor, ie in the circumferential direction. At the same time this also orthogonal to the ribs 6 is arrange ¬ th and serving as Entwärmungskanäle grooves 7 can be rolled filgebung in the products. However, in principle a axi ¬ ale rolling direction is conceivable and encompassed by the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Außenläufer einer elektrischen Maschine mit einer in Richtung des Außenläuferradius definierten und in Umfangsrichtung variierenden Jochstärke, wobei die Jochstärke unter Polen (3) des Außenläufers einen ersten Wert (1) und in Pollücken (4) zwischen den Polen (3) einen zweiten, vom ersten verschiedenen Wert (2) aufweist. 1. External rotor of an electric machine with a defined in the direction of the outer rotor radius and varying in the circumferential direction yoke thickness, wherein the yoke thickness under Poland (3) of the outer rotor has a first value (1) and in pole gaps (4) between the poles (3) has a second from the first different value (2).
2. Außenläufer nach Anspruch 1, 2. external rotor according to claim 1,
wobei die Pole (3) des Außenläufers durch Permanentmagnete ausgebildet sind. wherein the poles (3) of the external rotor are formed by permanent magnets.
3. Außenläufer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, 3. external rotor according to one of claims 1 or 2,
wobei der erste Wert (1) kleiner als der zweite Wert (2) ist. wherein the first value (1) is smaller than the second value (2).
4. Außenläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Wert (2) mindestens die Hälfte der Polbreite beträgt . 4. external rotor according to one of the preceding claims, wherein the second value (2) is at least half of the pole width.
5. Außenläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Außenläufer in Umfangsrichtung verlaufende Rippen (6) zur Erhöhung der radialen Steifigkeit aufweist. 5. external rotor according to one of the preceding claims, wherein the external rotor in the circumferential direction extending ribs (6) for increasing the radial stiffness.
6. Außenläufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Außenläufer axial verlaufende Nuten (7) zur Entwär- mung der elektrischen Maschine umfasst. 6. external rotor according to one of the preceding claims, wherein the external rotor axially extending grooves (7) for Entwär- tion of the electric machine comprises.
7. Elektrische Maschine, insbesondere Windkraftgenerator, mit einem Ständer und einem Außenläufer nach einem der Ansprüche7. Electrical machine, in particular wind power generator, with a stator and an external rotor according to one of the claims
1 bis 6. 1 to 6.
8. Verfahren zur Herstellung eines Außenläufers einer elektrischen Maschine mit folgenden Verfahrensschritten: 8. A method for producing an external rotor of an electrical machine with the following method steps:
- Walzen eines Läuferbleches (8) für den Außenläufer derart, dass es eine senkrecht zur Walzrichtung (9) definierte und in Walzrichtung (9) variierende Jochstärke aufweist, wobei die Jochstärke alternierend einen ersten und einen zweiten Wert (1,2) annimmt und - Rolling a rotor plate (8) for the external rotor such that it has a perpendicular to the rolling direction (9) defined and in the rolling direction (9) varying yoke thickness, wherein the yoke strength alternately assumes a first and a second value (1,2) and
Umformen des Läuferbleches (8) zu dem als Hohlzylinder (9) ausgebildeten Außenläufer.  Forming the rotor plate (8) to the form of a hollow cylinder (9) external rotor.
9. Verfahren nach Anspruch 8, 9. The method according to claim 8,
wobei vor dem Walzen des Läuferbleches (8) die folgenden Ver¬ fahrensschritte durchgeführt werden: being carried out before the rolling of the runner plate (8) the following Ver ¬ method steps:
Bestimmen des ersten Wertes (1) derart, dass das Joch im vorgesehenen Betriebsbereich der elektrischen Maschine auftretenden Kräften und Momenten standhält und  Determining the first value (1) such that the yoke withstands forces and moments occurring in the intended operating range of the electric machine, and
Bestimmen des zweiten Wertes (2) derart, dass der magneti¬ sche Fluss zwischen zwei benachbarten Polen (3) im vorgesehenen Betriebsbereich der elektrischen Maschine sätti- gungsfrei übertragbar ist. Determining the second value (2) such that the magnetic ¬ cal flow between two adjacent poles (3) in the intended operating range of the electric machine is transferable saturation free.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, 10. The method according to claim 8 or 9,
wobei der zweite Wert (2) mindestens die Hälfte der Polbreite beträgt . wherein the second value (2) is at least half the pole width.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, 11. The method according to any one of claims 8 to 10,
wobei Permanentmagnete an der inneren Mantelfläche des Außen¬ läufers an den Stellen angebracht werden, an denen die Jochstärke den ersten Wert (1) aufweist. wherein permanent magnets are attached to the inner circumferential surface of the outer ¬ runner at the points where the yoke thickness of the first value (1).
12. Verfahren nach Anspruch 11, 12. The method according to claim 11,
wobei Aussparungen in das Läuferblech (8) gewalzt werden und die Permanentmagnete in den Aussparungen montiert werden. wherein recesses are rolled into the rotor plate (8) and the permanent magnets are mounted in the recesses.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, 13. The method according to any one of claims 8 to 12,
wobei in Umfangsrichtung des Außenläufers verlaufende Rippen (6) zur Verstärkung der radialen Außenläufersteifigkeit in das Läuferblech (8) gewalzt werden. in the circumferential direction of the outer rotor extending ribs (6) for reinforcing the radial external rotor stiffness in the rotor plate (8) are rolled.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, 14. The method according to any one of claims 8 to 13,
wobei axial verlaufende Nuten (7) zur Entwärmung der elektrischen Maschine in das Läuferblech (8) gewalzt werden. wherein axially extending grooves (7) for cooling the electric machine in the rotor plate (8) are rolled.
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