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Die Erfindung betrifft einen Rotor für einen Permanentmagnet-Synchronmotor mit einer Welle und einem auf der Welle angeordneten Rotoraktivteil, wobei das Rotoraktivteil zumindest eine darin drehbar angeordnete Permanentmagneteinheit und ein Blechpaket aufweist, und wobei die zumindest eine Permanentmagneteinheit zumindest einen Permanentmagneten aufweist. Die Erfindung betrifft ferner einen Permanentmagnet-Synchronmotor mit einem solchen Rotor und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Permanentmagnet-Synchronmotor.
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Permanentmagnet-Synchronmotoren, auch permanentmagnetisch erregte Synchronmaschinen (kurz: PMSM), finden ihren Einsatz in einem sehr breiten Spektrum von unterschiedlichen elektrischen Antrieben, insbesondere bei Elektromotoren von Kraftfahrzeugen. Ein wichtiges Merkmal dieser elektrischen Maschinen ist ihre hohe Drehmomentdichte sowie hohe Leistungsdichte. Diese Vorteile werden unter anderem durch eine hohe Flussverkettung erreicht, die primär durch im Rotor angeordnete Permanentmagnete erzeugt wird. Dem Vorteil der hohen Drehmoment- und Leistungsdichten durch hohe Flussverkettung steht der Nachteil einer hohen induzierten Spannung gegenüber, die ab einer bestimmten Drehzahl der elektrischen Maschine ein Limit einer speisenden Spannung überschreitet. Ohne weitere Maßnahmen ist ein Betrieb mit höheren Drehzahlen als der bestimmten Drehzahl nicht darstellbar. Eine sogenannte Feldschwächung ist notwendig, um den Betrieb bei höheren Drehzahlen zu ermöglichen.
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Eine elektrisch basierte Lösung zur Bereitstellung der Feldschwächung stellt der Einsatz einer sogenannten feldorientierten Regelung durch einen entsprechenden Wechselrichter dar. Mechanisch basierte Lösungen zur Bereitstellung der Feldschwächung stellen eine axiale Verschiebung des Rotors relativ zum Stator oder durch Verdrehung von mehreren axialen Rotorsegmenten des Rotors relativ zueinander dar. Es ist zudem bekannt, elektrisch und mechanisch basierte Lösungen zu kombinieren, um einen zusätzlichen Freiheitsgrad bei der Regelung des Antriebes der elektrischen Maschine bereitzustellen.
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DE 10 2008 044 954 A1 betrifft einen Rotor für eine dynamoelektrische Maschine mit in dem Blechpaket angeordneten Permanentmagneten, die in zwei in einer radialen Richtung übereinander liegenden Schichten angeordnet sind. Eine der beiden Schichten ist drehbar um eine Drehachse des Rotors ausgebildet, sodass die Permanentmagnete der drehbaren Schicht gegen die Permanentmagnete der anderen Schicht verschiebbar sind, um eine Feldschwächung herbeizuführen. Nachteilig an dieser Lösung der Feldschwächung ist, dass ein sehr großer Teil des Blechpaketes verschoben werden muss, um die gewünschte Feldschwächung herbeizuführen. Dies erfordert einen hohen Energieeinsatz. Außerdem kann eine Schicht mit ihren Permanentmagneten stets nur als Ganzes verschoben werden, sodass die bewirkte Feldschwächung nur sehr grob gesteuert werden kann.
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DE 10 2012 205 849 A1 betrifft eine Elektromotoranordnung mit einem Stator und einem Rotor, der erste und zweite kreisringförmige Rotorsegmente mit einem darin angeordneten Satz von Magneten aufweist. Eines der Rotorsegmente bewegt sich um eine Drehachse herum relativ zu dem anderen der Rotorsegmente. Auch diese Elektromotoranordnung hat die vorstehend beschrieben Nachteile.
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Aus der
DE 10 2018 112 553 A1 ist ein Permanentmagnet-erregter Motor mit verdrehbaren Magnetstäben bekannt, durch den sich der magnetische Rotorfluss betriebspunkt-optimal einstellen lassen können soll.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rotor für einen Permanentmagnet-Synchronmotor, insbesondere für ein Fahrzeug, einen Permanentmagnet-Synchronmotor, insbesondere für ein Fahrzeug, sowie ein Fahrzeug bereitzustellen, bei denen eine Feldschwächung des Rotors ohne die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile oder zumindest bei teilweiser Verminderung dieser Nachteile erzielt werden kann.
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Die voranstehende Aufgabe wird durch die Gegenstände der Patentansprüche, insbesondere durch einen Rotor für einen Permanentmagnet-Synchronmotor nach Anspruch 1, einen Permanentmagnet-Synchronmotor mit einem solchen Rotor nach Anspruch 14 und ein Fahrzeug mit einem solchen Permanentmagnet-Synchronmotor nach Anspruch 15, gelöst. Weitere Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Rotor, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Permanentmagnet-Synchronmotor und mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch einen Rotor für einen Permanentmagnet-Synchronmotor mit einer Welle und einem auf der Welle angeordneten Rotoraktivteil, wobei das Rotoraktivteil zumindest eine in dem Rotoraktivteil drehbar angeordnete Permanentmagneteinheit und ein Blechpaket aufweist, und wobei die zumindest eine Permanentmagneteinheit zumindest einen Permanentmagneten aufweist. Der Rotor weist eine Drehvorrichtung zum Drehen der zumindest einen Permanentmagneteinheit relativ gegenüber der Welle auf, wobei die Drehvorrichtung aufweist: (i) eine Verstelleinrichtung, (ii) eine Transmissionseinrichtung, wobei die Verstelleinrichtung mit der Transmissionseinrichtung zum Verstellen der Transmissionseinrichtung gekoppelt ist, und (iii) zumindest ein erstes Transmissionsglied, wobei das zumindest eine erste Transmissionsglied mit der Transmissionseinrichtung zum Verstellen des ersten Transmissionsgliedes gekoppelt ist und das zumindest eine erste Transmissionsglied mit der zumindest einen Permanentmagneteinheit zum Drehen der Permanentmagneteinheit relativ gegenüber der Welle gekoppelt ist.
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Das Verstellen des zumindest ersten Transmissionsgliedes erfolgt somit durch bzw. bei Verstellen der mit dem zumindest einen ersten Transmissionsglied gekoppelten Transmissionseinrichtung mittels der Verstelleinrichtung. Das Drehen der zumindest einen Permanentmagneteinheit erfolgt somit durch bzw. bei Verstellen des damit gekoppelten ersten Transmissionsgliedes. Dass die Verstelleinrichtung mit der Transmissionseinrichtung gekoppelt ist und das erste Transmissionsglied mit der Transmissionsvorrichtung und der zumindest einen Permanentmagneteinheit gekoppelt ist kann somit auch mit anderen Worten derart beschrieben werden, dass die Verstelleinrichtung mit der Transmissionseinrichtung wirkverbunden ist und das erste Transmissionsglied mit der Transmissionsvorrichtung wirkverbunden ist und der zumindest einen Permanentmagneteinheit wirkverbunden ist.
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Erfindungsgemäß wird durch den Rotor eine mit einfachen Mitteln und variabel gestaltete Feldschwächung ermöglicht, die durch die Drehvorrichtung zum Drehen der Permanentmagneteinheit erzielt wird. In dem Permanentmagnet-Synchronmotor erfolgt das Drehen der zumindest einen Permanentmagneteinheit um eine Magnetisierungsachse der Permanentmagneteinheit relativ gegenüber einer Längsachse der Welle. Durch das Drehen wird das elektromagnetische Feld in einem Permanentmagnet-Synchronmotor gezielt beeinflusst (beispielsweise geschwächt), um höhere Drehzahlen im Betrieb des Permanentmagnet-Synchronmotors bzw. in den jeweiligen Betriebspunkten die möglichst höchste Leistung oder das möglichst höchste Drehmoment oder den möglichst höchsten Wirkungsgrad oder einen bestimmten Betriebszustand (beispielsweise Rotorfeld gleich Null) zu erzielen.
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Die zumindest eine Permanentmagneteinheit kann insbesondere in dem Blechpaket angeordnet sein. Die zumindest eine Permanentmagneteinheit kann insbesondere in Umfangsrichtung des Blechpakets von dem Blechpaket umgeben sein. Insbesondere weist das Rotoraktivteil, insbesondere das Blechpaket, zumindest zwei drehbar angeordnete Permanentmagneteinheiten und bevorzugt zumindest vier oder zumindest sechs drehbar angeordnete Permanentmagneteinheiten auf. Insbesondere weist die Drehvorrichtung zumindest zwei erste Transmissionsglieder und bevorzugt zumindest vier oder zumindest sechs Transmissionsglieder auf. Eine Anzahl von ersten Transmissionsglieder kann der Anzahl an Permanentmagneteinheiten entsprechen.
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Zum Vorgeben eines Drehwinkels für das Drehen der zumindest einen Permanentmagneteinheit in der Drehvorrichtung relativ gegenüber der Welle kann die Drehvorrichtung mit einem Steuergerät gekoppelt sein. Es kann sich bei dem Steuergerät um ein Steuergerät des Permanentmagnet-Synchronmotors oder um ein separates Steuergerät der Drehvorrichtung handeln. Das Steuergerät kann dazu eingerichtet sein, abhängig von einem vorgegebenen oder gewünschten Drehmoment und einer aktuellen Drehzahl der Welle bzw. des Rotoraktivteils, sowie in Abhängigkeit von einer Zwischenkreisspannung, einer Rotor- und Wicklungstemperatur und/oder Vorgabe über einen speziellen Betriebszustand (beispielsweise Rotorfeld gleich Null) einen Drehwinkel für die Drehung der zumindest einen Permanentmagneteinheit mittels der Drehvorrichtung vorzugeben, um eine definierte Feldschwächung des elektromagnetischen Feldes des Permanentmagnet-Synchronmotors sowie die möglichst hohe Leistung oder den möglichst hohen Wirkungsgrad oder einen speziellen Betriebszustand herbeizuführen. In einem Speicher des Steuergerätes kann hierzu eine mathematische Funktion hinterlegt sein, mittels derer ein Prozessor des Steuergeräts für verschiedene Werte einer Feldschwächung verschiedene Drehwinkel der zumindest einen Permanentmagneteinheit berechnen und der Drehvorrichtung vorgeben kann. Alternativ oder zusätzlich kann eine Look-up-Tabelle in dem Speicher des Steuergeräts hinterlegt sein, mittels derer der Prozessor des Steuergerätes für verschiedene Werte einer Feldschwächung verschiedene Drehwinkel der zumindest einen Permanentmagneteinheit ermitteln und der Drehvorrichtung vorgeben kann.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung ist bei einem Rotor vorgesehen, dass der zumindest eine Permanentmagnet zwei sich voneinander unterscheidende Magnetpole aufweist oder die zumindest eine Permanentmagneteinheit weist zwei Permanentmagneten mit zwei sich voneinander unterscheidenden Magnetpolen aufweist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung ist bei einem Rotor vorgesehen, dass zumindest eine Permanentmagneteinheit eine Magnethülse aufweist, in der der zumindest eine Permanentmagnet angeordnet ist. Die Magnethülse erweitert die Gestaltungsfreiheit der Permanentmagneteinheit, in dem sie beispielsweise mehrere Permanentmagnete aufnehmen kann, die gleichzeitig gedreht werden können. Darüber hinaus ist es dadurch möglich ein Material für die Magnethülse zu verwenden, beispielsweise einen Kunststoff oder ein Metall, das etwa durch eine bessere Reibpaarung mit dem Material des Rotoraktivteils oder eine verbesserte Möglichkeit einer Lagerung der Magnethülsen eine bessere Drehbarkeit der Permanentmagneteinheit in dem Rotoraktivteil aufweist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung ist bei einem Rotor vorgesehen, dass der zumindest eine Permanentmagnet drehfest mit der Magnethülse verbunden ist. Eine andere Bezeichnung für drehfest ist verdrehsicher. Dies verhindert Verdrehungen des Permanentmagneten gegenüber der Magnethülse, sodass eine Drehung der Magnethülse in jedem Falle zu einer Drehung auch des Permanentmagneten führt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung ist bei einem Rotor vorgesehen, dass die Magnethülse zylinderförmig ausgebildet ist. Ein Querschnitt der Magnethülse kann kreisrund sein. Eine korrespondierende Aufnahmeöffnung in dem Rotoraktivteil, insbesondere in dem Blechpaket des Rotoraktivteils, kann ebenfalls zylinderförmig sein und/oder einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Durch diese Geometrie wird eine einfache Drehbarkeit der Magnethülse in dem Rotoraktivteil erreicht.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung ist bei einem Rotor vorgesehen, dass das zumindest eine erste Transmissionsglied mit der Magnethülse der zumindest einen Permanentmagneteinheit verbunden ist. Das erste Transmissionsglied kann dabei ein von der Magnethülse separates und mit ihr nachträglich lösbar oder unlösbar verbundenes Bauteil sein oder einstückig mit der Magnethülse ausgebildet sein. Dadurch lässt sich das erste Transmissionsglied auf einfache Art und Weise zum Drehen der Permanentmagneteinheit mit der Permanentmagneteinheit koppeln. Negative Einflüsse auf den Permanentmagneten werden bei dieser Art der Kopplung ausgeschlossen. Insbesondere kann je ein erstes Transmissionsglied mit nur je einer Permanentmagneteinheit gekoppelt sein.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung ist bei einem Rotor vorgesehen, dass die Transmissionseinrichtung ein Zahnradkranz ist und/oder das zumindest eine erste Transmissionsglied ein erstes Zahnrad ist. Dies stellt eine einfache und robuste Lösung für das Verstellen des ersten Transmissionsgliedes über die Transmissionseinrichtung bereit.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung ist bei einem Rotor vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung drehfest mit der Welle gekoppelt ist. Infolgedessen dreht sich die Verstelleinrichtung gemeinsam mit der Welle und es kommt zu keiner unerwünschten relativen Bewegung zwischen Verstelleinrichtung und Permanentmagneteinheit.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung ist bei einem Rotor vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung einen Flügelzellenversteller, einen elektrischen Motor oder einen Stellzylinder aufweist. Der Flügelzellenversteller ermöglicht ein hydraulisch bewirktes Verstellen der Transmissionseinrichtung. Flügelzellenversteller sind beispielsweise aus der Nockenwellenverstellung bei Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen bekannt. Der elektrische Motor ermöglicht ein stufenloses Verstellen der Transmissionseinrichtung. Unabhängig von der Übersetzung auf das erste Transmissionsglied mittels der Transmissionseinrichtung können beliebige Drehwinkel der zumindest einen Permanentmagneteinheit mit dieser erreicht werden. Dabei kann der elektrische Motor aus der Energiequelle, insbesondere einer Batterie, des Permanentmagnet-Synchronmotor oder aus einer anderen Energiequelle mit Energie versorgt werden. Ein Stellzylinder ist beispielsweise aus der Verstellung von Verstellpropellern (Variable-Pitch-Propeller) bei Flugzeugen bekannt. Der Stellzylinder kann insbesondere ein hydraulisch verstellbarer Stellzylinder sein, der zwei mit einem Druckölsystem verbundene Leitungen aufweist. In dem Stellzylinder kann ein Verstellkolben angeordnet sein, an dem ein sich orthogonal von einer Verstellfläche des Verstellkolbens weg erstreckender Steuernocken angeordnet ist. Der Steuernocken kann innerhalb einer durch eine Ausnehmung in einem Kegelrad gebildeten Steuerkurve geführt werden, um das Kegelrad zu drehen. Bei Einführung von Öl durch eine Leitung aus dem Druckölsystem wird der Stellzylinder mit Öl gefüllt und der Verstellkolben in Richtung des Steuernockens geschoben, sodass sich der Steuernocken in der Steuerkurve bewegt und dadurch das Kegelrad dreht. Dieses Kegelrad kann der Transmissionseinrichtung entsprechen. Das Kegelrad kann aber auch zum Drehen eines weiteren Kegelrades mit diesem weiteren Kegelrad gekoppelt sein, welches der Transmissionseinrichtung entsprechen kann oder mit der Transmissionseinrichtung gekoppelt sein kann.
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In einer diesbezüglichen Ausführungsform der Erfindung ist der Flügelzellenversteller über zumindest eine Hydraulikleitung mit einer Hydraulikpumpe verbunden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung ist bei einem Rotor vorgesehen, dass ist die zumindest eine Hydraulikleitung zumindest teilweise in der Welle angeordnet, wobei die Hydraulikleitung zumindest teilweise als ein Ringkanal in der Welle ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine einfache Versorgung des Flügelzellenverstellers mit Hydrauliköl und eine kompakte Bauweise.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung ist bei einem Rotor vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung mit einem zweiten Transmissionsglied, insbesondere einem zweiten Zahnrad, zum Verstellen der Transmissionseinrichtung drehfest gekoppelt ist. Mit anderen Worten ist die Verstelleinrichtung mit einem zweiten Transmissionsglied, insbesondere einem zweiten Zahnrad, zum Verstellen der Transmissionseinrichtung drehfest wirkverbunden. Dies erweitert die Möglichkeiten bei der Übersetzung innerhalb der Drehvorrichtung.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung ist bei einem Rotor vorgesehen, dass das Rotoraktivteil zumindest zwei darin drehbar angeordnete Permanentmagneteinheiten aufweist und der Rotor eine erste Drehvorrichtung und eine zweite Drehvorrichtung aufweist, wobei das zumindest eine erste Transmissionsglied der ersten Drehvorrichtung mit einer der zumindest zwei Permanentmagneteinheiten gekoppelt ist und das zumindest eine erste Transmissionsglied der zweiten Drehvorrichtung mit einer anderen der zumindest zwei Permanentmagneteinheiten gekoppelt ist, und wobei das Rotoraktivteil insbesondere zwischen der ersten Drehvorrichtung und der zweiten Drehvorrichtung angeordnet ist. Insbesondere kann das Rotoraktivteil zumindest vier darin drehbar angeordnete Permanentmagneteinheiten aufweisen und der Rotor kann eine erste Drehvorrichtung und eine zweite Drehvorrichtung aufweisen, wobei zumindest zwei erste Transmissionsglieder der ersten Drehvorrichtung jeweils mit einem von zumindest zwei der zumindest vier Permanentmagneteinheiten gekoppelt sind und zumindest zwei erste Transmissionsglieder der zweiten Drehvorrichtung mit jeweils einem von zwei anderen der zumindest vier Permanentmagneteinheiten gekoppelt sind, und wobei das Rotoraktivteil insbesondere zwischen der ersten Drehvorrichtung und der zweiten Drehvorrichtung angeordnet ist. Dadurch lassen sich gezielt unterschiedliche Permanentmagneteinheiten, insbesondere unterschiedliche Gruppen von Permanentmagneteinheiten drehen. Dies erweitert die Möglichkeiten und Feinjustierung der Feldschwächung des elektromagnetischen Feldes oder der Einstellung der Leistung oder des Wirkungsgrades oder eines speziellen Betriebszustandes.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung einen Permanentmagnet-Synchronmotor mit einem Stator und einem Rotor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
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Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug, mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.
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Sämtliche Vorteile, die sich zu dem Rotor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ergeben, gelten auch für den Permanentmagnet-Synchronmotor gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung sowie für das Fahrzeug gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehenden Merkmale, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den beliebigen verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Elemente mit gleicher Funktion und/oder Wirkungsweise sind in den Figuren jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors eines Permanentmagnet-Synchronmotors,
- 2 einen Vertikalschnitt durch den Rotor aus 1,
- 3 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors eines Permanentmagnet-Synchronmotors,
- 4 einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors eines Permanentmagnet-Synchronmotors,
- 5 einen Vertikalschnitt durch den Rotor aus 4, und
- 6 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeuges.
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Gleiche Elemente werden in den 1 bis 5 mit demselben Bezugszeichen bezeichnet. Wenn mehr als ein Element desselben Typs in einer der Figuren vorhanden ist werden die Elemente in aufsteigender Reihenfolge nummeriert, wobei die aufsteigende Nummer des Elements von dem Bezugszeichen durch einen Punkt getrennt wird. Die dargestellten Abmessungen der Elemente in den Figuren sind lediglich beispielhaft und können zur Erleichterung der Verständlichkeit von Merkmalen der Erfindung größer als in der Realität dargestellt sein.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors 10 eines Permanentmagnet-Synchronmotors 50 (nicht gezeigt). Der Rotor 10 weist eine Welle 20 und ein auf der Welle 20 angeordnetes Rotoraktivteil 30 auf. Das Rotoraktivteil 30 weist in dieser Ausführungsform ein Blechpaket 31 und sechs darin drehbar angeordnete Permanentmagneteinheiten 32.1, 32.2, 32.3, 32.4, 32.5, 32.6 auf, wovon in 1 nur zwei Permanentmagneteinheiten 32.1, 32.2 der in 2 dargestellten insgesamt sechs Permanentmagneteinheiten 32.1, 32.2, 32.3, 32.4, 32.5, 32.6 sichtbar sind, die im Übrigen in ihrer Nummerierung nicht mit einander korrespondieren, sodass Permanentmagneteinheit 32.2 in 1 der Permanentmagneteinheit 32.4 in 2 entspricht.
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Die Welle 20 weist in dieser Ausführungsform zwei Lager 21.1, 21.2 auf, zwischen denen das Rotoraktivteil 30 angeordnet ist. Zwischen dem Lager 21.1 und dem Rotoraktivteil 30 ist eine Drehvorrichtung 40 angeordnet. Eine Verstelleinrichtung 41 der Drehvorrichtung 40 entspricht in dieser Ausführungsform einem Flügelzellenversteller. Die Verstelleinrichtung 41 ist mit einer Transmissionseinrichtung 42 wirkverbunden und die Transmissionseinrichtung 42 ist mit zwei ersten Transmissionsgliedern 43.1, 43.2 wirkverbunden. Die Verstelleinrichtung 41 kann, wie gezeigt, an einem Gehäuse 51 des in dieser Darstellung nicht gezeigten Permanentmagnet-Synchronmotors 50 angeordnet sein und/oder auf der Welle 20 angeordnet sein. Die ersten Transmissionsglieder 43.1, 43.2 sind mit Magnethülsen 35.1, 35.2 der Permanentmagneteinheiten 32.1, 32.2 verbunden. In den Permanentmagneteinheiten 32.1, 32.2 ist je ein Permanentmagnet 33.1, 33.2 angeordnet. Die Permanentmagnete 33.1, 33.2 weisen je einen einem Nordpol entsprechenden Magnetpol 34.1, 34.3 und einen einem Südpol entsprechenden Magnetpol 34.2, 34.4 auf. In dieser Ausführungsform ist die Transmissionseinrichtung 42 ein Zahnradkranz 42 und sind die ersten Transmissionsglieder 43.1, 43.2 erste Zahnräder. Die Verstelleinrichtung 41 wird hydraulisch verstellt. Dazu ist die Verstelleinrichtung 41 über vier Hydraulikleitungen 45.1, 45.2, 45.3, 45.4 mit einer Steuerventileinheit 44 verbunden, wobei diese weiter mit einer nicht dargestellten Hydraulikpumpe verbunden ist. Die Hydraulikpumpe kann als Teil des Rotors 10 beispielsweise auf der Welle 20 oder an dem Gehäuse 51 des Permanentmagnet-Synchronmotors 50 angeordnet werden. Die Hydraulikleitungen 45.2, 45.3 sind zur Versorgung der Verstelleinrichtung 41 mit Hydrauliköl als Ringkanäle ausgebildet. Durch entsprechendes Betätigen der Steuerventileinheit 44 kann Hydrauliköl in die Ringkanäle fließen und Flügelzellen in der als Flügelzellenversteller ausgebildeten Verstelleinrichtung 41 verstellen, um eine entsprechende Verstellung der wirkverbundenen Transmissionseinrichtung 42 und somit der ersten Transmissionsglieder 43.1, 43.2 zu bewirken. Dadurch werden die mit den ersten Transmissionsgliedern 43.1, 43.2 verbundenen Magnethülsen 35.1, 35.2 der Permanentmagneteinheiten 32.1, 32.2 in Abhängigkeit von dem durch das Hydrauliköl bereitgestellten Druck in dem Flügelzellenversteller um einen bestimmten Drehwinkel in dem Blechpaket 31 relativ gegenüber der Welle 20 gedreht. Durch eine drehfeste Verbindung der Permanentmagnete 33.1, 33.2 mit den Magnethülsen 35.1, 35.2 wird eine entsprechende Drehung der Permanentmagnete 33.1, 33.2 mit diesem Drehwinkel relativ gegenüber der Welle 20 in dem Blechpaket 31 bewirkt. Dadurch lässt sich eine gewünschte Änderung des in dem Permanentmagnet-Synchronmotor 50 aufgebauten elektromagnetischen Feldes in Abhängigkeit von der Menge an bereitgestelltem Hydrauliköl bzw. dem damit aufgebrachten Hydraulikdruck in der als Flügelzellenversteller ausgebildeten Verstelleinrichtung 41 erzielen.
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2 zeigt einen Vertikalschnitt durch den Rotor 10 aus 1. Der Vertikalschnitt erfasst auch nicht sichtbare Elemente hinter dem Vertikalschnitt, die durch andere Elemente hindurch dargestellt sind. In dieser Ansicht sind die sechs in dem Blechpaket 31 drehbar angeordneten und ansonsten baugleichen Permanentmagneteinheiten 32.1, 32.2, 32.3, 32.4, 32.5, 32.6 sowie die sechs baugleichen mit den Permanentmagneteinheiten 32.1, 32.2, 32.3, 32.4, 32.5, 32.6 gekoppelten ersten Transmissionsglieder 43.1, 43.2, 43.3, 43.4, 43.5, 43.6 und die mit den Transmissionsgliedern 43.1, 43.2, 43.3, 43.4, 43.5, 43.6 gekoppelte Transmissionseinrichtung 42 erkennbar. Der bereits erklärte Aufbau der Permanentmagneteinheiten 32.1, 32.2, 32.3, 32.4, 32.5, 32.6 wird anhand der der Permanentmagneteinheit 32.1 angefügten Bezugszeichen noch einmal verdeutlicht. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Permanentmagneteinheit 32.1 die Magnethülse 35.1 mit dem darin drehfest angeordneten Permanentmagneten 33.1 auf, der zwei unterschiedliche Magnetpole 34.1, 34.2 aufweist.
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3 zeigt einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors 10 eines Permanentmagnet-Synchronmotors 50. Das zweite Ausführungsbeispiel des Rotors 10 entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 mit dem Unterschied, dass zwischen dem Lager 21.2 und dem Rotoraktivteil 30 eine zweite Drehvorrichtung 40.2 zusätzlich zu der zwischen dem Lager 21.1 und dem Rotoraktivteil 30 angeordneten ersten Drehvorrichtung 40.1 angeordnet ist. Zumindest ein erstes Transmissionsglied 43.1 der ersten Drehvorrichtung 40.1 und zumindest ein erstes Transmissionsglied 43.2 der zweiten Drehvorrichtung 40.2 sind mit unterschiedlichen Permanentmagneteinheiten 32.1, 32.2 verbunden. Dadurch lassen sich die Permanentmagneteinheiten 32.1, 32.2 unabhängig voneinander relativ gegenüber der Welle drehen. Die erste Drehvorrichtung 40.1 und die zweite Drehvorrichtung 40.2 können je eine Gruppe aus mehreren unterschiedlichen, insbesondere je zumindest zwei oder je zumindest drei, ersten Transmissionsgliedern 43 und mit diesen verbundenen Permanentmagneteinheiten 32 aufweisen, sodass die beiden Gruppen von der ersten Drehvorrichtung 40.1 und der zweiten Drehvorrichtung 40.2 jeweils separat gedreht werden können. Beispielsweise kann für bestimmte Betriebspunkte (beispielsweise eine relativ schwächere Feldschwächung) nur die erste Drehvorrichtung 40.1 betätigt werden, während für andere Betriebspunkte (beispielsweise eine relativ stärkere Feldschwächung) die zweite Drehvorrichtung 40.2 zusätzlich betätigt werden kann. Des Weiteren ist mit dieser Vorrichtung grundsätzlich auch eine Polumschaltung im Rotor realisierbar.
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4 zeigt einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors 10 eines Permanentmagnet-Synchronmotors 50. Anders als in dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 ist die Verstelleinrichtung 41 in diesem dritten Ausführungsbeispiel ein elektrischer Motor, der mit einem zweiten Transmissionsglied 46, das vorliegend als ein zweites Zahnrad ausgebildet ist, zum Verstellen der Transmissionseinrichtung 42 drehfest gekoppelt ist. Damit entfallen die hydraulischen Komponenten aus dem ersten Ausführungsbeispiel. Dadurch lässt sich eine stufenlose und auch vollständige Drehung der Permanentmagneteinheiten 32.1, 32.2, 32.3, 32.4, 32.5, 32.6 erzielen, wie sie in 5 im Vertikalschnitt durch den Rotor 10 gezeigt sind. Der Vertikalschnitt erfasst auch nicht sichtbare Elemente hinter dem Vertikalschnitt, die durch andere Elemente hindurch dargestellt sind.
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6 zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Fahrzeuges 60. Das Fahrzeug 60 ist insbesondere ein Elektrofahrzeug. Das Fahrzeug 60 weist einen erfindungsgemäßen Permanentmagnet-Synchronmotor 50 mit einem erfindungsgemäßen Rotor 10 auf.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rotor
- 20
- Welle
- 21
- Lager
- 30
- Rotoraktivteil
- 31
- Blechpaket
- 32
- Permanentmagneteinheit
- 33
- Permanentmagnet
- 34
- Magnetpol
- 35
- Magnethülse
- 40
- Drehvorrichtung
- 41
- Verstelleinrichtung
- 42
- Transmissionseinrichtung
- 43
- erstes Transmissionsglied
- 44
- Steuerventileinheit
- 45
- Hydraulikleitung
- 46
- zweites Transmissionsglied
- 50
- Permanentmagnet-Synchronmotor
- 51
- Gehäuse
- 60
- Fahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017106828 A1 [0004]
- DE 102008044954 A1 [0005]
- DE 102012205849 A1 [0006]
- DE 102018112553 A1 [0007]
