WO2021160207A1 - Electric machine, method for controlling an electric machine, and rotor - Google Patents

Electric machine, method for controlling an electric machine, and rotor Download PDF

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WO2021160207A1
WO2021160207A1 PCT/DE2021/100043 DE2021100043W WO2021160207A1 WO 2021160207 A1 WO2021160207 A1 WO 2021160207A1 DE 2021100043 W DE2021100043 W DE 2021100043W WO 2021160207 A1 WO2021160207 A1 WO 2021160207A1
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WO
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rotor
permanent magnet
rotor body
electrical machine
rotation
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Application number
PCT/DE2021/100043
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German (de)
French (fr)
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Lars Gehrke
Sven-Erik Asmussen
Ralf Stopp
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/02—Details
    • H02K21/021—Means for mechanical adjustment of the excitation flux
    • H02K21/028—Means for mechanical adjustment of the excitation flux by modifying the magnetic circuit within the field or the armature, e.g. by using shunts, by adjusting the magnets position, by vectorial combination of field or armature sections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect

Definitions

  • the present invention relates to an electrical machine comprising a stator and a rotor with a rotor body arranged on a rotor shaft, the rotor body having a plurality of permanent magnets which are fixedly arranged on or in the rotor body for generating a magnetic field and at least one of which is fixedly arranged on or in the rotor body Permanent magnets are assigned at least one field-influencing permanent magnet for influencing the magnetic field as a function of the rotational position, which is rotatably mounted in the rotor body and is rotatably mounted about its own axis of rotation in the rotor body.
  • the invention comprises a method for controlling an electrical machine and a rotor for an electrical machine.
  • a rotor of an electrical machine with movable pole arrangements is known from DE 102018 112553 A1.
  • the rotor comprises a rotor body, an axis of rotation which extends in the axial direction and around which the rotor body is rotatable, an outer jacket surface which delimits the rotor body, at least one pole arrangement, and a movement mechanism for the at least one pole arrangement.
  • the movement mechanism is designed such that the at least one pole arrangement is movable about an axis of rotation that is oriented essentially parallel to the axis of rotation of the rotor, whereby the at least one pole arrangement can also be moved about its axis of rotation in addition to rotating about the axis of rotation of the rotor.
  • a further rotor with pole arrangements that can be moved via an adjusting mechanism is known.
  • the adjusting mechanism is designed in such a way that the distance between the outer circumferential surface of the rotor and a centroid of the at least one pole arrangement is adjustable, whereby the at least one pole arrangement is inwardly is movable towards the axis of rotation of the rotor or outwardly away from the axis of rotation of the rotor.
  • DE102015211 531 A1 describes an electrical machine with a stator and a rotor rotatably mounted in the stator, a spindle being guided through the electrical machine and at least one magnetic flux-conducting assembly that can be introduced into the electrical machine, the magnetic-flux-conducting assembly being linearly movable is arranged on the spindle in order to vary a motor constant of the electrical machine as a result of a displacement in the electrical machine.
  • the invention is based on the object of providing an electrical machine, a method for controlling such an electrical machine, and a rotor for an electrical machine, which enables the magnetic field to be varied in a targeted manner.
  • the rotor for the electrical machine and the electrical machine should be of simple construction and should be further optimized with regard to the required installation space and the resulting costs.
  • PMSM permanent magnet synchronous machines
  • the permanent magnets induce a counter voltage which increases with the speed of the rotor. When this counter voltage reaches the maximum voltage in the stator, the maximum speed of the machine is reached.
  • the motor constant also called voltage constant and torque constant, is largely responsible for the electromechanical behavior of an electrical machine.
  • the motor constant is usually a largely fixed, machine-related variable that can only be changed in a so-called field weakening mode. This so-called field weakening is used in order to be able to operate the PMSM with a fixed gear with a given high-voltage on-board voltage and still cover the full operating range of high speeds - e.g. on the motorway.
  • an electrical machine with the features of claim 1, a method for controlling an electrical machine with the features of claim 7 and by a rotor with the features of claim 9.
  • an electrical machine according to the invention it is advantageously an electric drive machine for a motor vehicle that can be operated both as a motor and as a generator.
  • An electrical machine comprises a stator and a rotor with a rotor body arranged on a rotor shaft, the rotor body having a plurality of permanent magnets fixed on or in the rotor body for generating a magnetic field, at least one of the permanent magnets fixed on or in the rotor body having at least one is assigned to its own rotational axis fixedly positioned in the rotor body rotatably mounted in the rotor body, field influencing permanent magnet for influencing the magnetic field as a function of the rotational position.
  • the rotor body is connected to the rotor shaft via a freewheel device, the freewheel device being designed in such a way that the freewheel device can be briefly transferred from a locked state to an open state by means of a torque change acting on the rotor body and the freewheel device via the rotor shaft that a defined rotation takes place between the rotor body and the freewheel device or between the freewheel device and the rotor shaft and that the defined rotation between the rotor body and the freewheel device or between the freewheel device and the rotor shaft causes a defined rotation of the at least one field-influencing permanent magnet rotatably mounted in the rotor body about its axis of rotation.
  • the torque change takes place in particular by a Targeted, advantageously rule-based torque impressions in the electrical machine.
  • This has the advantage that a field influencing permanent magnet mounted rotatably in the rotor body can be rotated for the specific magnetic field influencing without additional active actuators being required for the targeted rotation.
  • a clever control can generate a jolt in the electrical machine which rotates the field-influencing permanent magnets due to the built-in freewheeling device and a coupling device, such as a gear structure or the like.
  • the field-influencing permanent magnets are rotatably mounted. When leaving the field weakening range, the magnet is moved further past a dead center using the same method and then the reluctance torque pulls the field-influencing permanent magnets straight again.
  • the at least one field influencing permanent magnet rotatably arranged around its own axis of rotation in the rotor body is operatively connected to a freewheeling device arranged on the rotor shaft via a coupling device designed as a gear structure or as a gear device.
  • the advantage of this embodiment is that the rotational movement of the freewheel device, which was generated with a targeted jerk in the electrical machine, can be transferred to the field-influencing permanent magnets in a structurally simple and space-saving manner.
  • the gear structure / gear mechanism is particularly preferably designed as a spur gear.
  • the permanent magnets which are fixedly arranged on or in the rotor body are designed in at least two parts, the rotatable in the The field-influencing permanent magnet mounted on the rotor body is arranged between the at least two parts of a permanent magnet, preferably in the center of the pole.
  • the at least two parts of a permanent magnet are arranged in a straight line or in a V-shape.
  • the invention can also be further developed in such a way that the freewheel device is designed as a roller freewheel.
  • the freewheel device is preferably designed as a roller freewheel, as already described in its structure in DE 10 2013216 882 A1.
  • DE 102013216882 A1 is included in the disclosure content of this application. The advantage of this configuration is based in particular on the space-saving design of the device.
  • the freewheel device can also be designed as a switchable freewheel.
  • the object of the invention is achieved by a method for controlling an electrical machine, in particular for controlling an electrical machine according to one of the preceding claims.
  • a targeted weakening of the magnetic field is generated by turning the field influencing permanent magnets rotatably mounted in the rotor body, a temporary, short-term, pulse-like torque change being generated depending on the speed of the electric machine .
  • This enables a relative rotation between the freewheel device and the rotor body or between the freewheel device and the rotor shaft to be brought about by means of a jerk generated specifically by changing the torque, which in turn can be used to drive the field-influencing permanent magnets via a coupling device connected to the freewheel device.
  • the electric machine is particularly preferably controlled on the basis of a closed-loop control system, with a control strategy for reducing vibrations - in particular according to the principle of so-called noise vibration harshness - being used in normal operation of the electric machine, and with an extended operating range that deviates from normal operation, for example by means of "maximum torque
  • a field weakening is generated within the electrical machine using the Ampere “method (MTPA) or the“ Maximum Torque per Voltage “method (MTPV) by rotating the field-influencing permanent magnets by generating one or more jerky changes in torque.
  • a rotor according to the invention comprises a rotor body arranged on a rotor shaft and a plurality of permanent magnets arranged uniformly distributed around the circumference in the rotor body.
  • the permanent magnets are designed in at least two parts, a field influencing permanent magnet rotatably mounted in the rotor body being arranged between a first permanent magnet part and a second permanent magnet part of a permanent magnet, preferably in the center of the pole.
  • the rotor body is connected to the rotor shaft via a freewheel device, the freewheel device being designed in such a way that the freewheel device can be briefly transferred from a locked state to an open state by means of a defined change in torque, such that a defined rotation between the rotor body and the freewheel device or between the freewheel device and rotor shaft (depending on the structure of the arrangement) and that the defined rotation between the rotor body and the freewheel device or between the freewheel device and the rotor shaft causes a defined rotation of the at least one field influencing permanent magnet rotatably mounted in the rotor body about its axis of rotation.
  • the at least one field-influencing permanent magnet arranged in the rotor body so as to be rotatable about its own axis is over a transmission device operatively connected to the freewheel arranged on the rotor shaft.
  • Figure 1 shows an electrical machine according to the invention in one
  • Radial section transverse to the axis of rotation of the rotor in a schematic representation, in which the field-influencing permanent magnets are positioned in an orientation that maximizes the magnetic field
  • FIG. 2 shows an electrical machine according to the invention in one
  • FIG. 3 shows a rotor of an electrical machine constructed according to the invention in a radial section, transverse to the axis of rotation of the rotor in a schematic representation, with a mechanical freewheel device in the locked state (the freewheel device being designed as a roller freewheel with six cylindrically designed clamping rollers),
  • FIG. 4 shows an inventive rotor of an electrical
  • Figure 5 shows a rotor constructed according to the invention of an electric
  • Figures 1 and 2 show an electrical machine 1 in a radial section, transverse to the axis of rotation of the rotor 4, in a schematic representation.
  • the electrical machine 1 comprises a stator 2 and a rotor 4 with a rotor body 10 arranged on a rotor shaft 3, the rotor 4 having a plurality of permanent magnets 5 which are fixedly arranged on or in the rotor body 10 for generating a magnetic field.
  • each of the total of four permanent magnets 5, which are arranged distributed around the circumference is designed in two parts and comprises a first permanent magnet part 5a and a second permanent magnet part 5b.
  • the two permanent magnet parts 5a, 5b are essentially arranged in a V-shape, between the two legs formed by the two permanent magnet parts 5a, 5b, in the center of the pole of each permanent magnet 5, an axis of rotation 6 that is fixed about its own in the rotor body 10 and rotatable in the rotor body 10 mounted field influencing permanent magnet 7 is assigned to the rotational position-dependent influencing of the magnetic field.
  • the field-influencing permanent magnets 7 are oriented in a position that maximally amplifies the magnetic field, while in the illustration in FIG. 2 the field-influencing permanent magnets 7 are oriented in a position that maximally weakens the magnetic field.
  • Figure 3 shows the electrical machine 1 according to the invention in a radial section, transverse to the axis of rotation of the rotor 4, in a schematic representation mechanical freewheel device 8 in a locked state of the freewheel device 8.
  • the freewheel device 8 is designed in the example shown as a roller freewheel with a total of six, circumferentially evenly distributed and cylindrically designed clamping rollers.
  • the rotor body 10 is connected to the rotor shaft 4 via the freewheel device 8, the freewheel device 8 being designed in such a way that the freewheel device 8 briefly changes the freewheel device 8 from a locked state into an open state can be transferred.
  • the at least one field-influencing permanent magnet 7 arranged rotatably about its own axis of rotation 6 in the rotor body 10 is operatively connected via a gear device 9 to a freewheel device 8 arranged on the rotor shaft 3.
  • the transmission device 9 is designed as a spur gear, a sun gear arranged on the freewheel device 8 cooperating with planet gears of the rotatably mounted field-influencing permanent magnets 7.
  • FIGS. 1 and 5 show the electrical machine 1 according to the invention in an axial section in a schematic representation.
  • the rotor body 10 of the rotor 4 is arranged in a rotationally fixed manner on a rotor shaft 3.
  • the rotor shaft 3 is rotatably mounted on both sides via roller bearings 11, for example in a motor housing (not shown).
  • the field-influencing permanent magnets 7 are rotatably arranged within the rotor body 10 via further roller bearings 12.
  • the field-influencing permanent magnets 7 are connected via toothed wheels to a central toothed wheel of the freewheeling device 8 via an axis of rotation 6 or a corresponding shaft protruding from the rotor body 10 at the end.
  • the electrical machine 1 is shown in different operating positions of the field-influencing permanent magnets 7. To illustrate the various operating positions, these are identified by a reference barque B, drawn in as an aid, which is intended to illustrate the rotation between the freewheel device 8 and the rotor body 10 in different positions.
  • FIG. 6 the initial situation of the exemplary actuation of the freewheel device 8 is shown, while the entire rotor 4 of the electrical machine 1 rotates in the counterclockwise direction.
  • the field-influencing permanent magnets 7 are aligned in the illustrated starting position in such a way that the magnetic field of the permanent magnets 5 is maximally weakened.
  • the reference barque B which is drawn across the entire rotor 4, is intended to represent the relative movement of the rotatably mounted freewheel sub-device 8 and the rest of the rotor 4.
  • the rotation of the rotor 4 is shown with the outer arrow, while the rotation of the locked freewheel device 8 is shown with the inner arrow.
  • the direction of rotation of the rotor shaft 3 and thus of the entire rotor 4 is briefly reversed (the direction of the inner arrow now points in the opposite direction) by means of an electromagnetically controlled torque impression (for example in the form of a jerk).
  • the brief change in direction of the rotor 4 causes a change in the acceleration of the rotating system.
  • This jerk (derivation of the acceleration) unlocks the mechanical freewheel device 8 so that the gears of the transmission device 9 can move against each other.
  • a relative rotational movement arises due to the jerk of the rotor 4 and the angular momentum (mass inertia of the rotating system) of the decoupled rotating rotor 4.
  • the acceleration of the rotational movement of the rotor shaft 3 is reversed back into the original direction of rotation.
  • the freewheel device 8 blocks and the transmission device 9 blocked.
  • the two rotor segments are synchronized again and no longer have any relative slip.
  • FIGS. 10-12 Another rotation, analogous to FIGS. 7-9, is shown in FIGS. 10-12.
  • FIGS. 13 to 18 the electrical machine 1 is shown in a linear equivalent circuit diagram, with various operating positions of the field-influencing permanent magnets 7 rotatably mounted in the rotor body 10 being illustrated.
  • FIG. 13 shows the linear equivalent model of the mechanism in the starting position.
  • the mass 1 rotor base body
  • the mass 2 primary side of the gear stage
  • the freewheel device 8 is locked (mechanically blocked) so that the resulting forces in the clamping wedge cancel each other out.
  • the spring force Ffeder acts in opposition to the frictional forces Fr, while the normal forces Fn also cancel each other out.
  • FIG. 14 shows that due to a change in the speed (acceleration to the left) at the mass 1 (rotor base body), an additional force Fb arises. This force also acts on the clamping wedge point of the freewheel device 8.
  • FIG. 15 it is shown that the additional, impressed force Fb effects a spatial displacement of the mass 1 to the left.
  • the force also causes a spatial displacement of the mass Mk of the clamping bodies of the freewheel device 8 and removes the mechanical blockage.
  • the normal forces Fn and the frictional forces Fr disappear.
  • Figure 16 it is illustrated that the force applied to the mass 2 causes a spatial displacement of the mass 2, i.e. the rotor body 10, and moves the mass 3, i.e. the field-influencing permanent magnets 7, via the mechanical constraint of the coupling gear or the transmission device 9 .
  • the kinetic energy stored in mass 2 is passed on to mass 3 via the impulse and thus spatially displaced.
  • the acting force Fb must overcome the frictional forces Fr of the coupling gear stage and the reluctance force of the field-influencing permanent magnets 7.
  • FIG. 18 the initial state is shown restored with the original balance of forces (see FIG. 13). The difference lies in the changed positions of the mass 2 and the mass 3. The process can then be repeated until the desired position of the field influencing permanent magnets 7 is set.
  • roller bearings (field influencing permanent magnet)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

The invention relates to an electric machine (1), comprising a stator (2) and a rotor (4) having a rotor body (10) arranged on a rotor shaft (3), wherein the rotor (4) has a plurality of permanent magnets (5) securely arranged on or in the rotor body (10) for generating a magnetic field, wherein at least one of the permanent magnets (5) arranged securely on or in the rotor body (10) is assigned at least one field-influencing permanent magnet (7), for influencing the magnetic field according to the rotational position, which is mounted in the rotor body (10) such that it can rotate about its own axis of rotation (6) arranged stationarily in the rotor body (10). According to the invention, the rotor body (10) is connected to the rotor shaft (4) via a freewheel device (8), wherein the freewheel device (8) is designed in such a way that, by means of a change of a torque, the freewheel device (8) can be temporarily transferred from a blocked state into an open state, in such a way that a defined rotation occurs between the rotor body (10) and the freewheel device (8) or between the freewheel device (8) and the rotor shaft (3), and such that, via the defined rotation between the rotor body (10) and the freewheel device (8) or between the freewheel device (8) and the rotor shaft (3), a defined rotation is brought about in the at least one field-influencing permanent magnet (7) mounted in the rotor (4) such that it can rotate about its own axis of rotation (6).

Description

Elektrische Maschine. Verfahren zur Ansteuerunq einer elektrischen Electric machine. Method for Ansteuerunq an electrical
Maschine und Rotor Machine and rotor
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine umfassend einen Stator und einen Rotor mit einem auf einer Rotorwelle angeordneten Rotorkörper, wobei der Rotorkörper eine Mehrzahl von fest am oder im Rotorkörper angeordneten Permanentmagneten zur Erzeugung eines Magnetfelds aufweist und wobei zumindest einem der fest am oder im Rotorkörper angeordneten Permanentmagnete zumindest ein um seine eigene im Rotorkörper ortsfest angeordnete Drehachse drehbar im Rotorkörper gelagert angeordneter Feldbeeinflussungs-Permanentmagnet zur drehpositionsabhängigen Beeinflussung des Magnetfelds zugeordnet ist. Darüber hinaus umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine sowie einen Rotor für eine elektrische Maschine. The present invention relates to an electrical machine comprising a stator and a rotor with a rotor body arranged on a rotor shaft, the rotor body having a plurality of permanent magnets which are fixedly arranged on or in the rotor body for generating a magnetic field and at least one of which is fixedly arranged on or in the rotor body Permanent magnets are assigned at least one field-influencing permanent magnet for influencing the magnetic field as a function of the rotational position, which is rotatably mounted in the rotor body and is rotatably mounted about its own axis of rotation in the rotor body. In addition, the invention comprises a method for controlling an electrical machine and a rotor for an electrical machine.
Elektrische Maschinen sind seit geraumer Zeit bekannt und unterliegen einer fortwährenden Entwicklung. Die Einführung der Nutzung von elektrischen Antriebsmaschinen (Traktionsmaschinen) im Automobil bringt neue Anforderungen und Rahmenbedingungen mit sich, weswegen die Entwicklung neue Wege einschlägt. Electrical machines have been known for some time and are subject to constant development. The introduction of the use of electric drive machines (traction machines) in automobiles brings with it new requirements and framework conditions, which is why the development is breaking new ground.
In automotiven Anwendungsfällen beherrschen vorwiegend bauraumoptimale Designs die Entwicklung von elektrischen Energiewandlern, sei es im Segment der kleinantriebe oder im Segment der Traktionsantriebe. In automotive applications, designs that are optimized for installation space dominate the development of electrical energy converters, be it in the small drive segment or in the traction drive segment.
Aufgrund der Anforderung Bauraumoptimal zu konstruieren, werden, je nach Anwendungsgebiet, elektrische Maschinen mit eine hohen Leistungsdichte verwendet. Dabei kommen häufig permanenterregte Synchronmaschinen mit Selten-Erden-Materialien zum Einsatz. Due to the requirement to optimally design the installation space, electrical machines with a high power density are used, depending on the area of application. Permanent magnet synchronous machines with rare earth materials are often used.
Nicht selten werden wie Permanentmagnete an die Oberfläche der Rotoren montiert. Alternativ werden die Permanentmagneten in Aussparungen der Blechpakete des Rotors eingeschoben. Um die Magnete in ihrer Position zu halten werden Klebstoffe, Kunststoffhalterungen, Kunststoffumspritzungen oder Tränkmittel verwendet. Das Prinzip ist bei sogenannten Innen- als auch bei Außenläufern anzutreffen. Ein anderes Wirkprinzip sieht vor den magnetischen Kreis zu verbessern, indem magnetflussleitende Elemente aktiv in den Magnetkreis eingeführt werden. It is not uncommon for permanent magnets to be mounted on the surface of the rotors. Alternatively, the permanent magnets are inserted into cutouts in the laminated cores of the rotor. To hold the magnets in their position, adhesives, plastic holders, plastic encapsulations or impregnating agents are used. The principle can be found with so-called internal and external rotors. Another operating principle is to improve the magnetic circuit by actively introducing magnetic flux-conducting elements into the magnetic circuit.
Eine gattungsgemäße elektrische Maschine ist beispielsweise bereits beschrieben in dem Artikel „Classification of field-weakening Solutions and novel PM machine with adjustable exitation“, H. Woehl-Bruhn / W.-R. Canders / N.Domann, XIX International Conference on Electrical Machines - ICEM 2010, Rome - siehe hierzu insbesondere das Kapitel VI. PRINCIPLE OF NOVEL MACHINE DESIGN. A generic electrical machine is already described, for example, in the article “Classification of field-weakening solutions and novel PM machine with adjustable exitation”, H. Woehl-Bruhn / W.-R. Canders / N.Domann, XIX International Conference on Electrical Machines - ICEM 2010, Rome - see in particular Chapter VI. PRINCIPLE OF NOVEL MACHINE DESIGN.
Ein solcher Aufbau wird ebenso in dem Artikel „Flux Adjustable Prermanent Magnet Machines: A Technology Status Review“, Hui Yang / Z.Q. Zhu / Heyun Lin / Wenqiang Chu, Cinese Journal of Electrical Engineering, Vol.2, No.2, December 2016, beschrieben - siehe hierzu insbesondere S.20, Kapitel 4.2 „Adjustment towards R_sigma“. Such a structure is also described in the article “Flux Adjustable Prermanent Magnet Machines: A Technology Status Review”, Hui Yang / Z.Q. Zhu / Heyun Lin / Wenqiang Chu, Cinese Journal of Electrical Engineering, Vol.2, No.2, December 2016 - see in particular page 20, chapter 4.2 "Adjustment towards R_sigma".
Aus der DE 102018 112553 A1 ist ein Rotor einer elektrischen Maschine mit bewegbaren Polanordnungen bekannt. Der Rotor umfasst einen Rotorkörper, eine Drehachse, welche sich in axiale Richtung erstreckt und um welche der Rotorkörper drehbar ist, eine äußere Mantelfläche, die den Rotorkörper begrenzt, mindestens eine Polanordnung, sowie einen Bewegungsmechanismus für die mindestens eine Polanordnung. Dabei ist der Bewegungsmechanismus derart ausgebildet, dass die mindestens eine Polanordnung bewegbar um eine Rotationsachse ist, die im Wesentlichen parallel zur Drehachse des Rotors orientiert ist, wodurch die mindestens eine Polanordnung zusätzlich zur Rotation um die Drehachse des Rotors auch um ihre Rotationsachse bewegbar ist. A rotor of an electrical machine with movable pole arrangements is known from DE 102018 112553 A1. The rotor comprises a rotor body, an axis of rotation which extends in the axial direction and around which the rotor body is rotatable, an outer jacket surface which delimits the rotor body, at least one pole arrangement, and a movement mechanism for the at least one pole arrangement. The movement mechanism is designed such that the at least one pole arrangement is movable about an axis of rotation that is oriented essentially parallel to the axis of rotation of the rotor, whereby the at least one pole arrangement can also be moved about its axis of rotation in addition to rotating about the axis of rotation of the rotor.
Aus der DE 102017 106828 A1 ist ein weiterer Rotor mit über einen Stellmechanismus bewegbaren Polanordnungen bekannt. Der Stellmechanismus ist derart ausgebildet, dass der Abstand zwischen der äußeren Mantelfläche des Rotors und einem Flächenschwerpunkt, der mindestens einen Polanordnung einstellbar ist, wodurch die mindestens eine Polanordnung nach innen zur Drehachse des Rotors hin oder nach außen von der Drehachse des Rotors weg bewegbar ist. From DE 102017 106828 A1 a further rotor with pole arrangements that can be moved via an adjusting mechanism is known. The adjusting mechanism is designed in such a way that the distance between the outer circumferential surface of the rotor and a centroid of the at least one pole arrangement is adjustable, whereby the at least one pole arrangement is inwardly is movable towards the axis of rotation of the rotor or outwardly away from the axis of rotation of the rotor.
In der DE102015211 531 A1 wird eine elektrische Maschine mit einem Stator und einen im Stator drehbar gelagerten Rotor beschrieben, wobei eine Spindel durch die elektrische Maschine geführt ist, und mindestens eine in die elektrische Maschine einbringbare magnetflussleitende Baugruppe vorgesehen ist, wobei die magnetflussleitende Baugruppe linear bewegbar auf der Spindel angeordnet ist, um infolge einer Verlagerung in die elektrische Maschine eine Motorkonstante der elektrischen Maschine zu variieren. DE102015211 531 A1 describes an electrical machine with a stator and a rotor rotatably mounted in the stator, a spindle being guided through the electrical machine and at least one magnetic flux-conducting assembly that can be introduced into the electrical machine, the magnetic-flux-conducting assembly being linearly movable is arranged on the spindle in order to vary a motor constant of the electrical machine as a result of a displacement in the electrical machine.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine, ein Verfahren zur Ansteuerung einer derartigen elektrischen Maschine sowie einen Rotor für eine elektrische Maschine bereitzustellen, wodurch eine gezielt herbeigeführte Variierung des Magnetfelds ermöglicht wird. Mit Vorteil soll der Rotor für die elektrische Maschine als auch die elektrische Maschine konstruktiv einfach aufgebaut sein und im Hinblick auf den erforderlichen Bauraum und die entstehenden Kosten weiter optimiert sein. Im Automobilbereich werden hauptsächlich Permanenterregte Synchronmaschinen (PMSM) eingesetzt, welche vor allem durch die hohe Leistungsdichte überzeugen. Durch die Permanentmagneten wird jedoch im Betrieb der Maschine eine Gegenspannung induziert, welche mit der Drehzahl des Rotors ansteigt. Wenn diese Gegenspannung die maximale Spannung im Stator erreicht ist die maximale Drehzahl der Maschine erreicht. Die Motorkonstanten, auch Spannungskonstante und Drehmomentkonstante genannt, ist maßgeblich für das elektromechanische Verhalten einer elektrischen Maschine verantwortlich. Für gewöhnlich ist die Motorkonstante eine weitest gehend feste maschinenbezogene Größe, die nur im Rahmen mit einem sog. Feldschwächebetrieb verändert werden kann. Um die PMSM bei gegebener Hochvolt-Bordspannung mit einem Festgetriebe betreiben zu können und trotzdem den vollen Betriebsbereich hohe Drehzahlen - z.B. auf der Autobahn - abzudecken wird diese sogenannte Feldschwächung genutzt. The invention is based on the object of providing an electrical machine, a method for controlling such an electrical machine, and a rotor for an electrical machine, which enables the magnetic field to be varied in a targeted manner. Advantageously, the rotor for the electrical machine and the electrical machine should be of simple construction and should be further optimized with regard to the required installation space and the resulting costs. In the automotive sector, permanent magnet synchronous machines (PMSM) are mainly used, which are particularly impressive due to their high power density. However, when the machine is in operation, the permanent magnets induce a counter voltage which increases with the speed of the rotor. When this counter voltage reaches the maximum voltage in the stator, the maximum speed of the machine is reached. The motor constant, also called voltage constant and torque constant, is largely responsible for the electromechanical behavior of an electrical machine. The motor constant is usually a largely fixed, machine-related variable that can only be changed in a so-called field weakening mode. This so-called field weakening is used in order to be able to operate the PMSM with a fixed gear with a given high-voltage on-board voltage and still cover the full operating range of high speeds - e.g. on the motorway.
Hierbei wird bei der Regelung im d/q-System ein negativer d-Strom eingeprägt. Dieser Strom in Flussrichtung schwächt den magnetischen Fluss im Luftspalt wodurch die Spannungskonstante reduziert und so die maximale Drehzahl vergrößert werden kann. Im Feldschwächebereich steht dabei dann ein geringeres Moment zur Verfügung. Diese negative d-Strom Einprägung verursacht jedoch dauerhaft extra Verluste die bei gegebener Energiemenge im Fahrzeug zu geringerer Reichweite führen. Diese Extraverluste erwärmen zusätzlich das Motorsystem welches dann aufwändig gekühlt werden muss. In this case, a negative d-current is impressed in the regulation in the d / q system. This current in the direction of flow weakens the magnetic flow in the air gap whereby the voltage constant can be reduced and the maximum speed can be increased. A lower moment is then available in the field weakening range. However, this negative d-current impression permanently causes extra losses which, with the given amount of energy in the vehicle, lead to a shorter range. These extra losses also heat up the engine system, which then has to be cooled at great expense.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 sowie durch einen Rotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9. Bei einer elektrischen Maschine gemäß der Erfindung handelt es sich mit Vorteil um eine elektrische Antriebsmaschine für ein Kraftfahrzeug, die sowohl motorisch als auch generatorisch betreibbar ist. The object on which the invention is based is achieved by an electrical machine with the features of claim 1, a method for controlling an electrical machine with the features of claim 7 and by a rotor with the features of claim 9. In an electrical machine according to the invention it is advantageously an electric drive machine for a motor vehicle that can be operated both as a motor and as a generator.
Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst einen Stator und einen Rotor mit einem auf einer Rotorwelle angeordneten Rotorkörper, wobei der Rotorkörper eine Mehrzahl von fest am oder im Rotorkörper angeordneten Permanentmagneten zur Erzeugung eines Magnetfelds aufweist, wobei zumindest einem der fest am oder im Rotorkörper angeordneten Permanentmagnete zumindest ein um seine eigene im Rotorkörper ortsfest positionierte Drehachse drehbar im Rotorkörper gelagert angeordneter Feldbeeinflussungs-Permanentmagnet zur drehpositionsabhängigen Beeinflussung des Magnetfelds zugeordnet ist. Gemäß der Erfindung ist der Rotorkörper über eine Freilaufeinrichtung an die Rotorwelle angebunden, wobei die Freilaufeinrichtung derart ausgebildet ist, dass mittels einer über die Rotorwelle auf den Rotorkörper und die Freilaufeinrichtung einwirkenden Drehmomentänderung die Freilaufeinrichtung kurzzeitig von einem gesperrten Zustand in einen geöffneten Zustand überführbar ist, derart, dass eine definierte Verdrehung zwischen Rotorkörper und Freilaufeinrichtung oder zwischen Freilaufeinrichtung und Rotorwelle erfolgt und dass durch die definierte Verdrehung zwischen Rotorkörper und Freilaufeinrichtung oder zwischen Freilaufeinrichtung und Rotorwelle eine definierte Rotation des zumindest einen um seine Drehachse drehbar im Rotorkörper gelagerten Feldbeeinflussungs-Permanentmagneten herbeigeführt wird. Die Drehmomentänderung erfolgt insbesondere durch eine gezielt herbeigeführte, mit Vorteil regelbasierte Drehmomenteinprägung in die elektrische Maschine. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass ein rotierbar im Rotorkörper gelagerter Feldbeeinflussungs-Permanentmagnet, ohne dass eine zusätzliche aktive Aktuatorik für die gezielte Verdrehung erforderlich wäre, zur gezielten Magnetfeldbeeinflussung verdreht werden kann. Insbesondere durch eine geschickte Regelung kann ein Ruck in der elektrischen Maschine erzeugt werden, welcher durch die eingebaute Freilaufeinrichtung und eine Koppeleinrichtung, wie etwa eine Zahnradkonstruktion oder dergleichen, die Feldbeeinflussungs- Permanentmagnete verdreht. Die Feldbeeinflussungs-Permanentmagnete sind dabei rotativ gelagert. Bei Verlassen des Feldschwächebereichs wird mit der gleichen Methode der Magnet über einen Totpunkt weitergerückt und anschließend zieht das Reluktanzmoment die Feldbeeinflussungs-Permanentmagnete wieder gerade. Bei der Betriebs- und Regelstrategie zur Erzeugung des Rucks kann das Prinzip umgekehrt werden, welches beispielsweise bei den Verfahren „High Current Injection“ (HCl) oder „Advanced Voltage Control“ (AVC) rund um das Themengebiet der Noise Vibration Harshness (NVH) Anwendung findet. Anstatt Schwingungen zu dämpfen werden jedoch umgekehrt im Sinne der Erfindung kurzzeitig Schwingungen erzeugt, um die Feldschwächung gezielt einzustellen. An electrical machine according to the invention comprises a stator and a rotor with a rotor body arranged on a rotor shaft, the rotor body having a plurality of permanent magnets fixed on or in the rotor body for generating a magnetic field, at least one of the permanent magnets fixed on or in the rotor body having at least one is assigned to its own rotational axis fixedly positioned in the rotor body rotatably mounted in the rotor body, field influencing permanent magnet for influencing the magnetic field as a function of the rotational position. According to the invention, the rotor body is connected to the rotor shaft via a freewheel device, the freewheel device being designed in such a way that the freewheel device can be briefly transferred from a locked state to an open state by means of a torque change acting on the rotor body and the freewheel device via the rotor shaft that a defined rotation takes place between the rotor body and the freewheel device or between the freewheel device and the rotor shaft and that the defined rotation between the rotor body and the freewheel device or between the freewheel device and the rotor shaft causes a defined rotation of the at least one field-influencing permanent magnet rotatably mounted in the rotor body about its axis of rotation. The torque change takes place in particular by a Targeted, advantageously rule-based torque impressions in the electrical machine. This has the advantage that a field influencing permanent magnet mounted rotatably in the rotor body can be rotated for the specific magnetic field influencing without additional active actuators being required for the targeted rotation. In particular, a clever control can generate a jolt in the electrical machine which rotates the field-influencing permanent magnets due to the built-in freewheeling device and a coupling device, such as a gear structure or the like. The field-influencing permanent magnets are rotatably mounted. When leaving the field weakening range, the magnet is moved further past a dead center using the same method and then the reluctance torque pulls the field-influencing permanent magnets straight again. In the operating and control strategy for generating the jerk, the principle can be reversed, which is used, for example, in the "High Current Injection" (HCl) or "Advanced Voltage Control" (AVC) processes around the subject of Noise Vibration Harshness (NVH) finds. Instead of damping vibrations, however, conversely, in the context of the invention, brief vibrations are generated in order to set the field weakening in a targeted manner.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine um seine eigene Drehachse drehbar im Rotorkörper angeordnete Feldbeeinflussungs-Permanentmagnet über eine als Zahnradkonstruktion bzw. als Getriebeeinrichtung ausgebildete Koppeleinrichtung mit einer auf der Rotorwelle angeordneten Freilaufeinrichtung wirkverbunden ist.According to an advantageous embodiment of the invention it can be provided that the at least one field influencing permanent magnet rotatably arranged around its own axis of rotation in the rotor body is operatively connected to a freewheeling device arranged on the rotor shaft via a coupling device designed as a gear structure or as a gear device.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Rotationsbewegung der Freilaufeinrichtung, die mit einem gezielten Ruck in die elektrische Maschine erzeugt wurde, auf konstruktiv einfache und bauraumsparende Weise auf die Feldbeeinflussungs-Permanentmagnete übertragen werden kann. Besonders bevorzugt ist die Zahnradkonstruktion/Getriebeeinrichtung als Stirnradgetriebe ausgebildet. The advantage of this embodiment is that the rotational movement of the freewheel device, which was generated with a targeted jerk in the electrical machine, can be transferred to the field-influencing permanent magnets in a structurally simple and space-saving manner. The gear structure / gear mechanism is particularly preferably designed as a spur gear.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die fest am oder im Rotorkörper angeordneten Permanentmagnete zumindest zweiteilig ausgebildet sind, wobei der drehbar im Rotorkörper gelagerte Feldbeeinflussungs-Permanentmagnet zwischen den zumindest zwei Teilen eines Permanentmagneten bevorzugt in der Polmitte angeordnet ist. Hierdurch wird bei konstruktiv einfachem Aufbau eine gute räumliche Verteilung der Magnetfeldlinien erreicht. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die zumindest zwei Teile eines Permanentmagneten geradlinig oder V-förmig angeordnet sind. Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the permanent magnets which are fixedly arranged on or in the rotor body are designed in at least two parts, the rotatable in the The field-influencing permanent magnet mounted on the rotor body is arranged between the at least two parts of a permanent magnet, preferably in the center of the pole. In this way, a good spatial distribution of the magnetic field lines is achieved with a structurally simple structure. According to a further particularly preferred embodiment of the invention, it can be provided that the at least two parts of a permanent magnet are arranged in a straight line or in a V-shape.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Freilaufeinrichtung als Rollenfreilauf ausgebildet ist. Bevorzugt ist die Freilaufeinrichtung als Rollenfreilauf ausgebildet, wie er in seinem Aufbau in DE 10 2013216 882 A1 bereits beschrieben ist. Bezüglich des Aufbaus und der Funktionsweise wird die DE 102013216882 A1 in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung mit einbezogen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist insbesondere in der platzsparen Bauweise der Einrichtung begründet. Furthermore, the invention can also be further developed in such a way that the freewheel device is designed as a roller freewheel. The freewheel device is preferably designed as a roller freewheel, as already described in its structure in DE 10 2013216 882 A1. With regard to the structure and the mode of operation, DE 102013216882 A1 is included in the disclosure content of this application. The advantage of this configuration is based in particular on the space-saving design of the device.
In einer anderen Ausführung der Erfindung kann die Freilaufeinrichtung auch als schaltbarer Freilauf ausgebildet sein. In another embodiment of the invention, the freewheel device can also be designed as a switchable freewheel.
Ferner wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine, insbesondere zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine gemäß einem der vorstehenden Ansprüche. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in Abhängigkeit von der Drehzahl der elektrischen Maschine eine gezielte Schwächung des Magnetfelds erzeugt, indem die drehbar im Rotorkörper gelagerten Feldbeeinflussungs-Permanentmagneten verdreht werden, wobei in Abhängigkeit von der Drehzahl der elektrischen Maschine eine zeitlich begrenzte kurzzeitige, impulsartige Drehmomentänderung erzeugt wird. Hierdurch kann erreicht werden, dass mittels eines gezielt durch Drehmomentänderung erzeugten Rucks eine Relativrotation zwischen Freilaufeinrichtung und Rotorkörper bzw. zwischen Freilaufeinrichtung und Rotorwelle herbeigeführt wird, durch welche wiederum über eine mit der Freilaufeinrichtung verbundene Koppeleinrichtung die Feldbeeinflussungs- Permanentmagnete antreibbar sind. Besonders bevorzugt erfolgt die Ansteuerung der elektrischen Maschine auf Basis einer Regelung, wobei im Normalbetrieb der elektrischen Maschine eine Regelstrategie zur Schwingungsreduzierung - insbesondere nach dem Prinzip der sogenannten Noise Vibration Harshness - Anwendung findet und wobei in einem vom Normalbetrieb abweichenden erweiterten Betriebsbereich beispielsweise mittels „Maximum Torque Per Ampere“ -Verfahren (MTPA) oder „Maximum Torque per Voltage“-Verfahren (MTPV), eine Feldschwächung innerhalb der elektrischen Maschine erzeugt wird, indem durch einmalige oder mehrmalige Erzeugung von ruckartiger Drehmomentänderung eine Verdrehung der Feldbeeinflussungs- Permanentmagnete bewirkt wird. Furthermore, the object of the invention is achieved by a method for controlling an electrical machine, in particular for controlling an electrical machine according to one of the preceding claims. According to the method according to the invention, depending on the speed of the electric machine, a targeted weakening of the magnetic field is generated by turning the field influencing permanent magnets rotatably mounted in the rotor body, a temporary, short-term, pulse-like torque change being generated depending on the speed of the electric machine . This enables a relative rotation between the freewheel device and the rotor body or between the freewheel device and the rotor shaft to be brought about by means of a jerk generated specifically by changing the torque, which in turn can be used to drive the field-influencing permanent magnets via a coupling device connected to the freewheel device. The electric machine is particularly preferably controlled on the basis of a closed-loop control system, with a control strategy for reducing vibrations - in particular according to the principle of so-called noise vibration harshness - being used in normal operation of the electric machine, and with an extended operating range that deviates from normal operation, for example by means of "maximum torque A field weakening is generated within the electrical machine using the Ampere “method (MTPA) or the“ Maximum Torque per Voltage “method (MTPV) by rotating the field-influencing permanent magnets by generating one or more jerky changes in torque.
Schließlich wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch durch einen Rotor gelöst. Ein erfindungsgemäßer Rotor umfasst einen auf einer Rotorwelle angeordneten Rotorkörper und eine Mehrzahl umfänglich gleichmäßig im Rotorkörper verteilt angeordneter Permanentmagnete. Die Permanentmagnete sind dabei zumindest zweiteilig ausgebildet, wobei ein drehbar im Rotorkörper gelagerter Feldbeeinflussungs-Permanentmagnet zwischen einem ersten Permanentmagnetteil und einem zweiten Permanentmagnetteil eines Permanentmagneten, bevorzugt in der Polmitte, angeordnet ist. Der Rotorkörper ist über eine Freilaufeinrichtung an die Rotorwelle angebunden, wobei die Freilaufeinrichtung derart ausgebildet ist, dass mittels einer definierten Drehmomentänderung die Freilaufeinrichtung kurzzeitig von einem gesperrten Zustand in einen geöffneten Zustand überführbar ist, derart, dass eine definierte Verdrehung zwischen Rotorkörper und Freilaufeinrichtung oder zwischen Freilaufeinrichtung und Rotorwelle (je nach Aufbau der Anordnung) erfolgt und dass durch die definierte Verdrehung zwischen Rotorkörper und Freilaufeinrichtung bzw. zwischen Freilaufeinrichtung und Rotorwelle eine definierte Rotation des zumindest einen um seine Drehachse drehbar im Rotorkörper gelagerten Feldbeeinflussungs- Permanentmagneten herbeigeführt wird. Zur Übertragung der Relativverdrehung zwischen der Freilaufeinrichtung und dem Rotorkörper bzw. zwischen Freilaufeinrichtung und Rotorwelle ist der zumindest eine um seine eigene Achse drehbar im Rotorkörper angeordnete Feldbeeinflussungs-Permanentmagnet über eine Getriebeeinrichtung mit dem auf der Rotorwelle angeordneten Freilauf wirkverbunden. Finally, the object on which the invention is based is also achieved by a rotor. A rotor according to the invention comprises a rotor body arranged on a rotor shaft and a plurality of permanent magnets arranged uniformly distributed around the circumference in the rotor body. The permanent magnets are designed in at least two parts, a field influencing permanent magnet rotatably mounted in the rotor body being arranged between a first permanent magnet part and a second permanent magnet part of a permanent magnet, preferably in the center of the pole. The rotor body is connected to the rotor shaft via a freewheel device, the freewheel device being designed in such a way that the freewheel device can be briefly transferred from a locked state to an open state by means of a defined change in torque, such that a defined rotation between the rotor body and the freewheel device or between the freewheel device and rotor shaft (depending on the structure of the arrangement) and that the defined rotation between the rotor body and the freewheel device or between the freewheel device and the rotor shaft causes a defined rotation of the at least one field influencing permanent magnet rotatably mounted in the rotor body about its axis of rotation. To transmit the relative rotation between the freewheel device and the rotor body or between the freewheel device and the rotor shaft, the at least one field-influencing permanent magnet arranged in the rotor body so as to be rotatable about its own axis is over a transmission device operatively connected to the freewheel arranged on the rotor shaft.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to figures without restricting the general inventive concept.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 eine elektrische Maschine gemäß der Erfindung in einemFigure 1 shows an electrical machine according to the invention in one
Radialschnitt, quer zur Drehachse des Rotors in schematischer Darstellung, bei der die Feldbeeinflussungs-Permanentmagnete in einer das Magnetfeld maximal verstärkenden Ausrichtung positioniert sind, Radial section, transverse to the axis of rotation of the rotor in a schematic representation, in which the field-influencing permanent magnets are positioned in an orientation that maximizes the magnetic field,
Figur 2 eine elektrische Maschine gemäß der Erfindung in einemFigure 2 shows an electrical machine according to the invention in one
Radialschnitt, quer zur Drehachse des Rotors in schematischer Darstellung, bei der die Feldbeeinflussungs-Permanentmagnete in einer das Magnetfeld maximal schwächenden Ausrichtung positioniert sind, Radial section, transverse to the axis of rotation of the rotor in a schematic representation, in which the field-influencing permanent magnets are positioned in an orientation that maximally weakens the magnetic field,
Figur 3 einen erfindungsgemäß aufgebauten Rotor einer elektrischen Maschine in einem Radialschnitt, quer zur Drehachse des Rotors in schematischer Darstellung, mit mechanischer Freilaufeinrichtung in gesperrtem Zustand (wobei die Freilaufeinrichtung als Rollenfreilauf mit sechs zylindrisch ausgeführten Klemmrollen ausgebildet ist),FIG. 3 shows a rotor of an electrical machine constructed according to the invention in a radial section, transverse to the axis of rotation of the rotor in a schematic representation, with a mechanical freewheel device in the locked state (the freewheel device being designed as a roller freewheel with six cylindrically designed clamping rollers),
Figur 4 einen erfindungsgemäß aufgebauten Rotor einer elektrischenFIG. 4 shows an inventive rotor of an electrical
Maschine in einem Radialschnitt, quer zur Drehachse des Rotors in schematischer Darstellung, mit mechanischer Freilaufeinrichtung in geöffnetem Zustand mit schematisch dargestellter und als Stirnradgetriebe ausgebildeter Getriebeübersetzung, Machine in a radial section, transversely to the axis of rotation of the rotor in a schematic representation, with mechanical freewheel device in the open state with a gear ratio shown schematically and designed as a spur gear,
Figur 5 einen erfindungsgemäß aufgebauten Rotor einer elektrischenFigure 5 shows a rotor constructed according to the invention of an electric
Maschine, in einem Axialschnitt entlang der Drehachse des Rotors, in schematischer Darstellung, Figur 6-12 einen erfindungsgemäß aufgebauten Rotor einer elektrischenMachine, in an axial section along the axis of rotation of the rotor, in a schematic representation, Figure 6-12 a rotor constructed according to the invention of an electric
Maschine, analog zu den vorstehenden Zeichnungsfiguren, wobei durch eine hilfsweise eingezeichnete Referenzbarke die Verdrehung zwischen Freilaufeinrichtung und Rotorkörper in unterschiedlichen Positionen veranschaulicht ist, und Machine, analogous to the above drawing figures, with the rotation between the freewheel device and the rotor body in different positions being illustrated by an auxiliary reference barn, and
Figur 13-18 die erfindungsgemäße elektrische Maschine in einem linearen13-18 the electrical machine according to the invention in a linear manner
Ersatzschaltbild dargestellt, wobei verschiedene Betriebspositionen der rotierbar im Rotorkörper gelagerten Feldbeinflussungs- Permanentmagnete veranschaulicht sind. Equivalent circuit diagram shown, with various operating positions of the field influence permanent magnets rotatably mounted in the rotor body are illustrated.
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine elektrische Maschine 1 in einem Radialschnitt, quer zur Drehachse des Rotors 4, in schematischer Darstellung. Die elektrische Maschine 1 umfasst einen Stator 2 und einen Rotor 4 mit einer auf einer Rotorwelle 3 angeordneten Rotorkörper 10, wobei der Rotor 4 eine Mehrzahl von fest am oder im Rotorkörper 10 angeordneten Permanentmagneten 5 zur Erzeugung eines Magnetfelds aufweist. Dabei ist jeder der insgesamt vier umfänglich verteilt angeordneten Permanentmagnete 5 zweiteilig ausgebildet und umfasst einen ersten Permanentmagnetteil 5a und einen zweiten Permanentmagnetteil 5b. Die beiden Permanentmagnetteile 5a, 5b sind im Wesentlichen V-förmig angeordnet, wobei zwischen den beiden durch die beiden Permanentmagnetteile 5a, 5b gebildeten Schenkeln, in der Polmitte jedes Permanentmagneten 5, ein um seine eigene im Rotorkörper 10 ortsfest angeordnete Drehachse 6 drehbar im Rotorkörper 10 gelagert angeordneter Feldbeeinflussungs-Permanentmagnet 7 zur drehpositionsabhängigen Beeinflussung des Magnetfelds zugeordnet ist. Figures 1 and 2 show an electrical machine 1 in a radial section, transverse to the axis of rotation of the rotor 4, in a schematic representation. The electrical machine 1 comprises a stator 2 and a rotor 4 with a rotor body 10 arranged on a rotor shaft 3, the rotor 4 having a plurality of permanent magnets 5 which are fixedly arranged on or in the rotor body 10 for generating a magnetic field. In this case, each of the total of four permanent magnets 5, which are arranged distributed around the circumference, is designed in two parts and comprises a first permanent magnet part 5a and a second permanent magnet part 5b. The two permanent magnet parts 5a, 5b are essentially arranged in a V-shape, between the two legs formed by the two permanent magnet parts 5a, 5b, in the center of the pole of each permanent magnet 5, an axis of rotation 6 that is fixed about its own in the rotor body 10 and rotatable in the rotor body 10 mounted field influencing permanent magnet 7 is assigned to the rotational position-dependent influencing of the magnetic field.
In Figur 1 sind die Feldbeeinflussungs-Permanentmagnete 7 in einer das Magnetfeld maximal verstärkenden Position ausgerichtet, während in der Darstellung in Figur 2 die Feldbeeinflussungs-Permanentmagnete 7 in einer das Magnetfeld maximal schwächenden Position ausgerichtet sind. In FIG. 1, the field-influencing permanent magnets 7 are oriented in a position that maximally amplifies the magnetic field, while in the illustration in FIG. 2 the field-influencing permanent magnets 7 are oriented in a position that maximally weakens the magnetic field.
Figur 3 zeigt die elektrische Maschine 1 gemäß der Erfindung in einem Radialschnitt, quer zur Drehachse des Rotors 4, in schematischer Darstellung, mit mechanischer Freilaufeinrichtung 8 in einem gesperrten Zustand der Freilaufeinrichtung 8. Die Freilaufeinrichtung 8 ist im dargestellten Beispiel als Rollenfreilauf mit insgesamt sechs, umfänglich gleichmäßig verteilt angeordneten und zylindrisch ausgeführten Klemmrollen ausgebildet. Der Rotorkörper 10 ist dabei über die Freilaufeinrichtung 8 an die Rotorwelle 4 angebunden, wobei die Freilaufeinrichtung 8 derart ausgebildet ist, dass mittels einer über die Rotorwelle 3 auf den Rotorkörper 10 und die Freilaufeinrichtung 8 ruckartig einwirkenden Drehmomentänderung die Freilaufeinrichtung 8 kurzzeitig von einem gesperrten Zustand in einen geöffneten Zustand überführbar ist. Durch den erzeugten Ruck und die dadurch herbeigeführte kurzzeitige Freischaltung der Freilaufeinrichtung 8 erfolgt eine definierte Verdrehung zwischen Rotorkörper 10 und Freilaufeinrichtung 8, wobei durch die definierte Verdrehung zwischen Rotorkörper 10 und Freilaufeinrichtung 8 eine definierte Rotation des zumindest einen um seine Drehachse 6 drehbar im Rotorkörper 10 gelagerten Feldbeeinflussungs- Permanentmagneten 7 herbeigeführt wird. Figure 3 shows the electrical machine 1 according to the invention in a radial section, transverse to the axis of rotation of the rotor 4, in a schematic representation mechanical freewheel device 8 in a locked state of the freewheel device 8. The freewheel device 8 is designed in the example shown as a roller freewheel with a total of six, circumferentially evenly distributed and cylindrically designed clamping rollers. The rotor body 10 is connected to the rotor shaft 4 via the freewheel device 8, the freewheel device 8 being designed in such a way that the freewheel device 8 briefly changes the freewheel device 8 from a locked state into an open state can be transferred. As a result of the jolt generated and the brief activation of the freewheel device 8 brought about by it, there is a defined rotation between the rotor body 10 and the freewheel device 8, whereby the defined rotation between the rotor body 10 and the freewheel device 8 results in a defined rotation of the at least one rotatable about its axis of rotation 6 in the rotor body 10 Field influencing permanent magnets 7 is brought about.
Aus der Figur 4 ist ferner ersichtlich, dass der zumindest eine um seine eigene Drehachse 6 drehbar im Rotorkörper 10 angeordnete Feldbeeinflussungs- Permanentmagnet 7 über eine Getriebeeinrichtung 9 mit einer auf der Rotorwelle 3 angeordneten Freilaufeinrichtung 8 wirkverbunden ist. Die Getriebeeinrichtung 9 ist dabei als Stirnradgetriebe ausgebildet, wobei ein auf der Freilaufeinrichtung 8 angeordnetes Sonnenrad mit Planetenrädern der drehbar gelagerten Feldbeeinflussungs-Permanentmagnete 7 zusammenwirkt. It can also be seen from FIG. 4 that the at least one field-influencing permanent magnet 7 arranged rotatably about its own axis of rotation 6 in the rotor body 10 is operatively connected via a gear device 9 to a freewheel device 8 arranged on the rotor shaft 3. The transmission device 9 is designed as a spur gear, a sun gear arranged on the freewheel device 8 cooperating with planet gears of the rotatably mounted field-influencing permanent magnets 7.
Figur 5 zeigt die elektrische Maschine 1 gemäß der Erfindung in einem Axialschnitt in schematischer Darstellung. Dabei ist gut zu erkennen, dass der Rotorkörper 10 des Rotors 4 auf einer Rotorwelle 3 drehfest angeordnet ist. Außerhalb des Rotorkörpers 10 ist die Rotorwelle 3 beidseitig über Wälzlager 11, beispielsweise in einem nicht dargestellten Motorgehäuse, drehbar gelagert angeordnet. Die Feldbeeinflussungs-Permanentmagnete 7 sind über weitere Wälzlager 12 drehbar innerhalb des Rotorkörpers 10 angeordnet. Über eine stirnseitig aus dem Rotorkörper 10 herausragende Drehachse 6 bzw. eine entsprechende Welle sind die Feldbeeinflussungs-Permanentmagnete 7 über Zahnräder an ein zentrales Zahnrad der Freilaufeinrichtung 8 angebunden. In den Figuren 6-12 ist die elektrische Maschine 1 in unterschiedlichen Betriebspositionen der Feldbeeinflussungspermanentmagnete 7 gezeigt. Zur Veranschaulichung der verschiedenen Betriebspositionen sind diese durch eine hilfsweise eingezeichnete Referenzbarke B, die die Verdrehung zwischen Freilaufeinrichtung 8 und Rotorkörper 10 in unterschiedlichen Positionen veranschaulichen soll, gekennzeichnet. Figure 5 shows the electrical machine 1 according to the invention in an axial section in a schematic representation. It can be clearly seen here that the rotor body 10 of the rotor 4 is arranged in a rotationally fixed manner on a rotor shaft 3. Outside the rotor body 10, the rotor shaft 3 is rotatably mounted on both sides via roller bearings 11, for example in a motor housing (not shown). The field-influencing permanent magnets 7 are rotatably arranged within the rotor body 10 via further roller bearings 12. The field-influencing permanent magnets 7 are connected via toothed wheels to a central toothed wheel of the freewheeling device 8 via an axis of rotation 6 or a corresponding shaft protruding from the rotor body 10 at the end. In FIGS. 6-12, the electrical machine 1 is shown in different operating positions of the field-influencing permanent magnets 7. To illustrate the various operating positions, these are identified by a reference barque B, drawn in as an aid, which is intended to illustrate the rotation between the freewheel device 8 and the rotor body 10 in different positions.
Gemäß Figur 6 ist die Ausgangssituation der beispielhaften Aktuierung der Freilaufeinrichtung 8 dargestellt, während sich der gesamte Rotor 4 der elektrischen Maschine 1 im Gegenuhrzeigersinn dreht. Dabei sind die Feldbeeinflussungs- Permanentmagnete 7 in der dargestellten Ausgangsposition derart ausgerichtet, dass das Magnetfeld der Permanentmagnete 5 maximal geschwächt wird. Der Einfachheit halber ist in dem Beispiel lediglich der Rotor 4 (ohne den Stator 2) der elektrischen Maschine 1 dargestellt. Durch die Referenzbarke B, welche quer über den gesamten Rotor 4 eingezeichnet ist, soll die relative Bewegung der drehgelagerten Freilaufteileinrichtung 8 und des übrigen Rotors 4 dargestellt werden. Die Rotation des Rotors 4 ist mit dem äußeren Pfeil dargestellt, während die Rotation der gesperrten Freilaufeinrichtung 8 mit dem inneren Pfeil dargestellt ist. According to FIG. 6, the initial situation of the exemplary actuation of the freewheel device 8 is shown, while the entire rotor 4 of the electrical machine 1 rotates in the counterclockwise direction. The field-influencing permanent magnets 7 are aligned in the illustrated starting position in such a way that the magnetic field of the permanent magnets 5 is maximally weakened. For the sake of simplicity, only the rotor 4 (without the stator 2) of the electrical machine 1 is shown in the example. The reference barque B, which is drawn across the entire rotor 4, is intended to represent the relative movement of the rotatably mounted freewheel sub-device 8 and the rest of the rotor 4. The rotation of the rotor 4 is shown with the outer arrow, while the rotation of the locked freewheel device 8 is shown with the inner arrow.
Gemäß Figur 7 wird beispielsweise durch eine elektromagnetisch geregelte Drehmomenteinprägung (etwa in Form eines Rucks) die Richtung der Rotation der Rotorwelle 3 und damit des gesamten Rotors 4 kurzzeitig umgekehrt (Richtung des inneren Pfeils zeigt nun in die entgegengesetzte Richtung). Die kurzzeitige Richtungsänderung des Rotors 4 bewirkt eine Änderung der Beschleunigung des drehenden Systems. Dieser Ruck (Ableitung der Beschleunigung) entsperrt die mechanische Freilaufeinrichtung 8, sodass sich die Zahnräder der Getriebeeinrichtung 9 gegeneinander bewegen können. Es entsteht, wie in Figur 8 veranschaulicht, eine relative Drehbewegung, aufgrund des Rucks des Rotors 4 und des Drehimpulses (Massenträgheit des drehenden Systems) des entkoppelten drehenden Rotors 4. According to FIG. 7, for example, the direction of rotation of the rotor shaft 3 and thus of the entire rotor 4 is briefly reversed (the direction of the inner arrow now points in the opposite direction) by means of an electromagnetically controlled torque impression (for example in the form of a jerk). The brief change in direction of the rotor 4 causes a change in the acceleration of the rotating system. This jerk (derivation of the acceleration) unlocks the mechanical freewheel device 8 so that the gears of the transmission device 9 can move against each other. As illustrated in FIG. 8, a relative rotational movement arises due to the jerk of the rotor 4 and the angular momentum (mass inertia of the rotating system) of the decoupled rotating rotor 4.
Gemäß Figur 9 wird die Beschleunigung der Drehbewegung der Rotorwelle 3 wieder in die ursprüngliche Drehrichtung umgekehrt. Die Freilaufeinrichtung 8 sperrt und die Getriebeeinrichtung 9 blockiert. Die beiden Rotorsegmente werden wieder synchronisiert und besitzen keinen relativen Schlupf mehr. According to FIG. 9, the acceleration of the rotational movement of the rotor shaft 3 is reversed back into the original direction of rotation. The freewheel device 8 blocks and the transmission device 9 blocked. The two rotor segments are synchronized again and no longer have any relative slip.
Der Vorgang beginnt wieder von vorne. Der Zyklus, wie er in den Figuren 6 bis 9 beschrieben ist, wird so lange wiederholt, bis die gewünschte Verdrehung der drehbaren Feldbeeinflussungs-Permanentmagnete 7 erreicht ist. Eine weitere Verdrehung, analog zu den Figuren 7-9, ist in den Figuren 10-12 dargestellt. The process starts all over again. The cycle as described in FIGS. 6 to 9 is repeated until the desired rotation of the rotatable field-influencing permanent magnets 7 is achieved. Another rotation, analogous to FIGS. 7-9, is shown in FIGS. 10-12.
In den Figuren 13 bis 18 ist die elektrische Maschine 1 in einem linearen Ersatzschaltbild dargestellt, wobei verschiedene Betriebspositionen der rotierbar im Rotorkörper 10 gelagerten Feldbeinflussungs-Permanentmagnete 7 veranschaulicht sind. In FIGS. 13 to 18, the electrical machine 1 is shown in a linear equivalent circuit diagram, with various operating positions of the field-influencing permanent magnets 7 rotatably mounted in the rotor body 10 being illustrated.
Figur 13 zeigt das lineare Ersatzmodell des Mechanismus in der Ausgangslage. Die Masse 1 (Rotorgrundkörper) und die Masse 2 (Primärseite der Getriebestufe) bewegen sich mit der Geschwindigkeit v in einem globalen Referenzsystem. Die Freilaufeinrichtung 8 ist gesperrt (mechanisch blockiert), sodass sich die resultierenden Kräfte im Klemmkeil aufheben. Die Federkraft Ffeder wirkt entgegengesetzt zu den Reibkräften Fr, während sich die Normalkräfte Fn sich ebenfalls aufheben. FIG. 13 shows the linear equivalent model of the mechanism in the starting position. The mass 1 (rotor base body) and the mass 2 (primary side of the gear stage) move with the speed v in a global reference system. The freewheel device 8 is locked (mechanically blocked) so that the resulting forces in the clamping wedge cancel each other out. The spring force Ffeder acts in opposition to the frictional forces Fr, while the normal forces Fn also cancel each other out.
Figur 14 zeigt, dass aufgrund einer Veränderung der Geschwindigkeit (Beschleunigung nach links) an der Masse 1 (Rotorgrundkörper) eine zusätzliche Kraft Fb entsteht. Diese Kraft wirkt ebenfalls an der Klemmkeilstelle der Freilaufeinrichtung 8. FIG. 14 shows that due to a change in the speed (acceleration to the left) at the mass 1 (rotor base body), an additional force Fb arises. This force also acts on the clamping wedge point of the freewheel device 8.
In Figur 15 ist gezeigt, dass die zusätzliche, eingeprägte Kraft Fb eine räumliche Verschiebung der Masse 1 nach links bewirkt. Die Kraft bewirkt genauso eine räumliche Verschiebung der Masse Mk der Klemmkörper der Freilaufeinrichtung 8 und hebt die mechanische Blockade auf. Im Ergebnis verschwinden die Normalkräfte Fn als auch die Reibungskräfte Fr. Über die den Impulserhaltungssatz wird, die im globalen System bewegte Masse 2 nach rechts beschleunigt (F = m * V) und bewirkt über eine Getriebeeinrichtung 9 ein Drehmoment, welches wiederum eine Kraft auf die Masse 3 (Gemeinsame Masse der Magneten mit der Sekundärseite der Getriebestufe) ausübt. In FIG. 15 it is shown that the additional, impressed force Fb effects a spatial displacement of the mass 1 to the left. The force also causes a spatial displacement of the mass Mk of the clamping bodies of the freewheel device 8 and removes the mechanical blockage. As a result, the normal forces Fn and the frictional forces Fr disappear. Via the law of conservation of momentum, the mass 2 moving in the global system is accelerated to the right (F = m * V) and causes a torque via a gear mechanism 9, which in turn exerts a force on mass 3 (common mass of the magnets with the secondary side of the gear stage ) exercises.
In Figur 16 ist veranschaulicht, dass die anliegende Kraft an der Masse 2 eine räumliche Versetzung der Masse 2, also des Rotorkörpers 10 bewirkt und über die mechanische Zwangsbedingung des Koppelgetriebes bzw. der Getriebeeinrichtung 9 die Masse 3, also die Feldbeeinflussungs-Permanentmagnete 7, bewegt. Die in der Masse 2 gespeicherte Bewegungsenergie wird über den Impuls an die Masse 3 weitergegeben und somit räumlich versetzt. Dabei muss die einwirkende Kraft Fb die Reibkräfte Fr der Koppelgetriebestufe und die Relunktanzkraft der Feldbeeinflussungs-Permanentmagnete 7 überwinden. In Figure 16 it is illustrated that the force applied to the mass 2 causes a spatial displacement of the mass 2, i.e. the rotor body 10, and moves the mass 3, i.e. the field-influencing permanent magnets 7, via the mechanical constraint of the coupling gear or the transmission device 9 . The kinetic energy stored in mass 2 is passed on to mass 3 via the impulse and thus spatially displaced. The acting force Fb must overcome the frictional forces Fr of the coupling gear stage and the reluctance force of the field-influencing permanent magnets 7.
Anschließend wird, wie in Figur 17 durch den verlängerten Pfeil der Beschleunigungskraft Fb dargestellt, die Beschleunigung der Masse 1 umgekehrt, wodurch die Masse Mk wieder in den Klemmkeil getrieben wird. Die Kräfte im Klemmkeil bauen sich wieder auf. Die Bewegung der Masse 2 und somit auch der Masse 3 wird bis zum Stillstand abgebremst. Then, as shown in FIG. 17 by the extended arrow of the acceleration force Fb, the acceleration of the mass 1 is reversed, as a result of which the mass Mk is driven back into the clamping wedge. The forces in the clamping wedge build up again. The movement of mass 2 and thus also of mass 3 is braked to a standstill.
In Figur 18 ist der Ausgangszustand mit dem ursprünglichen Kräfte-Gleichgewicht wiederhergestellt (vgl. Figur 13) gezeigt. Der Unterschied besteht in den veränderten Positionen der Masse 2 und der Masse 3. Anschließend kann der Vorgang wiederholt werden, bis die gewünschte Position der Feldbeeinflussungs- Permanentmagnete 7 eingestellt ist. In FIG. 18, the initial state is shown restored with the original balance of forces (see FIG. 13). The difference lies in the changed positions of the mass 2 and the mass 3. The process can then be repeated until the desired position of the field influencing permanent magnets 7 is set.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen. The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The above description is therefore not to be regarded as restrictive, but rather as explanatory. The following patent claims are to be understood in such a way that a named feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of further features. Unless the claims and the preceding description 'first' and Define 'second' feature, this designation is used to distinguish between two similar features without defining a ranking.
Bezuqszeichenliste Reference list
1 Elektrische Maschine 1 electric machine
2 Stator 3 Rotorwelle 2 stator 3 rotor shaft
4 Rotor 4 rotor
5 Permanentmagnet 5 permanent magnet
5a erster Permanentmagnetteil 5b zweiter Permanentmagnetteil 6 Drehachse 5a first permanent magnet part 5b second permanent magnet part 6 axis of rotation
7 Feldbeeinflussungs-Permanentmagnet 7 Field influencing permanent magnet
8 Freilaufeinrichtung 8 freewheel mechanism
9 Getriebeeinrichtung 9 Transmission device
10 Rotorkörper 11 Wälzlager (Rotorwelle) 10 rotor body 11 roller bearing (rotor shaft)
12 Wälzlager (Feldbeinflussungs-Permanentmagnet) 12 roller bearings (field influencing permanent magnet)

Claims

Ansprüche Expectations
1. Elektrische Maschine (1 ) umfassend einen Stator (2) und einen Rotor (4) mit einer auf einer Rotorwelle (3) angeordneten Rotorkörper (10), wobei der Rotor (4) eine Mehrzahl von fest am oder im Rotorkörper (10) angeordneten Permanentmagneten (5) zur Erzeugung eines Magnetfelds aufweist, wobei zumindest einem der fest am oder im Rotorkörper (10) angeordneten Permanentmagnete (5) zumindest ein um seine eigene im Rotorkörper (10) ortsfest angeordnete Drehachse (6) drehbar im Rotorkörper (10) gelagert angeordneter Feldbeeinflussungs-Permanentmagnet (7) zur drehpositionsabhängigen Beeinflussung des Magnetfelds zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkörper (10) über eine Freilaufeinrichtung (8) an die Rotorwelle (3) angebunden ist, wobei die Freilaufeinrichtung (8) derart ausgebildet ist, dass mittels einer gezielt herbeigeführten Drehmomentänderung die Freilaufeinrichtung (8) kurzzeitig von einem gesperrten Zustand in einen geöffneten Zustand überführbar ist, derart, dass eine definierte Verdrehung zwischen Rotorkörper (10) und Freilaufeinrichtung (8) oder zwischen Freilaufeinrichtung (8) und Rotorwelle (3) erfolgt und dass durch die definierte Verdrehung zwischen Rotor (3) und Freilaufeinrichtung (8) oder zwischen Freilaufeinrichtung (8) und Rotorwelle (3) eine definierte Rotation des zumindest einen um seine Drehachse (6) drehbar im Rotor (4) gelagerten Feldbeeinflussungs-Permanentmagneten (7) herbeigeführt wird. 1. Electrical machine (1) comprising a stator (2) and a rotor (4) with a rotor body (10) arranged on a rotor shaft (3), the rotor (4) having a plurality of fixed on or in the rotor body (10) arranged permanent magnets (5) for generating a magnetic field, with at least one of the permanent magnets (5) fixedly arranged on or in the rotor body (10) at least one axis of rotation (6) fixedly arranged in the rotor body (10) rotatable in the rotor body (10) field-influencing permanent magnet (7) arranged in bearings is assigned for influencing the magnetic field as a function of the rotational position, characterized in that the rotor body (10) is connected to the rotor shaft (3) via a free-wheeling device (8), the free-wheeling device (8) being designed in such a way that that the freewheeling device (8) can be briefly transferred from a locked state to an open state by means of a specifically induced change in torque, such that e A defined rotation takes place between the rotor body (10) and the freewheel device (8) or between the freewheel device (8) and the rotor shaft (3) and that the defined rotation between the rotor (3) and the freewheel device (8) or between the freewheel device (8) and the rotor shaft ( 3) a defined rotation of the at least one field-influencing permanent magnet (7) which is rotatably mounted in the rotor (4) about its axis of rotation (6) is brought about.
2. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine um seine eigene Drehachse (6) drehbar im Rotorkörper (10) angeordnete Feldbeeinflussungs-Permanentmagnet (7) über eine Getriebeeinrichtung (9) mit einer auf der Rotorwelle (3) angeordneten Freilaufeinrichtung (8) wirkverbunden ist. 2. Electrical machine (1) according to claim 1, characterized in that the at least one field-influencing permanent magnet (7) arranged rotatably about its own axis of rotation (6) in the rotor body (10) via a gear device (9) with a on the rotor shaft ( 3) arranged freewheel device (8) is operatively connected.
3. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung (9) als Stirnradgetriebe ausgebildet ist. 3. Electrical machine (1) according to claim 2, characterized in that the transmission device (9) is designed as a spur gear.
4. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fest am oder im Rotorkörper (10) angeordneten Permanentmagnete (5) zumindest zweiteilig ausgebildet sind und einen ersten Permanentmagnetteil (5a) und einen zweiten Permanentmagnetteil (5b) aufweist, wobei der drehbar im Rotor (4) gelagerte Feldbeeinflussungs-Permanentmagnet (7) zwischen dem ersten Permanentmagnetteil (5a) und dem zweiten Permanentmagnetteil (5b) eines Permanentmagneten (5), bevorzugt in der Polmitte, angeordnet ist. 4. Electrical machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnets (5) which are fixedly arranged on or in the rotor body (10) are at least two-part and have a first permanent magnet part (5a) and a second permanent magnet part (5b) The field influencing permanent magnet (7) rotatably mounted in the rotor (4) is arranged between the first permanent magnet part (5a) and the second permanent magnet part (5b) of a permanent magnet (5), preferably in the center of the pole.
5. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Permanentmagnetteil (5a) und der zweite Permanentmagnetteil (5b) eines stabförmig ausgebildeten Permanentmagneten (5) geradlinig oder V- förmig angeordnet sind. 5. Electrical machine (1) according to claim 4, characterized in that the first permanent magnet part (5a) and the second permanent magnet part (5b) of a rod-shaped permanent magnet (5) are arranged in a straight line or in a V-shape.
6. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufeinrichtung (8) als Rollenfreilauf ausgebildet ist. 6. Electrical machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the freewheel device (8) is designed as a roller freewheel.
7. Verfahren zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine (1 ), insbesondere zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Drehzahl der elektrischen Maschine (1) eine gezielte Schwächung des Magnetfelds erfolgt, indem die drehbar im Rotorkörper (10) gelagerten Feldbeeinflussungs-Permanentmagneten (7) verdreht werden, wobei in Abhängigkeit von der Drehzahl der elektrischen Maschine (1) eine zeitlich begrenzte Drehmomentänderung erzeugt wird. 7. A method for controlling an electrical machine (1), in particular for controlling an electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that depending on the speed of the electrical machine (1), a targeted weakening of the magnetic field takes place by the rotatable in Rotor body (10) mounted field influencing permanent magnets (7) are rotated, a time-limited change in torque is generated depending on the speed of the electrical machine (1).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der elektrischen Maschine (1) auf Basis einer Regelung erfolgt, wobei im Normalbetrieb der elektrischen Maschine (1) eine Regelstrategie zur Schwingungsreduzierung (insbesondere nach dem Prinzip der sogenannten Noise Vibration Harshness) Anwendung findet und wobei in einem vom Normalbetrieb abweichenden erweiterten Betriebsbereich eine Feldschwächung innerhalb der elektrischen Maschine (1) erzeugt wird, indem durch einmalige oder mehrmalige Erzeugung von ruckartiger Drehmomentänderung eine Verdrehung der Feldbeeinflussungs-Permanentmagnete (7) bewirkt wird. 8. The method according to claim 7, characterized in that the control of the electric machine (1) takes place on the basis of a control system, with a control strategy for vibration reduction (in particular according to the principle of so-called noise vibration harshness) being used in normal operation of the electric machine (1) and with an extended operating range deviating from normal operation Field weakening is generated within the electrical machine (1) by causing a rotation of the field-influencing permanent magnets (7) by generating a sudden change in torque once or several times.
9. Rotor (4) für eine elektrische Maschine (1 ), insbesondere für eine elektrische Maschine (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-6, umfassend einen auf einer Rotorwelle (3) angeordneten Rotorkörper (10) und eine Mehrzahl umfänglich gleichmäßig im Rotorkörper (10) verteilt angeordneter Permanentmagnete (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (5) zumindest zweiteilig ausgebildet sind, wobei ein drehbar im Rotor (4) gelagerter Feldbeeinflussungs-Permanentmagnet (7) zwischen einem ersten Permanentmagnetteil (5a) und einem zweiten Permanentmagnetteil (5b) eines Permanentmagneten (5) angeordnet ist, und wobei der Rotorkörper (10) über eine Freilaufeinrichtung (8) an die Rotorwelle (4) angebunden ist, wobei die Freilaufeinrichtung (8) derart ausgebildet ist, dass mittels einer vorbestimmten definierten Drehmomentänderung die Freilaufeinrichtung (8) kurzzeitig von einem gesperrten Zustand in einen geöffneten Zustand überführbar ist, derart, dass eine definierte Verdrehung zwischen Rotorkörper (10) und Freilaufeinrichtung (8) oder zwischen Freilaufeinrichtung und Rotorwelle (3) erfolgt und dass durch die definierte Verdrehung zwischen Rotorkörper (10) und Freilaufeinrichtung (8) oder zwischen Freilaufeinrichtung (8) und Rotorwelle (3) eine definierte Rotation des zumindest einen um seine Drehachse (6) drehbar im Rotor (4) gelagerten Feldbeeinflussungs-Permanentmagneten (7) herbeigeführt wird. 9. rotor (4) for an electrical machine (1), in particular for an electrical machine (1) according to one of the preceding claims 1-6, comprising a rotor body (10) arranged on a rotor shaft (3) and a plurality of uniformly circumferential in the Rotor body (10) of distributed permanent magnets (5), characterized in that the permanent magnets (5) are at least two-part, with a field-influencing permanent magnet (7) rotatably mounted in the rotor (4) between a first permanent magnet part (5a) and a second Permanent magnet part (5b) of a permanent magnet (5) is arranged, and wherein the rotor body (10) is connected to the rotor shaft (4) via a freewheel device (8), the freewheel device (8) being designed such that by means of a predetermined, defined change in torque the freewheel device (8) can be briefly transferred from a locked state to an open state, in such a way that a defined rotation between rotor body (10) and freewheel device (8) or between freewheel device and rotor shaft (3) and that a defined rotation of the at least one field-influencing permanent magnet (7) rotatably mounted in the rotor (4) about its axis of rotation (6) is brought about.
10. Rotor (4) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine um seine eigene Drehachse (6) drehbar im Rotorkörper (10) angeordnete Feldbeeinflussungs-Permanentmagnet (7) über eine insbesondere als Stirnradgetriebe ausgebildete Getriebeeinrichtung (9) mit einer auf der Rotorwelle (3) angeordneten Freilaufeinrichtung (8) wirkverbunden ist. 10. rotor (4) according to claim 9, characterized in that at least one field-influencing permanent magnet (7) rotatably arranged in the rotor body (10) about its own axis of rotation (6) is operatively connected to a freewheeling device (8) arranged on the rotor shaft (3) via a gear unit (9) designed in particular as a spur gear.
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