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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschineneinheit, insbesondere für ein Elektro- oder Hybrid-Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine, wobei die elektrische Maschine einen Stator und einen Rotor mit einer Rotorwelle umfasst.
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Unter elektrischer Maschine wird allgemein ein elektromechanischer Wandler verstanden, der verschiedene Betriebsarten aufweisen kann. So kann er ausschließlich als elektrischer Antrieb oder ausschließlich als elektrischer Generator oder wechselweise entweder als elektrischer Antrieb oder als elektrischer Generator verwendet werden kann. Beispielsweise arbeiten elektrische Maschinen in Elektro- oder Hybridfahrzeugen beim Antreiben des Kraftfahrzeugs im Motorbetrieb und beim Bremsen im Generatorbetrieb.
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Oft ist es für den Betrieb einer elektrischen Maschine wichtig zu erfahren, welches Drehmoment durch die Rotorwelle der elektrischen Maschine momentan übertragen wird
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Es ist bekannt, das an der elektrischen Maschine anliegende Drehmoment indirekt über die aktuellen elektrischen Größen an der elektrischen Maschine zu bestimmen.
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Zum Zweck einer direkten mechanischen Belastungserfassung an Wellen sind aus dem Stand der Technik weiterhin Torsionssensoren verschiedener Art bekannt. Diese sind beispielsweise an der Rotorwelle angeordnet. So können Dehnungsmessstreifen (abgekürzt DMS) an einer Welle angeordnet sein, um eine mechanische Belastung an einer Welle zu erfassen. Dieses Vorgehen bringt allerdings den Nachteil mit sich, dass diese DMS über eine Signalleitung mit einer entsprechenden Steuerung verbunden werden müssen; sie sind körperlich kontaktiert, um eine Signalübermittlung zu ermöglichen. Die Kontaktierung ist insbesondere bei einer drehbaren Welle hinderlich, da für die Signalübermittlung Schleifringe oder ähnliche Kontaktierungsabgriffe eingebaut werden müssen.
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Weiterhin sind auch berührungslose Drehmoment-Messverfahren bekannt, die den inversen magnetostriktiven Effekt (auch als magneto-elastischer Effekt oder Villari-Effekt bezeichnet) zur Messung des Drehmoments an der Welle nutzen. Dieser Effekt ist bei ferromagnetischen Materialien am größten und besteht in der Änderung der Suszeptibilität aufgrund einer mechanischen Spannung. Gegenwärtig werden derartige berührungslose Drehmoment-Messverfahren verbreitet in Sensorlagern bei Pedelecs (abgekürzt für "Pedal Electric Cycle") eingesetzt. Der geometrische Einbau derartiger berührungsloser Drehmoment-Messverfahren in Sensorlagern bei Pedelecs gilt allerdings als zeitweise unzuverlässig und/oder störanfällig, da für die Drehmomentmessung eine exakte Positionierung einer messenden, respektive erfassenden, Sensorlagerkomponente gegenüber einer rotierenden Komponente zu berücksichtigen ist. Dies ist laut dem aktuellen Stand der Technik überwiegend durch aufwendige Gehäusezusatzkonstruktionen realisiert, insbesondere durch zusätzliche Träger- oder Hülsenelemente, die zumeist aus einem mechanisch wenig stabilen Kunststoff hergestellt. Darüber hinaus besteht bei den vorgenannten Pedelecs das Problem, dass eine regelungstechnische Einbindung des berührungslosen Drehmoment-Messverfahrens in ein komplexes (elektrifiziertes) Gesamtantriebssystem nur aufwendig erreicht werden kann, da ein solches Sensorlager bisher imstande ist, lediglich rückwirkungslose Steuersignale zu übermitteln. Überdies ist das Sensorlager laut dem aktuellen Stand der Technik nur unzureichend gegen elektrische Störeinflüsse der unmittelbaren Umgebung abgeschirmt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, den vorgenannten Stand der Technik baulich und funktional zu verbessern. Insbesondere soll die elektrische Maschineneinheit eine verbesserte Drehmoment-Messvorrichtung aufweisen.
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Die Aufgabe wird durch eine elektrische Maschineneinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei ist bei der eingangs angegebenen elektrischen Maschineneinheit mit dem Stator eine stationäre Komponente und mit der Rotorwelle eine rotierende Komponente einer berührungslosen Drehmoment-Messvorrichtung verbunden und die rotierende Komponente ist ausgebildet, eine von einem Drehmoment verursachte Torsion der Rotorwelle zu messen und den gemessenen Wert berührungslos an die stationäre Komponente zu geben.
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Die berührungslose Ausgestaltung der Drehmoment-Messvorrichtung vereinfacht im Vergleich zur kabelgebundenen Ausgestaltung mit DMS deren Aufbau erheblich und erhöht auch ihre Zuverlässigkeit.
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Weiterhin vorteilhaft kann die Antriebs- oder Rekuperationsleistung der elektrischen Maschine in Abhängigkeit des gemessenen, respektive erfassten, Drehmoments gesteuert oder geregelt werden.
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Weiterhin kann bei einem mit der erfindungsgemäßen Maschineneinheit ausgestatteten Elektro- oder Hybridfahrzeug ein Fahrbefehl, den der Fahrer mittels seiner Fußkraft auf ein Fahrpedal (umgangssprachlich "Gaspedal") überträgt und über das sogenannte Fahrpedalmodul-Steuergerät (FPM-Steuergerät) an ein Motorsteuergerät oder an einen Umrichter des Elektro- oder Hybridfahrzeuges übermittelt, mit dem gemessenen, respektive erfassten, Drehmoment plausibilisiert werden. Auf diese Weise kann eine zusätzliche Diagnosefunktion für das Fahrpedal und/oder das Fahrpedalmodul-Steuergerät bereitgestellt werden.
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Ein weiterer Vorteil kann darin bestehen, in speziellen Fahrzeugsituationen auftretende mechanische Belastungen auf die Rotorwelle zu begrenzen, um einen Verschleiß der mechanisch bewegten Teile der elektrischen Maschine zu minimieren und/ oder Risiken für Schäden an der elektrischen Maschine oder an benachbarten Bauteilen zu verhindern. Das Drehmoment an der Rotorwelle wird in diesem Fall beispielsweise mittels eines in dem Motorsteuergerät realisierten Verfahrens begrenzt.
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Ein weiterer Vorteil kann darin bestehen, die Antriebsleistung der elektrischen Maschine auf ein spezielles Kennfeld zu begrenzen. So kann beispielsweise über ein entsprechendes Kennfeld die Leistungsabgabe der elektrischen Maschine derart gesteuert werden, dass bei gegebenem Energievorrat im Energiespeicher eine möglichst hohe fahrbare Distanz, die sogenannte Streckenreichweite, erzielt wird.
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Aufgrund der vorstehend aufgeführten Vorteile können jetzt auch Elektro- und Hybridantriebe mit einer Drehmomenterfassung an der Rotorwelle vereinfacht ausgerüstet werden. Die Momentanwerte des Drehmoments können so in verschiedenen Antriebskonzepten, insbesondere auch in Kraftfahrzeugen, zur Antriebsregelung im Steuergerät und/oder Umrichter verwendet werden. Alternativ können diese Momentanwerte auch zur elektronischen On-Board-Diagnose (E-OBD) der Antriebsregelung herangezogen werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der elektrischen Maschineneinheit sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche 2 bis 16.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 2 angegeben. Die Weiterbildung der elektrischen Maschine nach Anspruch 2 ermöglicht es, das an der Rotorwelle wirkende Drehmoment auch in einer mit einem hohen Störpegel belasteten Umgebung mit großer Genauigkeit zu messen. Dabei wird über den inversen magnetostriktiven Effekt die Änderung der Magnetisierung des Magnetfeldgebers durch mechanische, von der Torsion der Rotorwelle herrührende Spannungen gemessen.
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Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich durch die Merkmale des Patentanspruchs 5. Ein insbesondere einstückiger Aufbau des Magnetfeldgebers mit der Rotorwelle hat den Vorteil, dass an dem Umfang der Rotorwelle keine Ausnehmungen oder Nuten eingebracht werden müssen zum Einsetzen von separaten Magnetfeldgebern. So ist der Querschnitt der Rotorwelle an der Stelle des Magnetfeldgebers nicht verändert, respektive geschwächt, und somit wird das übertragbare Drehmoment nicht reduziert. Dies ist besonders vorteilhaft bei der Ausführung der Rotorwelle als Hohlwelle.
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Die Ausführung der Rotorwelle als Hohlwelle kann die Kühlung der elektrischen Maschine verbessern. Durch Einleitung eines Fluids oder eines Gases, gegebenenfalls in Form eines Kühlschmiermittels oder in Form eines Öls, kann die Rotorwelle von innen mit dem Fluid durchströmt werden. Ein verbesserter Abtransport von Betriebswärme der elektrischen Maschine über das Fluid kann dadurch ermöglicht werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich durch die Merkmale des Patentanspruchs 10. Durch die Integration des Magnetfeldsensors in den äußeren Lagerring, respektive in die mit dem Lagerschild gestellfest angeordnete Lauffläche, des Wälzlagers ergibt sich eine kompakte Bauform der elektrischen Maschineneinheit.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruchs 14 definiert. Die magnetische Abschirmung des Magnetfelderzeugers erlaubt einen Einsatz der Drehmoment-Messvorrichtung in der Nähe von elektrischen und elektronischen Schaltungen, die empfindlich gegen elektro-magnetische Störfelder sind. Die magnetische Abschirmung schützt ebenfalls den Magnetfeldsensor vor hohen magnetischen Störfeldern, wie sie unter anderem von der Leistungseinheit erzeugt werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Ansprüche 15 und 16 definiert. Durch die Anordnung der Drehmoment-Messvorrichtung in einem separaten Abschnitt in axialer Verlängerung der Rotorwelle, alternativ in wirkparalleler Anordnung zur Rotorwelle, kann der physische Abstand zu den elektrischen und elektronischen Schaltungen, die empfindlich gegen elektromagnetische Störfelder sind, vergrößert werden. Dies kann der besseren magnetischen Abschirmung dienen und schützt ebenfalls den Magnetfeldsensor vor hohen magnetischen Störfeldern, wie sie unter anderem von der Leistungseinheit erzeugt werden. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn dieser separate Abschnitt ein Getriebeabschnitt ist, der mechanisch derart mit der Rotorwelle gekoppelt ist, dass das über die Rotorwelle zu übertragende Drehmoment über den Getriebeabschnitt geleitet wird.
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Die vorstehend beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:
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1 in einer Schnittdarstellung eine elektrische Maschineneinheit mit einer elektrischen Maschine und einer an deren Lagerschild angeordneten ersten Variante einer berührungslosen Drehmoment-Messvorrichtung,
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2 in einer Schnittdarstellung eine elektrische Maschineneinheit mit einer elektrischen Maschine mit einer integrierten Leistungs- und Steuereinheit und einer zweiten Variante einer berührungslosen Drehmoment-Messvorrichtung,
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3 ein Blockschaltbild einer elektrischen Maschineneinheit mit einer Drehmoment-Steuereinrichtung und
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4 schematisch eine elektrischen Maschineneinheit mit einem Getriebeabschnitt, der mechanisch an der Rotorwelle der elektrischen Maschine gekoppelt ist.
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Bevor im einzelnen die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben werden, wird zunächst der an sich bekannte mechanische Wirkhintergrund zwischen Torsion und Drehmoment oder Torsionsmoment kurz dargestellt.
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Ein Drehmoment wird als Torsionsmoment bezeichnet, wenn es zur Verdrehung (Torsion) eines Stabes, eines Balkens oder einer Welle führt. Das Torsionsmoment wirkt an den beiden Enden des verdrehten Körpers als actio und reactio. Bei einer Welle mit einem konstanten Querschnitt ist die elastische Verdrehung proportional zur Größe des Torsionsmoments. Ähnlich wie bei der Scherung treten bei der Torsion nur Schubspannungen bzw. Torsionsspannungen auf. Diese Torsionsspannung ist definiert als das Verhältnis vom wirkenden Torsionsmoment zum Widerstandsmoment bei der Verdrehung des Körpers. Über eine Messung der jeweils aktuellen Torsion bzw. Verdrehung kann das jeweils aktuell wirkende Drehmoment erfasst werden.
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Bei der praktischen Anwendung müssen jedoch einige Randbedingungen beachtet werden. So sollten nur relativ kleine Torsionswinkel bei einer reversiblen oder elastischen Verdrehung auftreten. Des Weiteren sollte keine Verzerrung oder Verwölbung des Wellenquerschnitts bei der Verdrehung erfolgen. Diese Voraussetzungen sind jedoch in vielen Anwendungsfällen einzuhalten.
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1 zeigt im Längsschnitt schematisch eine elektrische Maschine 2, deren elektro-mechanische Wirkkomponenten von einem Gehäuse 4 umgeben sind. Eine erste Variante einer berührungslosen Drehmoment-Messvorrichtung 6 ist mit dem Gehäuse 4 verbunden.
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Das Gehäuse 4 umfasst ein erstes Gehäuseteil 8 mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Innenraum 10. An den beiden Stirnseiten des Gehäuseteils 8 ist jeweils ein Lagerschild 12 bzw. 14 befestigt. Rotationssymmetrisch zu einer Achse 16 ist eine Rotorwelle 18 angeordnet, an der ein Rotor 20 der elektrischen Maschine 2 befestigt ist. Ebenfalls rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 16 ist am ersten Gehäuseteil 8 ein Stator 22 der elektrischen Maschine 2 befestigt. Die Rotorwelle 18 ist hier als Hohlwelle ausgebildet zur Verbesserung der Kühlung der elektrischen Maschine 2. Durch Einleitung eines Fluids oder eines Gases, gegebenenfalls in Form eines Kühlschmiermittels oder in Form eines Öls, kann die Rotorwelle 18 von innen mit dem Fluid durchströmt werden. Ein verbesserter Abtransport der Betriebswärme der elektrischen Maschine 2 über das Fluid kann dadurch ermöglicht werden.
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Die Rotorwelle 16 ist in den beiden Lagerschilden 12, 14 mittels Wälzlager 24, 26 drehbar gelagert. Beispielsweise erfolgt ihre Lagerung im Lagerschild 12 über ein Festlager und im Lagerschild 14 über ein Loslager.
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Über die Rotorwelle 18 wird von der elektrischen Maschine 2 im Motorbetrieb mechanische Leistung abgegeben und im Generatorbetrieb mechanische Leistung aufgenommen. Diese beiden Betriebszustände sollen durch den Doppelpfeil 27 symbolisiert werden.
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Die berührungslose Drehmoments-Messvorrichtung 6 umfasst eine mit dem Gehäuse 4 fest verbundene stationäre Komponente 28 und eine mit der Rotorwelle 18 fest verbundene rotierende Komponente 30. Die stationäre Komponente 28 und die rotierende Komponente 30 sind an einer gleichen axialen Position, hier durch eine gestrichelte Linie 32 veranschaulicht, radial beanstandet angeordnet.
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Die rotierende Komponente 30 umfasst einen Magnetfelderzeuger, der über den inversen magnetostriktiven Effekt sein Magnetfeld in Abhängigkeit des an der Rotorwelle 18 wirkenden Torsionsmoments ändert. Die Rotorwelle 18 besteht hier aus einem magnetisierbaren Material. Realisiert ist der Magnetfelderzeuger durch eine entlang einer Umfangslinie der Rotorwelle 18 angeordnete ringförmig aufgebrachte permanente Magnetisierung 34, in 1 gestrichelt dargestellt. Radial beanstandet zu der ringförmigen Magnetisierung 34 der Rotorwelle 18 sind Magnetfeldsensoren 36 fest mit dem Lagerschild 14 des Gehäuses 4 verbunden. Hier sind zwei gegenüberliegend angeordnete Magnetfeldsensoren 36 vorgesehen.
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Die Magnetfeldsensoren 36 können als Hallsensoren oder auch als gewickelte elektrische Spulen, die gegebenenfalls mit einem ferromagnetischen Werkstoff gefüllt sind, ausgestaltet sein. Sie sind derart ausgerichtet eingebaut, dass sie axiale Komponenten des von dem Magnetfeldgeber, hier der ringförmigen permanenten Magnetisierung 34, erzeugten Magnetfelds erfassen können.
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Abhängig von der Betriebsart gibt die elektrische Maschine 2 über die Rotorwelle 18 mechanische Leistung ab, d.h. sie arbeitet im Motorbetrieb, oder sie nimmt mechanische Leistung auf, d.h. sie arbeitet im Generatorbetrieb. Bei der Anwendung als Antrieb eines Elektro-Kraftfahrzeugs ist die Rotorwelle 18 beispielsweise direkt oder über ein Getriebe mit einem Antriebsstrang des Elektro-Kraftfahrzeugs mechanisch gekoppelt. Bei einer Beschleunigung (Motorbetrieb) oder bei einer Verzögerung (Generatorbetrieb) des Elektro-Kraftfahrzeugs wird die Rotorwelle 18 infolge der elastischen Materialeigenschaften verdreht oder tordiert. Diese Verdrehung erzeugt wiederum in der Rotorwelle 18 und auch im permanentmagnetischen Ring 34 Torsionsspannungen, die dessen magnetischen Fluss ändern. Die Größe des magnetischen Flusses ist ein Maß für die Verdrehung. Über den eingangs beschriebenen mechanischen Wirkhintergrund lässt sich über die bekannten Materialeigenschaften der Rotorwelle 18 auf das mit der Torsion korrespondierende Drehmoment schließen, welches für die Steuerung und Regelung der elektrischen Maschine 2, wie weiter unten noch beschrieben ist, verwendet werden kann.
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Die stationäre Komponente 28 der ersten Variante der berührungslosen Drehmoment-Messvorrichtung 6 ist in das Loslager 26 integriert. Das Loslager 26 umfasst einen im Lagerschild 14 axial verschiebbar gehalterten Außenring oder eine Lauffläche 38, worin die Wälzkörper des Loslagers 26 geführt sind. Der Außenring 38 ist in axialer Richtung über den Bereich der Wälzkörper verlängert. An der Innenseite der Verlängerung sind die Magnetfeldsensoren 36 befestigt. Die Halterung der Magnetfeldsensoren 36 ist demnach mit dem Außenring 38 des Loslagers 26 einstückig ausgeführt, was sowohl die Herstellung wie auch die Montage der stationären Komponente 28 vereinfacht.
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Es wird darauf hingewiesen euch, dass die Halterung der Magnetfeldsensoren 36 auch einstückig mit einem Außenring eines Festlagers ausgeführt werden kann.
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2 zeigt in einer Schnittdarstellung eine elektrische Maschineneinheit mit einer zweiten Variante einer berührungslosen Drehmoment-Messvorrichtung 6. Die elektrische Maschine 2 umfasst, wie schon in Verbindung mit 1 beschrieben, ein Gehäuse 4 mit den darin angeordneten elektromechanischen Komponenten. Jedoch ist an die elektrischen Maschine 2 nach 2 im Unterschied zu der Ausführung nach 1 an dem rechten Lagerschild 14 in axialer Richtung eine Leistungs- und Steuereinheit 40 angeflanscht. Des Weiteren ist hier die Rotorwelle 18 als Vollwelle ausgebildet. Die zweite Variante der Drehmoment-Messvorrichtung 6 ist in der Leistungs- und Steuereinheit 40 integriert angeordnet.
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Die Leistungs- und Steuereinheit 40 umfasst elektrische und elektronische Komponenten zur Leistungs- und Drehzahlsteuerung der elektrischen Maschine 2, wie im Stand der Technik vielfältig beschrieben ist.
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Die Leistungs- und Steuereinheit 40 umfasst ein Gehäuse 42 in dessen Innenraum 44 die elektrischen und elektronischen Komponenten der Leistungs- und Steuereinheit 40 angeordnet sind. Die rechte Stirnseite des Gehäuses 42 ist als ein drittes Lagerschild 48 ausgebildet, worin ein weiteres Wälzlager 50 zur Lagerung der hier verlängerten Rotorwelle 18 angeordnet ist.
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Im Unterschied zu der ersten Variante der Drehmoment-Messvorrichtung 6 sind die Magnetfeldsensoren 36 bei der zweiten Variante nach 2 auf einem vom Außenring des Wälzlagers 50 separaten ringförmigen Träger 52 befestigt. Die zweite Variante der Drehmoment-Messvorrichtung 6 unterscheidet sich ebenfalls in der Ausführung der rotierenden Komponente 30 der berührungslosen Drehmoment-Messvorrichtung 6. Hier wird der Magnetfelderzeuger durch einen Permanentmagneten 54 realisiert, der in einer umlaufenden Ausnehmung oder Nut der Rotorwelle 18 angeordnet ist. Diese Ausführung ist insbesondere bei großen und/oder schweren Rotorwellen 18 in der Herstellung einfacher handhabbar, jedoch wird durch die eingebrachte Nut bei gleichem Durchmesser das übertragbare Drehmoment gegenüber einer Rotorwelle 18 ohne Nut reduziert.
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Der Magnetfeldsensor 36 ist mit einer innerhalb des weiteren Gehäuses 42 angeordneten Auswerteeinheit 56 über Signalleitungen 58 verbunden. Die Auswerteeinheit 56 bestimmt aus den vom Magnetfeldsensor 36 gemessenen Magnetfeld unter Berücksichtigung der Geometrie und Materialeigenschaften der Rotorwelle 18 das an der Rotorwelle 18 wirkende Drehmoment und stellt das so bestimmte Drehmoment der Steuerung der elektrischen Maschine 2 zur Verfügung.
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Eine magnetische Schirmung in Form einer plattenförmigen Wandung 60 aus einem Material mit hoher Permeabilität schirmt die Leistungs- und Steuereinheit 40 magnetisch gegen die Drehmoment-Messvorrichtung 6 ab.
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Das Blockschaltbild nach 3 zeigt das Zusammenwirken der Drehmoment-Messvorrichtung 6 mit einer übergeordneten Steuerung 70 eines Elektrokraftfahrzeugs. Die elektrische Maschine 2 ist über die Leistungs- und Steuereinheit 40 mit einem elektrischen Energiespeicher 71 verbunden. Der elektrische Energiefluss erfolgt im Motorbetrieb vom Energiespeicher über die Leistung- und Steuereinheit 40 zur elektrischen Maschine 2 und im Generatorbetrieb von der elektrischen Maschine 2 zurück zum elektrischen Energiespeicher 71. Der Motor- und der Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 2 ist in 3 durch die Bezeichnung "M/G" und der Energiefluss in beide Richtungen durch die Doppelpfeile symbolisiert.
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Das von der Drehmoment-Messvorrichtung 6 zusammen mit der Auswerteeinheit 56 an der Rotorwelle 18 der elektrischen Maschine 2 ermittelte aktuell wirkende Drehmoment wird als Eingangsgröße der übergeordneten Steuerung 70 zugeführt. Zusätzlich kann die Größe des aktuell wirkenden Drehmoments auch direkt der Leistungs- und Steuereinheit 40 zugeführt werden, was durch eine gestrichelte Linie gezeigt werden soll. Die übergeordnete Steuerung 70 erhält unter anderem auch Steuerbefehle des Fahrers zur gewünschten Geschwindigkeit, beispielsweise „Beschleunigen“ oder „Verzögern“. Dieser vom Fahrer des Elektrokraftfahrzeugs abgegebene Steuerbefehl ist 3 durch das Bezugszeichen 72 dargestellt. Der Steuerbefehl 72 wird dann über ein Fahrpedalmodul 74 der übergeordneten Steuereinheit 70 zugeführt. Weitere Steuerbefehle des Fahrers sollen durch das Eingabesymbol 76 angegeben werden.
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Die übergeordnete Steuerung 70 enthält zur Regelung der Leistung der elektrischen Maschine 2 Betriebskennfelder, über die entsprechende Betriebsparameter gesteuert oder geregelt werden. Beispielsweise kann der Fahrer vorgeben, dass unter Berücksichtigung der zur Verfügung stehenden Antriebsenergie eine möglichst hohe fahrbare Distanz (eine hohe Streckenreichweite) erzielt wird. Das an der Rotorwelle 18 wirkende Drehmoment bzw. die Belastungen der Rotorwelle 18 können über ein entsprechendes Betriebskennfeld auch begrenzt werden, um einen Verschleiß der mechanisch bewegten Teile zu minimieren. Ebenfalls werden motorinterne Betriebszustände überwacht, die in der übergeordneten Steuerung 70 berücksichtigt werden.
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Aufgrund der vom Fahrer vorgegebenen Steuersignale und interner Betriebs- und Überwachungssignale werden Steuersignale für Leistungs- und Steuereinheit 40 erzeugt, um das Drehmoment an der Rotorwelle 18 entsprechend zu regeln. Abweichungen des aktuellen Drehmoments an der Rotorwelle 18 gegenüber dem vorgegebenen Drehmoment als Führungsgröße werden unmittelbar erkannt und können entsprechend ausgeregelt werden.
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Die Darstellung in 4 zeigt schematisch eine elektrische Maschineneinheit mit einem Getriebeabschnitt 80, der mechanisch an die Rotorwelle 18 der elektrischen Maschine 2 gekoppelt ist. Der Getriebeabschnitt 80 ist in einem separaten Abschnitt in axialer Verlängerung axial an einer Seite der Rotorwelle 18 angeordnet. Der Getriebeabschnitt 80 umfasst mehrere Getriebekomponenten 81 bis 84. Die Getriebekomponenten 81 bis 84 sind als miteinander im mechanischen Eingriff wirkende Zahnradstufen ausgestaltet. In 4 wurde aus Übersichtlichkeitsgründen auf die Darstellung der Lagerung der Getriebekomponenten 81 bis 84 verzichtet. Der Getriebeabschnitt 80 ist mechanisch in einem vor Außeneinflüssen schützenden Getriebegehäuse 85 festgelegt.
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Die berührungslose Drehmoments-Messvorrichtung 6 ist in 4 nicht wie in den vorgenannten Ausführungsbeispielen unmittelbar an der Rotorwelle 18, sondern wirkparallel dazu angeordnet. Die berührungslose Drehmoments-Messvorrichtung 6 umfasst die mit dem Getriebegehäuse 85 fest verbundene stationäre Komponente 28 und die rotierende Komponente 30. Die rotierende Komponente 30 ist an einer wirkparallel zur Rotorwelle 18 angeordneten Getriebewelle 86 (englisch als "link shaft" bezeichnet) angeordnet. Die rotierende Komponente 30 kann – analog zur Ausgestaltung gemäß 1 – eine in die Getriebewelle 86 fertigungstechnisch eingebrachte Aufmagnetisierung sein, ohne dass durch diese fertigungstechnisch eingebrachte Aufmagnetisierung der geometrische Querschnitt der Getriebewelle 86 an sich verändert respektive geschwächt wird. Alternativ kann die rotierende Komponente 30 ein permanentmagnetischer Ring sein, der drehfest an der Getriebewelle 86 befestigt ist. Die stationäre Komponente 28 und die rotierende Komponente 30 sind analog zu 1 an einer gleichen axialen Position, hier erneut durch eine gestrichelte Linie 32 veranschaulicht, radial voneinander beanstandet angeordnet.
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Am Umfang der elektrischen Maschine 2 ist gegenüberliegend zur Achse 88 der Getriebewelle 86 die Leistungseinheit 40 angeordnet. Durch den so konstruktiv realisierten großen Abstand der berührungslosen Drehmoment-Messvorrichtung 6 von der Leistungseinheit 40 ergibt sich eine hohe magnetische Entkopplung der berührungslosen Drehmoment-Messvorrichtung 6 von der Leitungseinheit 40. Dies unterstützt die magnetische Abschirmung (hier nicht dargestellt) der magnetfeldempfindlichen Komponenten und schützt insbesondere den Magnetfeldsensor 36 vor hohen magnetischen Störfeldern, wie sie unter anderem von der Leistungseinheit 40 erzeugt werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
