具体实施方式

在详细描述图示的实施例之前，首先简短介绍扭力和转动力矩或扭矩之间的已知的机械工作背景。

当转动力矩导致杆、梁或轴的扭转(扭力)的时候，其被称为扭矩。扭矩在扭转的物体的作为作用和反作用的两个端部上起作用。在具有恒定的横截面的轴中，弹性的扭转与扭矩的大小成比例。类似于在控制中，在扭力中仅出现剪应力或扭应力。该扭应力限定为在物体扭转时作用的扭矩与阻力力矩的比。经由测量各个当前的扭力或扭转能够检测各个当前作用的转动力矩。

然而，在实际的应用中必须注意几个边界条件。因此应当在可逆的或弹性的扭转中仅出现相对较小扭转角度。此外，应当在扭转时不进行轴横截面的变形或弯曲。然而，该前提条件在很多应用情况中都能够遵守。

图1示出了电机2的示意性的纵剖面图，其机电工作部件由壳体4所包围。无接触的转动力矩测量装置6的第一变化方案与壳体4连接。

壳体4包括具有基本上圆柱形的内室10的第一壳体部分8。在壳体部分8的两个端侧上分别紧固有轴承端盖12或14。与轴线16转动对称地布置有转子轴18，在其上紧固有电机2的转子20。同样与轴线16转动对称地在第一壳体部分8上紧固有电机2的定子22。转子轴18在此构造为空心轴以用于改进电机2的冷却。通过引在可能的情况下以冷却剂的形式或以油的形式存在的导流体或气体，能够使转子轴18从内部由流体流过。由此能够实现电机2的运行热量经由流体的改进的导出。

转子轴16在两个轴承端盖12，14中借助于滚动轴承24，26能转动地支承。例如其在轴承端盖12中的支承经由固定轴承实现并且其在轴承端盖14中的支承经由浮动轴承(Loslager)实现。

经由转子轴18，由在电机运行模式中的电机2给出机械功率并且在发电机运行模式中接收机械功率。这两种运行状态应当通过双箭头27表示。

无接触的转动力矩测量装置6包括与壳体4固定连接的静止的部件28和与转子轴18固定连接的转动的部件30。静止的部件28和转动的部件30在径向上间隔开地布置在相同的轴向位置处，其在此通过虚线32图示。

转动的部件30包括磁场生成器，其经由反磁致伸缩效应取决于在转子轴18上作用的扭矩地改变其磁场。在此，转子轴18由能磁化的材料构成。磁场生成器通过沿着转子轴18的圆周线布置的环形施加的磁化装置34实现，这在图1中以虚线示出。与转子轴18的环形的磁化装置34在径向上间隔开地，磁场传感器36固定地与壳体4的轴承端盖14连接。在此设置两个相对布置的磁场传感器36。

磁场传感器36能够构造为霍尔探测器又或者构造为缠绕的电线圈，其在可能的情况下用铁磁的原料填充。其定向地安装用于，使得其能够检测由磁场发生器、在此为环形的磁化装置34生成的磁场的轴向的分量。

取决于运行类型地，电机2经由转子轴18输出机械功率，即其在电机运行模式中工作，或者其接收机械功率，即其在发电机运行模式中工作。在作为驱动电动车辆的应用中，转子轴18例如直接或经由变速器与电动车辆的传动系机械地耦合连接。在电动车辆加速(电机运行模式)或在减速(发电机模式)时由于弹性的材料属性而扭转或扭曲转子轴18。另一方面，该扭转在转子轴18中以及在永磁环34中生成扭转应力，其改变了其磁通量。磁通量的大小是用于扭转的参量。经由前面所述的机械工作背景能够经由转子轴18的已知的材料特性表示与扭力相应一致的转动力矩，其能够用于控制和调节电机2，如接下来所描述的那样。

无接触的转动力矩测量装置6的第一变化方案的静止的部件28集成到浮动轴承26中。浮动轴承26包括能在轴承端盖14中轴向移动地支撑的外环或滚动面38，在那里引导浮动轴承26的滚动体。外环38在轴向方向上延伸超过滚动体的区域。在该延伸的内侧处紧固有磁场传感器36。相应地，磁场传感器36的支承部与浮动轴承26的外环38一件式地实施，这不仅简化了静止的部件28的制造，也简化了其装配。

对此指出的是，磁场传感器36的支承部能够与固定轴承的外环一件式地实施。

图2示出了具有无接触的转动力矩测量装置的第二变化方案的电机单元的剖面图。电机2如结合图1描述的那样包括具有对此布置的机电部件的壳体4。然而，在与根据图1的实施方案不同的、根据图2的电机2上在右边的轴承端盖14处在轴向方向上凸缘安装有功率和控制单元40。此外，转子轴18在此构造为实心轴。无接触的转动力矩测量装置6的第二变化方案在功率和控制单元40中集成地布置。

功率和控制单元40包括用于控制电机2的功率和转速的电力和电子的部件，如在现有技术中多次描述的那样。

功率和控制单元40包括壳体42，在其内室44中布置有功率和控制单元40的电力和电子的部件。壳体42的右端侧构造为第三轴承端盖48，在那里布置用于支承在此延伸的转子轴18的另外的滚动轴承50。

与无接触的转动力矩测量装置6的第一变化方案不同，磁场传感器36在根据图2的第二变化方案中紧固在与滚动轴承50的外环分开的环形载体52上。无接触的转动力矩测量装置6的第二变化方案同样与无接触的转动力矩测量装置6的转动的部件30的实施方案不同。在此通过永磁体54实现磁场生成器，该永磁体布置在转子轴18的环绕的缺口或凹槽中。特别地，该实施方案能在大的和/或重的转子轴18的情况下在制造中简单地处理，然而通过引入凹槽在相同的直径中相对于没有凹槽的转子轴18减小能传递的转动力矩。

磁场传感器36与布置在另外的壳体42之中的评估单元56经由信号线58连接。评估单元56从由磁场传感器36测量的磁场中在考虑转子轴18的几何形状和材料属性的情况下，确定在转子轴18上起作用的转动力矩，并且提供电机2的控制装置的确定的转动力矩。

由具有高导磁性的材料构成的盘状的壁60的形式的磁屏蔽部对于转动力矩测量装置6磁屏蔽了功率和控制单元40。

根据图3的框图示出了转动力矩测量装置6与电动车辆的上级的控制装置70的共同作用。电机2经由功率和控制单元40与蓄电器71连接。电能流在电机运行模式中从蓄能器经过功率和控制单元40传输到电机2，并且在发电机运行模式中从电机2回到蓄电器71。电机2的电机和发电机运行模式在图3中通过标识“M/G”表示，并且能量流在两个方向上通过双箭头表示。

由转动力矩测量装置6与评估单元56一起在电机2的转子轴18上测定的当前作用的转动力矩作为输入参量输送给上级的控制装置70。附加地，当前作用的转动力矩的参量也直接输送给功率和控制单元40，这应当通过虚线示出。此外，上级的控制装置70还获得驾驶员的控制指令，以用于所期望的速度，例如“加速”或“减速”。由电动车辆的驾驶员给出的控制指令在图3中通过标号72标识。控制指令72随后经由行驶踏板模块74输送给上级的控制单元70。驾驶员的另外的控制指令应当通过输入标志76给出。

上级的控制装置70为了调节电机2的功率而包含运行特性曲线，经由其控制或调节相应的运行参数。例如驾驶员能够预设的是，在考虑所提供的驱动能量的情况下获得尽可能高的可行驶的距离(高的路径有效距离)。在转子轴18上起作用的转动力矩或者转子轴18的负载也能够经由相应的运行特性曲线限制，以便最小化机械运动的部件的磨损。同样监视电机内部的运行状态，其在上级的控制装置70中考虑。

在由驾驶员预设的控制信号和内部的运行和监视信号的基础上，生成用于功率和控制单元40的控制信号，以便相应地调节转子轴18上的转动力矩。转子轴18上的当前的转动力矩相对于预设的作为引导参量的转动力矩的偏差直接被识别并且能够相应地被调节。

图4示意性地示出了具有变速器部段80的电机单元，该变速器部段机械地耦合连接到电机2的转子轴18处。变速器部段80在轴向延伸部中的单独的部段中轴向地布置在转子轴18的一侧。变速器部段80包括多个变速器部件81至84。变速器部件81至84设计为彼此在机械的啮合中起作用的齿轮传动级。出于简明原因，图4省略了变速器部件81至84的轴承。变速器部段80机械地紧固在防止外部影响的变速器壳体85中。

无接触的转动力矩测量装置6在图4中不像在前述实施例中那样直接布置在转子轴18上，而是对此有效平行地布置。无接触的转动力矩测量装置6包括与变速器壳体85固定连接的静止的部件28和转动的部件30。转动的部件30布置在与转子轴18有效平行地布置的传动轴86(英文被称为“link shaft”，连接轴)上。转动的部件30能够类似于根据图1的设计方案，是在制造工艺上引入到传动轴86中的磁化部件，而没有通过该制造工艺上引入的磁化部件分别改变地减弱传动轴86的几何形状的横截面。可替换地，转动的部件30是永磁体的环，其抗扭地紧固在传动轴86上。静止的部件28和转动的部件30类似于图1地在径向上彼此间隔开地布置在相同的轴向的位置上，在此重新通过虚线32示出。

在电机2的周围与传动轴86的轴线88相对置地布置有功率单元40。通过无接触的转动力矩测量装置6与功率单元40的、因此结构上实现的较大的间距，得出了无接触的转动力矩测量装置6与功率单元40的高磁性的退耦。这支持了磁场敏感的部件的磁屏蔽(在此未示出)，并且特别针对高磁干扰场地保护壳磁场传感器36，如其此外由功率单元40生成的那样。

尽管通过优选的实施例在细节上详细地阐述并描述了本发明，但本发明并不局限于所公开的实例，并且能够由专业人员推导出其他的变化方案，而不脱离本发明的保护范围。