AT527330A1

AT527330A1 - Measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine

Info

Publication number: AT527330A1
Application number: ATA50473/2023A
Authority: AT
Inventors: Daniela Poms BSc Anna; Philip Dipl -Ing Dr Harald; Male Kiss MSc Gergely; Winklhofer Dr Ernst
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2023-06-16
Filing date: 2023-06-16
Publication date: 2025-01-15

Abstract

Es wird eine Messanordnung zur Bestimmung der Rotortemperatur einer elektrischen Maschine (10) vorgeschlagen, die einen Stator (16) und einen Rotor (32) aufweist, der gegenüberliegend zum Stator (16) angeordnet ist. Des Weiteren weist die Messanordnung eine Vorrichtung (12) zur Temperaturmessung auf, die einen Lichtwellenleiter (42) und einen Signalwandler (48) aufweist, der mit einem ersten Ende (44) des Lichtwellenleiters (42) verbunden ist und in dem das optische Signal des Lichtwellenleiters (42) in ein elektrisches Signal umwandelbar ist, welches ein Maß für die Temperatur darstellt. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung (12) zur Temperaturmessung an der elektrischen Maschine (10) zumindest indirekt befestigt ist und an einem zweiten Ende (66) des Lichtwellenleiters (42) ein Strahlungsaufnahmemittel (76) aufweist, welches unmittelbar gegenüberliegend zu einer Umfangsfläche (64) des Rotors (32) im Innern der elektrischen Maschine (10) angeordnet ist und in das die Strahlung des gegenüberliegenden Rotors (32) in den Lichtwellenleiter (42) einleitbar ist. So können Oberflächentemperaturen am Außenumfang des Rotors sehr genau ohne maschinelle Bearbeitung der elektrischen Maschine an beliebigen Positionen des Rotors gemessen werden.A measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine (10) is proposed, which has a stator (16) and a rotor (32) which is arranged opposite the stator (16). The measuring arrangement also has a device (12) for measuring temperature, which has an optical waveguide (42) and a signal converter (48) which is connected to a first end (44) of the optical waveguide (42) and in which the optical signal of the optical waveguide (42) can be converted into an electrical signal which represents a measure of the temperature. According to the invention, it is proposed that the device (12) for measuring temperature is at least indirectly attached to the electrical machine (10) and has a radiation receiving means (76) at a second end (66) of the optical waveguide (42), which is arranged directly opposite a circumferential surface (64) of the rotor (32) in the interior of the electrical machine (10) and into which the radiation from the opposite rotor (32) can be introduced into the optical waveguide (42). In this way, surface temperatures on the outer circumference of the rotor can be measured very precisely at any position on the rotor without machining the electrical machine.

Description

Messanordnung zur Bestimmung der Rotortemperatur einer Measuring arrangement for determining the rotor temperature of a

elektrischen Maschine electric machine

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Bestimmung der Rotortemperatur einer elektrischen Maschine mit einer elektrischen Maschine, die einen Stator und einen Rotor aufweist, der gegenüberliegend zum Stator angeordnet ist, und einer Vorrichtung zur Temperaturmessung, die einen optischen Lichtwellenleiter und einen Signalwandler aufweist, der mit einem ersten Ende des Lichtwellenleiters verbunden ist und in dem das optische Signal des Lichtwellenleiters in ein elektrisches Signal umwandelbar ist, welches ein Maß für die Temperatur darstellt. The invention relates to a measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine with an electrical machine which has a stator and a rotor which is arranged opposite the stator, and a device for measuring temperature which has an optical fiber and a signal converter which is connected to a first end of the optical fiber and in which the optical signal of the optical fiber can be converted into an electrical signal which represents a measure of the temperature.

Solche Messanordnungen werden insbesondere an Testeinheiten für Elektromotoren genutzt, so dass während eines Testlaufs die Temperatur des Rotors des Elektromotors zuverlässig ermittelt werden kann. Dies ist insbesondere durch die Verwendung von Elektromotoren als Antrieb von elektrischen Fahrzeugen wichtig, bei deren Verwendung eine hohe thermische Belastung durch die dauerhaft benötigten hohen Spannungen und Ströme vorliegt. Um hier gezielt sowohl die Orte erhöhter Temperaturen als auch den Temperaturverlauf in Abhängigkeit der Motorbelastung beurteilen zu können, ist die Temperaturüberwachung wichtig. Such measuring arrangements are used in particular on test units for electric motors, so that the temperature of the rotor of the electric motor can be reliably determined during a test run. This is particularly important when electric motors are used to drive electric vehicles, which are subject to high thermal loads due to the high voltages and currents that are constantly required. Temperature monitoring is important in order to be able to specifically assess both the locations of increased temperatures and the temperature curve depending on the motor load.

Daher wurde in der WO 2022/221899 A1 eine Messanordnung zur kontaktlosen Messung einer Temperatur in einem Maschinengehäuse vorgeschlagen, bei dem mittels eines Lichtleiters die an der äußeren Oberfläche des Stators oder des Rotors der elektrischen Maschine vorhandene Wärmestrahlung aufgenommen und Mittels eines Signalwandlers in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, welches entsprechend abhängig von der vorhandenen Temperatur ist. Das Ende des Lichtleiters mündet dabei in das Innere der elektrischen Maschine, ohne dabei Linsen, Spiegel oder Prismen zu verwenden. Die Lichtleiter werden Therefore, WO 2022/221899 A1 proposed a measuring arrangement for contactless measurement of a temperature in a machine housing, in which the heat radiation present on the outer surface of the stator or rotor of the electrical machine is recorded by means of a light guide and converted into an electrical signal by means of a signal converter, which is accordingly dependent on the existing temperature. The end of the light guide leads into the interior of the electrical machine without using lenses, mirrors or prisms. The light guides are

dabei auf das axiale Ende des Rotors oder in einen beliebigen Zwischenraum eingeführt. It is inserted into the axial end of the rotor or into any gap.

Problematisch dabei ist es jedoch, dass die die Wärmestrahlung aufnehmenden Enden der Lichtwellenleiter nicht auf konkrete Orte, insbesondere den Rotor, weiter im Inneren der elektrischen Maschine ausgerichtet werden können, so dass lediglich eine äußere Oberflächentemperatur im Bereich der axialen Enden gemessen werden kann. Entsprechend sind weder Aussagen zu einer Temperaturverteilung über den Rotor möglich noch können schädliche Spitzentemperaturen ermittelt werden, da diese eher im mittleren Bereich des Rotors auftreten, The problem here, however, is that the ends of the optical fibers that absorb the heat radiation cannot be directed to specific locations, in particular the rotor, further inside the electrical machine, so that only an external surface temperature can be measured in the area of the axial ends. Accordingly, no statements can be made about a temperature distribution across the rotor, nor can harmful peak temperatures be determined, since these tend to occur in the middle area of the rotor.

da dieser wiederum von warmen Bereichen umgeben ist. because it is surrounded by warm areas.

Des Weiteren sind Messanordnungen bekannt, bei denen die Messfühler durch einzubringende Bohrungen im Stator vor die Oberfläche des Rotors geführt werden, um dessen Temperatur zu messen, was jedoch zu einer Störung des elektromagnetischen Feldes des Elektromotors führt und einen erhöhten maschinellen Aufwand nach sich zieht, da der Stator bearbeitet werden muss und die elektrische Maschine zumindest teilweise demontiert und wieder montiert werden muss. Entsprechend können keine Maschinen Furthermore, measuring arrangements are known in which the measuring sensors are guided through holes in the stator in front of the surface of the rotor in order to measure its temperature, but this leads to a disturbance of the electromagnetic field of the electric motor and entails increased mechanical effort, since the stator has to be processed and the electric machine has to be at least partially dismantled and reassembled. Accordingly, no machines can be used

getestet werden, die anschließend genutzt werden. tested and then used.

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Messanordnung zur Bestimmung der Rotortemperatur einer elektrischen Maschine zur Verfügung zu stellen, mit der Orte maximaler Temperaturen, Temperaturverläufe und -verteilungen, ermittelt werden können. Die ermittelten Werte sollen im Vergleich zu bekannten Ausführungen eine höhere Genauigkeit aufweisen. Die verwendeten Sensoren sollen dabei wiederverwendet werden können und die elektrische Maschine möglichst nicht maschinell bearbeitet werden The task is therefore to provide a measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine, with which locations of maximum temperatures, temperature profiles and distributions can be determined. The values determined should have a higher accuracy than known designs. The sensors used should be able to be reused and the electrical machine should not have to be machined if possible.

müssen, So dass diese nach dem Testen weiterverwendet werden kann. So that it can be used again after testing.

Diese Aufgabe wird durch eine Messanordnung zur Bestimmung der Rotortemperatur einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst. This object is achieved by a measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine with the features of the main claim 1.

Die erfindungsgemäße Messanordnung zur Bestimmung der Rotortemperatur einer elektrischen Maschine besteht aus einer elektrischen Maschine, welche beispielweise ein Elektromotor oder ein Generator sein kann und die einen Stator und einen Rotor aufweist. Der Stator weist ein Statorpaket aus ferromagnetischem Material mit Statorzähnen auf, die aus zusammenhängenden Zahnfüßen bestehen, von denen aus sich die Statorzähne bis zu ihren Zahnköpfen erstrecken, die dem Rotor der elektrischen Maschine gegenüberliegen. Diese Zahnköpfe weisen entweder die gleiche Umfangsbreite auf, wie der übrige Statorzahn oder weisen eine größere Breite in Umfangsrichtung auf, um die Wicklungen, die auf die Statorzähne gewickelt oder im Falle einer gleichmäßigen Umfangsbreite auf den Statorzahn aufgeschoben sind, zu begrenzen. Die Bereiche zwischen den Statorzähnen werden als Statornut bezeichnet. Bei der Ausführung eines Stators insbesondere mit breiteren Zahnköpfen verbleibt zwischen den Zahnköpfen jeweils ein Zwischenraum. Der Rotor kann bei einer elektrischen Maschine, die als bürstenloser Elektromotor ausgebildet ist, mit Permanentmagneten bestückt sein. Der Rotor ist entsprechend gegenüberliegend zum Stator angeordnet, wobei zwischen dem Rotor und dem Stator ein Spalt ausgebildet ist. The measuring arrangement according to the invention for determining the rotor temperature of an electrical machine consists of an electrical machine, which can be an electric motor or a generator, for example, and which has a stator and a rotor. The stator has a stator package made of ferromagnetic material with stator teeth that consist of connected tooth roots, from which the stator teeth extend to their tooth heads, which are opposite the rotor of the electrical machine. These tooth heads either have the same circumferential width as the rest of the stator tooth or have a larger width in the circumferential direction in order to limit the windings that are wound on the stator teeth or, in the case of a uniform circumferential width, pushed onto the stator tooth. The areas between the stator teeth are referred to as stator grooves. When a stator is designed, in particular with wider tooth heads, a gap remains between the tooth heads. The rotor can be equipped with permanent magnets in an electrical machine that is designed as a brushless electric motor. The rotor is arranged opposite the stator, with a gap formed between the rotor and the stator.

Die Messanordnung weist eine Vorrichtung zur Temperaturmessung auf, die einen Lichtwellenleiter aufweist, der aus Vollquerschnittsfasern oder Hohlleiterfasern aufgebaut sein kann und bevorzugt einen Durchmesser von weniger als 3mm aufweist. Durch diesen Lichtwellenleiter wird eine optische Strahlung von einem ersten Ende des Lichtwellenleiters zu einem zweiten Ende des Lichtwellenleiters geleitet. Der Lichtwellenleiter ist beispielsweise aus konzentrischen Lagen aufgebaut, in deren Zentrum der lichtführende The measuring arrangement has a device for temperature measurement, which has an optical waveguide, which can be made up of solid cross-section fibers or waveguide fibers and preferably has a diameter of less than 3mm. Optical radiation is guided through this optical waveguide from a first end of the optical waveguide to a second end of the optical waveguide. The optical waveguide is made up of concentric layers, for example, in the center of which the light-guiding

Kern angeordnet ist, der von einem Mantel mit einem niedrigeren core surrounded by a jacket with a lower

Brechungsindex umgeben ist, sowie von weiteren Schutzschichten aus Kunststoff, so dass die Lichtwellen den Leiter nicht verlassen können. Das erste Ende des Lichtwellenleiters ist mit einem Signalwandler der Vorrichtung zur Temperaturmessung verbunden, in dem das optische Signal des optischen Lichtwellenleiter in ein elektrisches Signal umwandelbar ist. Dieser Signalwandler kann beispielsweise ein Fotodetektor sein, über den die über das zweite Ende des Lichtwellenleiters eintretenden Lichtwellen in Abhängigkeit ihrer Wellenlänge und ihrer Intensität im Infrarotbereich in ein elektrisches Signal umgewandelt werden, welches ein Maß für die Temperatur darstellt. refractive index, as well as further protective layers made of plastic, so that the light waves cannot leave the conductor. The first end of the optical fiber is connected to a signal converter of the temperature measuring device, in which the optical signal of the optical fiber can be converted into an electrical signal. This signal converter can be, for example, a photodetector, via which the light waves entering via the second end of the optical fiber are converted into an electrical signal depending on their wavelength and their intensity in the infrared range, which represents a measure of the temperature.

Die Vorrichtung zur Temperaturmessung ist an der elektrischen Maschine zumindest indirekt befestigt und weist an einem zweiten Ende des Lichtwellenleiters ein Strahlungsaufnahmemittel auf. Dies kann eine Linse, ein Prisma, eine Abschrägung des Lichtwellenleiterendes oder ein anderes optisches Mittel sein, um eine möglichst große Wärmestrahlung aufzunehmen. Das Prisma umfasst eine Eintrittsfläche und eine Reflexionsfläche. Die Eintrittsfläche des Prismas ist bevorzugt parallel zur Drehachse der elektrischen Maschine angeordnet, die Reflexionsfläche ist bevorzugt derart angeordnet, dass die Strahlung innerhalb des Prismas in die Längsrichtung des Lichtwellenleiters umgelenkt wird. Dieses optische Mittel ist erfindungsgemäß unmittelbar gegenüberliegend zu einer Umfangsfläche des Rotors im Innern der elektrischen Maschine angeordnet. Die Strahlung des gegenüberliegenden Rotors wird entsprechend in den Lichtwellenleiter eingeleitet. Je nach Anordnung der zweiten Enden der Lichtwellenleiter kann auf diese Weise an beliebigen Orten die momentane Rotortemperatur und damit auch Temperaturverläufe, beispielsweise während Fahrzyklustests gemessen werden. Durch Verteilung mehrerer solcher Lichtwellenleiter ist es auch möglich Orte maximaler Temperaturen und somit Temperaturverteilungen am Rotor mit hoher Genauigkeit zu The device for measuring temperature is at least indirectly attached to the electrical machine and has a radiation receiving means at a second end of the optical waveguide. This can be a lens, a prism, a bevel of the optical waveguide end or another optical means in order to receive as much heat radiation as possible. The prism comprises an entry surface and a reflection surface. The entry surface of the prism is preferably arranged parallel to the axis of rotation of the electrical machine, the reflection surface is preferably arranged in such a way that the radiation within the prism is deflected in the longitudinal direction of the optical waveguide. According to the invention, this optical means is arranged directly opposite a circumferential surface of the rotor inside the electrical machine. The radiation from the opposite rotor is introduced into the optical waveguide accordingly. Depending on the arrangement of the second ends of the optical waveguide, the current rotor temperature and thus also temperature profiles, for example during driving cycle tests, can be measured at any location in this way. By distributing several such optical waveguides, it is also possible to determine locations of maximum temperatures and thus temperature distributions on the rotor with high accuracy.

ermitteln, da eine große Menge der vom Rotor ausgesendeten determine, since a large amount of the energy emitted by the rotor

Wärmestrahlung durch das optische Mittel im beobachteten Bereich Thermal radiation through the optical medium in the observed area

aufgenommen wird. is recorded.

Vorzugsweise erstreckt sich der Lichtwellenleiter axial in einen Raum zwischen Wicklungen des Stators und dem Rotor. Der Lichtwellenleiter ist entsprechend entweder am zum Zahnkopf weisenden Ende der Statorzähne in den Zwischenräumen der Zahnköpfe oder im Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor angeordnet, wenn dieser groß genug ist. Hierdurch wird der Abstand zum Rotor sehr gering gehalten, so dass auch die aufgenommene Strahlung der Wärmestrahlung der Oberfläche des Rotors entspricht, wodurch sehr genaue Messergebnisse erzielt werden. Durch diese Anordnung muss auch der Stator oder der Rotor nicht maschinell bearbeitet werden, so dass eine Beeinflussung des magnetischen Feldes der elektrischen Maschine verhindert wird. Sowohl die verwendeten Lichtwellenleiter als auch die vermessenen elektrischen Maschinen können Preferably, the optical waveguide extends axially into a space between the windings of the stator and the rotor. The optical waveguide is arranged either at the end of the stator teeth facing the tooth tip in the spaces between the tooth tips or in the gap between the stator and the rotor if the gap is large enough. This keeps the distance to the rotor very small so that the radiation absorbed also corresponds to the thermal radiation of the surface of the rotor, which results in very precise measurement results. This arrangement also means that the stator or the rotor does not have to be machined, which prevents the magnetic field of the electrical machine from being influenced. Both the optical waveguides used and the electrical machines measured can

somit nach dem Testlauf weiter verwendet werden. can therefore continue to be used after the test run.

In einer weiterführenden vorteilhaften Ausführungsform weist der Lichtwellenleiter einen ersten Abschnitt auf, in dem sich der Lichtwellenleiter axial in den Raum zwischen den Wicklungen des Stators und dem Rotor erstreckt und einen zweiten Abschnitt auf, in dem der Lichtwellenleiter in Richtung des Rotors gebogen ist. Durch diese Anordnung kann somit trotz des axialen Einführens in den Raum zwischen den Statorwicklungen und dem Rotor das unmittelbare Gegenüberliegen des zweiten Endes des Lichtwellenleiters beziehungsweise des Strahlungsaufnahmemittels zum Rotor auf einfache Weise hergestellt In a further advantageous embodiment, the optical waveguide has a first section in which the optical waveguide extends axially into the space between the windings of the stator and the rotor and a second section in which the optical waveguide is bent in the direction of the rotor. This arrangement thus makes it easy to ensure that the second end of the optical waveguide or the radiation receiving means is positioned directly opposite the rotor, despite the axial insertion into the space between the stator windings and the rotor.

werden. become.

Vorzugsweise weist der Lichtwellenleiter als Strahlungsaufnahmemittel eine optische Linse auf, deren optische Achse senkrecht zur Drehachse der elektrischen Maschine angeordnet ist, wobei der Lichtwellenleiter im zweiten Abschnitt bevorzugt gebogen ist, besonders bevorzugt um 90°, Preferably, the optical waveguide has an optical lens as a radiation receiving means, the optical axis of which is arranged perpendicular to the axis of rotation of the electrical machine, wherein the optical waveguide is preferably bent in the second section, particularly preferably by 90°,

Durch die Linse und deren Lage zum Rotor wird sichergestellt, dass die Wärmestrahlung des gegenüberliegenden Rotors gebündelt in den Lichtwellenleiter eindringt, wodurch sehr genaue Messwerte erreicht werden. Der Aufbau bleibt durch die 90°Biegung des Lichtwellenleiters sehr einfach. Selbstverständlich ist dabei darauf zu achten, dass die Biegung mit einem ausreichend großen Radius ausgeführt wird, um die The lens and its position relative to the rotor ensure that the heat radiation from the opposite rotor is concentrated and enters the optical fiber, which results in very precise measurement values. The structure remains very simple due to the 90° bend of the optical fiber. Of course, it is important to ensure that the bend is made with a sufficiently large radius to ensure that the

Lichtwellenleitung nicht beziehungsweise nur sehr gering zu beeinflussen. Optical fiber transmission is not affected or only very slightly affected.

In einer alternativen Ausführungsform weist der Lichtwellenleiter als Strahlungsaufnahmemittel an seinem zweiten Ende eine Schräge auf, deren Oberfläche parallel zur Drehachse der elektrischen Maschine angeordnet ist. Dies bedeutet, dass auch bei dieser Ausführung die direkte Strahlungsübertragung und Aufnahme ermöglicht wird, ohne dass vorherige Ablenkungen vorhanden sind oder größere Streuungen auftreten. Der Lichtwellenleiter ist zur Sicherstellung des unmittelbaren Gegenüberliegens des Strahlungsaufnahmemittels zum Rotor, um einen Winkel zu biegen, der dem Schrägungswinkel zur Mittelachse des Lichtwellenleiters entspricht. Diese Ausführung eignet sich in besonderem Maße für kleine Elektromotoren, da bei entsprechendem Schrägungswinkel nur eine geringe Biegung des Lichtwellenleiters erforderlich ist, so dass zur Einhaltung der möglichen Biegeradien weniger Platz in radialer Richtung benötigt wird. Durch die Schrägung wird die Fläche, über die die Wärmestrahlung aufgenommen werden kann, vergrößert, so dass auch mit dieser Ausführungsform sehr genaue Messergebnisse erzielt werden In an alternative embodiment, the optical waveguide as a radiation receiving means has a slope at its second end, the surface of which is arranged parallel to the axis of rotation of the electrical machine. This means that direct radiation transmission and reception is also possible with this embodiment, without prior deflections or major scattering. To ensure that the radiation receiving means is directly opposite the rotor, the optical waveguide is bent to an angle that corresponds to the slope angle to the central axis of the optical waveguide. This embodiment is particularly suitable for small electric motors, since with the appropriate slope angle only a small bend of the optical waveguide is required, so that less space is required in the radial direction to maintain the possible bending radii. The slope increases the area over which the thermal radiation can be absorbed, so that very precise measurement results can also be achieved with this embodiment.

können. can.

In einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung weist die Vorrichtung zur Temperaturmessung einen Träger auf, in dem zumindest ein Lichtwellenleiter angeordnet ist, wobei der Träger in den Statornuten angeordnet ist und sich axial in einen Raum zwischen den Wicklungen des Stators und dem Rotor erstreckt, und wobei im Träger für jeden Lichtwellenleiter eine dem Rotor gegenüberliegende Öffnung ausgebildet In a particularly preferred embodiment of the invention, the device for temperature measurement has a carrier in which at least one optical waveguide is arranged, wherein the carrier is arranged in the stator slots and extends axially into a space between the windings of the stator and the rotor, and wherein an opening opposite the rotor is formed in the carrier for each optical waveguide.

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ist, in der das Strahlungsaufnahmemittel angeordnet ist. Durch diesen Träger kann der Lichtwellenleiter sehr genau zum Rotor platziert werden, insbesondere wenn dieser mit einer hohen Steifigkeit ausgeführt wird. Zusätzlich wird eine Bewegung des Lichtwellenleiters nach dem Einführen weitestgehend ausgeschlossen. Auch werden Schäden am Lichtwellenleiter vermieden, da dieser fest im Träger angeordnet ist. Auch die notwendigen Biegungen am zweiten Ende des Lichtwellenleiters können definiert hergestellt werden. Der Träger ist dabei insbesondere aus einem nicht oder sehr schlecht magnetisierbaren Material, insbesondere aus einem Kunststoff. Das Strahlungsaufnahmemittel ist in der direkt dem Rotor gegenüberliegenden Öffnung am zweiten Ende der Lichtwellenleiter ausgebildet. in which the radiation absorber is arranged. This carrier allows the optical waveguide to be positioned very precisely in relation to the rotor, particularly if the rotor is designed with high rigidity. In addition, movement of the optical waveguide after insertion is largely prevented. Damage to the optical waveguide is also avoided, as it is firmly arranged in the carrier. The necessary bends at the second end of the optical waveguide can also be produced in a defined manner. The carrier is made of a material that is not or very poorly magnetizable, particularly a plastic. The radiation absorber is formed in the opening at the second end of the optical waveguide directly opposite the rotor.

Der Träger ist vorteilhafterweise in Umfangsrichtung und in radialer Richtung formschlüssig in der Statornut angeordnet. Durch diesen Formschluss wird lediglich eine Bewegung in axialer Richtung zum Ein- und Ausfahren des Trägers und damit des Lichtwellenleiters zugelassen. Die Vorrichtung zur Temperaturmessung kann dann axial beispielsweise am Motorgehäuse gesichert werden. Die Anordnung In der Statornut eröffnet die Herstellung des Formschlusses ohne zusätzliche Bauteile bei gleichzeitiger definierter Positionierung des optischen Strahlungsaufnahmemittels. The carrier is advantageously arranged in the stator slot in a form-fitting manner in the circumferential and radial directions. This form-fitting arrangement only permits movement in the axial direction for extending and retracting the carrier and thus the optical fiber. The device for measuring the temperature can then be secured axially, for example on the motor housing. The arrangement in the stator slot enables the form-fitting arrangement to be made without additional components while simultaneously ensuring a defined positioning of the optical radiation receiving means.

In einer Weiterbildung ist es möglich, dass der Träger an beiden Seiten jeweils einen Steg aufweist, mit denen der Träger in der Statornut hinter die beiden benachbarten Zahnköpfe des Stators greift und gegen die Zahnköpfe zumindest teilweise anliegt. Diese Stege dienen somit zur radialen Befestigung des Trägers und somit des Lichtwellenleiters. In a further development, it is possible for the carrier to have a web on each side, with which the carrier in the stator slot reaches behind the two adjacent tooth heads of the stator and at least partially rests against the tooth heads. These webs thus serve to radially fasten the carrier and thus the optical fiber.

Besonders bevorzugt ist es, wenn sich die Stege über die gesamte axiale Länge des Rotors erstrecken. Durch diese Erstreckung der Stege wird It is particularly preferred if the webs extend over the entire axial length of the rotor. This extension of the webs

verhindert, dass sich Verformungen in Teilabschnitten des Trägers beim Einschieben ergeben. prevents deformations in sections of the beam during insertion.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Messanordnung weisen die Stege eine zum Zahnkopf gewandte Oberfläche auf, deren Form zur Form einer vom Rotor abgewandten Seite des Zahnkopfes korrespondiert. Durch diese Korrespondenz der Formen über die gesamte Breite der Stege entsteht eine vollflächige Anlage und damit eine weitestgehende Einschränkung einer möglichen Bewegung des Trägers in der Statornut. So wird eine exakte Positionierung zum Rotor sichergestellt. In a further advantageous embodiment of the measuring arrangement, the webs have a surface facing the tooth tip, the shape of which corresponds to the shape of a side of the tooth tip facing away from the rotor. This correspondence of the shapes across the entire width of the webs creates a full-surface contact and thus the greatest possible restriction of any possible movement of the carrier in the stator slot. This ensures exact positioning relative to the rotor.

Eine vom Rotor abgewandte Rückseite des Trägers liegt dabei vorzugsweise gegen die Wicklungen des Stators an, so dass auch ein Verrutschen des Trägers in radialer Richtung vom Stator weg zuverlässig ausgeschlossen The back of the carrier facing away from the rotor preferably rests against the windings of the stator, so that slipping of the carrier in the radial direction away from the stator is reliably excluded.

wird, becomes,

Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn der Träger mit dem zumindest einen Lichtwellenleiter zumindest teilweise in den Zwischenräumen zwischen den Zahnköpfen des Stators angeordnet ist. Durch die Anordnung des Trägers in den Zwischenräumen wird auch bei sehr kleinen Spalten zwischen dem Rotor und den Stator das Strahlungsaufnahmemittel in sehr kurzer Entfernung zum Rotor platziert, so dass sehr genaue Oberflächentemperaturen gemessen werden können. Zusätzlich wird eine Fixierung des Trägers und damit der Lichtwellenleiter in Umfangsrichtung erreicht. In addition, it is advantageous if the carrier with the at least one optical waveguide is arranged at least partially in the gaps between the tooth heads of the stator. By arranging the carrier in the gaps, the radiation receiving means is placed at a very short distance from the rotor, even with very small gaps between the rotor and the stator, so that very precise surface temperatures can be measured. In addition, the carrier and thus the optical waveguide are fixed in the circumferential direction.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Träger T-förmig ausgebildet, wobei der Mittelsteg im Zwischenraum zwischen den Zahnköpfen angeordnet ist und die zumindest eine Öffnung im Mittelsteg zum Rotor weisend angeordnet sind, und wobei die seitlich sich erstreckenden Stege hinter die Zahnköpfe greifen. Durch die Anordnung des Mittelstegs zwischen den Zahnköpfen kann eine Fixierung in In a further preferred embodiment, the carrier is T-shaped, with the central web being arranged in the space between the tooth heads and the at least one opening in the central web being arranged facing the rotor, and with the laterally extending webs reaching behind the tooth heads. By arranging the central web between the tooth heads, a fixation in

Umfangsrichtung hergestellt werden während die Seitenstege zusätzlich eine Fixierung in radialer Richtung sicherstellen. Die Öffnungen können durch die Platzierung des Mittelstegs in den Zwischenräumen der Zahnköpfe auch bei sehr kleinen elektrischen Maschinen oder Maschinen mit sehr engem Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator sehr nah am Rotor befestigt werden, wodurch die Messung der Oberflächentemperatur des The holes can be made in the circumferential direction, while the side webs also ensure a fixation in the radial direction. The holes can be fixed very close to the rotor by placing the central web in the spaces between the tooth tips, even in very small electrical machines or machines with a very narrow gap between the rotor and the stator, which makes it possible to measure the surface temperature of the

Rotors noch einmal verbessert wird. rotor is further improved.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Vorrichtung zur Temperaturmessung mehrere Lichtwellenleiter aufweist, so dass auch mehrere Temperaturen gleichzeitig gemessen werden können. Durch derartige Anordnungen können genaue Temperaturverteilungen über die gesamte axiale Höhe des It is particularly advantageous if the device for temperature measurement has several optical fibers, so that several temperatures can be measured simultaneously. Such arrangements enable precise temperature distributions to be achieved over the entire axial height of the

Rotors gemessen werden. rotor can be measured.

Vorzugsweise sind am Träger mehrere übereinander liegende zum Rotor weisende Öffnungen ausgebildet, in die sich jeweils das Strahlungsaufnahmemittel am zweiten Ende eines der Lichtwellenleiter erstreckt. Durch die Anordnung der mehreren Lichtwellenleiter im Träger sowie die entsprechend übereinander liegende Anordnung der Strahlungsaufnahmemittel an den Öffnungen, ist es somit möglich, an beliebigen axialen Höhen des Rotors kontinuierlich und gleichzeitig mit nur Preferably, several openings are formed on the carrier, one above the other, facing the rotor, into which the radiation receiving means extends at the second end of one of the optical waveguides. By arranging the several optical waveguides in the carrier and the correspondingly superimposed arrangement of the radiation receiving means at the openings, it is thus possible to continuously and simultaneously carry out radiation at any axial height of the rotor with only

einem Träger exakte Temperaturverteilungen zu bestimmen. to determine exact temperature distributions on a carrier.

Der Träger erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte axiale Länge des Rotors, sodass auch Aussagen zur Temperaturverteilung über die gesamte axiale Länge des Rotors getätigt werden können. The carrier preferably extends over the entire axial length of the rotor so that statements can also be made about the temperature distribution over the entire axial length of the rotor.

Des Weiteren weisen die Öffnungen des Trägers aus den Zwischenräumen des Stators in Richtung des Rotors, so dass die Öffnungen und damit die Strahlungsaufnahmemittel auch tatsächlich unmittelbar gegenüberliegend Furthermore, the openings of the carrier point from the gaps of the stator towards the rotor, so that the openings and thus the radiation receiving means are actually directly opposite each other.

zum Rotor angeordnet sind. to the rotor.

Um eine genaue Aussage zur Temperaturverteilung über die Höhe des Rotors vornehmen zu können und gleichzeitig die Herstellung des Trägers mit den eingebettetem Lichtwellenleitern erleichtern zu können, sind die Öffnungen des Trägers gleichmäßig über die Höhe des Rotors verteilt angeordnet. In order to be able to make an accurate statement about the temperature distribution over the height of the rotor and at the same time to facilitate the production of the carrier with the embedded optical fibers, the openings of the carrier are evenly distributed over the height of the rotor.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn mehrere Träger mit Lichtwellenleitern über den Umfang des Stators verteilt in den Zwischenräumen zwischen den Zahnköpfen des Stators angeordnet sind. Durch eine derartige Anordnung können auch Temperaturverteilungen über den Umfang des Rotors Furthermore, it is advantageous if several carriers with optical fibers are arranged distributed over the circumference of the stator in the spaces between the tooth tips of the stator. Such an arrangement can also be used to determine temperature distributions over the circumference of the rotor.

gemessen werden. be measured.

Vorzugsweise ist der Signalwandler der Vorrichtung zur Temperaturmessung ein Fotodetektor. Mit einem solchen Fotodetektor kann die in den Lichtwellenleiter eingeleitete thermische Strahlung auf einfache Weise in ein elektrisches Signal umgewandelt werden, welches eine exponentielle Abhängigkeit zur Temperatur aufweist. Preferably, the signal converter of the device for measuring temperature is a photodetector. With such a photodetector, the thermal radiation introduced into the optical waveguide can be easily converted into an electrical signal which has an exponential dependence on the temperature.

Es wird somit eine Messanordnung zur Bestimmung der Rotortemperatur einer elektrischen Maschine bereit gestellt, durch die eine Oberflächentemperatur eines Rotors der elektrischen Maschine sehr genau mit einfachen Mitteln gemessen werden kann. Diese Oberflächentemperatur kann dabei auch bezüglich einer unterschiedlichen Temperaturverteilung über den Umfang oder die Höhe des Rotors bestimmt werden. Der Aufbau der erfindungsgemäßen Messanordnung ist sehr einfach, insbesondere bei Verwendung eines Trägers, der formschlüssig zwischen Stator und Rotor platziert werden kann. Eine maschinelle Bearbeitung der elektrischen Maschine entfällt gegebenenfalls vollständig. Zumindest wird ein Einfluss auf das magnetische Feld der elektrischen Maschine weitestgehend ausgeschlossen. Entsprechend kann die elektrische Maschine nach dem A measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine is thus provided, by means of which a surface temperature of a rotor of the electrical machine can be measured very precisely using simple means. This surface temperature can also be determined with respect to a different temperature distribution over the circumference or the height of the rotor. The structure of the measuring arrangement according to the invention is very simple, in particular when using a carrier that can be placed in a form-fitting manner between the stator and rotor. Machining of the electrical machine may be completely eliminated. At least an influence on the magnetic field of the electrical machine is largely excluded. Accordingly, the electrical machine can be

Testlauf an ihrem vorgesehenen Einsatzort genutzt werden. test run at their intended location.

Eine erfindungsgemäße Anordnung wird im Folgenden anhand eines nicht beschränkenden Ausführungsbeispiels mit einem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor als elektrische Maschine und einer An arrangement according to the invention is described below using a non-limiting embodiment with an electronically commutated DC motor as an electrical machine and a

Messvorrichtung mit einem Träger beschrieben. Measuring device with a carrier is described.

Die Figur 1 zeigt eine geschnittene Seitendarstellung der Figure 1 shows a sectioned side view of the

erfindungsgemäßen Messanordnung. measuring arrangement according to the invention.

Die Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Figure 2 shows a cross section through the inventive

Messanordnung. measuring arrangement.

Die Figur 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Figur 2. Figure 3 shows an enlarged section of Figure 2.

Die Figur 4 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Messvorrichtung und ihrer Lage zum Rotor in Seitenansicht. Figure 4 shows an enlarged view of the measuring device and its position relative to the rotor in side view.

Die Figur 5 zeigt eine Seitenansicht auf die Messvorrichtung der Figur 4 aus der Blickrichtung des Rotors. Figure 5 shows a side view of the measuring device of Figure 4 from the viewing direction of the rotor.

In den Figuren 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Messanordnung mit einer elektrischen Maschine 10, die als elektronisch kommutierter Gleichstrommotor ausgeführt ist, und einer Vorrichtung 12 zur Temperaturmessung dargestellt. Die elektrische Maschine 10 weist ein Gehäuse 14 auf, in dessen Inneren ein Stator 16 angeordnet ist, der einen äußeren Rückschlussring 18 aufweist, von dem aus sich mehrere Statorzähne 20 nach radial innen erstrecken. Diese Statorzähne 20 erstrecken sich von einem Zahnfuß 22 am Rückschlussring 18 hin bis zu einem Zahnkopf 24. Jeder Statorzahn 20 weist zwischen dem Zahnfuß 22 und dem Zahnkopf 24 im Querschnitt eine etwa konstante Breite auf, während der Zahnkopf 24 breiter ausgeführt ist und somit in Umfangsrichtung über den restlichen Statorzahn 20 übersteht. Zwischen den Statorzähnen 20 wird eine Statornut 26 gebildet, in der Wicklungen 28 Figures 1 and 2 show a measuring arrangement according to the invention with an electrical machine 10, which is designed as an electronically commutated direct current motor, and a device 12 for measuring temperature. The electrical machine 10 has a housing 14, in the interior of which a stator 16 is arranged, which has an outer return ring 18, from which several stator teeth 20 extend radially inwards. These stator teeth 20 extend from a tooth base 22 on the return ring 18 to a tooth head 24. Each stator tooth 20 has an approximately constant width in cross section between the tooth base 22 and the tooth head 24, while the tooth head 24 is wider and thus projects beyond the rest of the stator tooth 20 in the circumferential direction. A stator slot 26 is formed between the stator teeth 20, in which windings 28

von Wicklungsdrähten angeordnet sind, die um die einzelnen Statorzähne 20 gewickelt werden, und welche sich in radialer Richtung bis kurz vor die Zahnköpfe 24 erstrecken. of winding wires which are wound around the individual stator teeth 20 and which extend in the radial direction until just before the tooth tips 24.

Im radial Inneren des Stators 16 ist drehbar auf einer Welle 30 ein Rotor 32 der elektrischen Maschine 10 angeordnet, in dem Permanentmagnete 34 in entsprechenden Aufnahmeöffnungen 36 platziert sind. Durch entsprechende Bestromung der Wicklungen 28 kann der Rotor 32 in bekannter Weise mit der Welle 30 in Drehung versetzt werden. In the radial interior of the stator 16, a rotor 32 of the electric machine 10 is arranged rotatably on a shaft 30, in which permanent magnets 34 are placed in corresponding receiving openings 36. By appropriately supplying current to the windings 28, the rotor 32 can be set in rotation with the shaft 30 in a known manner.

Zwischen dem Stator 16 und dem Rotor 32 ist ein Spalt 38 ausgebildet. In diesen Spalt 38 ragt ein Träger 40 der Vorrichtung 12 zur Temperaturmessung. In dem Träger 40 sind ein oder mehrere Lichtwellenleiter 42 angeordnet, deren erste Enden 44 durch eine Öffnung 46 am Gehäuse 14 nach außen ragen, wo sie mit einem Signalwandler 48 in Form eines Fotodetektors verbunden sind. Die Vorrichtung 12 zur Temperaturmessung ist im Bereich der Öffnung 46 am Gehäuse 14 befestigt. A gap 38 is formed between the stator 16 and the rotor 32. A carrier 40 of the temperature measuring device 12 projects into this gap 38. One or more optical waveguides 42 are arranged in the carrier 40, the first ends 44 of which project outwards through an opening 46 on the housing 14, where they are connected to a signal converter 48 in the form of a photodetector. The temperature measuring device 12 is attached to the housing 14 in the region of the opening 46.

In den Figuren 3 bis 5 ist die Anordnung der Vorrichtungen 12 zur Temperaturmessung in der elektrischen Maschine 10 sowie die Ausführung des Trägers 40 mit den Lichtwellenleitern 42 genauer dargestellt. Figures 3 to 5 show the arrangement of the devices 12 for temperature measurement in the electrical machine 10 as well as the design of the carrier 40 with the optical waveguides 42 in more detail.

Der Träger 40 weist einen T-förmigen Querschnitt auf, wobei ein Mittelsteg 50 dieses T-förmigen Trägers 40 in einem Zwischenraum 52 zwischen den Zahnköpfen 24 angeordnet ist. Die beiden sich zu den beiden Seiten erstreckenden Stege 54 des T-förmigen Trägers 40 liegen ebenfalls in der Statornut 26, wobei die zum Rotor 32 weisenden Oberflächen 56 dieser Stege 54 gegen eine vom Rotor 32 abgewandte Seite 58 der erweiterten Zahnköpfe 24 anliegen und in ihrer Form auch korrespondierend hierzu ausgeführt sein können. Eine Rückseite 60 des Trägers 40, die nach radial außen weist, liegt gegen die Wicklungen 28 des Stators 16 an, so dass der The carrier 40 has a T-shaped cross-section, with a central web 50 of this T-shaped carrier 40 being arranged in a gap 52 between the tooth heads 24. The two webs 54 of the T-shaped carrier 40 extending to the two sides also lie in the stator slot 26, with the surfaces 56 of these webs 54 facing the rotor 32 resting against a side 58 of the enlarged tooth heads 24 facing away from the rotor 32 and their shape can also be designed to correspond thereto. A rear side 60 of the carrier 40, which faces radially outwards, rests against the windings 28 of the stator 16, so that the

Träger 40 in einem Raum 62 zwischen den Wicklungen 28 des Stators 16 und einer Umfangsfläche 64 des Rotors 32 angeordnet ist und der Träger 40 in der Statornut 26 sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung formschlüssig gehalten wird. Carrier 40 is arranged in a space 62 between the windings 28 of the stator 16 and a circumferential surface 64 of the rotor 32 and the carrier 40 is held in the stator slot 26 in a form-fitting manner both in the radial direction and in the circumferential direction.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstrecken sich insgesamt drei Lichtwellenleiter 42 axial in den Träger 40, wobei in jedem der Stege 54 ein Lichtwellenleiter 42 angeordnet ist und der dritte Lichtwellenleiter 42 im Verbindungsbereich zwischen dem Mittelsteg 50 und den Stegen 54 angeordnet ist. Das erste Ende 44 jedes dieser Lichtwellenleiter 42 ist mit einem eigenen Signalwandler 48 verbunden, so dass drei verschiedene und In the present embodiment, a total of three optical waveguides 42 extend axially into the carrier 40, with one optical waveguide 42 being arranged in each of the webs 54 and the third optical waveguide 42 being arranged in the connection area between the central web 50 and the webs 54. The first end 44 of each of these optical waveguides 42 is connected to its own signal converter 48, so that three different and

voneinander unabhängige Messungen durchgeführt werden können. independent measurements can be carried out.

Alle drei Lichtwellenleiter 42 münden mit ihrem zweiten Ende 66 am radialen Ende des Mittelstegs 50 und somit unmittelbar gegenüberliegend zu einer Umfangsfläche 64 des Rotors 32. Die Lichtwellenleiter 42 weisen jeweils einen ersten Abschnitt 68 auf, in dem sie sich parallel zu einer Drehachse 70 der elektrischen Maschine 10 durch den Träger 40 erstrecken. An diesen ersten Abschnitt 68 schließt sich jeweils ein zweiter Abschnitt 72 an, in welchem die Lichtwellenleiter 42 derart geformt sind, dass ein zweites Ende 66 mit seiner Oberfläche 74 parallel zur Umfangsfläche 64 des Rotors 32 weist. An diesem zweiten Ende 66 ist jeweils ein Strahlungsaufnahmemittel 76 angeordnet, welches unmittelbar gegenüberliegend zur Umfangsfläche 64 des Rotors 32 in einer entsprechenden Öffnung 78 im Träger 40 positioniert ist. Je nach Lage des Lichtwellenleiters 42 im Träger 40 ist dieser zweite Abschnitt 72 entsprechend anders auszuformen. Die hier möglichen unterschiedlichen All three optical waveguides 42 end with their second end 66 at the radial end of the central web 50 and thus directly opposite a circumferential surface 64 of the rotor 32. The optical waveguides 42 each have a first section 68 in which they extend parallel to a rotation axis 70 of the electric machine 10 through the carrier 40. This first section 68 is followed by a second section 72 in which the optical waveguides 42 are shaped such that a second end 66 with its surface 74 points parallel to the circumferential surface 64 of the rotor 32. A radiation receiving means 76 is arranged at this second end 66, which is positioned directly opposite the circumferential surface 64 of the rotor 32 in a corresponding opening 78 in the carrier 40. Depending on the position of the optical waveguide 42 in the carrier 40, this second section 72 is to be shaped differently accordingly. The different possible here

Ausführungsformen sind in den Figuren 4 und 5 zu erkennen. In der Figur 4 sind hierzu zwei verschiedene Ausführungsformen der Embodiments can be seen in Figures 4 and 5. Figure 4 shows two different embodiments of the

Strahlungsaufnahmemittel 76 dargestellt, wobei üblicherweise in einem Träger 40 eine einheitliche Form verwendet würde. Der zweite Abschnitt 72 Radiation receiving means 76 is shown, whereby a uniform form would usually be used in a carrier 40. The second section 72

des weiter im oberen Bereich des Trägers 40 mündenden Lichtwellenleiters 42 ist im Träger 40 um einen Winkel gebogen, der einem Schrägungswinkel des Lichtwellenleiters 42 an seinem zweiten Ende 66 entspricht. Diese Schräge 80 dient als Strahlungsaufnahmemittel 66, so dass ein zum Rotor weisendes freies Ende dieser Schräge 80 an der oberen Öffnung 78 parallel zur Drehachse 70 der elektrischen Maschine 10 beziehungsweise zur Umfangsfläche 64 des Rotors 32 angeordnet ist. Entsprechend kann über diese Schräge 80, die unmittelbar gegenüberliegend zur Umfangsfläche 64 des Rotors 32 angeordnet ist, eine Wärmestrahlung der Umfangsfläche 64 des Rotors 32 aufgenommen werden, über die die Oberflächentemperatur des Rotors 32 mittels des Signalwandlers 48 sehr genau bestimmt werden kann, da durch die Schräge 80 ein großer Anteil der vorhandenen Wärmestrahlung tatsächlich in den Lichtwellenleiter 42 aufgenommen of the optical waveguide 42, which opens further into the upper region of the carrier 40, is bent in the carrier 40 by an angle which corresponds to a bevel angle of the optical waveguide 42 at its second end 66. This bevel 80 serves as a radiation absorbing means 66, so that a free end of this bevel 80 pointing towards the rotor is arranged at the upper opening 78 parallel to the axis of rotation 70 of the electrical machine 10 or to the peripheral surface 64 of the rotor 32. Accordingly, thermal radiation from the peripheral surface 64 of the rotor 32 can be absorbed via this bevel 80, which is arranged directly opposite the peripheral surface 64 of the rotor 32, via which the surface temperature of the rotor 32 can be determined very precisely by means of the signal converter 48, since a large proportion of the existing thermal radiation is actually absorbed into the optical waveguide 42 by the bevel 80.

werden kann. can be.

Der weiter unten an der Öffnung 78 mündende Lichtwellenleiter 42 weist im zweiten Abschnitt eine 90°- Biegung auf, so dass sein Ende 66 ebenfalls parallel zur Umfangsfläche 64 des Rotors 32 angeordnet ist. Um hier ebenfalls eine repräsentativ große Wärmestrahlung des Rotors 32 aufnehmen zu können, ist an diesem zweiten Ende 66 eine optische Linse 82 ausgebildet, deren optische Achse 84 senkrecht zur Drehachse des Rotors 32 angeordnet ist. Auch dies führt dazu, dass aus einem größeren Bereich die Wärmestrahlung in den Lichtwellenleiter 42 aufgenommen und zum Signalwandler 48 geführt wird. Eine Ausführung ohne Linse wäre aber auch möglich. The optical waveguide 42, which opens further down at the opening 78, has a 90° bend in the second section, so that its end 66 is also arranged parallel to the circumferential surface 64 of the rotor 32. In order to be able to absorb a representatively large amount of heat radiation from the rotor 32, an optical lens 82 is formed on this second end 66, the optical axis 84 of which is arranged perpendicular to the axis of rotation of the rotor 32. This also means that the heat radiation from a larger area is absorbed into the optical waveguide 42 and guided to the signal converter 48. A design without a lens would also be possible.

In der Figur 5 ist zu erkennen, dass bei Durchführung der Lichtwellenleiter 42 durch den Träger 40 im Bereich der Stege 54 zumindest zwei Biegungen hergestellt werden müssen, um tatsächlich in dem zum Rotor 32 gewandten Endbereich des Mittelsteges 50 und damit zu den Öffnungen 78 zu gelangen. Die Lichtwellenleiter 42 müssen hierzu einerseits eine Biegung in Richtung des Mittelsteges 50 aufweisen und andererseits eine Biegung In Figure 5 it can be seen that when the optical waveguides 42 are passed through the carrier 40 in the area of the webs 54, at least two bends must be made in order to actually reach the end area of the central web 50 facing the rotor 32 and thus the openings 78. The optical waveguides 42 must have a bend in the direction of the central web 50 on the one hand and a bend

aufweisen, durch die sie sich zum Rotor 32, also nach radial innen erstrecken, um sicherzustellen, dass das zweite Ende 66 der Lichtwellenleiter 42 korrekt unmittelbar gegenüberliegend zur Umfangsfläche 64 des Rotors 32 ausgerichtet ist. Zur Herstellung dieser Lichtwellenleiter 42 können diese vorgeformt und mit dem Material des Trägers, welches beispielsweise ein nicht magnetisierbarer Kunststoff sein kann, umspritzt werden. Alternativ dazu, und nicht in der Figur gezeigt, kann eine Bohrung für den Lichtwellenleiter 42 auch schräg durch das TStück erfolgen und der Lichtwellenleiter 42 vorne abgeschrägt werden. through which they extend to the rotor 32, i.e. radially inward, to ensure that the second end 66 of the optical waveguide 42 is correctly aligned directly opposite the circumferential surface 64 of the rotor 32. To produce these optical waveguides 42, they can be preformed and overmolded with the material of the carrier, which can be a non-magnetizable plastic, for example. Alternatively, and not shown in the figure, a hole for the optical waveguide 42 can also be made diagonally through the T-piece and the optical waveguide 42 can be beveled at the front.

Durch die beschriebenen Ausführungen kann die Temperatur durch Aufnahme einer repräsentativen Wärmestrahlung am Außenumfang des Rotors sehr genau gemessen werden. Durch die Aufnahme mehrerer Lichtwellenleiter in einem Träger wird die Montage der Messanordnung deutlich vereinfacht, da mittels nur eines Trägers die Oberflächentemperaturen an verschiedenen axialen Höhen des Rotors gemessen werden können und hierzu lediglich der eine Träger mit einer beliebigen Anzahl an Lichtwellenleitern in den Zwischenraum zwischen den The described designs allow the temperature to be measured very precisely by recording representative heat radiation on the outer circumference of the rotor. By incorporating several optical fibers in one carrier, the assembly of the measuring arrangement is made significantly easier, since the surface temperatures at different axial heights of the rotor can be measured using only one carrier and only one carrier with any number of optical fibers needs to be inserted into the space between the

Wicklungen des Stators und dem Rotor eingebracht werden muss. windings of the stator and the rotor.

Es sollte deutlich sein, dass die Lichtwellenleiter gegebenenfalls auch lediglich mit einer Hülse ausgeführt werden können und darauf folgend in den Zwischenraum zwischen dem Rotor und den Wicklungen des Stators eingeschoben werden können und anschließend im oberen Bereich am Gehäuse des Elektromotors befestigt werden können. Des Weiteren können verwendete Träger verschiedene Formen aufweisen und auch eine unterschiedliche Menge an Lichtwellenleitern aufnehmen, zu denen dann jeweils die entsprechenden Öffnungen am Träger vorzusehen sind. Selbstverständlich ist es auch möglich, mehrere Träger oder Lichtwellenleiter über den Umfang des Rotors verteilt in der elektrischen Maschine anzuordnen, so dass auch überprüft werden kann, inwieweit sich It should be clear that the optical fibers can also be designed with just a sleeve if necessary and can then be pushed into the space between the rotor and the windings of the stator and then attached to the upper part of the housing of the electric motor. Furthermore, the supports used can have different shapes and can also accommodate a different number of optical fibers, for which the corresponding openings must be provided on the support. It is of course also possible to arrange several supports or optical fibers distributed over the circumference of the rotor in the electric machine, so that it can also be checked to what extent

eine unterschiedliche Temperaturverteilung nicht nur über die Höhe, a different temperature distribution not only over the height,

sondern gegebenenfalls auch über den überwachten Umfang ergibt. Selbstverständlich ist auch darauf zu achten, dass bei den vorgenommenen Biegungen der Lichtwellenleiter die notwendigen Mindestradien zur but also the monitored circumference. Of course, it is also important to ensure that the bends of the optical fibers meet the necessary minimum radii for

Weiterleitung der aufgenommenen Wärmestrahlung eingehalten werden. transmission of the absorbed heat radiation.

Claims

PATENT CLAIMS

1. Measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine (10), with an electrical machine (10) which has a stator (16) and a rotor (32) which is arranged opposite the stator (16), and a device (12) for measuring temperature which has an optical waveguide (42) and a signal converter (48) which is connected to a first end (44) of the optical waveguide (42) and in which the optical signal of the optical waveguide (42) can be converted into an electrical signal which represents a measure of the temperature, characterized in that the device (12) for measuring temperature is at least indirectly attached to the electrical machine (10) and has a radiation receiving means (76) at a second end (66) of the optical waveguide (42), which is arranged directly opposite a peripheral surface (64) of the rotor (32) in the interior of the electrical machine (10) and into which the radiation from the opposite rotor (32) can be introduced into the optical waveguide (42).

2. Measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine (10) according to claim 1, characterized in that the optical waveguide (42) extends axially into a space (62) between windings (28) of the stator (16) and the rotor (32).

3. Measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine (10) according to claim 2, characterized in that the optical waveguide (42) has a first section (68) in which the optical waveguide (42) extends axially into the space (62) between the windings (28) of the stator (16) and the rotor (32) and has a second section (72) in which the optical waveguide (42) is bent in the direction of the rotor (32).

4. Measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the optical waveguide (42) has an optical lens (82) as a radiation receiving means (76), the optical axis (84) of which is arranged perpendicular to the axis of rotation (70) of the electrical machine (10), wherein the optical waveguide (42) is preferably bent in the second section (72), particularly preferably by 90°,

5. Measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine (10) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the optical waveguide (42) as radiation receiving means (76) has at its second end (66) a slope (80) whose surface (74) is arranged parallel to the axis of rotation (70) of the electrical machine (10).

6. Measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that

the device (12) for temperature measurement has a carrier (40) in which at least one optical waveguide (42) is arranged, wherein the carrier (40) is arranged in stator slots (26) of the stator (16) and extends axially into the space (62) between the windings (28) of the stator (16) and the rotor (32), wherein an opening (78) opposite the rotor (32) is formed in the carrier (40) for each optical waveguide (42), in which opening the radiation receiving means (76) is arranged.

7. Measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine (10) according to claim 6, characterized in that the carrier (40) is arranged in a form-fitting manner in the circumferential direction and in the radial direction in the stator slot (26).

8. Measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine (10) according to one of claims 6 or 7, characterized in that the carrier (40) has a web (54) on both sides, with which the carrier (40) in the stator slot (26) engages behind two adjacent tooth heads (24) of the stator (16) and against the tooth heads (24)

at least partially applicable.

9. Measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine (10) according to claim 8, characterized in that the webs (54) extend over the entire axial length of the rotor (32).

10. Measuring arrangement for determining the rotor temperature of a

electric machine (10) according to claim 8 or 9, characterized in that

the webs (54) have a surface (56) facing the tooth head (24), the shape of which corresponds to the shape of a side (58) of the tooth head (24) facing away from the rotor (32).

11. Measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine (10) according to one of claims 6 to 10, characterized in that a rear side (60) of the carrier (40) facing away from the rotor (32) rests against the windings (28) of the stator (16).

12. Measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine (10) according to one of claims 6 to 11, characterized in that the carrier (40) with the at least one optical waveguide (42) is arranged at least partially in the intermediate spaces (52) between the tooth heads (24) of the stator (16).

13. Measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine (10) according to claim 12, characterized in that the carrier (40) is T-shaped, wherein a central web (50) is arranged in the intermediate space (52) between the tooth heads (24) and the at least one opening (78) in the central web (50) is arranged facing the rotor (32), wherein the laterally extending webs (54) reach behind the tooth heads (24).

14. Measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine (10) according to one of claims 6 to 13, characterized in that the device (12) for temperature measurement has a plurality of optical fibers (42).

15. Measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine (10) according to claim 14, characterized in that a plurality of openings (78) lying one above the other and pointing towards the rotor (32) are formed on the carrier (40), into which the radiation receiving means (76) at the second end (66) of the respective optical waveguide (42) extends.

16. Measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine (10) according to one of claims 6 to 15, characterized in that the carrier (40) extends over the axial length of the rotor (32).

17. Measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine (10) according to one of claims 15 or 16, characterized in that the openings of the carrier (40) point from the intermediate spaces (52) of the stator (16) in the direction of the rotor (32).

18. Measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine (10) according to one of claims 14 to 17, characterized in that the openings (78) of the carrier (40) are arranged evenly distributed over the height of the rotor (32).

19. Measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine (10) according to one of claims 6 to 18, characterized in that a plurality of carriers (40) with optical waveguides (42) are arranged distributed over the circumference of the stator (16) in the intermediate spaces (52) between the tooth tips (24) of the stator (16).

20. Measuring arrangement for determining the rotor temperature of an electrical machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the signal converter (48) of the device (12) for temperature measurement is a photodetector.