CN110352547B - 电动机和用于制造这样的电动机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括转子和定子的电动机，其空心圆柱形的定子具有由多个以层的方式彼此相叠布置的环绕的线圈层构成的带有绕组头的分布式绕组。为探测绕组头温度，温度传感器布置在绕组头中。根据本发明设置有带有具有用于温度传感器的容纳腔的功能区段的形状稳定的传感器容纳元件，其被如此地插入到两个彼此相叠布置的相邻的线圈层之间，即，功能区段在绕组头中被固定在两个通过放入功能区段被撑开的线圈层之间且温度传感器通过布置在传感器容纳元件的底部区段中的开口可被装入到容纳腔中且可被取出，其中，该容纳腔一方面部分区段地由功能区段且另一方面部分区段地通过绕组来限制。此外，本发明涉及一种用于制造包括定子和转子的电动机的方法。

Description

电动机和用于制造这样的电动机的方法

技术领域

本发明涉及一种包括转子和定子的电动机，其空心圆柱形的定子具有由多个以层的方式彼此相叠布置的、环绕的线圈层构成的带有绕组头的分布式绕组和用于探测绕组头温度的温度传感器。此外，本发明涉及一种用于制造包括定子和转子的电动机的方法，在其中用于探测绕组头温度的温度传感器布置在空心圆柱形定子的由多个以层的方式彼此相叠布置的环绕的线圈层构成的分布式绕组的绕组头中。

背景技术

如下是普遍已知的，即，电动机须被保护以免过热，以便尤其避免绕组的损伤和/或磁铁的负面损害。这一般而言通过如下方式引起，即，在一个或多个位置处直接或间接监控电动机的温度且自预先给定的温度起采取措施，以便反作用于进一步的温度上升。在大多数情况中，这通过借助于功率电子装置的控制或调节实现。

为了电机的功率提高，绕组被越来越密地构造，由此用于布置用于探测温度的温度传感器的结构空间变得越来越狭窄。在使用圆形线圈的情形中，用于温度传感器的结构空间由在绕组之间或者在两个相邻的圆形线圈之间的结构引起地存在的间距得出。在最近，然而越来越多的电动机以分布式绕组(也被称作波形绕组)实现。在此，绕组由多个以层的方式彼此相叠布置的环绕的呈环状的线圈层构成，其中，在绕组的绕组头中经常存在最高的温度。基于该结构，波形绕组的绕组头按照铜线的几何结构然而非常硬。由此，温度传感器不可被容易地插到绕组的线圈层之间。在插入温度传感器的情形中存在温度传感器和/或线圈层的破损或者损坏的危险。

目前，在这样的绕组头处的温度测量因此通过径向或轴向布置在绕组头处的温度传感器实现，从而该温度传感器仅点状地贴靠在绕组头表面处。由此，该温度测量提供了低于在绕组头的内部中实际存在的温度的值。此外须注意测得的温度变化的大的时间上的延迟。然而，尽可能精确的认知是用于使得电机性能的最大值可供使用的前提条件。

DE 10 2013 201 835 A1描述了一种用于温度探测电机定子的绕组的组件。在此，定子绕组由多个布置在定子齿处的单线圈构成，其中，相应地在相邻单线圈之间构造有间隙。设置用于温度探测绕组的温度传感器布置在这些间隙中的一个中。该绕组不是上面所描述的由多个彼此相叠布置的环绕的线圈层构成的波形绕组。

由DE 10 2016 103 307 A1已知一种带有用于探测围绕定子芯布置的绕组的温度的温度传感器的电动机。在此，被装入在固定装置中的温度传感器被装入到在定子芯与绕组之间的缝隙中且通过接合到绕组的开口的边缘中的突出部被固定在绕组处。该绕组同样不是上面所描述的由多个彼此相叠布置的环绕的线圈层构成的波形绕组。

发明内容

本发明基于如下目的，即，如此地实施一种电动机，即，在定子的尤其构造成波形绕组的分布式绕组中的温度测量被显著改善，尤其地于是在温度测量中的非期望的误差影响被避免。此外应创造一种用于这样的电动机的特别简单的制造方法。

首先提及的目的利用根据本发明的电动机来实现。

根据本发明于是设置有一种电动机，在其中带有具有至少一个用于温度传感器的容纳腔的功能区段的形状稳定的传感器容纳元件被如此地插入在两个彼此相叠布置的相邻的线圈层之间，即，该功能区段在绕组头中被固定在两个通过放入功能区段被撑开的(aufgespreizt)线圈层之间且温度传感器通过布置在传感器容纳元件的底部区段中的开口可被装入到容纳腔中且可被取出，其中，容纳腔一方面部分区段地由功能区段且另一方面部分区段地通过绕组来限制。布置在传感器容纳元件的容纳腔中的温度传感器通过根据本发明的设计方案至少部分区段地紧邻地贴靠在线圈层或者绕组处，从而确保在热源(即线圈层的传导电流的金属线)与温度传感器之间的带有小的热损失的良好的热传递。由此确保布置在波形绕组的绕组头中的温度传感器的最佳的热连结且非期望的误差影响和测量值偏差可被可靠地避免。通过传感器容纳元件在两个相邻的线圈层之间的布置，温度传感器在轴向上延伸到绕组头的内部中，从而不如在现有技术中那样仅表面温度被探测，而是绕组头的内部温度或者核心温度被探测且电动机由此可以性能的最大值来运行。此外，通过使用根据本发明的传感器容纳元件确保温度传感器的可更换性，从而使得损坏的温度传感器可没有问题地从绕组或者传感器容纳元件中拿出且可被可运转的温度传感器替代。温度传感器到容纳腔中的布置在传感器容纳元件已被放入到两个线圈层之间之后才实现，从而使得温度传感器在放入到绕组头中的情形中的损坏被排除。通过传感器容纳元件的在下面还将具体描述的几何结构的设计方案，此外线圈层的金属线在将传感器容纳元件引入到两个线圈层之间的情形中的损坏的危险被最小化。

显然，传感器容纳元件同样可被设计用于容纳多于一个温度传感器。在该情况中，功能区段于是具有多个并排布置的容纳腔且底部区段具有多个并排布置的用于相应的温度传感器的开口。

容纳腔通过绕组的至少部分区段的限制通过如下方式来实现，即，传感器容纳元件的功能区段具有至少一个穿孔，其中，用于温度传感器的容纳腔在穿孔的区域中由绕组的两个线圈层中的至少一个来限制。由此，布置在传感器容纳元件的容纳腔中的温度传感器在穿孔的区域中与绕组或者与两个线圈层中的一个直接接触，在其之间布置有功能区段。

在这样的设计方案的一种特别适宜的改进方案中与之相反作如下设置，即，传感器容纳元件的功能区段具有两个彼此在直径上相对而置的穿孔，其中，容纳腔在两个穿孔的区域中通过两个线圈层中的各一个来限制。由此确保如下，即，相对容纳腔布置的温度传感器接触两个在其间容纳功能区段的线圈层。

传感器容纳元件的一种特别适宜的设计方案通过如下方式出众，即，该功能区段具有两个在直径上布置的、轴向延伸的且部分区段地限制容纳腔的支腿(Schenkel，有时称为侧壁)，其在背对底部区段的端部区域中通过横向元件相连接，其中，容纳腔在两个在支腿之间延伸的穿孔的区域中通过两个线圈层中的一个来限制。通过横向元件使得功能区段或者传感器容纳元件的必要的扭转刚度或者形状稳定性可供使用。该形状稳定性确保如下，即，功能区段可在引入的情形中相应于其外部轮廓成形和扩张两个线圈层。在引入功能区段的情形中，首先横向元件接触两个线圈层、撑开这些线圈层且因此创造对于功能区段在线圈层之间布置而言必要的空间。

优选地，上面所提及的至少一个或者两个所述在直径上相对而置的穿孔呈缝隙状或者裂缝状地构造且在轴向方向上、尤其平行于被插入的温度传感器或者轴向延伸的支腿延伸。

线圈层在将功能区段引入到两个线圈层之间的情形中的损坏的危险同样通过如下方式被最小化，即，两个支腿的背对容纳腔的外面凸形地构造且/或连接两个支腿的横向元件的背对容纳腔的外面凸形地构造。在支腿和横向元件的接触线圈层的外面的区域中于是不存在锋利的棱边或者棱角，其与线圈层的金属线可能钩住且由此可能损坏或破损这些金属线。此外，该引入本身同样被使得容易，因为线圈层在外面处顺着滑动。

如下证实是特别有利的，即，每个支腿的背对容纳腔的外侧由两个径向彼此趋近的导向面构成，其中，在两个导向面处相应地至少部分区段地贴靠有两个线圈层中的一个。在将功能区段引入到两个线圈层之间的情形中，这些线圈层被如此地掰开或者被撑开，即，由于线圈层的刚度构造在两个线圈层之间的尖地趋近的(spitz zulaufend)凹口，其中，支腿通过尖地趋近的导向面被匹配于缝隙的形状。线圈层贴靠在导向面处且产生朝向该导向面指向的夹紧力，其将传感器容纳元件固定在绕组头中。

传感器容纳元件的一种适宜的设计方案同样通过如下方式来创造，即，两个支腿的面对容纳腔的内面凹形地构造。内面构成用于可插入或者被插入到容纳腔中的温度传感器、可引入的占位器(Platzhalter)和可引入的插入辅助元件的导向部和定位面。占位器在绕组头的浸渍之前被引入到容纳腔中，以便于封闭开口且防止浸渍材料的侵入。插入辅助元件为了将传感器容纳元件放入到两个线圈层之间暂时布置在开口或者容纳腔中。

温度传感器到开口中或者到传感器容纳元件的容纳腔中的装入由此被变得容易，即，传感器容纳元件的底部区段具有引入漏斗，其环绕地包围用于装入和用于取出温度传感器的开口。此外，环绕封闭的引入漏斗用于确保功能区段或者传感器容纳元件的必要的形状稳定性或者扭转刚度。

此外如下证实是有利的，即，底部区段的外面在功能区段的方向上锥形地逐渐变细且至少部分区段地贴靠在两个线圈层的端部区段处。外面于是构成在将传感器容纳元件引入到两个线圈层之间的情形中的止挡或者深度限制，从而确保如下，即，传感器容纳元件不太深地被推入到绕组头中。

底部区段的外面同样可具有与此不同的轮廓或者几何结构，尤其以便构成用于将传感器容纳元件放入到两个线圈层之间的工具的相应的工作面。

第二个提及的目的利用根据本发明的方法来实现。

根据本发明于是设置有一种用于制造具有转子和定子的电动机的方法，在其中在将线圈层放入到定子中之后且在将温度传感器放入到绕组头中之前设置用于容纳温度传感器的且具有用于装入和取出温度传感器的开口的形状稳定的传感器容纳元件借助于接合到开口中的插入辅助器件被如此地插入到两个彼此相叠布置的相邻的线圈层之间，即，两个线圈层被撑开且构造固定传感器容纳元件的夹紧力，其中，传感器容纳元件在插入过程期间贴靠在插入辅助元件的轴向止挡处且在插入辅助元件从温度传感器的开口中移除之后被插入到传感器容纳元件的开口中。对于在将插入辅助元件从开口中移除之后紧接着的绕组头的浸渍过程而言，相应构造的占位器被装入到开口中，其防止浸渍材料通过在底部区段中的开口且通过在功能区段中的穿孔到容纳腔中的侵入。同时，占位器同样用于在功能区段中的穿孔的区域中的容纳腔的成型。

附图说明

本发明允许众多的实施形式。为了进一步图解说明其基本原理，其中一种实施形式在附图中被示出且在下面进行描述。其中：

图1 显示了带有被插入到绕组的绕组头中的温度传感器的电动机的原理草图；

图2 以侧视图形式显示了带有被插入的温度传感器的电动机的在图1中示出的绕组头；

图3 显示了被插入在绕组的两个线圈层之间的温度传感器的放大的截面图示；

图4 以透视视图形式显示了设置用于容纳温度传感器的传感器容纳元件；

图5 显示了在图4中示出的传感器容纳元件的根据线V-V截面的视图；

图6 显示了带有被插入在两个线圈层之间的传感器容纳元件的绕组头的透视视图；

图7 显示了布置在两个线圈层之间的传感器容纳元件的根据图6中的线VII-VII截面的视图；

图8 显示了布置在两个线圈层之间的传感器容纳元件的根据图7中的线VIII-VIII截面的视图；

图9 显示了带有布置在容纳腔中的温度传感器的根据图8的图示；

图10 显示了在将其插入到绕组头中之前被装入到传感器容纳元件的容纳腔中的插入辅助元件的透视视图；

图11 显示了用于将传感器容纳元件插入在绕组的两个线圈层之间的依次的方法步骤。

具体实施方式

图1显示了带有转子2和定子3的构造成驱动电机的根据本发明的电动机1的原理草图。定子3包括空心圆柱形的构造成板叠的定子板4和带有在轴向上从定子板4中伸出的绕组头6的分布式绕组5，该绕组头以浸渍材料(尤其树脂)被浸渍。在绕组头6中布置有用于探测绕组头温度的温度传感器7。

如由图2可得悉的那样，绕组5和绕组头6构造成波形绕组且具有多个以层的方式彼此相叠布置的环绕的呈环状的线圈层8。在示出的实施形式的情形中，总共六个线圈层8构成绕组5或者绕组头6。线圈层8又由经缠绕的金属线构成(尤其由铜构成)，且构成铜垫。温度传感器7被嵌入到绕组头6中且布置在两个相邻的且彼此相叠布置的线圈层8之间。

布置在绕组头6的两个线圈层8之间的温度传感器7的放大的图示在图3中被画出。在径向处在内部的线圈层8与包围该线圈层的相邻的线圈层8之间布置且固定有用于容纳温度传感器7且轴向延伸的形状稳定的传感器容纳元件9。温度传感器7穿过在电动机1的外壳构件11中的穿孔10以及在绝缘板13中的穿孔12且布置在固定在两个线圈层8之间的传感器容纳元件9处。

借助图4和5紧接着简要描述了形状稳定的传感器容纳元件9。传感器容纳元件9具有带有用于温度传感器7的容纳腔15的轴向延伸的功能区段14和带有开口17的底部区段16，温度传感器7可穿过该开口被装入到容纳腔15中且可被取出。适宜地，包括底部区段16和功能区段14的传感器容纳元件9一件式地构造且由合适的塑料材料构成。

传感器容纳元件9的底部区段16具有引入漏斗18，其环绕地包围用于装入和用于取出温度传感器7的开口17。底部区段16的外面19锥形地构造且在功能区段14的方向上逐渐变细。

传感器容纳元件9的功能区段14由两个在直径上布置的、轴向延伸的且部分区段地限制容纳腔15的支腿20构成，其在背对底部区段16的端部区域中通过横向元件21相连接。除了两个支腿20之外，功能区段14具有两个彼此在直径上相对而置的穿孔22。呈缝隙状的穿孔22在支腿20之间在轴向上延伸，优选地在横向元件21与底部区段16之间的整个长度上延伸。

两个支腿20的面对容纳腔15的内面23相应凹形地构造。两个支腿20的背对容纳腔15的外面24凸形地构造且相应地由两个径向彼此趋近的导向面25构成。连接两个支腿20的横向元件21的外面26同样凸形地构造。

包括底部区段16和功能区段14的传感器容纳元件9由塑料材料构成且一件式地构造。

图6至8在不同的视图中显示了被插入在径向处在内部的线圈层8与相邻的线圈层8之间的传感器容纳元件9。传感器容纳元件9被如此地插入或者引入到在定子3或者定子板4中彼此相叠布置的相邻的线圈层8之间，即，带有用于温度传感器7的容纳腔15的功能区段14在绕组5的绕组头6中被固定在两个通过放入或者引入功能区段14被撑开的线圈层8之间。在此，底部区段16如此地布置在绕组头6中，即，温度传感器7通过在底部区段16中的开口17不仅可被装入到功能区段14的容纳腔15中而且可被取出。

如在图8中可被良好地辩认出的那样，用于温度传感器7的容纳腔15一方面通过支腿20的两个内面23且另一方面在两个穿孔22的区域中通过绕组5的两个线圈层8来限制。线圈层8在支腿20的外侧的导向面25的区域中贴靠在传感器容纳元件9的功能区段14处。两个线圈层8产生由线圈层8的撑开产生的且作用到支腿20的导向面25上的夹紧力F_K，通过该夹紧力传感器容纳元件9被固定在绕组头6中的两个线圈层8之间。

图9显示了带有由支腿20且由线圈层8限制的容纳腔15的根据图8的图示，在该容纳腔中布置有温度传感器7。温度传感器7在传感器容纳元件9的穿孔22的区域中与线圈层8直接接触，从而使得在绕组5的线圈层8与温度传感器7之间良好的热传递被确保。

紧接着，借助图10和11简要说明了用于制造电动机1的方法或者用于将传感器容纳元件9放入到绕组5的绕组头6中的方法。

紧接于总共六个线圈层8到定子3的定子板4中的放入，上面所描述的传感器容纳元件9借助于例如构造成芯轴的且与压机27相连接的插入辅助元件28被放入到径向处在内部的线圈层8与相邻的线圈层8之间。为此，传感器容纳元件9如在图10中所示出的那样如此地布置在插入辅助元件28上，即，该插入辅助元件穿过在底部区段16中的开口17接合到功能区段14的容纳腔15中。在示出的实施例的情形中，插入辅助元件28的尖部构成用于传感器容纳元件9的轴向止挡，其中，插入辅助元件28的尖部贴靠在横向元件21的内面29处。然而，该轴向止挡同样可通过布置在插入辅助元件28处的尤其环绕的未示出的突出部构成，在其处贴靠有传感器容纳元件9、尤其底部区段16。此外如下是可考虑的，即，使用锥形构造的芯轴，其与传感器容纳元件9的限制开口17的壁面一起构成止挡。

图11显示了用于将传感器容纳元件9放入到绕组5的绕组头6中的方法的流程，其中，由左向右描绘了在时间上依次的方法步骤。首先，传感器容纳元件9布置在插入辅助元件28上(方法步骤I)且通过插入辅助元件28相对于绕组头6的借助于方向箭头示出的进给运动移动(方法步骤II)。紧接着，通过插入辅助元件28的进一步的进给运动实现两个相邻的线圈层8的撑开或者掰开(方法步骤III)。当传感器容纳元件9的功能区段14布置在两个线圈层8之间时或者当底部区段16的外面19贴靠在两个线圈层8的端部区段处时，进给运动结束(方法步骤IV)。在结束所描绘的方法步骤之后，传感器容纳元件9通过由两个线圈层8所产生的夹紧力F_K被固定在绕组5的绕组头6中。为了绕组头的紧接着的浸渍过程，然后封闭在底部区段16中的开口17的占位器被插入到传感器容纳元件9的容纳腔15中。除了在底部区段中的开口17之外，占位器同样封闭在功能区段14中的穿孔22且由此用于在穿孔22的区域中的容纳腔15的成型。紧接于浸渍过程，然后占位器可被移除且温度传感器7通过开口17被引入到容纳腔15中。在此，温度传感器7穿过在外壳构件11中的穿孔10和在绝缘板13中的穿孔12且被固定在电动机1处、例如在外壳构件11处。

附图标记列表

1 电动机

2 转子

3 定子

4 定子板

5 绕组

6 绕组头

7 温度传感器

8 线圈层

9 传感器容纳元件

10 穿孔

11 外壳构件

12 穿孔

13 绝缘板

14 功能区段

15 容纳腔

16 底部区段

17 开口

18 引入漏斗

19 外面

20 支腿

21 横向元件

22 穿孔

23 内面

24 外面

25 导向面

26 外面

27 压机

28 插入辅助元件

29 内面

F_K 夹紧力。

Claims (10)

1.一种电动机(1)，包括转子(2)和定子(3)，其中，所述定子(3)是空心圆柱形的且具有由多个以层的方式彼此相叠布置的、环绕的线圈层(8)构成的带有绕组头(6)的分布式绕组(5)和用于探测绕组头温度的温度传感器(7)，其特征在于，设置有带有功能区段(14)和底部区段(16)的、形状稳定的传感器容纳元件(9)，其中，所述功能区段(14)具有用于所述温度传感器(7)的容纳腔(15)且在所述底部区段(16)中布置有开口(17)，其中，所述传感器容纳元件(9)被如此地插入到彼此相叠布置的相邻的两个线圈层(8)之间，即，所述功能区段(14)在所述绕组头(6)中被固定在通过放入所述功能区段(14)而被撑开的所述两个线圈层(8)之间，且所述温度传感器(7)通过所述开口(17)能够被装入到所述容纳腔(15)中且能够被取出，其中，所述容纳腔(15)部分地由所述功能区段(14)限定且部分地通过所述分布式绕组(5)来限定。

2.根据权利要求1所述的电动机(1)，其特征在于，所述传感器容纳元件(9)的功能区段(14)具有至少一个穿孔(22)，其中，用于所述温度传感器(7)的容纳腔(15)在所述穿孔(22)的区域中由所述两个线圈层(8)中的至少一个来限定。

3.根据权利要求1或2所述的电动机(1)，其特征在于，所述传感器容纳元件(9)的功能区段(14)具有在直径上相对而置的两个穿孔(22)，其中，用于所述温度传感器(7)的容纳腔(15)在所述两个穿孔(22)的区域中分别通过所述两个线圈层(8)中的一个来限定。

4.根据权利要求3所述的电动机(1)，其特征在于，所述功能区段(14)具有在直径上相对而置的两个支腿(20)，其中，所述两个支腿(20)轴向延伸且部分地限定所述容纳腔(15)，且其中，所述两个支腿(20)在背对所述底部区段(16)的端部区域中通过横向元件(21)相连接，其中，所述两个穿孔(22)在所述两个支腿(20)之间延伸且所述容纳腔(15)在所述两个穿孔(22)的区域中分别通过所述两个线圈层(8)中的一个来限定。

5.根据权利要求4所述的电动机(1)，其特征在于，所述两个支腿(20)的面对所述容纳腔(15)的内面(23)凹形地构造。

6.根据权利要求4所述的电动机(1)，其特征在于，所述两个支腿(20)的背对所述容纳腔(15)的外面(24)凸形地构造且/或连接所述两个支腿(20)的横向元件(21)的背对所述容纳腔(15)的外面(26)凸形地构造。

7.根据权利要求4所述的电动机(1)，其特征在于，每个支腿(20)的背对所述容纳腔(15)的外面(24)由径向彼此趋近的两个导向面(25)构成，其中，在每个支腿(20)的两个导向面(25)处分别至少部分地贴靠有所述两个线圈层(8)中的一个。

8.根据前述权利要求1至2中任一项所述的电动机(1)，其特征在于，所述传感器容纳元件(9)的底部区段(16)具有引入漏斗(18)，其环绕地包围所述开口(17)。

9.根据前述权利要求1至2中任一项所述的电动机(1)，其特征在于，所述底部区段(16)的外面(19)在所述功能区段(14)的方向上锥形地逐渐变细且至少部分地贴靠在所述两个线圈层(8)的端部区段处。

10.一种用于制造根据前述权利要求1至9中任一项所述的电动机(1)的方法，在其中用于探测所述绕组头温度的温度传感器(7)布置在空心圆柱形的定子(3)的由多个以层的方式彼此相叠布置的、环绕的线圈层(8)构成的分布式绕组(5)的绕组头(6)中，其特征在于，提供形状稳定的传感器容纳元件(9)，所述传感器容纳元件(9)用于容纳所述温度传感器(7)且具有用于装入和取出所述温度传感器(7)的开口(17)，其中，在将所述线圈层(8)放入到所述定子(3)中之后且在将所述温度传感器(7)放入到所述绕组头(6)中之前，借助于接合到所述开口(17)中的插入辅助元件(28)将所述传感器容纳元件(9)如此地插入到彼此相叠布置的相邻的两个线圈层(8)之间，即，所述两个线圈层(8)被撑开且产生用于固定所述传感器容纳元件(9)的夹紧力(F_K)，其中，在将所述插入辅助元件(28)从所述开口(17)中移除之后，所述温度传感器(7)通过所述开口(17)被插入到所述传感器容纳元件(9)的容纳腔(15)中。

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