CN112219343A - 电动机器的具有温度传感器的定子和具有这种定子的电动机器 - Google Patents

Abstract

描述了一种电动机器(1)的定子(3)，该定子包括具有多个线圈(5)的定子绕组(4)，其中线圈(5)借助于连接导体(7)互相连接，并且其中在连接导体上(7)布置有温度传感器(10)，并且该温度传感器与这个连接导体处于热接触以检测温度。在此，为了将温度传感器(10)紧固在连接导体(7)上而设置有紧固元件(16)，该紧固元件同样支撑在连接导体(7)上。提出的是，紧固元件(7)被设计成以无需工具的方式装配在连接导体(7)上。本发明还涉及一种具有这种定子的电动机器。

Description

电动机器的具有温度传感器的定子和具有这种定子的电动 机器

本发明涉及一种根据专利权利要求1的前序部分所述的、电动机器的具有温度传感器的定子，以及一种根据权利要求14所述的配备有所述定子的电动机器。

为了使电动机器可靠地运行，已知的是在定子的绕组系统或者在绕组系统的互连装置上布置用于监测运行温度的温度传感器。由此，该机器可以在电学意义上被调节，其方式为使得避免定子绕组过热或者避免转子的磁体组件出现不允许的高温，并且使得该机器可以热稳定地工作。

JP 4792884 B2公开了一种具有定子的电动机器，在该定子上实施有呈单齿绕线圈(Einzelzahnspulen)形式的绕组。线圈末端与在载体板上形成的互连装置电连接，该互连装置借助于盖板被固持在定子的端侧并且与线圈轴向相邻。在互连装置的载体板与线圈之间形成空间区域，温度传感器被夹紧在该空间区域中并且在那里贴靠与其相邻的线圈绕组，以用于检测定子绕组系统的运行温度。

在借助EP 2 837 085 B1已知的电动机器中，定子绕组的末端以预先确定的方式与多个连接导体相连接，这些连接导体在定子端侧被布置在例如环盘形的塑料载体元件内并且共同形成互连装置。为了布置温度传感器，在载体元件的径向外部区域中引入槽缝，传感器的接线片能够被置入到这些槽缝中并且在朝向定子的一侧通过与焊接至设置在那里的盘状件而产生电连接。传感器自身通过接线片变形而围绕互连装置的外边缘来引导，并且在背离定子的一侧以与连接导体处于贴靠接触的方式被引入在凹口内并且被定位在那里。此外，传感器还受到盖板元件的作用以便产生与连接导体的可靠的热接触，该盖板元件可以通过按压力而在朝向连接导体的方向上紧固在载体元件上。

JP 2015 053 814 A同样描述了一种具有定子绕组和所属的互连装置的电动机器，该电动机器同样包括被布置在塑料载体元件中的连接导体。借助于可弹性变形的固持件将温度传感器固定在所提到的载体元件上，该温度传感器的用于检测电动机器的温度的传感器头以热传递的方式贴靠定子绕组的导体元件。

此外，从通用类型的US 2013/0270973 A1中得出一种具有定子绕组的电动机器，该定子绕组的线圈借助于星形线路相连接，并且其中在线路的、位于定子的端侧上的并且在两个线圈连接区域之间延伸的、自由支撑的中性导体上布置温度传感器。为了布置温度传感器，在中性导体上形成U形弯曲的区域，该温度传感器以其传感器头被置入到该区域中，并且其中这个区域为了持久地固定传感器而用塑料进行注塑包覆。中性导体在其整个长度上被实施成具有与线圈的导体元件的截面相对应的截面。

本发明的目的在于，提供一种电动机器的所属类型的定子，该定子具有易于装配的且同时操作可靠地固定的温度传感器。

根据第一方面，该目的通过电动机器的、具有专利权利要求1的特征的定子来实现。本发明的有利的实施方式和改进方案在从属权利要求和以下描述中给出并且可以从附图中得出。

本发明提出一种电动机器的定子，所述定子具有定子绕组，所述定子绕组具有多个线圈，其中所述线圈借助于连接导体互相连接。在此，在连接导体上布置有温度传感器，所述温度传感器与这个连接导体处于热接触以检测温度。为了将所述温度传感器紧固在所述连接导体上而设置有紧固元件，所述紧固元件支撑在所述连接导体上。

本发明的突出之处在于，所述紧固元件被设计成以无需工具的方式装配在所述连接导体上。

被设计成以无需工具的方式进行装配的紧固元件提供如下优点，即例如通过将紧固元件简单地插接到连接导体上来装配温度传感器。在此，传感器可以被夹紧在紧固元件与连接导体之间。通过这种简化可以以另外的优点来实现自动化装配。此外，传感器的装配可以在线圈和连接导体被固定在定子上并且互相焊封或焊接之后实现。因此，温度传感器被保护不受在焊接或焊封定子绕组的导体元件时引入的过程热量并且因此不受损害。此外，在发生故障的情况下，可以容易地更换温度传感器，而无需改变传感器头的装配位置。

温度传感器例如可以作为NTC电阻器存在并且总体上具有杆形的结构，该结构具有滴状的传感器头和容纳在绝缘软管或伸缩软管中的接线片。有利的是，传感器的两个接线片在一个共同的方向上铺设并且柔性地实施。其他已知的构造方式同样是可行的。在所阐述的布置中，连接导体是可以被布置在定子的端侧上的并且为了装配传感器是可以从背离该定子的一侧自由触及的。

连接导体优选被实施为汇流条，在多相电动机器中，这些汇流条针对每个相并且取决于互连方式也针对中性导体而存在。连接导体可以在其整个延伸尺寸上或者至少在温度传感器的贴靠区域中以自由支承的方式(即无需通过载体元件来辅助)被布置在两个连接区域之间，或者替代性地由载体元件接纳并且由这个载体元件支撑。紧固元件可以被实施为一种例如由丝线、板或塑料制成的固持夹具。有利的是，所述紧固元件相对于温度传感器的传感器头具有相对较小的热容量并且/或者相对于所述传感器头至少最大可能地热隔绝。为此以有利的方式使传感器与紧固元件的贴靠区域最小化。

有利的是，所述温度传感器在所述紧固元件的协助下以预紧的方式与所述连接导体处于贴靠。通过产生预紧来确保可靠的热接触，该热接触结合传感器的尽可能大的贴靠面并且必要时通过额外引入的导热胶或热传递介质来实现传感器的好的响应性能。紧固元件对布置温度传感器的协助应意味着：根据一个有利的设计方案，紧固元件要么本身可以施加预紧力并且可以弹性地变形以产生预紧；要么将支撑在紧固元件上的弹性元件嵌入在温度传感器与紧固元件之间。为了实现第一变体，紧固元件可以具有作用到温度传感器上的弹簧弹性的区段。

特别有利的是，紧固元件与连接导体的相互连接可以被设计为咬合连接或卡锁连接。为此，紧固元件可以具有对应的咬合钩或卡锁钩，该咬合钩或卡锁钩可以在连接导体处接合到边缘区域和/或为此设置的凹口中。连接尤其可以被设计为单向卡锁连接，以便还更可靠地避免由电动机器的由运行导致的振动所引起的无意松脱。

根据一个实施方式，所述温度传感器可以具有由塑料制成的壳体，所述壳体自身形成所述紧固元件，或者所述壳体与所述紧固元件共同作用。温度传感器可以以其壳体形成预组装单元，并且因此是能够为了进行手动装配或机械装配而更容易且更可靠地操作的。此外，可以提供由壳体限定的面，以用于贴靠连接导体并且必要时贴靠单独的紧固元件。

根据一个有利的改进方案，为了更好地进行布置的目的，所述壳体可以具有用于固定在所述连接导体上的、至少一个另外的紧固元件。另外的紧固元件可以在壳体上被设计为卡锁元件或可热变形的、用于支撑在连接导体上的突起。

任选地，所述壳体可以具有：作用到传感器头上的可移位的壳体部分和相对于所述传感器头固定的壳体部分，其中紧固元件与所述可移位的壳体部分共同作用，并且所述另外的紧固元件将所述固定的壳体部分固定在所述连接导体上。因此，一方面温度传感器在连接导体上的局部固定和另一方面在传感器的装配位置处产生到该传感器上的预紧是可以在功能上分开的。

为了检测电动机器的特征温度，任选地可以在连接导体或在汇流条上设计两条平行的电流路径，其中所述温度传感器被布置在所述电流路径中的一条电流路径上。为了形成较大的电流承载能力，相连接导体和中性导体能够实施成具有比线圈的或线圈的导体元件的导体截面大数倍的截面。通过将连接导体划分为至少两条电流路径，可以至少近似地模拟所选择的导体元件或定子的线圈的导体区段的热状况。因此，用于布置温度传感器的电流路径可以通过设置导体截面和导体长度而在热学上适配于定子或转子上的任何期望的其他位置。电流路径可以被设计成具有相同的或不同的长度。在此，电流路径的有效截面可以是相同的或者可以是不同于彼此的。也就是说，在连接导体的指定的截面中，也可以仅藉由电流路径的长度来设置在传感器路径上主导的温度。另一方面，在电流路径一样长的情况下，可以在这些电流路径上分别形成不同的截面。

尤其，可以通过传感器路径的限定的设计方案来反映在电动机器上产生的限定的临界运行温度。限定的临界运行温度可以是这样的温度，即在该温度下电动机器的效率发生不希望的或不允许的下降或者在超过该温度时可能预见性地损坏该电动机器。在此，可以藉由在温度传感器的装配位置并且在期望的其他位置处的参考温度测量来容易地进行适配。不需要在连接导体的整个延伸尺寸上将其划分成两条电流路径。仅在延伸部的部分区域中将连接导体划分成两条电流路径是足够的，从而提供大到足以布置温度传感器且检测特征温度的区段。

温度传感器的接近实际的可用的测量值是可达到的，其方式是这两条电流路径借助于凹口而在空间上分开，并且是相对于彼此间隔开地设计的。在此，所述凹口被设计成使得用作热源的电流路径彼此之间大体上无法进行热学上的相互作用。

同样，对于设置期望的电流密度并且因此对于模拟热状况有利的是(然而不是强制的)：连接导体至少在温度传感器的贴靠区域中是由与定子绕组的线圈的导体元件相同的导体材料和大体上相同的导体截面形成的。

此外，连接导体在温度传感器的贴靠区域外的区域中可以具有比线圈的导体元件更大的导体截面。

根据另一个方面，开篇所述的目的通过根据权利要求14所述的具有转子和如上所述的定子的电动机器来实现。

下面参考附图示例性地阐述本发明。

在附图中：

图1示出了具有温度传感器的电动机器的示意性概览图；

图2a示出了电动机器的定子的被设计用于布置温度传感器的连接导体的局部视图；

图2b示出了具有紧固开口的图2a的连接导体；

图3a-c以不同的视图示出了用于布置温度传感器的第一实施例；

图4a-c以不同的视图示出了用于布置温度传感器的第二实施例；

图5a-c以不同的视图示出了用于布置温度传感器的第三实施例。

在图1中首先仅示意性地示出了多相电动机器1，该电动机器具有可围绕轴线A旋转的转子2和定子3。定子3具有定子绕组4，该定子绕组具有(在此未详细示出的)多个线圈5，该定子绕组例如可以被设计为具有单齿绕线圈的集中式绕组或者被设计为成形杆绕组，尤其在使用截面为矩形的、并且由铜制成的发卡形的导体元件6的情况下被设计为发卡式绕组。绕组4的导体元件6在定子3的端侧3a、3b形成绕组头4a、b，并且在端侧3a处在轴向上进一步被引出并且在那里借助于多个连接导体7A-7C互相连接。连接导体7A-7C同样由铜制成并且尤其被设计为带形的汇流条8，并且这些连接导体在定子3的绕组系统上用作相导体和必要时附加地用作中性导体。连接导体7A-7C是在径向或轴向上梯级地布置在定子3上的，并且以其整体形成定子绕组4的互连装置9，该互连装置沿周向方向至少在定子3的一部分上延伸。示例性地，在连接导体7A上布置有温度传感器10，该温度传感器与这个连接导体处于热接触以检测温度。

下面借助在图3至图5中示出的实施例来阐述温度传感器10的布置方式的详细的方式方法，其中图2a示出了针对这一目的所设计的连接导体7的局部。温度传感器10在此被设计为NTC电阻器，并且具有总体上杆形的结构，该结构具有滴状的传感器头10a和接线片10b、c，温度传感器相对于周围环境电绝缘地容纳在呈薄壁的伸缩软管形式的绝缘护套10c中。

在考虑到图2a的情况下，为了将传感器10布置在连接导体7上而设计有两条电并联的电流路径71、72，其中温度传感器10被布置在电流路径71(下面被称为传感器路径71)上。连接导体7在所示出的区域中设计有一致相同的材料厚度。电流路径71、72借助于第一凹口12而在空间上分开，并且是相对于彼此间隔开地设计的。凹口12被设计成使得电流路径71、72彼此之间大体上无法进行热学上的相互作用。电动机器1的连接导体7是由与定子绕组4的线圈5的导体元件6相同的导体材料形成的。连接导体7在邻接电流路径71、72的区域73、74中(即在温度传感器的贴靠区域外)具有比线圈5的导体元件6更大的导体截面。相对于被引入到连接导体7的内部区域中的第一凹口12，在连接导体7的外部区域设置有另外的第二凹口14。如在图中可以看到的，在此传感器路径71和电流路径72在几何上不是彼此平行地延伸的，而是围成一定角度、尤其是锐角。此外，传感器路径71的主延伸区域71a和电流路径72相比具有不同的长度。在此，整个传感器路径71被设计成具有比电流路径72更大的长度。电流路径71、72的截面是相同地实施的。

通过设置传感器路径71的长度，在这个传感器路径中产生的电流密度和因此在这个位置产生的温度可以有针对性地与远离这个位置且尤其在定子绕组4的卷绕区域中产生的特征温度相适应，或者以任意的方式适配或者从这个温度推断出。除了设置长度或者替代于此，还可以藉由改变传感器路径71和/或电并联的电流路径72的截面来进行这种设置。在主延伸区域71a外连接有在两侧弯成角度的且相对较短的副延伸区域71b、c。连接导体7在布置传感器的区域中的内轮廓和外轮廓的成形优选可以通过冲压进行。在所有下面阐述的布置方式中，为了将温度传感器10紧固在连接导体7上而设置有支撑在连接导体7上的紧固元件16，并且其中紧固元件16被设计成以无需工具的方式装配在连接导体7上。

在所有示出的实施例中，杆形的温度传感器10以其主延伸方向贴靠传感器路径71的主延伸区域71a。相应地设置有夹具18作为紧固元件16，该夹具是由弹性的板材料、尤其由弹簧钢弯曲而成的。紧固元件16相对于传感器头10具有相对较小的热容量并且/或者相对于传感器头10至少最大可能地热隔绝。

在根据图3a-c的第一实施例中，夹具18以从共用的连接区域18a伸出的平行的两个臂18b、c从传感器10开始夹持在传感器路径71上。臂18b、c在其端部区域分别具有相对于彼此远离指向的引入区段18d、e，这些引入区段共同形成用于传感器10的引入区域。

臂10b、c成形的方式为使得这些臂可以在装配夹具18时由于在将传感器10引入到引入区域中时从温度传感器10的方向的进给运动而自动弹性地扩展，从而使得夹具18可以被容易地推过传感器10和传感器路径71。在到达指定的装配位置之后，臂18b、c能够在传感器路径71的背面借助于向内指向的固持区段18f、g包住传感器路径并且在此在卡入到位的情况下返回到其平行的初始位置。紧固元件16与连接导体7的相互连接被设计为咬合连接或卡锁连接。因此，温度传感器10被夹紧在连接区域18a和传感器路径71之间，其中这个温度传感器通过设置在连接区域18上的弹簧区段18h借助预紧而被按压到传感器路径71上。

根据借助图4a-c示出的第二实施例，温度传感器10具有由塑料、尤其由热塑性塑料制成的壳体20。壳体20在指向传感器路径71的一侧是敞开的，从而使得传感器10可以被置入或者被推入到壳体20中，并且传感器头10a可以贴靠壳体20并且贴靠传感器路径71。壳体20是两件式地构造的，其中在固定的壳体部分20a中引入有可以在朝向传感器路径71的方向上移位的壳体部分20b，该可移位的壳体部分可以在预紧力的作用下在朝向传感器路径71的方向上按压传感器头10a。预紧力进而由实施为夹具18的弹性紧固元件16产生。在本示例中，夹具18以其连接区域18a相对于图3的示例以旋转了90°的方式布置，并且因此可以在侧向、即在连接导体7的平面中被进给并且被装配。在装配时，臂18b接合可移动的壳体部分20b的从壳体部分20a伸出的区段，并且由两个侧向的壁区段20d、e被固持在这个位置上并且受到引导。大体上相对于第一臂平行地布置的第二臂18c接合在电流路径71的背离传感器头10a的一侧，并且可以在借助固持区段18i卡入到位时在这个电流路径后方接合并且在此卡入到凹口12中。壳体部分20a与预组装的传感器10的连接是可松脱的并且示例性地借助于连接元件22(在此为线束扎带)实现。在此，还可以通过粘合实现不可松脱的连接或者实现作为注塑部件等的设计方案。

图5a-c示出了用于将温度传感器10布置在连接导体7上的第三实施例。该示例基于图4a-c的示例，其中固定的壳体部分20a已扩展了两个侧向地从这个固定的壳体部分在连接导体7的平面中伸出的区段20f、g，这些区段形成用于将温度传感器10固定在连接导体7上的另外的紧固元件。从这些区段20f、g中分别得出销钉形或铆钉形的突出部20h、i，这些突起部可以贯穿以图2b示出的连接导体7的紧固开口75、76。壳体20至少以其固定的部分20a由热塑性材料制成，从而使得突出部20h、i能够在热学上变形成铆钉头并且可以将壳体部分20a固定在连接导体7上。如相对于图4阐述的，夹具18经由可移动的壳体部分20b作用于传感器头10a。为了更好地概览，在图5b、c中未以图形方式示出夹具18。预组装的杆形的传感器10因此可以被置入或者被推入到固定的壳体部分20a中，并且通过布置夹具18借助于可移动的壳体部分20b以预紧的方式贴靠连接导体7。替代性地，壳体20的一个或多个紧固元件20h、i例如还可以被设计为卡锁元件或咬合元件。

附图标记清单

1 电动机器 18b，c 臂

2 转子 18d 引入区段

3 定子 18f 固持区段

3a，b 端侧 18h 弹簧区段

4 定子绕组 18i 固持区段

4a，b 绕组头 20 壳体

5 线圈 20a 固定的壳体部分

6 导体元件 20b 可移动的壳体部分

7A-C 连接导体 20d，e 壁区段

8 汇流条 20f，g 侧区段

10 温度传感器 20h，i 突出部

10a 传感器头 22 连接元件

10b，c 接线片 71 电流路径

10d 绝缘护套 71a 主延伸区域

12 凹口 71b，c 副延伸区域

14 凹口 72 电流路径

16 紧固元件 73，74 区域

18 夹具 75，76 紧固开口

18a 连接区域 A 旋转轴线

Claims (14)

1.一种电动机器(1)的定子(3)，所述定子包括：

-具有多个线圈(5)的定子绕组(4)，其中

-所述线圈(5)借助于连接导体(7)互相连接，并且其中

-在连接导体上(7)布置有温度传感器(10)，并且所述温度传感器与所述连接导体处于热接触以检测温度，并且其中

-为了将所述温度传感器(10)紧固在所述连接导体(7)上而设置有紧固元件(16)，所述紧固元件支撑在所述连接导体(7)上，

其特征在于，所述紧固元件(7)被设计成以无需工具的方式装配在所述连接导体(7)上。

2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述温度传感器(10)在所述紧固元件(16)的协助下以预紧的方式与所述连接导体(7)处于贴靠。

3.根据权利要求1或2所述的定子，其特征在于，所述紧固元件(16)能够弹性地变形以产生预紧。

4.根据权利要求1至3之一所述的定子，其特征在于，紧固元件(16)与连接导体的相互连接被设计为咬合连接或卡锁连接。

5.根据权利要求1至4之一所述的定子，其特征在于，所述紧固元件(16)相对于所述温度传感器(10)的传感器头(10a)具有相对较小的热容量并且/或者相对于所述传感器头(10a)是热隔绝的。

6.根据权利要求1至5之一所述的定子，其特征在于，所述温度传感器(10)具有由塑料制成的壳体(20)，所述壳体形成所述紧固元件(16)，或者所述壳体与所述紧固元件(16)共同作用。

7.根据权利要求6所述的定子，其特征在于，所述壳体(20)具有至少一个另外的紧固元件(20h，i)，所述至少一个另外的紧固元件用于固定在所述连接导体(7)上。

8.根据权利要求7所述的定子，其特征在于，所述壳体(20)具有作用于所述传感器头(10a)上的能够移位的壳体部分(20b)和相对于所述传感器头固定的壳体部分(20a)，其中紧固元件(16)与所述能够移位的壳体部分(20b)共同作用，并且紧固元件(20h，i)将所述固定的壳体部分(20a)固定在所述连接导体(7)上。

9.根据权利要求8所述的定子，其特征在于，所述另外的紧固元件(20h，i)被设计为卡锁元件或者被设计为能够热变形的、用于支撑在所述连接导体(7)上的突起。

10.根据权利要求1至9之一所述的定子，其特征在于，在所述连接导体(7)上设计有两条并联的电流路径(71，72)，其中所述温度传感器(10)被布置在所述电流路径中的一个电流路径(71)上。

11.根据权利要求10所述的定子，其特征在于，所述电流路径(71，72)借助于凹口(12)而在空间上分开，并且是相对于彼此间隔开地设计的，并且其中所述凹口(12)被设计成使得所述电流路径(71，72)彼此之间大体上无法进行热学上的相互作用。

12.根据权利要求1至11之一所述的定子，其特征在于，所述连接导体(7)至少在所述温度传感器(10)的贴靠区域(71a)中是由与所述定子绕组(3)的线圈(5)的导体元件(6)相同的导体材料并且大体上相同的导体横截面形成的。

13.根据权利要求1至12之一所述的定子，其特征在于，所述连接导体(7)在所述温度传感器(10)的贴靠区域(71a)外的区域(73，74)中具有比所述线圈(5)的导体元件(6)更大的导体截面。

14.一种具有转子(2)和根据权利要求1至13之一所述的定子(3)的电动机器(1)。

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