DE102013201835A1 - Anordnung zur Temperaturerfassung einer Statorwicklung einer elektrischen Maschine - Google Patents

Abstract

Es wird eine Anordnung zur Temperaturerfassung einer Statorwicklung (42) einer elektrischen Maschine (36) beschrieben mit einem Temperatursensor (10), der eine im Wesentlichen eindimensionale Konfiguration ausbildet und der einen Sensorkopf (12) mit Anschlussleitern (16a, b) aufweist und mit einem Anschlussleiter-Ausrichtelement (201), von dem die Anschlussleiter (16a, b) zumindest auf einem Teil derer Erstreckung geführt werden und welches zur Festlegung einer vorbestimmten Laterallage der Anschlussleiter bezüglich der elektrischen Maschine (36) ausgebildet ist, wobei ein freitragender Abschnitt des Temperatursensors (10) durch eine Öffnung (48) in ein Gehäuse (41) der elektrische Maschine (36) hineinragt und sich mit der Statorwicklung (42) im Wärmeübertragungskontakt befindet. Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussleiter-Ausrichtelement (201) aus einem Elastomerwerkstoff gefertigt ist, eine Dichtfläche zum Zusammenwirken mit dem Gehäuse (41) ausbildet und durch die Wirkung eines Haltelements (56) in Dichtanlage an dem Gehäuse (41) gehalten wird und eine Dichtverbindung zu den in diesem geführten Anschlussleitern (16a, b) ausbildet.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Temperaturerfassung einer Statorwicklung einer elektrischen Maschine gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs, wie diese beispielsweise mit der DE 10 2010 030 968 B4 bekannt geworden ist.
• Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Temperatursensor zur Erfassung einer Statorwicklungstemperatur einer elektrischen Maschine auf eine möglichst einfache Weise von einer Maschinenaußenseite aus blind zu montieren, so dass dieser zur definierten Anlage an einer Statorwicklung kommt und dort gleichzeitig vor äußeren Einflüssen, insbesondere vor Feuchtigkeit geschützt ist.
• Die vorstehend genannte Aufgabe wird mittels einer Anordnung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
• Mit der Erfindung wird eine Anordnung zur Temperaturerfassung einer Statorwicklung einer elektrischen Maschine bereitgestellt, welche einen Temperatursensor aufweist, der eine im Wesentlichen eindimensionale Konfiguration ausbildet und der einen Sensorkopf mit Anschlussleitern umfasst. Weiter umfasst die Anordnung ein Anschlussleiter-Ausrichtelement, von dem die Anschlussleiter zumindest auf einem Teil derer Erstreckung geführt werden und welches zur Festlegung einer vorbestimmten Laterallage der Anschlussleiter bezüglich der elektrischen Maschine ausgebildet ist, wobei ein freitragender Abschnitt des Temperatursensors durch eine Öffnung in ein Gehäuse der elektrische Maschine hineinragt und sich mit der Statorwicklung im Wärmeübertragungskontakt befindet. Die Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass das Anschlussleiter-Ausrichtelement aus einem Elastomerwerkstoff gefertigt ist, eine Dichtfläche zum Zusammenwirken mit dem Gehäuse ausbildet und durch die Wirkung eines Haltelements in Dichtanlage an dem Gehäuse gehalten wird und gleichzeitig eine Dichtverbindung zu den in diesem geführten Anschlussleitern ausbildet.
• In den unabhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
• Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beispielhaft erläutert.
• Es zeigen:
• 1 einen konfektionierten Temperatursensor;
• 2 eine Darstellung des freitragenden Sensorabschnittes in einem Querschnitt;
• 3 ein Anschlussleiter-Ausrichtelement in verschiedenen Lagen;
• 4 eine Anordnung eines Sensors an einem Träger;
• 5a, b eine Darstellung einer elektrischen Maschine mit einem zwischen zwei Statorspulen angeordneten Temperatursensor;
• 6 einen an einer Gehäuseaußenseite einer elektrischen Maschine angeordneten Temperatursensor mit einem Steckanschluss.
• In 1 ist ein bereits konfektionierter Temperatursensor 10 dargestellt, der einen Sensorkopf 12 mit zwei Sensor-Anschlüssen 12a, b umfasst, die jeweils mittels einer Crimpverbindung an zwei gegenseitig in der Erstreckungsrichtung zueinander versetzten Verbindungsstellen 14a, b mit isolierten Anschlussleitern 16a, b verbunden sind, welche zumindest mittelbar mit einer Auswerte- oder einer Steuerelektronik einer elektrischen Maschine verbindbar sind.
• Der Temperatursensor 10 ist vorliegend als ein NTC- oder PTC-Widerstandselement ausgebildet, was jedoch für die nachfolgenden Erläuterungen unbeachtlich ist. Der Temperatursensor 10 umfasst weiter eine äußere Schutzhülle, insbesondere eine Kunststoffhülle 18 beispielsweise in Form eines Schrumpfschlauches, die den Sensorkopf 12 vollständig und die Anschlussleiter 16a, b zumindest auf einem Teil der Länge umgibt, wobei der sensorkopfseitige Endabschnitt der Kunststoffhülle 18 verschlossen ist. Es erkennbar, dass der Sensor 10 etwa stabförmig und im Wesentlichen eindimensional ausgebildet ist und wie in 2 zu sehen, in einer Lateralebene einen, von einem Kreisquerschnitt abweichenden und in Radialrichtung ungleichförmigen, etwa elliptischen äußeren Querschnitt aufweist.
• Mit der Bezugsziffer 20 ist ein Anschlussleiter-Ausrichtelement bezeichnet, in welches die beiden Anschlussleiter 16a, b eingelegt und dort festgelegt sind, so dass eine auf die freien Anschlusssenden der Anschlussleiter 16a, b einwirkende Zugbelastung von den Verbindungsstellen 14a, b ferngehalten wird und diese dadurch zugentlastet sind. Neben der Zugentlastung bewirkt das Anschlussleiter-Ausrichtelement 20 auch eine Lageänderung der beiden Anschlussleiter 16a, b. Diese treten an dem Anschlussleiter-Ausrichtelement 20 von einem hier nicht gezeigten Verschaltungs- oder Anschlusspunkt kommend mit einer vorbestimmten räumlichen Eintrittslage ein und erfahren innerhalb des Anschlussleiter-Ausrichtelements 20, genauer durch eine dort eingebrachte Führungsstruktur eine Lageänderung zu einer gegenüber der Eintrittslage definierten Austrittslage hin, mit welcher die Anschlussleiter 16a, b aus dem Anschlussleiter-Ausrichtelement 20 in Richtung des Sensorkopfes 12 austreten.
• Das in 3 in zwei verschiedenen perspektivischen Ansichten gezeigte Anschlussleiter-Ausrichtelement 20 ist hier als ein elastisches Kunststoffspritzteil mit zwei winklig zueinander stehenden Schenkeln 22, 24 ausgebildet. Die winklige Ausgestaltung des Anschlussleiter-Ausrichtelementes ist jedoch keinesfalls zwingend, vielmehr kann diese grundsätzlich frei an die an einem Montageort vorliegenden Gegebenheiten angepasst werden. Vorliegend bildet der Schenkel 22 eine wannenförmige Eingangsstruktur, in deren Boden die Anschlussleiter 16a, b von einem Anschlusspunkt kommend nebeneinander eingelegt werden können. Der winklig, hier insbesondere rechtwinklig dazu abstehende Schenkel 24 ist außen rohrförmig ausgeführt und bildet eine Ausgangsstruktur. In einem der Schenkel 22, 24 oder zwischen den Schenkeln 22, 24 ist ein hier als scheibenförmige Wand ausgeführter Bereich 26 mit zwei Durchgangsöffnungen 26a, b vorgesehen, welcher bezogen auf eine axiale Erstreckung der Anschlussleiter 16a, b deren Verdrehung in einer Lateralebene herbeiführt. Es ist in 3 erkennbar, dass am freien Ende der Ausgangsstruktur bzw. des Schenkels 24 eine an den äußeren Querschnitt der Hülle 18 bzw. diesen Querschnitt prägende, angepasste und hier etwa elliptische Ausnehmung bzw. ein Aufnahmeabschnitt 28 vorgesehen ist, welcher den offenen Endabschnitt der Kunststoffhülle 18 einfasst und diesen sowohl radial als auch zumindest in eine Richtung axial fixiert. Die Schutzhülle 18 kann dort zusätzlich durch Kleben oder durch eine gegenseitige Rast- oder Klemmverbindung auch axial beidseitig fixiert werden. Durch diese Ausbildung wird der Sensorkopf 12 mittels der Hülle 18 freitragend an dem Anschlussleiter-Ausrichtelement 20 gehalten.
• Die Abwinklung zwischen der Eingangs- und der Ausgangsstruktur 22, 24 ist so gestaltet, dass die innere Führungsstruktur innerhalb des Anschlussleiter-Ausrichtelementes 20 bezogen auf eine axiale Erstreckung der Anschlussleiter 16a, b unter Berücksichtigung eines minimal zulässigen Biegeradius R_min. gewinkelt ausgebildet ist, wie dieses in 1 zu erkennen ist.
• Zur definierten Festlegung des Temperatursensors 10 an einer Vorrichtung bzw. an einem Trägerelement 32 ist an dem Anschlussleiter-Ausrichtelement 20 mit Blick auf 4 ein Haltebereich vorgesehen, der im vorliegenden Beispiel an dem rohrförmigen Schenkel 24 eine Ringnut 30 umfasst. In diese Ringnut 30, die hier einen Teil einer Rastverbindung darstellt, kann ein dazu korrespondierender Halteabschnitt 34 bzw. Gegenrastabschnitt des Trägerelements 32 eingreifen und den Sensor 10 in dessen Haupterstreckungsrichtung als auch lateral dazu sichern, wozu der Haltebereich des Trägerelements 32 ein bezüglich der Anordnung innerhalb einer Lateralebene eindeutiges Konstruktionsmerkmal aufweist, so dass der Temperatursensor 10 mit dessen Rohrschenkel 24 nur in einer gegenüber dem Trägerelement 32 vorbestimmten Drehlage angeordnet werden kann. Auf diese Weise kann der Temperatursensor 10 räumlich gerichtet und in eindeutiger Weise an einem Trägerelement festgelegt werden.
• Die 5a, b zeigen eine Anordnung zur Erfassung einer Temperatur einer elektrischen Maschine 36 mit einem vorstehend erläuterten Temperatursensor 10, wobei dessen Anschlussleiter-Ausrichtelement 20 hierbei mittels eines zuvor beschriebenen Trägerelements 32 und mittels eines Stator-Trageringes 40 an oder zu einem Stator 38 der elektrischen Maschine 36 festgelegt ist. Dabei ist der freitragende Abschnitt des Temperatursensors 10 bezüglich dessen axialer Erstreckung in einer Lateralebene zu einer Statorwicklung definiert ausgerichtet. Insbesondere umfasst die Statorwicklung regelmäßig am Umfang des insgesamt kreisförmigen Stators 38 angeordnete Einzelspulen 42, die auf, an einem Statorjoch 44 vorgesehenen Statorzähnen angeordnet sind und wobei jeweils zwischen zwei Spulen 42 ein Zwischenraum 43 in Umfangsrichtung ausgebildet ist. Im vorliegenden Fall ist ein Ausschnitt einer elektrischen Maschine 36 mit einem im Inneren des Stators 38 angeordneten Rotor 46 dargestellt, der um eine Achse A drehbar gelagert ist. Der zwischen zwei Spulen 42 existierende Zwischenraum 43 ist dabei keilförmig und sich nach radial innen verjüngend ausgebildet. Es ist erkennbar, dass der freitragende Abschnitt des Temperatursensors 10 bezüglich der elektrischen Maschine 36 axial in einen solchen Zwischenraum 43 hineinragt, wobei die kürzere Lateralausdehnung des freitragenden Sensorabschnitts in Umfangsrichtung und die längere Lateralausdehnung bezüglich der elektrischen Maschine 36 in Radialrichtung ausgerichtet ist und wobei der Sensorkopf unter Zwischenlagerung der Schutzhülle 18 im Anlage- und Wärmeübertragungskontakt zu einer oder beiden benachbarten Spulen 42 steht.
• 6 zeigt eine weitere Anordnung zur Temperaturerfassung einer Statorwicklung einer elektrischen Maschine 36, welche dazu an der Außenseite eines Maschinengehäuses 41 festgelegt ist. Die Anordnung basiert grundsätzlich auf einem voranstehend erläuterten Temperatursensor 10, der wiederum eine im Wesentlichen eindimensionale Konfiguration ausbildet und der endseitig einen, in einer Schutzhülle 18 befindlichen Sensorkopf mit zwei Anschlussleitern 16a, b aufweist, welche hier nur teilweise sichtbar sind. Der freitragende Abschnitt des Temperatursensors 10 ragt mittels eines in der vorhergehenden Beschreibung erläuterten, hierbei jedoch röhrchenförmig gestreckt ausgebildeten Anschlussleiter-Ausrichtelements 201 durch eine stirnseitige Gehäuseöffnung 48 axial in die elektrische Maschine 36 hinein und greift in einen zwischen zwei Spulen 42 der Statorwicklung gebildeten Zwischenraum 43 ein. Der Sensorkopf 12 befindet sich dort mit der Statorwicklung, das heißt mit den Spulen 42 im Wärmeübertragungskontakt.
• Durch das hier aus einem Elastomerwerkstoff bestehende Anschlussleiter-Ausrichtelement 201 werden die hier teilweise dargestellten Anschlussleiter 16a, b zumindest auf einem Teil von deren Erstreckung geführt und getragen, wozu zwei durchgehende und gegenseitig voneinander separierte Kanäle 50a, b vorgesehen sind. Der zur Statorwicklung 42 weisende und aus dem Ausrichtelement 201 heraustretende Abschnitt der Anschlussleiter 16a, b ist wiederum innerhalb einer selbsttragenden Schutzhülle 18 angeordnet. Das Ausrichtelement 201 legt durch die Anordnung und Ausrichtung der Kanäle 50a, b zugleich eine vorbestimmte Laterallage der Anschlussleiter 16a, b bezüglich der elektrischen Maschine 36 fest, wobei die Anschlussleiter 16a, b insbesondere radial in dem Zwischenraum 43 ausgerichtet sind, wie dieses bereits in 5b dargestellt ist.
• Das Anschlussleiter-Ausrichtelement 201 weist außenseitig der E-Maschine 36 einen Ringkragen 52 auf, dessen zur Statorwicklung, d.h. zu den Spulen 42 weisende Fläche eine Dichtfläche zum Zusammenwirken mit dem Gehäuse 41 bildet. Die gegenüberliegende Fläche ist Teil einer Nut 54 zur Anordnung eines am Gehäuse 41 festgelegten Halteelements 56, insbesondere eines Halteblechs, mit dem das Anschlussleiter-Ausrichtelement 201 in Anlage an dem Gehäuse 41 gehalten wird. Beim Festlegen des Ausrichtelements 201 wird dieses durch die Wirkung eines Befestigungsmittels, insbesondere einer Verschraubung 58 elastisch verformt, wobei gleichzeitig auch eine Dichtverbindung zu den in diesem geführten Anschlussleitern 16a, b hergestellt wird. Alternativ kann das Halteelement 56 auch als Einschraubelement oder als ein Rastelement ausgeführt werden.
• Das Ausrichtelement 201 ist mit einem Lateralspiel in die Gehäuseöffnung 48 eingesetzt, so dass sich der Temperatursensor 10 selbstjustierend in einen Spulen-Zwischenraum 43 der Statorwicklung 42 einführbar ist. Des Weiteren weist der Temperatursensor 10 ein an dem Halteelement 56 angeordneten elektrischen Steckanschluss 60 zur Verbindung mit einer nicht dargestellten Auswerte- oder Ansteuerelektronik auf.
• Bezugszeichenliste

10

Temperatursensor

12

Sensorkopf

12a, b

Sensor-Anschluss

14a, b

Verbindungsstelle

16a, b

Anschlussleiter

18

Schutzhülle

20, 201

Anschlussleiter-Ausrichtelement

22, 24

Schenkel

26

Wandbereich

26a, b

Öffnung

28

Aufnahmeabschnitt

30

Ringnut

32

Trägerelement

34

Halteabschnitt

36

elektrische Maschine

38

Stator

40

Tragering

41

Maschinengehäuse

42

Spule

43

Zwischenraum

44

Statorjoch

46

Rotor

48

Gehäuseöffnung

50a, b

Kanal

52

Ringkragen

54

Nut

56

Halteelement

58

Befestigungsmittel

60

Steckanschluss

A

Rotorachse

R_min

Biegeradius

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102010030968 B4 [0001]

Claims (3)

1. Anordnung zur Temperaturerfassung einer Statorwicklung (42) einer elektrischen Maschine (36) mit – einem Temperatursensor (10), der eine im Wesentlichen eindimensionale Konfiguration ausbildet und der einen Sensorkopf (12) mit Anschlussleitern (16a, b) aufweist und mit – einem Anschlussleiter-Ausrichtelement (201), von dem die Anschlussleiter (16a, b) zumindest auf einem Teil derer Erstreckung geführt werden und welches zur Festlegung einer vorbestimmten Laterallage der Anschlussleiter (16a, b) bezüglich der elektrischen Maschine (36) ausgebildet ist, wobei – ein freitragender Abschnitt des Temperatursensors (10) durch eine Öffnung (48) in ein Gehäuse (41) der elektrische Maschine (36) hineinragt und sich mit der Statorwicklung (42) im Wärmeübertragungskontakt befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussleiter-Ausrichtelement (201) – aus einem Elastomerwerkstoff gefertigt ist, – eine Dichtfläche zum Zusammenwirken mit dem Gehäuse (41) ausbildet und durch die Wirkung eines Haltelements (56) in Dichtanlage an dem Gehäuse (41) gehalten wird und – eine Dichtverbindung zu den in diesem geführten Anschlussleitern (16a, b) ausbildet.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (10) unter Ausnutzung eines Lateralspiels zu der Gehäuseöffnung (48) selbstjustierend in einen Spulen-Zwischenraum (43) der Statorwicklung (42) angeordnet bzw. einführbar ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (10) ein an dem Halteelement (56) angeordneten Steckanschluss (60) zur Verbindung der Anschlussleiter (16a, b) aufweist.

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