-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft eine Spule für eine Elektromaschine und einen Stator für eine Elektrokraftmaschine.
-
Stand der Technik
-
Elektrokraftmaschinen, beispielsweise Elektromotoren, weisen einen Rotor und einen Stator auf, welche jeweils eine Mehrzahl von Einzelzahnspulen aufweisen können, die einer Überwachung ihrer physikalischen Parameter wie z. B. der Temperatur unterliegen können. Für die Temperaturüberwachung einer Spule kann beispielsweise ein Temperatursensor in Form eines NTC-Widerstandes an einer Oberfläche einer Spule angebracht werden. Dabei wird ein solcher Temperatursensor beispielsweise an derjenigen Stelle, welche auch als sog. „hot spot“ bezeichnet wird, der Oberfläche der Spule angebracht, an der die höchste Temperatur vorliegt.
-
DE 10 2010 063 581 A1 beschreibt einen Stator einer elektrischen Maschine, der einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur an einer elektrischen Spule aufweist. Der Temperatursensor wird von einem Sensorträger gehalten und gegen die zu überwachende Spule gedrückt, wobei der Sensorträger zwischen zwei benachbarten Spulen angeordnet ist.
-
Alternativ kann der Temperatursensor mittels zusätzlicher Befestigungsmaterialien (z.B. Klebeband) an der Spule befestigt werden. Außerdem kann dieser von einem Sensorträger gegen die zu überwachende Spule gedrückt werden wobei dieser sich zwischen zwei benachbarten Spulen befindet.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Mit der Erfindung wird eine Spule für eine Elektromaschine und ein Stator für eine Elektrokraftmaschine angegeben, die eine vereinfachte Montage eines Temperatursensors sowie ein sicheres Anbringen und Halten eines Temperatursensors in einer angegebenen Zielposition ermöglichen.
-
Es ist eine Spule für eine Elektromaschine und ein Stator für eine Elektrokraftmaschine gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche angegeben. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
-
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Spule für eine Elektromaschine angegeben, die einen Spulenträger und eine an dem Spulenträger angeordnete Wicklung aufweist. Die Spule ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Aufnahmevorrichtung für einen Sensor aufweist, wobei die Aufnahmevorrichtung einen ersten Längsschenkel und einen Querschenkel aufweist. Die Aufnahmevorrichtung weist eine Durchführungsöffnung zum Aufnehmen des Sensors auf, wobei die Aufnahmevorrichtung ausgeführt ist, den Sensor bei einem Durchführen durch die Durchführungsöffnung in eine Zielposition zu führen und in dieser zu halten und auch zu schützen, so dass der Sensor einen zu messenden Parameter in der Zielposition erfassen kann. Der erste Längsschenkel ist unter Einschluss eines Öffnungswinkels so mit dem Querschenkel verbunden, dass der Querschenkel an einer Querfläche der Spule und der erste Längsschenkel an einer quer zu der Querfläche angeordneten ersten Längsfläche der Spule jeweils zumindest teilweise anliegen.
-
Bei dem Sensor kann es sich beispielsweise um einen Temperatursensor, aber auch um einen Sensor zum Erfassen eines beliebigen physikalischen Messwertes bzw. Parameters handeln. Die Aufnahmevorrichtung kann in Form eines Spulenaufsatzes ausgeführt sein und modular mit der Spule gekoppelt werden. Dabei kann die Zielposition des Sensors örtlich so bemessen sein, dass die Zielposition in einem aufgesetzten Zustand der Aufnahmevorrichtung auf die Spule den Sensor zu einem vordefinierten Messort führt bzw. dort platziert. Ein integrierter Führungskanal schütz die Versorgungselemente des Sensors bei der Montage und während des Betriebs.
-
Damit wird sichergestellt, dass die Platzierung des Sensors reproduzierbar ist und mit hoher Zuverlässigkeit immer an der gleichen Stelle mit Bezug zu der Spule bzw. ihren Wicklungen angeordnet ist, wenn die Aufnahmevorrichtung auf die Spule aufgesetzt ist. Weiterhin kann die Aufnahmevorrichtung ausgeführt sein, den Sensor und Signalleitungen des Sensors zu führen bzw. zu schützen, so dass eine Montage des Sensors an der Spule mit geringerem Arbeits- und Zeitaufwand möglich ist und darüber hinaus Fehler bei der Montage oder sogar Beschädigungen des Sensors reduziert werden können.
-
Der Querschenkel und der erste Längsschenkel können „L“-förmig miteinander verbunden sein und beispielsweise einen Winkel zwischen 75 Grad und 90 Grad aufweisen. Alternativ dazu kann der Öffnungswinkel zwischen dem Querschenkel und dem ersten Längsschenkel an eine Spulengeometrie angepasst werden, d. h. dass der Öffnungswinkel auch kleiner oder größer als der angegebene Bereich sein kann. Die Aufnahmevorrichtung kann geeignete Mittel zum Befestigen der Aufnahmevorrichtung an dem Spulenträger oder der Wicklung der Spule aufweisen.
-
Gemäß einer Ausführungsform weist die Aufnahmevorrichtung einen zweiten Längsschenkel auf, wobei der zweite Längsschenkel so mit dem Querschenkel verbunden ist, dass der zweite Längsschenkel an einer zweiten Längsfläche der Spule zumindest teilweise anliegt und wobei die zweite Längsfläche der ersten Längsfläche gegenüberliegend angeordnet und ebenfalls der Spulengeometrie angepasst ist.
-
Damit sind der Querschenkel und der erste und zweite Längsschenkel mit Bezug zueinander „U“-förmig angeordnet. Der zweite Längsschenkel kann ebenfalls einen Öffnungswinkel analog zu dem Öffnungswinkel des ersten Längsschenkels mit Bezug zu dem Querschenkel aufweisen, wobei die beiden Längsschenkel insbesondere so abgewinkelt sein können, dass sie jeweils in die Richtung des gegenüberliegenden Längsschenkels abgewinkelt sind. Die Aufnahmevorrichtung kann aus einem elastischen Material, wie z. B. Kunststoff und insbesondere PPS, aufgebaut sein oder ein solches Material aufweisen, so dass die abgewinkelten Längsschenkel beim Aufsetzen der Aufnahmevorrichtung auf die Spule eine Klemmkraft zwischen dem ersten Längsschenkel und dem zweiten Längsschenkel hervorrufen, so dass die Aufnahmevorrichtung mit Bezug zu der Spule mechanisch fixiert wird. Die Elastizität des ersten Längsschenkels und des zweiten Längsschenkels kann den Sensor in Richtung der Spule drücken, so dass ein zu messender Temperaturwert an der Oberfläche der Wicklungen der Spule zuverlässig gemessen werden kann.
-
Eine zweite Fixiermöglichkeit entgegen der Fügerichtung bietet die Ausformung der Längsschenkel so dass ein Verklemmen der zu messendenden und der hierzu benachbarten Spulen stattfindet. Die Fixierung erfolgt somit durch Haftreibung bzw. durch einen Kraftschluss zwischen zwei unmittelbar aneinander angrenzenden bzw. benachbarten Spulen und kann durch entsprechende Auslegungsparameter sowie Gestaltung der Geometrie variiert werden.
-
Der Sensor kann an einer Innenfläche des ersten Längsschenkels oder des zweiten Längsschenkels angeordnet sein, d. h. dass der Sensor aus der Richtung einer Außenfläche der Aufnahmevorrichtung durch die Durchführungsöffnung durchgeführt bzw. in diese eingeführt wird und in die Zielposition an einer Innenfläche des ersten oder zweiten Längsschenkels geführt bzw. geschoben wird. Sodann kann die Aufnahmevorrichtung samt Sensor an der Spule angeordnet werden. Anschließend kann die Spule samt Sensor und Aufnahmevorrichtung imprägniert werden, d. h. in einem geeigneten Imprägnierharz getränkt werden. Die Aufnahmevorrichtung kann mit kleinen Durchbrüchen versehen sein, die ein Entweichen von Luft während des Imprägnierprozesses sowie eine Ausfüllung des Zwischenraumes zwischen der Aufnahmevorrichtung und der Spule mit Imprägnierharz sicherstellen können. Dabei können die Entlüftungselemente in Form von Ausnehmungen, Durchbrüchen oder Bohrungen im ausgehärteten Zustand der Imprägnierung als zusätzliches Befestigungselement fungieren.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Durchführungsöffnung an dem Querschenkel angeordnet.
-
Damit stellt die Durchführungsöffnung eine leicht zugängliche Montageöffnung für den Sensor dar und ermöglicht eine einfache Montage. In anderen Worten wird also der Sensor aus Richtung einer Außenfläche der Aufnahmevorrichtung in die Durchführungsöffnung eingeführt und entlang einer Innenfläche des Querschenkels bzw. des ersten oder zweiten Längsschenkels in die gewünschte Zielposition geführt. Der Führungskanal ist auf der Innenfläche so ausgeformt, dass durch das Eigenbestreben des Materials eine kontinuierliche Fügebewegung bis zum Zielpunkt ermöglicht wird.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Durchführungsöffnung ein Durchbruch in einer Außenfläche der Aufnahmevorrichtung.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Zielposition an einer Innenfläche des ersten Längsschenkels positioniert.
-
Damit wird der Sensor in seiner Zielposition zwischen dem ersten Längsschenkel und einer Außenfläche der Spule gehalten.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Aufnahmevorrichtung einen Haltekragen auf, der an einer Innenfläche des ersten Längsschenkels angeordnet ist und ausgeführt ist, den Sensor mit Bezug zu der Aufnahmevorrichtung zu fixieren.
-
Der Haltekragen kann einen Führungszwischenraum mit der Innenfläche eines Längsschenkels formen, wobei der Sensor oder eine Signalleitung des Sensors in dem und entlang des Führungszwischenraums gehalten bzw. geführt werden kann. Weiterhin kann der Haltekragen dazu dienen, die Signalleitungen des Sensors von einer Oberfläche der Spule bzw. der Wicklungen fern zu halten.
-
Gemäß einer weiteren Ausführung werden die Sensorleitungen bzw. Signalleitungen innerhalb des Führungsraumes in der Innenfläche mit einer Vergussmasse vorfixiert. Die Vergussmasse, welche aus einem ähnlichen oder dem gleichen Material wie das Imprägnierharz besteht, kann maßgeblich zur Robustheit und der Fixierung des Sensors beitragen.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Aufnahmevorrichtung eine Anschlagslippe auf, welche an einer Innenfläche des ersten Längsschenkels angeordnet ist und ausgeführt ist, den Sensor in der Zielposition mit Bezug zu der Aufnahmevorrichtung zu fixieren.
-
Die Anschlagslippe und der Haltekragen können dabei dermaßen zusammenwirken, dass der Haltekragen eine Bewegung bzw. Führung des Sensors in Längsrichtung des Längsschenkels ermöglicht und eine Bewegung quer zu der Längsrichtung des Längsschenkels vermeidet und die Anschlagslippe eine Bewegung des Sensors in Längsrichtung des Längsschenkels nur bis zum Anschlag des Sensors an der Anschlagslippe zulässt. Damit wird durch das Zusammenwirken von Haltekragen und Anschlagslippe der Sensor in der Zielposition so fixiert, dass er sich entlang der Innenfläche der Aufnahmevorrichtung weder in Längsrichtung noch in Querrichtung des Längsschenkels bewegen kann. In anderen Worten kann der Sensorkopf, bzw. die Messzelle des Sensors, wenn er die Zielposition erreicht hat, in keiner der beiden möglichen Bewegungsrichtungen entlang der Innenfläche bewegt werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Aufnahmevorrichtung einen Montagegriff auf, welcher ein Durchbruch an einer Außenfläche des ersten Längsschenkels ist und in geradliniger Verbindung entlang des ersten Längsschenkels zu der Zielposition angeordnet ist, so dass eine Positionierung des Sensors in der Zielposition mittels eines Werkzeugs unterstützt werden kann.
-
Bei dem Werkzeug kann es sich beispielsweise um einen länglich ausgeführten stabartigen Gegenstand handeln, welcher durch den Montageeingriff in Richtung der Zielposition geführt wird, um dort den Sensor in die vorgesehene Zielposition zu bewegen.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Aufnahmevorrichtung eine Erhöhung auf, die ausgeführt ist, den Sensor in der Zielposition in Richtung der Spule zu drücken.
-
Bei der Erhöhung kann es sich beispielsweise um einen Materialvorsprung aus der Innenfläche des ersten Längsschenkels heraus handeln, welcher Materialvorsprung ausgeführt ist, den Sensor mit Bezug zu der Innenfläche des ersten Längsschenkels wegzudrücken und auf eine Oberfläche der Spule oder der Wicklung zuzudrücken.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Aufnahmevorrichtung einstückig ausgeführt.
-
Die Aufnahmevorrichtung kann insbesondere aus Kunststoff hergestellt sein und mittels eines Spritz- oder Gießverfahrens hergestellt werden.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Stator für eine Elektrokraftmaschine angegeben, welcher eine Mehrzahl von Spulen wie oben und im Folgenden beschrieben aufweist.
-
Die Aufnahmevorrichtung ist dabei ausgeführt, eine Betriebstemperatur der Spulen des Stators mittels des Sensors zu überwachen bzw. den Sensor mit Bezug zu den Spulen so anzuordnen, dass der Sensor eine zuverlässige Temperaturüberwachung während des Betriebs des Stators in der Elektrokraftmaschine ermöglicht.
-
Gemäß einer Ausführungsform erstreckt der erste Längsschenkel der Aufnahmevorrichtung sich in einer axialen Richtung des Stators.
-
Dies bedeutet, dass die Durchführungsöffnung zum Einführen des Sensors an dem Querschenkel so angeordnet ist, dass eine Montage des Sensors durch einfachen Zugang zu der Durchführungsöffnung aufwandsarm möglich ist.
-
Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt eine isometrische Darstellung einer Aufnahmevorrichtung einer Spule gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
2 zeigt eine isometrische Darstellung einer Aufnahmevorrichtung für eine Spule gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
-
3 zeigt eine isometrische Darstellung einer Aufnahmevorrichtung für eine Spule gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
-
4 zeigt eine isometrische Darstellung eines Stators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
-
5 zeigt eine Draufsicht auf einen Stator gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
-
6 zeigt eine Schnittansicht eines Stators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
-
7 zeigt eine schematische Darstellung einer Aufnahmevorrichtung für eine Spule gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
-
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Werden in der folgenden Figurenbeschreibung gleiche Bezugsziffern verwendet, so betreffen diese gleiche oder ähnliche Elemente.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
1 zeigt eine isometrische Darstellung einer Aufnahmevorrichtung 100 mit einem Querschenkel 120, einem ersten Längsschenkel 110A und einem zweiten Längsschenkel 110B, wobei die beiden Längsschenkel so an dem Querschenkel angeordnet sind, dass die Aufnahmevorrichtung U-förmig ausgeführt ist. Die Aufnahmevorrichtung 100 weist eine Sensorhalterung 130, welche als Führungskanal ausgeführt ist, auf, wobei die Sensorhalterung 130 mit Bezug zu einer Außenfläche der Aufnahmevorrichtung eine kanalförmige Führung in Form einer Aushebung mit Bezug zu der Außenfläche darstellt.
-
Ein Sensor kann entlang der Montagerichtung 202 in die Durchführungsöffnung 132 in die Sensorhalterung 130 eingeführt werden. Dabei wird eine Sensorleitung 210 bzw. Signalleitung des Sensors durch die Sensorhalterung entlang der Innenfläche so geführt, dass der Sensor in der Zielposition fixiert wird.
-
Die Sensorhalterung 130 verläuft zumindest abschnittsweise entlang des Querschenkels 120 und weiterhin zumindest abschnittsweise entlang des zweiten Längsschenkels 110B. Am Übergang der Sensorhalterung 130 von dem Querschenkel 120 zu dem zweiten Längsschenkel 110B ist der Montageeingriff 133 in Form eines Durchbruchs in einer Oberfläche der Sensorhalterung 130 angeordnet, und zwar so, dass in den entlang des zweiten Längsschenkels 110B verlaufenden Abschnitt der Sensorhalterung 130 ein Werkzeug eingeführt werden kann. Außerdem kann dies zu Kontrollzwecken der Verlegung und der Entlüftung für das Imprägnierharz dienen.
-
2 zeigt die in 1 dargestellte Aufnahmevorrichtung aus einem Blickwinkel so, dass die Innenfläche 112 der Aufnahmevorrichtung 100 und der Sensorhalterung 130 einsehbar ist. Die Sensorhalterung 130 bildet mit Bezug zu der Innenfläche des zweiten Längsschenkels 110B eine Vertiefung, so dass der Sensor bzw. die Sensorleitungen 210 entlang der Sensorhalterung verlaufen und durch die in 1 gezeigten Seitenwände 135 der Sensorhalterung 130 sowie den beiden Haltekragen 134 geführt und gehalten werden. Zusätzlich können nach der Vormontage die Bereiche der Seitenwände 135 und die Bereiche der Haltekragen 134 mit einer geeigneten Vergussmasse teilweise oder ganz verfüllt werden.
-
Weiterhin weist die Aufnahmevorrichtung an der Innenfläche 112 eine Anschlagslippe 136 auf, welche die Zielposition 138 des Sensorkopfes 220 definiert. Wird der Sensor in die Sensorhalterung 130 wie in 1 gezeigt eingeführt, schlägt der Sensorkopf 220 bei Erreichen der Zielposition 138 an die Anschlagslippe 136 an, welche mit Bezug zu einer Längsrichtung der Sensorleitungen bzw. einer Längsrichtung der Längsschenkel quer verläuft.
-
3 zeigt die in den 1 und 2 dargestellte Aufnahmevorrichtung aus einer anderen Perspektive, so dass der Verlauf der Innenfläche 112 und der Sensorhalterung 130 sowie der Sensorleitungen 210 entlang des Querschenkels 120 und entlang des zweiten Längsschenkels 110B eingesehen werden kann.
-
In der Zielposition 138 befindet sich eine Erhöhung 137, welche den Sensorkopf 220 in eine Richtung weg von der Innenfläche 112 des zweiten Längsschenkels 110B bewegt. In der Zielposition kann ein Klebepunkt angeordnet sein, welcher den Sensorkopf 220 im Zuge einer Vormontage zunächst fixiert, so dass der Sensorkopf während nachfolgender Montageschritte die Zielposition nicht verlässt. Die Haltekragen 134 bieten für die Sensorleitungen 210 eine Schutzfunktion und eine Zwangsführung, d. h. dass die Sensorleitungen vor äußeren mechanischen Einflüssen und Beschädigung geschützt werden und zusätzlich den Sensorkopf um die gewünschte Zielposition führen.
-
4 zeigt einen Stator 300 mit einer Mehrzahl von Spulen 310, von denen jede einen Spulenträger 315 sowie eine Wicklung 320 aufweist. Aus Übersichtlichkeitsgründen zeigt 4 lediglich einen Abschnitt des Stators, welcher kreisförmig ausgeführt sein kann, wobei die Spulen 310 in Umfangsrichtung des Stators nebeneinander angeordnet sind.
-
Jede Spule weist eine Querfläche 321 auf, welche quer zu einer axialen Richtung 305 des Stators verläuft, sowie zwei Längsflächen 322, welche entlang der axialen Richtung 305 des Stators verlaufen. Die Aufnahmevorrichtung 100 ist an einer Spule 310 so angeordnet, dass der Querschenkel 120 zumindest teilweise an der Querfläche 321 anliegt und dass die Längsschenkel 110A, 110B zumindest teilweise an einer ersten bzw. zweiten Längsfläche 322 derselben Spule anliegen.
-
Die Längsschenkel der Aufnahmevorrichtung erstrecken sich in dem montierten Zustand in axialer Richtung 305 des Stators in einen Spulenzwischenraum 325 zwischen derjenigen Spule, auf der die Aufnahmevorrichtung montiert ist und den jeweils benachbarten Spulen.
-
Wie der 4 zu entnehmen ist, befindet sich die Durchführungsöffnung 132 der Aufnahmevorrichtung 100 im Bereich der für eine Montage einfach zugänglichen Querfläche 321 der Spulen und die Zielposition des Sensors an einer Längsfläche 322 der Spule. Damit ermöglicht die Aufnahmevorrichtung wie oben und im Folgenden beschrieben eine einfache und aufwandsarme Montage des Sensors bzw. der Aufnahmevorrichtung, ohne dass der Sensorkopf in dem schwer zugänglichen Spulenzwischenraum 325 angeordnet werden muss, was zu Fehlern und Defekten führen kann. Dies ist insbesondere dann hilfreich, wenn diejenige Stelle einer Oberfläche der Spule, deren Temperatur gemessen werden muss, sich im Bereich des Spulenzwischenraums befindet.
-
5 zeigt eine Draufsicht auf den in 4 gezeigten Stator 300.
-
6 zeigt eine Schnittdarstellung eines Stators 300, wobei der Verlauf der Sensorleitungen des Sensors in der Sensorhalterung 130 dargestellt ist. Im Bereich der Querfläche verläuft die Sensorleitung quer zu der axialen Richtung 305 des Stators und wird von der Innenfläche des Querschenkels sowie des Längsschenkels so geführt, dass der Sensorkopf 220 an einer Längsfläche 322 positioniert wird.
-
7 zeigt eine schematische Darstellung einer Aufnahmevorrichtung 100 wie oben und im Folgenden beschrieben. Die Aufnahmevorrichtung 100 weist einen Querschenkel 120 und zwei Längsschenkel 110A, 110B auf. Die Längsschenkel weisen mit Bezug zu dem Querschenkel einen Öffnungswinkel 114 auf und mit Bezug zu einer gestrichelt dargestellten Vertikalen einen Winkel 116 auf. Der Öffnungswinkel 114 ist kleiner als 90 Grad und der erste Längsschenkel 110A ist in Richtung des zweiten Längsschenkels 110B abgewinkelt und umgekehrt. Damit ist ein Abstand zwischen den Enden der Längsschenkel geringer als eine Länge des Querschenkels, so dass beim Aufsetzen der Aufnahmevorrichtung 100 auf eine Spule, welche breiter ist als der Abstand zwischen den Enden der Längsschenkel, von den beiden Längsschenkeln aufgrund der Materialelastizität eine Klemmkraft auf die Längsflächen der Spule ausgeübt wird, so dass die Aufnahmevorrichtung an der Spule kraftschlüssig fixiert wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102010063581 A1 [0003]
