DE102015222720A1 - Stator with integrated temperature sensor - Google Patents
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Abstract
Ein Stator (10) für eine elektrische Maschine umfasst einen Wicklungsträger (12); eine Wicklung (14) mit einem aus dem Wicklungsträger (12) herausragenden Wickelkopf (16); einen Temperatursensor (18) mit einem Sensorkopf (20), der in dem Wickelkopf (16) positioniert ist, um eine Temperatur des Wickelkopfes (16) zu erfassen; und einen Sensorträger (22) zum Positionieren des Sensorkopfs (20) im Wickelkopf (16); wobei der Sensorträger (22) ein Führungselement (24) zum Halten des Sensorkopfs (20), einen Anker (26) zum Verankern des Sensorträgers (22) im Wickelkopf (16) und einen Wickelkopfanschlag (28) zum Positionieren des Führungselements (24) relativ zu einer Oberfläche (30) des Wickelkopfs (16) aufweist.A stator (10) for an electrical machine comprises a winding support (12); a winding (14) with a winding head (16) protruding from the winding support (12); a temperature sensor (18) having a sensor head (20) positioned in the winding head (16) for detecting a temperature of the winding head (16); and a sensor carrier (22) for positioning the sensor head (20) in the winding head (16); wherein the sensor carrier (22) a guide member (24) for holding the sensor head (20), an armature (26) for anchoring the sensor carrier (22) in the winding head (16) and a winding head stop (28) for positioning the guide member (24) relative to a surface (30) of the winding head (16).
Description
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine. The invention relates to a stator for an electric machine.
Stand der Technik State of the art
Die Statortemperatur einer elektrischen Maschine kann über einen Temperatursensor (beispielsweise einen NTC-Widerstand) ermittelt werden, die in einem Wickelkopf des Stators angeordnet ist. Beispielsweise kann ein Widerstandskörper im Kopf des Sensors über eine Spannungsquelle mit Strom versorgt werden und je nach Temperatur des Widerstandkörpers ergibt sich ein anderer Spannungsabfall. Dieser Spannungsabfall kann über eine Auswerteelektronik ausgewertet und in eine Temperaturinformation umgewandelt werden. Die Temperaturinformation dient hauptsächlich zur Abschaltregelung des Statorstroms und kann somit eine thermische Überlastung der elektrischen Maschine verhindern. The stator temperature of an electrical machine can be determined via a temperature sensor (for example, an NTC resistor), which is arranged in a winding head of the stator. For example, a resistor body in the head of the sensor can be supplied with power via a voltage source and, depending on the temperature of the resistor body, a different voltage drop results. This voltage drop can be evaluated by an evaluation and converted into a temperature information. The temperature information is mainly used for shutdown control of the stator and thus can prevent thermal overload of the electric machine.
Die Montage des Temperatursensors kann hohen Aufwand verursachen und ein Risiko für den sicheren Verbau des Temperatursensors darstellen. Der Sensorkopf sollte mit einer möglichst hohen Reproduzierbarkeit in der Nähe eines „Hot Spots“ positioniert werden. Ein „Hot Spot“ ist eine thermisch hochbelastete Stelle in der Statorwicklung und die dortige Temperatur ist ein wichtiger Parameter zur Steuerung der elektrischen Maschine. The installation of the temperature sensor can cause high costs and pose a risk for the safe installation of the temperature sensor. The sensor head should be positioned with the highest possible reproducibility near a "hot spot". A "hot spot" is a thermally heavily loaded point in the stator winding and the temperature there is an important parameter for controlling the electrical machine.
Beispielsweise wird die Montage von einem Monteur durchgeführt und die korrekte Positionierung ist von der Erfahrung des Monteurs abhängig. Zur Öffnung der Statorwicklung verwendet der Monteur einen Montagekeil, um die Wicklung auseinanderzuspreizen und den Sensorkopf in die Wicklung einzuführen. Anschließend kann der Stator dann bandagiert und imprägniert werden. For example, the installation is carried out by a fitter and the correct positioning depends on the experience of the fitter. To open the stator winding, the installer uses a mounting wedge to spread apart the winding and insert the sensor head into the winding. Subsequently, the stator can then be bandaged and impregnated.
Durch die rein manuelle Montage des Sensorkopfs kann es zu unterschiedlichen Einstecktiefen und zu Schwankungen der räumlichen Orientierung kommen. Diese Schwankungen können zu einer schlechteren thermischen Anbindung des Sensorkopfs an den Wickelkopf führen. The purely manual mounting of the sensor head can lead to different insertion depths and to fluctuations of the spatial orientation. These fluctuations can lead to a poorer thermal connection of the sensor head to the winding head.
Die
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, die Montage eines Temperatursensors in einem Wickelkopf eines Stators einer elektrischen Maschine zu vereinfachen, die Einbauposition des Temperatursensors reproduzierbarer zu gestalten und/oder die Fixierung des Temperatursensors am Wickelkopf zu erleichtern. Embodiments of the present invention may advantageously make it possible to simplify the mounting of a temperature sensor in a winding head of a stator of an electrical machine, to make the installation position of the temperature sensor more reproducible and / or to facilitate the fixation of the temperature sensor on the winding head.
Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden. Ideas for embodiments of the present invention may be considered, inter alia, as being based on the thoughts and findings described below.
Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, beispielsweise einen Elektromotor und/oder einen Generator. Die elektrische Maschine kann beispielsweise Teil eines Antriebes eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs sein. The invention relates to a stator for an electric machine, for example an electric motor and / or a generator. The electric machine may for example be part of a drive of an electric or hybrid vehicle.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Stator einen Wicklungsträger, eine Wicklung mit aus dem Wicklungsträger herausragenden Wickelköpfen und einen Temperatursensor mit einem Sensorkopf, der in einem der Wickelköpfe positioniert ist, um eine Temperatur des Wickelkopfes zu erfassen. Der Wicklungsträger kann ein Blechpaket sein, das radial innen liegende Nuten aufweist, in die die Wicklungen eingeflochten sind. Innerhalb des Wicklungsträgers kann der Rotor der elektrischen Maschine angeordnet sein. An Stirnseiten des Wicklungsträgers können die Wickelköpfe der Wicklungen herausragen. In diesen Wickelköpfen ist der Sensorkopf des Temperatorsensors, vorzugsweise bei einem „Hot Spot“, d.h. einer Stelle höchster Temperaturschwankungen, positioniert. Der Sensorkopf kann beispielsweise einen temperaturabhängigen Widerstand (wie etwa einen NTC-Widerstand) umfassen, der über eine Leitung mit einer Steuereinheit verbunden ist, die aus einer an dem Widerstand abfallenden Spannung ein Temperatursignal ermitteln kann. According to one embodiment of the invention, the stator comprises a winding carrier, a winding with winding heads protruding from the winding carrier and a temperature sensor with a sensor head which is positioned in one of the winding heads in order to detect a temperature of the winding head. The winding support may be a laminated core having radially inner grooves in which the windings are braided. Within the winding support, the rotor of the electric machine can be arranged. At end faces of the winding support, the winding heads of the windings can protrude. In these winding heads, the sensor head of the temperature sensor, preferably at a "hot spot", i. a position of highest temperature fluctuations, positioned. The sensor head may comprise, for example, a temperature-dependent resistor (such as an NTC resistor) which is connected via a line to a control unit which can determine a temperature signal from a voltage drop across the resistor.
Weiter umfasst der Stator einen Sensorträger zum Positionieren des Sensorkopfs im Wickelkopf, wobei der Sensorträger ein Führungselement zum Halten des Sensorkopfes, einen Anker zum Verankern des Sensorträgers im Wickelkopf und einen Wickelkopfanschlag zum Positionieren des Führungselements relativ zu einer Oberfläche des Wickelkopfs aufweist. The stator further comprises a sensor carrier for positioning the sensor head in the winding overhang, the sensor carrier having a guide element for holding the sensor head, an armature for anchoring the sensor carrier in the winding head and a winding head stop for positioning the guide element relative to a surface of the winding head.
Die Hauptfunktionen des Sensorträgers sind den Sensorkopf aufzunehmen, den Sensorkopf zu positionieren und in Position zu halten. Mit dem Führungselement kann der Sensorkopf sicher in den Wickelkopf hineingeführt werden. Mit dem Wickelkopfanschlag kann der Abstand des Sensorkopfes zu der Oberfläche des Wickelkopfes festgelegt werden. Mit dem Anker kann der Sensorträger im Wickelkopf verankert werden, so dass der Sensorkopf nach der Montage seine Position im Wickelkopf nicht mehr verändern kann. The main functions of the sensor carrier are to pick up the sensor head, to position the sensor head and to hold it in position. With the guide element, the sensor head can be safely guided into the winding head. With the Winding head stop, the distance of the sensor head to the surface of the winding head can be determined. With the anchor, the sensor carrier can be anchored in the winding head, so that the sensor head after installation can not change its position in the winding head.
Der Sensorträger kann von einem Monteur bis zum Wickelkopfanschlag in den Wickelkopf gesteckt werden, wobei sich der Sensorträger selbstständig mit dem Anker im Wickelkopf verankert. Anschließend kann der Monteur den Sensorkopf des Sensors durch das Führungselement schieben, um den Sensorkopf im Wickelkopf zu positionieren. The sensor carrier can be inserted by a mechanic to the winding head stop in the winding head, with the sensor carrier automatically anchored to the armature in the winding head. Subsequently, the fitter can push the sensor head of the sensor through the guide element to position the sensor head in the winding head.
Die Positionierung des Sensorkopfs im Wickelkopf wird damit durch die geometrische Form des Sensorträgers definiert. Auch die Einstecktiefe des Sensorkopfes wird durch diese geometrische Form definiert. Damit ergibt sich eine reproduzierbare thermische Anbindung des Temperatursensors an den Wickelkopf und damit an die elektrische Maschine. Der Einbau des Temperatursensors in die elektrische Maschine wird für den Monteur erleichtert. The positioning of the sensor head in the winding head is thus defined by the geometric shape of the sensor carrier. The insertion depth of the sensor head is defined by this geometric shape. This results in a reproducible thermal connection of the temperature sensor to the winding head and thus to the electrical machine. The installation of the temperature sensor in the electric machine is facilitated for the fitter.
Durch Abänderung der geometrischen Form des Sensorträgers kann der Sensorträger leicht an verschiedene Ausführungen von Wickelköpfen und elektrischen Maschinen angepasst werden. By changing the geometric shape of the sensor carrier, the sensor carrier can be easily adapted to different designs of winding heads and electrical machines.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Führungselement ein Rohr, durch das der Sensorkopf in den Wickelkopf einschiebbar ist. Dieses Rohr kann an einem Ende des Wickelkopfanschlags angebracht sein und sich von diesem gekrümmt in den Wickelkopf hinein erstrecken. According to one embodiment of the invention, the guide element comprises a tube through which the sensor head can be inserted into the winding head. This tube may be attached to one end of the winding head stop and extend from this curved into the winding head.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ragt der Sensorkopf aus dem Rohr des Führungselements heraus. Dies kann die thermische Anbindung des Sensorkopfs an den Wickelkopf verbessern. According to one embodiment of the invention, the sensor head protrudes out of the tube of the guide element. This can improve the thermal connection of the sensor head to the winding head.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verläuft ein Eingang des Führungselements an der Oberfläche des Wickelkopfes entlang und das Führungselement ist derart gekrümmt, dass ein Ausgang des Führungselements abgewinkelt in den Wickelkopf hineinsteht. According to one embodiment of the invention, an input of the guide element runs along the surface of the winding head and the guide element is curved in such a way that an outlet of the guide element projects into the winding head at an angle.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Sensorkopf am Ende eines Drahts angebracht, wobei der Draht über einen Verbinder mit einem Kabel verbunden ist. An dem Ende des Kabels kann sich weiter ein Stecker des Temperatursensors befinden. According to one embodiment of the invention, the sensor head is attached to the end of a wire, the wire being connected to a cable via a connector. At the end of the cable may still be a plug of the temperature sensor.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist am Führungselement ein Verbinderanschlag angebracht, durch den der Sensorkopf in das Führungselement schiebbar ist. Der Verbinderanschlag ist dazu ausgeführt, ein Einschieben des Verbinders in das Führungselement zu verhindern, um so eine Einschiebtiefe des Sensorkopfes in das Führungselement zu definieren. Beispielsweise kann der Verbinderanschlag eine Öffnung aufweisen, durch die lediglich der Sensorkopf, aber nicht der Verbinder geschoben werden kann. Diese Öffnung kann auch den Verbinder umgreifen und am Sensorträger fixieren. According to one embodiment of the invention, a connector stop is attached to the guide element, by means of which the sensor head can be pushed into the guide element. The connector stopper is designed to prevent insertion of the connector into the guide element so as to define a depth of insertion of the sensor head into the guide element. For example, the connector stop may have an opening through which only the sensor head, but not the connector, can be slid. This opening can also encompass the connector and fix it on the sensor carrier.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Wickelkopfanschlag eine Platte zum Auflegen auf die Oberfläche des Wickelkopfs auf. An einem Ende dieser Platte können das Führungselement und/oder der Verbinderanschlag angebracht sein. Der Anker kann orthogonal von der Platte abstehen und/oder kann in einem Mittelbereich der Platte angebracht sein. According to one embodiment of the invention, the winding head stop on a plate for laying on the surface of the winding over. At one end of this plate, the guide element and / or the connector stop can be attached. The anchor may extend orthogonally from the plate and / or may be mounted in a central region of the plate.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Anker Widerhaken auf. Der Anker kann einen in den Wickelkopf hineinragenden Dorn aufweisen, von dem seitlich ein oder mehrere Widerhaken abstehen. Auch kann der Anker Widerhaken aufweisen, die in unterschiedlichem Abstand zu der Oberfläche des Wickelkopfes positioniert sind, so dass der Sensorträger in verschiedenen Tiefen gleichzeitig im Wickelkopf verankert werden kann. According to one embodiment of the invention, the anchor has barbs. The anchor may have a protruding into the winding head mandrel, protrude from the side of one or more barbs. Also, the anchor may have barbs that are positioned at different distances to the surface of the winding head, so that the sensor carrier can be anchored at different depths simultaneously in the winding head.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Sensorträger weiter einen Ausleger auf, der von dem Wickelkopfanschlag absteht und der derart abgewinkelt ist, dass er eine Seitenfläche des Wickelkopfs umgreift, so dass das Führungselement mit einem definierten Abstand zu der Seitenfläche in dem Wickelkopf positionierbar ist. Der Ausleger kann beispielsweise seitlich an der Platte des Wickelkopfanschlags befestigt sein und/oder von der Platte orthogonal abstehen. In einem definierten Abstand von dem Führungselement entfernt kann der Ausleger im Wesentlichen orthogonal abknicken. According to one embodiment of the invention, the sensor carrier further comprises a cantilever which protrudes from the winding head stop and which is angled so that it engages around a side surface of the winding head, so that the guide element can be positioned with a defined distance to the side surface in the winding head. The boom, for example, be laterally attached to the plate of the winding head stop and / or protrude orthogonally from the plate. Removed at a defined distance from the guide element, the boom can bend substantially orthogonally.
Der Monteur kann beim Montieren des Sensorträgers den Ausleger seitlich auf den Wickelkopf legen und ihn anschließend in den Wickelkopf einschieben. Auf diese Weise wird nicht nur die Tiefe des Sensorkopfes im Wickelkopf, sondern auch dessen Abstand von der Seitenfläche des Wickelkopfs festgelegt. The assembler can lay the boom laterally on the winding head when mounting the sensor carrier and then insert it into the winding head. In this way, not only the depth of the sensor head in the winding head, but also its distance from the side surface of the winding overhang is determined.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Sensorträger einstückig aus Kunststoff geformt. Beispielsweise kann der Sensorträger aus Kunststoff gegossen werden. Der Kunststoff kann ein temperaturstabiler Kunststoff (wie etwa PPS, Polyphenylensulfid) sein. According to one embodiment of the invention, the sensor carrier is integrally molded from plastic. For example, the sensor carrier can be molded from plastic. The plastic may be a thermally stable plastic (such as PPS, polyphenylene sulfide).
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind. Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings, wherein neither the Drawings are still to be interpreted as limiting the invention as the invention.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale. The figures are only schematic and not to scale. Like reference numerals designate the same or equivalent features in the figures.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Die
Der Stator
Der Sensorkopf
Der Sensorträger
Weiter umfasst der Sensorträger
Um den Sensorträger
Der Sensorträger
Der Sensorkopf
Ein Monteur kann nach der Montage des Sensorträgers
Derr Sensorkopf
Nachdem der Sensorkopf positioniert ist, kann der Sensorträger
Die
Der Verbinder
Am Ende des Kabels kann sich ein Stecker
Die
In den
Am Ende der Platte
An die Öffnung schließt der Eingang
Das Führungselement
Das Führungselement
Der Ausleger
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“ etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen. Finally, it should be noted that terms such as "comprising," "comprising," etc., do not exclude other elements or steps, and terms such as "a" or "an" do not exclude a multitude. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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