DE102016014160A1

DE102016014160A1 - Stator for an electrical machine and method for determining at least one temperature of a stator for an electric machine

Info

Publication number: DE102016014160A1
Application number: DE102016014160.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Albrecht
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-11-26
Filing date: 2016-11-26
Publication date: 2017-05-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (14) für eine elektrische Maschine, mit wenigstens zwei in Umfangrichtung des Stators (14) aufeinanderfolgenden Spulen (12), und mit wenigstens einem Temperatursensor (28), mittels welchem eine in einem Randbereich (26) der Spulen (12) herrschende Temperatur erfassbar ist, wobei eine elektronische Recheneinrichtung (13) vorgesehen ist, welche dazu ausgebildet ist, anhand eines Rechenmodells aus der mittels des Temperatursensor (28) erfassten Temperatur eine an einer in axialer Richtung des Stators (14) von dem Randbereich (26) beabstandeten Stelle herrschende Temperatur zu berechnen.The invention relates to a stator (14) for an electrical machine, having at least two coils (12) following one another in the circumferential direction of the stator (14), and having at least one temperature sensor (28) by means of which a coil is arranged in an edge region (26). 12) prevailing temperature can be detected, wherein an electronic computing device (13) is provided, which is adapted, based on a computer model from the means of the temperature sensor (28) detected temperature at one in the axial direction of the stator (14) from the edge region ( 26) spaced location prevailing temperature to calculate.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Ermitteln wenigstens einer Temperatur eines Stators für eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 6.The invention relates to a stator for an electric machine according to the preamble of patent claim 1 and to a method for determining at least one temperature of a stator for an electric machine according to the preamble of patent claim 6.

Ein solcher Stator für eine elektrische Maschine und ein solches Verfahren zum Erfassen einer Temperatur eines Stators für eine elektrische Maschine sind beispielsweise bereits aus der US 2012/0112581 A1 bekannt. Der Stator umfasst wenigstens zwei in Umfangrichtung des Stators aufeinanderfolgende Spulen und wenigstens einen Temperatursensor, mittels welchem eine in einem Randbereich der Spulen herrschende Temperatur erfassbar ist.Such a stator for an electric machine and such a method for detecting a temperature of a stator for an electric machine are already known from, for example US 2012/0112581 A1 known. The stator comprises at least two coils following one another in the circumferential direction of the stator and at least one temperature sensor, by means of which a temperature prevailing in an edge region of the coils can be detected.

Außerdem beschreibt die US 2015/0155760 A1 eine Temperaturmessung mittels eines Temperatursensors an einem äußeren Rand eines Stators. Die JP 2016067155 A2 beschäftigt sich ebenfalls mit der Anbringung eines Temperatursensors an einem Stator einer elektrischen Maschine.In addition, the describes US 2015/0155760 A1 a temperature measurement by means of a temperature sensor at an outer edge of a stator. The JP 2016067155 A2 also deals with the attachment of a temperature sensor to a stator of an electric machine.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stator für eine elektrische Maschine und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders sicherer Betrieb und eine besonders hohe Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine realisierbar sind.The object of the present invention is to further develop a stator for an electrical machine and a method of the type mentioned above such that a particularly reliable operation and a particularly high efficiency of the electrical machine can be realized.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Stator für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a stator for an electric machine with the features of claim 1 and by a method having the features of claim 6. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Um einen Stator der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders sicherer Betrieb und eine besonders hohe Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine realisierbar sind, ist erfindungsgemäß eine elektronische Recheneinrichtung vorgesehen, welche dazu ausgebildet ist, anhand eines Rechenmodells aus der mittels des Temperatursensor erfassten Temperatur eine an einer in axialer Richtung des Stators von dem Randbereich beabstandeten Stelle herrschende Temperatur zu berechnen.In order to further develop a stator of the type specified in the preamble of claim 1 such that a particularly safe operation and a particularly high efficiency of the electric machine can be realized, an electronic computing device is provided according to the invention, which is designed, based on a computing model from the means of the temperature sensor temperature to calculate a temperature prevailing at a location spaced in the axial direction of the stator from the edge region.

Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, denn Temperatursensor, insbesondere dessen Messspitze, in axialer Richtung des Stators und somit der beispielsweise als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildeten elektrischen Maschine nicht etwa in der Mitte zwischen den Spulen, sondern in dem Randbereich anzuordnen, und die Temperatur an der von dem Randbereich beabstandeten Stelle, insbesondere in der Mitte zwischen den Spulen, nicht mittels des Temperatursensors direkt zu messen, sondern auf Basis der erfassten Temperatur anhand des Rechenmodells zu berechnen.In other words, it is provided according to the invention, because the temperature sensor, in particular its measuring tip, in the axial direction of the stator and thus of the example designed as permanent magnet synchronous machine electrical machine not in the middle between the coils, but to arrange in the edge region, and the temperature at the not spaced by the temperature sensor directly from the edge area, in particular in the middle between the coils, but to calculate on the basis of the detected temperature based on the calculation model.

Der Erfindung liegt dabei insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Üblicherweise wird der Temperatursensor, insbesondere dessen Messspitze, an der während des Betriebs der elektrischen Maschine heißesten Stelle des Stators angeordnet, um die an dieser Stelle herrschende Temperatur zu erfassen. Diese Stelle liegt üblicherweise in axialer Richtung in der Mitte zwischen den in Umfangsrichtung beispielsweise unmittelbar aufeinanderfolgenden Spulen. Bei einem Stator, der in Einzelzahntechnik ausgebildet ist, ist die heißeste messbare Stelle zwischen zwei Einzelzähnen bei ca. 50% der Pakethöhe des jeweiligen Einzelzahns. Die Anordnung der Messspitze an der heißesten Stelle, das heißt beispielsweise in der Mitte zwischen den Spulen ist jedoch mit Nachteilen behaftet. Um die Zugänglichkeit zu dieser, einen Messpunkt darstellenden Stelle zu realisieren, wird entweder auf eine entsprechende Anzahl an Windungen zumindest einer der Spulen verzichtet oder ein Drahtdurchmesser wenigstens einer der Spulen wird reduziert. Dies reduziert folglich den Kupferfüllfaktor zumindest einer Nut der elektrischen Maschine, was zu einer Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine führt.The invention is based in particular on the following finding: Usually, the temperature sensor, in particular its measuring tip, is arranged on the hottest point of the stator during operation of the electrical machine in order to detect the temperature prevailing at this point. This point is usually in the axial direction in the middle between the circumferentially direct, for example, immediately successive coils. For a single-toothed stator, the hottest measurable point between two individual teeth is approximately 50% of the package height of each individual tooth. The arrangement of the probe tip at the hottest point, that is, for example, in the middle between the coils, however, has disadvantages. In order to realize the accessibility to this point representing a measuring point, either a corresponding number of turns of at least one of the coils is dispensed with, or a wire diameter of at least one of the coils is reduced. This consequently reduces the copper fill factor of at least one groove of the electric machine, which leads to a deterioration of the performance of the electric machine.

Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Statoren ist, dass die Fixierung des Temperatursensors sehr aufwändig ist, da dieser beispielsweise verklebt wird. Ferner wird beispielsweise ein Kabel nach außen geführt, und ein Kontaktring wird auf ein Klebeplateau geklebt, wobei der Kontaktring eine Zugänglichkeit zum Temperatursensor versperrt.Another disadvantage of conventional stators is that the fixation of the temperature sensor is very complex, since this is glued, for example. Further, for example, a cable is led to the outside, and a contact ring is glued to a glued plateau, wherein the contact ring obstructs accessibility to the temperature sensor.

Diese Nachteile können nun vermieden werden, da der beispielsweise auf Windungen der Spulen zwischen diesen angeordnete Temperatursensor, insbesondere dessen Messspitze, nicht in der Mitte zwischen Spulen, sondern in dem Randbereich angeordnet wird. Dadurch können ein besonders hoher Füllfaktor und somit eine besonders hohe Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine realisiert werden. Ferner kann dadurch der Temperatursensor besonders einfach und somit kostengünstig verbaut werden. Ferner kann der beispielsweise als NTC (Negative Temperature Coefficient – Heißleiter) ausgebildete Temperatursensor besonders einfach repariert bzw. ausgetauscht werden.These disadvantages can now be avoided since the temperature sensor arranged, for example, on turns of the coils between these, in particular its measuring tip, is not arranged in the middle between coils but in the edge region. This allows a particularly high fill factor and thus a particularly high performance of the electric machine can be realized. Furthermore, the temperature sensor can be installed in a particularly simple and thus cost-effective manner. Furthermore, the temperature sensor designed, for example, as NTC (negative temperature coefficient thermistor) can be repaired or exchanged particularly easily.

Jedoch ist es üblicherweise wünschenswert, nicht oder nicht nur die Temperatur in dem Randbereich, sondern die Temperatur an einer in axialer Richtung weiter innen als der Randbereich liegenden Stelle, insbesondere in der Mitte zwischen den Spulen, zu ermitteln, da die während eines Betriebs der elektrischen Maschine heißeste Stelle üblicherweise nicht im Randbereich, sondern an der genannten Stelle liegt. Durch die Ermittlung der an der genannten Stelle herrschenden Temperatur ist es beispielsweise möglich, die elektrische Maschine in Abhängigkeit von der ermittelten, an der genannten Stelle herrschenden Temperatur zu betreiben, sodass beispielsweise in übermäßig hoher Wert der Temperatur und daraus resultierende Schäden vermieden werden können.However, it is usually desirable, not or not only the temperature in the edge region, but the temperature at a location in the axial direction further inward than the edge region, in particular in the middle between the Coils to determine, since the hottest point during operation of the electrical machine usually is not in the edge region, but at the said location. By ascertaining the temperature prevailing at said location, it is possible, for example, to operate the electric machine as a function of the determined temperature prevailing at said location, so that the temperature and resulting damage, for example, can be avoided in excessively high value.

Dies kann nun auf einfache Weise realisiert werden, da auf Basis der erfassten Temperatur die an der in axialer Richtung des Stators von dem Randbereich beabstandeten Stelle herrschende Temperatur berechnet wird. Dadurch kann die elektrische Maschine besonders sicher und mit einer hohen Leistung betrieben werden.This can now be realized in a simple manner, since the temperature prevailing at the point spaced from the edge region in the axial direction of the stator is calculated on the basis of the detected temperature. As a result, the electric machine can be operated particularly safely and with a high power.

Wird beispielsweise über das Temperaturmodell ermittelt, dass eine Temperatur an der genannten, insbesondere heißesten Stelle des Stators über einem Grenzwert liegt, so können Maßnahmen erfolgen, um der übermäßig hohen Temperatur entgegenzuwirken. Hierdurch können eine Überhitzung und daraus resultierende Beschädigungen der elektrischen Maschine bzw. umliegender oder mit der elektrischen Maschine anderweitig in Verbindung stehender Bauteile vermieden werden. Daraus kann eine Erhöhung der Lebensdauer elektrischen Maschine sowie der Bauteile resultieren.If, for example, it is determined via the temperature model that a temperature at the named, in particular hottest point of the stator is above a limit value, then measures can be taken to counteract the excessively high temperature. As a result, overheating and resulting damage to the electrical machine or surrounding components or otherwise connected to the electrical machine components can be avoided. This can result in an increase in the service life of the electrical machine and of the components.

Die Erfindung sieht beispielsweise vor, die Messspitze des Temperatursensors an einem Rand von zwei Wicklungen bzw. Spulen von Einzelzähnen, und nicht mittig zwischen den Spulen zu positionieren und mittels des Temperaturmodells die an der in axialer Richtung von dem Rand beabstandeten und beispielsweise in der Mitte zwischen den Spulen herrschende Temperatur als eine Offset-Temperatur zu berechnen. Dadurch kann ein zur Verfügung stehende Wickelraum vollständig ausgenutzt werden. Die Positionierung der Messspitze des Temperatursensors wird beispielsweise so gewählt, dass der Kupferfüllfaktor und die Wicklungszahl der Einzelzähne des Stators unabhängig vom Vorhandensein des Temperatursensors sind. Durch die Anordnung des Temperatursensors am Rand der Spulen kann der Temperatursensor bei Bedarf besonders einfach und schnell ausgetauscht werden.The invention provides, for example, to position the measuring tip of the temperature sensor at one edge of two windings or coils of individual teeth, and not centrally between the coils and by means of the temperature model at the axially spaced from the edge and for example in the middle between Calculate the coil prevailing temperature as an offset temperature. As a result, an available changing room can be fully utilized. The positioning of the measuring tip of the temperature sensor is selected, for example, such that the copper fill factor and the number of turns of the individual teeth of the stator are independent of the presence of the temperature sensor. Due to the arrangement of the temperature sensor at the edge of the coils, the temperature sensor can be exchanged particularly easily and quickly when needed.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist die jeweilige Spule zumindest teilweise mit einem Kunststoff umspritzt. Durch den Kunststoff ist dabei wenigstens ein Halteelement gebildet, an welchem bzw. mittels welchem der Temperatursensor gehalten ist. Dadurch kann eine einfache und kostengünstige Halterung des Temperatursensors realisiert werden.In an advantageous embodiment, the respective coil is at least partially encapsulated with a plastic. At least one holding element is formed by the plastic, on which or by means of which the temperature sensor is held. This allows a simple and inexpensive mounting of the temperature sensor can be realized.

Vorteilhafterweise weist das Halteelement eine Durchgangsöffnung in axialer Richtung des Stators auf, wobei der Temperatursensor in axialer Richtung des Stators in die Durchgangsöffnung des Halteelements eingesteckt und hindurchgesteckt ist. Hierdurch kann der Temperatursensor in radialer und/oder in axialer Richtung des Stators fixiert werden.Advantageously, the holding element has a passage opening in the axial direction of the stator, wherein the temperature sensor is inserted in the axial direction of the stator in the passage opening of the holding element and inserted therethrough. As a result, the temperature sensor can be fixed in the radial and / or axial direction of the stator.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die Messspitze des Temperatursensors zwischen den Spulen angeordnet. Durch die Anordnung der Messspitze des Temperatursensors zwischen den Spulen kann ein Abstand zwischen der Messspitze und der genannten Stelle, an der die herrschende Temperatur berechnet wird, möglichst gering gehalten werden, sodass die Temperatur besonders präzise ermittelt werden kann.In a further advantageous embodiment, the measuring tip of the temperature sensor is arranged between the coils. By arranging the measuring tip of the temperature sensor between the coils, a distance between the measuring tip and said point at which the prevailing temperature is calculated, be kept as low as possible, so that the temperature can be determined very precisely.

Vorteilhafterweise ist der Temperatursensor, insbesondere dessen Messspitze, unter Vermittlung eines Klebstoffes mit wenigstens einer der Spulen, insbesondere mit beiden Spulen, thermisch kontaktiert. Dadurch kann ein besonders vorteilhafter Wärmeaustausch zwischen der wenigstens einen Spule und dem Sensor realisiert werden. Außerdem kann verhindert werden, dass die Messspitze verrutscht.Advantageously, the temperature sensor, in particular its measuring tip, is thermally contacted by means of an adhesive with at least one of the coils, in particular with both coils. As a result, a particularly advantageous heat exchange between the at least one coil and the sensor can be realized. In addition, it can be prevented that the measuring tip slips.

Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 6 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders sicherer Betrieb und eine besonders hohe Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine realisierbar sind, ist erfindungsgemäß eine elektronische Recheneinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher anhand eines Rechenmodells aus der mittels des Temperatursensor erfassten Temperatur eine an einer in axialer Richtung des Stators von dem Randbereich beabstandeten Stelle herrschende Temperatur berechnet wird. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Sensors sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.In order to develop a method specified in the preamble of claim 6 type such that a particularly safe operation and a particularly high performance of the electric machine can be realized, an electronic computing device is provided according to the invention, by means of which a computer model from the temperature detected by the temperature sensor a temperature prevailing at a location spaced from the edge area in the axial direction of the stator is calculated. Advantages and advantageous embodiments of the sensor according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the method according to the invention and vice versa.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Dabei zeigt:Showing:

1 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Stators für eine elektrische Maschine, wobei ein Temperatursensor des Stators nicht dargestellt ist; 1 a schematic and perspective plan view of a detail a stator according to the invention for an electric machine, wherein a temperature sensor of the stator is not shown;

2 ausschnittsweise eine weitere schematische und perspektivische Draufsicht des Stators mit dem Temperatursensor; 2 a detail of another schematic and perspective plan view of the stator with the temperature sensor;

3 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht des Stators; 3 a fragmentary schematic longitudinal sectional view of the stator;

4 ausschnittsweise eine weitere schematische Längsschnittansicht des Stators; 4 a fragmentary schematic longitudinal sectional view of the stator;

5 ausschnittsweise eine weitere schematische und perspektivische Draufsicht des Stators mit dem Temperatursensor; und 5 a detail of another schematic and perspective plan view of the stator with the temperature sensor; and

6 eine schematische Perspektivansicht eines Abschirmelements für den Temperatursensor. 6 a schematic perspective view of a shielding element for the temperature sensor.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

In 1 ist ausschnittsweise in einer schematischen und perspektivischen Draufsicht ein Stator 14 für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gezeigt. Die elektrische Maschine ist beispielsweise in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar, sodass das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine antreibbar ist. Dabei umfasst die elektrische Maschine in ihrem vollständig hergestellten Zustand den Stator 14 und einen in den Fig. nicht dargestellten Rotor, welcher um eine Drehachse relativ zu dem Stator 14 drehbar ist.In 1 is fragmentary in a schematic and perspective plan view of a stator 14 for an electrical machine, in particular a motor vehicle. The electric machine is operable, for example, in an engine operation and thus as an electric motor, so that the motor vehicle can be driven by means of the electric machine. In this case, the electric machine comprises the stator in its fully established state 14 and a rotor, not shown in the figures, which rotates about an axis of rotation relative to the stator 14 is rotatable.

Der Stator 14 umfasst eine Mehrzahl von Spulen 12 mit jeweiligen Windungen 16. Die Spulen 12 sind beispielsweise um jeweilige Zähne, insbesondere Einzelzähne, des Stators 14 gewickelt und somit an den Zähnen gehalten. Insbesondere sind in 1 zwei in Umfangsrichtung des Stators 14 unmittelbar aufeinanderfolgende der Spulen 12 erkennbar, die beispielsweise an jeweiligen, in Umfangsrichtung des Stators 14 unmittelbar aufeinanderfolgenden der Zähne gehalten sind. Zwischen diesen Zähnen ist in Umfangsrichtung eine Nut des Stators 14 angeordnet. Des Weiteren ist aus 1 ein Zwischenraum 10 zwischen den Spulen 12 erkennbar, wobei der Zwischenraum 10 in Umfangsrichtung zumindest teilweise zwischen den auch als Wicklungen bezeichneten Spulen 12 angeordnet ist.The stator 14 includes a plurality of coils 12 with respective turns 16 , The spools 12 are, for example, respective teeth, in particular individual teeth, of the stator 14 wrapped and thus held on the teeth. In particular, in 1 two in the circumferential direction of the stator 14 immediately successive of the coils 12 recognizable, for example, at respective, in the circumferential direction of the stator 14 are held in direct succession of the teeth. Between these teeth is a groove of the stator in the circumferential direction 14 arranged. Furthermore, it is off 1 a gap 10 between the coils 12 recognizable, with the gap 10 in the circumferential direction at least partially between the coils, which are also referred to as windings 12 is arranged.

Die Spulen 12 sind beispielsweise jeweils zumindest teilweise mit einem Kunststoff umspritzt, um dadurch beispielsweise die Spulen 12 zu fixieren. Durch diesen Kunststoff ist beispielsweise eine in 1 teilweise erkennbare Umspritzung 18 des Stators 14 gebildet. Die Umspritzung 18 ist beispielsweise eine Erstumspritzung. In Zusammenschau mit 5 ist erkennbar, dass durch den Kunststoff bzw. durch die Umspritzung 18 jeweilige Halteelemente 20 gebildet sind, welche jeweils eine Durchgangsöffnung 22 aufweisen. Die jeweilige Durchgangsöffnung ist beispielsweise durch eine jeweilige Öse gebildet. Die Öse bzw. das Halteelement 20 kann beispielsweise kostenneutral in ein Spritzgusswerkzeug, mittels welchem die Umspritzung 18 hergestellt wird, integriert werden.The spools 12 For example, each are at least partially encapsulated with a plastic to thereby, for example, the coils 12 to fix. By this plastic, for example, an in 1 partially recognizable encapsulation 18 of the stator 14 educated. The encapsulation 18 is for example a Erstumspritzung. In synopsis with 5 can be seen that by the plastic or by the encapsulation 18 respective retaining elements 20 are formed, each having a passage opening 22 exhibit. The respective passage opening is formed for example by a respective eyelet. The eye or the holding element 20 For example, it can be cost-neutral in an injection mold, by means of which the encapsulation 18 is produced, integrated.

Die jeweilige Spule 12 ist durch wenigstens einen Draht 23 gebildet, welcher beispielsweise aus Kupfer hergestellt ist. Außerdem umfasst der Stator 14 ein Abdeckelement 24, durch welches beispielsweise die Nuten und die Spulen 12 in radialer Richtung des Stators 14 nach innen hin zumindest teilweise überdeckt sind. Die jeweiligen Spulen 12 sind dabei jeweils teilweise in der Nut angeordnet, sodass die Nut mit Kupfer gefüllt ist. Ein Maß bzw. ein Grad der Füllung der Nut mit Kupfer wird auch als Kupferfüllfaktor bezeichnet. Je größer der Kupferfüllfaktor ist, desto leistungsfähiger kann die elektrische Maschine sein.The respective coil 12 is through at least one wire 23 formed, which is made for example of copper. In addition, the stator includes 14 a cover element 24 through which, for example, the grooves and the coils 12 in the radial direction of the stator 14 are at least partially covered on the inside. The respective coils 12 are each partially arranged in the groove, so that the groove is filled with copper. A degree or degree of filling of the groove with copper is also called copper fill factor. The larger the copper fill factor, the more powerful the electric machine can be.

Die Spulen 12 sind in Umfangsrichtung zumindest teilweise voneinander beabstandet, sodass zwischen den Spulen 12 ein sich zumindest in Umfangsrichtung erstreckender Abstand vorgesehen ist. Ferner weist die Durchgangsöffnung 22 eine Durchgangsrichtung auf, welche parallel zur axialen Richtung des Stators 14 und somit der elektrischen Maschine insgesamt verläuft.The spools 12 are at least partially spaced apart in the circumferential direction, so that between the coils 12 an at least circumferentially extending distance is provided. Furthermore, the passage opening 22 a passage direction which is parallel to the axial direction of the stator 14 and thus the electric machine runs overall.

Aus 2 ist erkennbar, dass der Stator 14 wenigstens einen Temperatursensor 28, welcher an dem Halteelement 20 befestigt und somit mittels des Halteelements 20 gehalten und, insbesondere relativ zu den Spulen 12, positioniert ist. Hierzu ist der Temperatursensor 28 entlang der Durchgangsrichtung in die Durchgangsöffnung 22 eingesteckt und dabei durch die Durchgangsöffnung 22 hindurchgesteckt. Der Temperatursensor 28 weist eine Messspitze 30 auf, mittels welcher eine Temperatur erfasst werden kann. Bei dem in den Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Messspitze 30 des Temperatursensors 28 in dem sich zwischen den Spulen 12 befindenden Zwischenraum 10 und somit zwischen den Spulen 12 angeordnet.Out 2 it can be seen that the stator 14 at least one temperature sensor 28 , which on the holding element 20 attached and thus by means of the retaining element 20 held and, in particular relative to the coils 12 , is positioned. This is the temperature sensor 28 along the passage direction in the passage opening 22 inserted and thereby through the passage opening 22 through put. The temperature sensor 28 has a measuring tip 30 on, by means of which a temperature can be detected. In the embodiment illustrated in the figures, the measuring tip is 30 of the temperature sensor 28 in which is between the coils 12 intermediate space 10 and thus between the coils 12 arranged.

Besonders gut aus 1 bis 4 ist erkennbar, dass der Temperatursensor 28 derart relativ zu den Spulen 12 angeordnet und gehalten und insbesondere derart durch die Durchgangsöffnung hindurchgesteckt und soweit zwischen die in Umfangsrichtung unmittelbar aufeinanderfolgenden Spulen 12 eingesteckt ist, dass mittels des Temperatursensors 28, insbesondere mittels der Messspitze 30, eine in einem Randbereich 26 der Spulen 12 herrschende Temperatur erfassbar ist bzw. im Rahmen eines Verfahrens zum Betreiben des Stators 14 erfasst wird. Insbesondere aus 3 und 4 ist erkennbar, dass die Messspitze 30 des Temperatursensors 28 in einem in axialer Richtung vorderen Bereich zwischen den Spulen 12 und nicht etwa in der Mitte zwischen den Spulen 12 angeordnet ist. Da die Messspitze 30 des Temperatursensors 28 in dem Randbereich 26 und nicht in der Mitte zwischen den Spulen 12 angeordnet ist, müssen keine Aussparungen in den Spulen 12 für die Anbringung der Messspitze 30 des Temperatursensors 28 vorgesehen werden. Dadurch können ein besonders hoher Kupferfüllfaktor und folglich eine besonders hohe Leistung der elektrischen Maschine realisiert werden.Especially good 1 to 4 it can be seen that the temperature sensor 28 so relative to the coils 12 arranged and held and in particular so inserted through the passage opening and as far between the circumferentially immediately successive coils 12 is plugged in that by means of the temperature sensor 28 , in particular by means of the measuring tip 30 , one in a border area 26 the coils 12 ruling temperature is detectable or under a Method for operating the stator 14 is detected. In particular from 3 and 4 is recognizable that the measuring tip 30 of the temperature sensor 28 in an axially forward region between the coils 12 and not in the middle between the coils 12 is arranged. Because the measuring tip 30 of the temperature sensor 28 in the border area 26 and not in the middle between the coils 12 is arranged, no recesses need in the coils 12 for attaching the measuring tip 30 of the temperature sensor 28 be provided. As a result, a particularly high copper fill factor and consequently a particularly high output of the electrical machine can be realized.

Die mittels der Messspitze 30 erfassbare Temperatur ist nicht notwendigerweise die während eines Betriebs der elektrischen Maschine auftretende, höchste Temperatur des Stators 14, welcher während des Betriebs beispielsweise an einer in axialer Richtung von dem Randbereich 26 beabstandeten Stelle, insbesondere in der Mitte zwischen den Spulen 12, eine gegenüber der mittels der Messspitze 30 erfassbaren Temperatur höhere Temperatur aufweist, welche auch als Ermittlungstemperatur bezeichnet wird. Dabei ist es wünschenswert, die Ermittlungstemperatur zu ermitteln, um beispielsweise die elektrische Maschine in Abhängigkeit von der Ermittlungstemperatur zu betreiben, sodass ein übermäßig hoher Wert der Ermittlungstemperatur und somit hitzebedingte Schäden der elektrischen Maschine vermieden werden können.The by means of the measuring tip 30 detectable temperature is not necessarily the highest temperature of the stator occurring during operation of the electrical machine 14 which during operation, for example, at one in the axial direction of the edge region 26 spaced location, especially in the middle between the coils 12 , one opposite the means of the measuring tip 30 detectable temperature has higher temperature, which is also referred to as the detection temperature. It is desirable to determine the detection temperature, for example, to operate the electric machine as a function of the detection temperature, so that an excessively high value of the detection temperature and thus heat-related damage to the electrical machine can be avoided.

Um dies zu realisieren, ist eine in den 2 schematisch dargestellte elektronische Recheneinrichtung 13 vorgesehen, welche dazu ausgebildet ist, die Ermittlungstemperatur, die an der genannten Stelle herrscht, in Abhängigkeit von der mittels der Messspitze 30 und somit mittels des Temperatursensors 28 erfassten Temperatur zu berechnen. Mit anderen Worten ist es im Rahmen des genannten Verfahrens vorgesehen, dass die Ermittlungstemperatur mittels der elektronischen Recheneinrichtung 13 in Abhängigkeit von der mittels der Messspitze 30 und somit mittels des Temperatursensors 28 erfassten Temperatur berechnet wird. Die Stelle, an der die Ermittlungstemperatur herrscht, ist dabei in axialer Richtung weiter innen als der Randbereich 26 angeordnet. Die Ermittlungstemperatur kann von der mittels des Temperatursensors 28 erfassbaren bzw. erfassten Temperatur abweichen und an einer anderen Stelle als die mittels des Temperatursensors 28 erfassbare bzw. erfasste Temperatur herrschen, sodass die Ermittlungstemperatur auch als Offset-Temperatur bezeichnet wird.To realize this, one is in the 2 schematically illustrated electronic computing device 13 provided, which is adapted to the detection temperature, which prevails at said location, in dependence on the means of the measuring tip 30 and thus by means of the temperature sensor 28 to calculate the detected temperature. In other words, it is provided in the context of said method that the detection temperature by means of the electronic computing device 13 depending on the means of the measuring tip 30 and thus by means of the temperature sensor 28 calculated temperature is calculated. The point at which the detection temperature prevails is in the axial direction further inside than the edge region 26 arranged. The detection temperature can be determined by means of the temperature sensor 28 detectable or detected temperature and at a different location than that by means of the temperature sensor 28 detectable or detected temperature prevail, so that the detection temperature is also referred to as offset temperature.

Um beispielsweise die Messspitze 30 des Temperatursensors 28 vor Kühlöl abzuschirmen, ist in dieser Ausführungsform ein vorliegend als Clip oder Rastelement ausgebildetes Abschirmelement 32 vorgesehen. Das Abschirmelement 32 ist in 6 schematisch dargestellt und weist eine beispielsweise als Bohrung ausgebildete Durchgangsöffnung 46 auf, deren Durchmesser so gestaltet ist, dass zumindest die Messspitze 30 des Temperatursensors 28 durch die Durchgangsöffnung 46 hindurchgesteckt werden kann, insbesondere derart, dass kein Spiel zwischen der Messspitze 30 des Temperatursensors 28 und dem Abschirmelement 32 entsteht. Die Durchgangsöffnung 46 des Abschirmelements 32 entspricht beispielsweise, insbesondere hinsichtlich ihres Durchmessers, der Durchgangsöffnung 22, insbesondere deren Durchmesser.For example, the measuring tip 30 of the temperature sensor 28 In order to shield against cooling oil, in this embodiment a shielding element which is presently embodied as a clip or latching element is provided 32 intended. The shielding element 32 is in 6 schematically shown and has a trained example as a bore passage opening 46 on whose diameter is designed so that at least the measuring tip 30 of the temperature sensor 28 through the passage opening 46 can be inserted, in particular such that no play between the measuring tip 30 of the temperature sensor 28 and the shielding element 32 arises. The passage opening 46 the shielding element 32 corresponds, for example, in particular with regard to its diameter, the passage opening 22 , in particular their diameter.

Beispielsweise vor Anbringen des Temperatursensors 28 an dem Halteelement 20 wird das Abschirmelement 32 so positioniert, dass sich die Durchgangsöffnungen 22 und 46 in gegenseitiger Überlappung befinden, insbesondere koaxial zueinander angeordnet sind. Das Abschirmelement 32 schließt beispielsweise mit dem Abdeckelement 24 und mit dem Halteelement 20 ab, sodass bei Anbringung des Temperatursensors 28 die Messspitze 30 vor Kühlöl geschützt ist. Zur Anbindung des Abschirmelements 32 an die benachbarten Spulen 12 kann dieser angeklebt oder durch Mikroverrastung gehalten werden. Mit anderen Worten wird das Abschirmelement 32 beispielsweise zwischen den Spulen 12 und/oder zwischen den Einzelzähnen platziert. Das Abschirmelement 32 kann an wenigstens einer der Spulen 12 und/oder an wenigstens einem der Zähne durch Kleben oder Mikroverrastung gehalten sein.For example, before attaching the temperature sensor 28 on the holding element 20 becomes the shielding element 32 positioned so that the through holes 22 and 46 are in mutual overlap, in particular are arranged coaxially to each other. The shielding element 32 closes, for example, with the cover 24 and with the holding element 20 so when mounting the temperature sensor 28 the measuring tip 30 protected against cooling oil. For connection of the shielding element 32 to the adjacent coils 12 this can be glued or held by micro-locking. In other words, the shielding element 32 for example, between the coils 12 and / or placed between the individual teeth. The shielding element 32 can on at least one of the coils 12 and / or held on at least one of the teeth by gluing or micro-locking.

Aus 4 ist erkennbar, dass die Messspitze 30 des Temperatursensors 28 unter Vermittlung von Klebstoff 34 thermisch mit den Spulen 12 kontaktiert ist. Hierzu werden beispielsweise die Spulen 12 mit dem Klebstoff 34 versehen, woraufhin die Messspitze 30 in den Klebstoff 34 gedrückt wird. Der Klebstoff 34 wird dabei an einer Messstelle dosiert, an welcher mittels der Messspitze 30 die Temperatur zu erfassen ist. Beispielsweise wird die Messspitze 30 mittels des Klebstoffes 34 auch fixiert. Der Klebstoff 34 wird beispielsweise mittels einer Dosiervorrichtung in ausreichender Menge an der Messstelle dosiert. Mittels der Dosiervorrichtung wird beispielsweise auch wenigstens ein Klebepunkt gesetzt, mittels welchem der Temperatursensor 28, nachdem er durch die Durchgangsöffnung 22 hindurchgesteckt wurde, axial an dem Halteelement 20 gesichert wird.Out 4 is recognizable that the measuring tip 30 of the temperature sensor 28 under the intermediation of adhesive 34 thermally with the coils 12 is contacted. For this example, the coils 12 with the glue 34 provided, whereupon the measuring tip 30 in the glue 34 is pressed. The adhesive 34 is dosed at a measuring point at which by means of the measuring tip 30 the temperature is to be detected. For example, the measuring tip 30 by means of the adhesive 34 also fixed. The adhesive 34 is dosed for example by means of a metering device in sufficient quantity at the measuring point. By means of the metering device, for example, at least one adhesive point is set, by means of which the temperature sensor 28 after passing through the passage opening 22 has been inserted axially on the holding element 20 is secured.

In 5 ist erkennbar, dass der Stator 14 einen Kontaktring 36 umfasst, welcher wenigstens eine Einhausung 38 aufweist. In dieser Einhausung 38 kann ein mit dem Temperatursensor 28 elektrisch verbundenes Kabel 40 teilweise aufgenommen und vorzugsweise eingeklebt werden, Berührungen des Kabels 40 mit den Strom führenden Bauteilen, insbesondere Kupferringe, zu vermeiden. Außerdem ist wenigstens eine Kupferbahn 39 vorgesehen, welche insbesondere als Hochvolt-Kupferbahn und somit als Hochvolt-Komponente (HV-Komponente) ausgebildet ist.In 5 it can be seen that the stator 14 a contact ring 36 comprising, which at least one enclosure 38 having. In this enclosure 38 can one with the temperature sensor 28 electrically connected cable 40 partially received and preferably glued, touching the cable 40 to avoid with the current-carrying components, in particular copper rings. In addition, at least one copper track 39 provided, which is designed in particular as a high-voltage copper track and thus as a high-voltage component (HV component).

Aus 6 ist erkennbar, dass das beispielsweise als Fixierung-Clip ausgebildete Abschirmelement 32 ein L-förmiges Profil aufweist. Kanten 42 des Abschirmelements 32 liegen beispielsweise an den Windungen 16 der Spulen 12 an. Gleichzeitig liegen Kanten 44 des Abschirmelements 32 an dem Abdeckelement an. Da die Messspitze 30 des Temperatursensors 28 durch die Durchgangsöffnung 46 des Abschirmelements 32 hindurchgesteckt ist und diese somit verschließt, überdeckt das Abschirmelement 32 den Zwischenraum 10 zwischen zwei Spulen 12 zumindest teilweise, wodurch die Messspitze 30 des Temperatursensors 28 vor Kühlöl abgeschirmt werden kann.Out 6 It can be seen that the shielding element designed, for example, as a fixing clip 32 has an L-shaped profile. edge 42 the shielding element 32 For example, lie on the turns 16 the coils 12 at. At the same time there are edges 44 the shielding element 32 on the cover. Because the measuring tip 30 of the temperature sensor 28 through the passage opening 46 the shielding element 32 is inserted through and thus closes, covers the shielding 32 the gap 10 between two coils 12 at least partially, eliminating the measuring tip 30 of the temperature sensor 28 can be shielded from cooling oil.

In einer weiteren Variante, welche in den Fig. nicht dargestellt ist, kann wird der Temperatursensor 28, insbesondere die Messspitze 30, axial zwischen die Spulen 12 gesteckt. Ähnlich wie bei Verwendung des beispielsweise als Schirmungs-Clip ausgebildeten Abschirmelements 32 kann dabei die Fixierung des Temperatursensors 28 durch Kleben oder Mikroverrastung jeweils mit Hinterschnitt erfolgen. Eine Schirmung des Temperatursensors 28, insbesondere der Messspitze 30, ist hierbei automatisch gegeben. Zur vorteilhaften Temperaturanbindung des Temperatursensors 28 wird vorher noch an der Messstelle ausreichend Klebstoff 34 dosiert, in welchen der Temperatursensor 28, insbesondere dessen Messspitze 30, gedrückt wird.In a further variant, which is not shown in the figures, the temperature sensor can be used 28 , in particular the measuring tip 30 , axially between the coils 12 plugged. Similar to using the shielding element designed as a shielding clip, for example 32 can fix the temperature sensor 28 by gluing or micro locking each with undercut done. A shield of the temperature sensor 28 , in particular the measuring tip 30 , is automatically given here. For advantageous temperature connection of the temperature sensor 28 Before this, enough adhesive is left at the measuring point 34 metered, in which the temperature sensor 28 , in particular its measuring tip 30 , is pressed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Zwischenraumgap
1212: SpuleKitchen sink
1313: Recheneinrichtungcomputing device
1414: Statorstator
1616: Windungenturns
1818: Umspritzungencapsulation
2020: Halteelementretaining element
2222: DurchgangsöffnungThrough opening
2323: Drahtwire
2424: Abdeckelementcover
2626: Randbereichborder area
2828: Temperatursensortemperature sensor
3030: MessspitzeProbe
3232: Abschirmelementshielding
3434: Klebstoffadhesive
3636: Kontaktringcontact ring
3838: Einhausunghousing
4040: Kabelelectric wire
4242: Kanteedge
4444: Kanteedge
4646: DurchgangsöffnungThrough opening

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2012/0112581 A1 [0002]
US 2015/0155760 A1 [0003]
JP 2016067155 A2 [0003]

Claims

Stator ( 14 ) for an electric machine, with at least two in the circumferential direction of the stator ( 14 ) successive coils ( 12 ), and with at least one temperature sensor ( 28 ), by means of which one in an edge region ( 26 ) of the coils ( 12 ) prevailing temperature, characterized in that an electronic computing device ( 13 ) is provided, which is adapted to the basis of a computer model from the means of the temperature sensor ( 28 ) detected temperature at one in the axial direction of the stator ( 14 ) from the edge area ( 26 ) spaced location prevailing temperature to calculate.

Stator ( 14 ) according to claim 1, characterized in that the respective coil ( 12 ) is at least partially encapsulated with a plastic, by which a holding element ( 20 ) is formed, on which the temperature sensor ( 28 ) is held.

Stator ( 14 ) according to claim 2, characterized in that the temperature sensor ( 28 ) in the axial direction of the stator ( 14 ) in an opening of the retaining element ( 20 ) is inserted.

Stator ( 14 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature sensor ( 28 ) a measuring tip ( 30 ), which between the coils ( 12 ) is arranged.

Stator ( 14 ) according to one of the preceding claims, characterized in that temperature sensor ( 28 ), in particular its measuring tip ( 30 ), mediating an adhesive ( 34 ) with at least one of the coils ( 12 ), in particular with both coils ( 12 ), is thermally contacted.

Method for determining at least one temperature of a stator ( 14 ) for an electrical machine, in which by means of at least one temperature sensor ( 28 ) at least one in an edge region ( 26 ) of two in the circumferential direction of the stator ( 14 ) successive coils ( 12 ) is detected, characterized in that an electronic computing device ( 13 ) is provided by means of which by means of a computer model from the means of the temperature sensor ( 28 ) detected temperature at one in the axial direction of the stator ( 14 ) from the edge area ( 26 ) spaced location prevailing temperature is calculated.