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Die Erfindung betrifft einen insbesondere als Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeuges einsetzbaren Elektromotor mit einem Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur einer Wicklung aus zumindest einem Wickeldraht, der in durch ein jeweiliges Nutverschlusselement abgedeckten Nuten angeordnet ist.
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Bei Elektromotoren können im Betrieb durch Abwärme hohe Temperaturen entstehen. Eine lokale Temperaturerhöhung tritt vor allem im Bereich des Stators, insbesondere bei den Umlenkbereichen der Wicklung auf. In ungünstigen Fällen kann es zu einer Überhitzung und damit zu einer Beschädigung des Elektromotors kommen. Es ist daher bereits bekannt, einen Temperatursensor in den Elektromotor zu integrieren, um die Temperatur zu überwachen.
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Die Vergussmasse oder ein Kühlöl im Innenraum kann die Messung dieser Temperatur beeinträchtigen, da aufgrund der wärmeleitenden Eigenschaften der Vergussmasse oder des Kühlöls die Temperatur mit wachsendem Abstand zu der Wicklung bzw. zu dem Wicklungskopf stark abfällt. Gleiches gilt für den Flansch, welcher aus Metall gefertigt ist und über den Kühlmantel sehr gut gekühlt werden kann.
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Beispielsweise offenbart die
DE 101 30 982 A1 einen Temperatursensor für eine Statorwicklung von Elektromotoren, der teilweise in den Stator eingebaut ist.
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Die
EP 1 278 291 A2 beschreibt einen Temperatursensor, welcher in einem Elektromotor integriert ist und einen verschiebbaren Temperatursensorabschnitt zur Anlage an einen Stator des Elektromotors aufweist.
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Die
DE 10 2014 215 916 A1 betrifft einen Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur eines Stators eines Elektromotors durch Messung eines temperaturabhängigen Widerstandes.
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Außerdem bezieht sich eine für denselben Zweck bestimmte Temperatursensoreinrichtung gemäß der
DE 10 2014 215 917 A1 auf einen Temperatursensor, der in einer Temperatursensorumhüllung angeordnet ist, die einen Boden benachbart zu der Statorwicklung umfasst, wobei der Wärmewiderstand des Bodens kleiner ist als der Wärmewiderstand der Hülse.
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Die
DE 10 2011 084 229 A1 offenbart einen Temperatursensor für elektrische Maschinen mit einer Befestigungsvorrichtung, einer Anschlussvorrichtung und einem Sensorelement. Dabei ist die Anschlussvorrichtung in einer Längsrichtung des Temperatursensors federnd ausgeführt, sodass die Anschlussvorrichtung das Sensorelement in Richtung einer Wärmequelle drückt. Damit wird zwischen dem Sensorelement und der Wärmequelle eine thermische Verbindung in gleichbleibender Güte unabhängig von Montage- und Bauteiltoleranzen erzielt.
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Aus der
EP 1 278 291 A2 ist ebenfalls ein Elektromotor mit einem Sensor zum Schutz vor Überhitzung bekannt. Hierzu ist an einer Statorwicklung ein Sensor-Halteelement mittels eines elastisch verformbaren Materials angebracht. Dadurch wird der Sensor gegen eine Fläche der Wicklung gedrückt.
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Die
EP 0 993 099 A1 betrifft eine Einrichtung zur Überwachung der Wicklungstemperatur einer elektrischen Maschine. Ein Temperatursensor ist mittels einer an der Wicklung in wärmeleitender Verbindung angebrachten Aufnahme auswechselbar eingesetzt.
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Die Isolation der Spulen in Elektromotoren wird durch die Verwendung mehrerer Komponenten realisiert, indem flächige Isolierstoffe verwendet werden, die in Größe und Form leicht zu formen sind und die durch Hilfsmittel, wie die auch als Deckschieber bezeichneten Nutverschlusselemente, oder Keile zur Nutabdeckung fixiert werden.
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Aus der
DE 10 2004 015 243 A1 ist eine elektrische Maschine mit Deckschiebern bekannt, wobei der Deckschieber an seiner Außenseite einen Steg aufweist, der den Nutschlitz verschließt und dabei der Nutschlitzbreite entspricht.
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Ferner bezieht sich die
US 4,313,069 A auf die Fixierung thermischer Isolatoren bei Elektromotoren.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Elektromotor der eingangs genannten Art die Anordnung des Sensorelementes zu optimieren und zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Elektromotor gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also der Elektromotor mit zumindest einem Nutverschlusselement mit einer den Temperatursensor fixierenden Aufnahme ausgestattet. Hierdurch wird in überraschend einfacher Weise die Fixierung des Temperatursensors erreicht, ohne dass dabei zusätzliche mechanische Kräfte auf die Wicklung bzw. den Wickelkopf wirken, sodass eine unerwünschte Verformung des Wickeldrahtes zuverlässig ausgeschlossen werden kann. Dabei wird aber zugleich auch die Montage des Temperatursensors erleichtert, indem die Aufnahme zunächst zu einer Baueinheit mit dem Nutverschlusselement verbunden wird und anschließend diese Baueinheit in dem Montageprozess entsprechend der übrigen Nutverschlusselement in der entsprechenden Nut fixiert werden kann. Dabei hat es sich bereits als vorteilhaft herausgestellt, dass der Temperatursensor in unmittelbarer Nähe der Wicklung und mit dieser thermisch leitend verbunden angeordnet ist, ohne dass hierzu eine direkte mechanische Fixierung an der Wicklung erforderlich ist, die in der Praxis oftmals zu einer lokalen Änderung der elektrischen Eigenschaften der Wicklung führt. Darüber hinaus ermöglicht die Aufnahme auch eine vor Umwelteinflüssen, insbesondere flüssigen Medien wie beispielsweise Öl, optimal geschützte Anordnung des Temperatursensors an der Aufnahme.
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Dabei hat es sich bereits als besonders praxisgerecht erwiesen, wenn die Aufnahme eine zumindest abschnittsweise ebene oder gewölbte, an zumindest zwei Nutverschlusselementen fixierte Grundplatte hat, die einen Halteabschnitt zur Fixierung des Temperatursensors zwischen benachbarten Nutverschlusselementen aufweist. Die derart gestaltete Grundplatte ermöglicht eine für die Temperaturmessung optimale Anordnung des Temperatursensors zwischen den Nutverschlusselementen und somit in unmittelbarer Nähe zu der Wicklung, ohne eine wesentliche Änderung der Aufbauhöhe. Vielmehr lässt sich der Temperatursensor so mittels der Aufnahme in bereits bestehende Konstruktionen des Elektromotors problemlos integrieren und gegebenenfalls bei vorhandenen Elektromotoren nachrüsten. Zudem kann der Austausch durch einfaches Lösen des entsprechenden Nutverschlusselementes werkzeuglos erfolgen.
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Der Temperatursensor könnte in einer an die äußere Kontur des Temperatursensors angepassten Ausnehmung in der Aufnahme fixiert sein. Besonders vorteilhaft ist es demgegenüber jedoch, wenn der Temperatursensor an der Aufnahme durch den Halteabschnitt umfangsseitig fixiert ist, insbesondere also zumindest einen Längsabschnitt des Temperatursensors vollständig einschließt, wobei der Temperatursensor an dem Halteabschnitt beispielsweise formschlüssig fixiert ist. Hierzu kann der Halteabschnitt beispielsweise als ein Rohrstück ausgeführt sein, in welches der Temperatursensor axial eingefügt wird, bis dieser in dem Halteabschnitt verrastet. Hierdurch ist der Temperatursensor zugleich gegenüber einer möglichen Beschädigung optimal geschützt.
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Bei einer anderen, ebenfalls besonders Erfolg versprechenden Ausgestaltung der Erfindung weist die Aufnahme einen radialen Fixierabschnitt auf, welcher einen stirnseitigen Abschnitt der Wicklung mittels einer Abwinkelung radial einschließt und so mit seiner hakenförmigen Ausformung vorzugsweise gegen die äußere Umfangsfläche des Wickelkopfes anliegt. Hierdurch ist der Temperatursensor noch besser gegenüber mechanischen Krafteinwirkungen geschützt, wodurch das Beschädigungsrisiko weiter reduziert wird.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird auch dann erreicht, wenn die Aufnahme an einem stirnseitigen Abschnitt eine Durchbrechung für den Temperatursensor aufweist, wobei die Durchbrechung derart an dem stirnseitigen Abschnitt angeordnet ist, dass der darin eingesetzte Temperatursensor zwischen dem Nutverschlusselement und der Wicklung in die entsprechende Nut eingesetzt werden kann. Hierdurch wird die Genauigkeit der Temperaturmessung durch die Messung im inneren Bereich der Wicklung weiter verbessert und insbesondere Fehlereinflüsse durch die im äußeren Randbereich der Wicklung unvermeidliche, erhöhte Wärmeabfuhr vermieden.
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Eine aus einem Kunststoffmaterial bestehende Aufnahme könnte einteilig mit dem Nutverschlusselement ausgeführt sein. Vorzugsweise ist die Aufnahme formschlüssig mit dem Nutverschlusselement verbunden. Durch den Formschluss wird die Einhaltung einer vorbestimmten relativen Sollposition zwischen dem Temperatursensor und der Wicklung mit reproduzierbarer Genauigkeit erreicht und dadurch auftretende Messtoleranzen weiter vermindert.
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Für eine dauerhafte und belastbare Verbindung ist die Aufnahme alternativ oder ergänzend mittels einer Adhäsionsverbindung mit dem Nutverschlusselement verbunden, wobei die Aufnahme vorzugsweise aus einem Material, insbesondere Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet ist, sodass der Wärmeübergang zwischen der Wicklung und dem Temperatursensor weitgehend verlustfrei erfolgt. Neben dem Material der Aufnahme kann zusätzlich auch durch Wärmeleitpasten die Messwerterfassung verbessert und insbesondere eine Temperaturänderung schneller erfasst werden.
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Das Nutverschlusselement könnte radial in die entsprechende Nut eingebracht werden. Besonders praxisgerecht ist es hingegen, wenn das Nutverschlusselement in der jeweiligen Nut mittels einer Hinterschneidung formschlüssig fixiert ist und insbesondere durch eine axiale Fügebewegung in einer die Nuten flächen- oder konturbündig verschließenden Position festlegbar sein kann.
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Bei einer anderen, ebenfalls besonders sinnvollen Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Temperatursensor an der Aufnahme lösbar fixiert und kann somit zu Service- oder Reparaturzwecken von der Aufnahme gelöst und gegebenenfalls ausgetauscht werden.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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Diese zeigt in
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1 einen Statorträger mit einer ersten Variante einer Aufnahme mit einem darin fixierten Temperatursensor in einer perspektivischen Ansicht;
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2 eine weitere perspektivische Ansicht des Statorträgers und der Aufnahme;
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3 den Statorträger bei der Montage einer zweiten Variante einer Aufnahme mit einer hakenförmigen Ausformung;
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4 die in 3 gezeigte Aufnahme nach Abschluss der Montage mit einem darin eingesetzten Temperatursensor;
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5 einen Querschnitt durch einen Abschnitt des Statorträgers.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der 1 bis 5 näher erläutert, in denen jeweils derselbe Statorträger 1 für einen nicht weiter dargestellten, als Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeuges einsetzbaren Elektromotor gezeigt ist.
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Innerhalb einer Vielzahl radialer Nuten 2 in dem Statorträger 1 ist eine durch einen Wickeldraht 3 gebildete Wicklung 4 angeordnet, wie dies insbesondere in 5 erkennbar ist. Die Nuten 2 sind jeweils durch einen mit dem der Nut 2 benachbarten Bereich des Statorträgers 1 flächenbündig angeordneten Nutverschlusselement 5 verbunden. Einander gegenüberliegende Vorsprünge 6 des Nutverschlusselementes 5 fixieren dieses formschlüssig in der Nut 2, welches so in einfacher Weise durch eine axiale Fügebewegung montiert werden kann.
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Im Betrieb ist zur Vermeidung unerwünschter Betriebszustände des Elektromotors eine Temperaturüberwachung durch einen geeigneten Temperatursensor 7 zur Erfassung der Temperatur der Wicklung 4 vorgesehen, welcher erfindungsgemäß in einer mit zumindest einem Nutverschlusselement 5 verbundenen Aufnahme 8, 11 fixiert ist.
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Bei der in den 1 und 2 gezeigten ersten Variante ist die Aufnahme 8 als eine ebene oder entsprechend des Innenradius des Statorträgers 1 gewölbte Platte 9 ausgeführt und in einer axialen Verlängerung an mehreren Nutverschlusselementen 5 fixiert. Auf der Platte 9 ist ein an die Außenkontur des Temperatursensors 7 angepasster und zumindest abschnittsweise gegen dessen Umfang anliegender Halteabschnitt 10 für den Temperatursensor 7 vorgesehen, welcher der Fixierung des Temperatursensors 7 zwischen benachbarten Nutverschlusselementen 5 dient. Zur Montage werden die zuvor mit der Aufnahme 8 verbundenen Nutverschlusselement 5 lediglich axial in die entsprechenden Nuten 2 eingeschoben.
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In den 3 und 4 ist eine weitere Variante einer Aufnahme 11 für den Temperatursensor 7 dargestellt. Bei dieser Aufnahme 11 liegt ein sich radial erstreckender Fixierabschnitt 12 aus einem Draht gegen eine Stirnfläche 13 des Statorträgers 1 an, wobei ein hakenförmiger Bereich mit einer zu dem Nutverschlusselement 5 parallelen Abwinkelung 14 gegen den Umfang des Statorträgers 1 anliegt und so die Position der Aufnahme 11 an diesem sichert. Die Aufnahme 11 hat eine als Bohrung ausgeführte Durchbrechung 15 für den Temperatursensor 7, durch die der Temperatursensor 7 unterhalb des Nutverschlusselementes 5 in die entsprechende Nut 2 eingeschoben und dadurch in unmittelbarer Nähe der Wicklung 4 positioniert werden kann.
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Bei den beiden Varianten sind die Aufnahmen 8, 11 mit dem Temperatursensor 7 lösbar verbunden, sodass dieser zu Servicezwecken oder zur Kalibrierung entnommen werden kann. Zudem kann die Montage zunächst unter Verwendung eines Platzhalters anstelle des Temperatursensors 7 erfolgen, um diesen vor einer möglichen Beschädigung, beispielsweise auch aufgrund der aus dem Stand der Technik bekannten Imprägnierung, zu schützen. Der Austausch des Platzhalters gegen den Temperatursensor 7 erfolgt dann in einem abschließenden Montageschritt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Statorträger
- 2
- Nut
- 3
- Wickeldraht
- 4
- Wicklung
- 5
- Nutverschlusselement
- 6
- Vorsprung
- 7
- Temperatursensor
- 8
- Aufnahme
- 9
- Platte
- 10
- Halteabschnitt
- 11
- Aufnahme
- 12
- Fixierabschnitt
- 13
- Stirnfläche
- 14
- Abwinkelung
- 15
- Durchbrechung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10130982 A1 [0004]
- EP 1278291 A2 [0005, 0009]
- DE 102014215916 A1 [0006]
- DE 102014215917 A1 [0007]
- DE 102011084229 A1 [0008]
- EP 0993099 A1 [0010]
- DE 102004015243 A1 [0012]
- US 4313069 A [0013]
