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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Temperatursensor für einen Stator einer rotierenden elektrischen Maschine und einen Stator einer rotierenden elektrischen Maschine, der einen solchen Sensor umfasst.
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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der rotierenden elektrischen Maschinen, wie die Motoren, Wechselstromgeneratoren, Startergeneratoren oder Superlader, die für die Kraftfahrzeuge verwendet werden.
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Und noch genauer betrifft die Erfindung die rotierenden elektrischen Maschinen, umfassend einen Stator, der eine Wicklung aufweist, die von einer Wand umgeben ist, und einen Rotor, der Magnete aufweist, beispielsweise Dauermagnete, wie Seltenerdmagnete und/oder Ferritmagnete.
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Bei einer rotierenden elektrischen Maschine, wie beispielsweise einem Startergenerator oder einem elektrischen Superlader, führt der elektrische Strom, der in der Wicklung der Maschine fließt, durch den Joule-Effekt zur Erwärmung der Wicklung.
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Nach einer gewissen Anzahl von Aktivierungen der elektrischen Maschine ist die Erhöhung der Temperatur derart, dass die Gefahr eines Ausfalls des Produkts groß ist (Wicklung, Lager, umgebende Kunststoffteile, ...).
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Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, die elektrische Versorgung der Wicklungen nach einer Verzögerungszeit zu stoppen. Diese Verzögerungszeit ermöglicht eine natürliche Abkühlung der rotierenden elektrischen Maschine.
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Allerdings verringert diese Lösung die Verwendungszeit der rotierenden elektrischen Maschine.
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Eine weitere bekannte Lösung besteht darin, die Temperatur an einem einzigen Draht der Wicklung zu messen, oder die Temperatur am Stator und genauer am Statorkörper, der ein Stapel von Magnetblechen ist, zu messen.
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Allerdings sind diese Messungen nach diesen zwei Methoden nicht für die tatsächliche Temperatur der Spulen repräsentativ. Die Temperatur der Spule ist nur eine geschätzte Temperatur.
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Eine weitere bekannte Lösung besteht darin, die Temperatur mit einem temperaturempfindlichen Element, das an die Wicklung geklebt ist, zu messen.
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Die Messung erfolgt direkt, unterliegt aber einer starken Gefahr einer Verschiebung oder eines Ablösens des temperaturempfindlichen Elements während starker Schwingungsphasen.
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Eine weitere bekannte Lösung besteht darin, die Temperatur der Wicklung mit einem temperaturempfindlichen Element zu messen, das mit einer Feder an die Wicklung gedrückt wird.
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Allerdings ist der Abstand zwischen dem temperaturempfindlichen Element und der Wicklung in Abhängigkeit von den Toleranzen der Teile variabel. Ferner weist die Wicklung nicht immer denselben Oberflächenzustand auf. Gewisse Wicklungen weisen Unregelmäßigkeiten der Oberfläche auf. Spulen umfassen nämlich Drähte, die mit den anderen Drähten nicht ausgerichtet sind.
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Die Temperaturmessung ist somit nicht reproduzierbar, was die Bedeutung der Temperaturmessung begrenzt.
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Aufgabe der Erfindung ist es somit, diese Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, wobei ein Temperatursensor für einen Stator einer rotierenden elektrischen Maschine vorgeschlagen wird, der es ermöglicht, eine reproduzierbare Temperaturmessung im Bereich der Wicklung während der Aktivierungsphasen der elektrischen Maschine unabhängig vom Oberflächenzustand der Wicklung durchzuführen.
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Die Erfindung betrifft einen Temperatursensor für einen Stator einer rotierenden elektrischen Maschine, umfassend eine Wicklung, die von einer Wand umgeben ist. Der Temperatursensor umfasst:
- – ein temperaturempfindliches Element,
- – eine Schutzhülle, umfassend ein geschlossenes Ende, in dem das temperaturempfindliche Element angeordnet ist,
- – zwei elektrische Drähte, die das temperaturempfindliche Element mit einem elektrischen Stecker verbinden, und
- – ein Befestigungsmittel, um den Temperatursensor an der Wand des Stators der rotierenden elektrischen Maschine zu befestigen.
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Erfindungsgemäß umfasst der Temperatursensor ein verformbares Element, das am geschlossenen Ende des temperaturempfindlichen Elements befestigt ist. Das verformbare Element ist dazu bestimmt, zwischen dem geschlossenen Ende des temperaturempfindlichen Elements und der Wicklung des Stators komprimiert zu werden.
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Nach einer möglichen Variante bildet das Befestigungsmittel ein einstellbares Kompressionsmittel, das es ermöglicht, den Abstand zwischen dem geschlossenen Ende des temperaturempfindlichen Elements und der Wicklung des Stators zu variieren, um das verformbare Element zwischen dem geschlossenen Ende des temperaturempfindlichen Elements und der Wicklung des Stators zu komprimieren.
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Nach einer weiteren möglichen Variante umfasst das Befestigungsmittel einen Gewindeabschnitt, der dazu bestimmt ist, in eine Gewindeöffnung, die in der Wand des Stators vorgesehen ist, geschraubt zu werden.
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Nach einer weiteren möglichen Variante ist das verformbare Element aus einem wärmeleitenden Material gebildet.
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Nach einer weiteren möglichen Variante ist das verformbare Element ein Polymer und vorzugsweise ein Harz.
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Nach einer weiteren möglichen Variante weist das verformbare Element eine größere radiale Abmessung als jene des geschlossenen Endes des temperaturempfindlichen Elements auf.
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Dies ermöglicht es, den Wärmeaustausch zwischen dem verformbaren Element und der Wicklung zu optimieren.
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Nach einer weiteren möglichen Variante ist das verformbare Element an das geschlossene Ende des temperaturempfindlichen Elements geklebt.
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Die Erfindung betrifft auch einen Stator für eine rotierende elektrische Maschine, umfassend eine Wicklung, die von einer Wand umgeben ist. Der Stator umfasst einen Temperatursensor der zuvor definierten Art.
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Das verformbare Element ist auf dem geschlossenen Ende des temperaturempfindlichen Elements befestigt und zwischen dem geschlossenen Ende und der Wicklung des Stators komprimiert.
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Nach einer Variante ist das verformbare Element durch das Befestigungsmittel komprimiert. Das Befestigungsmittel bildet in einstellbares Kompressionsmittel, das es ermöglicht, den Abstand zwischen dem geschlossenen Ende des temperaturempfindlichen Elements und der Wicklung des Stators zu variieren.
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Dies ermöglicht es, eine variable Kompressionsrate für das verformbare Element zu erhalten, die vom Oberflächenzustand der Wicklung abhängt.
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Je unregelmäßiger der Oberflächenzustand der Wicklung ist, umso höher ist die an das verformbare Element angelegte Kompressionsrate.
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Die Erfindung liefert somit einen Temperatursensor für einen Stator einer rotierenden elektrischen Maschine, der es ermöglicht, eine reproduzierbare Messung der Temperatur der Wicklung während der Phasen der Aktivierung der elektrischen Maschine unabhängig vom Oberflächenzustand der Wicklung (regelmäßig oder unregelmäßig) durchzuführen.
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Wenn das verformbare Element durch das Befestigungsmittel komprimiert wird, verformt sich das Ende des Temperatursensors und genauer das verformbare Element, um sich an die unregelmäßige Form der Oberfläche der Wicklung anzupassen.
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Dies ermöglicht es, unabhängig von der Form der Oberfläche der Wicklung eine konstante Wärmeaustauschfläche zwischen dem Temperatursensor und der Wicklung zu gewährleisten.
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Ferner ermöglicht es die Erfindung, einen tatsächlichen und nicht einen geschätzten Temperaturwert zu messen.
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Diese Messung der tatsächlichen Temperatur ermöglicht es, die rotierende elektrische Maschine mit Strom bis zu einer Temperatur möglichst nahe der für die rotierende elektrische Maschine akzeptablen Grenze versorgen zu können. Dies bewirkt eine Erhöhung der Verwendungszeit der rotierenden elektrischen Maschine.
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Die Merkmale der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beiliegende 1 detaillierter beschrieben:
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1 ist eine schematische Darstellung von zwei Temperatursensoren, die auf einem Stator einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß der Erfindung montiert sind.
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1 ist eine schematische Darstellung von zwei Temperatursensoren 1, die auf einem Stator 2 einer rotierenden elektrischen Maschine montiert sind.
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Die rotierende elektrische Maschine enthält einen Rotor, umfassend Magnete, und einen Stator 2, umfassend eine Wicklung 3, die von einer Wand 9 umgeben ist. Die Wicklung 3 kann eine oder mehrere Spulen umfassen, die jeweils Drähte 15 enthalten. Die Wand 9 liegt der Wicklung 3 gegenüber.
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Der Stator 2 umfasst einen Temperatursensor 1, der ein temperaturempfindliches Element 4 enthält, um die Temperatur der Wicklung 3 des Stators 2 zu messen.
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Der vom Sensor gemessene Temperaturbereich liegt zwischen –40°C und 300°C.
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Das temperaturempfindliche Element 4 ist ein Thermoelement oder beispielsweise ein Thermistor. Der Thermistor ist ein passives Bauteil aus Halbleitermaterial, dessen Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur variiert.
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Der Thermistor kann vom Typ NTC, negativer Temperaturkoeffizient (oder englisch Negative Temperature Coefficient) sein, wenn der Widerstand in Abhängigkeit von der Erhöhung der Temperatur abnimmt, oder vom Typ PTC, positiver Temperaturkoeffizient (oder englisch Positive Temperature Coefficient) im umgekehrten Fall sein, wie etwa ein Thermistor aus Platin.
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Der Temperatursensor 1 umfasst eine Schutzhülle 5, die ein geschlossenes Ende 6 aufweist, in dem das temperaturempfindliche Element 4 angeordnet ist.
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Der Temperatursensor 1 umfasst zwei elektrische Drähte 7, die das temperaturempfindliche Element 4 mit einem elektrischen Anschluss (nicht dargestellt) verbinden.
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Die zwei elektrischen Drähte 7 sind von der Schutzhülle 5 oder Isolierummantelung umgeben und in dieser gehalten, die zwei Durchgangskanäle (nicht dargestellt), aufweist, die jeweils einem der elektrischen Drähte 7 zugeordnet sind, so dass die zwei elektrischen Drähte 7 zueinander isoliert sind und von der Schutzhülle 5 gehalten werden.
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Die Schutzhülle 5 ist beispielsweise von allgemeiner länglicher Form entlang einer Längsrichtung, die der Längsrichtung der zwei elektrischen Drähte 7 entspricht. Die Schutzhülle 5 kann eine allgemeine zylindrische Form aufweisen.
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Zum Beispiel weist die Schutzhülle 5 einen Kern aus elektrisch isolierendem und wärmebeständigem Keramikmaterial auf, der von einer äußeren Schicht aus feuerfestem Stahl umgeben ist. Die äußere Schicht kann beispielsweise aus rostfreiem Stahl sein. Der Kern der Isolierummantelung kann beispielsweise aus Magnesiumoxid oder Aluminiumoxid sein.
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Der Temperatursensor 1 umfasst ein Befestigungsmittel 8, um den Temperatursensor 1 an der Wand 9 des Stators 2 der rotierenden elektrischen Maschine zu befestigen.
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Die Schutzhülle 5 ist im Inneren des Befestigungsmittels 8 angeordnet.
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Erfindungsgemäß umfasst der Temperatursensor 1 ein verformbares Element 10, das am geschlossenen Ende 6 des temperaturempfindlichen Elements 4 befestigt ist.
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Das verformbare Element 10 kann ein Pad oder ein Puffer sein.
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Das Befestigungselement 8 bildet ein einstellbares Kompressionsmittel, das es ermöglicht, das verformbare Element 10 zwischen dem geschlossenen Ende 6 des temperaturempfindlichen Elements 4 und der Wicklung 3 des Stators 2 der rotierenden elektrischen Maschine zu komprimieren.
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Genauer ermöglicht es das Befestigungsmittel 8, den Abstand zwischen dem geschlossenen Ende 6 des temperaturempfindlichen Elements 4 und der Wicklung 3 des Stators 2 anzupassen oder zu variieren, um das verformbare Element 10 zwischen dem geschlossenen Ende 6 des temperaturempfindlichen Elements 4 und der Wicklung 3 der rotierenden elektrischen Maschine 2 zu komprimieren.
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Das Befestigungsmittel 8 ermöglicht es, das verformbare Element 10 mit einer konstanten Spannkraft unabhängig vom Oberflächenzustand der Wicklung 3 zu komprimieren.
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Das Befestigungsmittel 8 umfasst einen Gewindeabschnitt 11, der dazu bestimmt ist, in eine Gewindeöffnung 12 geschraubt zu werden, die in der Wand 9 des Stators 2 vorgesehen ist.
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Der Gewindeabschnitt 11 wirkt wie eine Stellschraube.
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Das Befestigungsmittel 8 umfasst einen Anschlag 13, der dazu bestimmt ist, an einer Außenfläche 14 der Wand 9 des Stators 2 zum Anschlag zu gelangen.
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Das Befestigungsmittel 8 ist an der Schutzhülle 5 befestigt.
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Der Anschlag 13 bildet ein Spannmittel. Er kann beispielsweise die Form einer Sechskantmutter aufweisen, die es ermöglicht, das Befestigungsmittel 8 mit einem Schlüssel zu spannen.
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Das Befestigungsmittel 8 wird mit einem Drehmoment gespannt, das eingerichtet ist, um eine minimale Kompression des verformbaren Elements 10 gegen die Wicklung 3 zu erzielen.
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Das verformbare Element 10 ist aus einem federnden oder elastischen Material, wie einem Polymer vom Typ Kautschuk oder einem Harz, gebildet.
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Das verformbare Element 10 ist von einem wärmeleitenden Material gebildet.
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Das verformbare Element 10 weist eine größere radiale Abmessung als jene des geschlossenen Endes 6 des temperaturempfindlichen Elements 4 auf. Dies ermöglicht es, die Wärmeleitung zwischen dem verformbaren Element 10 und der Wicklung 3 zu optimieren.
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Das verformbare Element 10 ist an das geschlossene Ende 6 des temperaturempfindlichen Elements 4 geklebt.
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1 stellt eine Wand 9 eines Stators 2 dar, an der zum Vergleich zwei Temperatursensoren 1 montiert sind, die zwei jeweiligen Wicklungen 3 zugeordnet sind.
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Die obere Wicklung 3 weist eine regelmäßige Oberfläche 16 auf, die von korrekt ausgerichteten Drähten 15 gebildet ist.
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Um den Temperatursensor 1 an der Wand 9 des Stators 2 zu befestigen, wird das Befestigungsmittel 8 in die Gewindeöffnung 12, die in der Wand 9 des Stators 2 vorgesehen ist, geschraubt, bis die Kompression des verformbaren Elements 10 zwischen dem geschlossenen Ende 6 des temperaturempfindlichen Elements 4 und der Wicklung 3 des Stators 2 ausreichend ist, um eine gute Wärmeübertragung zwischen der Wicklung 3 und dem geschlossenen Ende 6 des temperaturempfindlichen Elements 4 über das verformbare Element 10 zu gewährleisten.
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Die Verformung des verformbaren Elements 10 ist in diesem Beispiel minimal.
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Im Gegensatz zu 1 weist die untere Wicklung 3 eine unregelmäßige Oberfläche 16 auf, die von nicht ausgerichteten Drähten 15 gebildet ist.
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Die Erfindung kommt in diesem Beispiel voll zum Tragen. Die Verformung oder Quetschung des verformbaren Elements 10 „absorbiert” nämlich die Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche 16 der Wicklung 3. Dies ermöglicht es, eine konstante Wärmeaustauschfläche zwischen dem Temperatursensor 1 und der Wicklung 3 unabhängig vom Oberflächenzustand der Wicklung 3 zu gewährleisten.
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Die Temperaturmessungen sind reproduzierbar, unabhängig von der Wicklung 3. Es ist auch möglich, die tatsächliche Temperatur der Wicklung 3 zu messen, da der Kontakt zwischen den Drähten 15 der Wicklung 3 und dem Temperatursensor 1 perfekt ist.
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Dies ermöglicht es, die rotierende elektrische Maschine bis zu einer Temperatur möglichst nahe der für das Produkt akzeptablen Grenze mit Strom zu versorgen, was eine Erhöhung der Verwendungszeit der Maschine bewirkt.
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Wenn die obere Anordnung mit der unteren Anordnung verglichen wird, ist es möglich zu beobachten, dass der Abstand zwischen dem geschlossenen Ende 6 des temperaturempfindlichen Elements 4 und der Wicklung 3 der oberen Anordnung größer ist als der Abstand zwischen dem geschlossenen Ende 6 des temperaturempfindlichen Elements 4 und der Wicklung 3 der unteren Anordnung.
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Bei der unteren Anordnung wird das verformbare Element 10 stärker komprimiert, da die Oberfläche 16 der Wicklung 3 unregelmäßig ist.
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Dieser Kompressionsunterschied wird dank des Befestigungsmittels 8 erzielt, welches wie ein einstellbares Kompressionsmittel wirkt, das es ermöglicht, den Abstand zwischen dem geschlossenen Ende 6 des temperaturempfindlichen Elements 4 und der Wicklung 3 des Stators 2 zu variieren.
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Das Befestigungsmittel 8 ist im Falle der unteren Anordnung mehr in die Gewindeöffnung 12 der Wand 9 des Stators 2 geschraubt als im Falle der oberen Anordnung. Der Abstand zwischen dem Anschlag 13 des Befestigungsmittels 8 und der Außenfläche 14 der Wand 9 des Stators 2 ist im Falle der unteren Anordnung kleiner als im Falle der oberen Anordnung.
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Die Kompressionsrate des verformbaren Elements 10 ist im Falle der unteren Anordnung höher als im Falle der oberen Anordnung.
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Bei der unteren Anordnung passt sich das verformbare Element 10 an die Form der Oberfläche 16 der Wicklung 3 an, welche unregelmäßig ist. Die Kompression ist derart angepasst, dass das verformbare Element 10 die zwischen den Drähten 15 der Wicklung 3 gebildeten Löcher schließt, wodurch ein guter Wärmeaustausch zwischen dem verformbaren Element 10 und der Wicklung 3 gewährleistet ist.
