DE102017203788A1

DE102017203788A1 - Elektromotor und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Elektromotors

Info

Publication number: DE102017203788A1
Application number: DE102017203788.1A
Authority: DE
Inventors: Martin Fuchs; Peter Bahrmann; Nils Wilhelm
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2018-09-13
Also published as: US11223258B2; WO2018162247A1; CN110352547B; CN110352547A; US20200373818A1; EP3593444A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen einen Rotor und einen Stator (3) umfassenden Elektromotor (1), dessen hohlzylindrischer Stator (3) eine aus mehreren schichtweise übereinander angeordneten, umlaufenden Spulenlagen (8) bestehende verteilte Wicklung (5) mit einem Wickelkopf (6) aufweist. Zur Erfassung einer Wickelkopftemperatur ist ein Temperatursensor (7) im Wickelkopf (6) angeordnet. Erfindungsgemäß ist ein formstabiles Sensoraufnahmeelement (9) mit einem einen Aufnahmeraum für den Temperatursensor (7) aufweisenden Funktionsabschnitt (14) vorgesehen, welches derart zwischen zwei übereinander angeordnete benachbarte Spulenlagen (8) einfügt ist, dass der Funktionsabschnitt (14) zwischen den beiden durch das Einbringen des Funktionsabschnittes (14) aufgepreizten Spulenlagen (8) im Wickelkopf (6) fixiert ist und dass der Temperatursensor (7) durch eine in einem Basisabschnitt (16) des Sensoraufnahmeelementes (9) angeordnete Öffnung in den Aufnahmeraum einsetzbar und entnehmbar ist, wobei der Aufnahmeraum einerseits abschnittsweise von dem Funktionsabschnitt (14) und andererseits abschnittsweise durch die Wicklung (5) begrenzt ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines einen Stator (3) und einen Rotor umfassenden Elektromotors (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen einen Rotor und einen Stator umfassenden Elektromotor, dessen hohlzylindrischer Stator eine aus mehreren schichtweise übereinander angeordneten, umlaufenden Spulenlagen bestehende verteilte Wicklung mit einem Wickelkopf und einen Temperatursensor zur Erfassung einer Wickelkopftemperatur aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines einen Stator und einen Rotor umfassenden Elektromotors, bei welchem ein Temperatursensor zur Erfassung der Wickelkopftemperatur in einen Wickelkopf einer aus mehreren schichtweise übereinander angeordneten umlaufenden Spulenlagen bestehenden verteilten Wicklung des hohlzylindrischen Stators angeordnet wird.
Es ist allgemein bekannt, dass Elektromotoren vor Überhitzung geschützt werden müssen, um insbesondere eine Schädigung der Wicklungen und/oder eine negative Beeinträchtigung der Magnete zu vermeiden. Dies wird in der Regel dadurch bewirkt, dass die Temperatur eines Elektromotors an einer oder mehreren Stellen direkt oder indirekt überwacht wird und ab einer vorgegebenen Temperatur Maßnahmen ergriffen werden, um einem weiteren Temperaturanstieg entgegenzuwirken. In den meisten Fällen erfolgt dies durch eine Steuerung oder Regelung mit Hilfe der Leistungselektronik.
Zur Leistungssteigerung von E-Maschinen werden die Wicklungen immer dichter aufgebaut, wodurch der Bauraum für die Anordnung eines Temperatursensors zur Erfassung der Temperatur immer enger wird. Bei der Verwendung von Rundspulen ergibt sich der Bauraum für den Temperatursensor durch den konstruktiv bedingt vorhandenen Abstand zwischen den Wicklungen bzw. zwischen zwei benachbarten Rundspulen. In jüngster Zeit setzen sich jedoch zunehmend Elektromotoren mit verteilten Wicklungen, auch Wellenwicklungen genannt, durch. Hierbei besteht die Wicklung aus mehreren schichtweise übereinander angeordneten umlaufenden ringförmigen Spulenlagen, wobei im Wickelkopf der Wicklung häufig die höchsten Temperaturen vorherrschen. Aufgrund der Konstruktion ist der Wickelkopf einer Wellenwicklung je nach der Geometrie der Kupferdrähte jedoch sehr steif. Hierdurch lässt sich der Temperatursensor nicht ohne weiteres zwischen die Spulenlagen der Wicklung stecken. Beim Einstecken des Temperatursensors besteht die Gefahr der Zerstörung bzw. Beschädigung des Temperatursensors und/oder der Spulenlagen.
Bisher erfolgte die Temperaturmessung an derartigen Wickelköpfen deshalb durch einen radial oder axial am Wickelkopf angeordneten Temperatursensor, sodass dieser nur punktuell an der Wickelkopfoberfläche anliegt. Hierdurch liefert die Temperaturmessung Werte, welche niedriger sind als die tatsächlich vorherrschenden Temperaturen im Inneren des Wickelkopfes. Zudem ist ein großer zeitlicher Verzug gemessener Temperaturänderungen zu beobachten. Die möglichst genaue Kenntnis ist jedoch Voraussetzung, um das Maximum an Performance der E-Maschine zur Verfügung zu stellen.
Die DE 10 2013 201 835 A1 beschreibt eine Anordnung zur Temperaturerfassung einer Wicklung eines Stators einer elektrischen Maschine. Hierbei besteht die Statorwicklung aus mehreren an Statorzähnen angeordneten Einzelspulen, wobei jeweils zwischen benachbarten Einzelspulen ein Zwischenraum ausgebildet ist. Ein zur Temperaturerfassung der Wicklung vorgesehener Temperatursensor ist in einem dieser Zwischenräume angeordnet. Bei der Wicklung handelt es sich nicht um eine vorangehend beschriebene Wellenwicklung aus mehreren übereinander angeordneten umlaufenden Spulenlagen.
Aus der DE 10 2016 103 307 A1 ist eine Elektromotor mit einem Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur einer um einen Statorkern angeordneten Wicklung bekannt. Hierbei ist ein in einer Befestigungsvorrichtung eingesetzter Temperatursensor in einen Spalt zwischen dem Statorkern und der Wicklungen eingesetzt und durch einen in einen Rand der Öffnung der Wicklung eingreifenden Vorsprung an der Wicklung fixiert. Auch bei dieser Wicklung handelt es nicht um eine vorangehend beschriebene Wellenwicklung aus mehreren übereinander angeordneten umlaufenden Spulenlagen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektromotor derart auszuführen, dass die Temperaturmessung in einer insbesondere als Wellenwicklung ausgebildeten verteilten Wicklung eines Stators wesentlich verbessert wird, insbesondere also unerwünschte Fehlereinflüsse bei der Temperaturmessung vermieden werden. Weiterhin soll ein besonders einfaches Herstellungsverfahren für einen solchen Elektromotor geschaffen werden.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Elektromotor gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche 2 bis 9 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Elektromotor vorgesehen, bei welchem ein formstabiles Sensoraufnahmeelement mit einem zumindest einen Aufnahmeraum für den Temperatursensor aufweisenden Funktionsabschnitt derart zwischen zwei übereinander angeordneten benachbarten Spulenlagen einfügt ist, dass der Funktionsabschnitt zwischen den beiden durch das Einbringen des Funktionsabschnittes aufgespreizten Spulenlagen im Wickelkopf fixiert ist und dass der Temperatursensor durch eine in einem Basisabschnitt des Sensoraufnahmeelementes angeordnete Öffnung in den Aufnahmeraum einsetzbar und entnehmbar ist, wobei der Aufnahmeraum einerseits abschnittsweise von dem Funktionsabschnitt und andererseits abschnittsweise durch die Wicklung begrenzt ist. Der im Aufnahmeraum des Sensoraufnahmeelementes angeordnete Temperatursensor liegt durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung zumindest abschnittsweise unmittelbar an den Spulenlagen bzw. der Wicklung an, sodass ein guter Wärmeübergang mit geringen Wärmeverlusten zwischen den Wärmequelle, nämlich den stromführenden Drähten der Spulenlagen und dem Temperatursensor, gewährleistet ist. Hierdurch wird eine optimale thermische Anbindung des im Wickelkopf einer Wellenwicklung angeordneten Temperatursensors gewährleistet und unerwünschte Fehlereinflüsse und Messwertabweichungen können zuverlässig vermieden werden. Durch die Anordnung des Sensoraufnahmeelementes zwischen zwei benachbarten Spulenlagen erstreckt sich der Temperatursensor in axiale Richtung in das Innere des Wickelkopfes, sodass nicht wie im Stand der Technik lediglich eine Oberflächentemperatur, sondern eine Innen- bzw. Kerntemperatur des Wickelkopfes erfasst wird und der Elektromotor dadurch mit einem Maximum an Performance betrieben werden kann. Außerdem ist durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Sensoraufnahmeelementes die Austauschbarkeit des Temperatursensors gewährleistet, sodass ein defekter Temperatursensor problemlos aus der Wicklung bzw. dem Sensoraufnahmeelement herausgenommen und durch einen funktionsfähigen Temperatursensor ersetzt werden kann. Die Anordnung des Temperatursensors in den Aufnahmeraum erfolgt erst nachdem das Sensoraufnahmeelement bereits zwischen die beiden Spulenlagen eingebracht worden ist, sodass eine Beschädigung des Temperatursensors beim Einbringen in den Wickelkopf ausgeschlossen ist. Durch die geometrische Ausgestaltung des Sensoraufnahmeelementes, welche nachfolgend noch ausführlich beschrieben wird, wird darüber hinaus die Gefahr einer Beschädigung der Drähte der Spulenlagen beim Einführen des Sensoraufnahmeelementes zwischen die beiden Spulenlagen minimiert.
Selbstverständlich könnte das Sensoraufnahmeelement auch zur Aufnahme von mehr als einem Temperatursensor ausgestaltet sein. In diesem Fall weist der Funktionsabschnitt dann mehrere nebeneinander angeordnete Aufnahmeräume und der Basisabschnitt mehrere nebeneinander angeordnete Öffnungen für die jeweiligen Temperatursensoren auf.
Die zumindest abschnittsweise Begrenzung des Aufnahmeraumes durch die Wicklung wird dadurch erreicht, dass der Funktionsabschnitt des Sensoraufnahmeelementes zumindest eine Durchbrechung aufweist, wobei der Aufnahmeraum für den Temperatursensor im Bereich der Durchbrechung von zumindest einer der beiden Spulenlage der Wicklung begrenzt ist. Hierdurch ist der im Aufnahmeraum des Sensoraufnahmeelementes angeordnete Temperatursensor im Bereich der Durchbrechung in unmittelbarem Kontakt mit der Wicklung bzw. mit einer der beiden Spulenlagen, zwischen denen der Funktionsabschnitt angeordnet ist.
In einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung einer derartigen Ausgestaltung ist dagegen vorgesehen, dass der Funktionsabschnitt des Sensoraufnahmeelementes zwei einander diametral gegenüberliegende Durchbrechungen aufweist, wobei der Aufnahmeraum im Bereich der beiden Durchbrechungen durch jeweils eine der beiden Spulenlagen begrenzt ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass der dem Aufnahmeraum angeordnete Temperatursensor beide den Funktionsabschnitt zwischen sich aufnehmende Spulenlagen kontaktiert.
Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung des Sensoraufnahmeelementes zeichnet sich dadurch aus, dass der Funktionsabschnitt zwei diametral angeordnete, sich axial erstreckende und den Aufnahmeraum abschnittweise begrenzende Schenkel aufweist, welche in einem dem Basisabschnitt abgewandten Endbereich durch ein Querelement verbunden sind, wobei der Aufnahmeraum im Bereich der beiden sich zwischen den Schenkeln erstreckenden Durchbrechungen durch eine der beiden Spulenlagen begrenzt ist. Durch das Querelement wird die erforderliche Verwindungssteifigkeit bzw. die Formstabilität des Funktionsabschnittes bzw. des Sensoraufnahmeelements zur Verfügung gestellt. Die Formstabilität gewährleistet, dass der Funktionsabschnitt die beiden Spulenlagen beim Einführen entsprechend seiner äußeren Kontur formen und aufweiten kann. Beim Einführen des Funktionsabschnittes kontaktiert zunächst das Querelement die beiden Spulenlagen, spreizt diese auf und schafft sich so den Raum der für die Anordnung des Funktionsabschnittes zwischen den Spulenlagen erforderlich ist.
Vorzugsweise ist die vorangehend genannte zumindest eine bzw. sind die beiden genannten diametral gegenüberliegenden Durchbrechungen spalt- bzw. schlitzförmig ausgebildet und erstrecken sich in axialer Richtung, insbesondere parallel zum eingesteckten Temperatursensor bzw. zu den sich axial erstreckenden Schenkeln.
Die Gefahr der Beschädigung der Spulenlagen beim Einführen des Funktionsabschnittes zwischen die beiden Spulenlagen wird auch dadurch minimiert, dass die dem Aufnahmeraum abgewandten Außenflächen der beiden Schenkel konvex ausgebildet sind und/oder dass eine dem Aufnahmeraum abgewandte Außenfläche des die beiden Schenkel verbindenden Querelements konvex ausgebildet ist. Es sind im Bereich der die Spulenlagen kontaktierenden Außenflächen der Schenkel und des Querelementes also keine scharfen Kanten bzw. Ecken vorhanden, welche sich mit den Drähten der Spulenlagen verhaken und diese dadurch beschädigen oder zerstören könnten. Außerdem wird auch das Einführen an sich erleichtert, da die Spulenlagen an den Außenflächen entlang gleiten.
Es erweist sich als besonders vorteilhaft, dass die dem Aufnahmeraum abgewandte Außenseite eines jeden Schenkels durch zwei radial aufeinander zulaufende Führungsflächen gebildet ist, wobei an den beiden Führungsflächen jeweils eine der beiden Spulenlagen zumindest abschnittweise anliegt. Beim Einführen des Funktionsabschnittes zwischen die beiden Spulenlagen werden diese derart aufgebogen bzw. aufgespreizt, dass sich auf Grund der Steifigkeit der Spulenlagen eine spitz zulaufende Ausnehmung zwischen den beiden Spulenlagen ausbildet, wobei die Schenkel durch die spitz zulaufenden Führungsflächen an die Form des Spaltes angepasst sind. Die Spulenlagen liegen an den Führungsflächen an und erzeugen auf diese gerichtete Klemmkräfte, welche das Sensoraufnahmeelement im Wickelkopf fixieren.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung des Sensoraufnahmeelementes wird auch dadurch geschaffen, dass die dem Aufnahmeraum zugewandten Innenflächen der beiden Schenkel konkav ausgebildet sind. Die Innenflächen bilden eine Führung und eine Anlagefläche für den in den Aufnahmeraum einsteckbaren bzw. eingesteckten Temperatursensor, einen einführbaren Platzhalter und ein einführbares Fügehilfselement. Der Platzhalter wird vor einer Imprägnierung des Wickelkopfes in den Aufnahmeraum eingeführt, um die Öffnung zu verschließen und ein Eindringen von Imprägniermaterial zu verhindern. Das Fügehilfselement wird zum Einbringen des Sensoraufnahmeelementes zwischen die beiden Spulenlagen vorübergehend in der Öffnung bzw. dem Aufnahmeraum angeordnet.
Das Einsetzen des Temperatursensors in die Öffnung bzw. in den Aufnahmeraum des Sensoraufnahmeelementes wird dadurch erleichtert, dass der Basisabschnitt des Sensoraufnahmeelementes einen Einführtrichter aufweist, welcher die Öffnung zum Einsetzen und zur Entnahme des Temperatursensors umlaufend umschließt. Außerdem dient der umlaufend geschlossene Einführtrichter zur Sicherstellung der erforderlichen Formstabilität bzw. Verwindungssteifigkeit des Funktionsabschnittes bzw. des Sensoraufnahmeelementes.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, dass eine Außenfläche des Basisabschnittes sich in Richtung des Funktionsabschnittes konisch verjüngt und zumindest abschnittsweise an den Endabschnitten der beiden Spulenlagen anliegt. Die Außenfläche bildet also einen Anschlag bzw. eine Tiefenbegrenzung beim Einführen des Sensoraufnahmeelementes zwischen die beiden Spulenlagen, sodass gewährleistet ist, dass das Sensoraufnahmeelement nicht zu tief in den Wickelkopf eingeschoben wird.
Die Außenfläche des Basisabschnitts kann auch eine hiervon abweichende Kontur bzw. Geometrie aufweisen, insbesondere um eine entsprechende Angriffsfläche für das Werkzeug zum Einbringen des Sensoraufnahmeelements zwischen die beiden Spulenlagen zu bilden.
Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 10.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zur Herstellung eines einen Rotor und einen Stator aufweisenden Elektromotors vorgesehen, bei welchem nach dem Einbringen der Spulenlagen in den Stator und vor dem Einbringen des Temperatursensors in den Wickelkopf ein zur Aufnahme des Temperatursensors vorgesehenes und eine Öffnung zum Einsetzen und Entnehmen des Temperatursensors aufweisendes formstabiles Sensoraufnahmeelement mittels eines in die Öffnung eingreifenden Fügehilfsmittels zwischen zwei übereinander angeordnete benachbarte Spulenlagen derart eingefügt wird, dass die beiden Spulenlagen aufgespreizt werden und sich eine das Sensoraufnahmeelement fixierende Klemmkraft ausbildet, wobei das Sensoraufnahmeelement während des Fügevorganges an einem axialen Anschlag des Fügehilfselementes anliegt und dass nach dem Entfernen des Fügehilfselementes aus der Öffnung der Temperatursensor in die Öffnung des Sensoraufnahmeelementes eingesteckt wird. Für ein nach dem Entfernen des Fügehilfselementes aus der Öffnung folgenden Imprägniervorgang des Wickelkopfes wird ein entsprechend ausgebildeter Platzhalter in die Öffnung eingesetzt, welcher das Eindringen des Imprägniermaterials in den Aufnahmeraum durch die Öffnung im Basisabschnitt und durch die Durchbrechungen im Funktionsabschnitt verhindert. Gleichzeitig dient der Platzhalter auch der Ausformung des Aufnahmeraumes im Bereich der Durchbrechungen im Funktionsabschnitt.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

1 eine Prinzipskizze eines Elektromotors mit einem in einen Wickelkopf einer Wicklung eingefügten Temperatursensor;
2 den in 1 dargestellten Wickelkopf der Elektromotors mit dem eingefügten Temperatursensor in einer Seitenansicht;
3 eine vergrößerte geschnittene Darstellung des zwischen zwei Spulenlagen der Wicklung eingefügten Temperatursensors;
4 eine zur Aufnahme des Temperatursensors vorgesehenes Sensoraufnahmeelement in einer perspektivischen Ansicht;
5 eine gemäß der Linie V-V geschnittene Ansicht des in 4 dargestellten Sensoraufnahmeelementes;
6 eine perspektivische Ansicht des Wickelkopfes mit dem zwischen zwei Spulenlagen eingefügten Sensoraufnahmeelement;
7 eine gemäß Linie VII-VII in 6 geschnittene Ansicht des zwischen zwei Spulenlagen angeordneten Sensoraufnahmeelementes;
8 eine gemäß Linie VIII-VIII in 7 geschnittene Ansicht des zwischen zwei Spulenlagen angeordneten Sensoraufnahmeelementes;
9 eine Darstellung gemäß 8 mit einem im Aufnahmeraum angeordneten Temperatursensor;
10 eine perspektivische Ansicht eines in den Aufnahmeraum des Sensoraufnahmeelementes eingesetzten Fügehilfselementes vor dem Einfügen desselben in den Wickelkopf;
11 aufeinanderfolgende Verfahrensschritte zum Einfügen des Sensoraufnahmeelementes zwischen zwei Spulenlagen der Wicklung.

1 zeigt eine Prinzipskizze eines als Antriebsmotor ausgebildeten erfindungsgemäßen Elektromotors 1 mit einem Rotor 2 und einem Stator 3. Der Stator 3 umfasst ein hohlzylindrisches, als Blechpaket ausgebildetes Statorblech 4 und eine verteilte Wicklung 5 mit einem in axialer Richtung aus dem Statorblech 4 herausragenden Wickelkopf 6, welcher mit einem Imprägniermaterial, insbesondere einem Harz, imprägniert ist. Im Wickelkopf 6 ist ein Temperatursensor 7 zur Erfassung einer Wickelkopftemperatur angeordnet.
Wie 2 zu entnehmen ist, sind die Wicklung 5 und der Wickelkopf 6 als Wellenwicklung ausgebildet und weisen mehrere schichtweise übereinander angeordnete, umlaufende ringförmige Spulenlagen 8 auf. Bei der dargestellten Ausführungsform bilden insgesamt sechs Spulenlagen 8 die Wicklung 5 bzw. den Wickelkopf 6. Die Spulenlagen 8 bestehen wiederum aus gewickelten Drähten, insbesondere aus Kupfer, und bilden eine Kupfermatte. Der Temperatursensor 7 ist in den Wickelkopf 6 eingebettet und zwischen zwei benachbarten und übereinander angeordneten Spulenlagen 8 angeordnet.
Eine vergrößerte Darstellung des zwischen zwei Spulenlagen 8 des Wickelkopfes 6 angeordneten Temperatursensors 7 ist in 3 abgebildet. Zwischen der radial innenliegenden Spulenlage 8 und der diese umschließenden benachbarten Spulenlage 8 ist ein zur Aufnahme des Temperatursensors 7 und sich axial erstreckendes formstabiles Sensoraufnahmeelement 9 angeordnet und fixiert. Der Temperatursensor 7 durchgreift eine Durchbrechung 10 in einem Gehäusebauteil 11 des Elektromotors 1 sowie eine Durchbrechung 12 in einer Isolierscheibe 13 und ist an dem zwischen den beiden Spulenlagen 8 fixierten Sensoraufnahmeelement 9 angeordnet.
Anhand der 4 und 5 wird nachfolgend das formstabile Sensoraufnahmeelement 9 kurz beschrieben. Das Sensoraufnahmeelement 9 weist einen sich axial erstreckenden Funktionsabschnitt 14 mit einem Aufnahmeraum 15 für den Temperatursensor 7 und einen Basisabschnitt 16 mit einer Öffnung 17, durch welche der Temperatursensor 7 in den Aufnahmeraum 15 eingesetzt und entnommen werden kann, auf. Zweckmäßigerweise ist das den Basisabschnitt 16 und den Funktionsabschnitt 14 umfassende Sensoraufnahmeelement 9 einteilig ausbildet und besteht aus einem geeigneten Kunststoffmaterial.
Der Basisabschnitt 16 des Sensoraufnahmeelementes 9 weist einen Einführtrichter 18 auf, welcher die Öffnung 17 zum Einsetzen und zur Entnahme des Temperatursensors 7 umlaufend umschließt. Eine Außenfläche 19 des Basisabschnittes 16 ist konisch ausgebildet und verjüngt sich in Richtung des Funktionsabschnittes 14.
Der Funktionsabschnitt 14 des Sensoraufnahmeelementes 9 besteht aus zwei diametral angeordneten, sich axial erstreckenden und den Aufnahmeraum 15 abschnittweise begrenzenden Schenkeln 20, welche in einem dem Basisabschnitt 16 abgewandten Endbereich durch ein Querelement 21 verbunden sind. Neben den beiden Schenkeln 20 weist der Funktionsabschnitt 14 zwei einander diametral gegenüberliegende Durchbrechungen 22 auf. Die spaltförmigen Durchbrechungen 22 erstrecken sich zwischen den Schenkeln 20 in axialer Richtung, vorzugsweise auf der gesamten Länge zwischen dem Querelement 21 und dem Basisabschnitt 16.
Die dem Aufnahmeraum 15 zugewandten Innenflächen 23 der beiden Schenkel 20 sind jeweils konkav ausgebildet. Die dem Aufnahmeraum 15 abgewandten Außenflächen 24 der beiden Schenkel 20 sind konvex ausgebildet und bestehen jeweils aus zwei radial aufeinander zulaufenden Führungsflächen 25. Auch die Außenfläche 26 des die beiden Schenkel 20 verbindenden Querelementes 21 sind konvex ausgebildet.
Das den Basisabschnitt 16 und den Funktionsabschnitt 14 umfassende Sensoraufnahmeelement 9 besteht aus Kunststoffmaterial und ist einteilig ausgebildet.
Die 6 bis 8 zeigen das zwischen der radial innenliegenden Spulenlage 8 und der benachbarten Spulenlage 8 eingefügte Sensoraufnahmeelement 9 in unterschiedlichen Ansichten. Das Sensoraufnahmeelement 9 wurde derart zwischen die im Stator 3 bzw. Statorblech 4 übereinander angeordneten benachbarten Spulenlagen 8 eingefügt bzw. eingeführt, dass der Funktionsabschnitt 14 mit dem Aufnahmeraum 15 für den Temperatursensor 7 zwischen den beiden durch das Einbringen bzw. Einführen des Funktionsabschnittes 14 aufgespreizten Spulenlagen 8 im Wickelkopf 6 der Wicklung 5 fixiert ist. Dabei ist der Basisabschnitt 16 derart im Wickelkopf 6 angeordnet, dass der Temperatursensor 7 durch die Öffnung 17 im Basisabschnitt 16 in den Aufnahmeraum 15 des Funktionsabschnittes 14 sowohl einsetzbar als auch entnehmbar ist.
Wie in 8 gut zu erkennen ist, wird der Aufnahmeraum 15 für den Temperatursensor 7 einerseits durch die beiden Innenflächen 23 der Schenkel 20 und andererseits im Bereich der beiden Durchbrechungen 22 durch die beiden Spulenlagen 8 der Wicklung 5 begrenzt. Die Spulenlagen 8 liegen im Bereich der außenseitigen Führungsflächen 25 der Schenkel 20 am Funktionsabschnitt 14 des Sensoraufnahmeelementes 9 an. Die beiden Spulenlagen 8 erzeugen eine aus dem Aufspreizen der Spulenlagen 8 resultierende und auf die Führungsflächen 25 der Schenkel 20 wirkende Klemmkraft F_K , durch welche das Sensoraufnahmeelement 9 zwischen den beiden Spulenlagen 8 im Wickelkopf 6 fixiert wird.
9 zeigt die Darstellung gemäß 8 mit einem von den Schenkeln 20 und von den Spulenlagen 8 begrenzten Aufnahmeraum 15, in welchem der Temperatursensor 7 angeordnet ist. Der Temperatursensor 7 ist im Bereich der Durchbrechungen 22 des Sensoraufnahmeelementes 9 in unmittelbarem Kontakt mit den Spulenlagen 8, sodass ein guter Wärmeübergang zwischen den Spulenlagen 8 der Wicklung 5 und dem Temperatursensor 7 gewährleistet ist.
Nachfolgend wird das Verfahren zur Herstellung des Elektromotors 1 bzw. das Verfahren zum Einbringen des Sensoraufnahmeelementes 9 in den Wickelkopf 6 der Wicklung 5 anhand der 10 und 11 kurz erläutert.
Im Anschluss an das Einbringen der insgesamt sechs Spulenlagen 8 in das Statorblech 4 des Stators 3 wird das vorangehend beschriebene Sensoraufnahmeelement 9 mittels eines beispielsweise als Dorn ausgebildeten und mit einer Presse 27 verbundenen Fügehilfselementes 28 zwischen die radial innenliege Spulenlage 8 und die benachbarte Spulenlage 8 eingebracht. Hierzu wird das Sensoraufnahmeelement 9 wie in 10 dargestellt derart auf dem Fügehilfselement 28 angeordnet, dass dieses durch die Öffnung 17 im Basisabschnitt 16 hindurch in den Aufnahmeraum 15 des Funktionsabschnittes 14 eingreift. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bildet eine Spitze des Fügehilfselementes 28 einen axialen Anschlag für das Sensoraufnahmeelement 9, wobei die Spitze des Fügehilfselementes 28 an einer Innenfläche 29 des Querelementes 21 anliegt. Dieser axiale Anschlag kann jedoch auch durch einen am Fügehilfselement 28 angeordneten, insbesondere umlaufenden, nicht dargestellten Vorsprung gebildet sein, an welchem das Sensoraufnahmeelement 9, insbesondere der Basisabschnitt 16, anliegt. Weiterhin ist denkbar, einen konisch ausgebildeten Dorn zu verwenden, welcher zusammen mit der die Öffnung 17 begrenzenden Wandfläche des Sensoraufnahmeelementes 9 den Anschlag bildet.
11 zeigt den Ablauf des Verfahrens zum Einbringen des Sensoraufnahmeelementes 9 in den Wickelkopf 6 der Wicklung 5, wobei von links nach rechts zeitlich aufeinanderfolgende Verfahrensschritte abgebildet sind. Zunächst wird das Sensoraufnahmeelement 9 auf dem Fügehilfselement 28 angeordnet (Verfahrensschritt I) und durch eine mittels eines Richtungspfeils dargestellte Zustellbewegung des Fügehilfselementes 28 relativ zum Wickelkopf 6 verfahren (Verfahrensschritt II). Anschließend erfolgt durch eine weitere Zustellbewegung des Fügehilfselementes 27 ein Aufspreizen bzw. Aufbiegen der beiden benachbarten Spulenlagen 8 (Verfahrensschritt III). Die Zustellbewegung endet, wenn der Funktionsabschnitt 14 des Sensoraufnahmeelementes 9 zwischen den beiden Spulenlagen 8 angeordnet ist bzw. wenn eine Außenfläche 19 des Basisabschnittes 16 an den Endabschnitten der beiden Spulenlagen 8 anliegt (Verfahrensschritt IV). Nach Abschluss der abgebildeten Verfahrensschritte ist das Sensoraufnahmeelement 9 durch eine von den beiden Spulenlagen 8 erzeugte Klemmkraft F_K in dem Wickelkopf 6 der Wicklung 5 fixiert. Für einen nachfolgenden Imprägniervorgang des Wickelkopfes wird dann ein die Öffnung 17 im Basisabschnitt 16 verschließender Platzhalter in den Aufnahmeraum 15 des Sensoraufnahmeelementes 9 eingesteckt. Neben der Öffnung 17 im Basisabschnitt verschließt der Platzhalter auch die Durchbrechungen 22 im Funktionsabschnitt 14 und dient dadurch der Ausformung des Aufnahmeraumes 15 im Bereich der Durchbrechungen 22. Im Anschluss an den Imprägniervorgang kann dann der Platzhalter entfernt und der Temperatursensor 7 durch die Öffnung 17 in den Aufnahmeraum 15 eingeführt werden. Hierbei durchgreift der Temperatursensor 7 die Öffnung 10 im Gehäusebauteil 11 und die Öffnung 12 in der Isolierscheibe 13 und wird am Elektromotor 1, beispielsweise am Gehäusebauteil 11, fixiert.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor
2: Rotor
3: Stator
4: Statorblech
5: Wicklung
6: Wickelkopf
7: Temperatursensor
8: Spulenlage
9: Sensoraufnahmeelement
10: Durchbrechung
11: Gehäusebauteil
12: Durchbrechung
13: Isolierscheibe
14: Funktionsabschnitt
15: Aufnahmeraum
16: Basisabschnitt
17: Öffnung
18: Einführtrichter
19: Außenfläche
20: Schenkel
21: Querelement
22: Durchbrechung
23: Innenfläche
24: Außenfläche
25: Führungsfläche
26: Außenfläche
27: Presse
28: Fügehilfselement
29: Innenfläche
F_K: Klemmkraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013201835 A1 [0005]
DE 102016103307 A1 [0006]

Claims

Ein einen Rotor (2) und einen Stator (3) umfassender Elektromotor (1), dessen hohlzylindrischer Stator (3) eine aus mehreren schichtweise übereinander angeordneten, umlaufenden Spulenlagen (8) bestehende verteilte Wicklung (5) mit einem Wickelkopf (6) und einen Temperatursensor (7) zur Erfassung einer Wickelkopftemperatur aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein formstabiles Sensoraufnahmeelement (9) mit einem einen Aufnahmeraum (15) für den Temperatursensor (7) aufweisenden Funktionsabschnitt (14) derart zwischen zwei übereinander angeordnete benachbarte Spulenlagen (8) eingefügt ist, dass der Funktionsabschnitt (14) zwischen den beiden durch das Einbringen des Funktionsabschnittes (14) aufgepreizten Spulenlagen (8) im Wickelkopf (6) fixiert ist und dass der Temperatursensor (7) durch eine in einem Basisabschnitt (16) des Sensoraufnahmeelementes (9) angeordnete Öffnung (17) in den Aufnahmeraum (15) einsetzbar und entnehmbar ist, wobei der Aufnahmeraum (15) einerseits abschnittsweise von dem Funktionsabschnitt (14) und andererseits abschnittsweise durch die Wicklung (5) begrenzt ist.
Elektromotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsabschnitt (14) des Sensoraufnahmeelementes (9) zumindest eine Durchbrechung (22) aufweist, wobei der Aufnahmeraum (15) für den Temperatursensor (7) im Bereich der Durchbrechung (22) von zumindest einer der beiden Spulenlagen (8) der Wicklung (5) begrenzt ist.
Elektromotor (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsabschnitt (14) des Sensoraufnahmeelementes (9) zwei einander diametral gegenüberliegende Durchbrechungen (22) aufweist, wobei der Aufnahmeraum (15) für den Temperatursensor (7) im Bereich der beiden Durchbrechungen (22) durch eine der beiden Spulenlagen (8) der Wicklung (5) begrenzt ist.
Elektromotor (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsabschnitt (14) zwei diametral angeordnete, sich axial erstreckende und den Aufnahmeraum (15) abschnittweise begrenzende Schenkel (20) aufweist, welche in einem dem Basisabschnitt (16) abgewandten Endbereich durch ein Querelement (21) verbunden sind, wobei der Aufnahmeraum (15) im Bereich der beiden sich zwischen den Schenkeln (20) erstreckenden Durchbrechungen (22) durch eine der beiden Spulenlagen (8) der Wicklung (5) begrenzt ist.
Elektromotor (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Aufnahmeraum (15) zugewandten Innenflächen (23) der beiden Schenkel (20) konkav ausgebildet sind.
Elektromotor (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Aufnahmeraum (15) abgewandten Außenflächen (24) der beiden Schenkel (20) konvex ausgebildet sind und/oder dass eine dem Aufnahmeraum (15) abgewandte Außenfläche (26) des die beiden Schenkel (20) verbindenden Querelementes (21) konvex ausgebildet ist.
Elektromotor (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Aufnahmeraum (15) abgewandte Außenfläche (24) eines jeden Schenkels (20) durch zwei radial aufeinander zulaufende Führungsflächen (25) gebildet ist, wobei an den beiden Führungsflächen (25) eines jeden Schenkels (20) jeweils eine der beiden Spulenlagen (8) zumindest abschnittweise anliegt.
Elektromotor (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisabschnitt (16) des Sensoraufnahmeelementes (9) einen Einführtrichter (18) aufweist, welcher die Öffnung (17) zum Einsetzen und zur Entnahme des Temperatursensors (7) umlaufend umschließt.
Elektromotor (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenfläche (19) des Basisabschnittes (16) sich in Richtung des Funktionsabschnittes (14) konisch verjüngt und zumindest abschnittsweise an den Endabschnitten der beiden den Funktionsabschnitt (14) zwischen sich aufnehmenden Spulenlagen (8) anliegt.
Verfahren zur Herstellung eines einen Stator (3) und einen Rotor (2) umfassenden Elektromotors (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein Temperatursensor (7) zur Erfassung der Wickelkopftemperatur in einen Wickelkopf (6) einer aus mehreren schichtweise übereinander angeordneten umlaufenen Spulenlagen (8) bestehenden verteilten Wicklung (5) des hohlzylindrischen Stators (3) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbringen der Spulenlagen (8) in den Stator (3) und vor dem Einbringen des Temperatursensors (7) in den Wickelkopf (6) ein zur Aufnahme des Temperatursensors (7) vorgesehenes und eine Öffnung (17) zum Einsetzen und Entnehmen des Temperatursensors (7) aufweisendes formstabiles Sensoraufnahmeelement (9) mittels eines in die Öffnung (17) eingreifenden Fügehilfselementes (28) zwischen zwei übereinander angeordnete benachbarte Spulenlagen (8) derart eingefügt wird, dass die beiden Spulenlagen (8) aufgespreizt werden und sich eine das Sensoraufnahmeelement (9) fixierende Klemmkraft (F_K) ausbildet, wobei nach dem Entfernen des Fügehilfselementes (28) aus der Öffnung (17), der Temperatursensor (7) durch die Öffnung (17) in den Aufnahmeraum (15) des Sensoraufnahmeelementes (9) eingesteckt wird.