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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, umfassend einen Statorkörper mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne und zwischen den Statorzähnen gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper erstreckender Statornuten, wobei in den Statornuten Statorwicklungen angeordnet sind, und die Statornuten entlang ihrer radialen Erstreckung an ihrem radial äußeren Ende einen Nutgrund und ihrem radial inneren Ende eine Nutöffnung ausweisen, oder und die Statornuten entlang ihrer radialen Erstreckung an ihrem radial inneren Ende einen Nutgrund und ihrem radial äußeren Ende eine Nutöffnung ausweisen, wobei wenigstens eine der Nutöffnungen durch jeweils ein Nutverschlussmittel verschlossen ist, so dass die Statorwicklungen in der Statornut gehalten sind, wobei in und/oder an wenigstens einem der Nutverschlussmittel ein Temperatursensor angeordnet ist, und der Temperatursensor wenigstens einen elektrischen Leiter aufweist, mittels dessen der Temperatursensor mit einer Steuereinheit koppelbar ist, wobei sich der elektrische Leiter im Wesentlichen axial an und/oder durch das Nutverschlussmittel erstreckt und aus dem Nutverschlussmittel herausragt. Die Erfindung betrifft ferner ein Nutverschlussmittel und eine Temperaturmessanordnung.
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Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
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Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibbarer Antriebsstrang bezeichnet.
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Neben den rein elektrisch betriebenen Antriebssträngen sind auch hybride Antriebsstränge bekannt. Derartige Antriebsstränge eines Hybridfahrzeuges umfassen üblicherweise eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor, und ermöglichen - beispielsweise in Ballungsgebieten - eine rein elektrische Betriebsweise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit gerade bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig durch die Brennkraftmaschine und den Elektromotor anzutreiben.
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Bei der Entwicklung der für E-Achsen oder Hybridmodule vorgesehenen elektrischen Maschinen besteht ein anhaltendes Bedürfnis daran, deren Leistungsdichten zu steigern, so dass der hierzu notwendigen Kühlung der elektrischen Maschinen wachsende Bedeutung zukommt. Aufgrund der notwenigen Kühlleistungen haben sich in den meisten Konzepten Hydraulikflüssigkeiten, wie Kühlöle, zum Abtransport von Wärme aus den thermisch beaufschlagten Bereichen einer elektrischen Maschine durchgesetzt.
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Für ein effektives Thermomanagement einer derartigen elektrischen Maschine ist eine Ermittlung von verschiedenen Temperaturen an unterschiedlichen Positionen der elektrischen Maschine notwendig. Insbesondere an erwartbaren thermischen Hotspots sollte eine möglichst genaue Temperaturmessung erfolgen, um durch die Steuerung der elektrischen Maschine und/oder ihres Kühlsystems eine lokale oder generelle thermische Überlastung der elektrischen Maschine zu vermeiden.
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Ferner besteht ein anhaltendes Bedürfnis daran, elektrische Maschinen für den automobilen Bereich besonders kostengünstig und montagefreundlich herstellen zu können.
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Es ist somit die Aufgabe der Erfindung einen Stator für eine elektrische Maschine bereitzustellen, der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile verringert oder vollständig beseitigt und eine kostengünstige, wie auch genaue Temperaturmessung an thermisch belasteten Bereichen des Stators ermöglicht, wobei diese Temperaturmessung insbesondere auch besonders montagefreundlich ausgebildet ist. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Nutverschlussmittel und eine verbesserte Temperaturmessanordnung für einen Stator einer elektrischen Maschine zu realisieren.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stator für eine elektrische Maschine, umfassend einen Statorkörper mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne und zwischen den Statorzähnen gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper erstreckender Statornuten, wobei in den Statornuten Statorwicklungen angeordnet sind, und die Statornuten entlang ihrer radialen Erstreckung an ihrem radial äußeren Ende einen Nutgrund und ihrem radial inneren Ende eine Nutöffnung ausweisen, oder und die Statornuten entlang ihrer radialen Erstreckung an ihrem radial inneren Ende einen Nutgrund und ihrem radial äußeren Ende eine Nutöffnung ausweisen, wobei wenigstens eine der Nutöffnungen durch jeweils ein Nutverschlussmittel verschlossen ist, so dass die Statorwicklungen in der Statornut gehalten sind, wobei in und/oder an wenigstens einem der Nutverschlussmittel ein Temperatursensor angeordnet ist, und der Temperatursensor wenigstens einen elektrischen Leiter aufweist, mittels dessen der Temperatursensor mit einer Steuereinheit koppelbar ist, wobei sich der elektrische Leiter im Wesentlichen axial an dem und/oder durch das Nutverschlussmittel erstreckt und aus dem Nutverschlussmittel herausragt, wobei das mit einem Temperatursensor versehene Nutverschlussmittel axial aus einem von den Statorwicklungen gebildeten Wickelkopf hervorsteht.
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Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass das Nutverschlussmittel, in welchem der Temperatursensor angeordnet ist, so axial verlängert ist, dass dieses leicht über den Wickelkopf erhaben ist. Hierdurch kann eine besonders einfache und intuitive Montage bzw. intuitiver Anschluss des Temperatursensors erfolgen, da der entsprechende Anschluss an dem hervorstehenden Nutverschlussmittel einem Monteur praktisch „entgegenspringt“ und dadurch optisch sehr leicht zu erkennen ist. Hierdurch kann die Montagezeit verkürzt und die Montagesicherheit des Temperatursensors erhöht werden.
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Außerdem kann der Vorteil erzielt werden, dass zum einen der Montageaufwand für den Temperatursensor durch dessen Integration in oder an dem Nutverschlussmittel geringgehalten werden kann, wodurch auch die Montagekosten positiv beeinflusst werden können. Ferner wird es ermöglicht, den Temperatursensor sehr nah an möglichen thermischen Hot-Spots zu platzieren was eine schnelle und genaue Ansprache des Sensors ermöglicht und eine hohe Steuerungs- bzw. Reglungsdynamik erlaubt. Des Weiteren können entsprechende Motoren auch zu Testzwecken sehr einfach mit entsprechend integrierten Temperatursensoren versehen und deren thermischen Eigenschaften einfach und sicher ermittelt werden.
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Es versteht sich, dass auch eine Mehrzahl von elektrischen Leitern an dem und/oder durch das Nutverschlussmittel verlaufen können. Insbesondere bevorzugt ist es, dass zwei elektrische Leiter an dem und/oder durch das Nutverschlussmittel verlaufen. Höchst bevorzugt weist ein Temperatursensor zwei elektrische Leiter auf. Es kann ebenfalls bevorzugt sein, wenigstens einen zweiten Temperatursensor in einem Nutverschlussmittel vorzusehen, um so ein redundanten Temperaturmesssystem auszubilden und/oder eine Temperaturmessung an zwei unterschiedlichen Stellen im Stator vornehmen zu können. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass jeder Temperatursensor jeweils zwei elektrische Leiter besitzt.
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Ein elektrischer Leiter kann beispielsweise eine Leiterbahn oder ein Kabel sein.
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Der erfindungsgemäße Stator ist bevorzugt zur Verwendung in einer Radialflussmaschine ausgebildet. Ein Stator für eine Radialflussmaschine ist üblicherweise zylindrisch aufgebaut und besteht in der Regel aus gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen. Über den Umfang verteilt, sind in das Elektroblech im Wesentlichen parallel zur Rotorwelle verlaufend angeordnet Nuten eingelassen, welche die Statorwicklung bzw. Teile der Statorwicklung aufnehmen.
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Der Stator kann ferner für eine als Außenläufer oder Innenläufer konfigurierte elektrische Maschine ausgeformt sein.
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In die Statornuten des erfindungsgemäßen Stators sind Statorwicklungen eingelassen. Eine Statorwicklung ist ein elektrisch leitfähiger Leiter, dessen Längenerstreckung wesentlich größer ist als sein Durchmesser. Die Statorwicklung kann grundsätzlich jede beliebige Querschnittsform aufweisen. Bevorzugt sind rechteckige Querschnittsformen, da sich mit diesen hohe Packungs- und folglich Leistungsdichten erzielen lassen. Ganz besonders bevorzugt ist eine Statorwicklung aus Kupfer gebildet. Bevorzugt weist eine Statorwicklung eine Isolierung auf. Zur Isolierung der Statorwicklung kann beispielsweise Glimmerpapier, welches aus mechanischen Gründen durch einen Glasgewebeträger verstärkt sein kann, in Bandform um eine oder mehrere Statorwicklungen gewickelt sein, welche mittels eines aushärtenden Harzes imprägniert sind. Grundsätzlich ist es auch möglich, eine aushärtbare Lackschicht ohne ein Glimmerpapier zu verwenden, um eine Statorwicklung zu isolieren.
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Der erfindungsgemäße Stator besitzt ferner einen Statorkörper. Der Statorkörper kann einteilig oder mehrteilig, insbesondere segmentiert ausgebildet sein. Ein einteiliger Statorkörper zeichnet sich dadurch aus, dass der gesamte Statorkörper umfänglich gesehen einteilig ausgebildet ist. Der Statorkörper ist dabei in der Regel aus einer Vielzahl von gestapelten laminierten Elektroblechen gebildet, wobei jedes der Elektrobleche zu einem Kreisring geschlossen ausgebildet ist. Ein segmentiert aufgebauter Statorkörper zeichnet sich dadurch aus, dass er aus einzelnen Statorsegmentteilen aufgebaut ist. Der Statorkörper kann dabei aus einzelnen Statorzähnen oder Statorzahngruppen aufgebaut sein, wobei jeder einzelne Statorzahn oder jede einzelne Statorzahngruppe aus einer Vielzahl von gestapelten laminierten Elektroblechen gebildet sein kann, wobei jedes der Elektrobleche als Statorsegmentblechteil ausgebildet ist.
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Der Statorkörper ist bevorzugt aus einem oder mehreren Statorblechpaketen gebildet. Als Statorblechpaket werden eine Mehrzahl von in der Regel aus Elektroblech hergestellten laminierten Einzelblechen bzw. Statorblechen verstanden, die übereinander zu einem Stapel, dem sog. Statorblechpaket geschichtet und paketiert sind. Die Einzelbleche können dann in dem Blechpaket durch Verklebung, Verschweißung oder Verschraubung zusammengehalten bleiben.
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In dem Statorkörper sind bevorzugt die Statorzähne des Stators ausgebildet. Als Statorzähne werden Bestanteile des Statorkörpers bezeichnet, die als umfänglich beabstandete, zahnartig radial nach innen (Innenläufer) oder außen (Außenläufer) gerichtete Teile des Statorkörpers ausgebildet sind und zwischen deren freien Enden und einem Rotorkörper ein Luftspalt für das Magnetfeld gebildet ist. Als Luftspalt wird der zwischen dem Rotor und dem Stator existierende Spalt bezeichnet. Bei einer Radialflussmaschine ist das ein im Wesentlichen kreisringförmiger Spalt mit einer radialen Breite, die dem Abstand zwischen Rotorkörper und Statorkörper entspricht.
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Der Stator ist insbesondere für die Verwendung in einer elektrischen Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist die elektrische Maschine eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
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Ein Temperatursensor im Sinne dieser Anmeldung ist ein elektrisches oder elektronisches Bauelement, das ein elektrisches Signal als Maß für eine auf den Temperatursensor einwirkende Temperatur liefet. Ein Temperatursensor kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Thermoelemente, Heißleiter-Temperatursensoren, Kaltleiter-Temperatursensoren, Halbleiter-Temperatursensoren, ferromagnetischen Temperatursensoren, pyroelektrischen Temperatursensoren, faseroptischen Temperatursensoren, und/oder Pyrometern.
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Besonders bevorzugt ist der Temperatursensor ein Heißleiter-Temperatursensor konfiguriert, der auch als NTC-Widerstand oder NTC-Thermistor (englisch Negative Temperature Coefficient Thermistor) bezeichnet wird.
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Der Temperatursensor kann formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig, insbesondere auch unlösbar, mit dem Nutverschlussmittel verbunden sein. Beispielsweise können an dem Nutverschlussmittel Formschlussmittel vorgesehen sein, die eine formschlüssige Fixierung des Temperatursensors an und/oder in dem Nutverschlussmittel bewirken. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, die Formschlussmittel als Clips-Verbindung auszugestalten, in die der Temperatursensor eingeclipst werden kann und verliersicher gehalten ist. Ferner ist es in diesem Zusammenhang bevorzugt, dass die Formschlussmittel monolithisch mit dem Nutverschlussmittel, beispielsweise durch ein Kunststoffspritzgussverfahren, ausgebildet sind.
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Bevorzugt ist das Nutverschlussmittel aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von größer als 0,1 W/(m*K), bevorzugt von größer als 1,0 W/(m*K), ganz besonders bevorzugt von größer als 10 W(m*K) ausgebildet, wodurch bei dem Temperatursensor besonders kurze Ansprechzeiten realisierbar werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Nutverschlussmittel aus Kunststoff gefertigt ist und der Temperatursensor zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, von Kunststoff umfasst ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass der Temperatursensor so vor mechanischen und/oder chemischen Einflüssen geschützt ist. Grundsätzlich wäre es jedoch auch denkbar, dass der Temperatursensor zumindest an der zum Nutgrund der Statornut hin gerichteten Seite offen in dem Nutverschlussmittel positioniert ist und so beispielsweise ein in der Statornut befindliches Kühlöl und/oder eine Statorwicklung direkt kontaktiert.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Nutverschlussmittel durch ein Kunststoffspritzverfahren gefertigt ist, bei dem der Temperatursensor vor dem Spritzgießen in eine entsprechende Spritzgussform eingelegt wurde, was fertigungstechnisch besonders günstig ist.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Nutverschlussmittel eine Sensornut aufweist, in welche der Temperatursensor eingelegt und mittels eines Fixierungsmaterials in der Sensornut gehalten ist. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass beispielsweise alle in einem Stator verwendeten Nutverschlussmittel gleichteilig ausgebildet werden können, wobei ein Temperatursensor nur in die Sensornut oder Sensornuten eingesetzt ist, für deren Nutverschlussmittel eine Temperaturmessung erfolgen soll. Durch den hohen Gleichteilanteil können die Herstellkosten positiv beeinflusst werden.
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Die Sensornut kann insbesondere an der zum Nutgrund hin gerichteten Oberfläche des Nutverschlussmittels ausgebildet sein. Ferner ist es bevorzugt, dass die Sensornut an einem distalen Ende der Längserstreckung des Nutverschlussmittels ausläuft.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es auch vorgesehen sein, dass das Nutverschlussmittel einen umfänglich zumindest abschnittsweise geschlossenen Sensorkanal aufweist, in welche der Temperatursensor eingeschoben und mittels eines Fixierungsmaterials in dem Sensorkanal gehalten ist. Beispielsweise kann der Sensorkanal durch eine Bohrung in dem Nutverschlussmittel ausgebildet sein.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass das Fixierungsmaterial von dem Material des Nutverschlussmittels verschieden ist. Bevorzugt ist das Fixierungsmittel aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von größer als 0,1 W/(m*K), bevorzugt von größer als 1,0 W/(m*K), ganz besonders bevorzugt von größer als 10 W(m*K) ausgebildet, wodurch bei dem Temperatursensor besonders kurze Ansprechzeiten realisierbar werden. Ferner kann hierdurch das Material des Nutverschlussmittels eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, welche von der Wärmeleitfähigkeit des Fixierungsmittels verschieden ist. Insbesondere bevorzugt kann das Material des Nutverschlussmittels eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, welche kleiner ist als die Wärmeleitfähigkeit des Fixierungsmittels.
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Das Fixierungsmaterial kann die Sensornut oder den Sensorkanal vollständig oder auch nur abschnittsweise füllen. Wesentlich ist, dass das Fixierungsmaterial eine Fixierung des Temperatursensors und/oder der mit dem Temperatursensor verbundenen Kabeln, in der Sensornut bzw. dem Sensorkanal bewirkt. In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Fixierungsmaterial eine Vergussmasse, insbesondere eine Vergussmasse aus einem Kunststoff, und/oder ein Klebstoff ist. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine elektrische Leiter in und/oder an dem Nutverschlussmittel mittels einer Vergussmasse fixiert ist. Dies hat den Vorteil, dass der elektrische Leiter und der Temperatursensor gemeinsam vergossen werden können, was fertigungstechnisch besonders vorteilhaft ist.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass das Fixierungsmaterial identisch mit dem Material des Nutverschlussmittels ist, wobei die Fixierung des Temperatursensors in und/oder an dem Nutverschlussmittel durch Umformung des Nutverschlussmittels realisiert ist. So wäre es beispielsweise möglich, ein Nutverschlussmittel im Bereich der Aufnahme des Temperatursensors und/oder des mit dem Temperatursensor verbundenen Kabel zu lokal zu erwärmen und dann umzuformen, wobei die Materialverschiebung an den Nutverschlussmittel eine Fixierung des Temperatursensors und/oder der Kabel bewirkt. Ein hierzu geeignetes Umformverfahren wäre beispielsweise das Verstemmen oder Verbiegen.
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Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass das Nutverschlussmittel die Nutöffnung bevorzugt über die gesamte axiale Erstreckung verschließt und der Temperatursensor in axialer Erstreckung in etwa mittig an und/oder in dem Nutverschlussmittel angeordnet ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass häufig in der Mitte der axialen Erstreckung auftretende thermische Hot-Spots gut erkennbar sind. Ferner kann die axiale Positionierung des Temperatursensors auf diese Weise sehr montagefreundlich und -sicher ausgeführt werden.
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Grundsätzlich wäre es natürlich möglich, dass das Nutverschlussmittel sich nicht vollständig über die gesamte axiale Erstreckung einer Statornut erstreckt, sondern diese nur abschnittsweise verschließt.
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Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass der Temperatursensor ein Kabel aufweist, mittels dessen der Temperatursensor eine Steuereinheit koppelbar ist, wobei das Kabel axial an und/oder durch das Nutverschlussmittel erstreckt und aus dem Nutverschlussmittel herausragt, wodurch nach dem erfolgten Einsetzen des Nutverschlussmittels in den Stator eine montagefreundliche Anbindung des Temperatursensors an eine Steuereinheit erfolgen kann.
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Eine Steuereinheit, wie sie im Zusammenhang mit in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, dient der insbesondere elektronischen Steuerung und/oder Reglung eines oder mehrerer technischer Systeme einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrischen Maschine in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere kann eine Steuereinheit zur Steuerung und/oder Reglung eines Kühlsystems einer elektrischen Maschine vorgesehen sein.
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Eine Steuereinheit weist insbesondere einen kabelgebundenen oder kabellosen Signaleingang zum Empfang von insbesondere elektrischen Signalen, wie beispielsweise Sensorsignalen, bevorzugt Signale eines Temperatursensors, auf. Ferner besitzt eine Steuereinheit ebenfalls bevorzugt einen kabelgebundenen oder kabellosen Signalausgang zur Übermittlung von insbesondere elektrischen Signalen, beispielsweise an elektrische Aktuatoren oder elektrische Verbraucher eines Kraftfahrzeugs.
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Innerhalb der Steuereinheit können Steuerungsoperationen und/oder Reglungsoperationen durchgeführt werden. Ganz besonders bevorzugt ist es, dass die Steuereinheit eine Hardware umfasst, die ausgebildet ist, eine Software auszuführen. Bevorzugt umfasst die Steuereinheit wenigstens einen elektronischen Prozessor zur Ausführung von in einer Software definierten Programmabläufen.
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Die Steuereinheit kann ferner einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen die in den an die Steuereinheit übermittelten Signalen enthaltenen Daten gespeichert und wieder ausgelesen werden können. Ferner kann die Steuereinheit einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen Daten veränderbar und/oder unveränderbar gespeichert werden können.
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Eine Steuereinheit kann eine Mehrzahl von Steuergeräten umfassen, welche insbesondere räumlich getrennt voneinander im Kraftfahrzeug angeordnet sind. Steuergeräte werden auch als Electronic Control Unit (ECU) oder Electronic Control Module (ECM) bezeichnet und besitzen bevorzugt elektronische Mikrocontroller zur Durchführung von Rechenoperationen zur Verarbeitung von Daten, besonders bevorzugt mittels einer Software. Die Steuergeräte können bevorzugt miteinander vernetzt sein, so dass ein kabelgebundener und/oder kabelloser Datenaustausch zwischen Steuergeräten ermöglicht ist. Insbesondere ist es auch möglich, die Steuergeräte über im Kraftfahrzeug vorhandene Bus-Systeme, wie beispielsweise CAN-Bus oder LIN-Bus, miteinander zu vernetzen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Nutverschlussmittel eines Stators einer elektrischen Maschine wobei in und/oder an wenigstens einem der Nutverschlussmittel ein Temperatursensor zur Kopplung mit einer Steuereinheit angeordnet ist.
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Das Nutverschlussmittel kann bevorzugt auch durch ein additives Herstellverfahren ausgebildet sein. Ganz besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, dass der Temperatursensor ebenfalls in einem additiven Herstellverfahren gemeinsam mit dem Nutverschlussmittel geformt ist. Insbesondere bevorzugt ist es ferner, dass auch die elektrischen Leitungen zum Anschluss an die Steuereinheit in einem additiven Herstellverfahren gemeinsam mit dem Nutverschlussmittel und dem Temperatursensor ausgebildet werden.
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Die elektrischen Leitungen können in diesem Zusammenhang insbesondere mit einer elektrischen Anschlussvorrichtung des Nutverschlussmittels verbunden sein, wobei die elektrische Anschlussvorrichtung beispielsweise als eine elektrische Kupplung zur Aufnahme einer Steckervorrichtung ausgebildet ist. Es ist äußerst bevorzugt, dass die Anschlussvorrichtung mittels eines additiven Herstellverfahrens gemeinsam mit dem Nutverschlussmittel, dem Temperatursensor und den elektrischen Leitungen ausgeformt ist.
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Ein additives Herstellverfahren wird häufig auch als generatives Fertigungsverfahren oder als ein dreidimensionales Druckverfahren (3D-Druck) bezeichnet. Das additive Herstellverfahren ermöglicht eine schnelle und kostengünstige Fertigung des Nutverschlussmittels, sowie bevorzugt auch des Temperatursensors und/oder der elektrischen Leitungen und/oder der elektrischen Anschlussvorrichtung in einem Arbeitsprozess, wobei die Fertigung insbesondere auf der Basis von rechnerinternen Datenmodellen aus formlosem oder formneutralem Ausgangsmaterial mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse erfolgen kann. Unter einem additiven beziehungsweise generativen Verfahren kann
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Die Aufgabe der Erfindung wird schließlich auch gelöst durch eine Temperaturmessanordnung für einen Stator einer elektrischen Maschine umfassend eine Steuereinheit, einen Temperatursensor und ein Nutverschlussmittel, wobei in und/oder an dem Nutverschlussmittel ein Temperatursensor zur Kopplung mit einer Steuereinheit angeordnet ist. Hierdurch kann insbesondere eine modulare Baueinheit bereitgestellt werden, welche beispielsweise für verschiedenste Statoren vorkonfektioniert werden kann.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der wenigstens eine elektrische Leiter als ein Kabel ausgeführt ist. Höchst bevorzugt weist der Temperatursensor zwei Kabel auf.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Kabel keine elektrisch isolierende Ummantelung aufweist. Zum einen können hierdurch Kosten gespart werden und zum anderen die Montage weiter vereinfacht werden, da auf eine Abisolierung des Kabels vor oder während der Montage verzichtet werden kann. Das bzw. die Kabel des Temperatursensors werden also bevorzugt nicht ummantelt in das Nutverschlussmittel eingegossen. Hierbei kann ebenfalls bevorzugt im Nutverschlussmittel beispielsweise eine Trennwand vorgesehen werden, welche nicht isolierten Kabel örtlich voneinander trennt.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Nutverschlussmittel eine Nut aufweist, innerhalb derer der wenigstens eine elektrische Leiter verläuft, was fertigungstechnisch bevorzugt ist, da ein Einlegen des oder der Kabel in die Nut sicher beherrschbar und optisch gut kontrollierbar ist.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass der aus dem Nutverschlussmittel herausragende Teil des wenigstens einen elektrischen Leiters zumindest abschnittsweise an einer äußeren Mantelfläche des Nutverschlussmittels anliegt, wodurch eine Kontaktierung durch Aufschieben eines korrespondierenden Steckers auf das Nutverschlussmittel vereinfacht wird. An einem der axialen Enden des Nutverschlussmittels können also das bzw. die in axialer Richtung aus dem Nutverschlussmittel austretenden Kabel bevorzugt umgebogen und seitlich an der äußeren Mantelfläche des Nutverschlussmittels ein kurzes Stück axial in entgegengesetzter Richtung geführt werden.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Mantelfläche des Nutverschlussmittels einen Führungsabschnitt zur Festlegung des aus dem Nutverschlussmittels herausragenden Teils des wenigstens einen elektrischen Leiters ausgebildet ist. Der Führungsabschnitt kann beispielsweise eine in die Mantelfläche hereinragende Nut oder ein aus der Mantelfläche herausragendes Klemmelement umfassen, in welches der elektrische Leiter eingeklemmt werden kann.
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Hierdurch kann erreicht werden, dass der bzw. die elektrischen Leiter eine definierte Position an der Mantelfläche einnehmen und auch insbesondere beim Aufstecken eines Steckers auf das Nutverschlussmittel nicht unbeabsichtigt elektrisch miteinander in Kontakt gebracht werden können.
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Auch kann es nämlich vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der aus dem Nutverschlussmittel herausragende Teil des wenigstens einen elektrischen Leiters mittels eines auf das Nutverschlussmittel aufsteckbaren Steckers kontaktierbar ist, wodurch die Montage durch ein einfaches Aufstecken weiter verbessert werden kann. Der Stecker ist insbesondere elektrisch mit der Steuereinheit verbunden. Besonders bevorzugt weist der Stecker und/oder das Nutverschlussmittel ein Dichtungsmittel auf, mittels dessen der elektrische Kontaktbereich zwischen dem Stecker und dem aus dem Nutverschlussmittel herausragende Teil des wenigstens einen elektrischen Leiters gegenüber der Umgebung des Steckers abgedichtet werden kann, insbesondere flüssigkeitsdicht abgedichtet werden kann.
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Zur Fertigung des Stators wird also ein Nutverschlusskeil mit einem Temperatursensor in eine Statornut eingeschoben. Nachdem der Stator vollständig gefertigt ist und ggf. in ein Gehäuse eingebaut wird, wird der Stecker, welcher beispielsweise an einem Kabel angebunden sein kann, auf das Nutverschlussmittel mit dem Temperatursensor aufgesteckt und somit der Temperatursensor kontaktiert und mit der Steuereinheit des Stators verbunden.
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Um eine stets korrekt gepolte Kontaktierung des Temperatursensors zu garantieren, kann das Nutverschlussmittel und/oder der Stecker bevorzugt ein Poka Yoke Merkmal aufweisen, durch welches nur ein definiertes Aufstecken des Steckers auf das Nutverschlussmittel in einer vordefinierten Position ermöglicht.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 eine schematische Querschnittsansicht durch eine elektrische Maschine,
- 2 eine schematische Detailansicht einer Statornut in einer Querschnittsdarstellung,
- 3 einen Stator in einer perspektivischen Ansicht,
- 4 ein Nutverschlussmittel in einer perspektivischen Ansicht,
- 5 ein Nutverschlussmittel in einer perspektivischen Ansicht, und
- 6 ein Nutverschlussmittel mit einem Stecker in einer perspektivischen Ansicht.
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Die 1 zeigt einen Stator 1 einer elektrischen Maschine 2, umfassend einen Statorkörper 3 mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne 4 und zwischen den Statorzähnen 4 gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper 3 erstreckender Statornuten 5. In den Statornuten 5 sind Statorwicklungen 6 angeordnet. Die Statornuten 5 weisen entlang ihrer radialen Erstreckung an ihrem radial äußeren Ende einen Nutgrund 7 und ihrem radial inneren Ende eine Nutöffnung 8 auf. Der Nutöffnungen 8 sind durch jeweils ein Nutverschlussmittel 9 verschlossen, so dass die Statorwicklungen 6 in der Statornut 5 gehalten sind.
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Dies wird auch besonders gut aus der 2 ersichtlich, die den Statorbereich einer Statornut 5 in einer Detailansicht zeigt. Man erkennt hier insbesondere gut, dass in einem der Nutverschlussmittel 9 ein Temperatursensor 10 angeordnet ist. Das Nutverschlussmittel 9 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus Kunststoff gefertigt und der Temperatursensor 10 ist zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, von Kunststoff umfasst. Zur Aufnahme des Temperatursensors 10 besitzt das Nutverschlussmittel 9 einen umfänglich zumindest abschnittsweise geschlossenen Sensorkanal, in welche der Temperatursensor 10 eingeschoben und mittels eines Fixierungsmaterials in dem Sensorkanal 13 gehalten ist.
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Alternativ zu einem Sensorkanal 13, kann das Nutverschlussmittel 9 auch eine (Sensor-) Nut 16 aufweisen, in welche der Temperatursensor 10 eingelegt und mittels eines Fixierungsmaterials in der (Sensor-) Nut 16 gehalten ist. Diese Ausführungsvariante ist in den 3-6 gezeigt.
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Das in den 5-6 gezeigte Fixierungsmaterial ist beispielsweise eine Vergussmasse, insbesondere eine Vergussmasse aus einem Kunststoff, und/oder ein Klebstoff sein. Prinzipiell ist es auch möglich, dass das Fixierungsmaterial identisch mit dem Material des Nutverschlussmittels 9 ist, wobei die Fixierung des Temperatursensors 10 in und/oder an dem Nutverschlussmittel 9 durch Umformung des Nutverschlussmittels 9 realisiert ist.
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Die 3 zeigt einen Stator 1 für eine elektrische Maschine 2, bei der eine der Nutöffnungen 8 durch ein Nutverschlussmittel 9 verschlossen ist, so dass die Statorwicklungen 6 in der Statornut 5 gehalten sind und wobei in und/oder an dem Nutverschlussmittel 9 ein Temperatursensor 10 angeordnet ist, der wenigstens einen elektrischen Leiter 12 aufweist, mittels dessen der Temperatursensor 10 mit einer Steuereinheit 17 koppelbar ist. Dabei erstreckt sich der elektrische Leiter 12 im Wesentlichen axial an und/oder durch das Nutverschlussmittel 9 und ragt aus dem Nutverschlussmittel 9 heraus, was sich auch gut aus der Zusammenschau der 3 mit den 4-6 erkennen lässt.
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Das mit einem Temperatursensor 10 versehene Nutverschlussmittel 9 steht axial aus einem von den Statorwicklungen 6 gebildeten Wickelkopf 13 hervor, so dass eine Montage besonders einfach ermöglicht werden kann.
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Die 4 zeigt, dass das Nutverschlussmittel 9 eine Nut 16 aufweist, innerhalb derer die beiden elektrischen Leiter 12 verlaufen. Aus der 5 ist ersichtlich, dass diese elektrischen Leiter 12 in und/oder an dem Nutverschlussmittel 9 mittels einer Vergussmasse 14 fixiert sind. In den gezeigten Ausführungsformen sind die elektrischen Leiter 12 jeweils als Kabel 15 ausgeführt, welche keine elektrisch isolierende Ummantelung aufweisen.
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In der 5 ist gezeigt, dass jeweils der aus dem Nutverschlussmittel 9 herausragende Teil der elektrischen Leiter 12 zumindest abschnittsweise an einer elektrisch nicht leitfähigen, äußeren Mantelfläche 17 des Nutverschlussmittels 9 anliegt. Die Mantelfläche 17 des Nutverschlussmittels 9 besitzt jeweils einen Führungsabschnitt 18 zur Festlegung des aus dem Nutverschlussmittels 9 herausragenden Teils der elektrischen Leiters 12, was in der 6 angedeutet ist. Auch ist in der 6 gezeigt, dass jeweils der aus dem Nutverschlussmittel 9 herausragende Teil der elektrischen Leiter 12 mittels eines auf das Nutverschlussmittel 9 aufsteckbaren Steckers 19 kontaktierbar ist. Das Nutverschlussmittel 9 kann so mit der Steuereinheit 17 des Stators 3 gekoppelt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- elektrische Maschine
- 3
- Statorkörper
- 4
- Statorzähne
- 5
- Statornuten
- 6
- Statorwicklungen
- 7
- Nutgrund
- 8
- Nutöffnung
- 9
- Nutverschlussmittel
- 10
- Temperatursensor
- 12
- elektrischer Leiter
- 13
- Wickelkopf
- 14
- Vergussmasse
- 15
- Kabel
- 16
- Nut
- 17
- Steuereinheit
- 18
- Führungsabschnitt
- 19
- Stecker
