DE102022121650A1 - Stator and method for producing a stator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Stator (1) für eine elektrische Maschine (2), wobei der Stator (1) zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen (3) aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen (3) jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator (1) verlaufende Statornut (4) definieren, in welche eine bestrombare Statorwicklung (5) umfassend eine Mehrzahl von elektrischen Leitern (6) eingelegt ist, welche an einer ersten Stirnseite (7) des Stators (1) unter Ausbildung eines ersten Wickelkopfes (8) aus dem Stator (1) austreten, wobei in axialer Richtung an den Wickelkopf (8) ein Hochvoltterminal (9) zum Anschluss der Statorwicklung (5) an eine Bestromung angrenzt und das Hochvoltterminal (9) den Wickelkopf (8) zumindest abschnittsweise überdeckt, wobei auf einer dem Wickelkopf (8) zugewandten Seite des Hochvoltterminals (9) ein Temperatursensor (10) befestigt ist, welcher an einem der elektrischen Leiter (6) des Wickelkopfes (8) anliegt.The invention relates to a stator (1) for an electrical machine (2), wherein the stator (1) is designed in the shape of a cylindrical ring and has a plurality of stator teeth (3), each of which is located in the radial direction in the circumferential direction between adjacent stator teeth (3). Define a stator groove (4) which extends and runs in the axial direction through the stator (1), into which a current-capable stator winding (5) comprising a plurality of electrical conductors (6) is inserted, which is located on a first end face (7) of the stator (1 ) emerge from the stator (1) to form a first winding head (8), a high-voltage terminal (9) adjoining the winding head (8) in the axial direction for connecting the stator winding (5) to a current supply and the high-voltage terminal (9). Winding head (8) is covered at least in sections, a temperature sensor (10) being attached to a side of the high-voltage terminal (9) facing the winding head (8), which rests on one of the electrical conductors (6) of the winding head (8).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, wobei der Stator zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator verlaufende Statornut definieren, in welche eine bestrombare Statorwicklung umfassend eine Mehrzahl von elektrischen Leitern eingelegt ist, welche an einer ersten Stirnseite des Stators unter Ausbildung eines ersten Wickelkopfes aus dem Stator austreten, wobei in axialer Richtung an den Wickelkopf ein Hochvoltterminal zum Anschluss der Statorwicklung an eine Bestromung angrenzt und das Hochvoltterminal den Wickelkopf zumindest abschnittsweise überdeckt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Stators.The present invention relates to a stator for an electrical machine, wherein the stator is cylindrical ring-shaped and has a plurality of stator teeth, which in the circumferential direction between adjacent stator teeth each define a stator groove which extends in the radial direction and runs through the stator in the axial direction, in which an energized stator winding comprising a plurality of electrical conductors is inserted, which emerge from the stator on a first end face of the stator to form a first winding head, with a high-voltage terminal adjoining the winding head in the axial direction for connecting the stator winding to a current supply and the high-voltage terminal Winding head covered at least in sections. The invention further relates to a method for producing a stator.
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.Electric motors are increasingly being used to drive motor vehicles in order to create alternatives to combustion engines that require fossil fuels. Significant efforts have already been made to improve the suitability of electric drives for everyday use and to offer users the usual driving comfort.
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, der wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. 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 Stirnradifferential 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 betreibarer Antriebsstrang bezeichnet. A detailed description of an electric drive can be found in an article in the magazine ATZ 113th year, 05/2011, pages 360-365 by Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski and Jens Liebold with the title: Highly integrative and flexible electric drive unit for electric Vehicles, which probably represents the closest state of the art. This article describes a drive unit for an axle of a vehicle, which includes an electric motor which is arranged concentrically and coaxially to a bevel gear differential, with a switchable 2-speed planetary gear set being arranged in the power train between the electric motor and the bevel gear differential, which is also is positioned coaxially to the electric motor or the bevel gear differential or spur gear differential. The drive unit is very compact and, thanks to the switchable 2-speed planetary gear set, allows a good compromise between climbing ability, acceleration and energy consumption. Such drive units are also referred to as e-axles or electrically operated drive trains.
Permanenterregte Synchronmaschinen (PSM) werden bereits in vielen industriellen Anwendungen und im Zuge der Elektrifizierung zunehmend auch in der Automobilindustrie eingesetzt. Eine solche permanenterregte Synchronmaschine weist in der Regel einen zu bestromenden Stator und einen permanenterregten Rotor auf. Der Stator umfasst u.a. eine Statorwicklung, einen Statorträger, einen Verschaltungsring sowie ein Terminal für die Leistungselektronik.Permanent magnet synchronous machines (PSM) are already used in many industrial applications and, as electrification increases, also in the automotive industry. Such a permanently excited synchronous machine usually has a stator to be energized and a permanently excited rotor. The stator includes, among other things, a stator winding, a stator carrier, a connection ring and a terminal for the power electronics.
Elektrische Maschinen mit verteilter Wicklung oder Wellenwicklung weisen in der Regel einen Verschaltungsbereich auf, in dem verschiedene Leiter der Wicklung miteinander verbunden werden. Diese Kopplung wird auch als Brücke bezeichnet, die in der Regel für die Richtungsumkehr des Stromflusses zuständig ist. Des Weiteren kann die Verschaltung auch einen sog. Sternpunkt oder Sternphase enthalten. An diesem Punkt fließen alle Leiter und Ströme der unterschiedlichen Phasen gemäß einer Sternverschaltung zusammen. Als weiteres Bauteil besitzt die elektrische Maschine ein Hochvolt-Terminal. Dieses Bauteil ist für die Stromversorgung der elektrischen Maschine über die Leistungselektronik zuständig.Electrical machines with distributed winding or wave winding usually have a connection area in which different conductors of the winding are connected to one another. This coupling is also known as a bridge, which is usually responsible for reversing the direction of the current flow. Furthermore, the connection can also contain a so-called star point or star phase. At this point, all conductors and currents of the different phases flow together in a star connection. The electrical machine has a high-voltage terminal as a further component. This component is responsible for supplying power to the electrical machine via the power electronics.
Hochvolt-Terminals mit einem integrierten Verschaltungsbereich sind inzwischen aus dem Stand der Technik bekannt. So offenbart beispielsweise die
Ferner ist aus der
Ferner besteht durch die immer ansteigenden Leistungsdichten in elektrischen Maschinen ein anhaltendes Bedürfnis daran, ein effektives Thermomanagement bereitzustellen, wofür insbesondere in den thermischen Hot-Spot-Bereichen eine genaue Temperatur und nicht zeitverzögerte Temperaturmessung erforderlich ist. Hierzu werden in der Regel Temperatursensoren an den Wickelköpfen der Statorwicklungen fixiert.Furthermore, due to the ever-increasing power densities in electrical machines, there is a continuing need to provide effective thermal management, which requires an accurate temperature and not a time-delayed temperature measurement, particularly in the thermal hot spot areas. For this purpose, temperature sensors are usually fixed to the winding heads of the stator windings.
Obwohl derartige Bauteile aus dem Stand der Technik bekannt sind, besteht weiterhin der Wunsch, diese zu optimieren. Daher ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Stator mit einem Hochvolt-Terminal bereitzustellen, welcher bei kompakten Baumaßen ein hohes Maß an Montagefreundlichkeit aufweist. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Montage eines Stators zu realisieren.Although such components are known from the prior art, there is still a desire to optimize them. Therefore, the object of the present invention is to provide a stator with a high-voltage terminal that is improved compared to the prior art and which, with compact dimensions, requires a high degree of assembly exhibits honesty. It is also the object of the invention to implement an improved method for assembling a stator.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stator für eine elektrische Maschine, wobei der Stator zylinderringförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Statorzähnen aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator verlaufende Statornut definieren, in welche eine bestrombare Statorwicklung umfassend eine Mehrzahl von elektrischen Leitern eingelegt ist, welche an einer ersten Stirnseite des Stators unter Ausbildung eines ersten Wickelkopfes aus dem Stator austreten, wobei in axialer Richtung an den Wickelkopf ein Hochvoltterminal zum Anschluss der Statorwicklung an eine Bestromung angrenzt und das Hochvoltterminal den Wickelkopf zumindest abschnittsweise überdeckt, wobei auf einer dem Wickelkopf zugewandten Seite des Hochvoltterminals ein Temperatursensor befestigt ist, welcher an einem der elektrischen Leiter des Wickelkopfes anliegt.This object is achieved by a stator for an electrical machine, wherein the stator is cylindrical ring-shaped and has a plurality of stator teeth, which in the circumferential direction between adjacent stator teeth each define a stator groove which extends in the radial direction and runs through the stator in the axial direction, in which has an energized stator winding comprising a plurality of electrical conductors inserted, which emerge from the stator on a first end face of the stator to form a first winding head, with a high-voltage terminal adjoining the winding head in the axial direction for connecting the stator winding to a current supply and the high-voltage terminal covers the winding head at least in sections, with a temperature sensor being attached to a side of the high-voltage terminal facing the winding head, which rests on one of the electrical conductors of the winding head.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass eine gute thermische Anbindung des Temperatursensors bei gleichzeitig leichter Montage gewährleistet werden kann. Dadurch, dass der Temperatursensor im Hochvoltterminal integriert ist, ermöglicht dies eine gemeinsame Montage des Hochvoltterminals und des Temperatursensors, so dass kein extra Montageschritt für den Sensor benötigt wird. Der Temperatursensor wird hierbei am Hochvoltterminal befestigt, sodass er sich zwischen Hochvoltterminal und Statorwicklung befindet. Der Temperatursensor ist also im montierten Zustand des Hochvoltterminals thermisch mit dem entsprechenden elektrischen Leiter gekoppelt.This has the advantage that a good thermal connection of the temperature sensor can be guaranteed while at the same time being easy to install. Because the temperature sensor is integrated in the high-voltage terminal, this enables the high-voltage terminal and the temperature sensor to be installed together, so that no extra assembly step is required for the sensor. The temperature sensor is attached to the high-voltage terminal so that it is located between the high-voltage terminal and the stator winding. When the high-voltage terminal is installed, the temperature sensor is thermally coupled to the corresponding electrical conductor.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Temperatursensor über ein Federelement axial auf einen elektrischen Leiter des Wickelkopfes gedrückt wird. Hierbei ist es in diesem Zusammenhang ferner bevorzugt, dass der entsprechende elektrische Leiter des Wickelkopfes so geformt ist, dass eine ebene Kontaktfläche zwischen dem elektrischen Leiter und dem Temperatursensor definiert ist. Der Sensor kann gegen Umgebungseinflüsse, beispielsweise durch Öl, in bevorzugter Weise eine Isolierung aufweisen.It can preferably be provided that the temperature sensor is pressed axially onto an electrical conductor of the winding head via a spring element. In this context, it is further preferred that the corresponding electrical conductor of the winding head is shaped such that a flat contact surface is defined between the electrical conductor and the temperature sensor. The sensor can preferably have insulation against environmental influences, for example oil.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Relevanz oder ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.First, the individual elements of the claimed subject matter of the invention are explained in the order of their relevance or their mention in the claim sentence and particularly preferred embodiments of the subject matter of the invention are described below.
Elektrische Maschinen dienen zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfassen in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil.Electrical machines are used to convert electrical energy into mechanical energy and/or vice versa, and generally include a stationary part called a stator, stand or armature and a part called a rotor or rotor and arranged to be movable relative to the stationary part.
Im Falle von als Rotationsmaschinen ausgebildeten elektrischen Maschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken. Besonders bevorzugt ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung die elektrische Maschine als Radialflussmaschine konfiguriert.In the case of electrical machines designed as rotary machines, a distinction is made in particular between radial flux machines and axial flux machines. A radial flux machine is characterized in that the magnetic field lines in the air gap formed between the rotor and stator extend in the radial direction, while in the case of an axial flux machine the magnetic field lines in the air gap formed between the rotor and stator extend in the axial direction. In connection with the present invention, the electrical machine is particularly preferably configured as a radial flow machine.
Der Stator einer 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 parallel zur Rotorwelle verlaufend angeordnet Nuten oder umfänglich geschlossene Ausnehmungen eingelassen, welche die Statorwicklung bzw. Teile der Statorwicklung aufnehmen. In Abhängigkeit von der Konstruktion zur Oberfläche hin können die Nuten mit Verschlusselementen, wie Verschlusskeilen oder Deckeln oder dergleichen verschlossen sein, um ein Herauslösen der Statorwicklung zu verhindern.The stator of a radial flux machine is usually cylindrical in design and usually consists of electrical sheets that are electrically insulated from one another and built in layers and packaged into laminated cores. Distributed over the circumference, grooves or circumferentially closed recesses are arranged in the electrical sheet and run parallel to the rotor shaft, which accommodate the stator winding or parts of the stator winding. Depending on the construction towards the surface, the grooves can be closed with closure elements, such as closure wedges or covers or the like, in order to prevent the stator winding from being detached.
Eine Statorwicklung umfasst in der Regel eine Mehrzahl elektrisch leitfähiger Leiter, deren Längenerstreckung wesentlich größer ist als ihre Durchmesser. Ein elektrischer Leiter einer 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 ein elektrischer Leiter einer Statorwicklung eine Isolierung auf. Zur Isolierung der elektrischen Leiter einer Statorwicklung kann beispielsweise Glimmerpapier, welches aus mechanischen Gründen durch einen Glasgewebeträger verstärkt sein kann, in Bandform um eine oder mehrere elektrische Leiter einer Statorwicklung gewickelt sein, welche mittels eines aushärtenden Harzes imprägniert sind. Grundsätzlich ist es auch möglich, eine aushärtbare Lackschicht ohne ein Glimmerpapier zu verwenden, um einen elektrischen Leiter einer Statorwicklung zu isolieren.A stator winding usually comprises a plurality of electrically conductive conductors, the length of which is significantly larger than their diameter. An electrical conductor of a stator winding can basically have any cross-sectional shape. Rectangular cross-sectional shapes are preferred because they allow high packing and therefore high power densities to be achieved. A stator winding is very particularly preferably made of copper. An electrical conductor of a stator winding preferably has insulation. To insulate the electrical conductors of a stator winding, for example, mica paper, which can be reinforced by a glass fabric support for mechanical reasons, can be wound in tape form around one or more electrical conductors of a stator winding, which are impregnated using a hardening resin. In principle, it is also possible to use a curable lacquer layer without mica paper to insulate an electrical conductor of a stator winding.
Bei einer elektrischen Maschine mit einer Hairpin- oder Wellenwicklung kann die Verschaltung der einzelnen, um den Umfang verteilten Wicklungen beispielsweise über einen Verschaltungsring oder mehrere Verschaltungsringe erfolgen. Hierbei können üblicherweise aus Kupfer bestehende Stromschienen an oder in einem gemeinsamen oder separaten Trägerringen aus Kunststoff angeordnet sein, welche auch als Hochvoltterminal bezeichnet werden. Gelegentlich wurden diese Art von Verschaltungsringen auch als Schaltringe oder Kontaktbrücken bezeichnet. Derartige Verschaltungsringe werden in der Regel axial auf das Wicklungspaket aufgesetzt.In an electrical machine with a hairpin or wave winding, the individual windings distributed around the circumference can be connected, for example, via a connection ring or several connection rings. Here, busbars usually made of copper can be arranged on or in a common or separate support ring made of plastic, which is also referred to as a high-voltage terminal. This type of interconnection ring was also occasionally referred to as switching ring or contact bridge. Such interconnection rings are usually placed axially on the winding package.
Ein Hochvolt-Terminal kann eine oder mehrere Stromschienen aufnehmen und insbesondere zueinander beabstandet und elektrisch isolierend anordnen. In der Regel weist ein Hochvoltterminal eine kreisringförmige oder kreisringabschnittsartige Grundform mit mehreren kreisring-/ kreisringabschnittsförmig und konzentrisch angeordneten Aufnahmen, wie beispielsweise Nuten, auf, in denen die entsprechenden Stromschienen angeordnet sind. Bevorzugt ist ein Hochvoltterminal aus einem elektrisch nichtleitenden Kunststoffmaterial gefertigt. Grundsätzlich ist es denkbar, ein Hochvoltterminal einteilig oder mehrteilig auszubilden.A high-voltage terminal can accommodate one or more busbars and, in particular, arrange them at a distance from one another and in an electrically insulating manner. As a rule, a high-voltage terminal has a circular ring-shaped or circular ring section-like basic shape with several circular ring/circular ring section-shaped and concentrically arranged receptacles, such as grooves, in which the corresponding busbars are arranged. A high-voltage terminal is preferably made of an electrically non-conductive plastic material. In principle, it is conceivable to design a high-voltage terminal in one or more parts.
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.A temperature sensor in the sense of this application is an electrical or electronic component that delivers an electrical signal as a measure of a temperature acting on the temperature sensor. A temperature sensor can, for example, be selected from the group of thermocouples, thermistor temperature sensors, thermistor temperature sensors, semiconductor temperature sensors, ferromagnetic temperature sensors, pyroelectric temperature sensors, fiber-optic temperature sensors, and/or pyrometers.
Besonders bevorzugt ist der Temperatursensor ein Heißleiter-Temperatursensor konfiguriert, der auch als NTC-Widerstand oder NTC-Thermistor (englisch Negative Temperature Coefficient Thermistor) bezeichnet wird.The temperature sensor is particularly preferably configured as a thermistor temperature sensor, which is also referred to as an NTC resistor or NTC thermistor (negative temperature coefficient thermistor).
Der Temperatursensor kann formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig, insbesondere auch unlösbar, mit dem Hochvoltterminal verbunden sein. Beispielsweise können an dem Hochvoltterminal Formschlussmittel vorgesehen sein, die eine formschlüssige Fixierung des Temperatursensors an und/oder in dem Hochvoltterminal 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 Hochvoltterminal, beispielsweise durch ein Kunststoffspritzgussverfahren, ausgebildet sind.The temperature sensor can be connected to the high-voltage terminal in a form-fitting and/or force-fitting and/or material-locking manner, in particular in a non-detachable manner. For example, form-fitting means can be provided on the high-voltage terminal, which effect a form-fitting fixation of the temperature sensor on and/or in the high-voltage terminal. In this context, it is particularly preferred to design the positive locking means as a clip connection into which the temperature sensor can be clipped and is held captive. Furthermore, in this context, it is preferred that the positive locking means are formed monolithically with the high-voltage terminal, for example by a plastic injection molding process.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Hochvoltterminal 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 elektrischen Leiter hin gerichteten Seite offen in dem Hochvoltterminal positioniert ist und so einen elektrischen Leiter einer Statorwicklung direkt kontaktiert.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the high-voltage terminal is made of plastic and the temperature sensor is at least partially, preferably completely, covered by plastic. The advantage of this design is that the temperature sensor is protected from mechanical and/or chemical influences. In principle, however, it would also be conceivable for the temperature sensor to be openly positioned in the high-voltage terminal at least on the side facing the electrical conductor and thus directly contact an electrical conductor of a stator winding.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Hochvoltterminal durch ein Kunststoffspritzverfahren gefertigt ist, bei dem der Temperatursensor vor dem Spritzgießen in eine entsprechende Spritzgussform eingelegt wurde, was fertigungstechnisch besonders günstig ist.According to a further preferred development of the invention, it can also be provided that the high-voltage terminal is manufactured using a plastic injection molding process in which the temperature sensor was inserted into a corresponding injection mold before injection molding, which is particularly favorable in terms of production technology.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims. The features listed individually in the dependent claims can be combined with one another in a technologically sensible manner and can define further embodiments of the invention. In addition, the features specified in the claims are specified and explained in more detail in the description, with further preferred embodiments of the invention being presented.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der elektrische Leiter, an dem der Temperatursensor anliegt, einen Kontaktabschnitt aufweist, welcher im Wesentlichen parallel zu einem Befestigungsabschnitt des Hochvoltterminals verläuft, an dem der Temperatursensor an dem Hochvoltterminal befestigt ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass hierdurch eine besonders montagefreundliche Variante des Stators bereitgestellt werden kann.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the electrical conductor on which the temperature sensor rests has a contact section which runs essentially parallel to a fastening section of the high-voltage terminal, to which the temperature sensor is fastened to the high-voltage terminal. The advantage of this configuration is that a particularly easy-to-assemble variant of the stator can be provided.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der Kontaktabschnitt des elektrischen Leiters und der Befestigungsabschnitt des Hochvoltterminals im Wesentlichen eben ausgeformt sind. Es kann hierdurch eine besonders gute thermische Anbindung erreicht werden. Zur Maximierung der Kontaktfläche zwischen dem Temperatursensor und dem entsprechenden elektrische Leiter kann dieser speziell gebogen sein, so dass der Temperatursensor dadurch gegen eine flache Oberfläche gepresst wird anstatt gegen eine gebogene.According to a further preferred development of the invention, it can also be provided that the contact section of the electrical conductor and the fastening section of the high-voltage terminal are essentially flat. This allows a particularly good thermal connection to be achieved. To maximize the contact area between the temperature sensor and the corresponding electrical conductor, it can be specially bent so that the temperature sensor is pressed against a flat surface instead of against a curved one.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Kontaktabschnitt des elektrischen Leiters und der Befestigungsabschnitt des Hochvoltterminals sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Stators erstrecken, wodurch eine besonders kompakte Bauform des Stators unterstützt werden kann.Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the contact section of the electrical conductor and the fastening section of the high-voltage terminal extend essentially in the circumferential direction of the stator, whereby a particularly compact design of the stator can be supported.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Statorwicklung als Hairpin-Wicklung oder als Wellenwicklung ausgeführt ist. Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass der Temperatursensor an einer radial äußeren Lage der Hairpin-Wicklung oder der Wellenwicklung angeordnet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass beispielsweise bei einer Rotorkühlung die radial äußersten elektrischen Leiter einer Statorwicklung thermisch am höchsten belastet werden und sich daher gut für die Messung der Temperatur eignen. Bei einer Rotorkühlung, die auch gelegentlich als Schleuderkühlung über den Rotor (Spin-Spray) bezeichnet wird, wird üblicherweise die radial innenliegenden elektrischen Leiter des Wickelkopfes gut gekühlt, doch nimmt die Kühlleistung zu den radial äußeren elektrischen Leitern hin ab.According to a further particularly preferred embodiment of the invention, it can be provided that the stator winding is designed as a hairpin winding or as a wave winding. Furthermore, the invention can also be further developed in such a way that the temperature sensor is arranged on a radially outer layer of the hairpin winding or the wave winding. The advantage of this configuration is that, for example, when cooling a rotor, the radially outermost electrical conductors of a stator winding are subjected to the highest thermal load and are therefore well suited for measuring the temperature. With rotor cooling, which is also sometimes referred to as centrifugal cooling via the rotor (spin spray), the radially inner electrical conductors of the winding head are usually well cooled, but the cooling capacity decreases towards the radially outer electrical conductors.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Hochvoltterminal einen ringsegmentartigen, insbesondere durch einen Kunststoff gebildeten Isolationskörper aufweist, an dem der Befestigungsabschnitt zur Befestigung des Temperatursensors ausgebildet ist. Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Isolationskörper wenigstens ein Führungsmittel zur Führung wenigstens eines Kabels des Temperatursensors aufweist, durch welche die Position des Kabels gegenüber dem Isolationskörper festgelegt ist. Der Vorteil, der sich hierdurch realisieren lässt, ist, dass ein mit dem Temperatursensor verbundenes Kabel so definiert und sicher an bzw. durch den Isolationskörper geführt werden kann.In a likewise preferred embodiment variant of the invention, it can also be provided that the high-voltage terminal has a ring segment-like insulating body, in particular formed by a plastic, on which the fastening section is designed for fastening the temperature sensor. It can also be advantageous to further develop the invention in such a way that the insulating body has at least one guide means for guiding at least one cable of the temperature sensor, by means of which the position of the cable relative to the insulating body is fixed. The advantage that can be achieved in this way is that a cable connected to the temperature sensor can be guided in a defined and secure manner on or through the insulation body.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine umfassend die folgenden Schritte:
- • Bereitstellung eines zylinderringförmig ausgebildeten Stators, der eine Mehrzahl von Statorzähnen aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator verlaufende Statornut definieren,
- • Einsetzen einer bestrombare Statorwicklung umfassend eine Mehrzahl von elektrischen Leitern in die Statornuten, so dass die elektrischen Leiter an einer ersten Stirnseite des Stators unter Ausbildung eines ersten Wickelkopfes aus dem Stator austreten,
- • Bereitstellung eines Hochvoltterminals zum Anschluss der Statorwicklung an eine Bestromung
- • Befestigung eines Temperatursensors an einer dem ersten Wickelkopf im späteren montierten Zustand zugewandten Seite des Hochvoltterminals,
- • Axiales Aufsetzen des Hochvoltterminals auf den ersten Wickelkopf in axialer Richtung an den Wickelkopf, so dass das Hochvoltterminal den Wickelkopf zumindest abschnittsweise überdeckt,
- • und der an dem Hochvoltterminal befestigte Temperatursensor an einem der elektrischen Leiter des Wickelkopfes anliegt.
- • Provision of a cylindrical ring-shaped stator which has a plurality of stator teeth, which in the circumferential direction between adjacent stator teeth each define a stator groove which extends in the radial direction and runs through the stator in the axial direction,
- • Inserting a stator winding that can be energized and comprising a plurality of electrical conductors into the stator slots, so that the electrical conductors emerge from the stator at a first end face of the stator to form a first winding head,
- • Provision of a high-voltage terminal for connecting the stator winding to a power supply
- • Fastening a temperature sensor on a side of the high-voltage terminal that faces the first winding head in the later assembled state,
- • Axial placement of the high-voltage terminal on the first winding head in the axial direction on the winding head, so that the high-voltage terminal covers the winding head at least in sections,
- • and the temperature sensor attached to the high-voltage terminal is in contact with one of the electrical conductors of the winding head.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using figures without restricting the general idea of the invention.
Es zeigt:
-
1 eine elektrische Maschine in einer Querschnittsdarstellung -
2 eine erste perspektivische Ansicht eines Stators mit auf dem Wickelkopf aufgesetztem Hochvoltterminal, -
3 eine zweite perspektivische Ansicht eines Stators mit auf dem Wickelkopf aufgesetztem Hochvoltterminal, -
4 eine dritte perspektivische Ansicht eines Stators mit auf dem Wickelkopf aufgesetztem Hochvoltterminal ohne den Isolationskörper, -
5 eine vierte perspektivische Ansicht eines Stators mit auf dem Wickelkopf aufgesetztem Hochvoltterminal,
-
1 an electrical machine in a cross-sectional view -
2 a first perspective view of a stator with a high-voltage terminal placed on the winding head, -
3 a second perspective view of a stator with a high-voltage terminal placed on the winding head, -
4 a third perspective view of a stator with a high-voltage terminal placed on the winding head without the insulation body, -
5 a fourth perspective view of a stator with a high-voltage terminal placed on the winding head,
Die
Wie man anhand der
Auf einer dem Wickelkopf 8 zugewandten Seite des Hochvoltterminals 9 ist ein Temperatursensor 10 befestigt, welcher an einem der elektrischen Leiter 6 des Wickelkopfes 8 anliegt. Der elektrische Leiter 6, an dem der Temperatursensor 10 anliegt, weist einen Kontaktabschnitt 11 auf, welcher im Wesentlichen parallel zu einem Befestigungsabschnitt 12 des Hochvoltterminals 9 verläuft, an dem der Temperatursensor 10 an dem Hochvoltterminal 9 befestigt ist. Den
Die Statorwicklung 5 kann als Hairpin-Wicklung oder als Wellenwicklung ausgeführt sein, wobei der Temperatursensor 10 an einer radial äußeren Lage der Hairpin-Wicklung oder der Wellenwicklung angeordnet ist.The stator winding 5 can be designed as a hairpin winding or as a wave winding, with the
Was den
Nachfolgend wird noch ein Verfahren zur Herstellung eines Stators 1, wie er aus den
Zunächst erfolgt eine Bereitstellung eines zylinderringförmig ausgebildeten Stators 1, der eine Mehrzahl von Statorzähnen 3 aufweist, welche in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzähnen 3 jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende sowie in axialer Richtung durch den Stator 1 verlaufende Statornut 4 definieren, gefolgt vom Einsetzen einer bestrombare Statorwicklung 5 umfassend eine Mehrzahl von elektrischen Leitern 6 in die Statornuten 4, so dass die elektrischen Leiter 6 an einer ersten Stirnseite 7 des Stators 1 unter Ausbildung eines ersten Wickelkopfes 8 aus dem Stator 1 austreten. Ein derartiger bewickelter Stator 1 ist beispielsweise der
Des Weiteren erfolgt eine Bereitstellung eines Hochvoltterminals 9 zum Anschluss der Statorwicklung 5 an eine Bestromung und eine Befestigung eines Temperatursensors 10 an einer dem ersten Wickelkopf 8 im späteren montierten Zustand zugewandten Seite des Hochvoltterminals 9.Furthermore, a high-
Dann wird ein axiales Aufsetzen des Hochvoltterminals 9 auf den ersten Wickelkopf 8 in axialer Richtung an den Wickelkopf 8 durchgeführt, so dass das Hochvoltterminal 9 den Wickelkopf 8 zumindest abschnittsweise überdeckt,
und der an dem Hochvoltterminal 9 befestigte Temperatursensor 10 an einem der elektrischen Leiter 6 des Wickelkopfes 8 anliegt. Dieser Zustand ist beispielsweise in den
and the
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.The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The foregoing description is therefore not to be viewed as limiting but rather as illustrative. The following patent claims are to be understood as meaning that a stated feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the patent claims and the above description define 'first' and 'second' features, this designation serves to distinguish two similar features without establishing a ranking.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- Statorstator
- 22
- elektrische Maschineelectric machine
- 33
- Statorzähnestator teeth
- 44
- Statornutstator slot
- 55
- StatorwicklungStator winding
- 66
- LeiternLadders
- 77
- Stirnseitefront side
- 88th
- Wickelkopfwinding head
- 99
- HochvoltterminalHigh-voltage terminal
- 1010
- TemperatursensorTemperature sensor
- 1111
- KontaktabschnittContact section
- 1212
- BefestigungsabschnittFastening section
- 1515
- IsolationskörperInsulation body
- 1616
- FührungsmittelLeadership tools
- 1717
- KabelCable
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102019111825 A1 [0006]DE 102019111825 A1 [0006]
- DE 102018119831 A1 [0006]DE 102018119831 A1 [0006]
- US 2019/0372422 A1 [0007]US 2019/0372422 A1 [0007]
Claims (9)
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DE102022121650.0A DE102022121650A1 (en) | 2022-08-26 | 2022-08-26 | Stator and method for producing a stator |
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DE102022121650A1 true DE102022121650A1 (en) | 2024-02-29 |
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
US20190372422A1 (en) | 2018-06-04 | 2019-12-05 | Ford Global Technologies, Llc | Hybrid Transmission High Voltage Connection |
DE102018119831A1 (en) | 2018-08-15 | 2020-02-20 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Electrical machine |
DE102019111825A1 (en) | 2019-05-07 | 2020-11-12 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Stator for an electric machine |
-
2022
- 2022-08-26 DE DE102022121650.0A patent/DE102022121650A1/en active Pending
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