EP3959801A1 - Elektrische maschine - Google Patents

Elektrische maschine

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Publication number
EP3959801A1
EP3959801A1 EP20718542.2A EP20718542A EP3959801A1 EP 3959801 A1 EP3959801 A1 EP 3959801A1 EP 20718542 A EP20718542 A EP 20718542A EP 3959801 A1 EP3959801 A1 EP 3959801A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature sensor
carrier
winding
electrical machine
conductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20718542.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Silvery
Mike CZERLEWITZ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP3959801A1 publication Critical patent/EP3959801A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/25—Devices for sensing temperature, or actuated thereby
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/14—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2205/00—Application of thermometers in motors, e.g. of a vehicle
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/09—Machines characterised by wiring elements other than wires, e.g. bus rings, for connecting the winding terminations

Definitions

  • the invention relates to an electrical machine, comprising a stator with a winding, and at least one temperature sensor arrangement comprising a temperature sensor for detecting the temperature in the area of the winding.
  • Electrical machines include a rotor and a stator and are used in different areas of application.
  • the use of electrical machines for electric hybrid vehicles and electric vehicles or for hub drives is only mentioned as an example. If such an electrical machine is used as a drive machine, it is mostly designed as an internal rotor, which means that the stator surrounds the internal rotor. A wandering magnetic field is generated via the stator, which causes the rotor to rotate.
  • the stator has a winding consisting of a large number of conductors, the conductors being assigned to one or usually several phases. The winding is guided around the stator teeth in a manner known per se.
  • the number of phases goes into the design of the winding geometry, but also the number of wires per phase as well as the number of wires per slot within the stator toothing and the number of pole pairs.
  • This variety of conductors and winding parameters creates a complex network of conductors that is built up using different winding technologies. Examples include the so-called hairpin or bar wave winding.
  • the conductors are formed by means of rods bent in a U-shape, which are put together to form a winding basket.
  • the conductors are laid on a plurality of radial levels, with the conductors moving from level to level.
  • the temperature of individual components is to be monitored, including appropriate temperature sensors such. B. PTC or NTC sensors can be used.
  • One area in which the temperature is to be recorded is that of the winding, since one of the hottest points of the stator of the electrical machine prevails in the area of the winding, where a temperature sensor can be installed.
  • the hottest point of the stator is namely in the hairpin or rod wave winding area, precisely in the axial center of the laminated core.
  • the outer area of the winding is selected.
  • the temperature sensor is installed inside the stator, which means that it usually has to be installed at an early stage of the manufacturing process.
  • it is desirable to attach the temperature sensor as close as possible to or on the winding or the winding head since media flows in the interior, for example water, air, oil, etc., can impair the temperature measurement and therefore increase Distance between the temperature sensor and the winding or the winding head, the measurement becomes imprecise.
  • the arrangement of the temperature sensor, in particular on a particularly tightly wound or compactly wound winding, such as a hairpin or a bar wave winding, is particularly complicated.
  • the invention is based on the problem of specifying a comparatively improved electrical cal machine.
  • the invention provides for an electrical machine of the type mentioned at the outset that the ends of at least some of the conductors protrude beyond the winding, some of these ends being connected to an interconnection ring placed axially or radially on the winding, the Temperature sensor arrangement arranged on or in the interconnection ring and the temperature sensor is thermally coupled to at least one conductor there.
  • the electrical machine according to the invention provides for the temperature sensor to be arranged directly on the connection ring, so that the temperature of a conductor there, which, as it were, connects the winding conductor as a conductor bridge, is measured via the temperature sensor.
  • connection ring expediently has a housing in which the conductor is received, the temperature sensor arrangement being arranged on or in the housing.
  • the arrangement of the temperature sensor arrangement on or in the housing ensures the simple and, in particular, reproducible fixing of the temperature sensor arrangement in a simple manner, since a defined fastening interface can be realized.
  • the arrangement in the housing also offers protection against any external influences, so that, for example, no media flows such as water, air, oil etc. can reach the temperature sensor, which can be an NTC or PTC resistance element, for example .
  • the temperature sensor arrangement itself preferably comprises a carrier, the temperature sensor being arranged in the region of a carrier side.
  • the temperature sensor arrangement will lose sufficient stability via this carrier.
  • the temperature sensor itself can be arranged on a sensor carrier, which is arranged on the carrier.
  • This sensor carrier for example an elongated plate Plastic, for example, is used to secure the temperature sensor in place.
  • the temperature sensor is also interconnected on the sensor carrier via suitable connecting lines to form a continuing cable.
  • the carrier preferably has a receptacle that is compatible with the shape of the sensor carrier and into which the sensor carrier can be inserted in a form-fitting manner.
  • the carrier itself forms part of a housing, the temperature sensor being positioned on an open side of the housing.
  • the temperature sensor is attached to the conductor via at least one spring element.
  • This spring element which acts on the carrier, for example, ensures that the temperature sensor is always pressed into thermal contact with the conductor, i.e. the copper bridge, and that a reproducible thermal coupling is always ensured for exact temperature detection.
  • a detachably connectable cover to the carrier is provided, the carrier being movable relative to the cover and the spring element being arranged between the cover and the carrier.
  • This cover forms, as it were, a second part of the housing, with it in particular having the function of an abutment for the spring element.
  • the spring element is clamped between the cover and the carrier.
  • the temperature sensor or the sensor carrier is arranged on the opposite carrier side, exposed to the outside of the housing, so that the carrier that is movable relative to the cover and thus also the sensor is pressed against the conductor of the connection ring.
  • the spring element is also arranged between the carrier and the sensor carrier itself.
  • the carrier forms the abutment for the spring element; a housing-like cover is not provided here.
  • the carrier is to be fixed directly in a suitable manner, unlike the embodiment described above, in which the cover is to be fixed in position after the carrier is movable relative to the cover.
  • a curved leaf spring which is preferably fixed to the carrier, is preferably used as the spring element, if provided, but can also be fastened to the cover.
  • a latching or clamping connection is particularly preferably provided for detachable fixing.
  • This releasable fixation enables the assembly by simple locking or clamping in a simple manner, but also simple disassembly is possible.
  • a housing or a cover is used, corresponding Rastvor jumps or the like are provided on the housing or cover, which snap into corresponding locking receptacles on the connection ring or connection ring housing. Since the cover is fixed, the carrier can be moved relative to the cover.
  • FIG. 1 shows a basic illustration in the form of a partial view of an electrical machine according to the invention
  • Figure 2 is a perspective view of a temperature sensor device with temperature sensor and sensor carrier
  • FIG. 3 is an exploded view of a carrier and a spring element
  • FIG. 4 shows the assembled arrangement of carrier and spring element
  • FIG. 5 shows the arrangement from FIG. 4 with the temperature sensor device attached thereto
  • FIG. 6 shows an exploded view of the arrangement from FIG. 6 with an additional
  • FIG. 7 shows a sectional view through the mounted temperature sensor arrangement
  • Figure 8 is a detailed view of the interconnection ring with not yet attached
  • FIG. 9 shows a sectional view through the arrangement from FIG. 8 with a fixed temperature sensor arrangement.
  • FIG. 1 shows, in the form of a partial view, a basic representation of an electrical machine 1 according to the invention, comprising a stator 2 with a winding 3 comprising a plurality of conductors 4, which are assigned to three separate phases in the example shown.
  • Each conductor 4 is designed, as it were, as a U-shaped bracket, a large number of such U-shaped conductors, often also called hairpins, being plugged together to form the winding 3, which can also be referred to as a winding cage.
  • the large number of conductors 4 define different radial planes R, as shown in FIG.
  • the conductors 4 extend, depending on the winding scheme, from one radial plane to another radial plane, for example an adjacent radial plane, in the area in which they are connected to the conductor ends of the corresponding adjacent conductors continuing the phase conductor.
  • the conductors 4 are guided or bent and laid in such a way that corresponding recesses 5 result which extend radially so that corresponding
  • Stator teeth 6 engage in these recesses 5, respectively the corresponding Lei ter 4 are wound between the grooves of the stator teeth 6.
  • the basic structure such a stator 2 or a winding 3 wound from the separate brackets described is basically known.
  • the ends 7 of the conductors 4 project axially, as long as the ends 7 are positioned on the inner circumference and / or the outer circumference of the annular winding 3, i.e. they protrude axially from the winding 3 .
  • These ends 7 are associated with individual conductors 4, which in turn are assigned un different phases, which is why the conductor ends are to be wired according to the laying scheme of the conductor 4.
  • a connection ring 8 is used, which in this example is placed axially on the end face of the winding 3 and is arranged between tween the conductor ends 7, or engages between them.
  • the interconnection ring 8 comprises, as will be discussed below, one or more corresponding conductors in the form of cable bridges as well as at connection sections 9 which protrude to the side from the housing 10 of the interconnection ring 8 and after the interconnection ring 8 has been inserted between the conductor ends 7 are positioned exactly next to the corresponding conductor ends 7 with which they are to be connected.
  • the connection is made by simple welding, so that all conductors 4 are correctly and phase-specifically connected to one another when they are connected.
  • a power supply 11 is provided, which is arranged radially next to the winding 3 in the area of its axial end, that is to say the winding head.
  • the power supply 11, also referred to as the HV terminal, comprises a housing 12 in which corresponding busbars 13 are arranged, the connection terminals 14 of which protrude from the housing 12.
  • connection terminals 14 are also provided in the example shown.
  • connection terminal 14 is to be connected to one phase of the winding 3. This is implemented in a simple manner in the exemplary embodiment shown in that two conductor ends 7a per phase are guided or bent radially outwards, as FIG. 1 clearly shows.
  • one or more conductors 15 are accommodated in the interior of the housing 10 of the interconnection ring 8, which conductors serve as line bridges and are designed in the form of busbars or busbars. In the example shown, only one such conductor 15 is shown in dashed lines.
  • a temperature sensor arrangement 16 is also provided, which is received on or in the housing 10 of the interconnection ring 8, for which in the example shown only a recess 17 is shown in principle, in which the temperature sensor arrangement 16 is inserted.
  • the arrangement is such that a temperature sensor, which will be discussed below, is brought into thermal contact with a conductor 15, preferably the neutral conductor, so that its temperature is measured, and information about the winding temperature can be obtained.
  • a temperature sensor which will be discussed below
  • a conductor 15 preferably the neutral conductor
  • FIG. 2 shows a temperature sensor device 18 as part of the temperature sensor arrangement 16.
  • the temperature sensor device 18 comprises a sensor carrier 19 on which the actual temperature sensor 20, for example an NTC or PTC sensor, is attached and via connecting lines 21 with a corresponding continuing cable 22 connected is.
  • a shrink tube 23 is pulled over the sensor carrier 19 and the temperature sensor 20 as well as the connecting line 21 in order to protect the arrangement.
  • the sensor carrier 19 is elongated, so it leads out flake, it is, for example, a plastic plate.
  • FIG. 3 shows an exploded view of a carrier 24 and a spring element 25 in the form of a leaf spring 26.
  • the carrier 24 serves, which will be discussed below, to receive and hold the temperature sensor device 18 from FIG.
  • fastening means 27 for arranging and fastening the leaf spring 26, which likewise has corresponding fastening means 28 in the form of latching elements or corresponding form-fitting elements. hen. As shown by the arrow P1, the leaf spring 26 is pushed onto the carrier 24 from the side so that it is clamped between the fastening means 27 there on the one hand and is also locked in place on the other hand, as FIG. 4 shows.
  • the sensor carrier 19 is passed through an insertion opening 29 provided on the carrier, so that it is virtually on the outer lower side of the carrier 24, which has a corresponding recess 30 has for receiving the sensor carrier is positioned.
  • the cable 22 runs out of the insertion opening 29 and can be continued. This means that after the arrangement on the carrier 24, the temperature sensor 20 is arranged in the area of the open underside.
  • FIG. 6 also shows a cover 31, which is to be snapped onto the carrier 24 via a suitable latching connection, not shown in detail, in an exploded view.
  • the cover 31 is also made of plastic.
  • the cover can be seen, see arrow P2, on the side on which the leaf spring 26 is arranged, so that after the cover 31 has been mounted, see FIG. 7, the leaf spring 26 is braced between the cover 31 and the carrier 24 .
  • the carrier 24 can be moved somewhat relative to the cover 31, as far as its latching connection permits. This it is necessary because the sensor carrier 19 or the temperature sensor 20 is sprung against the conductor 15 and pressed via the leaf spring 26.
  • Corresponding latching elements 32 are provided on both sides of the cover 31, see FIG. 6 (FIG. 6 shows only one side thereof), via which latching elements 32 the cover 31 and with it the entire temperature sensor arrangement 16, as shown in FIG. 7, on the connection ring 8 or its housing 10 is fixed.
  • FIG. 8 This shows a section of the interconnection ring 8 or its housing 10, with the recess 17 already mentioned above, into which the temperature sensor arrangement 16, as shown by the arrow P3, is inserted.
  • the conductor 15 for example the neutral conductor, is exposed.
  • the temperature sensor arrangement 16 is now pressed into the recess 17, the locking elements 32 snap into suitable locking receptacles 33 on the housing 10 in the area of the recess 17 when the final assembly position is reached, via which the temperature sensor arrangement 16 is fixed in position on the one hand, but also on the other if necessary, can be released again and removed or replaced for maintenance purposes.
  • the temperature sensor arrangement 16 After snapping in the latching connection, the temperature sensor arrangement 16 is fixed in a reproducible position, see Figure 9.
  • the temperature sensor device 18 or the temperature sensor 20 is sprung against the conductor 15 via the leaf spring 26, as Figure 9 clearly shows, so that an optimal thermal contact and thus a very good thermal coupling is given.
  • a reproducible thermal contact can be realized, and on the other hand, corresponding geometric tolerances can easily be compensated for.
  • the measuring arrangement is also protected against external influences such as media flows, etc. due to the encapsulation in the housing or the corresponding arrangement on the interconnection ring housing.

Landscapes

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Abstract

Elektrische Maschine umfassend einen Stator (2) mit einer Wicklung (3), sowie wenigstens eine Temperatursensoranordnung (16) umfassend einen Temperatursensor (20) zur Erfassung der Temperatur im Bereich der Wicklung (3), wobei die Enden (7, 7a) zumindest eines Teils der Leiter (4) über die Wicklung (3) hervorstehen, wobei ein Teil dieser Enden (7, 7a) an einem axial oder radial auf die Wicklung (3) gesetzten Verschaltungsring (8) angeschlossen ist, wobei die Temperatursensoranordnung (16) an oder in dem Verschaltungsring (8) angeordnet und der Temperatursensor (20) mit wenigstens einem dortigen Leiter (15) thermisch gekoppelt ist.

Description

Elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, umfassend einen Stator mit einer Wicklung, sowie wenigstens eine Temperatursensoranordnung umfassend einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur im Bereich der Wicklung.
Elektrische Maschinen umfassen einen Rotor und einen Stator und kommen in unter schiedlichen Anwendungsbereichen zum Einsatz. Lediglich exemplarisch ist die Ver wendung von elektrischen Maschinen für elektrische Hybridfahrzeuge und Elektro fahrzeuge oder für Nabenantriebe zu nennen. Wird eine solche elektrische Maschine als Antriebsmaschine verwendet, ist sie zumeist als Innenläufer ausgeführt, das heißt, dass der Stator den innenliegenden Rotor umgibt. Über den Stator wird ein wandern des Magnetfeld erzeugt, über das die Rotation des Rotors erwirkt wird. Hierzu wiest der Stator eine Wicklung auf, bestehend aus einer Vielzahl an Leitern, wobei die Leiter einer oder üblicherweise mehreren Phasen zugeordnet sind. Die Wicklung ist in an sich bekannter Weise um die Statorzähne geführt.
Nicht nur die Anzahl der Phasen geht in die Auslegung der Wicklungsgeometrie ein, sondern auch die Anzahl der Drähte pro Phase sowie die Anzahl der Drähte pro Nut innerhalb der Statorverzahnung und die Anzahl der Polpaare. Durch diese Vielfalt an Leitern und Wickelparametern entsteht ein komplexes Geflecht an Leitern, das in un terschiedlichen Wicklungstechnologien aufgebaut wird. Zu nennen sind beispielsweise die sogenannte Hairpin- oder Stabwellenwicklung. Hierbei werden die Leiter mittels U- förmig gebogener Stäbe, die zur Bildung eines Wickelkorbes zusammengesteckt wer den, gebildet. Die Leiter sind auf einer Mehrzahl an Radialebenen verlegt, wobei die Leiter quasi von Ebene zu Ebene wandern. Sie sind zur Bildung quasi mäanderförmi ger, umlaufender Leiter an ihren Enden entsprechend zu verbinden, was üblicher weise durch Verschweißen der Leiterenden, die benachbart zueinander liegen, erfolgt. Die Leiterenden laufen an einem Punkt respektive an einer Wicklungsseite in Form des sogenannten Sterns zusammen, wo sie miteinander verbunden werden. In die sem Bereich ist auch die Anbindung der einzelnen Phasen an eine externe Stromver- sorgung, also einen Stromanschluss, die respektive der zur Erzeugung des Magnet felds dient, vorzunehmen.
Während des Betriebs der elektrischen Maschine ist die Temperatur einzelner Kom ponenten zu überwachen, wozu entsprechende Temperatursensoren, z. B. PTC- oder NTC-Sensoren, verwendet werden. Ein Bereich, in dem die Temperatur zu erfassen ist, ist der der Wicklung, da im Bereich der Wicklung einer der heißesten Punkte des Stators der elektrischen Maschine vorherrscht an welchem man einen Temperatur sensor verbauen kann. Der heißeste Punkt des Stators liegt nämlich im Bereich Hair- pin - bzw. Stabwellenwicklng und zwar genau in der axialen Mitte des Blechpakets.
Da dieser Punkt allerdings unerreichbar ist, um einen Temperatursensor zu integrie ren, wird der äußere Bereich der Wicklung gewählt. Hierzu wird der Temperatursensor innerhalb des Stators verbaut, das heißt, dass er meist in einem frühen Stadium des Fertigungsprozesses verbaut werden muss. Um die Temperatur im Wicklungsbereich möglichst exakt zu erfassen, ist es wünschenswert, den Temperatursensor möglichst nahe oder an der Wicklung respektive dem Wicklungskopf anzubringen, da Medien ströme im Innenraum, beispielsweise Wasser, Luft, Öl etc., die Temperaturmessung beeinträchtigen können und daher mit wachsendem Abstand des Temperatursensors zur Wicklung respektive zum Wicklungskopf die Messung ungenau wird. Die Anord nung des Temperatursensors insbesondere an einer besonders dicht bzw. kompakt gewickelten Wicklung wie beispielsweise einer Hairpin- oder einer Stabwellenwicklung gestaltet sich dabei als besonders kompliziert.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine demgegenüber verbesserte elektri sche Maschine anzugeben.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einer elektrischen Maschine der eingangs ge nannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Enden zumindest eines Teils der Leiter über die Wicklung hervorstehen, wobei ein Teil dieser Enden an einem axial oder radial auf die Wicklung gesetzten Verschaltungsring angeschlossen ist, wobei die Temperatursensoranordnung an oder in dem Verschaltungsring angeordnet und der Temperatursensor mit wenigstens einem dortigen Leiter thermisch gekoppelt ist. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine sieht die Anordnung des Temperatur sensors direkt am Verschaltungsring vor, sodass über den Temperatursensor die Temperatur eines dortigen Leiters, der quasi als Leiterbrücke Wicklungsleiter entspre chend verbindet, gemessen wird. Damit ist es möglich, die Temperaturerfassung nicht lediglich in einem radial oder axial äußeren Bereich der Statorwicklung vorzunehmen, welcher durch eine erhöhte Wärmeabfuhr einer anderen Betriebstemperatur unterwor fen sein kann, sondern integriert im Verschaltungsring direkt im Bereich des Entste hungsorts. Denn aufgrund der Integration der Temperaturfassung im Verschaltungs ring selbst wird ein optimaler Wärmeübergang zwischen dem stromdurchflossenen und sich daher erwärmenden Leiter, also der Stromschiene oder Leitungsbrücke, übli cherweise eine Kupferschiene, und dem Temperatursensor erreicht, sodass uner wünschte Fehlereinflüsse und Messwertabweichungen zuverlässig vermieden wer den. Darüber hinaus kann aufgrund der Integration in den Verschaltungsring, der ein separat konfigurierbares, als eigenständiges Bauteil auf die Wicklung zu setzendes Element ist, die radiale und axiale Position des Temperatursensors zuverlässig und mit reproduzierbarer Genauigkeit definiert werden.
Zweckmäßigerweise weist der Verschaltungsring ein Gehäuse auf, in dem der Leiter aufgenommen ist, wobei die Temperatursensoranordnung an oder in dem Gehäuse angeordnet ist. Die Anordnung der Temperatursensoranordnung an oder in dem Ge häuse stellt auf einfache Weise die einfache und insbesondere reproduzierbare Fixie rung der Temperatursensoranordnung sicher, da eine definierte Befestigungsschnitt stelle realisiert werden kann. Insbesondere die Anordnung im Gehäuse bietet darüber hinaus Schutz vor etwaigen äußeren Einflüssen, sodass beispielsweise keine Medi enströme wie Wasser, Luft, Öl etc. direkt an den Temperatursensor, bei dem es sich beispielsweise um ein NTC- oder PTC-Widerstandselement handeln kann, gelangen können.
Die Temperatursensoranordnung selbst umfasst bevorzugt einen Träger, wobei der Temperatursensor im Bereich einer Trägerseite angeordnet ist. Über diesen Träger wird die Temperatursensoranordnung eine hinreichende Stabilität verlieren. Dabei kann der Temperatursensor selbst auf einem Sensorträger angeordnet sein, der an dem Träger angeordnet ist. Dieser Sensorträger, beispielsweise ein längliches Plätt- chen beispielsweise aus Kunststoff, dient der sicheren Fixierung des Temperatur sensors. Auf dem Sensorträger ist ferner die Verschaltung des Temperatursensors über geeignete Verbindungsleitungen zu einem weiterführenden Kabel vorgenommen.
Für eine sichere und positionsgenaue Fixierung des Sensorträgers am Träger selbst weist der Träger bevorzugt eine zur Form des Sensorträgers kompatible Aufnahme vor, in die der Sensorträger quasi formschlüssig eingesetzt werden kann.
Der Träger selbst bildet gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung einen Teil eines Gehäuses, wobei der Temperatursensor an einer offenen Gehäuseseite positio niert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Temperatursensor über wenigstens ein Federelement gegen den Leiter angefe dert ist. Über dieses Federelement, das beispielsweise auf den Träger wirkt, wird si chergestellt, dass der Temperatursensor stets in thermischen Kontakt mit dem Leiter, also der Kupferbrücke, gedrückt wird und somit stets eine reproduzierbare thermische Kopplung für eine exakte Temperaturfassung sichergestellt ist.
Besonders bevorzugt ist, dass ein lösbar mit dem Träger verbindbarer Deckel vorge sehen ist, wobei der Träger relativ zum Deckel bewegbar ist und das Federelement zwischen dem Deckel und dem Träger angeordnet ist. Dieser Deckel bildet quasi ei nen zweiten Teil des Gehäuses, wobei ihm insbesondere die Funktion eines Widerla gers für das Federelement zukommt. Das Federelement ist zwischen dem Deckel und dem Träger verspannt. Der Temperatursensor respektive der Sensorträger ist an der gegenüberliegenden Trägerseite, zur Gehäuseaußenseite freiliegend, angeordnet, sodass der relativ zum Deckel bewegliche Träger und damit auch der Sensor gegen den Leiter des Verschaltungsrings gedrückt wird.
Alternativ ist es denkbar, dass das Federelement auch zwischen dem Träger und dem Sensorträger selbst angeordnet ist. In diesem Fall bildet der Träger das Widerlager für das Federelement, ein gehäuseartiger Deckel ist hier nicht vorgesehen. Der Träger ist in diesem Fall direkt in geeigneter Weise positionsfest festzulegen, anders als bei der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung, bei der der Deckel positionsfest zu fixieren ist, nachdem der Träger relativ zum Deckel bewegbar ist.
Als Federelement wird bevorzugt eine gebogene Blattfeder, die vorzugsweise am Träger fixiert ist, gleichermaßen, sofern vorgesehen, aber auch am Deckel befestigt sein kann, verwendet.
Zur Fixierung der Temperatursensoranordnung an oder im Verschaltungsring respek tive dessen Gehäuse ist besonders bevorzugt eine Rast- oder Klemmverbindung zur lösbaren Fixierung vorgesehen. Diese lösbare Fixierung ermöglicht auf einfache Wei se einerseits die Montage durch einfaches Verrasten oder Verklemmen, wie aber auch eine einfache Demontage möglich ist. Kommt ein Gehäuse respektive ein De ckel zum Einsatz, so sind am Gehäuse respektive Deckel entsprechende Rastvor sprünge oder dergleichen vorgesehen, die in entsprechende Rastaufnahmen am Ver schaltungsring oder Verschaltungsringgehäuse einschnappen. Da der Deckel fixiert ist, ist der Träger relativ zum Deckel bewegbar. Kommt kein Deckel zum Einsatz, son dern nur ein Träger, so ist diese über entsprechende Rastelemente verschaltungs ringseitig zu fixieren, da dann der Sensorträger relativ zum Träger für das Anfedern beweglich ist, sofern ein solches Federelement in diesem Fall vorgesehen ist, was nicht zwingend ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnah me auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
Figur 1 eine Prinzipdarstellung in Form einer Teilansicht einer erfindungsgemä ßen elektrischen Maschine,
Figur 2 eine Perspektivansicht einer Temperatursensoreinrichtung mit Tempera tursensor und Sensorträger,
Figur 3 eine Explosionsdarstellung eines Trägers und eines Federelements, Figur 4 die montierte Anordnung aus Träger und Federelement,
Figur 5 die Anordnung aus Figur 4 mit daran befestigter Temperatursensorein richtung,
Figur 6 eine Explosionsdarstellung der Anordnung aus Figur 6 mit zusätzlichem
Deckel,
Figur 7 eine Schnittansicht durch die montierte Temperatursensoranordnung aus
Figur 6 mit aufgesetztem Deckel,
Figur 8 eine Detailansicht des Verschaltungsrings mit noch nicht befestigter
Temperatursensoranordnung, und
Figur 9 eine Schnittansicht durch die Anordnung aus Figur 8 mit fixierter Tempe ratursensoranordnung.
Figur 1 zeigt in Form einer Teilansicht eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemä ßen elektrischen Maschine 1 , umfassend einen Stator 2 mit einer Wicklung 3 umfas send eine Mehrzahl an Leitern 4, die im gezeigten Beispiel drei separaten Phasen zu geordnet sind. Jeder Leiter 4 ist quasi als U-förmiger Klammer ausgeführt, wobei eine Vielzahl solcher U-förmigen Leiter, oft auch Hairpin genannt, zu der Wicklung 3, die auch als Wicklungskorb bezeichnet werden kann, zusammengesteckt sind. Die Viel zahl der Leiter 4 definieren verschiedene Radialebenen R, wie in Figur 1 dargestellt. Hierzu erstrecken sich die Leiter 4 je nach Wicklungsschema von einer Radialebene zu einer anderen Radialebene, beispielsweise einer benachbarten Radialebene, im Bereich welche sie die mit den Leiterenden von entsprechenden benachbarten, den Phasenleiter weiterführenden Leitern verbunden sind.
Die Leiter 4 sind so geführt respektive gebogen und verlegt, dass sich entsprechende Ausnehmungen 5 ergeben, die sich radial erstrecken, sodass entsprechende
Statorzähne 6 in dieser Ausnehmungen 5 greifen respektive die entsprechenden Lei ter 4 zwischen die Nuten der Statorzähne 6 gewickelt sind. Der grundsätzliche Aufbau eines solchen Stators 2 respektive einer aus den beschriebenen separaten Klammern gewickelten Wicklung 3 ist dem Grund nach bekannt.
Bei dem erfindungsgemäßen Stator 2 sind die Enden 7 der Leiter 4, soweit die Enden 7 an dem Innenumfang und/oder, dem Außenumfang der ringförmigen Wicklung 3 en den respektive positioniert sind, axial vorspringend, das heißt, sie stehen axial von der Wicklung 3 ab. Diese Enden 7 sind einzelnen Leitern 4 zugehörig, die wiederum un terschiedlichen Phasen zugeordnet sind, weshalb die Leiterenden dem Verlegesche ma der Leiter 4 entsprechend zu verschalten sind. Hierzu dient ein Verschaltungsring 8, der in diesem Beispiel axial auf die Stirnseite der Wicklung 3 gesetzt ist und zwi schen den Leiterenden 7 angeordnet ist, respektive zwischen diese greift. Der Ver schaltungsring 8 umfasst, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, einen oder mehrere entsprechende Leiter in Form von Leitungsbrücken sowie an Anschlussab schnitten 9, die zur Seite hin aus dem Gehäuse 10 des Verschaltungsrings 8 hervor stehen und nach Einsetzen des Verschaltungsrings 8 zwischen die Leiterenden 7 po sitionsgenau neben dem entsprechenden Leiterenden 7 positioniert sind, mit dem sie zu verbinden sind. Die Verbindung erfolgt durch einfaches Verschweißen, sodass mit dem Verbinden auch sämtlichen Leiter 4 korrekt und phasenspezifisch miteinander verschaltet sind.
Vorgesehen ist des Weiteren eine Stromversorgung 11 , die radial neben der Wicklung 3 im Bereich deren axialen Endes, also des Wicklungskopfes angeordnet ist. Die Stromversorgung 11 , auch HV-Terminal genannt, umfasst ein Gehäuse 12, in dem entsprechende Stromschienen 13 angeordnet sind, die mit ihren Anschlussterminals 14 aus dem Gehäuse 12 ragen.
Vorliegend ist wie beschrieben ein Drei-Phasen-Stator gezeigt, weshalb im gezeigten Beispiel auch drei solche Anschlussterminals 14 vorgesehen sind.
Jedes Anschlussterminal 14 ist mit einer Phase der Wicklung 3 zu verbinden. Dies ist auf einfache Weise im gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch realisiert, dass pro Phase je zwei Leiterenden 7a radial nach außen geführt respektive gebogen sind, wie Figur 1 anschaulich zeigt. Wie bereits beschrieben, sind im Inneren des Gehäuses 10 des Verschaltungsrings 8 ein oder mehrere Leiter 15 aufgenommen, die als Leitungsbrücken dienen und in Form von Stromschienen respektive Busbars ausgeführt sind. Im gezeigten Beispiel ist lediglich ein solcher Leiter 15 gestrichelt dargestellt. Erfindungsgemäß vorgesehen ist des Weiteren eine Temperatursensoranordnung 16, die am oder im Gehäuse 10 des Verschaltungsrings 8 aufgenommen ist, wozu im gezeigten Beispiel lediglich dem Prinzip nach eine Ausnehmung 17 dargestellt ist, in der die Temperatursensoranord nung 16 eingesetzt ist. Die Anordnung ist derart, dass ein Temperatursensor, auf den nachfolgend noch eingegangen wird, in thermischen Kontakt mit einem Leiter 15, be vorzugt dem Neutralleiter, gebracht wird, sodass dessen Temperatur gemessen wird, worüber Auskunft über die Wicklungstemperatur erhalten werden kann. Das heißt, dass durch die erfindungsgemäße Anordnung der Temperatursensoranordnung 16 am oder im Verschaltungsring respektive dessen Gehäuse selbst eine direkte Tempe raturmessung an diesem Ort möglich ist.
Figur 2 zeigt eine Temperatursensoreinrichtung 18 als Teil der Temperatursensoran ordnung 16. Die Temperatursensoreinrichtung 18 umfasst einen Sensorträger 19, an dem der eigentliche Temperatursensor 20, beispielsweise ein NTC-oder PTC-Sensor, befestigt ist und über Verbindungsleitungen 21 mit einem entsprechenden weiterfüh renden Kabel 22 verbunden ist. Ein Schrumpfschlauch 23 ist über den Sensorträger 19 und den Temperatursensor 20 sowie die Verbindungsleitung 21 gezogen, um die Anordnung zu schützen. Der Sensorträger 19 ist länglich, also plättchenförmig ausge führt, es handelt sich beispielsweise um eine Kunststoffplatte.
Figur 3 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Trägers 24 sowie eines Federelements 25 in Form einer Blattfeder 26. Der Träger 24 dient, worauf nachfolgend noch einge gangen wird, der Aufnahme und Halterung der Temperatursensoreinrichtung 18 aus Figur 2.
An einer Seite des Trägers 24 sind Befestigungsmittel 27 zur Anordnung und Befesti gung der Blattfeder 26, die ebenfalls entsprechende Befestigungsmittel 28 in Form von Rastelementen oder entsprechenden Formschlusselementen aufweist, vorgese- hen. Wie durch den Pfeil P1 dargestellt ist, wird die Blattfeder 26 von der Seite her auf den Träger 24 geschoben, sodass sie einerseits zwischen den dortigen Befesti gungsmitteln 27 verspannt wird, andererseits aber auch rastfixiert ist, wie Figur 4 zeigt.
Diese Anordnung aus Figur 4 wird so dann mit der Temperatursensoreinrichtung 18 bestückt, siehe Figur 5. Flierzu wird der Sensorträger 19 durch eine am Träger vorge sehene Einführöffnung 29 durchgeführt, sodass er quasi an der äußeren unteren Seite des Trägers 24, der eine entsprechende Ausnehmung 30 zur Aufnahme des Sensor trägers aufweist, positioniert ist. Das Kabel 22 läuft, wie Figur 5 zeigt, aus der Einführ öffnung 29 heraus und kann weitergeführt werden. Das heißt, dass nach Anordnung am Träger 24 der Temperatursensor 20 im Bereich der offenen Unterseite angeordnet ist.
Figur 6 zeigt des Weiteren einen Deckel 31 , der mit dem Träger 24 über eine geeigne te, nicht näher gezeigte Rastverbindung zu verschnappen ist, in einer Explosionsdar stellung. Auch der Deckel 31 ist, wie der Träger 24, aus Kunststoff. Ersichtlich wird der Deckel, siehe den Pfeil P2, auf die Seite, an der die Blattfeder 26 angeordnet ist, auf gesetzt ist, sodass nach Montieren des Deckels 31 , siehe Figur 7, die Blattfeder 26 zwischen dem Deckel 31 und dem Träger 24 verspannt ist. Der Träger 24 ist relativ zum Deckel 31 etwas bewegbar, soweit es deren Rastverbindung zulässt. Dies ist er forderlich, da über die Blattfeder 26 der Sensorträger 19 respektive der Temperatur sensor 20 gegen den Leiter 15 angefedert und gedrückt wird.
Am Deckel 31 sind, siehe Figur 6, an beiden Seiten entsprechende Rastelemente 32 vorgesehen (Figur 6 zeigt nur eine Seite davon), über welche Rastelemente 32 der Deckel 31 und mit ihm die gesamte Temperatursensoranordnung 16, wie in Figur 7 gezeigt, am Verschaltungsring 8 respektive dessen Gehäuse 10 fixiert wird.
Diesen Vorgang zeigt Figur 8. In dieser ist ein Ausschnitt des Verschaltungsrings 8 respektive seines Gehäuses 10 gezeigt, mit der bereits vorstehend dem Grund nach angesprochenen Ausnehmung 17, in die die Temperatursensoranordnung 16, wie durch den Pfeil P3 dargestellt ist, eingesetzt wird. Im Bereich der Ausnehmung 17 liegt der Leiter 15, beispielsweise der neutrale Leiter, frei. Wird nun die Temperatur sensoranordnung 16 in die Ausnehmung 17 eingedrückt, so schnappen die Rastele mente 32 mit Erreichen der Montageendstellung in geeignete Rastaufnahmen 33 am Gehäuse 10 im Bereich der Ausnehmung 17 ein, worüber die Temperatursensoran- Ordnung 16 einerseits positionsfest fixiert ist, andererseits aber auch bei Bedarf wieder gelöst und zur Wartungszwecken entfernt oder ausgetauscht werden kann.
Nach Einschnappen der Rastverbindung ist die Temperatursensoranordnung 16 re produzierbar positionsgenau fixiert, siehe Figur 9. Die Temperatursensoreinrichtung 18 respektive der Temperatursensor 20 ist gegen den Leiter 15 über die Blattfeder 26 angefedert, wie Figur 9 anschaulich zeigt, sodass ein optimaler Wärmekontakt und damit eine sehr gute thermische Kopplung gegeben ist. Durch das Anfedern des Temperatursensors ist einerseits ein reproduzierbarer thermischer Kontakt realisier bar, zum anderen sind hierüber auch entsprechende geometrische Toleranzen ohne Weiteres ausgleichbar. Gleichzeitig ist die Messanordnung auch gegen äußere Ein flüsse wie Medienströme etc. aufgrund der Kapselung im Gehäuse respektive die ent sprechende Anordnung am Verschaltungsringgehäuse geschützt.
Bezuqszeichenliste elektrischen Maschine
Stator
Wicklung
Leiter
Ausnehmung
Statorzahn
Leiterende
Verschaltungsring
Anschlussabschnitt
Gehäuse
Stromversorgung
Gehäuse
Stromschiene
Anschlussterminal
Leiter
Temperatursensoranordnung
Ausnehmung
Temperatursensoreinrichtung
Sensorträger
Temperatursensor
Verbindungsleitung
Kabel
Schrumpfschlauch
Träger
Federelement
Blattfeder
Befestigungsmittel
Befestigungsmittel
Einführöffnung
Ausnehmung
Deckel 32 Rastelement
33 Rastaufnahme R Radialebene P1 Pfeil
P2 Pfeil
P3 Pfeil

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Maschine umfassend einen Stator (2) mit einer Wicklung (3), sowie wenigstens eine Temperatursensoranordnung (16) umfassend einen Tempera tursensor (20) zur Erfassung der Temperatur im Bereich der Wicklung (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (7, 7a) zumindest eines Teils der Lei ter (4) über die Wicklung (3) hervorstehen, wobei ein Teil dieser Enden (7, 7a) an einem axial oder radial auf die Wicklung (3) gesetzten Verschaltungsring (8) angeschlossen ist, wobei die Temperatursensoranordnung (16) an oder in dem Verschaltungsring (8) angeordnet und der Temperatursensor (20) mit wenigs tens einem dortigen Leiter (15) thermisch gekoppelt ist.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verschaltungsring (8) ein Gehäuse (10) aufweist, in dem der Leiter (15) aufge nommen ist, wobei die Temperatursensoranordnung (16) an oder in dem Ge häuse (10) angeordnet ist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensoranordnung (16) einen Träger (24) umfasst, wobei der Temperatursensor (20) im Bereich einer Trägerseite angeordnet ist.
4. Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (20) auf einem Sensorträger (19) angeordnet ist, der an dem Träger (24) angeordnet ist.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am
Träger (24) eine zur Form des Sensorträgers (19) kompatible Aufnahme (30) vorgesehen ist.
6. Elektrische Maschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (24) einen Teil eines Gehäuses bildet, wobei der Temperatursensor (20) an einer offenen Gehäuseseite positioniert ist.
7. Elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass der Temperatursensor (20) über wenigstens ein Federele ment (25) gegen den Leiter (15) angefedert ist.
8. Elektrische Maschine nach Anspruch 6 und einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein lösbar mit dem Träger (24) verbindbarer De ckel (31 ) vorgesehen ist, wobei der Träger (24) relativ zum Deckel (31 ) beweg bar ist und das Federelement (25) zwischen dem Deckel (31 ) und dem Träger (24) angeordnet ist, oder dass das Federelement (25) zwischen dem Träger (24) und dem Sensorträger (19) angeordnet ist.
9. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, dass das Federelement (25) eine gebogene Blattfeder (26) ist, die vorzugsweise am Träger (24) fixiert ist.
10. Elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Temperatursensoranordnung (16) über eine Rast- oder Klemmverbindung am Verschaltungsring (8) lösbar angeordnet ist.
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