EP3959802A1 - Elektrische maschine - Google Patents

Elektrische maschine

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Publication number
EP3959802A1
EP3959802A1 EP20718543.0A EP20718543A EP3959802A1 EP 3959802 A1 EP3959802 A1 EP 3959802A1 EP 20718543 A EP20718543 A EP 20718543A EP 3959802 A1 EP3959802 A1 EP 3959802A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature sensor
conductor
carrier
winding
electrical machine
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Withdrawn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
EP20718543.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Silvery
Mike CZERLEWITZ
Matthias Kästle
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 EP3959802A1 publication Critical patent/EP3959802A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/22—Auxiliary parts of casings not covered by groups H02K5/06-H02K5/20, e.g. shaped to form connection boxes or terminal boxes
    • H02K5/225—Terminal boxes or connection arrangements
    • 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 must be monitored, for which purpose appropriate temperature sensors, e.g. PTC or NTC sensors can be used.
  • One area in which the temperature is to be detected 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 Blechpa kets.
  • 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 in the manufacturing process.
  • the temperature sensor In order to capture the temperature in the winding area as precisely as possible, it is desirable to attach the temperature sensor as close as possible to or on the winding or winding head, since media flows in the interior, such as water, air, oil, etc., can affect the temperature measurement and therefore with The measurement becomes imprecise as the distance between the temperature sensor and the winding or winding head increases.
  • the arrangement of the temperature sensor, in particular on a particularly tightly wound or compactly wound winding, such as a hairpin or a rod-shaped 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 a conductor and the temperature sensor is thermally coupled to the conductor.
  • the temperature sensor arrangement is independent of a connection ring on a conductor, in the usual form egg ner busbar or a busbar, either between the connection ring and line electronics or on a so-called special wire. This is a conductor that is not designed like all common hairpins, geometrically and from the position.
  • the temperature sensor can be designed, for example, as a PTC or NTC measuring sensor, which is in thermal contact with the conductor. This enables direct temperature detection on such a conductor or conductor rail, through which current flows and therefore heats up during operation, and thus in the immediate winding area, whereby the radial and axial position of the temperature sensor arrangement and thus the temperature sensor itself are reliable by fixing the temperature sensor arrangement on the conductor itself and is given with reproducible accuracy.
  • a copper conductor or a copper bar an optimal heat transfer is achieved, so that undesired error influences and measured value deviations are reliably avoided.
  • the temperature sensor arrangement itself expediently has a housing in which the temperature sensor is received and through which the conductor stretches.
  • the housing which is placed on the conductor, serves to encapsulate the temperature sensor on the one hand, but also the measuring point on the other, so that very good protection against external influences that have a detrimental effect on the measurement, such as media flows of water, oil, air, etc. can advantageously be avoided and a very precise measurement is possible.
  • the housing itself expediently has a carrier on which the temperature sensor is fixed, and a cover which can be releasably fastened to the carrier and closes the housing.
  • the housing is thus in two parts, so that it can easily be opened the conductor, which reaches through the housing, can be placed on or placed around the conductor.
  • the cover is expediently attached to the carrier via a latching or clamping connection, which enables a very simple connection or simple closing of the housing.
  • the latching or clamping connection also enables very simple dismantling in the event of maintenance or repair work, that is to say that the temperature sensor arrangement can easily be replaced even if necessary.
  • the temperature sensor itself is preferably arranged on a sensor carrier which has a form-fit contour or onto which a shrink tube having a form-fit contour is drawn, a counter-contour receiving the form-fit contour being provided on the carrier.
  • This corresponding contouring of the sensor carrier or shrink tube and carrier enables the sensor carrier or the temperature sensor to be arranged in a reproducible, precise position on the carrier, which also simplifies assembly.
  • a Federele element for springing the temperature sensor against the conductor.
  • This spring element ensures that the temperature sensor is always brought into a defined thermal coupling to the conductor, as well as any geometric tolerances that can be easily compensated for. This means that the temperature sensor or the sensor carrier on the carrier is slightly movable so that it can be pressed against the spring element.
  • the spring element is preferably arranged on the cover and, when the cover is installed, positioned laterally adjacent to the sensor carrier, on the opposite side of which the conductor runs. This means that when the cover is closed or attached, the spring element presses against the sensor carrier or the shrink tubing surrounding it, so that this arrangement with the temperature sensor is pressed against the conductor.
  • the sensor carrier is arranged on the carrier so that it can move slightly, so that the spring element springs against the conductor, even with compensation for any small tolerances.
  • a curved leaf spring is preferably used as the spring element, which is fastened to the cover in a suitable manner via appropriate fastening means such as latching or clamping sections.
  • the housing of the temperature sensor arrangement itself is preferably made of plastic, so it can be manufactured inexpensively in a very simple manner.
  • FIG. 1 shows a basic illustration in the form of a partial view of an electrical machine according to the invention
  • Figure 2 comprises a perspective view of a temperature sensor device
  • Figure 3 is a perspective view of a carrier as part of the temperature sensor arrangement
  • FIG. 4 the mounted temperature sensor device on the carrier
  • Figure 5 shows the temperature sensor arrangement, attached to the conductor to be detected in a temperature
  • Figure 6 is a perspective view of a cover for attachment to the carrier
  • FIG. 7 shows the temperature sensor arrangement according to the invention in the open state with the carrier arranged on the conductor and the cover detached
  • FIG. 8 shows the arrangement from FIG. 7 from the other side
  • FIG. 9 shows the closed temperature sensor arrangement
  • FIG. 10 shows a sectional view through the temperature sensor arrangement with a continuous conductor according to FIG. 9.
  • 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 4, 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 corresponding adjacent conductors 4 continuing the phase conductor.
  • the conductors 4 are guided or bent and laid in such a way that corresponding recesses 5 are produced which extend radially so that corresponding
  • Stator teeth 6 engage in these recesses 5 or the corresponding conductors 4 are wound between the corresponding grooves of the stator teeth 6.
  • the basic structure of such a stator 2 or a winding 3 wound from the separate brackets described is basically known.
  • the ends 7 of the conductors 4 protrude axially, as long as the ends 7 end or are positioned on the inner circumference and 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 for this purpose, which in the example shown is placed axially on the end face of the winding 3 and is arranged between the conductor ends 7, or engages between them.
  • the circuit ring 8 comprises, as will be discussed below, a plurality of corresponding conductors, which can also be referred to as line bridges and are formed from busbars or busbars, usually made of copper, and on connection sections 9 which protrude to the side from the housing 10 of the connection ring 8 and after inserting the connection ring 8, the connection sections 9 are precisely positioned next to the corresponding conductor end 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 Stromver supply 1 1 is provided, which is arranged radially next to the winding 3 in the region of the axial end thereof.
  • the power supply 1 also called HV terminal, comprises a housing 12 in which corresponding busbars 13 are arranged, which protrude with their connection terminals 14 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 outward, as FIG. 1 clearly shows.
  • a temperature sensor arrangement 16 is arranged, that is, directly connected to the conductor 15 in order to directly measure the conductor temperature as a measure of the winding temperature.
  • the temperature sensor arrangement 16 comprises a temperature sensor device 17, as shown in FIG.
  • the temperature sensor device 17 has a sensor carrier 18 on which a temperature sensor 19 and corresponding connecting lines 20 to a continuing cable 21 are arranged.
  • a shrink tube 22 is pulled onto the sensor carrier 18, which has a defined shape in the front end. has closing contour 23 with two suitable undercuts, which are used to mount and position the sensor device 18 on a carrier 24.
  • Such a carrier 24 is shown in Figure 3 as a perspective view.
  • the carrier 24 is made of plastic and has a cable holding section 25 and an engaging contour section 26 for the interlocking contour 23.
  • two axially miteinan the aligned openings 27 are provided through which, which will be entered below, the conductor 15 runs in and out of the housing to be formed by means of the carrier 24 and a cover to be described in the following. Further lateral openings 28, 29 are also closed by means of the cover, which will be discussed below.
  • FIG. 4 shows an arrangement in which the temperature sensor device 17 is attached to the carrier 24.
  • the cable 21 runs through the cable holding section 25, while the form-fitting contour 23 engages in the engagement contour section 26.
  • the arrangement is such that the sensor carrier 18 is virtually vertical, so that the temperature sensor 19 is directed towards the interior of the carrier 24.
  • the cover 31 has several latching elements 32 by means of which it is latched on the carrier 24.
  • a wall section 33 is provided, on which a spring element 34 is arranged here in the form of a leaf spring 35 which is directed towards the center of the cover.
  • This leaf spring 35 serves to spring the temperature sensor device 17 or the sensor carrier 18 and thus the temperature sensor 19 against the conductor 15, which will be discussed below.
  • a wall section 36 which is arranged adjacent to the wall section 33, is also provided.
  • FIG. 7 shows, the cover 31 is now placed on the carrier 24, as shown by the arrow P2.
  • the wall section 36 engages in the opening 28, while the wall section 33 engages in the opening 29.
  • the leaf spring 35 comes to lie directly adjacent to the temperature sensor device 17 so that it springs against the conductor 15, and thus the temperature sensor 19.
  • the fixing takes place via the snap-in locking elements 32.
  • FIG. 9 shows, a closed housing 37 is consequently obtained, FIG. 9 showing the fully assembled temperature sensor arrangement 16.
  • the housing 37 is almost completely closed so that any disruptive influences cannot get into the actual measuring range.
  • the temperature sensor device 17 or the sensor carrier 18 and thus also the temperature sensor 19 are pressed firmly against the conductor 15 via the leaf spring 35, which, as FIG. 10 shows, can be cast on the cover 31, so that an optimal thermal coupling for an exact measurement is possible.
  • the closed housing 37 also provides ideal protection.
  • the dismantling is also simple in the event of maintenance .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Elektrische Maschine umfassend einen Stator (2) mit einer Wicklung (3), sowie wenigstens eine Temperatursensoranordnung umfassend einen Temperatursensor (19) zur Erfassung der Temperatur im Bereich der Wicklung, 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 einem Leiter (15) angeordnet und der Temperatursensor (19) thermisch mit dem Leiter (15) 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 entsprechenden Temperatursensoren, z.B. PTC- o- der NTC-Sensoren, verwendet werden. Ein Bereich, in dem die Temperatur zu erfas sen ist, ist der der Wicklung, da im Bereich der Wicklung einer der heißesten Punkte des Stators der elektrischen Maschine vorherrscht an welchem man einen Tempera tursensor verbauen kann. Der heißeste Punkt des Stators liegt nämlich im Bereich Hairpin - bzw. Stabwellenwicklng und zwar genau in der axialen Mitte des Blechpa kets. Da dieser Punkt allerdings unerreichbar ist, um einen Temperatursensor zu in tegrieren, wird der äußere Bereich der Wicklung gewählt. Hierzu wird der Temperatur sensor innerhalb des Stators verbaut, das heißt, dass er meist in einem frühen Stadi um des Fertigungsprozesses verbaut werden muss. Um die Temperatur im Wick lungsbereich möglichst exakt zu fassen, ist es wünschenswert, den Temperatursensor möglichst nahe oder an der Wicklung respektive dem Wicklungskopf anzubringen, da Medienströme im Innenraum, beispielsweise Wasser, Luft, Öl etc., die Temperatur messung beeinträchtigen können und daher mit wachsendem Abstand des Tempera tursensors zur Wicklung respektive zum Wicklungskopf die Messung ungenau wird.
Die Anordnung des Temperatursensors insbesondere an einer besonders dicht bzw. kompakt gewickelten Wicklung wie beispielsweise einer Hairpin- oder einer Stabwel lenwicklung 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 einem Leiter angeordnet und der Temperatursensor thermisch mit dem Leiter gekoppelt ist. Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine wird die Temperatursensoranord nung unabhängig von einem Verschaltungsring an einem Leiter, in üblicher Form ei ner Stromschiene oder einer Busbar, entweder zwischen Verschaltungsring und Lei tungselektronik oder an eine sog. Special Wire angeordnet. Hierbei handelt es sich um einen Leiter, der nicht wie alle üblichen Hairpins, geometrisch und von der Positi on, ausgebildet ist. Der Temperatursensor kann dabei z.B. als ein PTC- oder ein NTC- Messsensor ausgebildet sein, welcher in thermischen Kontakt mit dem Leiter steht. Hierdurch wird eine unmittelbare Temperaturerfassung an einem solchen, im Betrieb stromdurchflossenen und sich daher erwärmenden Leiter respektive einer solchen Stromschiene und damit im unmittelbaren Wicklungsbereich ermöglicht, wobei durch Fixierung der Temperatursensorenanordnung an dem Leiter selbst die radiale und axiale Position der Temperratursensorenanordnung und damit der Temperatursensor selbst zuverlässig und mit reproduzierbarer Genauigkeit gegeben ist. Durch die In tegration der Temperaturerfassung direkt an diesem Leiter, zumeist einem Kupferleiter respektiver einer Kupferschiene, wird ein optimaler Wärmeübergang erreicht, so dass unerwünschte Fehlereinflüsse und Messwertabweichungen zuverlässig vermieden werden. Darüber hinaus ist es auf die erfindungsgemäße Weise möglich, die Tempe raturerfassung nicht nur in einem radial oder axial äußeren Randbereich der Stator wicklung vorzunehmen, welcher durch die erhöhte Wärmeabfuhr einer anderen Be triebstemperatur unterworfen ist als ein Stromleiter, an dem nun erfindungsgemäß unmittelbar die Messung erfolgt.
Die Temperatursensoranordnung selbst weist dabei zweckmäßigerweise ein Gehäuse auf, in dem der Temperatursensor aufgenommen ist und durch das sich der Leiter er streckt. Das Gehäuse, das auf den Leiter gesetzt wird, dient einerseits der Kapselung des Temperatursensors, andererseits aber auch der Messstelle, so dass ein sehr gu ter Schutz gegen äußere, sich nachteilig auf die Messung auswirkende Einflüsse wie beispielsweise Medienströmungen von Wasser, Öl, Luft etc. vorteilhaft vermieden werden können und eine sehr exakte Messung möglich ist.
Das Gehäuse selbst weist dabei zweckmäßigerweise einen Träger auf, an dem der Temperatursensor fixiert ist, sowie einen am Träger lösbar befestigbaren Deckel, der das Gehäuse schließt. Das Gehäuse ist also zweiteilig, so dass es ohne weiteres auf den Leiter, der das Gehäuse durchgreift, aufgesetzt werden kann respektive um den Leiter gelegt werden kann. Dabei ist der Deckel am Träger zweckmäßigerweise über eine Rast- oder Klemmverbindung befestigt, was eine sehr einfache Verbindung oder ein einfaches Schließen des Gehäuses ermöglicht. Die Rast- oder Klemmverbindung ermöglicht des Weiteren neben der einfachen Montage auch eine sehr einfache De montage im Falle von Wartungs- oder Reparaturarbeiten, das heißt, dass die Tempe ratursensoranordnung selbst im Bedarfsfall einfach ausgetauscht werden kann.
Der Temperatursensor selbst ist bevorzugt an einem Sensorträger angeordnet, der eine Formschlusskontur aufweist oder auf den ein eine Formschlusskontur aufwei sender Schrumpfschlauch gezogen ist, wobei am Träger eine die Formschlusskontur aufnehmende Gegenkontur vorgesehen ist. Über diese entsprechende Konturierung von Sensorträger respektive Schrumpfschlauch und Träger ist eine reproduzierbare, positionsgenaue Anordnung des Sensorträgers respektive des Temperatursensors am Träger möglich, was auch die Montage vereinfacht.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Federele ment zum Anfedern des Temperatursensors gegen den Leiter vorgesehen. Über die ses Federelement wird sichergestellt, dass der Temperatursensor stets in eine defi nierte thermische Kopplung zum Leiter gebracht wird, wie auch etwaige geometrische Toleranzen ohne weiteres hierüber ausgeglichen werden können. Das heißt, dass der Temperatursensor respektive der Sensorträger am Träger geringfügig beweglich ist, so dass er über das Federelement angedrückt werden kann.
Dabei ist bevorzugt das Federelement am Deckel angeordnet und bei montiertem De ckel seitlich benachbart zu dem Sensorträger, an dessen gegenüberliegenden Seite der Leiter verläuft, positioniert. Das heißt, dass bei geschlossenem respektive ange setztem Deckel das Federelement gegen den Sensorträger respektive den ihn umhül lenden Schrumpfschlauch drückt, so dass diese Anordnung mit dem Temperatur sensor gegen den Leiter gedrückt wird. Der Sensorträger ist wie beschrieben gering fügig beweglich am Träger angeordnet, so dass das Federelement, auch unter Aus gleich etwaiger geringer Toleranzen, gegen den Leiter anfedert. Als Federelement wird bevorzugt eine gebogene Blattfeder verwendet, die auf geeig nete Weise über entsprechende Befestigungsmittel wie Rast- oder Klemmabschnitte am Deckel befestigt wird.
Das Gehäuse der Temperatursensoranordnung selbst ist bevorzugt aus Kunststoff, kann also auf sehr einfache Weise kostengünstig hergestellt werden.
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 umfassend
Sensorträger und Temperatursensor,
Figur 3 eine Perspektivansicht eines Trägers als Teil der Temperatursensoran ordnung,
Figur 4 die montierte Temperatursensoreinrichtung am Träger,
Figur 5 die Temperatursensoranordnung, angesetzt an dem in einer Temperatur zu erfassenden Leiter,
Figur 6 eine Perspektivansicht eines Deckels zur Befestigung am Träger,
Figur 7 die erfindungsgemäße Temperatursensoranordnung in geöffnetem Zu stand mit am Leiter angeordnetem Träger und gelöstem Deckel,
Figur 8 die Anordnung aus Figur 7 von der anderen Seite,
Figur 9 die geschlossene Temperatursensoranordnung, und Figur 10 eine Schnittansicht durch die Temperatursensoranordnung mit durchlau fendem Leiter gemäß Figur 9.
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-förmige Klammer ausgeführt, wobei eine Vielzahl solcher U-förmiger Leiter 4, oft auch Hairpins 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 welcher sie mit den Leiterenden von entsprechenden benachbarten, dem Phasenleiter weiterführenden Leitern 4 verbunden sind.
Die Leiter 4 sind so geführt respektive gebogen und verlegt, dass sich entsprechende Ausnehmungen 5 ergeben, die sich radial erstrecken, so dass entsprechende
Statorzähne 6 in diese Ausnehmungen 5 greifen respektive die entsprechenden Leiter 4 zwischen die entsprechenden Nuten der Statorzähne 6 gewickelt sind. Der grund sätzliche Aufbau eines solchen Stators 2 respektive einer aus den beschriebenen se paraten Klammern gewickelten Wicklung 3 ist dem Grunde nach bekannt.
Bei dem erfindungsgemäßen Stator 2 sind die Enden 7 der Leiter 4, soweit die Enden 7 an dem Innenumfang und dem Außenumfang der ringförmigen Wicklung 3 enden 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 im gezeigten Beispiel axial auf die Stirnseite der Wicklung 3 gesetzt ist und zwi schen den Leiterenden 7 angeordnet ist, respektive zwischen diese eingreift. Der Ver schaltungsring 8 umfasst, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, eine Mehrzahl an entsprechenden Leitern, die auch als Leitungsbrücken bezeichnet werden können und aus Stromschienen oder Busbars, üblicherweise aus Kupfer, gebildet sind, sowie an Anschlussabschnitten 9, die zur Seite hin aus dem Gehäuse 10 des Verschal tungsrings 8 hervorstehen und nach Einsetzen des Verschaltungsrings 8 die An schlussabschnitte 9 positionsgenau neben dem entsprechenden Leiterende 7 positio niert sind, mit dem sie zu verbinden sind. Die Verbindung erfolgt durch einfaches Ver schweißen, so dass mit dem Verbinden auch sämtliche Leiter 4 korrekt und phasen spezifisch miteinander verschaltet sind. Des Weiteren vorgesehen ist eine Stromver sorgung 1 1 , die radial neben der Wicklung 3 im Bereich deren axialen Endes ange ordnet ist. Die Stromversorgung 1 1 , auch HV-Terminal genannt, umfasst ein Gehäuse 12, in dem entsprechende Stromschienen 13 angeordnet sind, die mit ihren An schlussterminals 14 aus dem Gehäuse 12 ragen.
Vorliegend ist wie beschrieben ein drei-Phasen-Stator gezeigt, weshalb im gezeigten Beispiel auch drei solcher 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 zwei Leiterenden 7a radial nach außen geführt respektive gebogen sind, wie Figur 1 anschaulich zeigt.
Wie beschrieben sind im Inneren des Gehäuses 10 des Verschaltungsrings 8 mehrere entsprechende Leiter, die Leitungsbrücken bilden, vorgesehen, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel nur ein solcher Leiter 15 gestrichelt dargestellt ist. An diesem Lei ter ist eine Temperatursensoranordnung 16 angeordnet, also direkt mit dem Leiter 15 verbunden, um unmittelbar die Leitertemperatur als Maß für die Wicklungstemperatur zu messen.
Die Temperatursensoranordnung 16 umfasst eine Temperatursensoreinrichtung 17, wie in Figur 2 gezeigt. Die Temperatursensoreinrichtung 17 weist einen Sensorträger 18 auf, an dem ein Temperatursensor 19 sowie entsprechende Verbindungsleitungen 20 zu einem weiterführenden Kabel 21 angeordnet sind. Auf den Sensorträger 18 ist ein Schrumpfschlauch 22 aufgezogen, der im vorderen Ende eine definierte Form- schlusskontur 23 mit zwei geeigneten Hinterschneidungen aufweist, die der Montage und Positionierung der Sensoreinrichtung 18 an einem Träger 24 dienen.
Ein solcher Träger 24 ist in Figur 3 als Perspektivansicht gezeigt. Der Träger 24 ist aus Kunststoff und weist einen Kabelhalteabschnitt 25 sowie einen Eingriffskonturab schnitt 26 für die Formschlusskontur 23 auf. Darüber hinaus sind zwei axial miteinan der fluchtende Öffnungen 27 vorgesehen, durch die, worauf nachfolgend noch einge gangen wird, der Leiter 15 in und aus dem mittels des Trägers 24 und eines nachfol gend noch beschriebenen Deckels zu bildenden Gehäuse läuft. Weitere seitliche Öff nungen 28, 29 werden ebenfalls mittels des Deckels geschlossen, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.
Figur 4 zeigt eine Anordnung, bei der die Temperatursensoreinrichtung 17 am Träger 24 befestigt ist. Ersichtlich läuft das Kabel 21 durch den Kabelhalteabschnitt 25, wäh rend die Formschlusskontur 23 in den Eingriffskonturabschnitt 26 eingreift. Die Anord nung ist derart, dass der Sensorträger 18 quasi vertikal steht, so dass der Tempera tursensor 19 zum Inneren des Trägers 24 gerichtet ist.
Diese Anordnung wird nun mit dem Leiter 15, also der Stromschiene 15 gekoppelt. Diese wird, siehe Pfeil P1 in Figur 5, von oben in den offenen Träger eingeführt, so dass sie zwischen der äußeren Trägerwand 30 und der Temperatursensoreinrichtung 17 respektive dem Sensorträger 18 angeordnet ist. Der Temperatursensor 19 ist dem zufolge unmittelbar benachbart zum flächigen, schienenförmigen Leiter 15 positioniert.
Sodann wird zur Bildung eines geschlossenen Gehäuses ein Deckel 31 aufgesetzt, der im Detail in Figur 6 gezeigt ist. Der Deckel 31 weist mehrere Rastelemente 32 auf, über die er am Träger 24 verrastet wird. Vorgesehen ist des Weiteren ein Wandab schnitt 33, an dem ein Federelement 34 hier in Form einer Blattfeder 35 angeordnet ist, die zur Deckelmitte gerichtet ist. Diese Blattfeder 35 dient dazu, die Temperatur sensoreinrichtung 17 respektive dem Sensorträger 18 und damit dem Temperatur sensor 19 gegen den Leiter 15 anzufedern, worauf nachfolgend noch eingegangen wird. Vorgesehen ist des Weiteren ein Wandabschnitt 36, der benachbart zum Wand abschnitt 33 angeordnet ist. Wie Figur 7 zeigt, wird nun, wie durch den Pfeil P2 dargestellt ist, der Deckel 31 auf den Träger 24 aufgesetzt. Hierbei greift der Wandabschnitt 36 in die Öffnung 28 ein, während der Wandabschnitt 33 in die Öffnung 29 eingreift. Wie Figur 7 und 8 zeigen, kommt dabei die Blattfeder 35 unmittelbar benachbart zur Temperatursensoreinrich tung 17 zu liegen, so dass sie diese und damit den Temperatursensor 19 gegen den Leiter 15 anfedert. Die Fixierung erfolgt über die verschnappenden Rastelemente 32.
Wie Figur 9 zeigt, ergibt sich folglich ein geschlossenes Gehäuse 37, wobei Figur 9 die fertig montierte Temperatursensoranordnung 16 zeigt. Das Gehäuse 37 ist nahezu vollständig geschlossen, so dass etwaige störende Einflüsse nicht in den eigentlichen Messbereich gelangen können.
Wie die Schnittansicht gemäß Figur 10 deutlich zeigt, ist die Temperatursensoreinrich tung 17 respektive der Sensorträger 18 und damit auch der Temperatursensor 19 fest über die Blattfeder 35, die, wie Figur 10 zeigt, am Deckel 31 eingegossen sein kann, gegen den Leiter 15 gedrückt, so dass eine optimale thermische Kopplung für eine exakte Messung möglich ist. Darüber hinaus ist auch ein idealer Schutz aufgrund des geschlossenen Gehäuses 37 gegeben.
So einfach wie die Montage ist, im Rahmen welcher lediglich die Temperatur sensoreinrichtung 17 am Träger 24 zu befestigen ist, wonach diese Anordnung am Leiter 15 zu fixieren ist und nunmehr lediglich noch der Deckel 31 aufzuklipsen ist, so einfach ist auch die Demontage im etwaigen Wartungsfall.
Bezuqszeichenliste elektrische Maschine
Stator
Wicklung
Leiter
Ausnehmung
Statorzahn
Ende
Verschaltungsring
Anschlussabschnitt
Gehäuse
Stromversorgung
Gehäuse
Stromschiene
Anschlussterminal
Leiter
Temperatursensoranordnung
Temperatursensoreinrichtung
Sensorträger
Temperatursensor
Verbindungsleitung
Kabel
Schrumpfschlauch
Formschlusskontur
Träger
Kabelhalteabschnitt
Eingriffskonturabschnitt
Öffnung
Öffnung
Öffnung
Trägerwand
Deckel 32 Rastelement
33 Wandabschnitt
34 Federelement
35 Blattfeder
36 Wandabschnitt
37 Gehäuse
R Radialebene
P1 Pfeil
P2 Pfeil

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Maschine umfassend einen Stator (2) mit einer Wicklung (3), sowie wenigstens eine Temperatursensoranordnung umfassend einen Temperatur sensor (19) zur Erfassung der Temperatur im Bereich der Wicklung, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (7, 7a) zumindest eines Teils der Leiter (4) über die Wicklung (3) hervorstehen, wobei ein Teil dieser Enden (7, 7a) an ei nem axial oder radial auf die Wicklung (3) gesetzten Verschaltungsring (8) an geschlossen ist, wobei die Temperatursensoranordnung (16) an einem Leiter (15) angeordnet und der Temperatursensor (19) thermisch mit dem Leiter (15) gekoppelt ist.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensoranordnung (16) ein Gehäuse (37) aufweist, in dem der Tem peratursensor (19) aufgenommen ist und durch das sich der Leiter (15) er streckt.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (37) einen Träger (24) aufweist, an dem der Temperatursensor (19) fixiert ist, sowie einen am Träger (24) lösbar befestigbaren Deckel (31 ), der das Gehäuse (37) schließt.
4. Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der De ckel (31 ) am Träger (25) über eine Rast- oder Klemmverbindung (32) befestigt ist.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (19) an einem Sensorträger (18) angeordnet ist, der eine Formschlusskontur aufweist oder auf den ein eine Formschlusskontur (23) auf weisender Schrumpfschlauch (22) gezogen ist, wobei am Träger (24) eine die Formschlusskontur (23) aufnehmende Gegenkontur (26) vorgesehen ist.
6. Elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass ein Federelement (34) zum Anfedern des Temperatur sensors (19) gegen den Leiter (15) vorgesehen ist.
7. Elektrische Maschine nach Anspruch 6 und einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (34) am Deckel (31 ) ange ordnet ist und bei montiertem Deckel (31 ) seitlich benachbart zu dem Sensor träger (18), an dessen gegenüberliegenden Seite der Leiter (15) verläuft, posi tioniert ist.
8. Elektrische Maschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (34) eine gebogene Blattfeder (35) ist.
9. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, dass das Gehäuse (37) aus Kunststoff ist.
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