WO2023155948A1 - Stator, nutverschlussmittel und temperaturmessanordnung - Google Patents

Stator, nutverschlussmittel und temperaturmessanordnung Download PDF

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WO2023155948A1
WO2023155948A1 PCT/DE2023/100052 DE2023100052W WO2023155948A1 WO 2023155948 A1 WO2023155948 A1 WO 2023155948A1 DE 2023100052 W DE2023100052 W DE 2023100052W WO 2023155948 A1 WO2023155948 A1 WO 2023155948A1
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WO
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stator
slot
temperature sensor
sealing means
closure means
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Application number
PCT/DE2023/100052
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French (fr)
Inventor
Jens LANGANKI
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • 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
    • H02K3/48—Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots
    • H02K3/487—Slot-closing devices
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a stator for an electrical machine, comprising a stator body with a plurality of circumferentially distributed stator teeth and stator slots formed between the stator teeth and extending in the axial direction through the stator body, with stator windings being arranged in the stator slots and the stator slots along them radial extent at their radially outer end have a slot base and at their radially inner end a slot opening, or and the stator slots along their radial extent have a groove base at their radially inner end and a slot opening at their radially outer end, with at least one of the slot openings being punctuated by a Slot sealing means is closed, so that the stator windings are held in the stator slot, with a temperature sensor being arranged in and/or on at least one of the slot sealing means, and the temperature sensor having at least one electrical conductor, by means of which the temperature sensor can be coupled to a control unit, with the electrical conductor extends essentially axially on and/or through the slot
  • Electric motors are increasingly being used to drive motor vehicles in order to create alternatives to internal combustion engines that require fossil fuels.
  • Significant efforts have already been made to improve the suitability for everyday use of electric drives and also to be able to offer users the driving comfort they are accustomed to.
  • This article describes a drive unit for an axle of a vehicle, which includes an electric motor that is arranged concentrically and coaxially with 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 coaxial to that E-motor or the bevel gear differential or spur gear differential is positioned.
  • the drive unit is very compact and allows a good compromise between climbing ability, acceleration and energy consumption due to the switchable 2-speed planetary gear set.
  • Such drive units are also referred to as e-axles or electrically operable drive train.
  • hybrid drive trains are also known.
  • Such drive trains of a hybrid vehicle usually include a combination of an internal combustion engine and an electric motor, and allow - for example in urban areas - a purely electric mode of operation with simultaneous sufficient range and availability especially for cross-country trips.
  • the temperature should be measured as precisely as possible in order to avoid local or general thermal overloading of the electrical machine by controlling the electrical machine and/or its cooling system.
  • stator for an electrical machine which reduces or completely eliminates the disadvantages known from the prior art and enables cost-effective and precise temperature measurement in thermally stressed areas of the stator, with this temperature measurement being particularly is designed to be easy to assemble. It is also the object of the invention to implement an improved slot sealing means and an improved temperature measurement arrangement for a stator of an electrical machine.
  • a stator for an electrical machine comprising a stator body with a plurality of circumferentially distributed stator teeth and stator slots formed between the stator teeth and extending through the stator body in the axial direction, with stator windings being arranged in the stator slots and along the stator slots along their radial extension, have a slot base at their radially outer end and a slot opening at their radially inner end, or and the stator slots along their radial extension have a slot base at their radially inner end and a slot opening at their radially outer end, with at least one of the slot openings extending through a slot sealing means is closed, so that the stator windings are held in the stator slot, with a temperature sensor being arranged in and/or on at least one of the slot sealing means, and the temperature sensor having at least one electrical conductor, by means of which the temperature sensor can be coupled to a control unit, with the electrical conductor extends essentially axially on and/or through the slot closure means
  • the slot closure means in which the temperature sensor is arranged, is lengthened axially in such a way that it is slightly raised above the end winding.
  • a particularly simple and intuitive assembly or intuitive connection of the temperature sensor can take place, since the corresponding connection on the protruding slot closure means practically "jumps out" towards a fitter and is therefore very easy to recognize optically is.
  • the assembly time can be shortened and the assembly reliability of the temperature sensor can be increased.
  • the advantage can be achieved that, on the one hand, the assembly costs for the temperature sensor can be kept low by integrating it in or on the slot sealing means, which can also have a positive effect on the assembly costs. Furthermore, it is possible to place the temperature sensor very close to possible thermal hot spots, which enables the sensor to respond quickly and precisely and allows high control and regulation dynamics. Furthermore, corresponding motors can also be provided very easily with correspondingly integrated temperature sensors for test purposes and their thermal properties can be determined easily and reliably.
  • a plurality of electrical conductors can also run on and/or through the slot sealing means. It is particularly preferred that two electrical conductors run on and/or through the slot closure means.
  • a temperature sensor most preferably has two electrical conductors. It can also be preferred to provide at least one second temperature sensor in a slot sealing means in order to form a redundant temperature measurement system and/or to be able to carry out a temperature measurement at two different points in the stator. In this context, it is preferred that each temperature sensor has two electrical conductors.
  • An electrical conductor can be a conductor track or a cable, for example.
  • the stator according to the invention is preferably designed for use in a radial flow machine.
  • a stator for a radial flow machine is usually constructed cylindrically and generally consists of electrical laminations that are electrically insulated from one another and are constructed in layers and packaged to form laminated cores. Distributed over the circumference, grooves which run essentially parallel to the rotor shaft and accommodate the stator winding or parts of the stator winding are let into the electrical lamination.
  • the stator can also be formed for an electrical machine configured as an external rotor or an internal rotor.
  • Stator windings are embedded in the stator slots of the stator according to the invention.
  • a stator winding is an electrically conductive conductor whose length is significantly greater than its diameter.
  • the stator winding can have any desired cross-sectional shape. Rectangular cross-sectional shapes are preferred, since they can be used to achieve high packing densities and consequently high power densities.
  • a stator winding made of copper is very particularly preferably formed.
  • a stator winding preferably has insulation.
  • mica paper which for mechanical reasons can be reinforced by a glass fabric carrier, can be wound in ribbon form around one or more stator windings, which are impregnated with a hardening resin.
  • the stator according to the invention also has a stator body.
  • the stator body can be designed in one piece or in multiple pieces, in particular in segments.
  • a one-piece stator body is characterized in that the entire stator body is formed in one piece, viewed circumferentially.
  • the stator body is generally formed from a large number of stacked, laminated electrical laminations, each of the electrical laminations being closed to form a circular ring.
  • a segmented stator body is characterized in that it is made up of individual stator segment parts.
  • the stator body can be made up of individual stator teeth or stator tooth groups, with each individual stator tooth or each individual stator tooth group being formed from a large number of stacked, laminated electrical laminations, with each of the electrical laminations being designed as a stator segment sheet metal part.
  • the stator body is preferably formed from one or more laminated cores of stator.
  • the individual laminations can then remain held together in the laminated core by gluing, welding or screwing.
  • stator teeth of the stator are preferably formed in the stator body.
  • Stator teeth are components of the stator body that are designed as circumferentially spaced, tooth-like parts of the stator body that are directed radially inwards (inner rotor) or outwards (outer rotor) and between their free ends and a rotor body an air gap for the magnetic field is formed.
  • the gap between the rotor and the stator is called the air gap. In a radial flux machine, this is an essentially annular gap with a radial width that corresponds to the distance between the rotor body and the stator body.
  • the stator is intended in particular for use in an electric machine within a drive train of a motor vehicle.
  • the electric machine is intended in particular for use within a drive train of a hybrid or all-electric motor vehicle.
  • the electric machine is dimensioned in such a way that vehicle speeds of more than 50 km/h, preferably more than 80 km/h and in particular more than 100 km/h can be achieved.
  • the electrical machine particularly preferably has a power of more than 30 kW, preferably more than 50 kW and in particular more than 70 kW.
  • the electrical machine provides speeds greater than 5,000 rpm, particularly preferably greater than 10,000 rpm, very particularly preferably greater than 12,500 rpm.
  • a temperature sensor within the meaning of this application is an electrical or electronic component that supplies 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, PTC thermistor temperature sensors, semiconductor temperature sensors, ferromagnetic temperature sensors, pyroelectric temperature sensors, fiber optic temperature sensors, and/or pyrometers.
  • 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).
  • the temperature sensor can be connected to the slot sealing means in a form-fitting and/or non-positive and/or cohesive manner, in particular also in a non-detachable manner.
  • form-fitting means can be provided on the slot-closing means, which cause a form-fitting fixation of the temperature sensor on and/or in the slot-closing means.
  • the form-fitting means are formed monolithically with the slot closing means, for example by means of a plastic injection molding process.
  • the slot sealing means is preferably made of a material with a thermal conductivity of greater than 0.1 W/(m*K), preferably greater than 1.0 W/(m*K), very particularly preferably greater than 10 W(m*K). K) formed, whereby particularly short response times can be realized in the temperature sensor.
  • the slot sealing means is made of plastic and the temperature sensor is at least partially, preferably completely, surrounded by plastic.
  • the advantage of this configuration is that the temperature sensor is protected against mechanical and/or chemical influences.
  • the temperature sensor it would also be conceivable for the temperature sensor to be positioned openly in the slot sealing means at least on the side facing the slot base of the stator slot and thus directly contact cooling oil and/or a stator winding located in the stator slot.
  • the slot sealing means 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 manufacturing technology.
  • the slot sealing means has a sensor slot, in which the temperature sensor is inserted and held in the sensor slot by means of a fixing material.
  • the advantageous effect of this configuration is based on the fact that, for example, all the slot sealing means used in a stator can be formed in the same parts, with a temperature sensor being inserted only in the sensor slot or sensor slots for whose slot sealing means a temperature measurement is to take place.
  • the manufacturing costs can be positively influenced by the high proportion of identical parts.
  • the sensor groove can be formed, in particular, on the surface of the groove sealing means directed towards the bottom of the groove. Furthermore, it is preferred that the sensor groove ends at a distal end of the longitudinal extension of the groove closure means.
  • the slot sealing means has a sensor channel that is closed at least in sections on the circumference, into which the temperature sensor is inserted and held in the sensor channel by means of a fixing material.
  • the sensor channel can be formed by a bore in the slot closure means.
  • the invention can also be further developed to the effect that the fixing material is different from the material of the slot sealing means.
  • the fixing means is preferably made of a material with a thermal conductivity of greater than 0.1 W/(m*K), preferably greater than 1.0 W/(m*K), very particularly preferably greater than 10 W(m*K). K) formed, whereby particularly short response times can be realized in the temperature sensor.
  • the material of the slot sealing means can have a thermal conductivity which differs from the thermal conductivity of the fixing means.
  • the material of the slot sealing means can have a thermal conductivity which is lower than the thermal conductivity of the fixing means.
  • the fixing material can fill the sensor groove or the sensor channel completely or only in sections. It is essential that the fixing material fixes the temperature sensor and/or the cables connected to the temperature sensor in the sensor groove or the sensor channel.
  • the fixing material is a casting compound, in particular a casting compound made of a plastic, and/or an adhesive.
  • the at least one electrical conductor is fixed in and/or on the slot sealing means by means of a casting compound. This has the advantage that the electrical conductor and the temperature sensor can be cast together, which is particularly advantageous in terms of manufacturing technology.
  • the fixing material is identical to the material of the slot sealing means, the temperature sensor being fixed in and/or on the slot sealing means by reshaping the slot sealing means.
  • the fixing material is identical to the material of the slot sealing means, the temperature sensor being fixed in and/or on the slot sealing means by reshaping the slot sealing means.
  • a suitable forming method for this would be caulking or bending, for example.
  • the slot closing means preferably closes the slot opening over the entire axial extent and the temperature sensor in the axial extent approximately centrally on and/or in the Nut closure means is arranged.
  • the axial positioning of the temperature sensor can be carried out in this way in a very easy and safe manner to assemble.
  • the slot sealing means it would of course be possible for the slot sealing means not to extend completely over the entire axial extent of a stator slot, but rather to only partially close it.
  • the invention can also be advantageously implemented in such a way that the temperature sensor has a cable, by means of which the temperature sensor can be coupled to a control unit, the cable extending axially on and/or through the slot sealing means and protruding from the slot sealing means, as a result of which the Insertion of the slot closure means in the stator an easy-to-install connection of the temperature sensor to a control unit can be done.
  • a control unit as can be used in connection with the present invention, is used, in particular, for the electronic control and/or regulation of one or more technical systems of an electric machine, in particular an electric machine in a drive train of a motor vehicle.
  • a control unit for controlling and/or regulating a cooling system of an electrical machine can be provided.
  • a control unit has, in particular, a wired or wireless signal input for receiving electrical signals, in particular, such as sensor signals, preferably signals from a temperature sensor. Furthermore, a control unit likewise preferably has a wired or wireless signal output for the transmission of, in particular, electrical signals, for example to electrical actuators or electrical consumers of a motor vehicle.
  • control operations and / or
  • control operations are carried out. It is particularly preferred that the control unit includes hardware that is designed to execute software.
  • the control unit preferably comprises at least one electronic processor for executing program sequences defined in software.
  • the control unit can also have one or more electronic memories in which the data contained in the signals transmitted to the control unit can be stored and read out again. Furthermore, the control unit can have one or more electronic memories in which data can be stored in a changeable and/or unchangeable manner.
  • a control unit can include a plurality of control devices, which are arranged in particular spatially separated from one another in the motor vehicle.
  • Control units are also referred to as electronic control units (ECU) or electronic control modules (ECM) and preferably have electronic microcontrollers for carrying out computing operations for processing data, particularly preferably using software.
  • the control devices can preferably be networked with one another, so that a wired and/or wireless data exchange between control devices is made possible.
  • bus systems present in the motor vehicle such as a CAN bus or LIN bus.
  • the object of the invention is also achieved by a slot sealing means of a stator of an electrical machine, a temperature sensor for coupling to a control unit being arranged in and/or on at least one of the slot sealing means.
  • the slot sealing means can preferably also be formed by an additive manufacturing process.
  • the temperature sensor is also formed together with the slot sealing means in an additive manufacturing process.
  • the electrical lines for connection to the control unit are also formed in an additive manufacturing process together with the slot sealing means and the temperature sensor.
  • the electrical lines can be connected in particular to an electrical connection device of the slot closure means, the electrical connection device being designed, for example, as an electrical coupling for receiving a plug device. It is extremely preferred that the connecting device is formed together with the slot sealing means, the temperature sensor and the electrical lines by means of an additive manufacturing process.
  • An additive manufacturing process is often also referred to as a generative manufacturing process or as a three-dimensional printing process (3D printing).
  • the additive manufacturing process enables the slot sealing means and preferably also the temperature sensor and/or the electrical lines and/or the electrical connection device to be manufactured quickly and cost-effectively in one work process, with the manufacturing being carried out in particular on the basis of computer-internal data models from amorphous or shape-neutral starting material using chemical and/or physical processes can take place.
  • 3D printing three-dimensional printing process
  • a temperature measuring arrangement for a stator of an electrical machine comprising a control unit, a temperature sensor and a slot sealing means, a temperature sensor for coupling to a control unit being arranged in and/or on the slot sealing means.
  • a modular assembly can be provided, which can be prefabricated, for example, for a wide variety of stators.
  • the at least one electrical conductor is designed as a cable.
  • the temperature sensor has two cables.
  • the cable is not electrically insulating has sheathing.
  • costs can be saved as a result and, on the other hand, assembly can be further simplified, since the cable does not have to be stripped before or during assembly.
  • the cable or cables of the temperature sensor are therefore preferably cast into the slot sealing means without being sheathed.
  • a partition can also preferably be provided in the slot closure means, which locally separates non-insulated cables from one another.
  • the slot closing means has a slot within which the at least one electrical conductor runs, which is preferred in terms of production technology, since the insertion of the cable or cables into the slot can be safely controlled and optically easily checked is.
  • the invention can also be further developed such that the part of the at least one electrical conductor protruding from the slot sealing means rests at least in sections on an outer lateral surface of the slot sealing means, which simplifies contacting by pushing a corresponding plug onto the slot sealing means.
  • the cable(s) exiting the slot closing means in the axial direction can preferably be bent over and guided a short distance axially in the opposite direction on the outer lateral surface of the slot closing means.
  • the outer surface of the slot sealing means is formed as a guide section for fixing that part of the at least one electrical conductor that protrudes from the slot sealing means.
  • the guide section can include, for example, a groove protruding into the lateral surface or a clamping element protruding from the lateral surface, into which the electrical conductor can be clamped.
  • the electrical conductor or conductors assume a defined position on the lateral surface and also, in particular, when Plugging a plug onto the slot closure means cannot be accidentally brought into electrical contact with one another.
  • the plug and/or the slot sealing means particularly preferably has a sealing means, by means of which the electrical contact area between the plug and the part of the at least one electrical conductor protruding from the slot sealing means can be sealed off from the area surrounding the plug, in particular can be sealed in a liquid-tight manner.
  • a slot sealing wedge with a temperature sensor is pushed into a stator slot.
  • the plug which can be connected to a cable, for example, is plugged onto the slot sealing means with the temperature sensor and the temperature sensor is thus contacted and connected to the control unit of the stator.
  • the slot sealing means and/or the plug can preferably have a poka-yoke feature, which only allows the plug to be plugged onto the slot sealing means in a defined manner in a predefined position.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view through an electrical machine
  • FIG. 2 shows a schematic detailed view of a stator slot in a cross-sectional view
  • Figure 3 shows a stator in a perspective view
  • FIG. 4 a slot sealing means in a perspective view
  • FIG. 5 shows a slot closing means in a perspective view
  • FIG. 6 shows a slot sealing means with a plug in a perspective view.
  • FIG. 1 shows a stator 1 of an electrical machine 2, comprising a stator body 3 with a large number of stator teeth 4 distributed around the circumference and stator slots 5 formed between the stator teeth 4 and extending through the stator body 3 in the axial direction.
  • Stator windings 6 are in the stator slots 5 arranged.
  • the stator slots 5 have a slot base 7 at their radially outer end and a slot opening 8 at their radially inner end.
  • the slot openings 8 are each closed by a slot closure means 9 so that the stator windings 6 are held in the stator slot 5 .
  • FIG. 2 shows the stator region of a stator slot 5 in a detailed view. It is particularly easy to see here that a temperature sensor 10 is arranged in one of the slot sealing means 9 .
  • the slot sealing means 9 is made of plastic and the temperature sensor 10 is at least partially, preferably completely, surrounded by plastic.
  • the slot closure means 9 has a peripheral at least in sections closed sensor channel, into which the temperature sensor 10 is inserted and held in the sensor channel 13 by means of a fixing material.
  • the slot closing means 9 can also have a (sensor) slot 16, in which the temperature sensor 10 is inserted and held in the (sensor) slot 16 by means of a fixing material.
  • This embodiment variant is shown in Figures 3-6.
  • the fixing material shown in FIGS. 5-6 is, for example, a casting compound, in particular a casting compound made from a plastic, and/or an adhesive.
  • the fixing material it is also possible for the fixing material to be identical to the material of the slot sealing means 9 , with the temperature sensor 10 being fixed in and/or on the slot sealing means 9 by reshaping the slot sealing means 9 .
  • FIG 3 shows a stator 1 for an electrical machine 2, in which one of the slot openings 8 is closed by a slot sealing means 9, so that the stator windings 6 are held in the stator slot 5 and with a temperature sensor 10 in and/or on the slot sealing means 9 is arranged, which has at least one electrical conductor 12, by means of which the temperature sensor 10 can be coupled to a control unit 17.
  • the electrical conductor 12 extends essentially axially on and/or through the slot closure means 9 and protrudes from the slot closure means 9, which can also be clearly seen from the combination of Figure 3 with Figures 4-6.
  • the slot sealing means 9 provided with a temperature sensor 10 protrudes axially from a winding overhang 13 formed by the stator windings 6, so that assembly can be made possible in a particularly simple manner.
  • FIG. 4 shows that the slot closing means 9 has a slot 16 within which the two electrical conductors 12 run. It can be seen from FIG. 5 that these electrical conductors 12 are fixed in and/or on the slot sealing means 9 by means of a casting compound 14. In the embodiments shown, the electrical conductors 12 are each designed as a cable 15 which is not electrically have an insulating sheath.
  • FIG. 5 shows that the part of the electrical conductors 12 protruding from the slot sealing means 9 rests at least in sections on an electrically non-conductive, outer lateral surface 17 of the slot sealing means 9 .
  • the lateral surface 17 of the slot sealing means 9 has a guide section 18 for fixing the part of the electrical conductor 12 protruding from the slot sealing means 9, which is indicated in FIG.
  • FIG. 6 also shows that the part of the electrical conductors 12 protruding from the slot sealing means 9 can be contacted by means of a plug 19 that can be pushed onto the slot sealing means 9 .
  • the slot closure means 9 can thus be coupled to the control unit 17 of the stator 3 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1) für eine elektrische Maschine (2), umfassend einen Statorkörper (3) mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne (4) und zwischen den Statorzähnen (4) gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper (3) erstreckender Statornuten (5), wobei in den Statornuten (5) Statorwicklungen (6) angeordnet sind, und die Statornuten (5) entlang ihrer radialen Erstreckung an ihrem radial äußeren Ende einen Nutgrund (7) und ihrem radial inneren Ende eine Nutöffnung (8) ausweisen, wobei wenigstens eine der Nutöffnungen (8) durch jeweils ein Nutverschlussmittel (9) verschlossen ist, so dass die Statorwicklungen (6) in der Statornut (5) gehalten sind, wobei in und/oder an wenigstens einem der Nutverschlussmittel (9) ein Temperatursensor (10) angeordnet ist, und der Temperatursensor (10) wenigstens einen elektrischen Leiter (12) aufweist, mittels dessen der Temperatursensor (10) mit einer Steuereinheit (17) koppelbar ist, wobei sich der elektrische Leiter (12) im Wesentlichen axial an und/oder durch das Nutverschlussmittel (9) erstreckt und aus dem Nutverschlussmittel (9) herausragt, wobei das mit einem Temperatursensor (10) versehene Nutverschlussmittel (9) axial aus einem von den Statorwicklungen (6) gebildeten Wickelkopf (13) hervorsteht.

Description

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

Claims

Ansprüche Stator (1 ) für eine elektrische Maschine
(2), umfassend einen Statorkörper (3) mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne (4) und zwischen den Statorzähnen (4) gebildeten, sich in axialer Richtung durch den Statorkörper
(3) erstreckender Statornuten (5), wobei in den Statornuten (5) Statorwicklungen (6) angeordnet sind, und die Statornuten (5) entlang ihrer radialen Erstreckung an ihrem radial äußeren Ende einen Nutgrund (7) und ihrem radial inneren Ende eine Nutöffnung (8) ausweisen, oder und die Statornuten (5) entlang ihrer radialen Erstreckung an ihrem radial inneren Ende einen Nutgrund (7) und ihrem radial äußeren Ende eine Nutöffnung (8) ausweisen, wobei wenigstens eine der Nutöffnungen (8) durch jeweils ein Nutverschlussmittel (9) verschlossen ist, so dass die Statorwicklungen (6) in der Statornut (5) gehalten sind, wobei in und/oder an wenigstens einem der Nutverschlussmittel (9) ein Temperatursensor (10) angeordnet ist, und der Temperatursensor (10) wenigstens einen elektrischen Leiter (12) aufweist, mittels dessen der Temperatursensor (10) mit einer Steuereinheit (17) koppelbar ist, wobei sich der elektrische Leiter (12) im Wesentlichen axial an dem und/oder durch das Nutverschlussmittel (9) erstreckt und aus dem Nutverschlussmittel (9) herausragt, dadurch gekennzeichnet, dass das mit einem Temperatursensor (10) versehene Nutverschlussmittel (9) axial aus einem von den Statorwicklungen (6) gebildeten Wickelkopf (13) hervorsteht. Stator (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine elektrische Leiter (12) in und/oder an dem Nutverschlussmittel (9) mittels einer Vergussmasse (14) fixiert ist. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine elektrische Leiter (12) als ein Kabel (15) ausgeführt ist.
4. Stator (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel (15) keine elektrisch isolierende Ummantelung aufweist.
5. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nutverschlussmittel (9) eine Nut (16) aufweist, innerhalb derer der wenigstens eine elektrische Leiter (12) verläuft.
6. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Nutverschlussmittel (9) herausragende Teil des wenigstens einen elektrischen Leiters (12) zumindest abschnittsweise an einer äußeren Mantelfläche (17) des Nutverschlussmittels (9) anliegt.
7. Stator (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (17) des Nutverschlussmittels (9) einen Führungsabschnitt (18) zur Festlegung des aus dem Nutverschlussmittels (9) herausragenden Teils des wenigstens einen elektrischen Leiters (12) ausgebildet ist.
8. Stator (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Nutverschlussmittel (9) herausragende Teil des wenigstens einen elektrischen Leiters (12) mittels eines auf das Nutverschlussmittel (9) aufsteckbaren Steckers (19) kontaktierbar ist.
9. Nutverschlussmittel (9) eines Stators (1 ) einer elektrischen Maschine (2) dadurch gekennzeichnet, dass in und/oder an wenigstens einem der Nutverschlussmittel (9) ein Temperatursensor (10) zur Kopplung mit einer Steuereinheit (17) angeordnet ist. Temperaturmessanordnung für einen Stator (1 ) einer elektrischen Maschine (2) umfassend eine Steuereinheit (17), einen Temperatursensor (10) und ein Nutverschlussmittel (9), wobei in und/oder an dem Nutverschlussmittel (9) ein Temperatursensor (10) zur Kopplung mit der Steuereinheit (17) angeordnet ist.
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