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WO2022002295A1 - Stator - Google Patents

Stator Download PDF

Info

Publication number
WO2022002295A1
WO2022002295A1 PCT/DE2021/100467 DE2021100467W WO2022002295A1 WO 2022002295 A1 WO2022002295 A1 WO 2022002295A1 DE 2021100467 W DE2021100467 W DE 2021100467W WO 2022002295 A1 WO2022002295 A1 WO 2022002295A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stator
temperature sensor
designed
conductor section
receptacle
Prior art date
Application number
PCT/DE2021/100467
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sven Derksen
Thomas Niesen
Marie-Luise ANKE
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & 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 & Co. KG filed Critical Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Publication of WO2022002295A1 publication Critical patent/WO2022002295A1/en

Links

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
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/09—Magnetic cores comprising laminations characterised by being fastened by caulking
    • 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
    • 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
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil

Definitions

  • the present invention relates to a stator for an electrical machine, in particular a stator for a drive machine designed as a drive machine for an electrically drivable motor vehicle, comprising a stator body with a plurality of stator windings and a temperature sensor for detecting the temperature of at least one section of a stator winding.
  • a temperature sensor assembly is already known from DE 102019 121 232 A1.
  • DE 102019 121 232 A1 describes a temperature sensor assembly for an electrical machine and includes an elongated housing that includes an armature section, a temperature sensor that is arranged within the armature section and a retaining body that extends from the elongated housing that is opposite the armature section and includes spaced retaining arms.
  • the temperature sensor assembly further includes a wire guide extending from the retention body and extending along a retention arm away from the elongated housing and a guide wire extending from the temperature sensor and through the wire guide.
  • EP 3562004 A1 describes an insulator ring for an electrical machine, which surrounds the stator windings in an insulating manner on the axial end.
  • the insulator ring has an extension with a guide for introducing a conductor section and a flexible arm section with a receptacle for a temperature sensor.
  • WO 2020/026394 A1 describes a temperature sensor arrangement which comprises a temperature sensor for detecting the temperature in the coil of an electrical machine.
  • the temperature sensor is held in a type of metal clamp and is clamped to a conductor rail section of the coil via this.
  • the present invention is based on the object of providing a stator for an electrical machine in which a temperature sensor with structurally simple means enables reliable - in particular free of interfering influences and reproducible - detection of the temperature of the stator winding.
  • stator for an electrical machine in particular by a stator for a drive machine designed as a drive machine for an electrically drivable motor vehicle, with the features of claim 1.
  • a stator designed according to the invention for an electrical machine comprises a stator body with a plurality of stator windings and a temperature sensor for detecting the temperature of at least one section of a stator winding.
  • the temperature sensor is arranged together with a conductor section in a trough-shaped receptacle of an attachment and is fixed in the receptacle by means of a potting compound.
  • the conductor section is designed in thermally conductive contact with the temperature sensor as a component of the stator winding or as a section connected to the stator winding in a thermally conductive manner.
  • the high reproducibility of the temperature measurements achieved in this way is particularly advantageous.
  • the design of the stator according to the invention ensures reliable temperature detection even in the case of fluid-cooled electrical machines in which the stator winding in the area of the temperature sensor is surrounded by cooling fluid.
  • Electrical machines are used to convert electrical energy into mechanical energy and / or vice versa, and generally comprise a stationary part referred to as a stator, stator or armature and a part referred to as a rotor or rotor and arranged movably relative to the stationary part.
  • a radial flux machine is characterized in that the magnetic field lines in the air gap formed between rotor and stator extend in the radial direction, while in the case of an axial flux machine the magnetic field lines in the air gap formed between rotor and stator extend in the axial direction.
  • the stator of a radial flux machine is usually of cylindrical construction, and it comprises a stator body which is generally formed from electrical steel sheets that are electrically insulated from one another and constructed in layers and packaged into laminated cores. With this structure, the eddy currents in the stator caused by the stator field are kept low. Distributed over the circumference, grooves or circumferentially closed recesses are arranged in the electrical steel sheet and run parallel to the rotor shaft and accommodate the stator winding or parts of the stator winding. Depending on the construction towards the surface, the grooves can be closed with locking elements, such as locking wedges or covers or the like, in order to prevent the stator winding from loosening.
  • a one-piece stator body is characterized in that the entire stator body is formed in one piece when viewed circumferentially.
  • the stator body is generally formed from a multiplicity of stacked laminated electrical steel sheets, each of the electrical steel sheets being configured to be closed to form a circular ring.
  • a stator body with a segmented structure is characterized in that it is made up of individual stator segment parts.
  • the stator body can be constructed from individual stator teeth or stator tooth groups, each individual stator tooth or each individual stator tooth group being formed from a plurality of stacked laminated electrical steel sheets, each of the electrical steel sheets being configured as a segmented stator sheet metal part.
  • coil winding technology refers to the type and method of winding the electrical conductor (an insulated Wire or stranded wire) to a winding or a coil.
  • the resulting geometric structure of one or more turns or layers creates a concentrated electrical property in its entirety.
  • Coils can be designed as actuators - for example as electromagnets, transformers or motors. However, coils can also be designed and used as sensors - for example in the form of antennas, microphones or measuring devices or the like.
  • the windings of actuators such.
  • the stators or rotors of electrical machines are also often referred to as coils (stator or rotor coil or stator or rotor winding).
  • a temperature sensor is understood to be a sensor that changes its behavior as a function of an ambient or contact temperature and, as a function of this, provides corresponding sensor signals via an interface.
  • NTC or PTC temperature sensors come into consideration for this, which provide electrical signals at their sensor connection points as a function of an ambient or contact temperature.
  • the conductor section is designed as a busbar in the event that it is designed as a section connected to the stator winding in a thermally conductive manner.
  • the advantage of this refinement is that flat contact with the temperature sensor can be provided via a busbar and thus more precise and more reliable temperature detection can be ensured.
  • the conductor section is designed as a conductor rail of a neutral conductor, in particular as a conductor rail of a star point of an electrical machine operated in star mode. In this way, a particularly safe and precise connection of a temperature sensor for detecting the stator winding temperature can be guaranteed in the case of electrical machines operated in a star.
  • the potting compound is formed by an electrically insulating material, in particular by a plastic or plastic composite material.
  • the potting compound can be formed from an epoxy resin.
  • the temperature sensor is arranged with its sensor surface at least regionally flat and in direct contact with the conductor section.
  • the effect can be achieved, in particular, that the thermal contact between the temperature sensor and the conductor section is improved and an insulating layer, as is present, for example, when contact is made with a winding wire of the stator winding, is not present.
  • an insulating layer as is present, for example, when contact is made with a winding wire of the stator winding, is not present.
  • the conductor section is designed as a current-carrying conductor section, whereby a Temperature detection is made possible directly at the place where the heat is generated, thus ensuring precise detection of the temperature.
  • the conductor section is designed as a conductor section through which current does not flow. This configuration can offer advantages in terms of installation space.
  • a busbar connection within the add-on part embodied, for example, as a plastic encapsulation can be designed as a busbar branch that is not current-carrying and which is then connected accordingly to the temperature sensor.
  • the temperature sensor in direct contact with the conductor section in the receptacle, is fixed using a fixing unit.
  • This allows the temperature sensor to be securely positioned within the trough-shaped receptacle in a structurally simple manner, before the receptacle is encapsulated at a later point in time in the manufacturing process.
  • the temperature sensor is advantageously rod-like or flat rod-like, the fixing unit arranged or formed within the receptacle having at least a first mounting extension and a second mounting extension and the temperature sensor being held in the area of its one axial end by the first mounting extension from a first side and in the Area of its other axial end is held by the second mounting extension from the side opposite the first side.
  • the fixing unit or the mounting extensions is / are designed and arranged such that the temperature sensor held between them is pressed against the conductor section by spring force.
  • a third assembly extension can be used for this, the temperature sensor undergoing a bend between two of the three assembly extensions through which it is pressed against the conductor section under spring force.
  • the temperature sensor can then be held in position over the further length by means of a further mounting extension that is axially further spaced apart. In this way, the direct and flat contact between the temperature sensor and the conductor section can be improved.
  • This measure can also advantageously compensate for thickness tolerances of the temperature sensors and ensure reliable pre-positioning within the receptacle.
  • the invention can also be implemented in an advantageous manner to the effect that a separate holding element is provided for fixing the temperature sensor, the holding element having at least one extension that interacts with an extension receptacle formed within the receptacle, so that the holding element is non-positive and / or form-fitting can be arranged in the recording.
  • a separate holding element is provided for fixing the temperature sensor, the holding element having at least one extension that interacts with an extension receptacle formed within the receptacle, so that the holding element is non-positive and / or form-fitting can be arranged in the recording.
  • Such an additional holding element can create an alternative fastening method for prepositioning the temperature sensor, or the additional holding element can improve a fastening for prepositioning that is already present by fixing elements.
  • a plurality of electrical connection contacts designed as busbar sections are integrally formed within the same.
  • the plastic encapsulation is formed, for example, by an injection molded part which is designed in the form of a cap or a cover part. From the plastic encapsulation, a plurality of electrical connection contacts are arranged in one piece, which are electrically conductively connected from one side (inside) to a winding wire end of a stator winding and via the other end, which protrudes outward from the plastic encapsulation, which electrical machine can be contacted for the purpose of control.
  • stator windings can be connected accordingly within the plastic encapsulation - for which, depending on the configuration, additional connection components, such as spacers or the like, can be installed.
  • additional connection components such as spacers or the like.
  • FIG. 1 shows a conventional electrical machine designed as a radial flux machine in a schematic representation in an axial section
  • Figure 2 shows a housing-like attachment with integrated electrical
  • Connection contacts for contacting the stator windings and with an integrated trough-shaped receptacle for embedding a temperature sensor in a perspective view
  • FIG. 3 shows an enlarged detail which shows a top view into the trough-shaped receptacle with the conductor section arranged therein and an integrated temperature sensor
  • Figure 4 shows a further sectional view of the recording along the section line A-A in Figure 2
  • FIG. 5 shows a housing-like add-on part with integrated electrical connection contacts for contacting the stator windings and with an integrated temperature sensor encapsulated in the tub-shaped receptacle of the attachment, in a perspective view, in a further embodiment, and
  • FIG. 6 shows an enlarged section of the recording with an integrated
  • Temperature sensor in a sectional view along section line B-B in FIG. 5.
  • FIG. 1 shows an electrical machine 100 according to the prior art in an axial section in a schematic representation.
  • the electrical machine 100 comprises a stator with a stator body 2 formed from a laminated stator core and a plurality of stator windings 3 arranged in slots in the stator body 2, as well as a rotor, the rotor being arranged inside the stator in an axially extending circular cylindrical through opening.
  • the rotor body is attached to a rotor shaft in a rotationally fixed manner, the rotor shaft being rotatably mounted axially on both sides in roller bearings in a motor housing.
  • Figure 2 shows a cap-like or cover-like and designed as a plastic encapsulation attachment 5 of a stator 1 designed according to the invention in one possible embodiment.
  • the add-on part 5 embodied as a plastic encapsulation has integrated electrical connection contacts 52 embodied in the manner of a busbar for the electrical connection of the stator windings 3 or for the electrical contacting of the electrical machine 1 for controlling the same.
  • a trough-like receptacle 50 for receiving a temperature sensor 4 is integrated in the add-on part 5.
  • the temperature sensor 4 is arranged in the trough-shaped receptacle 50 of the add-on part 5 together with a conductor section 30, which is in particular electrically and thermally conductive, and is fixed in the receptacle 5 by means of a potting compound 6.
  • the Conductor section 30 is fixed in thermally conductive contact with temperature sensor 4.
  • the conductor section 30 is designed as a section of one of the electrical connection contacts 52 integrated in the attachment, which is thermally conductively connected to the stator winding 3, the conductor section 30 being designed as a non-current-carrying side arm of an electrical connection contact 52 in the example shown.
  • the conductor section 30 is designed as a current-carrying conductor section 30, wherein at one end the conductor section 30 designed as a busbar section is connected to a winding end of a stator winding 3 and the other end of the conductor section 30 designed as a busbar either as an electrical connection contact 52 led to the outside electrical machine 100 is formed or is electrically connected to this.
  • FIG. 2 also shows that the temperature sensor 4 is fixed in contact with the conductor section 30 in the receptacle 50 using a fixing unit 500.
  • the temperature sensor 4 is designed in the manner of a rod or flat rod.
  • the fixing device 500 arranged or formed within the receptacle 50 has a first assembly extension 501 and a second assembly extension 502, the temperature sensor 4 being held in the region of its one axial end by the first assembly extension 501 from a first side and in the region of its other axial end End is held by the second mounting extension 502 from the side opposite the first side.
  • the temperature sensor 4 is inserted into the trough-like receptacle 50 of the add-on part 5, which is in the form of a plastic encapsulation.
  • the plastic encapsulation is viewed as a prepared, already existing component. Plastic encapsulation is often used to maintain air and creepage distances between the conductors and / or to support the conductors against each other and thus to make them more robust against vibrations.
  • the temperature sensor 4 is inserted into the receptacle 50 and positioned and fixed in the receptacle 50 by the fixing device 500.
  • connection lines of the temperature sensor 4 are in a Cable outlet clamped to ensure a defined and as perpendicular as possible outlet of the connecting cables from the receptacle.
  • the receptacle 50 is filled with an electrically insulating potting compound 6 that acts against the ingress of moisture or moisture, so that the temperature sensor 4 together with the line section 30 are securely positioned in the receptacle 50 and are arranged protected against the penetration of a cooling fluid or the like.
  • FIG. 3 shows an enlarged detail of the receptacle 50 of the attachment 5 with integrated temperature sensor 4 in a plan view of the receptacle 50.
  • the function of positioning and fixing the temperature sensor 4 are implemented in the integrated fixing unit 500, which is why no additional component, for example in the form of a separate holder, is required for these purposes.
  • This is made possible by means of a plurality of assembly projections 501, 502, 503 designed as plastic domes, which are designed in the receptacle 50.
  • the fixing unit 500 or the mounting extensions 501, 502, 503 are designed and arranged in such a way that the temperature sensor 4 held between them is pressed against the conductor section 30 under spring force.
  • the temperature sensor 4 is braced at one axial end between two axially offset and oppositely arranged mounting projections 502 and 503 with a slight deflection through which a spring force is applied in the direction of the conductor section 30. This also makes it possible to compensate for the manufacturing-related tolerances of a temperature sensor 4, which are often relatively large in relation to the size of the sensor.
  • FIG. 4 shows a further sectional view of the receptacle along the section line AA in FIG. 2.
  • the temperature sensor 4 is held in position in the receptacle 50 by one of the mounting extensions 500, 501, the temperature sensor 4 being flat on a busbar-like design Conductor section 30 is pressed and this directly - without any insulating intermediate layer - contacted.
  • FIG. 5 shows - in a further possible embodiment - the housing-like attachment 5 with integrated, busbar-like electrical connection contacts 52 for connecting the wire ends of the stator windings 3 as well as for making electrical contact with the stator windings 3 from the outside.
  • the add-on part 5 has an integrated temperature sensor 4 which, exactly as in the illustration according to FIG. In the embodiment shown, the temperature sensor 4 is applied to a vertically oriented busbar instead of a horizontally oriented busbar.
  • An additional holding element 7 (see FIG. 6) is used as a fixing unit 500.
  • the holding element 7 is joined in extension receptacles 51 (openings) of the plastic encapsulation via correspondingly designed projections 70 (domes / pins).
  • a tight fit, tolerance compensation and a defined contact force for fixing the temperature sensor 4 are generated.
  • the temperature sensor 4 is advantageously located in the current-carrying area of a conductor section 30 of a star bar.
  • FIG. 6 shows an enlarged section of the attachment 5 with the receptacle 50 with integrated temperature sensor 4 in a sectional view along the section line BB in FIG and is fixed in this position by the bracket-like or clamp-like holding element 7, so that during the further manufacturing process in which the receptacle 50 is filled with potting compound 6 and potted, the contact-based positioning of conductor section 30 and temperature sensor 4 is reliably maintained.
  • the invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The above description is therefore not to be regarded as restrictive, but rather as explanatory.
  • the following claims are to be understood in such a way that a named feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of further features. If the patent claims and the above description define “first” and “second” features, this designation serves to distinguish between two features of the same type without defining an order of precedence.

Landscapes

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

Abstract

The invention relates to a stator (1) for an electric machine, in particular for a drive machine in the form of a drive machine for an electrically drivable motor vehicle, comprising a stator body (2) with a plurality of stator windings (3) and comprising a temperature sensor (4) for detecting the temperature of at least one section of a stator winding (3). According to the invention, the temperature sensor (4) together with a conductor section (30) is arranged in a trough-shaped receiving area (50) of an attachment (5) and are fixed in the receiving area (5) by means of a potting compound (6), wherein the conductor section (30) is designed to contact the temperature sensor (4) in a thermally conductive manner as part of the stator winding (3) or as a section which is connected to the stator winding (3) in a thermally conductive manner.

Description

Stator stator
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Stator für eine als Antriebsmaschine für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ausgebildete Antriebsmaschine, umfassend einen Statorkörper mit einer Mehrzahl von Statorwicklungen sowie einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur wenigstens eines Abschnitts einer Statorwicklung. The present invention relates to a stator for an electrical machine, in particular a stator for a drive machine designed as a drive machine for an electrically drivable motor vehicle, comprising a stator body with a plurality of stator windings and a temperature sensor for detecting the temperature of at least one section of a stator winding.
Aus der DE 102019 121 232 A1 ist bereits eine Temperatursensorbaugruppe bekannt. Die DE 102019 121 232 A1 beschreibt eine Temperatursensorbaugruppe für eine elektrische Maschine, und beinhaltet ein längliches Gehäuse, das einen Ankerabschnitt beinhaltet, einen Temperatursensor, der innerhalb des Ankerabschnitts angeordnet ist und einen Rückhaltekörper, der sich vom länglichen Gehäuse, das dem Ankerabschnitt gegenüberliegt, erstreckt und beabstandete Rückhaltearme beinhaltet. Die Temperatursensorbaugruppe beinhaltet ferner eine Drahtführung, die sich von dem Rückhaltekörper erstreckt und die sich an einem Rückhaltearm entlang von dem länglichen Gehäuse weg erstreckt und einen Führungsdraht, der sich von dem Temperatursensor und durch die Drahtführung erstreckt. A temperature sensor assembly is already known from DE 102019 121 232 A1. DE 102019 121 232 A1 describes a temperature sensor assembly for an electrical machine and includes an elongated housing that includes an armature section, a temperature sensor that is arranged within the armature section and a retaining body that extends from the elongated housing that is opposite the armature section and includes spaced retaining arms. The temperature sensor assembly further includes a wire guide extending from the retention body and extending along a retention arm away from the elongated housing and a guide wire extending from the temperature sensor and through the wire guide.
Die EP 3562004 A1 beschreibt einen Isolatorring für eine elektrische Maschine, der axial endseitig die Statorwicklungen isolierend umgibt. Der Isolatorring weist einen Fortsatz mit einer Führung zur Einführung eines Leiterabschnitts sowie einen flexiblen Armabschnitt mit einer Aufnahme für einen Temperatursensor auf. EP 3562004 A1 describes an insulator ring for an electrical machine, which surrounds the stator windings in an insulating manner on the axial end. The insulator ring has an extension with a guide for introducing a conductor section and a flexible arm section with a receptacle for a temperature sensor.
In der WO 2020/026394 A1 ist eine Temperatursensoranordnung beschrieben, die einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur in der Spule einer elektrischen Maschine umfasst. Dabei ist der Temperatursensor in einer Art Metallklammer gehalten und über diese an einen Stromschienenabschnitt der Spule angeklammert. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stator für eine elektrische Maschine bereitzustellen, bei dem mittels eines Temperatursensors mit konstruktiv einfachen Mitteln eine zuverlässige - insbesondere eine frei von Störeinflüssen und reproduzierbare - Erfassung der Temperatur der Statorwicklung ermöglicht ist. WO 2020/026394 A1 describes a temperature sensor arrangement which comprises a temperature sensor for detecting the temperature in the coil of an electrical machine. The temperature sensor is held in a type of metal clamp and is clamped to a conductor rail section of the coil via this. The present invention is based on the object of providing a stator for an electrical machine in which a temperature sensor with structurally simple means enables reliable - in particular free of interfering influences and reproducible - detection of the temperature of the stator winding.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere durch einen Stator für eine als Antriebsmaschine für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ausgebildete Antriebsmaschine, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. This object is achieved by a stator for an electrical machine, in particular by a stator for a drive machine designed as a drive machine for an electrically drivable motor vehicle, with the features of claim 1.
Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Stator für eine elektrische Maschine umfasst einen Statorkörper mit einer Mehrzahl von Statorwicklungen sowie einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur wenigstens eines Abschnitts einer Statorwicklung. Erfindungsgemäß ist der Temperatursensor zusammen mit einem Leiterabschnitt in einer wannenförmigen Aufnahme eines Anbauteils angeordnet und mittels einer Vergussmasse in der Aufnahme fixiert. Dabei ist der Leiterabschnitt in thermisch leitendem Kontakt mit dem Temperatursensor als Bestandteil der Statorwicklung oder als thermisch leitend mit der Statorwicklung verbundener Abschnitt ausgebildet. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass mit konstruktiv einfachen Mitteln eine zuverlässige und ausreichend genaue Temperaturerfassung der Statorwicklung ermöglicht ist. In diesem Zusammenhang ist insbesondere die hierdurch erreichte hohe Reproduzierbarkeit der Temperaturmessungen als besonders vorteilhaft hervorzuheben. Darüber hinaus wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Stators die zuverlässige Temperaturerfassung auch bei fluidgekühlten elektrischen Maschinen gewährleistet, bei denen die Statorwicklung im Bereich des Temperatursensors mit Kühlfluid umströmt ist. A stator designed according to the invention for an electrical machine comprises a stator body with a plurality of stator windings and a temperature sensor for detecting the temperature of at least one section of a stator winding. According to the invention, the temperature sensor is arranged together with a conductor section in a trough-shaped receptacle of an attachment and is fixed in the receptacle by means of a potting compound. In this case, the conductor section is designed in thermally conductive contact with the temperature sensor as a component of the stator winding or as a section connected to the stator winding in a thermally conductive manner. This has the advantage that a reliable and sufficiently accurate temperature detection of the stator winding is made possible with structurally simple means. In this context, the high reproducibility of the temperature measurements achieved in this way is particularly advantageous. In addition, the design of the stator according to the invention ensures reliable temperature detection even in the case of fluid-cooled electrical machines in which the stator winding in the area of the temperature sensor is surrounded by cooling fluid.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Bedeutung oder ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben. Elektrische Maschinen dienen zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfassen in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil. First, the individual elements of the claimed subject matter of the invention are explained in the order of their importance or their mention in the set of claims and particularly preferred embodiments of the subject matter of the invention are described below. Electrical machines are used to convert electrical energy into mechanical energy and / or vice versa, and generally comprise a stationary part referred to as a stator, stator or armature and a part referred to as a rotor or rotor and arranged movably relative to the stationary part.
Im Falle von als Rotationsmaschinen ausgebildeten elektrischen Maschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken. In the case of electrical machines designed as rotary machines, a distinction is made in particular between radial flux machines and axial flux machines. A radial flux machine is characterized in that the magnetic field lines in the air gap formed between rotor and stator extend in the radial direction, while in the case of an axial flux machine the magnetic field lines in the air gap formed between rotor and stator extend in the axial direction.
Der Stator einer Radialflussmaschine ist üblicherweise zylindrisch aufgebaut, wobei er einen Statorkörper umfasst, der in der Regel aus gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen gebildet ist. Durch diesen Aufbau werden die durch das Statorfeld verursachten Wirbelströme im Stator geringgehalten. Über den Umfang verteilt, sind in das Elektroblech parallel zur Rotorwelle verlaufend angeordnet Nuten oder umfänglich geschlossene Ausnehmungen eingelassen, welche die Statorwicklung bzw. Teile der Statorwicklung aufnehmen. In Abhängigkeit von der Konstruktion zur Oberfläche hin können die Nuten mit Verschlusselementen, wie Verschlusskeilen oder Deckeln oder dergleichen verschlossen sein, um ein Herauslösen der Statorwicklung zu verhindern. The stator of a radial flux machine is usually of cylindrical construction, and it comprises a stator body which is generally formed from electrical steel sheets that are electrically insulated from one another and constructed in layers and packaged into laminated cores. With this structure, the eddy currents in the stator caused by the stator field are kept low. Distributed over the circumference, grooves or circumferentially closed recesses are arranged in the electrical steel sheet and run parallel to the rotor shaft and accommodate the stator winding or parts of the stator winding. Depending on the construction towards the surface, the grooves can be closed with locking elements, such as locking wedges or covers or the like, in order to prevent the stator winding from loosening.
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. A one-piece stator body is characterized in that the entire stator body is formed in one piece when viewed circumferentially. The stator body is generally formed from a multiplicity of stacked laminated electrical steel sheets, each of the electrical steel sheets being configured to be closed to form a circular ring.
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. A stator body with a segmented structure is characterized in that it is made up of individual stator segment parts. The stator body can be constructed from individual stator teeth or stator tooth groups, each individual stator tooth or each individual stator tooth group being formed from a plurality of stacked laminated electrical steel sheets, each of the electrical steel sheets being configured as a segmented stator sheet metal part.
In der Elektroindustrie versteht man unter dem Begriff der Spulenwickeltechnik die Art und die Methode des Aufwickelns des elektrischen Leiters (eines isolierten Drahtes oder einer Litze) zu einer Wicklung bzw. einer Spule. Die dabei entstehende geometrische Struktur aus einer oder mehreren Windungen oder Lagen erzeugt in ihrer Gesamtheit eine konzentrierte elektrische Eigenschaft. Spulen können als Aktuatoren - z.B. als Elektromagnet, Transformator oder Motoren ausgebildet sein. Spulen können aber auch als Sensoren - z.B. in Form von Antennen, Mikrofonen oder Messgeräten oder dergleichen ausgebildet sein und eingesetzt werden. Die Wicklungen von Aktuatoren, wie z. B. der Statoren oder Rotoren von elektrischen Maschinen, werden ebenfalls häufig als Spulen (Stator- oder Rotorspule bzw. Stator- oder Rotorwicklung) bezeichnet. In the electrical industry, the term coil winding technology refers to the type and method of winding the electrical conductor (an insulated Wire or stranded wire) to a winding or a coil. The resulting geometric structure of one or more turns or layers creates a concentrated electrical property in its entirety. Coils can be designed as actuators - for example as electromagnets, transformers or motors. However, coils can also be designed and used as sensors - for example in the form of antennas, microphones or measuring devices or the like. The windings of actuators such. B. the stators or rotors of electrical machines are also often referred to as coils (stator or rotor coil or stator or rotor winding).
Unter einem Temperatursensor wir ein Sensor verstanden, der in Abhängigkeit von einer Umgebungs- oder Kontakttemperatur sein Verhalten verändert und in Abhängigkeit hiervon über eine Schnittstelle entsprechende Sensorsignale bereitstellt. Beispielsweise kommen hierfür sogenannte NTC- oder PTC- Temperatursensoren in Betracht, welche in Abhängigkeit von einer Umgebungs oder Kontakttemperatur elektrische Signale an ihren Sensoranschlussstellen bereitstellen. A temperature sensor is understood to be a sensor that changes its behavior as a function of an ambient or contact temperature and, as a function of this, provides corresponding sensor signals via an interface. For example, so-called NTC or PTC temperature sensors come into consideration for this, which provide electrical signals at their sensor connection points as a function of an ambient or contact temperature.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden. Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims. The features listed individually in the dependently formulated claims can be combined with one another in a technologically meaningful manner and can define further embodiments of the invention. In addition, the features specified in the claims are specified and explained in more detail in the description, with further preferred embodiments of the invention being presented.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Leiterabschnitt für den Fall, dass er als thermisch leitend mit der Statorwicklung verbundener Abschnitt ausgebildet ist, als Stromschiene ausgebildet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass über eine Stromschiene ein flächiger Kontakt zu dem Temperatursensor bereitgestellt und somit eine präzisere und zuverlässigere Temperaturerfassung gewährleistet werden kann. Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der Leiterabschnitt als Stromschiene eines Null-Leiters, insbesondere als Stromschiene eines Sternpunktes einer im Stern betriebenen elektrischen Maschine ausgebildet ist. Hierdurch kann bei im Stern betriebenen elektrischen Maschinen eine besonders sichere und präzise Anbindung eines Temperatursensors zur Erfassung der Statorwicklungstemperatur gewährleistet werden. According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the conductor section is designed as a busbar in the event that it is designed as a section connected to the stator winding in a thermally conductive manner. The advantage of this refinement is that flat contact with the temperature sensor can be provided via a busbar and thus more precise and more reliable temperature detection can be ensured. According to a further preferred further development of the invention, it can also be provided that the conductor section is designed as a conductor rail of a neutral conductor, in particular as a conductor rail of a star point of an electrical machine operated in star mode. In this way, a particularly safe and precise connection of a temperature sensor for detecting the stator winding temperature can be guaranteed in the case of electrical machines operated in a star.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Vergussmasse durch ein elektrisch isolierendes Material, insbesondere durch ein Kunststoff- oder Kunststoffkompositmaterial, gebildet ist. Beispielsweise kann die Vergussmasse aus einem Epoxidharz gebildet sein. In jedem Fall wird durch das Vergießen des Temperatursensors gemeinsam mit dem Leiterabschnitt innerhalb der wannenförmigen Aufnahme des Anbauteils eine dauerhaft sichere Positionierung und Kontaktierung zwischen Temperatursensor und Leiterabschnitt gewährleistet. Darüber hinaus wird durch die Vergussmasse ein unmittelbarer Kontakt zu einem die Statorwicklung kühlenden Kühlfluid unterbunden und somit eine Beeinflussung der Temperaturmessung durch das Kühlfluid unterbunden oder zumindest wesentlich reduziert. Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the potting compound is formed by an electrically insulating material, in particular by a plastic or plastic composite material. For example, the potting compound can be formed from an epoxy resin. In any case, by potting the temperature sensor together with the conductor section within the trough-shaped receptacle of the attachment, a permanently secure positioning and contact between the temperature sensor and the conductor section is guaranteed. In addition, the casting compound prevents direct contact with a cooling fluid that cools the stator winding and thus prevents or at least significantly reduces the temperature measurement from being influenced by the cooling fluid.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Temperatursensor mit seiner Sensorfläche zumindest bereichsweise flächig und in unmittelbarem Kontakt mit dem Leiterabschnitt angeordnet ist. Hierdurch lässt sich insbesondere der Wirkung erzielen, dass die thermische Kontaktierung zwischen Temperartursensor und Leiterabschnitt verbessert und eine Isolierschicht, wie sie etwa bei Kontaktierung mit einem Wicklungsdraht der Statorwicklung vorhanden ist, nicht vorhanden ist. Zudem wäre bei einer Kontaktierung eines Wicklungsdrahtes nur eine linienförmige - und keine flächige - Kontaktierung gegeben. According to a further particularly preferred embodiment of the invention, it can be provided that the temperature sensor is arranged with its sensor surface at least regionally flat and in direct contact with the conductor section. In this way, the effect can be achieved, in particular, that the thermal contact between the temperature sensor and the conductor section is improved and an insulating layer, as is present, for example, when contact is made with a winding wire of the stator winding, is not present. In addition, if a winding wire were to be contacted, there would only be linear - and not flat - contact.
In einer möglichen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist Leiterabschnitt als stromdurchflossener Leiterabschnitt ausgebildet, wodurch eine Temperaturerfassung unmittelbar am Ort der Entstehung der Wärme ermöglicht ist und somit eine präzise Erfassung der Temperatur sichergestellt ist. In einer hierzu alternativen Weiterbildung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der Leiterabschnitt als nicht-stromdurchflossener Leiterabschnitt ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung kann bauraumtechnische Vorteile bieten. So kann in einer bevorzugten Ausführungsform dieser Weiterbildung ein Stromschienenanschluss innerhalb des beispielsweise als Kunststoffumspritzung ausgeführten Anbauteils als nicht-stromdurchflossener Stromschienenabzweig ausgebildet sein, welcher dann entsprechend an den Temperatursensor angebunden ist. In a possible preferred development of the invention, the conductor section is designed as a current-carrying conductor section, whereby a Temperature detection is made possible directly at the place where the heat is generated, thus ensuring precise detection of the temperature. In an alternative development of the invention to this, it can also be provided that the conductor section is designed as a conductor section through which current does not flow. This configuration can offer advantages in terms of installation space. Thus, in a preferred embodiment of this development, a busbar connection within the add-on part embodied, for example, as a plastic encapsulation, can be designed as a busbar branch that is not current-carrying and which is then connected accordingly to the temperature sensor.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Temperatursensor, den Leiterabschnitt in der Aufnahme unmittelbar kontaktierend, unter Verwendung einer Fixiereinheit fixiert ist. Hierdurch lässt sich auf konstruktiv einfache Weise der Temperatursensor innerhalb der wannenförmigen Aufnahme sicher positionieren, bevor die Aufnahme zu einem späteren Zeitpunkt im Herstellungsprozess vergossen wird. Dabei ist der Temperatursensor mit Vorteil stabartig oder flachstabartig ausgebildet, wobei die innerhalb der Aufnahme angeordnete oder ausgebildete Fixiereinheit zumindest einen ersten Montagefortsatz und einen zweiten Montagefortsatz aufweist und der Temperatursensor im Bereich seines einen axialen Endes durch den ersten Montagefortsatz von einer ersten Seite gehalten ist und im Bereich seines anderen axialen Endes durch den zweiten Montagefortsatz von der der ersten Seite gegenüberliegenden Seite gehalten ist. It can also be advantageous to further develop the invention in such a way that the temperature sensor, in direct contact with the conductor section in the receptacle, is fixed using a fixing unit. This allows the temperature sensor to be securely positioned within the trough-shaped receptacle in a structurally simple manner, before the receptacle is encapsulated at a later point in time in the manufacturing process. The temperature sensor is advantageously rod-like or flat rod-like, the fixing unit arranged or formed within the receptacle having at least a first mounting extension and a second mounting extension and the temperature sensor being held in the area of its one axial end by the first mounting extension from a first side and in the Area of its other axial end is held by the second mounting extension from the side opposite the first side.
Gemäß einerweiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die Fixiereinheit bzw. die Montagefortsätze derart ausgebildet und angeordnet ist/sind, dass der zwischen ihnen gehaltene Temperatursensor federkraftbeaufschlagt gegen den Leiterabschnitt gedrückt wird. Hierfür kann ein dritter Montagefortsatz Verwendung finden, wobei der Temperatursensor zwischen zwei der drei Montagefortsätze eine Biegung erfährt, durch er federkraftbeaufschlagt gegen den Leiterabschnitt gedrückt wird. Durch einen weiteren axial weiter beabstandeten Montagefortsatz kann der Temperatursensor dann über die weitere Länge in Position gehalten werden. Hierdurch kann die unmittelbare und flächige Kontaktierung zwischen Temperatursensor und Leiterbschnitt verbessert werden. Mit Vorteil können durch diese Maßnahme auch Dicketoleranzen der Temperatursensoren ausgeglichen und eine sicher Vorpositionierung innerhalb der Aufnahme sichergestellt werden. According to a further preferred embodiment of the subject matter of the invention, it can be provided that the fixing unit or the mounting extensions is / are designed and arranged such that the temperature sensor held between them is pressed against the conductor section by spring force. A third assembly extension can be used for this, the temperature sensor undergoing a bend between two of the three assembly extensions through which it is pressed against the conductor section under spring force. The temperature sensor can then be held in position over the further length by means of a further mounting extension that is axially further spaced apart. In this way, the direct and flat contact between the temperature sensor and the conductor section can be improved. This measure can also advantageously compensate for thickness tolerances of the temperature sensors and ensure reliable pre-positioning within the receptacle.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter weise dahingehend ausgeführt sein, dass ein separates Halteelement zur Fixierung des Temperatursensors vorgesehen ist, wobei das Halteelement zumindest einen, mit einer innerhalb der Aufnahme ausgebildeten Fortsatzaufnahme zusammenwirkenden Fortsatz aufweist, so dass das Halteelement kraft- und/oder formschlüssig in der Aufnahme anordenbar ist. Durch ein solches zusätzliches Halteelement kann eine alternative Befestigungsmethode zur Vorpositionierung des Temperatursensors geschaffen werden oder es kann durch das zusätzliche Halteelement eine durch Fixierelemente bereits vorhandene Befestigung zur Vorpositionierung verbessert werden. Finally, the invention can also be implemented in an advantageous manner to the effect that a separate holding element is provided for fixing the temperature sensor, the holding element having at least one extension that interacts with an extension receptacle formed within the receptacle, so that the holding element is non-positive and / or form-fitting can be arranged in the recording. Such an additional holding element can create an alternative fastening method for prepositioning the temperature sensor, or the additional holding element can improve a fastening for prepositioning that is already present by fixing elements.
In einer Weiterbildung, in der das Anbauteil als eine sogenannte Kunststoffumspritzung ausgebildet ist, sind innerhalb derselben eine Mehrzahl von als Stromschienenabschnitten ausgebildeten elektrischen Anschlusskontakten einteilig ausgebildet. Die Kunststoffumspritzung ist beispielsweise durch ein Spritzgußteil gebildet, welches in Form einer Kappe oder eines Deckelteils ausgebildet ist. Von der Kunststoffumspritzung umspritzt sind in dieser eine Mehrzahl von elektrischen Anschlusskontakten einteilig verbaut angeordnet, die von der einen Seite (innen) elektrisch leitend mit einem Wicklungsdrahtende einer Statorwicklung verbunden sind und über die an ihrem anderen Ende, welches nach außen aus der Kunststoffumspritzung herausragt, die elektrische Maschine zum Zwecke der Ansteuerung kontaktiert werden kann. Ferner können die Statorwicklungen innerhalb der Kunststoffumspritzung entsprechend verschaltet sein - wofür je nach Ausgestaltung zusätzliche Verschaltungsbauteile, wie Abstandhalter oder dergleichen verbaut sein können. Hierdurch wird eine sehr kompakte und montagefreundliche Einheit zum Anschluss der Statorwicklungsenden als auch zur abgekapselten Unterbringung und Anbindung des Temperatursensors geschaffen. Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. In a development in which the attachment is designed as a so-called plastic encapsulation, a plurality of electrical connection contacts designed as busbar sections are integrally formed within the same. The plastic encapsulation is formed, for example, by an injection molded part which is designed in the form of a cap or a cover part. From the plastic encapsulation, a plurality of electrical connection contacts are arranged in one piece, which are electrically conductively connected from one side (inside) to a winding wire end of a stator winding and via the other end, which protrudes outward from the plastic encapsulation, which electrical machine can be contacted for the purpose of control. Furthermore, the stator windings can be connected accordingly within the plastic encapsulation - for which, depending on the configuration, additional connection components, such as spacers or the like, can be installed. This creates a very compact and easy-to-assemble unit for connecting the stator winding ends and for encapsulating and connecting the temperature sensor. The invention and the technical environment are explained in more detail below with reference to the figures. It should be pointed out that the invention is not intended to be restricted by the exemplary embodiments shown. In particular, unless explicitly stated otherwise, it is also possible to extract partial aspects of the facts explained in the figures and to combine them with other components and findings from the present description and / or figures. In particular, it should be pointed out that the figures and in particular the size relationships shown are only schematic. The same reference symbols denote the same objects, so that explanations from other figures can be used in addition, if necessary.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 eine herkömmliche als Radialflussmaschine ausgebildete elektrische Maschine in einer schematischen Darstellung in einem Axialschnitt, FIG. 1 shows a conventional electrical machine designed as a radial flux machine in a schematic representation in an axial section,
Figur 2 ein gehäuseartiges Anbauteil mit integrierten elektrischenFigure 2 shows a housing-like attachment with integrated electrical
Anschlusskontakten zur Kontaktierung der Statorwicklungen und mit einer integrierten wannenförmigen Aufnahme zur Einbettung eines Temperatursensors in einer perspektivischen Darstellung, Connection contacts for contacting the stator windings and with an integrated trough-shaped receptacle for embedding a temperature sensor in a perspective view,
Figur 3 einen vergrößert dargestellten Ausschnitt der eine Draufsicht in die wannenförmige Aufnahme mit darin angeordnetem Leiterabschnitt und integriertem Temperatursensor zeigt, FIG. 3 shows an enlarged detail which shows a top view into the trough-shaped receptacle with the conductor section arranged therein and an integrated temperature sensor,
Figur 4 eine weitere Schnittdarstellung der Aufnahme entlang der Schnittlinie A-A in Figur 2, Figure 4 shows a further sectional view of the recording along the section line A-A in Figure 2,
Figur 5 ein gehäuseartig ausgebildetes Anbauteil mit integrierten elektrischen Anschlusskontakten zur Kontaktierung der Statorwicklungen und mit einem in der wannenförmigen Aufnahme des Anbauteils vergossenen integrierten Temperatursensor, in einer perspektivischen Darstellung, in einerweiteren Ausführungsform, und FIG. 5 shows a housing-like add-on part with integrated electrical connection contacts for contacting the stator windings and with an integrated temperature sensor encapsulated in the tub-shaped receptacle of the attachment, in a perspective view, in a further embodiment, and
Figur 6 einen vergrößerten Ausschnitt der Aufnahme mit integriertemFIG. 6 shows an enlarged section of the recording with an integrated
Temperatursensor in einer Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie B-B in Figur 5. Temperature sensor in a sectional view along section line B-B in FIG. 5.
Figur 1 zeigt eine elektrische Maschine 100 gemäß dem Stand der Technik in einem Axialschnitt in schematischer Darstellung. Die elektrische Maschine 100 umfasst einen Stator mit einem aus einem Statorblechpaket gebildeten Statorkörper 2 und einer Mehrzahl von in Nuten des Statorkörpers 2 angeordneten Statorwicklungen 3 sowie einen Rotor, wobei der Rotor innerhalb des Stators in einer axial sich erstreckenden kreiszylindrischen Durchgangsöffnung angeordnet ist. Dabei ist der Rotorkörper drehfest auf einer Rotorwelle befestigt, wobei die Rotorwelle axial beidseitig in Wälzlagern in einem Motorgehäuse drehbar gelagert ist. FIG. 1 shows an electrical machine 100 according to the prior art in an axial section in a schematic representation. The electrical machine 100 comprises a stator with a stator body 2 formed from a laminated stator core and a plurality of stator windings 3 arranged in slots in the stator body 2, as well as a rotor, the rotor being arranged inside the stator in an axially extending circular cylindrical through opening. The rotor body is attached to a rotor shaft in a rotationally fixed manner, the rotor shaft being rotatably mounted axially on both sides in roller bearings in a motor housing.
Figur 2 zeigt eine kappen- oder deckelartig und als Kunststoffumspritzung ausgebildetes Anbauteil 5 eines erfindungsgemäß ausgebildeten Stators 1 in einer möglichen Ausführungsform. Das als Kunststoffumspritzung ausgebildete Anbauteil 5 weist integrierte stromschienenartig ausgebildete elektrischer Anschlusskontakte 52 für den elektrischen Anschluss der Statorwicklungen 3 bzw. für die elektrische Kontaktierung der elektrischen Maschine 1 zur Ansteuerung derselben auf. Ferner ist in dem Anbauteil 5 eine wannenartig ausgebildete Aufnahme 50 zur Aufnahme eines Temperatursensors 4 integriert. Der Temperatursensor 4 ist gemeinsam mit einem insbesondere elektrisch als auch thermisch leitend ausgebildeten Leiterabschnitt 30 in der wannenförmigen Aufnahme 50 des Anbauteils 5 angeordnet und mittels einer Vergussmasse 6 in der Aufnahme 5 fixiert. Der Leiterabschnitt 30 ist dabei in einem thermisch leitenden Kontakt mit dem Temperatursensor 4 fixiert. Der Leiterabschnitt 30 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als thermisch leitend mit der Statorwicklung 3 verbundener Abschnitt einer der im Anbauteil integrierten elektrischen Anschlusskontakte 52 ausgebildet, wobei der Leiterabschnitt 30 im dargestellten Beispiel als nicht stromdurchflossener Seitenarm eines elektrischen Anschlusskontakts 52 ausgeführt ist. Bevorzugt ist der Leiterabschnitt 30 allerdings als stromdurchflossener Leiterabschnitt 30 ausgebildet, wobei an einem Ende der als Stromschienenabschnitt ausgeführte Leiterabschnitt 30 mit einem Wicklungsende einer Statorwicklung 3 verbunden ist und wobei das andere Ende des als Stromschiene ausgebildeten Leiterabschnitts 30 entweder als nach außen geführter elektrischer Anschlusskontakt 52 der elektrischen Maschine 100 ausgebildet ist oder mit diesem elektrisch verbunden ist. Auch ist in der Figur 2 gezeigt, dass der Temperatursensor 4 unter Verwendung einer Fixiereinheit 500 den Leiterabschnitt 30 in der Aufnahme 50 kontaktierend fixiert ist. Dabei ist der Temperatursensor 4 stabartig bzw. flachstabartig ausgebildet. Die innerhalb der Aufnahme 50 angeordnete oder ausgebildete Fixiereinrichtung 500 weist dabei einen ersten Montagefortsatz 501 und einen zweiten Montagefortsatz 502 auf, wobei der Temperatursensor 4 im Bereich seines einen axialen Endes durch den ersten Montagefortsatz 501 von einer ersten Seite gehalten ist und im Bereich seines anderen axialen Endes durch den zweiten Montagefortsatz 502 von der der ersten Seite gegenüberliegenden Seite gehalten ist. Figure 2 shows a cap-like or cover-like and designed as a plastic encapsulation attachment 5 of a stator 1 designed according to the invention in one possible embodiment. The add-on part 5 embodied as a plastic encapsulation has integrated electrical connection contacts 52 embodied in the manner of a busbar for the electrical connection of the stator windings 3 or for the electrical contacting of the electrical machine 1 for controlling the same. Furthermore, a trough-like receptacle 50 for receiving a temperature sensor 4 is integrated in the add-on part 5. The temperature sensor 4 is arranged in the trough-shaped receptacle 50 of the add-on part 5 together with a conductor section 30, which is in particular electrically and thermally conductive, and is fixed in the receptacle 5 by means of a potting compound 6. the Conductor section 30 is fixed in thermally conductive contact with temperature sensor 4. In the exemplary embodiment shown, the conductor section 30 is designed as a section of one of the electrical connection contacts 52 integrated in the attachment, which is thermally conductively connected to the stator winding 3, the conductor section 30 being designed as a non-current-carrying side arm of an electrical connection contact 52 in the example shown. Preferably, however, the conductor section 30 is designed as a current-carrying conductor section 30, wherein at one end the conductor section 30 designed as a busbar section is connected to a winding end of a stator winding 3 and the other end of the conductor section 30 designed as a busbar either as an electrical connection contact 52 led to the outside electrical machine 100 is formed or is electrically connected to this. FIG. 2 also shows that the temperature sensor 4 is fixed in contact with the conductor section 30 in the receptacle 50 using a fixing unit 500. The temperature sensor 4 is designed in the manner of a rod or flat rod. The fixing device 500 arranged or formed within the receptacle 50 has a first assembly extension 501 and a second assembly extension 502, the temperature sensor 4 being held in the region of its one axial end by the first assembly extension 501 from a first side and in the region of its other axial end End is held by the second mounting extension 502 from the side opposite the first side.
Verfahrenstechnisch wird, während des Herstellungsprozesses des Stators 1 , der Temperatursensor 4 in die wannenartige Aufnahme 50 des als Kunststoffumspritzung ausgebildeten Anbauteils 5 gefügt. Dabei wird die Kunststoffumspritzung als bereitgestelltes, bereits vorhandenes Bauteil betrachtet. Kunststoffumspritzungen werden oft genutzt, um Luft- und Kriechstrecken zwischen den Stromleitern einzuhalten und/oder die Stromleiter gegeneinander abzustützen und damit robuster gegen Vibrationen auszulegen. In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Temperatursensor 4 in die Aufnahme 50 eingelegt und durch die Fixiereinrichtung 500 in der Aufnahme 50 positioniert und fixiert. Anschließend werden die Anschlussleitungen des Temperatursensors 4 in einen Kabelausgang geklemmt, um einen definierten und möglichst lotrechten Ausgang der Anschlussleitungen aus der Aufnahme zu gewährleisten. Abschließend wird die Aufnahme 50 wird mit einer elektrisch isolierenden und gegen das Eindringen von Feuchte oder Nässe wirkenden Vergussmasse 6 gefüllt, so dass der Temperatursensor 4 nebst Leitungsabschnitt 30 gemeinsam in der Aufnahme 50 sicher positioniert und gegen das Eindringen eines Kühlfluids oder dergleichen geschützt angeordnet sind. In terms of process technology, during the manufacturing process of the stator 1, the temperature sensor 4 is inserted into the trough-like receptacle 50 of the add-on part 5, which is in the form of a plastic encapsulation. The plastic encapsulation is viewed as a prepared, already existing component. Plastic encapsulation is often used to maintain air and creepage distances between the conductors and / or to support the conductors against each other and thus to make them more robust against vibrations. In a further method step, the temperature sensor 4 is inserted into the receptacle 50 and positioned and fixed in the receptacle 50 by the fixing device 500. Then the connection lines of the temperature sensor 4 are in a Cable outlet clamped to ensure a defined and as perpendicular as possible outlet of the connecting cables from the receptacle. Finally, the receptacle 50 is filled with an electrically insulating potting compound 6 that acts against the ingress of moisture or moisture, so that the temperature sensor 4 together with the line section 30 are securely positioned in the receptacle 50 and are arranged protected against the penetration of a cooling fluid or the like.
Figur 3 zeigt einen vergrößert dargestellten Ausschnitt der Aufnahme 50 des Anbauteils 5 mit integriertem Temperatursensor 4 in einer Draufsicht auf die Aufnahme 50. In dieser Variante sind die Funktion der Positionierung als auch die der Fixierung des Temperatursensors 4 in der integriert ausgebildeten Fixierungseinheit 500 umgesetzt, weshalb zu diesen Zwecken kein zusätzliches Bauteil, etwa in Form eines separaten Halters, benötigt wird. Dies wird mittels mehrerer als Kunststoffdome ausgebildeter Montagefortsätze 501 , 502, 503 die in der Aufnahme 50 ausgebildet sind, ermöglicht. Beim Fügen des Temperatursensors 4 wird dieser bereichsweise gebogen und durch die aufgrund der entstehenden Biegekräfte bzw. Drehmomente erzeugten Anpresskraft wird der Temperatursensor 4 auf den Leiterabschnitt 30 gedrückt. Die Fixiereinheit 500 bzw. die Montagefortsätze 501 , 502, 503 sind dafür derart ausgebildet und angeordnet, dass der zwischen ihnen gehaltene Temperatursensor 4 federkraftbeaufschlagt gegen den Leiterabschnitt 30 gedrückt wird. Hierfür wird der Temperatursensor 4 an einem axialen Ende zwischen zwei axial versetzt und gegenüberliegend angeordneten Montagefortsätzen 502 und 503 unter einer geringen Verbiegung, durch die eine Federkraftbeaufschlagung in Richtung Leiterabschnitt 30 realisiert wird, verspannt. Dadurch ist es ferner möglich die herstellungsbedingten Toleranzen eines Temperatursensors 4, welche oftmals verhältnismäßig groß sind in Bezug zur Größe des Sensors, auszugleichen. Figure 3 shows an enlarged detail of the receptacle 50 of the attachment 5 with integrated temperature sensor 4 in a plan view of the receptacle 50. In this variant, the function of positioning and fixing the temperature sensor 4 are implemented in the integrated fixing unit 500, which is why no additional component, for example in the form of a separate holder, is required for these purposes. This is made possible by means of a plurality of assembly projections 501, 502, 503 designed as plastic domes, which are designed in the receptacle 50. When the temperature sensor 4 is joined, it is bent in some areas and the temperature sensor 4 is pressed onto the conductor section 30 by the pressing force generated due to the bending forces or torques that arise. For this purpose, the fixing unit 500 or the mounting extensions 501, 502, 503 are designed and arranged in such a way that the temperature sensor 4 held between them is pressed against the conductor section 30 under spring force. For this purpose, the temperature sensor 4 is braced at one axial end between two axially offset and oppositely arranged mounting projections 502 and 503 with a slight deflection through which a spring force is applied in the direction of the conductor section 30. This also makes it possible to compensate for the manufacturing-related tolerances of a temperature sensor 4, which are often relatively large in relation to the size of the sensor.
Figur 4 zeigt eine weitere Schnittdarstellung der Aufnahme entlang der Schnittlinie A-A in Figur 2. Hier ist gut zu erkennen, wie der Temperatursensor 4 durch einen der Montagefortsätze 500, 501 in der Aufnahme 50 positioniert gehalten ist, wobei der Temperatursensor 4 flächig an einen stromschienenartig ausgebildeten Leiterabschnitt 30 gedrückt wird und diesen unmittelbar - ohne irgendeine isolierend wirkende Zwischenschicht - kontaktiert. FIG. 4 shows a further sectional view of the receptacle along the section line AA in FIG. 2. Here it is easy to see how the temperature sensor 4 is held in position in the receptacle 50 by one of the mounting extensions 500, 501, the temperature sensor 4 being flat on a busbar-like design Conductor section 30 is pressed and this directly - without any insulating intermediate layer - contacted.
Figur 5 zeigt - in einerweiteren möglichen Ausführungsform - das gehäuseartig ausgebildete Anbauteil 5 mit integrierten, stromschienenartig ausgebildeten elektrischen Anschlusskontakten 52 zum Anschluss der Drahtenden der Statorwicklungen 3 als auch zur elektrischen Kontaktierung der Statorwicklungen 3 von außen. Ferner weist das Anbauteil 5 einen integrierten Temperatursensor 4 auf, der genau wie in der Darstellung gemäß Figur 2 in einer Aufnahme 50 mittels einer Vergussmasse 6 vergossen ist. In der dargestellten Ausführungsform ist der Temperatursensor 4 anstatt auf einer horizontal orientierten Stromschiene auf einer vertikal ausgerichteten Stromschiene appliziert. Dabei wird ein zusätzliches Halteelement 7 (siehe Figur 6) als Fixierungseinheit 500 genutzt. FIG. 5 shows - in a further possible embodiment - the housing-like attachment 5 with integrated, busbar-like electrical connection contacts 52 for connecting the wire ends of the stator windings 3 as well as for making electrical contact with the stator windings 3 from the outside. Furthermore, the add-on part 5 has an integrated temperature sensor 4 which, exactly as in the illustration according to FIG. In the embodiment shown, the temperature sensor 4 is applied to a vertically oriented busbar instead of a horizontally oriented busbar. An additional holding element 7 (see FIG. 6) is used as a fixing unit 500.
Das Halteelement 7 wird im vorliegenden Beispiel über entsprechend ausgebildete Fortsätze 70 (Dome/Pins) in Fortsatzaufnahmen 51 (Öffnungen) der Kunststoffumspritzung gefügt. Durch Verpressen des Halterelements 7 in der Kunststoffumspritzung wird ein fester Sitz, ein Toleranzausgleich und eine definierte Anpresskraft zur Fixierung des Temperatursensors 4 erzeugt. Der Temperatursensor 4 liegt hier vorteilhaft im stromdurchflossenen Bereich eines Leiterabschnitts 30 einer Sternschiene. In the present example, the holding element 7 is joined in extension receptacles 51 (openings) of the plastic encapsulation via correspondingly designed projections 70 (domes / pins). By pressing the holder element 7 in the plastic encapsulation, a tight fit, tolerance compensation and a defined contact force for fixing the temperature sensor 4 are generated. The temperature sensor 4 is advantageously located in the current-carrying area of a conductor section 30 of a star bar.
Figur 6 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Anbauteils 5 mit der Aufnahme 50 mit integriertem Temperatursensor 4 in einer Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie B-B in Figur 5. Gut zu erkennen ist in dieser Darstellung, dass der Temperatursensor 4 flächig auf dem stromschienenartig ausgebildeten Leiterabschnitt 30 zur Anlage kommt und in dieser Position durch das bügel- oder klammerartig ausgebildete Halteelement 7 fixiert wird, so dass während des weiteren Herstellungsprozesses, bei dem die Aufnahme 50 mit Vergussmasse 6 gefüllt und vergossen wird, sicher die kontaktbehaftete Positionierung von Leiterabschnitt 30 und Temperatursensor 4 beibehalten wird. 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. FIG. 6 shows an enlarged section of the attachment 5 with the receptacle 50 with integrated temperature sensor 4 in a sectional view along the section line BB in FIG and is fixed in this position by the bracket-like or clamp-like holding element 7, so that during the further manufacturing process in which the receptacle 50 is filled with potting compound 6 and potted, the contact-based positioning of conductor section 30 and temperature sensor 4 is reliably maintained. The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The above description is therefore not to be regarded as restrictive, but rather as explanatory. The following claims are to be understood in such a way that a named feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of further features. If the patent claims and the above description define “first” and “second” features, this designation serves to distinguish between two features of the same type without defining an order of precedence.
Bezuqszeichenliste Reference list
1 Stator 1 stator
2 Statorkörper 2 stator bodies
3 Statorwicklung 30 Leiterabschnitt 3 stator winding 30 conductor section
4 Temperatursensor 4 temperature sensor
5 Anbauteil 5 attachment
50 Aufnahme 50 recording
51 Fortsatzaufnahme 51 Continuation recording
52 elektrischer Anschlusskontakt (Anbauteil) 500 Fixiereinheit 52 electrical connection contact (attachment) 500 fixing unit
501 erster Montagefortsatz 501 first assembly extension
502 zweiter Montagefortsatz 502 second assembly extension
503 dritter Montagefortsatz 6 Vergussmasse 503 third assembly extension 6 casting compound
7 Halteelement 7 retaining element
70 Fortsatz 100 Elektrische Maschine 70 appendix 100 electric machine

Claims

Ansprüche Expectations
1. Stator (1 ) für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine als Antriebsmaschine für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ausgebildete Antriebsmaschine, umfassend 1. Stator (1) for an electrical machine, in particular for a drive machine designed as a drive machine for an electrically drivable motor vehicle, comprising
- einen Statorkörper (2) mit einer Mehrzahl von Statorwicklungen (3), sowie- A stator body (2) with a plurality of stator windings (3), as well as
- einen Temperatursensor (4) zur Erfassung der Temperatur wenigstens eines Abschnitts einer Statorwicklung (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4) zusammen mit einem Leiterabschnitt (30) in einer wannenförmigen Aufnahme (50) eines Anbauteils (5) angeordnet und mittels einer Vergussmasse (6) in der Aufnahme (5) fixiert ist, wobei der Leiterabschnitt (30) in thermisch leitendem Kontakt mit dem Temperatursensor (4) als Bestandteil der Statorwicklung (3) oder als thermisch leitend mit der Statorwicklung (3) verbundener Abschnitt ausgebildet ist. - A temperature sensor (4) for detecting the temperature of at least one section of a stator winding (3), characterized in that the temperature sensor (4) is arranged together with a conductor section (30) in a trough-shaped receptacle (50) of an attachment (5) and by means of a potting compound (6) is fixed in the receptacle (5), the conductor section (30) being in thermally conductive contact with the temperature sensor (4) as part of the stator winding (3) or as a thermally conductive section connected to the stator winding (3) is.
2. Stator (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterabschnitt (30) für den Fall, dass er als thermisch leitend mit der Statorwicklung (3) verbundener Abschnitt ausgebildet ist, als Stromschiene ausgebildet ist. 2. Stator (1) according to claim 1, characterized in that the conductor section (30) is designed as a busbar in the event that it is designed as a thermally conductive section connected to the stator winding (3).
3. Stator (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterabschnitt (30) als Stromschiene eines Null-Leiters, insbesondere als Stromschiene eines Sternpunktes einer im Stern betriebenen elektrischen Maschine ausgebildet ist. 3. Stator (1) according to claim 2, characterized in that the conductor section (30) is designed as a busbar of a neutral conductor, in particular as a busbar of a star point of an electrical machine operated in the star.
4. Stator (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse (6) durch ein elektrisch isolierendes Material, insbesondere durch ein Kunststoff- oder Kunststoffkompositmaterial gebildet ist. 4. stator (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the potting compound (6) is formed by an electrically insulating material, in particular by a plastic or plastic composite material.
5. Stator (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4) mit seiner Sensorfläche zumindest bereichsweise flächig und in unmittelbarem Kontakt mit dem Leiterabschnitt (30) angeordnet ist. 5. stator (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the temperature sensor (4) is arranged with its sensor surface at least partially flat and in direct contact with the conductor section (30).
6. Stator (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterabschnitt (30) als stromdurchflossener Leiterabschnitt ausgebildet ist. 6. stator (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the conductor section (30) is designed as a current-carrying conductor section.
7. Stator (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 -5, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterabschnitt (30) als nicht-stromdurchflossener Leiterabschnitt ausgebildet ist. 7. stator (1) according to any one of the preceding claims 1 -5, characterized in that the conductor section (30) is designed as a non-current-carrying conductor section.
8. Stator (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4) unter Verwendung einer Fixiereinheit (500), den Leiterabschnitt (30) in der Aufnahme (50) kontaktierend, fixiert ist. 8. Stator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature sensor (4) is fixed using a fixing unit (500), contacting the conductor section (30) in the receptacle (50).
9. Stator (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinheit (500) eine Mehrzahl von Montagefortsätzen (501 , 502, 503) aufweist, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass der zwischen ihnen gehaltene Temperatursensor (4) federkraftbeaufschlagt gegen den Leiterabschnitt (30) gedrückt wird. 9. The stator (1) according to claim 8, characterized in that the fixing unit (500) has a plurality of mounting extensions (501, 502, 503) which are designed and arranged such that the temperature sensor (4) held between them is acted upon by spring force the conductor section (30) is pressed.
10. Stator (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein separates Halteelement (7) zur Fixierung des Temperatursensors (4) vorgesehen ist, wobei das Halteelement (7) zumindest einen, mit einer innerhalb der Aufnahme (50) ausgebildeten Fortsatzaufnahme (51) zusammenwirkenden Fortsatz (70) aufweist, so dass das Flalteelement (7) kraft- und/oder formschlüssig in der Aufnahme (50) anordenbar ist. 10. Stator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a separate holding element (7) for fixing the temperature sensor (4) is provided, wherein the holding element (7) has at least one, with one inside the receptacle (50) formed extension receptacle (51) has cooperating extension (70), so that the folding element (7) can be arranged in the receptacle (50) in a non-positive and / or form-fitting manner.
11. Stator (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbauteil (5) als Kunststoffumspritzung ausgebildet ist, innerhalb der eine Mehrzahl von als Stromschienenabschnitten ausgebildeten elektrischen Anschlüssen (52) einteilig ausgebildet sind. 11. Stator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the attachment (5) is designed as a plastic extrusion coating, within which a plurality of electrical connections (52) designed as busbar sections are integrally formed.
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