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1. (WO2019063207) STATOR OF AN ELECTRICAL MACHINE
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Beschreibung

Titel

Stator einer elektrischen Maschine

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Stator einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist schon ein Stator einer elektrischen Maschine aus der US 20130270973 A bekannt, mit einer elektrische Leiter umfassenden elektrischen Wicklung, die an den Stirnseiten des Stators jeweils einen Wickelkopf bildet, wobei an einem der

Wickelköpfe eine Sensorelement-Aufnahme für ein Sensorelement eines

Temperatursensors vorgesehen ist, die an einer dem Sensorelement zugewandten Innenseite metallisch und mit dem Wickelkopf verbunden ist. Die Wärmeübertragung zwischen dem Sensorelement und der Sensorelement-Aufnahme ist nicht optimal gestaltet, da zwischen dem Temperatursensor und der Sensorelement-Aufnahme ein mit Gießharz oder Luft gefüllter Spalt gebildet sein kann. Dadurch folgt die mit dem

Temperatursensor gemessene Temperatur der tatsächlich am Wickelkopf vorliegenden Temperatur mit einer vergleichsweise langen zeitlichen Verzögerung, so dass eine vergleichsweise geringe Messdynamik vorliegt. Außerdem ist der Temperatursensor durch das Vergießen mit dem Gießharz nicht oder nur aufwendig austauschbar.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Stator einer elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die

Messdynamik der Temperaturerfassung verbessert, also erhöht wird, indem die

Sensorelement-Aufnahme das Sensorelement in Umfangsrichtung gesehen vollständig umschließt und mit dem Sensorelement durch mittelbaren oder unmittelbaren Kontakt wärmeübertragend zusammenwirkt. Durch das vollständige Umschließen des

Sensorelementes durch die Sensorelement-Aufnahme wird die

Wärmeübertragungsfläche und dadurch die Messdynamik erhöht. Außerdem ist das

Sensorelement in der geschlossenen Sensorelement-Aufnahme vor Einwirkungen durch ein im Stator der elektrischen Maschine vorgesehenes Kühlmedium geschützt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte

Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Stators einer elektrischen Maschine möglich.

Nach einem vorteilhaften ersten Ausführungsbeispiel kann die Sensorelement-Aufnahme als Öffnung oder Bohrung ausgeführt sein, die in einem elektrischen Leiter oder zwischen zwei elektrischen Leitern der elektrischen Wicklung vorgesehen ist, wobei der eine bzw. die beiden elektrischen Leiter insbesondere jeweils als

Leiterenden eines Leiterelementes einer elektrischen Steckwicklung vorgesehen sind und wobei die Sensorelement-Aufnahme insbesondere zylinderförmig oder kegelförmig ist. Das erste Ausführungsbeispiel ist insbesondere für elektrische Steckwicklungen geeignet und hat den Vorteil, dass die Messstelle direkt die Leiter der Steckwicklung kontaktiert und die Wahl der Messstelle variabel ist.

Alternativ kann die Sensorelement-Aufnahme nach einem vorteilhaften zweiten Ausführungsbeispiel zwischen zumindest einem elektrischen Leiter der elektrischen Wicklung und einem an dem zumindest einen elektrischen Leiter befestigten metallischen Befestigungsmittel gebildet sein, wobei der zumindest eine elektrische Leiter insbesondere jeweils als Leiterende eines Leiterelementes einer elektrischen Steckwicklung vorgesehen ist und wobei die Sensorelement-Aufnahme insbesondere zylinderförmig oder kegelförmig ist. Das zweite Ausführungsbeispiel ermöglicht eine sehr variable Wahl der Messstelle.

Nach einem vorteilhaften dritten Ausführungsbeispiel kann die Sensorelement-Aufnahme als separates Bauteil an zumindest einem elektrischen Leiter der elektrischen Wicklung angefügt, insbesondere angeschweißt oder angelötet sein, wobei der zumindest eine elektrische Leiter insbesondere jeweils als Leiterende eines Leiterelementes einer elektrischen Steckwicklung vorgesehen ist und wobei die Aufnahme insbesondere zylinderförmig oder kegelförmig ist. Das dritte

Ausführungsbeispiel ermöglicht eine sehr variable Wahl der Messstelle und ist für jede Art von elektrischer Wicklung geeignet.

Das Sensorelement kann in der Sensorelement-Aufnahme nach einem der drei Ausführungsbeispiele beispielsweise festgeklebt, eingepresst oder eingeklemmt sein. Das Einklemmen des Sensorelementes in der Sensorelement-Aufnahme ermöglicht einen sehr einfachen Austausch des Sensorelementes.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn das Befestigungsmittel nach dem zweiten

Ausführungsbeispiel den oder die zugeordneten elektrischen Leiter zumindest abschnittsweise umschließt und insbesondere klammerförmig oder clipsförmig ausgebildet ist. Auf diese Weise wird eine sehr einfache Positionierung und

Befestigung der Sensorelement-Aufnahme an dem elektrischen Leiter erreicht. Das Befestigungsmittel kann an dem elektrischen Leiter kraftschlüssig und/oder

formschlüssig und/oder stoffschlüssig befestigt sein.

Sehr vorteilhaft ist es, wenn das Befestigungsmittel zumindest einen Anschlag zum Anliegen an einer Stirnseite des zumindest einen zugeordneten elektrischen Leiters aufweist. Auf diese Weise wird eine definierte Position des Befestigungsmittels an dem zugeordneten elektrischen Leiter und eine leichte Montage des Befestigungsmittels erreicht.

Auch vorteilhaft ist, wenn das Befestigungsmittel an dem zumindest einen

zugeordneten elektrischen Leiter befestigt, insbesondere stoffschlüssig verbunden oder durch Verformen verstemmt ist. Auf diese Weise wird eine sehr einfache

Befestigung der Sensorelement-Aufnahme an dem elektrischen Leiter erreicht.

Desweiteren vorteilhaft ist, wenn die als separates Bauteil ausgeführte Sensorelement-Aufnahme nach dem dritten Ausführungsbeispiel ein Aufnahmegehäuse umfasst, das eine Bohrung oder Öffnung zur Aufnahme des Sensorelementes und einen

Befestigungsabschnitt zum Anfügen an den oder die zugeordneten elektrischen Leiter aufweist. Der Befestigungsabschnitt ermöglicht eine einfache Befestigung der

Sensorelement-Aufnahme an einer beliebigen Position des Wickelkopfes der elektrischen Wicklung.

Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn das Aufnahmegehäuse eine Kabelführung zur Führung von zum Sensorelement führenden Sensordrähten und insbesondere eine an der Kabelführung ausgebildete Klemmeinrichtung zur Klemmung der Sensordrähte aufweist. Die Kabelführung ermöglicht es, den Verlauf der Sensordrähte zu führen und mit der Klemmeinrichtung eine Zugentlastung für die Sensordrähte

Sensorelement-Aufnahme zu integrieren.

Außerdem vorteilhaft ist, wenn die Sensorelement-Aufnahme von einem elektrischen Nichtleiter umgeben oder abgedichtet ist. An dem elektrischen Nichtleiter können die Sensordrähte gestützt und/oder fixiert werden. Zudem kann der elektrische Nichtleiter die Sensorelement-Aufnahme mechanisch versteifen, so dass die Robustheit der Sensorelement-Aufnahme gegen Montagekräfte und /oder Betriebskräfte, z. B.

Vibrationen, erhöht wird. Außerdem kann der elektrische Nichtleiter dem Abdichten und Kapseln sowie dem thermischen Isolieren der Sensorelement-Aufnahme gegenüber einem Kühlmedium im Stator 1 dienen.

Zeichnung

Vier Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

zeigt einen Stator einer elektrischen Maschine, an dem ein Sensorelement eines Temperatursensors gemäß einem Ausführungsbeispiel nach einer der Fig.2 bis Fig.5 befestigt werden kann,

eine erfindungsgemäße Sensorelement-Aufnahme nach einem ersten Ausführungsbeispiel,

eine erfindungsgemäße Sensorelement-Aufnahme nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,

eine erfindungsgemäße Sensorelement-Aufnahme nach einem dritten Ausführungsbeispiel und

eine alternative Ausführungsform der Sensorelement-Aufnahme nach Fig.4.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig.l zeigt einen Stator einer elektrischen Maschine, bei dem ein Sensorelement eines Temperatursensors gemäß einem Ausführungsbeispiel nach einer der Fig.2 bis Fig.5 befestigt werden kann.

Der Stator 1 einer elektrischen Maschine weist eine elektrische Leiter 2 umfassende elektrische Wicklung 3 auf, die an den Stirnseiten des Stators jeweils einen Wickelkopf 4 bildet. An einem der Wickelköpfe 4 des Stators 1 ist eine Sensorelement-Aufnahme 5 für ein Sensorelement 8.1 eines Temperatursensors 8 vorgesehen. Mit dem

Sensorelement 8.1 des Temperatursensors 8 wird die Temperatur an einem der beiden Wickelköpfe 4 des Stators erfasst. Das Sensorelement 8.1 kann ein beliebiges

Temperatur-Sensorelement, beispielsweise ein NTC- oder ein PTC- Element, sein. Beispielsweise umfasst das Sensorelement 8.1 eine Kapselung bzw. ein

Sensorelementgehäuse zum Schutz des Sensorelementes 8.1. Die Kapselung bzw. das Sensorelementgehäuse des Sensorelementes 8.1 ist beispielsweise

zylinderförmig, kegelförmig oder quaderförmig.

Zumindest die dem Sensorelement 8.1 zugewandte Innenseite der Sensorelement-Aufnahme 5 ist zur guten Wärmeleitung metallisch ausgebildet und mit einem der elektrischen Leiter 2 des Wickelkopfes 4 verbunden.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Sensorelement-Aufnahme 5 das

Sensorelement 8.1 des Temperatursensors 8 in Umfangsrichtung bezüglich dem Temperatursensor 8 gesehen vollständig umschließt und mit dem Sensorelement 8.1 durch mittelbaren oder unmittelbaren Kontakt wärmeübertragend zusammenwirkt. Der Außendurchmesser des Sensorelementes 8.1 des Temperatursensors 8 kann beispielsweise etwa dem Durchmesser der Öffnung der Sensorelement-Aufnahme 5 entsprechen.

Durch das vollständige Umschließen des Sensorelementes 8.1 durch die

Sensorelement-Aufnahme 5 wird die Wärmeübertragungsfläche und dadurch die Messdynamik erhöht. Die Sensorelement-Aufnahme 5 ist zur guten Wärmeleitung aus einem Metall, beispielsweise Kupfer oder einer Kupferlegierung, hergestellt.

Fig.2 zeigt eine erfindungsgemäße Sensorelement-Aufnahme 5 nach einem ersten Ausführungsbeispiel.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Sensorelement-Aufnahme 5 als Öffnung oder Bohrung ausgeführt, die in einem elektrischen Leiter 2 oder zwischen zwei elektrischen Leitern 2 der elektrischen Wicklung 3 vorgesehen ist. Nach dem ersten Ausführungsbeispiel ist die elektrische Wicklung 3 eine Steckwicklung, die aus einer Vielzahl von Leiterelementen 10 gebildet ist, wobei die Sensorelement-Aufnahme 5 im Bereich des Wickelkopfes in einem der Leiterenden 11 eines der Leiterelemente 10 oder zwischen zwei Leiterenden 11 zweier Leiterelemente 11 gebildet sein kann. Nach Fig.2 ist die Sensorelement-Aufnahme 5 zwischen zwei miteinander verbundenen, beispielsweise verschweißten oder verlöteten Leiterenden 11 zweier Leiterelemente 11 gebildet. Das Sensorelement 8.1 des Temperatursensors 8 ist in die Sensorelement-Aufnahme 5 eingesteckt und hat innerhalb der Sensorelement-Aufnahme 5 mittelbaren oder unmittelbaren Kontakt zur Sensorelement-Aufnahme 5. Die Sensorelement-Aufnahme 5 ist beispielsweise angepasst an die Form des Sensorelementes 8.1 bzw. des Sensorelementgehäuses und kann beispielsweise zylinderförmig oder kegelförmig ausgeführt sein.

Von dem Sensorelement 8.1 des Temperatursensors 8 ausgehend verlaufen zumindest zwei Sensordrähte 8.2, die von dem Sensorelement 8.1 nach außerhalb der Sensorelement-Aufnahme 5 verlaufen und von einem Kabelmantel 9 umschlossen sein können.

Das Sensorelement 8.1 des Temperatursensors 8 ist beispielsweise in die

Sensorelement-Aufnahme 5 eingeklebt oder eingepresst. Alternativ kann das

Sensorelement 8.1 des Temperatursensors 8 auch mit Spiel in die Sensorelement-Aufnahme 5 eingelegt und der Sensordraht 8.2 entsprechend fixiert sein.

Die Sensorelement-Aufnahme 5 kann von einem nicht dargestellten elektrischen Nichtleiter, beispielsweise einem Kunststoff, zumindest teilweise umschlossen oder abgedichtet sein. An dem elektrischen Nichtleiter können die Sensordrähte 8.2 und/oder der Kabelmantel 9 durch entsprechende Ausformung gestützt und/oder fixiert werden. Auf diese Weise kann auch eine Zugentlastung für die Sensordrähte 8.2 erreicht werden. Desweiteren kann der elektrische Nichtleiter das Sensorelement 8.1 gegenüber einem Kühlmedium im Stator 1 abdichten oder kapseln oder thermisch isolieren. Außerdem kann der elektrische Nichtleiter die Sensorelement-Aufnahme versteifen, sodass diese, beispielsweise an Stellen mit geringer Wandstärke, nicht oder nur über einen kleinen Winkel gebogen werden kann; hierdurch können

Schädigungen durch Montage- Kräfte und / oder Betriebskräfte (z.B. Vibration) vermieden werden.

Fig.3 zeigt eine erfindungsgemäße Sensorelement-Aufnahme nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Sensorelement-Aufnahme 5 zwischen zumindest einem elektrischen Leiter 2 der elektrischen Wicklung 3 einerseits und einem an dem zumindest einen elektrischen Leiter 2,10,11 befestigten metallischen Befestigungsmittel 12 andererseits gebildet. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist die elektrische Wicklung 3 beispielsweise eine Steckwicklung, wobei die

Sensorelement-Aufnahme 5 beispielsweise zwischen einer Anordnung von zwei miteinander verbundenen Leiterenden 11 zweier Leiterelemente 10 und dem metallischen Befestigungsmittel 12 gebildet ist. Die Sensorelement-Aufnahme 5 ist zwischen dem Befestigungsmittel 12 und einer Seitenfläche des zumindest einen elektrischen Leiters 2, beispielsweise zweier elektrischer Leiter 2, gebildet, wobei die Seitenfläche an die Kontur des Sensorelementes 8.1 angepasst, beispielsweise im Querschnitt teilkreisförmig ausgespart oder vertieft sein kann. Die Sensorelement-Aufnahme 5 kann wie beim ersten Ausführungsbeispiel zylinderförmig oder kegelförmig sein. Das Befestigungsmittel 12 umschließt den oder die zugeordneten elektrischen Leiter 2 zumindest abschnittsweise und ist beispielsweise klammerförmig oder clipsförmig ausgebildet. Das Befestigungsmittel 12 hat beispielsweise zumindest einen Anschlag 14 zum Anliegen an einer Stirnseite des zumindest einen zugeordneten elektrischen Leiters 2, um das Befestigungsmittel 12 an dem zumindest einen zugeordneten elektrischen Leiter 2 in eine definierte Position zu bringen und anschließend befestigen zu können. Zum Befestigen wird das Befestigungsmittel 12 beispielsweise an den zumindest einen zugeordneten elektrischen Leiter 2

angeschweißt oder durch Verformen mit diesem verstemmt.

Das Sensorelement 8.1 des Temperatursensors 8 ist beispielsweise in die

Sensorelement-Aufnahme 5 eingeklebt oder eingepresst.

Die Sensorelement-Aufnahme 5 kann wie im ersten Ausführungsbeispiel von einem nicht dargestellten elektrischen Nichtleiter zumindest teilweise umschlossen oder abgedichtet sein, um beispielsweise den Kabelmantel 9 oder die Sensordrähte 8.2 zu stützen und/oder zu fixieren und/oder um das Sensorelement 8.1 gegenüber einem Kühlmedium im Stator 1 zu kapseln oder thermisch zu isolieren. Außerdem kann der elektrische Nichtleiter die Sensorelement-Aufnahme versteifen, sodass diese, beispielsweise an Stellen mit geringer Wandstärke, nicht oder nur über einen kleinen Winkel gebogen werden kann; hierdurch können Schädigungen durch Montage- Kräfte und / oder Betriebskräfte (z.B. Vibration) vermieden werden.

Fig.4 zeigt eine erfindungsgemäße Sensorelement-Aufnahme nach einem dritten Ausführungsbeispiel.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist die Sensorelement-Aufnahme 5 als separates Bauteil an zumindest einen elektrischen Leiter 2 der elektrischen Wicklung 3 angefügt, insbesondere angeschweißt oder angelötet. Dieser zumindest eine elektrische Leiter 2 kann wie beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel jeweils als Leiterende 11 eines Leiterelementes 10 einer elektrischen Steckwicklung vorgesehen sein. Die

Sensorelement-Aufnahme 5 umfasst ein Aufnahmegehäuse 15, das eine Bohrung oder Öffnung 16 zur Aufnahme des Sensorelementes 8.1 und einen Befestigungsabschnitt 17 zum Anfügen an den oder die zugeordneten elektrischen Leiter 2 aufweist. Die Bohrung oder Öffnung 16 kann beispielsweise zylinderförmig oder kegelförmig sein. Die Sensordrähte 9 des Temperatursensors 8 ragen aus der Öffnung 16 des

Aufnahmegehäuses 15 heraus. Das Sensorelement 8.1 des Temperatursensors 8 kann in der Sensorelement-Aufnahme 5 eingeklebt oder eingepresst sein.

Die Sensorelement-Aufnahme 5 kann wie im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel von einem nicht dargestellten elektrischen Nichtleiter zumindest teilweise umschlossen oder abgedichtet sein, um beispielsweise den Kabelmantel 9 oder die Sensordrähte 8.2 zu stützen und/oder zu fixieren und/oder um das Sensorelement 8.1 gegenüber einem Kühlmedium im Stator 1 zu kapseln oder thermisch zu isolieren. Außerdem kann der elektrische Nichtleiter die Sensorelement-Aufnahme versteifen, sodass diese, beispielsweise an Stellen mit geringer Wandstärke, nicht oder nur über einen kleinen Winkel gebogen werden kann; hierdurch können Schädigungen durch Montage- Kräfte und / oder Betriebskräfte (z.B. Vibration) vermieden werden.

Fig.5 zeigt eine alternative Ausführungsform der Sensorelement-Aufnahme nach Fig.4.

Diese alternative Ausführung unterscheidet sich gegenüber der Sensorelement-Aufnahme nach Fig.4 darin, dass am Aufnahmegehäuse 15 eine kanalförmige oder schutzrohrförmige Kabelführung 18 zur Führung der Sensordrähte 8.2 und/oder des Kabelmantels 9 vorgesehen ist. Zusätzlich kann an dem dem Sensorelement 8.1 abgewandten Ende der Kabelführung 18 eine Klemmeinrichtung 20 zur Klemmung der Sensordrähte 8.2 und/oder des Kabelmantels 9 ausgebildet sein. Die

Klemmeinrichtung 20 bildet eine Zugentlastung und wird beispielsweise durch ein Außengewinde 21 und durch Längsschlitze 22 am Ende der Kabelführung 18 sowie einer mit dem Außengewinde 21 zusammenwirkenden Überwurfmutter 23 gebildet.

Das Sensorelement 8.1 des Temperatursensors 8 kann in der Sensorelement-Aufnahme 5 eingeklebt oder eingepresst oder durch Reibschluss befestigt sein. Alternativ kann das Sensorelement 8.1 des Temperatursensors 8 auch mit Spiel in d Sensorelement-Aufnahme 5 eingelegt und der Sensordraht 8.2 entsprechend fixiert sein. Dies erleichtert den Austausch des Temperatursensors 8.