Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine umfassend einen Stator mit einer Wicklung, sowie wenigstens einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur im Bereich der Wicklung.

Elektrische Maschinen umfassen einen Rotor und einen Stator und kommen in unter schiedlichen Anwendungsbereichen zum Einsatz. Lediglich exemplarisch ist die Ver wendung von elektrischen Maschinen für elektrische Hybridfahrzeuge und Elektro fahrzeuge oder für Nabenantriebe zu nennen. Wird eine solche elektrische Maschine als Antriebsmaschine verwendet, ist sie zumeist als Innenläufer ausgeführt, das heißt, dass der Stator den innenliegenden Rotor umgibt. Über den Stator wird ein wandern des Magnetfeld erzeugt, über das die Rotation des Rotors erwirkt wird. Hierzu wiest der Stator eine Wicklung auf, bestehend aus einer Vielzahl an Leitern, wobei die Leiter einer oder üblicherweise mehreren Phasen zugeordnet sind. Die Wicklung ist in an sich bekannter Weise um die Statorzähne geführt.

Nicht nur die Anzahl der Phasen geht in die Auslegung der Wicklungsgeometrie ein, sondern auch die Anzahl der Drähte pro Phase sowie die Anzahl der Drähte pro Nut innerhalb der Statorverzahnung und die Anzahl der Polpaare. Durch diese Vielfalt an Leitern und Wickelparametern entsteht ein komplexes Geflecht an Leitern, das in un terschiedlichen Wicklungstechnologien aufgebaut wird. Zu nennen sind beispielsweise die sogenannte Hairpin- oder Stabwellenwicklung. Hierbei werden die Leiter mittels U- förmig gebogener Stäbe, die zur Bildung eines Wickelkorbes zusammengesteckt wer den, gebildet. Die Leiter sind auf einer Mehrzahl an Radialebenen verlegt, wobei die Leiter quasi von Ebene zu Ebene wandern. Sie sind zur Bildung quasi mäanderförmi ger, umlaufender Leiter an ihren Enden entsprechend zu verbinden, was üblicher weise durch Verschweißen der Leiterenden, die benachbart zueinander liegen, erfolgt. Die Leiterenden laufen an einem Punkt respektive an einer Wicklungsseite in Form des sogenannten Sterns zusammen, wo sie miteinander verbunden werden. In die sem Bereich ist auch die Anbindung der einzelnen Phasen an eine externe Stromver- sorgung, also einen Stromanschluss, die respektive der zur Erzeugung des Magnet felds dient, vorzunehmen.

Während des Betriebs der elektrischen Maschine ist die Temperatur einzelner Kom ponenten zu überwachen, wozu entsprechenden Temperatursensoren verwendet werden. Ein Bereich, in dem die Temperatur zu erfassen ist, ist der der Wicklung, da im Bereich der Wicklung einer der heißesten Punkte des Stators der elektrischen Ma schine vorherrscht an welchem man einen Temperatursensor verbauen kann. Der heißeste Punkt des Stators liegt nämlich im Bereich Hairpin - bzw. Stabwellenwick lung und zwar genau in der axialen Mitte des Blechpakets. Da dieser Punkt allerdings unerreichbar ist, um einen Temperatursensor zu integrieren, wird der äußere Bereich der Wicklung gewählt. Hierzu wird der Temperatursensor innerhalb des Stators ver baut, das heißt, dass er meist in einem frühen Stadium des Fertigungsprozesses ver baut werden muss. Um die Temperatur im Wicklungsbereich möglichst exakt zu fas sen, ist es wünschenswert, den Temperatursensor möglichst nahe oder an der Wick lung respektive dem Wicklungskopf anzubringen, da Medienströme im Innenraum, beispielsweise Wasser, Luft, Öl etc., die Temperaturmessung beeinträchtigen können und daher mit wachsendem Abstand des Temperatursensors zur Wicklung respektive zum Wicklungskopf die Messung ungenau wird. Die Anordnung des Temperatur sensors insbesondere an einer besonders dicht bzw. kompakt gewickelten Wicklung wie beispielsweise einer Hairpin- oder einer Stabwellenwicklung gestaltet sich dabei als besonders kompliziert.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine demgegenüber verbesserte elektri sche Maschine anzugeben.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einer elektrischen Maschine der eingangs ge nannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Temperatursensor an einem länglichen und zumindest im Bereich des Temperatursensors elastischen Träger an geordnet ist, wobei der Träger in eine zu zumindest einer Wicklungsseite hin offene längliche Ausnehmung innerhalb der Wicklung eingesetzt und der Temperatursensor durch den Träger in thermischen Kontakt mit der Wicklung gedrückt ist. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine sieht die Integration des Temperatur sensors, z. B. ein PTC- oder NTC-Sensor, quasi in das Innere der Wicklung oder einer Teilwicklung der Statorwicklung vor, indem der Temperatursensor mittels eines Trä gers, an dem er angeordnet ist, in eine längliche, offene Ausnehmung innerhalb der Wicklung eingesetzt wird. Diese Ausnehmung, die beispielsweise von der Wicklungs außenseite in das Innere der Wicklung läuft und sich vorzugsweise nahe an oder bis zum Rotorbereich erstreckt, ermöglicht eine zuverlässige und in Bezug auf die radiale und axiale Position reproduzierbare Positionierung und damit Integration des Tempe ratursensors tief im Inneren der Wicklung und damit in dem Bereich der Temperatur erzeugung. Der längliche Träger ist dabei derart ausgestaltet, dass er zumindest in dem Bereich, in dem der Temperatursensor an ihm angeordnet ist, eine gewisse Elas tizität und Flexibilität aufweist, so dass der Temperatursensor über den Träger in der Einsetzposition in thermischen Kontakt mit der Wicklung gedrückt wird, er wird also gegen die Wicklung angefedert. Des Weiteren ist der Träger so gestaltet, dass dieser gegen das Blechpaket isolierend wirkt, so dass tatsächlich die Temperatur der Wick lungsoberfläche und nicht des Blechpakets gemessen wird.

Die Montage des Temperatursensors ist denkbar einfach, es ist lediglich erforderlich, den Träger und den Temperatursensor in die wicklungsseitige Ausnehmung einzu schieben. Hierdurch kann der Temperatursensor ideal positioniert werden, so dass ei ne sehr genaue und zuverlässige Messung möglich ist, zumal aufgrund der Kontaktie rung des Temperatursensors mit der Wicklung ein sehr guter Wärmeübergang zwi schen Wicklung und Sensor erreicht wird, so dass unerwünschte Fehlereinflüsse und Messwertabweichungen zuverlässig vermieden werden. Aufgrund der Integration des Sensors in das Wicklungsinnere ist der Sensor darüber hinaus auch geschützt.

Die Ausnehmung selbst läuft bevorzugt radial und ist zumindest zur Außenseite der Wicklung hin offen. Das heißt, dass der Träger nebst Temperatursensor leicht von seitlich außen in die Wicklung eingeschoben werden kann.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Querschnittsgeo metrie des Trägers im Wesentlichen der Querschnittsgeometrie der Ausnehmung ent spricht. Das heißt, dass der Träger an die Ausnehmung formangepasst ist, so dass sich beim Einschieben eine optimale Positionierung ergibt. Die Geometrie der Aus nehmung ist aufgrund der bekannten Wicklungsauslegung bekannt, so dass der Trä ger entsprechend gestaltet werden kann. Aufgrund dieser Formanpassung ist ein ideales Anpressen des Temperatursensors an die Wicklung respektive den Wick lungsleiter über den elastischen oder flexiblen Träger möglich.

Zweckmäßig ist es ferner, wenn am Träger ein oder mehrere Anschläge zur Begren zung der Einschiebebewegung beim Einsetzen in die Ausnehmung vorgesehen sind. Über den oder diese Anschläge ist eine exakte Positionierung möglich, da der Träger eben nur bis zum Anschlag eingeschoben werden kann und hierfür sichergestellt ist, dass der Träger stets in gleicher Weise in der Ausnehmung positioniert wird.

Wie beschrieben dient der Träger dazu, den Temperatursensor gegen die Wicklung zu drücken respektive anzufedern. Hierzu ist es zweckmäßig, wenn der Träger im Be reich des vorlaufenden Endes unter Ausbildung zweier Federarme geschlitzt ist, wobei der Temperatursensor im Bereich eines Federarms positioniert ist. Es ist also ein defi nierter elastischer Bereich am Träger ausgebildet, wobei der Temperatursensor in eben diesem Bereich positioniert ist. Bevorzugt ist die Vorderkante eines oder beider Federarme mit einer Fase versehen, die ein leichtes Einschieben und auch ein gutes Anfedern ermöglicht, da über diese Fase, die an einem entsprechenden Vorsprung ausgebildet sein kann, sichergestellt ist, dass der Träger sauber entlang der die Aus nehmung begrenzenden Leiter gleitet, zum anderen werden die Federarme hierüber gegebenenfalls leicht gegeneinander gedrückt und eine entsprechende Andruckspan nung aufgebaut. Weiterführend ist die Ausnehmung so angepasst, dass der Träger sozusagen eine Schnappwirkung an der Endposition mit der Wicklung eingeht und es somit verhindert wird, dass der Träger sich während des Betriebs wieder löst.

Der Träger selbst ist zumindest im Bereich, in dem der Temperatursensor angeordnet ist, oder vollständig aus einem Kunststoff, wobei unterschiedliche Kunststoffe verwen det werden können, bevorzugt jedoch ein Elastomer oder Silikon. Das Material res pektive der Kunststoff ist in jedem Fall derart zu wählen, dass der geeignet ist, den Temperatursensor gegen die Wicklung anzufedern. Neben einem Elastomer kann auch ein Expansionsmaterial oder dergleichen verwendet werden. Erforderlich ist le diglich die hinreichende Flexibilität respektive Elastizität und Temperaturbeständigkeit.

Der Temperatursensor selbst ist zweckmäßigerweise auf einem länglichen Sensorträ ger angeordnet und über Verbindungsleitungen mit einem am Sensorträger anschlie ßenden Kabel verbunden. Der Sensorträger, beispielsweise ein schmales Plättchen, dient als stabile Sensorauflage, auf der auch die Kontaktierung des Sensors mit dem Sensorkabel erfolgt. Vorzugsweise wird über den Sensorträger mit aufgebrachtem Sensor und Verbindungsleitungen ein Schrumpfschlauch gezogen, um die Anordnung zu schützen. Die Verwendung eines solchen stabilen Sensorträgers ist dahingehend von Vorteil als dies einerseits eine einfache Anordnung des Temperatursensors am Träger ermöglicht. Zum anderen kann hierüber auch die Montage derart erfolgen, dass zunächst der Träger in die Ausnehmung eingeschoben wird, wonach erst der Sensorträger nebst Sensor auf den Träger geschoben und damit in die Ausnehmung eingeschoben wird. Denn über den Sensorträger ist eine hinreichend stabile Anord nung gegeben, die dies ermöglicht.

Der Träger selbst kann einen länglichen, nutartigen Aufnahmeabschnitt aufweisen, in den der Sensorträger eingesetzt ist. Über diesen Aufnahmeabschnitt wird eine ideale Position des Sensors am Sensorträger vorgegeben. Dies ist zweckmäßig sowohl für die Vormontage des Sensorträgers am Träger, wenn also beide gemeinsam in die Ausnehmung eingeschoben werden, aber auch dann, wenn zunächst der Träger und erst anschließend der Sensorträger eingeschoben wird, da dieser Aufnahmeabschnitt wiederum die Bewegung des Sensorträgers definiert und die Endposition vorgibt.

Der Aufnahmeabschnitt ist hierzu bevorzugt an einer Seite, ein Einschieben des Sen sorträgers nach Einsetzen des Trägers in die Aufnahme ermöglichend, offen, so dass auch die Einschiebebewegung des Sensorträgers begrenzt ist.

Im Fall einer derartigen zweistufigen Montage ist es denkbar, zunächst den Träger einzuschieben und beispielsweise mittels eines Klebemittels in der Ausnehmung zu fi xieren und erst anschließend den Sensorträger einzusetzen, wobei das Schieben ent- lang des Aufnahmeabschnitts bis zum Anschlag den Sensorträger und damit den Sensor exakt positioniert.

Schließlich ist es vorteilhaft, wenn der Träger samt Temperatursensor, unabhängig davon, wie nun konkret die Montage erfolgt (einstufig oder zweistufig) in der Ausneh mung mittels eines wärmeleitenden Klebemittels fixiert ist. Das heißt, dass nach der Endmontage der Träger samt Temperatursensor wicklungsseitig verklebt und/oder verträufelt wird und hierüber in seiner Endposition endgültig fixiert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnah me auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:

Figur 1 eine Perspektivansicht eines auf einem Sensorträger angeordneten

Temperatursensors nebst Verbindungsleitungen und Sensorkabel,

Figur 2 eine Perspektivansicht eines der Aufnahme des Temperatursensors die nenden Trägers,

Figur 3 den Träger samt angeordnetem Sensorträger mit Temperatursensor,

Figur 4 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit

Blick von außen auf den Wicklungskopf mit eingeschobenem Träger samt Temperatursensor,

Figur 5 die Anordnung aus Figur 4 mit Blick auf die Innenseite des Wicklungs kopfes, und

Figur 6 eine Schnittansicht durch den Wicklungskopf sowie den Träger nebst

Temperatursensor.

Figur 1 zeigt eine Sensoranordnung 1 , umfassend einen Sensorträger 2, auf dem ein Temperatursensor 3, beispielsweise ein PTC- oder ein NTC-Sensor, angeordnet, z. B. angeklebt ist. Über Verbindungsleitungen 4 ist der Temperatursensor 3 mit entspre chenden Leitungen eines Sensorkabels 5 verbunden. Ein Schrumpfschlauch 6 ist über den Sensorträger 2 samt Temperatursensor 3 und Verbindungsleitungen 4 zum Schutz gezogen.

Ersichtlich weist der Sensorträger 2 eine rechteckig-längliche Form auf, er ist als schmales, dünnes Plättchen ausgeführt, gleichzeitig aber hinreichend stabil, um auf einem Träger angeordnet zu werden, mittels welchem er in einer entsprechenden Ausnehmung einer Wicklung eines Stators positioniert wird.

Eine Perspektivansicht eines derartigen Trägers 7 ist in Figur 2 gezeigt. Der Träger 7 besteht aus einem flexiblen oder elastischen Material, vorzugsweise einem Kunststoff und insbesondere einem Elastomer, wobei aber auch andere Kunststoffe, solange sie hinreichend flexibel respektive elastisch und insbesondere temperaturbeständig sind, verwendet werden können. Der Träger 7 weist eine spezifische Querschnittsform res pektive Geometrie auf, die im Wesentlichen der Geometrie der Ausnehmung, in die er eingesetzt wird, entspricht oder darauf abgestellt ist. Er ist insgesamt länglich ausge führt und weist an seiner Oberseite einen nutartigen Aufnahmeabschnitt 8 auf, der einseitig offen ist und axial über einen Anschlag 9 begrenzt ist. In diesen Aufnahme abschnitt wird, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, der längliche Sensorträ ger 2 im Rahmen der Montage eingeschoben.

An dem bezogen auf die Einschieberichtung hinteren Ende des Trägers 7 sind zwei Anschläge 10 vorgesehen, die die Einschiebebewegung in die Wicklungsausnehmung begrenzen, also im Rahmen der Montage gegen die Wicklung laufen und so der re produzierbaren, exakten Positionierung dienen.

Am vorderen, vorlaufenden Ende ist der Träger 7 über einen Schlitz 11 geschlitzt, so dass sich zwei Federarme 12, 13 ausbilden, wobei der Federarm 13 einen nach oben weglaufenden Vorsprung 14 aufweist, der mit einer vorlaufenden Fase 15 versehen ist. Die Federarme 12, 13 können geringfügig zueinander federn, worüber es möglich ist, den Temperatursensor 3 nach Anordnung am Träger 7 in Richtung der benachbar- ten Wicklung oder des benachbarten Leiters anzufedern respektive dagegen zu drü cken.

Figur 3 zeigt die komplette Temperaturmesseinrichtung umfassend die Temperatur sensoranordnung 1 sowie den Träger 7. Ersichtlich ist der Sensorträger 2 samt Tem peratursensor 3 in dem nutartigen Aufnahmeabschnitt 8 aufgenommen und bis zum Anschlag 9 geschoben. Die Breite des Aufnahmeabschnitts 8 ist so bemessen, dass sie im Wesentlichen der Breite des Sensors des Trägers entspricht und demzufolge exakt geführt und positioniert ist. Diese Breite kann auch minimal kleiner gestaltet werden, um eine Klemmung des Temperatursensors zu ermöglichen.

Dabei kann das Einsetzen auf zwei unterschiedliche Weisen erfolgen. Zum einen ist es möglich, den Sensorträger und damit den Temperatursensor 3 bereits vor dem Einsetzen des Trägers 7 in die Ausnehmung der Wicklung am Träger 7 anzubringen und beispielsweise mittels eines vorzugsweise fixierenden Klebemittels dort zu fixie ren. Nun kann beispielsweise das wärmeleitende Klebemittel auf den Sensorträger aufgetragen werden. Danach kann die komplette Einrichtung gemäß Figur 3 wird so dann in die wicklungsseitige Nut eingeschoben.

Alternativ ist es auch denkbar, mitunter auch bevorzugt, zunächst nur den Träger 7 in die wicklungsseitige Ausnehmung einzuschieben und zu positionieren und erst an schließend, gegebenenfalls nach vorheriger Kleberfixierung des Trägers 7 in der Aus nehmung, den Sensorträger 2 nebst Temperatursensor 3 in den nutartigen Aufnah meabschnitt 8, der zur Wicklungsaußenseite hin offen ist, einzuschieben, was ohne weiteres möglich ist, als einerseits der Sensorträger 2, beispielsweise ein Keramik plättchen oder Kunststoffplättchen, hinreichend stabil ist und diese Schiebebewegung möglich ist, zum anderen weil die Einschiebebewegung auch durch die Geometrie des Aufnahmeabschnitts 8 exakt geführt wird. Nach dem Einschieben ergibt sich wiede rum die in Figur 3 gezeigte Endkonfiguration.

Die Figuren 4 - 6 zeigen in Form verschiedener Teilansichten einen Ausschnitt einer elektrischen Maschine 16 unter Darstellung eines Teils des Stators 17 mit seiner Wicklung 18, die aus einer Vielzahl an einzelnen Leitern 19 besteht, wie die Figuren anschaulich zeigen. Die Wicklung ist als Hairpin- oder Stabwellenwicklung ausgeführt, die einzelnen, U-förmigen, klammerartigen Leitern 19 sind entsprechend zu einem Wicklungskopf zusammengesetzt und miteinander in an sich bekannter Weise ver bunden, wobei die Wicklung insgesamt um entsprechende Statorzähne 20 gewickelt ist.

Innerhalb der Wicklung 18 ist eine Ausnehmung 21 ausgebildet, die im gezeigten Bei spiel sowohl zur äußeren Wicklungsseite als auch zur inneren Wicklungsseite hin of fen ist. In diese Ausnehmung 21 wird nun der elastische, flexible Träger 7 eingescho ben, entweder zusammen mit dem bereits an ihm festgelegten Sensorträger 2, oder ohne den Sensorträger 2, der in einem zweiten Montageschritt sodann in den nutarti gen Aufnahmeabschnitt 8 eingeschoben wird. Dabei ist die Einschiebebewegung des Trägers 7 durch die Anschläge 10 begrenzt, die Einschiebebewegung des Sensorträ gers 2 längs des Aufnahmeabschnitts 8 über den Anschlag 9 begrenzt ist.

In der Montagestellung, siehe insbesondere Figur 6, liegt der Temperatursensor 3 im Bereich des vorderen Endes des Trägers 7, wobei dieser Bereich mit dem elastischen Federarm 13 flexibel und nachgiebig ist, so dass der Temperatursensor 3 respektive der Sensorträger 2 und mit ihm der Temperatursensor 3 in Richtung der Wicklung 18 respektive des benachbarten Leiters 19 gedrückt und in thermischen Kontakt mit die sem gebracht wird. Weiter hat der Federarm 13 die Aufgabe, die Integration des Trä gers 7, damit dieser sauber durch die Wicklung, die als Hairpin- oder Stabwellenwick lung ausgeführt ist, geführt wird, zu erleichtern. Zwar ist der Sensorträger 2, optional, mit dem Schrumpfschlauch überzogen, jedoch ist trotz allem ein definierter thermi scher Kontakt zwischen Temperatursensor 3 und Wicklung 18 respektive Leiter 19 gegeben. Die Bemaßung des Trägers 7 ist dabei natürlich derart, dass eine gewisse Überdeckung zur Ausnehmungsgeometrie gegeben ist, so dass sichergestellt ist, dass stets eine gewisse Andruckspannung aufgebaut und der Sensorträger 2 respektive der Temperatursensor 3 gegen die Drahtwicklung gedrückt werden.

Anschließend wird, sofern nicht bereits zum Teil geschehen, die Temperaturmessein richtung innerhalb der Wicklung 18 verklebt, wozu ein entsprechendes Klebemittel, natürlich ein wärmeleitender Kleber, eingebracht wird und eine endgültige Fixierung durch die Verträufelung der Wicklung erfolgt. Hierüber wird also der restliche Form schluss zwischen Träger 7 und damit auch Sensorträger 2 und der Wicklung 18 er wirkt. Im gezeigten Beispiel wird der Temperatursensor im Bereich des Wicklungskopfes in tegriert, also in einen Bereich, wo die Wicklungen noch konstant horizontal verläuft, weshalb der elastische Träger 7 die notwendigen Toleranzunterschiede ohne Weite res ausgleichen und den Temperatursensor axial gegen die Wicklung 18 anfedern kann. Aufgrund der Aufnahme in einem Schrumpfschlauch 6, aber auch durch die Ausbildung des oberen Vorsprungs 14 und die vertiefte Aufnahme des Sensorträgers 2 und damit des Temperatursensors 3 in den Aufnahmeabschnitt 8 wird verhindert, dass ein etwaiger Mediumstrom (Wasser, Luft, Öl etc.) an den Temperatursensor ge langen kann.

Bezugszeichenliste Sensoranordnung

Sensorträger

Temperatursensor

Verbindungsleitung

Sensorkabel

Schrumpfschlauch

Träger

Aufnahmeabschnitt

Anschlag

Anschlag

Schlitz

Federarm

Federarm

Vorsprung

Fase

Maschine

Stator

Wicklung

Leiter

Statorzahn

Ausnehmung