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Title:
SENSOR DISC FOR INTEGRATING A SENSOR INTO AN ELECTRIC MACHINE, STATOR FOR AN ELECTRIC MACHINE, AND METHOD FOR OPERATING A SENSOR DISC
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/233854
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a sensor disc (200) for integrating a sensor (205) into an electric machine (100), wherein the sensor disc (200) can be stacked with laminations to form a laminated core (405). The sensor disc (200) comprises at least one sensor portion (210) for positioning the sensor (205) in the region of a groove (115) designed to receive winding wires (110), wherein the sensor portion (210) is positioned between the groove (115) and an outer face (215) of the sensor disc (200) facing the groove (115).

Inventors:
WÖRZLER DAVID (DE)
Application Number:
PCT/EP2022/061823
Publication Date:
November 10, 2022
Filing Date:
May 03, 2022
Export Citation:
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Assignee:
ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN (DE)
International Classes:
H02K11/25; H02K1/20
Foreign References:
JP2012223052A2012-11-12
DE19842522A12000-03-23
CN210958064U2020-07-07
EP3157138A12017-04-19
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Claims:
Patentansprüche

1. Sensorlamelle (200) zum Integrieren eines Sensors (205) in eine elektrische Ma schine (100), wobei die Sensorlamelle (200) mit Blechen (400, 401) zu einem Blech paket (405) stapelbar ist, wobei die Sensorlamelle (200) mindestens einen Sensorab schnitt (210) zum Positionieren des Sensors (205) im Bereich einer Nut (115) auf weist, die zum Aufnehmen von Wicklungsleitungen (110) ausgebildet ist, wobei der Sensorabschnitt (210) zwischen der Nut (115) und einer der Nut (115) gegenüberlie genden Außenseite (215) der Sensorlamelle (200) angeordnet ist.

2. Sensorlamelle (200) gemäß Anspruch 1 , wobei der Sensorabschnitt (210) als Ka nal ausgeformt ist.

3. Sensorlamelle (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Schnittstelle (225), über welche ein von dem Sensor (205) erfasster Parameter auf die Außenseite (215) der Sensorlamelle (200) ausgebbar ist.

4. Sensorlamelle (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Sensor (205) als Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur der Wicklungs leitungen (110) ausgebildet ist, wobei der Temperatursensor zumindest teilweise in dem Sensorabschnitt (210) angeordnet ist.

5. Sensorlamelle (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Sensor (205) an einer Nutöffnung (305) der Nut (115) angeordnet oder anordenbar ist.

6. Sensorlamelle (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Sensorlamelle (200) im Wesentlichen ein nicht magnetisches Material aufweist.

7. Sensorlamelle (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumin dest einem weiteren Sensorabschnitt (1100) zum Positionieren eines weiteren Sen sors (1105).

8. Sensorlamelle (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Sensorlamelle (200) als Leiterplatte zum Tragen weiterer elektronischer Bauteile aus gebildet ist.

9. Sensorlamelle (200) gemäß Anspruch 8, wobei an der Leiterplatte eine Auswer teeinrichtung (900) zum Auswerten eines von dem Sensor (205) bereitgestellten Sig nals (300) angeordnet ist.

10. Sensorlamelle (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit min destens einer Aussparung (800) zum Leiten von Kühlmittel.

11. Elektrische Maschine (100) mit einem Stator (105) und einem Rotor (120), wobei der Stator (105) und/oder der Rotor (120) ein Blechpaket (405) mit einer Sensorla melle (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche umfasst.

12. Elektrische Maschine (100) gemäß Anspruch 11 , wobei die Sensorlamelle (200) im Wesentlichen mittig zwischen anderen Blechen (400, 401) des Blechpakets (405) angeordnet ist.

13. Elektrische Maschine (100) gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei das Blechpaket (405) zumindest eine weitere Sensorlamelle (600) aufweist.

14. Verfahren (1200) zum Betreiben einer Sensorlamelle (200) gemäß einem der An sprüche 1 bis 10 mit einem in der Sensorlamelle (200) angeordneten Sensor (205), wobei das Verfahren (1200) einen Schritt (1205) des Erfassens des Parameters mit tels des Sensors (205) aufweist.

15. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, den Schritt (1205) des Verfahrens (1200) gemäß Anspruch 14 auszuführen und/oder anzusteuern.

Description:
Sensorlamelle zum Integrieren eines Sensors in eine elektrische Maschine, Stator für eine elektrische Maschine und Verfahren zum Betreiben einer Sensorlamelle

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sensorlamelle zum Integrieren eines Sensors in eine elektrische Maschine, einen Stator für eine elektrische Maschine und ein Verfahren zum Betreiben einer Sensorlamelle.

Eine Dauerleistung einer elektrischen Maschine wird insbesondere durch die maxi mal zulässige Temperatur der Statorwicklung begrenzt. Bei Maschinen mit Einzugs wicklung werden hierzu üblicherweise ein oder mehrere Temperatursensoren zusam men mit der Wicklung in die Nut eingelegt oder mit in den Wickelkopf eingefügt. Je nach Aufbau und Kühlkonzept der Maschine tritt die höchste Temperatur entweder in einer Nut oder im Wickelkopf auf.

Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine Sensorlamelle zum Integrieren eines Sensors in eine elektrische Maschine, einen verbesserten Stator für eine elektrische Maschine und ein Verfahren zum Betreiben einer Sensorlamelle ge mäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Un teransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Die hier vorgestellte Sensorlamelle ermöglicht die Integration eines Sensors in eine elektrische Maschine. Dabei kann der Sensor vorteilhafterweise einen Parameter di rekt in oder an einer Nut erfassen, auch wenn in der Nut, beispielsweise aufgrund der Verwendung von Rechteckleitern, der verfügbare Platz sehr begrenzt ist.

Es wird eine Sensorlamelle zum Integrieren eines Sensors in eine elektrische Ma schine vorgestellt, wobei die Sensorlamelle mit Blechen zu einem Blechpaket stapel bar ist. Die Sensorlamelle weist mindestens einen Sensorabschnitt zum Positionieren des Sensors im Bereich einer Nut auf, die zum Aufnehmen von Wcklungsleitungen ausgebildet ist, wobei der Sensorabschnitt zwischen der Nut und einer der Nut ge genüberliegenden Außenseite der Sensorlamelle angeordnet ist. Bei der elektrischen Maschine kann es sich zum Beispiel um eine Asynchronma schine handeln, die beispielsweise einen Rotor und einen Stator umfassen kann. Da bei kann zum Beispiel der Stator ein Blechpaket umfassen, das an einer dem Rotor zugewandten Innenseite mit Ausnehmungen beziehungsweise Nuten zum Aufneh men von Wicklungsleitungen ausgeformt sein kann. In dieses Blechpaket kann die hier beschriebene Sensorlamelle eingefügt werden oder sein. Die Sensorlamelle kann somit als eine Art planare, einen Sensor-tragende Scheibe, eine Sensorlage o- der eine Sensorplatte verstanden werden. Wird die Maschine beispielsweise mit Rechteckleitern, zum Beispiel mit sogenannter Hairpin oder Wellenwicklung, aufge baut, dann bietet eine Nut oft keinen Platz für einen Sensor, wie beispielsweise für einen Temperatursensor zum Erfassen der Wcklungstemperatur. Da aber die hei ßeste Stelle, insbesondere bei Maschinen deren Wckelkopf mit Öl gekühlt wird, in der Nut liegt, kann eine Messung der Temperatur außerhalb der Nut oder am Wckel kopf sehr fehleranfällig sein oder ein detailliertes Temperaturmodell benötigen. Vor teilhafterweise ermöglicht die hier vorgestellte Sensorlamelle, die auch als Sensor blech bezeichnet werden kann, die Integration eines Sensors direkt in das Blechpa ket des Stators und zusätzlich oder alternativ in das Blechpaket des Rotors, wodurch der Sensor bei Bedarf direkt an der Nut und damit an den Leitungswicklungen der Maschine angeordnet werden kann. Mit anderen Worten kann unter Verwendung der Sensorlamelle anstelle der gängigen Methode, Sensoren zusätzlich durch Bohrun gen oder externe Verkabelung anzubringen, die Sensorik in ein als Sensorlamelle o- der Sensorblech bezeichnetes Bauteil integriert werden. Dieses kann beispielsweise zusammen mit den anderen Blechen der Maschine während der Produktion gestapelt werden und als Basis für den Rotor oder den Stator dienen. Dabei umfasst die Sen sorlamelle einen Sensorabschnitt, der zwischen der Nut und einer der Nut gegen überliegenden Außenseite der Sensorlamelle angeordnet ist. Der Sensorabschnitt kann dementsprechend eine Verbindung zwischen einem an der Nut angeordneten Sensor und der Außenseite bilden, durch die, beispielsweise mittels einer Drahtver bindung, der Sensor von der Außenseite her kontaktiert werden kann. Die Verkabe lung der Sensoren kann also vorteilhafterweise nicht mehr axial, sondern kann von außen her erfolgen. Der besondere Vorteil hierbei ist, dass die Sensoren praktisch direkt die Wcklung antasten können beziehungsweise nur noch die Nutauskleidung und kein Blech mehr zwischen Sensor und Leiter angeordnet sein kann. Gemäß einer Ausführungsform kann der Sensorabschnitt als Kanal ausgeformt sein. Beispielsweise kann der Kanal ausgeformt sein, um einen Sensor sowie ein an den Sensor angeschlossenes Verbindungselement, wie beispielsweise ein Kabel, aufzu nehmen. Das bietet den Vorteil, dass sie Sensorlamelle unabhängig von der für die elektrische Maschine gewünschten Sensorik kostengünstig hergestellt und der pas sende Sensor anschließend eingefügt werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Sensorlamelle eine Schnittstelle umfassen, über welche ein von dem Sensor erfasster Parameter auf die Außenseite der Sensorlamelle ausgebbar sein kann. Bei der Schnittstelle kann es sich zum Bei spiel um ein an der Außenseite angeordnetes Ende des als Kanal ausgeformten Sensorabschnitts handeln oder auch beispielsweise um eine Drahtlosschnittstelle zum Ausgeben eines von dem Sensor bereitgestellten drahtlosen Signals. Dabei kann der vom Sensor erfasste Parameter, beispielsweise eine Temperatur der Wick lungsleitungen, über die Schnittstelle zum Beispiel auch in verarbeiteter Form ausge geben werden. Vorteilhafterweise können somit vom Sensor erfasste Daten ausge geben und verarbeitet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Sensor als Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur der Wicklungsleitungen ausgebildet sein, wobei der Tem peratursensor zumindest teilweise in dem Sensorabschnitt angeordnet sein kann.

Der Temperatursensor kann zum Beispiel ausgebildet sein, um die während des Be triebs in der elektrischen Maschine entstehende Leitertemperatur zu erfassen und ein entsprechendes Temperatursignal durch den Sensorabschnitt an eine Schnittstelle auf der Außenseite der Sensorlamelle bereitzustellen. Vorteilhafterweise kann durch die Kombination der Sensorlamelle mit einem Temperatursensor die Temperatur der Wcklungsleitungen direkt an der die Wicklungsleitungen führenden Nut und dadurch an einer der heißesten Stellen der Maschine erfasst werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Sensor an einer Nutöffnung der Nut angeordnet oder anordenbar sein kann. Bei der Nutöffnung kann es sich zum Beispiel um den Teil der Nut handeln, der am weitesten von der Außenseite entfernt und somit im betriebsbereiten Zustand der elektrischen Maschine beispielsweise ei nem Rotor zugewandt angeordnet ist. Da besonders bei Rechteckdrähten, wie bei spielsweise Hairpin, die Leiter an der Nutöffnung durch den Stromverdrängungseffekt die höchste Temperatur aufweisen, können vorteilhafterweise gezielt diese Leiter überwacht werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Sensorlamelle im Wesentlichen ein nicht magnetisches Material aufweisen. Beispielsweise kann die Sensorlamelle aus einem Material wie Aluminium, Kupfer oder auch einem entsprechend robusten Kunststoff gefertigt sein. Wird das Blechpaket der Maschine verklebt oder verbacken, kann eine solche Sensorlamelle sicher und zuverlässig in die Maschine während der Herstellung eingefügt werden. Vorteilhafterweise kann dadurch das Auftreten einer Asymmetrie im Magnetkreis verhindert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Sensorlamelle zumindest einen weiteren Sensorabschnitt zum Positionieren eines weiteren Sensors aufweisen. Bei spielsweise kann die Sensorlamelle mehrere, in einem gleichmäßigen Abstand zuei nander angeordnete Sensorabschnitte zum Positionieren von einer Mehrzahl von Temperatursensoren an einer Mehrzahl von Nuten umfassen. Zusätzlich oder alter nativ können auch mehrere Sensoren an oder in dem Sensorabschnitt oder einer Nut positioniert werden, um zum Beispiel unterschiedliche Leitertemperaturen innerhalb der Nut zu erfassen. Das hat den Vorteil, dass eine Temperatur der Maschine an mehreren Stellen gleichzeitig erfasst werden kann, wodurch die Beanspruchung der Maschine im Betriebszustand optimal überwacht werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Sensorlamelle als Leiterplatte zum Tragen weiterer elektronischer Bauteile ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Sensorlamelle auch als entsprechend der maximalen Maschinentemperatur tempera tu rfeste und zum Beispiel mehrlagige Leiterplatte ausgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Sensoren, Leiterbahnen, Hochvoltisolation und gegebenenfalls auch eine temperaturfeste Auswerteelektronik direkt dort aufgebracht und integriert wer den können. Beispielsweise kann neben der Temperatursensorik auf der Sensorla melle auch ein weiterer Sensor zum Beispiel zum Erfassen der Rotorlage oder Rotordrehzahl integriert werden, beispielsweise ein Resolver, ein Sinus-Cosinus-Ge- ber oder andere, da sich durch Einsatz mehrlagiger Leiterplatten auch komplexe Ge ometrien wie Spulen erzeugen lassen. Spulen können notwendig sein, um das bei Resolvern genutzte Prinzip des rotierenden Transformators zu benutzen. Eine Leiter platte lässt sich zudem vorteilhafterweise sehr günstig hersteilen und bestücken, wodurch der Aufwand Sensoren manuell zu verkleben und Kabel zu verlegen entfal len kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann an der Leiterplatte eine Auswerteein richtung zum Auswerten eines von dem Sensor bereitgestellten Signals angeordnet sein. Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung als elektronisches Bauteil auf der als Leiterplatte ausgebildeten Sensorlamelle angeordnet sein und zum Beispiel aus gebildet sein, um verschiedene Signale von einer Mehrzahl von Sensoren zu erfas sen und auszuwerten. Vorteilhafterweise kann damit ein von dem Sensor erfasster Parameter direkt ausgewertet und zum Beispiel mit anderen erfassten Parametern verglichen werden, um zum Beispiel entsprechende Informationen an einen Nutzer bereitzustellen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Sensorlamelle mindestens eine Aussparung zum Leiten von Kühlmittel aufweisen. Eine solche Aussparung oder auch eine Mehrzahl von Aussparungen können als weitere Funktion der Sensorla melle zum Beispiel besonders vorteilhaft sein bei Maschinen, deren Stator oder Rotor mit einem Kühlmedium durchströmt werden. Die entsprechenden Aussparungen kön nen hier beispielsweise als Zuleitung, Ableitung oder zum Umlenken des Kühlmittels eingesetzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann auch hier die Kü h I m itte Item peratu r oder der Druck und damit gegebenenfalls der Volumenstrom mittels eines entspre chenden Sensors direkt oder indirekt erfasst werden.

Zudem wird eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor vorgestellt, wobei der Stator und zusätzlich oder alternativ der Rotor ein Blechpaket mit einer Sensorlamelle gemäß einer hier vorgestellten Ausführungsform umfasst. Beispiels weise kann das Prinzip einer Sensorlamelle außer im Stator auch im Rotor angewen det werden. Insbesondere bei Permanentmagneten kann eine Erfassung der Magnettemperatur zur Regelung und Überwachung sehr wichtig sein. Hier wäre ebenfalls denkbar die Sensorlamelle als Leiterplatte auszuführen und dort eine Aus werteelektronik und gegebenenfalls eine Telemetrieeinheit zu platzieren, um die Ro tortemperatur oder beispielsweise Vibrationen drahtlos zu übermitteln. Da insbeson dere PSM-Rotoren ohnehin sehr häufig aus einzelnen Segmenten zusammengesetzt werden, kann ein beispielsweise mittig im Blechpaket angeordnetes Sensorblech mit den Temperatursensoren die Magnete dabei direkt antasten. Zudem können bei spielsweise sowohl der Stator als auch der Rotor eine Sensorlamelle umfassen, um vorteilhafterweise ein Positionieren sowie ein Kontaktieren benötigter Sensoren in o- der an dem Stator und dem Rotor zu erleichtern. Dabei kann durch eine Integration solcher Sensorlamellen in Rotor und Stator zum Beispiel vergleichbar mit einer sen sorlosen Regelung die Rotorposition bestimmt werden. Die rotorseitige Sensorla melle kann hierzu beispielsweise ausgeprägte Pole, also unterschiedliche Reluktanz in d- und q-Achse, aufweisen. Über ein induktives Messverfahren mit Erreger- und Messspulen in der rotorseitigen Sensorlamelle kann dann zum Beispiel wie bei einem Resolver die Rotorlage bestimmt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Resol- vern mit Eisenkern kann die Sensorik hier zum Beispiel in einer mehrlagigen Leiter platte der Sensorlamelle integriert sein, wodurch vorteilhafterweise auf ein Anbringen eines zusätzlichen Bauteils auf dem Rotorträger oder der Abtriebswelle verzichtet werden kann. In einem solchen Fall sollte die Sensorlamelle mit magnetisch leitfähi gem Material ausgebildet sein. Wird ein magnetisch leitfähiges Blech eingesetzt, kön nen zur Unterdrückung von Asymmetrien im Magnetkreis beispielsweise zusätzliche Ausnehmungen oder Öffnungen als Flusssperren gestanzt werden, um das Blech dort elektromagnetisch zu neutralisieren. Eine komplett in Stator und Rotor integrierte Sensoreinheit kann vorteilhafterweise alle relevanten Betriebsdaten, wie Wicklungs temperatur, Magnettemperatur und Rotorlage, in einem Bauteil erfassen und gleich zeitig die Anzahl der Bauteile und Fertigungsschritte reduzieren.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Sensorlamelle im Wesentlichen mittig zwi schen anderen Blechen des Blechpakets angeordnet sein. Beispielsweise kann die Sensorlamelle zusammen mit den anderen Blechen der Maschine während der Pro duktion gestapelt werden. Während dieses Vorgangs kann zum Beispiel das Blech paket der Maschine mittig geteilt und das Sensorblech dann dort zwischengefügt werden. Vorteilhafterweise kann die Sensorlamelle dadurch möglichst zentral in der Maschine angeordnet werden, um beispielsweise eine an dieser Stelle auftretende Temperatur oder andere Parameter optimal zu erfassen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Blechpaket zumindest eine wei tere Sensorlamelle aufweisen. Das Blechpaket kann zum Beispiel eine mittig ange ordnete Sensorlamelle und von dieser in gleichmäßigen Abständen entfernt zwei wei tere Sensorlamelle umfassen. Vorteilhafterweise kann dadurch insbesondere in einer Entwicklungsphase ein Parameter, wie beispielsweise die Temperaturverteilung in der Maschine, dreidimensional erfasst werden.

Zudem wird ein Verfahren zum Betreiben einer Variante der zuvor vorgestellten Sen sorlamelle mit einem in der Sensorlamelle angeordneten Sensor vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des Erfassens des Parameters mittels des Sensors auf weist. Das Verfahren kann beispielsweise im Betriebszustand der elektrischen Ma schine durchgeführt werden, um zum Beispiel eine Temperatur der Wicklungsleitun gen zu bestimmen.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf ei nem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplatten speicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchfüh rung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Maschine;

Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Maschine mit einer Sensorlamelle; Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Sensorabschnitts in einer Sensorlamelle;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Stators mit ei ner Sensorlamelle;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Sensorab schnitts in einer Sensorlamelle;

Fig. 6 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts eines Ausfüh rungsbeispiels eines Blechpakets;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines Ausführungsbeispiels einer Sensorlamelle;

Fig. 8 eine perspektivische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Sensor lamelle;

Fig. 9 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Sensorlamelle;

Fig. 10 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts eines Ausfüh rungsbeispiels einer Sensorlamelle;

Fig. 11 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts eines Ausfüh rungsbeispiels einer Sensorlamelle; und

Fig. 12 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Sensorlamelle ge mäß einem Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegen den Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Figur 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Maschine 100. Die elektrische Maschine 100 umfasst lediglich bei spielhaft einen Stator 105 mit Wicklungsleitungen 110, die in diesem Ausführungsbei spiel in insgesamt achtzehn Nuten geführt sind. Zur besseren Übersicht sind in der hier gezeigten Figur lediglich eine Nut 115, eine zweite Nut 116 und eine dritte Nut 117 mit Bezugszeichen versehen. Dabei sind alle Nuten gleich ausgeformt und mit einer gleichen Anzahl von Wicklungsleitungen 110 bestückt. Mittels der Wicklungsleitungen 110 ist ein magnetischer Fluss erzeugbar, der zum Antreiben des im Zentrum des Stators 105 angeordneten Rotors 120 nutzbar ist.

Figur 2 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer elektri schen Maschine 100 mit einer Sensorlamelle 200. Die hier dargestellte elektrische Maschine 100 entspricht oder ähnelt der in der vorangegangenen Figur 1 beschrie benen Maschine, mit dem Unterschied, dass der Stator 105 in diesem Ausführungs beispiel eine Sensorlamelle 200 umfasst. Die Sensorlamelle 200, die auch als Sen sorblech bezeichnet werden kann, ist ausgebildet, um einen Sensor 205 in die elekt rische Maschine 100 zu integrieren, wobei die Sensorlamelle 205 mit Blechen zu ei nem Blechpaket des Stators 105 gestapelt ist. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Sensorlamelle auch als Teil eines Blechpakets des Rotors ausgebildet sein. Lediglich beispielhaft ist der Sensor 205 als Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur der Wicklungsleitungen 110 ausgebildet. Bei den Wicklungsleitungen 110 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um Rechteckleiter. Diese füllen die Nut 115 nahezu vollständig aus, sodass innerhalb der Nut 115 kein Platz für den Temperatursensor ist. Daher weist die Sensorlamelle 200 einen Sensorabschnitt 210 auf, der ausgeformt ist, um den Sensor 205 im Bereich der Nut 115 zu positionieren. Der Sensorabschnitt 210 ist zwischen der Nut 115 und einer der Nut 115 gegenüber liegenden Außenseite 215 der Sensorlamelle 200 angeordnet. Dabei ist der Sensor abschnitt 210 in diesem Ausführungsbeispiel als Kanal ausgeformt, in dem lediglich beispielhaft ein Verbindungselement 220 angeordnet ist. Das Verbindungselement 220, bei dem es sich lediglich beispielhaft um eine Drahtverbindung handelt, ist in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um den Sensor 205 signalübertragungsfä hig mit einer Schnittstelle 225 zu verbinden. Über die Schnittstelle 225 ist lediglich beispielhaft ein von dem Sensor 205 erfasster Parameter, bei dem es sich in diesem Ausführungsbeispiel um einen Temperaturwert der Wicklungsleitungen 110 in der Nut 115 handelt, auf die Außenseite 215 der Sensorlamelle 200 ausgebbar. Die Sen sorlamelle 200 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein magnetisch nicht leitfähiges Material auf, bei dem es sich lediglich beispielhaft um Aluminium handelt. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Sensorlamelle auch aus Kupfer, Edelstahl o- der einem robusten Kunststoff hergestellt sein oder ein magnetisch leitfähiges Mate rial aufweisen. Um den Einsatz einer Sensorlamelle aus magnetisch leitfähigem Material zu ermöglichen, weist die elektrische Maschine in diesem Ausführungsbei spiel zusätzliche eine Flusssperre 230, eine zweite Flusssperre 231, eine dritte Flusssperre 232, eine vierte Flusssperre 233, eine fünfte Flusssperre 234 und eine sechste Flusssperre 235 im Rotor 120 auf, um Asymmetrien im Magnetkreis zu un terdrücken und das Blech elektromagnetisch zu neutralisieren. In einem anderen Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine ohne die Sensorlamelle kann der Sensor auch an einem Nutausgang oder im Wickelkopf der Maschine angebracht werden. Das Problem hierbei ist, dass die heißeste Stelle, insbesondere bei Maschi nen, deren Wickelkopf mit Öl gekühlt werden, in der Nut liegt, eine Messung der Temperatur außerhalb der Nut oder am Wickel köpf kann daher sehr fehleranfällig sein oder ein detailliertes Temperaturmodell benötigen. Zwar ließe sich auf Kosten der Nutfüllung entsprechend Platz in der Nut Vorhalten, aus Performancegründen sollte man davon jedoch absehen.

Figur 3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Sensorabschnitts 210 in einer Sensorlamelle 200. Die hier dargestellte Sensor lamelle entspricht oder ähnelt der in der vorangegangenen Figur 2 beschriebenen Sensorlamelle. Der Sensorabschnitt 210 ist lediglich beispielhaft als Kanal ausge formt. Entlang des Kanals ist zwischen dem an der Nut 115 angeordneten Sensor 205 und der Außenseite 215 der Sensorlamelle 200 ein Verbindungselement 220 an geordnet, das ausgebildet ist, um ein vom Sensor 205 bereitgestelltes Signal 300, das in diesem Ausführungsbeispiel lediglich beispielhaft einen Temperaturwert der Wcklungsleitungen 110 repräsentiert, zu übertragen. Da die in diesem Ausführungs beispiel die als Rechteckleiter ausgeformten Wcklungsleitungen 110 durch den Stromverdrängungseffekt die höchste Temperatur an einer von der Außenseite 210 abgewandten Nutöffnung 305 der Nut 115 aufweisen, ist der Sensor 205 lediglich beispielhaft direkt an dieser Nutöffnung 305 angeordnet.

Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Stators 105 mit einer Sensorlamelle 200. Der hier dargestellte Stator 105 entspricht oder äh nelt dem in den vorangegangenen Figuren 1 und 2 beschriebenen Stator und die hier dargestellte Sensorlamelle 200 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen Figuren 2 und 3 beschriebenen Sensorlamelle. Dabei ist die Sensorlamelle 200 in diesem Ausführungsbeispiel annähernd mittig zwischen einem ersten Blech 400 und einem zweiten Blech 401 eines Blechpakets 405 des Stators 105 angeordnet. In ei nem anderen Ausführungsbeispiel kann die Sensorlamelle auch in einem Blechpaket des Rotors der elektrischen Maschine angeordnet sein.

Figur 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Sensor abschnitts 210 in einer Sensorlamelle 200. Der hier dargestellte Sensorabschnitt 210 entspricht oder ähnelt dem in den vorangegangenen Figuren 2 bis 3 beschriebenen Sensorabschnitt und die hier dargestellte Sensorlamelle 200 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen Figuren 2 bis 4 beschriebenen Sensorlamelle.

Figur 6 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts eines Ausführungsbeispiels eines Blechpakets 405. Das hier dargestellte Blechpaket 405 entspricht oder ähnelt dem in der vorangegangenen Figur 4 beschriebenen Blechpa ket, mit dem Unterschied, dass in dem Blechpaket 405 außer der Sensorlamelle 200 noch eine weitere Sensorlamelle 600 gestapelt ist. Die weitere Sensorlamelle 600 ist in diesem Ausführungsbeispiel kongruent zur Sensorlamelle 200 ausgeformt und le diglich beispielhaft ausgebildet, um einen weiteren Sensor zum Erfassen einer Tem peratur der Wicklungsleitungen 110 zu positionieren.

Figur 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines Ausführungsbei spiels einer Sensorlamelle 200. Die hier dargestellte Sensorlamelle entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen Figuren 2 bis 6 beschriebenen Sensorlamelle. Dabei ist der lediglich beispielhaft als Kanal ausgeformte Sensorabschnitt 210 ent lang einer Nut 115 angeordnet und bildet eine signalübertragungsfähige Verbindung zwischen dem an der Nutöffnung 305 positionierten Sensor 205 und der Außenseite 215 der Sensorlamelle 200 aus. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Sensor 205 als Temperatursensor ausgebildet und erfasst die Temperatur der in der Nut verlau fenden Wicklungsleitungen 110 an der Nutöffnung 305.

Figur 8 zeigt eine perspektivische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Sensorlamelle 200. Die hier dargestellte Sensorlamelle 200 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen Figuren 2 bis 7 beschriebenen Sensorlamelle, mit dem Unterschied, die Sensorlamelle 200 in diesem Ausführungsbeispiel eine Aussparun gen 800 zum Leiten von Kühlmittel aufweist.

Figur 9 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Sensorlamelle 200. Die hier dargestellte Sensorlamelle 200 entspricht oder äh nelt der in den vorangegangenen Figuren 2 bis 8 beschriebenen Sensorlamelle, mit dem Unterschied, dass die Sensorlamelle 200 in diesem Ausführungsbeispiel als mehrlagige Leiterplatte zum Tragen weiterer elektronischer Bauteile 900, 905 ausge bildet ist. Auf der Leiterplatte ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Auswerteeinrich tung 900 zum Auswerten eines von dem in den vorangegangenen Figuren 2, 3 und 7 beschriebenen Sensor bereitgestellten Signals angeordnet. Zudem ist die Auswer teeinrichtung 900 signalübertragungsfähig mit einem ebenfalls auf der Leiterplatte angeordneten Temperatursensor 905 zum Erfassen einer Temperatur der Sensorla melle 200 verbunden. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Sensorlamelle auch andere Sensoren, beispielsweise zum Erfassen der Rotorlage und/oder der Ro tordrehzahl aufweisen. Die Sensorlamelle 200 ist in diesem Ausführungsbeispiel au ßerdem aufgrund ihrer Ausführung als mehrlagige Leiterplatte mit Statorwicklungen 907 für einen Resolver kombinierbar, mit denen das Prinzip des rotierenden Trans formators nutzbar ist.

Figur 10 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts eines Ausführungsbeispiels einer Sensorlamelle 200. Die hier dargestellte Sensorlamelle 200 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen Figuren 2 bis 9 beschriebe nen Sensorlamelle. Dabei umfasst die Sensorlamelle 200 in diesem Ausführungsbei spiel eine Auswerteeinrichtung 900, die Ausgebildet ist, um das von dem Sensor 205 bereitgestellte Signal 300 auszuwerten.

Figur 11 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts eines Ausführungsbeispiels einer Sensorlamelle 200. Die hier dargestellte Sensorlamelle 200 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen Figuren 2 bis 10 beschriebe nen Sensorlamelle, mit dem Unterschied, dass die Sensorlamelle 200 in diesem Aus führungsbeispiel eine Mehrzahl von Sensoren aufweist. Die Sensorlamelle 200 um fasst lediglich beispielhaft neben dem an der Nutöffnung 230 angeordneten Sensor 205, der lediglich beispielhaft als Temperatursensor ausgebildet ist, einen weiteren Sensorabschnitt 1100 zum Positionieren eines weiteren Sensors 1105 an der Nut 115 sowie einen zusätzlichen Sensorabschnitt 1110 zum Positionieren eines zusätzli chen Sensors 1115 an der Nut 115. Der Sensorabschnitt 210, der weitere Sensorab schnitt 1100 und der zusätzliche Sensorabschnitt 1110 sind jeweils signalübertra gungsfähig mit der Auswerteeinrichtung 900 verbunden, die beispielsweise als Mikro- Controller realisiert ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinrichtung 1120 ausgebildet, um von den Sensoren 205, 1105, 1115 sowie von dem auf der Sensorlamelle angeordneten Temperatursensor 905 bereitgestellte Signale auszu werten und als ausgewertete Signale an die Schnittstelle 225 bereitzustellen.

Figur 12 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1200 zum Betreiben einer Sen sorlamelle gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die mit diesem Verfahren 1200 be treibbare Sensorlamelle entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen Figuren 2 bis 11 beschriebenen Sensorlamelle. Das Verfahren 1200 weist einen Schritt 1205 des Erfassens des Parameters mittels des Sensors auf. Bei dem Parameter handelt es sich lediglich beispielhaft um einen an der Nut der Sensorlamelle erfassten Tem peraturwert.

Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur bei spielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausfüh rungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.

Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer ande ren als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ers ten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einerweiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist. Bezuqszeichen 00 Elektrische Maschine 05 Stator 10 Wicklungsleitungen 15 Nut 16 Zweite Nut 17 Dritte Nut 20 Rotor 00 Sensorlamelle 05 Sensor 10 Sensorabschnitt 15 Außenseite der Sensorlamelle 20 Verbindungselement 25 Schnittstelle 30 Flusssperre 31 Zweite Flusssperre 32 Dritte Flusssperre 33 Vierte Flusssperre 34 Fünfte Flusssperre 35 Sechste Flusssperre 00 Signal 05 Nutöffnung 00 Erstes Blech 01 Zweites Blech 00 Weitere Sensorlamelle

800 Aussparung zum Leiten von Kühlmittel

900 Auswerteeinrichtung

905 Temperatursensor

907 Statorwicklungen

1100 Weiterer Sensorabschnitt

1105 Weiterer Sensor

1110 Zusätzlicher Sensorabschnitt 1115 Zusätzlicher Sensor

1200 Verfahren

1205 Schritt des Erfassens